468Q发动机缸体双面卧式钻床多轴箱设计【说明书+CAD】
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河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 I 摘 要 组合机床使用系列化、标准化的通用部件和少量的专用部件组成的 多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高效专用机床,其生产 率比通用机床高几倍至几十倍,可进行钻、镗、铰、攻丝、车削、铣削 等切削加工。组合机床的通用部件和标准件约占 70-80%,这些部件是系 列化的,可以进行成批生产.其余 20-30%的专用部件是由被加工零件的 形状,轮廓尺寸,工艺和工序来决定。 在批量生产中这了提高生产率,必须要缩短加工时间和辅助时间, 而且尽可能使辅助时间和加工时间重合,使每个装夹多外工件同时进行 多刀加工,实行工序高度集中,因而广泛采用组合机床及自动线。 关 键 词:组合机床;主轴箱;切削 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 II Abstract Aggregate machine-tool use seriation , the standardized general part and the few special-purpose parts compose the university special purpose machine which multiple spindle, the multi-knives, the multi-working procedures, the multi-surface or the multi-locations simult aneously process, its productivity compared to general engine bed high several times to several dozens times, may carry on drills, the boring, the articulation, attacks machinings and so on the silk, turning, milling. The aggregate machine-tool general part and the standard letter approximately compose 70-80%, these parts are the seriation , may carry on the mass productions. Other 20-30% special-purpose part is by is processed the components the shape, the overall size, the craft and the working procedure decided. This enhanced the productivity in the volume production, must have to reduce the process period and the non-cutting time, moreover causes the non-cutting time and the process period superposition as far as possible, causes each attire to clamp many outside work pieces simultaneously to carry on the multi-knife processing, implements the working procedure high degree of concentration, thus widely uses the aggregate machine-tool and from generatrix . 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 III Key words:Aggregate machine-tool;headstock;cutting 目 录 前言 .1 1 组合机床的概述 .2 1.1 组合机床的组成 .2 1.2 组合机床的类型 .3 1.2.1 具有固定夹具的单工位组合机床 .3 1.2.2 具有移动夹具的多工位组合机床 .4 1.2.3 转塔式组合机床 .5 1.3 组合机床工艺范围及加工精度 .5 1.3.1 组合机床的工艺范围 .5 1.3.2 组合机床的加工精度 .6 1.4 组合机床的发展趋势 .8 1.4.1 提高通用部件的水平 .8 1.4.2 发展适应中、小批生产的组合机床 .8 1.4.3 采用新刀具 .9 1.4.4 发展自动监测技术 .9 1.4.5 扩大工艺范围 .9 2 组合机床通用部件及其选用 .10 2.1 通用部件的类型 .10 2.1.1 通用部件的分类 .10 2.1.2 通用部件的型号、规格及配套关系 .10 2.2 常用通用部件 .11 2.3 通用部件的选用 .12 2.3.1 通用部件选用的方法和原则 .12 2.3.2 通用部件的选用 .13 3 组合机床总体设计 .14 3.1 组合机床方案设计 .14 3.1.1 拟定方案阶段 .14 3.1.2 技术设计阶段 .15 3.1.3 工作设计阶段 .15 3.2 零件分析 .15 3.2.1 气缸体的功用和结构特点 .15 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 IV 3.2.2 基准的选择 .16 3.2.3 加工阶段的划分 .17 4 绘制“三图一卡” .19 4.1 加工工序图 .19 4.1.1 被加工零件工序图的作用和要求 .19 4.1.2 被加工零件工序图的内容 .19 4.1.3 编制被加工零件工序图的注意事项 .19 4.2 加工示意图 .21 4.2.1 被加工零件示意图的作用 .21 4.2.2 被加工零件示意图的内容 .22 4.2.3 选择刀具、导向及有关计算 .23 4.3 机床联系尺寸图 .27 4.3.1 机床联系尺寸图的作用与内容 .27 4.3.2 动力部件的选择 .28 