第 1 章 汽车主轴轴承盖机加工艺 1.1 确定生产纲领、生产类型、工艺特征 首先要分析、被加工零件，通过认真阅读被加工零件图样，研究被加工零件 的用途，尺寸、形状、材料、硬度、重量，加工部位的结构和加工精度及表面粗 糙度要求等内容。通过对产品装配图样和有关工艺资料的分析，充分认识被加工 零件在产品中的地位和作用，从而来确定机车轴承盖的机械加工工艺，使它保证 各种加工要求和经济精度。 1、由N=3000～4000件/年，知道了零件的生产纲领。 2、生产类型的确定——为大批量生产。 3、该工件的工艺特性。 针对工件的结构形状及正常的经济精度和位置精度的分析可知结构工艺性 十分复杂。而且工件是大批量生产，可采用高效专用机床及自动化生产线进行生 产，可以广泛采用高效专用夹具、复合刀具、专用量具及自动检查装置（按流水 线、自动线排列设备），因此在实际加工中我们采用组合机床来加工。这样容 易保证加工精度，提高生产率，使产品成本相对降低，提升产品的经济效益。 1.2 确定毛坯及材料的选择 1.2.1 确定毛坯及材料的选择 (1) 查阅零件图和技术方面的要求及机构工艺性可知此工件采用 42CrMo 材料，根 据零件加工工艺性及零件尺寸精度，我们在选择毛坯的加工方法时要综 合分析零件的轮廓，尺寸精度、形状、位置、加工表面技术方面的要求，最终 确定了采用模锻件来制造毛坯，精度等级为2级。分析零件的材料特征， 查《机械制造设计手册》退火/回火硬度—HB217，而零件的技术方面的要求硬 度为HB241—258，则要对零件进行调质处理。 (2) 确定零件毛坯尺寸查工艺手册 毛坯尺寸 L=440+2X3.25 B=235+2X3.25 H=92+2X2 而半圆环槽（表1—53）按锻件确定R=115+2.75 (3) 材料的重量计算 3 查零件的比重7.75g/m 1 M=446.5X96X241.5X7.75=78㎏ 由此确定毛坯的技术方面的要求 1）锻件 无明显裂纹缺陷 2）未注圆角R3～R5 3）零件硬度HB241～285 1.2.2 确定工艺路线） 根据零件结构工艺性和经济精度，按照粗精加工分开原则，工序集中 原则，来确定机械加工工序的安排顺序。按照以下原则来初步拟订两 条加工工艺路线） 次要表面可在阶段来加工 方案一（见工艺卡片） 方案二 工序1 下料 工序2 模锻毛坯 工序3 调质处理 工序4 涂油漆 工序5 铣削工件的前后面，完成对半圆环及凸台面的加工 工序6 铣削上下两平面到235.25 工序7 钻孔2-Φ25 工序8 扩孔到2-Φ30，粗镗孔2-Φ40，精镗孔2-Φ49 工序9 对2-Φ49孔的底面进行倒角2X45 工序10 粗精铣半圆环槽到R115 工序11 粗精铣侧面到440.5 工序12 磨削工件的侧面，再翻过来磨另一面 工序13 加工定位销孔 工序14 铣削斜楔角 工序15 检验去毛刺，并装配到机车上检查，根据配合定M39的中心 工序16 加工螺纹孔（先钻到Φ35，在攻丝到M39） 工序17 根据零件图进行验收 2 （2）工艺路线分析比较 工艺路线方案一，按工序分析原则，各间的铣削到普通机床上加工，孔加工 放在组合机床上加工，易保证两孔轴线的平行度，同时采用组合机床加工，可以 采用专用夹具，减少装夹次数，提高自动化生产和生产效率，综合上述两个工艺 方案的优缺点，选择工艺方案1较合适。 1.2.3 确定机械加工余量，工序尺寸及表面粗糙度 根据上述资料确定各加工余量，工序尺寸及表面粗糙度如下 序号 工序内容 单边余量 工序尺寸 表面粗糙度 Ra 1 铣端面 2 92 6.3 2 铣上表面 3 238.5 3.2 3 铣下表面 3.25 235.25 3.2 4 铣半圆环槽 3.25 R115 3.2 5 倒角 3.25 15X45 ° 6.3 6 钻－扩－镗 24.5 49 3.2 7 铣侧面 3 440.5 3.2 8 磨上表面 0.25 235 1.6 9 磨两侧面 0.25 440 1.6 10 钻定位孔 11 攻螺纹 M40 19.5 40 3 第 2 章 工艺方案的拟订及夹具的设计 按照粗精加工分开的原则和工序集中的原则来拟订组合机床的工艺方案，其 步骤如下： 2.1 分析、研究、加工要求和现场工艺 本工件为汽车轴承盖，生产纲领为 N=3000~4000 件/年，是中小批生产，通 过深入现场调查分析零件的加工工艺方法，定位和夹紧方式，所采用的先行的工 艺资料，在结合机械加工工艺原则，在保证工件所需求的经济精度和表面粗糙度， 同时考虑产品成本及经济性，我们设计是采用把孔 2——Φ49 加工放到组合机床 上加工，这样采用一套专用的固定式夹具、专用刀具、专用量具、自动检测装置， 这里用六个工位（钻、扩、粗镗、半精镗、精镗）来排列设备，进行流水加工， 可以保证 2——Φ49 孔的经济精度 6 级和表面粗糙度 Ra=3.2 μm ，同时使两个孔 的中心距得到保证，节约了加工时间，提高了生产效率和经济性。（参考《组合 机床设计手册》） 2.2 定位基准和夹压部件的选择 根据工件的结构工艺性和所需求达到的经济精度和表面粗糙度，设计一套专 用固定式夹具，其中定位与夹紧方式参见夹具图。 4 第 3 章 组合机床方案的制订 3.1 影响组合机床方案制定的主要因素 3.1.1 被加工零件的加工精度和工序 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。 本工序孔加工为 7 级，工步为 5 个，分为钻——扩——粗镗——半精镗— —精镗 3.1.2 被加工零件的特点 零件材料为 42CrMo ，硬度为HB241 ，为合金材料，硬度比较高，因此加 工孔时，工步较多，而且加工定位基准是水平的且被加工孔与基面相垂直 的工件，采用立式机床。 3.1.3 零件的生产批量 零件生产批量是决定采用工位、多工位式自动线还是中小批量生产特点设 计组合机床的主要因素，零件产量为 3000~4000 件，属于中小批量生产情 况，则要力求减少机床数，所以应将工序尽量集中起来加工，提高机床利 用率。 