MG132320-W型采煤左牵引部机壳的加工工艺规程及数控编程

第一章 绪 论一、我国主要煤机装备的现状和水平，改革开放二十多年来，特别近 10年来，在原煤炭部、国家煤炭工业局的领导和大力扶持下，我国煤矿机械制造企业经过改革、改组、改造、强化管理和技术创新，煤机产品有了较快的发展，在产品品种、技术水平和质量等方面都有了长足的进步。随着一批具备国际技术水平的采煤机械产品相继开发成功，2000 年我国综采工作面平均年产为87.24 万吨，比 1990 年的 54.77 万吨，提高了约 60%。综采装备能力已经达到日产万吨的水平。此外，国产煤机装备还出口印度、俄罗斯、土耳其等国家，取得了较好的经济效益。目前国产煤机装备基本满足了国内煤矿生产建设的需要，部分产品达到了国际九十年代末期水平。主要体现： 电牵引采煤机：已成功开发出直流调速型、交流变频调速型、开关磁阻调速型、电磁调速型四种形式约 30 余种不同型号的电牵引采煤机，并全部实现机载，装机功率最高可达 1250Kw，电压 3.3Kv。液压支架：能基本满足不同地质条件的煤矿需求。最大支护高度达到 5 米，最大缸径为 380 毫米，最大工作阻力为 11000KN，部分支架寿命试验超过 35000 次，快速移架的液压系统已使支架完成降移升循环时间缩短至 12-15 秒，并与外商合作制造出电液控制系统。尽管九五 期间煤机产品在技术质量性能等方面取得了长足的进步，但与国际先进水平相比还存在着差距，主要反映在拥有自主知识产权的产品少，质量不稳定，可靠性不高等问题。二、 九五 煤机企业技术创新的基本经验 自从 1992 年煤炭工业开展高产高效矿井建设以来，特别是 1994 年原煤炭部作出关于加快高产高效矿井建设的决定以来，我国煤炭工业机械化、现代化建设有了较快的发展。煤炭工业的技术进步有力促进了煤机产品的发展。九五 以来，我国主要煤机企业面对严峻的市场形势，努力克服重重困难，大力抓好技术创新，瞄准国际煤机制造的先进水平，研制开发了一批大型国有重点煤矿企业急需的具有自主知识产权和核心技术、达到国际先进水平的创新产品，为煤炭工业的生产建设提供了大量的技术装备，为促进我国煤炭工业的结构调整、技术升级做出了新贡献。三、 十五 我国煤机企业的发展 我国加入世界贸易组织后将为我国煤机企业的发展注入新的活力，同时也使我国煤机企业面临着新的机遇和挑战，面临着更加激烈的竞争。目前煤机企业正处在改革攻坚，机制转换，结构调整和建立现代企业制度的关键时期，相当一部分煤机企业正在为生存而拼搏,因而前景相当严峻。 对煤机企业自身来说，要在日趋激烈的国际竞争中立于不败之地，关键在于尽快提高企业的综合素质和竞争能力新世纪我国煤炭工业的健康、持续发展将为煤机制造业的发展提供坚实的基础和广阔的市场。我们将进一步深化改革，强化管理，大力抓好技术创新，提高企业核心竞争力，不断满足煤炭工业发展对装备的需求，为新世纪煤炭工业的更快发展作出新贡献。四、今后我国电牵引采煤机的研究目标与目前国外最先进的的电牵引采煤机相比，国内电牵引采煤机在总体参数性能方面尚有较大差距，某些关键部件的性能、功能、适应范围还亟待完善和提高，尤其是线监测，故障诊断及预报、信号传输与采煤机自动控制、传感器等智能化技术和机械部件的可靠性、寿命与国外相比差距甚远。根据我国煤炭生产要求和采煤机技术发展趋势。以及针对国内电牵引采煤机存在的差距，今后主要研究内容如下： 进一步完善和提高交流变频调速系统的可靠性。重点完善和提高系统装置的抗震、散热和防潮性能；研究可靠的微机电气控制系统，重点提高猜枚机电控制系统的抗干扰、抗热效应的能力；开发或者增强电控制系统的监控功能，重点研究故障诊断与专家系统、工况监测、显示与信息传输系统、工作面采煤机自动运行控制系统、自适应变频电路的漏电检测与保护技术、摇臂自动调高系统等；开发四象限运行的矿用交流变频调速装置，使采煤机能适应较大倾角煤层开发的需求；开发单机功率 600KW，总装机功率 1500KW 的大功率电牵引采煤机；电牵引采煤机的可利用率、可靠性和寿命的研究。