机械机床毕业设计61TY2100柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及刀具设计.doc
机械机床毕业设计61TY2100柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及刀具设计
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机械机床毕业设计61TY2100柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及刀具设计,机械毕业设计论文
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1 1 前言 工艺要求设计的专用部件组成的专用机床 .组合机床由 70%90%一的通用零 ,部件组成 ,大多数零、部件是同类的通用部件 ,组合机床三化 (标准化、通用化、系列化 )水平高 . 组合机床是高效自动化设备 ,它在国民经济中占有较重要的地位。尤其是汽车、拖拉机、军工等大批量生产的行业， , 正面临着产品的更新换代和企业改造任务，这些行业又都是组合机床及自动线的主要用户，它们需要组合机床及自动线的数量较大。组合机床设计是一次性设计，它根据用户提供的被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求等制定总体 方案，然后进行技术设计和工作设计。换句话说，对于千变万化的被加工零件来说，组合机床的“组合”是变化的，没有产品定型的过程，根据用户要求，加工一类零件就要设计一台组合机床，因而迫切需要采用 CAD技术，以达到缩短设计周期，提高产品质量的目的。 组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备 ,随着我国加入 WTO 后与世界机床行业进一步接轨 ,组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年的企业生产情况看 ,数控机床加工中心的市场需求量在上升 ,而传 统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势 ,中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表的统计数据显示 ,仅从几个全国大型重点企业生产情况看 ,2000年生产数控机床 590 台 ,产值 10 731 万元 ,生产加工中心 118 台 ,产值 4 601 万元 ; 2001 年生产数控机床 685台 ,产值 17 969 万元 ,生产加工中心 129 台 ,产值 5 760万元 ;而 2002 年 ,截至 9 月份 ,数控机床、加工中心产量、产值已接近 2001 年全年水平 ,故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。 近两年虽然组合机床 行业产销呈现上升趋势 ,但行业内一些企业同样存在负债经营的情况 ,主要原因是传统的组合机床产品不能满足用户柔性化、高精度、短周期的市场需求 ,同时组合机床行业一些企业存在现代化管理水平低、人才流失严重、科研成果不能迅速转化为生产力等缺陷。为此提出如下建议。 (1) 提高现代化管理水平。中国加入 WTO 后 ,迫切要求企业提高现代化管理水平 ,进一步深化企业内部改革 ,建立健全适应市场经济的运行机制 ,“建立企业的科学的管理体制 ,做到集权有道、分权有序、授权有章、用权有度的责权利内在统一的有机结合 ,是提高企业控制力所 必须的。”要彻底改变落后的体制 ,必须树立全球化经营理念 ,提高国际市场竞争能力 ,建立市场快速反应机制 ,以适应日趋发展的市场需求。 (2) 亟待提高企业创新能力。企业的生存 ,关键在于产品的生命力。已步入电子时代的今天 ,传统的组合机床已经不能适应高速发展的国内外市场需要 ,这就要求企业必须适应科学技术的飞速发展 ,建立技术创新体系 ,推进企业的技术进步 ,加速向柔性化、数控化、高精度、短周期方向发展 ,提高组合机床适用范围和市场覆盖面 ;同时实施名牌战略 ,争创世界品牌 , 加速我国组合机床的发展进程 ,使我国组合机床ntsTY2100 柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及刀具设计 2 行业 企业在世界制造领域里立于不败之地。 攻克当前行业企业技术发展上的难题 ;二要加强与国外的合资合作 ,利用和学习国外的先进技术 ,提高企业的现代化管理水平和技术水平 ;三要通过对引进技术的消化吸收进行再创新 ,发展自己的产品。通过我们的努力 ,使我国真正由制造大国变成制造强国。 