连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计【含CAD图纸、说明书】
毕业设计(论文)前期工作材料学 生 姓 名 :学 号:系 : 机械系专 业 : 机械工程及自动化设 计 (论 文 )题 目 : 连杆大小头双端面铣销组合机床及夹具设计指 导 教 师 :(姓 名) (专业技术职务)材 料 目 录序号 名 称 数量 备 注1 毕业设计(论文)选题、审题表 12 毕业设计(论文)任务书 13 毕业设计(论文)开题报告含文献综述 14 毕业设计(论文)外文资料翻译含原文 15 毕业设计(论文)中期检查表 1年 月注:毕业设计(论文)中期检查工作结束后,请将该封面与目录中各材料合订成册,并统一存放在学生“毕业设计(论文)资料袋”中(打印件一律用 A4 纸型) 。 毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名: 学 号:专 业 : 机械工程及自动化设计 (论文 )题目 : 连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计指 导 教 师 : 年 3 月 19 日毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告1结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2000 字左右的文献综述:文 献 综 述1.我国组合机床的发展概况我国加入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、出口总产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 6。(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。(2)行业企业的快速转变: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。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 7-8。2.国外组合机床的概况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性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广泛应用数控技术,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 5。3.组合机床的发展趋势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的吸取新的技术成果逐步完善和发展。现代机械制造工业发展的基本特征:产品的更新换代的周期缩短,多品种,中小批量轮番生产已是普遍现象生产方式。因此,具有一定的柔性,能对多品种,中小批量生产方式做出快速的响应,是现代组合机床及其加工系统发展的必然趋势。传统的组合机床多采用继电器逻辑线路进行加工过程的自动控制,在使用中由于电气故障常使维修时间增加,影响生产率的提高。再者也满足不了现代产品更新加速的需求,采用可编程序控制器可改善上述情况。可编程序控制器(PLC)实质上是一台工业控制专业计算机,其结构原理与一般微型计算机相同。它由控制器、存储器、I/O、接口等组成,能够实现各种逻辑运算,顺序控制、定时、计数及在线监控等功能,采用面向用户的梯形图,编程简单,易于修改和使用,PLC 机以其可靠性较高、控制灵活、使用方便以及能经受恶劣环境的考验在工业控制领域获得广泛的应用。但随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高,高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业,因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面,加强数控技术的应用,提高组合机床产品数控化率;另一方面,进一步发展新型部件,尤其是多坐标部件,使其模块化、柔性化,适应可调可变、多品种加工的市场需求。然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用,信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高,操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改,对运转状况进行监控并积累有关数据;通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距,因此我国组合机床技术装备的高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向 3-4。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动,以简化结构、缩短生产节拍;采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统,以提高工艺可调性;以及纳入柔性制造系统等。在组合机床这类专用机床中,回转式多工位组合机床和自动线占有很重要的地位。因为这两类机床可以把工件的许多加工工序分配到多个加工工位上,并同时能从多个方向对工件的几个面进行加工,此外,还可以通过转位夹具(在回转工作台机床上)或通过转位、翻转装置(在自动线上)实现工件的五面加工或全部加工,因而具有很高的自动化程度和生产效率,被汽车、摩托车和压缩机等工业部门所采用。由于我本次研究的是连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计,我下面来讲述一下有关夹具设计的要求。4.对专用夹具的基本要求1保证工件的加工精度专用夹具应有合理的定位方案,标注合适的尺寸、公差和技术要求,并进行必需的精度分析,确保夹具能满足工件的加工精度要求 9-10。2提高生产效率应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具,以缩短辅助时间,提高生产效率。3.工艺性好专用夹具的结构应简单、合理,便于加工、装配、检验和维修。专用夹具的制造属于单件生产。当最终精度由调整或修配保证时,夹具上应设置调整或修配结构。如设置适当的调整间隙,采用可修磨的垫片等。4.使用性好专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。排屑应方便,必要时可设置排屑结构。5.经济性好除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外,还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析,以提高夹具在生产中的经济效益 12。5.本次设计目的及意义能够运用大学所学的知识能够得到巩固,进一步增强自己在机械制造工艺学方面的知识,把机床夹具设计熟练掌握,熟悉连杆工件的安装的精度要求,为自己走上社会的岗位提供丰富的理论上的知识,为以后的发展奠定坚实的基础。参考文献1 徐旭东,周菊琪. 现代组合机床技术及其发展M. 北京:中国机械工程,1995.2 许晓肠. 专用机床设备设计M. 重庆:重庆大学出版社,2003.3 金振华. 组合机床及其调整与应用M. 北京:机械工业出版社,1990.4 李庆余,张佳. 机械装备设计M. 北京:机械工业出版社,2003.5 戴曙. 金属切削机床设计M. 北京:机械工业出版社,1993.6 李华. 天津大学机床设计图册M. 上海:科学技术出版社,1984.7 邱宣怀. 机械设计M. 北京:高等教育出版社,2003.8 吴宗泽. 机械设计实用手册M. 北京:化学工业出版社,2000.9 龚桂. 机械设计课程设计指导书M. 北京:高等教育出版社,1990.10 徐名聪. 机床夹具标准件三维图形库的构建J. 机械工业出版社,2004,1998,(2):56-59.11 王诚谊. 组合机床计算机辅助设计J交通与计算机,1989,(2):12-16.12 丁然,马洪波. 钻削类组合机床主轴轴承部件的选择J轴承,2002,(2): 13-15.13 谈武宗,于洪斌. 钻攻的设计和使用J. 组合机床与自动化术,2000,(2):56-59.14 顾维邦. 金属切削机床概论M. 北京:机械工业出版社,2002.15 徐景辉. 机床装配M. 四川:四川人民出版社,1982.16 孔恒,陈作模. 