提高交流电牵引采煤机的可靠性、安全性、可维护性、自动化程度及设备的可利用率，为实现顺槽以及地面控制奠定良好的技术基础，使我国电牵引采煤机研究技术达到国际 20 世纪 90 年代末期的先进水平，为我国双高综采工作面和双高矿井的建设，提供了技术先进、性能可靠的滚筒采煤机。我设计的是 MG132/320W 型采煤机的牵引部箱体的加工工艺以及数控加工。工艺的创新之处是采用了数控机床替代传统机床加工，加工中涉及到数控机床的选用、工艺分析、数控编程以及绿色生产等技术，希望能对采煤机的发展起到一定的作用。第二章 采煤机简介及结构组成2.1 MG132/320W 系列采煤机简介MG132/320W 采用一种电机横向布置、无底托架结构；牵引采用液压牵引；摇臂调高采用液压传动；滚筒的落煤、装煤采用齿轮传动。该机生产率达669t/h，牵引速度可达 7.34m/min。该机在很薄的机身上采用 1140V 直接供电的开关磁阻调速方式，省去了一个变压器增加了采煤机对工作面条件的适应性；控制方式采用了计算机控制；行走轮的支承采用自润滑轴承结构，使维修工作量大大降低。该机可开采煤、盐岩、页岩、钾盐等卜氏系数3 的有用矿层。适应采高 1.43.2m。它完全符合井下爆炸性环境要求。 2.2 采煤机主要特点1. 本采煤机采用多部电机横向布置的结构方式，各部件纵向之间没有直接的动力传动，各部件的机 械传动分别独立，改善了受力条件，提高了传动件的运动精度，并且简单可靠，大大提高了机械传 动效率，降低了机体的发热程度，从根本上克服了电机纵向布置传动形式存在的漏油、噪声大等诸 多不足。 2. 为了增强机身的整体刚性及部件强度，液压传动部和电控箱合二为一设计，采用轧制钢板焊接结 构，组焊后箱体整体回火处理，从而有效地增强了机身整体刚性和部件强度。 3. 整机无底托架，机身三大部件之间采用大直径双定位销和四个楔形亚铃销以及螺钉联接紧固，该结构连接牢固可靠，同时降低了采煤机的高度，增加了过煤空间。 4. 液压系统与 MG150/375W 型采煤机完全相同，工作原理简单，液压元件可靠性高，系统工作裕度 大，故障率低。 5. 摇臂内传动件全部借用 MG150/375W 型采煤机，裕度大，可靠性高。6. 调高油缸与液压锁采用分体式设计，方便故障处理及零部件的更换。 7. 操纵灵活方便，机身中间设有牵引，调高操作手把，机身两端设有液控调高按钮和急停按钮。 8. 拖缆架采用可翻转式设计，有效地解决了较薄煤层工作面出现的电缆弯转与拖缆架干涉的问题。 缆架干涉的问题。 9. 行走箱内的行走轮采用了可实现自润滑的轴承代替原钢套或铜套的结构，可不用注油润滑，减 少了维护的工作量，且提高了可靠性。 10. 牵引电机，截割电机冷却水冷却电机后自由流出，提高了电机冷却的可靠性，使电机工作更加 可靠。 11. 将管路尽可能布置在机壳内部，使胶管的防护可靠，整机无护罩。 12. 机面高度低，对开采较薄煤层有良好的适应性。 13.通过更换中间箱和液压马达，本采煤机即可改装为电牵引形式的采煤机。2.3 采煤机的组成部分及其作用采煤机由截割部、牵引部、电器设备以及辅助装置四大部分组成：1、 截割部主要包括螺旋滚筒，弧形挡煤板，固定减速箱（大摇臂）以及滚筒跳高装置。螺旋滚筒是一个带有螺旋叶片的圆形滚筒，叶片上装有截齿，滚筒旋转时截齿就将煤破落。弧形滚筒是一个半圆形挡煤板，位在滚筒后面。滚筒旋转时，破落的煤炭在滚筒的螺旋叶片和弧形挡煤板的共同作用下装入运输机溜槽。固定减速箱体内装有四级减速齿轮和液压传动装置，电动机经四级齿轮减速后带动螺旋滚筒旋转。液压传动装置包括柱塞泵、安全阀、分配阀、液压锁、油缸、活塞杆、小摇臂以及油管接头。当活塞杆推动小摇臂时，大摇臂就以固定减速箱为点上、下摆动，从而实现滚筒跳高。2、 牵引部主要包括减速箱、牵引卷筒、导绳轮和操作手把。减速箱内装有液压传动装置与减速齿轮装置。