打边机机座孔加工专机总体及夹具设计 码边机机座孔加工专机总体及夹具设计【含CAD图纸、说明书】
毕 业 设 计 任 务 书课题:打边机机座孔加工专机总体及夹具设计专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 班 级 学 号 指 导 教 师 专 业 系 主 任 发 放 日 期 年 1 月 12 日 1一、设计(论文)内容1打边机机座孔加工专机总体设计2打边机机座孔加工专机夹具设计设计打边机机座孔加工专用机床,具体进行总体及夹具设计。主要内容有:1总体设计1)制定工艺方案,确定机床配置型式及结构方案。2)三图一卡设计,包括:(a) 被加工零件工序图; (b) 加工示意图;(c) 机床联系尺寸图; (d) 生产率计算卡; (e) 有关设计计算、校核。2夹具设计(a) 夹具装配图;(b) 夹具体;(c)其它零件图;(d) 有关计算、校核等。二、设计(论文)依据1打边机机座孔加工工序图;2生产纲领:生产按两班制执行,年产量 10 万件,机床负荷率不低于 75。3. 一次装夹加工两件,要求保证二孔的中心距,两面同时加工。三、设计要求1机床应能满足加工要求,保证加工精度;2机床应运转平稳,工作可靠,结构简单,装卸方便,便于维修、调整; 3机床尽量能用通用件,以便降低制造成本;4机床各动力部件用电气控制,液压驱动;5设计图样总量:除三图一卡外折合成 A0 幅面在 3 张以上,其中含不少于七个零件的2零件图设计;工具要求:应用计算机软件绘图;三维造型用 Pro-E 软件;过程要求:装配图需提供手工草图,提供设计阶段的设计计算草稿;6毕业设计说明书按照学校规定的格式规范统一编排、打印,字数不少于 1 万字;7查阅文献资料 10 篇以上,并提供不少于 3000 汉字的外文资料翻译;8到相关单位进行毕业实习,撰写不少于 3000 字毕业实习报告;9根据学院统一制定的模板及相关要求撰写开题报告。四、毕业设计物化成果的具体内容及要求1. 毕业设计说明书要求: 按教务处毕业设计(论文)格式规范统一编排、打印,字数不少于 1 万字。1)毕业设计说明书 1 份2)被加工零件工序图 1 张3)加工示意图 1 张4)机床联系尺寸图 1 张5)生产率计算卡 1 张6)夹具装配图 1 张7)夹具体 1 张8)其它零件图 不少于 7 张9)零件三维造型图 1 张2外文资料翻译(英译中)要求1)外文翻译材料中文字不少于 3000 字;2)内容必须与毕业设计课题相关;3)所选外文资料应是近 10 年的文章,并标明文章出处。3五、 毕业设计(论文)进度计划起讫日期 工作内容 备 注4六、 主要参考文献:1 叶伟昌主编 .机械工程及自动化简明设计手册(上册).北京:机械工业出版社,20012 叶伟昌主编 .机械工程及自动化简明设计手册(下册).北京:机械工业出版社,20013 胡家秀主编 .机械零件设计实用手册.北京:机械工业出版社,19994 李益民主编 .机械制造工艺设计手册.北京:机械工业出版社,19955 艾兴等主编 .金属切削用量手册.北京:机械工业出版社,19966 范云涨等主编 .金属切削机床设计简明手册.北京:机械工业出版社,19947 孟宪椅等主编 .机床夹具图册.北京:机械工业出版社,19928 韩敬礼等主编 .机械电气设计简明手册.北京:机械工业出版社,19959 谢家瀛主编 .组合机床设计简明手册.北京:机械工业出版社,199910 杨培元等主编 .液压系统简明设计手册.北京:机械工业出版社,199511 大连组合机床研究所编.组合机床设计.北京:机械工业出版社,198612 大连组合机床研究所编.组合机床设计参考图册.北京:机械工业出版社,198613 于英华. 组合机床设计. 北京:机械工业出版社,201214 卞洪元. 机械制造工艺与夹具. 北京:北京理工大学出版社,201015机械标准目录总览 编委会编.机械标准目录总览.北京-中国标准出版社,2002七、其他5八、专业系审查意见系主任: 年 月 日九、机械工程学院意见院长: 年 月 日 毕 业 论 文开 题 论 证 报 告专 业 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 完成日期 年 3 月 4 日 11、课题名称:码边机机座孔加工专机总体及夹具设计1、课题来源、课题研究的主要内容及国内外现状综述课题来源:课题来自生产实际,采用通用机床一次只能加工一个孔,而采用组合机床一次可以加工若干个孔,生产效率极大地提高。课题研究的主要内容:基本内容:(1)零件分析仔细了解所欲加工零件的加工特点,精度和技术要求。(2)拟定零件工艺方案确定零件在组合机床上完成加工时的定位基准以及零件的加工工艺方案。(3)总体方案设计根据工艺方案确定机床的配置形式及总体结构布局。(4)组合机床设计三图一卡设计根据零件图绘制零件工序图,零件加工示意图,机床尺寸联系图,制机床生产率计算卡。(5)主轴箱设计绘制主轴箱草图,确定主轴结构形式和动力设计并设计主传动系统总体结构可能遇到的困难:(1) 组合机床被加工零件的夹具设计(2) 主轴箱传动系统的设计(3) 组合机床的总体配置形式主要解决方法是通过已学过的基础理论和专业知识并参考各类相关专业书籍,熟悉组合机床工作原理和设计原则,了解各项设计参数和技术要求进行设计计算,同时利用绘图软件进行初步结构设计,参考已有的先进设计实例,学习其计算过程和其中的先进创新理念并运用到自己的计算创新设计中。相关自已无力解决的问题可以与同学讨论解决,一些自己的创新思想也可与同学讨论其可行性,或者向指导教师请教。国内外现状综述:在我国,组合机床发展已有28年的历史,其科研和生产都具有相当的基础,应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新,进行技术改造,提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程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,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国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2较大的大中型箱体类和轴类零件(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,以及铣削平面和成形面等。