摩托车气缸盖加工组合机床设计论文本科论文Word文档下载推荐.docx

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动力箱：

1TD12—1TD25适用于小型组合机床；

1TD32—1TD80，适用于大型组合机床。

多轴头：

主轴固定多轴箱，主轴可调多轴箱。

单轴头：

1TZ系列钻削头，1TA系列镗孔及车端面头，1TXB系列铣削头（无滑套），1TX系列铣削头，1TG系列攻丝头，1TJ系列机械精镗头，1TP40偏心镗头。

（2）进给运动部件—实现刀具的进给运动.。

液压滑台：

1HY系列液压滑台，1HYA系列长台面型液压滑台，1HYS系列液压十字滑台。

机械滑台：

1HJ系列机械滑台，1HJc系列机械滑台（三导轨、高精度级），NC-1HJ系列交流伺服数控机械滑台。

（3）既能实现主运动又能实现进给运动的部件。

动力头：

1LHJb系列机械滑套式动力头，1LXJB系列形体移动式机械动力头，LHF系列风动动力头，1LZY系列多轴转塔动力头。

（4）为单轴头变化主轴转速的跨系列通用部件：

1NG系列传动装置.

2.输送部分

输送部分是将工件由一个工位输送到另一个加工工位的部件：

1AHY系列液压回转工作台，1HYA系列长台面液压滑台。

3.支撑部件

支撑部件是可以用来安装机床的其它部件，它包括1CC系列滑台侧底座，1CD系列立柱侧底座，1CLb系列立柱及中间底座等。

4.控制部件

控制部件是用来控制组合机床自动工作循环。

例如数控装置，行程控制挡铁等。

5.辅助部件

辅助部件主要是指用于润滑、冷却和排屑等部件。

1.3课题分析

组合机床对多孔钻削加工具有较大的优势，它按孔的坐标分布位置实行一次定位加工，保证了孔的坐标位置尺寸精度。

作为组合机床的多轴箱，有成熟固定的设计模式：

标准的多轴箱体、前后侧盖、主轴、传动轴、齿轴、轴承等，以及成熟的传动、布局、结构设计方法可供选用。

但是，如何根据制造工艺技术及组配件的要求，在设计上灵活应用并有所创新，以更好地适应被加工工件的需要，是摆在组合机床设计人员面前的一个课题。

毕业设计的课题，我选取了摩托车汽缸盖加工组合机床设计的毕业设计题目。

其设计步骤分为：

总体设计、多轴箱设计和夹具设计三个主要部分。

2组合机床方案的制定

2.1组合机床的设计步骤

2.1.1拟定方案阶段

（1）制定工艺方案

制定工艺方案是设计组合机床最重要的一步。

工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到“体积小，重量轻，结构简单，效率高，质量好”的要求。

（2）确定机床配置型式及结构方案

根据工艺方案确定机床的型式和总体布局在选择机床配置型式时既考虑到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[3]。

（3）总体设计——三图一卡

在选择工艺方案并确定机床配置型式、结构基础上，进行方案图纸的设计。

这些图纸包括：

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，统称为“三图一卡”设计。

2.1.2技术设计阶段

根据确定的工艺和结构方案，按照加工示意图和机床联系尺寸图等开展部件设计，绘制夹具、多轴箱等装配图。

2.2组合机床方案的制定

组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高度集中工序原则设计的一种高效专业机床。

设计组合机床前，首先应根据组合机床完成工艺的一些限制及组合机床各种工艺方法能达到的加工精度、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加工是否合理的问题。

