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ZH1105氣缸蓋三面鉆組合機(jī)床設(shè)計(jì).rar
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基于三維的柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及夾具設(shè)計(jì)
摘要：本設(shè)計(jì)課題來源于鹽城市江淮動力集團(tuán)。柴油機(jī)氣缸蓋是需要大量生產(chǎn)的零件，為了提高加工精度和生產(chǎn)效率，需要設(shè)計(jì)一種組合機(jī)床來改善柴油機(jī)氣缸蓋的加工情況。本組合機(jī)床是針對ZH1105柴油機(jī)氣缸蓋上面排氣道面上2×M10—7H螺紋底孔，井氣道上4×M10－7H螺紋底孔，G3/8"放置螺塞底孔同時(shí)加工的需要而設(shè)計(jì)的。該設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括總體設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)兩方面。在總體設(shè)計(jì)中分析了被加工零件的加工工藝性，選擇了加工的定位基準(zhǔn)及夾緊方案，合適的切削用量、刀具、及機(jī)床的配置型式，合適的結(jié)構(gòu)方案等，同時(shí)完成了“三圖一卡”的繪制。在夾具設(shè)計(jì)方面，采用了專用夾具，用符合六點(diǎn)定位原則的“一面兩孔”定位方案消除工件的六個(gè)自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位，并有同時(shí)加工零件兩個(gè)表面的可能，能高度集中工序。夾緊裝置則選用比較安全、可靠、方便的液壓夾緊裝置，使夾緊平穩(wěn)可靠。本組合機(jī)床效率高，成本低，加工精度高，操作使用方便，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高了勞動生產(chǎn)率，滿足了設(shè)計(jì)需要。
關(guān)鍵詞：組合機(jī)床；夾具；柴油機(jī)氣缸蓋
Based on the 3D engine cylinder head of the overall composition of drilling and fixture design
Abstract: The design project is from Jiangdong Dynamic Group, Yancheng. Considering a large quantity of parts needed by diesels, a modular machine tool is designed to improve the accuracy and efficiency of diesel production. The combination of machine tools against ZH1105 diesel engine exhaust, cylinder head above surface 2 × M10-7H thread bottom outlet, gas wells over the 4 × M10-7H thread bottom outlet, G3 / 8 "at the same time placing Bottom. The design is mainly focused on both the overall design and jig design. The overall design makes detailed analysis of processing techonology, choice of the positioning datum of processing, grip program, proper cutting parameters, cutting tools, the configuration types of machine tools, the proper construction program and so on. Meanwhile the drawing of “Three Charts and One Card” (automatic drawing process chart, size relation chart, machining schematic diagram and production calculating card) are completed. As far as jigs are concered, a special fixture are employed with the aid of the three platforms positioning program according to the principle of six points positioning to eliminate the six degrees of freedom of workpiece for a stable and reliable positioning, and the synchronous processing of two surfaces of parts which can simplifying the process. The safer, more reliable and convient hydraulic grip devices are employed for a stable and reliable grip. The charateristics of effiecy, low cost, high processing accuracy, easy operation, the machine tool are obtained to relieve the labor internsity, improve efficiency which meets the requirements of the design.