3.1.4 机床使用条件 （1）车间布置情况 车间内零件输送滚道的高度将直接影响机床的装料高 度，且不穿过机床，利用机械手把工件安装到工作台上，故能够使用多面 加工配置，通过回转工作台分度，将装在工作台上的工件顺次送往各工位 进行加工。 （2 ）工艺间的联系 工件到组合机床加工前，毛坯成品必须达到一定要求， 否则，会造成工件在机床夹具上定位和夹具不可靠，造成刀具损害，或者 不能保证要求的加工精度。 （3 ）使用厂的技术能力和自然条件 根据厂的情况，可以避免加工难的复 合刀具，可以根据本地情况，选择液压传动是机械动力部件的机床。 3.2 制定工艺方案应考虑的问题 由于被加工零件的精度要求、加工部位尺寸、形状、结构特点、材料、生 5 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。 孔的尺寸精度 1、钻孔 加工孔径在 40 ㎜以下，一般为实心铸件，扩铰之前钻削底孔， 精度可达 10~11 级，表面粗糙度为 Ra=6.3 μm 。 2 、扩孔 可达圆柱孔、圆锥孔、倒角、扩成型面等。一般作为精铰或精 镗前的工序，对要求不高的孔也可以作为最终工序。精度可达 9~10 级， 表面粗糙度 Ra=3.2~6.3 μm 。 3、镗孔 一般适应被加工孔径 40 ㎜以上。镗孔分为两类：刚性主轴加 工，一般用于大直径深孔。而非刚性主轴加工，适应中等直径单层或多层 壁孔，精镗可达 7 级，表面粗糙度 1.6 μm 。孔的形位公差可达孔径尺寸 公差的一半左右。目前国内研制的静压镗头，采用精密夹具及相应的工艺 措施，对有色金属工件经 3~4 次镗削，精度可稳定在 6~7 级，表面粗糙度 Ra0.2~0.8 μm 。 3. 3 确定工艺方案的原则及注意的问题 3.3.1 粗、精加工工序的安排 必须根据零件的生产批量、加工精度、技术要求进行全面的分析，按照经 济的满足加工要求的原则，合理解决粗加工和精加工工序的安排。不要部分具 体情况一律粗、精加工或者粗、精加工工序合并的作法。 一般大批量生产中，确定工艺流程宜粗、精工序分开进行，其优点是： 1）工件能得到较好的冷却，有利于减少热变形及内应力变形的影响，对精 度要求高的零件，更需要如此安排。 2 ）可避免粗加工震动对加工精度、表面粗糙度的影响。 3 ）有利于精加工机床保持持久的精度。 4 ）使机床结构简单，便于维修、调整。 但是，粗、精加工工序分开，将使机床台数增多。当工件生产批量不大 时，由于机床利用率低，则经济性不好。因此，在能够保证加工精度的前提 下，有时也采用粗、精加工合并在同一台机床上进行的工艺方案，但须采用 措施，尽量减少由此带来的不利影响。例如使切削余量和铸造黑皮的第一道 工序与最后一道加工工序不同时进行。在工件需要两次安装时，应使粗、精 6 加工工序所用夹具具有大小不同的夹压力，若工件一次安装，也应使粗、精 加工工序分别具有不同夹压力。 3.3.2 工序集中与分散的处理 工序集中是机械加工近代的主要发展方向之一。组合机床也正是基于工 序集中的工艺原则发展起来的，既运用多种不同刀具，采用多面、多工位和 复合刀具等方法，在一台机床上对一个或几个零件完成复杂的工艺过程，从 而有效的提高生产率，取得更好的技术经济效果。 但也应当看到，工序集中程度的提高也会带来下述一些问题： 1）工序过分集中会使机床结构复杂，刀具数量增加，机床大而笨重，调整 使用不便，可靠性降低，反而影响生产率的提高。 2 ）工序过分集中导致切削负荷加大，往往由于工件刚性不足及变形等影响 加工精度。因此提高工序集中程度时，应注意： a、适当考虑单一工序，即把相同工艺内容的工序集中在同一台机床上 b 、相互之间有位置精度要求的工序应集中在同一工位或同一台机床上加工。 例如，箱体零件各面上的孔，相互间有位置精度要求，其孔的精加工应集中 在同一台机床上一次安装并完成加工，一般来说，对这些孔的粗加工也应尽 量集中在同一台机床上进行，这可以使得精加工余量分布均匀、有利于保证 加工精度。 c、大量的钻、镗工序最好分开，不要集中在同一个主轴箱完成。这是因为， 钻孔与镗孔直径相差很大，主轴转数也就相差很大，导致主轴箱完成的传动 链复杂和设计困难。同时，大量的钻孔会产生很大的轴向力，有可能使工件 变形而影响镗孔的精度，而且，粗镗孔震动较大又会影响钻孔，甚至灰造成 小钻头的损坏和折断。另外，由于钻孔为低速大进给量切削，而镗孔为高速 小进给量切削，所以二者不宜同一主轴箱上进行，有利于切削用量的合理选 择和简化主轴箱的传动结构。 d、确定工序集中时，必须充分考虑零件是否因刚性不足而在较大的切削力、 夹压力下变形对加工精度带来不利影响。 e、工序集中，必须考虑前述粗、精加工工序的合理安排及由于主轴箱结构 及设置倒向的需要，主轴排列不宜过密，否则会造成机床、刀具调整不便， 7 加工精度、工作可靠性、生产率降低的不良后果。 3.3.3 制定工艺方案应注意问题 精加工后孔的表面是否允许留下螺旋后直线退刀痕迹，如果不允许留下 刀痕，则应在加工终了时，使主轴停止转动并向定位，利用夹具的让刀机构， 将工件以加工表面移离刀尖一段距离后退刀。在生产率允许情况下，也可使 刀具以工进速度退回，这样不仅不会留下刀痕，且有利提高加工精度。 1）端面一般采用铣削加工。当加工孔大时，不采用简单的端面刮削工艺， 因为这样会因为轴向切削力大而导致震动影响加工精度。当端面对孔有严格 垂直度要求时，应采用镗孔车端面方法，同时加工端面和孔。本次设计所要 加工的孔较小，采用一般方法即可。 2 ）在制定加工一个零件的几台成套机床或流水线工艺过程方案时，应尽可 能使精加工工序集中在所用粗加工工序以后，以利用于稳定保证加工精度。 3.3.4 定位基准及夹紧点的选择 组合机床是针对某种零件或零件某道工序而设计的。