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,还有多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐,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,并能灵活适应多品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(清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线)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。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后,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,满足用户需求,真正成为刚柔兼备的自动化装备。从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉,在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中,超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专家分析,机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。该届博览会上展出的加工中心,主轴转速1000020000r/min,最高进给速度可达2060m/min;复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时,加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外,产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化,满足各种各样产品的加工需求。 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。3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。二、本课题拟解决的问题1.通过实习了解夹具的机构设计原理2通过查阅书籍和资料,设计出几个方案,夹具的优劣进行总结,然后选择最合理的钻床夹具。3对照毕业设计任务书中的相关技术要求对夹具进行计算,得出合理的设计。4利用 CAD 完成夹具的零件图和装配图的绘制。5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、定位夹压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)组合机床的部份方案和施工方案 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要求,用较多的工作,也为进一步发展创造了有利条件。以上只是对本次毕业设计的一些初步思考,在毕业设计过程中将不断纠正设计方向,完善设计理念。43、解决方案及预期效果1. 制定工艺方案:首先确定工件的定位和夹紧方式,由于零件一般都有较高精度的孔需要加工,又常常要在几次安装下进行。因此定位基准选择“一面双孔”是最常用的方法。以工件底面为基准面,再加上一个短圆柱销和一个短菱形销进行定位,分动箱体的夹紧,其夹紧方式采用了在基准面上端面用液压缸夹紧。这样有利于刀具的通过以及在有足够的夹紧力下使工件产生的变形小。铣面的方式为采用端铣刀铣平面,设计的组合机床为卧式单面专用机床。本工序只进行加工。2 确定机床配置及结构方案:设计大型的专用机床来加工此工序。 设计卧式单面铣床,经过分析计算可以采用铣削头,滑台侧底座,液压滑台 ,动力箱。3. 总体设计三图一卡: 根据工件的加工 工艺路线, 绘 制 铣 箱 体 左 右 平 面 的 工 序 图 ,将工件的加工部位尺寸, 精度, 表面粗糙度及技术要求, 加工用的 定位基准, 夹紧部位及被加工零件的材料, 硬度, 重量和在本道工序加工前毛坯或半 成品的情况表示清楚。 绘制加工示意图, 将工件在机床上的加工过程, 刀具, 辅助的 布置状况以及工件, 夹具, 刀具等机床各部件间的相对位置关系。 绘制机床联系尺寸图, 将机床各组成部件的相互装配联系和运动关系表示出来, 以检验机床各部件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。 写机床生产率计算卡, 根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度, 切削用量, 动力部件的快速及工进速度等计算出机床的生产率。5四、课题进度安排2016 年 1 月 6 日2016 年 1 月 19 日2016 年 2 月 24 日2016 年 3 月 9 日毕业实习阶段。毕业实习,查阅资料,市场调查,到公司实践,撰写实习报告。2016 年 2 月 24 日2016 年 3 月 9 日论文开题阶段。论文总体构思方案,填写开题报告,前期检查。2016 年 3 月 10 日2016 年 5 月 4 日论文初稿阶段。撰写毕业论文初稿,中期检查。2016 年 5 月 5 日2016 年 5 月 22 日论文完善工作阶段。充实完善毕业论文。2016 年 5 月 23 日2016 年 5 月 24 日毕业论文预答辩。2016 年 5 月 25 日2016 年 6 月 3 日论文定稿阶段。论文修改、定稿,材料复查。2016 年 6 月 4 日2016 年 6 月 5 日论文评阅。2016 年 6 月 6 日2016 年 6 月 7 日毕业答辩。2016 年 6 月 8 日2016 年 6 月 15 日材料整理装袋。