机械制造与自动化专业毕业论文齿轮泵侧板卸荷孔加工专机及夹具设计

毕业设计说明书 毕 业 设 计 题 目: 齿轮泵侧板卸荷孔加工专机及夹具设计 系 别 专 业 班 级: 学 生 姓 名： 性别： 指 导 教 师： 日职称： I 摘 要 组合机床是以系列化，标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件组合 成的专用机床。适合大批量生产，对一种或几种类似零件的一道或几道工序进 行加工。组合机床既有专用机床的结构简单、生产率和自动化程度高的特点， 又具有一定的重新调整功能，以适应工件变化的需要。组合机床能对工件进行 多面、多主轴加工，且一般情况下可以进行半自动加工。由于组合机床的通用 部件是由专门厂家生产的，并且有不同型号可供设计人员选择，这样对设计者 来说非常方便，可以大为缩短设计周期。 该机床是专门为齿轮泵侧板卸荷孔的钻、铣而设计的。该机床是立式回转 工作台组合机床，其中立柱、主机底座、立柱侧、底座都选择了通用部件。多 轴箱、活动钻模板、夹具都是专用部件。多轴箱安装在动力头上，由动力滑台 的移动来完成进给运动。 在本机床的设计过程中采用了可换机构，这样在加工不同工件时，只需要 把活动钻模板、夹具、刀具等相应的部件换下，即可实现对系列化产品的加工， 而不更换多轴箱，这样可以提高机床的适应性。 关键词：回转工作台；动力滑台；多轴箱；夹具 II Abstract Modular machine is designed for some certain product making,based on serial and standard universial components,and with some special components. It is mostly used in single or serial operation of single type or serial types products in large production. Modular machine not only have simple structure,high auto-control level,and high production,but also have high adjustment . So it can adopt to the change of the products.modular machine can make in several position several faces.several spindles at the same time .Also in some occasion,it is half auto-control . Bucause of the universial components of modular machineare designed and made by special company and have different types can be selected,it makes designers much easy to design the modular machine and shorten the designing time . This modular machine is designed for gear pump side board drilling .its structure is vertial-rotarytable-drilling machine .the column and hneesis column base,side column base are universial component .the spindles box.moving drilling model jigard fixture sre special components.the spindles box fixed on the saddle,vertically feeding with the moving saddle by hydrolical power. Adopt the adjustablestructure in this modulsr machine design,it can make serial products by change moving drilling model ,jigard fixture and tools .so it has high adoption fixture. Key words：vertial-rotarytable-drilling;hydrolical power;the spindles box.moving 目录目录 摘要摘要.I ABSTRACTABSTRACTII 第第 1 1 章绪论章绪论.1 1.1 设计题目.1 1.2 刀具的选择.1 1.3 机床的配置形式.1 1.4 机床部件简述.1 1.4.1 动力部件.1 1.4.2 支承部件.2 1.4.3 控制部件.2 1.4.4 辅助部件.2 1.4.5 多轴箱.2 1.4.6 夹具与钻模.2 1.5 