液压传动装置是采煤机牵引动力的动力来源，它包括叶片油泵、叶片马达、单向阀组、安全阀、分配阀以及液压管路和接头等。采煤机牵引速度的调节就是借液压传动系统的油泵流量变化来实现的。齿轮减速装置由四级减速齿轮组成，其高速端与液压马达输出轴相连，低速端与牵引卷筒相连。牵引卷筒主要作用是实现钢丝绳摩擦牵引。钢丝绳在卷筒上缠绕 3-4 圈摩擦后，引出两个头，并分别经截割部与牵引部的导向滑轮，沿整个工作面的长度在运输机两段固定。操作手把和一组按钮。3 、辅助装置主要包括电缆架、喷雾装置与绳索装置。电缆架胶接在牵引部底托架后面，采煤机采煤时，电缆盘绕在架上。喷雾装置用于灭尘，保障生产安全和矿工健康。紧绳装置包括两个弹簧筒，两根拉杆和一台紧绳铰车或专用紧绳卡具。4 、电器设备包括电动机和操作保护电器设备。2.4 主要技术参数及配套设备最大生产能力（t/h ）：550； 采高（m）：1.22.7 滚筒直径（m）：1.25 1.4 ； 截深（m）：0.6 滚筒转速（r/min）：46 52 ； 机面高度（m）：0.97 牵引速度（m/min）：05.5； 卧底量（mm）：134209 过煤高度（mm）：330； 最大牵引力（KN）：300 液压系统最大工作压力（MPa）： 12.5； 电压（V）：1140 灭尘方式 ：内外喷雾； 外型尺寸 （mm）：5894975735 重量（T）： 17.717（不含滚筒和挡煤板） 最大不可拆卸部件为中间箱，其尺寸及重量如下：长宽高（mm）：2530940650 重量（T）： 4.5; 配套运输机型号：SGD630/220W SGZ630/220； 配套供水管型号：KJR25 配套电缆型号：UCPQ370+116+36； 配套电气开关型号：DQZBH300/1140 截割电机型号：YBRB132 ； 牵引电机型号：YBRB55 主泵型号：ZB125； 调高泵型号：A2F10R4P1； 马达型号：A2F107 第三章 MG132/320-W 型采煤机牵引部箱体的工艺分析3.1 采煤机箱体的功用与结构特点箱体是部件和组件的基础零件，它把许多的零件连接成一体，使各个零件之间具有确定的相对位置和相对运动关系，这就组成了具有一定功能的箱体部件，如机床主轴箱部件，各类减速器部件等。箱体零件的结构形式和加工质量对于整个机器的使用性能，如振动、噪声、发热、寿命、效率、工作精度等都要很大的影响，所以对于箱体零件的设计和制造，人们总是给予很高的重视。箱体的结构形式一般有两种：一种是整体式的，如机床主轴箱箱体，另一种是剖分式的，如各类减速箱箱体。箱体零件的结构一般都比较复杂。壳臂较薄，内部成腔形。箱体上的外臂和内腔常常设置加强筋和隔板，以便增强刚度和改善散热条件。箱体零件一般具有精度要求较高的平行孔等加工表面。矿井用箱体零件的特点：由于井下空间小，箱体工作载荷大，工作条件差，并常有煤块，岩石撞击等，因而要求箱体的尺寸小，结构紧凑，并具有足够的强度。所以一般都采用铸钢件或球墨铸铁件作为井下箱体零件材料。同铸铁相比，铸钢的铸造性能和加工性能较差。由于井下煤尘和瓦斯的存在，井下工作机械的防爆面必须具有很高的防爆性能，以防止火花逸出而引起爆炸。具体要求为：不动防爆面的表面粗糙度Ra 值应小于 5um，活动防爆面的表面粗糙度 Ra 值应小于 2.5 um；防爆面要有足够的接触长度和较小的配合间隙；防爆腔必须做水压实验，确保在 8 个大气压的条件下持续一分钟不致发生渗漏。防爆面上的气孔和砂眼要进行焊接和填补。3.2 箱体加工工艺过程分析3.2.1 MG132/320-W 牵引部箱体的工艺分析及工艺规程一、零件图样分析由于牵引部箱体的技术要求较高，故加工时应分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。但因为该零件刚性好，不易变形，所以划分加工阶段不宜过细。拟定加工过程时应遵循以下原则：1、先面后孔的加工原则。