Key Words: Modular machine tool; Fixture; Diesel engine cylinder head
1 前言
組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要,以大量通用部件為基礎(chǔ),配以少量專用部件組成的一種高效的專用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方法，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用來組成自動生產(chǎn)線。組合機(jī)床及其自動線是集機(jī)電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用,因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制,它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件(近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額),完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔,加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺,在孔內(nèi)鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。組合機(jī)床的分類繁多,有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床,有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式,還有多工位回轉(zhuǎn)臺式組合機(jī)床等;隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來越受到人們的青睞,它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換,配以可編程序控制器(ＰＬＣ)、數(shù)字控制(ＮＣ)等,能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng),并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外,近年來組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)(清洗機(jī)、裝配機(jī)、綜合測量機(jī)、試驗(yàn)機(jī)、輸送線)等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來越大。二十世紀(jì)70年代以來，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。組合機(jī)床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動機(jī)和滾珠絲杠等傳動，以簡化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。
國內(nèi)組合機(jī)床近幾年取得了長足的進(jìn)步，但是與發(fā)達(dá)國家相比，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品水平、開發(fā)能力、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、制造技術(shù)水平、勞動生產(chǎn)率、國內(nèi)外市場占有率等諸多方面尚存在不少差距。在組合機(jī)床方面，總體水平不高，國際競爭力不強(qiáng)，不能充分滿足國內(nèi)建設(shè)需要，關(guān)鍵技術(shù)過分依賴國外，自主發(fā)展能力薄弱，高技能人才的比較優(yōu)勢有弱化的危險(xiǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，用戶服務(wù)水平差距較大。
本次設(shè)計(jì)的課題是柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及夾具設(shè)計(jì)。該課題來源于江淮動力集團(tuán)。該集團(tuán)生產(chǎn)的S195柴油機(jī)、ZH1105柴油機(jī)銷路十分走俏，市場需求量大，暢銷國內(nèi)外市場。現(xiàn)在該集團(tuán)迫切需要改善現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，進(jìn)行提高生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量方面的技術(shù)改造，使產(chǎn)品的合格率上升，增加產(chǎn)量，適應(yīng)市場競爭的需要，提高經(jīng)濟(jì)效益。
本設(shè)計(jì)主要針對ZH1105氣缸蓋鉆排氣道面上2×M10—7H螺紋底孔至φ8.376，深19mm，Ra6.3，各孔位置度公差為φ0.20mm；鉆井氣道上4×M10－7H螺紋底孔至φ8.376，深19mm，Ra 6.3，各孔位置度公差為φ0.30mm；鉆G3/8"放置螺塞底孔至φ15.2mm通孔，以上倒角均C1，Ra 12.5。前面，后面，左面三個(gè)面上7個(gè)孔同時(shí)加工、生產(chǎn)率低、位置精度誤差大的問題而設(shè)計(jì)的，從而保證孔的位置精度、提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強(qiáng)度。由于柴油機(jī)機(jī)體需大批量生產(chǎn)，為了提高加工精度，降低成本，有必要設(shè)計(jì)一種組合機(jī)床來滿足柴油機(jī)機(jī)體前后左三面同時(shí)鉆孔的需要。本次設(shè)計(jì)分總體設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)、左軸箱設(shè)計(jì)、右軸箱設(shè)計(jì)及后主軸箱設(shè)計(jì)四部分。我主要負(fù)責(zé)夾具部分的設(shè)計(jì)，總體設(shè)計(jì)由我和另外三位同學(xué)共同完成。在設(shè)計(jì)組合機(jī)床過程中，組合機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)是整個(gè)組合機(jī)床設(shè)計(jì)工作的重要部分之一。雖然夾具零件的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，使設(shè)計(jì)工作量大為減少，設(shè)計(jì)周期大為縮短，但在夾具設(shè)計(jì)過程中，在保證加工精度的前提下，如何綜合考慮生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)性和勞動條件等因素，還有一定的難度。