机械原理M. 北京:高等教育出版社,2001.17 濮良贵. 机械设计M. 北京:高等教育出版社,2001.毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径):1.需要解决的问题影响加工精度的因素及其分析:1. 加工原理误差2. 工艺系统的几何误差a) 刀具制造误差与磨损b) 夹具的制造误差与磨损c) 工件的安装误差、调整误差以及度量误差d) 机床的几何误差3. 工艺系统受力变形对加工精度的影响a) 工艺系统的受力变形b) 工艺系统的刚度c) 工艺系统受力变形对加工精度的影响4. 工艺系统热变形对加工精度的影响a) 工艺系统热变形的热源b) 工艺系统热变形对加工精度的影响c) 环境温度变化对加工精度的影响d) 对工艺系统热变形的控制2.拟采用的研究手段保证和提高加工精度的主要途径:1. 直接减少或消除误差2. 补偿或抵消误差3. 均分与均化误差4. 转移变形和转移误差5. “就地加工” ,保证精度6. 加工过程中主动控制误差毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告指导教师意见:1对“文献综述”的评语:2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测:指导教师: 年 月 日所在专业审查意见:负责人: 年 月 日 毕业设计说明书( 论文)作 者 : 学 号:系 : 机械系专 业 : 机械工程及自动化题 目 : 连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计指导者: (姓 名) (专业技术职务)评阅者: (姓 名) (专业技术职务)年 5 月讲师毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 中 文 摘 要根据设计任务书的要求,本设计说明书针对连杆大小头双端面铣削组合机床的设计及专用夹具设计进行说明。主要内容包括组合机床工艺方案的制定、组合机床配置型式的选择、组合机床总体设计以及专用夹具设计。全文主要包括组合铣床的总体设计和专用夹具设计两部分。机床总体设计主要是在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上确定“三图一卡” ,专用夹具设计根据“三图一卡” ,整理编绘出夹具设计图,重点分析夹紧机构装置,经过各种方案的比较,最后确定最优方案。达到提高劳动生产率,降低劳动强度,保证加工质量。关键词 组合机床 铣削 专用夹具 毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 外 文 摘 要Title The link of the modular machine tool and jig for mill the size of the first double-face of the connecting rod AbstractAccording to designs the project description the request, This design instruction booklet carries on the explanation in view of the connecting rod reducing socket double face milling aggregate machine-tool design and the unit clamp design. Main content including aggregate machine-tool craft plan formulation, aggregate machine-tool configuration choice, unit clamp design as well as headstock design.The full text mainly includes combines the milling machine the system design and unit clamp designs two parts. The engine bed system design mainly is in the designation craft plan and the determination engine bed disposition form, in the structure plan foundation determined “a three charts card“, the unit clamp design basis “a three charts card“, A fixture design compilation order, analyzed clamping device, passes through each kind of plan comparison, finally determines the most superior plan. In addition, in order to enhance the labor productivity, reduces the labor intensity, guaranteed the processing quality.Keywords Machine Tool Milling Unit Clamp 目 录1 绪论 11.1 组合机床的特点 11.2 组合机床的分类和组成 21.3 组合机床的方案选择 22 组合机床总体描述 32.1 组合铣床工艺方案的制定 32.1.1 被加工零件的特点 .32.1.2 加工的工序和加工精度的要求 42.1.3 工件的生产方式 62.2 确定切削用量、切削力和切削功率 62.2.1 切削用量的选择原则 .62.2.2 连杆工艺方案确定 102.2.3 铣削用量的选择 112.2.4 确定切削力、切削功率 .122.3 铣端面组合机床配置型式的选择 122.4 影响总体布置的因素 132.5 组合铣床的总体分析 三图一卡 142.5.1 被加工零件的工序图 142.5.2 被加工零件的加工示意图 152.5.3 组合机床联系尺寸图的绘制 172.5.4 生产率计算卡 .213 组合机床专用夹具设计 223.1 组合机床专用夹具的特点 223.2 机床专用夹具的作用及设计方法 233.3 定位的选择 24结论 25致谢 26参考文献 271南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院毕业设计(论文)外文资料翻译系: 机械系 专 业: 机械工程及自动化 姓 名: 张晓锋 学 号: 060104262 外文出处: International Journal of Machine Tools 交叉孔 1.导言 振动切削是在加工过程中在切削刀具或工件上施加一个高频或低频振动,从而获得更好的切削性能的一种技术。这项技术已应用于木材 1,2 和低碳钢 3中精密钻削。在钻削铝材和玻纤增强塑料 4,5 时,利用低频振动有利于减小毛刺的尺寸以及延长工具寿命。Adachi 等 【4】 开发了最高频率为 100Hz,能产生低频振动的电机伺服系统,利用该系统在铝材上钻孔时,毛刺尺寸可减小 5%-25%。Onikura 等人6,7 在钻床上利用压电驱动器使其主轴产生 40kHz 的超声波振动。他们发现超声3波振动可以减少切屑和前刀面之间的摩擦力,可以使切屑更薄,同时大大的降低了切削力。因此,利用振动切削可以减少孔尺寸过大,减小切屑和前刀面之间的摩擦力,提高表面粗糙度。Chern 和 Lee8提出另一个新的方法来使工件获得预期的振动。通过用直径为 0.5mm 的麻花钻进行大量的实验,他们发现增大振动频率和振幅可以改善孔尺寸过大、孔中心错位和钻孔内表面粗糙度。Jin 和 Murakawa9发现利用超声振动切削可以有效的防止切削工具崩刃,从而延长刀具寿命。山和加藤 【5】 发现在超声波 VC 下可以大大减少钻孔的平均推力。钻孔的切屑越薄越容易从孔中脱落。低切削力可以大大延缓在入口和出口处毛刺的形成。因此,使用振动切削可以提高钻孔的总体质量。除了钻孔,车削工作是 VC 应用的另一个领域。在 VC 的帮助下,发现机械加工性能差的玻璃材料可以有效地加工。超声波 VC 方法可运用于加工玻璃 【10】 和钠钙玻璃 【11】 的车削工作。通过运用 VC 技术,一个最大为 0.03 微米的表面粗糙度,已经在表面车削加工中获得成功。在切削方向上运用超声振动可以获得超精密玻璃性。一般情况下,钢铁不能被金刚钻加工是由于过度的刀具磨损。