4.3.3 装料高度的确定 .29 4.3.4 初定中间底座尺寸 .30 4.3.5 多轴箱轮廓尺寸的确定 .31 4.4 生产率计算卡 .33 4.4.1 理想生产率 .33 4.4.2 实际生产率 .33 5 多轴箱设计 .35 5.1 多轴箱的基本结构 .35 5.2 通用多轴箱设计 .36 5.2.1 绘制多轴箱设计原始依据图 .36 5.2.2 主轴、齿轮的确定及动力运算 .38 5.2.3 多轴箱传动设计 .41 5.2.4 多轴箱坐标计算、绘制坐标检查图 .45 5.3 多轴箱的传动设计方案 .48 5.3.1 传动设计方案分析 .48 5.3.2 传动系统的设计计算 .48 5.4 绘制多轴箱总图及零件图 .52 5.4.1 多轴箱总图设计 .52 5.4.2 多轴箱零件设计 .54 6 结论 .55 致 谢 .58 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 V 参考文献 .60 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 1 前言 在大批量生产中为了提高生产率,必须注意缩短加工时间和辅助时 间,而且尽可能使辅助时间和加工时间重合,使每个工位安装多个工件 的同时进行多刀加工,实行工序高度集中,因而广泛采用组合机床。 组合机床是用已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成 的多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高效专用机床,生产 率比通用机床高几倍至几十倍,可以进行钻、镗、铰、攻丝、车削、铣 削、车孔端面等工序,随着组合机床的发展,其工艺范围日益扩大,如: 焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。 1911 年,美国为加工汽车零部件研制了组合机床。在发展初期, 各机床制造厂都执行自己的通用部件标准。为方便用户使用和维修,提 高互换性,1953 年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造 厂协商,确定机床通用部件标准化的原则,并规定了部件间联系尺寸。 1973 年 ISO 公布了第一批组合机床通用部件标准,它包括了汽车、农 业、纺机和仪表工业。1978 年、1983 年又第二次作了增补。目前,我 国组合机床的通用部件约占 70%90%。 组合机床广泛应用于大批量生产的行业,如:汽车、拖拉机、电动 机、内燃机、阀门缝纫机等制造业。主要加工箱体零件,如汽缸体、变 速箱体、汽缸盖、阀体等,一些重要零件的关键加工工序,虽然生产批 量不大,但也采用组合机床来保证其加工质量。目前,组合机床的研制 正向高效、高精度、高自动化的柔性方向发展。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 2 1 组合机床的概述 1.1 组合机床的组成 组合机床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专机。 如图 1-1 所示为典型的双面复合式单工位组合机床。其组成是:侧 底座 1、滑台 2、镗削头 3、夹具 4、多轴箱 5、动力箱 6、立柱 7、垫 铁 8、立柱底座 9、中间底座 10、液压装置 11、电气控制设备 12、刀 工具 13 等。通过控制系统,在两次装卸工件间隔时间内完成一个自动 工作循环。图中各个部件都是具有一定独立功能的部件,并且大都是已 经系列化、标准化和通用化的通用部件。通常夹具 4、中间底座 10、和 多轴箱 5 是根据工件的尺寸形状和工艺要求设计的专用部件,但其中的 绝大多数零件如定位夹紧元件、传动件等也都是标准件和通用件。 12 3451362789 101 2 图 1-1 双面复合式单工位组合机床 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 3 通用部件是组成组合机床的基础。用来实现机床切削和进给运动的 通用部件,如单轴工艺切削头(即镗削头、钻削头、铣削头等) 、传动 装置(驱动切削头) 、动力箱(驱动多轴箱) 、进给滑台(机械或液压滑 台)等为动力部件。用以安装动力部件的通用部件如侧底座、立柱、立 柱底座等称为支承部件。 1.2 组合机床的类型 根据所选的通用部件的规格大小以及结构和配制形式等方面的差异, 将组合机床分为大型组合机床和小型组合机床两大类。习惯上滑台台面 宽度 B250mm 的为大型组合机床,滑台 B250mm 的为小型组合机床。 根据大型组合机床的配制形式,可以将其分为具有固定夹具的单工 位组合机床、具有移动夹具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类。 1.2.1 具有固定夹具的单工位组合机床 单工位组合机床特别适用于加工大、中型箱体类零件。在整个加工 循环中,夹具和工件固定不动,通过动力部件使刀具从单面、双面或多 面对工件进行加工。这类机床加工精度高,但生产率低。 按照组成部件的配置形式及动力部件的进给方向,单工位组合机床 又分为卧式、立式、倾斜式和复合式四种类型。 1、卧式组合机床 卧式组合机床的刀具主轴水平布置,动力部件 沿水平方向进给,按工件要求的不同,可配置成单面、双面或多面的形 式。 2、立式组合机床 立式组合机床的刀具主轴垂直布置,动力部件 沿垂直方向进给。一般只有单面配置形式。 3、倾斜式组合机床 倾斜式组合机床的动力部件倾斜布置,沿倾 斜方向进给。可配置成单面、双面或多面的形式,以加工工件上的倾斜 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 4 表面。 4、复合式组合机床 复合式组合机床是上述两种或三种形式的组 合。 1.2.2 具有移动夹具的多工位组合机床 多工位组合机床的夹具和工件可按预订的工作循环,作间歇的移动 或转动,以便依次在不同工位上对工件进行不同工序的加工。这类机床 生产率高,但加工精度不如单工位组合机床,多用于大批量生产中对中 小型零件的加工。 按照夹具和工件的输送方式不同,可分为移动式工作台、回转式工 作台、中央立柱式工作台和鼓轮式工作台四种类型。 1、移动工作台组合机床 可移动工作台组合机床以先后在两个工 位上从两面对工件进行加工,夹具和工件可随工作台直线移动来实现工 位的变换。 