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汽车后桥多孔加工专机及夹具设计doc

作者:贝搏体育登路  来源:  时间:2021-11-24 00:32  点击:

  南京工程学院 车辆工程系 本科毕业设计(论文) 题 目: 汽车后桥多孔加工专机及其夹具设计 专 业: 机械设计制造及其自动化(汽车技术) 班 级: 汽车xxxx 学 号: 215xxxxx 学生姓名: xxxx 指导教师: xxxx 副教授 起迄日期: 2012.2~2012.6 设计地点: 车辆工程实验中心 Graduation Design (Thesis) The Design of Special Machine and Clamp for The Automobile Rear Axle Porous Processing By xxxxx Supervised by Associate Prof. xxxxx Department of Vehicle Engineering Nanjing Institute of Technology June, 2012 摘 要 论文完成了汽车后桥壳的多个孔的专用机床的设计,要求一次装夹完成驱动桥壳孔的加工,保证孔位置精度和其他加工要求。通过对原始数据(材料,尺寸及加工要求)的分析计算,确定了刀具的切削用量,机床配置形式,并计算出主轴的切削功率和转速,合理选择机床的通用部件及设计相配套的夹具。采用卧式组合机床进行零件的加工,配以转角液压缸夹紧,提高工件的装夹速度。设计的组合机床提高了机床加工精度,保证被加工零件的加工要求,且工作稳定,操作方便,减少了加工时间,提高了工作效率。 关键词:组合机床;专用夹具;驱动桥壳;零件 ABSTRACT This paper accomplishes the design of special machine tool for the automobile rear axle multiple holes which is required to guarantee the positional accuracy of rear axle holes as well as other process requirements. By means of analyzing and calculating raw data (material, dimension and process requirement), the cutting dosage of cutter has been fixed, the cutting power and rotation spend of principal axis calculated, the general components of the machine tool and supporting fixtures selected reasonably. The workpiece’s clamping speed is improved by using of Horizontal machine tool to process the parts with the hydraulic cylinder to clamp. The process requirements of the parts to be manufactured can be guaranteed by the designed machine tool with the features of stable work, convenient operation and high productivity. Key words: Combined machine tool; Special fixture; Rear-axle housing; Workpiece 前 言 组合机床是以通用部件为基础,按工件特定形状和加工工艺设计专用部件和夹具,组成的半自动或自动专用机床。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。由于标准化和系列化,根据需要灵活配置,能缩短设计和制造周期。因此,组合机床兼有低成本和高效率的优点,在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪表、军工及缝纫机、自行车等轻工业行业大批大量生产中已获得广泛应用。 组合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。 近年来,组合机床不仅在数量和品种上有了很大的发展,而且在加工工艺、机床配置型式、适用范围和控制技术等方面都有不少的创新和发展 机床夹具是在机床上加工零件时所使用的一种工艺设备,主要用于实现工件的定位和加紧,使工件加工时相对于机车、刀具有正确的位置、以保证工件的加工质量和生产率的要求。组合机床夹具更是保证工件能正常加工,达到规定要求的重要部件。 本课题所设计的组合机床,刀具对工件的加工顺序为平行加工,组合机床的配置形式为单面。机床带有一套固式定夹具,根据所需的加工面数布置动力部件,动力部件选择为:卧式,工件安装在机床的固定夹具里,夹具和工件固定不动,动力滑台实现进给运动,滑台上的动力箱连同多轴箱实现切削运动设计过程中,既需要考虑实现工艺方案保证加工精度技术要求及生产率又考虑到机床操作、维护、修理、排屑的方便性 此次课程设计,分为组内分工设计。组内成员分别设计夹具和多轴箱,配合完成组合机床整套设计。此设计为组合机床及其夹具部分设计。在组员多轴箱设计同学的辅助下顺利完成设计。 本课程设计的完成,主要依赖于指导老师无私的指导讲解、大学几年的努力、网上查阅的各种相关资料、图书馆无数的纸质文件以及自身的不懈奋斗。其中老师的指导,更是起了关键性的作用,所谓画龙点睛之笔! 本次课程设计虽说顺利完成,却也困难重重。但这些也正好为以后走上工作岗位提高了实习经验,尤其是如何遵循理论又不拘泥于理论,这对缺乏实践经验的我来说是个挑战。 第一章 绪论 1 1.1 组合机床概述 1 1.2 机床在国民经济的地位及其发展简史 1 1.3 组合机床的国内、外现状 3 1.3.1 国内组合机床现状 3 1.3.2 国外组合机床现状 4 1.4 机床及夹具设计的目的、内容、要求 5 1.4.1 设计的目的 5 1.4.2 设计内容 5 1.4.3 设计要求 6 1.5 机床的设计步骤 6 1.5.1 调查研究 6 1.5.2 拟定方案 6 1.5.3 工作图设计 6 1.6 本文的结构 7 第二章 组合机床总体设计 8 2.1 制定组合机床工艺方案 8 2.1.1 被加工零件特点 8 2.1.2 确定工件的定位基准 8 2.1.3 本工序内容 8 2.2 选择刀具及切削用量 8 2.3 切削力、切削功率的确定 9 2.4 组合机床的总体分析——三图一卡 10 2.4.1 被加工零件工序图 10 2.4.2 加工示意图 11 2.4.3 组合机床联系尺寸图 14 2.4.4 生产率计算卡 18 第三章 夹具设计 21 3.1 组合机床夹具概述 21 3.2 定位支承系统 22 3.3 夹紧机构 24 3.4 钻模 26 3.4.1 钻套 26 3.4.2 钻模板 26 3.5 钻床夹具结构的选择 27 3.6 夹紧力计算 28 3.7 误差的分析 29 第四章 结论 30 致 谢 32 参考文献 33 附录A 英文资料 34 附录B 英文翻译 42 第一章 绪论 1.1 组合机床概述 组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础,再配以少量专用部件而组成的专用机床,具有一般专用机床结构简单,生产率及自动化程度高,易保证加工精度的特点,又能适应工件的变化,具有一定的重新调整、重新组合的能力。组合机床可以对工件采用多刀、多面及多方位加工,特别适于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。组合机床可完成钻、扩、铰、镗孔、攻螺纹、车、铣、磨削以及滚压等工序。 1.2 机床在国民经济的地位及其发展简史 现代社会中,人们为了高效、经济地生产各种高质量产品,日益广泛的使用各种机器、仪器和工具等技术设备与装备。