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机械毕业设计全套

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JCGY01-028@基于三维的柴油机气缸盖组合钻床总体及夹具设计,机械毕业设计全套

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拖拉机行业组合机床及其生产线的柔性化471004 中国一拖集团有限公司 李明摘要 介绍了国内外组合机床及其生产线柔性化发展的特点 ,及目前国内拖拉机生产企业实现组合机床生产线柔性化应解决的关键问题。Abstract The features and trends of building - block machines and flexible production lines consisting of those machinesboth in China and oversease are presented. Also discussed are the critical issues for flexible production line consisting of building- block machines used in China tractor manufacturers.关键词 :组合机床 柔性化 拖拉机1 对组合机床生产线柔性化的需求对拖拉机行业来讲 ,在成功地解决了大批量生产的问题之后 ,还必须解决多品种生产问题。大批量生产采用的设备是组合机床及其自动线 ,它是专用于大批量机械产品生产的高效自动化设备 ,是汽车、拖拉机、内燃机等工业不可替代的主要加工设备。近年来随着数控技术、电子技术、计算机技术等的发展 ,为适应市场要求 ,组合机床的机械结构和控制系统也发生了巨大的变化。其主要特点就是在传统的刚性组合机床生产线上出现了柔性化的发展趋势。为适应 20 世纪 90 年代以来拖拉机行业市场竞争更趋激烈、产品市场寿命进一步降低、新产品的开发周期日益缩短的要求 ,我公司在上新产品的决策中 ,就决定研制具有柔性的组合机床生产线。例如 ,目前我公司正在进行中等功率拖拉机批量生产的生产准备工作 ,其后桥壳体和传动箱壳体是关键零件。如何使后桥壳体生产线和传动箱壳体生产线具有较大的柔性 ,使其不但可加工现有品种 ,而且还适应未来新型中等功率拖拉机的生产 ,是生产线方案论证的焦点。若采用传统的刚性组合机床生产线来加工 ,则只能是一个品种一条线 ,不但会加大投资、浪费资源、使加工能力过剩 ,而且无法满足新的变型产品出现时对加工设备的要求。而采用加工中心和通用数控机床所组成的生产线 ,则投资大且无法满足大批量的生产纲领要求。采用数控组合机床生产线 ,投资少、柔性好。它不但能满足现有品种的加工制造并可为新的变型品种的加工留有余地 ,可通过更换主轴箱、改变数控加工程序等方式 ,来满足变型产品的加工。2 组合机床生产线柔性化的特点2. 1 数控化数控组合机床的出现 ,不仅完全改变了过去那种由继电器电路组成的组合机床的控制系统 ,而且也使组合机床机械结构乃至通用部件标准发生了或正在发生着巨大的变化。组合机床及其自动线的数控化 ,使得传统的专用机床和通用机床的界限变得纹出现率由过去的 80 %左右下降到 1 %甚至更低 ,基本上消除了履带板早期磨损现象 ,提高了履带板与履带销的使用寿命 ,由过去的 1 500 h 左右提高至2 000 h 以上。3 结论以莫莱石砂代替石英砂生产履带板砂芯可提高砂芯的高温强度 ,提高抗高温开裂性 ,消除履带板销孔脉纹铸造缺陷 ,从而解决了履带板与履带销早期磨损问题 ,大大提高了履带板与履带销的质量与使用寿命。参 考 文 献1 Cilson D M. Sand Additives - Past &Present and Futrue AFSTransactions ,1995. Vol. 1032 矢野博己 1JACT NEWS11986. 33 曹文龙 1 铸造工艺学 1 北京 :机械工业出版社 11989. 10收稿日期 :2000210216收修改稿日期 :2001203201(编辑 胡 军 )23 2001 年第 3 期nts模糊起来 ,以至于在组合机床这种传统意义上的专用机床领域内 ,也出现了“组合机床柔性化”的提法和实践。