立式轴承座钻孔组合机床设计.docx
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立式轴承座钻孔组合机床设计
附件1:
立式轴承座钻孔组合机床设计
摘要:
论述了立式轴承座钻孔组合机床设计的基本步骤,以及包括此类组合机床设计所要注意点。
关键词:
立式轴承座钻孔组合机床设计
1分工序、定工位
生产类型分析
此次设计的立式轴承座钻孔组合机床,其所加工的零件在汽车中应用十分广泛,应该属于大批量生产项目,所以在设计时应注意到尽量使加工简单,但又不影响加工质量。
加工方案的制定
划分工序要考虑到生产的规模、加工的精度、所用机床的特点、机床负荷情况等。
划分工序可以有两种趋向:
工序集中和工序分散。
工序的集中分散各有其长处,一般说来,在大批量生产中以提高生产率为主,需广泛采用多刀、单轴与多轴自动或半自动机床,多轴龙门铣床、组合机床等,故采取工序集中可以获得突出的效果。
此次设计的轴承座钻孔组合机床很大程度上使各工序尽量集中,发挥组合机床的优点,同时使各种误差减小到最低限度。
由于此设计中所加工的零件10个孔中部分孔距离太近,不便于加工,所以分开为两个工位完成,然后进行零件位置转换。
主要工位经分析选取以下方案:
1)装卸、夹紧;2)钻7个孔f13.5;3)钻3个孔一个为f14,钻2个螺纹底孔f14,孔号为8、9;4)钻横向孔f14;5)扩铰7个孔f14.5;6)攻丝。
2复合刀具的切削用量的计算
切削用量的特点
组合机床的正常工作与合理地选用切削用量,即确定合理的切削速度和工作进给量有很大的关系。
切削用量选的恰当,能使组合机床减少停车损失,提高生产效率,延长刀具寿命,提高加工质量。
导套设计
被加工7个孔直径为14.5,加工孔的直径与导套长度,导套内径尺寸,上下偏差以及孔轴线理想位置的偏移的关系。
1~7号孔,以及8~10号孔和底孔的直径为14.5mm,它所需要的导套长度为(32~40)mm,内径尺寸偏差为+0.016~+0.034,孔轴线理想位置偏移为(0.15~0.20)mm。
孔加工切削用量计算
用高速钢钻头加工此铸件HB=204(钻1~7号孔,Ⅱ工位;钻8~10号孔,Ⅲ工位);钻头直径:
14.5mm;切削用量:
v=(10~18)m/min,s=0.2mm/r,转速350r/min。
用高速钢钻头钻横向孔f16(Ⅳ工位)加工直径:
16mm;切削用量v=(10~18)m/min;s=(0.18~0.25)mm/r;转速350r/min。
用硬质合金扩孔钻扩铰孔1~7号孔(Ⅴ工位)在Ⅴ工位上,扩铰7个孔时,采用扩铰复合刀具,进给量按扩孔钻选择,切削速度按铰刀选择,而且进给量应按复合刀具最小直径选用允许值的上限,切削速度则按复合刀具最大直径选用允许值的上限。
加工直径:
14.5mm;切削用量:
v=(8~10)m/min,s=0.25mm/r,转速280r/min;扩孔钻刀杆及导向部分的公称直径d+0.08;扩孔钻公差:
-0.036;刀杆导向部分公差:
-0.006~-0.0017;导套内径公差:
+0.024~0.006。
孔加工常用工序间余量扩孔直径为10~20,直径上的工序余量为(1.5~2.0)mm;铰孔直径为10~20,直径上的工序量为(0.10~0.20)mm(以上切削用量的选择由东风汽车公司设备制造厂设计科提供资料)。
3部件选用
功率选择标准
动力部件用以实现切削刀具的旋转和进给运动或只用于进给运动,此机床实现了切削刀具旋转和进给运动两项内容。
每一种规格的动力头都有一定的功率范围,根据所计算出的切削功率及进给功率之需要,并适当提高切削用量的可能性,选用相应规格的动力头,公式如下:
N动>(N切+N进)/hkW。
式中:
N动为动力头电机功率;N切为切削功率,按各刀具选用的切削用量,由“组合机床的切削力及功率计算公式”中已求出;N进为进给功率,对于液压动力头就是进给油泵所消耗的功率,一般为(0.8~2)kW;h为传动效率,当主轴箱少于15根时,h=0.7,多于15根时,h=0.65。
机床实际功率
此立式组合机床左右分两个电机带动两个多轴箱进行加工。
对于左半部分多轴箱刀具,在加工1~7号孔以及Ⅲ工位加工10号孔时其功率总和:
N/kW=0.29×7+0.283=2.313
因为左主轴箱少于15跟钻头,所以
h=0.7,N/kW=2.313/0.7=3.3
对于右半部分多轴箱刀具,在Ⅴ工位扩铰1~7号孔以及攻丝,钻头的实际功率:
N/kW=0.1427×7=1.0
