盘丝车床总体设计及刀架部件设计

毕业设计（论文）1盘丝车床总体设计及刀架部件设计毕业设计（论文）2摘要本文在参考了国家内外大量文献资料的基础上，提出了一种加工盘丝零件专用机床的总体设计方案,专用机床总体方案设计的主要依据是工件分析和工艺分析。专用机床结构设计是在“移植” 和简作通用机床结构的墓础上创造特殊机构。本文还对专用机床适用的一种刀架部件进行了设计。刀架部件是机床上安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作，承受极大的切削力，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。关键词：专用机床，车床，刀架；毕业设计（论文）3目录摘要 .2目录 .31 绪论 .41.1 机床在国民经济的地位及其发展简史 .41.2 组合机床的国内、外现状 .51.3 专用机床与组合机床 .62 盘丝车床总体设计 .82.1 工艺方案的拟订 .82.1.1 确定专用机床工艺方案的基本原则 .82.1.2 专用机床工艺方案的拟订 .82.1.3 组合机床配置型式及结构方案的确定 .92.2 切削用量的确定 .102.2.1 组合机床切削用量选择的特点、方法及问题 .102.2.2 确定切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度 .122.3 盘丝零件加工专用机床总体设计 “三图一卡 ”.132.3.1 被加工零件工序图 .132.3.2 加工示意图 .143 盘丝车床刀架部件设计 .203.1 机床刀架的功能、类型和应满足的要求 .203.1.1 机床刀架的功能 .203.1.2 机床刀架的类型 .203.1.3 机床刀架应满足的要求 .213.2 机床刀架及其转位、定位机构设计 .213.2.1 机床上的刀架 .213.2.2 机床刀架的转位机构设计 .223.2.3 定位机构设计 .233.3 盘丝车床的刀架设计 .24结论 .26致 谢 .27参考文献 .28毕业设计（论文）41 绪论1.1 机床在国民经济的地位及其发展简史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械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生产的，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坯，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。续车床之后，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，由于高速钢和硬质合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、电气和液压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，使机床自动化进毕业设计（论文）5入了一个崭新的阶段，与早期发展的仅适用于大批大量生产的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能得到经济的使用。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。我国的机床工业是在 1949 年新中国成立后才开始建立起来的。解放前，由于长期的封锁统治和 19 世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。至解放前夕，全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂，制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等；1949 年全国机床产量仅 1000 多台，品种不到 10 个。解放后，党和人民政府十分重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢复时期，就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂；在随后开始的几个五年计划期间，又陆续扩建、新建了一系列机床厂。经过 50 多年的建设，我国机床工业从无到有，从小到大，现在已经成门类比较齐全，具有一定实力的机床工业体系，能生产 5000 多种机床通用品种，数控机床 1500 多种；不仅装备了国内的工业，而且每年还有一定数量的机床出口。