495发动机缸体左右面攻丝的组合机床总体设计及夹具设计含4张CAD图
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495发动机缸体左右面攻丝的组合机床总体设计及夹具设计摘 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、大量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。通过对495发动机缸体的调研,了解了其功用和结构特点,从而制定出最佳的工艺方案。重点对组合机床专用夹具的参数及结构进行了优化设计,完成了夹具定位支承系统及夹紧机构的设计和分析计算。使夹具的结构合理、紧凑,满足设计要求。该组合机床由立柱、立柱底座、中间底座、液压滑台、动力箱、多轴箱、夹具等组成。本文对各部分的设计进行了详细的计算和论证。关键词: 组合机床;攻丝;发动机缸体;夹具The overall design and fixture design of the combined machine tool with right and left side tapping of the 495 engine cylinder blockABSTRACTThe machinery Manufacture is an important pillar of economic development in a country. The manufacturing industrys production capacity depends mainly on the advanced degree of manufacturing equipment-machine tools. Combination machine tools have the advantages of low cost and high efficiency. They are widely used in large quantities and mass production, and can be used to form automatic production lines. Through the investigation of the 495 engine cylinder, the function and structure characteristics of the engine were understood, and the best process plan was formulated. The parameters and structure of the special fixture of the combined machine tool are optimized, and the design and analysis of the fixture positioning support system and clamping mechanism are completed. The structure of the fixture is reasonable and compact, and meets the design requirements. The combined machine tool consists of a column, a column base, an intermediate base, a hydraulic sliding platform, a power box, a multi-axle box, and a fixture. In this paper, the design of each part is calculated and demonstrated in detail.Key words :Combination machine tool;Tapping wire; Engine cylinder; FixtureII 目 录摘要Abstract1 绪论11.1 机床在国民经济的地位及其发展简史11.2 组合机床的国内、外现状41.2.1 国内组合机床现状41.2.2 国外组合机床现状61.3 机床设计的目的、内容、要求71.3.1 设计的目的71.3.2 设计内容71.3.3 设计要求71.4 机床的设计步骤8 1.4.1 调查研究8 1.4.2 拟定方案8 1.4.3 工作图设计82 组合机床的总体设计92.1 组合机床工艺方案的拟定92.1.1 确定组合机床工艺方案的基本原则92.1.2 确定组合机床工艺方案应注意的问题102.1.3 分析、研究加工要求和现场工艺102.1.4 定位基准和夹压部位的选择112.2 确定组合机床配置型式及结构方案应考虑的问题112.3 工艺规程122.4 “三图一卡”的编制122.4.1 被加工零件工序图122.4.2 加工示意图132.4.3 绘制加工示意图的有关计算142.4.4 机床联系尺寸总图192.4.5 机床分组252.4.6 机床生产率计算卡253 夹具设计27 3.1 组合机床夹具概述273.2 定位支承系统273.2.1 定位装置及机构293.2.2 导向装置及机构303.3 夹紧机构313.4 夹紧力计算323.5 误差的分析与计算333.5.1 定位误差343.5.2 夹紧误差353.6 夹具精度分析计算363.7 人工智能的思考37结论42参考文献44附录46外文资料48中文译文56致谢62 1 绪论1.1 机床在国民经济的地位及其发展简史现代社会中,人们为了高效、经济地生产各种高质量产品,日益广泛的使用各种机器、仪器和工具等技术设备与装备。