因为右主轴箱少于15根钻头,所以
h=0.7,N/kW=1÷0.7=1.43
选用电机
由于此机床在驱动方面没有特殊的要求,选用普通也是最可靠的Y系列电机,它是封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机,取代J02系列的更新换代产品。
左半部分所需功率为3.3kW,查Y系列三相异步电动机表,选用Y123S24型号的电机,额定功率为5.5kW,选用此型号电机比较合适。
右半部分所需功率为1.43kW,查Y系列三相异步电动机表,选用Y112M26型号的电机,额定功率为2.2kW,选用此型号电机比较合适。
4夹具设计
轴承座钻孔组合机床夹具分析
根据工件不同的生产条件,可以有各种不同的安装方法:
a)找正安装法;b)夹具安装法。
基本定位原理分析这里讨论6点定位中,6个自由度的消除,以便找出较合适的定位夹紧方案。
一个物体在空间可以有6个独立的运动,即沿X、Y、Z轴的平移运动,分别记为X1、Y1、Z1;绕X、Y、Z轴的转动,记为X2、Y2、Z2,习惯上,上述6个独立运动称作6个自由度。
如果采用一定的约束措施,消除物体的6个自由度,则物体被完全定位。
例如讨论长方体工件时,可以在底面布置3个不共线的约束点,在侧面布置2个约束点,在端面布置一个约束点,则底面约束点可以限制X2、Y2、Z23个自由度,侧面约束点限制X1、Z12个自由度,端面约束点限制Y1这个自由度,就完全限制了长方体工件6个自由度。
夹紧力“两要素”,方向与作用点夹紧力方向应朝向定位元件,并使所需的夹紧力最小。
确定夹紧力作用点的位置时应不破坏定位。
夹紧力作用点的位置应尽可能靠近加工部位,以减小切削力绕夹紧力作用点的力矩,防止工件在加工过程中产生转动或震动。
应保证夹紧变形不影响加工精度。
夹紧力作用点数目应使工件在整个接触面上受力均匀,接触变形小。
定位夹紧方案的确定
此零件属于空心圆形铸件,一般的定位元件有V形块、定位套筒作半圆形定位,如果选用V形块定位的话,在Z轴方向移动以及绕X、Y轴旋转的自由度已经消除,在钻头进行加工时,绕Z轴转动的自由度却无法消除,所以用V形块定位的方案是行不通的。
如果利用半圆形定位,其结果和用V形块是一样的,都无法使工件在绕Z轴的方向上稳定,最后决定利用定位套筒定位。
环形套筒以H7/K6或H7/js6的过度配合装入夹具,零件放入套筒后,在X、Y方向的自由度消除,同时采用压板的方法;利用球头螺栓使压板紧压住工件体。
在此压板的作用下,沿X轴旋转X2,以及沿Z轴旋转Z2和沿Z轴方向Z1自由度都被限制。
所以在此套夹具的作用下,X1、Y1、Z1、X1、Y1等自由度完全被消除,而在压板的压力作用下,零件和刀具之间强大的摩擦力,以及在加工过程中轴向力的相互抵消,在Z的自由度也被消除。
当进行到Ⅳ工位,加工横向孔时,X1、Y1、Z1的自由度已被消除,X2、Y2方向自由度也已被消除,在Z2方向上,由于压板的作用使工件在Z2方向的自由度也消除了。
5攻丝装置
在组合机床上攻制螺纹时,根据被加工零件加工部位的分布情况和工艺要求等,常用的攻丝方法有3种:
采用攻丝动力头攻丝,采用攻丝装置攻丝和采用活动攻丝模板攻丝。
在此设计中,右半部分完成Ⅴ、Ⅵ工位的加工。
电机只有5.5kW的功率,故综合考虑选用攻丝装置攻丝。
当整台机床或机床的某一面全部用于完成攻丝工序时,广泛地采用了攻丝装置。
攻丝装置由攻丝主轴箱和攻丝靠模头组成,由于靠模螺母和靠模杆是经磨削并配研的,其螺距要求与所需加工螺孔的螺距保持一定关系,并设有螺距误差补偿机构。
因此利用攻丝装置进行攻丝可以达到较高的精度。
6组合机床冷却装置
机床冷却液除对刀具和工件起冷却作用外,还能在金属表面形成润滑薄膜,起到润滑作用。
一些冷却液中含有碳酸钠,亚硝酸钠等防锈剂,它们在金属表面形成胶状吸附膜或氧化物薄膜,又能使金属免受腐蚀的作用。
因而选择冷却液时,应根据组合机床完成工艺、加工方法、刀具材料以及被加工零件的材料来决定。
在加工铸铁件时,由于铸铁本身含有石墨能自身润滑,一般都不加冷却液。
在大量生产中有时为了减少加工中的铁粉飞扬,也增加冷却系统,以改善操作条件。
有时可采用苏打水,5%的乳化液,其乳化剂的主要成分可以是氧化油膏或硫化切削油。
其配方为:
油膏2%~5%,粗加工取低值,精加工取高值;亚硝酸钠0.2%~0.25%;无水碳酸钠0.2%~0.3%。
在铸铁工件上攻丝时,则都采用润滑液,以提高表面光滑度,减少功率的消耗。
通常采用煤油,亦可采用硫化切削液及混合油等。