五、指导教师意见签名 年 月 日6六、专业系意见签名 年 月 日七、学院意见签名 年 月 日 毕 业 设 计 论 文课题:打边机机座孔加工专机总体及夹具设计专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 班 级 学 号 指 导 教 师 专 业 系 主 任 完 成 日 期 年 4 月 12 日 摘 要本文对打边机机座孔的加工工艺进行了详细的分析,就其孔的加工提出了“一次装夹,多工位加工,达到产品图样的精度要求”的思路。根据这一思路设计了钻孔组合机床设计。该组合机床由立柱、立柱底座、中间底座、液压滑台、动力箱、多轴箱等组成。本文对各部分的设计进行了详细的计算和论证。在工艺制定过程中,通过批量的进行钻底孔的加工方案,并寻求最佳的工艺方案,借此说明了工艺在生产过程中的重要性。本人的设计的主要内容是:进行了机床总体布局设计;对机床的进给和传动部分进行了设计;结合实例,介绍了夹具设计方法;通过此设计,本机床完全能满足设计要求,与传统的机床相比,本机床具有自动化程度高,生产率高,精度高等优点。 关键词:组合机床;钻底孔;夹具设计IIAbstractThis paper makes a detailed analysis on the machining process of the reducer hole, the hole processing put forward “one time clamping, multi station processing, reachthe precision requirement of product pattern“ idea. According to this idea, the design of drill hole modular machine tool design. The combined machine tool by the column, column base, base, hydraulic pressure sliding table, the power box, multi axle box etc In this paper, the detailed calculation and verification of the design of each part.In the process of the development process, through the batch drilling bottom hole processing scheme, and to seek the best technology solutions, which illustrates the importance of the process in the production process. The main contents of the design are: the general layout design of machine tool; feed and transmission part of the machine is designed; combined with the example, introduces the design method of fixture; with this design, this machine can meet the design requirements, compared with traditional machine, this machine has a high degree of automation, high productivity, advantages high precision.Key Words: modular machine tool; drilling bottom hole; fixture design; manualIII目 录1 绪论 11.1 组合机床的概论 .11.2 组合机床的发展现状与趋势 11.3 机床设计意义、内容、要求 21.3.1 设计的意义 .21.3.2 设计内容与要求 32 组合机床的总体设计 42.1 组合机床方案的制定 .42.1.1 制定工艺方案 42.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案 42.2 确定切削用量及选择刀具 .62.2.1 确定工序间余量 62.2.2 选择切削用量 62.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率 72.2.4 选择刀具结构 72.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制 .82.3.1 被加工零件工序图 82.3.2 加工示意图 92.3.3 机床联系尺寸图 142.3.4 生产率计算卡 173 钻孔夹具设计 183.1 研究原始质料 .183.2 定位、夹紧方案的选择 .193.3 切削力及夹紧力的计算 193.4 误差分析与计算 .213.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用 .223.7 夹具设计及操作的简要说明 23结论 25参考文献 26致 谢 2711 绪论1.1 组合机床的概论组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础,配以少量的专用部件组成的专用机床。它适宜于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。这种机床既有专用机床的结构简单、生产率和自动程度较高的特点,又具有一定的重新调整能力,以适应工件变化的需要。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。1.2 组合机床的发展现状与趋势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。