但在超声波 VC下,不锈钢金刚石车削工作的实现和不锈钢镜片的光学特性是通过在 0.026 微米的表面粗糙度而获得的 【12】 。Shamoto 和 Moriwaki【13】 通过引入两个同步方向的振动提出了一个椭圆振动切削的方法。淬硬模具钢用低切削力、高品质的表面和寿命长的刀具可在车削工作试验中有效地加工 【14】 。工业阀门的制造往往涉及钻孔和镗孔的操作,产生交叉洞。一个主要问题的引起就是阀门里面形成了毛刺。交叉孔毛刺是许多工业面临的最困难的毛刺任务。许多毛刺进程并非适用于大多数交叉孔案件,特别是参与小直径钻孔工作时。交叉孔毛刺可能阻碍空气和在实际应用中阀的液体流动,导致故障或不良后果。在这篇论文中,振动钻孔装置的设计和制造。压电驱动器是利用连杆的末端生成所需的轴向振动。对钻孔后的工件表面粗糙度是否与 VC 有关进行了研究。在田口法的帮助下,每个加工参数的影响率和贡献率都可以确定。交叉孔内毛刺的形成定义为是由钻孔和镗孔形成后的毛刺圆形阴影区域。毛刺大小的测量是通过图像处理软件计算黑色素数获得图像。通过实验结果,我们讨论了 VC 在钻孔和镗孔上的影响。42. 振动钻孔装置的设计和制造运用 VC 在钻孔操作的基本思想,在图 1 作了简要的说明。在镗杆上施加沿工件进给速度方向上的振动。为确保镗杆沿工件轴向振动,两线性导轨对称布置,并与夹持块相联接,如图 2 所示。在先前的振动切削研究 6-8,13,14 中使用压电驱动器来产生高频率的振动。压电驱动器具有很好的精确度、灵敏的反应以及大的驱动力。因此在本文中,我们在镗杆的末端附加了一个压电驱动器来产生预期的振动。四个外部块相连接来容纳导轨、夹持块和压电装置。整个镗孔装置见爆炸图 3。装置的照片见图 4。此振动钻孔设备的设计是基于以下考虑。1. 由于空间的限制,该设备是专为直径为 12 毫米,长度为 150 毫米的镗杆而设计的。镗杆是通过螺丝钉来实现固定的,如图 Fig.2。2. 在钻孔操作过程中,整个结构必须具备足够的刚度来承受动态负载。装置的各个元件是由高强度的不锈钢制成,以提供足够的刚度。图 1 钻孔操作的振动切割5图 2 直线导轨和控制装置图 3 振动钻孔装置的爆炸形式图 4 振动钻孔装置的图片63.压电驱动器以承受负载来运作。为了获得高频率振动,电源必须提供足够的交流电。在本研究中,我们使用物理设备公司(PI)的压电驱动器(PI P-244.10) ,以高功率的放大器(PI P-270.02)。P-270.02 最高频率是 16 千赫。P-270.02 输出电压是从 0V 到-1000V,其峰值为 50mA,目前平均最大输出是 13mA。4P-244.10 的推力和拉力容量分别是 2000N 和 300N。显然,压电陶瓷能承受高的推动负载,但易碎且不能承受高拉力。为了避免在钻孔中,因过度拉力而导致破换发生的可能性,压电执行器预装了弹簧,如图 Fig.4,在外表块和控制装置压缩之间。弹簧的选择是基于钻孔力和拉力,并且能够持续由压电驱动器驱动。因此这项研究选择了一个 1mm 的钢丝弹簧直径。3.实验设备和方法 实验设备介绍如下。发动机车床(Victor-500*1000):执行镗孔实验。加工中心(MC-1050P,三菱 520AM 控制器):为了交叉孔实验。激光位移计(Keyence LC-2430):来衡量振动振幅。这种传感器的抽样率为 50kHz。该清晰度为 0.01m,激光束斑为12m。在整个测试中振动振幅保持在 2m。刀具制造的显微镜(Olympus-STM):来观察在交叉孔的毛刺。在 0.5m 清晰度下它拥有 200 倍的最大放大率。波形发生器(HP-33120A):提供波形和频率的功率放大器。表面粗糙度测量机(Talyround, series-2):来测量在镗孔后工件表面粗糙度。镗孔插入:11的硬质合金 TPMR221,P10 的碳化钨。镗杆:一个直径为 12毫米的硬质合金 S12M-CTFPR11。1 毫米的钻头,2 长笛,包括角度 118高速钢(HSS) ,30的螺旋角,15第一减轻角,30的第二减轻角。工作材料:铝合金管(AL 6061T6) ,30 毫米的内径和 40 毫米的外径。切割液:矿物油。 3.1.振动镗孔实验 在振动镗孔装置下,我们开发了在发动机车床上处理实验。这个实验涉及到四个参数,因此在这篇论文中我们采用田口法来处理多变量影响的反应。田口使用信号与噪声(S/N)比率作为参数选择的质量特征。对于较小和更好的特征,S/N可以表示为721/log()SNyn其中n是实验次数和y是测量数据。方差的分析(ANOVA)表示为执行分析了工艺参数的影响。基于方差的分析,各参数的贡献率可预测,因此参数组合选择可以优化。如何利用田口法来详细描述实验的计划,可以在参考文献中找到 【15.16】 ,而不是本文总结。由于在每三个层次有四个参数,我们采用L9(3 4)正交表来分析它们的影响。振动钻孔实验选择的工艺参数是:(A)主轴速度, (B)振动频率, (C)进料和(D)切削深度,而响应函数是钻孔内表面粗糙度。范围和各级参数数目的选定列于表1。参数水平的选择基于我们初步的测试结果和在引擎方面的限制。振动镗孔装置的频率特性在初步测试后进行了分析。发现它的固有频率是10kHz左右。实验布局加工参数见表2。采用L9正交表,人们注意到只有9个实验需要研究整个加工参数。 毕业设计说明书( 论文)作 者 : 学 号:系 : 机械系专 业 : 机械工程及自动化题 目 : 连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计指导者: (姓 名) (专业技术职务 )评阅者: (姓 名) (专业技术职务 )年 5 月讲师毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 中 文 摘 要根据设计任务书的要求,本设计说明书针对连杆大小头双端面铣削组合机床的设计及专用夹具设计进行说明。主要内容包括组合机床工艺方案的制定、组合机床配置型式的选择、组合机床总体设计以及专用夹具设计。全文主要包括组合铣床的总体设计和专用夹具设计两部分。机床总体设计主要是在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上确定“三图一卡” ,专用夹具设计根据“三图一卡” ,整理编绘出夹具设计图,重点分析夹紧机构装置,经过各种方案的比较,最后确定最优方案。达到提高劳动生产率,降低劳动强度,保证加工质量。关键词 组合机床 铣削 专用夹具 连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 3 页 共 28 页毕 业 设 计 说 明 书 ( 论 文 ) 外 文 摘 要Title The link of the modular machine tool and jig for mill the size of the first double-face of the connecting rod AbstractAccording to designs the project description the request, This design instruction booklet carries on the explanation in view of the connecting rod reducing socket double face milling aggregate machine-tool design and the unit clamp design. Main content including aggregate machine-tool craft plan formulation, aggregate machine-tool configuration choice, unit clamp design as well as headstock design.The full text mainly includes combines the milling machine the system design and unit clamp designs two parts. The engine bed system design mainly is in the designation craft plan and the determination engine bed disposition form, in the structure plan foundation determined “a three charts card“, the unit clamp design basis “a three charts card“, A fixture design compilation order, analyzed clamping device, passes through each kind of plan comparison, finally determines the most superior plan. In addition, in order to enhance the labor productivity, reduces the labor intensity, guaranteed the processing quality.Keywords Machine Tool Milling Unit Clamp连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 4 页 共 28 页目 录1 绪论 11.1 组合机床的特点 11.2 组合机床的分类和组成 . 