为制造这些技术设备与装备,又必须具备各种加工金属零件的设备,诸如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。由于机械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度,目前主要靠切削加工的方法来达到,特别是形状复杂、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件,往往需要在机床上经过几道甚至几十道切削加工工艺才能完成。因此,机床是现代机械制造业中最重要的加工设备。在一般机械制造厂中,机床所担负的加工工作量,约占机械制造总工作量的40%60%,机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性,进而决定着国民经济的发展水平。可以这样说,如果没有机床的发展,如果不具备今天这样品种繁多、结构完善和性能精良的各种机床,现代社会目前所达到的高度物质文明将是不可想象的。一个国家要繁荣富强,必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化,这就需要一个强大的机械制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备,即各种机器、仪器和工具等。然而,一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾。机床工业是机械制造业的“装备部”、“总工艺师”,对国民经济发展起着重大作用。因此,许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高,使本国国民经济的发展建立在坚实可靠的基础上。机床是人类在长期生产实践中,不断改进生产工具的基础上生产的,并随着社会生产的发展和科学技术的进步而渐趋完善。最原始的机床是木制的,所有运动都是由人力或畜力驱动,主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯,它们实际上并不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床,是在18世纪中叶才开始发展起来的。当时,欧美一些工业最发达的国家,开始了从工场手工业向资本主义机器大工业生产方式的过度,需要越来越多的各种机器,这就推动了机床的迅速发展。为使蒸汽机的发明付诸实用,1770年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内孔用的镗床。1797年发明了带有机动刀架的车床,开创了用机械代替人手控制刀具运动的先声,不仅解放了人的双手,并使机床的加工精度和工效起了一个飞跃,初步形成了现代机床的雏型。续车床之后,随着机械制造业的发展,其他各种机床也陆续被创制出来。至19世纪末,车床、钻床、镗床、刨床、拉床、铣床、磨床、齿轮加工机床等基本类型的机床已先后形成。上世纪初以来,由于高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继出现,刀具切削性能不断提高,促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方向发展。与此同时,由于电动机、齿轮、轴承、电气和液压等技术有了很大的发展,使机床的转动、结构和控制等方面也得到相应的改进,加工精度和生产率显著提高。此外,为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求,机床品种的发展也与日俱增,例如,各种高效率自动化机床、重型机床、精密机床以及适应加工特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世。50年代,在综合应用电子技术、检测技术、计算技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上发展起来的数控机床,使机床自动化进入了一个崭新的阶段,与早期发展的仅适用于大批大量生产的纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比,它具有很高柔性,即使在单件和小批生产中也能得到经济的使用。综观机床的发展史,它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展,并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的,现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展。