495发动机缸体前后面攻丝的组合机床总体设计及主轴箱设计含5张CAD图
495发动机缸体前后面攻丝的组合机床总体设计及主轴箱设计含5张CAD图,发动机,缸体,前后,先后,面攻丝,组合,机床,总体,整体,设计,主轴,cad
495发动机缸体前后面攻丝的组合机床总体设计及主轴箱设计摘 要 机械制造业是一个国家经济发展的重要支柱。而制造业的生产能力主要取决于制造装备机床的先进程度。组合机床兼有低成本和高效率的优点,在大批量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。本设计介绍了495发动机缸体前后面攻丝的组合机床总体设计及主轴箱设计,其中包含了零件加工工艺的确定。首先要了解工件的加工工艺路线及工序的计算,确定组合机床结构布置。确定攻螺纹主轴的直径,初步选用电机型号及机床各部分部件。编制三图一卡(被加工零件工序图,加工示意图,机床联系尺寸图,机床生产率计算卡)。在多轴箱设计中,确定传动系统,计算主轴坐标,传动部件的校核及主轴箱的总图绘制。本设计将钻孔、攻丝两工艺结合为一体,降低了机器成本,而且节省了加工时间,提高了工作生产效率。关键词:发动机缸体;组合机床;总体设计;攻丝多轴箱The general design and spindle box design of tapping machine for front and rear engine block 495AbstractThe machinery Manufacture is an important pillar of economic development in a country. While the capability of production in trade of manufacture mostly depends on the advanced producing equipmentmachine tool .Modular machine tools have advantages of high efficiency and low cost. It is widely used in large batch production and can be consisted automatic production line .The design introduced the general design and spindle box design of tapping machine for front and rear engine block 495,it includes the determination of the processing technology of the parts. First of all, we must understand the workpiece processing route and process calculation and determine the layout of the combined machine tool. Determining the diameter of the spindle and selecting the motor type and parts of the machine tool preliminarily. Drawing up three graphics and one card (processed parts process diagram, processing schematic diagram, machine tool contact size map, machine productivity calculation card) .In the design of multi- axle box, determining the transmission system, calculating the spindle coordinates,checking the transmission parts and drawing up the general drawing of the spindle box.This design combines two processes( drilling and tapping)together to reduce cost, save processing time and improve work efficiency.Key words : engine cylinder ;combined machine tool ;general design ;tapping multi-axle box目 录摘 要Abstract1 组合机床概述11.1 本课题的研究背景及意义11.2 组合机床概述21.3 组合机床的国内、外现状41.3.1 国内组合机床现状41.3.2 国外组合机床现状61.4 机床设计的目的、内容、要求71.4.1 设计目的71.4.2 设计内容71.4.3 设计要求81.5 机床的设计步骤81.5.1 调查研究81.5.2 拟定方案81.5.3 工作图设计92 495发动机缸体前后面工艺分析92.1 被加工零件的功用92.2 编制工艺规程及分析92.2.1 被加工零件的材料分析及技术要求92.2.2 零件的生产纲领102.2.3 毛坯的选用102.3 零件加工工艺路线的拟定102.3.1 工件定位102.3.2 定位基准的选择112.3.3 确定组合机床工艺方案的基本原则及其特点122.3.4 