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1、I 4L22 柴油机机体顶面精铣床设计 摘要 本文主要介绍了 4L22 柴油机机体顶面精铣床的设计。研究的主要问题是 4L22 柴油机机体顶面 精铣床外观图设计和夹具设计。根据 4L22 柴油机机体的结构、形状和尺寸特点，4L22 柴油机机体 顶面精铣床外观图设计选用了通用部件：铣削头、机械滑台等，配以专用的夹具和立柱、侧底座等 基础部件，采用立式布局形式组成一组合铣床；夹具的设计，采用三基面组合定位，采用机动夹紧 方式，使用液压斜楔夹紧装置完成工件夹紧。该设计方案具有设计制造周期短，生产率高，加工质 量稳定，工人劳动强度低，产品更新时，组合铣床上的通用部件仍可重新利用组成新的组合机床等 优点
2、。经过分析和精度验算表明该设计方案能够满足 4L22 柴油机机体生产纲领要求，能够保证 4L22 柴油机机体顶面的加工精度和表面质量要求。 关键词关键词：铣削头；机械滑台；组合铣床；夹具 II Design Fine Milling Machine Tool to Mill the 4L22 Diesel Engine Fuselage Abstract This article mainly introduced the design about the fine milling machine tool ,which was used to mill the top of the 4L22
3、 diesel engine fuselage.It mainly focused on the design is the outward appearance chart and the jig.According to the diesel engine of the fuselages structure,shape, size, the design of the outward appearance chart, selected the interchangeable components,which includes the mechanical slip lable and
4、the milling cutter unit, design the special-purpose jig and the basic parts of colum, side foundation to form a vertical complete milling machine tool. In the design of the jig, it used three basic plane combinations localization.Simultaneously,in order to reduces workers labor intensity and non-cut
5、ting time, using hydraulic pressure to clamp. With hydraulic pressure wedge clamp installment to complete the work piece clamping. This design proposal has many advantages,such as, the cycle of the design and manufacture is short, the cost of the manufacture is low,high productivity, stable processi
6、ng accuracy, and the interchangeable components still can reuse to form a new complete milling machine tool ,when the product is renewal. Being analysed and precison computed, this milling machine tool can meet the product efficiency , processing accuracy and superficial demand. Key words：Milling cu
7、tter unit ; Mechanical slip lable ; Block milling machine tool ; Jig III 目录目录 摘要 Abstract. 第一章 绪论1 1.1 选题的背景、目的和意义 1 1.2 国内外研究现状分析 1 第二章第二章 方案选择与论证方案选择与论证3 2.1 确定方案3 2.2 方案分析和选择3 第三章第三章 4L22 柴油机机体顶面精铣床外观柴油机机体顶面精铣床外观图图设设计计4 3.1 选取铣刀4 3.2 选取动力部件4 3.2.1计算铣削力4 3.2.2选取主运动部件铣削头5 3.2.3选取进给运动部件机械滑台6 3.2.4立柱