21.3 组合机床的方案选择 22 组合机床总体描述 32.1 组合铣床工艺方案的制定 . 32.1.1 被加工零件的特点 32.1.2 加工的工序和加工精度的要求 42.1.3 工件的生产方式 62.2 确定切削用量、切削力和切削功率 62.2.1 切削用量的选择原则 62.2.2 连杆工艺方案确定 102.2.3 铣削用量的选择 112.2.4 确定切削力、切削功率 122.3 铣端面组合机床配置型式的选择 122.4 影响总体布置的因素 132.5 组合铣床的总体分析 三图一卡 142.5.1 被加工零件的工序图 142.5.2 被加工零件的加工示意图 152.5.3 组合机床联系尺寸图的绘制 172.5.4 生产率计算卡 213 组合机床专用夹具设计 223.1 组合机床专用夹具的特点 . 223.2 机床专用夹具的作用及设计方法 233.3 定位的选择 . 24结论 . 25致谢 . 26参考文献 . 27连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 5 页 共 28 页1 绪论对于连杆双端面铣削,我们一般采用组合机床,在保证连杆加工精度的基础上,以达到大批量的生产,减少连杆加工时间,从而达到缩短零件的生产周期,减少成本。利用一定的专用夹具,达到一定的工艺要求,完成的连杆零件的加工要求。1.1 组合机床的特点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用机床。它能够对一种(或几种)零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铣削磨削等工序,生产效率高,加工精度稳定 1-2。组合机床与通用机床、其他专用机床比较,具有以下特点:(1) 组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的70%80%,因此设计和制造的周期短、投资少、经济效果好。(2) 由于组合机床采用多刀加工,并且自动化程度高,因此比通用机床生产效率高,产品质量稳定,劳动强度低。(3) 组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的,又有厂成批制造,因此结构稳定、工作可靠、使用和维修方便。(4) 在组合机床上加工零件时,由于采用专用夹具、刀具和导向装置等,加工质量靠工艺装备保证,对操作工人水平要求不高。(5)当被加工产品更新时,采用其他类型的专用机床时,其大部分件要报废。用组合机床时,其通用部件和标准零件可以重复利用,不必另行设计和制造。(6)组合机床易于联成组合机床自动线,以适应大规模的生产需要。组合机床常用的通用部件有:机身、底座、立柱、动力箱、动力滑台,各种工艺切削头等。对于一些按循序加工的多工位组合机床,还具有移动工作台或回转工作台。动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动或进给运动的动力部件,其中还有能同时完成切削主运动和进给运动的动力头。连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 6 页 共 28 页机身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件,起着机床的基础骨架作用,组合机床的刚度和部件之间的精度主要是由这些部件保证 1-2。1.2 组合机床的分类和组成组合机床的通用部件分为大型和小型两大类。大型通用部件是指电机功率为 1.5kw-30kw 的动力部件及其配套部件,这类动力部件多为箱体移动的结构形式。小型通用部件是指电机功率为 1kw-2.2kw 的动力部件及其配套部件,这类动力部件多为套筒移动的结构形式。用大型通用部件组成的机床称为大型组合机床,用小型通用部件组成的机床称为小型组合机床。按设计的要求本次设计的机床为大型通用机床 1。组合机床分为大型和小型外,按配置形式又分为单工为和多工位机床两大类。单工位机床又有单面、双面、三面和四面几种,多工位机床则有移动工作台式、回转工作台式、中央立柱式和回转鼓轮式等配置型式。本次设计的机床为单工位双面铣床。1.3 组合机床的方案选择(1)制定工艺方案 要深入现场了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹紧情况以及生产率的要求等,确定在组合机床上完成的工艺内容及其加工方法。这里要确定加工工步数,决定刀具的种类和型式。(2)机床结构方案的分析和确定 根据工艺方案确定机床的型式和总体布局。在选择机床配置型式时,既要考虑实现工艺方案,保证加工精度,技术要求及生产效率;又要考虑机床操作、维护、修理是否良好;还要注意被加工零件的生产批量,以便使设计的组合机床符合多快好省的要求。(3)组合机床总体方案 这里要确定机床各部件间的相互关系,选择通用部件的刀具的导向,计算切削用量及机床生产率。给制机床的总联系尺寸图及加工示意图等。(4)组合机床的部分方案和施工方案 制定组合机床流水线的方案时,与一般单个的组合机床方案有所不同。流水线上由于工序的组合不同,机床的型式和数量都会有较大的变化。因此,这时应按流水线进行全面考虑,而不应将某一台或几台机床分裂开来设计。即使暂时不能全面地进行流水线设计,制定方案时也应综合研究,才能将工序组合得更为合理,更可靠地满足工件的加工连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 7 页 共 28 页要求,用较多的工作,也为进一步发展创造了有利条件 3-4。2 组合机床总体描述目前,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、刮平面,车平面;孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹、磨削、等。随着综合自动化的发展,其工艺范围正扩大到车外圆、行星铣削、拉削、推削、磨削、及抛光、冲压等工序。此外,还可以完成焊接、热处理、自动装配和检测、清洗和零件分类及打印等非切削工作 【1】2.1 组合铣床工艺方案的制定工艺方案的制定是设计组合铣床最重要的步骤之一。其制定过程应从以下的几个方面考虑:1、被加工零件的特点。2、加工的工序和加工精度的要求。3、工件的生产方式等诸多方面综合考虑。2.1.1 被加工零件的特点连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一,它在柴油机中,把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴,又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。为了减少磨损和便于维修,连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。轴瓦有钢质的底,底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片,可以用来补偿轴瓦的磨损。连杆小头用活塞销与活塞连接。小头孔内压入青铜衬套,以减少小头孔与活塞销的磨损,同时便于在磨损后进行修理和更换。在发动机工作过程中,连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用,连杆除应具有足够的强度和刚度外,还应尽量减小连杆自身的质量,以减小惯性力的作用。连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。为了保证发动机运转均衡,同一发动机中各连杆的质量不能相差太大,因此,在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块,以便在称量后切除不平衡质量。