缸头销孔加工专机及夹具设计.doc

南京工程学院车辆工程系本科毕业设计论文题目缸头销孔加工专机及夹具设计专业机械设计制造及其自动化管理汽车技术班级K汽车081学号学生姓名指导教师副教授起迄日期2011220201168设计地点车辆工程实验中心摘要本次设计以缸头销孔为主要加工对象主要任务有两项第一项是加工缸头销孔的组合机床总体设计第二项是缸头销孔的工装夹具的设计在加工缸头销孔的组合机床总体设计中有步骤的进行总体设计工艺方案的拟订切削用量的确定加工工序图加工示意图机床尺寸联系图的绘制在工装夹具部分的设计中首先是定位基准的选择根据各自工序的不同特点来进行定位基准的选择然后进行夹紧力的计算最后是对本次设计的感想该机床可以很好的完成生产纲领需求提高生产率和保证加工精度关键词组合机床缸头销孔切削夹具ABSTRACTThegraduationdesignofcylinderpinholeforthemaindesignobjectwithtwomajortasksthefirstpartisthedesignofthecombinationmachinetoolsthesecondpartisthefixturedesignInthefirstpartwecandothewholedesignbystepsdecideprocessschemeandcuttingparameterandcompletethreegraphsInthesecondpartthefirstisthechoiceofthebenchmarklocationAccordingtodifferentcharacteristicsofrespectiveprocessesThenthecalculationoftheclampingforceThelastisthethinkingofthisdesignThemachinetoolcancompletetheprogramofproductionandimproveproductivityandensurethattheprocessingprecisionKeywordsCombinationmachinetoolsCylinderpinholeCuttingFixture目录绪论1第一章概述211组合机床及其特点212组合机床的类型3121具有固定夹具的单工位组合机床3122具有移动夹具的多工位组合机床3123转塔式组合机床413组合机床工艺范围及加工精度414采用组合机床的经济分析515组合机床的发展趋势5151提高通用部件的水平5152发展适应中小批生产的组合机床5153采用新刀具6154发展自动监测技术6155扩大工艺范围6第二章组合机床通用部件及其选用721通用部件的类型7211通用部件的分类7212通用部件的型号规格及配套关系722常用通用部件823通用部件的选用8231通用部件选用的方法和原则8232通用部件的选用9第三章组合机床总体设计1031工艺方案的拟定10311确定组合机床工艺方案的基本原则及注意问题10312组合机床工艺方案的拟定11313确定组合机床配置形式及结构方案应考虑的问题12314组合机床方案分析比较的主要指标1332切削用量的确定13321组合机床切削用量选择的特点方法及注意问题13322确定切削力切削转矩切削功率及刀具耐用度1433组合机床总体设计三图一卡15331被加工零件加工工序图15332加工示意图16333机床联系尺寸图19334机床生产率计算卡20第四章夹具设计2241夹具设计概述22411组合机床夹具的定义和作用22412组合机床夹具的特点22413夹具的基本结构和工作原理2342夹具设计23421定位原件23422夹紧原件24423夹紧力的计算25424钻套和钻模板25第五章结论2751论文总结27主要工作及结论27存在的问题27感想27致谢29参考资料30附录A英文资料31附录B英文资料翻译361绪论毕业设计是按照教学计划的规定必须进行的一个重要的综合性教学环节使学生所学的知识在实践中得到具体应用通过这次设计能使学生全面了解和掌握一些机械设备方面的知识便于使自己形成一套设计的思维模式而且使所学的知识系统化地由理论转向实践以培养学生对知识的综合运用能力为毕业后走上工作岗位打下一个良好的基础同时通过认真的设计可以提高学生分析和解决问题的能力以便更好的适应社会本设计的主要内容有组合机床的概述组合机床通用部件及其选用组合机床总体设计组合机床夹具设计四个部分本设计以提高生产率和保证加工精度为目的以较充足的专业课知识为基础结合毕业设计任务书在收集和参考大量资料的前提下独立完成设计基本上做到图纸绘制基本符合国家标准做到布局合理图纸也基本能够正确完整清晰的表达出零件的形状及尺寸计算说明书的条理较清晰语言通顺流畅图表和公式的编辑也基本符合毕业论文撰写规范在设计过程中尽量采用通用部件为组合机床的生产提供便利条件在这次设计中贺老师给予了我们很大的帮助在他的指导下一个又一个的难题被攻克我们的设计水平有了很大的提高由于本人的水平十分有限缺少实践经验设计中难免有错误和不当之处恳请各位老师批评指正2第一章概述在大批量生产中为了提高生产率必须注意缩短加工时间和辅助时间而且尽可能使辅助时间和加工时间重合使每个工位安装多个工件的同时进行多刀加工实行工序高度集中因而广泛采用组合机床组合机床是用已经系列化标准化的通用部件和少量专用部件组成的多轴多刀多工序多面或多工位同时加工的高效专用机床生产率比通用机床高几倍至几十倍可以进行钻镗铰攻丝车削铣削车孔端面等工序随着组合机床的发展其工艺范围日益扩大如焊接热处理自动测量和自动装配清洗等非切削工序1911年美国为加工汽车零部件研制了组合机床在发展初期各机床制造厂都执行自己的通用部件标准为方便用户使用和维修提高互换性1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商确定机床通用部件标准化的原则并规定了部件间联系尺寸1973年ISO公布了第一批组合机床通用部件标准它包括了汽车农业纺机和仪表工业1978年1983年又第二次作了增补目前我国组合机床的通用部件约占70到90组合机床广泛应用于大批量生产的行业如汽车拖拉机电动机内燃机阀门缝纫机等制造业主要加工箱体零件如汽缸体变速箱体汽缸盖阀体等一些重要零件的关键加工工序虽然生产批量不大但也采用组合机床来保证其加工质量目前组合机床的研制正向高效高精度高自动化的柔性方向发展11组合机床及其特点组合机床使用系列化标准化的通用部件和少量的专用部件组成的多轴多刀多工序多面或多工位同时加工的高校专用机床其生产率比通用机床高几倍至几十倍可进行钻镗铰攻丝车削铣削等切削加工组合机床的通用部件和标准件约约7080这些部件是系列化的可以进行成批生产其余2030的专用部件是由被加工零件的形状轮廓尺寸工艺和工序来决定如夹具主轴箱刀具和工具等在批量生产中为了提高生产率必须要缩短加工时间和辅助时间而且尽可能使辅助时间和加工时间重合使每个工位装夹多个工件同时进行多刀加工实行工序高度集中因而广泛采用组合机床一般的组合机床主要有六部分通用部件及部分专用部件组成以复合立式三3面钻孔组合机床它由侧底座力主底座力主动力箱滑台及中间底座等通用部件及多轴箱夹具等专用部件组成组合机床的专用部件往往也是由大量的通用零件和标准件组成12组合机床的类型根据所选的通用部件的规格大小以及结构和配制形式等方面的差异将组合机床分为大型组合机床和小型组合机床两大类习惯上滑台台面宽度B250mm的称为大型组合机床B250mm的称为小型组合机床根据大型组合机床的配制形式可以将其分为具有固定夹具的单工位组合机床具有移动夹具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类121具有固定夹具的单工位组合机床单工位组合机床特别适用于加工大中型箱体类零件在整个加工循环中夹具和工件固定不动通过动力部件使刀具从单面双面或多面对工件进行加工这类机床加工精度高但生产率低按照组成部件的配置形式及动力部件的进给方向单工位组合机床又分为卧式立式倾斜式和复合式四种类型1卧式组合机床卧式组合机床的刀具主轴水平布置动力部件沿水平方向进给按加工要求的不同可配置成单面双面或多面的形式立式组合机床立式组合机床的刀具主轴水平布置动力部件沿垂直方向进给一般只有单面配置形式2倾斜式组合机床倾斜式组合机床的动力部件倾斜布置沿倾斜方向进给可配置成单面双面或多面的形式以加工工件上的倾斜表面3复合式组合机床复合式组合机床是上述两种或三种形式的组合122具有移动夹具的多工位组合机床多工位组合机床的夹具和工件可按预订的工作循环作间歇性的移动或转动以便依次在不同工位上对工件进行不同工序的加工这类机床生产率高但加工精度不如单工位组合机床多用于大批量生产中对中小型零件的加工按照夹具和工件的输送方式不同可分为移动式工作台式回转工作台式中央立柱式和鼓轮式四种类型1移动工作台组合机床移动工作台组合机床是先后在两个工位上从两面对工件进行加工夹具和工4件可随工作台直线移动从而实现工位的变换2回转工作台组合机床回转工作台组合机床在每一个工位上可以同时加工一个或几个工件其上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的工作台上并随其作周期转动以实现工位的变换由于这种机床适宜对中小型工件进行多面多工序加工具有专门的装卸工位使装卸工件的辅助时间和机动时间重合所以能够获得较高的生产率3中央立柱式组合机床中央立柱式组合机床上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的工作台上并随其作周期转动以实现工位的变换在环形回转工作台周围以及中央立柱上均可布置动力部件在各个工位上对工件进行多工序加工4鼓轮式组合机床鼓轮式组合机床上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的工作台上并随其作周期转动以实现工位的变换在鼓轮的两端布置动力部件从两面对工件进行加工123转塔式组合机床转塔式组合机床的特点是几个多轴箱安装在转塔式工作台上各