机械毕业设计（论文）-汽车前悬架加工组合机床总体设计【全套图纸】.pdf

汽车前悬架加工组合机床总体设计 I 目录目录 摘要 IV Abstract . V 第一章 前言 . 1 1.1 组合机床在国民经济中的地位及其发展简史 . 1 1.2 组合机床的国内外现状 . 2 1.2.1 国内组合机床的现状 . 2 1.2.2 国外组合机床的现状 . 2 1.3 本论文的研究目的及内容 . 3 第二章 零件工艺方案的制定 . 4 2.1 前悬架的工艺技术分析 . 4 2.1.1 零件技术参数 . 4 2.1.2 生产纲领的分析 . 5 2.3 被加工零件工序图 . 5 第三章 组合机床总体方案设计 . 6 3.1 组合机床通用部件的选择依据 . 6 3.1.1 切削用量的选择 . 6 3.1.2 切削力、转矩和功率的计算 . 7 3.2 组合机床通用部件的选择 . 8 3.2.1 动力箱的匹配 . 8 3.2.2 动力滑台的选择 . 8 3.3 选择定位基面 . 9 3.3.1 统一基准问题 . 10 3.3.2 基准重合问题 . 10 3.3.3 定位基面及定位方法的选择 . 10 3.3.4 夹紧力的可靠性问题 . 10 3.4 组合机床配置型式的选择 . 10 第四章 组合机床加工示意图的设计 . 11 II 4.1 加工示意图的作用和内容 . 11 4.2 刀具、导向结构的选择 . 11 4.2.1 刀具的选择 . 11 4.2.2 导向的选择 . 11 4.3 切削用量的确定 . 12 4.4 主轴类型、接杆的确定 . 12 4.4.1 主轴类型的确定 . 12 4.4.2 接杆的确定 . 13 4.5 多轴箱端面到工件端面的确定 . 13 4.6 工作循环的确定 . 13 4.7 钻模板设计 . 14 4.8 其他应注意的问题 . 14 第五章 组合机床联系尺寸图的设计 . 15 5.1 联系尺寸图的作用和内容 . 15 5.2 确定装料高度 . 15 5.3 确定夹具轮廓尺寸 . 15 5.4 确定中间底座尺寸 . 15 5.5 确定多轴箱轮廓尺寸 . 16 5.6 机床联系尺寸图的绘制 . 17 第六章 组合机床生产率计算卡的设计 . 18 6.1 理想生产率 Q 18 6.2 实际生产率 Q实 . 18 6.3 机床负荷率负 . 19 第七章 通用主轴箱设计 . 21 7.1 主轴箱的基本结构 21 7.1.1 通用主轴箱的组成 . 21 7.1.2 主轴箱通用零件 21 7.2 绘制多轴箱设计原始依据图 22 7.3 主轴、齿轮的确定及动力计算 . 22 7.3.1 主轴型式和直径、齿轮模数的确定 22 汽车前悬架加工组合机床总体设计 III 7.3.2 动力计算 23 7.4 主轴箱传动设计 23 7.4.1 主轴的分布 24 7.4.2 传动系统设计 24 7.5 主轴箱总图设计 . 25 第八章 结论与展望 . 26 参考文献 . 28 致谢 . 29 IV 摘要 前悬架是汽车上的重要组成部件，它属于壳体类零件，加工孔多，形状结构复 杂，精度要求高。根据前悬架的结构和加工要求图，本文主要是完成对前悬架五个 孔加工组合机床的总体设计并完成“三图一卡” 。 根据加工前悬架的结构特点，本机床采用专用夹具对零件进行定位和加紧，在 刀具方面，采用锥柄麻花钻孔刀具；机床选用单工位组合机床，并且采用双面卧式 端面加工端头加机械动力滑台结构，对这五个孔同时进行钻孔加工。 该组合机床设计方案实施，较大幅度提高前悬架上五孔的加工质量和生产效率， 经济和社会效益显著。而且加工精度也完全能够满足设计要求，在直接经济效益方 面，节省了大量加工工时。 关键词关键词：多面钻孔；组合机床；总体设计；三图一卡 汽车前悬架加工组合机床总体设计 V Abstract The frame is the important components of car. It belongs to the shell type parts, processing hole more complex shapes, high precision. This design task is to design a frame to the previous five different locations on the boring hole to deal with a combination of machine tools and the design of its “three map one card”. According to the structure of the front frame processing features, this machine applies special fixture to locate and clamp the parts in the tool, since the size precision and the surface roughness of the processing holes are not accurate, this machine applies the composite boring tools. Also according to processing requirements, the combination of machine use single modular machine tool, and use double-sized horizontal