L22机体顶面精铣床设计

莱阳农学院本科毕业论文（设计）第 1 页 共 21 页第一章绪论1.1 选题的背景、目的和意义4L22 柴油机是山东华源莱动自行研制开发的新产品，4L22 柴油机机体采用的是干缸套，对机体顶面的加工精度要求，特别是平面度要求较高。机体顶面的加工精度直接影响缸孔和缸孔止口的加工精度，随着数控机床和加工中心的发展和应用越来越广泛，在生产线上组合机床、通用机床的应用虽然受到一定的影响，但在实际生产中，箱体类零件平面的加工多数采用端铣刀在专用组合铣床或通用铣床进行铣削加工。组合机床是以大量通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或多种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床，具有生产效率高，加工质量稳定，工人劳动强度低，设计、制造周期短，加工对象改变时，原有的通用零、部件可以重新利用，组成新的组合机床等特点，目前仍是箱体类零件大批大量生产的主要设备。目前所采用的金属切削机床主要是自动线（60%） 、组合机床（20%）和加工中心（20%） 。显然，在大批大量生产的机械厂，大量采用组合机床。因此组合机床及自动线的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。因此设计组合铣床来精铣 4L22 机体顶面具有十分重要的意义。1.2 国内外研究现状分析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。十多年来，组合机床及其自动线在高效、高生产率、柔性化以及采用并行(同步)工程制订更为合理、更为节省的方案方面取得了不小的进展。尤其是汽车和拖拉机工业，为了提高汽车和拖拉机的性能，对零件的加工精度提出了一些新的要求，因此对机床性能的要求也更高了。对于汽车和拖拉机零件的加工精度，现在要求将一些关键零件的主要加工精度只分布在一个比标准公差带要小的公差范围内。由于采用了新结构、新刀具、新工艺方法、刀具自动补偿系统、专用刀具的复合工艺。直接利用软件进行误差补偿等办法，组合机床加工精度正在不断提高。现阶段在组合机床上加工大平面的平面度已达到 lm 长上 0.02-0.04mm.粗糙度达到Ra 0.4-0.8um；孔经精度达到 H5-H6；孔的圆度和圆柱度达到 0.0015-0.055；定位销莱阳农学院本科毕业论文（设计）第 2 页 共 21 页孔的中心距精度达到 0.013mm；一般孔位精度达到 0.02- 0.025mm；单向镗孔的同轴度达 0.005-0.01mm；双向镗孔的同轴度达到 015-0.02mm；一些特种加工工艺的精度，如止口精度可达到 0.015-0.02mm.缸盖阀座及导管孔的同轴度达到 0.0075-0.01mm。 1为适应高效加工的需要，现代组合机床自动线和自动加工系统的生产节拍愈来愈短，自动线的节拍，主要是通过缩短基本时间和辅助时间来实现的。缩短基本时间的主要途径是采用新的刀具材料和新颖刀具，以提高切削速度和进给速度来缩短基本时间。缩短辅助时间主要是缩短包括工件输送、加工模块快速引进以及加工模块由快进转换为工件后至刀具切入工件所花的时间。为缩短这部分空行程时间，普遍采用提高工件或随行夹具的输送速度和加工模块的快速移动速度。滑台的工作循环时间必须相应缩短。国外有些厂家中等规格滑台的工作循环时间已缩短到 5s。其中快速行速度已达 15m/min，而最大工作进给速度由通常的 0.7m/min 提高到 1.2-1.5m/min，切入有的已可缩短到 0.25mm。要提高快进和工作行程速度，需要有高的转换精度，用伺服驱动滑台便能满足要求。现代组合机床和自动线作为机电一体化产品，它是控制、驱动、测量、监控、刀具、和机械组件等技术的综合反映。近些年来，这些技术有长足进步，同时作为组合机床主要用户的汽车和内燃机等行业也有很大的变化，其产品市场寿命不断缩短，品种日益增多且质量不断提高。这些因素有力的推动和激励了组合机床和自动线技术的不断发展。在工业发达国家的组合机床行业中组合机床设计已普遍采用 CAD 工作站，在设计室几乎很难见到传统的绘图板。CAD 除应用于绘图工作外，并在构件的刚度分析（有限元法） 、组合机床及自动线设计方案比较和选择，以及方案报价等方面均已得到广泛应用，从而显著得提高了设计质量和缩短了设计周期。