减速器箱体攻丝专用机床结构设计.doc

题目 题目 减速器箱体攻丝专用机床结构设计减速器箱体攻丝专用机床结构设计 摘 要 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 成的一种高效专用机床 可以对一种或一类零件进行高效率的加工 主要用于零 件的大批量生产 具有低成本 自动化程度高 配置灵活 高效率和高精度的特 点 此外 由于大量地使用通用部件 组合机床的设计周期也很短 便于生产的 组织和调整 本次组合机床的设计目的是为了实现对所给减速器箱体零件上孔的螺纹加工 在本次设计中 床身 动力箱 主轴箱液压滑台等均选用了通用部件 又根据所 加工零件的形状和尺寸要求设计了专用的夹紧装置 采用了 一面两销 的定位 方式和液压夹紧方式 动力箱在组合机床上是独立装配的 它是用来提供回转刀 具的轴和提供刀具纵向进给运动 本次设计中选用的是 TD25A 型动力箱 并选用 与之相配套的 HY25B 型液压滑台 主轴箱分为固定中心距和可调节中心距两种 前者类型的箱体具有较大的刚 度 他的使用比后者更频繁 本次设计中采用了前一种类型的主轴箱 主轴箱安 装在动力箱上 动力箱安装在液压滑台上 液压滑台安装在滑座上 下面装有侧 底座 夹具下方是中间底座 具体的结构可参见说明书中的机床联系尺寸图 关键词 组合机床 液压滑台 动力箱 主轴箱 ABSTRACT The unit built machine tools is one kind of highly effective special purpose machine which is according to the work piece processing need take the massive general parts as the foundation and matches few special purpose parts They can process one kind of or kind of components high efficiently Mainly uses in the mass production of the components has the low cost the automaticity high the disposition nimble the high efficiency and the high accuracy characteristic In addition because uses the general part massively the design cycle of the unit built machine tool is also very short which is advantageous for the production organization and the adjustment The goal of this unit built machine tool design is in order to realize the screw thread processing on the reducer gear box body components In this design The lathe bed the power box the main spindle box hydraulic pressure moving platform and so on has selected the general part also has designed the special purpose clamp according to the shape and the size of the processed components request It used the locate mode of one surface and two pin and the hydraulic pressure clamp way The power box on the unit built machine tool is assembled independently It is used for to provide the axis of the rotates cutting tool and to provide the cutting tool longitudinal feed motion In this design I selected the type of the power box is TD25A and selected HY25B hydraulic pressure moving platform with it necessary The main spindle box divides into two kinds One is the fixed center distance type and the other one is can adjust the center distance The former type box body has the great rigidity which is used more frequent than the latter In this design I have used the preceding kind of main