柴油机气缸盖组合钻床总体及夹具设计摘要：本设计课题来源于盐城市江淮动力集团柴油机气缸盖是需要大量生产 的零件，为了提高加工精度和生产效率，需要设计一种组合机床来改善柴油机机 体的加工情况本组合机床是针对气缸盖左、右、后个面上 7 个孔同时加工、生 产率低、位置精度误差大的问题的需要而设计的该设计的内容包括总体设计和 夹具设计两方面在总体设计中分析了被加工零件的加工工艺性，选择了加工的 定位基准及夹紧方案，合适的切削用量、刀具、及机床的配置型式，合适的结构 方案等，同时完成了“三图一卡”的绘制夹具设计时，首先确定工件的定位方 案，然后选择夹紧方案，估算夹紧力大小，选择夹紧液压缸的型号，最终完成夹 具的零部件设计最后根据计算结果绘制夹具装配图和主要的零件图在夹具设 计方面，采用了专用夹具，用符合六点定位原则的“两销一面”定位方案消除工 件的六个自由度，使工件获得稳定可靠的定位，并有同时加工零件两个表面的可 能，能高度集中工序夹紧装置则选用液压夹紧装置，使夹紧平稳可靠本组合 机床效率高，成本低，加工精度高，操作使用方便，减轻了工人的劳动强度，提 高了劳动生产率，满足了设计需要关键词：组合机床；夹具；气缸盖本设计来自：完美毕业设计网登陆网站联系客服远程截图或者远程控观看完整全套论文图纸设计客服 ： 8191040The Overall and Fixture Design of Modular Machine Toolfor Drilling Holes of Diesel Engine Cylinder HeadAbstract: The design project is from Jiangdong Dynamic Group of Yancheng. Considering the large quantity of cylinder head needed by diesels, a modular machine tool is designed to improve the accuracy and efficiency of diesel production. The machine tool is designed for the cylinder head left and right, after a seven-level processing at the same time, low productivity,location accuracy error of major issues. The design is mainly focused on both the overall design and jig design. The overall design specifse detailed analysis of processing techonology, choice of such factors asT ・ ・ ・ -4 ・ ・ ・ ・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 Cha rts and One Card ” are completed.Fixture design, the first to identify the workpiece positioning programme, and the select clamping programme, estimates clamping force size, the choice of clamping cylinder model, the final fixture of the parts design. Finally, according to the results drawn fixture assembly and major parts of the map. As far as jigs are concerned, 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. The safer, more reliable and convient hydraulic grip devices are employed for a stable and reliable grip. The charateristics of high efficieney, low cost, high processing accuracy, easy operation, make it possible to relieve the labor internsity to improve efficiencyand to meet design the requirements .Key Words:Modular machine tool; Fixture; Cylinder Head目录1 前言 12 组合机床总体设计 32.1 总体方案论证 32.1.1 加工对象工艺性分析 32.1.2 机床配置型式的选择 32.1.3 定位基准的选择 42.2 确定切削用量及选择刀具 42.2.1 选择切削用量 42.