8、尺寸确定6 3.2.5中间底座尺寸确定7 3.2.6机床的工作循环7 第四章 夹具设计.8 4.1 确定夹具定位方案，设计定位元件 8 4.1.1定位方案的确定 8 4.1.2定位元件的设计 8 4.1.3定位误差的分析和计算 9 4.2 确定夹紧方案，设计夹紧装置10 4.2.1夹紧力的确定10 4.2.2夹紧机构的设计13 4.2.3动力装置（液压油缸）的设计 14 4.3 对刀装置的设计 14 4.4 设计夹具底座14 第五章第五章 结论结论16 参考文献参考文献 17 致谢致谢 18 附录附录 19 IV 第一章绪论 1.1 选题的背景、目的和意义 4L22 柴油机是山东华源莱动自行研
9、制开发的新产品，4L22 柴油机机体采用的是干 缸套，对机体顶面的加工精度要求，特别是平面度要求较高。机体顶面的加工精度直 接影响缸孔和缸孔止口的加工精度，随着数控机床和加工中心的发展和应用越来越广 泛，在生产线上组合机床、通用机床的应用虽然受到一定的影响，但在实际生产中， 箱体类零件平面的加工多数采用端铣刀在专用组合铣床或通用铣床进行铣削加工。组 合机床是以大量通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或多种工件按预先确定 的工序进行加工的高效专用机床，具有生产效率高，加工质量稳定，工人劳动强度低， 设计、制造周期短，加工对象改变时，原有的通用零、部件可以重新利用，组成新的 组合机床等特点，目
10、前仍是箱体类零件大批大量生产的主要设备。 目前所采用的金属切削机床主要是自动线（60%） 、组合机床（20%）和加工中心 （20%） 。显然，在大批大量生产的机械厂，大量采用组合机床。因此组合机床及自动 线的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了工业部门产品的生产效率、产 品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。因此设计 组合铣床来精铣 4L22 机体顶面具有十分重要的意义。 1.2 国内外研究现状分析 现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不 断吸取新技术成果而完善和发展。十多年来，组合机床及其自动线在高效、高生产率、 柔性化以及
11、采用并行(同步)工程制订更为合理、更为节省的方案方面取得了不小的进 展。尤其是汽车和拖拉机工业，为了提高汽车和拖拉机的性能，对零件的加工精度提 出了一些新的要求，因此对机床性能的要求也更高了。对于汽车和拖拉机零件的加工 精度，现在要求将一些关键零件的主要加工精度只分布在一个比标准公差带要小的公 差范围内。由于采用了新结构、新刀具、新工艺方法、刀具自动补偿系统、专用刀具 的复合工艺。直接利用软件进行误差补偿等办法，组合机床加工精度正在不断提高。 现阶段在组合机床上加工大平面的平面度已达到 lm 长上 0.02-0.04mm.粗糙度达到 Ra 0.4-0.8um；孔经精度达到 H5-H6；孔的圆度
12、和圆柱度达到 0.0015-0.055；定位销 V 孔的中心距精度达到0.013mm；一般孔位精度达到0.02-0.025mm；单向镗孔的 同轴度达 0.005-0.01mm；双向镗孔的同轴度达到 015-0.02mm；一些特种加工工艺的 精度，如止口精度可达到 0.015-0.02mm.缸盖阀座及导管孔的同轴度达到 0.0075- 0.01mm。8为适应高效加工的需要，现代组合机床自动线和自动加工系统的生产节拍 愈来愈短，自动线的节拍，主要是通过缩短基本时间和辅助时间来实现的。缩短基本 时间的主要途径是采用新的刀具材料和新颖刀具，以提高切削速度和进给速度来缩短 基本时间。缩短辅助时间主要是缩
13、短包括工件输送、加工模块快速引进以及加工模块 由快进转换为工件后至刀具切入工件所花的时间。为缩短这部分空行程时间，普遍采 用提高工件或随行夹具的输送速度和加工模块的快速移动速度。滑台的工作循环时间 必须相应缩短。国外有些厂家中等规格滑台的工作循环时间已缩短到 5s。其中快速行 速度已达 15m/min，而最大工作进给速度由通常的 0.7m/min 提高到 1.2-1.5m/min， 切入有的已可缩短到 0.25mm。要提高快进和工作行程速度，需要有高的转换精度， 用伺服驱动滑台便能满足要求。 现代组合机床和自动线作为机电一体化产品，它是控制、驱动、测量、监控、刀 具、和机械组件等技术的综合反映