spindle box The main spindle box is fixed on the power box the power box is fixed on the hydraulic pressure moving platform the hydraulic pressure moving platform is fixed on the slide rails below is loaded with the side foundation under the jig is the middle foundation the concrete structure may see also in the instruction booklet of the machine tool s relation dimensional drawing Key word unit built machine tools hydraulic pressure moving platform power box main spindle box 目 录 第一章 组合机床设计的特点 1 1 1 组合机床的特点 1 1 1 2 组合机床的工艺范围和配置型式 1 1 3 组合机床的设计步骤 2 第二章 组合机床通用部件及其选用 4 2 1 通用部件的分类 4 2 2 主轴部件 4 2 3 通用部件选用的方法和原则 5 2 4 通用部件的选用 2 5 第三章 组合机床的总体设计 7 3 1 组合机床设计的步骤 3 7 3 2 组合机床方案的制定 9 3 3 确定切削用量及选择刀具 14 3 4 组合机床总体设计 三图一卡 16 结 论 29 参考文献 30 附 录 31 附录一 英文原文 31 附录二 中文译文 42 谢 辞 50 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 1 第一章 组合机床设计的特点 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 的一种高效专用机床 可以对一种或一类零件进行高效率的加工 主要用于零件的 大批量生产 具有低成本 自动化程度高 配置灵活 高效率和高精度的特点 此 外 由于大量地使用通用部件 组合机床的设计周期也很短 便于生产的组织和调 整 1 1 组合机床的特点 1 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 组合机床与通用机床和专用机床相比具有如下特点 1 主要用于棱体类零件和杂体的孔面加工 2 生产率高 因为工序集中 可多面 多工位 多轴 多刀同时自动加工 3 加工精度稳定 因为工序固定 可选用成熟的通用部件 精密夹具和自动工 作循环来保证加工精度的一致性 4 研制周期短 便于设计 制造和使用维护 成本低 因为通用化 系列化 标准化程度高 通用零部件占 70 90 通用部件可组织批量生产进行预制 或外购 5 自动化程度高 劳动强度低 6 配置灵活 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 件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线 机床易于改装 产品或工艺改变时 通用部件一般还可以重复利用 1 2 组合机床的工艺范围和配置型式 1 2 1 组合机床的工艺范围 目前 组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序 平面加工包括铣平面 锪平面 车端面 孔加工包括钻 扩 铰 镗孔以及倒角 切槽 攻螺纹 锪沉孔 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 2 滚压孔等 随着综合自动化的发展 其工艺范围正扩大到车外圆 行星铣削 拉削 推削 磨削 珩磨及抛光 冲压等工序 此外 还可以完成焊接 热处理 自动装 配和检测 清洗和零件分类及打印等非切削工作 组合机床在汽车 拖拉机 柴油机 电机 仪器仪表 军工及缝纫机 自行车 等轻工行业大批大量生产中已获得广泛的应用 一些中小批量生产的企业 如机床 机车 工程机械等制造业中也已推广应用 组合机床最适合加工各种大中型箱体类 零件 如气缸盖 汽缸体 变速箱体 电机座及仪表壳等零件 也可用来完成轴套 类 轮盘类 叉架类和盖板类零件的部分或全部工序的加工 1 2 2 组合机床的配置形式 组合机床的通用部件分大型和小型两大类 用大型通用部件组成的机床称为大 型组合机床 用小型通用部件组成的机床称为小型组合机床 大型组合机床和小型 组合机床在结构和配置形式等方面有较大的差别 大型组合机床的配置形式可分为单工位和多工位两大类 而每类中又有多种配 置形式 小型组合机床也是由大量通用零部件组成 其配置特点是 常用两个以上具有 主运动和进给运动的小型动力头分散布置 组合加工 动力头有套筒式 滑台式 横向尺寸小 配置灵活性大 操作使用方便 易于调整和改装 1 3 组合机床的设计步骤 组合机床一般都是根据和用户签订的设计 制造合同进行设计的 合同中规定 了具体的加工对象 工件 加工内容 加工精度 生产率要求 交货日期及价格等 主要的设计原始数据 在设计过程中 应尽量做到采用先进的工艺方案和合理的机 床结构方案 正确选择组合机床通用部件及机床布局形式 要十分注意保证加工精 度和生产效率的措施以及操作使用方便性 力争设计出技术上先进 