2、回转工作台组合机床 回转工作台组合机床在每一个工位上可 以同时加工一个或几个工件,其上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转 的工作台上,并随其作周期转动以实现工位的变换。由于这种机床适宜 于对中小型工件进行多面、多工序加工,具有专门的装卸工位,使装卸 工件的辅助时间和机动时间重合,所以能够达到较高的生产率。 3、中央立柱式组合机床 中央立柱式组合机床上的夹具和工件安 装在绕垂直轴线回转的工作台上,并随其作周期转动以实现工位的变换。 在环形回转工作台上周围以及中央立柱上均可布置动力部件,在各个工 位上,对工件进行多工序加工。 4、鼓轮式组合机床 鼓轮式组合机床上的夹具和工件安装在绕垂 直轴线回转的工作台上,并随其作周期转动以实现工位的变换。在鼓轮 的两端布置动力部件,从两面对工件进行加工。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 5 1.2.3 转塔式组合机床 转塔式组合机床的特点是几个主轴箱安装在转塔式工作台上,各个 主轴箱依次转到加工位置对工件进行加工。按主轴箱是否做进给运动, 可将这类机床分为: 1、只实现主运动的转塔式主轴箱组合机床 主轴箱安装在回转工 作台上,主轴由电动机通过主轴箱内的传动装置带动作旋转运动;工件 安装在滑台的回转工作台上(如果不需工件转位时,可直接安装在滑台 上) ,由滑台带动作进给运动。 2、既实现主运动又可随滑台作进给运动的转塔式主轴箱组合机床 这类机床的工件固定不动(也可以做周期转位) ,转塔式主轴箱安装在 滑台上并随滑台作进给运动。 转塔式组合机床可以完成一个工件的多工序加工,因而可以减少机 床台数和占地面积,适宜于中,小批量生产。 1.3 组合机床工艺范围及加工精度 1.3.1 组合机床的工艺范围 目前,组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序。平面加工包 括铣平面、锪(刮)平面、车端面;孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及 倒角、切槽、攻螺纹、锪沉孔、滚压孔等。随着综合自动化的发展,其 工艺范围正扩大到车外圆、铣削、拉削、磨削、珩磨及抛光、冲压等工 序。此外,还可以完成焊接、热处理、自动装配和建材、清洗和零件分 类及打印等非切削工作。 组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工、缝纫 机和自行车等工业领域的大批、大量生产中已获得广泛应用,一些中小 批量生产的企业,如机床、机车、工程机械制造业中也亦推广应用。组 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 6 合机床最适宜加工各种大中型箱体类零件,如气缸盖、气缸体、变速箱 体、电机座及仪表壳等零件,也可以用来完成轴套类、轮盘类、叉架类 和盖板类零件的部分或全部工序的加工。 1.3.2 组合机床的加工精度 组合机床的加工精度简述如下: (1).孔加工 孔的尺寸精度 采用铰孔或精镗孔时,孔的精度可达 H6 级,表明粗糙度为 ,孔的圆度在孔径尺寸公差一半范围内。加工有色金属时,1.6aRm 采用精密夹具,经过 34 次加工,精度可以稳定地达 H6 级,表面粗糙 度可达 。0.84a 孔的同轴度 当从两面多轴加工时,孔的同轴度一般为 .当从一面进行精0.5m 镗孔,并且采用固定式夹具,镗刀杆两端都有精密导向装置,夹具在精 度良好的条件下,在 长度内,被加工零件几个孔的同轴度可保10m 证在 以内。当分别从两面对同一轴线上的孔进行单轴加0.15.3 工时,在有中间精密导向装置条件下,其同轴度亦可保证在 。. 孔的平行度 在组合机床上加工,孔与孔相互之间的平行度以及孔对加工基面的 平行度,在 长度内可达 。10m0.2.5m 孔的位置精度 孔的位置精度与夹具、机床的型式和精度有很大的关系。在固定式 夹具的机床上镗孔,孔间距离和孔的轴线与定位基面的位置精度可稳定 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 7 地达到 。在多工位机床上,由于回转工作台会回转鼓0.25.m 轮存在定位误差,则加工精度不高。如果在同一工位上,若有悬挂式活 动钻模板,对孔进行精加工时,其位置精度可达到 。0.5m (2).平面加工 在组合机床及其自动线上常用铣削、刮削、车削(端面)和拉削等 方法加工平面。一般采用铣削头、滑台和滑座等通用部件,根据被加工 工件的工艺要求组成单面、双面以及立式、回转台式等多种型式的组合 铣床。当加工大型的箱体类工件时,一般采用铣削头固定、工件安装在 工作台上移动的布局型式。这样的机床结构较简单,刚性较好,加工精 度较高。在加工中小型工件时,通常将铣削头组成鼓轮式组合铣床或立 式连续回转台式组合铣床,这类机床生产效率高,加工精度较低。 在组合机床上加工平面的平直度可以达到在 1000 毫米长度内偏差 0.020.05 毫米,表面粗糙度 微米。对定位基面的平行度可以保3.2aR 证在 0.05 毫米以内,到定位基面的距离(一般在 500 毫米以内)尺寸 公差可以保证在 0.05 毫米以内。 组合机床是一种高效率专用机床,有特定的使用条件,不是在任何 情况下都能收到良好的经济效益。在确定设计组合机床前,应该进行具 体的技术经济分析。 根据设计任务,要在驱动桥壳体上三面钻孔,孔的种类较多,总 数也较多。若采用普通机床加工需反复进行,加工耗时较多,且不容易 保证孔与孔间的位置精度。根据零件的形状及加工要求选取采用卧式双 面组合钻床,同时进行双面多孔加工。这样可以保证孔与孔之间的位置 精度,且加工所需的时间大大缩短。除此之外采用组合机床对工人的要 求很低,节约了劳动成本。 综上所述,对于在驱动桥壳体上三面钻孔采用组合机床,可以取得 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 8 良好的经济性。 1.4 组合机床的发展趋势 1.4.1 提高通用部件的水平 衡量通用部件技术水平的主要标准是:品种规格齐全,动、静态性 能参数先进,工艺性好,精度高和精度保持性好。 机械驱动的动力部件具有性能稳定,工作可靠等优点。目前,机械 驱动的动力部件应用了交流变频调速电机和直流伺服电机等,使机械驱 动的动力部件增添了新的竞争力。 