组合机床的特点及发展趋势.2 第第 2 2 章章 零件的分析零件的分析4 2.1 加工部位的分析.4 第第 3 3 章章 总体方案的拟定总体方案的拟定5 3.1 工艺方案的拟定.5 3.1.1 定位基准的选择.5 3.1.2 工序内容.5 3.1.3 切削用量的选择.5 3.1.4 切削力、切削功率的计算.7 3.2 机床的配置形式选择.9 第第 4 4 章章 机床的总体设计机床的总体设计.11 4.1 零件工序图11 4.2 加工示意图11 4.2.1 切削速度的确定11 4.2.2 工作行程的确定11 4.2.3 快退长度、快进长度及后备量12 4.3 动力部件的选择12 4.3.1 电机功率的确定12 4.3.2 进给运动的确定13 4.3.3 动力滑台的选择13 4.4 机床联系尺寸图14 4.4.1 夹具轮廓尺寸的确定14 4.4.2 多轴箱轮廓尺寸的确定15 4.4.3 回转工作台的选择16 4.4.4 装料高度 H 16 4.5 机床生产率计算卡17 4.5.1 理想生产率 Q.17 1 4.5.2 实际生产率 Q 17 4.5.3 机床负荷率 18 负 第第 5 5 章章 机床零部件的设计机床零部件的设计.20 5.1 床身通用部件的选择20 5.2 动力及润滑20 5.2.1 传动装置的设计20 5.2.2 传动装置的润滑20 5.3 组合机床的冷却装置21 5.3.1 对于冷却系统的要求21 5.3.2 机床冷却液的选择及流量的确定21 5.3.3 组合机床的冷却装置22 5.4 控制与互锁的设计23 5.4.1 机床的工作循环24 5.4.2 总工作循环24 5.5 夹具和钻模的设计27 5.5.1 夹具的设计27 5.5.2 定位误差的计算27 5.5.3 钻模板设计28 5.6 多轴箱的设计与计算29 5.6.1 多轴箱设计的原始依据图29 5.6.2 传动系统的设计31 5.6.3 传动计算32 5.6.4 多轴箱主轴坐标的计算35 5.6.5 验算38 5.6.6 坐标换算38 5.7 轴的强度校核39 5.8 多轴箱总图设计40 5.9 机床工作过程的简述40 第第 6 6 章章 经济与技术分析经济与技术分析.41 第第 7 7 章章 结论结论.42 致谢致谢43 参考文献参考文献44 附录一：中文译文 附录二：外文原文 1 齿轮泵侧板卸荷孔加工专机及夹具设计齿轮泵侧板卸荷孔加工专机及夹具设计 第第 1 1 章章绪绪论论 1.11.1 设计题目设计题目 齿轮泵侧板卸荷孔加工专机及夹具设计 1.21.2 刀具的选择刀具的选择 高速钢锥柄麻花钻直径为 6.2 高速钢锥柄立铣刀直径为 17.3 1.31.3 机床的配置形式机床的配置形式 通过对零件加工内容的分析可知，本专机可以设计成立式四工位、回转工 作台式组合机床。第个工位为装卸工位，第、工位分别加工两个 6.2 的孔，第工位加工 17.3 孔。 1.41.4 机床部件简述机床部件简述 1.4.11.4.1 动力部件动力部件 选择 ITD20-IA 动力箱，电机型号为 Y90L-6 型，功率为 1.1KW，驱动转速 615r/min，电机转速为 910r/min。 滑台选择型号为 1HY25-IA 液压滑台，台面宽 250mm，台面长 500mm，行程 250mm，导轨为铸铁材料，滑台及滑座总高 250mm，滑座长为 790mm，允许最大 进给力 F 进=8000N，快速行程速度为 12m/min，工进速度在 32-800mm/min 之 间，动力箱与滑台结合面尺寸：长 250mm，宽 250mm；动力箱与多轴箱结合尺 2 寸：宽 250mm，高为 200mm；动力箱轴出轴距箱底高度为 100mm。 1.4.21.4.2 支承部件支承部件 选择 1CL25 立柱，1CD251 侧板座及配套的中间底座。 1.4.31.4.3 控制部件控制部件 控制部件只要用以完成控制机床的自动工作循环，例如行程挡铁等。 1.4.41.4.4 辅助部件辅助部件 主要用于润滑、冷却、排屑等功能的部件。 1.4.51.4.5 多轴箱多轴箱 考虑到泵体型号的不同，侧板上要加工的孔也不相同，为了适应系列化产 品加工的目的，多轴箱的设计进行专门设计。箱体的主体部分外形尺寸： 400320，厚度为 340mm。 当对不同型号产品加工时，只需换掉模板、夹具和刀具即可实现多种的加 工。因此多轴箱的设计是本设计的重点。其具体结构形式见附图。 1.4.61.4.6 夹具与钻模夹具与钻模 夹具是组合机床的重要部件，它是根据机床的工艺和结构方案的具体要求 而专门设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位、夹压、刀具的导向以及 装卸工件时的限位等。它与回转工作台、主轴箱以及钻模板、刀具等都有联系， 在设计时要很好地解决它们之间的关系。 由于本机床是立式四工位回转工作台组合机床，各工位的加工工序不同， 在机床工作过程中，要完成工序间的转换运动，如果将导向装置设在夹具上并 3 和工件一起随工位的转换运动，那么同一个导向装置就不能适应各工位上的不 同刀具的需要，因而要将导向装置做成活动钻模板并连在主轴箱上。 1.51.5 组合机床的特点及发展趋势组合机床的特点及发展趋势 组合机床是以通用部件为基础，配以少量的专用部件，对一种或若干种工 件按预先确定的工序进行加工的机床。