连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。考虑到装夹、安放、搬运等要求,连杆大、小头的厚度相等(基本尺寸相同)。在连杆小头的顶端设有油孔(或油槽),发动机工作时,依靠曲轴的高速转动,把气缸体下部的连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 8 页 共 28 页润滑油飞溅到小头顶端的油孔内,以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副 5。2.1.2 加工的工序和加工精度的要求连杆上需进行机械加工的主要表面为:大、小头孔及其两端面,杆体与杆盖的接合面及连杆螺栓定位孔等。图 2-1 为汽车发动机连杆零件的主要技术要求。连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 9 页 共 28 页图 2-1 发动机连杆主要技术要求连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 10 页 共 28 页连杆总成的主要技术要求如下:1. 为了使大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销能密切配合,减少冲击的不良影响和便于传热。大头孔公差等级为 IT6,表面粗糙度 Ra 应不大于0.8 m,大头孔的圆柱度公差为 0.012 mm;小头孔公差等级为 IT8,表面粗糙度 Ra 应不大于 1.6m。小头压衬套的底孔的圆柱度公差为 0.005 mm,素线平行度公差为 0.04 mm。2.大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比,进而影响到发动机的效率,两孔中心距的尺寸公差等级应不低于 IT9。3.连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度误差过大,将加剧连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两端面之间的磨损,甚至引起烧伤,一般规定其垂直度公差等级应不低于 IT9。4.连杆大小头两端面间距离的基本尺寸相同,但其技术要求是不同的。大头两端面间的尺寸公差等级为 IT9,表面粗糙度 Ra 不大于 3.2m;小头两端面间的尺寸公差等级为 IT12,表面粗糙度 Ra 不大于 6.3m 6-7。2.1.3 工件的生产方式由于本次设计主要对连杆进行双端面铣削,尺寸精度,形状精度,位置精度需要达到一定的技术要求,且端面的表面粗糙对连杆的运动有一定的要求。因此在设计本次工艺方案时,需进行粗铣、精铣、粗磨、精磨四道工序。采用粗铣、精铣、粗磨、精磨四道工序,并将精磨工序安排在精加工大、小头孔之前,以便改善基面的平面度,提高孔的加工精度。粗磨在转盘磨床上,使用砂轮端面磨削,这种方法的生产率较高。精磨在 M7130 型平面磨床上用砂轮的周边磨削,这种办法的生产率低一些,但精度较高。2.2 确定切削用量、切削力和切削功率2.2.1 切削用量的选择原则正确地选择切削用量,对提高切削效率,保证必要的刀具耐用度和经济性,保证加工质量,具有重要的作用。铣削切削用量的选择与要求的加工表面粗糙度及其效率有关系。当铣削表面粗糙度数值要求时,铣削速度应高一些,每齿走刀量应小一些。若生产率要求不高,可以取很小的每齿走刀量,一次铣削 4mm5mm 的余量达到 RA1.6m 的连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 11 页 共 28 页表面粗糙度。这时每齿的进给量一般为 0.02mm0.03mm。表 2-1 是用硬质合金端铣刀的铣削用量查组合机床设计简明手册得知 1。表 2-1 用硬质合金端铣刀的铣削用量加工材料 工序 铣削深度(mm)铣削速度V(m.min-1)每齿走刀量Fz(mm/z)粗 24 80120 0.20.4钢 ab=520720MPa精 0.51 100180 0.050.20粗 24 60100 0.20.4钢 ab=700900 MPa精 0.51 90150 0.050.15粗 24 4070 0.10.3钢 ab=10001100 MPa精 0.51 60100 0.050.10粗 25 5080 0.20.4铸铁精 0.51 80130 0.050.2粗 25 300700 0.100.4铝及其合金精 0.51 5001000 0.0510.3由上表可知,对于本次设计,我们应该选用加工材料为钢 ab=520 MPa 720MPa ,粗铣:铣削深度 2mm4mm,铣削速度 80m.min-1120 m.min-1,每齿走刀量 0.2 mm/z 0.4mm/z;精铣:铣削深度 0.5mm1mm,铣削速度 100 m.min-1180 m.min-1,每齿走刀量 0.05 mm/z 0.20mm/z。组合机床常用铣削方法加工平面,精铣的平面度可达 003 mm 0.05/1000mm,表面粗糙度可达 Ra0.8m 1.6m。对基面的平行度可保证在 0.05mm 以内,基面间距的尺寸精度可保证在 0.05mm 以内。2.2.1.1 粗加工时切削用量的选择原则粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高,毛坯余量较大。因此,选择粗加工的切削用量时,要尽可能保证较高的单位时间金属切削量(金属切削率)和必要的刀具耐用度,以提高生产效率和降低加工成本 8-12。金属切削率可以用下式计算:Zw V.f.a p.1000连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 12 页 共 28 页式中:Z w单位时间内的金属切除量(mm 3/s)V 切削速度(m/s)f 进给量(mm/r)ap 切削深度(mm)提高切削速度、增大进给量和切削深度,都能提高金属切除率。但是,在这三个因素中,影响刀具耐用度最大的是切削速度,其次是进给量,影响最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的选择原则是:首先考虑选择一个尽可能大的吃刀深度 ap,其次选择一个较大的进给量度 f,最后确定一个合适的切削速度 V。选用较大的 ap 和 f 以后,刀具耐用度 t 显然也会下降,但要比 V 对 t 的影响小得多,只要稍微降低一下 V 便可以使 t 回升到规定的合理数值,因此,能使 V、f、a p 的乘积较大,从而保证较高的金属切除率。此外,增大 ap 可使走刀次数减少,增大 f 又有利于断屑。因此,根据以上原则选择粗加工切削用量对提高生产效率,减少刀具消耗,降低加工成本是比较有利的。1)切削深度的选择:粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下,应当尽量将粗加工余量一次切除。只有当总加工余量太大,一次切不完时,才考虑分几次走刀。本次设计选用铣削深度为 2mm4mm。2)进给量的选择:粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。因此,进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。在工艺系统的刚性和强度好的情况下,可选用大一些的进给量;在刚性和强度较差的情况下,应适当减小进给量。本次设计选用每齿走刀量 0.2 mm/z 0.4mm/z。3)切削速度的选择:粗加工时,切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率,在确定切削速度时必须考虑到机床的许用功率。如超过了机床的许用功率,则应适当降低切削速度。本次设计选用铣连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 13 页 共 28 页削速度为 80 m.min-1120 m.min-1。2.2.1.2 精加工时切削用量的选择原则精加工时加工精度和表面质量要求较高,加工余量要小且均匀。因此,选择精加工的切削用量时应先考虑如何保证加工质量,并在此基础上尽量提高生产效率 12。1)切削深度的选择:精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。通常希望精加工余量不要留得太大,否则,当吃刀深度较大时,切削力增加较显著,影响加工质量。本次设计选用铣削深度为 0.5 mm 1mm。2)进给量的选择:精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。