动力部件采用镶钢导轨(硬度可达 HEC5860) 、滚珠丝杠、静压导 轨、静压轴承、迟形皮带等较新的结构。支承部件采用焊接结构等。由 于提高了部件的精度和动、静态性能,因而使被加工的工件精度明显提 高,表面粗糙度减小。 1.4.2 发展适应中、小批生产的组合机床 在机械制造工业中,中小批量生产约占 80%。在某些中批量生产的 企业中,如机床、阀门行业中、其关键工序采用组合机床。其中机床厂 用组合机床加工主轴变速箱孔系,产品质量稳定,生产效率高,技术经 济效果显著。发展具有可调、快调、装配灵活、适应多品种加工特点的 组合机床十分迫切。转塔主轴箱式组合机床,可换主轴箱式组合机床以 及自动换刀式数控组合机床可用于中、小批生产,但这类机床结构复杂, 成本较高。 带转塔式主轴箱的组合机床,由于转塔不能制造的太大,安装的主 轴箱数量有限,因此只适应工序不多,形状不太复杂的零件加工。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 9 1.4.3 采用新刀具 近年来出现了多种新刀具,如具有镀层的硬质合金刀片、立方氮化 鹏刀具、金刚石刀具、各种可转位的密赤铣刀,喷吸钻头,镶有可转位 刀片的“短钻头”等。一般情况下,采用先进刀具的工时为原工时的 。由于提高了刀具的耐用度,大大缩短了多刀组合机床停机换1/24 刀时间,提高了组合机床的经济效益。 1.4.4 发展自动监测技术 组合机床的自动检测通常作为一个工位出现。自动检测包括对毛 坯尺寸和工件硬度的检查、钻孔深度、刀具折断、精加工尺寸和几何形 状的检查等。检查方法分为主动检查与被动检查。主动检查是将不合格 的工件剔出,使之不往下个工位输送。被动检查则是发现不合格的工件 时发现停机信号。目前主动检查应用的日趋广泛。由于电子元件迅速发 展,集成控制器、微机处理的应用,使自动检测技术更加可靠。自动检 测工位要进行数据处理,统计计算以及打印出有关数据或作为数字显示。 自动监测技术的发展可以把被加工零件的实际尺寸控制在比规定公差更 小的范围之内。还可以把加工后的工件按公差进行分组,以便按分组的 公差带装配。实际表明,采用分组装配法提高产品的精度要比用单纯提 高设备精度更为经济。 1.4.5 扩大工艺范围 组合机床出完成切削加工等工序外,还在逐步设计制造用于焊 接、热处理、自动装配、自动打印、性能试验以及清洗和包装等用途的 组合机床。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 10 2 组合机床通用部件及其选用 通用部件是组合机床的基础。部件通用化程度的高低标志着组合机 床的技术水平。在组合机床设计中,选择通用部件是重要内容之一。 2.1 通用部件的类型 2.1.1 通用部件的分类 按通用部件在组合机床上的作用,可分为下列几类: (1).动力部件 动力部件是组合机床的主要部件,它为刀具提供 主运动和进给运动。动力部件包括动力滑台及其相配套的动力箱和各种 单轴头,如铣削头、钻削头、镗孔车端面头等,其它部件均以选定的动 力部件为依据来配套选用。 (2).支撑部件 支撑部件是组合机床的基础部件,它包括侧底座、 立柱、立柱底座和中间底座等,用于支撑和安装各种部件。组合机床各 种部件之间的相对位置精度、机床的刚度要求主要由支撑部件保证。 (3).输送部分 输送部件用于带动夹具和工件的移动和转动,以 实现工位的变换,因此,要求较高的定位精度。输送部件主要有移动工 作台和回转工作台。 (4).控制部件 控制部件用于控制组合机床按预定的加工程序进 行循环工作,它包括可编程控制器(PLC) 、各种液压元件、操纵板、控 制挡铁和按钮台等。 (5).辅助部件 辅助部件包括用于实现自动夹紧工件的液压或气 动装置、机械扳手、冷却和润滑装置、排销装置以及上下料的机械手等。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 11 2.1.2 通用部件的型号、规格及配套关系 按通用部件标准,动力滑台的主参数为其工作台面宽度,其它通用 部件的主参数取与其配套的滑台主参数来表示。例如,1HY32M1B 表示 台面宽度为 320mm,经过一次重大改进,采用镶钢导轨的精密液压滑台; TX40A 表示于台面宽度为 400mm 的滑台配套,主轴径向轴承采用短圆柱 滚子轴承,用于精加工的铣削头。 等效采用国际标准设计的“1 字头”通用部件,按精度分为:普通 级、精密级和高精度级三种精度等级。 “1 字头”滑台采用双矩形闭式导 轨,纵向用双矩形的外侧导向,斜镶条调整导轨间隙;压板与支承导轨 组成辅助导轨副,防止倾覆力矩过大导致滑鞍(动导轨)与滑座(支承 导轨)分离。这种导轨制造工艺简单,导向精度高,刚度好。滑座导轨 材料有两种,分别在型号后面加 A、B 以区别,A 表示滑座导轨材料为 HT300,高频淬火,淬火硬度为 4248HRC;B 表示滑座为镶钢导轨,淬 火硬度为 48HRC 以上。 数控机械滑台是 1HJ 系列机械滑台的派生产品,采用了大连组合机 床研究所研制的 ZHS-ACO4D 交流伺服系统,能自动变换进给速度和工作 循环,在较大的范围内实现自动调速、位置控制、程序控制。适合多种 小批量柔性生产。带光电编码器的交流伺服电动机采用 SPWM 控制技术, 7502400r/min 为恒功率调速;运动通过一级定比齿轮减速驱动滚珠 丝杠,驱动滑鞍移动,开环系统伺服电动机的转角误差为0.072, 由光栅尺组成的全闭环系统,滑鞍位置精度可达2m。 2.2 常用通用部件 常用的通用部件有动力滑台、主轴部件、主运动驱动装置、工作台、 支承部件等其他通用部件。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 12 (1).动力滑台 动力滑台是有滑座、滑鞍和驱动装置等组成、实 现直线进给运动的动力部件。 根据驱动和控制方式不同,滑台可分为液压滑台、机械滑台和数控 滑台三种类型。本设计中选用液压滑台。 (2).主轴部件 主轴部件又称单轴头或工艺切削头,其端部安装 刀具,尾部连接传动装置即可进行切削。如进行铣削、镗削、钻削及攻 螺纹等单轴加工工序。每种主轴部件均采用刚性主轴结构。在加工时, 刀杆(或刀具)一般不需要导向装置,加工精度主要由主轴部件本身以 及滑台的精度保证。 (3).主运动驱动装置 主运动驱动装置主要有两大类:一类是与 通用主轴部件配套使用的主运动传动装置;另一类是与主轴箱(专用部 件)相配的动力箱。 (4).工作台 工作台是多工位组合机床的输送部件,它用来将被 加工工件转换到另一个工位。