个多轴箱依次转到加工位置对工件进行加工按多轴箱是否做进给运动可将这类机床分为1只实现主运动的转塔式多轴箱组合机床多轴箱安装在回转工作台上主轴由电动机通过多轴箱内的传动装置带动作旋转运动工件安装在滑台的回转工作台上如果不需工件转位时可直接安装在滑台上由滑台带动作进给运动2既实现主运动又可随滑台作进给运动的转塔式多轴箱组合机床这类机床的工件固定不动也可以做周期转位转塔式多轴箱安装在滑台上并随滑台作进给运动转塔式组合机床可以完成一个工件的多工序加工因而可以减少机床台数和占地面积适宜于中小批量生产13组合机床工艺范围及加工精度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刮平面车端面孔加工包括钻阔铰镗孔以及倒角切槽攻螺纹锪沉孔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建材清洗和零件分类及打印等非切削工作5组合机床在汽车拖拉机柴油机电机仪器仪表军工缝纫机和自行车等工业领域的大批大量生产中已获得广泛应用一些中小批量生产的企业如机床机车工程机械扽制造业中也亦推广应用组合机床最适宜加工各种大中型箱体类零件如气缸盖气缸体变速箱体电机座及仪表壳等零件也可以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14采用组合机床的经济分析组合机床是一种高效率专用机床有特定的使用条件不是在任何情况都能收到良好的经济效益在确定设计组合机床前应该进行具体的技术经济分析根据设计任务要在变速箱箱体上侧面钻孔孔的种类较多总数也较多若采用普通机床加工需反复进行加工耗时较多且不容易保证孔与孔间的位置精度根据零件的形状及加工要求选取采用卧式双面组合钻床同时进行双面多孔加工这样可以保证孔与孔之间的位置精度且加工所需的时间大大缩短除此之外采用组合机床对工人的要求很低节约了劳动成本综上所述对于在变速箱箱体上侧面钻孔采用组合机床可以取得良好的经济性15组合机床的发展趋势151提高通用部件的水平衡量通用部件技术水平的主要标准是品种规格齐全动静态性能参数先进工艺性好精度高和精度保持性好机械驱动的动力部件具有性能稳定工作可靠等优点目前机械驱动的动力部件应用了交流变频调速电机和直流伺服电机等使机械驱动的动力部件增添了新的竞争力动力部件采用镶钢导轨英度可达HEC5860滚珠丝杠静压导轨静压轴承迟形皮带等较新的结构支承部件采用焊接结构等由于提高了部件的精度和动静态性能因而使被加工的工件精度明显提高表面粗糙度减小152发展适应中小批生产的组合机床在机械制造工业中中小批量生产约占80在某些中批量生产的企业中如机床阀门行业中其关键工序采用组合机床其中机床厂用组合机床加工主轴变速箱孔系产品质量稳定生产效率高灵活适应多品种加工特点的组合机床十分迫切转塔主轴箱式组合机床可换主轴箱式组合机床以及自动换刀式数控组合机床可用于中小批生产但这类机床结构复杂成本较高带转塔式主轴箱的组合机床由于转塔不能制造的太大安装的主轴箱数量有限因此只适应工序不多形状不太复杂的零件加工6153采用新刀具近年来出现了多种新刀具如具有镀层的硬质合金刀片立方氮化鹏刀具金刚石刀具各种可转位的密赤铣刀喷吸钻头镶有可转位刀片的短钻头等一般情况下采用先进刀具的工时为原工时的1214由于提高了刀具的耐用度大大缩短了多刀组合机床停机换刀时间提高了组合机床的经济效益154发展自动监测技术组合机床的自动检测通常作为一个工位出现自动检测包括对毛坯尺寸和工件硬度的检查钻孔深度刀具折断精加工尺寸和几何形状的检查等检查方法分为主动检查与被动检查主动检查是将不合格的工件剔出使之不往下个工位输送被动检查则是发现不合格的工件时发现停机信号目前主动检查应用的日趋广泛由于电子元件迅速发展集成控制器微机处理的应用使自动检测技术更加可靠自动检测工位要进行数据处理统计计算以及打印出有关数据或作为数字显示自动监测技术的发展可以把被加工零件的实际尺寸控制在比规定公差更小的范围之内还可以把加工后的工件按公差进行分组以便按分组的公差带装配实际表明采用分组装配法提高产品的精度要比用单纯提高设备精度更为经济155扩大工艺范围组合机床出完成切削加工等工序外还在逐步设计制造用于焊接热处理自动装配自动打印性能试验以及清洗和包装等用途的组合机床7第二章组合机床通用部件及其选用通用部件是组合机床的基础部件通用化程度的高低标志着组合机床的技术水平在组合机床设计中选择通用部件是重要内容之一21通用部件的类型211通用部件的分类按通用部件在组合机床上的作用可分为下列几类1动力部件动力部件是组合机床的主要部件它为刀具提供主运动和进给运动动力部件包括动力滑台及其相配套的动力箱和各种单轴头如铣削头钻削头镗孔车端面头等其它部件均以选定的动力部件为依据来配套选用2支撑部件支撑部件是组合机床的基础部件它包括侧底座立柱立柱底座和中间底座等用于支撑和安装各种部件组合机床各种部件之间的相对位置精度机床的刚度要求主要由支撑部件保证3输送部分输送部件用于带动夹具和工件的移动和转动以实现工位的变换因此要求较高的定位精度输送部件主要有移动工作台和回转工作台4控制部件控制部件用于控制组合机床按预定的加工程序进行循环工作它包括可编程控制器PLC各种液压元件操纵板控制挡铁和按钮台等5辅助部件辅助部件包括用于实现自动夹紧工件的液压或气动装置机械扳手冷却和润滑装置排销装置以及上下料的机械手等212通用部件的型号规格及配套关系按通用部件标准动力滑台的主参数为其工作台面宽度其它通用部件的主参数取与其配套的滑台主参数来表示例如1HY32M1B表示台面宽度为320mm经过一次重大改进采用镶钢导轨的精密液压滑台TX40A表示于台面宽度为400mm的滑台配套主轴径向轴承采用短圆柱滚子轴承用于精加工的铣削头等效采用国际标准设计的1字头通用部件按精度分为普通级精密级和高精度级三种精度等级1字头滑台采用双矩形闭式导轨纵向用双矩形的外侧导向斜镶条调整导轨间隙压板与支承导轨组成辅助导轨副防止倾覆力矩过大导致滑鞍动导轨与滑座支承导轨分离这种导轨制造工艺简单导向精度高刚度好滑座导轨材料有两种分别在型号后面加AB以区别A表示滑座导轨材料为HT300高频淬火淬火硬度为4248HRCB表示滑座为镶钢导轨淬火硬度为48HRC以上数控机械滑台是1HJ系列机械滑台的派生产品采用了大连组合机床研究所研制的ZHSACO4D交流伺服系统能自动变换进给速度和工作循环在较大的范8围内实现自动调速位置控制程序控制适合多种小批量柔性生产带光电编码器的交流伺服电动机采用SPWM控制技术7502400rmin为恒功率调速运动通过一级定比齿轮减速驱动滚珠丝杠驱动滑鞍移动开环系统伺服电动机的转角误差为0072由光栅尺组成的全闭环系统滑鞍位置精度可达2m22常用通用部件1动力滑台动力滑台是有滑座滑鞍和驱动装置等组成实现直线进给运动的动力部件根据驱动和控制方式不同滑台可分为液压滑台机械滑台和数控滑台三种类型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连接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保证3主运动驱动装置主运动驱动装置主要有两大类一类是与通用主轴部件配套使用的主运动传动装置另一类是与主轴箱专用部件相配的动力箱4工作台工作台是多工位组合机床的输送部件它用来将被加工工件转换到另一个工位工作台按运动方式的不同可分为分度回转工作台和多工位移动工作台按传动方式的不同可分为机械传动液压传动及气压传动等多种型式5支承部件组合机床的支承部件往往是通用和专用两部分的组合有中间底座侧底座和立柱及立柱侧底座三种6自动线通用部件组合机床自动线是由组合机床及工件输送装置转位装置排屑装置等辅助设备和检测装置电气液压控制设备等组成23通用部件的选用231通用部件选用的方法和原则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4应满足加工精度的要求5尽量按通用部件的匹配关系选用有关通用部件9232通用部件的选用1动力部件品种的确定2动力部件规格的确定对于支承部件如侧底座立柱等通用部件可选与动力滑台规格相配套的相应规格10第三章组合机床总体设计组合机床总体设计通常是根据与用户签订的合同和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的设计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的原则设计的一种高效率的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现状及组合机床各种工艺方案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价格是否合理的问题31工艺方案的拟定工艺方案的拟定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311确定组合机床工艺方案的基本原则及注意问题确定组合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订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2工序集中原则工序集中是近代机械加工主要发展的方向之一组合机床正是基于这个原则上发展而来的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订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的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效率增大反而会影响机床生产率切削负荷过大当工件刚度不足而产生变形会影响加工质量所以我们在选择时要全面的考虑因素确定组合机床工艺方案应注意的问题1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