14、。近些年来，这些技术有长足进步，同时作为组合 机床主要用户的汽车和内燃机等行业也有很大的变化，其产品市场寿命不断缩短，品 种日益增多且质量不断提高。这些因素有力的推动和激励了组合机床和自动线技术的 不断发展。 在工业发达国家的组合机床行业中组合机床设计已普遍采用 CAD 工作站，在设计 室几乎很难见到传统的绘图板。CAD 除应用于绘图工作外，并在构件的刚度分析（有 限元法） 、组合机床及自动线设计方案比较和选择，以及方案报价等方面均已得到广泛 应用，从而显著得提高了设计质量和缩短了设计周期。为缩短产品开发周期、降低制 造费用和提高产品质量世界上许多机械厂都在积极推行精益生产方式其主要内容之一
15、是并行工程，既要求产品开发部门、生产规划部门和组合机床制造厂之间进行紧密合 作。组合机床厂则需要装备制造部门早期介入用户产品的规划和设计，在产品设计部 门考虑其结构和功能时，能协同考虑产品的加工和装配工艺从而加速产品开发、降低 制造费用和提高产品质量的目的，从而取得较好的经济效益。9 现代，组合机床自动线技术取得了很大的进步，自动线在加工精度、生产效率、 利用率、柔性化和综合自动化等方面的巨大进步，标志着组合机床自动线技术发展达 到的高水平。自动线的技术发展，刀具、控制和其它相关技术的进步以及用户需求的 变化起着重要的推动作用，其中，特别是 CNC 控制技术对组合机床自动线结构的变革 VI 及
16、其柔性化起着决定性作用。 第二章 方案选择与论证 2.1 确定方案 4L22 柴油机机机体顶面的铣削加工可采用如下方案： 方案 1、选用通用的立式升降台铣床、设计专用夹具精铣 4L22 柴油机机机体顶面； 方案 2、设计组合铣床和专用夹具精铣 4L22 柴油机机机体顶面； 方案 3、选用镗铣加工中心、设计专用夹具精铣 4L22 柴油机机机体顶面。 2.2 方案分析和选择 方案 1，选用通用的立式升降台铣床，工艺范围广、通用性强，但它的生产率低、 工人劳动强度大，同时它的刚度、强度不高，所以加工精度低； 方案 2，设计组合铣床，组合铣床是已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部 件组成的一种高效
17、专用机床。它的生产率比通用机床高几倍至几十倍，它的加工精度 稳定，自动化程度高，工人劳动强度低，同时因为结构模块化、组合化可按工件或工 序要求，用大量通用部件或少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线，配 置灵活，机床易于改装，产品或工艺变化时通用部件可重复利用。在大批大量生产中， 设计组合铣床精铣 4L22 柴油机机机体顶面是理想的方案。 方案 3，选用镗铣加工中心，具有适应产品更换能力强、加工精度高等优点，但它 的造价昂贵、机床生产率有时不如组合铣床。 4L22 柴油机机机体的生产纲领是大批生产类型，顶面的加工精度要求高。通过上 面的分析，为满足生产纲领，同时在满足加工精度的要求上尽
18、量降低生产成本，决定 采用方案 2 设计组合铣床来精铣 4L22 柴油机机体顶面。 VII 图图 4-44-4 1、抵消进给力所需的夹紧力： 设实际夹紧力为 F。 4.2.2 夹紧机构的设计： 楔铁夹紧机构是组合机床夹具常用的一种增力机构，由于其结构简单，工作可靠 和调整方便，在组合机床夹具中得到广泛应用。为保证工作可靠，减少所需液压缸的 推力， 降低生产成本，决定采用楔铁夹紧机构，采用液压驱动方式。考虑到本工序是精加工， 所需的夹紧力不大，在结构尺寸上为与液压缸配套使用，查组合机床及其调整与使 用15决定采用 1T0232 楔铁圆柱部分直径为 60mm 标准的楔铁夹紧机构。该机构楔 铁的楔角
19、=，楔铁工作行程 50mm，夹紧范围 1-10mm，增力比（传递力放大倍数）12 为 1.8。 4.2.3 动力装置（液压油缸）的设计 为使夹具的结构紧凑，决定自行设计液压油缸。根据经验，选液压油缸的直径为 80mm ,活塞杆的直径为 40mm，大腔的工作面积为 50，小腔的工作面积 2 cm 37.7。 2 cm VIII 活塞杆所需的推力： Q = = 4835N 1.8 K F 现在工厂所用的液压油液的压力一般为：1.25-5Mpa17，因为该工序是精加工， 夹紧力不大所以决定取 1.25 Mpa 计算油缸的工作压力： 由公式得 F P A 2 1.25 50 106250FPAN 大于
