組合專機(jī)-S195柴油機(jī)機(jī)體三面粗鏜組合機(jī)床及夾具設(shè)計(jì)
組合專機(jī)-S195柴油機(jī)機(jī)體三面粗鏜組合機(jī)床及夾具設(shè)計(jì),組合,專機(jī),s195,柴油機(jī),機(jī)體,三面粗鏜,機(jī)床,夾具,設(shè)計(jì)
無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)
1 緒論
組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要,以大量通用部件為基礎(chǔ),配以少量專用部件組成的一種高效的專用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方法,生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。組合機(jī)床的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)件約占70-80%,這些部件是系列化的,可以進(jìn)行成批生產(chǎn).其余20-30%的專用部件是由被加工零件的形狀,輪廓尺寸,工藝和工序來決定,如夾具,主軸箱,刀具和工具等. 組合機(jī)床是一種自動(dòng)化或半自動(dòng)化的機(jī)床.無論是機(jī)械電氣或液壓電氣控制的都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán).半自動(dòng)化的組合機(jī)床,工人只要將工件裝夾好,按一下按鈕,機(jī)床即可自動(dòng)進(jìn)行加工,加工一個(gè)循環(huán)停止.自動(dòng)化的組合機(jī)床,工人只要將工件放到料斗或上料架上,機(jī)床即可連續(xù)不斷的進(jìn)行工作.由于通用部件已標(biāo)準(zhǔn)化和系列化,可根據(jù)需要靈活配置,能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此,組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn),在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用,并可用來組成自動(dòng)生產(chǎn)線。
組合機(jī)床一般用于加工箱體類或特殊形式的零件。加工時(shí),工件一般不旋轉(zhuǎn),由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削端面、切削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn),由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng),也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。二十世紀(jì)70年代以來,隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動(dòng)檢測(cè)和刀具自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展,組合機(jī)床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達(dá)0.05毫米/1000毫米,表面粗糙度可低達(dá)2.5~0.63微米;鏜孔精度可達(dá)IT7~6級(jí),孔距精度可達(dá)O.03~O.02微米。
專用機(jī)床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機(jī)床中某些部件因重復(fù)使用,逐步發(fā)展成為通用部件,因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。最早的組合機(jī)床是1911年在美國(guó)制成的,用于加工汽車零件。初期,各機(jī)床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性,便于用戶使用和維修,1953年美國(guó)福特汽車公司和通用汽車公司與美國(guó)機(jī)床制造廠協(xié)商,確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則,即嚴(yán)格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸,但對(duì)部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。
通用部件按功能可分為動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。動(dòng)力部件是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件。主要有動(dòng)力箱、切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)。
支承部件是用以安裝動(dòng)力滑臺(tái)、帶有進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件,有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。
輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件,主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、分度鼓輪和往復(fù)移動(dòng)工作臺(tái)等。
控制部件是用以控制機(jī)床的自動(dòng)工作循環(huán)的部件,有液壓站、電氣柜和操縱臺(tái)等。輔助部件有潤(rùn)滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。
30多年來,我國(guó)組合機(jī)床通用部件經(jīng)歷了一個(gè)從無到有、從點(diǎn)到面、從低到高的逐步發(fā)展的歷史時(shí)期。進(jìn)入90年代,組合機(jī)床行業(yè)加快發(fā)展,行業(yè)的整體實(shí)力和新產(chǎn)品的質(zhì)量及水平有了顯著的提高。目前的現(xiàn)狀的是:a.組合機(jī)床制造技術(shù)由過去的以加工為主的單機(jī)及自動(dòng)線想綜合成套方向轉(zhuǎn)化。b.組合機(jī)床的控制技術(shù)由傳統(tǒng)的程序控制技術(shù)向數(shù)控、計(jì)算機(jī)管理與監(jiān)控方向發(fā)展。c.組合機(jī)床的開發(fā)設(shè)計(jì)手段由過去的人工設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。組合機(jī)床行業(yè)雖然取得了較大的進(jìn)步與發(fā)展,但是,在制造技術(shù)高速發(fā)展的今天,由于基礎(chǔ)薄弱,從整體上看,與國(guó)外先進(jìn)水平、與國(guó)內(nèi)用戶的要求還存在著一定的差距,主要表現(xiàn)在:產(chǎn)品可靠性較差;可調(diào)可變性差;缺少必要的適應(yīng)多品種加工的新品種;系列化、通用化、模塊化程度低,致使制造周期過長(zhǎng),滿足不了用戶要求。80年代以來,國(guó)外組合機(jī)床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎(chǔ)上,正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機(jī)床的加工精度、多品種加工的柔性以及機(jī)床配置的靈活多樣方面均有新的突破性發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了機(jī)床工作程序軟件化,工序高度集中,高效短節(jié)拍和多種功能的自動(dòng)監(jiān)控。組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是:①?gòu)V泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù);②發(fā)展柔性技術(shù);③發(fā)展綜合自動(dòng)化技術(shù);④進(jìn)一步提高工序集中程度。設(shè)計(jì)師們?cè)陂_展任何一種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí),都要運(yùn)用自己的思維,力求創(chuàng)新,使產(chǎn)品具有較高的競(jìng)爭(zhēng)性。