它能够对工件进行多刀、多轴、多面、 多工位同时加工。组合机床的通用部件具有特定功能，按标准化、系列化、通 用化原则设计、制造的。每种部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数 和完善的配套关系。 组合机床与通用机床、专用机床相对比较具有以下特点： 组合机床的通用部件标准件约占机床全部零部件的 70%80%。 采用多刀加工，自动化程度高，生产效率高，产品质量稳定。 通用部件结构稳定，工作可靠，维修方便。 采用专用夹具、刀具及导向装置，产品质量靠设备保证，对加工人员的技术 水平要求不高。 机床加工产品更新时，可以重复使用。 易于形成自动化线，适应大规模和自动化生产的需要。 组合机床及其自动化生产线是一种高效率、高自动化的设备。随着机械制 造业的发展,多数制造企业的特点是：产品多样化、变形产品日益普及、产品 更换周期缩短。因而组合机床柔性化是必然趋势。 柔性制造系统能适应多品种、小批量的生产需要，并且能实现不停车换加 工品种。采用自动化检测和信息反馈系统，产品精度有大幅度的提高，自动生 产线的经济效益也得提高。 组合机床的柔性化是指主要部件实现柔性化，机床进给系统采用数控滑台 而实现柔性化，机床的主运动系统可以通过下面三种方式实现柔性化：自动 换箱式组合机床，自动换刀式组合机床，手动换箱式组合机床。对于自动 4 线输送装置，多采用拖盘滚道系统，或采用随行夹具装置。 由数控加工中心为核心组成的柔性制造单元（FMC） ，再与电子系统和材 料存储系统以及刀具库有机结合，构成柔性制造系统（FMS） ，它可以在技术 经济范围内，自动地适应切削参数变化和生产批量变化。 第第 2 2 章章 零件的分析零件的分析 侧板是齿轮泵的重要部件，由于齿轮泵在工作时，齿轮和泵体两侧有摩擦 和磨损，油压会产生液压冲击，液体压力发生急剧交替升降，出现峰值，这样 就有可能损坏液压元件和管道，并且产生振动和噪音，影响齿轮传动的平稳性。 为了消除上述不利因素的影响，在泵体内齿轮两侧专门设计了侧板零件。侧板 的材料采用钢背铜合金，有吸振作用。在侧板上加工出卸荷孔，减少液压冲击， 克服了一些不良影响，提到了齿轮泵工作性能。 2.12.1 加工部位的分析加工部位的分析 所要设计的机床，其加工的是 2-6.2mm2.4mm 孔和 17.3mm4.5 2 . 0 0 mm 孔。分析零件图可知，各孔之间的距离很小，同时在一个工位上加工是 2 . 0 0 不可能的。因而要在不同工位上分别对三个孔进行加工。在工厂中，一般是先 在台钻上加工 6.2 的两个孔，然后在铣床上加工 17.3 的孔。这样占用了 几台机床，要求加工的空间很大，同时，所需要的工人数量也很多，生产率也 很低。而在组合机床上，可以利用其多刀、多工位的加工特点，在一台组合机 床上同时加工，可以大大提高劳动生产率，也可以克服传统加工方法的不足。 同时，由于组合机床加工时，对工人的技术水平要求不高，很容易保证加工质 量。 所要加工的孔在同一面上，都在钢背烧结铜合金的铜层面上，铜层厚为 1mm，钻孔深为 2.4mm，铣孔深为 4.5mm，加工部分主要为钢表面，在加工设计 时，应以强度大的刚表面计算切削力、切削功率等。 在加工过程中，考虑到刀具的受力情况。钻头的直径较小，而且与铣的大 孔有相交的部分。如果先铣大孔，后钻小孔，由于钻头受力不均，很容易使钻 5 头折断，降低刀具耐用度。而要是先钻小孔，后铣大孔，由于铣刀直径比较大， 对所钻的孔影响相对较小。这样在加工时，应该考虑先钻小孔，后铣大孔。 第第 3 3 章章 总体方案的拟定总体方案的拟定 3.13.1 工艺方案的拟定工艺方案的拟定 制定工艺方案时，应先保证该工艺方案能达到零件的精度要求。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、生产率要求不同， 在组合机床的设计过程中必须根据不同要求，采用不同的工艺方法和工艺过程。 对零件的加工部位进行分析可知，由于孔是用于卸荷的，对加工精度没有 特殊的要求，因而可以对工件进行一般性加工，而不需要精加工。 3.1.13.1.1 定位基准的选择定位基准的选择 针对零件的加工部位以及工件形状，可以选择钢面和两个 33mm 的孔作 为定位基准。所以可采用“一面两销”的定位方法，可以简便地消除 6 个自由 度，使工件获得稳定可靠的定位。同时， “一面两销”的定位方法使零件在整 个工艺工程中基准统一，有利于保证零件加工精度。 侧板钻孔属于薄壁加工。 “一面两销”定位使得钻削加工的钻削力位于支 撑面内，可以消除夹紧力、切削力引起的变形误差。 另外，该定位方法的另一个好处是不需要附加夹紧机构。由于采用立式组 合机床，这样依靠钻削力以及重力作用，完全可以实现工件的夹紧。 3.1.23.1.2 工序内容工序内容 工序集中是近代机械加工发展的方向之一。加工是在一台机床上一次装夹 下完成的，因而可以使零件获得较好的定位精度，对大批量生产提供了便利条 件。 6 针对所要求加工的三个孔的中心距相当小，要在同一工位同时加工不可能， 但采用三个工位同时进行加工，就可以很容易地解决这个问题了。 