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率 62.3 三图一卡设计 82.3.1 被加工零件工序图 82.3.2 加工示意图 82.3.3 机床联系尺寸图 112.3.4 机床生产率计算卡 133 组合机床夹具设计 153.1.1 零件的工艺性分析 153.1.2 夹具设计的基本要求 153.1.3 夹具总体结构构思 163.2 定位方案的确定 163.2.1 定位方案的论证 163.2.2 定位基准的选择 163.2.3 定位的实现方法 173.3 误差分析 173.3.1影响加工精度的因素 173.3.2保证加工精度的条件 193.4 夹紧方案确定 193.4.1 夹紧装置的确定 193.4.2 夹紧力的确定 203.4.3 夹紧液压缸的选择 223.5 导向装置的选择 233.5.1 钻模套型式的选择和设计 233.5.2 钻模板的类型和设计 233.6 夹具体确定 244 结论 25参考文献 26致 谢 27附 录 281 前言组合机床以其独特的优点在机械设计中占有重要的地位，是根据工件加工需 要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效的专用机床。
组 合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方法，生产效率 比通用机床高几倍至几十倍由于通用部件已标准化和系列化，可根据需要灵活 配置，能缩短设计和制造周期因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在 大批、大量生产中得到广泛应用，并可用来组成自动生产线组合机床及其自动 线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备它的特征 是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻 工、家电等行业在当今的发展趋势中，一台组合机床如果不能完成全部的工艺 过程，这时往往把几台机床布置流水线，大大缩短了加工时间我国传统的组合 机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生 产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件 等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸 台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等组合机床的分类繁多，有 大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复 合式，还有多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步，一种新型的组合 机床——柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、 编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（N C）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调 可变的组合机床。
另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清 洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也 越来越大二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检 测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高组合机床未来 的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍； 采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入 柔性制造系统等组合机床的设计，目前基本上有两种情况：其一，是根据具体 加工对象的具体情况进行专门设计，这是当前最普遍的做法其二，随着组合机 床在我国机械行业的广泛使用，广大工人总结自己生产和使用组合机床的经验， 发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业 在完成一定工艺范围内组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机 床称为“专能组合机床”这种组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专门 设计和生产，而是可以设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的 具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备组合 机床行业的产品技术现状与激烈竞争的市场以及与用户需求之间的差距是比较 大的， 在市场经济的新形势下，切实解决存在的薄弱环节，完善售后服务体系， 以求得行业企业的大发展，前景是美的。