我国机床行业的发展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，与世界先进水平相比，还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要，为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力，必须深入开展机床基础理论研究，加强工艺试验研究，大力开发精密、重型和数控机床，使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列。某些零件的加工，通用机床不能满足，或者不能很好地满足要求，必须设计专用机床。如：某些形状奇怪的零件，通用机床不能加工；有些虽然能加工，但某项精度要求很高，达不到要求，有些虽然能加工，也能保证精度，但是生产率太低，或者经济效果不好，或者操作劳动繁重等，这类情况必须设计专用机床。专用机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化,可根据需要灵活配置,能缩短设计和制造周期。因此专用机床兼有低成本和高效率的优点,在大批、大量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。毕业设计（论文）6专用机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时,工件一般不旋转,由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动,来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。本课题盘丝零件加工专用机床即用于盘丝零件端面车削加工。1.2 组合机床的国内、外现状从历史上看, 机床经历了由专用机床到通用机床, 又由通用机床到专用机床的发展过程。最早出现的原始机床是专用机床。后来, 专用机床的工艺范围扩大并定型化, 机床的布局和结构也定型化, 于是在专用机床的基础上演变出通用机床。再往后, 一方面通用机床的结构和性能不断改善, 另一方面在通用机床结构的基础上又发展出各种高生产率的机床, 包括 专用机床、组合机床、数控机床和自动线等。由于专用机床的工艺、布局、结构以及性能等都是针对特定的被加工零件设计的, 因此易使机床结构简单、自动化和多刀加工, 从而提高了生产率。专用机床的任务是使机床和生产要求之间的矛盾得到统一，因此, 设计专机时, 必须针对矛盾的特点, 采取相应的措施。在一定程度上矛盾的特点即决定了专机的特点。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发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。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的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、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比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额) ,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的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、装毕业设计（论文）7配机、综合测量机、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、装滚筒、托盘自动识别计算机生产调度等技术,可实现被输送零部件的定向、定位、升降、回转,通过编码识别及计算机的生产调度实现无序混流输送等。上述组合机床代表了目前我国组合机床装备较高的技术水平,但随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高,高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业,因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面,加强数控技术的应用,提高组合机床产品数控化率;另一方面,进一步发展新型部件,尤其是多坐标部件,使其模块化、柔性化,适应可调可变、多品种加工的市场需 。1求1.3 专用机床与组合机床组合机床是工件加工需要，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。组合机床是随着生产的发展，由万能机床和专用机床发展而来的。大家都知道，多少年来机械产品加工广泛地采用万能机床。