传统意义上的组合机床刚性自动线和生产线 ,也具有了一定的柔性。组合机床柔性化在国际上发展较为迅速。如美国 Lanm 公司 90 年代前期生产的汽车发动机缸体、缸盖加工设备 ,有 50 %是传统的组合机床生产线 ,25 %是可调可变生产线 ,25 %是柔性生产系统 ( FTL ,FMS) 1 。日本在 1988 1992 年间 ,组合机床的数控化率已达 32 % 39 %。德国在同时期内组合机床及自动线的数控化率为 18 % 62 %2 。目前 ,国内也开展了数控组合机床的研究。如沈阳数控机床厂推出了 SSK2U6030 型缸体八工位数控组合机床 ,用以加工家用冰箱压缩机缸体。一些组合机床通用部件生产厂家也已经开发出一维数控滑台、二维数控十字滑台和数控回转台。与其它数控机床类似 ,数控组合机床也是通过数控加工程序来改变加工行程、工作循环、切削参数、加工位置和自动换刀。而且 ,结合组合机床特点 ,数控组合机床还可自动更换主轴箱 ,以适应变形型品种的加工。2. 2 模块化为适应数控组合机床的发展 ,出现了组成数控机床的数控加工功能模块。组合机床模块化是组合机床数控化所带来的必然结果 ,也是组合机床数控化的必要基础。数控加工模块化极大地丰富了组合机床的通用件 ,它必将引起组合机床通用件发生根本性变化。数控加工模块 ,按其数控坐标 (轴 )数分 ,主要有单坐标、双坐标和三坐标 3 种 ;按其主轴数 ,有单轴和多轴模块 ,也有单轴和多轴复合加工模块。数控加工模块的发展 ,主要有两种方式。一是与现有组合机床通用件相对应 ,设计数控通用件 ,目前国内已有企业正在研制数控一维滑台、数控二维 (十字 ) 滑台、数控回转工作台等 ,都属于这种方式。二是根据数控加工的特点 ,研制数控组合机床所独有的部件 ,如自动更换式多轴主轴箱、数控回转刀库、数控换刀机械手、数控换箱机械手等。2. 3 高速化由于高速加工可大大降低零件表面粗糙度 、切削力及切削温度 ,提高生产效率 ,故机床的高速化研究方兴未艾 ,特别是数控机床的主运动和进给运动速度已达到了惊人的高速。如美国生产的加工中心 ,主轴转速可达 15 000 60 000 r/ min ,工作台快进速度高达 90 120 m/ min3 。顺应机床高速化的潮流 ,组合机床的速度也越来越高。例如 ,德国大众汽车厂在加工铝合金缸盖燃烧室侧面时 ,采用 PCD 铣刀 ,铣削速度高达 3 075 m/ min ,进给速度达 3 600mm/ min ;而采用安装有 CBN 刀片的新颖镗刀加工灰铸铁时 ,切削速度达 800 m/ min ,进给速度达 1 500mm/ min2 。2. 4 精密化由于机床实现了数控化 ,因而机床的加工精度越来越高 ,使一些过去看来难以达到的加工精度 ,今天也已经实现了。例如 ,意大利 Mandelli 公司生产的 Thunder 500 型加工中心 , x、 y、 z 轴的定位精度均为 0. 008 mm ,重复定位精度为 0. 003 mm ;B 轴定位精度 6 ,重复定位精度 3 5 。在数控组合机床上 ,也要求提高设备的工序能力系数 ,使加工误差在 0. 01mm 以内 4 。2. 5 全防护化全封闭防护是现在机床的一大特点 ,不论是单机还是机床生产线。电气、液压线路全部采用空中走线。全封闭防护 ,不但使机床及其生产线外型美观 ,而且也提高了机床及生产线的安全性、可靠性和维修的便利性。3 实现柔性化应解决的关键问题显然 ,采用数控机床和加工中心来取代刚性组合机床生产线并实现柔性 ,是不符合我国国情的。我们认为 ,采用以数控组合机床为主、并配以经济型加工中心和经济型数控机床来组成生产线 ,是目前国内实现生产线柔性化较经济的方案。发展柔性组合机床生产线必须解决以下关键问题 :3. 1 研制数控组合机床通用部件与开发组合机床通用部件类似 ,研制数控组合机床必须发展数控组合机床通用部件。从目前情况看 ,主要应开发一维数控滑台、二维十字数控滑台等基础部件。同时应开发采用交流伺服电机或步进电机驱动、数控方式可分别为闭环、半闭环和开环的数控滑台。数控滑台的导轨面及压板滑动面可粘贴工业塑料导轨板。工业塑料导轨板的摩擦系数很小 ,可以使数控滑台运动轻快、振动小、噪声低 ,并能防止低速爬行。另外 ,由于它具有较好的耐磨性 ,因此可以延长导轨的寿命。