end processing ends and mechanical power slide structure, simultaneous five-hole machining operations. According to the design，the five holes on the front frame of the processing will get improved quality and production efficiency substantially, besides economic and social benefit. And precision are fully able to meet the design requirements. In the aspect of the direct economic benefits, it can also save a lot of processing time. KeyKey w wo ords:rds: Multidimensional Boring; Machine Tool; Overall Design; Three-map One Card 汽车前悬架加工组合机床总体设计 1 第一章 前言 1.1 组合机床在国民经济中的地位及其发展简史 现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量的产品，日益广泛的使用 各种器械、仪器和工具等技术设备与装备。为制造这些技术设备与装备，又必须具 备各种加工金属零件的设备，诸如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。由 于械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工方法来达到， 特别是形状复杂、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在机床上经过 几道甚至几十道切削加工工艺才能完成。因此，机床是现代机械制造业中最重要的 加工设备。在一般机械制造厂，机床所负担的加工工作量，约占机械制造总工作量 的 40%-60%，机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性，进而决 定着国民经济的发展水平。可以这样说，如果没有机床的发展，如果不具备今天这 样品种繁多、结构完善和性能精良的各种机床，现代社会目前所达到的高度物质文 明将是不可想象的。 一个国家要繁荣富强，必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，这就 需要一个强大的机制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备，即 各种机器、仪器和工具等。然而，一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的 机床制造业做后盾。机床工业是机械制造业的“装备部” 、 “总工艺师” ，对国民经 济发展起着重大作用。因此，许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术 水平的提高，使本国国民经济的发展建立在坚实可靠的基础上。 机床是人类在长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上产生的，并随着社 会生产的发展和科学技术的进步而渐趋完善。最原始的机床是木制的，所有运动都 是由人力或畜力驱动，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坏，它们实际上并 不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床，是在 18 世纪 中叶才开始发展起来的。当时，欧美一些工业最发达的国家，开始了从工场手工业 向资本主义机器大工业生产方式的过度，需要越来越多的各种机器，这就推动了机 床的迅速发展。为使蒸汽机的发明付诸实用，1770 年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内 孔用的镗床。1797 年发明了带有机动刀架的车床，开创了用机械代替人手控制刀具 运动的先声，不仅解放了人的双手，并使机床的加工精度和工效起了一个飞跃，初 步形成了现代机床的雏型。继车床之后，随着机械制造业的发展，其他各种机床也 陆续被创制出来。至 19 世纪末，车床、钻床、镗床、刨床、拉床、铣床、磨床、 齿轮加工机床等基本类型的机床已先后形成。 上世纪初以来，由于高速钢和硬质台金等新型刀具材料相继出现，刀具切削性 能不断提高，促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方向发 展。与此同时，由于电动机、齿轮、轴承、电气和液床等技术有了很大的发展，使 机床的转动、结构和控制等方面也得到相应的改进，加工精度和生产率显著提高。 此外， 为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求， 机床品种的发展也与日俱增。 例如，各种高效率自动化机床、重型机床、精密机床以及适应加工特殊形状和特殊 材料需要的特种加工机床相继问世。