立式轴承座钻孔组合机床设计

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1 分工序、定工位1. 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。2. 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1. 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。2. 导套设计

表1 导套参数表(mm)
加工孔 直径	导套 长度	导套内径尺寸偏差		孔轴线理 想位置偏移
		上	下
3～6	16	+0.010	+0.020	0.15
7～10	22	+0.013	+0.028	0.15
11～14	32	+0.016	+0.034	0.15～0.20
15～18	40	+0.016	+0.034	0.20
19～24	50	+0.020	+0.041	0.25
25～30	60	+0.020	+0.041	0.30

3. 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，如表1 所示。 4. 由表1可知1～7号孔，以及8～10号孔和底孔的直径为14.5 mm ，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。5. 孔加工切削用量计算 a. 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。 b. 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。 c. 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。d. 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1. 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。2. 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=1.433. 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1. 轴承座钻孔组合机床夹具分析 a. 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。 b. 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，把上述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。 c. 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。2. 定位夹紧方案的确定

图1 被加工零件图

1.定位套筒 2.底座 图2 夹具图1

1.双头螺栓 2.压板 图3 夹具图2

3. 如图1所示，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。 4. 如图2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。 5. 如图3所示，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。

表2 冷却液流量选择(L/min)
加工方法	钢件		可锻铸铁及铝
	D	不小于	D	不小于
钻孔(外冷)	0.40	6	0.32	5
钻孔(内冷)	0.25	4	0.20	3
粗镗	0.20	6	0.16	5
精镗	0.12	4	0.10	3
锪孔	0.15	2.5	0.12	2
扩孔	0.05	1	0.04	1
铰孔	0.12	2	0.10	1.5
D为按加工直径计算；表中数据为每一把刀需要的流量

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，值见表2。 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。

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