国内组合机床近几年取得了长足的进步，但是与发达国家相比，在产业结构、 产品水平、开发能力、产业规模、制造技术水平、劳动生产率、国内外市场占有 率等诸多方面尚存在不少差距在组合机床方面，总体水平不高，国际竞争力不 强，不能充分满足国内建设需要，关键技术过分依赖国外，自主发展能力薄弱， 高技能人才的比较优势有弱化的危险，产品质量不稳定，用户服务水平差距较大本次设计的课题是柴油机气缸盖三面钻床总体及夹具设计该课题来源于江 淮动力集团该集团生产的S195柴油机、ZH1105柴油机销路十分走俏，市场需求 量大，畅销国内外市场现在该集团迫切需要改善现有的生产条件，进行提高生 产率、改善产品质量方面的技术改造，使产品的合格率上升，增加产量，适应市 场竞争的需要，提高经济效益本设计主要针对原有的气缸盖左、右、后个面上7个孔同时加工、生产率低、 位置精度误差大的问题而设计的，从而保证孔的位置精度、提高生产效率，降低 工人劳动强度由于柴油机机体需大批量生产，为了提高加工精度，降低成本， 有必要设计一种组合机床来满足柴油机机体三面同时钻孔的需要本次设计分总 体设计、夹具设计、左主轴箱设计、后与右轴箱设计三部分。
我主要负责夹具部 分的设计，总体设计由我和另外两位同学共同完成在设计组合机床过程中，组 合机床夹具的设计是整个组合机床设计工作的重要部分之一虽然夹具零件的标 准化程度高，使设计工作量大为减少，设计周期大为缩短，但在夹具设计过程中， 在保证加工精度的前提下，如何综合考虑生产率、经济性和劳动条件等因素，还 有一定的难度设计该组合机床方案如下：仔细分析零件的特点，以确定零件合理可行的加 工方法（包括安排工序及工艺流程，确定工序中的工步数，选择加工的定位基准 及夹压方案等），确定工序间加工余量，选择合适的切削用量，确定组合机床的 配制形式；根据被加工零件的工艺要求确定刀具，再由刀具直径计算切削力，切 削扭矩，切削功率，然后选择各通用部件，最后按装配关系组装成组合机床本说明书以设计卧式三面钻螺纹底孔组合机床为主线，阐述了刀具的选择和 夹具设计的过程在第2章中着重介绍了组合机床的总体设计在总体设计中， 首先是被加工零件的工艺分析，然后是总体方案的论证，在比较了许多方案之后， 结合本道工序加工的特点最终选择卧式双面的机床配置型式再结合本道工序的 特点选择刀具根据选择的切削用量，计算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率 等，再确定刀具的大小和型式。
在确定这些设计计算后，然后是绘制组合机床的 “三图一卡”—被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算 卡在第3章中，主要介绍了夹具的设计夹具设计是组合机床设计中的一个重 要的组成部分夹具设计时，首先确定工件的定位方案，然后选择夹紧方案，估 算夹紧力大小，选择夹紧液压缸的型号，最终完成夹具的零部件设计最后根据 计算结果绘制夹具装配图和主要的零件图2 组合机床总体设计2.1 总体方案论证2.1.1 加工对象工艺性的分析A. 本机床被加工零件特点该加工零件为柴油机气缸盖材料HT250,其硬度为HB190—240,重量12Kg, 在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完毕B. 本机床被加工零件的加工工序及加工精度本道工序：钻左面、右、后三面的孔,由本设备“气缸盖三面钻组合机床” 完成,因此,本设备的主要功能是完成柴油机机体左、右、后三个面上7个孔的 加工具体加工内容及加工精度是：a. 钻左侧面上1个孔：钻G3/8〃放置螺塞底孔至①15.2通孔，嵐；b. 钻右侧面（即进气道面上）：（完工尺寸为4XM10-7H）螺纹底孔至①8.5,深19,秋，各孔位置度公差为①0.03mm；c. 钻后侧面（即排气道面上）：（完工尺寸为2XM10-7H）螺纹底孔至①8.5,深19,秋，各孔位置度公差为①0.03mm；所有螺孔的孔口90°倒角至螺纹外径。
2.1.2 机床配置型式的选择根据选定的工艺方案确定机床的配置型式,并定出影响机床总体布局和技术 性能的主要部件的结构方案既要考虑能实现工艺方案,以确保零件的精度、技 术要求及生产率,又要考虑机床操作方便可靠,易于维修,且润滑、冷却、排屑 情况良好对同一个零件的加工,可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案, 在最后决定采取哪种方案时,绝不能草率,要全面地看问题,综合分析各方面的 情况,进行多种方案的对比,从中选择最佳方案各种形式的单工位组合机床,具有固定式夹具,通常可安装一个工件,特别 适用于大、中型箱体类零件的加工根据配置动力部件的型式和数量,这种机床 可分为单面、多面复合式利用多轴箱同时从几个方面对工件进行加工但其机 动时间不能与辅助时间重合,因而生产率比多工位机床低机床的配置型式主要有卧式和立式两种卧式组合机床床身由滑座、侧底座 及中间底座组合而成其优点是加工和装配工艺性好,无漏油现象；同时,安装、 调试与运输也都比较方便；而且,机床重心较低,有利于减小振动其缺点是削 弱了床身的刚性,占地面积大立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成 其优点是占地面积小,自由度大,操作方便其缺点是机床重心高,振动大。