50 年代，在综合应用电子技术、检测技术、计 算机技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上发展起来的数控机床， 使机床自动化进入了一个崭新的阶段，与早期发展的仅适用于大批大量纯机械控制 和继电器接触器控制的自动化相比，它具有很高柔性，即使在单件和小批生产中也 2 能得到经济的应用。 综观机床的发展史，它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展，并 始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的， 现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展。 1.2 组合机床的国内外现状 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 得到迅速的发展。至今，它已成为现代制造工程的关键设备之一。现代制造工程从 各个角度对组合机床提出了越来越高的要求，而组合机床也在不断吸收新技术成果 而完善和发展。 1.2.1 国内组合机床的现状 我国加入 WTO 以后，制造业所面临的机遇与挑战并存。组合机床行业企业适时 调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至 2002 年 9 月份，组合机床行业企业仅组合机床产品一项，据不完全统计产量已达 800 余台， 产值达3个亿以上， 较2001年同比增长了10%以上， 另外组合机床行业工业增加值、 产品销售率、全员工资总额 、出口交货值等经济指标均有不同程度的增长，新产 品、新技术较去年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。 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制造技术和成套 工艺装备。它的特征高效、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较大的大中型箱体类和轴类 零件，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、综合测员机、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，研发新产品，由于过去的“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。 1.2.2 国外组合机床的现状 80 年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合 成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配 置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集 汽车前悬架加工组合机床总体设计 3 中、高效短节拍和多功能智能监控。组合机床技术的发展趋势是: （1） 广泛应用数控技术 国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部 件，在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术，而且夹具的转位或转角、换箱 装置的自动分度与定位也都应用数控技术，从而进一步提高了组合机床的工作可靠 性和加工精度。标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线，就是由三台 自动换箱组合机床组成的，其全部动作均为数控，包括自动上下料的交换工作台、 环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动，其节拍时间为 58 秒。 （2）发展柔性技术 80 年代以来，国外对中大批量生产，多品种加工装备采取了一系列的可调、可 变、可换措施，使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主 轴箱等组成的组合机床；同时根据加工中心的发展，开发了二坐标、三坐标模块化 的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线（FTL） 。这种结构的变化，既可 以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏，又可以使机床配置更加灵活多样。 （3）发展综合自动化技术 汽车工业的大发展，对自动化制造技术提出了许多新的需求，大批量生产的高 效率，要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序，而且能完成零件从毛坯进线 到成品下线的全都工序， 以及下线后的自动码垛、 装箱等。 德国大众汽车公司 KASSEL 变速箱厂 1887 年投入使用的造价 9000 万马克的齿轮箱和离合器壳生产线，就是这 种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成，三班制 工作，每条线日产 2000 件，节拍时间为 40 秒。全线由 12 台双面组合机床、18 台 三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成，可实现 3 种 零件的加工。