全自动液压专用机床改造

III 摘 要 车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床 ,而 专用机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式 ,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化 ,可根据需要灵活配置 ,能缩短设计和制造周期。因此专用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。 专用机床一般用于加工箱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。 本设计是把 6136 普通车床改造成全自动液压专用机床，对车床结构作了设计，在设计过程中考虑到车床的形成工艺，床身的受力分析和床身的热态分析。该设计满足了全自动液压专用机床的加工精度要求，整体性能稳定。 关键词： 刀架拖板 ；液压缸；上料机构 ；分析 IV Abstract Lathe is mainly used tool for rotating workpiece turning processing machine tools, and special machine tools commonly used multi-spindle, multi-tool, process, surface or transfer process at the same time, the production efficiency is higher than general machine tools several times or more. Due to gm parts have standardization and seriation, can be flexibly configured according to need, to shorten design and manufacturing cycle. So dedicated machine tool has both the advantages of low cost and high efficiency, is widely used in large, mass production, and can be used to form automatic production line. Dedicated box is generally used in the machine or special shaped parts. When the workpieces are generally not rotate, the by the rotation of the tool movement and relative feed movement of cutting tool and workpiece, to implement a drilling, reaming, counter boring, reaming, boring, milling plane, cylindrical internal and external screw thread and cutting processing and face, etc. Some combination machine tools using turning head clamping workpiece to rotate, the tool feed movement, also can achieve some of the revolving body parts, such as flywheel, vehicle driving axle half shaft, etc.) of the cylindrical and face processing. This design is put 6136 ordinary lathe to transform into a special machine, automatic hydraulic structure design of the lathe, in the design process of forming process considering