3.1.33.1.3 切削用量的选择切削用量的选择 组合机床的正常工作与合理的选用切削用量，即确定合理的切削速度和工 作进给量，有很大的关系。切削用量选得恰当，能使组合机床以最少的停车损 失，最高的劳动生产率，最长的刀具使用寿命和最好的加工质量，也就是多快 好省地进行生产。在实际上，最佳切削用量的确定比较复杂，从理论上还没有 简便可靠的方法。因而必须从实际出发，根据加工精度、工件材料、工件条件、 技术要求等进行分析，按照经济满足要求的原则，合理选择切削用量。一般采 用查表法，参照现场同类工艺，通过工艺实验确定切削用量。 但是选择的切削用量必须充分考虑刀具性能的发挥。对于钻削应使切削速 度高而切削用量小。而同一多轴箱上刀具的每分钟进给量相同。一般情况下， 可先按各类刀具选择合理的主轴速度 n 和每分钟进给量 f，然后进行调查，使 各刀具的每分钟进给量相同，都等于动力滑台的每分钟进给量 v ，即 v =n f ff1 =n f =。 122 钻 6.2 孔 刀具：椎柄麻花钻；材料：高速钢；转速 n =600r/min，f 1 =0.15mm/r。 1 铣 17.3 孔 刀具：锥柄立铣刀；材料：硬质合金；转速 n =500r/min， 2 S =0.06mm/r（每齿进给量） ，齿数 Z=3。 z 由于动力头的进给速度一定，因而各种刀具的进给速度应该相等且等于动 力头的进给速度。 n f =6000.15=90mm/min 11 n f =5000.063=90mm/min 22 7 动力头进给速度由液压滑台的进给速度决定。其速度范围在 32 800mm/min 之间，满足要求。 n f =n f =v 1122动 3.1.43.1.4 切削力、切削功率的计算切削力、切削功率的计算 钻 6.2 孔 F=26DfHB 8 . 06 . 0 =266.20.15700 8 . 06 . 0 =1800N （该公式中 HB 取最大值） M=10DfHB 9 . 18 . 06 . 0 =106.20.15700 9 . 18 . 06 . 0 =3.58Nm （该公式中 HB 取最大值） v= 1000 nD = 1000 6002 . 614 . 3 =11.7m/min P= D vM 9740 = 2 . 614 . 3 9740 7 . 113576 =0.18kW （该公式中 HB 取最大值） 铣 17.3 孔 F=26DfHB 8 . 06 . 0 8 =2617.30.06700 8 . 06 . 0 =2412N （该公式中 HB 取最大值） M=10DfHB 9 . 18 . 06 . 0 =1017.30.06700 9 . 18 . 06 . 0 =12.07Nm （该公式中 HB 取最大值） v= 1000 nD = 1000 500 3 . 1714 . 3 =27.17 m/min P= D vM 9740 = 3 . 1714. 39740 17.2712070 =0.51kW （该公式中 HB 取最大值） 确定主轴直径 由切削转矩 M 可以初定主轴直径及传动轴直径。计算公式为：dB， 4 M 其中 B 是系数，根据主轴和传动轴在 1m 长度上允许最大扭转角。通常，主轴 允许最大扭转角 1/2/m，则 B=0.35，传动轴允许最大扭转角可按 1 或 1 2 1 /m 选取，则 B=0.29 或 B=0.26。 允许的最大扭转角和对应的 B 的关系，可参照下表表 3-1 表 3-1 最大扭转角对应表 允许的最大扭转角 （/m） 1/41/21 1 2 1 2 2 2 1 9 B0.410.350.290.260.240.23 a.钻削轴直径的确定 d0.35=1.52cm=15.2mm 4 10058. 3 考虑到轴上开键槽等各中因素，取 d=20mm。 钻 b.铣削轴直径 d0.35=2.06cm=20.6mm 4 10007.12 取 d=25mm。 铣 c.传动轴直径 总扭矩 M=23.58+12.07=19.23Nm d0.29=2.12cm=21.2mm 4 10023.19 取 d=30mm。 传 d.总切削力和总功率 F=21800+2412=6012N P=20.18+0.51=0.87kW 3.23.2 机床的配置形式选择机床的配置形式选择 根据拟定的工艺方案，以及零件的生产纲领是大批量生产，拟定两种机床 的配置形式。 方案：立式回转工作台机床 采用立式回转工作台四工位加工组合机床，第个工位装夹零件，第 、工位分别加工两个 6.2 的孔，第工位加工 17.3 的孔。这样可以 使机床的机动时间与辅助时间重合，减轻了工人的劳动强度，并且提高了生产 10 效率。 由于各工件上的加工工序内容不同，在加工过程中要完成的加工运动不同， 如果导向装置固定在夹具上并和工作台一起做回转运动，那么，一个导向装置 就不能适应各工位上不同直径刀具的需要。因此，在本方案中采用活动钻模板， 使其与主轴箱一起运动。 在立式钻床上，切削力与重力方向一致，而且由加工工艺可知，加工时所 需要的夹紧力不大。因而，可采用活动钻模板直接压紧工件来完成夹紧。这样 就可以简化夹具结构，可以很方便地装卸工件，大为减轻了工人的劳动强度。 同时，在机床工作时，活动钻模板先压紧工件，接着刀具的加工，随着加工的 进行，弹簧变形增加，压力随之增大，加工至要求深度时，停留后钻模板随随 滑台可以快速退后，工件随之被松开。 