近年来,随着数控技术,电子技术,计算机技术的发展,组合机床的服务对象已经由过去的农用机械,载货汽车向以轿车工业为重点的转移,组合机床行业开展了针对轿车零件关键工艺研究开发的科研攻关,采取引进技术,合作生产和自行开发相结合;组合机床也由过去的刚性组合机床向具有一定柔性,可实现多品种加工方向的变化,同时又应用数控技术发展了三坐标加工单元等数控组合机床,把纯刚性的设备变为可变可调的装备;组合机床的加工精度由半精加工向精加工方向转化,还开发了针对汽车发动机五大件加工的关键工艺设备,使行业在精加工机床的品种上有了较大扩充,为提供成套设备创造了条件;组合机床制造技术由过去的以机加工为主的单机及自动化向综合成套方向转换,加强了相应配套技术与产品的研究开发;组合机床的控制技术由传统的程序控制技术向数控,计算机管理与监控方向发展;组合机床行业企业生产的组合机床的控制技术,已完成了由接触继电器控制向可编程控制的转变,大大的提高了组合机床的可靠性,故障率大为降低;组合机床的开发已经又过去的人工设计转向计算机辅助设计,大力推行 CAD,为提高设计速度,保证设计质量,缩短供货周期创造了有利的条件。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2不断吸取新技术成果而完善和发展。(1) 高速化:由于机构各组件分工的专业化,在专业主轴厂的开发下,主轴高速化日益普及。过去只用于汽车工业高速化的机种(每分钟 1.5 万转以上的机种) ,现在已成为必备的机械产品要件。 (2) 精密化:由于各组件加工的精密化,微米的误差已不是问题。以电脑辅助生产(CAM)系统的发展带动数控控制器的功能越来越多。(3) 高效能:对机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度的要求提高。同时,由于产品竞争激烈,产品生命周期缩短,模具的快速加工已成为缩短产品开发时间所必须具备的条件。对制造速度的要求致使加工模具的机床向着高效能专业化机种发展。(4) 系统化:机床已逐渐发展成为系统化产品。现在可以用一台电脑控制一条生产线的作业,不但可缩短产品的开发时间,还可以提高产品的加工精度和产品质量。(5) 复合化:产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级,机床五轴加工、六轴加工已日益普及,机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。1.3 机床设计意义、内容、要求1.3.1 设计的意义机床工业是现代工业特别是现代制造业的基础,在国民经济中占有重要的战略地位。机床工业与一个国家的工业竞争力、制造业发展水平紧密相关,本国的机床工业水平越高,工业和制造业竞争力越强。对我国而言,机床工业不仅仅具有重要的经济意义,而且还具有重要的国防战略意义。研究机床工业的特点,有助于我们了解机床工业的特殊规律,从而找到适合我国国情的机床工业发展之路。我国工业竞争力和制造业发展水平不高,一定程度上是与我国机床工业发展水平不高相联系的,加快我国机床工业的发展,提高我国机床工业技术和管理水平,将有利于我国工业和制造业发展。所以对机床的研究设计意义是极其重大的。毕业设计是高等教育体系中非常重要的环节,它可以检验自己对专业知识理解与掌握的程度,也可以提高自己综合运用所学知识的能力,也能在分析问题和解决3问题的过程中学到更多新的知识。1.3.2 设计内容与要求本次设计主要包括:(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。42 组合机床的总体设计2.1 组合机床方案的制定2.1.1 制定工艺方案零件加工工艺将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。在制定工艺方案时,必须计算分析被加工零件图,并了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度,加工部位的结构特点加工精度,表面粗糙度,以及定位,夹紧方法,工艺过程,所采用的刀具及切削用量,生产率要求,现场所采用的环境和条件等。并收集国内外有关技术资料,制定出合理的工艺方案。根据被加工零件(打边机机座体)的零件图,加工孔:(1) 加工孔的主要技术要求。加工孔具体孔见工序图(3) 定位基准及夹紧点的选择部分被加工孔的表面上,上面的三自由度和三个自由度的右端极限的限制,位于中间的孔通过螺钉夹有很好的作用。为保证加工精度,提高生产效率和降低劳动量,工件是批量生产,所以在设计,手动夹紧。2.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案通常,在确定工艺方案的同时,也就大体上确定了组合机床的配置形式和结构方案,但是还要考虑下列因素的影响。(1)加工精度的影响 工件的加工精度要求,往往影响组合机床的配置形式和结构方案,加工精度要求高时,应采用固定夹具的单工位组合机床,加工精度要求低时,可采用移动夹具的多工位组合机床;工件各孔间的位置精度要求高时,应采用在同一工位上对各孔同时精加工的方法;工件各孔同轴度要求高时,应单独采用精加工等。(2) 工件结构的影响 这主要指零件的材料、硬度加工部位的结构形状,工件刚度定位基准面的特点,它们对机床工艺方案制度有着重要的影响。此打边机机座的材料是 HT21-40、硬度 HB170-241、孔在整个压盘上呈 90 度均度分配,孔的直径为 6.5mm。采用多孔同步加工,零件的刚度足够,工件受力不大,发热变形对工件影响可以不计,此零件的加工特点是中心线与定位基准平面是垂直的,并且定5位基准面是水平的,孔的分布范围是直线形状,工件比较长,一次钻完,多轴箱体积较大,采用两工位以减小多轴箱的体积,因而适合选择立式多工位钻床。(3) 生产率的影响 生产率是决定采用单工位组合机床、多工位组合机床还是组合机床自动线的重要因素,按设计要求生产纲领为年生产量为 6 万件,从工件外形及轮廓尺寸,为了减少加工时间,采用多轴头,为了减少机床台数,此工序尽量在一台机床上完成。(4) 现场条件的影响1.车间布置情况 车间内零件输送滚道的高度将影响机床的装料高度,当工件输送滚道穿过机床时,机床应设计为通过式,且配置不能超过三面,同时装卸工件只能推进拉出,机床通常不能安装中间导向,如果车间面积有限,则要限制机床轮廓尺寸,此外,机床在车间的安装位置等对机床配置方案也有一定的影响。2.工艺间的联系 工件到组合机床加工前,毛坯或半成品必须达到一定的要求,否则会造成工件在机床上夹紧定位不可靠,甚至造成刀具损坏,如果在组合机床上加工以后,还要转到其他机床上加工,而工件没有预先加工出保证精度的有关定位基面,那么组合机床应该考虑为下一道工序加工出定位面。3.