进给量增大时,虽有利于断屑,但残留面积高度增大,切削力上升,表面质量下降。本次设计选用每齿走刀量 0.05 mm/z 0.20mm/z。3)切削速度的选择:切削速度提高时,切削变形减小,切削力有所下降,而且不会产生积屑瘤和鳞刺。一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数,尽可能提高切削速度。只有当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时,才选用低速,以避开积屑瘤产生的范围。由此可见,精加工时选用较小的吃刀深度 ap 和进给量 f,并在保证合理刀具耐用度的前提下,选取尽可能高的切削速度 V,以保证加工精度和表面质量,同时满足生产率的要求。本次设计选用铣削速度为 100 m.min-1180m.min-1。连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 14 页 共 28 页2.2.2 连杆工艺方案确定图 2-2 发动机连杆零件简图连杆由大、小头和杆身等部分组成。大头为开式结构(系直剖式连杆) 。连杆和连杆盖用螺栓,螺母连接。为减少磨损和便于修理,大头孔和小头孔内分别安装轴瓦和铜套。连杆身的截面为工字形,可减少重量和减少惯性力又使连杆具有足够的强度和刚度。连杆头两端面有落差且杆身对称。大小头侧面设计有定位凸台作为机械加工时的辅助定位基准,便于定位基准的统一 1-5。连杆总的工艺特点是:外形复杂,不易定位;大、小头有细长的杆身连接,所以弯曲刚性差,易变形;尺寸精度,形状精度和位置精度及表面粗糙度要求很高。连杆所选的材料为 45 钢(精选含碳量为 0.42%0.47%) ,并经调质处理以提高其强度及其抗冲击能力,其硬度为 217 HBS 287HBS。其锻件重量为7.5kg。连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 15 页 共 28 页根据以上的工艺特点下面初步拟订工艺方案 1。1、工艺基面的分析及选择采用以 V 形铁为主要定位元件的方法。为提高其定位精度,要把 V 形铁的角度做大一些。如图 2-3 所示:图 2-3 工艺基面的选择2、工序间余量的确定3、刀具结构的选择按相关的资料选取端铣刀的形式。在铣削过程中,端铣刀的直径要大于加工工件的最大宽度,由给定的加工零件图可知最大为 Bmax=135mm,故端铣刀的直径选取 150mm 为宜,其齿数按标准选 7。即 D =150Z=72.2.3 铣削用量的选择为使组合铣床更好的提高生产效率,便于人工操作,最少的停车损失和使刀具的寿命更长、加工质量更好,合理的选择铣削用量是非常必要的。下表为硬质合金端铣刀的铣削用量 8-12。 表 2-2加工材料 工序 铣削深度 铣削速度 每齿走刀量钢 5270b(公斤/ ) 毫 米 粗 24mm 80120 米/分 0.20.4精 0.51mm 100180 米/分 0.050.02加工工件为 45 号钢,所以选如下的铣削用量铣削深度 T=3mm铣削速度 V=120m/min连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 16 页 共 28 页每齿走刀量 =0.3 毫米/齿zs铣削用量的选择应该使选择的刀具充分发挥其性能。所以就不能选择太低。考虑到批量生产时也没必要把切削用量选太高,以免增加刀具损耗。总之要根据加工精度和加工材料,工作条件和技术要求进行分析。所以以上的选择是可行的。2.2.4 确定切削力、切削功率根据选定的切削用量(组要指切削速度 v 及进给量 f) ,确定切削力,作为选择动力部件(滑台)及夹具设计的依据;确定切削扭矩,用以确定主轴及其他传动件(齿轮、传动轴等)的尺寸;确定切削功率,用以选择主传动电机功率。一銑削力和主切削功率计算1 主切削力 Fc因选取硬质合金端面銑削 45,钢工件,由得:ZFc ntapdtafe )18.0(9.)13.0(8.06.15ac 系数 铣削接触深度f 每齿的进给量f铣刀的深度td 铣削深度paZ 铣刀齿数故由上则有: NFc86.532 切削功率: N 切KWV0.121切2.3 铣端面组合机床配置型式的选择对于加工发动机连杆这样的工件,特别适合大、中箱体件的加工。为尽可能地提高生产率,最理想的是将工件一次性全部加工。经过和指导老师商量后,连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 17 页 共 28 页我们决定设计四根主轴两端同时进行铣削。在满足条件的情况下,采用卧式双面铣床是可行的。在配置铣削头固定的卧式组合机床时,其传动装置的电机通常是采用顶置式,即电动机放在铣削头上方。在配置铣削头移动的卧式组合机床时,其传动装置的电机通常是采用侧置式,即电动机放在铣削头侧面。本次设计采用的铣削头是安装在滑台上的,可随滑台一起移动,但是是铣削头调整到适当位置后边不再移动,所以采用电动机安装在铣削头上方的配置型式。在加工连杆过程中,还必须考虑到加工零件特点对结构方案的影响。在加工精度要求影响方面,不仅提高原始精度,提高工件的定位基准和减少夹紧变形等措施,还要采用如下措施 3。1、采用定位块定位,保证连杆能够安装稳定,便于操作,提高加工过程精度要求。2、采用刚性主轴方案,由于机床导轨间隙及导轨磨损的影响。在加工过程中就不易产生振动,并且有足够的刚性保证其径向切削力。2.4 影响总体布置的因素1、加工精度的影响当工件的加工精度要求较高时,应采用具有固定夹具的单工位组合机床,加工精度要求较低时,可采用具有移动夹具的多工位组合机床。此外,还要考虑到不同布置形式的机床所能达到的加工精度。例如,对于同轴度要求较高的各孔,应采用从同一面对工件进行加工机床布置形式。2、工件大小、形状和加工部位特点的影响对于较大的工件,宜采用单工位机床,反之,宜采用多工位机床;对于大直径深孔的工件,宜采用具有刚性主轴结构的立式机床;对于小直径深孔的工件,通常采用专门的深孔加工机床;对于被加工孔的中心线与定位基准垂直的工件,一般采用立式机床。本原则也可根据机床的使用条件综合考虑。根据上述原则,对于本章实例,可采用立式机床。但考虑工件排屑方便,机床空间的高度可矮些,故可采用卧式组合钻床。3、生产率的影响零件的生产批量大小是决定采用单工位、多工位或自动线,还是按中小批连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 18 页 共 28 页量生产特点来设计组合 机床的重要因素。有时从工件的外形及轮廓尺寸上看,可采用单工位固定夹具的机床布置形式,但是由于生产率要求很高,就不得不采用多工位的机床布置方案,以便使装卸工件时间与机动时间重合。被加工的零件的生产批量越大,工序 安排一般就越趋于分散,且粗、半精、精加工应分别在不同的机床上完成。对于中小批量生产的情况,则要力求减少机床的台数,并应将所有工序尽量集中在一台或少数几台机床上完成,以提高机床的利用率 【13】2.5 组合铣床的总体分析三图一卡2.5.1 被加工零件的工序图被加工零件工序图是指根据已确定的工艺方案,表示一台组合机床或自动线对加工零件应完成的工艺内容的示意图,它包括加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求等内容。它不能用产品的零件图代替,而须在原零件图的基础上,突出本机床或自动线的加工内容及必要的说明进行重新绘制。它是进行组合机床设计的主要依据,也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。其内容应包括以下几个方面:(1)表示出被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状和尺寸。尤其是当需要中间导向套时,应表示出零件内部的筋、壁布置及有关结构的形状和尺寸,以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。(2)表示出加工用定位基准、夹紧部位及夹紧方向,以便依此进行夹具的定位支承(包括辅助定位支承) 、限位、夹紧及导向系统的设计。(3)表示出本道工序加工部位的尺寸 、尺寸精度、表面粗糙度、形状位置精度及技术要求,另外还应表示出本道工序对前道工序提出的要求(主要指定位基准) 。(4)表示出必要的文字说明,如被加工零件的编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。(5)绘制时,按一定的比例,细实线表示与本道工序加工无关的部分,粗实线表示被加工部位精度、粗糙度、位置精度、定位面及夹压方向。