为制造这些技术设备与装备,又必须具备各种加工金属零件的设备,诸如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。由于机械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度,目前主要靠切削加工的方法来达到,特别是形状复杂、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件,往往需要在机床上经过几道甚至几十道切削加工工艺才能完成。因此,机床是现代机械制造业中最重要的加工设备。在一般机械制造厂中,机床所担负的加工工作量,约占机械制造总工作量的40%~60%,机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性,进而决定着国民经济的发展水平。可以这样说,今天这样品种繁多、结构完善和性能精良的各种机床,很大程度上决定了现代社会目前所达到的高度物质文明的高度!。 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,我们国家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。 1.3 组合机床的国内、外现状 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。 现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求,而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。 1.3.1 国内组合机床现状 我国加入WTO以后,制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略,采取了积极的应对策略,出现了产、销两旺的良好势头,截至2005年4月份,组合机床行业企业仅组合机床一项,据不完全统计产量已达1000余台,产值达3.9个亿以上,较2004年同比增长了10%以上,另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出费值等经济指标均有不同程度的增长,新产品、新技术较去年年均有大幅度提高,可见行业企业运营状况良好。 (1) 行业企业产品结构的变化 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。从近两年是企业生产情况来看,数控机床与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》是统计数据显示,仅从几个全国大型重点企业生产情况看,2003年生产数控机床890台,产值16187万元,生产加工中心148台,产值5770万元;2004年生产数控机床985台,产值25838万元,生产加工中心159台,产值7099万元;而2005年,截至4月份,数控机床、加工中心、产值已接近2003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。 (2) 行业企业的快速转变 “九五”后期,在组合机床行业企业的50多家组合机床分会会员中,仅有两家企业实行了股份改造,一家企业退出国有转为民营,其余的都是国有企业。而从2001至2002年,不到两年的时间,就先后有十几家企业实行股份制改造,一些小厂几乎全部退出国有转为民营,现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造,转制已势不可档,“民营经济在经历了从被歧视,被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后,焕发勃勃生机。”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。 (3) 组合机床技术装备现状与发展趋势 组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化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,因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的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的箱体类和轴类零件(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,以及铣削平面和成型面等。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,还有多工位回转台组合机床等;随着技术的不断是进步,一种新型的组合机床——柔性组合机床越来越受人们是亲昧,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,配以可编程序控制器(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、装配和试漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后,国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大,并使产品生产成本提高。因此,市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品,由过去的“刚性”机床结构,向“柔性”化方向发展,满足用户需要,真正成为刚柔兼备的自动化装备。 1.3.2 国外组合机床现状 80年代以来,国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上,正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展,实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势是: (1) 广泛应用数控技术 国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。 (2) 发展柔性技术 80年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。 (3) 发展综合自动化技术 汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线秒。全线台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。 (4) 进一步提高工序集中程度 国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。 1.4 机床及夹具设计的目的、内容、要求 1.4.1 设计的目的 机床设计毕业设计,其目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计,使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中,得到查阅资料、设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算和编写技术文件等方面的综合训练,树立正确的设计思想,掌握基本的设计方法,培养基本的设计方法,并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。 1.4.2 设计内容 (1) 运动设计 根据给定的被加工零件,确定机床的切削用量,通过分析比较拟定切削速度和进给量等,选定合适的主轴转速,并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。 (2) 总体设计 根据给定的工件,初算传动轴的直径,选定滑台,确定动力箱,初步选定机床,完成机床联系尺寸图和装配草图。制定生产率计算卡,验证满足生产需求。 (3) 夹具设计 进行工件的基准定位、夹紧方式等的设计布置,选定装夹方式。完成钻模板及配套导向装置的设计。绘制夹具装配图和零件图。 (4) 编写设计说明书 1.4.3 设计要求 评价机床性能的优劣,主要是根据技术—经济指标来判定的。