組合機(jī)床的設(shè)計(jì)思想是:①以組合機(jī)床的特點(diǎn)和特性為設(shè)計(jì)思想;②以用戶為目標(biāo)的設(shè)計(jì)思想;③滿足產(chǎn)品批量大、高效自動(dòng)化要求的設(shè)計(jì)思想;④組合機(jī)床應(yīng)重視和加強(qiáng)技術(shù)配套工作;⑤重視提高機(jī)床的剛性,確保機(jī)床的工作穩(wěn)定可靠;⑥從新型刀具、新材料的應(yīng)用出發(fā),提高切削用量,提高機(jī)床工作效率;⑦不斷提高組合機(jī)床的精度;⑧縮短機(jī)床的制造周期。組合機(jī)床的設(shè)計(jì)分為四個(gè)階段:①工藝方案的分析制訂;②機(jī)床配置型式和結(jié)構(gòu)方案的分析確定;③組合機(jī)床總體設(shè)計(jì);④組合機(jī)床的部件設(shè)計(jì)。
組合機(jī)床的設(shè)計(jì),目前基本上有兩種方式:其一,是根據(jù)具體加工對(duì)象的特征進(jìn)行專門設(shè)計(jì),這是當(dāng)前最普遍的做法。其二,隨著組合機(jī)床在我國(guó)機(jī)械行業(yè)的廣泛使用,廣大工人和技術(shù)人員總結(jié)出生產(chǎn)和使用組合機(jī)床的經(jīng)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)組合機(jī)床不僅在其組成部件方面有共性,可設(shè)計(jì)成通用部件,而且一些行業(yè)在完成一定工藝范圍內(nèi)的組合機(jī)床是極其相似的,有可能設(shè)計(jì)為通用機(jī)床,這種機(jī)床稱為“專能組合機(jī)床”。這種組合機(jī)床不需要每次按具體加工對(duì)象進(jìn)行專門設(shè)計(jì)和生產(chǎn),而是設(shè)計(jì)成通用品種,組織成批生產(chǎn),然后按被加工零件的具體需要,配以簡(jiǎn)單的夾具及刀具,即可組成加工一定對(duì)象的高效率設(shè)備。
為了使組合機(jī)床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用,往往需要應(yīng)用成組技術(shù),把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺(tái)組合機(jī)床上加工,以提高機(jī)床的利用率。這類機(jī)床常見的有兩種,可換主軸箱式組合機(jī)床和轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床。
組合機(jī)床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng),以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍;采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng),以提高工藝可調(diào)性;以及納入柔性制造系統(tǒng)等。
本設(shè)計(jì)主要針對(duì)原有的S195機(jī)體左、右、后三個(gè)面上13個(gè)孔多工序加工、生產(chǎn)率低、位置精度誤差大的問題而設(shè)計(jì)的,從而保證孔的位置精度、提高生產(chǎn)效率,降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。夾具部分的設(shè)計(jì),首先,在完成對(duì)組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)并繪制出“三圖一卡”的基礎(chǔ)上,繪制夾具設(shè)計(jì)的裝配圖;夾具設(shè)計(jì)是組合機(jī)床設(shè)計(jì)中的重要部分,夾具設(shè)計(jì)的合理與否,直接影響到被加工零件的加工精度等參數(shù)。首先確定工件的定位方式,然后進(jìn)行誤差分析,確定夾緊方式,夾緊力的計(jì)算,對(duì)夾具的主要零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在夾具設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)的主要思路是把原有的手動(dòng)夾緊改為液壓夾緊方式,這樣設(shè)計(jì)主要優(yōu)點(diǎn)是:液壓油油壓高、傳動(dòng)力大,在產(chǎn)生同樣原始作用力的情況下,液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸比氣壓小了許多,液壓油的不可壓縮性可使夾具剛度高,工作平穩(wěn)、可靠,液壓傳動(dòng)噪聲小,勞動(dòng)條件比氣壓的好。解決了手動(dòng)夾緊時(shí)夾緊力不一致、誤差大、精度低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。
整個(gè)設(shè)計(jì)過程是艱辛的,在設(shè)計(jì)過程中必須考慮各方面的問題。由于所學(xué)的知識(shí)只是一些最基本的機(jī)械常識(shí),因此,在設(shè)計(jì)過程中,還要查閱大量的相關(guān)資料,以補(bǔ)充自己的不足之處。
首先,要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。整個(gè)設(shè)計(jì),僅靠一些參考資料是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,這樣設(shè)計(jì)出來的組合機(jī)床只是結(jié)構(gòu)完美,外形美觀,但實(shí)用性差,在實(shí)習(xí)期間與企業(yè)工程技術(shù)人員共同討論,積累了一些寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
其次,運(yùn)用兩年來所學(xué)的專業(yè)知識(shí),針對(duì)現(xiàn)實(shí)中遇到的實(shí)際情況,做到舉一反三。整個(gè)設(shè)計(jì)過程不僅涉及到以前所學(xué)的知識(shí),還涉及到一些新的概念,這就要求我們一邊溫習(xí)以前的知識(shí),一邊還要學(xué)習(xí)新的知識(shí),可以說,整個(gè)設(shè)計(jì)過程就是我們不斷復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)的過程。
第三,通過自身的努力,理論聯(lián)系實(shí)際,從合理性、經(jīng)濟(jì)性、工藝性、實(shí)用性及對(duì)被加工零件的具體要求對(duì)現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行研究和分析,找出可以進(jìn)行改進(jìn)的地方,通過反復(fù)推敲對(duì)比,擬訂較為合理的三面鏜孔組合機(jī)床的總體方案。
在設(shè)計(jì)過程中,由于組合機(jī)床大部分是由標(biāo)準(zhǔn)零件構(gòu)成,另外一些非標(biāo)準(zhǔn)件盡量適應(yīng)工廠的生產(chǎn)條件,使加工和維修方便,大大減少了設(shè)計(jì)工作量。