方案：卧式回转鼓轮机床 采用四工位回转鼓轮式机床，在鼓轮侧面进行加工，但工件需要夹紧，保 证其获得固定的位置。导向装置可以固定在鼓轮侧面的支撑件上。 两种方案的比较： a.两种方案都采用了多工位回转加工方式，提高了生产效率，这是共同的 优点。 b.立式钻床采用活动钻模板进行导向，能达到的位置精度是0.2mm；回 转鼓轮式机床能达到的位置精度是0.25mm。 c.精加工孔位置精度在立式回转工作台上可以达到0.05mm，在回转鼓轮 式机床上可以达到0.1mm。 d.从方案设置中可以清晰地看到，立式回转工作台式组合机床的夹具结构 简单，装卸方便；而鼓轮式机床的夹具相对比较复杂，需要单独的夹紧机构。 综合各种因素，采用第种方案的配置形式，即：立式四工位回转工作台 式组合机床。 11 第第 4 4 章章 机床的总体设计机床的总体设计 组合机床的总体设计，就是针对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构 方案的基础上，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、生产率计算卡等，统称“三图一卡”设计。 4.14.1 零件工序图零件工序图 被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示一台组合机床完成的工艺 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。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重 要技术文件。 4.24.2 加工示意图加工示意图 加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置情况 以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工 作循环等。因此，加工示意图是组合机床的主要图纸之一，在总体设计中占据 重要地位。它是刀具、辅具、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，也是整台组合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。 在编制加工示意图时，一定要分出工位，按每工位的加工内容顺序进行绘 制，同时要画出工件在回转工作台上的位置示意图。 4.2.14.2.1 切削速度的确定切削速度的确定 12 切削速度以在前面计算出来了，v=11.7m/min，v=27.17m/min。 钻铣 4.2.24.2.2 工作行程的确定工作行程的确定 工作进给长度 L应等于工件加工部位的长度 L（多轴加工时应按最长孔 工 计算）与刀具切入长度 L 和切入长度 L 之和。切入长度 L 应该根据工件端面 121 的误差情况在 510mm 之间选择，误差大时取大值。该零件的表面粗糙度较小， 所以 L 选 7mm。而该加工孔均为盲孔，无切出长度，L=7+2.4=9.4mm，考虑 1工 到铣削孔深度为 4.5mm，所以工进长度尽量取大点，取 25mm。 4.2.34.2.3 快退长度、快进长度及后备量快退长度、快进长度及后备量 快速退回长度等于快进长度与工进长度之和，该长度按加工具体情况而定， 快速退回行程长度须保证所有刀具均退至夹具导套内而不影响工件装夹。本设 计中快退长度选 120mm，则快进长度为 95mm。除应保证要求的工作行程外，还 要考虑装卸和调整刀具方便，即考虑前、后备量。 4.34.3 动力部件的选择动力部件的选择 动力部件是实现切削刀具的旋转及进给运动（动力箱）或只用于进给运动 （动力滑台） ，它属于组合机床的通用部件。 组合机床的动力部分有多种结构形式和传动方式，就其传动方式来讲，主 运动（旋转运动）一般采用机械传动，即由电机通过齿轮、皮带、蜗轮、蜗杆 等元件传递动力；而进给运动则采用机械传动（凸轮机械、丝杠螺母、齿轮齿 条等） 、液压传动、气压传动或气动液压传动等。 4.3.14.3.1 电机功率的确定电机功率的确定 每一种规格的动力箱都有一定的功率范围，根据所选的切削用量计算的切 削功率和进给功率的需要，并适当考虑提高切削用量的可能性（一般按 30%考 虑）选用相适应的动力箱。 由工艺可知： 13 P=0.87kW，传动效率 取 0.9 切 由 P=0.97kW 主 切 P 9 . 0 87 . 0 因此可以选择 1TD20-A 型动力箱，其配套形式为：电机型号为 Y90L- 6，电机功率为 1.1kW，电机转速为 910r/min，驱动轴转速为 615r/min。 4.3.24.3.2 进给运动的确定进给运动的确定 进给运动由液压动力滑台实现，采用专门油泵单独驱动，动力头全部功率 用与切削加工。 