使用厂的技术能力和自然条件 如果使用厂没有相当能力的工具车间,制造,刃磨复杂的整体复合刀具有困难,则制定方案时应避免采用此类刀具,必要时可增加机床工位,以便采用一般刀具分散加工。综合以上所述,通过对打边机机座零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求、定位、夹紧方式、工艺方法,并定出影响机床的总体布局和技术性能等方面的考虑,最终决定设计水平钻床。被加工零件图如图 2.1 所示6图 2.1 打边机机座体2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 确定工序间余量为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度,必须合理地确定工序余量。生产中常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量,以消除转、定位误差的影响。孔在钻孔时,直径上工序间余量均为 0.2mm。2.2.2 选择切削用量技术含量决定完成机器的组合,你可以选择切削参数。因为在大多数情况下,多轴联动加工机床的设计组合,切削参数,根据经验,30%低于普通机床的加工单。多轴主轴箱的所有工具都有一个进料系统,通常作为一个标准的电力幻灯片,工作,每分钟进给量的所有工具的相同,等于每分钟的动力滑台的进给(毫米/分钟)适用于一般的工具。因此,同一主轴箱上的刀具主轴可设计成同转速和同的每转 进给量(mm/r)与其适应。以满足直径的加需要,即: 2.112.inffnfv式中: 各主轴转速(r/min)、 、7各主轴进给量( mm/r)12,.iff动力滑台每分钟进给量(mm/min)vf由于打边机机座体钻孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等,按照经济地选择满足加工要求的原则,采用查表的方法查得:孔进给量 f=0.15mm/r、切削速度 v=15m/min2.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率根据选定的切削用量(主要指切削速度 v 及进给量 f)确定切削力,作为选择动力部件(滑台) ;确定切削扭矩,用以确定主轴及其它传动件(齿轮,传动轴等)的尺寸;确定切削功率,用以选择主传动电动(一般指动力箱)功率,通过查表计算如下:布氏硬度:HB =HB min (HBmaxHB min) =170 (241170) =146.33 3131切削力: =26 =269 =535.16 NFD8.0f6.HB8.00.64切削扭矩: =10 =10 =2452.26NmmT9.11.9切削功率: = =2452.2615/(97403.149) =0.123 kwP740v式中: HB布氏硬度 F切削力(N)D钻头直径(mm) f每转进给量(mm/r)T切削扭矩(Nmm) V切削速度(m/min)P切削功率(kw)2.2.4 选择刀具结构选择刀具,应考虑工艺要求与加工尺寸精度、工件材质、表面粗糙度及生产率的要求。为了提高工序集中程度或满足精度要求,可以采用复合刀具。孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有 30 50mm 距离,以便于排出切削和刀具磨损后又一定的向前调整量。在打边机机座体的布氏硬度 HB200,孔径 d 高速钢钻头为 9mm 的刀具材料(W15Cr4V) ,为了使工作可靠,结构简单,加工简单,9mm 的麻花钻的选择标准。孔加工刀具长度应确保在工具和导套的末端之间的螺旋槽加工结束 30 50mm范围,以排出切屑与刀具磨损已调整了一定量。82.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制总体设计方案的图纸表达形式“三图一卡”设计,其内容包括:绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、编制生产率卡。2.3.1 被加工零件工序图1,通过处理流程图的作用及内容零件工序图是根据选定的工艺方案加工,称为组合机床的工艺内容完整,尺寸,加工零件的精度,表面粗糙度和技术要求,定位基准,加工零件和材料零件的夹具加工图纸,硬度。它是基于原来的绘图,突出本机床的加工内容,再加上画出必要的说明,主要是基于组合机床的设计,制造,使用,也是重要的技术文件,检查和机床的调整。打边机机座体孔组合机床是加工零件的过程如图 2.2 所示。地图的主要内容:(1)被加工零件的形状,主要尺寸和机加工零件的尺寸,精度,表面粗糙度,形状和位置精度等技术要求,以及工作程序和技术要求。(2)定位基准选择定位夹紧,夹紧方向的过程。(3)加工零件的名称,数量,材料,硬度和加工件与津贴。2,绘制加工零件的工序图的注意(1)为了使被加工零件工序图是明确的,必须通过处理这台机器的内容。绘制时,要按一定比例,选择足够的视图和剖面看,优秀的处理站点(用粗实线) ,和零件和机床的轮廓,重行标记的夹具设计。如在参考 2.2 位置,机械夹紧位置和方向,辅助支持由符号部规定(细实线)表清楚,所有的程序来确保尺寸,角度等,应使用尺寸的数值表示。9图 2.2 打边机机座体工序图(2)加工部位的位置尺寸应由定位基准注起,为了便于加工和检验,有时为选定的定位基准与设计基准不重合,应处理转换位置精度要求。2.3.2 加工示意图1、加工示意图的作用和内容加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映,表示被加工零件在机床上的加工过程,刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系,机床的工作行程及工作循环等,是刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据,是整台组合机床布局形式的原始要求,也是调整机床和刀具所必需的重要文件。在图上应标注的内容:(1)机床的加工方法,切削用量,工作循环和工作行程。(2)工件、夹具、刀具及多轴箱端面之间的距离等。(3)主轴的结构类型,尺寸及外伸长度;刀具类型,数量和结构尺寸、接杆、导向装置的结构尺寸;刀具与导向置的配合,刀具、接杆、主轴之间的连接方式,刀具应按加工终了位置绘制。