限于本人知識(shí)水平有限,又沒有工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),本設(shè)計(jì)中定存在不到之處,敬請(qǐng)老師同學(xué)批評(píng)指正,提出寶貴意見,以便及時(shí)糾正。
2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)
組合機(jī)床加工刀具是借助于鉆模板和鉆模架,與通用機(jī)床及專用機(jī)床相比,它具有: 1、縮短設(shè)計(jì)制造周期;
2、投資少、成本低、經(jīng)濟(jì)效果好;
3、提高生產(chǎn)率。我國(guó)有一個(gè)柴油機(jī)廠做個(gè)這樣一個(gè)分析,由于用組合機(jī)床加工,生產(chǎn)率比用萬能機(jī)床提高了6—10倍。
4、工作可靠,便于維持,自動(dòng)化程度高。
5、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,不要求技術(shù)高的操作工人。
6、便于產(chǎn)品更新,改變加工對(duì)象時(shí),通用部件可重復(fù)使用,只廢掉專用部件。
生產(chǎn)類型分析
此次設(shè)計(jì)的三面粗鏜組合機(jī)床,用于粗鏜S195柴油機(jī)機(jī)體,屬于大批量生產(chǎn)。所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意到盡量使加工簡(jiǎn)單,但又不影響加工質(zhì)量。這是組合機(jī)床設(shè)計(jì)最重要的一步,工藝方案的制定正確與否,將確定機(jī)床能否達(dá)到重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、效率高、質(zhì)量好的要求,為使工藝方案先進(jìn)合理,我們認(rèn)真分析了S195柴油機(jī)機(jī)體工序圖,要求加工S195柴油機(jī)機(jī)體面加工,認(rèn)真分析總結(jié)設(shè)計(jì)制造使用單位和操作者豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),基本確定機(jī)體在組合機(jī)床上能夠完成的工藝內(nèi)容及方法。
2.1 總體方案論證
本設(shè)計(jì)的加工對(duì)象為S195柴油機(jī)機(jī)體,材料是HT200,硬度170-220HBS。
2.1.1 工藝方案的擬定
A.本機(jī)床加工零件特點(diǎn)
該加工零件為S195柴油機(jī)機(jī)體,材料HT200,其硬度為170—220HBS。在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完畢。
B.本機(jī)床加工工序及加工精度
被加工零件在本組合機(jī)床上完成的工序及加工精度,是制定機(jī)床工藝方案的主要依據(jù)。
本機(jī)床加工零件的工序內(nèi)容:
鉆、擴(kuò)、鏜左面、右面、后面的孔,由本設(shè)備“S195柴油機(jī)機(jī)體三面粗鏜組合機(jī)床”完成,因此,本設(shè)備的主要功能是完成柴油機(jī)機(jī)體左、右、后三個(gè)面上13個(gè)孔的加工。具體加工內(nèi)容是:右側(cè)面:鏜曲軸孔Φ192、Φ75,擴(kuò)平衡軸孔2×Φ50,鉆凸輪軸孔Φ34;左側(cè)面:擴(kuò)平衡軸孔2×Φ50,凸輪軸孔Φ45,鉆起動(dòng)軸孔Φ36,調(diào)速軸孔Φ24;后面:鏜缸套孔Φ115,Φ108,Φ107。位置公差為Φ0.30mm。粗糙度為:鏜孔,鉆、擴(kuò)。
本次設(shè)計(jì)技術(shù)要求:
a.機(jī)床應(yīng)能滿足加工要求,保證加工精度;
b.機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),工作可靠,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,裝卸方便,便于維修、調(diào)整;
c.機(jī)床盡可能用通用件(中間底座可自行設(shè)計(jì))以便降低制造成本;
d.機(jī)床各動(dòng)力部件用電氣控制,液壓驅(qū)動(dòng)。
2.1.2 機(jī)床配置型式的選擇
機(jī)床的配置型式主要有臥式和立式兩種。臥式組合機(jī)床床身由滑座、側(cè)底座及中間底座組合而成。其優(yōu)點(diǎn)是加工和裝配工藝性好,無漏油現(xiàn)象;同時(shí),安裝、調(diào)試與運(yùn)輸也都比較方便;而且,機(jī)床重心較低,有利于減小振動(dòng)。其缺點(diǎn)是削弱了床身的剛性,占地面積大。立式組合機(jī)床床身由滑座、立柱及立柱底座組成。其優(yōu)點(diǎn)是占地面積小,自由度大,操作方便。其缺點(diǎn)是機(jī)床重心高,振動(dòng)大。此外,S195柴油機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)為臥式長(zhǎng)方體,從裝夾的角度來看,臥式平放比較方便,也減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
通過以上的比較,考慮到臥式床身振動(dòng)小,裝夾方便等優(yōu)點(diǎn),選用臥式組合機(jī)床。
2.1.3 定位基準(zhǔn)的選擇
組合機(jī)床是針對(duì)某種零件或零件某道工序設(shè)計(jì)的。正確選擇定位基準(zhǔn),是確保加工精度的重要條件,同時(shí)也有利于實(shí)現(xiàn)最大限度的集中工序。從而收到減少機(jī)床臺(tái)數(shù)的效果。
A.定位基準(zhǔn)的選擇
本機(jī)床加工為單工位加工,也就是一次安裝下進(jìn)行13個(gè)孔的的加工,其定位基準(zhǔn)選擇:機(jī)體的底面定位限制3個(gè)自由度,側(cè)面定位限制2個(gè)自由度,端面定位限制1個(gè)自由度,這種定位的特點(diǎn)是:
a.可以簡(jiǎn)便地消除工件的六個(gè)自由度,使工件獲得可靠的定位;
b.能同時(shí)加工工件三個(gè)端面上的全部孔,即能高度集中工序,又有利于提高三端面孔的位置精度;
c.本定位基準(zhǔn)有利于保證柴油機(jī)機(jī)體的加工精度,使機(jī)床的許多部件實(shí)現(xiàn)通用化,有利于縮短設(shè)計(jì)制造周期、降低成本。
B.確定夾緊位置
在選擇定位基準(zhǔn)的同時(shí),要相應(yīng)的決定夾壓位置,本設(shè)計(jì)采用液壓夾緊,夾緊部位為剛性較好的筋板上,即機(jī)體的上表面,目的為了減少機(jī)體夾緊變形誤差,應(yīng)注意的問題:
a.保證零件夾壓后的穩(wěn)定;
b.盡量減少和避免零件夾壓后變形。
2.1.4 滑臺(tái)型式的選擇
本組合機(jī)床采用的是液壓滑臺(tái)。與機(jī)械滑臺(tái)相比較,液壓滑臺(tái)具有如下優(yōu)點(diǎn):在相當(dāng)大的范圍內(nèi)進(jìn)給量可以無級(jí)調(diào)速;可以獲得較大的進(jìn)給力;由于液壓驅(qū)動(dòng),零件磨損小,使用壽命長(zhǎng);工藝上要求多次進(jìn)給時(shí),通過液壓換向閥,很容易實(shí)現(xiàn);過載保護(hù)簡(jiǎn)單可靠;由行程調(diào)速閥來控制滑臺(tái)的快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn),轉(zhuǎn)換精度高,工作可靠。但采用液壓滑臺(tái)也有其弊端,如:進(jìn)給量由于載荷的變化和溫度的影響而不夠穩(wěn)定;液壓系統(tǒng)漏油影響工作環(huán)境,浪費(fèi)能源;調(diào)整維修比較麻煩。本課題的加工對(duì)象是S195柴油機(jī)機(jī)體左、右、后三個(gè)面上的13個(gè)孔,位置精度和尺寸精度要求較高,因此采用液壓滑臺(tái)。
由此,根據(jù)已定的工藝方案和機(jī)床配置形式并結(jié)合使用及修理等因素,確定機(jī)床為臥式三面單工位液壓傳動(dòng)組合機(jī)床,液壓滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng),選用配套的動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)主軸箱鏜、擴(kuò)、鉆孔主軸。