加工工序的设计132.3.5 热处理的安排132.3.6 初步拟定工艺规程132.4 攻丝切削用量的选择143 钻孔、攻丝组合机床的结构设计153.1 组合机床的配置形式的选择153.2 动力部件的选择153.3 通用部件选择163.3.1 主轴箱的轮廓尺寸的确定163.3.2 液压滑台选择183.3.3 侧底座193.3.4 中间底座193.3.5 动力部件工作行程及循环的确定193.3.6 工作台的确定203.3.7 初步确定装料高度204 绘制 三图一卡214.1 绘制被加工零件工序图卡214.2 绘制被加工零件加工示意图214.3 机床联系尺寸图的绘制234.4 专用机床生产率计算卡的编制244.4.1 生产率的计算244.4.2 编写生产率计算卡265 组合机床攻螺纹多轴箱设计265.1 攻螺纹概述265.2 绘制多轴箱设计原始依据图275.2.1 内容及注意事项275.2.2 主轴外伸尺寸及切削用量285.3 主轴齿轮的确定及计算285.3.1 主轴形式和直径,齿轮模数的确定285.3.2 多轴箱所需动力计算295.4 多轴箱的传动设计315.4.1 对多轴箱的传动系统的一般要求315.4.2 拟订多轴箱传动系统的方法325.5 主轴、传动轴坐标计算355.5.1 加工基准坐标系xoy,计算主轴驱动轴坐标355.5.2 验算中心误差365.5.3 制坐标检查图375.6 对传动零件进行校核385.6.1 轴的挍核385.6.2 齿轮的挍核395.7 攻螺纹装置的设计415.8 多轴箱总图及零件图的绘制435.8.1 主视图435.8.2 展开图445.8.3 主轴和传动轴装配表445.8.4 多轴箱和传动轴装配表445.9 多轴箱技术条件44绪 论46附 录48参考文献63致 谢641 组合机床概述本设计是对495发动机缸体前后面攻丝的组合机床总体设计及主轴箱设计。通过本次设计掌握组合机床的工作原理,设计方法和了解组合机床的发展史及未来的发展前景。1.1 本课题的研究背景及意义随着现代化工业技术的快速发展,特别是随着它在自动化领域内的快速发展,组合机床的研究已经成为当今机器制造界的一个重要方向,在现代工业运用中,大多数机器的设计和制造都是用机床大批量完成的。现代大型工业技术的飞速发展,降低了组合机床的实现成本,软件支持机制也使得实现变得更为简单,因此,研究组合机床的设计具有十分重要的理论意义和现实意义。在工业高速发展的现代化浪潮中,各种机械设计和制造业中,组合机床的应用越来越广泛,越来越转化为生产力,从这个意义上讲,对组合机床的研究具有重要的现实意义。组合机床是根据工件加工需要,以通用部件为基础,配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。组合机床是按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。由于通用部件已经标准化和系列化,可根据需要灵活配置,从而缩短了设计和制造的周期,因此,组合机床兼有低成本和高效率的优点,在大批、大量生产中得到了广泛的应用,并可用以组成自动生产线。总体方案的设计主要包括制定工艺方案(确定零件在组合机床上完成工艺内容及加工方法,选择定位基准和夹紧部位,决定工步和刀具种类及其结构形式,选择切削用量等)、确定机床配置形式、制订影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。总体方案的拟定是设计组合机床最关键的一步。方案制定得正确与否,将直接影响机床能否达到合同要求,保证加工精度和生产率,并且结构简单、成本较低和使用方便。对于同一加工内容,有各种不同的工艺方案和机床配置方案,在最后决定采用哪种方案时,必须对各种可行的方案作全面分析比较,根据工件的加工要求和特点,按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素,并经技术经济分析后拟订出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。在组合机床诸多零件中,多轴箱与组合机床密切相关,是组合机床的重要组成部件。它是选用通用零件按专用要求设计的,所以是组合机床设计过程中工作量较大的零部件。就多轴箱设计来说,工作量主要集中在传动系统的设计上,轴的设计必须保证各轴的转速、旋向、强度和刚度,而且应当考虑有无让刀,有无调位机构等。因此,本课题基于使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好提出的要求,着重选择最佳的工艺方案,合适地确定机床工序集中程度,合理地选择组合机床的通用部件,恰当的组合机床的配置型式,合理地选择切削用量,以及设计高效率的工具、刀具及主轴箱就是本次设计主要内容。具体的工作就是要制定工艺方案,进行机床结构方案的分析和确定,进行组合机床总体设计,组合机床的部件设计和施工设计,使其具有工程意义,实现其在实际应用中的价值。1.2 组合机床概述组合机床是根据工件加工需要,以大量通用部件为基础,配之以少量的专用部件和按工件形状和加工工艺设计的专用部件和夹具,组成的半自动或自动的专用机床。组合机床一般用于加工缸体类或特殊形状等零件。加工时,工件一般不旋转,由工件的旋转运动和刀具与刀具的相对进给运动。组合机床的基础部件是通用部件。通用部件是具有特定功能,按标准化、系列化和通用化原则来设计和制造的。在各种通用部件之间有配套关系,在组成各种组合机床时,可以互相通用。按功能来分,通用部件可分为动力部件、支撑部件、输送部件、控制部件、辅助部件等。(1)动力部件。