正确选择加工用定 位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大的集中工序， 从而收到减少机床台数的效果。 1）应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准，这样可减少基 准不符的误差，保证加工精度。 2 ）选择定位基准应确保工件稳定定位，尽量采用加工较大的平面为定位基 准，这对于精加工尤为重要。在不得以的情况下才选那些与加工表面有一定 关联的，经过仔细清理平整的毛面做定位基准。切记，定位基准不可选在铸 件或锻件的分型上，也不要选在有铸孔的部位，否则将影响定位精度。 3 ）统一基面原则。既在各台上采取共同的定位基面来加工零件不同表面上 的孔或同一表面上的孔，这对工序多的箱体类零件尤为重要。但这并不是绝 对的，某些情况下，不采用统一基准却是合理的。 4 ）当被加工零件不具备理想的定位基准（如定位面小而切削力大）时，或 者工件刚性不足，为防止加工时的工件变形、振动而影响加工精度，可在机 床上设置辅助支承，以增加定位稳定性和承受较大的切削力。 3.3.5 确定夹压位置应注意的问题 8 在选择定位基准面的同时，要相应决定夹压位置。此时应注意的问题是： 1）保证零件夹压后稳定。为使工件在加工过程中不产生震动和位移，夹压 力要足够，夹压点布置应使夹压合力落在定位平面内，力求接近定位平面的 中心。 2 ）尽量减少和避免零件夹压变形，消除其对加工精度的不利影响。为此， 应避免把夹压点放在零件加工孔的上方和容易引起变形之处。例如，加工刚 性差或高度较高的箱体类零件，应使夹压力尽可能沿着箱体墙壁和筋，直接 对准定位支承。对刚性差的零件应适当增加辅助支承或采用多点夹压方法， 以使夹压力分布均匀，减少夹压变形，提高加工精度。 3.4 确定机床配置形式及结构方案应考虑的因素 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效率等，可大 体确定采用哪种基本形式的组合机床。但由于工艺的安排，动力部件的不同配置， 零件安装数目和工位数多少等不同，而会产生多种配置方式。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结 构方案时，必须考虑下述问题： 3.4.1 不同配置形式组合机床的特点及适应性 多工位组合机床 主要使用于中、小零件加工。通常，被加工件安装在多 工位工作台上，并由工作台带动做间歇运动，使工件由一个工位输送到下一工 位。被加工零件的间歇运动是有专门输送机构来完成，分直线输送和圆周输送 两种，目前，多工位组合机床多数采用圆周输送零件的方式。 采用多工位组合机床时，由于能在不同工位上利用多刀具对工件进行顺序 加工或平行顺序加工，从而提高了工序集中程度，并能设置单独装卸工位，使 辅助时间减少，提高生产率。 采用圆周输送的多工位组合机床，受最多工位数及机床工序合理集中程度 限制，对被加工零件有比较严格的要求，零件轮廓尺寸与重量不能太大，加工 工序数不能过多，要求加工部位分布比较集中，零件应具有足够的刚性以及定 位基面是否合理等。因此，一些工艺复杂，加工部位和工序数小的零件及中、 小型箱体 采用多工位组合机床不能满足要求时，应采用自动线 数通常不限制，可根据零件加工需要来决定。 当工位数不超过 2~3 个时，直线输送装置的成本低于圆周输送回转工作 台，所以大多数圆周输送零件的多工位组合机床实际使用的工位数在4 个或 4 个以上。而直线输送的多工位组合机床很少超过 4 个工位，一般常用与加工大 型零件。 3.4.2 不同配置形式组合机床的加工精度 在确定机床配置形式和结构方案时，首先必须注意零件加工精度能否稳定 得到保证。影响组合机床加工精度的因素是多方面的，一般分为加工误差和夹 具误差两方面。 移动（回转工作台）式夹具多工位组合机床加工可达到的位置精度。在多 工位机床上，由于存在转位、定位误差，其精度一般比固定式夹具低。 同一工位上分别进行孔精加工时，立式回转工作台机床可达0.1 ㎜，而在 卧式鼓轮机床上只能达到 0.1~0.2 ㎜。 3.4.3 选择多工位组合机床方案应注意的问题 按工艺方案要求，工位数不超过 2~3 个，生产率又能够满足时，应当选取 多工位移动工作台式组合机床。由于回转工作台和鼓轮结构都较移动工作台复 杂，成本高，所以只有工位在 4 个以上时才选用。 多工位机床最大工位数通常受到工序合理集中程度，机床部件制造复杂、 困难的限制，而不能过多增加。在考虑多工位机床方案时，必须注意现有通用 部件的工位数。例如，大型回转工作台的工位数有 2 、3、4 、6、8、10、12 等， 回转鼓轮一般可采用 3、4 、5、6、8 等工位数。 除此之外，还应注意工作台面宽度、直径、鼓轮直径、主轴箱的一些大部 件的外形尺寸，以免机床过于庞大，制造困难。 当一个工件可用多工位回转工作台机床加工时，也可用自动线加工时，应 尽量采用多工位机床，以降低成本。有一些工件在立式回转工作台或卧式单面 鼓轮机床上都可以加工时，在其他条件基本相同时，一般采用回转鼓轮式机床， 因为其结构简单，造价也教低。 3.4.4 其它注意问题 1）在确定机床配置形式和结构方案时，要合理解决工序集中程度问题。在一 10 个动力部件上配置多轴主轴箱加工多孔来集中工序是组合机床基本的加工方 法。但主轴数量的多少，既要考虑动力部件及主轴箱的性能尺寸，又要保证调 整机床和更换刀具方便。 2 ）要注意排屑和操作使用方便性。对于用前后导向进行精加工的机床，较好 的方案是卧式加工。在多工位机床上应特别注意前工序存留在孔中的切削对后 道工序的影响，尤其对立式机床上加工盲孔应设置吹屑或翻转倒屑装置。在某 些情况下，可将孔钻扩的深一些，以避免由于孔内积存切屑而折损刀具或破坏 加工精度。在选择多面加工机床时，应慎重考虑操作是否方便，一般情况下， 不宜采用四面的配置机床。