4.3.34.3.3 动力滑台的选择动力滑台的选择 根据计算的切削力查相关手册选定动力滑台，其型号为 1HY25-A 型液压 滑台，主要性能参数如下： 1HY25-A 型液压滑台主要性能参数表 4-1 表 4-1 液压滑台主要性能参数表 台面宽台面长行程油缸直径最大进给力工进速度快移速度 250mm500mm250mm50mm8000N 32800mm/min 12m/min 1HY25-A 型液压滑台配套的部件如下表 4-2： 表 4-2 液压滑台配套部件表 二进给及压力继电器装置 1HY25-F51 导轨防护装置 1HY25-F81 分级进给装置 1HY25-F91 14 立柱 1CL25 立柱侧底座 1CD251 滑台侧底座 1CC251 滑台采用双矩形导轨，采用两矩形导轨的外侧导向，用斜镶条调整导轨间 隙，平板将滑鞍与滑座压紧，防止因颠覆力矩过大使滑鞍与滑座脱离。这种导 轨制造工艺简单，导向刚度好。导轨材料为铸铁，HT300540，淬火硬度为 G4248。 4.44.4 机床联系尺寸图机床联系尺寸图 机床联系尺寸图用来表示机床各部分的互相装配关系和运动关系，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 可以看成是简化的机床总图，它表示机床的配置型式及总体布局。 机床联系尺寸图是在被加工零件工序图与加工示意图绘制之后，根据初步 选定的主要通用部件（动力部件及其配置的滑台、床身、立柱等）以及确定的 专用部件的结构尺寸而绘制的。 4.4.14.4.1 夹具轮廓尺寸的确定夹具轮廓尺寸的确定 组合机床夹具是保证零件加工精度的重要专用部件，根据零件的布局、限 位、导向装置以及机床回转工作台的连接固定，综合考虑。 所加工的齿轮泵侧板体积较小，重量较轻，为了方便更换夹具，把四个工 位的工件定位装置设置在一个夹具体上。 （大体布置见下图 4-1） 。工件的两个 定位销一个是圆柱销，一个是削边销，公称尺寸为 d 是 33，削的长度是 42mm，四个公称尺寸为 25 的定位销与活动钻模板定位。四个光孔用作安装 螺栓与回转工作台连接。 “一面两销”中的圆柱销材料为 35 号钢，淬火硬度为 HRC2838，削边 15 销材料为 T10A，淬火硬度为 HRC5864，两孔的位置精度要满足要求。 为了方便进行装卸，对定位销的高度应进行验算。在定位销装卸工件的极 限位置时，工件与定位销不能相碰撞或卡死，而且压紧时定位销不能与压块相 接触，即定位销不能高出工件表面。由零件图知，工件厚为 6.74mm，可取定 位销高度为 6.5mm，垫块厚取 40mm。 图 4-1 工件位置布置草图 4.4.24.4.2 多轴箱轮廓尺寸的确定多轴箱轮廓尺寸的确定 16 通用主轴箱主要由箱体、前盖、后盖三部分组成。主轴箱厚度为 180mm， 后盖厚有 90mm 和 50mm 厚两种，选 90mm 厚；前盖有两种尺寸，卧式为 55mm， 立式为 70mm。因此主轴箱厚度 340mm。 长、宽的确定 从夹具布置图可以确定，长度方向最远的两个轴的轴间距为 b=160- 15.65-9.3=135.05mm B= b+2b1 b70100mm B=135.05+2100=335.05mm 取 B=400mm 宽度方向上两轴间最远距离 h 为： h=80-9.3+5.=76.3mm 取 h = b =100mm 11 H=h+h +b =76.3+100+100=276.3mm 11 取 H=320mm 由此可得出多轴箱的轮廓尺寸为： 400320340 4.4.34.4.3 回转工作台的选择回转工作台的选择 根据夹具轮廓尺寸、加工条件以及机床总体协调性选定分度回转工作台型 号为 1AHY50。 表 4-3 查相关手册知，回转工作台性能参数如下表 4-3： 表 4-3 回转工作台参数表 17 花 盘 直 径夹紧油缸直径花盘最大负载回转油缸直径高 度 500mm150mm1500kg50mm160mm 4.4.44.4.4 装料高度装料高度 H H 装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。在线阶段，设 计组合机床时，装料高度可视具体情况在 850mm1060mm 之间。 本机床中，中间底座高度 h =560mm，回转工作台高度 h =160mm，夹具高 12 度 h =130mm, 则装料高度 H 为： 3 H= h +h +h 123 =560+160+130 =850mm 符合要求。 4.54.5 机床生产率计算卡机床生产率计算卡 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、机床生产率以及机床 的负荷率等。 4.5.14.5.1 理想生产率理想生产率 Q Q1 指完成年生产纲领 A（包括备品及废品率在内）所要求的机床生产率。它 与全年工时总数 K 有关。本零件采用大批量生产，生产纲领确定为 80000 件/ 年，全年工时总数取为 2350h，则 Q =34 件/h 1 K A 2350 80000 18 4.5.24.5.2 实际生产率实际生产率 Q Q 指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。 