动力部件是传递动力并实现主运动或进给运动的通用部件,它是通用部件中最基本的部件,实现主运动的动力部件有动力箱和各种完成专门功能的切削头,如钻削头、铣削头、镗削头等。动力箱常与专用部件多轴箱配合使用,以实现主运动。实现进给运动的动力部件为动力滑台。(2)支撑部件。支撑部件是用来安装动力部件、输送部件等的通用部件,包括侧底座、立柱、立柱底座、中间底座等。中间底座用来安装夹具和输送部件,侧底座用来安装动力滑台及各种切削头,组成卧式机床。若用立柱代替底座,便可组成立式机床。(3)输送部件。输送部件是多工位组合机床的通用部件,用来安装工件并将其输送到预定的工位,如移动工作台、分度回转工作台以及分度回转鼓轮等。(4)控制部件。控制部件包括各种液压控制元件、操纵板、电气挡铁、按钮站等,用来控制组合机床按规定程序实现工作循环。(5)辅助部件。辅助部件主要包括冷却、润滑、排屑等辅助装置,以及各种实现自动夹紧的机械扳手等。多轴箱是组合机床的一个专用部件它由专用零件和通用零件组成。多轴箱各主轴位置是按被加工零件上的孔设计的,其作用是将运动由动力箱传至各主轴,使其获得所要求的转速和转向。多轴箱分为通用多轴箱和专用多轴箱两大类,通用多轴箱的零件大部分是通用零件,采用非刚性主轴,由导向套来引导刀具,保证被加工的精度;专用多轴箱的零件大部分是专用零件,采用刚性主轴,靠主轴组件来保证加工孔的精度因此,组合机床具有如下的优点:(1)主要用于棱体零件和杂件等的孔面加工。(2)生产率高。因为工序集中,可以多面、多工位、多轴、多刀同时进行加工。(3)加工精度稳定。因为工序固定,可选用成熟的通用部件、精密夹具和自动工作循环来确保加工精度的。(4)研制周期短,便于设计、制造和使用维护,成本较低。因为通用化、系列化、标准化程度高,通用件可组织批量生产进行预先制造或外购。(5)自动化程度高,劳动强度较低。(6)配置灵活。因结构是横块化、组合化。可按照工件或工序要求,用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床和自动线;机床便于改装:产品或工艺发生变化时,通用部件一般还可以重复使用。因此,组合机床在大批、大量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。 图1-1各种组合机床配置方案示意图组合机床一般用于加工缸体类或特殊形状的零件。加工时,工件一般不旋转,由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动,来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转,由刀具作进给运动,也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。1.3 组合机床的国内、外现状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(尤其是缸体零件加工)的关键设备之一。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。1.3.1 国内组合机床现状我国加入WTO以后,制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略,采取了积极的应对策略,出现了产、销两旺的良好势头,截至2005年4月份,组合机床行业企业仅组合机床一项,据不完全统计产量已达1000余台,产值达3.9个亿以上,较2004年同比增长了10%以上,另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长,新产品、新技术较去年年均有大幅度提高,可见行业企业运营状况良好。(1)行业企业产品结构的变化组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备,随着我国加入WTO后与世界机床进一步接轨,组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看,数控机床与加工中心的市场需求量在上升,而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势,中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表是统计数据显示,仅从几个全国大型重点企业生产情况看,2003年生产数控机床890台,产值16187万元,生产加工中心148台,产值5770万元;2004年生产数控机床985台,产值25838万元,生产加工中心159台,产值7099万元;而2005年,截至4月份,数控机床、加工中心、产值已接近2003年全年水平,故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。(2)行业企业的快速转变“九五”后期,在组合机床行业企业的50多家组合机床分会会员中,仅有两家企业实行了股份改造,一家企业退出国有转为民营,其余的都是国有企业。而从2001至2002年,不到两年的时间,就先后有十几家企业实行股份制改造,一些小厂几乎全部退出国有转为民营,现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造,转制已势不可档,“民营经济在经历了从被歧视,被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后,焕发勃勃生机。”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。