装料高度的选择也应考虑到操作的方便性。 3 ）选择机床配置形式要考虑夹具结构实现的可能性及工作可靠性。确定成套 机床或流水线上的各机床形式，应注意使机床和夹具形式尽量一致，这不仅有 利于保证加工精度，也可通用化程度，便于设计、制造和维修。 4 ）组合机床主要用于批量较大的生产。但有的情况下，如为了保证关键工序 稳定的加工精度，又要缩短设计制造周期，虽然工件批量不大，也有时采用组 合机床。 11 第 4 章 确定切削用量 4.1 确定工序间余量 为了使加工过程顺序进行并稳定保证加工精度，必须合理的确定工序间余 量，有关工艺设计资料： 加工工序 加工孔径 工序间余量 钻 25 12.5 扩 40 7.5 粗镗 46 3 半精镗 48.6 1.3 精镗 49 0.2 确定工序间余量应注意： 1） 粗镗孔时，应考虑工件的冷硬层，铸孔偏心的铸造黑皮，直径上余 量一般不小于 6~7 ㎜，否则易损坏工件。 2 ） 工件经从新安装或在多工位机床上加工，应使加工大余量，以消除 转位、定位误差的影响。但精镗时，直径上余量不应大于 0.4~0.5 ㎜。 3 ） 确定镗孔余量时，应注意其对镗杆直径大小的影响。尤其在工件需 要让刀以便使刀具通过时，由于加工余量和工件让刀量的影响，往 往要减少镗杆直径，但要考虑镗杆的刚度。 4.2 选择切削用量 1、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、 机床的布局形式及正常工作均有很大影响。 1）在大多数情况下，组合机床为多轴、多刀、多面同时加工。因此，所选 切削用量，根据经验应比一般万能机床单刀加工低 30%左右。 2 ）组合机床为多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力 滑台。 2 、确定切削用量应注意的问题 （1）尽量做到合理利用所有的刀具，充分发挥其性能； 12 （2 ）复合刀具切削用量选择，应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，除考虑保证加工精度，表面粗糙度，镗刀耐 用度，当镗孔主轴需要周向定位时，各镗削轴转速应相等或成整数倍。 （5 ）切削用量选择应有利于主轴箱的设计； （6 ）选择切削用量时，还必须考虑所选动力滑台的性能。 3、组合机床切削用量选择方法 必须从实际出发，根据加工精度、工件材料、工件条件、技术要求等进 行分析，按照经济的满足加工要求的原则，合理的选择切削用量。一般常用 查表法，参照生产现场同类工艺，通过工艺实验确定切削用量。 4.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率 （简明手册表6-20 ）（金属切削工艺人员手册表10-64、10-79） 钻孔 进给量 f=0.25 ㎜/r 、切削速度v=15m/min 、修正系数KCF= KCT=1.33 、 δ=1000Mpa p F=81.2Df0.79.807 KCF=10033 N 2 0.8 T=31D f 9.807 KCT=83365 N ·㎜ P= Tv =1.7 kw 9740 πD 扩孔 进给量 f=0.4 ㎜/r 、切削速度v=20m/min 、修正系数KCF= KCT=1.33 、 δ=1000Mpa 、a =7.5 ㎜ p p F=34 ap 1.3 f0.79.807 KCF=3206 N T=81D ap0.9 f0.89.807 KCT=124463 N ·㎜ P= Tv =1.5 kw 9740 πD 粗镗孔 进 给 量 f=0.23 ㎜ /r 、 切 削 速 度 v=30m/min 、 ap=7.5 ㎜ 、 HB=Hbmax-1/3(HBmax-HBmin)=285-1/3(285-241)=270 13 F =35.7 a f0.75 HB0.75 =2370 N z p T=17.9D a f0.75 HB0.75 =54645 N ·㎜ p P= F v =1.2 kw z 61200 半精镗孔 进 给 量 f=0.146 ㎜ /r 、 切 削 速 度 v=50m/min 、 a =1.3 ㎜ 、 p HB=Hbmax-1/3(HBmax-HBmin)=285-1/3(285-241)=270 F =35.7 a f0.75 HB0.75 =730 N z p 0.75 0.75 T=17.9D a f HB =17792 N ·㎜ p P= Fz v =0.6 kw 61200 精镗孔 进 给 量 f=0.06 ㎜ /r 、 切 削 速 度 v=120m/min 、 a =0.2 ㎜ 、 p HB=Hbmax-1/3(HBmax-HBmin)=285-1/3(285-241)=270 F =35.7 a f0.75 HB0.75 =58 N z p 0.75 0.75 T=17.9D a f HB =1417 N ·㎜ p P= F v =0.2 kw z 61200 14 第 5 章 组合机床总体设计——三图一卡 被加工零件工序的作用及内容 被加工零件工序是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床或自动线完成的 工艺内容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用定位基准、夹 压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半成品情况 的图纸。它不能用用户提供的产品图纸代替，而须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的。它是组合机床设计的主要依据， 也是制造、使用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轮廓尺寸与本机床设计有关的部位的结构形状及尺 寸。