技术先进合理,亦即“质优价廉”,如此产品才会在市场上才有竞争力,才会受到用户的亲睐。机床设计的技术—经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分析。 1.5 机床的设计步骤[1] 1.5.1 调查研究 研究市场和用户对设计机床的要求,然后检索有关资料。其中包括情报、预测、实验研究成果、发展趋势、新技术应用以及相应的图纸资料等。甚至还可以通过网络检索技术查阅先进国家的有关资料和专利等。通过对上述资料的分析研究,拟订适当的方案,以保证机床的质量和提高生产率,使用户有较好的经济效益。 1.5.2 拟定方案 通常可以拟定出几个方案进行分析比较。每个方案包括的内容有:工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统、液压系统、控制操作系统、电系统、主要部件的结构草图、实验结果及技术经济分析等。 在制定方案时应注意以下几个方面: (1) 当使用和制造出现矛盾时,应先满足使用要求,其次才是尽可能便于制造。要尽量用先进的工艺和创新的结构; (2) 设计必须以生产实践和科学实验为依据,凡是未经实践考验的方案,必须经过实验证明可靠后才能用于设计; (3) 继承与创造相结合,尽量采用先进工艺,迅速提高生产力,为实现四个现代化服务。注意吸取前人和国外的先进经验,并在此基础上有所创造和发展。 1.5.3 工作图设计 首先,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,即所谓的“三图一卡”。这些图子包括: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。并初定出主轴箱轮廓尺寸,才能确定机床各部件间的相互关系。 其次,绘制机床的总装图、部分部件装配图、液压系统图、PLC接线图和梯形图。 然后,整理机床有关部件与主要零件的设计计算书,编制各类零件明细表,编写机床说明书等技术文件。 最后,对有关图纸进行工艺审查和标准化审查。 1.6 本文的结构 本文以大量资料及前人经验为基础,设计研发了一台加工汽车后驱动桥壳13个孔的组合机床。全文共分四章,各章的主要内容如下: 第一章扼要地介绍了机床及组合机的发展史、国内外现状、发展趋势及设计组合机床的相关事宜。 第二章重点设对机床的总体进行设计布置,并完成相关“三图一卡”。 第三章根据第二章设计的机床及零件特点,设计出配套机床的专用夹具。 第四章总结了全文的工作,对设计的整体进行分析总结。 第二章 组合机床总体设计 2.1 制定组合机床工艺方案 工艺方案的拟定是组合机床设计的关键一步,它很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。根据加工要求和特点,按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种因素,并经济分析后拟定出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。其基本原则有以下两点原则:粗精加工分开原则和工序集中原则。 2.1.1 被加工零件特点 被加工零件是一汽车后桥。该零件外形简单。本工序所要加工孔的数量较多,而且是不规则位置的孔。同时,各孔又有一定的位置度要求。但各孔没有尺寸精度要求。因此,直接钻孔即可满足次精度要求。 该零件材料为合金灰铸铁,其硬度,生产纲领:件以限制三个自由度、(限制可以看出:,1] 本工序加工所需刀具为钻头。选择刀具首先是选择刀具材料,对于钻头来说,常见材料有高速钢和硬质合金两种。高速钢钻头主要用于切削硬度在250-280HBS的部度为S-200HBS。所GB/T1438.2-2008) 选择6-11选择切削用量并计算主轴转速进给速度,汇总于表v的取值在16m/min到24m/min。进给量f的取值在0.12mm/r到0.2mm/r (2.1) (2.2) 表刀具类型刀具标准切削速度v(m/min)进给量f(mm/r)主轴转速n(r/min)进给速度vf(mm/min)( 8.5mm锥柄麻花钻GB/T1438.2-2008 20 0.15 774 116 2.3 切削力、切削功率的确定 v及进给量f),确定切削力[1],作为选择动力部件(滑台)及夹具设计的依据;确定切削扭矩,用以确定主轴及其他传动件(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。 查《组合机床设计简明手册》表6-20, (2.3) 切削力: (2.4) 切削扭矩: (2.5) 切削功率: (2.6) 式中 F——切削轴向力(); T——切削扭矩() F——每转进给量(); D——钻头直径(); v——切削速度(); P——切削功率(kW)。 2.4 组合机床的总体分析——三图一卡 组合机床“三图一卡”,是针对具体零件,在选定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而设计的图形文件。其内容包括:绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和编制生产率计算卡等。 2.4.1 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,表示设计的组合机床所完成的工艺内容,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。被加工零件工序图是在被加工零件图的基础上,突出本机床的加工内容,并作必要的说明而绘制的。 其主要内容包括: (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。尤其是当需要设置中间导向套时,应表示出零件内部的肋、壁布置及有关结构的形状及尺寸。以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。 (2) 加工用定位基准、夹压部位及夹压方向。以便依此进行夹具的定位支承(包括辅助定位支承)、限位、夹紧、导向系统的设计。 (3) 本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求,还包括本道工序对前道工序提出的要求。 (4) 必要的文字说明。如被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。 为了使被加工零件工序图清晰明了,一定要突出本机床的加工内容。绘制时,应按一定比例,选择足够的视图及剖视图,突出加工部位(用粗实线),并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关的部位(用细实线)表示清楚。凡本道工序保证的尺寸、角度等,均应在尺寸数值下方画粗实线标记。加工用定位基准、机械夹压位置及方向、辅助支承均须使用规定的符号表示出来。 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,而不采用极坐标系。但有时因所选定位基准与设计基准不重合,则需对加工部位要求的位置尺寸精度进行分析换算。此外,应将零件图上的不对称位置尺寸公差应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。 下图2-1为本设计零件加工工序图 图2-1 驱动桥壳加工工序图 2.4.2 加工示意图 2.4.2.1 加工示意图的作用和内容 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。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,也是整台组合机床布局和性能的原始要求,同时还是调整机床、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、攻丝靠模装置、刀杆托架等,并决定它们的结构、参数及尺寸。 (5) 标明主轴、接杆(卡头)、夹具(导向)与工件之间的联系尺寸、配合及精度。 (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) 确定机床动力部件的工作行程及工作循环。 