但随着生产的发展，很多企业的产品产量越来越大，精度越来越高，如汽车行业的汽缸体、汽缸盖、变速箱、导块等零件，采用万能机床加工就不能很好的满足要求。因为在某一台机床上总是加工一种工件，使万能机床的很多部件和机构变得作用不大，工人整天忙于装夹工件、启动机床、起刀退刀、停车及卸工件等，不仅工人劳动强度很大，而且生产效率也不高，不利于保证产品加工精度。专用机床的创造，就是为了解决这个矛盾的。专用机床是专门用于加工一种工件或一种工件的一定工序的机床，它可以同时用许多刀具进行切削，机床的辅助动作部分地实现了自动化，结构也比万能机床简单，生产效率提高了。但专用机床有一个最大的弱点：就是当被加工工件稍有一点变动，它就用不上了，需要另造新的机床，不能适应现代机械工业技术迅速发展、产品经常革新的需要，而且这种机床设计制造周期长，造价也高。在总结生产实践的基础上，提出创造这样的高效率机床：它既有专用机床效率高结构简单的特点，又有万能机床能够重新调整，以适应新工件的加工特点。为此，将机床上带动刀具对工件产生切削运动的部分以及床身、立柱、工作台等设计制造成通毕业设计（论文）8用的独立部件，称为“通用部件” 。根据工件加工的需要，用这些通用部件配以部分专用部件就可以组成机床，这就是组合机床。当工件改变了，还是用这些通用部件，只将部分专用部件改装，又可以组成加工新工件的机床。毕业设计（论文）92 盘丝车床总体设计2.1 工艺方案的拟订专用组合机床总体设计，是根据已有加工零件图，拟定工艺和结构方案，并进行方案图样和有关技术文件的设计。通用机床的总体方案包括机床上的工艺和运动、机床的总体布局等已基本定型，专用机床则有不定型和多样性的特点。工件的形状、尺寸、重量、精度、生产率、生产批量和工艺方案对专用机床的总体方案，往往都具有很大的影响，因此，必须分析透窃零件的工艺方案，才能拟订专用机床的总体方案。工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步，根据工件的加工要求和特点，按一定原则、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。2.1.1 确定专用机床工艺方案的基本原则1、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震动等，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原则。即在一台多工位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，使粗精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，采用钻、扩、铰的加工顺序。2、工序集中原则工序集中是近代机械加工的主要发展方向之一。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，从而提高生产率。本设计将钻、扩、铰三工序集于一台机床。2.1.2 专用机床工艺方案的拟订1、分析、研究加工要求和现场工艺在制定组合机床工艺方案时，首先要分析 、研究被加工零件的用途及其结构特点，加工部位及其精度、表面粗糙度、技术要求及生产纲领。深入现场调查分析零件（或同类零件）的加工工艺方法，定位和夹紧方式，所采用设备、刀具及切削用量，生产率情况及工作条件等方面的现行工艺资料，以便制定出切合实际的合理工艺方案。毕业设计（论文）102、定位基准和夹紧部位的选择组合机床一般为工序集中的多刀加工，一般切削负荷大，而且工件受力方向变化。因此，正确选择定位基准和夹压部位是保证加工精度的重要条件。对于毛坯基准选择要考虑有关工序加工余量的均匀性；对于光面定位基准的选择要考虑基面与加工部位间位置尺寸关系，使它利于保证加工精度。定位夹紧部位的选择应在有足够的夹紧力下工件产生的变形最小，并且夹具易于设置导向和通过刀具。组合机床常用工艺方法及所能获得的加工精度；表面粗糙度和形位精度推荐数据参见文献2 、 3、4 。3、工序间余量的确定为可靠地保证加工质量，必须合理确定工序间余量。组合机床孔加工常用工序间余量参考有关工艺设计资 ，取钻 13mm 孔、扩 13.75mm 孔、铰 14mm 孔。5料4、刀具结构的选择正确选择刀具结构，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）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 40 mm 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。（3）选择刀具结构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刀头。