尤其是必须设置中间导向套时，应表示出零件内部的筋，壁布置及有 关结构的形状尺寸。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、夹紧及导向系统的设计。 （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（只要指定定位基准）。 （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。 5.1 被加工零件工序图 （1）为了使被加工零件工序图清析明了，一定要突出本机床的加工内容。 （2 ）加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，为了加工及检查，尺寸应采 用直角坐标系，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，则须对加工部位要求的位置尺寸精度进行分析计算。此外，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。如对多层壁同轴线等直 径孔加工，若要求孔表面不留退刀痕迹，则图纸上应注明要求，如机床 15 主轴定位，工件（夹具）让刀。 5.2 加工示意图 5.2.1 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、机床的工作形成及工作循环等。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、夹具、主 轴箱、液压电气装置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、结构及尺寸； 3 ）决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。 4 ）选择标准或设计专用的接杆、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（卡头）、夹具（导向）与工作之间的联系尺寸、配合及 精度。 6 ）根据机床要求的生产率及刀具、材料特点等，合理确定并标注主轴的切 削用量。 7 ）决定机床动力部件的工作行程及工作循环。 5.2.2 加工示意图的画法及注意事项 1）加工示意图应绘制成展开图。按比例用实线画出工件外形。加工部位、 加工表面画粗实线。必须使工件和加工方法与机床布局吻合。为简化设计， 同一多轴箱上结构尺寸完全相同的主轴（指加工表面，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 ）一般情况下，在加工示意图上，主轴分布不按真实距离绘制。当主轴彼 此间很近或需要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、导向等是否相互干涉。 3 ）主轴应从端面画起；刀具画加工终了位置。 16 5.2.3 选择刀具、导向及有关计算 1）刀具的选择 刀具选择的一般原则要考虑工件加工尺寸精度，表面粗糙 度，切屑的排除及生产率要求等因素。 2 ）导向的选择 在组合机床上加工孔，除用刚性主轴方案外，工件的尺寸， 位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置的作用：保证刀具相 对工件的正确位置，保证各刀具相互间的正确位置，提高刀具系统的支承刚 性。 组合机床上刀具的导向装置通常分为固定式导向和旋转式导向两大类。 a、固定式导向装置 导套装在钻模板上固定不动，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、绞刀复合刀具或镗杆的导 向。 b 、旋转式导向装置 这种导向装置具有可旋转的导向部分，刀具导向部分 与夹具导套间只有相对移动而无相对转动。这类导向适用于Φ25 ㎜以上的 孔加工，特别是大直径镗孔。 本次设计采用以下导向形式： 钻： 通用固定式导套 中型 导向长度 l=(1~2.5)D=25~62.5mm 取 l=55mm ； 导套至工件端面的距离 l= （1~1.5）D=25~37.5mm ，取 l=25mm 扩： 通用固定式导套 中型 导向长度 l=(2~4)D=80~160mm 取 l=80mm ； 导套至工件端面的距离 l= （1~1.5）D=40~60mm ，取 l=60mm 粗镗： 旋转式导向 装单列向心球轴承 导向长度 l=(2.5~3.5)D=115~161mm 取 l=115mm ； 导套至工件端面的距离根据结构取 l=100mm 半精镗：旋转式导向 装单列向心球轴承 导向长度 l=(2.5~3.5)D=115~161mm 取 l=115mm ； 导套至工件端面的距离根据结构取 l=100mm 精镗： 旋转式导向 装单列向心球轴承 导向长度 l=(2.5~3.5)D=122.5~171.5mm 取 l=125mm ； 17 导套至工件端面的距离根据结构取 l=100mm 5.2.4 确定主轴类型、尺寸、外伸长度和选择接杆、浮动夹头 主轴尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削扭距 M ，初定主轴直径 d， 再综合考虑加工精度和具体工作条件，决定主轴外伸部分尺寸及配套的刀具 接杆莫氏锥度号。 4 4 钻：d=B √10T=6.2 √10×83365÷1000=33.3 查表35㎜ 长主轴刚性连接D/d1=50/36 L=120 接杆莫氏锥号3、4 4 4 扩：d=B √10T=6.2 √10×124463÷1000=37 查表40㎜ 长主轴刚性连接D/d =65/44 L=120 接杆莫氏锥号3、4 1 粗镗： 镗孔直径D=46 镗主轴直径取d=35 半精镗：镗孔直径D=48.6 镗主轴直径取d=35 精镗： 镗孔直径D=49 镗主轴直径取d=35 镗削时均采用浮动夹头 5.2.5 确定动力部件的工作循环及工作行程 1 ）、工作进给长度 L 应等于工件加工部位长度 L 与刀具切入长度 L1 和切 出长度L2 之和。