我国的机床工业是在1949年新中国成立后才开始建立起来的。解放前,由于长期的封锁统治和19世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺,我国的工农业生产非常落后,既没有独立的机械制造业,更谈不上机床制造业。至解放前夕,全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂,制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等;1949年全国机床产量仅1000多台,品种不到10个。解放后,党和人民政府十分重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢复时期,就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂;在随后开始的几个五年计划期间,又陆续扩建、新建了一系列机床厂。经过50多年的建设,我国机床工业从无到有,从小到大,现在已经成门类比较齐全,具有一定实力的机床工业体系,能生产5000多种机床通用品种,数控机床1500多种;不仅装备了国内的工业,而且每年还有一定数量的机床出口。我国机床行业的发展是迅速的,成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄,与世界先进水平相比,还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要,为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力,必须深入开展机床基础理论研究,加强工艺试验研究,大力开发精密、重型和数控机床,使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列。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,多轴箱和夹具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。夹具是组合机床的重要组成部件,是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位,夹压,刀具的导向,以及装卸工件时的限位等作用的。组合机床夹具和一般夹具所起的作用看起来好象很接近,但是其结构和设计要求却有着很显著的甚至是很根本的区别。组合机床夹具的结构和性能,对组合机床配置方案的选择,有很大的影响。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,以及设计高效率的夹具、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(尤其是箱体零件加工)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。1.2.1 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。1.2.2 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。1.3 机床设计的目的、内容、要求1.3.1 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。1.3.2 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、箱体、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1.3.3 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。1.4 机床的设计步骤1.4.1 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。1.4.2 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。1.4.3 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 组合机床的总体设计2.1 组合机床工艺方案的拟定工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步。因为工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。因此,应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出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。2.1.1 确定组合机床工艺方案的基本原则(1)粗精加工分开原则 粗加工的切削负荷较大,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,影响加工尺寸精度和表面粗糙度。因此,在拟订工件一个连续的多工序工艺过程时,应选择粗精加工工序分开的原则。