台式车床车头箱孔系加工镗模设计【22张CAD图纸和说明书】

目   录

0 引言 …………………………………………………………………………………………… 1
1 箱体孔系加工工艺 ………………………………………………………………………… 3
1.1 平行孔系的加工 ………………………………………………………………………… 3
1.2 同轴孔系的加工 ………………………………………………………………………… 3
2 箱体的定位方案 …………………………………………………………………………… 5
3 箱体的夹紧方案 …………………………………………………………………………… 7
4 镗模的设计 ………………………………………………………………………………… 8
4.1 镗套的选择和设计 ……………………………………………………………………… 8
4.1.1 镗套的结构型式 ……………………………………………………………………… 8
4.1.2 镗套的材料及主要技术要求 ……………………………………………………… 9
4.2 镗杆的设计 ……………………………………………………………………………… 10
4.2.1 镗杆导向部分结构 …………………………………………………………………… 10
4.2.2 镗杆直径和轴向尺寸 ………………………………………………………………… 10
4.2.3 镗杆的材料 …………………………………………………………………………… 11
4.2.4 镗杆的技术条件 ……………………………………………………………………… 11
4.3 浮动接头 …………………………………………………………………………………… 11
4.4 镗模支架的设计 ………………………………………………………………………… 12
4.5 镗模底座的设计 ………………………………………………………………………… 12
4.6 镗模支架的布置型式 …………………………………………………………………… 13
4.7 原始孔的选择 …………………………………………………………………………… 14
5 孔加工刀具的设计和选用 ………………………………………………………………… 15
5.1 孔加工刀具的类型 ……………………………………………………………………… 15
5.2 孔加工刀具的设计和选用 …………………………………………………………… 15
6 镗孔工艺方案 ……………………………………………………………………………… 18
7 结论 …………………………………………………………………………………………… 20
工作小结与致谢 ……………………………………………………………………………… 21
参考文献 ………………………………………………………………………………………… 22
附件清单 ………………………………………………………………………………………… 23
0 引言
随着现代化机器向高速、高效和高精度发展，对机械零件的精度要求越来越高，其结构日趋复杂，特别是多孔系的箱体和复杂零件的出现，为机械加工开创了新的研究课题。
车床车头箱箱体是结构比较复杂的一种箱体。它的箱壁厚薄不均，要求加工表面较多，精度要求较高。箱体的加工表面主要是一些孔和平面。精度要求较高的支承孔以及孔与孔间、孔与平面间的相互位置精度较难保证，成为生产中的关键。
在箱体加工工艺中, 其工艺流程为先加工作为精基准的平面，然后以加工好的平面定位加工孔。其次，由于箱体上的孔是分布在外壁和中间隔壁的平面上的，采用先加工平面，可切去铸件表面的凹凸不平及夹砂等缺陷，这样不仅有利于以后工序的孔加工（例如，钻孔时可减少钻头引偏），也有利于保护刀具、对刀和调整等。
在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，广泛地应用于机械加工、检测和装配等整个工艺过程中。机床夹具直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，故机床夹具设计在产品设计和制造以及生产技术准备中占有及其重要的地位。