(3)组合机床技术装备现状与发展趋势组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化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,因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的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的缸体类和轴类零件(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,以及铣削平面和成型面等。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,还有多工位回转台组合机床等;随着技术的不断是进步,一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受人们是亲昧,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(NC)等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多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、机床辅机等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品,是根据用户特殊要求而设计的,它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后,国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大,并使产品生产成本提高。因此,市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品,由过去的“刚性”机床结构,向“柔性”化方向发展,满足用户需要,真正成为刚柔兼备的自动化装备。1.3.2 国外组合机床现状80年代以来,国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上,正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展,实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势是:(1)广泛应用数控技术国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。(2)发展柔性技术80年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。(3)发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面组合机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。(4)进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。1.4 机床设计的目的、内容、要求1.4.1 设计的目的机床设计毕业设计,其目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计,使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中,得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练,树立正确的设计思想,掌握基本的设计方法,培养基本的设计方法,并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。1.4.2 设计内容(1)运动设计 根据给定的被加工零件,确定机床的切削用量,通过分析比较拟定传动方案和传动系统图,确定传动副的传动比及齿轮的齿数,并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。(2)动力设计 根据给定的工件,初算传动轴的直径、齿轮的模数;确定动力箱;计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后,要验算传动轴的直径,齿轮模数否在允许范围内。还要验算主轴主件的静刚度。(3)结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、缸体、润滑与密封等的布置和机构设计。即绘制装配图和零件工作图。(4)编写设计说明书1.4.3 设计要求评价机床性能的优劣,主要是根据技术经济指标来判定的。技术先进合理,亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎,在国内和国际市场上才有竞争力。机床设计的技术经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分析。1.5 机床的设计步骤 1.5.1 调查研究研究市场和用户对设计机床的要求,然后检索有关资料。其中包括情报、预测、实验研究成果、发展趋势、新技术应用以及相应的图纸资料等。甚至还可以通过网络检索技术查阅先进国家的有关资料和专利等。通过对上述资料的分析研究,拟订适当的方案,以保证机床的质量和提高生产率,使用户有较好的经济效益。