经济上合理和 工作可靠的组合机床 组合机床的设计步骤大致如下 1 3 1 调查研究 调查研究的主要内容包括以下几个方面 1 认真阅读被加工零件图样 研究其尺寸 形状 材料 硬度 重量 加工部位 的结构及加工精度和表面粗糙度要求等内容 通过对产品装配图样和有关工艺资料 的分析 充分认识被加工零件在产品中的地位和作用 同时必须深入到用户现场 对用户原来生产所采用的加工设备 刀具 切削用量 定位基准 夹紧部位和加工 质量及精度检验方法 装卸方法及装卸时间 加工时间等作全面的调查研究 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 3 2 深入到组合机床使用和制造单位 全面细致的调查使用单位车间的面积 机床 的布置 毛坯和在制品流向 工人的技术水平 刀具制造能力 设备维修能力 动 力和起重设备等条件以及制造单位的技术能力 生产经验和设备状况等条件 3 研究分析合同要求 查阅 搜集和分析国内外有关的技术资料 吸取先进的科 学技术成就 对于满足合同要求的难点拟采用的新技术 新工艺映要求进行必要的 实验 以取得可靠的设计依据 总之 通过调查研究应为组合机床总体设计提供必要的大量的数 据 资料 做好充分的 全面的技术准备 1 3 2 总体方案设计 总体方案的设计主要包括制定工艺方案 确定零件在组合机床上完成的工艺内 容及加工方法 选择定位基准和夹紧部位 决定工步和刀具种类及其结构形式 选 择切削用量等 确定机床配置形式 制订影响机床总体布局和技术性能的主要部件 的结构方案 总体方案的拟定是设计组合机床最关键的一步 方案制定的正确与否 将直接影响机床能否达到合同要求 保证加工精度和生产率 并且结构简单 成本 较低和使用方便 总体方案设计的具体工作是编制 三图一卡 既绘制被加工零件工序图 加 工示意图 机床联系尺寸图 编制生产率计算 1 3 3 技术设计 技术设计就是根据总体设计已经确定的 三图一卡 设计机床各专用部件正式 总图 如设计夹具 多轴箱等装配图以及根据运动部件有关参数和机床循环要求 设计液压和电器控制原理图 设计过程中 应按设计程序作必要的计算和验算等工 作 并对第二 三阶段中初定的数据 结构等作相应的调整或修改 1 3 4 工作设计 当技术设计通过审查后即可开展工作设计 即绘制各个专用部件的施工图样 编制各部件零件明细表 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 4 第二章 组合机床通用部件及其选用 通用部件是具有特定功能 按标准化 系列化 通用化原则设计制造的组合机 床基础部件 它有统一的联系尺寸标准 结构合理 性能稳定 组合机床的通用化 程度是衡量其技术水平的重要标志 通用部件的选择是组合机床设计的重要内容之 一 2 1 通用部件的分类 随着科学技术的迅速发展 组合机床类型在不断更新和发展 如已有数控组合 机床 专用组合机床等新品种 所以 通用部件的品种 规格也日趋繁多 通用部件按其尺寸大小 驱动和控制方式 单机和自动线的不同 可分为大型 和小型通用部件 机械驱动 液压驱动 风动或数控通用部件 组合机床和组合机 床自动线通用部件 还出现整机的通用模块 如专能机床 柔性加工单元 UD 系列 组合式柔性单元等 但这些通用部件有其共性功能 按功能划分的类别覆盖面较大 通用部件按其功能通常分为五大类 1 动力部件 动力部件是用于传递动力 实现工作运动的通用部件 它为刀 具提供主运动和进给运动 是组合机床及其自动线的主要通用部件 它包括动力滑 台 动力箱 具有各种工艺性能的动力头等 2 支承部件 支承部件是用于安装动力部件 输送部件等的通用部件 它包 括侧底座 中间底座 立柱 立柱底座 支架等 它是组合机床的基础部件 机床 上各部件之间的相对位置精度 机床的刚度等主要依靠它来保证 3 输送部件 输送部件是具有定位和夹紧装置 用于安装工件并运送到预定 工位的通用部件 它包括回转工作台 移动工作台和回转鼓轮等 通常具有较高的 定位精度 4 控制部件 控制部件用来控制具有运动动作的各个部件 以保证实现组合 机床工作循环 它包括可编程序控制器 PLC 液压传动装置 分级进给机构 自 动检测装置及操纵台电柜等 5 辅助部件 辅助部件包括定位 夹紧 润滑 冷却 排屑以及自动线的清 洗等各种辅助装置 上述通用部件中 有一部分通用部件及大量通用部件 特别是控制和辅助部件 通用范围更广 既可用于通用部件 也可用于专用部件 通常称为 广泛通用部件 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 5 2 2 主轴部件 主轴部件又称单轴头或工艺切削头 其端部安装刀具 尾部联结传动装置即可 进行切削 如进行铣削 镗削 钻削及攻螺纹等单轴加工工序 每种主轴部件均采 用刚性主轴结构 在加工时 刀杆 或刀具 一般不需要导向装置 加工精度主要 由主轴部件本身以及滑台的精度来保证 主轴部件与相应规格的主运动传动装置配套使用 主轴部件配上传动装置安装 在动力滑台上 可以组成立式或卧式组合机床 这类机床不设导向装置 夹具结构 较简单 机床配置灵活 在本次课题中 会用到攻螺纹头 1TG 系列攻螺纹头与同规格的各种传动装置 液压滑台或机械滑台 攻螺纹行程控制装置 制动器等配套组成组合机床 用以完 成对铸铁 钢及有色金属零件的攻螺纹 攻螺纹头主轴呈三层结构 外层主轴套支承在前后两个单列向心球轴承上 从 传动装置获得主运动 并通过传动键使外伸内层主轴 靠模螺杆 旋转 中层主轴 