在认真分析了被加工零件的结构特点及所选择的加工工艺方案，又由组合机 床的特点及适应性，确定设计的组合机床的配置型式为单工位卧式三面钻组合机 床2.1.3 定位基准的选择被加工零件为ZH1105柴油机机体体属箱体类零件，本工序加工为三面同时钻 螺纹底孔，加工工序集中、精度要求高由于箱体零件的定位方案一般有两种， “一面两孔”和“三平面”定位方法A. “一面双孔”的定位方法 它的特点是：a. 可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位；b. 有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面 上孔的位置精度；c. “一面双孔”可作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件 整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件 的加工精度，同时，使机床各个工序（工位）的许多部件实现通用化，有利于缩 短设计、制造周期，降低成本d. 易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切削落于定位基面上B. “三平面”定位方法 它的特点是：a. 可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位；b. 有同时加工零件两个表面的可能，能高度集中工序一般情况下，“一面双孔”是最常用的定位方案，即零件在机床上放置的底 面及底面上的两个孔作为定位基准，通过一个平面和两个定位销限制其六个自由 度。
柴油机气缸盖质量较大，底面上孔的直径足够，定位销不会受力变形，宜选 用“一面双孔”定位基准，所以初步拟定“一面双孔”定位方法，该定位方案限 制的自由度叙述如下：本机床加工时采用的定位方式是一面双孔，以底面为定位 基准面，限制一个自由度；两个孔限制五个自由度；为方便定位装夹在右侧有两 个定位板，在后面用一个定位块，作辅助支承，其不限制自由度这样工件的6 个自由度被完全约束了也就得到了完全的定位2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 选择切削用量对于7个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从文献[1]P.13O表6-11中选 取由于钻孔的切削用量还与钻孔深度有关，随孔深的增加而逐渐递减，其递减 值按文献[1]P.131表6-12选取降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避 免钻头折段钻孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，是刀具寿命有所降低 降低切削速度主要是为了提高刀具寿命，并使加工较深孔时钻头的寿命与加工其 他浅孔时钻头的寿命比较接近切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机 床的布局形式及正常工作均有很大影响组合机床多轴箱上所以的刀具共用一个 进给系统，通常为标准动力滑台。
查文献［1 ］得硬度HB190-240时，高速钢钻头的 切削用量如表2-1：表2-1高速钢钻头切削用量加工材料加工直径d (mm)1切削速度v (m/min)进给量 f (mm/r)铸铁190〜240HBS6〜1210 〜180.1 〜0.18>12 〜22>0.18 〜0.25在选择切削速度时，要求同一多轴箱上各刀具每分钟进给量必须相等并等于 滑台的工进速度vf (单位为mm/min),因此，一般先按各刀具选择较合理的转速 ni (单位为r/min)和每转进给量f (单位为mm/r)，再根据其工作时间最长、负荷 最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具”来确定并调整每转进给量和转速，通过 “试凑法”来满足每分钟进给量相同的要求，即n f = n f = = n f = v1 1 2 2 i i f(2-1)在选择了转速后就可以根据下列公式选择合理的切削速度n - d - nv = 10007个孔的切削用量的选择A. 孔4X屮8.5，深19mm查［1 ］第130页表6-11高速钻头切削用量得 由d>6〜12,硬度大于190〜240HBS，选择v=10〜18m/min, f >0.1〜 0.18mm/r， 又 d=8.5mm，初选 v=14 m/min， f=0.13 mm/r 则由n = 1000^ (2-3)nd得： n = 1000 X14 = 524.54 r /min 取 n=533r/min；8.5 nB. 孑L2X屮8.5，深 19mm查［1 ］第130页表6-1高速钻头切削用量得： 由d>6〜12,硬度大于 190〜240HBS，选择v=10〜18m/min, f >0.1 〜0.18mm/r, 又 d=8.5mm，初选 v=14.1 m/min, f=0.13 mm/r 则由1000 X 14.1n = = 528.29 r / min 取 n=539r/min；8.5 nC. 钻孔e 15.2，通孔，查［1］第130页表6-11高速钻头切削用量得：由d> 12〜22，硬度大于 190〜240HBS选择 v=10〜18m/min,取 v=16m/min, f >0.8〜 0.25mm/r, 取 f=0.2mm/r, d=15.2mm,n=15.2 兀1000 X 16=335.23 r / min,取 n = 335 r / min表 2-2 加工各个孔的进给量，工进速度及切削速度孔径 切削用厂78.58.515.2v (m/min)1414.116f (mm/r)0.130.130.2n (r/min)5335393352.2.2计算切削力、切削扭矩及切削功率根据文献⑴P.134表6-20中公式F = 26 Df 0.8 HB 0.6(2-3)T = 10 D1.9 f 0.8 HB 0.6Tv(2-5)式中P = -9740 兀 D切削力（N）；切削转矩（Nmm）； 切削功率（kW）； 切削速度（m/min）； 进给量（ mm/r）； 加工（或钻头）直径（mm）；HB = HB -丄（HB - HB ），在本设计中,max 3 max minHB = 240， HB . = 190，得HB=223。