工件结构工艺性不好的限制112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对互相结合的两壳体零件均应分别从结合面加工联接孔钻阶梯孔时应先钻大孔后钻小孔平面一般采用铣削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312组合机床工艺方案的拟定分析研究加工要求和现场工艺题目所给的零件是缸头零件材料为铝合金硬度为160HBS190HBS该零件加工采用单班制年产量要求10万件零件的使用环境是在高温高压的气缸内缸头是很关键的零件因此它的尺寸精度位置精度几何精度及表面光洁度都要求较高需要在缸头上加工出销孔定位基准和夹压部位的选择组合机床一般为工序集中的多刀加工不但切削负荷大而且工件受力方向变化因此正确的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压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根据组合机床设计简明手册表61缸头销孔一般加工精度为H8表面粗糙度为1632而扩孔精度可以达IT8IT9表面粗糙度铰孔精度可达IT8IT9表面粗糙度影响工艺方案的主要因素1加工的工序内容和加工精度这是制定机床工艺方案的主要依据显然面加工和孔加工不同尺寸的平面和孔径加工以及不同的加工精度要求直接影响着工艺方法的选择和工步数及工艺路线的确定2被加工零件的特点如工件材料和硬度加工部位的结构形状工件的刚性等对组合机床工艺方案的拟订都有着重要影响3零件的生产批量零件的生产批量大时工序安排一般趋向分散而且粗加工半精及精加工也宜分开中小批量生产时工序安排应尽量集中减少机床台数提高机床利用率4使用厂后方车间制造能力12如工具制造能力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确定工序间余量应注意以下问题1粗镗时应考虑工件的冷硬层铸造里皮和孔偏心2工件经重新安装或用多工位机床加工定位误差较大时余量应适量加大3在确定镗孔余量时应注意余量对镗杆直径的影响根据组合机床设计简明手册表31的孔加工常用工序间余量可知钻孔后扩孔的工序间余量为15mm26mm铰孔的工序间余量为010mm020mm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负荷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加工两个或两个以上表面的复合刀具3一般铰刀使用在直径100mm以内常在40mm以内在一些特殊情况外应优先采用镗削工艺4选择刀具结构必须考虑工件材料特点313确定组合机床配置形式及结构方案应考虑的问题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满足同样要求可有多种配置方案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工件加工精度的影响工件的加工精度要求往往影响组合机床的配制形式和结构方案例如加工精度要求高时应采用固定夹具的单工位组合机床加工精度要求较低时可采用移动夹具的多工位组合机床工件各孔之间的位置精度要求高时应采用在同一工位上对各孔同时精加工的方法工件各孔间同轴度要求较高时应单独进行精加工等等2工件结构形状的影响工件的形状大小和加工部位的结构特点对机床的结构方案也有一定的影响例如对外形尺寸和重量较大的工件一般采用固定夹具的单工位组合机床对多工序的中小型零件则宜采用移动夹具的多13工位组合机床对大直径的深孔加工宜采用刚性主轴的立式组合机床等等3生产率的影响生产率往往是决定采用单工位组合机床多工位组合机床还是组合机床自动线的重要因素例如从其它因素考虑应采用单工位组合机床但由于满足不了生产率的要求时应选用移动工作台式的组合机床工位数超过4个时才选用回转工作台或鼓轮式组合机床4现场条件的影响使用组合机床的现场条件对组合机床的结构方案也有一定的影响例如使用单位的气候炎热车间温度过高使用液压传动机床不够稳定侧宜采用机械传动的结构形式使用刀位刃磨刀具维修调整能力以及车间布置的情况都将影响组合机床的结构方案314组合机床方案分析比较的主要指标1机床加工精度和生产率主要分析比较机床保证加工精度的持久性和机床负荷率加工精度应有储备量机床负荷率一般为7090复杂机床多品种加工机床负荷率不能偏高控制在60左右2机床使用方便性和自动化程度分析比较时一定要与生产率相适应不应过分追求自动化程度生产率高节拍短则要求自动化程度高刀具耐磨且更换调整方便这样使用才有方便性3经济性和可靠性在满足加工要求的前提下机床避免复杂刀具力求简单和较高的通用化程度这样可以降低机床成本提高工作可靠性有两点要注意1应根据加工精度的需要选择相当精度等级的通用部件2应根据生产率要求合理安排工艺流程均衡负荷使机床数量少机床利用率高机床负荷率不应低于50以取得好的经济效果32切削用量的确定在组合机床工艺方案的确定过程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形式及工作可靠性均有较大影响321组合机床切削用量选择的特点方法及注意问题选择切削用量选择的特点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损耗保证机床的生产率及经济效果选用的切削用量应比普通单刀加工时低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主轴箱上所有刀具的每分钟进给量相同即等于滑台的工进速度14组合机床切削用量选择方案及应注意问题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切削用量也各有特点2复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用寿命保证刀具应有的使用寿命进给量按复合刀具最小直径选择切削速度按复合刀具最大直径选择3多轴镗孔主轴刀头均需定向快速进退时刀头处于同一角度位置进入或退出工件孔各镗轴转速应相等或成整数倍4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5确定切削用量时还需考虑所选动力滑台的性能322确定切削力切削转矩切削功率及刀具耐用度本工序为缸头销孔的加工刀具选用硬质合金麻花复合钻查组合机床图册表611得加工工序的切削参数分别为表31切削参数切削参数vmminfmmr463201248350254187025275015查组合机床图册得V切削速度mminT转矩NmmF轴向力Nf每转进给量mmrP切削功率kWHBS布氏硬度D钻头直径mm由上面的公式可得总转矩左侧15右侧总轴向力左侧右侧33组合机床总体设计三图一卡绘制组合机床三图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被加工零件的加工工序图加工示意图机床联系尺寸总图331被加工零件加工工序图被加工零件加工工序图的作用与内容被加工零件加工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因此它是在原零件图基础上突出本机床或自动线的加工内容加上必要的说明绘制成的它是组合机床设计的主要依据也是制造使用检验和调整机床的重要技术文件图上应表示出1被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序设计有关部位结构的形状和尺寸2加工用定位基准夹压部位及夹紧方向3本工序加工部位的尺寸精度表面粗糙度形位公差度等技术要求以及对上道工序的技术要求4必要的文字说明如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等绘制被加工零件加工工序图的规定1为使被加工零件工序表达清晰明了突出本工序图内容绘制时规定应按一定的比例绘制足够的视图以剖面本工序加工部位用粗实线表示保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画粗实线加工用定位基准机械夹压位置及方向辅助支承均需使用规定的符号表示出来2加工部位的位置尺寸应由定位基准注起为便于加工及检查尺寸应采用直角坐标系标注应将零件图上的不对称位置尺寸公差换算成对称尺寸公差其公差数值的决定要考虑两方面一是要能达到产品图纸要求的精度二是采用组合机床能够加工出来3应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求16332加工示意图加工示意图的内容与作用和内容加工示意图的工艺方案要通过加工示意图反应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因此加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一在总体设计中占据重要地位它是刀具辅具主轴箱液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料也是组合机床布局和性能的原始要求同事还是调整机床刀具及试车的依据其内容为1应反映机床的加工方法加工条件及加工过程2根据加工部位特点及加工要求决定刀具类型数量结构尺寸直径和长度3决定主轴的结构类型规格尺寸及外伸长度4选择标准的或设计专用的接杆浮动卡头导向装置等并决定它们的结构参数及尺寸5标明主轴接杆夹具与工件之间的联系尺寸配合和精度6根据机床要求的生产率及刀具被加工零件材料特点等合理确定并标注各主轴的切削用量7决定机床动力部件的工作行程及工作循环注意事项1加工示意图应绘制成展开图按比例用细实线画出工件外形加工部位加工表面画粗实线必须使工件和加工方位与机床布局相吻合为了简化设计同一多轴箱上机构尺寸完全相同的主轴既制加工表面所用刀具及导向主轴及接杆等规格尺寸精度完全相同时