加工摇臂轴后支架φ24孔组合机床液压系统设计【通过答辩论文设计及图纸】
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毕业设计（论文） I 摘 要 本文根据任务的需要，设计一台能高效、大批量加工摇臂轴后支架 24。由于本人主要做的是组合机床的液压系统设计部分，所以文章从工艺方案设计、总体设计和液压系统设计三部分进行设计。本设计中最显著的特点是：滑台的直线运动和工作台的回转运动都是由液压系统来提供动力，液压系统稳定，缓冲能力强，提高了滑台的缓冲能力和回转工作台的转位精度，进而提高了工件的加工精度。摇臂轴后支架大孔由普通机床加工时存在生产率低下、加工精度的稳定性低等问题。通过制定切实可行的、合理的工艺方案，设计出了四工位的扩 、镗组合机床，加工质量和生产效率得到大幅度提高，经济和社会效益显著。 关键词： 组合机床；机床总体设计；液压滑台；液压回转工作台；液压系统设计。毕业设计（论文） on of it is to a 24F7 do is of up of is of of of by is of to of is by of is of of I of is 毕业设计（论文） 1 目 录 摘要 第 1 章 概 述 1 合机床的组成 1 合机床的类型 2 2 有移动夹具的多工位组合机床 3 3 合机床的通用部件 4 4 格及配套关系 4 第 2 章 组合机床总体设计 6 艺方案的拟定 6 定工艺方案 6 定组合机床的工艺方案 7 合机床配置形式及结构方案的确定 10 响组合机床配置 形式及结构方案的因素 11 合机床配置形式及结构方案的确定 11 削用量的确定 12 13 定切削力、切削转矩、切削转速及切削功率 13 合机床总体设计 “三图一卡” 16 加工零件工序图 17 工示意图 18 床尺寸联系图 20 床生产率计算卡 21 第 3 章 机床液压系统的设计与计算 23 压系统的设计要求 23 压系统参数及液压缸工况的确定 23 孔组合机床液压系统参数及工况的确定 23 镗孔组合机床液压系统参数及工况的确定 26 镗孔组合机床液压系统参数及工况的确定 29 转工作台液压系统参数及工况的确定 31 压系统图的拟定 39 择液压回路 39 42 压元件的计算和选择 43 毕业设计（论文） 2 43 44 46 压系统主要性能的估算 47 压系统稳态特性的校核 47 压系统发热与温升的验算 52 第 4 章 结 论 54 参考文献 55 附录 A 机床生产率计算卡 56 附录 B 扩孔组合机床液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的实际使用值 57 附录 C 粗镗组合机床液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的实际使用值 58 附录 D 精镗组合机床液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的实际使用值 59 附录 E 总体液压系统图 60 致谢 61 第 1 章 概 述 在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 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%。 毕业设计（论文） 3 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。 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、传动等也都是标准件和通用件。 123451362789101112图 1双面试复合式组合机床 毕业设计（论文） 4 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、立柱底座等称为支撑部件。 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 B 250为大型组合机床，滑台 B 250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。 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。 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，按工要求的不同，可配置成单面、双面或多面的形式。 立式组合机床的刀具主轴水平布置，动力部件沿垂直方向进给。一般只有单面配置形式。 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表面。 复合式组合机床是上述两种或三种形式的组合。 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式、回转工作台式、中央立毕业设计（论文） 5 柱式和鼓轮式四种类型。 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。 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，所以能够获得较高的生产率。 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。 股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。 转塔式组合机床的特点是几个多轴箱安装在转塔式工作台上，各个多轴箱依次转到加工位置对工件进加工。按多轴箱是否做进给运动，可将这类机床分为： 多轴箱安装在回转工作台上，主轴由电动 机通过多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。 这类机床的工件固定不动（也可以做周期转位），转塔式多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。 合机床的通用部件 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。 按通用部件在组合机床上的作用，可分为下列几类： 毕业设计（论文） 6 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。 