本次 设计的加工对象为 TY2100柴油机气缸体，材料为 HT250，硬度为 HB187-251。在本工序前各主要表面已加工完毕。机床加工内容为 粗 镗顶面一个 117 0.27孔；一个 112 0.27孔；一个 111.5 0.27孔。这 三 个孔为同轴孔。 机床的工作原理为：镗刀固定在镗削头上，机床工作时，镗刀杆随着镗削头主轴旋转而旋转，并向下做镗削运动。镗刀杆上装有 三 把刀，三把刀 都是 固定在镗刀杆上，最上面一把刀用来镗 117的孔，最下面一把刀用来镗 111.5 的孔，中间一把刀用来镗 112的孔。 组合机床刀具是组合机床主要组成部分之一。组合机床刀具设计、制造和使用的情况，将影响到组合机床加工出零件的质量、组合机床的生产率 及经济效果。 组合机床刀具，虽然从它的作用和对它的基本要求上看，与通用机床上用的刀具基本一样，但是由于组合机床的特殊条件，也给组合机床刀具带来了一些与一般刀具不同的特点。因此，要使组合机床能很好的工作，就必须了解这些特点。 组合机床刀具要求有较高的耐用度和可靠性，并便于装卸和调整。由于组合机床是高生产率的专用机床，它的循环时间较短，而在每一循环中，刀具不工作的时间很短。同时在大多数情况下，组合机床又是多刀加工，刀具数量较多，更换调整刀具较费时间。这样，如换刀次数较多，势必占用大量时间，降低生产率。所以就要求 组合机床刀具具有如下性能：结构可靠；刀具材料和几何参数选取合理，并创造合适的切削条件以及选取比一般通用机床稍低的切削用量，以使刀具有较高的耐用度；便于装卸。 此组合机床与一般普通镗床相比，它具有自动化程度高，加工效率高，加工质量稳定，减轻工人劳动强度等优点；但同时它也有一些缺点 ， 就是该机床的设计制造成本相对较高。但随着社会经济和科学技术的发展，相信此组合机床的生产成本会越来越低，再经不断的升级改造，其前景会非常光明。 nts 3 2 组合机床总体设计 2.1 总体方案 的确定 本设计的加工对象为 TY2100柴油 机气缸体，材料为 HT250,硬度为 HB187-251。在本工序前各主要表面已加工完毕。 2.1.1 工艺方案的拟订 确定组合机床工艺方案的基本原则： a）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艺过程时，应选择粗精加工分开的原则。 b) 工序集中原则： 适当考虑相同类型工序的集中，在条件允许时，把相同的工序集中在一台机床或同一工位上进行加工能简化循环和结构；有相对位置要 求的工序集中，相互间有严格的位置精度的孔的精加工应集中在一台机床上一次安装下完成，并且孔的粗精加工最好集中在一台机床上完成，这样可以使精加工余量分布均匀，更利于保证加工精度。 该加工零件为 TY2100 柴油机 缸体 。材料 HT250，其硬度为 HBS187 251， 在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完毕。 根据先粗后精、先基准面后其它面、先主要表面后次要表面的机械加工工序安排的设计原则，对 TY2100 柴油机气缸体的工艺路线作如下设计： 工序 1 粗铣底、顶端面； 工序 2 粗铣左、右端面； 工序 3 粗铣前、后端 面； 工序 4 半精铣底、顶端面； 工序 5 半精铣左、右端面； 工序 6 半精铣前、后端面； 工序 7 粗镗顶面的孔； 工序 8 半精镗顶面的孔； 工序 9 精镗顶面的孔； 工序 10 钻孔； 工序 11 攻丝； 工序 12 最终检验。 本工序（第 7道）加工内容： 粗 镗 顶 面一个 117 孔；一个 112孔；一个 111.5孔； 这 三 个孔为同轴孔。 各孔的位置精度及具体要求详见 TY2100气缸体的工序图。 ntsTY2100 柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及刀具设计 4 2.1.2 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设计的。正确选择定位基准，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工序集中。 本组合机床的基准面为底面 。 本机床加工时采用一面两销定位，作为加工线全线的统一基准。因为“一面两销”定位生产率高，它的特点是： a) 可以简便地消除工件的 6个自由度，保证工件的稳定的定位。 b) 同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。 c) “一面两销”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计误差，有利于保证加工精度。同时，使机床各工序的许多部件实现通用化，有利于缩短设 计制造周期，降低成本。 