lathe bed, bed of the thermal stress analysis and modal analysis. The design of automatic hydraulic meet the special machine machining accuracy requirement, and overall stability. Key words:Tool carriage apron；hydraulic cylinder；Feeding institutions；analysis V 目 录 摘 要 . III Abstract . IV 目 录 . V 1 绪论 . 1 2 零件的工艺性分析 . 2 3 总体方案的确定 . 4 4 刀架拖板 设计 . 6 4.1 设计本部分的重要性 . 6 4.2 本部分的设计方案 . 6 4.2.1 纵向液压缸的安置 . 6 4.2.2 横向液压 缸的位置 . 7 4.3 出屑 . 9 5 结构设计及计算分析 . 10 5.1 纵向液压缸的设计 . 10 5.1.1 液压缸的类型和安装形式 . 10 5.1.2 液压缸工作压力的确定 . 10 5.1.3 液压缸内径及液压缸活塞杆直径的确定 . 11 5.1.4 液压缸的推力和流量计算 . 12 5.1.5 活塞杆直径的验算 . 12 5.1.6 液压缸长度及壁厚的确定 . 12 5.1.7 液压缸外径的计算 . 13 5.1.8 液压缸进出油口尺寸的确定 . 13 5.1.9 液压缸的结构设计 . 13 5.2 横向液压缸的设计 . 14 5.2.1 液压缸的类型和安装形式 . 14 5.2.2 液压缸工作压力的确定 . 15 5.2.3 液压缸内径及液压缸活塞杆直径的确定 . 15 5.2.4 液压缸的推力和流量计算 . 15 5.2.5 活塞杆直径的验算 . 16 5.2.6 液压缸壁厚的计算和刹那高度的计算 . 16 5.2.7 压缸外径液的计算 . 16 5.2.8 液压缸进出油口尺寸的确定 . 16 5.2.9 液压缸的结构设计 . 17 5.3 弹簧的设计与计算 . 17 5.4 螺杆的校核 . 18 6 CAM 设计 . 20 VI 6.1 衬套的 CAM. 22 7 结论与展望 . 24 7.1 结论 . 24 7.2 展望 . 24 致 谢 . 25 参考文献 . 26 附录 . 27 全自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 1 1 绪论 随着科学技术的发展，即使原来属于新颖，先进的机床也会逐渐变得陈旧，落后，满足不了产品科类日益增加和质量不断提高的需要，因此， “ 技术老化 ” 是客观规律。 目前，我国的工厂企业，除了一些新建单位外，大多数都存在设备老化问题，设备役龄在 15 年以上，所占比重相当大，面对这么多的陈旧设备应该怎样办呢？一方面要创造或引进新技术，新工艺，新设备，进行必要的设 备更新。另一方面则要进行技术革新，挖掘设备潜力，进行有效的技术改造，使旧设备适应新的生产需要。 本设计是把 6136 普通车床改造成全自动液压专用机床，这样生产锭脚时，生产率大大提高，劳动强度大大降低。而且因为是在原有的旧设备进行改造，就能够充分利用原机床的结构，避免了重新设计和制造许许多多的零部件，使工作量大大地减少，节省很多物质，制造成本低，见效快。改造机床还有一个显著的特点是兴废利旧，使原先已淘汰的机床重见阳光，充分发挥其使用价值。 改造后的机床为全自动液压专用机床。专用机床是加工某种特定零件，完成某些特 定工序的专门机床，他有利于实现单机自动化，组成生产自助线，提高劳动生产率的，降低劳动强度。随着生产率的发展和自助化程度的提高，专用机床目前在生产中的应用已越来越广。 本设计的主要要求为用 6136 普通车床改造为全自动液压专机加工锭脚的端面和外圆。生产纲领：粗车为 600 件 /班，精车为 680 件 /班。 本设计的方案力求简单可行，工作可靠，便于调整。 由于设计时间有限，加之实践经验不足，设计中难免有些错误，请各位老师批评指正。 无锡太湖学院学士学位论文 2 2 零件的工 艺性分析 工件是机床改造后的加工对象，也是改造机床工作的主要依据之一，故对工件进行工艺性分析是必须的。 由于改造后的专用机床只加工零件的端面和外圆，故在此也只对这道工序的工艺性进行分析。 根据工厂生产锭脚的工艺路线，在进行车端面和外圆加工前， C 端面， 16+0.05 孔和末端中心孔已经加工完毕。