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。 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。 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（ 各种液压元件、操纵板、控制挡铁和按钮台等。 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。 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， 1示台面宽度为 320过一次重大改进，采用镶钢导轨的精密液压滑台； 示于台面宽度为 400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、 频淬火，淬火硬度为 42 48火硬度为 48 数控机械滑台是 1用了大连组合机床研究所研制的流伺服系统，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 制技术， 750 2400r/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 由光栅尺组成的全闭环系统，滑鞍位置精度可达 2 m。毕业设计（论文） 7 第 2 章 组合机床总体设计 组合机床总体设计，通常是根据与用户签订的合同和协议书，针对具体加工零件，拟定工艺和结构方案，并进行方案图样和有关技术文件的设计。 艺方案的拟定 零件的加工工艺方案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。所以，在制定工艺方案时，我们必须认真分析被加工零件图，并深入现场了解了相关零件的形状、大小，材料、硬度、刚性、加工部位的结构特点、加工精度、表面粗糙 度、以及现场所采用的定位、夹紧方法、工艺过程、所采用的刀具及切削用量、生产率要求、现场的环境和条件等等。如条件允许，还应广泛收集国内外有关技术资料，制定合理的工艺方案。 定工艺方案 靠的的工艺方案 根据被加工零件的材料，加工的尺寸、形状、结构特点，加工精度、表面粗糙度以及生产率要求等等，结合组合机床的工艺范围及所能达到的加工精度，选择合适可靠的的工艺方法，以保证机床有稳定的加工质量和高的生产率。 粗加工时的切削负荷大，切削产生的热变形、较大夹压力引起的 工件变形以及切削振动等，对精加工工序十分不利，影响加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在拟订工件一个连续的多工序工艺过程时，应选择粗精加工工序分开的原则。 工序集中是近代机械加工主要发展的方向之一。组合机床正是基于这个原则上发展而来的，即运用多刀（相同或不同刀具）集中在一台机床上完成一个或几个工件的不同表面的复杂工艺过程，从而有效的提高生产率。因此，拟订工艺方案时，在保证加工质量和操作维修方便的前提下，应适当提高工序集中度，以便减少机床台数、占地面积和节省人力，取得理想的效益。但是，工序过于 集中会使机床结构太复杂，增加机床设计和制造的难度，机床使用调整不便，甚至影响机床使用性能。如刀具数过多，停机效率增高，反而会影响机床生产率，切削负荷过大，当工件刚度不足而产生变形会影响加工质量。所以我们在选择时要考虑因素要全。 毕业设计（论文） 8 粗基准的选用要求是：保证能迅速可靠的加工精基准；保证各加工表面有足够的加工余量，并尽量使主要加工表面加工余量均匀；保证各加工表面与不加工表面之间的相对位置精度。同时须考虑定位基准、夹紧可靠，夹具结构简单、操作方便。因此，应选择毛坯上平整、光洁、尺寸较大 ，没有浇注系统、冒口的不加工表面或加工余量小的表面做粗基准。 定组合机床的工艺方案 (1) 摇臂轴支架的功用 摇臂轴支架主要是用于固定摇臂轴，摇臂绕摇臂轴摆动，每个摇臂对应三个摇臂轴支架，其分别为：摇臂轴前支架、摇臂轴中支架和摇臂轴后支架，摇臂上带着气门，其主要是用于进气、燃烧封闭和排气的作用。 (2) 摇臂轴支架的受力情况 由于摇臂绕摇臂轴摆动，所以摇臂轴作用在摇臂轴支架上的载荷程周期性变化（但力并不大），而且同时有三个摇臂轴支架固定着一个摇臂轴，为了使燃 烧封闭时的密封性好，所以对摇臂轴和摇臂轴支架的配合精度要高，即与摇臂轴配合的孔精度要求较高。 (3) 摇臂轴支架的结构特点 摇臂轴后支架的结构特点是：此零件结构简单，制造方便，铸造时上下端面精度要求容易达到，对应的夹具体也相对简单。 (4) 加工部位的精度，粗糙度要求 我们所设计的机床主要目的是加工摇臂轴后支架上的 24（与摇臂轴配合的孔），其精度要求是基孔制 ，m，孔的中心轴线与下端面的平行度误差不超过 (5) 工件的材料和生产类型 工件材料为 :度为 设计参数可以知道，生产类型为大批大量生产 ( 5 0 0 0 0 【 10 】件 / 年 ），此处取 70000 件 /年。 组合机床一般为工序集中的多刀加工，不但切削负荷大，而且工件受力方向一直在变化。因此，正确选择定位基准和夹压部位是保证加工精度的重要条件。对于毛坯基准选择要考虑有关工序加工余量的均匀性；对于光滑表面定位基准的选择要考虑基面与加工部位间位置尺寸关系，使它有利于保证加工精度。定位夹压部位的选 择应在有足够的夹紧力力下工件产生的变形最小，并且夹具易于设置导向和通过刀具。 毕业设计（论文） 9 (1) 加工的工序内容和加工精度 这是制定机床工艺方案的主要依据。显然，面加工和孔加工、不同尺寸的平面和孔径加工以及不同的加工精度要求，直接影响着工艺方法的选择和工步数及工艺路线的确定。 (2) 被加工零件的特点 如工件的材料硬度、加工部位的结构形状、工件刚性、定位基准面的特点等，对组合机床工艺方案的拟订都有着重要影响。 (3) 工件的刚性 当工件的刚性不足时工序不能太集中 (4) 使用厂后方车间制造 能力 如工具制造能力。 基于以上的因素，拟定工作方案如下图 2由工艺图 2用两面一孔定位，即工件低端面、右侧端面和被加工的 24 孔。两面一孔定位是比较常见而且方便的定位方式，加工 24 的孔时，以低端面和右侧端面为定位基准来保证 24 孔的中心轴线与低端面的平行度，用活动的定位销定位（即 24 孔的中心轴）轴来保证 24 的孔与其它两个小孔位置精度，因此可以看出 24 孔的中心轴为主要定为基准，以此来保证位置精度和平行度，符合基准统一的原则，所以就采用这个方案。 有了定位之后，还要确定夹紧位置， 由前面已确定的定位基准可以看出，要在工件的上 摇臂轴后支架 24 孔的加工工序图 端面要加一个从上而下的夹紧力，唯有这样才能保证工件在加工时不会发生偏移（工件偏移会使工件出现误差甚至成为废品）。