为缩短产品开发周期、降低制造费用和提高产品质量世界上许多机械厂都在积极推行精益生产方式其主要内容之一是并行工程，既要求产品开发部门、生产规划部门和组合机床制造厂之间进行紧密合作。组合机床厂则需要装备制造部门早期介入用户产品的规划和设计，在产品设计部门考虑其结构和功能时，能协同考虑产品的加工和装配工艺从而加速产品开发、降低制造费用和提高产品质量的目的，从而取得较好的经济效益。 2现代，组合机床自动线技术取得了很大的进步，自动线在加工精度、生产效率、利用率、柔性化和综合自动化等方面的巨大进步，标志着组合机床自动线技术发展达到的高水平。自动线的技术发展，刀具、控制和其它相关技术的进步以及用户需求的变化起着重要的推动作用，其中，特别是 CNC 控制技术对组合机床自动线结构的变革莱阳农学院本科毕业论文（设计）第 3 页 共 21 页及其柔性化起着决定性作用。莱阳农学院本科毕业论文（设计）第 4 页 共 21 页第二章 方案选择与论证2.1 确定方案4L22 柴油机机机体顶面的铣削加工可采用如下方案：方案 1、选用通用的立式升降台铣床、设计专用夹具精铣 4L22 柴油机机机体顶面；方案 2、设计组合铣床和专用夹具精铣 4L22 柴油机机机体顶面；方案 3、选用镗铣加工中心、设计专用夹具精铣 4L22 柴油机机机体顶面。2.2 方案分析和选择方案 1，选用通用的立式升降台铣床，工艺范围广、通用性强，但它的生产率低、工人劳动强度大，同时它的刚度、强度不高，所以加工精度低；方案 2，设计组合铣床，组合铣床是已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成的一种高效专用机床。它的生产率比通用机床高几倍至几十倍，它的加工精度稳定，自动化程度高，工人劳动强度低，同时因为结构模块化、组合化可按工件或工序要求，用大量通用部件或少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线，配置灵活，机床易于改装，产品或工艺变化时通用部件可重复利用。在大批大量生产中，设计组合铣床精铣 4L22 柴油机机机体顶面是理想的方案。方案 3，选用镗铣加工中心，具有适应产品更换能力强、加工精度高等优点，但它的造价昂贵、机床生产率有时不如组合铣床。4L22 柴油机机机体的生产纲领是大批生产类型，顶面的加工精度要求高。通过上面的分析，为满足生产纲领，同时在满足加工精度的要求上尽量降低生产成本，决定采用方案 2 设计组合铣床来精铣 4L22 柴油机机体顶面。莱阳农学院本科毕业论文（设计）第 5 页 共 21 页第三章 4L22 柴油机机体顶面精铣床外观图设计对 4L22 柴油机机体进行工艺分析：根据工件工序卡片和 4L22 柴油机机体图纸，机体顶面进行精加工前，机体的两端面、两侧面已加工完毕长度为 430 0.15mm，宽度为 254mm；机体底面和底面两个定位销孔已加工完毕，半精铣顶面保持的高度为 314.2 0.10mm，精铣顶面之后机体高度为 313.2 0.10mm，加工余量为 1mm。背吃刀量 =1mm，机体顶面的宽度为 pa155mm。根据零件的结构、形状和尺寸特点及加工要求，4L22 柴油机机体顶面精铣床外观图采用立式布局形式，该布局形式有利于简化夹具的的定位、夹紧机构，夹紧也比较省力。考虑到该机床是大批大量生产，设计组合铣床来加工机体顶面。铣削头、滑台分别是实现主运动和进给运动的，为缩短设计制造周期，同时为提高铣床适用产品更新换代的能力,决定采用标准的通用部件。立柱、侧底座为组合铣床的基础部件，为了降低生产成本，在满足加工要求的条件上，决定参照标准立柱、侧底座部件自行设计。3.1 选取铣刀根据 4L22 机体加工部位的形状和加工精度的要求，选用硬质合金弹性夹固细齿可转位面铣刀，材料为 YG6。该刀具依靠微调装置来解决端跳精度，所以能够确保机体顶面的加工质量。查机械工艺师手册 3，硬质合金铣刀参数的选取：铣刀直径d=（1.1-1.6） ，铣刀直径应采用公比为 1.25 的标准系列即ead=50、63、80、100、125、160、200、250mm.根据 4L22 机体顶面宽度 = ea155mm，选取铣刀直径 200mm,Z=16。3.2 选取动力部件3.2.1 计算铣削力查机械工程手册 4表 46 .4-8 组合机床用硬质合金端铣刀的铣削用量，工件莱阳农学院本科毕业论文（设计）第 6 页 共 21 页材料为灰铸铁 HT250 时：精加工 = 0.05-0.2mm/z，切削速度为 = 80-130m/min。