在这道工序中，要保证的尺寸精度有 11 0.1, 24 以及 21.5。要保证的位置精度是 D 端面相对于 16.25+0.035 的锥孔的圆跳动为 0.05mm,还有在精车时，要车 0.5mm 的退刀槽。在这道工序中，要求达到的粗 糙度为 6.3。 从以上的分析中可以看到，这道工序的加工要求并不太高，首先要保证的是位置精度，其次是尺寸精度，粗糙度 6.3 在精车时就能够达到 1。 针对杆类零件的加工特点和该零件的具体形状以及加工要求，我们决定采用短锥销 顶尖定位，短锥销定位可限制 x,y,z 三个移动自由度。顶尖可限制 y,z 方面的转动自由度（如下图 2-1 所示）。这样定位后，只剩下一个需要转动的 x 方向的转动自由度，故此定位正确 8。 图 2.1 短锥销 采用这样的定位方法之后，如何夹紧工件并使工件旋转呢？经过讨论，我们决定采用这样的专用夹 具（见下图 2.2）。 全自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 3 图 2.2 专用夹具 在工装上装四个弹簧销，工件上料时，可以有两个压在工件下面，帮助落料，另两个卡在零件的铣平面上，带动工件旋转。零件的末端有中心孔，故采用顶尖锁紧，以此来夹紧工件。设计这个专用夹具，不仅可以完成爱动工件转动的重任，而且还可靠弹簧销来帮助落料，真是一举两得。至此，工件的定位，夹紧已确定。 无锡太湖学院学士学位论文 4 3 总体方案的确定 针对 6136 普通车床，根据对零件的工艺分析和给定的液压传动方式知道，由于采用液压传动实现自动化，使用专用夹具夹紧定 位，所以要拆掉溜板箱，进给齿轮箱，改造刀架拖板和尾架，设计夹具和上下料机构，原来车床的床身，床头箱等则可利用。 根据以上的条件，我们设计了三套方案，一套是采用单刀靠模。采用一把车刀进行车端面和两个外圆。同时在纵横方向上进行靠模。如下图 3-1 所示。 1主轴箱 2夹具 3死挡铁 4尾架 5刀架拖板 6镶条 7死挡铁 8顶针 图 3.1 单刀靠模 单刀靠模在纵横向都需要靠模，特别是纵向靠模比较麻烦，改造的机构增多。虽然采用单刀靠模车床的抗振性较好，同时因为吃力相同，光洁度较好， 但这样改造不但复杂繁琐，不经济，而且生产率较低。另一套方案是采用双刀靠模。则采用两把刀同时车外圆，开始时，利用第一把成形车刀进行车端面（精加工时通过靠模车刀可切出退刀槽）。之后两把刀同时进行两个外圆的车削，见下图 3.2 所示： 1 主轴箱 2 定位件 3 尾架 4 刀架拖板 5 镶钢 6 死挡铁 全自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 5 图 3.2 双刀靠模 这套方案比第一套方案设计简单，生产率高，粗糙度在精车时完全可以达到，加工零件少，成本低。而且 C6136 车床能够承受的轴向抗力为 520Kg，径向抗力为 390Kg。远远地小于 390Kg，所以可以看到机床的刚性是足够的，故决定采用第二套方案。 在这套方案中，刀具是由两把车刀组成的，第一把是成形车刀，进行车端面，切退刀槽和车外圆。第二把是 60 外圆车刀，车 21.5 的小外圆。安装时，两把刀的切削刃间距等于 35mm，后一把刀比第一把刀进 1.75mm。切削时，先是第一把刀车端面，通过靠模，切出退刀槽，遇到行程开关之后即进行纵车外圆，此时后面的一把刀也进行切削，两把刀同时纵车外圆，到后一把刀加工完毕时，前一把早已切削完毕。这样这道工序即加工完毕。 加工中，刀具的运动是通过行程开关发信，死挡铁限 位，由掖压缸来驱动 11。 无锡太湖学院学士学位论文 6 4 刀架拖板设计 4.1 设计本部分的重要性 在车床上加工零件，其表面成形运动由两个运动所组成，一是工件的旋转运动，另一个就是刀具的进给运动。刀具的进给运动直接参与切削过程，改变工件的形状，尺寸和精度。本设计中，刀具的进给运动则是由刀架拖的运动来实现的。所以，刀架拖板传动设计的合理与否，制造精确与否，直接关系到机床的加工质量和生产率，反映到加工工件上。工件的加工精度，尺寸要求，以及切削用量等都需要本部分的设计来保证。可以说本部 分的设计在整个设计中占有重要地位 12。 4.2 本部分的设计方案 根据总体方案来进行本部分的设计。首先按照课题把 C6136 改造成用来加工锭脚端面和外圆的全自动液压专用机床设计以及锭脚的加工精度等，要求进行改装的 6136 车床具有下列的精度要求： 1. 溜板箱移动对主轴中心线的不平行度允差 0.03/300 2. 