空架机器人完成零件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发 展，出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家，进一步 提高了制造系统的配套水平。 （4）进一步提高工序集中程度 国外为了减少机床数量，节省占地面积，对组合机床这种工序集中程度高的产 品，继续采取各种措施，进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用 部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库，通过换 刀实现工序集中，从而可以最大限度地发挥设备的效能，获取更好的经济效益。 1.3 本论文的研究目的及内容 本论文研究的出发点是基于对加工汽车前悬架上面的五个孔的要求上，设计出 一台专用的组合机床，专门用于加工零件上的那五个孔。对机床、夹具、刀具、工 艺流程等方面进行合理的设计和选择，提高加工效率和产品质量，扩大加工适应范 围，提高可靠性，使所设计出来的组合机床具备一定的先进性，并且希望能够取得 较好的经济效益和社会效益，为解决此类钻孔的问题举一件实例。 本论文需要完成的内容包括以下几点： 1.仔细研究被加工零件的零件图，确定零件的加工内容和精度，以及确定机床 的加工方式、机床的整体形式和被加工零件的定位、夹紧方式。 2.组合机床的总体设计。通过对切削速度的选择，切削力的计算等过程，绘制 机床的三图一卡，即被加工零件工序图、被加工零件加工示意图、机床联系尺寸图 和生产率计算卡。 4 第二章 零件工艺方案的制定 零件加工的工艺方案决定了组合机床的加工质量、生产效率、总体布局和夹具 结构等。因此，应根据被加工零件的特点以及加工要求，按照一定的原则，并且结 合常用组合机床的工艺方法，在考虑了各种影响因素之后，拟定出可行而又经济的 工艺方案。 2.1 前悬架的工艺技术分析 在组合机床的自动线加工中，被加工零件的大小、形状、质量、加工部位的结 构、零件的刚度等，对组合机床加工工艺方案的制定、机床及夹具的结构设计有很 大影响。比如:外形尺寸比较大的零件适合于采用单工位的机床；零件的刚性比较 差时，不能够承受大的夹紧力和切削力，则工序不能够过于集中。因此，应对被加 工零件需要加工的部位和表面，零件的技术要求进行深入的分析。 2.1.1 零件技术参数 汽车前悬架的零件图如图 2.1 所示： 图图 2.1 2.1 前悬架零件图前悬架零件图 part drawing of front suspension 被加工零件要求对 13 和 20 的孔的加工进行组合机床的设计。 主要的技术参数为： 1. 13 的孔 被加工零件需要加工 3 个 13 的孔，这 3 个孔位于同一平面上，要求孔内表 面粗糙度为 6.3，孔端面的表面粗糙度为 12.5。 2. 20 的孔 汽车前悬架加工组合机床总体设计 5 被加工零件还需加工两个 20 的孔，两孔位于左右两个端面上，要求孔内表 面粗糙度为 6.3，孔端面的表面粗糙度为 12.5，孔的加工误差范围为 200.28。 2.1.2 生产纲领的分析 生产纲领就是一个产品或者是一个工件(包括备品和废品在内)在一年内的生 产量。按照生产规模的不同，可以划分为三类：大批量生产、中批量生产、小批量 或单件生产。根据工件的不同以及加工要求的不同，三大类的生产纲领也有不同的 范围。 在大量的生产过程之中，产品的生产纲领孔跟组合机床生产率经常会构成一对 需要妥善解决的矛盾。 在实际生产过程之中， 由于生产纲领跟机床的负荷率的关系， 人们会合理的选择这两个参数来确定生产纲领。机床的负荷率可以按照下面的式子 进行计算: = 460060 式中，N产品的生产纲领； T1 台机床加工 1 个工件所需的时间（min） ； 4600按照两班工作制，每天 15 小时进行计算。 根据经验，组合机床的机床负荷率取值范围在 0.75-0.90 之间选取。 对于此卧式双面前悬架钻孔组合机床的 T=4min/件，选取=0.80，则根据上式 可计算出本组合机床的生产纲领： N=460060 =0.8460060 4 =55200 2.3 被加工零件工序图 被加工零件工序图是把需要在组合机床上加工的零件形状、尺寸、加工部位要 达到的精度、 表面粗糙度及技术要求， 加工用的定位基准、 夹压点以及工件的材料、 硬度等，在图纸上用特殊的符号简单明了地标识出零件的加工部位和要求的图纸。 它是设计与维修组合机床的重要依据之一，也是制造、使用时检验和调整机床的重 要文件。被加工零件工序图是在被加工零件图的基础上，突出本组合机床或自动线 的加工内容，并作必要的说明而绘制的。 被加工零件工序图的主要内容有： （1）被加工零件的形状、主要外廓尺寸和工件加工部位尺寸、结构、精度、 粗糙度以及技术要求等。本工序所选定的定位基准、夹压部位及夹紧方向，以便由 此进行夹具的支承、定位、夹紧和导向等机构设计。 （2）本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及 对上道工序的技术要求。 （3）对于需要设置中间导向的工件，应将导向部位的结构、尺寸绘出，便于 检查工件装进夹具里面时是否相碰，以及刀具通过的可能性。 （4）注明工件的材料、硬度、重量、名称、编号及被加工部位的余量。 根据现有的加工零件图，按规定画出被加工零件工序图，如图 2.2 所示。 