1.5.2 拟定方案通常可以拟定出几个方案进行分析比较。每个方案包括的内容有:工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统、液压系统、控制操作系统、电系统、主要部件的结构草图、实验结果及技术经济分析等。在制定方案时应注意以下几个方面:(1) 当使用和制造出现矛盾时,应先满足使用要求,其次才是尽可能便于制造。要尽量用先进的工艺和创新的结构;(2) 设计必须以生产实践和科学实验为依据,凡是未经实践考验的方案,必须经过实验证明可靠后才能用于设计;(3) 继承与创造相结合,尽量采用先进工艺,迅速提高生产力,为实现四个现代化服务。注意吸取前人和国外的先进经验,并在此基础上有所创造和发展。1.5.3 工作图设计 首先,在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上,进行方案图纸的设计。这些图子包括: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,统称“三图一卡”设计。并初定出主轴箱轮廓尺寸,才能确定机床各部件间的相互关系。其次,绘制机床的总装图、部分部件装配图、液压系统图、PLC接线图和梯形图。然后,整理机床有关部件与主要零件的设计计算书,编制各类零件明细表,编写机床说明书等技术文件。最后,对有关图纸进行工艺审查和标准化审查。2 495发动机缸体前后面工艺分析2.1 被加工零件的功用 发动机缸体是机械制造中加工工序较多,劳动量较大,精度要求高的典型零件。缸体的前后面是各类发动机的关键壳体零件,缸体前后面的质量直接影响到发动机的使用功能,缸体内装有许多零件,所以缸体上的孔作为零件的装配部件的基础,它们之间的相对位置基本上是由缸体来保证的,所以缸体的加工表面的尺寸、形状、位 精度都有非常严格的要求。2.2 编制工艺规程及分析2.2.1 被加工零件的材料分析及技术要求495发动机缸体的材料为HT200GB9439,HT200是灰铸铁的牌号,HT代表灰口铸铁,HT是灰色铸铁汉语拼音的缩写,灰铸铁HT200表示30试样的最低抗拉强度200MPa。材料硬度:163255HBS,化学成分:C:3.03.6 S:0.12 P:1220m/s的带轮以及其他符合所列1作条件的零件。6.需经表面淬火的零件。该设计主要加工表面为缸体前后面上孔的攻丝,设计精度直接影响495发动机缸体整体的接触精度及密封。2.2.2 零件的生产纲领根据生产类型与生产纲领的关系,确定该缸体为大量生产。2.2.3 毛坯的选用根据零件材料HT200GB9439确定毛坯为铸件,又知,其生产类型为大批量生产。又由于缸体零件的内腔及孔须铸出。故还应安放型芯。此外,为消除残余应力,铸造后安排人工时效。铸件尺寸公差分为16级,由于是大量生产。由工艺人员手册查得,铸件尺寸公差等级为CT10级,选取铸件箱值为1.0mm。2.3 零件加工工艺路线的拟定2.3.1 工件定位 工件在夹具中定位的主要任务是:使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确的位置。工件位置的正确与否,用加工要求来衡量。能满足加工要求的为正确,反之不正确。一批工件逐个在夹具上定位时,各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一致,也不必要求其完全一致,但各个工件的位置变动量必须控制在加工要求所允许的范围内。工件定位定则(六点定则):在空间直角坐标系中,工件可以沿X、Y、Z轴有不同的位置,称工件沿XYZ轴的位置自由度,用、表示;也可以绕X、Y、Z轴有不动的位置,称工件绕X、Y、Z轴的角度自由度,用、表示。用于描述工件不确定性的,称为工件的六个自由度。用于限制工件自由度的固定点,称为定位支承点,简称支承点。用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度的法则,称为六点法则。 对六个自由度的限制可分为以下几类定位:(1) 工件在夹具中定位,若六个自由度都被限制时,称为完全定位。(2) 工件在夹具中定位,若六个自由度没有被全部限制时,称为部分定位(不完全定位)。在工件定位时,以下情况允许不完全定位:加工通孔或通槽时,沿贯通的位置自由度可不限制。毛坯(本工序加工前)是轴对称时,绕对称轴的角度自由度可不限制。加工贯通的平面时,除可不限制沿两个贯通的位置自由度外,还可不限制绕垂直加工表面的角度自由度。(3) 工件在夹具中定位时,若实际定位支撑点或实际限制的自由度个数少于工序加工要求应予限制的自由度个数,则工件定位不足,称为欠定位。(4) 工件在夹具中定位,若几个支撑点重复限制同一个或几个自由度时,称为重复定位。2.3.2 定位基准的选择(1) 精基准的选择。缸体上下面及其上面的孔既是装配基准,又是设计基准,用它们作为精基准,能使加工遵循“基准重合”原则,实现缸体零件“一孔二面”的典型定位方式;其余各面和孔的加工也能用它定位,这样工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外,上下面的面积较大,定位比较稳定、加紧方案也比较简单、可靠,操作方便。(2) 粗基准的选择。考虑到以下几点要求,选择缸体零件的重要孔与缸体面作为粗基准 保证各加工表面均有加工余量的情况下,使重要孔的加工余量尽量均匀; 装入缸体内的旋转零件(如齿轮、曲轴等)与缸体内壁有足够的间隙; 能保证定位夹紧可靠。