两面一孔定位操作简单，方便，快捷 毕业设计（论文） 10 ，精度易保证，对应的夹具体也比较简单，提高生产效率。 由前面可以得知 工件材料为 :度为 计组合机床的目的是加工摇臂轴后支架的 24大孔，而且精度要达到基孔制 度，m。由 101】表 查得 扩孔粗镗精镗 经济精度 ( 表面粗糙度（ m m）。采用此方法可以达到工件所需要的精度要求和粗糙度要求，因此采用此方法来加工这个 24大孔。扩孔时可以用钻头来代替扩刀，下面有选其中一个刀的原因。 【 5】参 考 得如表 2以得到各个工序 加工铸铁时的切削速度、进给速度和加工余量如表 2 表 2 卧式镗床的镗削用量 加工方式 刀具材料 刀具类型 灰铸铁 V(m/F(mm/r) 粗镗 高速钢 刀头 20 35 8 刀块 25 40 质合金 刀头 40 80 块 35 60 镗 高速钢 刀头 15 30 块 8 15 质合金 刀头 50 80 块 20 40 于摇臂轴后支架的材料为 度较高，切削温度也比较高，所以要选择耐热性，耐磨性都较好的硬质合金刀，为了使加工精度比较稳定的话，这里选择了刀头。 毕业设计（论文） 11 由 【 6】资 料 得知，普通高速钢刀具制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，能锻造，制造复杂的道具比较容易，而且高速钢材料性能较硬质合金和陶瓷稳定，在自动机床上使用较可靠，具有一定的硬度和耐磨性，高的强度 和韧性，良好的塑性和耐磨性因此广泛用于制造各种较复杂的工具，所以钻头和扩孔钻都用高速钢材料的刀具。 由表 261【 1】表 和表 61】 查得总结得如表 2 表 2工艺方法的切削参数 加工方法 刀具材料 切削速度 v (m/进给速度 f (mm/r) 加工余量 pa(钻 孔 高速钢 24 34 扩 孔 高速钢 10 18 p 粗 镗 硬质合金 40 80 8 精 镗 硬质合金 50 80 足以上条件的前提下，可以知道各工序的加工余量如表 2 表 2工序的加工余量及尺寸 工序名称 各工序的加工余量（ 各工序孔的尺寸（ 毛 坯 10 钻孔或 扩孔 10 18 粗 镗 5 23 精 镗 1 24 合机床配置形式及结构方案的确定 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制形式和结构方案。但是还要考虑下列因素的影响。 毕业设计（论文） 12 响组合机床配置形式及结构方案的因素 工件的加工精度要求，往往影响组合机床的配制形式和结构方案，例如，加工精度要求高时，应采用固定夹具的单工位组合机床，加工精度要求较低时，可采用移动夹具的多工位组合机床；工件各孔之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 孔间同轴度要求较高时，应单独进行精加工等等。 工件的形状、大小和加工部位的结构特点，对机床的结构方案也有一定的影响。例如，对外形尺寸和重量较大的工件，一般采用固定夹具的单工位组合机床，对多工序的中小型零件，侧宜采用移动夹具的多工位组合机床；对大直径的深孔加工，宜采用刚性主轴的立式组合机床等等。 生产率往往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。例如，从其他因素考虑应采用单工位组合机床，但由于满足不了生产率的要求时，应选用移动工作台式 的组合机床；工位数超过 4个时才选用回转工作台或鼓轮式组合机床。 使用组合机床的现场条件对组合机床的结构方案也有一定的影响。例如，使用单位的气候炎热，车间温度过高，使用液压传动机床不够稳定，侧宜采用机械传动的结构形式；使用单位刃磨刀具、维修、调整能力以及车间布置的情况，都将影响组合机床的结构方案。 合机床配置形式及结构方案的确定 由前面可以知道工件的结构特点、工艺要求、生产率要求及工艺方案，在加上影响组合机床配置形式及结构方案的因素可以知道组合机床的大体结构配制形式。 宜采用移动夹具的多工位组合机床。 且加工摇臂轴后支架 24 的孔总共有 4个工步 (即装卸工件扩孔粗镗孔精镗孔 )，为了提高生产率选取 4工位回转工作台。这里选取液压回转工作台，夹紧的稳定性好，回转精度较高，机械回转台稳定性差，噪音大，回转精度不够高。所以选取液压回转台。 求在快进、工进、快退的稳定性要高，抗冲击能力要强。 由资料 【 1】 可以得到 下面的机械滑台和液压滑台性能特点对比如表 2 毕业设计（论文） 13 表 2械滑台和液压滑台性能的特点对比 滑台类型 优 点 缺 点 机械滑台 1 进给量稳定，慢速无爬行。高速无振动。可以降低工件的表面粗糙度。 2 具有较好的抗击性能 3 运行安全可靠，调整维修方便 4 没有液压驱动的管路漏油，噪声和液压占地问题。 1只能有级变速，变速比较麻烦 2 一般没有可靠的过载保护，快进转工进时转位精度低。 液压滑台 1 液压滑台在相当大的范围内进给量可以无级调速； 2 可以获得较大的进给力； 3 由于液压驱动零 件磨损小，使用寿命长； 4 工艺上要求多次进给时通过液压换向阀很容易实现； 5 过载保护简单可靠； 6 由行程调速阀来控制滑台的快进转工进转位精度高，工作可靠。 1进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定； 2 液压漏油现象影响工作环境，能源浪费； 3调整维修比较麻烦。 由于摇臂轴后支架工件的材料为 度比较高，对摇臂轴后支架大孔的位置精度和尺寸精度都有较为严格的要求，因此在加工摇臂轴后支架大孔的过程中要求有较大的进给力并且有可靠的过载保护，为保证大孔的位置精度和尺寸精度要求加工过程中有良 好的导向性，较高的转位精度；另外大批量生产要求机床加工精度有持久的稳定性和较高的生产率。由于液压驱动零件磨损小使用寿命长，经济性好，液压滑台使用方便，自动化程度高，工作可靠。所以选取了液压滑台。 削用量的确定 在组合机床工艺方案确定的过程中 ,工艺方法和关键工序的切削用量选择十分重要 对组合机床的加工精度 ,生产率 ,刀具耐用度 ,机床的结构形式及工作可靠性均有较大的影响。 毕业设计（论文） 14 多刃同时切削，为尽量减少换刀时间和刀具的损耗 ,保证机 床的生产率及经济效果，选用的切削用量应比普通单刀加工时低 30%左右。 此，同一滑台带动的多轴箱上所有刀具的每分钟进给量相同，即等于滑台的工进速度。 