工作台按运动方式的不同可分为分度回转 工作台和多工位移动工作台;按传动方式的不同可分为机械传动、液压 传动及气压传动等多种型式。 (5).支承部件 组合机床的支承部件往往是通用和专用两部分的 组合。有中间底座、侧底座和立柱及立柱侧底座三种。 (6).自动线通用部件 组合机床自动线是由组合机床及工件输送 装置、转位装置、排屑装置等辅助设备和检测装置、电气、液压控制设 备等组成。 2.3 通用部件的选用 2.3.1 通用部件选用的方法和原则 选用的基本方法是:根据所需的功率、进给力、进给速度等要求, 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 13 选择动力部件及其配套部件。选用原则如下: (1)切削功率应满足加工所需的计算功率。 (2)进给部件应满足加工所需的最大计算进给力、进给速度和工 作行程及工作循环的要求,同时还需考虑装刀、调刀的方便性。 (3)动力箱与多轴箱尺寸应相适应和匹配。 (4)应满足加工精度的要求。 (5)尽量按通用部件的匹配关系选用有关通用部件。 2.3.2 通用部件的选用 (1)动力部件品种的确定。 (2)动力部件规格的确定。 对于支承部件如侧底座、立柱等通用部件,可选与动力滑台规格相 配套的相应规格。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 14 3 组合机床总体设计 组合机床是用已经系列化,标准化的通用部件和少量专用部件组成 的多轴,多刀,多工序,多面或多工位同时加工的高效专用机床。在批 量生产正为了提高生产率,缩短加工时间和辅助时间,而且尽可能使辅 助时间和加工时间重合,使每个工位装夹多个工件,同时进行多刀加工, 实行工序高度集中,必须广泛采用组合机床。 设计组合机床首先要分析零件,制定工艺规程,根据所加工的工序 绘制“三图一卡”设计出本工序加工的多轴箱。以下是本次毕业设计组 合机床的全过程. 3.1 组合机床方案设计 组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求,按高度集中工序的 原则设计的一种高效率的专用机床。设计组合机床前,首先应根据组合 机床完成工艺的一些现状及组合机床各种工艺方案能达到的加工精度、 表面粗糙度及技术要求,解决零件是否可以利用组合机床加工以及采用 组合机床价格是否合理的问题。 3.1.1 拟定方案阶段 拟定方案阶段包括制定工艺方案,确定机床的配置型式机结构方 案,最后在此基础上进行图纸的设计。 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; 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 15 (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。 本设计中选用双面卧式钻床为设计方案。 3.1.2 技术设计阶段 根据已确定的工艺和结构方案,按照加工示意图和机床联系尺寸 图展开部件设计,绘制夹具、主轴箱等的装配图。 3.1.3 工作设计阶段 绘制有关图纸,编制机床说明书。详细过程见下列步骤和所绘图纸。 工作阶段的设计的步骤如下: 1. 进行零件的分析; 2. 绘制“三图一卡”:先绘制加工工序图,再绘制加工示意图, 接着绘制加工联系图,最后再填写生产率计算卡。 3.2 零件分析 3.2.1 气缸体的功用和结构特点 缸体是发动机上的主要基础零件,结构复杂,加工精度要求高,加 工工艺路线长。一般发动机的汽缸体与曲轴箱合为一体,又称为机体, 它又缸体,曲轴箱,机座,主轴轴承盖等零件组成。 气缸体的功用是: 1、支撑发动机上的运动件,并保证活塞,连杆,曲轴等各运动部 件的准确位置。 2、缸体上加工的出气盖,水道,油道,以保证发动机换气,冷却 和润滑的需要。3、提供使发动机形成完整动力装置所必须的各种辅助 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 16 设施的安装基准面。 由此可见,以满足发动机的功能要求,就必须使其个表面之间有非 常准确的相互位置精度和运动关系。 本次加工的 468Q 缸体由特种合金铸造成,硬度 210-241HB。如图 3-1 所示。 图 3-1 468Q 缸体 3.2.2 基准的选择 (1)粗基准的选择 根据粗基准选择原则,要保证主要加工表面的余量均匀及保证将来 运动件(连杆,曲轴等)与气缸体各表面之间具有必要的间隙, 。气缸 体的主要加工表面有:主轴轴承座孔,缸套孔,凸轮轴轴承孔等,要保 证它们的加工余量均匀,就应该选取主轴轴承座孔和气缸孔组为气缸体 加工的粗基准。 气缸体是铸件,有铸造误差,表面粗糙不平,如果直接用所选的粗 基准定位加工大平面(即后续工序的定位精基准) ,即产生的切削力大, 所需夹紧力也大,易使工件变形。同时粗基准表面粗糙不平,也易使工 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 17 件在加工中松动。所以在加工中采用面积较小距离较远的几个凸台作为 过度基准,即首先以粗基准定位加工出过度基准然后用过度基准加工出 精基准来。 (2)精基准的选择 同其他箱体零件一致,气缸体加工中一般都选用底面及其上的两个 工艺孔作为精基准。这样做的优点是: 1. 地面面积大,工件安装可靠,平稳,能简单可靠的约束工件的 六个自由度 2. 后续工序基本上均以一面两孔定位,符合基准统一原则,减少 了由于基准转换带来的加工误差。能保证各表面间的相互位置精度,例 如,缸套筒与底面的垂直度,主轴中心孔中心线与凸轮轴之间的平行度。 3. 由于基准统一,可以简化夹具的设计和制造周期,使用维修方 便,成本降低,减少了工件的翻转次数,减轻了工人的劳动强度,易实 现自动线加工。 4.加工主轴支撑座孔和凸轮轴轴承时,便于在夹具上设置镗杆的支 撑导套,可以保证加工质量和切削用量。 3.2.3 加工阶段的划分 (1)基准加工 在前面几道工序中把基准加工出来,即“基准先行” 。 (2)平面加工 按照先面后孔的原则将各平面加工出来。 (3)主要孔的粗加工 将主要孔的粗加工安排在各面加工完成后进行。 可以尽早暴露工件上的缺陷: 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 18 粗加工中切去大部分余量后,内应力重新分布,使工件有较长时间 充分变形,使进精加工能得到比较稳定的加工精度。 