套用压板压紧在攻螺纹头前盖上 而靠模螺母则用断面结合器与中层主轴套联结 因而靠模螺母只能向前作轴向微量移动 不能转动 外伸内层主轴 靠模螺杆 支 承在中层主轴套内 在旋转的过程中按靠模螺母副的螺距做一定的轴向运动实现攻 螺纹 传动装置通过花键驱动传动轴 由键驱动主轴回转 靠模通过键与紧固在箱 体上的套筒连在一起 因此在主轴转动的同时 在靠模螺母作用下 主轴前后移动 完成攻螺纹动作 2 3 通用部件选用的方法和原则 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 选择动力部件及其配套部件 选用原则如下 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 同时还需考虑装刀 调刀的方便性 3 动力箱与多轴箱尺寸应相适应和匹配 根据加工主轴分布位置可大致算出多 轴箱尺寸 边缘主轴与多轴箱边缘最小距离为 70 100mm 并圆整后选用相 近尺寸的标准规格多轴箱 据此选择结合尺寸相适应的动力箱 4 应满足加工精度的要求 选用是应注意结构不同或者结构相同 精度等级不 同的动力部件所能达到的加工精度是不同的 5 尽可能按通用部件的配套关系选用有关通用部件 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 6 2 4 通用部件的选用 2 2 4 1 动力部件的选用 选用动力部件主要是确定动力部件的品种和规格 1 动力部件品种的确定 在设计组合机床时 究竟选用哪种动力部件 应当根据 具体的加工要求 机床的配置形式 制造及使用条件等确定 对于完成主运动的动 力部件 如钻削头 铣削头 镗削头等 通常是根据加工工艺要求和配置形式等确 定 例如 设计一台镗孔加工的立式组合机床时以选用镗削头并配以尾置式的主传 动装置 对于完成进给运动的动力部件 如液压滑台 机械滑台 通常是根据进给 速度的稳定性 进给量的可调性 工作循环等要求来确定 还要注意用户所在地区 气温条件及用户使用的方便性 例如 设计的组合机床要求进给速度稳定 工作循 环不太复杂 进给量又不需要无极调速时 一般可选用机械滑台 不太炎热的地区 可选用液压滑台 对自动线或流水线各台机床一般选用同一传动方式的滑台 以便 设计制造和使用维护 批量不大的多品种柔性化生产 应考虑选用数控滑台 2 动力部件规格的确定 影响动力部件规格的因素有功率 进给力 进给速度 最大行程及多轴箱外形尺寸等 在确定动力部件规格时 一般先进行功率和进给力 计算 在根据选用动力部件的原则 综合的 全面地考虑其他因素来确定其规格 必须强调的是最后所确定的动力部件的规格 应全部满足原则中的各项要求 当遇 到动力部件的功率或进给力不能满足要求 但又相差不太大时 不要轻易的选用大 一规格的动力部件 而应适当调整切削用量或改变工艺方法 如将同一面部分通孔 顺序钻削 刮削端面改为车端面等 但必须以不影响加工精度和生产率要求为前提 2 4 2 其他通用部件的确定 对于支承部件如侧底座 立柱等通用部件 可选用与动力滑台规格相配套的相 应规格 对于输送部件可按所需工作台的运动形式 工作台台面尺寸 工位数 驱动方式及 定位精度等来选用 通常根据运动形式及驱动方式等要求 确定输送部件的品种 根据所需工作台台面的大小 工位数及行程等要求 确定输送部件的规格 选择通用部件时 还应根据加工精度要求 制造成本等确定通用部件的精度等级 在本设计中 床身 主轴箱 动力箱 液压滑台等均选用了通用部件 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 7 第三章 组合机床的总体设计 组合机床的总体设计 通常是根据与用户签订的合同和技术协议书 针对具体 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设计 3 1 组合机床设计的步骤 3 3 1 1 工艺方案的拟定 工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步 因为工艺方案在很大程度上决定 了组合机床的结构配置和使用性能 因此 应根据工件的加工要求和特点 按一定 的原则 结合组合机床常用工艺方法 充分考虑各种影响因素 并经技术经济分析 后拟定出先进 合理 经济 可靠的工艺方案 确定组合机床工艺方案的基本原则及注意问题 1 确定组合机床工艺方案的基本原则 粗精加工分开原则 粗加工时的切削负荷较大 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 在拟定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 粗精加工分开原则有几种含义 其一是在同一台多工位机床 如回转工作台式机 床 上粗精加工工序分开在相隔工位数较多的两个位置上进行 使粗加工切削热有 足够的冷却时间 避免或减轻对精加工的影响 同时粗精加工夹具要分别考虑 注 意避免或减轻粗加工夹压变形对精加工的影响 必要时精加工前采取松夹或采用双 工位夹具工件重装等措施 其二是粗精加工分开在自动线或流水线相离机床数 工 序数 较多的两台机床上进行 同样可使工件粗加工后有足够的冷却时间 又避免 了粗加工时的振动和夹压变形对精加工的影响 机床较为安全可靠 但机床台数 占地面积和投资增大 为此要综合分析 以满足加工要求为前提权衡粗精加工工序 不同安排方案的利弊 工序集中原则 工序集中是近代机械加工主要发展方向之一 