2.2 確定切削用量及選擇刀具
2.2.1 選擇切削用量
對(duì)于13個(gè)被加工孔,采用查表法選擇切削用量,從[1]P130表6-11、P131表6-13、P132表6-15中選取。由于鉆孔的切削用量還與鉆孔深度有關(guān),隨孔深的增加而逐漸遞減,其遞減值按[1]P131表6-12選取。降低進(jìn)給量的目的是為了減小軸向切削力,以避免鉆頭折段。鉆孔深度較大時(shí),由于冷卻排屑條件都較差,是刀具壽命有所降低。降低切削速度主要是為了提高刀具壽命,并使加工較深孔時(shí)鉆頭的壽命與加工其他淺孔時(shí)鉆頭的壽命比較接近。擴(kuò)孔、鏜孔安表正常選取。
A.對(duì)右側(cè)面上4個(gè)孔的切削用量的選擇
a.平衡軸孔1~2 2×Φ50,通孔,l=17mm
由d>40~60,硬度大于170~220HBS,選擇v=10~18m/min,f>0.3~0.4mm/r,又d=50mm,取定v=15.7m/min,f=0.395mm/r,則由文獻(xiàn)[1]公式:
(2-1)
得:n=1000×15.7/50π=100r/min
b.曲軸孔3 Φ192,通孔,l=20mm
由于硬度大于170~220HBS,選擇v=35~50m/min,f>0.4~1.5mm/r,又d=192mm,取定v=48m/min,f=0.51mm/r,
則n=1000×48/192π=80r/min
c.凸輪軸孔6 Φ34,通孔,l=26mm
由d>22~50,硬度大于170~220HBS,選擇v=10~18m/min,
f>0.25~0.4mm/r,又d=34mm,取定v=13.5m/min,f=0.31mm/r,
則n=1000×13.5/34π=130r/min
B.對(duì)左側(cè)面上5個(gè)孔的切削用量的選擇
a.平衡軸孔1~2 2×Φ50,通孔,l=18mm
由d>40~60,硬度大于170~220HBS,選擇v=10~18m/min,
f>0.3~0.4mm/r,又d=50mm,取定v=14.1m/min,f=0.385mm/r,
則n=1000×14.1/50π=90r/min
b.起動(dòng)軸孔4 Φ36,通孔,l=30mm
由d>22~50,硬度大于170~220HBS,選擇v=10~18m/min,
f>0.25~0.4mm/r,又d=36mm,取定v=14.7m/min,f=0.27mm/r,
則n=1000×14.7/36π=130r/min
c.調(diào)速軸孔5 Φ24,通孔,l=34mm
由d>22~50,硬度大于170~220HBS,選擇v=10~18m/min,
f>0.25~0.4mm/r,又d=24mm,取定v=10.5m/min,f=0.25mm/r,
則n=1000×10.5/24π=140r/min
d.凸輪軸孔6 Φ45,通孔,l=26mm
由d>40~60,硬度大于170~220HBS,選擇v=10~18m/min,
f>0.3~0.4mm/r,又d=45mm,取定v=14.1m/min,f=0.35mm/r,
則n=1000×14.1/45π=100r/min
C.對(duì)后面上的孔的切削用量的選擇
缸套孔7 Φ115、Φ108為階梯孔、Φ107孔,通孔,l=27.5mm,l=30mm,
由于硬度大于170~220HBS,選擇v=35~50m/min,f>0.4~1.5mm/r,又取d=115mm,取定v=35m/min,f=0.65mm/r,
則n=1000×35/115π=97r/min
(孔的編號(hào)見被加工零件工序圖)
2.2.2 計(jì)算切削力、切削扭矩及切削功率
根據(jù)文獻(xiàn)[1]表6-20中公式
鉆孔: (2-2)
(2-3)
(2-4)
擴(kuò)孔: (2-5)
(2-6)
鏜孔: (2-7)
(2-8)
(2-9)
(2-10)
式中, F—切削力(N);T—切削轉(zhuǎn)矩(N·㎜);P—切削功率(Kw);
v—切削速度(m/min);f—進(jìn)給量(mm/r);D—加工(或鉆頭)直徑(mm);
ap—切削深度(mm)(ap=1.25mm);HB—布氏硬度,,在本設(shè)計(jì)中,, ,得HB=203。
由以上公式(2-2,2-3,2-4,2-5,2-6,2-7,2-8,2-9,2-10)分別可得:
右面 單根 3軸 Fz=1729.4N Fx=424.9N T=177582.0N·mm
P=1.356Kw
Fz=1729.4N Fx=424.9N T=64850.9N·mm
P=0.532Kw
1~2軸 F=201.0N T=6850.5N·mm P=0.070Kw
6軸 F=8396.0N T=76808.1N·mm P=0.997Kw
左面 單根 1~2軸 F=198.97N T=6711.4N·mm P=0.062Kw
4軸 F=7959.8N T=76837.9N·mm P=1.026Kw
5軸 F=4989.6N T=33531.1N·mm P=0.480Kw
6軸 F=191.5N T=5746.24N·mm P=0.059Kw
后面 單根 7軸 Fz=2674.4N Fx=497.5N T=119277.9N·mm P=1.529Kw
Fz=2674.4N Fx=497.5N T=112017.5N·mm P=1.442Kw
Fz=2674.4N Fx=497.5N T=110980.3N·mm P=1.425Kw
(軸編號(hào)與孔編號(hào)相對(duì)應(yīng))
總的切削功率:即求各面上所有軸的切削功率之和。
右面 Pw=1.356+0.070×2+0.997+0.532=3.025Kw
左面 Pw=0.062×2+1.026+0.480+0.059=1.689Kw
后面 Pw=1.529+1.442+1.425=4.396Kw
實(shí)際切削功率
根據(jù)[1],P=(1.5~2.5)Pw,因?yàn)槭嵌噍S加工,故取定:
P右=1.5×3.025=4.538Kw
P左=2×1.689=3.378Kw
P后=1.5×4.396=6.594Kw
2.2.3 選擇刀具結(jié)構(gòu)
一臺(tái)機(jī)床刀具選擇是否合理,直接影響機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)率及工作情況。
根據(jù)S195柴油機(jī)機(jī)體的三面加工尺寸精度、表面粗糙度,切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素。所以粗加工機(jī)體的缸套孔Φ118H10、Φ111H8、Φ110H7,曲軸孔Φ195H7、Φ78H7的刀具采用硬質(zhì)合金組成的鏜刀;加工平衡軸孔2-Φ52M7,凸輪軸孔Φ47H7的刀具采用高速鋼錐柄擴(kuò)孔鉆,加工調(diào)速軸孔Φ25V7,起動(dòng)軸孔Φ37H7,凸輪軸孔Φ35H7的刀具采用高速鋼標(biāo)準(zhǔn)錐柄長(zhǎng)麻花鉆。
2.3 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)—三圖一卡
2.3.1 被加工零件工序圖
被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案,表示所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床(或自動(dòng)線)上完成的工藝內(nèi)容,加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求,加工用的定位基準(zhǔn)、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機(jī)床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設(shè)計(jì)研制合同外,它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的具體依據(jù),也是制造、使用、調(diào)整和檢驗(yàn)機(jī)床精度的重要文件。
2.3.2 加工示意圖