粗加工中切削力大,所需夹紧力也大,将粗加工放在前面,精粗加 工分开,可以减少夹紧变形对精加工的影响。 次要工序加工:例如螺纹孔,油孔,倒角等,在各阶段中穿插进行。 (4)主要孔的精加工 包括半精镗,精镗缸套孔和主轴轴承座孔;轴承盖装配后,进行半 精镗,精镗及研磨主轴轴承座孔给予只有相互位置精度要求的加工表面。 这些是气缸体加工的关键程序。 把主要孔的精加工作为最后的加工阶段,除上述原因之外,还可以 防止这些表面加工过程中遭到破坏。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 19 4 绘制“三图一卡” 绘制组合机床“三图一卡”,就是针对具体零件,在选定的工艺和结 构法案的基础上,进行组合机床总体法案图样文件设计。内容包括:绘制 被加工零件工序图,加工示意图,机床联系尺寸图和编制生产率计算卡” 。 本次设计工序是钻两侧面的孔。 4.1 加工工序图 4.1.1 被加工零件工序图的作用和要求 被加工零件工序图是根据制定的工序方案,表示所设计的组合机床 上完成的工序内容,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,毛坯或半成平情况的图样,除了设计研制合同外,它是组合机 床设计的具体依据,也的也是制造,使用,调速和检验机床精度的重要文 件。 4.1.2 被加工零件工序图的内容 1、被加工零件的形状和主要轮廓尺寸及本工作设计有关部位结构 形状和尺寸。 2、本工序所选用的定位基准,夹紧部位及夹紧方向。 3、本工序加工表面的尺寸,精度,表面粗糙度,形位公差等级,技术 要求以及对上道工序的技术要求。 4、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。 4.1.3 编制被加工零件工序图的注意事项 1、本机床加工部分的位置尺寸由定位基面标起,尤其在本机床加 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 20 工,所选用的定位基面与设计基面不一致时,还必须对各孔要求的位置 精度进行分析和换算,即把不对称公差的尺寸换算成对称公差尺寸。以 便在进行夹具镗模孔设计和主轴箱设计时,确定镗模孔尺寸及主轴位置 尺寸,并把各孔位置尺寸改为从定位 基面标注。 2、对孔的加工余量要认真分析,在镗阶梯孔时,其大直径孔的单 边余量应小于相邻两孔半径之差,以便镗刀能通过。在加工毛坯孔时, 不仅要弄清楚加工余量,还需要注意孔德铸造偏心及铸造毛刺大小,以 便设计相应尺寸的镗杆,保证加工能正常进行。 3、对精镗机床必须注明是否允许有刀痕,以及允许退刀痕的形状。 为了使被加工零件工序图清晰明了,能突出本机床加工内容,绘制 时对本机床加工部件用粗实线表示,其尺寸打上方框,其余部位用细实 线表示,定位基准符号用“ ”表示(如图 4-1 所示) ,夹压位置符 号用表示(如图 4-2 所示) 。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 21 图 4-1 加工零件工序图中的定位基准 图 4-2 加工零件工序图中的夹压位置 4.2 加工示意图 4.2.1 被加工零件示意图的作用 加工示意图是在工艺方案和机床总方案初步确定的基础上绘制的。 是表达工艺方案、具体的机床工艺方案图。它是设计刀具夹具多轴箱和 液压、电气系统以及选择动力部件。绘制机床总配合尺寸图的主要依据, 是对机床总体布局和性能的原始要求,也是调整机床刀具所必须的重要 技术文件。如图 4-3 所示,其中 L 向是左视图,R 向是右视图。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 22 图 4-3 加工零件示意图 4.2.2 被加工零件示意图的内容 1、机床的加工方法、切削用量、工作循环和工作行程。 2、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。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 23 3、主轴结构类型、尺寸及外伸长度。 4、刀具类型、数量和结构尺寸、直径和长度、接杆、浮动卡头、 导向装置、攻螺纹靠模装置等结构尺寸。 5、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。 6、加工部位结构尺寸、精度及分布情况。 7、工件名称、材料、加工余量、切削液及是否需要让刀等。 8、工件加工部位向视图,并在向视图上编出孔号。 4.2.3 选择刀具、导向及有关计算 1.选择刀具 刀具选择要考虑工件加工尺寸精度,表面粗糙度,切屑的排除及 生产率要求等因素。一般孔加工刀具其直径选择应与加工部位尺寸,精 度相适应,其长度要保证加工终了时,刀具螺旋槽尾端与导向外套端面 有一定距离(一般 3050mm) 。查组合机床设计简明手册莫氏锥柄 麻花钻的直径系列 由 D=18mm 选取麻花钻类型为锥柄麻花钻(如图 4-4 所示) ,参数如下: L=220mm l=130 mm 顶角 2= 后角 =1814 螺旋角 = 锥度号为 29 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 24 图 4-4 莫氏锥柄麻花钻 2.导向套的选择 导向套的类型通常分为两类,一类是固定式导向套,即刀具导向套 部分与导套之间既有相对移动又有相对转动;另一类是旋转式导向套, 刀具导向部分与导套之间只有相对移动而无相对转动。相对转动线速度 小于 20m/min 时,通常采用固定式导向套;大于 20m/min 时,为避免刀 杆与导向套摩擦发热变形,产生“别劲”现象,应选用旋转导向。 导向套的主要参数通常指:导套的直径及公差配合,导套的长度及 导套到工件端面距离。这些参数根据已确定的导向套类型、工件形状、 公差精度及刀具刚性等确定。固定式导向套的长度取刀具导向部分直径 的 24 倍,导向套直径大者取小值,直径小时取大值。旋转导向导向 套的长度应取导向部分直径的 23 倍。 在本设计中,导向套应选用单个固定式,导向套的长度取 40mm。 如图 4-5 所示。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 25 图 4-5 导向套 3.确定导向套离工件端面的距离 导向套离工件端面的距离一般按 h=(0.30.7)d 取值,加工铸铁时 取小值,加工钢件时取大值。 