6 图图 2.22.2 被加工零件工序被加工零件工序图图 processed parts process diagram 第三章 组合机床总体方案设计 组合机床总体设计，通常是根据与用户签订的合同和技术协议书，针对具体零 件，拟定工艺和结构，并进行方案图样和有关技术文件的设计。这些图纸包括:被 加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图，生产率计算卡等。 3.1 组合机床通用部件的选择依据 通用部件的选择是组合机床设计的主要内容之一。选用的基本方法是:根据所 需的功率、进给力、进给速度等要求，选择动力部件及配套部件。选择依据如下： 1.切削功率应满足加工所需的计算功率（包括切削所需功率、空转功率及传动 功率） 。 2.进给部件应满足加工所需的最大计算进给力、进给速度和工作行程及工作循 环的要求，同时还要考虑装刀、调刀的方便性。 3.动力箱与多轴箱应相适应与匹配。 4.应满足加工精度要求。 5.应尽可能按通用部件的配套关系选用有关的配套部件。 3.1.1 切削用量的选择 汽车前悬架加工组合机床总体设计 7 组合机床上使用的切削用量，主要是切削速度 V（m/min） 、进给量 f（mm/r） 、 每转进给量 S (mm/r )和每分钟进给量（mm/min） ，这些参数选择得是否合适，对 生产率与加工质量有很大的影响。当切削用量选择得大时，加工一个工件所需的机 动时间就少， 单件生产率高。 但是， 如果切削用量选择得太大， 所需的切削力就大， 在切削过程中产生的热变形和振动就大，会使加工精度和表面粗糙度降低。同时， 刀具的耐用度也会随之降低。由于组合机床通常采用多刀同时加工，刀具的刃磨、 装卸、调整都很费事。如果刀具的耐用度过低，就会因刀具的装卸、刃磨使机床的 生产率降低。由此可见，组合机床切削用量的合理选择是比较复杂的。总的说来， 组合机床要求刀具的耐用度比通用机床的高。 工件的被加工孔径为 13mm 和 20mm，工件的材料为球型铸铁 QT40-10，硬度 HB156-197。 根据以上条件，查阅组合机床设计简明手册 ，按高速钢钻头查表 6-11 确定 切削用量： 对于 13 的孔，选取切削速度 v=14.5m/min，进给量 f=0.132mm/r； 对于 20 的孔，选取切削速度 v=16.03m/min，进给量 f=0.183mm/r。 3.1.2 切削力、转矩和功率的计算 根据己选取的切削速度和进给量，查表 6-20 确定切削力，切削转矩和切削功 率，可得： HB=max-1 3（max-） =197-1 3（197-156） =183.33 对于 13 的孔 切削力： F=26D0.80.6 =26 13 0.1320.8 183.330.6 =1525.16N 切削转矩： T=101.90.80.6 =10 131.9 0.1320.8 183.330.6 =5900.54N mm 切削功率： P= Tv 9740 =5900.5414.5 974013 =0.215kW 对于 20 的孔 切削力： F=710.750.850.6 =71 200.75 0.1830.85 183.330.6 =6424.33N 8 切削转矩： T=2.632.6f0.6 =2.63 202.6 0.183 183.330.6 =26486.52N mm 切削功率： P= Tv 9740 =26486.5216.03 974020 =0.694W 3.2 组合机床通用部件的选择 工序内容本身决定了组合机床采用的动力部件的内容。对钻、扩、镗孔等工序 一般采用机械动力头配多轴箱， 或者采用动力箱、 多轴箱和动力滑台(机械或液压)。 后一种配置形式在应用上更为灵活，通用化程度更高一些。对于镗孔工序还可以采 用镗孔车端面头加动力滑台，或着是专用的镗孔多轴箱加动力滑台。镗孔车端面头 常用于工件只有一个孔及端面需要加工的情况。 由于本组合机床只需用于加工前悬架的五个孔，所以对于加工此前悬架的组合 机床采用双面卧式端面加工头加动力滑台结构。 3.2.1 动力箱的匹配 动力箱规格要与滑台相匹配，其驱动功率主要依据多轴箱所需传递的切削功率 来确定。 P动力箱= P切削 式中，P切削消耗于各主轴的切削功率的总和，单位为 kW； 多轴箱的传动效率，加工黑色金属时取 0.8-0.9，加工有色金属时取 0.7-0.8； 主轴数多、传动复杂时取小值，反之则取大值。 对于加工13mm 的孔，总切削功率 P总=6P=6 0.215=1.29kW， P动力箱=1.29/0.85=1.52kW 对于加工20mm 的孔，总切削功率 P总=2P=2 0.694=1.39kW， P动力箱=1.39/0.85=1.63kW 查组合机床简明设计手册表 5-38，选择 1TD25B 型动力箱。电动机型号 为 Y100L1-4， 电动机功率 2.2kW， 电动机安装端面至罩壳后面间的轴向长度为 325mm， 电动机转速为 1420r/min，输出轴转速为 785r/min。 3.2.2 动力滑台的选择 通常根据选定的切削用量台，滑台的驱动方式所需进给力、最小的进给速度、 工作行程、结台多轴箱轮廓尺寸，工作的稳定性这些方面的内容进行滑台的选择， 初选 1HJ 型机械滑台: 汽车前悬架加工组合机床总体设计 9 （1） 选择动力滑台及附属部件 在液压滑台与机械滑台的优缺点的比较中，机械滑台进给量稳定，低速时无爬 行，高速时无振动，可以降低加工工件表面的粗糙度。