設(shè)計(jì)該組合機(jī)床思路如下：仔細(xì)分析零件的特點(diǎn)，以確定零件合理可行的加工方法（包括安排工序及工藝流程，確定工序中的工步數(shù)，選擇加工的定位基準(zhǔn)及夾壓方案等），確定工序間加工余量，選擇合適的切削用量，確定組合機(jī)床的配制形式；根據(jù)被加工零件的工藝要求確定刀具，再由刀具直徑計(jì)算切削力，切削扭矩，切削功率，然后選擇各通用部件，最后按裝配關(guān)系組裝成組合機(jī)床。
本說明書以設(shè)計(jì)臥式三面鉆螺紋底孔組合機(jī)床為主線，闡述了刀具的選擇和夾具設(shè)計(jì)的過程。在第2章中著重介紹了組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)。在總體設(shè)計(jì)中，首先是被加工零件的工藝分析，然后是總體方案的論證，在比較了許多方案之后，結(jié)合本道工序加工的特點(diǎn)最終選擇臥式三面的機(jī)床配置型式。再結(jié)合本道工序的特點(diǎn)選擇刀具。根據(jù)選擇的切削用量，計(jì)算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再確定刀具的大小和型式。在確定這些設(shè)計(jì)計(jì)算后，然后是繪制組合機(jī)床的“三圖一卡”—被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計(jì)算卡。在第3章中，主要介紹了夾具的設(shè)計(jì)。夾具設(shè)計(jì)是組合機(jī)床設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的組成部分。夾具設(shè)計(jì)時(shí)，首先確定工件的定位方案，然后選擇夾緊方案，估算夾緊力大小，選擇夾緊液壓缸的型號，最終完成夾具的零部件設(shè)計(jì)。最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制夾具裝配圖和主要的零件圖。
2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)
2.1 總體方案論證
2.1.1 加工對象工藝性的分析
A.本機(jī)床被加工零件特點(diǎn)
該加工零件為ZH1105柴油機(jī)氣缸蓋。材料HT250，其硬度為HB190—240，重量36.5Kg，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完畢。
B.本機(jī)床被加工零件的加工工序及加工精度
本道工序：鉆右面、左面、后面的孔，由本設(shè)備“ZH1105氣缸蓋三面鉆組合機(jī)床”完成，因此，本設(shè)備的主要功能是完成柴油機(jī)氣缸蓋右面、左面、后面三個(gè)面上7個(gè)孔的加工。具體加工內(nèi)容及加工精度是：
a. 鉆后面上2個(gè)孔鉆：鉆2×M10—7H螺紋底孔至φ8.376，深19mm，Ra6.3，各孔位置度公差為φ0.20mm。
b.鉆右面上4個(gè)孔：4×M10－7H螺紋底孔至φ8.376，深19mm，Ra 6.3，各孔位置度公差為φ0.30mm。
c.鉆左面上1個(gè)孔： 鉆G3/8"放置螺塞底孔至φ15.2mm通孔，Ra 6.3。
以上倒角均C1，Ra 12.5。
2.1.2 機(jī)床配置型式的選擇
根據(jù)選定的工藝方案確定機(jī)床的配置型式，并定出影響機(jī)床總體布局和技術(shù)性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。既要考慮能實(shí)現(xiàn)工藝方案，以確保零件的精度、技術(shù)要求及生產(chǎn)率，又要考慮機(jī)床操作方便可靠，易于維修，且潤滑、冷卻、排屑情況良好。對同一個(gè)零件的加工，可能會有各種不同的工藝方案和機(jī)床配置方案，在最后決定采取哪種方案時(shí)，絕不能草率，要全面地看問題，綜合分析各方面的情況，進(jìn)行多種方案的對比，從中選擇最佳方案。
各種形式的單工位組合機(jī)床，具有固定式夾具，通常可安裝一個(gè)工件，特別適用于大、中型箱體類零件的加工。根據(jù)配置動力部件的型式和數(shù)量，這種機(jī)床可分為單面、多面復(fù)合式。利用多軸箱同時(shí)從幾個(gè)方面對工件進(jìn)行加工。但其機(jī)動時(shí)間不能與輔助時(shí)間重合，因而生產(chǎn)率比多工位機(jī)床低。
機(jī)床的配置型式主要有臥式和立式兩種。臥式組合機(jī)床床身由滑座、側(cè)底座及中間底座組合而成。其優(yōu)點(diǎn)是加工和裝配工藝性好，無漏油現(xiàn)象；同時(shí)，安裝、調(diào)試與運(yùn)輸也都比較方便；而且，機(jī)床重心較低，有利于減小振動。其缺點(diǎn)是削弱了床身的剛性，占地面積大。立式組合機(jī)床床身由滑座、立柱及立柱底座組成。其優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，自由度大，操作方便。其缺點(diǎn)是機(jī)床重心高，振動大。
在認(rèn)真分析了被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所選擇的加工工藝方案，又由組合機(jī)床的特點(diǎn)及適應(yīng)性，確定設(shè)計(jì)的組合機(jī)床的配置型式為單工位臥式三面鉆組合機(jī)床。
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