2.4.2.2 加工示意图的画法及注意事项 (1) 加工示意图的绘制顺序是:先按比例用细实线绘出工件加工部位和局部结构的展开图,加工表面用粗实线画。为简化设计,相同加工部位的加工示意(指对同一规格的孔加工,所用刀具、导向、主轴、接杆等的规格尺寸、精度完全相同),允许只表示其中之一,亦即同一主轴箱上结构尺寸相同的主轴可只画一根。但必须在主轴上标注轴号(与工件孔号相对应)。 (2) 一般情况下,在加工示意图上,主轴分布可不按真实距离绘制。当被加工孔间距很小或需设置径向结构尺寸较大的导向装置时,相邻主轴必须严格按比例绘制,以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向是否干涉。 (3) 主轴应从主轴箱端面画起。刀具画加工终了位置(攻丝加工则应画开始位置)。标准的通用结构只画外形轮廓,但须加注规格代号。对一些专用结构,为显示其结构而必须剖视,并标注尺寸、精度及配合。 (4) 当轴数较多时,加工示意图可缩小比例,用细实线画出工件加工部位分布情况简图(向视图),并在孔旁标注相应号码,以便于设计和调整机床。 本设计中所需加工的13根主轴完全一样,故仅作出其中之一主轴示意,如下图2-2 图2-2 加工示意图 2.4.2.3 导向结构的选择 组合机床加工孔时,零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。由于要加工的孔径较小因此,选用固定式导向装置。根据所要加工孔的直径,参考《组合机床设计简明手册》表8-4与表8-6选择长型导向装置,其主要尺寸及配合如表2。表2 通用导套的尺寸规格(mm) D(G7) D() D1() D2 D3 L l l1 l2 l3 e ( 8.5 15 22 26 M6 36 8 3 20 12 18.5 2.4.2.4 确定主轴及其配件尺寸 初定主轴直径D 根据已选择的切削用量,由《组合机床设计简明手册》表3-4公式计 (2.7) 取,根据主轴轴颈d表3-6 。 根据主轴参数,选择接杆为可调接杆,查《组合机床设计简明手册》表8-,选择接杆型号为Tr×2,锥度为莫氏号表8-表d2 a b p9/h9 hmax L l1 l2 l3 d4 l4 l5 半圆键 调整量 20 Tr20x2 12.06 21.1 5 1.3 88 40 46 13 17 138 50 5x19 28 2.4.2.5 确定动力部件的工作循环及工作行程 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。 (1) 工作进给长度 工作进给长度应等于加工部位长度与刀具切入长度和切出长度之和,即 (2.8) 式中 ——加工长度,值为11mm; ——切入长度,应根据工件端面的误差情况在5~10mm之——切出长度,一般为,此处算得10mm。 根据计算工作进给长度并汇总于表表 加工直径 加工长度 工作行程 ( 8.5mm 11 mm 31 mm (2) 快进、快退长度 按加工具体情况而定,保证加工所有刀具均退至夹具套内,不影响工件装卸,因此取主轴箱快进长度为mm,快退长度为 mm; (2.9) 以此作为选择标准动力滑台及设计专用动力部件的依据。 2.4.3 组合机床联系尺寸图 2.4.3.1 机床联系尺寸图的作用与内容 组合机床是由标准的通用部件——动力滑台、动力箱、各种工艺切削头、侧底座、立柱、立柱底座及中间底座加上专用部件——主轴箱、辅具系统、夹具、液、电、冷却、润滑、排屑系统组合装配而成。机床联系尺寸图是由被加工零件工序图和加工示意图为依据,并按照初步选定的通用部件以及确定的专用部件的总体结构来绘制的。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系,以检验机床各部件的相对位置及尺寸联系是否满足加工要求,通用部件的选择是否合适,并为进一步开展主轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。联系尺寸图也可看成是简化的机床总图,它表示机床的配置型式及总体布局。 联系尺寸图的主要内容如下: (1) 以适当数量的视图(至少两个视图,一般为主、左、右视图)按同一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相对位置,表明机床的配置型式及总体布局,操作者的位置。主视图的选择应与机床实际加工状态一致。 (2) 图上应尽量减少不必要的线条及尺寸,但反映各部件的联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的极限位置及行程尺寸,必须完整齐全。各部件的详细结构不必画出。 (3) 为便于部件设计,联系尺寸图上应标注通用部件的规格代号、电动机型号、功率及转速,并注明机床部件的分组情况及总行程。 2.4.3.2 动力部件的选择 动力滑台选择液压滑台,原因如下:液压滑台在相当大的范围内进给量可实现无级调速;可以获得较大的进给力;由于液压驱动,零件磨损小,使用寿命长;过载保护简单可靠;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。 进给力: (2.10) 进给速度: (2.11) 根据切削总量算得进给力、进给速度以及工作行程,结合多轴箱轮廓尺寸,查《组合机床设计简明手册》表5-1,并考虑进给过程中的摩擦力及进给速度的平稳性,选择液压滑台为1HYA型液压滑台,其最大进给力为00N,最小进给速度为mm/min。,所以能够保证平稳进给。 根据液压滑台的参数,查表5-,配置1CC型滑台 (2.12) 式中 η——多轴箱传动效率,加工黑色金属时取0.8~0.9,主轴数多,转动复杂时取小值,反之取大值。(式中取η=0.8尺寸×400,初选1TD型动力箱,电机型号为Y1-4,电机功率为.5KkW,电机转速为140r/min,输出轴转速为7r/min。,与国际标准一致。在现阶段设计组合机床时,装料高度可根据具体情况在之间选取。 由于受工件体型限制以及各配套系统的协调,此处选定装料高度为1131.5,在地面安放垫块以方便工作人员操作。 2.4.3.4 初定中间底座尺寸 中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面安装连接的需要。根据选定的动力箱滑台、侧底座等标准的位置关系,并考虑到毛坯误差和装配偏移,中间底座支承夹具底座的空余边缘尺寸,算出的长度应圆整,并按优选数系选用。应使空余边缘尺寸不小于。 由《金属切削机床》组合机床部分的内容可知:中间底座的高度优先选取630mm。据此选定中间底座高度为630mm (2.13) 式中 ——加工终了位置,多轴箱端面至工件端面间的距离,本设计中; ——主轴箱厚度,本设计中; ——工件沿机床长度方向的尺寸,本设计中; ——机床长度方向上,主轴箱与动力滑台的重合长度,本设计取; ——加工终了位置,滑台前端面至滑座前端面的距离,对于通用的标准动力滑台,尺寸的最大范围为。本设计取; ——滑座前端面至侧底座前端面的距离,本设计取。 所以 (2.14) 根据,查《组合机床设计简明手册》表-5(中间底 又根据被加工零件的宽度尺寸很大,以及其他联系尺寸,选定中间底座宽度为。 所以,中间底座的长宽为。 2.4.3.5 多轴箱轮廓尺寸的确定 标准通用多轴箱的厚度是一定的,卧式为,立式为。因此,确定多轴箱尺寸,主要是确定多轴箱宽度和高度及最低主轴高度。多轴箱宽度、高度的尺寸大小主要与被加工零件孔的分布位置有关,对于本加工零件而言,其长和宽方向上孔加工基本成回转体,因此取计算值长宽的大值为多轴箱的长宽,可按下式确定: (2.15) (2.16) 式中 ——工件在宽度方向相距最远的两孔距离()。 ——最边缘主轴中心距箱外壁的距离()。 ——工件在高度方向相距最远的两孔距离()。 ——最低主轴高度()。 为保证多轴箱有排布齿轮的足够空间,推荐。 主轴箱最低主轴高度须考虑到与工件最低孔位置()、机床装料高度()、滑台滑座总高()、侧底座高度()等尺寸之间的关系而确定。对于卧式组合机床,要保证润滑油不致从主轴衬套处泄露,通常推荐: (2.17) 根据上述计算值,按多轴箱轮廓尺寸系列标准,最后确定多轴箱轮廓尺寸为 2.4.3.6 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。组号划分规定为: 1) 第10~19组——支撑部件。