当能可靠解决切屑缠绕镗杆问题时，可采用单刀镗削，以利于提高加工精度和表面粗糙度。依据以上原则，选择锥柄 13mm 麻花钻（GB/T1438.1-1996） 、13.75mm 锥柄扩孔钻（GB/T4256-2004） 、14mm 锥柄铰刀(GB/T1132-2004)。2.1.3 组合机床配置型式及结构方案的确定专用机床和通用机床在结构上既有共性，又各有不同。通用机床是成批产品，其毕业设计（论文）11结构经历了生产的考验。如果将通用机床和专用机床的共性结构，如某些支承件，主轴组件“借用”到专用机床上，则可以明显缩短专用机床的设计和制造周期，降低成本。“借用”形式之一是将来通用机床中的部分结构用在专用机床上，使通用机床变型为专用机床,另一形式是改造现有通用机床为专机, 即专机中的部分零部件利用现有机床的,不必设计和制造。本次盘丝车床的设计主要考虑这种“借用”形式。根据工件的结构特点、工艺要求、生产率要求及工艺方案等，可大体确定采用哪种基本配置形式的机床。配置方案不同对机床的复杂程度、通用化程度、结构工艺性、加工精度、机床重新调整的可能性以及经济性等都有不同的影响。因此，确定机床配置形式和结构方案时应考虑以下主要问题。1、不同配置形式和结构方案对加工精度的影响在确定机床配置形式和结构方案时，首先要考虑如何稳定的保证零件的加工精度。影响加工精度的主要原因有夹具误差和加工误差两方面。夹具误差：一般精加工的夹具公差为零件公差的 1/31/5；粗加工时，夹具精度可略低，但不能太低。夹具形式也有影响。固定式夹具单工位组合机床可达到的加工精度最高；移动（或回转）式夹具多工位组合机床，因存在移（转）位、定位误差，其加工精度一般比固定式夹具低。2、其他注意问题（1）要注意排屑通畅 如采用前后导向进行加工的机床，最好卧式布置，以免切屑挤入前导向。对多工位机床，应特别注意前道工序存留在孔中的切屑，尤其是立式机床加工盲孔应设吹屑或倒屑装置。条件允许，也可将钻孔深些，以防止内积屑折损刀具或破坏加工精度。（2）注意相关联的机床夹具结构的统一性确定成套或流水线上的机床型式时，应尽量使机床和夹具型式一致，以利保证加工精度、提高通用化程度，便于设计、制造和维修。（3）应注意机床使用条件：如车间的布置情况、毛坯或在制品的堆放和流向、装卸方位和操作方便性以及使用单位的后方车间技术水平和维修能力等。综上所述，考虑各方面因素以及机床配置型式所应注意的问题，盘丝零件加工专用机床采用卧式布局，所需加工的面为盘丝零件上平面螺纹外侧面和内侧面。毕业设计（论文）122.2 切削用量的确定在组合机床工艺方案确定中，工艺方法和关键工序的切削用量选择十分重要。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、机床的结构型式及工作可靠性均有较大的影响。2.2.1 组合机床切削用量选择的特点、方法及问题1、 组合机床切削用量的选择特点（1）组合机床常采用多刀多刃同时切削，为尽量减少换刀时间和刀具的损耗，保证机床的生产率及经济效果，选用的切削用量应比通用机床单刀加工时低 30左右。（2）组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给。因此，同一滑台带动的多轴箱上所有刀具（除丝锥外）的每分钟进给量相同，即等于滑台的工进速度。2、 组合机床切削用量选择方法及应注意的问题目前常用查表法，参照生产现场同类工艺，必要时经工艺试验确定切削用量。组合机床切削用量确定时应注意以下问题：（1）应尽量做到合理使用所有刀具，充分发挥其使用性能。由于多轴箱上同时工作的刀具种类不同且直径大小不等，其切削用量也各有特点。如钻孔要求高的切削速度和较小的进给量；铰孔则与之相反。但同一多轴箱上的各刀具每分钟进给量必须相等并等于滑台的工进速度 Vf 单位为(mm/min),所以要求同一多轴箱上各刀具均有较合理的切削用量是困难的。因此，一般先按各刀具选择较合理的转速 ni(单位为 r/min)和每转进给量 fi(单位为 mm/r)，再根据其中工作时间最长、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，通常用“试凑法”来满足每分钟进给量相同的要求。即 n1f1=n2f2= nifi=Vf （2.1）必要时可对少数难以协调的刀具采用附加（增或减速）机构加以解决。（2）选择切削用量时要注意既要保证生产批量要求，又要保证刀具一定的耐用度。在生产率要求不是很高时，切削用量就不必选得很高，以免降低刀具耐用度。即使是生产率要求很高的组合机床，也是在保证加工精度和刀具的耐用度的情况下，提高“限制性刀具”的切削用量；对于“非限制性刀具” ，其耐用度只要求不低于某一极限值，这样可减少切削功率。组合机床切削用量选择通常要求刀具耐用度不低于一个毕业设计（论文）13工作班，最少不低于 4h。