因为箱体的孔比平面难加工，先以孔为粗基准加工平面，再以平面为精基准加工孔，不仅为孔的加工提供了稳定可靠的精基准，使孔的加工余量均匀；而且由于箱体上的孔大部分都分布在箱体平面上，先加工平面，去除了铸件表面的凹凸不平和夹砂等缺陷，对孔的加工比较有利（特别是钻孔时不易使轴线偏斜） ，便于切削、避免刀具破损和调整刀具等。2、粗精加工分开原则。由于箱体的结构复杂，主要加工表面的精度高，粗精加工分开进行，可以消除由粗加工所造成的内应力、切削力、夹紧力和切削液对加工精度的影响，有利于保证箱体的加工精度。根据粗、精加工的不同要求合理的选用设备，有利于提高生产率。精度高和表面粗糙度要求高的主要表面精加工工序放在最后，也可以使其表面避免因加工其他次要表面或搬运安装时被破坏。3、妥善安排热处理工序。一般情况下，铸造后进行时效处理，以便减少铸造内应力，改变金相组织、软化表层金属，改善材料的加工性能，减少变形，保证加工精度的稳定性。对于精度要求较高或壁薄而结构复杂的箱体，在粗加工后进行一次人工时效处理，以消除粗加工所造成的内应力，以确保箱体加工精度的稳定性。二、牵引部箱体机械加工工艺过程卡片（见附录 3）卡片上详细写出牵引部箱体的加工工艺规程，加工时按照卡片上的工序加工，严格保证加工精度。三、牵引部箱体的工艺分析1）铸件必须进行时效处理，以消除应力。有条件时应在露天放一年以上再加工。2）为了保证加工精度应使定位基准统一，该零件的主要定位基准集中在底面上。3）镗孔时，在可能的条件下尽量采用“支撑镗削”方法，以增加镗杆的刚性，提高加工精度。对直径较小的孔，应采用钻、扩、铰加工方法。为保证在同一轴上各孔的同轴度，可采用在已加工孔上，安装导向套再加工其他孔的方法。4）为了提高孔的加工精度，应将粗镗、半精镗和精镗分开进行。5）铸造时一般 50mm 以下的孔不铸出。6）孔的尺寸精度检验，使用内径千分尺或内径百分表进行测量。轴内孔之间距离的测量可以通过孔与孔之间壁厚进行间接测量。7）同一轴线上的孔的同轴度，可采用检验心轴进行检验。8）各轴孔的轴线之间的平行度，以及轴孔的轴线与基准面的平行度，均应通过检验心轴进行测量。9）数控加工时各孔的正确位置是靠手动控制坐标来完成的，为更好地保证加工质量，单件小批量生产时也可采用组合夹具镗模进行加工；批量较大时，应采用专用镗模进行加工。10）非加工表面进行喷丸处理。11）齿轮腔涂磷化底漆，其他表面涂防锈漆。四、定位基准的选择由于牵引部箱体的加工主要属于孔系加工，所以对精度要求比较高，一定要选择好定位基准。我选择的是以底面焊好工艺块为基准来进行定位与装夹。1、精基准的选择精基准的选择主要与加工表面的精度要求有密切关系。选择精基准时，应首先考虑“基准统一”原则，所选的精基准最好是装配基准（或设计基准） ，以避免基准不重合而产生基准不重合误差。此外，精基准还应保证主要加工表面的加工余量均匀，具有较大的支撑面，使定位和夹紧可靠。2、粗基准的选择选择粗基准主要考虑加工表面与不加工表面之间的相互位置关系以及加工表面的余量均匀性问题。一般选择箱体上较为重要的毛坯作为粗基准。在单件小批量生产中加工粗基准时，可采用划线找正的方法。划线时，要核对箱体内各零件与箱壁见的尺寸，保证有足够的间隙，以免零件之间相互干涉。采用划线找正法，可减少专用夹具，缩短生产准备时间，但加工精度较低，对刀调整时间长，生产率低。在大批量生产中，一般采用专用夹具加工。以保证主要孔加工余量均匀和减少辅助工时，提高生产率。3.2.2 箱体加工误差分析1、平面加工中的误差分析箱体零件的结合面，定位面等是具有较高平面度要求的加工面，经常出现平面度误差。以端面铣削为例，归纳起来有下列几种原因。1） 、端铣时铣床主轴线同走刀方向的垂直度误差。2） 、夹紧力的位置和大小的影响。3） 、切削力造成的变形。4） 、内应力的影响。5） 、切削热的影响。6） 、机床本身的静误差。2、孔系加工中的误差分析1） 、杆、导套的静误差若镗杆和导向套间存在间隙，在切削力和镗杆重力的共同作用下，镗杆和回转轴线将是不固定的。