一般由通用的侧底座、立柱及其底座和专用中间底座组成。 2) 第20~29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,包含工件定位加紧及固定导向部分。对一些活动性较强的活动钻模板、攻螺纹末模板、自动夹压机构、自动上下料装置等常单独编组。移动工作台。回转台等输送设备,如果属于通用部件,则可纳入夹具组,明细表中列出通用部件即可,如果专用则单独成组编号。 3) 第30~39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、控制柜等则另遍组号。 4) 第40~49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,其余须修改部分内容或专用的传动设备则单独编组。 5) 第50~59组——液压和气动装置。 6) 第60~69组——刀具、工具、量具和辅助工具等。 7) 第70~79组——多轴箱及其附属部件。 8) 第80~89组——冷却、排屑机润滑装置。 9) 第90~99组——电气、液指完成年生产纲领(包括备品及废品率在内)所要求的机床生产率。它与全年工时总数有关,一般情况下,单班制生产取,则 件/h.18) 2.4.4.2 实际生产率 实际生产率指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。 (2.19) 式中 ——生产一个零件所需的时间(),它可以根据下式计算: (2.20) 式中 、——分别为动力部件快进、快退行程长度(); ——当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时,动力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转所需的时间(); ——分别为刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作进给行程长度(); ——动力部件快速行程速度。采用机械动力部件取,液压动力部件取; ——直线移动或回转工作台进行一次工位转换的时间,一般可取; ——工件装、卸(包括定位、夹压及清除铁屑等)时间,它取决于工件重量大小、装卸的方便性及工人的熟练程度。根据各类组合机床的统计,一般取。 ——分别为刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作进给速度(); 所以 (2.21) 根据生产需要,工厂配备一台此组合机床用于生产 所以 (2.22) 2.4.4.3 机床负荷率 当时,计算二者的比值即为负荷率。 (2.23) 根据组合机床的使用经验,适宜的机床负荷率为。该负荷率满足要求。其生产率计算卡如下表2-5: 表2-5 生产率计算卡 被加工零件 图 号 毛胚种类 名 称 毛胚重量 材 料 HT200 硬度 HBS 工序名称 工序号 序号 工步名称 加工零件数量 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) 加工时间 辅助时间 共计 装卸工件 0.95 0.95 2 滑台快进 44 8000 0.0055 0.0055 3 滑台工进 20 774 0.15 116 0.267 0.267 4 停止时间 0.01 0.01 5 滑台快退 75 8000 0.00945 0.0094 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1min 总 计 1.min 单件工时 1.min 机床生产率 件/h 机床负荷率 第三章 夹具设计 为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度。在加工零件时,需要设计专用夹具。 根据任务要求中的设计内容,需要设计加工孔夹具。其中加工孔的夹具将用于组合钻床,刀具为锥柄麻花钻,对工件上的13个孔同时进行加工。 3.1 组合机床夹具概述 机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置,它是组合机床的重要组成部件,夹具是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。其作用是它是用于实现被加工零件的准确定位,夹压,刀具的导向,以及装卸工件时的限位等。 机床夹具的基本组成部分,根据其功用一般可分为以下几种: (1) 定位元件或装置 用以确定工件在夹具中的位置。 (2) 刀具导向元件或装置 用以引导刀具或用以调整刀具相对于夹具的位置。 (3) 夹紧元件或装置 用以夹紧工件,保证加工时工件与机床相对位置的固定。 (4) 连接元件 用以确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。 (5) 夹具体 用以连接夹具各元件及装置,使之成为一个整体,并通过它将夹具安装在机床上。 (6) 其它元件或装置 除上述各部分以外的元件或装置,如某些夹具上的分度装置,防错装置,安全保护装置等。 组合机床夹具主要的特点如下:第一、 一般的机床夹具是作为机床的辅助机构设计的,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设计的重要部分之一。第二、 组合机床夹具和机床其他部件有极其密切的联系。第三、 组合机床夹具必须必须具有很好的刚性和足够的夹压力,以保证在整个加工过程中工件不产生任何位移。第四、 组合机床夹具是保证加工精度的重要部位,其设计、制造和调整都必须有严格的要求,使其能持久地保持精度。第五、组合机床夹具应便于实现定位和夹压的自动化,并有动作完成的检查信号;保证切屑从加工空间自动排除;便于观察和检查,以及在不从机床上拆下夹具的情况下,能够更换易损件和维护调整。 3.2 定位支承系统 在组合机床上加工时,必须使被加工零件对刀具及其导向保持正确的相对位置,这是靠夹具的定位支承系统来实现的。定位支承系统除用以确定被加工零件的位置外,还要承受被加工零件的重量和夹压力,有时还要承受切削力。 定位支承系统主要由定位支承、辅助支承和一些限位元件组成。定位支承是指在加工过程中维持被加工零件有一定位置的元件,辅助支承是仅用作增加被加工零件在加工过程中刚度及稳定性的一种活动式支承元件。 由于定位支承元件直接与被加工零件接触,因此其尺寸、结构、精度和布置都直接影响被加工零件的精度。因此设计时应该注意以下几点: (1)合理布置定位支承元件,力求使其组成较大的定位支承平面。最好使夹压力的位置对准定位支承元件。 (2) 提高刚性,减少定位支承系统的变形。 (3) 提高定位支承系统的精度及其元件的耐磨性,以便长期保持夹具的定位精度。 (4) 可靠地排除定位支承部件的切屑。 此外,选择工艺基面应该遵循下面的原则: ①应当尽量选用设计基面作为在组合机床上加工用的定位基面,这样能减少累积误差,有利于保证加工精度。但在某些情况下却必须改用其他面作为定位基面。 ② 选择的定位基面应确保工件稳定定位。定位的支撑面应该大一些,力求已加工面做为定位基面,在本次的加工中,顶面是已经加工过的,而且满足一定的技术要求,面积也比较大,因此选择顶面做为定位基面符合要求。 选择基面应该考虑夹紧方便,夹具结构简单。 常见定位元件有支承钉、支承板、定位销、锥面定位销、V型块、定位套、锥度心轴等。 定位销 圆柱定销、菱形销 国家标准规定的圆柱定位销,其工作部分直径d通常按g5,g6,f6或f7制造 。 定位销与夹具体的连接可采用过盈配合(图 3-1(a),(b),(c)所示),也可以采用间隙配合(图(d))。 短圆柱定位销通常限制工件的2个移动自由度, 长圆柱定位销通常限制工件的4个移动和2转动自由度 当要求孔销配合只在一个方向上限制工件自由度时,可用菱形销,如图3-2所示。 图3-1 定位销 图3-2 菱形销 本次设计中未采用销定位的方法,根据工件的特点,选用环形定位块这种定位方法,满足了加工要求的定位基准面定位。将环形定位块固定在夹具体上,这种定位能够保证工件装夹时简单,方便。 可调支承: 图3-3 可调支承 为限制工件在主轴方向旋转,此处设计一个活动V型块限制其自由度。如下图3-4 图3-4 可调式活动V型块 3.3 夹紧机构 夹紧装置是夹具的重要组成部分。在设计夹紧装置时,应满足以下基本要求: (1) 在夹紧过程中应能保持工作定位时所获得的正确位置。 (2) 夹紧应可靠和适当,夹紧机构一般作用点三个要素,它们的确定是夹紧机构中首先要解决的问题。 首先,夹紧力方向的选择一般应遵循以下原则: 夹紧力的作用方向应有利于工件的准确定位,而不能破坏定位。 夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向和一致,以减小工件变形。 夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致,以减小所需夹紧力。 其次,夹紧力作用点的选择是指在夹紧力作用方向已定的情况下,确定夹紧元件与工件接触点的位置和接角点的数目: 夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内,以保证工件已获得的定位不变。 夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位,以减小工件的夹紧变形。 本设计中的夹紧装置采用了三个转向油缸分别控制三个压紧板,工作时,三个转向油缸由PLC控制,通电时,其压紧板转动至工如图位置夹紧,加工完毕后压板转向,工件退出。如此设 计压紧夹具,操作简单,加紧可靠,适用于大批量生产。图所示位置1为松夹位置,位置2为夹紧位置,三个相同夹紧装置均匀分布夹紧工件。 图3-5 夹紧装置示意图 3.4 钻模 钻床夹具因大都具有刀具导向装置,习惯上又称为钻模。在机床夹具中,钻模占有相当大的比例。 3.4.1 钻套 钻套是引导刀具的元件,用以保证孔的加工位置,并防止加工过程中刀具的偏斜。 钻套按其结构特点可分为4种类型即固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套。图 (b)为固定钻套。固定钻套在夹具上固定不动,刀具或刀杆导向部分在导套内可以转动和移动,通常用于钻头,扩孔钻,铰刀复合刀具或镗杆的导向。这种导向精确,但是容易磨损,当转速高时,会引起导向部分摩擦而生热变形,造成“别劲”现象或因导向润滑不良和切屑尘末渗入使刀具导套“ 咬死”,适用于小孔加工。固定导套结构,由中间套、可换导套和压紧螺钉组成。 图3-6 固定导套 3.4.2 钻模板 钻模板用于安装钻套。 钻模板与夹具体的联接方式有固定式、铰链式、分离式和悬挂式等几种。 固定式钻模板直接固定在夹具体上,结构简单,精度较高。 本设计,根据零件及加工方式,将钻模板直接坐在夹具体上,行程固定式钻模板,如此设计,结构简单,工艺性好,精度得到保证。如下图3-7所示 图3-7 钻模板 3.5 钻床夹具结构的选择 夹具体的设计师整个夹具的基础零件,定位元件、夹紧装置、连接元件、导向元件和对刀装置都要求装在它上面。因此夹具体是一个复杂而又重要的零件,而且必须满足一定的要求: (1)夹具体要有足够的刚度,承受夹紧力及切削时的切削力,一般为铸件,也可是焊接件。 (2)夹具体一般要考虑搬运和吊装问题,以方便夹具的安装。对于小型可以不考虑吊装问题。 (3)对于夹具体应考便于虑排屑和清理切屑的问题。 (4)夹具体的结构尺寸应考虑夹具体的稳定性,在适当范围内,夹具底面可以稍微做大些。 (5)由于夹具体一般都比较复杂,应此要考虑结构工艺性,对夹具体的加工安装都要合理方便。 本设计夹具体如下图 图3-8 夹具体 3.6 夹紧力计算 本次所设计的夹紧力主要由液压缸提供,夹紧力的方向与切削力方向垂直。 因此,所需的夹紧力由下式计算: (3.1) 式中 ——实际所需夹紧力(N) ——夹紧元件与工件间的摩擦系数 ——工件与夹具支承面间的摩擦系数 K——安全系数,K=K0·K1·K2·K3·K4·K5·K6 查机械工程手册P30表1-2-1可知: K=1.15,=0.16,=0.2 所以 (3.2) 而液压缸所需要提供的夹紧力方向与加工进给力方向相反,因此,所需夹紧力较大, 液压缸的工作压力为P=6MPa 液压缸能提供的夹紧力为 (3.3) 因为F

  ,所以夹紧力足够,且夹紧力是由三个液压缸同时提供,因此更可保证夹紧的可靠性。 因此,本次设计所设计的夹具能够提供足够的夹紧力,为保证加工精度提供了有利的保证。同时液压装置的运用也降低了工人的劳动强度,体现了人性化的设计。 3.7 误差的分析 该夹具以工件底平面和内圆柱面为定位基准,保证了孔轴线与右侧面尺寸公差,以及孔轴线与主轴平行的平行度公差。为了满足加工要求,必须是工序中的误差总和小于或等于该工序所规定工序公差。该工序所规定的误差等级要求不高,而且,定位精准,应该满足要求。 第四章 结论 本课题开发研制的钻孔组合机床,用于加工汽车驱动桥的十三个螺纹孔。在开发过程中,针对加工过程中存在的难点进行了攻关。在钻床的设计上采取了一系列的措施,保证了被加工孔的加工精度。主要完成了以下工作: 1、对变速箱箱体的十三个孔的加工工艺进行了分析研究,明确了孔加工的技术要求和工艺要点。 2、恰当地选择了机床的切削参数,动力头及液压滑台驱动机构的结构参数,保证机床的正常加工。 3、设计了稳定可靠的多轴箱和钻模板,从而保证了被加工孔的精度要求。 4、根据通用、经济的原则,选择了合理的刀具,满足了工艺的需要。 设计的钻孔组合机床,保证了加工孔的生产质量,极大的提高工效,加工成本大幅下降。 本项工作还有许多值得完善的地方,例如:装夹、定位由人工完成,效率较低;自动化程度普通,有待提高等问题。这些问题通过改进设计、完善工艺、现场的不断实践、总结,必将会得到进步的提高。 随着现代化工业技术的快速发展,特别是随着它在自动化领域内的快速发展,组合机床的研究已经成为当今机器制造界的一个重要方向,在现代工业运用中,大多数机器的设计和制造都是用机床大批量完成的,即已经规格化了的,通常由机械软件CAD设计画图而成并且用机床来实现。现代大型工业技术的飞速发展,降低了组合机床的实现成本,软件支持机制也使得实现变得更为简单,因此,研究组合机床的设计具有十分重要的理论意义和现实意义,将是未来机械行业的一大亮点。 本课题以使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好为要求,以选择最佳的工艺方案,合适地确定机床工序集中程度,合理地选择组合机床的通用部件,恰当的组合机床的配置型式,合理地选择切削用量,以及设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱为本次设计主要内容及目的展开进行的设计。具体的工作就是要制定工艺方案,进行机床结构方案的分析和确定,进行组合机床总体设计,组合机床的部件设计和施工设计,使其具有生产意义,实现其在实际应用中的价值。 组合机床的应用越来越广泛,各种各样组合机床的设计是经常见报于报。经过本次毕业设计,对资料的查阅和研读,得出结论,对各种组合机床的设计的研究方向随着自动化技术的飞速发展而趋于这样一种研究方向,即组合机床及其自动线方向。 它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。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、装配和试漏等技术。 我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后,大量高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大,并使产品生产成本提高。因此,市场要求我们不断开发新技术、新工艺,研制新产品,由过去的“刚性”机床结构,向“柔性”化方向发展,满足用户需求,真正成为刚柔兼备的自动化装备。 近几十年来组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、机械、航空及军工等部门已获得了广泛的使用,一些中小批量生产的部门也开始推广使用。除了组合机床及其自动线方向外,还向着以下几个发展方向为: 提高生产率 扩大工艺范围 提高加工精度 提高自动化程度 创制超小型组合机床 发展专能组合机床及自动线 以上这些问题在理论上是很合理适用的于工程中的,但是实际实现上有一定的难度,是机械设计及其自动化方面需要解决的问题,是静候发展所值得进一步探讨的对象,也是今后努力的一个方向! 致 谢 本设计的夹具和的设计工作,是在我的导师的精心指导和悉心关怀完成的辛勤的汗水和心血。导师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神深受的启迪。