目前切削用量的确定常采用查表法参照现场同类工艺，确定切削用量如表 2 表 2个工序的切削参数 加工方法 v（ m/ f（ mm/r） 钻孔或 扩孔 16 18 镗 45 精 镗 80 定切削力、切削转矩、切削转速及切削功率 削转矩、切削转速及切削功率的计算 (1) 用钻头扩孔 由表 61】 查得 利用高速钢钻头扩材料为铸铁的孔时，选取以下公式分别计算，公式如下： 0 f H B （ 2 1 . 9 0 . 8 0 . 610T D f H B （ 2 1000（ 2 9740d（ 2 T 切削转矩； F 轴向切削力； v 切削速度； f 进给量； D 扩孔钻直径； 布氏硬度，一般取较大值，已知工件材料为 氏硬度 170 220，所以后面的计算都取 20。 毕业设计（论文） 15 由表 2钻头扩孔时的参数： 16m/ ； 0 m m / ；P a =8 计算得 0 . 8 0 . 62 6 1 8 0 . 4 5 2 2 0 = 6 2 8 4 . 5 ( N )F 1 . 9 0 . 8 0 . 61 0 1 8 0 . 4 5 2 2 0 3 2 5 8 6 . 8 ( )T N m m 1 0 0 0 1 6 2 8 3 ( / m i n )3 . 1 4 1 8 3 2 5 8 6 . 8 1 6 0 . 9 5 ( )9 7 4 0 3 . 1 4 1 8P k W (2) 用扩孔钻扩孔 同样， 由表 61】 查 得 利用高速钢扩孔钻扩材料为铸铁的孔时，选取以下公式分别计算，公式如下： 0 . 4 1 . 2 0 . 69 . 2PF f a H B（ 2 0 . 7 5 0 . 8 0 . 63 1 . 6 a f H B（ 2 1000（ 2 9740d（ 2 T 切削转矩； F 轴向切削力； v 切削速度； f 进给量； D 扩孔钻直径； 切削深度。 利用扩孔钻扩材料为灰铸铁的孔时，由 134 页，表 61】 得知，要用上面的公式时，最好满足2p ，即 4pa 由表 218m/ ； 。 计算得 0 . 4 1 . 2 0 . 69 . 2 1 . 6 4 2 2 0 1 4 9 0 . 6 ( ) 0 . 7 5 0 . 8 0 . 63 1 . 6 1 8 4 1 . 6 2 2 0 5 9 6 0 1 . 1 ( )T N m m 1 0 0 0 1 8 3 1 8 ( / m i n )3 . 1 4 1 8 毕业设计（论文） 16 5 9 6 0 1 . 1 1 8 1 . 9 5 ( )9 7 4 0 3 . 1 4 1 8P k W 由上面的计算可以看出用扩孔钻扩孔时，切削转矩和输入功率相对钻头扩孔时要大将近一倍。材料为灰铸铁的工件被加工时，冲击力比较大，对扩孔刀和机床主轴的刚度要求较高，加大了机床和刀具的设计难度。由 表 2压滑台能在工进时 可以获得较大的进给力，为了 提高工件的加工精度，减小机床的设计难度，因此选择钻头进行扩孔。 削转矩、切削转速及切削功率的计算 由 134页的表 61】 查得 利用硬质合金刀头加工材料为铸铁的孔时，选取以下公式分别计算，公式如下： 0 . 7 5 0 . 5 55 1 . 4a f H B(21 . 2 0 . 6 5 1 . 10 . 5 1a f H B(20 . 7 5 0 . 5 52 5 . 7 a f H B(21000（ 2 61200（ 2 圆周力；轴向切削力； v 切削速度； f 进给量； D 粗镗孔的直径；切削深度。 由于粗镗 和精镗的计算公式一样，所以计算所得的值如下 (1) 粗镗的计算 由表 245m/ ； ；P a = 计算得 0 . 7 5 0 . 5 55 1 . 4 2 . 5 0 . 2 2 2 0 7 4 6 . 5 ( ) 1 . 2 0 . 6 5 1 . 10 . 5 1 2 . 5 0 . 2 2 2 0 2 0 3 ( )x 0 . 7 5 0 . 5 52 5 . 7 2 3 2 . 5 2 2 0 8 5 8 4 . 3 ( )T N m m 1 0 0 0 4 5 6 2 3 ( / m i n )3 . 1 4 2 3 7 4 6 . 5 4 5 0 . 5 5 ( )61200P k W 毕业设计（论文） 17 (2) 精镗的计算 由表 2以得到用钻头扩孔时的参数： 80m/ ； 0 m m / ；P a = 计算得 0 . 7 5 0 . 5 55 1 . 4 0 . 5 0 . 1 5 2 2 0 1 2 0 . 3 ( ) 1 . 2 0 . 6 5 1 . 10 . 5 1 0 . 5 0 . 1 5 2 2 0 2 4 . 4 ( )x 0 . 7 5 0 . 5 52 5 . 7 2 4 0 . 5 2 2 0 1 4 4 3 . 8 ( )T N m m 1 0 0 0 8 0 1 0 6 2 ( / m i n )3 . 1 4 2 4 1 2 0 . 3 8 0 0 . 1 6 ( )61200P k W 所以可以得到以下的各工序的轴向切削力、切削转矩、切削转速、进给速度、主轴转速及切削功率的值如表 2 表 2工序的轴向切削力、切削转矩、切削转速、进给速度、主轴转速及切削功率 工 序名 称 切削力F（ N） 切削转矩T( 切削转速（ m/ 进给速度0s / 主轴转速 （ r/ 切削功率P( 扩孔 6 83 镗 203 5 23 镗 0 062 合机床总体设计 “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方案的基础上进行组合机床总体方案图样文件设计，其内容包括加工 零件工序图，加工示意图，机毕业设计（论文） 18 床尺寸联系总图和绘制生产率计算卡等。 加工零件工序图 被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床上完成的工艺内容，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，毛坯或半成品情况的图样，被加工零件工序图是在被加工零件基础上突出本机床的加工内容，并作以必要的说明而绘制的，其主要内容包括： (1) 被加工零件的形状和主要轮廓尺寸，以及本工序设计有关部 位结构形状和尺寸； (2) 本工序所选用的定位基准，夹压部位，夹紧方向； (3) 本工序加工表面的尺寸精度，表面粗糙度，形位公差度等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。 