即 L = L1+L+ L2 切入长度一般为 5~10mm，根据工件端面的误差情况确定。 切出长度 L2 的尺寸由下表确定 工序名称 钻孔 扩孔 铰孔 镗孔 攻螺纹 切出长度 1/3d+ （3~8 ） 10~15 10~15 5~10 5+L 切 2 ）、快速退回长度等于快速引进与工作进给长度之和。 3 ）、动力部件总行程长度 动力部件的总行程应除保证要求的工作循环工作行程外，还要考虑装卸 和调整刀具的方便。 5.2.6 其他应注意的问题 1）加工示意图应与机床实际加工状态一致； 2 ）尺寸应完整，尤其是从主轴箱端面到刀尖的轴向尺寸应齐全，以备检查 行程和调整机床使用。 3 ）对多面、多工位机床，还应按各工位加工内容，用缩小比例画出加工部 18 件示意图并标注孔号；对于回转工作台和鼓轮式机床，应画出加工时在其上 面的位置示意图，以便清楚的表示出工件与主轴箱上主轴的排列位置。 4 ）加工示意图上应有加工过程的工作循环图及各行程长度。 5.3 机床联系尺寸总图 5.3.1 联系尺寸总图的作用与内容 机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定 的主要通用部件以及确定的专业部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的 配置型式、主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总 体布局图。用以检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件 是否选择合适；它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据；它可以看成 是机床总体外观简图。由其轮廓尺寸、占地面积、操作方式等可以检验是否适 应用户现场使用环境。 机床联系尺寸总图表示的内容： 1）表明机床的配置形式和总布局。 2 ）完整齐全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮 廓尺寸、运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程 备量尺寸。 3 ）标注主要通用部件的规格代号和电动机型号、功率及转速，并标出机床分 组编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件，不得遗漏。 4 ）标明机床验收标准及安装规程。 5.3.2 绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容 1）选择动力部件 影响动力部件的重要的因素：（1）切削功率；（2 ）进给力；（3 ）进给速度；（4 ） 行程。 P 多轴箱=P 切削/ η 根据前面的计算可知各加工工位功率为 功率 钻 扩 粗镗 半精镗 精镗 P 多轴箱 2.125 1.875 2 1.375 0.29 各工位均选同一型号动力箱 19 型号 型式 电机型号 电动机功率 L （mm ） 电机转速 输出轴转速 1TD32 V Y112M—6 2.2kw 340 940r/min 470r/min 液压滑台选 1HY32M—ⅡB 型，行程 630 ㎜ 主轴箱轮廓尺寸 630 ×400 ×340 5.4 机床生产率计算卡 根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度，切削用量，动力部件的快 速及工进速度等，就可以计算机床的生产率并编制生产率计算卡，用以反映机床 的加工过程，完成每一动作所需的时间，切削用量，机床生产率及机床负荷等。 1）理想生产率Q Q=A/K （件/小时） A——生产纲领（包括备品及废品率） K——全年工时总数，一般情况下，单班制取 2350h ，两班制取4600h 。 2 ）实际生产率Q1 Q1=60/T 单 （件/小时） T 单=t 切 ＋t 辅= （L /v +L /v +t 停 ）+ ｛（L 快进+L 快退 ）/v +t 移+t 装 ｝ 1 f1 2 f2 fk L1、L2 —— 刀具第一、第二工作进给长度，单位 mm ； vf1、vf2 —— 刀具第一、第二工作进给量，单位 mm/min ； t 停 —— 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 5~10 转 所需时间，单位 mm ； L 快进、L 快退——动力部件快进、快退行程长度，单位 mm ； vfk —— 动力部件快速行程速度。用液压动力部件时取 3~10m/min； t 移 —— 直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取 0.1min ； t 装—— 工件装、卸（包括定位或撤消定位、夹紧或送开、清理基面或切 屑及吊运工件等）时间。它取决于装卸自动化程度、工件重量大 小、装卸是否方便及工人的熟练程度。通常取 0.5~1.5min 。 如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求，即 Q1Q，则 必须重新选择切削用量或修改机床设计方案。 20 第 6 章 组合机床主轴箱的设计 6.1 绘制多轴箱设计的原始依据图 多轴箱设计原始依据是根据“三图一卡”绘制的。其主要内容及注意事项如 下： 1）根据机床联系尺寸图，绘制多轴箱外形图，并标注轮廓尺寸及动力箱驱 动轴的相对位置尺寸。 