此外，机械滑台具有较好的 抗冲击能力，钻头钻通孔将要出口的时候，不会因为冲击力的原因而使刀具损坏。 然而，液压滑台因进给量载荷的变化和温度的影响不够稳定，调整维修比较麻烦， 综合上述原因，选择机械滑台，因为滑台的选择要与动力箱配套,因此选择 1HJ25 型系列机械滑台。该型液压滑台的主要技术参数如表 3-1 所示： 表表 3 3- -1 1 液压滑台的主要技术参数液压滑台的主要技术参数 Main technical parameters of hydraulic Main technical parameters of hydraulic sliderslider 型号 台面宽 台面长 最大行程 进给力 快进速度 工进速度 1HJ25 320mm 500mm 250mm 8000N 8.01r/min 20.6-380r/min 根据 1HJ25 系列液压滑台，选择该系列滑台的附属部件、支承部件和配套设施 部件，由查组合机床设计简明手册所知，如下表 3-2 所示： 表表 3 3- -2 1HY322 1HY32 系列液压滑台系列液压滑台 1HY321HY32 series hydraulic sliding tableseries hydraulic sliding table 型号 行程 立柱 滑台侧底座 立柱侧底座 1HJ25 1HJb25 1HJ25M 1HJb25M 250 400 1CLb25 1CLb25M 1CC251 1CC252 1CC251M 1CC252M 1CD251 1CD252 1CD251M 1CD252M 因为该机床所选择的加工方式是卧式双面，则该液压滑台的配置型式为卧式。 其具体配置时联系尺寸以及相关部件的位置关系根据组合机床设计简明手册中 的表 5- -6 来确定。 （2） 确定进给速度 机械滑台在确定刀具的切削用量时，所规定的工作进给速度应大于滑台最小进 给速度，1HJ 型滑台为有级调速，工作进给速度为 20.6-380r/min 范围内，因此选取 滑台的型号为 1HJ25 型。 （3） 确定滑台进程 由于滑台的行程除了要保证足够的工作行程外还必须留有前备量和后备量。前 备量是为了使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及刀具磨 损后能向前调整，前备量一般取值范围为 15-20mm，本设计取前备量为 20mm，后 备量是为了使动力部件有一定的向后移动的余地以方便装卸刀具，所以总行程为: 加工13mm 的孔时，工作行程+前备量+后备量=220+20+90=330mm； 加工20mm 的孔时，工作行程+前备量+后备量=225+20+100=345mm。 3.3 选择定位基面 组合机床夹具的设计和普通机床夹具的设计从设计原则上来讲没有多大的区 别，同样需要用六点定位、基准、基面选择、误差分析与计算等一些常用方法。但 是，组合机床夹具还有以下特点： 1. 切削力比较大； 10 2.定位、夹紧要求机械化或自动化； 3.在自动线上的夹具需要自动运输的要求。 3.3.1 统一基准问题 当工件以某一精基准定位，可以比较方便地加工大多数（或所有)其他表面， 则应尽早地把这个基面加工出来，并达到一定精度，以后的工厂序均以它为基准加 工其它表面，即统一基准原则。采用统一基准原则可以简化夹具设计，减少工件搬 动和反转次数，在自动化生产种有广泛的应用。必须指出的是，统一基准原则常常 会带来基准不重合的问题。在这种情况下，要对具体问题具体分祈，在满足设计要 求的前提下，决定最终选择的精基面。当定位基准与设计基准不重合时，需要根据 尺寸链原理进行工序尺寸换算。 3.3.2 基准重合问题 为了保证加工精度，应尽可能选择被加工表面的设计基准为精准面，即采用基 准重合原则。在对加工面位置尺寸有决定作用的工序中，特别是位置公差要求很小 的时候，一般不应违反这一原则。采用设计基准或装配基准作为加工的精基准。考 虑前悬架的结构特点，以及零件的性质，本组合机床加工时，以零件上已加工的端 面为加工基准，在加工时这样既可以保证零件上所需零件孔的位置精度，也可保证 所加工孔的加工精度，使其具有所需的安装精度，使其满足此前悬架加工后符合加 工要求。 3.3.3 定位基面及定位方法的选择 选择定位基面时，在考虑工件的装卸、夹紧及自动化运输等问题的同时，还要 考虑定位支承、导向、运输以及夹具上各元件的干涉问题，所以本卧式双面组合机 床的定位基面及定位方法选择如下： 从前悬架的主视图上看，以零件的凸台端面为定位基准，两侧端面安装手动夹 紧装置，以保证前悬架在组合机床加工时的水平位置，起到前悬架的定位、夹紧， 保证加工尺寸和形位精度的要求，以及前悬架在加工中能承受重力、切削力等而保 证定位位置不变的操作。从零件的左视图上看，定位基准还有 13 的孔端面。以 13 的孔端面为定位基准，保证工件在组合机床上有确定的位置，限制前悬架在竖 直方向的自由度，而前端面为定位基准，可以保证定位基准跟加工基准重合，满足 了基准重合的原则，保证了零件的加工尺寸和形位精度的要求。 3.3.4 夹紧力的可靠性问题 由于组合机床加工的切削力较大，为此，常因切削力而产生相当大的颠覆力 矩，使切削时产生振动。因此要求定位面尽可能大，夹紧力大、夹紧稳定牢固，但 又不致使工件变形而影响加工精度。至于加工此前悬架时所受的具体夹紧力，以及 与之相对应的夹具设计，由于本文主要是机床总体设计，所以不再详细阐述。 3.4 组合机床配置型式的选择 组合机床有大型和小型两种，大型组合机床主要有单工位组合机床和多工位组 合机床两大类。