从尊敬的导师身上,我不仅学到了扎实、宽广的专业知识,也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。 在我的设计撰写过程中在此向们表示深深的感谢。 在多年的学习生活中,得到了许多学院领导、系领导和汽车教研室老师的热情关心和帮助 在此,还有一批人,我要深深的感谢你们,那就是我的父母、我的家人!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和参加答辩的各位老师! 参考文献 [1] 谢家赢主编.组合机床设计简明手册[M]. 北京:机械工业出版社,1994 [2] 梁训塇.奋战六十年 我国机床工业进入世界前列[].中国机床工具工业协会,2009(9)M].北京:机械工业出版社,1975 [4] 朱龙根编.简明机械零件设计手册[M].北京:机械工业出版社,1997 [5] 顾维邦.金属切削机床(下册)[M].北京:机械工业出版社,2005.7 [6] 陈宏钧.实用机械加工工艺手册[M]北京:机械工业出版社,2003 [] 叶伟昌.机械工程及自动化简明设计手册(上册)[M]北京:机械出版社,2001M].北京:机械工业出版社,1975 [9] 孟少农.机械加工工艺手册[M]北京:机械工业出版社,2002(3):58-98 [] 大连组合机床研究所.组合机床设计[M].北京:机械工业出版社,1975 [] 赵如福.金属机械加工工艺手册[M].上海:上海科技术出版社,1990 [] 哈尔滨工业大学,哈尔滨市教育局.专用机床设计与制造[M].哈尔滨:黑龙江人民出版社,1979 [] 杨黎明.机床夹具设计手册[M]北京:国防工业出版社,2004 [1.机床夹具设计手册(第二版)[M].上海:上海科学技术出版社, [15] 沈阳工业大学等编.组合机床设计[M].上海:上海科技出版社,1994 [16] 金振华主编.组合机床及其调整与使用[M].北京:机械工业出版社,1990 [17] 傅玲梅主编.机床夹具设计与制作[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2008 [18] 于骏一机械制造技术基础M].北京:机械工业出版社,2004年1月 王伯平互换性与测量技术基础M].北京:机械工业出版社,2004年4 月 [] E L J Bohez.Five-axis milling machine tool kinematic chain design and analysis[J]. International Journal of Machine Tools&Manufacture 2002(420):505–520 Design Principles for Machining System Configurations P. Spicer, Y. Koren (1), M. Shpitalni (1), □. Yip-Hoi NSF Engineering Research Center for Reconfigurable Machining Systems University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, U.S.A. Abstract Until recently, mass producers have relied on long serial lines of dedicated machines in order to machine products at high volumes. Today, as the cost of CNC machining centers decreases, more and more high- volume manufacturers are examining the alternative of shorter lines with more machines configured in parallel. This paper presents the main principles for selecting the right machining system configurations. We propose a system classification and show that only symmetric configurations are of interest to industry. We compare four classes of systems: pure serial lines, pure parallel lines, short serial lines arranged in parallel, and short serial lines arranged in parallel with the ability to move products between the lines (i.e., with crossover). Specifically, we compare the different configurations in terms of throughput, line balancing, machine investment cost, and capacity scalability. Finally, we introduce an upgradable multi-spindle reconfigurable machine as a cost- effective alternative for system scalability. Keywords: Machining, system layout, design principles 1 INTRODUCTION Prior to the early 1990s, high-volume manufacturers (e.g., the automotive industry) enjoyed a stable growing market with long product lifetimes. Thus, there was no urgent need for these manufacturers to search for alternatives to the dedicated machining systems they had been using for producing their machined components. Furthermore, computerized numerical controlled (CNC) machines—the main building blocks of flexible systems that offer the alternative solution—were excluded due to their high cost, low reliability, and low productivity. As a result of increased global competition in the 1990s, manufacturing companies began facing more frequent and unpredictable market changes. These changes included the rapid introduction of new products, abrupt changes in product demand and mix, and more frequent modifications to existing products. To stay competitive and to accommodate these changes, manufacturing companies began seeking manufacturing systems that enable a rapid response to market changes. Until recently, high-volume