d) 易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切屑落于基面上。 2.1.3 机床配置型式的选择 机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输也都比较方便；而且，机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优点是占地面积小，自由度大，操作方便。其缺点是机床重心高，振动大。 由于工件的定位基准是水平的且被加工孔与基面相 垂直的工件，加工时安装方便且高度不大，因此采用立式布置。考虑到加工工件的结构形状特点，本机床采用了单滑台双动力头结构。由于在加工过程中加工好两个孔后要横向移动加工另外两个孔，因此采用移位滑台来满足这个要求。考虑到镗杆运动，因此还须采用立式滑台，根据已定的工艺方案和机床配置形式，确定机床为 粗 镗 TY2100柴油机机体 缸孔的 组合机床，通过液压系统实现立式滑台工作进给运动，电动机带动 镗削 头运动，从而实现镗杆的工作运动。 2.1.4 滑台型式的选择 本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台具有如下优点 ： a) 在相当大的范围内进给量可以无级调速 ； b) 可以获得较大的进给力 ； c) 由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长 ； d) 工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现 ； e) 过载保护简单可靠 ； f) 由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠 。 但采用液压滑台也有其弊端，如：液压驱动管路 的 泄露、噪声和液压 系统 占地的问题。 本课题的加工对象是 TY2100柴油机气缸体顶面上的 三个 同轴 孔，采用液压滑台nts 5 能够满足孔的位置精度和尺寸精度的要求，并且考虑到机床的进给稳定性，故采用液压滑台。 2.2 切削用量及选择刀具 的确定 2.2.1 切削用量 的选择 对于粗镗 3 个孔时，采用查表法选择切削用量，从文献 12P.132 表 6-15 中选取。镗孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，使刀具寿命有所降低。降低切削速度主要是为了提高刀具寿命，并使加工较深孔时镗刀的的寿命与加工其他浅孔时镗刀的寿命比较接近。 切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的布局形式及正常工作均有很大影响。组合机床多轴箱上所有的刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。查文献 12,40Gr 镗刀的切削用量如 表 2-1： 表 2-1 镗孔切削用量 工序 刀具材料 铸铁 )min( 1mv )( 1 rmmf 转 粗镗 40Gr 35-50 0.4-1.5 在选择切削速度时，要求同一多轴箱上各刀具每分钟进给量必须相等并等于滑台的工进速度fv（单位为 mm/min） ,因此，一般先按各刀具选择较合理的转速in(单位为 r/min)和每转进给量if（单位为 mm/r），再根据其工作时间最长、负荷最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具”来确定并调整每转进给量和转速，通过“试凑法”来满足每分钟进给量相同的要求，即 fii vfnfnfn 2211（ 2-1） 在选择了转速后就可以根据公式 1000ndv （ 2-2） 式中 v-进给速度 (r/min)； f-进给量 (mm/r)； d-加工孔的直径 (mm)。 选择合理的切削速度。 a)粗镗 1170.27 孔 由 15080 d , min/9070 mv , rmmf /45.015.0 ,又 d=117mm,初选 n=173r/min,f=0.45mm/r。 ntsTY2100 柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及刀具设计 6 由 公式 （ 2 2)得 ： 1000 ndv =63.6m/min b)粗 镗 1120.27 孔 由 15080 d , min/9070 mv , rmmf /45.015.0 ,又 d=112mm,初选 n=173r/min,f=0.45mm/r。 由公式（ 2 2)得 ： m in/9.601000 mndv c)粗 镗 111.5孔 由 15080 d , min/9070 mv , rmmf /45.015.0 ,又 d=111.5mm,初选 n=173r/min,f=0.45mm/r。 