由于单工位组合机床适用于大、中型零件的加工，特别适用丁于箱 体零件， 所以本机床选用单工位组合机床。 但是， 在选用单工位组合机床时应注意: 汽车前悬架加工组合机床总体设计 11 1.单工位组合机床大多采用固定式夹具(工件移动的铣床除外)，通常安装一个 工件。 2.单工位组合机床通常对工件上一个部位只加工一次，因此为了对同一个部位 进行多项加工，需要几台机床顺序进行或采用复合刀具。 3.在单工位组合机床加工中 ,辅助时间不能和机动时间重叠。因此缩短辅助时 和机动时间成为提高生产率的关键，必要时采用提高生产率的光进工厂艺来解决。 因此，此卧式双面前悬架钻孔组合机床采用单工位组台机床形式，并且采固定 式夹具，对前悬架上的五个孔进行同时加工。 第四章 组合机床加工示意图的设计 4.1 加工示意图的作用和内容 加工示意图是在工艺方案和机床方案初步确定的基础上绘制而成的，是表达工 艺方案具体内容的机床工艺方案图。它是设计刀具、夹具、多轴箱、电气、液压系 统以及选择动力部件的重要依据；是对机床布局以及机床性能的原始要求；也是将 来机床试车、调整的重要技术文件。 加工示意图应表达的内容包括： （1）机床的加工方法。 （2）机床主要部件和工件的相对位置与联系尺寸。 （3）刀具、刀杆以及主轴的连接结构和尺寸；导向结构尺寸、配合精度以及联系 尺寸。 （4）各主轴的切削用量。 （5）工件加工部位的结构和尺寸。 （6）机床动力部件的工作循环过程及工作行程长度。 （7）机床的使用条件。 4.2 刀具、导向结构的选择 4.2.1 刀具的选择 选择刀具应考虑工艺要求与加工尺寸精度、工件材料、表面粗糙度以及生产率 的要求。只要条件允许，应该尽可能的新选择标准刀具。如果需要提高工序集中程 度，可以采用复合刀具。孔加工刀具直径的选择要与加工部位的尺寸以及精度相吻 合，其长度要保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套的外端面之间有 30mm-50mm 的距离，以方便排除废屑和刀具磨损后一定的向前调整量。此外，刀具锥柄插入接 杆孔内的长度，应该从刀具的总长度中减掉。 所以，根据被加工零件要加工的孔是两个20mm 和三个13mm 的孔，参照上 述要求，查机械加工工艺手册 ，选择20mm 的硬质合金钻头，总长=160.5mm， 钻头长2=112mm,莫氏号为 2；13 的麻花钻头，总长=170mm，钻头长2=100.5mm, 莫氏号为 1。 4.2.2 导向的选择 选择导向装置的类型、型式和结构 12 组合机床在加工孔时，除了使用刚性主轴加工方案外，工件上孔的位置精度主 要靠刀具的导向装置来保证。因此，正确选择导向结构，合理确定导向类型、精度 是进行组合机床设计的重要内容，也是在加工示意图中必须解决的问题。导向装置 可以分为两大类，包括固定式导向装置和旋转式导向装置。在加工孔径不超过 40mm 或者摩擦表面的线速度小于 20m/min 时，一般采用固定式导向，刀具或刀杆的导向 部分，在导向套内既转动同时又轴向移动。固定式导向装置一般是有中间套、可换 导套以及压套螺钉组成。中间套能够在可换导套磨损以后进行更换，不会破坏钻模 体上面孔的精度。所以，本设计应该采用固定式导向装置。 确定导向数量、选择导向参数 导向数量应该根据工件的形状、内部结构、刀具的刚度、加工精度和具体的加 工情况来决定。对于单层壁小孔，通常选用单导向。 导向的主要参数包括以下几点：导套的直径及公差配合、导套的长度及导套离 工件端面的距离等。本设计中，对于加工20mm 的孔，导套的直径为 30mm，导套 长度为 55mm，导套到工件端面的距离为 20mm；对于加工13mm 的孔，导套的直径 为 22mm，导套长度为 36mm，导套到工件端面的距离为 15mm。 4.3 切削用量的确定 各主轴的切削用量确定后，应标注在该轴的一侧，并用方框框起，其内容包括 主轴转速 n、每转进给量 S、每分钟进给量 Sx 、切削速度 v。 对于加工13mm 的孔，其中 v=14.5m/min S=0.132mm/r n= = 14.5 3.140.013=335r/min SX=Sn=0.132335=44.2mm/min 对于加工20mm 的孔，其中 v=16.03m/min S=0.183mm/r n= = 16.03 3.140.02=255r/min SX=Sn=0.183255=46.7mm/min 4.4 主轴类型、接杆的确定 4.4.1 主轴类型的确定 主轴类型主要依据工艺方法和刀杆跟主轴的联结结构进行确定。主轴轴颈及轴 端面尺寸主要取决于进给抗力和主轴-刀具系统结构。主轴轴颈的尺寸规格应根据 选定的切削用量计算出切削扭矩 T， 查 组合机床设计简明手册 中的表 3-4 可知， d=B10 4 由于是非刚性主轴，所以=1/2(/m)，取 B=6.2 对于加工13mm 的孔： d= B10 4 =6.210 8.879 4 =19.03mm 汽车前悬架加工组合机床总体设计 13 所以初定主轴直径为 20mm，按表 3.7 选定主轴的外伸长度 L=115mm，外径 D=32mm， 内径 d1=20mm,主轴的类型为深沟球轴承， 配套的刀具接杆莫氏锥度号为 1。 对于加工20mm 的孔： d= B10 4 =6.210 52.104 4 =33.87mm 所以初定主轴直径为 35mm，按表 3.7 选定主轴的外伸长度 L=115mm，外径 D=50mm， 内径 d1=36mm,主轴的类型为深沟球轴承， 配套的刀具接杆莫氏锥度号为 2。 