（3）确定切削用量时，还需考虑所选动力滑台的性能。如采用液压滑台时，选择每分钟进给量 fM 应比该滑台最小工进速度大 50，否则会受温度和其他原因导致进给不稳定。根据以上原则并结合工件孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等。按照经济地选择满足加工要求，经过反复计算、试凑，最终选取：钻孔：孔径 d=13mm 进给量 f=0.13(mm/r) 转速 n=407（r/min） 切削速度v=16.63（m/min ） 每分钟进给量 Vf =53（mm/min）扩孔：孔径 d=13.75mm 进给量 f=0.15(mm/r) 转速 n=356（r/min）切削速度v=14.54（m/min ） 每分钟进给量 Vf =53（mm/min）铰孔：孔径 d=14mm 进给量 f=0.46(mm/r) 转速 n=114（r/min） 切削速度v=5.01（m/min ）每分钟进给量 Vf =53（mm/min）2.2.2 确定切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度根据选定的切削用量（主要指切削速度 v 及进给量 f） ，确定进给力，作为选择动力滑台及设计夹具的依据；确定切削转矩，用以确定主轴及其他传动件（齿轮、传动轴）的尺寸；确定切削功率，用作选择主传动电机（一般指动力箱电机）功率；确定刀具耐用度，用以验证所选用量或刀具是否合理。参考组合机床设计简明手册中不同刀具对不同工件材料完成不同工序（如钻孔、镗孔和攻螺纹等）时切削力、2转矩及功率计算的计算公式；刀具耐用度计算参考有关手 。5册通过查表计算如下：钢材号：40 布氏硬度：HB =207 抗拉强度 =570MPa。b钻孔：切削力： =33FD7.0f5.b=3313 .1375.0= 11998.4073（N）切削扭矩： =16.5T28.0f7.b=16.5 13.7.05=46306.0341（Nmm）切削功率： =PD9740v毕业设计（论文）14=46306.034116.63/(97403.1413)=2.0（kw）扩孔：切削力： =9.2F4.0f2.1p6.0HB=9.2 .5.86.07=80.7990（N）切削扭矩： =31.6T75.0D.f6.0=31.6 .138.6.027=1162.9775（Nmm）切削功率： =P9740v=1162.977514.54/(97403.1413)=0.0446（kw ）铰孔：（取扩孔的 30）切削力： =24.2397（N） 切削扭矩： =348.8932（Nmm） 切削功率：FT=0.0133（kw）P总切削力：F=11998.4037+80.7990+24.2397=12106.1037（N）总功率： =2.0+0.0446+0.0133=2.1（kw）式中：HB布氏硬度F切削力（ N）F一一总切削力（N）D钻头直径（mm）f每转进给量（mm/r）T切削扭矩(Nmm)V切削速度（m/min）P切削功率 (kw)n 一一钻头转速(r/min)切削深度（mm）,式中取 =0.8（mm）pp2.3 盘丝零件加工专用机床总体设计“三图一卡”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。其内容包括：绘制加工零件工序图、加工毕业设计（论文）15示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡 。4等2.3.1 被加工零件工序图1、被加工零件工序图的作用与内 6容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。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。被加工零件工序图是在被加工零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其内容包括：（1）被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。当需要设置中间导向时，则应把设置中间导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部肋、壁布置及有关结构形状和尺寸表示清楚，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。（2）本工序所选用的定位基准、夹压部位及加紧方向。以便据此进行夹具的支承、定位、夹紧和导向等机构设计。（3）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。（4）注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。