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ZH1105氣缸蓋三面鉆組合機床設計.rar
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基于三維的柴油機氣缸蓋組合鉆床總體及夾具設計
摘要：本設計課題來源于鹽城市江淮動力集團。柴油機氣缸蓋是需要大量生產的零件，為了提高加工精度和生產效率，需要設計一種組合機床來改善柴油機氣缸蓋的加工情況。本組合機床是針對ZH1105柴油機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"放置螺塞底孔同時加工的需要而設計的。該設計的內容包括總體設計和夾具設計兩方面。在總體設計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及夾緊方案，合適的切削用量、刀具、及機床的配置型式，合適的結構方案等，同時完成了“三圖一卡”的繪制。在夾具設計方面，采用了專用夾具，用符合六點定位原則的“一面兩孔”定位方案消除工件的六個自由度，使工件獲得穩定可靠的定位，并有同時加工零件兩個表面的可能，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，使夾緊平穩可靠。本組合機床效率高，成本低，加工精度高，操作使用方便，減輕了工人的勞動強度，提高了勞動生產率，滿足了設計需要。
關鍵詞：組合機床；夾具；柴油機氣缸蓋
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
組合機床是根據工件加工需要,以大量通用部件為基礎,配以少量專用部件組成的一種高效的專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方法，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已標準化和系列化，可根據需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優點，在大批、大量生產中得到廣泛應用，并可用來組成自動生產線。組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質、經濟實用,因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業。我國傳統的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制,它的加工對象主要是生產批量比較大的大中型箱體類和軸類零件(近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額),完成鉆孔、擴孔、鉸孔,加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺,在孔內鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多,有大型組合機床和小型組合機床,有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式,還有多工位回轉臺式組合機床等;隨著技術的不斷進步,一種新型的組合機床——柔性組合機床越來越受到人們的青睞,它應用多位主軸箱、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)、數字控制(ＮＣ)等,能任意改變工作循環控制和驅動系統,并能靈活適應多品種加工的可調可變的組合機床。另外,近年來組合機床加工中心、數控組合機床、機床輔機(清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線)等在組合機床行業中所占份額也越來越大。二十世紀70年代以來，隨著可轉位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補償技術的發展，組合機床的加工精度也有所提高。組合機床未來的發展將更多的采用調速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結構、縮短生產節拍；采用數字控制系統和主軸箱、夾具自動更換系統，以提高工藝可調性；以及納入柔性制造系統等。
國內組合機床近幾年取得了長足的進步，但是與發達國家相比，在產業結構、產品水平、開發能力、產業規模、制造技術水平、勞動生產率、國內外市場占有率等諸多方面尚存在不少差距。在組合機床方面，總體水平不高，國際競爭力不強，不能充分滿足國內建設需要，關鍵技術過分依賴國外，自主發展能力薄弱，高技能人才的比較優勢有弱化的危險，產品質量不穩定，用戶服務水平差距較大。
本次設計的課題是柴油機氣缸蓋組合鉆床總體及夾具設計。該課題來源于江淮動力集團。該集團生產的S195柴油機、ZH1105柴油機銷路十分走俏，市場需求量大，暢銷國內外市場。現在該集團迫切需要改善現有的生產條件，進行提高生產率、改善產品質量方面的技術改造，使產品的合格率上升，增加產量，適應市場競爭的需要，提高經濟效益。
本設計主要針對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，左面三個面上7個孔同時加工、生產率低、位置精度誤差大的問題而設計的，從而保證孔的位置精度、提高生產效率，降低工人勞動強度。由于柴油機機體需大批量生產，為了提高加工精度，降低成本，有必要設計一種組合機床來滿足柴油機機體前后左三面同時鉆孔的需要。本次設計分總體設計、夾具設計、左軸箱設計、右軸箱設計及后主軸箱設計四部分。我主要負責夾具部分的設計，總體設計由我和另外三位同學共同完成。在設計組合機床過程中，組合機床夾具的設計是整個組合機床設計工作的重要部分之一。雖然夾具零件的標準化程度高，使設計工作量大為減少，設計周期大為縮短，但在夾具設計過程中，在保證加工精度的前提下，如何綜合考慮生產率、經濟性和勞動條件等因素，還有一定的難度。
設計該組合機床思路如下：仔細分析零件的特點，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，選擇加工的定位基準及夾壓方案等），確定工序間加工余量，選擇合適的切削用量，確定組合機床的配制形式；根據被加工零件的工藝要求確定刀具，再由刀具直徑計算切削力，切削扭矩，切削功率，然后選擇各通用部件，最后按裝配關系組裝成組合機床。
本說明書以設計臥式三面鉆螺紋底孔組合機床為主線，闡述了刀具的選擇和夾具設計的過程。在第2章中著重介紹了組合機床的總體設計。在總體設計中，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，結合本道工序加工的特點最終選擇臥式三面的機床配置型式。再結合本道工序的特點選擇刀具。根據選擇的切削用量，計算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再確定刀具的大小和型式。在確定這些設計計算后，然后是繪制組合機床的“三圖一卡”—被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯系尺寸圖和生產率計算卡。在第3章中，主要介紹了夾具的設計。夾具設計是組合機床設計中的一個重要的組成部分。夾具設計時，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計。最后根據計算結果繪制夾具裝配圖和主要的零件圖。
2 組合機床總體設計
2.1 總體方案論證
2.1.1 加工對象工藝性的分析
A.本機床被加工零件特點
該加工零件為ZH1105柴油機氣缸蓋。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，由本設備“ZH1105氣缸蓋三面鉆組合機床”完成，因此，本設備的主要功能是完成柴油機氣缸蓋右面、左面、后面三個面上7個孔的加工。具體加工內容及加工精度是：
a. 鉆后面上2個孔鉆：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 機床配置型式的選擇
根據選定的工藝方案確定機床的配置型式，并定出影響機床總體布局和技術性能的主要部件的結構方案。既要考慮能實現工藝方案，以確保零件的精度、技術要求及生產率，又要考慮機床操作方便可靠，易于維修，且潤滑、冷卻、排屑情況良好。對同一個零件的加工，可能會有各種不同的工藝方案和機床配置方案，在最后決定采取哪種方案時，絕不能草率，要全面地看問題，綜合分析各方面的情況，進行多種方案的對比，從中選擇最佳方案。
各種形式的單工位組合機床，具有固定式夾具，通常可安裝一個工件，特別適用于大、中型箱體類零件的加工。根據配置動力部件的型式和數量，這種機床可分為單面、多面復合式。利用多軸箱同時從幾個方面對工件進行加工。但其機動時間不能與輔助時間重合，因而生產率比多工位機床低。
機床的配置型式主要有臥式和立式兩種。臥式組合機床床身由滑座、側底座及中間底座組合而成。其優點是加工和裝配工藝性好，無漏油現象；同時，安裝、調試與運輸也都比較方便；而且，機床重心較低，有利于減小振動。其缺點是削弱了床身的剛性，占地面積大。立式組合機床床身由滑座、立柱及立柱底座組成。其優點是占地面積小，自由度大，操作方便。其缺點是機床重心高，振動大。
在認真分析了被加工零件的結構特點及所選擇的加工工藝方案，又由組合機床的特點及適應性，確定設計的組合機床的配置型式為單工位臥式三面鉆組合機床。
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