由 公式 （ 2 2)得 ： m in/6.601000 mndv 表 2-2 加工各个孔的进给量，工进速度及切削速度 孔径 切削用量 117 112 111.5 v (m/min) 63.6 60.9 60.6 f (mm/r) 0.45 0.45 0.45 n (r/min) 173 173 173 2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率 的计算 根据文献 12P.134 表 6-20中公式： 55.075.04.51 HBfaF pz （ 2-3） 1.165.051.0 HBfaF px （ 2-4） 55.075.07.25 HBfDaT p （ 2-5） 61200VP F Z （ 2-6） 式中， zF 圆周力（） ； xF轴向切削力（） ； T 切削转矩（ N）； P 切削功率（ kW）； nts 7 v 切削速度（ m/min）； f 进给量（ mm/r）； D 加工直径（ mm）； )( mma p 切削深度 ； HB 布氏硬度。 )(31 m i nm a xm a x HBHBHBHB ，在本设计中，230,187,251 m i nm a x HBHBHB 得 由 以上公式可得： a)粗镗 1170.27 孔，深 8.6 由公式（ 2-3）得： NHBfaFpz 2.483 423045.06.84.514.51 55.075.055.075.0 由公式（ 2-4）得： NHBfaF px 1.103 423045.06.851.051.0 1.165.01.165.0 由公式（ 2-5）得：mmNHBfDaT p 5.282 79823045.06.81177.257.25 55.075.055.075.0 由公式（ 2-6）得： kwVP F Z 02.561200 6.632.483461200 b)粗镗 1120.27 孔，深 11.7 由公式（ 2-3）得： NHBfaF pz 7.657623045.07.114.514.51 55.075.055.075.0 由公式（ 2-4）得： NHBfaF px 8.140623045.07.1151.051.0 1.165.01.165.0 由公式（ 2-5）得： mmNHBfDaT p 7.368 2 9523045.07.111127.257.25 55.075.055.075.0 由公式（ 2-6）得： kwVP F Z 5.66 1 2 0 0 9.607.6 5 7 66 1 2 0 0 c)粗镗 111.5孔，深 27 由公 式（ 2-3）得： NHBfaF pz 1517723045.0274.514.51 55.075.055.075.0 ntsTY2100 柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及刀具设计 8 由公式（ 2-4）得： NHBfaF px 6.324 623045.02751.051.0 1.165.01.165.0 由公式（ 2-5）得： mmNHBfDaT p 4.168 415 3 823045.0275.1117.257.25 1.175.055.075.0 由公式（ 2-6）得： kwVP F Z 156 1 2 0 0 6.601 5 1 7 76 1 2 0 0 表 2-3 加工各个孔的切削力、切削转矩及切削功率 孔径（ mm) FZ (N) FX (N) mmNT kwP 117 4834.2 1034.1 282798.5 5.02 112 6576.7 1406.8 368295.7 6.5 111.5 15177 3246.6 16841538.4 15 2.2.3 刀具结构 的选择 根据加工精度、工件材料、工件条件、技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理地选择刀具。只要所选工艺方案可以采用刚性较好的镗杆，还是采用镗削方法，这是因为镗刀制造简单，刃磨方便。 当被加工孔直径在 40mm以上时，组合机床上多采用镗削加工，其加工精度可高达 1-2级。 直径小于 40mm时，选用钻削方法，钻头选用高速钢修磨棱带及横刃钻头。 由于本道工序所要加工的孔的直径均 大于 100mm， 故 选用镗削方法， 刀具采用复合刀具，刀片材料为硬质合金，刀杆材料为 40Cr。 2.3 组合机床总 体设计 “三图一卡” 2.3.1 被加工零件工序图 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（或自动线）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。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。 