镗床夹具又称镗模，其功用是保证箱体类工件的孔及孔系的加工精度。镗模是依靠专门的导引元件——镗套来导引镗杆，从而保证所镗的孔具有很高的位置精度。因此，采用镗模后，镗孔的精度便可不受机床精度的影响。镗模广泛应用于高效率的专用组合镗床和一般普通镗床。即使缺乏上述专门的镗孔设备的工厂，也可以利用镗模来加工箱体孔系。
目前广泛应用的镗模，一般由以下元件组成：定位元件（如支承板等）、夹紧元件（如螺钉、压板等）、引导元件（如镗套等）、夹具体（如镗模支架、底座）。
镗模设计中，除合理解决工件的定位和夹紧外，还要着重考虑镗套、镗模支架、镗模底座和镗杆的设计问题。
工件的定位按照定位基准的选择原则，结合工件的结构特点和加工时应限制的自由度，选择定位元件及其组合。首先要保证满足工件的加工精度，尽量减少定位误差。同时，要使定位稳定可靠。定位元件要具有精度高、耐磨性好以及有足够的强度和刚度。
根据工件结构特点和定位方案，确定工件的夹紧方式。夹紧力的作用点，一般在工艺文件中已有规定，故尽可能遵循原夹紧点的位置，以保证工件定位稳定和防止工件在切削力、重力和惯性力作用下发生位置移动。
镗套的型式有固定式镗套和回转式镗套。固定式镗套工作时不能随镗杆转动，而与镗杆之间有相对运动，适用于低速场合。回转式镗套随镗杆一起转动，镗杆只在镗套内轴向移动，适用于高速镗孔。但也必须有充分的润滑，支架上有油孔，将润滑油送到回转部分的支承面间。
镗套的尺寸主要考虑内径尺寸和长度尺寸。镗套内径由镗杆引导部分的直径来决定。镗套长度与镗套的布置型式有关。
镗模支架的布置型式决定着镗杆的引导方法。其布置型式主要有单支承前镗套、单支承后镗套、双支承双镗套、前后支承单镗套。
底座是镗模的基础元件。主要承受定位元件、夹紧元件、支架、镗套、镗杆以及工件的全部重量和加工过程中的切削力，为此，底座要有一定的厚度，并在它的内腔中设置加强筋，以保证其有足够的刚度和减小变形。
镗杆是镗模的主要辅具。镗模设计时应先决定镗杆与镗刀的结构，然后再根据镗杆直径设计镗套。
在箱体类零件加工中，保证孔系的加工精度是箱体加工的关键之一。在成批生产中广泛使用镗模加工孔系。利用镗模加工孔系，孔距精度主要取决于镗模的精度和安装质量。采用镗模加工孔系不仅可以提高生产率，而且可以利用精度不高的机床加工出精度较高的零件。所以，在成批生产中得到了广泛的应用。
本设计在现有镗模设计的基础上，对镗孔系统图中刀具的设计和选用进行了改进设计。刀具的设计和选用是否合理将直接影响到生产效率和孔加工精度，这里所作的改进也主要是针对这一部分而言的。
由于实践经验的欠缺和知识的局限性,该设备的实际工作情况及可用性还有待于实践的检验。

1箱体孔系加工工艺
箱体上一系列有相互位置精度要求的轴承孔的总合，称为“孔系”。保证孔系的加工精度是箱体加工的关键之一。根据生产规模和孔系的精度要求可采用不同的加工方法。
1.1平行孔系的加工
平行孔系的主要技术要求为各平行孔中心线之间以及孔中心线与基面之间的尺寸精度和相互位置精度。
在成批生产中广泛使用镗模加工孔系。镗模上有一块或几块模板，将工件各面上需加工的孔的位置按图纸要求精确复制在模板上，将这几块模板通过底版、支架等组成夹具，并装在镗床工作台上。工件安装于夹具内，并通过定位与夹紧使工件上待加工的孔与模板上的孔同轴。镗杆则支承于模板及支承上的导向套里，增加了刚性。这样，镗刀便通过模板上的孔将工件上相应的孔加工出来。当用两个或两个以上的支承来引导镗杆时，镗杆与机床主轴应浮动连接。这时，机床误差对工件精度的影响就大为减少，影响孔系精度的主要因素仅限于镗模本身。
采用镗模可以大大提高机床—夹具—工件—刀具之间的工艺系统刚度和抗振性。所以，可应用带有几把镗刀的长镗杆同时加工箱体上的几个孔。此外，可节省调整、找正的辅助时间，并可采用高效率的定位、夹紧装置。生产率较高。