所以导向套离工件端面的距离取 h=30mm。 4.确定主轴类型、尺寸、外伸长度 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: 0.83.6079.61.271412.853.9. 9164TDftHBkgmNA 查组合机床设计简明手册表 3-4 初定主轴轴径 41402.95dBTm 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件 条件,查资料组合机床设计简明手册 ,按表 3-6 和表 4-1 选定主轴 外伸长度 L、外径 D 和内径 及配套的刀具接杆莫氏锥度号或攻螺纹靠1d 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 26 模规格代号等。 选定主轴轴径 ,主轴外伸尺寸 L=115 ,外伸端125dmm 为 40/28。1/Dd 主轴轴径 ,主轴外伸尺寸 L=115 ,外伸端 为230 1/Dd 50/36。 接杆莫氏圆锥号为 1。 5.确定连杆的规格和主要尺寸 根据主轴端部的内径或莫氏锥度,在刀杆的设计标准中选出刀杆的 规格和主要尺寸,其中包括刀杆长度的推荐范围。 主轴 1 选用的连杆:L280 m 主轴 2 选用的连杆:L =260 . 6.工作行程长度的确定 (1)工作进给长度 。 工作进给长度等于被加工部位的长度与l工 进 刀具切入长度和切出长度之和,切出长度应取 ,d 为钻头直50.3m 径;切入长度可根据工件端面误差确定,一般为 510 ,在本设计 中工作进给长度为 32 。m (2)快速退回长度。 一般在固定式夹具的钻、扩、绞孔机床上, 快速推回长度必须保证所有道具都退进夹具导向套内,不影响装卸工作 即可。对于夹具需要回转和移动的机床,快速退回长度必须把道具、托 架、活动钻模板以及定位销等都退离到家具运动时间可能碰到的范围以 外,或不影响装卸工件的距离。 所以快速退回长度取 60 。m (3)快速引进长度。 快速引进是动力部件把刀具快速送到工作进 给开式的位置,本设计中应等于快退长度减去工进长度,取其为 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 27 28 。m (4)动力部件总行程长度。 动力部件总行程长度除必须满足工作 循环刚做行程要求外,还要考虑调整和装卸刀具的要求,即考虑前备量 和后备量。前备量是指刀具磨损和补偿安装制造误差,动力部件可以喜 爱那个前调整的距离。后备量是指刀具连同接杆一起从主轴上取出时, 保证刀具退离导套外的距离大于接杆插入主轴孔内的长度。取前备量 30 ,备量 180 。则工作行程长度示意图如图 4-6 所示。m 图 4-6 工作行程长度示意图 7、其它应注意的问题 (1)加工示意图上应有足够的联系尺寸,并标注恰当,如主轴端 部尺寸、刀具结构尺寸、导向尺寸、工件至夹具的尺寸,工件本身以及 加工部件的尺寸等。 (2)应有足够的说明,如被加工零件的图号、材料、硬度、加工 余量、工件是否有让刀运动,以及是否采用冷却。 (3)加工部位的示意图,需要将工件各面的形状和加工孔的位置 用缩小比例画出,并标注孔号。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 28 (4 )相邻两孔中心距小的主轴,须在展开图上按照比例画出,以便 检查主轴、接杆、导向及浮动头是否相碰。 (5)加工示意图是按照加工终了状态绘制。 4.3 机床联系尺寸图 4.3.1 机床联系尺寸图的作用与内容 一般来说,组合机床是由标准的通用部件动力滑台、动力箱、 各种工艺切削头、侧底座、立柱、立柱底座及中间底座加上专用部件 主轴箱、辅具系统、夹具、液、电、冷却、润滑、排屑系统组合装配 而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系, 以检验机床各部件的相对位置及尺寸联系是否满足加工要求,通用部件 的选择是否合适,并为进一步开展主轴箱、夹具等专用部件、零件的设 计提供依据。联系尺寸图也可看成是简化的机床总图,它表示机床的配 置型式及总体布局。 联系尺寸图的作用如下: 1)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。 2)按初步选定的主要通用部件以及确定的主用部件的总体结构而 绘制的。 3)可用来表示机床的配置型式、主要构成及各部件安装位置、相 互联系运动关系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适。 4)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。 联系尺寸图的主要内容如下: 1)以适当数量的视图(一般为主、左、右视图)按同一比例画出 机床各主要组成部件的外形轮廓及相对位置,表明机床的配置型式及总 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 29 体布局,主视图的选择应与机床实际加工状态一致。 2)图上应尽量减少不必要的线条及尺寸,但反映各部件的联系尺 寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的极限位置及行程尺寸,必须 完整齐全。各部件的详细结构不必画出,留在具体设计部件时完成。 3)为便于部件设计,联系尺寸图上应标注通用部件的规格代号、 电动机型号、功率及转速,并注明机床部件的分组情况及总行程。 4.3.2 动力部件的选择 动力滑台选择液压滑台,原因如下:液压滑台在相当大的范围内进 给量可实现无级调速;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;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。 进给力: 691.5N485.3710.927.5F2F43 左 N.96.1056右 进给速度: min/48vf 根据进给力及进给速度,查组合机床设计简明手册表 5-1,并 考虑进给过程中的摩擦力及进给速度的平稳性,选择左右液压滑台均为 1HY32A 型液压滑台,其最大进给力为 12500N,最小进给速度为 20mm/min。因为 ,所以能够保证平稳进给。min2vf 根据液压滑台的参数,查表 5-3,配置 1CC321型滑台侧底座。 