零件加工的工藝方案要通過加工示意圖反映出來。加工示意圖表示被加工零件在機(jī)床上的加工過程,刀具、輔具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機(jī)床各部件間的相對(duì)位置關(guān)系,機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等。
A.刀具的選擇
刀具直徑的選擇應(yīng)與加工部位尺寸、精度相適應(yīng)???-Φ50、Φ45分別選擇刀具Φ50、Φ45的擴(kuò)孔鉆;孔Φ24、Φ36、Φ34分別選擇刀具Φ24、Φ36、Φ34的麻花鉆;孔Φ192、Φ75、Φ115、Φ108、Φ107分別選擇鏜刀刀具截面為B×B=16×16、20×20mm。
B.導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇
在組合機(jī)床加工孔時(shí),除用剛性主軸的方案外,其尺寸和位置精度主要是靠刀具的導(dǎo)向裝置來保證的。導(dǎo)向裝置的作用是:保證刀具相對(duì)工件的正確位置;保證刀具相互間的正確位置;提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。
a.本課題中加工的13個(gè)孔中,鉆、擴(kuò)孔的導(dǎo)向部分直徑較小,導(dǎo)向表面旋轉(zhuǎn)線速度均小于20m/min,所以導(dǎo)向裝置選用固定導(dǎo)套,且采用單導(dǎo)向。鏜孔導(dǎo)向直徑較大,旋轉(zhuǎn)線速度較高(大于20m/min),采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向(利于減輕磨損和持久保證精度),且采用雙導(dǎo)向。
b.導(dǎo)向參數(shù)的選擇:導(dǎo)套直徑、導(dǎo)向長(zhǎng)度及導(dǎo)向套到工件端面距離,導(dǎo)向長(zhǎng)度可按經(jīng)驗(yàn)公式 L=(Z-3)d來確定。導(dǎo)向套端面至工件端面距離是為了排削方便,一般取1~1.5d 。
對(duì)于加工調(diào)速軸孔Φ24、凸輪軸孔Φ34、起動(dòng)軸孔Φ36孔,選擇的導(dǎo)套尺寸分別為:D=35mm,D1=46mm,D2=45mm,l=55mm, l1=65㎜,配用的螺釘M8。
D=45mm, D1=56mm,D2=55mm,l=65mm, l1=75㎜,配用的螺釘M10。
D=55mm, D1=71mm,D2=70mm,l=75mm, l1=85㎜,配用的螺釘M10。
對(duì)于加工平衡軸孔Φ50,凸輪軸孔Φ45選擇的導(dǎo)套尺寸為:D=70mm,D1=90mm,D2=84mm, l=78mm,l1=94㎜,配用的螺釘M10。
D=62mm,D1=82mm,D2=76mm, l=78mm,l1=94㎜,配用的螺釘M10。
對(duì)于加工曲軸孔Φ192、Φ75,缸套孔Φ115、Φ108、Φ107選擇的導(dǎo)套分別為:內(nèi)滾式導(dǎo)向結(jié)構(gòu),外滾式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。具體見加工示意圖。
C.確定主軸、尺寸、外伸尺寸
在該課題中,主軸用于鉆、擴(kuò)、鏜孔,選用滾珠軸承主軸及滾錐主軸。又因?yàn)楦?dòng)卡頭與刀具剛性連接,所以這些主軸屬于長(zhǎng)主軸。故本課題中的主軸為滾珠、滾錐軸承長(zhǎng)主軸。
根據(jù)由選定的切削用量計(jì)算得到的切削轉(zhuǎn)矩T,由文獻(xiàn)[1]公式:
(2-11)式中,d—軸的直徑(㎜);T—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩(N·m);
B—系數(shù),本課題中主軸為非剛性主軸,取B=6.2。
由公式(2-11)可得:
軸3 d=40.25㎜
軸1~2 d=17.84㎜
軸6 d=32.64㎜
軸1~2 d=17.75㎜
軸4 d=32.64㎜
軸5 d=26.53㎜
軸6 d=17.07㎜
軸7 d=36.44㎜
考慮到安裝過程中軸的互換性、安裝方便等因素, 3軸、7軸軸徑取為60㎜; 1、2軸,6軸和5軸軸徑取為30mm;4軸,6軸軸徑取為35mm。
根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑,查[1]P44表3-6可得到主軸外伸尺寸及接桿莫氏圓錐號(hào)。主軸軸徑d=60㎜時(shí),主軸外伸尺寸為:,L=135㎜;接桿莫氏圓錐號(hào)為4。主軸軸徑d=30㎜時(shí),主軸外伸尺寸為:,L=115㎜;接桿莫氏圓錐號(hào)為3。主軸軸徑d=35㎜時(shí),主軸外伸尺寸為:,L=115㎜;接桿莫氏圓錐號(hào)為3。
D.動(dòng)力部件工作循環(huán)及行程的確定
a.工作進(jìn)給長(zhǎng)度的確定
工作進(jìn)給長(zhǎng)度,應(yīng)等于加工部位長(zhǎng)度L(多軸加工時(shí)按最長(zhǎng)孔計(jì)算)與刀具切入長(zhǎng)度和切出長(zhǎng)度之和。切入長(zhǎng)度一般為5~10㎜,根據(jù)工件端面的誤差情況確定。鉆、擴(kuò)、鏜孔時(shí)切出長(zhǎng)度按表3-7分別取為
10~15mm 5~10mm
計(jì)算。式中,d為鉆頭直徑。
三面加工孔的工作進(jìn)給長(zhǎng)度為:
右主軸箱:一工進(jìn)Li=36+8+9=53,二工進(jìn)Li=7,左主軸箱:Li=L1+L+L2=34+6+15=55,后主軸箱:一工進(jìn)Li=30,Li=50,二工進(jìn)Li=10
b.快速進(jìn)給長(zhǎng)度的確定
快速進(jìn)給是指動(dòng)力部件把刀具送到工作進(jìn)給位置。初步選定三個(gè)主軸箱上刀具的快速進(jìn)給長(zhǎng)度分別為340㎜,225㎜和88㎜及122mm。
c.快速退回長(zhǎng)度的確定
快速退回長(zhǎng)度等于快速進(jìn)給和工作進(jìn)給長(zhǎng)度之和。由確定的快速進(jìn)給和工作進(jìn)給長(zhǎng)度可知,三面快速退回長(zhǎng)度分別為400mm,280㎜, 300mm。
d.動(dòng)力部件總行程的確定
動(dòng)力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。三面的前備量均取40㎜,后備量分別取560mm,80㎜, 290mm。則總行程分別為1000mm,400㎜, 630mm .
E.選擇接桿、浮動(dòng)卡頭
在鉆、擴(kuò)、鉸孔及倒角等加工孔時(shí),通常都采用接桿(剛性接桿),因?yàn)橹鬏S箱各主軸的外伸長(zhǎng)度和刀具均為定植。為保證主軸箱上各刀具能同時(shí)到達(dá)加工終了位置需采用軸向可調(diào)動(dòng)的接桿來協(xié)調(diào)各軸軸向長(zhǎng)度,以滿足同時(shí)加工完成空的要求。同時(shí)鏜攏加工時(shí)采用浮動(dòng)卡頭連接。
2.3.3機(jī)床尺寸聯(lián)系總圖
A.選擇動(dòng)力部件
a.動(dòng)力滑臺(tái)型號(hào)的選擇
根據(jù)選定的切削用量計(jì)算得到的單根主軸的進(jìn)給力,按文獻(xiàn)[1]公式:
(2-12)式中,—各主軸所需的 向切削力,單位為N。
則根據(jù)公式(2-12)可得:
右主軸箱
左主軸箱
后主軸箱
實(shí)際上,為克服滑臺(tái)移動(dòng)引起的摩擦阻力,動(dòng)力滑臺(tái)的進(jìn)給力應(yīng)大于。又考慮到所需的最小進(jìn)給速度、切削功率、行程、主軸箱輪廓尺寸等因素,為了保證工作的穩(wěn)定性,由表5-1,左、右、后三面的液壓滑臺(tái)均選用1HY40IA,1HY40IIIA,1HY40IIA型。臺(tái)面寬400mm,臺(tái)面長(zhǎng)800mm,行程長(zhǎng)分別為400mm,1000mm,630mm。滑臺(tái)及滑座總高360mm,滑座長(zhǎng)分別為1240mm,1840mm,1470mm。允許最大進(jìn)給力20000N,快速行程速度6.3m/min,工進(jìn)速度12.5~500mm/min。
b.動(dòng)力箱型號(hào)的選擇