影响组合机床方案制定的主要因素：

（1）被加工零件的加工精度和加工工序

被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制定机床方案的主要依据。

本组合机床需要完成钻四孔的工序，四孔直径均为φ7mm，相对理想理论尺寸的位置度为0.30mm，孔的表面粗糙度为6.3μm。

（2）被加工零件的特点

被加工零件特点主要指零件的材料、硬度、加工部位的结构形状、零件刚性、定位基准面得特点。

它们对机床工艺方案制定有着重要的影响。

对于要加工的摩托车汽缸盖零件材料，除具有良好的铸造性能，减摩性和价格低廉以外，更重要的是具有减震性强和切削性能良好的特点。

特别适用于作承受压载荷的零件。

硬度为170-180HB，切削性能良好，且加工工件不属于薄壁件，工件具有足够的刚性。

所以加工时不需考虑多工步和防振等措施，又由于加工孔径为φ7mm,孔深18mm,工件材料切削性能又较好，所以加工时不必考虑冷却及多面加工。

2.2.1制定工艺方案应考虑的问题

制定工艺方案应考虑的问题：

（1）组合机床常用工艺方法能达到的精度及表面粗糙度

由于被加工的零件的精度要求、加工部位尺寸、结构特点、材料、生产率要求不同，设计组合机床必须采用不同的工艺方法和工艺过程。

对于要加工的汽缸盖的位置度为0.30mm，孔的表面粗糙度为6.3μm。

（2）定位基准及夹压点选择：

组合机床是针对某种零件或零件某道工序而设计的。

正确的选择加工用定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也是有利于实现最大限制的集中工序，从而收到减少机床台数的效果。

汽缸盖外形复杂，零件表面多为台阶面与圆弧面交错分布。

定位基准容易选取，选取圆孔轴线、下底面、以及侧缘作为定位基准。

由此可采取一面、一销和两个可调支板的定位方式。

摩托车汽缸盖要加工的四孔直径较小，且切削线速度为20m/min,故采用了固定钻套进行导向。

导向元件为带肩固定钻套。

由于带肩固定钻套与夹具体的配合要求较为严格，取间隙配合H7/h6，且因带肩固定钻套由于磨损而不能保证加工精度需经常更换，这样会影响夹具体h6的精度，而夹具体不能经常更换，所以在钻套与夹具体之间加一衬套来减轻精度降低。