facv选取 = 0.15mm/z，切削速度 = 120m/min；facv确定主轴转速： 101209/min3.4snrd取 200r/min，所以实际切削速度为： =cv.125/i100sn查机械工程手册 4表 46.4-9 硬质合金端铣刀的铣削功率公式: 50.9.7402.8cpfePkaznpk硬 质 合 金 铣 刀 铣 削 功 率 的 修 正 系 数 。铣削深度（mm） 。a每齿进给量（mm/z） 。f铣削宽度（mm） 。e铣刀齿数z铣刀转速（r/min） 。0n查表 46.4-10 硬质合金铣刀铣削功率的修整系数： ，1.06pk所以 50.90.742.81615623cp w根据 得圆周铣削力：460CFvP40.17285CFN查机械工程手册 4表 46.4-14当采用对称铣时： 0.34HCF取 0.4，得进给力： .4691.2HN莱阳农学院本科毕业论文（设计）第 7 页 共 21 页3.2.2 选取主运动部件铣削头铣削头是实现主运动的，一般有皮带传动装置和齿轮传动装置的铣削头。由于铣削是断续切削，而且在一定铣削宽度上同时铣削的刀齿数是变化的，因而会引起振动，因此在铣削头的结构上必须使主轴和主轴箱体具有足够的刚性，并要适当提高传动系统的传动平稳性。考虑到上述原因决定采用齿轮传动装置的铣削头。根据主轴转速、刀盘直径。查大连专用机床厂 5通用部件样本选取型号为 1TX40 的铣削头，传动装置型号为 1NGb40（齿轮传动装置） ，功率为 7.5kw。验证功率： =0.75-0.85，为保证选取的电动机功率能够满足所需的切削功率，选取最小值，取 =0.75， KWPPc6.3625.7.05所以能够满足铣削功率的要求。3.2.3 选取进给运动部件机械滑台组合机床动力滑台是实现进给运动的通用部件，选用合适的动力滑台关系到组合机床整机的性能和经济性，选用时往往根据主动力部件的大小（即切削力和进给力）选用，一般选用较主动力部件同规格或大一号规格，精加工机床选用精密滑台。根据驱动方式不同可分为液压滑台、机械滑台和专用的机械铣削滑台。由于本工序是精加工，加工余量不大，铣削力小，采用一般的液压滑台和机械滑台即可满足加工要求，所以从减少生产成本方面考虑决定不采用专用的铣削滑台。液压滑台和机械滑台由于这两种滑台采用了不同的传动装置，因而在性能、使用及维修等方面都有自己的特点，而机械滑台较液压滑台具有进给量稳定，慢速无爬行、高速无振动，可降低加工工件的表面粗糙度值，具有较好的抗冲击能力，不会因冲击而损坏刀具的运行等优点。此外考虑到生产成本等因素，决定采用机械滑台。根据进给力 、加工零件的结构、形状和尺寸以及工作行程，0.4691.2HCFN查大连专用机床厂 5通用部件样本选取型号为 1HJ50M 的机械滑台。该滑台的最大行程为 1000mm，台面宽 500mm,台面长 1000mm,最大进给力为 320691.2N能够满足精铣 4L22 柴油机机体顶面加工要求。莱阳农学院本科毕业论文（设计）第 8 页 共 21 页3.2.4 立柱尺寸确定立柱是机床的支承部件，可以选择标准立柱，也可以自行设计非标准立柱。标准立柱主要是与动力滑台配套使用的，它的成本比较高，由于铣削加工的功能比较单一，不需要配重和其它要求，因此决定设计非标准的立柱。参考标准立柱 1CL50 的联系尺寸确定立柱的具体尺寸，见附件 1：4L22 柴油机机体顶面精铣床外观图。3.2.5 中间底座尺寸确定为了与选用的机械滑台配套使用，根据滑台的外观尺寸、工作行程，参考标准侧底座1CC50M 的联系尺寸确定中间底座的具体尺寸，见附件 1：4L22 柴油机机体顶面精铣床外观图。3.2.6 机床的工作循环上料工件夹紧主轴启动机械滑台快进机械滑台工进主轴停止机械滑台快退工件松开下料。莱阳农学院本科毕业论文（设计）第 9 页 共 21 页莱阳农学院本科毕业论文（设计）第 10 页 共 21 页第四章 夹具设计4.1 确定夹具定位方案，设计定位装置4.1.1 定位方案的确定工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高劳动生产率，必须使工件在机床上相对刀具占用正确的位置，即定位。该工序加工要求为机体顶底面高度为 313.2 0.10mm 及顶面对底面平行度要求，根据