毕业设计（论文）16图 2.1 盘丝零件图本课题中的盘丝零件如上图所示，又称为端面方牙螺纹，即在盘类零件的端面上加工成方牙螺纹，改螺纹牙形呈矩形，尚未标准化，无特殊要求条件下，一般可参照梯形螺纹选取。其零件上的螺旋槽曲线是阿基米德螺旋线，也是零件的工作表面，要求表面光滑，有足够的强度。在极坐标系统中，阿基米德螺旋线方程式如下： b其中 是螺旋线上各点相应向量半径， 是螺旋线上各点相应向量的极角，b 被称为比例系数，即转角的增量和向量半径增量成正比。阿基米德螺旋线的加工可以在车床上加工，利用车床增大螺距系统、光杠与横向传动系统。先将盘类零件端面粗车，粗糙度为 Ra2.5m。再选定机床转数 48r/min,横向进给量，即瑞面螺距 6mm，进刀深度 0.4mm，端面车刀改用螺纹车刀，走刀，方向由外向口心，一次加工成形。盘丝类零件主要应用于自定心夹具和其他的自定心夹压锁紧装置。例如普通车床、外圆磨牙等所使用的三爪自定心卡盘；夹持薄壁零件用的四、六爪自定心卡盘，两爪自定心专用夹距等都采用端面方牙螺纹。目前，盘丝零件在自定心夹具上的应用越来越广泛。毕业设计（论文）17端面方牙螺纹可依据上述的原理设计、制造或改造专用加工机床用于大批量生产。主轴和横向传动丝杠的传动比，严格按设计制造（按实际需要配换挂轮） 。主轴夹持工件作旋转运动。行台夹固刀具横向作往复直线运动。行台上的纵向刀架作纵向进给，当行台往复行程一次，纵向刀架作一次自动进给。进给量可以适量调整，加工螺距深根据零件要求，机床可作调整。加工深度达到工艺要求时，使挡铁接触开关，发出信号，机床自动停车，刀具返回原位，完成螺纹加工。2.3.2 加工示意图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、导向装置、攻螺纹靠模机构装置等结构尺寸；刀具、导向套间的配合，刀具、接杆、主轴间的连接方式及配合尺寸等。2、选择刀具、导向及有关计算（1） 刀具的选择 选择刀具应考虑工件的材质、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求。只要条件允许，应尽量选用标准刀具。为提高工序集中程度或满足精度要求，可以采用复合刀具。孔加工刀具（钻、扩、铰等）的直径应与加工部位尺寸、精度相适应，其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套端面 3050mm,以利排屑和刀具磨损后有一定的向前调整量。刀具锥柄插入接杆孔内长度，在绘制加工示意图时应注意从刀具总长中减去。（2）导向结构的选择组合机床加工孔时，除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。因此，正确的选择导向结构和确定导向类型、参数、精度，是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须解决的问题。导向类型及结构选择、导向主要参数及导向数量的确定，参考文献2。毕业设计（论文）18图 2.2 固定导向装置的布置（3） 确定主轴类型、尺寸、外伸长度 主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的连接结构进行确定。主轴轴颈及轴端尺寸主要取决于进给抗力和主轴刀具结构系统。毕业设计（论文）19图 2.3 加工示意图因为轴的材料为 45，剪切弹性模量 G=81.0Gpa，刚性主轴取 14（）m，所以 B 取 7.3，根据刚性条件计算主轴的直径为：d B 410T（2.2）钻削主轴：d B =7.3 =33.86mm，取 d=35mm410T41034.610扩削主轴：d B =7.3 =13.48mm，取 d=20mm9752铰削主轴：d B =7.3 =9.97mm，取 d=20mm448.式中：d轴直径（mm）T轴所承受的转矩（Nm）B系数本设计中主轴直径分别为钻削 D/ =50/36，扩削 D/ =32/20，铰削 D/ =32/20，1d1d1d轴外伸长度均为：L=100mm 。（4） 选择接杆、浮动卡头 除刚性主轴外，组合机床主轴与刀具间常用接杆连接（称刚性连接）和浮动卡头连接（称浮动连接） 。在钻、扩、铰及倒角等加工小孔时，通常都采用接杆。因多轴箱各主轴的外伸长度和刀具长度都为定值，为保证多轴箱上各刀具能同时达到加工终了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完各孔的要求。为使工件端面至多轴箱端面为最小距离，首先应按加工部位在外壁、加工孔深最浅、孔径又最大毕业设计（论文）20的主轴选定接杆（通常先按最小长度选取） ，由此选用其他接杆。接杆已标准化，通用标准接杆号可根据刀具尾部结构（莫氏号）和主轴头部内孔径直径参考相关手册选取。