组合机床正是 基于这一原则发展而来 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 拟定工 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程度 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 停机率增高 反而会影响机床生产率 切削负荷过大 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 8 当工件刚性不足而产生变形会影响加工质量 因此需全面分析多方因素 合理决定 工序集中程度 2 确定组合机床工艺方案应注意的问题 按一般原则拟定工艺方案时的一些限制 孔间中心距的限制 根据切削扭矩计算要求 主轴轴径和轴承外径有一最小 许用尺寸 对于螺孔加工还要考虑相应攻螺纹靠模的径向尺寸限制 对于镗孔 要 考虑浮动卡头和导向尺寸或刚性主轴结构尺寸限制 所以近距离孔能否在同一多轴 箱上统一工位进行加工 要受各类主轴允许的最小中心距限制 当孔间距小于相应主轴轴间距许用值时 如果孔系相互位置精度要求不甚严格 则可将近距孔分散在几个工位或几台机床上分别加工 工件结构工艺性不好的限制 有些工件结构工艺性不好 如箱体多层壁上的 同轴线的孔径中间大两头小时 则进刀困难 当孔经大于 50mm 时 可采用让刀 镗杆削扁允许让刀 的方法加工 如主轴处于定位刀具定向状态 抬起工件或刀 杆径向移动 以便轴向进退刀 否则不适宜在组合机床上加工 又如多层壁同轴孔 为便于布置中间导向装置 孔中心离箱体侧壁间距离也应足够 其他应注意的问题 精镗孔时应注意孔表面是否允许留有退刀刀痕 这对机床的工作循环 多轴 箱和夹具结构都有影响 如果允许有螺纹形刀痕时 刀具可不停转退刀 若只允许 有直线形刀痕时 刀具必须停转后退刀 若不允许留有刀痕时 刀具必须先停转 定位并使刀具或工件让刀后方可退刀 当生产率许可时 刀具可按工进速度退回 这样既不留刀痕 又利于提高加工精度 对于相互结合的两壳体零件 均应分别从结合面加工连接孔 这样能更好的 保证联结孔的位置精度 易于装配 钻阶梯孔时 应先钻大孔后钻小孔 这样可缩短钻小孔的长度 提高生产率 和减少钻头钻孔时折断的事故 平面一般采用铣削加工 但孔口端面常对孔有垂直度要求而加工尺寸较小时 常用钻锪或扩锪复合刀具加工 加工尺寸较大时常采用镗孔车端面的方法 一次加 工出孔和端面 工件内端面可用径向走刀的方法加工 在制定加工一个工件的几台成套机床或流水线的工艺方案时 应尽可能使精 加工集中在所有粗加工之后 以减少内应力变形影响 有利于保证加工精度 攻螺 纹工序应尽量放在最后进行 以减少油腻污垢对基面的影响 确定机床配置形式及结构方案 根据选定的工艺方案 确定机床的配置形式 并定出影响机床总体布局和技术 性能的主要部件的结构方案 既要考虑能实现工艺方案 以确保零件的加工精度 技术要求及生产率 又要考虑机床的操作方便可靠 易于维修 且冷却 排屑情况 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 9 良好 以上两个步骤是非常重要的 对于同一个零件的加工 可能会有各种不同的工 艺方案和机床配置方案 在最后决定采取哪种方案时 决不能草率 要全面地看问 题 综合分析各方面的情况 进行多种方案对比 从中选择最佳方案 总体设计 三图一卡 在选定工艺方案并确定机床配置形式 结构方案基础上 进行方案图纸的设计 这些图纸包括 被加工零件工序图 加工示意图 机床联系尺寸图和生产率计算卡 统称 三图一卡 设计 通常 在总体设计过程中 应对机床的夹具方案有所考虑 画出夹具方案草图 并初定出主轴箱的轮廓尺寸 才能确定机床个部件间的相互关 系 3 1 2 技术设计阶段 根据已确定的工艺和结构方案 按照加工示意图和机床联系尺寸图等开展部件 设计 绘制夹具的装配图 为便于设计工作的开展和组织生产的需要 通常将组合机床部件和装置进行 编组 部件设计的装配图均应编制零件明细表 3 1 3 工作设计阶段 绘制所有专用零件图并绘制出润滑 冷却管路系统图及机床总图 编制机床说明书 制定机床精度检验 调整试车规范等有关验收标准 3 2 组合机床方案的制定 组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求 按高度集中工序原则设计的一 种高效率专用机床 设计组合机床前 首先应根据组合机床完成工艺的一些限制及 组合机床各种工艺方法能达到的加工精度 表面粗糙度及技术要求 解决零件是否 可以利用组合机床加工以及采用组合机床加工是否合理的问题 如果确定零件可以 利用组合机床加工 那么 为使加工过程顺利进行 并达到要求的生产率 必须在 掌握大量的零件加工工艺资料基础上 通盘考虑影响制定零件工艺方案 机床配置 形式 结构方案的各种因素及应注意的问题 经过分析比较 以确定零件在组合机 床上合理可行的加工方法 包括安排工序及工艺流程 确定工序中的工步数 选择 加工的定位基准及夹压方案等 确定工序 或工步 间加工余量 选择合适的切削 用量 相应的刀具结构 确定机床配置形式等等 这些便是组合机床方案制定的主 要内容 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 10 3 2 1 影响组合机床方案制定的主要因素 1 被加工零件的加工精度和加工工序 