绘制被加工零件工序图的规定及注意事项 a) 绘制被加工零件工序图的规定 应按一定的比例，绘制足够的视图以及剖面；本工序加 工部位用粗实线表示；定位用定位基准符号表示，并用下标数表明消除自由度符号；夹紧用夹紧符号表示，nts 9 辅助支承用支承符号表示。 b) 绘制被加工零件工序图注意事项 a 本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。 b 对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析。 c 当本工序有特殊要求时必须注明。 加工 工序 图见附图。 2.3.2 加工示意图 零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作 行程及工作循环等。 本道工序的加工顺序为：镗刀杆快进 40mm 到达工作位置，然后工进 144.3mm最下面一把刀 先 镗 117 和 112 的孔 至 111.5， 然后镗刀杆继续 工进 8.6mm 使 最下面一把镗刀开始镗 111.5 的孔至深 15.3mm，镗刀杆 继续 工进 至 171.3mm 时 最下面的镗刀完成 111.5孔的粗镗且深为 27mm，上面两把镗刀同时完成扩阶梯孔 117和 112且深各为 8.6mm 和 11.7mm。 a) 导向结构的选择 由于采用刚性主轴 (镗杆 )，故不选用导向机构。 b) 确定主轴、尺寸、外伸尺寸 在该课题中， 主轴用于镗孔 ，镗孔选用 圆柱滚子 轴承主轴 。 根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩 T，由文献 12表 4-3公式 计算主轴 4 10TBd （ 2-7） 式中 d 轴的直径（）； T 轴所传递的转矩（ N m）； B 系数，本课题中镗孔主轴为刚性主轴，取 B=7.3。 由公式可得： mmd 30 根据主轴类型及初定的主轴轴径，文献 12的 44页表 3-6可得到主轴外伸尺寸 及接杆莫 氏圆锥号。滚锥主轴轴径 d=60时，主轴外伸尺寸为： D/d1=90/60,L=75。 c) 选择接杆、浮动卡头 由于采用刚性主轴，因此不选用接杆和浮动卡头。 d) 动力部件工作循环及行程的确定 a 工作进给长度工L的确定 工作进给长度工L，应等于加工部位长度 L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度 1L 和切出长度 2L 之和。 即 321 LLLL 工（ 2-8） b 快速进给长度的确定 快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置。选定刀具的快速进给长度 为40mm。 c 快速退回长度的确定 ntsTY2100 柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及刀具设计 10 快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。由已确定的快速进给和工作进给长度可知，快速退回长度为 240。 d 动力部件总行程的确定 动力部件的总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外，还要考虑因刀具磨损或补偿制造、安装误差，动力部件能够向前调节的距离（即前备量）和刀具装卸以及刀具从主轴孔中 取出时，动力部件需后退的距离（即后备量 ）。因此，动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。 根据本组合机床和加工零件的特点，确定前后备量分别为 20mm和 140mm。 动力部件的总行程为 400mm。 加工示意图见附图。 2.3.3 机床联系尺寸总图 a) 选择动力部件 a 动力滑台型号的选择 根据选定的切削用量计算得到的主轴的进给力 。 实际上 ,为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于 进给力 。又考虑到所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的稳定性，由文献 12表 5-1，选用 液压 滑台 1HY50型，台面宽 500mm，台面长1000mm，允许最大进给力为 32000N；其相应的侧底座型号分为 1CC501、 1CC501、1CC501。选用 移位 滑台 1HY50型，台面宽 500mm，台面长 1000mm，允许最大进给力为32000N；其相应的侧底座型号分为 1CC501、 1CC501、 1CC501。 