为使被加工零件工序表达清晰明了 ,突出本工序图内容，绘制时规定：应按一定的比例绘制足够的视图以剖面；本工序加工部位用粗实线表示，保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画“ ”粗实线；其余部位用细实线表示；定位基准符号用“ ”，并用下标数表明消除自由度数；夹压部位用“ ” 或 “ ”辅助支承符号用“ ”表示。 本工序加工部位为摇臂轴后支架 24 大孔，扩孔粗镗精镗，加工完成后大孔尺寸为 24臂轴后支架大孔的中心轴线与低端面的平行度由低端面和前端面来保证（平行度要达到 位置精度由活动的定位销和低 端面来保证，（即大孔与左边小孔的位置精度为 14 孔与右边的小孔的位置精度为 26 从始至终，定位基准选择低端面，与设计基准重合。m。低端面限制三个自由度（ Z 方向的移动； X、 Y 方向的转动，右端面限制两个自由度 (Y 方向的移动； Z 方向的转动 )，活动定位销限制一个自由度（ X 方向的移动）。最终得到加工工序图 0003 号。 毕业设计（论文） 19 工示意图 加工示意图是在工艺方案和机床总体方案 初步确定的基础上绘制的，是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案，它是设计刀具，辅助夹具，多轴箱和液压电气系统以及选择动力部件，绘制机床联系尺寸图的主要依据，是对机床总体布局和性能的原始要求。也是调整机床和刀具所必需的技术文件 杆和其它附属件的选择 摇臂轴后支架 的材料为 摇臂轴后支架 的工作条件要求其有较高的强度，硬度，因此在 摇臂轴后支架 进行 24 大孔的切削加工时就要求刀具具有较高的硬度，耐磨性和耐热性，硬质合金的切削性能比高速钢高的多，刀具耐用度可提高到几十倍，切削速度可提高 410 倍 ，但硬质合金材料不宜加工结构比较复杂的零件，所以钻头选用高速钢，镗刀选择硬质合金。 由表 2知，钻头扩孔至 18 ，因为是初级加工，所以钻头不用钻套，否则使夹具的结构变得复杂。钻头可以选择一个标准刀具，由第二卷，表 101】 ，取得标准刀具 长为 258柄 2 莫氏锥。与其配套的加紧螺母，选取 41】 ， h=16度 b=16钻头扩通孔之后，钻头尖与被加工孔最近 端面的距离为3 (3 8 )3【 3】 ，这里取 3 12l 粗镗、精镗的镗杆，镗刀都做成专用的，有利于提高加工精度。因为孔的深度只有 的最终尺寸为 24以不用带镗套。我们设计一个比较短的锥柄镗杆，前提是能够保证孔的设计尺寸和孔的加工精度。镗刀头根据镗杆的尺寸进行设计。根据经验值 【 1】 ，粗镗和精镗的镗杆直径设计都 取 16镗 削 加工终了时，镗刀头的尖部与被加工孔最近端面的距离1 5l 镗杆的端面与被加工孔最近端面的距离2 15l 主轴一般的材料都为 45 刚，所以此处选取 45 刚初步作为主轴的材料。由 式 【 2】 （ 4（ 4知； 强度条件下 45 号钢质主轴的直径为 33 16 1 . 8 2 6（ 2 毕业设计（论文） 20 刚度条件计算时主轴的直径为 44 23 2 1 8 0 1 0 0 0 （ 2 式中 d 轴直径（ T 轴所承受的转矩（ N 许用剪应力 （ 45号钢 31 ； B 系数，当材料的剪切弹性模量 48 0G M P a ，刚性主轴 ， ；非刚性主轴 ， 。因为在加工铸铁时，冲击力比较，所以要求主轴有一定的韧性，所以选择刚性主轴，即 B= (1) 扩孔机床的主轴计算 强度条件下 45 号钢质主轴的 直径为 3 33 16毕业设计（论文） I 摘 要 本文根据任务的需要，设计一台能高效、大批量加工摇臂轴后支架 24。由于本人主要做的是组合机床的液压系统设计部分，所以文章从工艺方案设计、总体设计和液压系统设计三部分进行设计。本设计中最显著的特点是：滑台的直线运动和工作台的回转运动都是由液压系统来提供动力，液压系统稳定，缓冲能力强，提高了滑台的缓冲能力和回转工作台的转位精度，进而提高了工件的加工精度。摇臂轴后支架大孔由普通机床加工时存在生产率低下、加工精度的稳定性低等问题。通过制定切实可行的、合理的工艺方案，设计出了四工位的扩 、镗组合机床，加工质量和生产效率得到大幅度提高，经济和社会效益显著。 关键词： 组合机床；机床总体设计；液压滑台；液压回转工作台；液压系统设计。毕业设计（论文） on of it is to a 24F7 do is of up of is of of of by is of to of is by of is of of I of is 毕业设计（论文） 1 目 录 摘要 第 1 章 概 述 1 合机床的组成 1 合机床的类型 2 2 有移动夹具的多工位组合机床 3 3 合机床的通用部件 4 4 格及配套关系 4 第 2 章 组合机床总体设计 6 艺方案的拟定 6 定工艺方案 6 定组合机床的工艺方案 7 合机床配置形式及结构方案的确定 10 响组合机床配置 形式及结构方案的因素 11 合机床配置形式及结构方案的确定 11 削用量的确定 12 13 定切削力、切削转矩、切削转速及切削功率 13 合机床总体设计 “三图一卡” 16 加工零件工序图 17 工示意图 18 床尺寸联系图 20 床生产率计算卡 21 第 3 章 机床液压系统的设计与计算 23 压系统的设计要求 23 压系统参数及液压缸工况的确定 23 孔组合机床液压系统参数及工况的确定 23 镗孔组合机床液压系统参数及工况的确定 26 镗孔组合机床液压系统参数及工况的确定 29 转工作台液压系统参数及工况的确定 31 压系统图的拟定 39 择液压回路 39 42 压元件的计算和选择 43 毕业设计（论文） 2 43 44 46 压系统主要性能的估算 47 压系统稳态特性的校核 47 压系统发热与温升的验算 52 第 4 章 结 论 54 参考文献 55 附录 A 机床生产率计算卡 56 附录 B 扩孔组合机床液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的实际使用值 57 附录 C 粗镗组合机床液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的实际使用值 58 附录 D 精镗组合机床液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的实际使用值 59 附录 E 总体液压系统图 60 致谢 61 第 1 章 概 述 在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 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%。 