被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度 是制定机 床方案的主要依据 例如精度为 H7 的孔加工工序 不仅工步较多 通常 3 4 个 而且对于不同尺寸的孔径 也许采用不同的工艺方案 镗或铰 当孔与孔之间有较 高的位置精度要求时 安排工艺应考虑在一个安装工位上对所有孔同时进行最终精 加工 如果同一轴线上几个孔的同轴度要求较高时 其最后精加工应从一面进行 2 被加工零件特点 这主要指零件的材料 硬度 加工部位的结构形状 工作刚性 定位基准面的 特点等 他们对机床工艺方案制定有着重要的影响 同样精度的孔 因为材料 硬 度的不同 其工艺方案也不同 如钢件一般比铸铁件的加工工步数多 加工薄壁易 振的工件时 安排工序时 必须考虑防止共振 加工箱体零件多层壁同轴线等直径 孔 通常在一根镗杆上安装多个镗刀头进行镗削 退刀时 要求工件 夹具 让刀 镗刀头周向定位 3 零件的生产批量 零件的生产批量是决定采用单工位 多工位或自动线 还是按中小批生产特点 设计组合机床的重要因素 有时从工件外形及轮廓尺寸看 本来可以采用 单工位固定式夹具的机床配置形式 但由于生产批量较大 就不得不采取多工位的 机床方案以使装卸工件时间与机动时间重合 被加工零件的生产批量越大 工序安排一般趋于分散 而且 其粗 半精 精 加工应分别在不同机床上完成 对于中小批量生产情况 则要力求减少机床台数 此时应将工序尽量集中在一 台 多工位 或少数几台机床上加工 以提高机床利用率 4 机床使用条件 车间布置情况 车间内零件输送滚道的高度将直接影响机床装料高度 当工 件输送滚道穿过机床时 机床应设计成通过式 且配置不能超过三面 同时 装卸 工件只能推进拉出 机床通常不能安置中间导向 如果车间面积有限 则要限制机 床轮廓尺寸 有的机床安装在楼上 则对机床单位面积重量有严格要求 此外 生 产线的工艺流程方向 机床在车间的安装位置等也对机床配置方案有一定影响 工艺间的联系 工件到组合机床加工前 其毛坯或半成品必须达到一定要求 否则 会造成工件在机床夹具上定位和夹紧不可靠 甚至造成刀具损坏 或者不能 保证要求的加工精度 如果在组合机床上加工以后 还要转到其他机床上加工 而 工件没有预先加工出保证精度的有关定位基面 那么组合机床应考虑为下一工序加 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 11 工出定位基面 使用厂的技术能力和自然条件 如果使用厂没有相当能力的工具车间 制造 刃磨 复杂的整体复合刀具有困难 则制定方案时 应避免采用此类刀具 必要时 可增加机床工位 以便采用一般刀具分散加工 若使用厂地处炎热地区 车间温度较高 使用液压传动机床往往造成工作性能 不稳定 则可选用配置机械动力部件的机床 3 2 2 制定工艺方案应考虑的问题 1 组合机床常用工艺方法能达到的精度及表面粗糙度 由于被加工零件的精度要求 加工部位尺寸 形状 结构尺寸 材料 生产率 要求不同 设计组合机床必须采用不同的工艺方法和工艺过程 2 确定工艺方案的原则及注意问题 粗 精加工工序的安排 必须根据零件的生产批量 加工精度 技术要求进 行全面分析 按照经济的满足加工要求的原则 合理解决粗加工和精加工工序的安 排 不要不分具体情况而一律粗 精加工工序合并的做法 工序集中和分散的处理 工序集中是机械加工近代的主要发展方向之一 组 合机床也正是基于工序集中的工艺原则发展起来的 即运用多种不同刀具 采用多 面 多工位和复合刀具等方法 在一台机床上对一个或几个零件完成复杂的工艺过 程 从而有效的提高生产率 取得更好的经济效果 3 定位基准的选择 组合机床是针对某种零件或零件某道工序而设计的 正确选择加工用定位基准 是确保加工精度的重要条件 同时也有利于实现最大限度的集中工序 从而收到减 少机床台数的效果 本次设计中的减速器属于箱体类零件 这类零件一般都有较高精度的孔需要加 工 又常常要在几次安装下进行 因此 定位基准选择 一面双孔 是最常用的方 法 如图 3 1 所示 它的特点是 可以简便的消除工件的六个自由度 使工件获得稳定可靠的定位 有同时加工零件五个表面的可能 既能高度集中工序 又有利于各面上孔的位置 精度 一面双孔 可作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准 使零件整个工 艺过程基准统一 从而减少由基准转换带来的累积误差 有利于保证零件加工精度 同时 使机床各工序 工位 的许多部件 如夹具 实现通用化 有利于缩短设计 制造周期 降低成本 易于实现自动化定位 夹紧 并有利于防止切屑落于定位基面上 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 12 为了保证加工精度及技术要求 作为定位基准的平面和销孔必须规定相应的尺 寸精度 表面粗糙度及位置精度等要求 不可选择零件上直径太小的孔作为定位销 孔 因定位销过细 易受力变形 甚至因装卸工件碰撞而破坏定位 通常销孔应为 H7 精度 两销孔中心距尽量大些 其公差一般为 0 03 0 1mm 定位平面的平面度公差一般为 0 05 0 1mm 表面粗糙度一般为 16 18um 以上所述 这些条件对本次设计中的零件来说都符合 所以本次设计的夹具采用的是 一面两 销 定位方式 图 3 1 一面双孔定位示意图 4 确定夹压位置应注意的问题图 在选择定位基面同时 要相应决定夹压位置 此时应注意的问题是 1 保证零件夹压后定位稳定 