(6)凡本道工序保证的尺寸、角度等,应在基尺寸数值上打上方框,并在下面加一横线(粗实线) 。连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 19 页 共 28 页以下为被加工零件图,其材料为 45 钢并经调质处理,其硬度为217HBS287HBS。图 2-4 连杆工序图2.5.2 被加工零件的加工示意图零件加工的工艺方案要通过加工意图才能反映出来。加工示意图表示:被加工零件在机床上的加工过程,刀具、辅具的布置状况,工件与夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系,以及机床的工作行程和工作循环等。因此,它是刀具、辅具、夹具、主轴箱、液压和电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料,也是对整台机床布置和技术性能的原始要求,同时还是调整机床、刀具及试车的依据。其内容包括以下几方面:(1)应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。(2)根据加工部位的特点及加工要求,决定刀具的类型、数量、结构、尺寸(直径和长度) 。(3)决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。(4)选择标准或设计专用的接杆、浮动卡头、导向装置、攻丝靠模装置、刀杆托架等,并决定它们的结构参数及尺寸。(5)标明主轴、接杆、夹具(导向装置)与工件之间的联系尺寸、配合及精度等。连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 20 页 共 28 页(6)根据机床的生产率及刀具和工件的材料等,合理确定并标注各主轴的切削用量。(7)加工示意图的绘制顺序是:先按比例用细实线绘出工件加工部位和局部结构的展开图,然后用粗实线绘出加工表面。为了简化,对同一主轴箱上结构尺寸完全相同的主轴,可只画一根,但必须在主轴上标注孔号。当轴数多时,可缩小比例。最后,用细实线画出加工部位简图,并标注孔号。(8)在加工示意图上,主轴的分布可不按真实距离绘制。但当被加工孔的间距很小时或需设置径向结构尺寸较大的导向装置时,相邻的主轴必须严格按比例绘制,以便检查相邻的主轴、刀具、辅具、导向装置等之间是否发生干涉。(9)主轴应从主轴箱端面画起。刀具画在加工终了位置上(攻丝加工则画在开始位置上) 。对标准的通用结构,只须画出外廓,并须加注标准代号,对一些专用结构,则必须画出剖视图,并标注尺寸、精度及配合种类。查表初定主轴直径 D, 再综合考虑加工精度和具体工作条件,根据表决定主轴外伸部分的尺寸(轴端的外径和内径:D/d 1,外伸长度 L)及配套的刀具接杆莫氏圆锥号、攻丝靠模规格代号等。确定动力部件的工作循环及工作行程(1)刀具的选择 选择刀具时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。根据本工序特点,应选用硬质合金端铣刀。(2)工序余量 查组合机床设计手册得:端面加工余量为 24mm,选择 3mm;(3)切削用量 本工序的切削用量在前面已经叙述过,也可参见工艺卡片的相应内容。(4)动力头工作循环及行程确定 动力头工作循环一般包括快进、工作进给、快退等动作。铣端面的工作循环为:快进工作进给快退。a.粗铣工作进给单面长度确定铣:L=1.5mmb.快进长度确定铣:L 快 =20mm连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 21 页 共 28 页c.快退长度确定快退长度等于快进长度和工作进给长度之和,即,铣:20+1.5=21.5mm。图 2-5 发动机连杆加工示意图图2.5.3 组合机床联系尺寸图的绘制确定机床装料高度需要考虑车间运送工件的滚道高度、工件最低孔的位置、主轴箱最低主轴高度和通用部件高度尺寸的限制。根据我国具体情况,为便于操作和省力,对于一般卧式组合机床、流水线和自动线,标准装料高度推荐为850-1060mm。所以选择装料高度为H=1060mm。 。2.5.3.1 夹具外形轮廓尺寸的确定夹具是用于定位和夹紧工件的,所以工件的轮廓和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据。在加工示意图中对工件和镗模间的距离,以及导套的尺寸,都有了规定。所以确定长度尺寸时,主要在于合理地选取镗模架的厚度。对于高度不大的镗模架,其厚度可取 150200mm;当镗模架较高(如鼓轮机床的镗模架) ,为了保证有足够的刚度和稳定件,其厚度可取 250300mm。在掌握了工件宽度、工件和镗模架间的距离和镗模架的厚度尺寸后,即可确定夹具底座的总长尺寸。为了补偿铸件的铸造误差,它应比上述三项尺寸总连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 22 页 共 28 页和稍微大一些,一般大 1020mm。夹具底座高度确定。夹具底座的高度应视夹具大小而定,既要保证有足够的刚性,又要考虑工件的装料高度,为了便于布置定位元件,一般夹具底座的高度不少于 240mm。对于非框形夹具,在绘制联系尺寸图时,应事先绘制夹具结构草图,确定夹具的主要技术特征、基本结构原则及其外形控制尺寸 1-16。2.5.3.2 机床通用部件的选择此次设计的专用组合机床所用的通用部件有:一个动力头、一个滑台、一个侧底座、一个垫铁、一个中间底座和一个电动机。根据设计要求,本组合机床通用部件选取见表 2-3 所示:表 2-3 通用部件尺寸通用部件名称标记 通用部件名称标记动力箱滑台1032*320*2801HJ32侧底座中间底座1060*520*6301CC3211250*800*5601CC321中间底座尺寸的确定 在加工示意图中,已确定了工件端面至主轴箱端面在加工终了时的距离,根据选定的动力部件及其配套部件(滑座、床身等)的位置关系,并考虑动力头的前备量等因素,就可以确定中间底座长度尺寸。本道工序设计的组合机床中间底座长度为 1032mm。在确定中间底座高度尺寸时,应考虑切削的储存及排除、电气接线盒的安排以及冷却液的贮存,其容量应不小于 3min5min 冷却的流量。对于加工铸造件的机床,为了使冷却液有足够的沉淀时间,容量还应大一些,有时取10min15min 冷却阀的流量。当装料高度取 1060mm 时,床身和中间底座之间结合面的高度,无论哪一型连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 23 页 共 28 页号的床身都是统一的,定为 540mm,所以中间底座的高度一般总是大于 540mm。本机床的中间底座高度设计为 560mm。以上介绍了绘制机床联系尺寸图时应考虑的问题和主要联系尺寸的确定。此外,在联系尺寸图上还必须明确表明运动部件的终点和原位状态,以及运动过程中的情况。如对于动力头必须标明其退回的最远状态,以便确定机床的最大轮廓尺寸。对于回转工作台、移动工作台或回转鼓轮机床,需要特别注意动力头退回原位时,刀具、托架等必须处于夹具移动或回转的最大尺寸范围以外。在机床联系尺寸图上应标明工件、夹具及动力头的中心线之间的关系。特别当工件上加工部位对于工件中心线不对称时,动力部件对于夹具和中间底座也就不对称,这时应注明动力头中心线相对夹具中心线的偏移距离。联系尺寸图绘制后,在进行机床各部件的具体设计过程中,可能发现某些尺寸定得不合理,甚至不能实现,则可按需要返回来修改联系尺寸图,加以调整。机床的联系尺寸图主要应针对各部件之间的联系尺寸进行标注,各部件只画出必要的轮廓形状即可,尽量减少不必要的线条和尺寸。各部件应严格按同一比例绘制。至此,机床的各部件尺寸已确定,组合机床设计总图见图 2-6。安装时首先将侧底座和中间底座的螺栓孔与定位销连接,再布置好方位,然后按照滑台底下的螺栓孔与侧底座上面孔将其连接好,最后安装动力箱和主轴箱 1-15-16。连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 24 页 共 28 页图 2-6 组合机床设计总图连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 25 页 共 28 页2.5.4 生产率计算卡产品型号 Gan-1 零件图号 0358机械加工工序卡片 产品名称 发动机连杆 零件名称共 1 页第 1 页车 间 工序号工序号材料牌号机加工 45#钢毛坯种类 毛坯外形 尺寸第毛坯可制作数每台件数锻件 332mm设备名称 设备型号设备编号同时加工件数X52K夹具编号 夹具名称 硬度HRC217工序工时工位器具编号 工位器具名称 准终单件工步工时工步号 工步内容 工步装备 主轴转速 切削速度 进给量 切削深度进给次数机动辅助001 铣削 单工位 255r/min 120m/min 0.3mm/z 3mm 1次 10 2连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 26 页 共 28 页3 组合机床专用夹具设计3.1 组合机床专用夹具的特点组合机床夹具和一般夹具所起的作用看起来好像很接近,但其结构和设计要求却有很显著的,甚至是根本的区别。