图 2.4 可调连接杆连接杆上的尺寸 d 与主轴外伸长度的内孔 D 配合，因此，根据接杆直径 d 选择刀具接杆参数如表 21 所示：表 2.1 可调接杆的尺寸d(h6) D1(h6) d2 L l1 l2 l3 d3 螺母厚度36 Tr362 莫氏 1 号 17.780 118 65 50 1420 Tr202 莫氏 1 号 12.065 88 46 40 25 17 1220 Tr202 莫氏 1 号 12.065 88 46 40 25 17 12为提高加工精度、减少主轴位置误差和主轴振摆对加工精度的影响，在采用长导向或双导向和多导向进行扩、铰孔时，一般孔的位置精度靠夹具保证。为避免主轴与夹具导套不同轴而引起的刀杆“别劲”现象影响加工精度，均可采用浮动卡头连接。（5） 标注联系尺寸 首先从同一多轴箱上所有刀具中找出影响联系尺寸的关键刀具，使接杆最短，以获得加工终了时多轴箱前端面到工件端面之间所需的最小距离，并据此确定全部刀具、接杆（或卡头） 、导向托架及工件之间的联系尺寸。主轴端部须标注外径和孔径（D/d） 、外伸长度 L；刀具结构尺寸须标注直径和长度；导向结构尺寸应标注直径、长度、配合；工件至夹具之间的尺寸须标注工件离导套端面的距离；还需标注托架与夹具之间的尺寸、工件本身以及加工部位的尺寸和精度等。毕业设计（论文）21多轴箱端面到工件端面之间的距离是加工示意图上最重要的联系尺寸。为使所设计的机床结构紧凑，应尽量缩小这一距离。这一距离取决于两方面：一是多轴箱上刀具、接杆（卡头） 、主轴等结构和互相联系所需的最小轴向尺寸；二是机床总布局所要求的联系尺寸。这两个方面是互相制约的。（6） 标注切削用量 各主轴的切削用量应标注在相应的主轴后端。其内容包括：主轴转速 ni、相应刀具的切削速度 vi、每转进给量 fi 和每分钟进给量 Fm.。 同一多轴箱上各主轴的每分钟进给量是相等的，都等于动力滑台的工进速度，即 Fm=vf。（7） 动力部件工作循环及行程的确定动力部件的工作循环是指加工时，动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置，又返回到原位的动作过程。一般包括快速引进、工作进给和快速退回等动作。有时还有中间停止、多次往复进给、跳跃进给、死挡铁停留等特殊要求。1) 工作进给长度 LI 的确定 组合机床上有第一工作进给和第二工作进给之分。前者用于钻、扩、铰等工序；后者用于钻或扩孔之后的倒大角等工序；工作进给长度 LI，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 L1 和切出长度 L2 之和。即: LI= L1+L+ L2 （2.3）切入长度一般为 510mm，根据工件端面的误差情况确定。切出长度一般按下述确定：钻孔 1/3d+（38 ）扩孔 1015铰孔 1015其中，d 为钻头直径；在取值时，当刀具切出平面为以加工表面时取小值，反之取大值。毕业设计（论文）22图 2.5 工作进给长度 本设计中，钻孔：1/3d+（ 38）=1/3 13+（38）=7.312.3，综合扩、铰尺寸范围，取切出长度 L2=12mm。根据端面情况，切入长度取 L1=15.5mm，加工部位长度 L=39.5mm，则LI= L1+L+ L2=12+39.5+15.5=67（mm）2) 快速引进长度的确定 快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度按其具体情况确定。3) 快速退回长度的确定 快速退回的长度等于快速引进和工作进给长度之和。一般在固定式夹具钻孔或扩孔的机床上，动力部件快速退回的行程，只要把所有刀具都退至导套内，不影响工作的装卸就行了。但对于夹具需要回转或移动的机床，动力部件快速退回行程必须把刀具、托架、活动钻模板及定位销都退至夹具运动可能碰到的范围外。4) 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接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中取出时，动力部件需退后的距离（刀具退离夹具导套外端面得距离应大于接杆插入主轴孔内或刀具插入接杆空没得长度，及后备量） 。因此，动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。毕业设计（论文）233 盘丝车床刀架部件设计3.1 机床刀架的功能、类型和应满足的要求3.1.1 机床刀架的功能机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作，如卧式车床上的四方刀架、转塔车床的转塔刀架、回轮式转塔车床的回轮刀架、自动车床的转塔刀架和天平刀架等。