导轨的直线性允差每米不可超过 0.010.05mm 3. 导轨间的不平行性偏差每米不可超过 0.05mm 4. 刀架横向移动对主轴轴线的垂直度允差为 0.03/300 5. 主轴的轴向窜动允差 0.03/300 本部分的设计是如何来完 成纵横向的进给运动。既然给定用液压传动，那么进给运动就靠液压缸了。 4.2.1 纵向液压缸的安置 方案一： 1 主轴箱 2 刀架 3 大拖板 4 纵向液压缸 5 锭脚 全自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 7 图 4.1 纵向液压缸安置在齿轮箱处 如图 4.1 所示，纵向液压缸安装在原来拖板齿轮箱处，液压缸采用杆固定的双出杆式。在原来花键轴的位置上固定锭脚。液压缸则通过螺钉和定位销连接刀架溜板。纵向液压缸这样放置，结构紧凑，但设计，安装，调试复杂。 方案二： 1 主轴箱 2 刀架拖板 3 跳板 4 支架 5 液压缸 6 滑板 图 4.2 纵向液压缸安置于床身导轨上 纵向液压缸安置在尾架后的床身导轨上，缸固定通过滑板利用调节螺钉固定在床身导轨上，锭脚通过支架和跳板来拖动大拖板纵向移动（跳板分别与支架和大拖板相连接）。这样安置虽然看上去零散，但结构简单，安装调试方便，而且占据的空间位置并不影响其他装置。对于旧机床改造，力求简单 可行，调试方便，工作可靠，所以，决定采用本方案。如图 4.2 所示。 4.2.2 横向液压缸的位置 横向液压缸的安置有两种方案，一种是液压缸放在后导轨上，用支承板来固定液压缸，这样安置就刀架拖板部分来讲，这样安置比较有利，对人的操作无影响，但是因为本机床上有自动上下料机构，上料机构就安置在后面，要与横向液压缸相碰，故此方案不能成立。另一种方案是横向液压缸安置在前导轨的大拖板上，用两个螺钉固定在大拖板上。这样安装虽对工人操作有所影响，但却是可行的。事实上，这液压缸尺寸较小，又是全自动机床，对工人操作的影响是微 乎其微了。 所以，刀架拖板的液压缸布置如下图 4.3。 无锡太湖学院学士学位论文 8 图 4.3 横向及纵向液压缸安置 全自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 9 4.3 出屑 在原来的 6136 车床上，铁屑是靠操作工人排屑的，现在改为自动车床后，不可能再由工人来排屑。一是吸尘，因为工件材料为灰铸铁，加工时细小铁屑易风风扬扬，采用吸尘措施可以改善这一情况，细小的铁屑都被吸走了，剩下较大的铁屑怎么办呢？设计时采用了第二条排屑措施，在大拖板设置出屑板，出屑板倾斜（和水平面） 30 ,其高度略小于加工高度，铁屑落下后就不会堆积在拖板上，而是顺斜坡滑到落料机构中，落料机构中的板 是网眼板，铁屑则通过网眼落到下面的容器内，这样排屑问题基本解决了 13。 无锡太湖学院学士学位论文 10 5 结构设计及计算分析 5.1 纵向液压缸的设计 5.1.1 液压缸的类型和安装形式 纵向液压缸是用来拖动刀架拖板在床身导轨上来回移动，根据总体设计，方案的要求选用双作用单锭脚液压缸。安装形式因为是水平安装在床身导轨上，故采用切向底座的安装方式，如下图 5.1 所示。 图 5.1 切向底座的安装方式 5.1.2 液压缸工作压力的确定 工作载荷： F=Fx+fsNF Fx 纵车时的轴向力 FN 在垂直方向上的力（包括重力，主求削力） fs 摩擦系数 ,取 0.2 纵车时，两把刀同时切削，故 Fx=Fx1 +Fx2 成形车刀车外圆时 Kr=30 ,外圆车刀 Kr=60 0.41x pxF C ts pxC 系数 ,因为 Kr=30 ，查表pxC=36 t 切深（ mm）根据零件的尺寸要求， t=1mm S 进给量（ mm/转），根据总体计算， S=0.7(mm/转 ) 全自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 11 因为1xF= 0.4pxC ts=361 0.40.7 =310N 2xF= 0.4pxC ts=51 1 0.40.7 =442N 所以 Fx= 1xF+2xF=310+440=754N 1zF= 0.751pzC ts=99 1 0.750.75 =758N 1pzC查表得 99 2pzC=86.5 2zF=2pzC 0.75ts =86.5 1 0.750.75 =622N zF= 1zF+2zF=758+622=1380N G-拖板重量，约 600N F= Fx