(2)工序集中原则 组合机床运用多刀集中在一台机床上完成一个或多个工件的不同表面的复杂过程,从而有效的提高生产率。因此,在拟订工艺方案时,在保证加工质量和操作维修方便的情况下,应适当提高工序集中程度,以便减少机床台数、占地面积和节省人力,取得理想的效益。本机床由于螺纹孔直径较小,精度较高,要求主轴和机床刚度较好,所以工序应集中,并且十个孔的相对位置精度要求较高所以工序集中加工。通过丝锥对孔进行一次性加工,从而保证精度,质量,生产率。备注:攻丝机床都是借助电动机正转进行攻丝,加工完了电动机反转使丝锥退出工件。电动机的反向和停止是由攻丝行程控制机构来操纵的。为了确保攻丝电动机的可靠反向和停止,在电气控制系统设计上,除了一般动作控制信号外,还必须增设互锁保险开关。为了在丝锥退回原位电动机能及时停止,不因惯性转动造成丝锥超程,破坏攻丝机构的原位状态,在电动机停转时,一般应采用刹车机构以制动。当一个主轴箱上攻丝主轴少于8根时可以不用。对特大的攻丝主轴箱有时还应设置两个或更多的刹车机构,以确保可靠的制动。本设计的主轴箱的主轴大于8根,所以需要。2.1.2 确定组合机床工艺方案应注意的问题(1)按一般原则拟定工艺方案时的一些限制 1)孔间中心距的限制根据切削扭矩计算要求,主轴轴颈和轴承外径有一最小许用尺寸;对于螺孔加工还要考虑相应攻螺纹靠模的径向尺寸限制;对于镗孔,要考虑浮动卡头和导向尺寸或刚性主轴结构尺寸限制。所以近距离孔能否在同一多轴箱上同一工位进行加工,要受各类主轴允许的最小中心距限制。当孔间距小于相应主轴轴间距许用值时,如果孔系相互位置精度要求不甚严格,则可将近距孔分散在几个工位或几台机床上分别加工。2)工件结构工艺性不好的限制有些工件结构工艺性不好,如箱体多层壁上的同轴线的孔径中间大两头小时,则进刀困难。当孔径大于50mm时,可采用让刀的办法加工,如主轴处于定位刀具定向状态,抬起工件或刀杆径向移动,以便轴向进退刀。否则不适宜在组合机床上加工。又如多层壁同轴孔,为便于布置中间导向装置,孔中心离箱体侧壁间距离也应足够。(2)其他应注意的问题1)精镗孔时应注意孔表面是否允许留有退刀刀痕。这对机床的工作循环、多轴箱和夹具结构都有影响。如果允许有螺旋形刀痕时,刀具可不停转退刀;若只允许有直线形刀痕时,刀具必须停转后退刀;如不准留有刀痕时,刀具必须先停转、定位并使刀具或工件让刀后方可退刀。当生产率许可时,刀具可按工进速度退回,这样既不留刀痕,又利于提高加工精度。2)对互相结合的两壳体零件,均应分别从结合面加工联接孔。这样能更好地保证联结孔的位置精度,便于装配。3)在制订加工一个工件的几台成套机床或流水线的工艺方案时,应尽可能使精加工集中在所有粗加工之后,以减少内应力变形影响,有利于保证加工精度。攻螺纹工序应尽量放在最后进行,以减少油腻污垢对基面的影响。2.1.3 分析、研究加工要求和现场工艺根据分析、研究被加工零件缸体左右面螺纹孔,在箱体上分别加工,技术要求及生产纲领。深入现场调查分析零件(或同类零件)的加工工艺方法,定位和加紧,所采用的设备、刀具及切削用量,生产率情况及工作条件等方面的现行工艺资料,以便制定出切合实际的合理工艺方案。2.1.4 定位基准和夹压部位的选择1)由于实行多刀加工,切削负荷大,工件受力方向变化,加工零件为箱体,所以采用一面两销定位,上面夹紧。2)组合机床的工艺方法及所能获得的加工精度;表面粗糙度和形位精度。表1-1所列是组合机床加工螺纹孔的典型工艺过程。表2-1 螺纹孔加工典型工艺过程螺纹孔类别工艺过程一般紧固螺纹孔钻底孔,倒角,攻丝较高精度螺纹孔钻底孔,扩至底孔尺寸,倒角,攻丝在攻丝前最好在孔口倒角,以使丝锥容易进入空中,有利于准确的保证攻丝深度。攻丝一般都采用一个工步一次加工出需要的深度。但当螺纹孔较深时,可以利用二次进给的方法来攻丝。第一次攻到一段距离后,丝锥反转退回,但不全部退出工件,然后丝锥又正转攻进,一直到需要的深度。这样可以减少因切削阻塞使扭力矩增大,甚至使丝锥折断。这种分两次攻丝的进给运动,也是通过特殊的攻丝行程控制机构自动控制的。其工作原理与通用的攻丝行程控制机构类似。亦可以在通用的攻丝行程控制机构上增加两个行程开关和挡铁来实现。2.2 确定组合机床配置型式及结构方案应考虑的问题根据工件的特点、工艺要求、生产率要求及工艺方案等,可大体确定采用哪种基本配置型式的机床。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以及经济性等都有不同的影响。因此,确定机床配置型式和结构方案时应考虑以下主要问题。在确定机床配置型式和结构方案时,首先要考虑如何稳定地保证零件的加工精度。影响加工精度的主要因素有夹具误差和加工误差两方面。夹具误差:一般精加工的夹具公差为零件公差的1/31/5;粗加工时,夹具精度可略低,但不能太低。夹具型式也有影响。固定式夹具单工位组合机床可达到的加工精度最高;移动(或回转)式夹具多工位组合机床,因存在移(转)位、定位误差,其加工精度一般比固定式夹具低。其他应注意的问题:(1)要注意排屑通畅;(2)注意相关联的机床夹具结构的统一性;(3)应注意机床使用条件:如车间的布置情况、毛坯或在制品的堆放和流向、装卸方位和操作方便性以及使用单位的后方车间技术水平和维修能力等。