由切削用量計(jì)算得到的各主軸的切削功率的總和,根據(jù)文獻(xiàn)[1]公式:
(2-13)
式中, —消耗于各主軸的切削功率的總和(Kw);
—多軸箱的傳動(dòng)效率,加工黑色金屬時(shí)取0.8~0.9,加工有色金屬時(shí)取0.7~0.8;主軸數(shù)多、傳動(dòng)復(fù)雜時(shí)取小值,反之取大值。本課題中,被加工零件材料為灰鑄鐵,屬黑色金屬,又主軸數(shù)量不多、傳動(dòng)不復(fù)雜,故取。
右主軸箱:
則據(jù)公式(2-13)得:
左主軸箱:
則據(jù)公式(2-13)得:
后主軸箱:
則據(jù)公式(2-13)得:
根據(jù)液壓滑臺(tái)的配套要求,滑臺(tái)額定功率應(yīng)大于電機(jī)功率的原則,查文獻(xiàn)[1]表5-38得出動(dòng)力箱及電動(dòng)機(jī)的型號(hào):
表2-1動(dòng)力箱性能
動(dòng)力箱型號(hào)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
電動(dòng)機(jī)功率(Kw)
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)
輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min)
右主軸箱
1TD40V
Y132M2-6
5.5
960
480
左主軸箱
1TD40V
Y132M2-6
5.5
960
480
后主軸箱
1TD40II
Y132M-4
7.5
1440
720
c.配套通用部件的選擇
側(cè)底座1CC401,其高度H=560㎜,寬度B=600㎜,長(zhǎng)度:I型L=1350㎜,II型L=1580mm,III型L=1950mm。
B.確定機(jī)床裝料高度H
裝料高度是指機(jī)床上工件的定位基準(zhǔn)面到地面的垂直距離。本課題中,工件最低孔位置,主軸箱最低主軸高度,所選滑臺(tái)與滑座總高,側(cè)底座高度,夾具底座高度,中間底座高度,綜合以上因素,該組合機(jī)床裝料高度取H=1000㎜。
C.確定主軸箱輪廓尺寸
主要需確定的尺寸是主軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度。主軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關(guān),可按下式計(jì)算:
式中,b—工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離(㎜);
—最邊緣主軸中心距箱外壁的距離(㎜);
h—工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離(㎜);
—最低主軸高度(㎜)。
其中,還與工件最低孔位置()、機(jī)床裝料高度(H=1000㎜)、滑臺(tái)滑座總高()、側(cè)底座高度()、滑座與側(cè)底座之間的調(diào)整墊高度()等尺寸有關(guān)。對(duì)于臥式組合機(jī)床, h1要保證潤(rùn)滑油不致從主軸襯套處泄漏箱外,通常推薦,本組合機(jī)床按式
計(jì)算,得: 。
,取,則求出主軸箱輪廓尺寸:
根據(jù)上述計(jì)算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn),最后確定主軸箱輪廓尺寸為B×H=630㎜×500㎜。
2.3.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡
單件工時(shí)3.674min/件
A.理想生產(chǎn)率Q(件/h)
理想生產(chǎn)率是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)(包括備品及廢品率)所要求的機(jī)床生產(chǎn)率。用文獻(xiàn)
(2-14)
計(jì)算,式中, A—年生產(chǎn)綱領(lǐng)(件),本課題中A=50000件;
—全年工時(shí)總數(shù),本課題以兩班16小時(shí)計(jì),則。
則據(jù)公式(2-14)得:
B.實(shí)際生產(chǎn)率Q1(件/h)
實(shí)際生產(chǎn)率是指所設(shè)計(jì)的機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。即文獻(xiàn)
(2-15)
式中,—生產(chǎn)一個(gè)零件所需時(shí)間(min)。
則據(jù)公式(2-15)得:
C.機(jī)床負(fù)荷率
機(jī)床負(fù)荷率為理想生產(chǎn)率與實(shí)際生產(chǎn)率之比。即文獻(xiàn)
(2-16)
則據(jù)公式(2-16)得:
表2-2 生產(chǎn)率計(jì)算卡
被
加工
零件
圖號(hào)
---
毛坯種類
鑄件
名稱
柴油機(jī)機(jī)體
毛坯重量
材料
HT200
硬度
170~220HBS
工序名稱
左右后面鉆擴(kuò)鏜孔
工序號(hào)
序號(hào)
工步
名稱
被加工零件數(shù)量
加工直徑(mm)
加工長(zhǎng)度
(mm)
工作行程
(mm)
切削速度
(m
/?min)
每分鐘轉(zhuǎn)速
(r/
min)
進(jìn)給量
(mm/r)
進(jìn)給速度
(mm
/min)
工時(shí)(min)
機(jī)加工
時(shí)間
輔助
時(shí)間
共計(jì)
1
裝卸工件
1
1.5
1.5
2
右滑臺(tái)快進(jìn)340
6300
0.054
左滑臺(tái)快進(jìn)225
6300
0.036
后滑臺(tái)快進(jìn)88
6300
0.014
后滑臺(tái)快進(jìn)122
6300
0.019
3
右多軸箱工進(jìn)
(鏜孔3#)
53
48
80
0.51
40
1.325
1.325
右多軸箱工進(jìn)
(擴(kuò)孔1、2#)
53
15.7
100
0.395
40
1.325
1.325
右多軸箱工進(jìn)
(鉆孔6#)
53
13.5
130
0.31
40
1.325
1.325
4
左多軸箱工進(jìn)
(擴(kuò)孔1、2#)
55
14.1
90
0.385
35
1.571
1.571
左多軸箱工進(jìn)
(鉆孔4#)
55
14.7
130
0.27
35
1.571
1.571
左多軸箱工進(jìn)
(鉆孔5#)
55
10.5
140
0.25
35
1.571
1.571
左多軸箱工進(jìn)
(擴(kuò)孔6#)
55
14.1
100
0.35
35
1.571
1.571
后多軸箱工進(jìn)
(鏜孔7#)
30
35
97
0.65
63
0.476
0.476
備注
后多軸箱工進(jìn)
(鏜孔7#)
50
35
97
0.65
63
0.794
0.794
5
右滑臺(tái)快退400
6300
0.063
0.063
左滑臺(tái)快退280
6300
0.044
0.044
后滑臺(tái)快退300
6300
0.048
0.048
裝卸工件時(shí)間取決于操作者熟練程度,本機(jī)床計(jì)算時(shí)取1.5min
總計(jì)
3.674min
單件工時(shí)
3.674min
機(jī)床生產(chǎn)率
20件/h
機(jī)床負(fù)荷率
54.35%
3 夾具設(shè)計(jì)
3.1夾具設(shè)計(jì)的基本要求和步驟
3.1.1夾具設(shè)計(jì)的基本要求
A.保證工件的加工精度;
保證工件的加工精度是夾具設(shè)計(jì)的最基本要求。其關(guān)鍵在于,正確地確定定位方案、夾緊方案和刀具導(dǎo)向方式,合理地設(shè)計(jì)夾具的尺寸、公差和技術(shù)要求,必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行誤差的分析和計(jì)算。
B.能提高機(jī)械加工的勞動(dòng)生產(chǎn)效率、降低工件的制造成本;