毕业设计（论文） 3 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。 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、传动等也都是标准件和通用件。 123451362789101112图 1双面试复合式组合机床 毕业设计（论文） 4 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、立柱底座等称为支撑部件。 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 B 250为大型组合机床，滑台 B 250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。 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。 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，按工要求的不同，可配置成单面、双面或多面的形式。 立式组合机床的刀具主轴水平布置，动力部件沿垂直方向进给。一般只有单面配置形式。 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表面。 复合式组合机床是上述两种或三种形式的组合。 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式、回转工作台式、中央立毕业设计（论文） 5 柱式和鼓轮式四种类型。 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。 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，所以能够获得较高的生产率。 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。 股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。 转塔式组合机床的特点是几个多轴箱安装在转塔式工作台上，各个多轴箱依次转到加工位置对工件进加工。按多轴箱是否做进给运动，可将这类机床分为： 多轴箱安装在回转工作台上，主轴由电动 机通过多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。 这类机床的工件固定不动（也可以做周期转位），转塔式多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。 合机床的通用部件 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。 按通用部件在组合机床上的作用，可分为下列几类： 毕业设计（论文） 6 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。 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。 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。 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（ 各种液压元件、操纵板、控制挡铁和按钮台等。 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。 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， 1示台面宽度为 320过一次重大改进，采用镶钢导轨的精密液压滑台； 示于台面宽度为 400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、 频淬火，淬火硬度为 42 48火硬度为 48 数控机械滑台是 1用了大连组合机床研究所研制的流伺服系统，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 制技术， 750 2400r/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 由光栅尺组成的全闭环系统，滑鞍位置精度可达 2 m。毕业设计（论文） 7 第 2 章 组合机床总体设计 组合机床总体设计，通常是根据与用户签订的合同和协议书，针对具体加工零件，拟定工艺和结构方案，并进行方案图样和有关技术文件的设计。 艺方案的拟定 零件的加工工艺方案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。所以，在制定工艺方案时，我们必须认真分析被加工零件图，并深入现场了解了相关零件的形状、大小，材料、硬度、刚性、加工部位的结构特点、加工精度、表面粗糙 度、以及现场所采用的定位、夹紧方法、工艺过程、所采用的刀具及切削用量、生产率要求、现场的环境和条件等等。如条件允许，还应广泛收集国内外有关技术资料，制定合理的工艺方案。 定工艺方案 靠的的工艺方案 根据被加工零件的材料，加工的尺寸、形状、结构特点，加工精度、表面粗糙度以及生产率要求等等，结合组合机床的工艺范围及所能达到的加工精度，选择合适可靠的的工艺方法，以保证机床有稳定的加工质量和高的生产率。 粗加工时的切削负荷大，切削产生的热变形、较大夹压力引起的 工件变形以及切削振动等，对精加工工序十分不利，影响加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在拟订工件一个连续的多工序工艺过程时，应选择粗精加工工序分开的原则。 工序集中是近代机械加工主要发展的方向之一。组合机床正是基于这个原则上发展而来的，即运用多刀（相同或不同刀具）集中在一台机床上完成一个或几个工件的不同表面的复杂工艺过程，从而有效的提高生产率。因此，拟订工艺方案时，在保证加工质量和操作维修方便的前提下，应适当提高工序集中度，以便减少机床台数、占地面积和节省人力，取得理想的效益。但是，工序过于 集中会使机床结构太复杂，增加机床设计和制造的难度，机床使用调整不便，甚至影响机床使用性能。如刀具数过多，停机效率增高，反而会影响机床生产率，切削负荷过大，当工件刚度不足而产生变形会影响加工质量。所以我们在选择时要考虑因素要全。 