2.3.3 确定组合机床工艺方案的基本原则及其特点(1)粗精加工分开原则 粗加工时的切削负荷较大,切削产生的热变形,较大夹压力引起的工件变形以及切削振动等,对精加工工序十分不利,影响加工尺寸精度表面粗度。因此,在拟定工件一个连续的多工序过程时,应选择粗精加工工序分开的原则。(2) 工序集中原则 工序集中是近代机械加工主要发展方向之一,组合机床正是基于这一原则发展而来,即运用多刀(相同或不同刀具)集中在一台机床上完成一个或几个工件不同表面的复杂工艺过程,从而有效地提高生产率。因此 在拟定工件一个连续的多工序过程时,应注意工序集中原则。(3) 工序集中的特点: 减少设备的数量,减少了操作工人和生产面积。 减少工序的数目,减少运输工作量,简化了生产计划工序缩短了生产周期。 减少装夹次数不仅有利于提高生产率,而且由于在一次装夹加工许多表面,也易于保证这些表面间的位置精度。 因为采用的专用设备和专用工艺装备数量多而复杂,因此机床的工艺装备的调整维修也很费事,生产准备工作量很大。(4) 工序分散的特点: 采用比较简单的机床和工艺装备,调整容易。 对工人的技术要求低或只经过较短时间的训练。 生产准备工作量小,易于变换产品。 设备数量多,生产面积大。综上所述攻缸体螺纹可采用集中攻螺纹,即缸体上大量螺纹工序集中在一台机床上加工。这样便于考虑统一的润滑、简化多轴箱传动。2.3.4 加工工序的设计确定工序尺寸的一般方法是,由于加工表面的最后工序往前推算,最后工序的尺寸只与工序的加工余量有关。有基准转换时,工序尺寸用工艺尺寸链解算。2.3.5 热处理的安排发动机缸体是形状复杂的铸件,必须消除内应力,防止加工和装配以后产生变形,必须合理安排时效处理工序,采用自然或人工时效处理。 2.3.6 初步拟定工艺规程 工艺规程:把工艺过程的操作方法按一定的格式用文件的形式规定下来。通过对缸体的工艺分析和缸体的技术要求来制定缸体的加工路线,由于发动机缸体为大批量生产,尽量选用专用机床加工,提高生产率。 拟订的加工工艺:序号工序内容简要说明铸造时效消除内应力涂底漆防止底面生锈10粗铣缸体上下面先加工基准面20粗铣缸体前后面先加工面30铣凸台面40精镗缸体前后面上的M12、M10、M8的孔,孔口倒角145后加工孔,粗加工结束,精加工开始50精铣前后面60精铰面上各孔(工艺要求)提高工艺精准度70攻前后面上M12、M10、M8的孔80检验90入库2.4 攻丝切削用量的选择查组合机床设计简明手册表3-4和表3-5选取所需刀具,选用M12和M10以及M8的细柄机用丝锥。查组合机床设计简明手册表3-5得攻螺纹切削转矩: (21) T-切削转矩(Nmm)D-主轴直径(mm)-工件螺距(mm)由已知得M12螺纹直径D=12mm ,取 =1.75mm 则T1=14600Nmm由已知得M10螺纹直径D=10mm ,取 =1.5mm 则T2=9000Nmm由已知得M8螺纹直径D=8mm ,取 =1.25mm 则T3=5000Nmm转速计算公式由螺纹直径和螺距查机械制造工艺设计手册表3-63得切削速度V=8.88m/min。转速n1=1000v/D= 235.7r/min转速n2=1000v/D= 282.8r/min转速n3=1000v/D= 353.5r/min查机床设计简明手册表6-19知:高速钢丝锥攻螺纹切削速度为48m/min(加工材料为铸铁),取切削速度v=8m/min,即转速较大。取实际转速n1=200r/min,n2=250r/min n3=350r/min 则实际切削速度v1=nd/1000=7.54m/min v2=nd/1000=7.85m/minv3=nd/1000=8.79m/min查机床设计简明手册表6-20知切削功率 P (22)T 切削转矩(Nmm)V 切削速度(m/min则功率 P1=0.30kw P2=0.23kw P3=0.18kw3 钻孔、攻丝组合机床的结构设计3.1 组合机床的配置形式的选择本设计是对495缸体攻丝的组合机床设计。根据缸体结构和大批量生产采用双面加工的组合机床和液压自动加紧结构以便提高生产效率。 图3-1 机床总体布置图其总体布置如图31所示。3.2 动力部件的选择动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。已经确定为卧式双面齿轮传动组合机床,选用配套的动力箱驱动多轴箱攻螺纹主轴。动力箱规格要与滑台匹配,其驱动功率主要依据多轴箱所传递的切削功率来选用。由机床设计简明手册47页知切削功率 P (3-1) P 消耗主轴的切削功率总和 多轴箱的传动功率机床加工缸体前面时共有21根主轴,加工缸体后面共有12根主轴。故P切削(缸体前面)=p212+p39=0.2312+0.189=4.38kw P切削(缸体后面)=p110+p32=0.310+0.182=3.36kw传动功率加工黑色金属时取0.80.9,加工有色金属时取0.70.8;主轴传动复杂时取小值,反之取大值。故本设计取0.8。P左多轴箱=4.38/0.8=5.475kwP右多轴箱=3.36/0.8=4.2kw 据组合机床设计简明手册表539选用动力箱:1TD40I,电动机型号Y132S-4,电动机功率5.5kw,电动机转速n=1440r/min,输出转速n=720r/min,L3(电动机安装端面至罩壳后面的轴向长度) =395mm。3.3 通用部件选择选择通用部件,主要是确定动力部件的驱动方式和规格(即大小),其他如床身、立柱、挡铁等部件根据动力部件的规格,按通用部件配套表选用。3.3.1 主轴箱的轮廓尺寸的确定由组合机床设计简明手册49页得标准通用钻、镗类多轴箱的厚度是一定的、卧式为325mm, 立式为340mm。因此,确定多轴箱尺寸的宽度B和高度 H及最低主轴高度h1。