2） 、轴线位置的静误差若镗床主轴回转轴线同工作台进给方向有平行度误差，则加工孔在垂直于主轴回转轴线的截面内真圆，在垂直于工作台进给方向截面内椭圆，不过椭圆度甚小。3） 、杆的弹性变形在悬臂镗削时，作用于镗杆上的力有轴向切削力4） 、主轴弹性变形机床主轴的受力变形由重力、切削力和传动引起的。传动力的方向是不变的，而切削力的方向在时时改变因而它们合力的大小和方向也在时时变化，加之轴承各点刚度不等会引起回转轴线变化，从而造成内孔表面的圆度误差。5） 、受力点位置变化影响进给方式不同会影响镗杆的受力点位置。因镗杆悬伸长度不变，所以工件孔中心线直线度很好，孔径减少到较少。镗杆送进的悬臂镗削，因镗杆悬伸长度不断变化，在可加工长孔时会产生圆度误差，加工多段同轴孔时会产生同轴度误差。所以在对形状精度要求较高的场合，总是优先考虑工作台面进给方式。6） 、工件的夹紧变形由于夹紧力过大或过于集中，夹紧位置不当等都可能造成夹紧变形而影响孔的几何形状精度。夹紧力过大，加工后内孔成为椭圆。将集中载荷改为分布载荷，或减小精加工夹紧力等，上述变形可以避免。3、毛坯材料硬度不均和余量不均的影响1） 、力的影响相临的孔由于收缩不同步切削处理后的内应力重新分布，便造成孔的圆度误差。为此，毛坯需要很好的时效处理。2） 、工艺系统热变形的影响热变形会造成机床上主轴轴线倾斜，这时如采用工件进给就会出现孔的圆度误差。由于孔壁厚度不均在切削力作用下，薄处温度高，变形大，厚处温度低，变形小，若粗精加工连续进行，将会使薄处少切，厚处多切，冷却后便造成圆度误差。采用粗精加工分开和充分冷却可以有效的消除这项误差。第四章 MG132/320-W 牵引部箱体数控加工工艺分析及程序的编制4.1 数控加工工艺分析4.1.1 牵引部箱体数控加工内容我主要选择了牵引部箱体上的一些主要行孔进行数控加工：1） 、用 367mm 的镗刀粗镗 375 孔2） 、用 375mm 的镗刀精镗 375 孔3） 、用 422mm 的镗刀粗镗 430 孔4） 、用 430mm 的镗刀精镗 430 孔5） 、用 20mm 的铣刀铣 120X100 的槽6） 、用 10mm 的麻花钻钻 12-M12 底孔7） 、用 16mm 的麻花钻钻 4- 16 孔8） 、用 20mm 的麻花钻钻 10-M24 底孔9） 、用 68mm 的镗刀粗镗 5- 68 孔10） 、用 38mm 的麻花钻钻 5- 32 透孔11） 、用 30mm 的麻花钻钻 M36 底孔12） 、用 60mm 的镗刀粗镗 60 孔13） 、用 62mm 的镗刀粗镗 65 孔14） 、用 65mm 的镗刀精镗 65 孔15） 、用 62mm 的镗刀粗镗 70 孔16） 、用 70mm 的镗刀精镗 70 孔17） 、用 82mm 的镗刀粗镗 90 孔18） 、用 90mm 的镗刀精镗 90 孔4.1.2 数控机床的选择本次设计所加工的零件是采煤机左牵引部箱体，加工工位较多，需工作台多次旋转才能完成加工零件，初步选择为卧式镗铣类加工中心。1. 类型选择 考虑加工工艺、设备的最佳加工对象、范围和价格等因素，根据所选零件进行选择。如，加工两面以上的工件或在四周呈径向辐射状排列的孔系、面的加工，如各种箱体，应选卧式加工中心；单面加工的工件，如各种板类零件等，宜选立式加工中心；加工复杂曲面时，如导风轮、发动机上的整体叶轮等，可选五轴加工中心；工件的位置精度要求较高，采用卧式加工中心。在一次装夹中需完成多面加工时，可选择五面加工中心；当工件尺寸较大时，如机床床身、立柱等，可选龙门式加工中心。当然上述各点不是绝对的，特别是数控机床正朝着复合化方向发展，最终还是要在工艺要求和资金平衡的条件下做出决定。2.参数选择 加工中心最主要的参数为工作台尺寸等，根据确定的零件族的典型零件进行选择。1）工作台尺寸 这是加工中心的主参数，主要取决于典型零件的外廓尺寸、装夹方式等。应选比典型零件稍大一些的工作台，以便留出安装夹具所需的空间，还应考虑工作台的承载能力，承载能力不足时应考虑加大工作台尺寸，以提高承载能力。