为使零件在加工过程中不产生振动和位移 夹压力要足够 夹压点布置应使夹压合力落在定位平面内 力求接近定位平面的 中心 2 尽量减少和避免零件夹压后的变形 消除其对加工精度的不良影响 为 此 应避免把夹压点放在零件加工孔的上方和容易引起变形之处 例如 加工刚 性差或高度较高的箱体零件 应使夹压力尽可能沿着箱体墙壁和筋 直接对准定 位支承 对刚性差的零件应适当增加辅助支承或采用多点夹压的方法 以使夹压 力分布均匀 减少夹压变形 提高夹压精度 综上所述 在本次设计中 结合零件和所设计夹具的特点 有两种夹压方式 可供选择 两端夹紧 中间夹紧 但是从零件的结构来看 中间距离比较 大 且考虑到加工安装的方便性和可靠性 本次设计采取了中间夹紧的方式 3 2 3 确定机床配置形式及结构方案应考虑的问题 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 13 根据被加工零件的结构特点 加工要求 工艺过程方案及生产率等 可大体确 定采取哪种基本形式的组合机床 但由于工艺的安排 动力部件的不同配置形式 零件安装数目和工位数多少等不同 而会产生多种配置方案 不同配置方案对机床 的复杂程度 通用化程度 结构工艺性 加工精度 机床重新调整可能性及经济效 果等 具有不同的影响 1 不同配置形式组合机床的特点及适应性 单工位组合机床 本次的设计课题即为此类机床 它具有固定式夹具 通常 可安装一个工件 特别适用于大 中型箱体类零件的加工 根据配置动力部件的形 式和数量 这类机床可分为单面 多面和复合式 利用多轴主轴箱同时从几个方向 对工件进行加工 但其机动时间不能与辅助时间重合 因此生产率比多工位机床低 多工位组合机床 主要适用于中 小零件加工 通常 被加工工件安装在多工 位工作台上 并有工作台带动做间歇运动 使工件有一个工位输送到另一个工位 被加工零件的间歇运动是由专门输送机构来完成 它们分为直线 开式 输送和圆 周 闭式 输送两种 目前多工位组合机床多数采用圆周输送零件的方式 2 不同配置形式组合机床的加工精度 组合机床的配置形式对加工精度有一定的影响 在确定机床配置形式和结构方 案时 首先必须注意零件加工精度能否稳定地得到保证 影响组合机床加工精度的 因素是多方面的 一般分为加工误差和夹具误差两方面 固定式夹具单工位组合机床的加工精度 这类机床可达到的加工精度最高 对于精加工机床的夹具公差 一般取被加工零件的 1 3 1 5 对粗加工机床 由于 其他因素的影响 其夹具精度也不可太低 移动 或回转 式夹具多工位组合机床的加工可达到的位置精度 在多工位 机床上 由于存在转位 定位误差 其精度一般都比固定式夹具低 3 应注意的问题 在确定机床形式和配置方案时 要合理解决工序集中程度问题 在一个动 力部件上配置多轴主轴箱加工多孔来集中工序是组合机床基本的加工方法 但主轴 数量的多少 既要考虑动力部件及主轴箱的性能 尺寸 又要保证调整机床和更换 刀具方便 要注意排屑和操作使用方便性 对于用前后导向进行精加工的机床 较好 的方案是卧式加工 在多工位机床上应特别注意前道工序存留在孔中的切屑对后道 工序的影响 在选择多面加工机床时 应慎重考虑操作是否方便 一般情况下 不 宜采用四面配置的机床 装料高度的选取也应考虑到操作方便性 选择机床配置形式要考虑夹具结构实现的可能性及工作可靠性 确定成套机 床或流水线上的各机床形式时 应注意使机床和夹具形式尽量一致 这不仅有利于 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 14 保证加工精度 也可提高通用化程度 便于设计 制造 维修 组合机床主要用于批量较大的生产 但有的情况下 如为了保证关键工序稳 定的加工精度又要缩短设计制造周期 虽然工件批量不大 也有时采用组合机床 3 3 确定切削用量及选择刀具 3 3 1 确定工序间余量 为使加工过程顺利进行并稳定保证加工精度 必须合理的确定工序间余量 确定工序间余量时应注意 1 粗镗孔时 应考虑工件冷硬层 铸孔偏心和铸造黑皮 直径上余量一般应不小 于 6 7mm 否则易损坏刀具 2 工件经重新安装或在多工位机床上加工 应适当加大余量 以消除转 定位误 差的影响 但精镗时 直径上余量不应大于 0 4 0 5mm 3 确定镗孔余量时 应注意其对镗杆直径大小的影响 尤其在工件需要让刀以便 使刀具通过时 由于加工余量和工件让刀量的影响 往往要减小镗杆直径 若导致镗杆刚性不足 必要时可减小粗镗余量 3 3 2 选择切削用量 确定了在组合机床上完成的工艺内容后 就可以着手选择切削用量 组合机床 的正常工作与合理地选用切削用量 即确定合理的切削速度和工作进给量有很大的 关系 切削用量选的恰当 能使组合机床减少停车损失 提高生产效率 延长刀具 寿命 提高加工质量 1 组合机床切削用量选择的特点 1 在大多数情况下 组合机床为多轴 多刀 多面同时加工 因此 所选切削 用量 根据经验应比一般万能机床单刀加工低 30 左右 组合机床多轴主轴 箱上所有刀具共用一个进给系统 通常为标准动力滑台 工作时 要求所有刀具的 每分钟进给量相同 其等于动力滑台的每分钟进给量 这个每分钟进给量 mm 分 应是适合于所有刀具的平均值 因此 同一主轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速 和选择不同的每转进给量 mm 转 与其相适应 以满足不同直径工件的加工要求 2 确定切削用量应注意的问题 尽量做到合理利用所有刀具 充分发挥其性能 