夾具設(shè)計(jì)的總體方案應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)。在大批量生產(chǎn)時(shí),應(yīng)盡量采用各種快速、高效的結(jié)構(gòu)、自動(dòng)裝置和先進(jìn)的控制方法,以縮短輔助時(shí)間,提高生產(chǎn)率;在中心批量生產(chǎn)中,則要求在滿足夾具功能的前提下,盡量使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易制造,以降低夾具的制造成本。
C.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便、安全和省力;
夾具的操作要盡量做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便、省力,盡可能采用氣動(dòng)、液壓及其他機(jī)械化夾緊裝置、以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。并可較好地控制夾緊力。夾具操作位置應(yīng)符合操作工人的習(xí)慣,必要時(shí)應(yīng)有安全保護(hù)裝置,以確保使用安全。
D.便于排屑
夾具的排屑是一個(gè)容易忽視的問題,如果排屑功能不好,切屑積集在夾具中,會(huì)破壞工件正確的定位;切屑帶來的大量熱量會(huì)引起夾具和工件的熱變形,影響加工質(zhì)量;切屑的的清掃又會(huì)增加輔助時(shí)間,降低生產(chǎn)率。切屑積集嚴(yán)重時(shí),還會(huì)損傷刀具以致造成設(shè)備事故或工傷事故。因此,排屑問題在夾具設(shè)計(jì)時(shí)必須給予充分的注意,在設(shè)計(jì)高效組合機(jī)床夾具時(shí)尤為重要。
E.有良好的結(jié)構(gòu)工藝性
夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單、合理,便于加工、裝配、檢驗(yàn)和維修,應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)元件和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。
夾具設(shè)計(jì)是一種相互關(guān)聯(lián)的工作,通常是在參閱有關(guān)資料的情況下,按加工要求構(gòu)思出設(shè)計(jì)方案,繪制出圖樣,經(jīng)修改后確定夾具的結(jié)構(gòu)。
3.1.2夾具設(shè)計(jì)的步驟
A.設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備
a.分析產(chǎn)品零件工序圖、毛坯圖及裝配圖,分析零件的作用、形狀、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料及毛坯制造精度及技術(shù)要求;
b.分析零件的加工工藝規(guī)程,工藝裝備設(shè)計(jì)任務(wù)書,對(duì)任務(wù)書所提出的要求進(jìn)行可行性研究;
c.了解所用機(jī)床的規(guī)格、性能、精度以及與夾具連接部分結(jié)構(gòu)的聯(lián)系尺寸;
d.了解所用刀具、量具結(jié)構(gòu)、規(guī)格以及測(cè)量及對(duì)刀調(diào)整方法;
e.了解零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、投產(chǎn)批量及生產(chǎn)組織等有關(guān)問題;收集有關(guān)設(shè)計(jì)資料。
B.擬定夾具結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
在分析各種原始資料的基礎(chǔ)上,確定夾具的類型、定位設(shè)計(jì)、夾緊方式、導(dǎo)向方案 、連接方式、總體布局和夾具的結(jié)構(gòu)形式。繪制方案設(shè)計(jì)圖,進(jìn)行工序精度分析,對(duì)動(dòng)力夾緊裝置進(jìn)行夾緊力的計(jì)算。
C.審核
檢查夾具的各項(xiàng)功能是否符合設(shè)計(jì)要求。
D.總體設(shè)計(jì)
根據(jù)所定方案繪制夾具裝配圖,應(yīng)將夾具的工作原理、結(jié)構(gòu)和各種元件的裝配關(guān)系表達(dá)清楚。用雙點(diǎn)畫線繪制工件外形輪廓。合理選擇材料,標(biāo)注尺寸、公差和技術(shù)要求。
E.夾具零件設(shè)計(jì)
F.夾具的裝配、調(diào)試和驗(yàn)證
3.2定位方案的確定
3.2.1零件的工藝性分析
S195柴油機(jī)機(jī)體材料為HT200,其硬度為HB170~220,在本工序之前柴油機(jī)氣缸體的六個(gè)主要表面已加工完畢。本道工序右面:鏜曲軸孔Φ192、Φ75,擴(kuò)平衡軸孔2×Φ50,鉆凸輪軸孔Φ34,位置度要求φ0.30mm;左面:擴(kuò)平衡軸孔2×Φ50,凸輪軸孔Φ45,鉆起動(dòng)軸孔Φ36,調(diào)速軸孔Φ24,位置度要求φ0.30mm;后面:鏜缸套孔Φ115,Φ108,Φ107,位置度要求φ0.30mm,垂直度要求0.06mm。
3.2.2定位方案的論證
箱體零件的定位方案一般有兩種,“一面兩孔”和“三平面”定位方法。
A.“一面兩孔”的定位方法 它的特點(diǎn)是:
a.可以簡(jiǎn)便地消除工件的六個(gè)自由度,使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。
b.有同時(shí)加工零件五個(gè)表面的可能,既能高度集中工序,又有利于提高各面上孔的位置精度。
c.“一面雙孔”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準(zhǔn),使零件整個(gè)工藝過程基準(zhǔn)統(tǒng)一,從而減少由基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來的累積誤差,有利于保證零件的加工精度。同時(shí),使機(jī)床各個(gè)工序(工位)的許多部件實(shí)現(xiàn)通用化,有利于縮短設(shè)計(jì)、制造周期,降低成本。
d.易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化定位、夾緊,并有利于防止切削落于定位基面上。
B.“三平面”定位方法 它的特點(diǎn)是:
a.可以簡(jiǎn)便地消除工件的六個(gè)自由度,使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。
b.有同時(shí)加工零件兩個(gè)表面的可能,能高度集中工序。
被加工零件為S195柴油機(jī)機(jī)體屬箱體類零件,本工序加工為三面同時(shí)加工,加工工序集中、精度要求高,故選用“三平面”定位方法,采用“三平面”定位方法,能夠保證工件的加工孔位置精度要求,同時(shí)便于工件裝夾,又有利于夾具的設(shè)計(jì)與制造。定位方案如圖3-1所示:
圖3-1 夾具方案圖
該方案定位原理:選底面為定位基準(zhǔn)面,用定位板與底面接觸,缸尾用一圓柱定位銷,右側(cè)面使用平壓板輔助夾緊及定位,上面使用壓板液壓夾緊。
3.2.3誤差分析
由于一批零部件在夾具上定位時(shí),各個(gè)工件所占據(jù)的位置不完全一樣,加工后,各工體的加工尺寸必然大小不一,形成誤差。
用夾具裝夾工件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí),其工藝系統(tǒng)中影響工件精度的因素很多,與夾具有關(guān)的因素如圖3-2所示:
圖3-2 誤差分析圖
A.分別計(jì)算加工端面尺寸326.95±0.15的誤差和垂直度為0.06mm這兩項(xiàng)誤差。
a.定位誤差
a) 基準(zhǔn)不重合誤差
b) 基準(zhǔn)位移誤差
在機(jī)械加工系統(tǒng)中無影響加工精度的其他因素,加工尺寸326.95±0.15的定位誤差為0,即=0。垂直度0.06的定位誤差=0。
b.對(duì)刀誤差
因?yàn)榈毒呦鄬?duì)于對(duì)刀或?qū)蛟奈恢貌痪_而造成的加工誤差。
c.夾具的安裝誤差,
因?yàn)閵A具在機(jī)床上的安裝不精確而造成的加工誤差。本組合機(jī)床的夾具的安裝基面為平面,因而沒有安裝誤差。