2 ）根据联系尺寸图和加工示意图，标注所有主轴位置尺寸及工件与主轴、 主轴与驱动轴的相关位置。 3 ）根据加工示意图标注各主轴转速及转向主轴逆时针转向（面对主轴看） 可不标，只注顺时针转向。 4 ）列表标明各主轴的工序内容、切削用量及主轴外深尺寸等。 5 ）标明动力部件型号及性能参数等。 轴号 工序 加工 主轴 外伸 v n f vf 内容 直径 直径 尺寸 1、2 钻 25 35 50/36 15 192 0.25 48 1、2 扩 40 40 65/44 30 160 0.4 48 1、2 粗镗 46 35 50/36 30 208 0.23 48 1、2 半精镗 48.6 35 50/36 50 328 0.146 48 1、2 精镗 49 35 50/36 120 780 0.06 48 动力部件 IT32V 型动力箱，电机功率 2.2kw ，转数 940r/min 6.2 多轴箱传动设计 多轴箱传动设计，是根据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转速要 求，设计传动链，把驱动轴与各主轴连接起来，使各主轴获得预定的转速和转向。 1、本次设计对多轴箱传动系统的一般要求 1）在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下，力求使传动轴和齿轮 的规格、数量为最少。为此，应尽量用一根中间传动轴带动多根主轴，并将 齿轮布置在同一排上。当中心距不符合标准时，可采用变位齿轮或略微改变 传动比的方法解决。 21 2 ）尽量不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴负荷，影响加工质量。 3 ）为使结构紧凑，多轴箱内齿轮副的传动比一般要大于 1/2 （最佳传动比为 1~1/1.5），后盖内齿轮传动比允许取至 1/3~1/3.5；尽量避免用升速传动。 4 ）用于粗加工主轴上的齿轮，应尽可能设置在第 I 排，以减少主轴的扭转 变形；精加工主轴上的齿轮，应设置在第 III 排，以减少主轴端的弯曲变形。 5 ）多轴箱内具有粗精加工主轴时，最好从动力箱驱动轴齿轮传动开始，就 分两条传动路线，以免影响加工精度。 6 ）驱动轴直接带动的转动轴数不能超过两根，以免给装配带来困难。 7 ）立式多轴箱无甩油盘。 各轴齿轮齿数、模数及排数 各轴间传动比 0 1(2) 3(4) 5 6 0~3(4) 3(4)~1(2) 总传 ( 电机) (主轴) (传动轴) (手柄) (泵轴) 动比 钻 3X21 3X52 3X30 3X18 3X20 1/1.4 1/1.7 1/2.45 (Ⅲ) ( Ⅱ) ( Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) ( Ⅰ) ( Ⅰ) 扩 3X21 2.5X62 3X36(Ⅲ) 2.5X18 2.5X18 1/1.71 1/1.72 1/2.94 (Ⅲ) ( Ⅱ) 2.5X36 ( Ⅰ) ( Ⅰ) ( Ⅰ、Ⅱ) 粗 3X21 3X48 3X32 3X18 3X20 1/1.48 1/1.5 1/2.26 镗 (Ⅲ) ( Ⅱ) ( Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) (Ⅲ) (Ⅲ) 半 3X21 3X30 3X35 3X18 3X20 1/1.7 1.2 1/1.43 精 (Ⅲ) ( Ⅱ) ( Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) (Ⅲ) (Ⅲ) 镗 精 4X24 4X18 4X22( Ⅰ、Ⅲ) 4X18 4X16 1.1 1.23 1.66 镗 (Ⅲ) ( Ⅱ) 4X27( Ⅱ) (Ⅲ) (Ⅲ) 各工位主轴、手柄轴、泵轴实际转速如图 主轴实际转速 n （r/min ） 钻 扩 粗镗 半精镗 精镗 主轴 190 160 206 329 764 手柄轴 548 548 548 548 627 22 泵轴 493.5 493.5 493.5 493.5 705 2 、润滑泵轴和手柄轴的安置 多轴箱常采用叶片油泵润滑，油泵供油至分油器经油管分送各润滑点（如第 IV 排齿轮、轴承、油盘等）。箱体较大、主轴超过 30 根时用两润滑泵。油 泵安装在箱体前壁上，油泵尽量靠近油池。吸油高度不超过 400~500mm 。 通常油泵齿轮放在第 I 排，以便维修，如结构限制，可放在第 IV 排，当泵 体或管接头与传动轴端相碰时，可改用埋头传动轴。手柄轴用于对刀、调整 或装配检修时检查主轴精度。手柄轴转速尽量高些。其周围有较大空间。 6.3 坐标检查图 各轴坐标如图 0 1 2 3 4 5 6 钻 X 265 105 425 189.07 302.8 219 315 Y 94.5 175 175 85.21 161.01 150.69 235.01 扩 X 265 105 425 180.64 302.56 219 315 Y 94.5 175 175 78.67 171.31 134.62 240.41 粗镗 X 265 105 425 185.92 305.62 219 315 Y 94.5 175 175 86.38 162.84 153.69 240.27 半精 X 265 105 425 184.53 332.31 219 315 镗 Y 94.5 175 175 118.6 144.75 190.24 225.42 精镗 X 265 105 425 176.83 338.65 219 315 Y 94.5 175 175 120.78 149.64 200.29 188.76 23 第 7 章 组合机床的液压系统 液压系统是根据机械设备的传动装置和操纵结构的工作要求，采用不一样功能 的基本回路构成的。