论文27页，14000余字，CAD图纸16张
TY4100柴油机气缸体半精镗组合机床总体设计及夹具设计
摘要：课题来源于江淮动力集团。为了适合流水线生产，提高目前的生产效率、加工精度，降低加工成本。课题设计了用于TY4100柴油机气缸体半精镗的组合机床的夹具。在设计过程中借鉴了国内外一些现有的组合机床设计资料，还参考了一些与本课题相关的文献资料。
本文主要阐述组合机床的总体设计和夹具设计部分。夹具的设计是本次设计中一个重要的部分。此设计主要是在分析被加工零件的工艺性基础上，选择加工的定位基准、夹紧方案及机床的配置型式等，并选择了合适的切削用量、刀具及动力部件等，完成了总体设计。在夹具设计部分，本设计采用的是专用夹具，主要是定位原理的确定和定位方案的选定，以及夹紧系统的设计、夹紧力的估算，定位误差的分析，液压缸的选用等，最终完成夹具的设计。
本组合机床具有提高生产效率，满足工件的加工精度，减少了工人的劳动强度的优点，较好的实现了设计的要求。
关键词：组合机床；夹具；结构设计；气缸体
The Overall Design and the Fixture Design of the Modular Machine-tool for the Gas CylinderBody half finished Precision Boring of TY4100 Diesel
Abstract：The topic comes from Jianghuai Power Group. In order to satisfy the assembly line and improve effectiveness and processing precision so as to reduce the cost. this topic has designs the TY4100diesel engine being mad the cylinder body half finished Precision Boring boring the aggregate machine-tool jig. During the process of design, I drew lessons from international and national data, and referenced some literature material related to the topic.
The main content in this thesis is the design of the machine tool and the jig. Firstly, as far as jig design, Design this it analyses to be at the foundation craft to process part mainly, choose localization datum that is processed , clamping the disposition pattern of the scheme and lathe ,etc., have choose suitable cutting consumption , the cutter and motive force part ,etc., has finished designing overallly. Designed some in the jig , it was special-purpose jig , and mainly the selection of sureness of orienting the principle and localization scheme that was originally designed and adopted, clamp design of system , clamp estimation of strength , the position error analysis , hydraulic cylinder Selection etc. , finish design of jig finally.
The advantages of this modular machine-tool are production efficiency, high precision of processing, reducing labor intensity of the workers.
Key words：modular machine-tool; jig; Structural Design; Gas CylinderBody
目 录
1 前 言 1
2 组合机床总体设计 2
2.1 组合机床工艺方案的拟定 2
2.1.1 被加工零件的加工工序和加工精度 2
2.1.2 被加工零件的特点 2
2.2 组合机床配置型式选择 2
2.3 被加工零件工序图 3
2.4 加工示意图 3
2.4.1 刀具的选择 3
2.4.2 组合机床切削用量的选择 4
2.4.3 计算切削力，切削扭矩及切削功率 5
2.4.4 动力部件工作循环及行程的确定 6
2.5 机床联系尺寸图 8
2.5.1 动力部件的选择 8
2.5.2 机床装料高度的确定 9
2.5.3 夹具轮廓尺寸的确定 9
2.6 机床生产率计算卡 9
3 夹具设计 13
3．1 概述 13
3.1.1 机床夹具在机械加工中的作用 13
3.1.2 机床夹具的分类 14
3.1.3 机床夹具的组成 14
3．2 夹具的设计步骤及内容 14
3.2.1 柴油机机体镗孔的工艺分析 14
3.2.2 定位方案的分析 15
3.2.3 定位元件的设计 16
3.2.4 定位误差的计算 16
3.2.5 夹紧方案的分析 17
3.2.6 夹紧力的确定与计算 18
3.2.7夹紧液压缸的选择 20
3.2.8 夹具体的设计 20
3.2.9 其它元件的设计 20
3.2.10 夹具的精度分析 21
4 结论 23
参考文献 24
致 谢 25
附 录 26
1 前 言
本设计的课题是TY4100柴油机机体缸孔半精镗组合机床总体及夹具设计。这个课题来源于盐城市江动集团，是针对该公司对TY4100柴油机机体缸孔半精镗组合机床加工，其工作效率和精度不高而设计的。通过全新设计，使其适合流水线生产，以提高目前的生产效率、加工精度，从而降低加工成本。
组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率的专用机床。世界上第一台组合机床于1908年在美国问世,30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今,它已成为现代制造工程(尤其是箱体零件加工)的关键设置之一。多年来机械产品加工中广泛采用的是万能机床。但随着生产的发展，很多企业的产品产量越来越大，精度越来越高，采用万能机床加工就不能很好地满足要求。于是专用机床的需求在不断增多, 在专用机床上可以完成钻孔、扩空、铰孔、镗孔、攻丝车削、磨削及滚压等工序,生产效率高,加工精度稳定。