d.夾具誤差
因?yàn)閵A具上的定位元件,對(duì)刀元件或?qū)蛟鞍惭b基面三者間(包括導(dǎo)向件和導(dǎo)向元件之間)的位置不精確而造成的加工誤差,它的大小取決與夾具零件的加工精度和夾具裝配時(shí)的調(diào)整與修配精度。
e.加工方法誤差
因?yàn)闄C(jī)床精度,刀具精度,刀具與機(jī)床的位置精度,工藝系統(tǒng)的受力變形和受熱變形等因素造成的加工誤差,所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)為它留出工件公差的1/3,計(jì)算可得:
=/3 (3-1)
加工尺寸326.95±0.15的加工方法誤差為=0.1/3=0.03mm,而垂直度為0.06的加工誤差為0。
f.保證加工精度的條件
工件在夾具中加工時(shí),總加工的誤差為上述各項(xiàng)誤差之和。由于上述誤差均為獨(dú)立的隨機(jī)變量,應(yīng)用概率法疊加,因此保證工件加工精度的條是:
=≤
即工件的總加工誤差應(yīng)不大于工件的加工尺寸誤差,為保證夾具有一定的使用壽命,防止夾具因?yàn)槟p而過早的報(bào)廢,在分析計(jì)算工件加工精度時(shí),需保留出一定的精度儲(chǔ)備量J,因此上式改寫為:
將上述計(jì)算的加工精度值列為表3-1。
表3-1 誤差分析表
誤差計(jì)算 加工要求
?誤差名稱
326.95
垂直度為0.06mm
0
0
0.042
0.005
0
0
0.01
0.02
0.033
0
0.057
0.021
J
0.043
0.079
由上表可知,該夾具能滿足各項(xiàng)精度要求,且具備一定的精度儲(chǔ)備。
B.分別計(jì)算加工尺寸:5220.25和位置度為Φ0.300mm的誤差
a.定位誤差:加工尺寸5220.25的定位誤差=0;位置度Φ0.300mm的定位誤差Φ0.100mm =0.100mm
b.對(duì)刀誤差:加工尺寸522±0.25和加工尺寸326.950.15的對(duì)刀誤差一樣,=0.042mm;位置度Φ0.300mm的對(duì)刀誤差=0.042mm
c.夾具安裝誤差=0
d.夾具誤差:影響522±0.25的夾具誤差為底面對(duì)側(cè)面的誤差=0.060mm;影響位置度Φ0.300mm的夾具誤差為0.1mm
e.加工方法誤差:加工尺寸=0.033;位置度Φ0.300mm的=0.047
將上述數(shù)據(jù)列為表3-2。
誤差加工 加工要求
?誤差系數(shù)
加工尺寸522±0.25
位置度0.300mm
0
0.1mm
0.042
0.042mm
0
0
0.14
0.06mm
0.033
0.047mm
0.097
0.132mm
J
0.003
0.008mm
表3-2 誤差分析表
由上表可知,該夾具能滿足工件的各項(xiàng)精度要求,且具備一定的精度儲(chǔ)備。
分析位置度為0.400mm的加工誤差,因?yàn)闉閙m已經(jīng)滿足加工精度要求,因此該位置度為0.400mm一定能滿足加工精度要求。
3.2.4導(dǎo)向裝置
導(dǎo)向裝置的作用在于保證刀具對(duì)于工件的正確位置;保證各刀具相互間的正確位置和提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。固定式導(dǎo)套有三個(gè)元件組成:壓套螺釘,可換導(dǎo)套和中間套。導(dǎo)套的主要參數(shù)包括:導(dǎo)套的直徑和公差配合,導(dǎo)套的長(zhǎng)度,導(dǎo)套至工件端面的距離。導(dǎo)套的配合間隙對(duì)于孔的位置精度有很大的影響,為了提高位置精度,應(yīng)適當(dāng)提高導(dǎo)套的制造精度和選用較緊的配合。S195柴油機(jī)三面粗鏜組合機(jī)床的導(dǎo)套數(shù)量很多,在檢驗(yàn)機(jī)床的總裝精度時(shí),不是逐次的全部檢查每個(gè)部位上主軸與導(dǎo)套間的不同軸度,而是適當(dāng)?shù)剡x取兩個(gè)孔位距離較遠(yuǎn)的導(dǎo)套作為檢查部位,因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意相應(yīng)位置的部位選用導(dǎo)套,使中間套的長(zhǎng)度與其孔位之比L/D≥3,以便使該孔可靠的插入檢驗(yàn)棒,作為機(jī)床總裝時(shí)檢查主軸與導(dǎo)套間的不同軸度時(shí)使用。
S195柴油機(jī)三面粗鏜孔組合機(jī)床要求位置精度相對(duì)較高,通??蛇_(dá)mm,而且應(yīng)使導(dǎo)套盡量接近加工表面,力求選用較高的精度和較緊的配合,一般采用長(zhǎng)導(dǎo)套。在夾具上安裝導(dǎo)向裝置,裝配技術(shù)要求包括:導(dǎo)向孔中心至工件定位基面的距離允差,各導(dǎo)向裝置相應(yīng)的導(dǎo)向孔的不同軸度允差,各導(dǎo)向裝置上相應(yīng)的導(dǎo)向孔的中心連線對(duì)工件定位基面的不平行度允差以及各導(dǎo)向孔中心連線對(duì)夾具定位的位置精度。
S195柴油機(jī)機(jī)體的三面粗鏜組合機(jī)床的刀具導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)在鏜模板上的,由于是大批生產(chǎn),所以采用可換式導(dǎo)套,是刀具在導(dǎo)套內(nèi)工作。
導(dǎo)套的配合間隙對(duì)于孔的位置精度有較大的影響。為了提高加工的精度,應(yīng)選擇較緊的配合。
導(dǎo)套結(jié)構(gòu)如圖3-3所示:
圖3-3 導(dǎo)套結(jié)構(gòu)圖
3.3夾緊方案的確定
3.3.1夾緊裝置的確定
A.夾緊裝置的組成
本設(shè)計(jì)中夾緊裝置采用機(jī)械夾緊裝置,由力源裝置、中間傳力機(jī)構(gòu)、夾緊元件三部分組成。其組成部分的相互關(guān)系,如圖3-4的方框圖所示:
機(jī)動(dòng)
夾緊裝置
力源裝置
中間傳力機(jī)構(gòu)
夾緊元件
工件
圖 3-4 夾緊裝置組成的方框圖
B.夾緊裝置設(shè)計(jì)的基本要求
a.緊過程中,不改變工件定位后占據(jù)的正確位置。
b.緊力的大小要可靠和適當(dāng),既要保證工件在整個(gè)加工過程中位置穩(wěn)定不變,振動(dòng)小,又要使工件不產(chǎn)生于過大的夾緊變形。
c.夾緊裝置的自動(dòng)化和復(fù)雜程度應(yīng)與生產(chǎn)綱領(lǐng)想適應(yīng),在保證生產(chǎn)率的前提下,其結(jié)構(gòu)要力求簡(jiǎn)單,以便于制造和維修。
d.緊裝置的操作應(yīng)當(dāng)方便、安全、省力。
C.夾緊裝置的選擇
通常應(yīng)用的機(jī)械夾緊裝置有氣壓裝置和液壓裝置兩種,各有其優(yōu)越性,要根據(jù)實(shí)際情況來選擇用哪種裝置。
a.氣壓裝置
氣壓裝置以壓縮空氣為力源,應(yīng)用比較廣泛,與液壓相比有以下優(yōu)點(diǎn):
a) 動(dòng)作迅速,反應(yīng)快。氣壓為0.5MPa時(shí),氣缸活塞速度為1~10m/s,夾具每小時(shí)可連續(xù)松夾上千次。
b) 工作壓力低(一般為0.4~0.6MPa)。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,對(duì)裝置所用材料及制造精度要求不高,制造成本低。
c) 空氣粘度小,在管路中的損失較少,便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送,易于集中操縱或程序控制等。
d) 空氣可就地取材,容易保持清潔,管路不易堵塞,也不會(huì)污染環(huán)境,具有維護(hù)簡(jiǎn)單,使用安全、可靠、方便等特點(diǎn)。
主要缺點(diǎn)是空氣壓縮性大,夾具的剛度和穩(wěn)定性較差;在產(chǎn)生相同原始作用的條件下,因工作壓力低,其動(dòng)力裝置的結(jié)構(gòu)尺寸大。此外,還有較大的排氣噪聲。
b.液壓裝置
液壓裝置的特點(diǎn)是:
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