2.3 工艺规程表2-2 工艺规程序号工序内容简要说明铸造时效消除内应力涂底漆防止生锈10粗铣缸体下底面先加工基准面20粗铣缸体后面先加工基准面30粗铣缸体左右面先加工面40铣凸台面50精铣缸体下底面精加工开始60精铣缸体后面70精铣缸体左右面先加工面80在缸体左侧钻5个6.7孔,孔深36孔口倒角145在缸体左侧钻2个6.7孔,孔深18孔口倒角145在缸体左侧钻1个8.6孔,孔深20孔口倒角145在缸体右侧钻9个6.7孔孔口倒角145在缸体右侧钻4个8.6孔,孔深22孔口倒角145在缸体右侧钻2个8.6孔,孔深44孔口倒角145后加工孔90攻螺纹16-M8和7-M12工序分散平衡节拍100检验110入库2.4 “三图一卡”的编制编制“三图一卡”的工作内容包括:绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图,编制生产率计算卡。“三图一卡”是组合机床总体方案的具体体现。2.4.1 被加工零件工序图被加工零件工序图具有直观的作用,此外,它还具有一些特定的要求。被加工零件工序图是根据选定的工艺方案,表示在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容,加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹压部以及被加工零件的材料、硬度和在本机床上加工前毛坯情况的图纸。它是在原有的工件图基础上,以突出本机床或自动线加工内容,加上必要的说明绘制的。它是组合机床设计的主要依据。也是制造使用时调整机床,检查精度的重要技术文件。被加工零件工序图应包括下列内容:(1)在图上应表示出被加工零件的形状,尤其是要设置中间导向时,应表示出工件内部筋的布置和尺寸,以便检查工件装进夹具是否相碰,以及刀具通过的可能性。(2)在图上应表示出加工用基面和夹压的方向及位置,以便依此进行夹具的支承,定位及夹压系统的设计。(3)在图上应表示出加工表面的尺寸、精度、光洁度,位置尺寸及精度和技术条件(包括对上道工序的要求及本机床保证的部分)。(4)图中还应注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及被加工部位的余量。此外,为了使被加工零件工序图清晰明了,能突出本机床的加工内容,绘制时对本机床加工部位用粗实线表示,其尺寸打上方框,其余部位用细实线表示。本设计中,我设计的是攻495发动机缸体左右面螺纹,采用一面两销定位,实现完全定位。由于利用工件的底面作为基面,为了使夹紧可靠以及部件配置合理,采用对工件的顶面进行夹紧。要求加工之后能满足尺寸的公差范围之内。2.4.2 加工示意图加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一,在机床总体设计中占有重要地位。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;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须的重要技术文件。加工示意图,要反映机床的加工过程和加工方法,刀具尺寸及加工尺寸,主轴尺寸及伸出长度,主轴、刀具、工件间的联系尺寸等,根据机床要求的生产率及刀具特点,合理地选择刀削用量,决定动力头的工作循环。加工示意图应绘制成展开图。其绘制顺序是:首先按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图,加工示意图还要绘制出工件加工部位的图形。加工示意图还要考虑一些特殊要求(如工件抬起、主轴定位、危险区等)。决定动力头的工作循环及行程。最后,选择切削用量及附加必要的说明。综合考虑以上各种注意事项,可以看出加工示意图的绘制方法可以分为几个步骤,即刀具的选择、工序间余量的确定等。2.4.3 绘制加工示意图的有关计算 技术分析螺纹孔:M8、M10 精度等级:7H材 料:HT200 硬 度:150-200HB盲 孔:加工深度L=24、15、30、44mm刀具的选择选择刀具应考虑工件材质、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求。只要条件允许应尽量选用标准刀具。为提高工序集中程度或满足精度要求,可以采用复合刀具。刀具锥柄插入接杆孔内长度,在绘制加工示意图时应注意从刀具总长中减去。刀具的类型的选择决定于所切螺纹的性质、所切螺纹在工件上的位置、工件的构造与尺寸及生产的批量。选择标准细柄机用柄丝锥M8和M12作为刀具;M8: L=66mm l=19mm M12: L=89mm l=29mm 攻丝靠模装置选择在组合机床上攻螺纹,根据工件加工部位分布情况和工艺要求,常有攻螺纹动力头攻螺纹,攻螺纹靠模装置攻螺纹和活动攻螺纹模板攻螺纹三种方法。而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。靠模装置结构简单,制造成本低,并能在一个攻螺纹装置上方便地攻制不同规格的螺纹,且可各自选用合理的切削用量。所以攻螺纹靠模装置目前应用很广泛。攻螺纹靠模装置的原理仍然是“自引法”攻丝。这种攻丝装置的进给运动,直接由靠模螺杆、螺母得到。常用的靠模装置有:TO281型攻丝靠模装置和TO282型靠模装置。