b 动力箱型号的选择 由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和切削P，根据文献 12的 47页公式计算： 切削镗削头PP （ 2-9） 式中 切削P 消耗于各主轴的切削功率的总和（ 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，反之取大值。本课题中，被加工零件材料为灰铸铁，属黑色金属，故取 8.0 5。 切削P=0.45+0.43+0.45+0.42=1.75KW 则 KWPP 06.285.075.1 切削镗削头根据液压滑台的配套要求，滑台额定功率应大于电机功率的原则，查文献 12表 5-38得出动力箱及电动机的型号 ,见表 2-3。 nts 11 表 2-3 动力箱及电动机的型号 动力箱型号 电动机型号 电动机功率(Kw) 电动机转速(r/min) 输出轴转速(r/min) 镗削头 1TD50 Y132M-8B3(2) 3.0 710 480 c 配套通用部件的选 择 侧底座 1CC501型号，其高度 H=420mm，宽度 B=1010mm，长度 L=1350mm。 b) 确定机床装料高度 H 装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。综合 各方面 因素，该组合机床装料高度取 H=1195。 c) 确定中间底座尺寸 中间底座的轮廓尺寸，在长宽方向应满足夹具的安装需要。它在加工方向的尺寸，实际已由加工示意图所确定，图中已规定了机床在加工终了时工件端面至镗削头下端面的距离。由此，根据选定的动力箱、滑台、侧底座等标准的位置关系，并考虑滑台的前备量，通过尺寸链就可以计算确定中间底 座加工方向的尺寸。算出的长度通常应圆整，并按 R20优选数系选用。当加工终了时，镗削头与夹具体轮廓间应有足够的距离，以便于调整和维修，并留有一定的前备量 (20mm)。 确定中间底座的高度方向尺寸时，应注意机床的刚性要求、冷却排屑系统要求以及侧底座连接尺寸要求。 综上所述，选定中间底座尺寸 -长： 1680mm； 宽： 970mm； 高： 420mm。 机床联系尺寸总图见附图。 2.3.4 生产率计算卡 生产率计算卡反映机床生产节拍或实际生产率和切削用量、动作时间、生产纲领及负荷率等关系的技术文件。它是用户验收机床 生产效率的重要依据。 a) 理想生产率 Q 理想生产率 Q（单位为件 /h）是指完成年生产纲领 A（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。它与全年工时总数kt有关。根据文献资料 1251页公式计算 （ 2-10） 式中 A 年生产纲领（件），本课题中 A=40000件 kt 全年工时总数，本课题以 两 班制计，则kt=4600h 则 b) 实际生产率 1Q 实际生产率 1Q 是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。即公式 （ 2-11） 式中 单T 生产一个零件所需时间（ min）。 htAQk/7.84 6 0 04 0 0 0 0 件单TQ 601 ktAQ ntsTY2100 柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及刀具设计 12 则 单TQ 601 =60/6=10件 / h c) 机床负荷率 机床负荷率为 理想生产率与实际生产率之比。即文献资料 12的 52页 公式 （ 2-13） 则 1QQ =8.7/10=0.87 当 1Q Q时，机床负荷率为二者之比。组合机床负荷率一般为 0.75 0.90，自动线负荷率为 0.6-0.7。对于精密度较高、自动化程度高或多品种组合机床，宜适当降低负荷率。本机 床负荷率适中。 生产率计算卡如表 2-4所示 ： 1QQnts 13 表 2-4 粗镗 加工机床生产率计算卡 被加工零件 图号 TY2100-004 毛坯种类 铸件 名称 柴油机机体 毛坯重量 材料 HT250 硬度 187 251HBS 工序名称 单面镗孔 工序号 序号 工步 名称 被加工零件数量 加工直径 (mm) 加工长度 (mm) 工作行程 (mm) 切削速度 (m/min) 每分钟转速 (r/ min) 进给量 (mm/r) 进给速度 (mm /min) 工时 (min) 机加工 时间 辅助 时间 共计 1 装卸工件 1 0.6 0.6 2 滑台快进 40 7500 0.03 0.03 多轴箱工进 (镗孔 117) 117 8.6 63.6 173 0.45 77.85 多轴箱工进 (镗孔 112) 112 20.3 60.9 173 0.45 77.85 多轴箱工进 (镗孔 111.5) 111.5 27 200 60.6 173 0.45 77.85 2.57 2.57 滑台快退 240 0.04 0.04 滑台移位 120 0.06 0.06 3 重复上工步 2 2.7 2.7 备注 装卸工件时间取决于操作者熟练程度 ,本机床计算时取 0.6min 总计 6min 单件工时 min 机床生产率 10件 /h 机床负荷率 87% ntsTY2100 柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及刀具设计 14 3 镗刀设计 3.1 刀具 设计概述 正确的选择刀具结 构，对保证组合机床正常工作极为重要。