计算电机功率: 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 30 kw745.08.09.712.P 切 削左 多 轴 箱 kw.36 切 削右 多 轴 箱 式中,多轴箱传动效率,加工黑色金属时取 0.80.9,主轴数 多,转动复杂时取小值,反之取大值。 (式中取 =0.8) 动力箱规格要与动力滑台相匹配,根据电机功率,滑台滑鞍尺寸 630320,初选 1TD32型动力箱,电机型号为 Y100 L1-4,电机功率 为 2.2KW,电机转速为 1430r/min,输出轴转速为 715r/min。 4.3.3 装料高度的确定 机床装料高度是指机床上工件的安装基面到地面的垂直距离。为提 高通用部件及支承部件的刚度并考虑自动线设计时中间底座内要安装夹 具输送装置、冷却排屑装置,新颁布的组合机床标准推荐装料高度 ,与国际标准 一致。在现阶段设计组合机床时,装料mH106ISO 高度可根据具体情况在 之间选取。mH10685 由于受工件最低孔位置 、多轴箱最低主轴高度 和所选h2 1h 通用部件、中间底座、夹具高度等尺寸的限制的限制,再考虑到工人操 作的方便性和机床的共度要求,本设计的机床装料高度取 。mH5.90 4.3.4 初定中间底座尺寸 中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面安装连接的需要。根据选 定的动力箱滑台、侧底座等标准的位置关系,并考虑到毛坯误差和装配 偏移,中间底座支承夹具底座的空余边缘尺寸,算出的长度应圆整,并 按 优选数系选用。应使空余边缘尺寸不小于 。20R m107 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 31 由金属切削机床组合机床部分的内容可知:中间底座的高度优 先选取 630mm,还可以选取 710mm 和 560mm。据此选定中间底座高度为 630mm。 中间底座长度方向尺寸可按下式确定: )(2)2( 31321 llLL 式中: 加工终了位置,多轴箱端面至工件端面间的距离,本1 设计中 ;mL25 主轴箱厚度,本设计中 ;mL325 工件沿机床长度方向的尺寸,本设计中 ;3 L2013 机床长度方向上,主轴箱与动力滑台的重合长度,本1l 设计取 ;m35 加工终了位置,滑台前端面至滑座前端面的距离,对2l 于通用的标准动力滑台, 尺寸的最大范围为2l 。本设计取 ;m857m80 滑座前端面至侧底座前端面的距离,本设计取3l 。l103 )(2)( 31321 llLL 085)0352(m7 根据 ,查组合机床设计简明手册表 2-5(中间底座mL71 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 32 主要尺寸): 选定中间底座长为 mL710 又根据被加工零件的宽度为 ,以及其他联系尺寸,选定中235 间底座宽度为 。50 中间底座的长宽为 。071 4.3.5 多轴箱轮廓尺寸的确定 标准通用多轴箱的厚度是一定的,卧式为 。因此,确定多m325 轴箱尺寸,主要是确定多轴箱宽度 和高度 及最低主轴高度 。多轴BH1h 箱宽度 、高度 的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关,可按下BH 式确定: 12b1bh 式中: 工件在宽度方向相距最远的两孔距离( ) 。m 最边缘主轴中心距箱外壁的距离( ) 。1 工件在高度方向相距最远的两孔距离( ) 。h 最低主轴高度( ) 。1 m 为保证多轴箱有排布齿轮的足够空间,推荐 。mb1071 主轴箱最低主轴高度 须考虑到与工件最低孔位置( ) 、1hh62 机床装料高度( ) 、滑台滑座总高( ) 、侧底座mH5.9083 高度( )等尺寸之间的关系而确定。对于卧式组合机床,h564 要保证润滑油不致从主轴衬套处泄露,通常推荐:1 mh14051 ).0(432hH )628.0(59169 bB37281 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 33 mbhH32069170 根据上述计算值,按多轴箱轮廓尺寸系列标准,最后确定多轴箱轮 廓尺寸为 mB3240 由组合机床设计简明手册得: 左右多轴箱选 1TD25-型动力箱驱动轴转速,n=785r/min; 电动机 选 Y100L -4 型,功率为 2.2kw; 选 1HJc25-型滑台,最大行程1 400mm,滑台台面宽度为 B=250mm;快速进给速度为 8m/min; 由表 5-2 选滑台附件,过渡箱为 1HJ25-F51,导轨防护装置为 1HJ25-F81,制动器 T3542,立柱为 1CL25M,立柱侧底座为 1CD252M,滑 台侧底座为 1CC252M。最后确定的钻床设计总图如图 4-7 所示。 图 4-7 钻床设计总图 4.4 生产率计算卡 4.4.1 理想生产率 理想生产率 指完成年生产纲领 (包括备品及废品率在内)所要QA 求的机床生产率。它与全年工时总数 有关,一般情况下,单班制生产K 取 ,则Kh20 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 34 件h35207KAQ 4.4.2 实际生产率 实际生产率 指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。1 hTQ/601件单 式中: 生产一个零件所需的时间( ) ,它可以根据下式单Tmin 计算: in21 装 卸移快 退快 进停辅切单 tvLtvLt fkff 式中: 、 分别为刀具第、第工作进给行程长度1L2 ( ) ;m 、 分别为刀具第、第工作进给速度(1fv2f ) ;in/ 当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时,停t 动力滑台在死挡铁上的停留时间,通常指刀具在加 工终了时无进给状态下旋转 转所需的时间(105 ) ;min 、 分别为动力部件快进、快退行程长度( ) ;快 进L快 退 m 动力部件快速行程速度。采用机械动力部件取fkv ,液压动力部件取 ;in/65in/103 直线移动或回转工作台进行一次工位转换的
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