2）坐标轴的行程 最基本的坐标轴是 X、Y、Z，其行程和工作台尺寸有相应的比例关系。工作台的尺寸基本上决定了加工空间的大小。如个别工件的尺寸大于机床坐标行程，则必须要求工件的加工区处在机床的行程范围之内。 3）主轴电动机功率与转矩 它反映了数控机床的切削效率，也从一个侧面反映了机床的刚性。同一规格的不同机床，电动机功率可以相差很大。应根据工件毛坯余量、所要求的切削力、加工精度和刀具等进行综合考虑。4）主轴转速与进给速度 需要高速切削或超低速切削时，应关注主轴的转速范围。特别是高速切削时，既要有高的主轴转速，还要具备与主轴转速相匹配的进给速度精度选择 3.精度选择 机床的精度等级主要根据典型零件关键部位精度来确定。主要是定位精度、重复定位精度、铣圆精度。数控精度通常用定位精度和重复定位精度来衡量，特别是重复定位精度，它反映了坐标轴的定位稳定性，是衡量该轴是否稳定可靠工作的基本指标。铣圆精度是综合评价数控机床有关数控轴的伺服跟随运动特性和数控系统插补功能的主要指标之一。一些大孔和大圆弧可以采用圆弧插补用立铣刀铣削，不论典型工件是否有此需要，为了将来可能的需要及更好地控制精度，必须重视这一指标。 数控精度对加工质量有举足轻重的影响，同时要注意加工精度与机床精度是两个不同的概念。将生产厂样本上或产品合格证上的位置精度当作机床的加工精度是错误的。样本或合格证上标明的位置精度是机床本身的精度，而加工精度是包括机床本身所允许误差在内的整个工艺系统各种因素所产生的误差总和。整个工艺系统的误差，原因是很复杂的，很难用线性关系定量表达。在选型时，可参考工序能力 kp 的评定方法作为精度的选型依据。一般说来，计算结果应大于 1.33。4.机床的刚度选择 刚度直接影响到生产率和加工精度。加工中心的加工速度大大高于普通机床，电动机功率也高于同规格的普通机床，因此其结构设计的刚度也远高于普通机床。刚性是机床质量的一个重要特征，但对选型而言，由用户对所选机床进行刚性评价尚无可借鉴的标准。实际上用户在选型时，综合自己的使用要求，对机床主参数和精度的选择都包含了对机床刚性要求的含义。订货时可按工艺要求、允许的扭矩、功率、轴力和进给力最大值，根据制造商提供的数值进行验算。用于难切削材料加工的机床，应对刚性予以特殊关注。这时为了获得机床的高刚性，往往不局限于零件尺寸，而选用相对零件尺寸大 1 至 2 个规格的机床。 5.数控系统选择 数控功能分为基本功能与选择功能，可以从控制方式、驱动形式、反馈形式、检测与测量、用户功能、操作方式、接口形式和诊断等方面去衡量。基本功能是必然提供的，而选择功能只有当用户选择了这些功能后，厂家才会提供，需另行加价，且定价一般较高。对数控系统的功能一定要根据机床的性能需要来选择，订购时既要把需要的功能订全，不能遗漏，同时避免使用率不高造成浪费，还需注意各功能之间的关联性。在可供选择的数控系统中，性能高低差别很大，价格也可相差数倍。应根据需要选择，不能片面追求高指标，以免造成浪费。多台机床选型时，尽可能选用同一厂家的数控系统，这样操作、编程、维修都比较方便。同时要注意，再好的系统，必须要有机床可靠的零件质量和装配质量支持，才能发挥效能。6.工作台功能选择 卧式加工中心有回转工作台。回转工作台有两种，用于分度的回转工作台和数控回转工作台。用于分度的回转工作台的分度定位间距有一定的限制，而且工作台只起分度与定位作用，在回转过程中不能参与切削。分度角有：0.5times;720、5times;72、3times;120 和 1times;360 等，须根据具体工件的加工要求选择。数控转台能够实现任意分度，作为 B 轴与其它轴联动控制。但必须根据实际需要确定，以经济、实用为目的。 7.自动换刀装置(ATC)和刀库容量选择 ATC 的工作质量和刀库容量直接影响机床的使用性能、质量及价格。 刀库容量以满足一个复杂加工零件对刀具的需要为原则。