Q=（件/h） 单 T 60 T是生产一个零件所需的时间（min） ，它可以根据下式计算： 单 T=t+t=（min） 单切辅 装卸移 快退快进 停 tt v LL t v L v L fkff2 2 1 1 其中：L 、L 分别为刀具第、第工作进给行程长度（mm） ； 12 v、v分别为刀具第、第工作进给量（mm/min） ； 1f2f t为刀具在加工终了时无进给状态下旋转时间，一般取 510r； 停 L、L分别为动力部件快进、快退行程长度（mm） ； 快进快退 v为动力部件快速行程速度，对与液压动力部件取 412m/min； fk t为直线移动或回转工作台进行一次工位转换的时间，一般可取 移 0.1min； t为工件装卸时间（包括定位、夹压、除屑等） ，一般取 装卸 0.51.5min。 则有： T= 单 装卸移 快退快进 停 tt v LL t v L v L fkff2 2 1 1 =11 . 0 12000 215 02 . 0 90 25 =1.424min 19 Q=42 件/h，QQ 单 T 60 425 . 1 60 1 所以，满足要求。 4.5.34.5.3 机床负荷率机床负荷率 负 =80% 负 Q Q1 42 34 根据组合机床的使用经验，适宜的机床负荷率在 0.750.90 之间。该 满足要求，可以选用。 负 20 第第 5 5 章章 机床零部件的设计机床零部件的设计 在组合机床的设计中，拟定机床的工艺方案，确定机床的配置型式，以及 进行机床的总体设计等是重要环节，它在很大程度上决定了机床是否重量轻、 体积小、结构简单、效率高、使用方便、性能好，因此需要首先解决。但是， 要设计出组合机床，还必须解决大量的图纸设计工作，就是要根据确定的机床 工艺和方案，按照加工示意图及机床联系尺寸图等，开展机床各部件设计，然 后进行零件设计。 5.15.1 床身通用部件的选择床身通用部件的选择 床身和立柱是用于固定动力部件的导轨滑座的，在动力部件的选择部分 已经确定了立柱型号为 1CL25，立柱底座为 1CD251。立柱的的后部设有电器壁 盒，用于安装电气配电板，以便往机床电气部件引线，如动力箱电机、按钮台、 冷却泵及限位开关等。对立柱来说，随着动力箱行程及所处高度的变化，其死 挡铁和油缸支架位置也不同，这必须在补充加工中说明。 在设计立式组合机床床身选用立柱时，还需计算机床的平衡重。平衡重是 用来平衡动力部件移动部分的重量的，以减少导轨及丝杠的磨损，同时消除立 式机床调整时前倾问题。通过立柱的装置由一个固定平衡重量和多块附加平衡 重组成。参考类似机床，选择重量为 1041 公斤。 5.25.2 动力及润滑动力及润滑 5.2.15.2.1 传动装置的设计传动装置的设计 21 传动装置的设计主要是选择机床所有的动力部件及传动机构等，在机床的 总体设计阶段已对此项工作详细做过，在此不在阐述。 5.2.25.2.2 传动装置的润滑传动装置的润滑 由于组合机床的动作比较频繁，为了保证各运动部件的正常工作，更长的 设备使用寿命，以及可靠地保证加工精度，需要设置导轨防护装置，正确地设 计润滑系统。 通用部件都有相应的润滑装置，在设计时只需要根据润滑油的来源情况进 行适当是选择。 本机床在设计过程中采用了由主轴箱上的配油器来供油，在导轨润滑管路 上采用 T8652 型电磁润滑阀。这种润滑阀是利用电磁铁推动阀杆，使润滑油经 润滑管路到达各润滑部位。由于采用电气控制，可在操作台上用按钮进行定期 润滑，亦可由动力箱的运动控制，进行自动润滑。 在导轨表面有波浪式的油槽。油槽的主要作用是使摩擦表面通过它来贮存 润滑油以供使用。 5.35.3 组合机床的冷却装置组合机床的冷却装置 由于组合机床是多刀加工，工序集中程度很高，正确的选择冷却液，并设 计良好的冷却装置，以保证刀具获得充分的冷却，这对提高刀具寿命，减少因 换刀造成的停车时间损失很重要。 5.3.15.3.1 对于冷却系统的要求对于冷却系统的要求 冷却液要流分，确保刀具获得连续、充分的冷却。 组合机床常常是多点冷却，其冷却管路是必须布置恰当，保证各冷却点都 能充分冷却。当各冷却点对冷却液流量要求不同时，应在管路上设调节开关。 组合机床冷却系统在需要大流量的同时，还要求较高的压力，则应采用齿 轮泵，以便对刀具进行充分的冷却，并把加工铁屑排出。 冷却液要保证在开始工作进给时就供给，并确保在整个加工过程中连续不 22 断。 配冷却液防护罩，以免冷却液飞溅。 5.3.25.3.2 机床冷却液的选择及流量的确定机床冷却液的选择及流量的确定 机床冷却液除对刀具和工件起到冷却作用外，还能在金属表面形成润滑膜， 起到减少刀具和切屑间摩擦的润滑作用。因而选择冷却液时，应根据组合机床 完成的工艺、加工方法、刀具材料以及被加工零件材料而确定。由于工件材料 为钢背铜合金，不宜采用硫化液和苏打水溶液，以免对工件造成腐蚀。此外， 所要求加工的孔深为 4.5mm 和 2.4mm，比较浅，冷却液除冷却外，主要是进行 润滑和排屑，因而可以采用水溶液加入油性添加剂，提高刀具的使用寿命。 冷却液的流量应根据刀具的形式、直径大小、加工方法、切削用量等具体 条件来确定。 钻孔时属于外冷，流量为 0.4D。 即 0.46.2=2.48 升/分6 升/分，取 6 升/分。 铣孔时，流量为多少可根据功率大小确定，每一千瓦铣削功率为 8 升/分。 在工件加工时，铣削功率为 0.54kW，0.548=4.32 升/分，则铣削流量可以选 为 5 升/分。 这样管道流量可定为 7 升/分，管子直径为 14mm。 