由以上公式可得：max minA. 右侧面钻孔钻 4XM10 钻至 4X08.5, 深 19由公式HBD 布氏硬度max2-3)得：F = 26 Df 0.8 HB 0.6=26X8.5XO.13o.8X223o.6(2-4)=1107.97 N由公式2-4)得：T = 10 D 1.9 f 0.8 HB 0.6=1OX8.5i.9XO.13o.8X223o.6=2924.38 Nmm由公式2-5)得：TvP =9740 兀-D2924.38 X 149740 X 3.14 X 8.5=0.1575 kWB.后侧面钻孔钻 2XM10 钻至 2X0 8.5,深 19由公式（2-3）得：f = 26 Df 0.8 HB 0.6=26X 8.5X 0.130.8X 2230.6=1107.97 N由公式（ 2-4）得： T =10 D 1.9 f 0.8 HB 0.6=10 X 8.51.9X 0.130.8X 2230.6=2924.38 Nmm由公式（2-5）得：p = Tv—9740 兀-D二 2924.38 x 14.19740 x 3.14 x 8.5=0.1586 kWC. 左侧面钻孔 钻孔0 15.2,通孔由公式（ 2-3）得： F = 26 Df 0.8 HB 0.6=26X 15.2X 0.20.8X 2230.6=2796.56 N由公式（ 2-4）得： T =10 D 1.9 f 0.8 HB 0.6=10X 15.21.9X 0.20.8X 2230.6=12454.02 Nmm由公式（ 2-5）得：Tv9740 兀-D—12454.02 x 169740 x 3.14 x 15 .2=00..4299 KkW表 2-3 加工各个孔的切削力、切削转矩及切削功率孔径F （N）M （Nmm）P （kW）8.51107.972924.380.15758.51107.972924.380.158615.22796.5612454.40.429总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和右面 Pw1=4X 0.1575=0.63Kw左面 Pw2=0.429kw后面 Pw3=2 X 0.1586=0.3172kw实际切削功率根据[9], P=（1.5〜2.5）Pw，因为是多轴加工，故取定P=2Pw则 P 右=2X0.63=1.26KwP 左=2X0.429=0.858KwP 后=2X0.3172=0.63Kw2.3 组合机床总体设计—“三图一卡”2.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床（或自动 线）上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工 用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余 量、毛坯或半成品情况的图样。
除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体 依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件工序图见附录A. 被加工零件 名称及编号：气缸盖材料及硬度：HT250 HB190—240重量12KgB. 定位基准及夹压点的选择 针对机体的结构特点，不宜选用“一面双孔”定位基准，可采用“三平面”定位基准的方法在选择夹压部位时应注意零件夹压后定位稳定和避免零件夹压 后变形的问题，可以选择上表面夹压C. 图中符号（表示夹紧点，*表示定位基面2.3.2 加工示意图加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的是表达 工艺方案具体内容的机床工艺方案图零件加工的工艺方案要通过加工示意图反 映出来加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状 况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工 作循环等加工示意图见附录A. 刀具的选择 在编制加工示意图的过程中，首先是对刀具进行选择一台机床刀具的选择 是否合理，直接影响到机床的加工精度、生产率和工作情况因而正确选择刀具 是一个相当重要的工作刀具的选择要考虑到工件加工尺寸精度、表面粗糙度、 切屑的排除及生产率要求等因素。
钻孔刀具其直径应与加工终了时刀具螺纹螺旋 槽后端和导向套外端有一定的距离a. 刀具直径的选择刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应根据工艺要求及加工精度 的要求，钻e 8.5孔时采用e 8.5/012复合麻花钻头，钻e 15.2孔时采用e 15.2/ e 18复合麻花钻头b. 刀具耐用度的计算 确定刀具耐用度，用以验证选用量或刀具是否合理，刀具的耐用度至少大于。