102、绘制加工示意图之前的有关计算(1)刀具的选择 刀具选择考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生产率要求等因素。刀具的选择前已述及,此处就不在追述了。(2)导向套的选择 组合机床加工孔时,除采用刚性主轴加工方案外,零件上孔的位置精度主要靠刀具的导向装置来保证。因此,正确选择导向装置的类型,合理确定其尺寸、精度,是设计组合机床的重要内容,也是绘制加工示意图时必须解决的问题。1)选择导向类型 导向装置有两大类,即固定式导向和旋转式导向。根据刀具导向部分直径 d=10mm 和刀具导向的线速度 v=15m/min,选择固定式导向。2)选择导向套参数 根据刀具的直径选择固定导向装置,如图 24 所示:图 24 固定导向装置固定导向装置的标准尺寸如下表:表 21 固定导向装置的标准尺d D D1 D2 L l1 m R d1 d2 l06.5 12 22 30 28 38 13 18 M8 16 16固定装置的配合如下表:表 22 固定装置的配合导向类别工艺方法D D D1刀具导向部分外径11固定导向钻孔 G7(或 F8) 67gHjsg6导向装置的布置如表 23 所示:表 23 导向装置的参数(mm)尺寸项目 l1 l2 l3与直径 d 的关系 (23)d 加工铸铁 d d/3+(38)计算值 3d=30 254 25.4/3+8=16.5(3)主轴类型、尺寸、外伸长度 因为轴的材料为 40Cr,剪切弹性模量G=81.0GPa,刚性主轴取 14( 0)m,所以 B 取 2.316,根据刚性条件计算主轴的直径为:d B =2.316 =17.52mm4T45.327式中:d轴直径(mm)T轴所承受的转矩(Nmm)B系数图 2.3 加工示意图在图上应标注的内容:(1)机床的加工方法,切削用量,工作循环和工作行程。(2)工件、夹具、刀具及多轴箱端面之间的距离等。(3)主轴的结构类型,尺寸及外伸长度;刀具类型,数量和结构尺寸、接杆、12导向装置的结构尺寸;刀具与导向置的配合,刀具、接杆、主轴之间的连接方式,刀具应按加工终了位置绘制。2、绘制加工示意图之前的有关计算(1)刀具的选择 刀具选择考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生产率要求等因素。刀具的选择前已述及,此处就不在追述了。(2)导向套的选择 在组合机床主轴孔加工,除了使用刚性方案,工件的尺寸,位置精度主要取决于夹具指南。所以正确的选择式导向装置,合理确定规模,精度,是组合机床设计的重要内容,也是解决必须处理内容绘制示意图。1)选择导向类型 根据刀具导向部分直径和刀具导向的线速度 v=15m/min,选择固定式导向。2)导向套的参数 根据刀具的直径选择固定导向装置固定导向装置的标准尺寸如下表:表 2.1 固定导向装置的标准尺d d1 D D1 D2 l l1 l2 l3 l4 L55 5 22 30 34 150 40 5 12 17 46固定装置的配合如下表:表 2.2 固定装置的配合导向类别工艺方法D D D1刀具导向部分外径固定导向钻孔 G7(或 F5) H7/g6 H7/n6 g6固定导向装置的布置如图 2.4 所示13图 2.4 固定导向装置的布置(3)初定主轴类型、尺寸、外伸长度因为轴的材料为 40Cr,剪切弹性模量 G=51.0GPa,刚性主轴取 14( 0)m,所以 B 取 2.316,根据刚性条件计算主轴的直径为:d B 2.594T式中: d轴直径(mm) (24.65)T轴所承受的转矩(Nmm)B系数本设计中主轴直径 d=25mm,主轴外伸长度为:L=115mm,D/ 为 40/25。1d(4)选择刀具接杆 由以上可知,多轴箱各主轴的外伸长度为一定值,而刀具的长度也是一定值,因此,为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置,就需要在主轴与刀具之间设置可调环节,这个可调节在组合机床上是通过可调整的刀具接杆来解决的,连接杆如图 2.5 所示, 图 2.5 可调连接杆连接杆上的尺寸 d 与主轴外伸长度的内孔 D 配合,因此,根据接杆直径 d 选择刀具接杆参数如表 2.3 所示:表 2.3 可调接杆的尺寸d D1(h6) d2 d3 L l1 l2 l3螺母厚度25 Tr252 莫氏 1 号 12.061 36 55 51 42 50 12(5)确定加工示意图的联系尺寸14从加工结束主轴箱的端到端的所有链接的大小来确定的表面之间的最小距离,加工示意图连接尺寸如图 2.3 所示。面对的工件端面最重要的连接尺寸(多轴箱的大小 321mm) ,它等于刀具悬伸长度,螺母的厚度,主轴伸出长度和连杆长度(可调)和减去加工,孔的深度和切出值。(6)工作进给长度的确定 如图 2.6 工作进给长度 应等于工件加工部位长度 L 与刀具切入长度 和切出工L 1L长度 之和。切入长应 应根据工件端面误差情况在 510mm 之间选择,误差大2L1时取大值,因此取 =5mm,切出长度 =1/3d+(35)= x5+7 12mm,所以213=5+12+12=32mm.工(7)快进长度的确定 考虑实际加工情况,在未加工之前,保证工件表面与刀尖之间有足够的工作空间,也就是快速退回行程须保证所有刀具均退至夹具导套内而不影响工件装卸。这里取快速退回行程为 120mm,快退长度等于快速引进与工作工进之和,因此快进长度 120-45=75mm.图 2.6 工作进给长度2.3.3 机床联系尺寸图15图 2.7 机床联系尺寸图1、联系尺寸图的作用和内容在一般情况下,组合机床是由通用部件标准动力箱,动力滑台,柱,柱脚及特殊部件的装配。联系尺寸图是用来表示机床运动部件相互组装在该系统中,相对位置和尺寸的机器部件接触测试是否满足要求,通用部件的选择是适当的,并对主轴箱设计的进一步发展提供基础,夹具等专用部件,零件。联系尺寸图也可以被视为一个简化的设备布局,它代表了机床的结构类型和总体布局。如图 2.7 所示,机床联系尺寸图包括机床的布局,主要接触尺寸电机尺寸,规格,通用组件和电机的主要参数的动态组件,工件和各部分之间的特殊部位,外形尺寸。2、选用动力部件选用动力部件主要选择型号、规格合适的动力滑台、动力箱。(1)滑台的选用 通常,根据滑台的驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素来选用合适的滑台。