在本设计中采用了通用的TO281型攻丝靠模装置。如图2-1所示图2-1 TO281型攻丝靠模机构这种靠模装置有攻丝靠模和攻丝卡头配合组成,并由攻丝装置配置成攻丝组合机床。动力由攻丝主轴通过双键传到攻丝靠模杆,再经平键传递给攻丝卡头上的丝锥。靠模螺母通过结合子和弹簧装在套筒内,套筒由压板压在靠模板谁上。攻丝时,靠模杆边转动边向前移动,其进给量与丝锥引进量相同。压板的压力要适当,以保证丝锥遇到故障不能前进,扭力增大,靠模杆与靠模螺母同时转动,停止进给,避免破坏传动件或扭转丝锥。这种装置易于调整,只要松开压板,则可方便的将攻丝靠模取出,利用攻螺纹卡头上的调整螺母,能方便地调整丝锥的轴向位置,且在变动加工螺孔规格时,易装卸调换。本设计中选用攻螺纹靠模规格2。切削用量的选取由于组合机床有大量刀具同时工作,为了使机床正常工作,不经常停车换刀,而达到较高的生产率。所选择的切削用量比一般通用机床的切削用量要低一些。总体上说:在采用多轴加工的组合机床的切削用量和切削速度要低一些。根据现有组合机床使用情况,多轴加工的切削用量比通用机床单刀加工的切削用量约30%左右。查文献4表6-19得:加工材料为铸铁时切削速度:v=48m/min 查文献8选取所需刀具,选用M8和M10细柄机用丝锥。查文献13表14-90对于M8的丝锥:由公式计算得 (2.1)取v=8m/min进给量为丝锥的导程f=1.25mm/r由公式:v=d n得:主轴转速n=318/r/min对于M10的丝锥:由公式计算得 (2.2)取v=9m/min进给量为丝锥的导程 f=1.5mm/r由公式:v=d n得:主轴转速n=286r/min因为高速钢丝锥攻螺纹切削速度为4-8m/min,即转速较大,取实际转速n=250r/min,则实际切削速度v=nd/1000=7.85m/min 确定主轴类型、尺寸、外伸长度 主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联结结构进行确定。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。主轴轴径尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削转矩T,查文献4表3-4和表3-5初定主轴直径d,并考虑便于生产管理,适当简化规格。综合考虑加工精度和具体工作条件,按表3-6和表4-1选定主轴外伸长度L、外径D和内径d1及配套的刀具接杆莫式锥度号。通用攻螺纹主轴有两种(1)滚锥轴承攻螺纹主轴(2)滚针轴承攻螺纹主轴。主轴类型查文献4表4-2 选用滚锥轴承攻螺纹主轴主轴尺寸查文献4表6-20得:攻螺纹切削转矩: (2.3) 式中: T切削转矩(Nmm) D加工直径(mm) 工件螺距(mm)由已知得螺纹直径D=8mm时,取=1.25mm 则可得T=5008.71Nmm由已知得螺纹直径D=10mm时,取=1.5mm 则可得T=8998.53Nmm根据公式: d=6.2 (2.4)可算出本设计中攻螺纹主轴的大致直径。式中:d主轴直径(mm) T转矩(Nm) D螺距大径(mm) P螺距(mm)当螺纹直径为8mm时,T=5008.71Nmm 此时d=16.49mm当螺纹直径为10mm时,T=8998.53Nmm 此时d=19.09mm查文献4表3-5攻螺纹主轴直径的确定,得螺纹M8的主轴直径d=17mm,为计算方便,此处选用主轴轴径d=20带入计算 转矩T=5 Nm查文献4表3-5攻螺纹主轴直径的确定,得螺纹M10的主轴直径d=20mm 转矩T=9 Nm查文献4表3-6和4-2 主轴直径d=20mm时外伸尺寸L=120mm。 选择接杆、浮动卡头除刚性主轴外,组合机床主轴与刀具间常用接杆连接(称刚性连接)和浮动卡头连接(称浮动连接)。加工螺纹时,常采用攻螺纹靠模装置和攻螺纹卡头及相配套的攻螺纹接杆,丝锥用相应的弹簧夹头装在攻螺纹接杆上。查文献4中图8-1选用用于夹持M6M30的机用丝锥弹簧夹头。查文献4中图8-6选用攻螺纹卡头及攻螺纹接杆。 动力部件工作循环及行程的确定动力部件的工作循环是指加工时,动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置,又返回到原位的动作过程。一般包括快速引进、工作进给和快速退回等动作。有时还有中间停止、多次往复进给、跳跃进给、死挡铁停留等特殊要求。 图2-2工作进给长度的确定 (2.5)式中: 工作进给长度 刀具切入长度 加工部位长度 刀具切出长度 切入长度一般为510mm,取=8mm。查文献4中表3-7可得:攻螺纹时切出长度 =5+ (2.6) 式中: 丝锥切削部分长度当螺纹直径为8mm时,取=4mm,即切出长度=9mm此时工作进给长度 ,代入式(2.5)可得: =8+4+9=21mm当螺纹直径为10mm时,取=5mm,即切出长度=10mm此时工作进给长度,代入式(2.5)可得: =8+5+10=23mm 快速引进长度确定快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置,其长度由具体情况确定。本工序选取快速引进长度为75mm。 快速退回长度确定快速退回的长度等于快速引进和工作进给长度之和。