用镗模精加工孔系能保证2级精度。孔与孔之间的同轴度和平行度，当从一端加工（镗杆两端均有导向支承时），可达0.02～0.03毫米；当从两端加工时，达0.04～0.05毫米。孔距精度为±0.05毫米。
镗模加工的特点：
利用镗模加工孔系，孔距精度主要取决于镗模的精度和安装质量。采用镗模加工孔系不仅可以提高生产率，而且可以利用精度不高的机床加工出精度较高的零件。所以，在成批生产中得到了广泛的应用。
1.2同轴孔系的加工
同轴孔系的主要技术条件为控制各孔的不同轴度。成批生产中，箱体的同轴孔系几乎都采用镗模加工。
(1)从箱体一端进行镗孔
为控制各孔间的不同轴度可用导向套加工同轴孔。箱体外壁上的孔径加工后,装上一导向套,以支承和引导镗杆,继续加工下一个同轴的孔。此法对于加工箱壁较近的同轴孔比较适用，但需配置一些专用的导向套。
(2)从箱体两端进行镗孔
当两同轴孔相距太远时,有时用“调头镗”或二次安装的办法，从箱体两头进行镗孔。
采用“调头镗”进行镗孔，工件在一次安装下，镗好一端的孔后，将镗床工作台回转180°，镗另一端的孔。在普通镗床上进行“调头镗”的具体的办法是，在加工好一端的孔后，将工件退离主轴，将工作台回转180°，再将工件移向镗床主轴。在镗床主轴上装一个百分表，百分表指向已加工孔壁，调整工作台位置，使已加工孔与镗床主轴同轴，经过这样的调整，然后再加工孔。但是此法的加工精度是不高的。

2箱体的定位方案
为了达到箱体孔系加工的技术要求,必须保证箱体在加工过程中的正确位置。镗模保证加工精度的原理是加工需要满足三个条件：（1）箱体在镗模中占有正确的位置；（2）镗模在机床上的正确位置；（3）刀具相对镗模的正确位置。显然，箱体的定位是其中极为重要的一个环节。
1.箱体在镗模中定位的任务
箱体在镗模中定位的任务是使同一批箱体在镗模中占据正确的位置。箱体的定位是镗模设计中首先要解决的问题。
2.定位与夹紧的关系
定位与夹紧是装夹箱体的两个有联系的过程。在箱体定位以后，为了使箱体在切削力等作用下能保持既定的位置不变，通常还需再夹紧箱体，将箱体紧固，因此它们之间是不相同的。
3.定位基准
定位基准是工件上与夹具定位元件工作表面相接触的表面。定位基准的选择是定位设计的一个关键问题。
在成批生产车头箱箱体时，由于箱体底面、侧面是车头箱的装配基准，是主轴孔的设计基准，并与箱体的两端面以及各主要纵向轴承孔在相互位置上有直接联系，因此，本设计中选择箱体底面、两侧面作为定位基准，不仅可以消除主轴孔加工时的基准不重合误差，而且由于定位基准统一，在不同工序多次安装加工以上各表面时，镗模设计也可简化。此外，箱体底面的面积大，定位稳定可靠，安装误差较小。加工各孔时，由于箱口朝上，所以更换导向套、安装调整刀具、测量孔径尺寸、观察加工情况都很方便。
在加工箱体内中间隔壁上的孔时，以底面和侧面定位时，为了保证这些孔的相互位置精度，必须在箱体内部相应的地方安装刀杆的导向支承架来提高刀具系统的刚度。由于箱口朝上，中间导向支承架悬挂在夹具上面。
在批量生产中，在保证加工质量的前提下，如何大大提高劳动生产率是极为重要的问题。
在车头箱加工工艺过程中，选用底面和侧面作为统一的精基准。这种定位方式，以底面作主要的定位基准，采用的定位元件为支承板和定位销，用支承板限制箱体的三个自由度。在镗孔时，使箱口朝上，定位可靠，夹具刚度高，有利于保证各支承孔相互位置精度，并且装卸方便，减少辅助时间，保证生产节拍。
但是，由于定位基准（顶面和两工艺孔）和设计基准（底面、侧面）不重合，带来了如下两个问题：
第一，如果以底面为基准加工主轴孔Φ110K6（台阶Φ100）-Φ90K6（台阶Φ
80H9），可以直接保证尺寸主轴孔中心高H=165毫米和主轴孔相对于底面的平行度要求。但是，如以顶面为基准加工主轴孔，则尺寸H不能直接得到。
第二，同前理由，以底面定位时，主轴孔对底面的平行度是直接得到的。这样易于保证技术条件。而以顶面定位时，主轴孔对底面的平行度是间接得到的。往往不易保证这项要求。
考虑到为了消除定位误差，又为了能采用朝上的支承架，本设计中采用以箱体底面和两个侧面定位，两个侧面的定位由三个定位销保证。