5.3.35.3.3 组合机床的冷却装置组合机床的冷却装置 冷却液由冷却泵站沿总管路通至分油器 2，然后有管子引到各加工部位， 对刀具进行冷却。冷却液及铁削均流到回转工作台的环形槽中。在工作台回转 时，借助刮板 4 将铁削刮进贮屑槽中，冷却液则流回到机床的贮液槽中，经过 沉淀过滤，再次利用。在机床上采用了活动钻模板，可以把冷却部分配件布置 在活动钻模板上。 （如下图 5-1） 23 图 5-1 冷却管路布置图 5.45.4 控制与互锁的设计控制与互锁的设计 组合机床是由多个动力头按照严格的顺序和规定的工作循环，完成工件的 多工序加工。机床的工作循环及各动力头之间有严格的程序，是借助于组合机 床的自动控制系统来实现的。根据选用的机床配置型式及通用部件的驱动方式， 组合机床的控制系统是由电气和机械、电气机械和液压、电气机械和气动等配 合动作实现的。侧板加工组合机床，动力箱的工作循环还要与回转工作台的工 作循环相配合，其配合是依靠程序控制挡铁来实现的。程序控制挡铁是组合机 床通用部件之一，它分为液压操纵挡铁和电气操纵挡铁两种。对于液压动力部 件来说，根据具体的工作循环，可以同时选用这两种挡铁，而对于机械传动部 件的工作循环只用电气操纵挡铁进行控制。 组合机床程序控制挡铁，由控制元件（挡铁） 、信号元件（开关）和液压 换向阀（执行元件）组成。组合机床的工作循环，就是由不同的挡铁操纵相应 的开关而实现的。根据动力箱要完成的工作循环，设计或选用具有相应数量的 24 开关触头来操纵挡铁，并合理调节各挡铁位置，使动力箱能准确地进行动作转 换。 5.4.15.4.1 机床的工作循环机床的工作循环 工序要求加工的三个孔均为盲孔，采用的工作循环为如图 5-2： 图 5-2 工作循环图 这个工作循环的特点在于：动力头行程终了时，不是立即后退，而是旋转 几下后，然后压力继电器开始动作，动力箱再开始快速退回。为了实现这个要 求，在液压滑台上增加一个压力继电器 YJ，其控制过程为：动力箱进给在液 压挡铁的作用下转换为工作进给，在加工完成时，顶住死挡铁，使液压升高， 压力继电器动作，发出电信号，动力头快速退回到原位，停止。 5.4.25.4.2 总工作循环总工作循环 回转工作台抬起回转工作台回转回转工作台反靠回转工作台夹紧 动力箱快进动力箱工进延时停留动力箱快退。 主电路共有 2 台电动机，M 为主电动机；M 为液压泵电动机。启动和停止按 12 钮控制电机 M 和 M 的起、停。按钮 SB 和 SB 用于单独起动主电动机 M 和液 12121 压泵电动机 M 。用于控制冷却泵电动机 M ，行程开关 k 是当动力箱工进时， 232 润滑液回油箱阀关闭，润滑液供给，当动力箱快退时，该阀打开，润滑液不供 给，直接回油箱。 液压回转工作台控制电路设计如图 5-3 25 回转工作台共有四个工位，其转位动作如下： 自锁锁销脱开及回转工作台抬起回转工作台转位及缓冲回转工作台稳 定回转工作台夹紧。 其工作原理及操作过程如下： ：按下回转按钮，若各工位的动力部件都处于原位，回转工作台的驱动转位 油缸也处于原位（即行程开关 4SQ 被压下） ，电磁铁 YA 通电，电磁阀 1 换向， 1 压力油进入花盘抬起油缸，花盘被抬起。 ：同时使离合器与转位齿轮啮合，由于花盘抬起，挡铁放开行程开关 1SQ，1SQ 接通电磁铁 3YA，电磁液压阀 2 换向，使压力油进入驱动转位油腔， 液压缸的活塞杆齿条经齿轮，带动回转工作台工作花盘正向转动。 ：回转工作台转动完毕，挡铁压下行程开关 3SQ，接通延时继电器 KT。： 待工作台稳定后，延时继电器 KT 的触点接通电磁铁 2YA，液压滑阀 1 换向， 压力油进入花盘夹紧腔，花盘落下、定位并夹紧。 ：由于花盘落下，使离合器 6 与转位齿轮脱开，同时挡铁放开行程开关 1SQ，压下行程开关 2SQ，电磁铁 3YA 被放下，4YA 接通，液压滑阀 2 换向，压 力油进入转位油缸的返回腔，推动活塞杆齿条复位，挡铁压下行程开关 4SQ， 为回转工作台的下一次动作循环作好准备。 动力箱控制油路设计 动力箱动作如下： 快进工进延时停留快退 ：动力箱原位停止时，限位开关由挡铁压住。 ：动力箱快进。液压油泵启动后，KM 得电并闭合，电磁铁 5YA 得电，换向 2 阀 3 左位工作，使液控阀 4 左位工作，接通工作油路，压力油经行程阀 5 进入 进给液压缸大腔，小腔内的油经阀 4、6、5 进入液压缸大腔，是滑台向前快速 移动。 26 ：动力箱工进。液压滑台快速移动接近加工位置时，滑台上挡铁压下压下行 程阀 5，切断压力油通路，压力油只能通过调速阀 7 进入进给液压缸大腔，减 少进油量，降低滑台移动速度，滑台转为工作进给。此时由于负载增加，工作 油路油压升高，顺序阀 8 打开，液压缸小腔回油不再经过单向阀 6 流入大腔， 而是经顺序阀流回油箱。 ：当滑台工进到终点时，压下行程开关 5SQ，使电磁铁 KA 断电，而电磁铁 1 KA 得电，继而电磁铁 6YA 得电，阀 3 右位工作，压力油直接进入液压缸小腔， 2 使滑台快速退回。同时大腔内的回油经单向阀、阀 4 直接流回油箱。当滑台快 速退回原位，压下行程开关，电磁铁 6YA 失电，液压阀 3 回中间位置，切断工 作油路，滑台停止于原位。 图 5-3 液压油路图 27 5.55.5 夹具和钻模的设计夹具和钻模的设计 5.5.15.5.1 夹具的设计夹具的