一般在固定式夹具钻孔或扩孔的机床上,动力部件快速退回的行程,只要把所有刀具都退至导套内,不影响工作的装卸就行了。但对于夹具需要回转或移动的机床,动力部件快速退回行程必须把刀具、托架、活动钻模板及定位销都退离到夹具运动可能碰到的范围之外。综上所述,取快速退回长度为75+。当螺纹直径为8mm时,快速退回长度为 75+=75+21=96mm当螺纹直径为10mm时,快速退回长度为 75+=75+23=98mm 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杆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与前后备量之和。前备量是使动力部件有一定的向前移动的余地,以弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前调整,前备量一般大于1020mm。后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地,以方便装卸刀具,后备量一般不小于4050mm,或不少于刀具尾柄插入刀具接杆锥孔内的长度。根据以上原则选取前备量为40mm;当螺纹直径为8mm时,后备量为494mm。动力部件总行程为630mm。当螺纹直径为10mm时,后备量为492mm。动力部件总行程为630mm。2.4.4 机床联系尺寸总图 机床联系尺寸总图的作用和内容机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据,并按初步选定的主要通用部件以及确定专用部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置形式、主要构成及各部件安装位置、相互关系、运动关系和操作方位的总体布局图。用以检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适;它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据;它可以看成是机床总体外观简图。由其轮廓尺寸、占地面积、操作方式等可以检验是否适应用户现场使用环境。机床联系尺寸总图表示的内容: 1)表示机床的配置形式和总布局。以适当数量的视图(一般至少两个视图,主视图应选择机床实际加工状态),用同一比例画出各主要部件的外廓形状和相关位置。表明机床基本型式(卧室、立式或复合式、单面或多面加工、单工位或多工位)及操作者位置等。 2)完整齐全的反映各部件之间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。3)标注主要通用部件的规格代号和电动机型号、功率及转速,并标出机床分组编号及组件名称,全部组件应包括机床全部通用及专用零部件。4)标明机床验收标准及安装规程。 绘制机床联系尺寸总图之前应确定的内容 组合机床的配置形式的选择本设计是对495发动机缸体左右面攻丝的组合机床设计。根据495发动机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。其总体布置如图23所示。 图2-3机床总体布置图 选择动力部件 动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理因素,确定机床为卧式双面多工位液压传动组合机床,液压滑台实现工作进给运动,选用配套的动力箱驱动多轴箱攻丝主轴。动力箱规格与滑台要匹配,其驱动功率主要依据是根据多轴箱所传递的切屑功率来选用。确定攻丝电机功率,应考虑丝锥钝化的影响,一般按计算功率的1.52.5倍选取。(轴数少时取大值,轴数多时取小值) (2.7)式中:消耗于各主轴的切削功率的总和,单位为kw; 主轴箱的传动效率,加工黑色金属时取0.80.9,加工有色金属时取0.70.8,主轴数多、传动复杂时取小值,反之取大值。查文献4表6-20得: (2.8)当螺纹直径为8mm时,代入式(2.8)可得: 当螺纹直径为10mm时,代入式(2.8)可得: 攻左端面时,左多轴箱有七根主轴加工直径为8mm的孔,有一根主轴加工直径为10mm的孔。故PP17+P210.16367+0.23091.3761kw因为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。代入式(2.7)可得: 攻右端面时,右多轴箱有九根主轴加工直径为8mm的孔,有六根主轴加工直径为10mm的孔。故PP19+P260.16369+0.230962.8578kw因为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。代入式(2.7)可得: 查文献4表5-39本机床左右多轴箱均采用1TD40-V型动力箱(电动机转速为960r/min;驱动轴转速为480r/min;电动机选Y132M2-6型,功率为5.5KW)。查文献4表6-20得切削力为: (2.9)式中: D加工直径(mm) f进给量(mm/r) HB布氏硬度当螺纹直径为8mm时,代入式(2.9)可得:当螺纹直径为10mm时,代入式(2.9)可得:根据选定的
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