如图32所示: 图32 多轴箱轮廓尺寸确定被加工零件轮廓以点画线表示,多轴箱尺寸用实线表示,多轴箱宽度B、高度H的大小主要与被加工零件孔的分布有关,多轴箱轮的宽度B和高度H通常按下式确定: B=b+2b1 (32) H=h+h1+b1 (33)b 工件在宽度方向相距最远的两孔距离,单位为mmb1 最边缘主轴中心至箱体外壁距离,单位为mmh 工件在高度方向相距最远的两孔距离,单位为mmh1 最低主轴高度,单位为mm左多轴箱(加工缸体前面)b1=34mm, b=504mmh1=60mm, h=624mmB=504+34+34=572mm H=624+60+34=718mm 右多轴箱(加工缸体后面)b1=40mm, b=492mm h1=50mm, h=548mmB=492+40+40=572mm H=548+50+40=638mmB和h为已知尺寸。为保证多轴箱内有足够安排齿轮的空间,推荐70-100mm。多轴箱最低主轴高度必须考虑与工件最低孔位置、机床装料高度H、滑台总高度、侧底座高度等尺寸之间的关系而确定。查组合机床设计简明手册5-3知滑台高度=280mm侧底座高度h4=560mm。左多轴箱(加工缸体前面)实例中h2=60mm,H=1000mm。实例h1、B、H的计算如下 h1=h2+H-(0.5+h3+h4)=60+1000-(0.5+280+560)=219.5mm取b1=100mm,则可求出多轴箱的轮廓尺寸: H=h+h1+b1=624mm+219.5mm+100mm=943.5mmB=b+2b1=504+200=704mm右多轴箱(加工缸体后面)实例中h2=50mm,H=1000mm。实例h1、B、H的计算如下 h1=h2+H-(0.5+h3+h4)=50+1000-(0.5+280+560)=209.5mm取b1=100mm,则可求出多轴箱的轮廓尺寸: H=h+h1+b1=548mm+209.5mm+100mm=857.5mmB=b+2b1=492+200=692mm上述计算值,查组合机床设计简明手册表7-1通用箱体系列尺寸标准,最后确定多轴箱轮廓尺寸左多轴箱(加工缸体前面)尺寸为BH=1000mm1000mm右多轴箱(加工缸体后面)尺寸为BH=1000mm1000mm3.3.2 液压滑台选择液压滑台的结构特点是:采用双矩型导轨结构型式,以单导轨两侧面导向,导向的长宽比较大,导向性好。滑座体为箱形框架纳构,滑座底面中间增加了结合面,结构刚度高。导轨淬火,硬度高,使用寿命长。液压缸活塞和后盖上分别装有双间单向阀和缓冲装置,可减轻滑台换向和退至终点时的冲击。滑台分普通级、精密级和高精度级三个精度等级,可按要求选用,提高经济性。已知电机型号,由组合机床简明手册表5-1查得液压滑台型号:1HY32IA, 台面宽 320mm,台面长度 630mm,行程 400mm,最大进给力 12500N,工进速度 20650mm/min,快速移动速度 10m/min。由组合机床简明手册表5-3查得液压滑台卧式配置时的联系尺寸。3.3.3 侧底座侧底座用于卧式专用机床,其上面安装滑台,侧面与中间底座相连接时可用键或锥销定位。侧底座的长度与滑台相适应,即滑台行程有几种规格,侧底座就有几种规格。侧底座有普通级和精密级两种精度等级,与相同的精度等级的滑台配套使用。由组合机床简明手册表5-2查得液压滑台选出侧底座型号为:1CC321。由组合机床简明手册表5-3查得侧底座卧式配置时的联系尺寸。3.3.4 中间底座中间底座其顶面安装夹具或输送部件,侧面可与侧底座或立柱底座相连接,并通过端面键或定位销定位,根据机床配置形式不同,中间底座有多种形式,如双面卧式专用机床的中间底座,两侧面都安装测底座;三面卧式专用机床的中间底座为三面安装侧底座立式回转工作台式专用机床,除安装立往外,还需安装回转工作台。总之,中间底座的结构、尺才需根据工件的大小、形状以及专用机床的配置形式等来确定。根据设计要求选宽度为800mm的中间底座长度根据设计而定。3.3.5 动力部件工作行程及循环的确定动力部件的总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外,还要考虑因刀具磨损或补偿制造、安装误差,动力部件能够向前调节的距离(即前备量)和刀具装卸以及刀具从接杆中或接扦连同刀具一起从主轴孔中取出时,动力部件需后退的距离(刀具退离夹具导套外端面的距离应大于接扦插入主轴孔内或刀具插入接扦孔内的长度,即后备量)。(1) 工作进给长度L的确定 攻M12的螺纹攻螺纹M12深度为L深=44mm,而钻孔深度为56mm,则L2=10, 取L1=6mm, 则工作进给长度L=L1+L2+L深=6+10+44=60(mm)攻M10的螺纹攻螺纹M10深度为L深=30mm,而钻孔深度为44mm,则L2=10, 取L1=10mm, 则工作进给长度L=L1+L2+L深=10+10+30=50(mm)攻M8的螺纹攻螺纹M8深度为L深=24mm,而钻孔深度为36mm,则L2=10, 取L1=6mm, 则工作进给长度L=L1+L2+L深=6+10+24=40(mm)(2)快速引进长度的确定 快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置,其长度按具体情况确定。在加工双层或多层壁孔径相同的同轴孔系时,可采用跳跃进给循环进行加工,即在加工完一层壁后,动力部件在次快速引进到位,在加工第二层壁孔,以缩短加工时间。在本次设计中,根据加工的零件选取快进的长度为120mm。(3)工退的确定 攻丝结束后刀具需要退出工件,其长度等于工进长度。即攻M12的螺纹的工退长度为60mm.即攻M10的螺纹的工退长度为50mm.