随着生产的发展，液压技术在机械设备上得到普遍的应用。 组合机床是一种高效、专用、自动化程度高的机床。液压滑台是组合机床上 用来实现进给运动的一种通用部件，它的运动是靠液压缸驱动，通过安装在滑台 上的动力头，可完成钻、扩、镗、铰、攻丝等多种加工工序。液压回转工作台是 用于多工位机加零件的转位、定位。液压系统的作用是使刀具轴向进给运动和加 工零件各工步的转换。 下面通过所设计的液压系统图对机床工作顺序的分析： 进 进 进 进 进 快 快 快 快 快 钻 退 扩 退 粗镗 退 半精镗 退 精镗 退 快 快 快 快 快 进 进 进 进 进 工 工 工 工 工 元件 动作 快 进 工 进 快 退 原 位 停 止 液压系统图及动作顺序表 由于五个加工工位完成相同动作，因此以钻代表说明液压系统工作原理： 1）液压滑台的快进 按下启动安钮，1YA 通电 进油路：滤油器——变量泵——单向阀——电磁阀左位（即 1YA 得电）— —电磁阀右位（即 3YA 断电）——缸上腔 回油路：缸下腔——电磁阀左位（即 1YA 得电）——单向阀——电磁阀（即 24 3YA 断电）——缸上腔；形成差动回路 2 ）液压滑台工进 滑台压下行程开关，3YA 通电 进油路：滤油器——变量泵——单向阀——电磁阀左位（即 1YA 得电）— —电磁阀左位（即 3YA 通电）——缸上腔 回油路：缸下腔——电磁阀左位（即 1YA 得电）——备压阀——溢流阀— —油箱 3 ）液压滑台快退 滑台压下行程开关，2YA 通电 进油路：滤油器——变量泵——单向阀——电磁阀右位（即 2YA 通电）— —缸下腔 回油路：缸上腔——单向阀——电磁阀右位（即2YA 通电）油箱 工况分析：运动部件的重量为 40000N ，快进、快退速度为 3m/min，工进速度为 48mm/min ，最大行程为 630mm，其中工进行程为 260mm ，最大切削力为 16397N。 工作循环各阶段的外负载 工作循环 外负载 F （N ） 工作循环 外负载 F （N ） 启动、加速 12082 工进 20397 快进 4000 快退 4000 液压缸主要尺寸的确定 工作所承受的压力 P 可根据负载的大小及机器的类型来初步确定，现参阅《液压 课程设计指导书》表 2-1 取液压缸的工作所承受的压力为 4MPa 。 根据钻削工位计算液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 。钻削最大负载为 10833N， 按表 2-2 可取 P2 为 0.5 MPa，η 为 0.95，考虑到快进、快退速度相等，取 cm d/D 为 0.7 。将上述数据代入式（2-3 ）可得 4 ×10833 D= =63mm; 5 5 2 3.14×40 ×10 ×0.95 ×{1− [1−（0.7）]} 40 根据表 2-4 ，将液压缸内径圆整为标准系列直径 D=63mm ，活塞杆直径 d， 按 d/D=0.7 及表 2-5 活塞杆直径系列取 d=45mm 。 计算在各个工作阶段液压缸所需的流量 25 Q 快进=46.7L/min ，Q 工进=0.75L/min ，Q 快退=22.9L/min 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格 考虑进油管路中的压力损失，泵的压力为 3.5 MPa，另外考虑到一定的 压力贮备量，选泵的额定压力为 4.4 MPa 泵的流量 Q=K （∑Q ） =44.87 L/min L max 选择液压泵的规格，选用 YBX-40 限压式变量叶片泵，该泵的基本信息参数为； 每转排量 40mL/r ，泵的额定压力 6.3MPa 电动机的转速 1440r/min。 与液压泵匹配的电动机选 Y112-M4 型电动机，其额定功率为 4.0KW ，额定 转速为 1440r/min。 26 第 8 章 组合机床的电气系统 本机床的程序控制采用可编程序控制器，即PLC，程序的选择可在电气操作 的转换由要安装在机床上的行程开关来控制。 可编程序控制器（Programmable Controller）简称 PC，早期也称为 PLC(Programmaboe Logic Controller)，区别于个人计算机的“PC”（Personal Computer）。PLC 是从60年代末发展起来的一种新型的电气控制装置，它将传统 的控制技术和计算机控制技术、通信技术融为一体，以其显著的优点正被广泛地 应用于各种生产机械和生产的全部过程的自动控制中。 传统的继电器接触器控制虽具有其自身的特点，但其控制装置体积大，动作 速度较慢，耗电较大，功能少，特别是由于它靠硬件连线构成系统，接线繁杂， 当生产的基本工艺或控制对象改变时，原有的接线和控制盘就必须随之改变或更换，通 用性和灵活性较差。 本系统的主电路部分由八台电机组成，由于是空载启动所以电机均采用直接 启动，主轴电机由作为机床电源引入开关的三极空气断路气作为短路保护和长期 过载保护，油泵电机及冷却电机也由各自的三极自动开关作短路保护及长期过载 保护。 机床的电源为三相 50 赫兹 380 伏交流电，通过自动空气短路器与车间电网 相连接。本机床的PLC控制图如下： 自 动 液压泵启动 单周期启动 液压泵 原位指示灯 液压泵电机 液压泵电机启动 单周期工作 冷却泵电机 各工位主轴 复位 箱电机启动 钻 急停 钻主轴电机 扩 行程开关 复位指示灯 扩主轴电机 粗镗 行程开关 半精镗 粗镗主轴电机 行程开关 精镗 冷却泵 行程开关 半精镗主轴电机 液压滑台快进 行程开关 精镗主轴电机 手 动 复位按钮 停止 原位指示灯 液压泵 自动 手动 液压滑台工进 钻电机 机床总电源 快进 快退 扩电机 液压滑台快退 快进 快退 粗镗电机

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