应根据典型工件的工艺分析算出加工零件所需的全部刀具数，由此来选择刀库容量。当要求的数量太大时，可适当分解工序，将一个工件分解为两个、三个工序加工，以减小刀库容量。同时要关注最大刀具尺寸、最大刀具重量。 ATC 的选择主要考虑换刀时间与可靠性。换刀时间短可提高生产率，但换刀时间短，一般换刀装置结构复杂、故障率高、成本高，过分强调换刀时间会使价格大幅度提高并使故障率上升。据统计加工中心的故障中约有 50%与 ATC有关，因此在满足使用要求的前提下，尽量选用可靠性高的 ATC，以降低故障率和整机成本。 8.冷却装置选择 冷却装置形式较多，部分带有全防护罩的加工中心配有大流量的淋浴式冷却装置，有的配有刀具内冷装置(通过主轴的刀具内冷方式或外接刀具内冷方式)，部分加工中心上述多种冷却方式均配置。精度较高、特殊材料或加工余量较大的零件，在加工过程中，必须充分冷却。否则，加工引起的热变形，将影响精度和生产效率。一般应根据工件、刀具及切削参数等实际情况进行选择。综合以上因素，机床选用型号 MC-800H 卧式加工中心，数控加工系统采用日本 FANUC-OMC 系统，机床的主要技术参数如下：工作台面积 mm 800800行程 mm 1250/1000/850主轴转速 rpm 标准 5000特殊 10000主轴直径 mm 110主轴孔锥度 NT.50进给速度 m/min 20、20、18/10主轴电机 kw 22刀库容量 40刀具选择方式 固定刀柄型式 BT50刀具长度 mm 550刀具重量 kg 25定位精度 mm 0.004重复定位精度 mm 0.002机床尺寸 mm 416565103530机器重量 T 234.1.3 加工刀具的选择加工中心使用的刀具为刀具组件，由刀具和刀柄两部分组成。刀具部分和通用刀具一样，如铣刀、钻头、铰刀、镗刀等。正确地选择和使用刀具对保证零件加工质量有着极其重要的作用。加工中心成本昂贵，应注意选用高性能刀具，充分发挥机床的效率，降低加工成本，提高加工精度。加工中心主轴转速较普通机床高 1-2 倍，且主轴输出功率较大。因此数控机床用刀具应具有较高的耐用度和刚度，刀具材料抗脆性要好，且有良好的断屑性能和可调易更换等特点。选择刀具材料时，一般尽可能选择硬质合金刀具，涂层刀具与立方氮化硼等刀具也广泛应用于加工中心，陶瓷刀具与金刚石刀具也开始在加工中心上运用。4.1.4 走刀路线的选择走刀路线又称加工路线，是指数控机床、加工中心在加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹。走刀路线的确定非常重要，它与工件的加工精度和粗糙度直接相关。走刀路线一确定，零件加工程序中各程序段的先后顺序也就确定了。1、点位控制及孔系加工走刀路线对于点位控制机床，只要求定位精度高，定位过程快，刀具相对于零件的运动路线无关紧要。为了充分发挥加工中心的工作效率，走刀路线应力求最短。对于位置精度要求较高的孔系零件，精镗孔系时，特别要注意镗孔路线应与各孔的定位方向要一致。2、铣削平面的走刀路线对于凹形槽封闭轮廓类零件，为了保证铣削凹形侧面时能达到图样要求的表面粗糙度，应一次走刀连续加工而成。铣削外轮廓表面时铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线切向切入和切出零件表面，而不应沿法向直接切入零件，以免加工表面留下刀痕。4.1.5 工件的装夹与定位加工中心是现代自动化加工单元。正确的装夹工件，对充分发挥加工中心的高精度、高效率起着重要的作用。加工中心加工采取工序集中原则，工件一次装夹，可连续、自动的完成铣削、钻削、扩孔、铰孔、镗孔及攻螺纹等粗、精加工，因此，工件的装夹需满足多刀、多面加工的要求。1、夹具的选择在加工中心上，夹具的任务除了与普通机床夹具一样的定位、夹紧外，还要以各个方向的定位面为参考基准，确定工件编程的原点。1） 、夹具应具有高的刚度和高的定位精度。2） 、为切削刀具运动留下足够的空间。