根据工艺要求和加工精度不同，常用刀具有一般刀具（标准）、复合刀具及特种刀具等。选择刀具结构应注意以下问题： （ 1）只要条件许可，应尽量选用标准刀具和一般简单刀具。 （ 2）为提高工序集中程度或保证加工精度，可采用先后加工或同时两个或两个以上表面的复合刀具。但应尽量采用组装式结构，如装几把镗刀的镗杆，几把扩孔钻或铰刀的镗杆，同时加工孔及端面的镗刀头等。整体式复合刀具制造刃磨较困难，刀体不能重复使用，成本高，只有为了节省工位或机床台数和为保证加工精度所必须时才能采用。 选择和设 计复合刀具，应注意刀具加工形成和导向位置的变化；刀具制造、刃磨和排屑是否方便；还应使复合刀具各切削部分的耐用度大致相同。 （ 3）采用镗刀和铰刀的原则：由于大直径铰刀不易制成，一般铰刀使用直径在100mm以内（常在 40mm 以内）。下列情况选用铰刀较为有利：孔面不连续，镗削时易产生振动，影响孔的圆度；在机床上对刀不够方便；加工孔径小于 40mm 且要求较高的同心孔系；加工节拍短，要求不常调刀且尺寸精度较稳定。除上述情况外，应优先选用镗削工艺。因为镗刀制造、刃磨简便，特别对不通孔、高精度孔、孔中心线直线度和位置度要求 严格的孔，采用精密镗削工艺是必要的。 （ 4）选择刀具必须考虑工件材料特点。如加工硬度较高的铸铁，为提高刀具使用寿命，宜采用多刃铰刀或多刃镗头；加工钢件时，为避免切屑缠绕镗杆，也适宜用多刃铰刀或多刃镗头。当能解决切屑缠绕问题时，可采用单刀镗削，以利于提高加工精度和表面粗糙度。 3.2 镗刀 结构方案 镗刀固定在镗削头上，机床工作时，镗刀杆随着镗削头主轴旋转而旋转，并向下做镗削运动。镗刀杆上装有 三 把刀，三把刀 都是 固定在镗刀杆上，最上面一把刀用来镗 117 的孔，最下面一把刀用来镗 111.5 的孔，中间一把刀用来镗 112 的孔。 镗杆直径选择 70mm。在加工铸铁时，为消除单方向作用力 ， 刀具 采用 对称分布 ，从而 提高 了 刀具使用寿命。 镗刀装配图见图 3-1 nts 15 图 3-1 镗刀装配图 ntsTY2100 柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及刀具设计 16 后角后角图 3-2 阶梯扩镗刀 示意图 后角图 3-3 镗刀 示意图 nts 17 3.3 镗刀设计 A 刀片夹固结构 的选择 考虑到加工是在立式镗床上进行，且属于连续加工，参照文献 13表 1-1 典型刀片夹固结构简图和特点，采用焊接式 结构。 B 刀片材料 的选择 参照文献 12表 6-15，由于加工材料为铸铁，且加工方式为粗 加工，故 刀片材料选硬质合金 （ 6YG ） 。 C 镗刀合理角度 的选择 根据刀具合理几何参数的选择原则，并考虑到镗刀几何角度的形成特点，参照文献 10表 2-6-1、 2-6-2、 2-6-3，选取如下四个主要角度： 镗 刀： a）前角 0 10b）后角 0 8c）主偏角 rK 75 d）刃倾角 s 6阶梯扩 镗刀 1： a）前角 0 10b）后角 0 8c）主偏角 rK 75 d）刃倾角 s 6阶梯扩镗刀 2： a）前角 0 10b）后角 0 8c）主偏角 rK 75 d）刃倾角 s 6D 切削用量 的选择 切削 用量在前面已求出。 切削深度 1pa8.6mm 2pa11.7mm 3pa27mm 进给量 1f 0.45mm/r 2f 0.45mm/r 3f0.45mm/r 切削速度 1v 63.6m/min 2v 60.9m/min 3v60.6m/min E 刀片型号和尺寸 的选择 a) 选择刀片有无中心固定孔 由于刀片夹固结构已选定为焊接式，因此没 有中心固定孔的刀片。 b) 选择刀片形状 国家标准 GB2076-87中规定的硬质合金可转位刀片有 17种刀片形状（见文 献 13表 1-3），常用的是：三角形、正方形、偏 8 三边形、凸三边形等。选择刀片形状时，主要依据被加工工件的工序性质、工件形状、刀具耐用度和刀片的利用率等进行。 根据本组合机床要加工孔的特点 及加工方法 选取各镗刀的刀片形状为 ： 镗刀： 圆孔菱 形 阶梯扩 镗刀 1： 圆孔菱形 ntsTY2100 柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及刀具设计 18 阶梯扩镗刀 1： 圆孔菱形 c) 选择刀片精度等级 镗削用硬质合金可转位刀片的精度等级有 U(普通级 )、 M（中等级）和 G（精密级）等 3种，一般情况下选用 U级，有特殊要求时才选用 M和 G级。 