毕业设计（论文） 8 粗基准的选用要求是：保证能迅速可靠的加工精基准；保证各加工表面有足够的加工余量，并尽量使主要加工表面加工余量均匀；保证各加工表面与不加工表面之间的相对位置精度。同时须考虑定位基准、夹紧可靠，夹具结构简单、操作方便。因此，应选择毛坯上平整、光洁、尺寸较大 ，没有浇注系统、冒口的不加工表面或加工余量小的表面做粗基准。 定组合机床的工艺方案 (1) 摇臂轴支架的功用 摇臂轴支架主要是用于固定摇臂轴，摇臂绕摇臂轴摆动，每个摇臂对应三个摇臂轴支架，其分别为：摇臂轴前支架、摇臂轴中支架和摇臂轴后支架，摇臂上带着气门，其主要是用于进气、燃烧封闭和排气的作用。 (2) 摇臂轴支架的受力情况 由于摇臂绕摇臂轴摆动，所以摇臂轴作用在摇臂轴支架上的载荷程周期性变化（但力并不大），而且同时有三个摇臂轴支架固定着一个摇臂轴，为了使燃 烧封闭时的密封性好，所以对摇臂轴和摇臂轴支架的配合精度要高，即与摇臂轴配合的孔精度要求较高。 (3) 摇臂轴支架的结构特点 摇臂轴后支架的结构特点是：此零件结构简单，制造方便，铸造时上下端面精度要求容易达到，对应的夹具体也相对简单。 (4) 加工部位的精度，粗糙度要求 我们所设计的机床主要目的是加工摇臂轴后支架上的 24（与摇臂轴配合的孔），其精度要求是基孔制 ，m，孔的中心轴线与下端面的平行度误差不超过 (5) 工件的材料和生产类型 工件材料为 :度为 设计参数可以知道，生产类型为大批大量生产 ( 5 0 0 0 0 【 10 】件 / 年 ），此处取 70000 件 /年。 组合机床一般为工序集中的多刀加工，不但切削负荷大，而且工件受力方向一直在变化。因此，正确选择定位基准和夹压部位是保证加工精度的重要条件。对于毛坯基准选择要考虑有关工序加工余量的均匀性；对于光滑表面定位基准的选择要考虑基面与加工部位间位置尺寸关系，使它有利于保证加工精度。定位夹压部位的选 择应在有足够的夹紧力力下工件产生的变形最小，并且夹具易于设置导向和通过刀具。 毕业设计（论文） 9 (1) 加工的工序内容和加工精度 这是制定机床工艺方案的主要依据。显然，面加工和孔加工、不同尺寸的平面和孔径加工以及不同的加工精度要求，直接影响着工艺方法的选择和工步数及工艺路线的确定。 (2) 被加工零件的特点 如工件的材料硬度、加工部位的结构形状、工件刚性、定位基准面的特点等，对组合机床工艺方案的拟订都有着重要影响。 (3) 工件的刚性 当工件的刚性不足时工序不能太集中 (4) 使用厂后方车间制造 能力 如工具制造能力。 基于以上的因素，拟定工作方案如下图 2由工艺图 2用两面一孔定位，即工件低端面、右侧端面和被加工的 24 孔。两面一孔定位是比较常见而且方便的定位方式，加工 24 的孔时，以低端面和右侧端面为定位基准来保证 24 孔的中心轴线与低端面的平行度，用活动的定位销定位（即 24 孔的中心轴）轴来保证 24 的孔与其它两个小孔位置精度，因此可以看出 24 孔的中心轴为主要定为基准，以此来保证位置精度和平行度，符合基准统一的原则，所以就采用这个方案。 有了定位之后，还要确定夹紧位置， 由前面已确定的定位基准可以看出，要在工件的上 摇臂轴后支架 24 孔的加工工序图 端面要加一个从上而下的夹紧力，唯有这样才能保证工件在加工时不会发生偏移（工件偏移会使工件出现误差甚至成为废品）。两面一孔定位操作简单，方便，快捷 毕业设计（论文） 10 ，精度易保证，对应的夹具体也比较简单，提高生产效率。 由前面可以得知 工件材料为 :度为 计组合机床的目的是加工摇臂轴后支架的 24大孔，而且精度要达到基孔制 度，m。由 101】表 查得 扩孔粗镗精镗 经济精度 ( 表面粗糙度（ m m）。采用此方法可以达到工件所需要的精度要求和粗糙度要求，因此采用此方法来加工这个 24大孔。扩孔时可以用钻头来代替扩刀，下面有选其中一个刀的原因。 【 5】参 考 得如表 2以得到各个工序 加工铸铁时的切削速度、进给速度和加工余量如表 2 表 2 卧式镗床的镗削用量 加工方式 刀具材料 刀具类型 灰铸铁 V(m/F(mm/r) 粗镗 高速钢 刀头 20 35 8 刀块 25 40 质合金 刀头 40 80 块 35 60 镗 高速钢 刀头 15 30 块 8 15 质合金 刀头 50 80 块 20 40 于摇臂轴后支架的材料为 度较高，切削温度也比较高，所以要选择耐热性，耐磨性都较好的硬质合金刀，为了使加工精度比较稳定的话，这里选择了刀头。 毕业设计（论文） 11 由 【 6】资 料 得知，普通高速钢刀具制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，能锻造，制造复杂的道具比较容易，而且高速钢材料性能较硬质合金和陶瓷稳定，在自动机床上使用较可靠，具有一定的硬度和耐磨性，高的强度 和韧性，良好的塑性和耐磨性因此广泛用于制造各种较复杂的工具，所以钻头和扩孔钻都用高速钢材料的刀具。 由表 261【 1】表 和表 61】 查得总结得如表 2 表 2工艺方法的切削参数 加工方法 刀具材料 切削速度 v (m/进给速度 f (mm/r) 加工余量 pa(钻 孔 高速钢 24 34 扩 孔 高速钢 10 18 p 粗 镗 硬质合金 40 80 8 精 镗 硬质合金 50 80 足以上条件的前提下，可以知道各工序的加工余量如表 2 表 2工序的加工余量及尺寸 工序名称 各工序的加工余量（ 各工序孔的尺寸（ 毛 坯 10 钻孔或 扩孔 10 18 粗 镗 5 23 精 镗 1 24 合机床配置形式及结构方案的确定 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制形式和结构方案。但是还要考虑下列因素的影响。 毕业设计（论文） 12 响组合机床配置形式及结构方案的因素 工件的加工精度要求，往往影响组合机床的配制形式和结构方案，例如，加工精度要求高时，应采用固定夹具的单工位组合机床，加工精度要求较低时，可采用移动夹具的多工位组合机床；工件各孔之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 孔间同轴度要求较高时，应单独进行精加工等等。 工件的形状、大小和加工部位的结构特点，对机床的结构方案也有一定的影响。例如，对外形尺寸和重量较大的工件，一般采用固定夹具的单工位组合机床，对多工序的中小型零件，侧宜采用移动夹具的多工位组合机床；对大直径的深孔加工，宜采用刚性主轴的立式组合机床等等。 生产率往往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。