只画一根但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号2当主轴彼此间很接近或需设置结构尺寸较大的导向装置时必须以实际中心距严格按比例画以便检查相邻主轴刀具辅具导向等是否干涉3当轴数较多时加工示意图必须用细实线画出工件加工部位分布情况简图向视图并在孔旁表明相应的号码以便于设计和调整机床多面多工位机床的加工示意图一定要分工位按每个工位的加工内容顺序进行绘制刀具刀杆和其它附属件的选择1刀具的选择选择刀具应考虑工件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根据销孔的不同深度及直径大小并结合加工条件及要求根17据机械加工工艺手册选择的刀具分别为直柄钻铰刀直柄扩孔刀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由机械加工工艺手册表84得表32导向套参数图31导向套3确定主轴类型尺寸外伸长度主轴采用刚性主轴根据组合机床设计简明手册表34得式中d轴的直径mmT轴所传递的转矩B系数再根据表36通用主轴系列参数选d20mm表33主轴直径参数主轴外伸尺寸mmDd3020L115dDH7g6H7n6Ll6218242845149522028345810184接杆的选择根据组合机床参考图册图34和所选的主轴的型号为8220T0635014220T063501图32接杆5标注联系尺寸首先从同一多轴箱上所有道具中找出影响联系尺寸的关键刀具使其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根据此确定全部刀具接杆导向托架及工件之间的联系尺寸主轴端部需标注外径和孔径外伸长度L刀具结构尺寸需标注直径和长度导向结构尺寸应标志直径长度配合工件至夹具之间的尺寸需标注工件离导向端面的距离还需标注托架与夹具之间的尺寸工件至夹具以及加工部位的尺寸和精度等6标注切削用量各主轴的切削用量应标注在相应主轴后端其内容包括主轴转速相应刀具的切削速度每转进给量和每分钟进给量同一多轴箱上各主轴的每分钟的进给量是相等的等于动力滑台的工进速度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来定的位置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候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8其他应注意的问题1加工示意图应于机床实际加工状态一致表示出工件安装状态及主轴加工方法2图中尺寸应标注完整尤其是从多轴箱端面至刀尖的轴向尺寸链应全齐以便于检查行程和调整机床图中应表示出机床动力部件的工作循环及各行程长度193加工示意图应有必要的说明如被加工零件的名称图号材料硬度加工余量毛坯要求是否加冷却液及其他特殊的工艺要求等333机床联系尺寸图机床联系尺寸图是用来表示机床的配置形式机床各部件之间相对位置关系的总体布局图它是夹具刀具刀杆等专用部件设计的重要依据选择动力部件动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台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选用在不需要精确计算主轴箱功率或主轴箱尚未设计出来之前课按下列简化公式进行估算式中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0809加工有色金属时取0708主轴数多传动复杂时取小值反之取大值左电动机选用MQAEJ90L2AB5功率为15kW电动机转速为2835rpm右电动机选用MQAEJ90S2AB5功率为22kW电动机转速为2835rpm根据选定的切削用量计算总得进给力并根据所需的最小进给速度工作行程结合多轴箱轮廓尺寸考虑工作稳定性选用NCSEME250250P数控滑台装料高度的确定装料高度一般是指工件安装基面至机床底端面的垂直距离在确定机床装料高度时首先要考虑工人的操作的方便性对于流水线要考虑车间运送工件的滚道高度对于自动线考虑中间底座的足够高度以便允许内腔通过随行夹具返回系统或冷却排屑系统其次是机床内部结构尺寸限制和刚度要求新颁国家标准装料高度为1060mm与国际标注ISO一致根据上述要求取装料高度为H1020mm确定夹具轮廓尺寸工件的尺寸和形状是确定夹具底座的尺寸的基本依据确定夹具底座尺寸时应考虑工件的定位键加紧机构刀具导向装置的需求空间应满足排屑和安装的要求根据上面的要求大约估计取夹具体的底座长为390mm宽度为250mm确定中间底座尺寸中间底座的轮廓尺寸在长宽方向应要满足夹具的安装需要中间底座长度尺寸根据所选的动力部件及配套部件的位置关系的确定还应考虑主轴箱处于终20了位置时主轴箱与夹具之间有适当的距离以便机床的调整维修另外中间底座应有70mm100mm的排屑或冷却液回流槽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链接尺寸要求由组合机床设计简明手册表25得中间底座高为630mm宽为710mm长为800mm绘制机床联系尺寸总图的注意事项机床联系尺寸总图应按机床加工终了状态绘制图中应画出机床各部件在长宽高方向的相对位置联系尺寸及动力部件退至起始位置尺寸画出动力部件的总行程和工作循环图应注明通用部件的型号规格和电动机型号功率及转速对机床各组成部分标注分组编号当工件上加工部件对工件中心线不对称时应注明动力部件中心线同夹具中心线的偏移量机床加工方向从工件中心到夹具主轴箱滑台再由滑台返回到滑座前段侧底座中间底座工件中心的尺寸链应封闭机床分组为了便于设计和组织生产组合机床各部件和装置按不同的功能划分编组组号划分规定如下1第1019组支承部件一般由通用的侧底座立柱及其底座和专用中间底座等组成2第2029组夹具及输送设备夹具是组合机床主要的专用部件常编为20组包括工件定位加紧及固定导向装置3第3039组电气设备电气设计常编为30组包括原理图接线图和安装图等设计专用操纵台控制柜等则另编组号4第4049组传动装置包括机床中所有动力部件如动力滑台动力箱等通用部件编号40组其余需修改部分内容或专用的传动设备则单独编组5第5059组液压和气动装置6第6069组刀具工具量具和辅助工具等7第7079组多轴箱及其附属部件8第8089组冷却排屑及润滑装置9第9099组电气液压气动等各种控制挡铁334机床生产率计算卡根据加工示意图所确定的工作循环及切削用量等就可以计算机床生产率并编制生茶率计算卡生产率计算卡是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211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有关一般情况下单班制取2350h2实际生产率实际生产率单位为件h是指所设计机床每小时实际可生产的零件数量即式中生产一个零件所需时间min可按下式计算式中分别为刀具第第工作进给长度单位为mm分别为刀具第第工作进给量单位为mmmin当加工沉孔止口倒角光整表面时滑台在死挡铁上的停留时间通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转510转所需时间单位为min分别为动力部件快进快退行程长度单位为mm动力部件快速行程速度直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间一般01min工件装卸时间通常取05min15min根据以上公式进行计算根据计算结果机床实际生产率可以满足理想生产率要求即3机床负荷率当时机床负荷率为二者之比即22第四章夹具设计41夹具设计概述所谓夹具设计就是机床上所使用一种辅助设备用它来准确的确定工件与刀具相对位置即将工件定位及夹紧以完成加工所需要的相对运动所以机床夹具是用以使工件定位和夹紧的机床附加装置以后简称夹具为了提高劳动生产效率保证加工质量降低劳动强度需要设计专用夹具专用夹具是指专门为某道工序的加工而设计的夹具具有结构紧凑操作迅速拆装方便等优点专用夹具由定位装置夹紧装置对刀一引导装置由其他元件及装置夹具体等部分组成定位装置包括定位元件及其组合其作用是确定工件在夹具中的位置即通过他使工件加工时相对刀具及切削运动处于正确的位置夹紧装置的作用是将工件夹紧牢靠保证工件在定位时所占据的位置在加工过程中不因受重力惯性力以及切削力等外力作用而产生位移同时防止或减少震动它通常是一种机构包括夹紧元件增力或动力装置对刀一引导装置的作用是确定夹具相对于刀具的位置或引导刀具进行加工夹具体用于连接夹具各元件及装置使其成为一个整体的基础件并与机床的有关部位连接以确定夹具相对于机床的位置411组合机床夹具的定义和作用夹具是组合机床的重要组成部分是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的它用于实现加工零件的准确定位夹紧刀具的导向以及装卸工件的限位等组合机床夹具和一般夹具所起的作用看起来好象很接近但其结构和设计要求却有着很显著的甚至是很根本的区别组合机床夹具的结构和性能对组合机床配置方案的选择有很大的影响412组合机床夹具的特点一般的机床夹具是作为机床和辅助设备而设计的而组合机床夹具是机床的主要组成部分其设计工作是整个组合机床的主要组成部分之一组合机床夹具和机床其它部分有极密切的关系正确的了解它们之间的关系是保证组合机床的工作可靠性和使用性良好的重要条件之一由于组合机床常是多刀多面和多工序同时加工会产生很大的切削力和振动因此组合机床夹具必须具有良好的性能和足够的夹紧力以保证在整个加工过程中工件不产生任何位移同时也不应使工件产生不允许的变形23组合机床夹具是保证加工精度的关键部件它的设计制造和调整都必须有严格的要求使它能持久的保持精度组合机床夹具应便于实现定位和夹紧自动化组合机床夹具和组合机床的组成部分其设计应按如下程序进行1认真研究分析所要设计夹具的原则原始数据和要求2拟订