一维、二维数控滑台的传动丝杠均采用双螺母滚珠丝杠 ,以消除双向传动间隙 ,提高数控滑台的传动精度。在拖拉机等大批量生产行业 ,有大量的铣削工33 拖拉机与农用运输车nts序 ,而推广采用大走刀、强力高效平面铣削技术是目前我国缩短生产线节拍、减少设备投资、提高生产效率的必由之路。目前 ,国内平面铣削速度较低 ,特别是对于粗铣而言 ,由于毛坯质量不稳定 ,切削余量大 ,其进给速度一般低于 400 mm/ min。以我公司为例 ,为满足年产 4 万台柴油机的目标 ,缸体生产线粗铣平面的进给速度必须达到 600 mm/ min 以上 ,切削功率高达 40 kW。目前国内铣削头的最大功率为 30kW ,远远不能满足要求。因此 ,开发 45 kW 大功率铣削头和高速进给数控铣削滑台是当务之急。大功率可调速组合铣床是目前国内诸多厂家竞相研制的产品 ,我们已开发出 45 kW 大功率滑座式铣头。该铣头既可用于组合铣床 ,又可用于数控组合铣床。与传统铣头相比 ,该铣头有两个显著特点 :一是铣头转速可无级调节 ,这是因为它可采用变频器来实现电机的调速 ;二是它具有铣头轴向进给运动。它与数控回转台组合 ,可完成对零件的多面加工。该铣头的开发成功 ,不仅为组合铣床添加了新成员 ,也为数控组合机床增添了新的通用部件。3. 2 研制经济型加工中心经济型加工中心是价格相对低廉 ,可完成钻、镗、铣、铰等多种工序的自动化机床。加工中心是工艺范围广泛、自动化程度高、加工精度高的高科技现代化设备 ,可在一次装夹工件后完成多道工序加工 ,因此是实现中小批量生产的高效加工设备。由于加工中心是集机、电、液、仪等技术于一身的高科技设备 ,因此 ,目前国内外市场上加工中心的售价均很高。而对我公司来讲 ,希望加工中心既保持有加工范围广、柔性大、自动化程度高的特点 ,同时不追求过高的加工精度 ,满足一般零件的加工精度要求即可 ,以降低价格。我们承担的经济型加工中心的总体方案设计已经完成。加工中心的刀具旋转、刀具的上下运动、工作台的双向运动等四轴实现数字控制 ,刀具的上下运动及工作台的双向运动实现三轴联动。拟采用可存储 10 把刀具的回转盘式刀库。其主轴转速范围为 30 3 000 r/ min ,通过变频实现无级变速。三向工作进给速度为 10 1 000 mm/ min 。三向导轨均采用直线滚动导轨 ,其 x、 y 双向十字工作台的设计工作也已完成。3. 3 普通机床的数控改造对普通机床进行数控化改造 ,将其应用于组合机床生产线 ,无疑是提高其柔性且降低成本的有效方法之一。我公司就成功地将车床和铣床数控改造后应用于生产线上。我们对 C620 - 1 普通车床进行的数控改造 ,采用了以单片机为核心的两坐标联动经济型数控系统 ,步进电机 ,开环控制 ,能进行内外圆柱面、圆锥面、圆柱螺纹、圆锥螺纹等加工。机床主轴的启动、停止、变速 ,纵向、横向进给运动的行程和速度 ,刀具的更换等均可进行自动控制。改造后该机床用于加工拖拉机转向油缸整体式活塞杆 ,可自动完成零件径向和轴向尺寸的精确控制 ,生产效率可提高数倍。我们还对原匈亚利 VF2222 铣床进行改造 ,用于加工菲亚特轮式拖拉机锥支座零件的结合面及 4 个凸台平面。因锥支座结合面为一八边形平面 ,且受零件结构限制 ,无法实现用大铣刀覆盖整个平面进行铣削 ,故采用小铣刀沿多边形进行周边铣削。因VF2222 机床无法实现工作台 x、 y 两方向同时走刀 ,故在进行斜边切削时 ,工人需手工操作 ,从而使加工一个锥支座零件长达 48 min ,使该工序成为锥支座生产线上的瓶颈。且由于工人手工操作 ,其加工质量难以保证。为缩短该工序的加工时间 ,提高零件的加工精度 ,为该零件下道工序进入加工中心创造良好的定位基面 ,我们对 VF2222 铣床进行了数控改造。该项目采用交流伺服电机、半闭环控制。根据数控装置发来的速度和位移指令 ,控制 x、 y、 z 三方向执行部件的进给速度、方向、位移。各坐标的进给速度均能在一定的范围内进行调整 ,操作者可对零件加工过程进行编程 ,完成对零件的三坐标加工。改造后的机床加工精度高 ,工作台的定位精度可达0. 01 mm。实践表明 ,将数控改造后的普通机床用于组合机床生产线以提高其柔性 ,是符合我国国情的好方法。参 考 文 献1 佟璞玮 . 伴随汽车工业发展的中国机床工业 . 世界制造技术与装备市场 ,1999 , (2) :19 222 李如松 . 组合机床和自动线的技术