定位销与工件内孔直接配合。

根据零件的结构特点制定一个合适的定位销。

定位时将工件孔直接插入定位销。

定位销耐磨，定位销强度大，限制了X轴和Y轴的移动自由度，并且这样安装时装卸工件方便。

但由于工件有过定位现象，这样可减少加压后工件的变形，再适当提高大端面定位的精度，反而会使零件的加工精度得到提高。

大端面定位，采用定位板的形式，而不是直接将工件贴在夹具体上，不直接利用夹具体的面来进行定位。

这样定位板磨损后可以更换定位板，避免了对夹具体的损伤而且还可以保证更高的精度和可靠性。

定位板带有两个支撑钉。

2.2.2机床配置型式及结构方案的确定

根据被加工零件的结构特点、加工要求、工艺过程方案及生产率等，可以大体确定采取哪种基本型式的组合机床。

但是由于工艺的安排、动力部件的不同的配置、零件安装数目和工位数多少等不同，而产生很多配置方案。

不同配置方案对机床的复杂程度、通用化程度、结构工艺性、加工精度、机床重新调整可能性及经济效果等，具有不同的影响。

（1）机床配置类型

设计要求设计一个组合机床同时加工摩托车汽缸盖的四个孔，因此可以选择单工位加工及固定式夹具的配置类型。

（2）机床的加工精度

因选择单工位及固定式夹具的配置类型。

固定式夹具单工位组合机床的加工精度最高。

对于精加工组合机床的夹具公差，一般采用被加工零件公差的1/3——1/5。

钻孔位置精度是指孔与孔或孔与基面间的相关位置精度。

通常采用固定式导向能达到±

0.20mm，若严格要求主轴与导向的同轴度，减少钻头与导套间的间隙，导向装置靠近工件时，可达到±

0.15mm。

2.3切削用量的和刀具的选择确定

2.3.1选择切削用量

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[4]。

确定了组合机床上完成的工艺内容之后，就可以着手选择切削用量。

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、机床的布置型式及正常工作油很大的影响。

确定切削用量应注意的问题：

（1）尽量做到合理的利用所有刀具，充分发挥其性能。

（2）复合刀具切削用量的选择应该考虑刀具的使用寿命。

（3）选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响。

（4）在确定镗孔切削速度时，除了考虑保证加工精度、表面粗糙度、镗刀耐用度外，当镗孔主轴需要轴向定位是，各镗轴转速应该相等或者成整数倍

（5）切削用量选择应该有利于多轴箱的设计。

（6）选择切削用量时，还要考虑所选动力滑台的性能

2.3.2刀具的选择

组合机床多轴箱上所有刀具共有一个进给系统，通常为标准动力滑台。

工作时，要求所有的道具每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量。

这个每分钟进给量（mm/min）应是适合于所有刀具的平均值。

因此，同意多轴箱的道具主轴可设计成不通转速和选择不同的美转进给量（mm/r）与其相适应，以满足不同直径的加工需求，即为：

（2.1）

式中：

　　　　ni——各主轴转速，r/min；

fi——各主轴进给量，mm/r；

vf——滑台每分进给量，mm/min。

要加工的摩托车汽缸盖四孔底孔直径都是φ7mm，切削用量选择相同。

这样，各把刀具都能充分发挥各刀的性能。

假设汽缸盖年产为五万件，属中批生产，生产率要求不高，没有必要将切削用量选得过高，以免降低刀具的耐用度。

各主轴切削用量选得相同，有利于多轴箱的设计。

各主轴钻速相等时，可使多轴箱传动链简单。

由于要加工零件的硬度是170—180HB。

由《组合机床设计》（第二版）图表3—7用高速钢钻头加工铸铁件的切削用量得知：

加工速度v取16—24m/min，由于待加工孔的直径为7所以切削用量值取0.12—0.20mm/r。

由上面的计算选取加工速度v=20m/min，切削用量f=0.15mm/r。

由计算公式：

（2.2）

　　　　n—为各主轴转速，r/min；

v—为主轴切削速度，m/min；

d—为各钻头直径，mm。

计算得主轴转速n=910r/min，动力滑台的进给速度Vf=n×

f=136.5mm/min。

2.3.3确定切削力、切削转矩、切削功率及刀具的耐用度

根据选定的切削用量（主要是指切削速度及进给量），确定切削力，作为选择动力部件及夹具设计的依据；

确定切削转矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮、传动轴等）的尺寸确定切削功率，用以选择传动电机（一般指动力箱电机）功率；

确定刀具耐用度，用以验证所选用的刀具是否合理。

高速钢钻头在灰铸铁上钻孔的计算公式为：

（2.3）

（2.4）

（2.5）

（2.6）

　　　　F—切削力轴向（N）；

D—钻头直径（mm）；

f—每转进给量（mm/r）；

P—切削功率（kw）；

M—切削转矩（N*mm）；

T—刀具耐用度（min）；

HB—零件的布氏硬度值HB170—180,计算T时取最大硬度值减去硬度偏差值的1/3，其它的时候T取最大值。

计算得：

F=900N；

M=1994Nmm；

P=0.186kw；

T=187305890min。

2.4组合机床的设计——三图一卡

2.4.1被加工零件工序图

被加工零件的工序图是指根据选定的工艺方案，表示一台机床或者自动线完成的工艺内容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求、加工定位基准、夹紧部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或者半成品情况的图纸。

它不能用用户提供的产品图纸代替，而需要在原零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制成的。

它是组合机床设计的主要根据，也是制造、使用、检验、和调整机床的重要技术文件

图2.1被加工零件图

2.4.2加工示意图

（1）加工示意图的作用和内容

工件加工的工艺方案要通过加工示意图翻译出来。

加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅助的布置状况以及工件、刀具、夹具等机床各部件之间的相对位置关系，机床的工作行程以及工作循环等。

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的位置。

它是刀具、辅助、夹具、多轴箱、液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是正太组合机床布置和性能的原始要求同时还是调整机床。

刀具以及试车的依据。

其主要内容是：

①应反映机床的加工方法、加工条件和加工过程。

②根据加工部位的特点及加工要求，决定刀具类型、数量、结构、尺寸（直径和长度），包括镗削加工时镗杆的直径和长度。

③决定主轴的结构类型。

规格尺寸以及外伸长度。

④选择标准或者设计专用的接杆、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、参数和尺寸。

⑤标明主轴、接杆（卡头）、夹具（导向）与工件之间的联系尺寸、配合以及精度。

⑥根据机床要求的生产率及刀具、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循环机工作行程。

（2）加工示意图的画法和注意事项

①加工示意图的绘制顺序是：

先按比例用细线绘出工件加工部位和局部结构的展开图。

②一般情况下，在加工示意图上，主轴分布可不按真是距离绘制。

③主轴应从多轴箱端面开始画起。

（3）刀具的选择

刀具的选择要考虑工件的加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生产率要求等的要求。

一般空加工刀具（钻、扩、铰等），气直径选择应与加工部位尺寸、精度相适应，其长度要保证加工终了时，刀具螺旋槽尾端与导向套外端面有一定得距离（一般为30—50mm）。