4.4.2 接杆的确定 接杆已经标准化，通用标准接杆号可以根据刀具尾部椎体莫氏锥度和主轴头部 内孔直径 d1按表 8-1 来选择。 对于加工13mm 的孔， 选择 B 型接杆， 长度 L=115mm， 锥度是莫氏 1 号；对于加工20mm 的孔，选择 B 型接杆，长度 L=126.5mm，锥度是 莫氏 2 号。 4.5 多轴箱端面到工件端面的确定 多轴箱端面到工件端面的距离是加工示意图中最重要的联系尺寸，它是由刀具 悬伸长度、螺母厚度、主轴外伸长度与接杆伸出长度之和减去加工孔深而确定的。 在设计机床的时， 为了使其结构紧凑， 应尽量使工件端面到多轴箱端面的间距最小。 为了便于排出切屑和刀具刃磨后向前调整，应保证在加工终了位置时钻头等刀具的 螺旋槽尾部至导向套端面的距离。由计算得知，加工13mm 的孔的多轴箱端面至工 件端面的距离为406.5mm， 加工20mm的孔的多轴箱端面至工件端面的距离为360mm。 4.6 工作循环的确定 动力部件的工作循环是指动力部件从原始位置运动开始，到终了又回到原始位 置的动作过程，它是由加工工艺的具体需要来确定的。 工作进给长度的确定 工件进给长度 L工应该等于所加工部位的长度 L 与刀具切入长度 L1和切出长度 L2之和。在加工13mm 的孔时，工件进给长度为 L工=L+L1+L2=10+8+12=30mm 在加工20mm 的孔时，工件进给长度为 L工=L+L1+L2=24+8+13=45mm 快速退回长度的确定 快速退回长度一般等于快速引进与工件进给长度之和。快速引进时动力部件把 刀具从原始位置送到工件进给开始位置，它的长度按照加工的具体情况来确定。 因考虑刀具能从接杆锥柄孔内取出， 在加工13mm的孔时， 刀具的悬伸长度为170mm， 应确定为 190mm，则快速退回长度为工作进给长度+快速引进长度=30+190=220mm； 在加工20mm 的孔时，刀具的悬伸长度为 160.5mm，应确定为 180mm，则快速退回 长度为工作进给长度+快速引进长度=45+180=225mm。 动力部件总行程长度的确定 动力部件的总行程长度除了要保证实现上述工作循环快进引进+工作进给=快 速退回外，还需要考虑到装卸和调整刀具的方便，即前、后备量。 14 对于加工13mm 的孔，前备量为 20mm，后备量为 90mm, 总行程=工作行程+前备量+后备量=220+20+90=330mm； 对于加工20mm 的孔，前备量为 20mm，后备量为 100mm, 总行程=工作行程+前备量+后备量=225+20+100=345mm。 4.7 钻模板设计 钻模是用来保证工件孔的位置精度的，它需要有足够的强度跟刚度，防止因为 变形而影响钻套的导向精度。在组合机床加工孔的工序过程中，除了采用刚性主轴 加工方法以外，多数情况下是让切削刀具在导向装置中工作的。因本道孔加工工序 的主轴为非刚性主轴，因此采用钻模导向装置，它的作用是： 保证刀具对工件的正确位置； 保证各个刀具之间相互的正确位置； 提高刀具系统的支承刚度。 已经钻头直径为 13mm 和 20mm，选择钻模板厚度分别为 30mm 和 55mm，钻模板 形式为活动式钻模板，钻套采用可换式钻套，以便磨损后能够快速进行更换。 4.8 其他应注意的问题 加工示意图应与机床实际加工状态一致，表示出主轴加工方法以及工件安装 状态。 尺寸要完整地进行标注，多轴箱端面至刀尖的轴向尺寸要齐全，便于进行行 程的检查和机床使用的调整。 加工示意图需要有必要的说明， 包括被加工零件的名称、 图号、 材料、 硬度、 加工余量以及其他工艺要求等。 根据以上的计算和选用，按照要求画出了加工示意图，如图 4.1 所示。 图图 4.14.1 加工示意加工示意图图 processing schematic drawing 汽车前悬架加工组合机床总体设计 15 第五章 组合机床联系尺寸图的设计 5.1 联系尺寸图的作用和内容 机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并且按照初步选 定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构绘制而成的。一般来说，组合机 床是由标准的通用部件动力滑台，动力箱，各种工艺切削头，侧底座，立柱，立 柱底座及中间底座加上专用部件主轴箱，刀、辅具系统，夹具，液、电、冷却、 润滑、排屑系统组合装配而成的。机床联系尺寸图用以检验各部件相对位置及尺寸 联系能否满足加工要求，以及通用部件选样是否合适。同时，它也为多轴箱、夹具 等专用部件的设计提供重要依据。 机床联系尺寸图的内容包括: （1）机床各主要组成部件的外形轮廓和相对位置，以此来表明机床的配置型 式跟总体布局。 （2）完整地反映各个部件之间联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部 件的极限位置尺寸、各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。 （3）对通用部件的型号、规格，动力部件的运动尺寸和所用电动机的主要参 数要进行标注，并注明机床部件的分组情况和总行程，不能遗漏。 5.2 确定装料高度 装料高度是指工件安装基面到地面的距离。我国过去设计组合机床一般取装料 高度 H=850mm。为了提高通用部件以及支撑部件的刚度并考虑自动线设计时中间 底座内袄安装夹具输送、冷却排屑装置，新颁布的标准推荐装料高度 H=1060mm， 与国际标准一致。现阶段，在