冷却液的流量应根据刀具的形式、直径的大小、加工方法、切削用量等具体条件确定,组合机床的设计使用经验表明,对镗刀、钻头以及铣刀一类刀具,每根刀具冷却液的平均流量约为(2~6)L/min。
国外资料推荐按加工直径选择,每把刀具的冷却液流量。
7工作循环说明
一台组合机床,其工作循环常常是比较复杂的,不仅有好几个动力头按不同的循环进行工作,而且这些循环还需其他部件,如移动工作台,回转工作台以及鼓轮等配合动作。
各动力部件借助程序控制挡铁,按规定顺序进行工作。
工作循环应当尽可能的简单而且控制元件应该少,否则机床的制造成本加大,安全性能也会降低。
本组合机床适合在大批量生产中使用,生产效率大大提高。
为了降低成本,应多选用复合刀具,尽量做到一次成形,减少装夹次数。
选择合适的电机和动力头,选择恰当的切削用量和切削速度。
附件2:
DesignoftheVerticalBearingsHoleDrillBed
Abstract:
Thisessaynarrativesthebasicstepsofuprightaxlebearingseatboreholecombinationandmainpointsofdesignationofthecombinationmachinetools
Keywords:
TheverticalaxlebearingseatdrillsconstitutingamachinetoolDesign
1Allottingworkingprocedure,bookingthelaborplace
Productiontypeanalysis
Theverticalaxlebearingseatmachinetoolsdesignedthistimeandpartsprocessedextensivelyapplytotheuseoftheautomobileandbelongtothemassproductionproject,thereforeweshouldpayattentiontothatwhendesigningweshouldmaketheprocessassimpleaswecanwithoutaffectingthequality.
Workingouttheprocessscheme
Dividingworkingprocedureneedstothinktheproductionscale,accuracy,characteristicsofamachinetoolusedandthesituationofthemachinetoolloaded.Dividingworkingprocedurehastwokindsoftendencies:
concentratingtheworkingprocedureandsdispersingworkingprocedure.Theworkingprocedureconcentratedandthedispersedhavetheirownstrongpoints.Generallyspeaking,improvingefficacyinmassproductionneedadoptmulticut,singleaxisandpolyaxisautomationorsemi-automaticmachinetoolbroadly.Thepoleaxisandthemachinetooladoptconcentratingworkingprocedureinordertogainoutstandingeffect.
Thattheaxlebearingseatmachinetoolsdesignedthistimeusesconcentratingworkingprocedureasmuchaspossibleinordertobringthemeritsofthecombinationmachinetoolsintofullplayandmakesthevariouserrordiminutionarriveattheflooratthesametime.
Becausethedistancesbetweenofthetenpartsaretooclose,itisinappropriatetoprocess.Sotheplaceiscompletedbytwolabors,thenchangesthelocationsoftheparts.