因对于要加工的摩托车汽缸盖四孔的直径相同，无特殊加工要求，为使工作可靠，结构简单，刃磨容易，可选用标准刀具。

刀具材料选用高速钢，钻头切削部分长度可按下列公式确定：

L切=LI+L钻+（30～50）（2.7）

=L件+L入+L出+L钻+L挡+（30～50）

=L件+L入+d/3+（3～8）+L钻+L挡+（30～50）

　　　　LI—钻头工作进给长度；

L钻—钻模板长度，取L钻=28mm；

L件—工件孔深，L件=18mm；

L挡—挡板的厚度，L挡=7mm；

L入—钻头切入长度，视工件误差，钻头切入长度，在5～10mm之间选取,取8mm；

L出—钻头切出长度。

L出=1/3d+（3——8）取值为8

所以：

L切=24+3+8+18+7+35=95mm

选用切削部分长度为102mm的φ7mm的钻头，其锥柄莫氏锥度为1号[5]。

钻套与衬套的配合精度取为H7/h6。

钻套与夹具体的配合精度取H7/r6。

（4）导向结构的选择

①导向类型、型式和结构的选择

导向通常分为两类：

一类是刀具导向部分与家具导套之间既有相对移动又有相对转动的第一类导向或称为固定式导向。

另一类是道具导向部分与夹具导套之间只有相对移动而无相对转动的第二类导向，或称为旋转式导向。

因为要加工的工件的尺寸直径为7小于20所以采用第一类导向方式。

②导向数目的确定

导向数目应该根据工件形状、刀具刚性、加工精度及具体加工情况决定。

对于要加工的零件属于钻小孔，所以在此选用单个导向加工。

③导向参数的确定

导向的主要参数包括：

导套的直径及公差配合，导套的长度、导套离工件端面的距离等。

导套长度L1:

由经验公式L1=（2～4）d，小直径时取大值，大直径时取小值，所以L1=28.导套离工件端面的距离L2=7mm。

（5）确定动力头工作循环及其行程

动力部分的工作循是指：

加工时动力部件从原始位置运动到加工终了位置又返回到原始位置的动作的过程。

一般包括快速引进、工作进给、快进快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，这是根据具体的加工工艺需要确定的。

①工作进给长度的确定

工进长度=被加工孔深+刀具的切入长度+切出长度=18+8+18=34mm。

②快速引进长度的确定

快速引进是动力头把刀具送到工作进给的位置，其长度定为20mm。

③快速退回长度的确定

快速退回长度等于引进工件进给长度之和。

因为是固定式夹具钻孔的机床，动力头快退的行程，只要把所有刀具都退到导套内，不影响工件的装卸即可。

快退长度=34+20=54mm。

④动力部件总行程长度的确定

除了要保证要求的工作循环工作行程（快速引进+工作进给=快速退回）外，还要考虑装卸和调整刀具方便，即考虑前、后备量。

前备量是指因刀具磨损或者补偿制造、安装误差，动力部分尚可向前调节的距离。

后备量是指考虑刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中取出所需要的轴向距离。

理想情况是保证刀具退离夹具导套外断面的距离大于接杆插入主轴孔内（或刀具插入接杆孔内）的长度。

根据刀具长度以及多轴箱断面到夹具体间的距离确定后备量的长度为130mm，前备量设定为30mm，主要根据刀具的长度确定的，并且保证挡铁的正常功用。

因此动力部分的总行程为快退行程长度与前后备量之和。

即为130+54+30=214（mm）

根据以上分析计算确定的数据，绘制的加工示意图如图所示：

图2.2加工示意图

2.4.3机床联系尺寸图

（1）联系尺寸图的作用及内容

一般来说，组合机床是由标准的通用部位——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工专用部位——多轴箱、刀、辅助系统、夹具、液、电、冷却、润滑、排屑系统组合装配而成。

联系尺寸图用来表示机床各组成部位的互相装配联系装配和运动关系，以检验机床各部件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；

并为进一步开展多轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。

联系尺寸图也可以看成是简化的机床总图，他表示机床的配置型式及总体布置。

联系尺寸图的主要内容如下：

①以适当数量的视图（一般为主、左、右视图）按照同一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相关位置，表明机床的配置型式及总体布置、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和尺寸。