即攻M8的螺纹的工退长度为40mm.(4)快速退回长度的确定。本工序的快退的长度为120mm。(5)动力部件总行程的确定动力部件的总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外,还需考虑刀具的磨损或补偿制造、安装误差,动力部件能够向前调节的距离(即前备量)和刀具装卸以及刀具从接杆中或连同接杆一起从主轴孔中取出时,动力部件所需后退的距离(刀具退离夹具导套外端面的距离应大于接杆插入主轴孔内或刀具插入接杆孔内的长度,即后备量)。因此,动力部件的总行程为快退行程、工退与前后备量之和。在本次设计的前备量为30mm,后备量为220mm。得出即攻M12的螺纹时动力部件的总行程是430mm即攻M10的螺纹时动力部件的总行程是420mm即攻M8的螺纹时动力部件的总行程是410mm死挡铁停留,选用压力继电器。3.3.6 工作台的确定 因BH=1000mm1000mm,又因为两工作台间的距离为280mm,查组合机床设计简明手册表5-44,选用多工位移动工作台1AYU80。其联系尺寸为:台面宽800mm,台面长800mm,行程1600mm。3.3.7 初步确定装料高度装料高度一般指工件安装基面至地面的垂直距离。在确定机床装料高度时,首先要考虑工人操作的方便性,对于流水线要考虑车间运送工件的滚道高度;对于自动线要考虑中间底座的足够高度,以便允许内腔通过随行夹具返回系统或冷却排屑系统。其次是机床内部结构尺寸限制和刚度要求。装料高度范围是 8501060mm,根据实际加工条件确定装料高度H=1000mm。4 绘制 三图一卡4.1 绘制被加工零件工序图卡(1)作用:被加工零件工序图是根据制订的工艺方案,表示所设计的组合机床上完成的工艺内容,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的加工余量,毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外,它是专用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。被加工零件工序图是在被加工零件图基础上,突出本机床或自动线的加工内容,并作必要的说明而绘制的。(2)内容: 被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。 本工序所使用的定位基准,夹压部位以及夹紧方向。 本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度和形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。 注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。(3)技术要求 本机床加工前应保证:除方框内尺寸的所有尺寸; 两定位销为8级精度,表面粗糙度3.2mm。 本机床应保证:所加工中心位置度不大于0.5,并按最大实体原则要求;保证方框内尺寸。4.2 绘制被加工零件加工示意图(1)作用: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。它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、多轴箱和液压、电气系统以及选择动力部件,绘制机床总联系尺寸图的主要依据;它是对机床总体布局和性能的原始要求;它也是调整机床和刀具所必需的重要技属文件。 (2)内容 机床的加工方法,切削用量,工作循环和工作行程。 工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。 主轴结构类型、尺寸及外伸长度。刀具类型、数量和结构尺寸。 接杆(包括镗杆)、浮动卡头、导向装置攻螺纹靠模装置等结构尺寸。 刀具、导向套间的配合,刀具、接杆、主轴之间的连接方式及配合尺寸等(3)加工示意图的绘制 刀具的选择原则首选标准刀具,为提高工序集中程度或满足精度要求,可以采用复合刀具;选择刀具应考虑工件材质加工精度,表面粗糙度,排屑及生产率等工艺要求。本道工序(攻丝)选择:标准细柄机用柄丝锥M12、M10及M8作为刀具; 导向机构的选择:导向装置的作用是:保证刀具相对工件的正确位置;保证各刀具相互间的正确位置;提高刀具系统的支承刚性。选择导向机构为攻螺纹靠模机构。攻螺纹靠模装置用于同一方向纯攻螺纹工序。由攻螺纹多轴箱和攻螺纹靠模头组成。靠模螺母和靠模螺杆是经过磨制并精细研配的,因而螺孔加工精度较高。靠模结构简单,制造成本低,并能在一个攻螺纹装置上方便的攻制不同规格的螺纹,而且可各自选用合理的切削用量。(4)主轴、接杆结构确定主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴联接结构进行确定。主轴轴颈及轴端尺寸主要取决于进给抗力和主轴刀具系统结构。 主轴直径查组合机床简明手册表3-5表4-2由螺纹直径M12可得,D/d1=40/20, 主轴直径25mm,攻丝靠模机构规格代号3,主轴外伸尺寸L=120mm。由螺纹直径M10可得,D/d1=32/16, 主轴直径20mm,攻丝靠模机构规格代号2,主轴外伸尺寸L=120mm.由螺纹直径M8可得,D/d1=32/16, 主轴直径20mm,攻丝靠模机构规格代号2,主轴外伸尺寸L=120mm. 接杆的选择除刚性主轴外,专用机床主轴与刀具间常用接杆连接,因
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