1)驱动形式的确定 根据对液压滑台和机械滑台的性能特点比较,并结合具体的加工要求,使用条件选择 HY 系列液压滑台。2)确定轴向进给力 滑台所需的进给力= =42375.5=955N进Fi16式中: 各主轴加工时所产生的轴向力iF由于滑台工作时,除了克服各主轴的轴的向力外,还要克服滑台移动时所产生的摩擦力。因而选择滑台的最大进给力应大于 9.55KN。进F3)确定进给速度 液压滑台的工作进给速度规定一定范围内无级调速,对液压滑台确定切削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的0.51 倍;液压进给系统中采用应力继电器时,实际进给速度应更大一些。本系统中进给速度 =nf=15mm/min。所以选择 1HY32A 液压滑台,工作进给速度范围vf20650mm/min,快速速度 10m/min。4)确定滑台行程 滑台的行程除保证足够的工作行程外,还应留有前备量和后备量。前备量的作用是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。本系统前备量为 20mm,后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地,为方便装卸刀具,这里取 50mm,所以滑台总行程应大于工作行程,前备量,后备量之和。即:行程 L120+20+50=220mm,取 L400mm。综合上述条件,确定液压动力滑台型号 1HY32A,以及相配套的滑台底座(1CC321 型) 。(2)由下式确定动力箱的选用 动力箱主要依据多轴所需的电动机功率来选用,在多轴箱没有设计之前, 可算主P 2.6主 切6*0.430.53.225KW式中:多轴箱传动效率,加工黑色金属时 0.50.9;有色金属时0.70.5,本系统加工 HT200,取 0.5动力箱的电动机功率应大于计算功率,并结合主轴要求的转速大小选择。因此,选用电动机型号为 Y132M1-6 的 1TD32I 型动力箱,动力箱输出轴至箱底面高度为150mm。主要技术参数如下表:表 2.4 电机型号及参数转速范围(r/min)主电机传动型号电机转速 输出转速主电机功率()kw配套主轴部件型号D50 Y132M1-6 960 470 4 1HY32A,1CC321,1CD3213、配套支承部件的选用立柱底座 1CD322。174、确定装料高度装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离,在现阶段设计组合机床时,装料高度可视具体情况在 H5501060mm 之间选取,本系统取装料高度为500mm。5、中间底座轮廓尺寸中间底座的轮廓尺寸要满足滑台在其上面联接安装的需要,又考虑到与立柱底座相连接。因此,中间底座采用侧底座 1CD321。6、确定多轴箱轮廓尺寸本机床配置的多轴箱总厚度为 340mm,宽度和高度按标准尺寸中选取。计算时,多轴箱的宽度 B 和高度 H 可确定为:B=400,H=320根据上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准,最后确定主轴箱轮廓尺寸BH=400320mm。2.3.4 生产率计算卡生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、负荷率等技术文件,通过生产率计算卡,可以分析拟定的方案是否满足用户对生产率及负荷率的要求。计算如下:切削时间: T 切 = L/vf+t 停 2.7 = 45/74.710/415=0.625 min式中: T 切 机加工时间(min)L工进行程长度(mm)vf 刀具进给量(mm/min)t 停 死挡铁停留时间。一般为在动力部件进给停止状态下,刀具旋转 510 r 所需要时间。这里取 10r辅助时间 T 辅 = +t 移 +t 装 2.5fkvL43= (75120)/1000+0.13+2= 2.325min式中: L 3、L 4 分别为动力部件快进、快退长度(mm)vfk 快速移动速度(mm/min)t 移 工作台移动时间(min),一般为 0.050.13min,取 0.13 mint 装 装卸工件时间(min)一般为 0.51.5min,本例取 2min18机床生产率 Q1 = 60/T 单 2.9= 60/(T 切 +T 辅 )=60/(0.625+3.295)=15.3 件/h机床负荷率按下式计算 = Q / Q 1100%2.10= A / Q1tk100%=15000/15.31950100%=67.04%式中:Q机床的理想生产率(件/h )A年生产纲领(件) tk年工作时间,单班制工作时间 tk =1950h表 2.5 生产率计算卡193 钻孔夹具设计3.1 研究原始质料利用本夹具主要用来加工钻孔,加工时除了要满足粗糙度要求外,还应满足两孔轴线间公差要求。为了保证技术要求,最关键是找到定位基准。同时,应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。3.2 定位、夹紧方案的选择由零件图可知:在对加工钻加工前,平面进行了粗、精铣加工,底面进行了加工。因此,定位、夹紧方案有:选一面二销定位方式,一个工艺孔用短圆柱销,用棱形销定位,夹紧方式用操作简单,通用性较强的铰链移动压板来夹紧。3.3 切削力及夹紧力的计算刀具:钻头 。则轴向力:见工艺师手册表 25.4按照这里面最大的孔来进行计算F=C d f k 3.1F0zFy式中: C =420, Z =1.0, y =0.5, f=0.35FFk =(F07.1)92()103.nHBF=420 1.0.853723(N转矩T=C d f kT0ZTy式中: C =0.206, Z =2.0, y =0.5TTT=0.206 2.0.85317.34()NM功率 P =mKWdV26.095.0在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数K=K K K K1234式中 K 基本安全系数,1.5;20K 加工性质系数,1.1;2K 刀具钝化系数 , 1.1;3K 断续切削系数, 1.14则 F =KF=1.5/ )(42391.1. N钻削时 T=17.34 N M切向方向所受力: F =1LT2670534.