③为便于开展部件设计，联系尺寸图上应标注通用部件的规格代号，电动机型号，功率计转速，并注明机床部件的分组情况及总行程。

（2）动力部件的选择

组合机床的动力部件是配置组合机床的基础。

它主要包括用以实现刀具主轴旋转主运动的动力箱、各种工艺切削用头及实现进给运动的动力滑台。

在一台组合机床或自动线上动力部件的选择应根据加工工艺及机床配置型式要求、制造机使用条件上等因素，以使所设计的机床既有合理先进的工艺技术水平，又有良好的经济条件。

影响动力部件选择的主要因素有：

①切削功率:

根据刀具主轴的切削用量，计算出总切削功率P=0.186KW，再考虑传动效率或空载功率损耗及载荷附加功率损耗做为选择组合机床主传动用动力箱型号规格的依据。

②进给力:

每种规格的动力滑台都有最大进给力的限制。

选用时，可根据确定的切削用量计算出各轴的轴向切削合力，并保证轴向切削合力大于最大进给力来确定动力滑台的型号和规格，取F=800N。

③进给速度:

各种规格的动力滑台都有其规定的快速行程速度计最小进给量的限制。

所选择的快速行程速度小于动力滑台的快速行程速度。

所选用切削用量的每分钟的进给速度应大于动力滑台额定的最小进给量，由上面计算得知v=20m/min。

④行程:

选用动力滑台时应该考虑其允许的最大行程为250mm。

设计时，所确定的动力部件总行程应小于所选动力滑台的最大行程。

⑤多轴箱的轮廓尺寸:

不同规格的动力滑台与相对应规格的动力箱配套使用。

⑥动力滑台的精度和导轨材料:

新标准动力滑台均应采用单导轨两侧导向，增加了导向的长度比，提高导向精度。

导轨材料主要有铸铁导轨和镶钢导轨两种（这两种都经过淬火硬度达到G42—48，故导轨的寿命高）。

动力滑台的选择：

选用1HJ25机械滑台。

因为元件成本高，而且温度变化大时对液压系统的性能有影响，液压系统的漏油污染环境，且液压元件维修较困难。

而选用的动力滑台属于有机变速，适用于大批、大量生产企业。

由机械动力滑台主要性能表，查得其主要性能指标：

台面宽250mm，滑台台面长500mm，最大行程长250mm，滑台及滑座总高为250mm，最大进给力为8000N，工作进给速度范围20.6—380mm/min。

滑台确定后，与之配套的支承部件选为1CC251侧底座，过渡箱选用1HJ25—F40,传动装置选用1HJ25—F41，导轨防护装置选用1HJ25—F81，立柱侧底座1CD251。

由1CC251系列滑台侧底座查得参数为，总长900mm，高560mm，总宽450mm，滑台行程250mm。

滑台与侧底座之间直接连接，这样可以保证最低主轴中心与最低被加工孔在垂直方向上等高。

动力箱的选择：

动力箱是将电动机的动力传递给多轴箱的动力部件。

动力箱安装在滑台或其它进给部件的结合面上，动力箱前端接合面安装多轴箱，动力箱的输出轴驱动多轴箱的每个主轴及传动轴，是多轴箱完成各种工艺切削活动。

动力箱主要依据多轴箱所需的电动机功率来选用。

根据公式：

（2.8）

　　　　P切—切削用总功率，由前面计算为0.186kw；

η—多轴箱传动效率，因主轴数目不多，故取0.85。

计算得P主=0.3kw。

当动力箱适配小型组合机床时，其规格为1TD12--1TD25系列。

由1TD12--1TD25动力箱性能表，选用1TD12型。

选用电动机型号为AO7124—A3d，电动机功率0.75kw，转速1400r/min。

查附表71TD12--lTD25系列动力箱，动力箱与机械动力滑台结合面尺寸：

长160mm，宽160mm；

动力箱与多轴箱结合面尺寸：

宽160mm，高125mm，动力箱输出轴距离多轴箱底面高度为100mm。

确定装料高度H：

装料高度H指工件安装基面至机床底面的距离。

一般在850～1060mm之间选取。

具体尺寸取决于最低主轴中心至多轴箱底面的高度hl，滑台高度h2，侧底座高度h3。

即

h=h1+h2+h3（2.9）

　　　　h2—1HJ25机械滑台高度，h3=250mm；

　　　h3—1CC251－I侧底座高度，h4=560mm。

为求h1，需先