20、所需的活塞杆推力，FQ 所以能够满足加工的需要。 4.3 对刀装置的设计 夹具安装在机床工作台上，需要确定刀具相对夹具定位元件的位置，因此需设计 对刀装置。对刀块可以自行设计，或选用标准对刀装置。在大批大量生产中，为了简 化夹具结构，常采用标准工件对刀或试切法对刀，第一件对刀后，后续工件就不在对 刀，此时可以不设计对刀装置。该设计采用的组合铣床是大批量生产类型，同时考虑 到工件的结构尺寸决定采用标准工件进行对刀，对刀后，后续工件就不在对刀16。 4.4 设计夹具底座： 夹具底座有焊接钢板的、铸铁的等8，考虑到铸铁的抗压强度高、减震性能好、 成本低等优点，同时在铸造夹具底座时可设置加强筋，增加夹
21、具体的刚度和强度。所 以决定采用铸铁夹具底座，具体尺寸见附件 3：4L22 柴油机机体顶面精铣床夹具图纸。 IX 第五章 结论 本文主要介绍了 4L22 柴油机机体顶面精铣床的设计。研究的主要问题是 4L22 柴 油机机体顶面精铣床外观图设计和夹具设计。根据 4L22 柴油机机体的结构、形状和尺 寸特点，4L22 柴油机机体顶面精铣床外观图设计选用了通用部件：铣削头、机械滑台 等，配以专用的夹具和立柱、侧底座等基础部件，采用立式布局形式组成一组合铣床； 夹具的设计，采用三基面组合定位，采用机动夹紧方式，使用液压斜楔夹紧装置完成 工件夹紧。该设计方案的具有设计制造周期短，生产率高，加工质量稳定，
22、工人劳动 强度低，产品更新时，组合铣床上的通用部件仍可重新利用组成新的组合机床等优点。 经过分析和精度验算表明该设计方案能够满足 4L22 柴油机机体生产纲领要求，能够保 证 4L22 柴油机机体顶面的加工精度和表面质量要求。 本次设计的 4L22 柴油机机体顶面精铣床，并没有实现完全的自动化。上料、下料 需要人工完成，夹紧时，还需人工将压板送入送出，加重了工人的劳动强度，增加了 辅助时间，使生产率的提高受到一定的影响，操作误差在一定程度上影响了产品的加 工精度。随着现代机械制造工业的发展，实现高生产率、高质量、高柔性是当前组合 机床发展的一必然趋势。建议在以后的设计中，能着重从减轻工人的劳动
23、强度，提高 生产率和提高加工质量方面考虑，可以选用数控滑台、数控铣削头等通用部件组成数 控组合铣床，设计自动上下料装置，实现机床的完全自动化，进一步提高生产效率和 加工精度。 X 参考文献 1 晏国梁. 机体两侧面专机液压夹具的改造设计 制造技术与机床 2003 年 08 期 2 段华荣; 马涛. 强力高效铣削双面 6 轴组合铣床的研制 组合机床与自动化加工 技术 2004 年 07 期 3 李凤春; 杨元芳; 王加祥. 395(495)柴油机体上、下面粗铣加工工艺的改进及夹具 设计 现代制造技术与装备 2008 年 06 期 4 李良福. 近年自动线、组合机床及专用机床的发展状况 上海机床
24、2000 年 0 期 5 吴立梅. 组合机床发展及相关特点分析 科技资讯 2010 年 08 期 6 蔡善乐; 曹金涛; 李怀印. 基于组合机床生产线夹具柔性化研究 新技术新工艺 2010 年 01 期 7 李秀敏. 组合机床行业现状与发展思考航空制造技术 2003 年 04 期 8金振华. 组合机床与自动线 . 机械工业出版社， 1990 9徐旭东. 现代组合机床技术及其发展 中国机械工程 1995 第五期 10徐灏. 机械工艺师手册 机械工业出版社, 2000 694695 11机械工程手册、电机工程手册编辑委员会编. 机械工程手册 机械工业出版社, 1982 46.34246.346 1
25、2大连专用机床厂. 通用部件样本 13东北重型机械学院、洛阳农业机械学院、长春汽车厂工人大学编. 机床夹具设计 手册 上海科学技术出版社 1974 14吴国梁. 铣工实用技术手册 江苏科学技术出版社 2002.5 258369 15 金振华. 组合机床及其调整与使用 机械工业出版社 1984 187214 16 大连组合机床研究所编. 组合机床设计 机械工业出版社 1973.2 108114 17 路甬祥. 液压气动技术手册 机械工业出版社 2001.7 致谢 经过两个多月努力的工作，论文最终得以完稿；在此谨向曾给予过我关心和帮助 的老师、同学表示衷心的感谢。此次设计是对大学四年所学专业课的一个综合运用， 通过这次设计使以前所学课程得到进一步复习和加深。 本文是在李爱芝老师的亲切关怀和精心指导下得以完成的。在导师的帮助下，顺 利完成了该课题的选题、设计、实施和完稿。导师严谨求实的治学精神、精益求精的 XI 科研态度、渊博宽广的学识和高尚的道德情操都给我留下了深刻的印象，并将使我终 生受益。在此谨向导师以诚挚的敬意和感谢。 同时，还要感谢给予我帮助的各位同学。正是由于他们的大量帮助和指导，才使 本论文得以顺利完成。 在此，表示最诚挚的感谢。 附录 14L22 柴油机机体顶面精铣床外观图 2 4L22 柴油机机体顶面精铣床夹具图纸 XII