由于连接于动力部件的主轴 箱上同时工作的刀具种类不同且直径大小不等 因此其切削用量选择也各有特点 如钻孔要求切削速度高而每转进给量小 铰孔却要求切削速度低而每转进给量大 锪端面则要求切削速度低 每转进给量小 而同一主轴箱上的刀具每分钟进给量是 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 15 同样的 要使每把刀具均能有合适的切削用量是困难的 一般情况下可先按各类刀 具选择较合理的主轴转速 n 转 分 和每转进给量 f 毫米 转 然后进行适当调 整 是各个刀具的每分钟进给量相同 皆等于动力滑台的每分钟进给量 vf 这样 各类刀具都不是按最合理的切削用量而是按一个中间切削用量工作 假如确实需要 也可按多数刀具选用一个统一的每分钟进给量 对少数刀具采用附加 增 减速 机构 使之按各自需要的合理进给量工作 以达到合理使用刀具的目的 选择切削用量时 应注意零件生产批量的影响 生产率要求不高时 就没有 必要将切削用量选得过高 以免降低刀具耐用度 对于要求生产率高的大批大量生 产用组合机床 也只是提高那些耐用度低 刃磨困难 造价高的所谓 限制性 工 序刀具的切削用量 但须注意不能影响加工精度 也不能使刀具耐用度降低 对于 非限制性 刀具 应采取不使刀具耐用度降低的某一极限值 这样可减少切削功 率 组合机床通常要求切削用量的选择使刀具耐用度不低于一个工作班 最少不低 于 4 小时 在确定镗孔切削速度时 除考虑保证加工精度 表面粗糙度 镗刀耐用度外 当镗孔主轴需要周向定位时 各镗轴转速应相等或成整数倍 切削用量选择应有利于主轴箱设计 若能做到相邻主轴转速接近相等 则可 使主轴箱传动链简单 某些刀具带导向加工 若不便冷却润滑 则应适当降低切削 速度 选择切削用量时 还必须考虑所选动力滑台的性能 尤其是当选用液压动力滑 台时 所选择的每分钟进给量一般应比动力滑台可实现的最小进给量大 50 否则 会由于温度和其他原因导致进给量不稳定 影响加工精度 甚至造成机床不能正常 工作 3 组合机床切削用量选择方法 必须从实际出发 根据加工精度 工件材料 工作条件 技术要求等进行分析 按照经济的满足加工要求的原则 合理的选择切削用量 一般常用查表法 参照生 产现场同类工艺 通过工艺试验确定切削用量 4 本次设计中选取的各根主轴的 n f 值为 1 加工 M6 螺纹孔的传动轴 选择主轴转速为 n 136r min 主轴的每转进给量 f 1mm r 动力滑台的 每分钟进给量 n f 136mm min f v 2 加工 M12 螺纹孔的传动轴 选择主轴转速为 n 80r min 主轴的每转进给量 f 1 75mm r 动力滑台 的每分钟进给量 n f 140mm min f v 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 16 3 3 3 确定切削速度 切削转矩及切削功率 4 根据选定的切削用量 主要指切削速度 v 及进给量 f 确定切削转矩 用以确 定主轴及其它传动件 齿轮 传动轴等 的尺寸 确定切削功率 用以选择主传动 电机功率 确定刀具耐用度 用以验证所选刀具是否合理 1 切削转矩 M 切削功率 N 的计算公式 1 41 5 195 9740 W TD P Tv P D 切削转距 切削功率 式中 T 切削转矩 牛 毫米 P 切削功率 千瓦 Pw 工件螺距 毫米 D 钻头直径 毫米 v 切削速度 米 分 2 本次设计中 T P 的计算值 本次设计中的减速器箱体的材料是铸铁 丝锥的材质为高速钢 所以 1 加工 M6 螺纹孔的传动轴 选择切削速度为 v 4m min 工件的螺距为 Pw 1mm 则 1 41 51 41 5 195195 612395 78 2395 784 0 0522 974097406 W TDPN mm Tv PKW D 切削转距 切削功率 2 加工 M12 螺纹孔的传动轴 选择切削速度为 v 3 5m min 工件的螺距为 Pw 1 75mm 则 1 41 51 41 5 195195 121 7514636 78 14636 78 3 5 0 1395 9740974012 W TD PN mm Tv PKW D 切削转距 切削功率 3 4 组合机床总体设计 三图一卡 前面讨论了组合机床工艺方案及配置形势结构方案确定的有关问题 它是组合 机床总体设计的重要内容 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 在本次设计题 天津工业大学 2009 届本科生毕业设计 论文 17 目中其内容包括 绘制被加工零件加工示意图 夹具装配图 机床联系尺寸总图和 编制生产率计算卡等 3 4 1 被加工零件加工示意图 5 1 加工示意图的作用与内容 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图 它是设计刀具 辅具 夹具 多轴箱 和液压 电气系统以及选择动力部件 绘制机床总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重要技术文件 加工示意图应表达和标注的内容有 机床的加工方法 切削用量 工作循环和 工作行程 工件 刀具及导向 托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸 主轴 结构类型 尺寸及外伸长度 刀具类型 数量和结构尺寸 直径和长 度 接杆 浮动卡头 导