这些刀架既安放刀具，而且还直接参与切削，承受极大的切削力，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采用电(液)换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手，实现了大容量存储刀具静自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十几秒减少到几秒甚至零点几秒。这种刀库和换刀机械手组成的自动换刀装置，就成为加工中心的主要特征。3.1.2 机床刀架的类型按照安装刀具的数目可分为单刀架和多刀架。例如自动车床上的前、后刀架和天平刀架。按结构形式可分为方刀架、转塔刀架、回轮式刀架等；按驱动刀架转位的动力可分为手动转位刀架和自动(电动和液动)转位刀架。使用多刀架的数控机床往往采用自动换刀装置，轮番对工件进行加工。因为加工中心有立式、卧式、龙门式等几种，所以这些机床上的刀库也各式各样。加工中心上刀库类型有鼓轮式刀库、链式刀库、格子箱式刀库和直线刀库等。鼓轮式刀库应用较广，它包括刀具轴线与鼓轮轴线平行(或垂直或成锐角)。这种刀库结构简单紧凑，但因刀具单环排列、定向利用率低，大容量刀库的外径将较大，转动惯量大，选刀运动时间长。因此，这种形式的刀库容量较小，一般不超过 32 把刀具。链式刀库容量较大，当采用多环链式刀库时，刀库外形较紧凑，占用空间较小，适用于作大容量的刀库。 ，在增加存储刀具数目时，可增加链条长度，而不增加链轮直径因此，链轮的圆周速度不会增加，且刀库的运动惯量不像鼓轮式刀库增加得那样多。格子箱刀库容量较大，结构紧凑，空间利用率高，但布局不灵活，通常将刀库安放于工作台上。有时甚至在使用一侧的刀具时，必须更换另一侧之刀座板。毕业设计（论文）24直线式刀库结构简单，刀库容量较小，一般应用于数控车床、数控钻床，个别加工中心也有采用。3.1.3 机床刀架应满足的要求1) 满足工艺过程所提出的要求。机床依靠刀具和工件间相对运动形成工件表面，而工件的表面形状和表面位置的不同，要求刀架和刀库上能够布置足够多的刀具，而且能够方便而正确地加工各工件表面，为了实现在工件的一次安装中完成多工序加工，所以要求刀架、刀库可以方便地转位。2) 在刀架、刀库上要能牢固地安装刀具，在刀架上安装刀具时还应能精确地调整刀具的位置，采用自动交换刀具时，应能保证刀具变换前后都能处于正确位置。以保证刀具和工件问准确的相对位置。刀架的运动精度将直接反映到被加工工件的几何形状精度和表面粗糙度上，为此，刀架的运动轨迹必须准确，运动应平稳，刀架运转的终点到位应准确。而且这种精度保持性要好，以便长期保持刀具的正确位置。3) 刀架、刀库都应具有足够的刚度。由于刀具的类型、尺寸各异，重量相差很大，刀具在自动转换过程中方向变换较复杂，而且有些刀架还直接承受切削力。考虑到采用新型刀具材料和先进的切削用量，所以刀架刀库和换刀机械手都必须具有足够的刚度，以使切削过程和换刀过程平稳。4) 可靠性高。由于刀架在机床工作过程中，使用次数很多，而且使用频率也高，所以必须充分重视它的可靠性。5) 刀架是为了提高机床自动化而出现的，因而它的换刀时间应尽可能缩短，以利于提高生产率。6) 操作方便和安全。刀架是工人经常操作的机床部件之一，因此它的操作是否方便和安全，往往是评价刀架设计好坏的指标。刀架上应便于工人装刀和调刀，切屑流出方向不能朝向工人，而且操作调整刀架的手柄(或手轱)要省力，应尽量设置在便于操作的地方。3.2 机床刀架及其转位、定位机构设计3.2.1 机床上的刀架刀架是机床的重要组成部分，用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构与性能体现了机床的设计制造技术水平。为了提高机床的自动化程度，人们经常采用自动上、下料，自动装卸工件，自动毕业设计（论文）25交换刀具等措施。卧式车床刀架只能装四把刀，加上尾架也最多装五把刀。而有些零件加工表面很多，需要更多的刀具才能完成。因而出现了将尾架去掉，在此位置上安装能纵向移动的多工位转塔刀具，这样在转塔上可装六把刀具，加上前刀架、后刀架，这样就可使刀具增加到 10 把以上，形成转塔车床，这样工件在一次安装中，就可以加工完更多的表面(图 3126)只不过这种转塔刀架的转位换刀一般由液压来完成的。数控机床是一种高度自动化的机床，它的刀架一般都采用自动(电气或液压)转位方式。随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新，但大体分为排刀式刀架和转塔式刀架两大类。排刀式刀架一般用于小规格数控车床，以加工棒料为主的机床较为常见。它的结构形式为夹持着各种不同用途刀具的刀夹沿着机床的 X 坐标轴方向排列在横向滑板或一种称之为快换台板上。这种刀架的特点之一是在使用时刀具布置和机床调整都比较方便。可以根据具体工件的车削工艺要求，任意组合各种不同用途的