Themainlaborplacechoosesthefollowingschemeafteranalysis:
1)loadsandunloads,clamps;2)drills7holesf13.5;3)drill3holesoneisf14,theother2arethreadbottomholesf14,holenumberis8,9;4)drillstransversedirectionholef14;5)expandshinge7holesf14.5;6)tapping.
2Calculationofcompoundcuttercuttingdosages
Cutthedosagescharacteristics
Theregularworkofamachinetoolhasverybigsomethingtodowithtoselectingandusingcuttingdosagesreasonably,whichmeansthatchoosingtheappreciatecutspeedandthejobfeedamountsascertainrationalcutting.Choosingappreciatecutdosagescanmakethecombinationmachinetoolcutdowntheparkingloss,improveproductionefficiency,prolongthecutterincreasedlongevity,andimprovethequalityofprocessing.
Designingtheleadcover
Thediametersofthe7holesprocessedareis14.5mm,followedtheleadcoverlength,theinternaldiameterdimensionofit,deviationandshiftrelationsoftheidealholeaxislocation.ThecoverlengthsofholesfromNo.1~NO.7andNO.8~NO.are(32~40)mmandthebottomholediameterare14.5mms,insidediameterdimensiondeviationis0.016~++0.034,idealholeaxislocationoffsetsfor(0.15~0.20)mm.
Calculationofprocessingaholedosages
Usehigh-speedsteeldrilltoprocessthiscastingHB=204(drillNO.1~NO.7holes,IIlaborsplace;drillNO.8~NO.10hole,IIIlabors);Borebitdiameter:
14.5mms;Cutdosages:
V=(10~18)m/min,s=(0.18~0.25mm/r,rotationrate350r/min.
Withhigh-speedsteeldrilldrilltransversedirectionholef16(IVlabor,theplace)processesadiameter:
16mms;Cutdosagesvs=(10~18)m/min;S=(0.18~0.25)mm/r;Rotationrate350r/min
Usecarbidealloyreamertoexpandthereaming1~7numberholes(Vlaborplace)onlaborplaceV,expandtoream7KongShi,adopttoexpandthehingecompoundcutter,feedamountschoosingaccordingtothereamer,cutspeedchooseaccordingtothebroach,enterandtheupperlimitshouldselectandusepermissionvalueaccordingtominimaldiameterofcompoundcutterupperlimitforamounts,cuttingspeedbethatthemaximumdiameterselectsandusespermissionvalueaccordingtocompoundcutter.
Processadiameter:
14.5mm;Cutdosages:
V=(8~10)m/min,ses=0.25mm/r,rotationrate280r/min;Reamercutterarborandnominalguidingpartdiameterd+0.08;Reamercommondifference:
-0.036;Cutterarborguidingpartcommondifference:
-0.006~-0.0017;Leadthecoverinsidediametercommondifference:
+0.024~0.006.
Theholeprocessingprocedureroommarginincommonusereamingis10~20,theupperdiameterworkingproceduremarginis(1.5~2.0)mm;providesthereamingdiameterto10~20;diameterroommarginis(0.10~0.20)mm.(allthereferenceofferedbyDongFengAutomobileCo.equipmentmanufactorydesignsection.
3Thecomponentselectionandusage
Choosingpowerstandard
Thedrivingforcecomponenthasbeenusedtorealizetherotationandthemovingforwardofthecuttingtooling.Thismachinetoolhascometruecuttingtoolingrotationandmovingforward.
Eachdrivingforceheadhascertainpowerrangeaccordingtothecutpowerandtheneedofthemovingforwardpowercalculatedtoimprovethepossibilityofthecutdosage,choosetheappreciatedriveforcehead,theformulaasfollows:
Nmoves>(Neager+NofNentering)/hkW.
Amongit:
Nmovesisdrivingforceheadelectricmotorpower;Neageriscutpower,theforceandpoweralreadyhavebeencalculatedaccordingtoeachtooling’scutdosagesfrom"theconbinationmachinetoolcutforceandpowercalculationformula";Nenteringisfeedpower,whichisfeedpowerconsumedbyoilpumpforhydraulicpressuredrivingforce,being(0.8~2)kWingeneral;Hisdriveefficiency,theding-dangmainspindleboxislessthan15time,h=0.7,morethan15time,h=0.65.
Machinetoolactualpower
Thisuprightcombinationmachinetoolretinueisallottedtwoele