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。以下是组合机床专用夹具的主要特点。1.一般的机床夹具是作为机床的辅助机构设计的,而组合机床夹具是机床的主要组成部分,其设计工作是整个组合机床设计的重要内容之一。2.组合机床夹具和机床其他部件有着密切的联系,如何转或移动工作台、回转鼓轮、主轴箱、刀具和辅具、钻模板和托架以及支承部件等。正确地解决它们之间的关系式保证组合机床可靠和使用性能良好的重要条件之一,而且夹具的结构也要按这些部件的具体要求来确定。3.由于组合机床常常是多刀,多面和多工序同时加工,会产生很大的切削力和振动,因此组合机床夹具必须具有很好的刚性和足够的夹紧力,以保证在整个加工过程工件不产生任何位移。同时,也不应使工件产生不容许的变形。4.组合机床夹具是保证加工精度的关键部件,其设计、制造和调整都必须有严格的要求,使其能持久地保持精度。5.组合机床夹具应便于实现定位和夹紧的自动化,并有动作完成的检查信号;保证切屑从加工空间自动排除;便于观察和检查,以及在不从机床上拆下夹具的情况下,能够更换易损坏和维护调整。此外,不要把组合机床夹具和一般的组合夹具混淆起来。组合夹具是在万能机床上为了完成某一道工序的加工,用一些标准的和通用的元件组装的定位夹紧装置。用完后可用这些元件重新组装成新的夹紧装置。而组合机床夹具则是以部分的通用元件加上专用件组成的专用夹具,它不便于改装。按结构特点,组合机床夹具分为单工位和多工位夹具两大类。单工位夹具是指工件在一个工位上完成加工工序的机床夹具。按被加工零件的结构和加工要求,单工位夹具具有固定式的、带滚道或浮动滚道的、和小车等形式 【15-16连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 27 页 共 28 页3.2 机床专用夹具的作用及设计方法专 用 夹 具 是 指 为 某 一 工 件 的 某 一 道 工 序 专 门 设 计 、 制 造 的 夹 具 。 它 的 主要 功 能 是 实 现 工 件 的 定 位 和 夹 紧 , 是 工 件 加 工 时 相 对 于 机 床 、 刀 具 有 正 确 的位 置 , 以 保 证 工 件 的 加 工 精 度 。 具 体 来 说 机 床 夹 具 的 作 用 包 括 : 保 证 加 工 精 度 用 夹 具 装 夹 工 件 , 减 少 对 其 它 生 产 设 备 和 操 作 者 技 术水 平 的 依 赖 性 , 能 稳 定 地 保 证 加 工 精 度 。 提 高 劳 动 生 产 率 用 夹 具 装 夹 工 件 , 能 使 工 件 迅 速 地 定 位 和 夹 紧 , 显著 地 缩 短 辅 助 时 间 , 提 高 劳 动 生 产 率 。 改 善 工 人 的 劳 动 条 件 用 夹 具 装 夹 工 件 , 方 便 、 迅 速 。 当 采 用 气 动 、液 压 等 夹 紧 装 置 时 , 可 减 轻 工 人 的 劳 动 强 度 。 降 低 生 产 成 本 在 批 量 生 产 中 使 用 夹 具 时 , 由 于 劳 动 生 产 率 的 提 高 和允 许 使 用 技 术 等 级 较 低 的 工 人 操 作 , 故 可 明 显 地 降 低 生 产 成 本 。 扩 大 机 床 工 艺 范 围 使 用 夹 具 可 以 扩 大 机 床 工 艺 范 围 , 如 使 用 夹 具 可将 机 床 改 为 镗 床 或 拉 床 、 深 孔 加 工 机 床 等 【 16】 。机 床 夹 具 的 设 计 方 法 : 明 确 设 计 任 务 , 收 集 研 究 原 始 资 料 拟 定 夹 具 结 构 方 案 , 绘 制 夹 具 草 图 确 定 工 件 的 定 位 方 式 , 设 计 定 位 装 置 。 确 定 工 件 的 夹 紧 方 案 , 设 计 夹 紧 装 置 。 确 定 对 刀 及 引 导 方 式 , 选 择 或 设 计 对 刀 装 置 或 引 导 元 件 。 确 定 其 他 元 件 或 装 置 的 结 构 形 式 , 如 定 位 键 , 分 度 装 置 等 。 确 定 夹 具 的 总 体 结 构 及 夹 具 在 机 床 上 的 安 装 方 式 。 在 确 定 夹 具 结 构 的方 案 过 程 中 , 应 提 出 几 种 不 同 的 方 案 , 画 出 草 图 , 经 比 较 分 析 , 选取 最 佳 方 案 。 绘 制 夹 具 总 图 确 定 并 标 注 有 关 尺 寸 和 夹 具 技 术 要 求 绘 制 夹 具 零 件 图连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 28 页 共 28 页3.3 定位的选择对于本次连杆双端面铣削的工艺安排,我考虑到了两定位方式,第一种是利用连杆中间的凹形面,在充分利用卧式铣床的基础上,在支撑面上设计一个圆形轮盘,而对于被加工零件可以准确的定位到专用夹具上去,利用一定的夹紧力进行有效的夹紧,设计方案如图 3-1 示,这样的设计可以进行大批量快速的生产。第二种种设计方案,我可以考虑到加工工艺和成本的需要,可以采用定位块进行零件的定位,达到一定的工艺要求。如图 3-2 定位块定位夹紧方案。而对于本次设计我选用了第二种方案,可以很好的拆卸和安装,最少的减少时间,保证零件加工的精度要求。图(3-1 图(3-2)连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 29 页 共 28 页结论在刚刚过去的几个月里,是我在大学以来最刻骨铭心的日子。这是我大学生活的最后一个阶段,我的毕业设计都是在这几个月完成的。在这一阶段我学到了很多以前课堂上无法学到的方法和知识,它们很多都有很高的实用价值,并将对我以后的工作产生巨大的帮助,在此我想对我的指导老师江琴讲师的辛勤教诲表示衷心的感谢。本次设计,在江琴老师的指导下,我做到了独立地思考,查阅相关资料,准确计算,具体设计。今天,我终于圆满地完成了设计任务。这次是我第一次全面的系统的进行专业设计,在设计过程中,我充分地运用了在大学四年内所学的专业理论知识,使之融入到设计实践中,并通过不断地翻阅资料和查找数据,使自己又一次详细的回顾了四年学习的专业知识,发现了自己在学习上的不足之处并加以提高,使自己的专业知识更加全面,系统化。 由于水平有限,经验不足,第一次全面的系统的设计本次设计难免有许多不妥和错误之处,恳请指导老师和读者批评指正错误,以便及时改正。连杆大小头双端面铣削组合机床及夹具设计第 30 页 共 28 页致谢本次毕业设计论文是在我的老师亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成,江老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向江老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。四年的大学生活让我受益菲浅,最重要的是培养了我吃苦耐劳的精神,脚踏实地的作风,较强的社会工作能力。为了使自己能够全方位的发展,更好的适应这个日新月异的社会,在这几学年中,我兢兢业业,努力学习,严格要求自己,不断的提高自己各方面的素质,争取在人生的道路上更好的实现社会价值、人生价值和自我价值!本次毕业设计是对我在校四年来所学知识与生产实践技术所进行的一次综合性的全面考察,培养了我运用所学专业知识解决实际问题的能力,它还为我们了解一般机械工程设计的基本思想打下良好的基础。在设计方案的拟定,设计资料的收集,手册,国标选用,设计方法的运用,零部件及总体装配图的绘制等方面,有一次较全面的锻炼。对我们进入社会具备一定独立工作能力起了良好的作用,从而能较好的适应工作。在此,我还要感谢在一起愉快的度过大学生活的各位同学,正是由于你们的帮助和支持,我才能克服一个一个的困难和疑惑,直至本文的顺利完成。 在论文即将完成之际,我的心情无法平静,从开始进入课题到论文的顺利完成,有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢含辛茹苦培养我长大的父母,谢谢你们! 编者:张晓锋
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