例如，从其他因素考虑应采用单工位组合机床，但由于满足不了生产率的要求时，应选用移动工作台式 的组合机床；工位数超过 4个时才选用回转工作台或鼓轮式组合机床。 使用组合机床的现场条件对组合机床的结构方案也有一定的影响。例如，使用单位的气候炎热，车间温度过高，使用液压传动机床不够稳定，侧宜采用机械传动的结构形式；使用单位刃磨刀具、维修、调整能力以及车间布置的情况，都将影响组合机床的结构方案。 合机床配置形式及结构方案的确定 由前面可以知道工件的结构特点、工艺要求、生产率要求及工艺方案，在加上影响组合机床配置形式及结构方案的因素可以知道组合机床的大体结构配制形式。 宜采用移动夹具的多工位组合机床。 且加工摇臂轴后支架 24 的孔总共有 4个工步 (即装卸工件扩孔粗镗孔精镗孔 )，为了提高生产率选取 4工位回转工作台。这里选取液压回转工作台，夹紧的稳定性好，回转精度较高，机械回转台稳定性差，噪音大，回转精度不够高。所以选取液压回转台。 求在快进、工进、快退的稳定性要高，抗冲击能力要强。 由资料 【 1】 可以得到 下面的机械滑台和液压滑台性能特点对比如表 2 毕业设计（论文） 13 表 2械滑台和液压滑台性能的特点对比 滑台类型 优 点 缺 点 机械滑台 1 进给量稳定，慢速无爬行。高速无振动。可以降低工件的表面粗糙度。 2 具有较好的抗击性能 3 运行安全可靠，调整维修方便 4 没有液压驱动的管路漏油，噪声和液压占地问题。 1只能有级变速，变速比较麻烦 2 一般没有可靠的过载保护，快进转工进时转位精度低。 液压滑台 1 液压滑台在相当大的范围内进给量可以无级调速； 2 可以获得较大的进给力； 3 由于液压驱动零 件磨损小，使用寿命长； 4 工艺上要求多次进给时通过液压换向阀很容易实现； 5 过载保护简单可靠； 6 由行程调速阀来控制滑台的快进转工进转位精度高，工作可靠。 1进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定； 2 液压漏油现象影响工作环境，能源浪费； 3调整维修比较麻烦。 由于摇臂轴后支架工件的材料为 度比较高，对摇臂轴后支架大孔的位置精度和尺寸精度都有较为严格的要求，因此在加工摇臂轴后支架大孔的过程中要求有较大的进给力并且有可靠的过载保护，为保证大孔的位置精度和尺寸精度要求加工过程中有良 好的导向性，较高的转位精度；另外大批量生产要求机床加工精度有持久的稳定性和较高的生产率。由于液压驱动零件磨损小使用寿命长，经济性好，液压滑台使用方便，自动化程度高，工作可靠。所以选取了液压滑台。 削用量的确定 在组合机床工艺方案确定的过程中 ,工艺方法和关键工序的切削用量选择十分重要 对组合机床的加工精度 ,生产率 ,刀具耐用度 ,机床的结构形式及工作可靠性均有较大的影响。 毕业设计（论文） 14 多刃同时切削，为尽量减少换刀时间和刀具的损耗 ,保证机 床的生产率及经济效果，选用的切削用量应比普通单刀加工时低 30%左右。 此，同一滑台带动的多轴箱上所有刀具的每分钟进给量相同，即等于滑台的工进速度。 目前切削用量的确定常采用查表法参照现场同类工艺，确定切削用量如表 2 表 2个工序的切削参数 加工方法 v（ m/ f（ mm/r） 钻孔或 扩孔 16 18 镗 45 精 镗 80 定切削力、切削转矩、切削转速及切削功率 削转矩、切削转速及切削功率的计算 (1) 用钻头扩孔 由表 61】 查得 利用高速钢钻头扩材料为铸铁的孔时，选取以下公式分别计算，公式如下： 0 f H B （ 2 1 . 9 0 . 8 0 . 610T D f H B （ 2 1000（ 2 9740d（ 2 T 切削转矩； F 轴向切削力； v 切削速度； f 进给量； D 扩孔钻直径； 布氏硬度，一般取较大值，已知工件材料为 氏硬度 170 220，所以后面的计算都取 20。 毕业设计（论文） 15 由表 2钻头扩孔时的参数： 16m/ ； 0 m m / ；P a =8 计算得 0 . 8 0 . 62 6 1 8 0 . 4 5 2 2 0 = 6 2 8 4 . 5 ( N )F 1 . 9 0 . 8 0 . 61 0 1 8 0 . 4 5 2 2 0 3 2 5 8 6 . 8 ( )T N m m 1 0 0 0 1 6 2 8 3 ( / m i n )3 . 1 4 1 8 3 2 5 8 6 . 8 1 6 0 . 9 5 ( )9 7 4 0 3 . 1 4 1 8P k W (2) 用扩孔钻扩孔 同样， 由表 61】 查 得 利用高速钢扩孔钻扩材料为铸铁的孔时，选取以下公式分别计算，公式如下： 0 . 4 1 . 2 0 . 69 . 2PF f a H B（ 2 0 . 7 5 0 . 8 0 . 63 1 . 6 a f H B（ 2 1000（ 2 9740d（ 2 T 切削转矩； F 轴向切削力； v 切削速度； f 进给量； D 扩孔钻直径； 切削深度。 利用扩孔钻扩材料为灰铸铁的孔时，由 134 页，表 61】 得知，要用上面的公式时，最好满足2p ，即 4pa 由表 218m/ ； 。 计算得 0 . 4 1 . 2 0 . 69 . 2 1 . 6 4 2 2 0 1 4 9 0 . 6 ( ) 0 . 7 5 0 . 8 0 . 63 1 . 6 1 8 4 1 . 6 2 2 0 5 9 6 0 1 . 1 ( )T N m m 1 0 0 0 1 8 3 1 8 ( / m i n )3 . 1 4 1 8 毕业设计（论文） 16 5 9 6 0 1 . 1 1 8 1 . 9 5 ( )9 7 4 0 3 . 1 4 1 8P k W 由上面的计算可以看出用扩孔钻扩孔时，切削转矩和输入功率相对钻头扩孔时要大将近一倍。材料为灰铸铁的工件被加工时，冲击力比较大，对扩孔刀和机床主轴的刚度要求较高，加大了机床和刀具的设计难度。由 表 2压滑台能在工进时 可以获得较大的进给力，为了 提高工件的加工精度，减小机床的设计难度，因此选择钻头进行扩孔。 削转矩、切削转速及切削功率的计算 由 134页的表 61】 查得 利用硬质合金刀头加工材料为铸铁的孔时，选取以下公式分别计算，公式如下： 0 . 7 5 0 . 5 55 1 . 4a f H B(21 . 2 0 . 6 5 1 . 10 . 5 1a f H B(20 . 7 5 0 . 5 52 5 . 7 a f H B(21000（ 2 61200（ 2 圆周力；轴向切削力； v 切削速度； f 进给量； D
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