夹具结构方案和进行必要的计算3组合机床夹具总图和零件在设计过程中要把组合机床夹具和一般夹具混淆起来组合夹具是在万组机床上为了完成一道工序加工一些标准元件重新组装成新的夹紧装置用完后利用这些元件组装成新的夹紧装置组合机床夹具则是以部分的通用元件加上专用件组成的组合夹具便于改装按照组合机床夹具的主要功能结构可以分三大部分即定位支承系统夹紧机构刀具导向装置413夹具的基本结构和工作原理按在夹具中的作用结构特点组成夹具的元件可以划分为以下几类1定位元件及定位装置2夹紧元件及夹紧装置或者称夹紧机构3夹具体4对刀引导元件及装置包括刀具导向元件对刀装置及靠模装置等5动力装置6分度对定装置7其它的元件及装置包括夹具各部分相互连接用的以及夹具与机床相连接用的紧固螺钉螺纹和各种手柄等42夹具设计421定位原件发动机缸头属于箱体类零件选择一面两销作为工艺基准两销中一个是圆柱销另一个是削边销棱形销这种定位比用两圆销定位精度要高本设计所做的是发动机缸头卧式钻孔专机的夹具设计零件材料为铝合金51K零件的加工要求为所需加工孔孔径为616mm和953mm孔深分别为2603mm和3061mm表面粗糙度分别为Ra16m和Ra63m整个夹具部分由夹具体和各辅件组成被加工工件的夹紧方式为液压缸夹紧保证夹紧可靠夹具体安装在机床夹具垫块上由于本台机床加工孔的定位基准定位孔已经在前面的自动线中被加工所以本工序的定位24基准应属于精加工工序基准安装完成后由液压缸夹紧再进行钻孔的加工整个夹具在设计过程中综合考虑装卸定位夹紧等各方面的因素工件在装夹过程中以两个定位销和3个支承块所在的平面为主要定位基准共限制6个自由度属于完全定位其中圆柱销限制2个自由度圆锥销限制1个自由度3个支撑块所在的平面限制3个自由度422夹紧原件加紧机构的设计应满足下列要求1保证工件可靠地与其相应的定位基面相接触2夹紧后工件在加工过程中不产生位移和晃动3夹紧工件时不破坏已加工表面不能引起工件的过大变形4操作安全省力专用机床和组合机床生产效率高操作频繁通常人工搬动夹紧机构所需的力不应超过50N100N5结构要简单并具有适当的机械化自动化程度本设计所采用的夹紧元件为液压油缸此液压油缸型号为NHU32图31mhtmlfileCDocuments20and20Settingsluyuefei桌面课题相关图片轉壓轉角缸夾具20上安裝型式Upper20flange20typemhtenerpacmaphtm是较为先进的PLC控制的转角油缸选用的转角油缸美国实用动力上海有限公mhtmlfileCDocuments20and20Settingsluyuefei桌面课题相关图片轉壓轉角缸夾具20上安裝型式Upper20flange20typemhtenerpacmaphtm司经销主要参数见表31液压油缸油压是由液压站提供当油缸工作时旋转并压紧此外该油缸还配有自动保护装置当油缸转过并且夹紧时这是安装在夹具体上的传感器接收信号这时工人操作控制液压滑台的按扭使滑台工作否则液压滑台将不会工作防止因油缸卡滞等原因导致未加紧就工作的情况发生图41转角油缸25表41转角油缸NHU32主要参数型号最大使用压力Mpa一般使用压力Mpa最大流速cm2s转角度数转角行程mmNHU327251189014下压行程mm缸体内径mm活塞杆径mm夹持力kg未夹最高点mm夹紧最低点mm15322012511182423夹紧力的计算该油缸的缸体内径D为32mm活塞杆直径d为20mm即d20mmD32mm则该油缸的受力面积分别为cm2cm2液压缸夹持力为25Mpa则在本设计设计中该油缸所能提供的压力因为本设计有三只相同的油缸故总压力本设计缸头卧式钻铰定位销孔专用机床属于卧式双面单工位机床两侧产生的切削力可相互抵消一部分而夹紧力远远大于切削力所以夹紧时可以防止工件在加工时产生位移和振动故本设计中的三只油缸一定能达到使用要求另外由于本设计的加工工件为铝件其硬度较低为了防止在夹紧过程中损坏工件因此在选用紫铜做为油缸的压头三只油缸均匀的夹紧工件既能保证工件与支承块接触良好夹紧可靠定位误差小而且结构简单操作方便此外夹具设计时须严格与动力头刀具油缸管接头等装置校核防止干涉所有可能接触的零部件均需倒角定位件等调整装置及易损件的更换应尽量不要拆卸其他零部件424钻套和钻模板钻套按其结构可分为固定钻套可换钻套快换钻套及特殊钻套本专机设计采用了可换钻套在大批量的生产中可换钻套便于更换提高生产效率和经济效益当钻套磨损后为了便于更换以及避免钻模板或夹具体的磨损在可换钻套与钻模板之间加一衬套衬套直接压入钻模板的孔内钻套以或配合装入套中为了防止钻套随刀具转动或被切削顶出常用固定螺钉紧固在导向装置中导套通常是安装在钻模板上因此钻模板必须具有足够的强度和刚度以防变形影响钻孔精度钻模板按其与夹具体的连接方式可分为固定式钻模板铰链式钻模板可卸式钻模板盖式钻模板滑柱式钻模板和活动式钻模板等多种26在本次设计的专机中两轴钻孔部分选用固定式钻模板此种钻模板直接固定在夹具体上钻套相对于夹具体和定位元件的安装位置固定不变因而加工出来的孔位置精度较高采用固定式钻模板是有时装卸工件较为不便本专机为双面单工位组合机床不存在这样的问题固定式模板在夹具体上采用销钉定位螺钉紧固四轴扩孔部分选用活动钻模板也称悬挂式钻模板活动钻模板多用于组合机床在多工位组合机床上由于每个工位所完成的工序内容不同所需要的导向套尺寸也不一样同时工件转位时要同工作台一起作相应的转动或移动在机床上占据不同的工作位置为此导向套通常不是固定在机床夹具上而是装置与机床主轴箱连在一起的活动模板上27第五章结论51论文总结新技术的发展日新月异自动化程度的不断提高以及产品更新周期的不断缩短都对组合机床的开发设计提出了更高的要求本课题开发研制的这台组合机床用于加工摩托车发动机缸头的定位销孔作为摩托车发动机缸头加工流水线的一道重要工序大大提高摩托车发动机缸头的加工速度和精度在开发过程中针对加工过程中存在的难点进行了攻关主要工作及结论本设计针对摩托车发动机缸头定位销孔加工专机设计相关工作总结如下1对缸头制造工艺进行了试验研究明确了双面二轴和四轴同时加工定位销孔加工的技术和工艺要点2恰当地选择了本机床的切削参数各动力头的结构参数3采用数控滑台来驱动动力头实现进给制定了各滑台的进给工作循环实践证明可以满足工艺要求4选择了可靠有效的液压夹具防止了工件在加工过程中的移动快速高效存在的问题如今的专机设计领域机械手和柔性多轴箱广泛的得到了应用这样能极大提高机床的自动化程度和机床的适应性而本专机在设计过程中没有考虑到这些当然由于知识经验水平时间所限本项工作还有许多值得完善的地方诚盼各位专家提出宝贵的建议使其更实用感想毕业设计作为毕业前夕的一次综合性的训练是对我们整个大学四年中学习到的知识进行一次总结完善和检验通过这次的设计对我们在理论和实践相结合方面产生了很大的帮助对于培养分析问题和解决问题的能力以及融会贯通和巩固发展所学知识方面也受益非潜同时也全面了解对箱体类零件的工艺设计并通过这次设计开阔了思维丰富了知识为即将走上工作岗位的我们打下了良好的基础可以说毕业设计是一次难得的锻炼机会组合机床的设计完成了通过本次设计使我对大学所学课程做了一次全方面的复习虽然说还达不到融28会贯通的地步但也基本上把那些所学的知识都联系在了一起通过本次毕业设计我对组合机床设计的步骤有了比较系统的掌握如工艺的拟定切削用量的确定三图的设计主轴箱的设计传动部件的选取等同时也对说明书的格式写法等都有了正确的认识机械设计是一门需要耐心和细心的工作要求设计人员平心静气一丝不苟的工作不能有烦躁的情绪如果能够融入到设计的氛围中是有很多乐趣的29致谢岁月流逝时光匆匆两个多月的时间在不知不觉与充实劳顿中度过毕业设计即将接近尾声我一种前所未有的成就感和喜悦感因为这次成功的设计不仅仅是我人生的第一次真真正正完完全全的设计更是我汗水与心血的结晶我欣慰自己能够将我所学知识与实践相结合更欣慰自己有勇气和胆量去尝试去追求去创新毕业设计是大学四年来最关键的一项任务也是本科教育最后一个环节在设计的过程中老师和同学都给了我很大的帮助首先感谢我的指导老师老师从设计题目发下到设计完成贺老师始终如一随时处理我们在设计中遇到的问题带领我们克服重重困难贺老师和蔼可亲的性格和渊博的知识也使我受益非浅老师的严谨治学态度渊博的知识无私的奉献精神使我深受的启迪从尊敬的老师身上我不仅学到了扎实宽广的专业知识也学到了做人的道理在此我要向贺老师致以最衷心的感谢和深深的敬意在设计中同时也受到其它组老师们的点拨和指导在此表示感谢其次感谢帮助过我的同学们我也要感谢我的父母和亲人他们在我的学业中给了我莫大的鼓励关爱和支持最后向所有关心和帮助过我的领导老师同学和朋友表示由衷的谢意衷心地感谢在百忙之中评阅我的设计论文和参加答辩的各位老师祝老师工作顺利身体健康2012年6月南京30参考资料1谢家瀛组合机床设计简明手册M北京机械工业出版社20062陈宏钧实用机械加工工艺人员手册M北京机械工业出版社20033杨黎明机床夹具设计手册M北京国防工业出版社19964晏国梁缸盖定位销孔专机的改造设计及多产品兼容生产J机械制造20034146150515吴立梅组合机床发展及相关特点分析J科技资讯20108866滕伟组合机床的配置形式及结构方案研究J装备制造技术201151421437刘涛刘伟变速箱壳体销孔加工组合机床设计J组合机床与自动化加工2001724258傅俊陆荣洁采用专用机床进行孔加工J装备机械2004132409何振俊大尺寸薄壁铸件切削加工组合机床设计J制造技术与机床20075485110王旭华廖文和刘德仿基于知识的组合机床总体方案CAD系统的研究J组合机床与自动化加工技术20022454711罗晨朱利民丁汗夹具定位分析的双边二次方法J机械工程学报2011年47310310812何荣开摩托车轮毂链接孔加工组合机床J机械设计与制造20016828313李青祝马玉娟系统工程方法在组合机床设计中的研究和应用J机械工程师20111616414李秀敏组合机床行业现状与发展思考J航空制造技术20034414315大连组合机床研究所组合机床设计参考图册M北京机械工业出版社199516CharlesWBeardsleyBasicMachiningOperationgTurningBoringandMillingJMechanicalEngineering2006252831附录A英文资料BasicMachiningOpeartiongsTurningBoringandMillingCharlesWBeardsleyBasicMachiningOperationsMachinetoolshaveevolvedfromtheearlyfootpoweredlathesoftheEgyptiansandJohnWilkinsonsboringmillTheyaredesignedtoproviderigidsupportforboththeworkpieceandthecuttingtoolandcanpreciselycontroltheirrelativepositionsandthevelocityofthetoolwithrespecttotheworkpieceBasicallyinmetalcuttingasharpenedwedgeshapedtoolremovesarathernarrowstripofmetalfromthesurfaceofaductileworkpieceintheformofaseverelydeformedchipThechipisawasteproductthatisconsiderablyshorterthantheworkpiecefromwhichitcamebutwithacorrespondingincreaseinthicknessoftheuncutchipThegeometricalshapeofworkpiecedependsontheshapeofthetoolanditspathduringthemachiningoperationMostmachiningoperationsproducepartsofdifferinggeometryIfaroughcylindricalworkpiecerevolvesaboutacentralaxisandthetoolpenetratesbeneathitssurfaceandtravelsparalleltothecenterofrotationasurfaceofrevolutionisproducedandtheoperationiscalledturningIfahollowtubeismachinedontheinsideinasimilarmannertheoperationiscalledboringProducinganexternalconicalsurfaceuniformlyvaryingdiameteriscalledtaperturningifthetoolpointtravelsinapathofvaryingradiusacontouredsurfacelikethatofabowlingpincanbeproducedorifthepieceisshortenoughandthesupportissufficientlyrigidacontouredsurfacecouldbeproducedbyfeedingashapedtoolnormaltotheaxisofrotationShorttaperedorcylindricalsurfacescouldalsobecontourformedFlatorplanesurfacesarefrequentlyrequiredTheycanbegeneratedbyradialturningorfacinginwhichthetoolpointmovesnormaltotheaxisofrotationInothercasesitismoreconvenienttoholdtheworkpiecesteadyandreciprocatethetoolacrossitinaseriesofstraightlinecutswithacrosswisefeedincrementbeforeeachcuttingstrokeThisoperationiscalledplanningandiscarriedoutonashaperForlargerpiecesitiseasiertokeepthetoolstationaryanddrawtheworkpieceunderitasinplanningThetoolisfedateachreciprocationContouredsurfacescanbeproducedbyusingshapedtoolsMultipleedgedtoolscanalsobeusedDrillingusesatwinedgedflutedtoolforholeswithdepthsupto5to10timesthedrilldiameterWhetherthedrillturnsortheworkpiecerotatesrelativemotionbetweenthecuttingedgeandtheworkpieceistheimportantfactorInmillingoperationsarotarycutterwithanumberofcuttingedgesengagestheworkpieceWhichmovesslowlywith32respecttothecutterPlaneorcontouredsurfacesmaybeproduceddependingonthegeometryofthecutterandthetypeoffeedHorizontalorverticalaxesofrotationmaybeusedandthefeedoftheworkpiecemaybeinanyofthethreecoordinatedirectionsBasicMachineToolsMachinetoolsareusedtoproduceapartofaspecifiedgeometricalshapeandpreciseIsizebyremovingmetalfromaductilematerialintheformofchipsThelatterareawasteproductandvaryfromlongcontinuousribbonsofaductilematerialsuchassteelwhichareundesirablefromadisposalpointofviewtoeasilyhandledwellbrokenchipsresultingfromcastironMachinetoolsperformfivebasicmetalremovalprocessesIturningplanningdrillingmillingandgrindingAllothermetalremovalprocessesaremodificationsofthesefivebasicprocessesForexampleboringisinternalturningreamingtappingandcounterboringmodifydrilledholesandarerelatedtodrillingbobbingandgearcuttingarefundamentallymillingoperationshacksawingandbroachingareaformofplanningandhoninglappingsuperfinishingPolishingandbuffingarevariantsofgrindingorabrasiveremovaloperationsThereforethereareonlyfourtypesofbasicmachinetoolswhichusecuttingtoolsofspecificcontrollablegeometry1lathes2planers3drillingmachinesand4millingmachinesThegrindingprocessformschipsbutthegeometryoftheabrasivegrainisuncontrollableTheamountandrateofmaterialremovedbythevariousmachiningprocessesmaybeIlargeasinheavyturningoperationsorextremelysmallasinlappingorsuperfinishingoperationswhereonlythehighspotsofasurfaceareremovedAmachinetoolperformsthreemajorfunctions1itrigidlysupportstheworkpieceoritsholderandthecuttingtool2itprovidesrelativemotionbetweentheworkpieceandthecuttingtool3itprovidesarangeoffeedsandspeedsusuallyrangingfrom4to32choicesineachcaseSpeedandFeedsinMachiningSpeedsfeedsanddepthofcutarethethreemajorvariablesforeconomicalmachiningOthervariablesaretheworkandtoolmaterialscoolantandgeometryofthecuttingtoolTherateofmetalremovalandpowerrequiredformachiningdependuponthesevariablesThedepthofcutfeedandcuttingspeedaremachinesettingsthatmustbeestablishedinanymetalcuttingoperationTheyallaffecttheforcesthepowerandtherateofmetalremovalTheycanbedefinedbycomparingthemtotheneedleandrecordofaphonographThecuttingspeedVisrepresentedbythevelocityoftherecordsurfacerelativetotheneedleinthetonearmatanyinstantFeedisrepresentedbytheadvanceoftheneedleradiallyinwardperrevolutionoristhedifferenceinpositionbetweentwoadjacentgroovesThedepthofcutisthepenetrationoftheneedleintotherecordorthedepthofthegrooves33TurningonLatheCentersThebasicoperationsperformedonanenginelatheareillustratedThoseoperationsperformedonexternalsurfaceswithasinglepointcuttingtoolarecalledturningExceptfordrillingreamingandlappingtheoperationsoninternalsurfacesarealsoperformedbyasinglepointcuttingtoolAllmachiningoperationsincludingturningandboringcanbeclassifiedasroughingfinishingorsemifinishingTheobjectiveofaroughingoperationistoremovethebulkofthematerialasrapidlyandasefficientlyaspossiblewhileleavingasmallamountofmaterialontheworkpieceforthefinishingoperationFinishingoperationsareperformedtoobtainthefinalsizeshapeandsurfacefinishontheworkpieceSometimesasemifinishingoperationwillprecedethefinishingoperationtoleaveasmallpredeterminedanduniformamountofstockontheworkpiecetoberemovedbythefinishingoperationGenerallylongerworkpiecesareturnedwhilesupportedononeortwolathecentersConeshapedholescalledcenterholeswhichfitthelathecentersaredrilledintheendsoftheworkpieceusuallyalongtheaxisofthecylindricalpartTheendoftheworkpieceadjacenttothetailstockisalwayssupportedbyatailstockcenterwhiletheendneartheheadstockmaybesupportedbyaheadstockcenterorheldinachuckTheheadstockendoftheworkpiecemaybeheldinafourjawchuckorinatypechuckThismethodholdstheworkpiecefirmlyandtransfersthepowertotheworkpiecesmoothlytheadditionalsupporttotheworkpieceprovidedbythechucklessensthetendencyforchattertooccurwhencuttingPreciseresultscanbeobtainedwiththismethodifcareistakentoholdtheworkpieceaccuratelyinthechuckVerypreciseresultscanbeobtainedbysupportingtheworkpiecebetweentwocentersAlathedogisclampedtotheworkpiecetogethertheyaredrivenbyadriverplatemountedonthespindlenoseOneendoftheWorkpieceismecainedthentheworkpiececanbeturnedaroundinthelathetomachinetheotherendThecenterholesintheworkpieceserveaspreciselocatingsurfacesaswellasbearingsurfacestocarrytheweightoftheworkpieceandtoresistthecuttingforcesAftertheworkpiecehasbeenremovedfromthelatheforanyreasonthecenterholeswillaccuratelyaligntheworkpiecebackinthelatheorinanotherlatheorinacylindricalgrindingmachineTheworkpiecemustneverbeheldattheheadstockendbybothachuckandalathecenterWhileatfirstthoughtthisseemslikeaquickmethodofaligningtheworkpieceinthechuckthismustnotbedonebecauseitisnotpossibletopressevenlywiththejawsagainsttheworkpiecewhileitisalsosupportedbythecenterThealignmentprovidedbythecenterwillnotbemaintainedandthepressureofthejawsmaydamagethecenterholethelathecenterandperhapseventhelathespindleCompensatingorfloatingjawchucksusedalmostexclusivelyonhighproductionworkprovideanexceptiontothestatementsmadeaboveThesechucksarereallyworkdriversandcannotbeused34forthesamepurposeasordinarythreeorfourjawchucksWhileverylargediameterworkpiecesaresometimesmountedontwocenterstheyarepreferablyheldattheheadstockendbyfaceplatejawstoobtainthesmoothpowertransmissionmoreoverlargelathedogsthatareadequatetotransmitthepowernotgenerallyavailablealthoughtheycanbemadeasaspecialFaceplatejawsarelikechuckjawsexceptthattheyaremountedonafaceplatewhichhaslessoverhangfromthespindlebearingsthanalargechuckwouldhaveMechanismofSurfaceFinishProductionTherearebasicallyfivemechanismswhichcontributetotheproductionofasurfacewhichhavebeenmachinedThesearelThebasicgeometryofthecuttingprocessInforexamplesinglepointturningthetoolwilladvanceaconstantdistanceaxiallyperrevolutionoftheworkpieccandtheresultantsurfacewillhaveonitwhenviewedperpendicularlytothedirectionoftoolfeedmotionaseriesofcuspswhichwillhaveabasicformwhichreplicatestheshapeofthetoolincut2TheefficiencyofthecuttingoperationIthasalreadybeenmentionedthatcuttingwithunstablebuiltupedgeswillproduceasurfacewhichcontainshardbuiltupedgefragmentswhichwillresultinadegradationofthesurfacefinishItcanalsobedemonstratedthatcuttingunderadverseconditionssuchasapplywhenusinglargefeedssmallrakeanglesandlowcuttingspeedsbesidesproducingconditionswhichleadtounstablebuiltupedgeproductionthecuttingprocessitselfcanbecomeunstableandinsteadofcontinuousshearoccurringintheshearzonetearingtakesplacediscontinuouschipsofuneventhicknessareproducedandtheresultantsurfaceispoorThissituationisparticularlynoticeablewhenmachiningveryductilematerialssuchascopperandaluminum3ThestabilityofthemachinetoolUndersomecombinationsofcuttingconditionsworkpiecesizemethodofclampingandcuttingtoolrigidityrelativetothemachinetoolstructureinstabilitycanbesetupinthetoolwhichcausesittovibrateUndersomeconditionsthisvibrationwillreachandmaintainsteadyamplitudewhilstunderotherconditionsthevibrationwillbuiltupandunlesscuttingisstoppedconsiderabledamagetoboththecuttingtoolandworkpiecemayoccurThisphenomenonisknownaschatterandinaxialturningischaracterizedbylongpitchhelicalbandsontheworkpiecesurfaceandshortpitchundulationsonthetransientmachinedsurface4TheeffectivenessofremovingswarfIndiscontinuouschipproductionmachiningsuchasmillingorturningofbrittlematerialsitisexpectedthatthechipswarfwillleavethecuttingzoneeitherundergravityorwiththeassistanceofajetofcuttingfluidandthattheywillnotinfluencethecutsurfaceinanywayHoweverwhencontinuouschipproductionisevidentunlessstepsaretakentocontroltheswarfitislikelythatitwillimpingeonthecutsurfaceandmarkitInevitably35thismarkingbesideslooking5TheeffectiveclearanceangleonthecuttingtoolForcertaingeometriesofminorcuttingedgereliefandclearanceanglesitispossibletocutonthemajorcuttingedgeandburnishontheminorcuttingedgeThiscanproduceagoodsurfacefinishbutofcourseitisstrictlyacombinationofmetalcuttingandmetalformingandisnottoberecommendedasapracticalcuttingmethodHoweverduetocuttingtoolweartheseconditionsoccasionallyariseandleadtoamarkedchangeinthesurfacecharacteristics附录B英文资料翻译36基本加工工序切削技术和机床查理比尔兹利基本加工工序机床是从早期的埃及人的脚踏动力车和约翰威尔金森的镗床发展而来的它们为工件和刀具提供刚性支撑并可以精确控制它们的相对位置和相对速度基本上讲金属切削是指一个磨尖的锲形工具从有韧性的工件表面上去除一条很窄的金属切屑是被废弃的产品与其它工件相比切屑较短但对于未切削部分的厚度有一定的增加工件表面的几何形状取决于刀具的形状以及加工操作过程中刀具的路径大多数加工工序产生不同几何形状的零件如果一个粗糙的工件在中心轴上转动并且刀具平行于旋转中心切入工件表面一个旋转表面就产生了这种操作称为车削如果一个空心的管子以同样的方式在内表面加工这种操作称为镗孔当均匀地改变直径时便产生了一个圆锥形的外表面这称为锥度车削如果刀具接触点以改变半径的方式运动那么一个外轮廓像球的工件便产生了或者如果工件足够的短并且支撑是十分刚硬的那么成型刀具相对于旋转轴正常进给的一个外表面便可产生短锥形或圆柱形的表面也可形成平坦的表面是经常需要的它们可以由刀具接触点相对于旋转轴的径向车削产生在刨削时对于较大的工件更容易将刀具固定并将工件置于刀具下面刀具可以往复地进给成形面可以通过成型刀具加工产生多刃刀具也能使用使用双刃槽钻钻深度是钻孔直径510倍的孔不管是钻头旋转还是工件旋转切削刃与工件之间的相对运动是一个重要因数在铣削时一个带有许多切削刃的旋转刀具与工件接触工件相对刀具慢慢运动平的或成形面根据刀具的几何形状和进给方式可能产生可以产生横向或纵向轴旋转并且可以在任何三个坐标方向上进给基本机床机床通过从塑性材料上去除屑片来产生出具有特别几何形状和精确尺寸的零件后者是废弃物是由塑性材料如钢的长而不断的带状物变化而来从处理的角度来看那是没有用处的很容易处理不好由铸铁产生的破裂的屑片机床执行五种基本的去除金属的过程车削刨削钻孔铣削所有其他的去除金属的过程都是由这五个基本程序修改而来的举例来说镗孔是内部车削铰孔攻丝和扩孔是进一步加工钻过的孔齿轮加工是基于铣削操作的抛光和打磨是磨削和去除磨料工序的变形因此只有四种基本类型的机床使用特别可控制几何形状的切削工具1车床2钻床3铣床4磨床磨削过程形成了屑片但磨粒的几何形状是不可控制的37通过各种加工工序去除材料的数量和速度是巨大的正如在大型车削加工或者是极小的如研磨和超精密加工中只有面的高点被除掉一台机床履行三大职能1它支撑工件或夹具和刀具2它为工件和刀具提供相对运动3在每一种情况下提供一系列的进给量和一般可达432种的速度选择加工速度和进给速度加工速度和进给速度进给量和切削深度是经济加工的三大变量其他的量数是攻丝和刀具材料冷却剂和刀具的几何形状去除金属的速度和所需要的功率依赖于这些变量切削深度进给量和切削速度是任何一个金属加工工序中必须建立的机械参量它们都影响去除金属的力功率和速度切削速度可以定义为在旋转一周时速度记录面相对任何瞬间呈辐射状扩散的针或是两个相邻沟槽的距离切削深度是进入的深度和沟槽的深度在车床中心的车削在机动车床上完成的基本操作已被介绍了那些用单点刀具在外表面的操作称为车削除了钻孔铰孔研磨内部表面的操作也是由单点刀具完成的所有的加工工序包括车削镗孔可以被归类为粗加工精加工或半精加工精加工是尽可能快而有效的去除大量材料而工件上留下的一小部分材料用于精加工精加工为工件获得最后尺寸形状和表面精度有时半精加工为精加工留下预定的一定量的材料它是先于精加工的一般来说较长的工件同时被一个或两个车床中心支撑锥形孔所谓的中心孔两端被钻的工件适于车床中心通常沿着圆柱形工件的轴线工件接近为架的那端通常由尾架中心支撑在靠近主轴承的那端由主轴承中心支撑或由爪盘夹紧这种方法可以牢固的加紧工件并且能顺利地将力传给工件由卡盘对工件提供的辅助支撑减少切削时发生的颤振趋势如果能小心准确地采用卡盘支撑工件的方法则可以得到精确的结果在两个中心之间支撑工件可以得到非常精确的结果工件的一端已被加工那么工件便可车削了在车床上加工另一端中心孔充当精确定位面和承载工件重量和抵制切削力的支撑面当工件由于任何一原因从车床上移除后中心孔将准确地使工件回到这个车床上或另一个车床上或一个圆柱磨床上工件不允许被卡盘和车床中心夹在主轴承上然而首先想到的是一个快速调整卡盘上工件的方法但这是不允许的因为在由卡盘夹持的同时也由车床中心支撑是不可能的由车床中心提供的调整将不能持续并且爪盘的压力会损坏中心孔和车床中心甚至是车床主轴浮动的爪盘为上述陈述提供了一个例外它几乎完全使用在高生产工作上这些卡盘是真正的工作驱动者并且不为同样的目的如普通的三爪四爪38卡盘使用而大直径的工件有时装在两个中心它们最好有由面板夹持在主轴承尾部来顺利得到能量转换许多车床夹头并不能足量的转换能量虽然可以作为特殊的能量转换表面精整加工机理有五个基本机制对于已加工产品有影响1切削过程的基本几何形状单点车削刀具将轴向前进一个恒定距离由此产生的面将在它上面刀具垂直方向进给运动时一连串的尖点形成切削刀具的基本形状2切削加工的效率已经提到不稳定刀瘤将产生含有硬化刀瘤片段的面这个片段使表面光洁度降低也能证明在不利切削条件下引用大进给小前角和低切削速度除此以外生产条件也会导致不稳积屑瘤产品切削过程变得不稳定而不是在剪切带连续切削发生破碎出现不均匀的间断屑片表面也不够光滑当加工韧性材料时这种情况尤其明显3机床的稳定根据某些组合的切削条件工件尺寸夹紧的方法和相对机床结构的刚度不稳定性是刀具造成的颤动在一定条件下这种颤动将达到并保持一定的振幅而根据其它条件的振动也会产生除非切割阻止了相当大的损坏不然切削刀具和工件都可能发生颤动这个现象称为颤振而轴向车削的特点是工件上有长螺旋带暂加工面上有短节距起伏4去除切屑的有效性在间断切屑生产加工中如脆性材料的铣削和车削预计无论是由于重力还是切削液屑片都将离开切削区任何情况下也不会影响切削面连续屑片是显而易见的如果不采取措施来控制切屑就有可能会影响切削面并留下痕迹无可避免地这标志着只能期待5切削刀具的有效后角对于有某一几何形状的小型切削刃和后角很有可能在主切削刃切削在次切削刃打磨这会产生好的表面精度但当然这一个严格地金属成形的组合是不能被推荐为实际的切削方法但是由于这些情况偶有发生刀具磨损会导致表面特性的变化