本组合机床刀片的精度等级为 U级。 d) 选择刀片内切圆直径 d（或刀片边长 L） 根据已选定的pa， rK 和s，将pa、 rK 和s代入式 sKrapL se cossin（ 3-1） 可求出刀刃的实际参加工作长度seL。 则所选用的刀片边长 L应为 L1.5seL. 经计算后得各刀片的边长 镗刀： 20mm 阶梯扩 镗刀 1： 16mm 阶梯扩镗刀 2： 10mm e) 选择刀片厚度 s 根据已选定的pa、 f ， 利用文献 13图 1-1 选择刀片厚度的诺模图，求得刀片厚度 S。 镗刀： 7mm 阶梯扩 镗刀 1： 5.5mm 阶梯扩镗刀 2： 3.5mm f) 选择刀尖圆角半径 r 根据已选定的pa、 f ，利用文献 13图 1-2 选择刀尖圆角半径的诺模图，求得连续切削时的 r。 阶梯扩镗 刀 1： 0.8mm 阶梯扩镗刀 2： 0.8mm 镗刀： 0.8mm g) 选择刀片断屑槽型式和尺寸 国家标准 GB2076-87中规定的硬质合金可转位刀片有 13中断屑槽型式。常 用的是： A、 H、 Y、 K 和 V 型。 Y 型 K 型截面形状与 A、 H、 V 型截面形状类似，只是沿刃上断屑槽宽nw与槽深nd是变化的。 断屑槽的尺寸是与刀片型号和尺寸相适应的，因此当选定了刀片型号和尺寸之后，只要确定断屑槽的槽型，便可在有关标准中查到与刀片型号和尺寸相适应的断屑槽尺寸。 综合以上七方面的因素，确定选用的刀片型号： a 镗 刀： TCMT110308 T 刀片形状（圆孔 菱 形） C 刀片法后角（ 8 ） nts 19 M 刀片精度等级： d 刀片的内切圆公称直径（ mm15.005.0 ） s 刀片厚度 ( mm15.0 ) m 刀尖位置尺寸（ mm2.008.0 ） T 刀片有无断屑槽和中心固定孔：断屑槽（单面有） 中心固定孔（ 无 ） 沉孔角度（ 6040 ） 11 刀片边长（ 20mm） 03 刀片厚度（ 7mm） 08 刀尖圆角半径（ 0.8mm） b 阶梯扩 镗刀 1： SCMT120408 S 刀片形状（圆孔 菱 形） C 刀片法后角（ 8 ） M 刀片精度等级： d 刀片的内切圆公称直径（ mm15.005.0 ） s 刀片厚度 ( mm13.0 ) m 刀尖位置尺寸（ mm2.008.0 ） T 刀片有无断屑槽和中心固定孔：断屑槽（单面有） 中心固定孔（有） 沉孔角度（ 6040 ） 12 刀片边长（ 16mm） 04 刀片厚度（ 5.5mm） 08 刀尖圆角半径（ 0.8mm） C阶梯扩 镗刀 2： CCMW09T308 C 刀片形状（圆孔菱形） C 刀片法后角（ 8 ） M 刀片精度 等级： d 刀片的内切圆公称直径（ mm15.005.0 ） s 刀片厚度 ( mm15.0 ) m 刀尖位置尺寸（ mm2.008.0 ） W 刀片有无断屑槽和中心固定孔：断屑槽（无） 中心固定孔（有） 沉孔角度（ 6040 ） 09 刀片边长（ 10mm） T3 刀片厚度（ 3.5mm） 08 刀尖圆角半径（ 0.8mm） F 硬质合金刀垫型号和尺寸 的选择 为了承受切削中产生的高温和保护刀体，一般在硬质合金刀片的下面放置一个刀垫。刀垫材料可用淬硬的高速钢或高碳钢，但最好用硬质合金。刀垫的形状应与刀片一致，但边长略小，一般可每侧小 0.5mm，刀垫厚度也可比刀片小些。 G 刀杆材料和尺寸 的选择 ntsTY2100 柴油机机体缸孔粗镗组合机床总体及刀具设计 20 a) 刀杆材料 的选择 选用 40Cr为刀杆材料，热处理硬度为 35-40HRC，表面氧化。 b) 刀杆尺寸 的选择 半精加工中时，根据文献资料 12表 3-2 可得如下数据： 表 3-1 镗孔、镗杆直径和镗刀截面 镗孔直径 D 30 40 42 50 镗杆直径 d 20 30 30 40 镗刀方截面 B B 8 8 10 10 镗刀圆截面 d1 8 10 10 12 a 刀杆截面尺寸（ H B） 参照文献 13表 1-14得刀杆截面尺寸： 镗刀 ： 17 11.5mm 阶梯扩 镗刀 1： 21 16mm 阶梯扩 镗刀 2： 17 13mm b 刀杆长度尺寸 参照文献 13表 1-14得刀杆长度尺寸： 镗 刀： 39.4mm 阶梯扩 镗刀 1： 46mm 阶梯扩镗刀 2： 39.5mm nts 21 4 结论 本次的毕业设计也是对自己这四年的一次综合考察，作为一名学机械的本科生来说，设计一项关于机械方面的东西，也许是最适合的“考卷”。 其目的是加深我们对机械设计制造及其自动化这个专业的理解，使我们的专业知
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