取 .fF =4416f )(6.41.NF Ff1所以,时工件不会转动,故本夹具可安全工作。根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况,找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态,按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠,再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即: FKW安全系数 K 可按下式计算有: 6543210式中: 为各种因素的安全系数,查参考文献5表 可得: 6 1201.301.56C12522.3PKf所以有: 193.08()KCWFN76P5.()Kf该孔的设计基准为中心轴,故以回转面做定位基准,实现“基准重合”原则; 参考文献,因夹具的夹紧力与切削力方向相反,实际所需夹紧力 F 夹与切削力之21间的关系 F 夹KF轴向力:F 夹KF (N)扭距:Nm93.103.24.05.14.3108.90 MYFXKfdC在计算切削力时必须把安全系数考虑在内,安全系数 2K由资料机床夹具设计手册查表 可得:7切削力公式: 式(2.17)PffDF75.02.14式中 m5r/3.查表 得: 82195.0)1(6.HBKp即: 69.0NFf实际所需夹紧力:由参考文献16机床夹具设计手册表 得:12WfK安全系数 K 可按下式计算,由式(2.5)有: 6543210式中: 为各种因素的安全系数,见参考文献16机床夹具设计手册6表 可得: 25.01.32.10.21K所以 )(46598NFWf由计算可知所需实际夹紧力不是很大,为了使其夹具结构简单、操作方便,决定选用螺旋夹紧机构。3.4 误差分析与计算该夹具以一面二销定位,为了满足工序的加工要求,必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。 gwj与机床夹具有关的加工误差 ,一般可用下式表示:jMjjWDAZWj 由参考文献5可得: 两定位销的定位误差 :11minDd1 21min2min.DdDdJWarctgL22其中:,10.52Dm20D,d .3dm, inin40.63DW.2J 夹紧误差 : cos)(minaxyj其中接触变形位移值:1()(9.62HBZyRaZkNcl查5表 12 15 有 。 104,0.6,.42,0.7RazHBKCncos.8jy 磨损造成的加工误差: 通常不超过Mjm5. 夹具相对刀具位置误差: 取AD.误差总和: 0.53jwm从以上的分析可见,所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。3.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套(其结构如下图所示)以减少更换钻套的辅助时间。图 6.1 可换钻套23铰工艺孔钻套结构参数如下表 6.4:表 6.4 钻套Dd H公称尺寸允差12Dh1mCr5 12 12+0.015+0.00722 15 10 4 9 0.5 15 0.5衬套选用固定衬套其结构如图所示:图 6.2 固定衬套其结构参数如下表 6.5:表 6.5 固定衬套d D公称尺寸 允差H公称尺寸 允差C 15+0.034+0.01612 10+0.023+0.0120.5 2钻模板选用固定式钻模板,用 4 个沉头螺钉和 2 个锥销定位于夹具体上。243.7 夹具设计及操作的简要说明为提高生产率,经过方案的认真分析和比较,选用了手动夹紧方式(螺旋机构)。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大,在机床夹具中很广泛的应用。25结论本课题开发研制的钻孔组合机床,用于加工孔。在开发过程中,针对加工过程中存在的难点进行了攻关。在钻床的设计上采取了一系列的措施,保证了被加工孔的加工精度。主要完成了以下工作:1、对打边机机座的孔的加工工艺进行了分析研究,明确了四个孔加工的技术要求和工艺要点。2、恰当地选择了机床的切削参数,动力头及液压滑台驱动机构的结构参数。4、设计了稳定可靠的多轴箱和钻模板,从而保证了被加工孔的精度要求。5、根据通用、经济的原则,选择了刀具,满足了工艺的需要。设计的钻孔组合机床,保证了加工孔的生产质量,提高工效 3 倍以上,加工成本大幅下降。本项工作还有许多值得完善的地方,例如:装夹、定位由人工完成,效率较低;自动化程度有待提高等问题。这些问题通过改进设计、完善工艺、现场的不断实践、总结,必将会得到进步的提高。26参考文献1 徐旭东、周菊琪主编 现代组合机床技术及其发展 中国机械工程.1995 年第 6 卷第3 期2 佟璞玮主编 组合机床行业概况及今后发展对策 、 组合机床与自动化加工技术1996年第 8 期3 许晓肠主编 专用机床设备设计 重庆大学出版社,20034 金振华主编 组合机床及其调整与应用 机械工业出版社,19905 李庆余、张佳主编 机械装备设计 机械工业出版社,20036 顾维邦主编 金属切削机床概论 机械工业出版社,20027 戴曙主编 金属切削机床设计 机械工业出版社,19938 华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津大学主编 机床设计图册 上海科学技术出版社,19849 徐景辉等编 机床装配 四川人民出版社,198210 储凯、许斌等主编 机械工程材料 重庆大学出版社,200211 邱宣怀主编 机械设计 高等教育出版社,200312 吴宗泽主编 机械设计实用手册 化学工业出版社,200013 龚桂主编 机械设计课程设计指导书 高等教育出版社,199014 张利平主编 液压站设计与应用 海军出版社,200415 章宏甲、黄谊主编 液压传动 机械工业出版社,200316 左健民主编 液压与气压传动 机械工业出版社,200217王明亮 中国学术期刊标准化数据库系统工程的EB/OL18阎光明、侯忠滨、张云鹏编 现代制造工艺基础 西北工业大学出版社,200719李凯岭、宋强主编 机械制造技术基础 山东科学技术出版社,2008
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