manufacturers have not had a real alternative to dedicated machining systems. This situation has now totally changed for two reasons: (1) Cost reductions in the price of CNC machines, and (2) the introduction of improved technologies. These technologies include controller improvements, high-speed spindles, linear motors, and multi-spindle machines. Another influencing factor is the possible use of 4-axis machines, which offer much better part accessibility than 3-axis machines, and are not significantly expensive when integrated into a high-volume system. Multi-axes CNC machining centers equipped with automatic tool changers enable a manufacturer to assign many machining tasks to a single machining center and change them when reconfiguration is needed. This opens up the potential for a large variety of possible system configurations. Consequently, manufacturers are now looking toward reconfigurable systems whose functionality and production capacity can be changed exactly when needed [1], For the above reasons, high-volume manufacturers of machined components have been moving away from serial-dedicated machining systems and have begun to install systems based on CNC machining centers. This move from long serial system configurations with a small number of machining tasks assigned to dedicated machines (stations) toward CNC-based systems offers many options in selecting the right configuration. Each of these options, however, should be able to produce the production rate needed in high-volume manufacturing. The following example illustrates the many options. Imagine a component with 15 different machining tasks. It could be configured, for example, into a system of 15 machining centers (stations) arranged in serial (Figure 1(a)). In this case, each machining center would perform one machining task. The other extreme case is arranging all the machines in parallel (Figure 1(b)), assuming that each machine can perform all the machining tasks. Of course many machines must operate in parallel in order to achieve the desired rate of production. Another choice may be to shorten the system to only five machines in serial, with three lines to supply demand (Figure 1(c)). In this case, each machine would perform three machining tasks on average. Likewise, there are numerous other possible configurations. Koren, Hu, and Weber [2] have demonstrated that the system configuration (the arrangement of the machines and the interconnection among them) has a significant impact on six key performance criteria: 1) investment cost of machines and tools, 2) quality, 3) throughput, 4) capacity scalability, 5) number of product types, and 6) system conversion time. They also mentioned that the choice of system configuration is not trivial. In fact, a recent research study suggests that the number of configurations that can be created with n machines is greater than 2(n-1), and that the design of the configuration of a machining system is a non-polynomial (NP) complex problem (i.e., exponential problem). Hence, there is a need for system design methodologies, guidelines, metrics, and principles to help in the selectionof the right configuration and in the design of manufacturing systems. In the state of the art today, however, a systematic designmethodology that determines the optimal configurationdoes not exist. In fact, not much has been researchedabout the generation of configurations, and not evenabout the relationships between the system configurationand its performance (because the system configu

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