自从组合机床诞生以来就一直在不断的发展，其发展方向为：提高生产率；扩大工艺范围；提高加工精度；提高自动化程度；提高组合机床及其自动线的可调性；创造小型组合机床；发展专能组合机床及自动线。发展组合机床及其自动线，广泛地推广使用组合机床，对于机械制造业，特别是汽车、拖拉机、柴油机、电动机、仪器、仪表、阀门、矿山机械、冶金、航空、纺织机械以及军工部门等生产的发展，有着很重要的意义。
在进行组合机床的夹具设计时，首先需要对被加工零件孔的分布情况及所要达到的要求进行分析，如各部件尺寸、材料、形状、硬度及加工精度和表面粗糙度等内容。然后还要深入基层进行实地观察，摸索夹具的工作原理，体会组合机床的优点。通过认真阅读研究TY4100柴油机气缸体的零件图，了解其材料、硬度、重量等。首先是总体方案的设计，总体方案设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工的零件图，加工的示意图，机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。最后，就是技术设计和工作设计。技术设计就是根据总体设计已经确定的三图一卡，设计夹具等专用部件正式总图；工作设计就是绘制各个专用部件的图样，编制各零件的明细表。
我们通过对相关单位的参观实习,总结了过去所学到的知识,参考了有关的资料。根据设计任务的要求,我们一组共三人,设计了TY4100型柴油机气缸体专用机床。
本设计对机床总体设计方案的论证、定位夹紧方案的论证、定位误差的分析、夹紧力的计算、夹具的液压缸的选用、夹紧结构的设计特点等都作了比较系统的概述。本说明书的重点任务是为TY4100柴油机机体缸孔半精镗组合机床总体设计及夹具设计。本夹具属于专用夹具范畴，其定位装置，夹紧装置，夹具体，及其它元件及装置均为自行设计、加工。设计时，尽量考虑使用标准件和通用件，来缩短设计周期，减少机床后续改造的零件报废率，提高经济效益。
2 组合机床总体设计
2.1 组合机床工艺方案的拟定
工艺方案的制定是设计箱体镗孔专用机床最重要的一步。工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到“体积小、重量轻、结构简单、使用方便、效率高、质量好”的要求。为了使工艺方案制定得合理、先进,必须从认真分析被加工零件图纸开始,深入现象全面的了解被加工零件的结构特点、加工部件、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求,定位夹紧方式、工艺方法和加工过程所采用的刀具、辅具、切削用量情况及生产率要求,分析其优缺点,总结设计制造,使用单位和操作者丰富的实践经验要求理论紧密联系实践,从而确定零件在专用机床上完成的工艺(工序)内容及方法决定刀具种类、结构型式、数量及切削用量等。
2.1.1 被加工零件的加工工序和加工精度
由于本机床是用于对柴油机机体缸孔进行半精镗加工，根据先粗后精，工序集中原则，现对柴油机机体缸孔加工的工艺路线设计如下:
工序1(半精镗) Ⅰ工位: 半精镗φ118.4孔，孔深8mm
半精镗φ113.4孔，孔深12.3mm
半精镗φ115孔，孔深124mm
倒角φ118.4，孔深5.6mm
半精镗φ112.9孔，孔深21.4mm
孔加工精度为H8；
Ⅱ工位: 半精镗φ118.4孔，孔深8mm
半精镗φ113.4孔，孔深12.3mm
半精镗φ115孔，孔深124mm
倒角φ118.4，孔深5.6mm
半精镗φ112.9孔，孔深21.4mm
孔加工精度为H8；
2.1.2 被加工零件的特点
TY4100柴油机机体的材料为HT200,硬度为187～251HBS,生产纲领为年产量2万件，单班制,在本工序前各主要表面已加工完毕。
2.2 组合机床配置型式选择
组合机床有大型和小型，又可分为卧式，立式两种，根据配置形式还可分为单工位和多工位。配置方案不同对机床的复杂程度，通用化程度，结构工艺性，加工精度，机床重新调整的可能性等都有不同的影响。在本工序中要求加工同轴的五个孔，因此采用立式布置，为了提高生产效率，降低设计成本。机床采用立式，立式组合机床床身由滑座、立柱及柱底组成。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。本机床采用了双滑台单动力头结构，考虑到相关联的机床夹具结构的统一性，采用固定式夹具.由于在加工过程中要实现大范围的调速，因此采用液压滑台来满足这个要求。其具有如下特点:在相当大的范围内进给量可以无级调速，可以获得较大的进给力，由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长，工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现，过载保护简单可靠，由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠.由此，根据已定的工艺方案和机床配置形式，确定机床为立式双轴二工位半精镗缸孔组合机床，液压滑台实现工作进给运动，设计配套的动力箱。
2.3 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，夹压部件以及被加工零件的材料，硬度和本机床的前加工余量，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 ，是在被加工零件图基础上，突出本机床的加工内容，并作必要的说明而绘制的。为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定：应按一定的比例，绘制足够的视图以剖面；本工序加工部位用粗实线表示，保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画“—”粗实线，其余部位用细实线表示。
本机床加工时是采用的一面两销定位方式，一面是柴油机机体的底面，两销分别是一圆柱销一菱形销。它共限制六个自由度，可以达到定位效果，因此可以保证所需要的加工精度。绘制的被加工零件工序图见附图TY4100-002。
2.4 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，它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱、电气系统以及选择动力部件，绘制机床总体联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。绘制的加工示意图见附图TY4100-003。
2.4.1 刀具的选择
根据加工精度、工件材料、工件条件、技术要求等进行分析,按照经济地满足加工要求的原则,合理地选择刀具。只要所选工艺方案可以采用刚性较好的镗杆和对刀方便，以及加工中不至于有振动时，还是采用镗削方法好。这是因为镗刀制造简单，刃磨方便。
加工气缸内孔常用镗刀加工。镗刀可分为单刃和双刃镗刀两大类。单刃镗刀只有一主刀刃在单方向参加切削，它的结构简单，制造方便，通用性大，用一把镗刀可以加工不同直径的孔。
因而我们选择单刃镗刀，其材料为硬质合金的可转位刀。由于此杆同时装有多把刀，也就是加工多层孔壁，承受扭矩较大，所以要使用强度好的刀杆材料：40Cr。
2.4.2 组合机床切削用量的选择