3） 、装卸方便快捷，辅助时间段。4） 、保证工件的最小夹紧变形。5） 、保证工件的定位精度。6） 、注意机床主轴与工作台面之间的最小距离和刀具的装夹长度。7） 、优先使用组合夹具或柔性夹具。2、夹紧与安装工件的夹紧对加工精度有很大的影响。在考虑夹紧方案时，夹紧力应力求靠近主要支撑点上，或在支撑点所在的三角内，并力求靠近切削部位及刚好的地方，避免夹紧力落在工件的中空区域，尽量不要在被加工孔的上方。同时，必须保证最小的夹紧力变形。加工中心上既有粗加工，又有精加工。零件在粗加工时，切削力大，需要大的夹紧力，精加工时为了保证加工精度，减少压紧力变形，需要小的夹紧力。另外还要考虑到各个夹紧部件不要与加工部位和所用的刀具发生干涉。3、确定工件在机床工作台上的最佳位置卧式加工中心加工工件时，由于要进行多工位加工，工作台需带着工件旋转，要考虑工件（包括夹具）在机床工作台上的最佳位置，该位置是在技术装备过程中根据机床，考虑各种干涉情况，优化匹配各部位刀具长度而确定的。因此，在进行多工位零件的加工时，应综合计算各工位的各加工表面到机床主轴端面的距离，一选择最佳的刀具长度，提高工艺系统的刚性，从而保证加工精度。4.2 数控加工程序的编制数控程序的编制我采用计算机辅助编程软件 Master CAM，版本号为V9.0，在左牵引部箱体的主视图上选取了一些主要的行孔与槽进行数控镗削、钻削以及铣削加工。4.2.1 编程坐标图（如下：）以左侧耳环的中心为坐标原点进行数控程序的编制，底面焊工艺块为定位基准。4.2.2 刀具卡片刀具卡片刀具号 刀具类型 补偿量 备注说明T1 镗刀 H1 367T2 镗刀 H2 375T3 镗刀 H3 422T4 镗刀 H4 430T5 铣刀 H5 20T6 麻花钻 H6 10T7 麻花钻 H7 16T8 麻花钻 H8 20T9 镗刀 H9 68T10 麻花钻 H10 38T11 麻花钻 H11 30T12 镗刀 H12 60T13 镗刀 H13 62T14 镗刀 H14 65T15 镗刀 H15 70T16 镗刀 H16 82T17 镗刀 H17 904.2.3 加工程序及说明（程序单见附表 2）4.2.4 铣槽走刀路线图 铣（120100）槽第五章 工艺过程技术经济分析1.项目的研究意义依靠科技进步，发展高产高效综采工作面关键技术与装备，走生产集约化，大幅度提高工作面单产，是当今世界各主要产煤国家发展煤炭工业，增产提效的主要途径。自八十年代以来，各主要采煤国家都在积极开发和应用新型高效、大功率、高可靠性的采煤机，并都取得了良好的效果。建设一批高产，高效的现代化矿区采煤机在我国综合机械化采煤技术中起主导作用，对我国煤炭产业经济的发展具有重要的现实意义，从而促进国民经济的发展和社会的稳定。2.国内外的科技现状国外现状：为了提高工作面的单产，世界主要产煤国家的工作面主要设备之一-采煤机，大多采用多电机驱动，截割电机横轴布置的大功率电牵引采煤机，集机电一体化，性能完善，可靠性高，装机功率大。世界上具有代表性的几家采煤机生产公司如美国的久益；日本的三井三池；德国的艾柯夫；英国的安德森等先后都推出了各种型号的适合中厚和厚煤层的采煤机，且性能日趋完善，装机功率越来越大，生产能力越来越强。但对于较薄煤层大功率采煤机的开发却很少。国内现状：我国薄煤层资源丰富，分布面广，而且煤质好。据统计全国薄煤层的储量占全部可采储量的 21。许多煤区有大量的解放层也急待开发。因此，搞好薄煤层采煤机械化，提高薄煤层的生产效率，已成为我国能源工业的重要任务。根据现状，我国的采煤机生产中，中厚和厚煤层采煤机的发展突飞猛进，日新月异，基本上达到了九十年代的国际先进水平。根据现在国内外采煤机发展趋势和用户的强烈要求，针对上述情况，需开发一种功率大、性能先进可靠性高的用于高档普采工作面，并兼顾综采的多电机横向布置，多点驱动的机内载电牵引采煤机，采高范围 1.93.8 米,机面高度在 0.85 米左右,最小过机间隙 0.15 米,最小过煤高度 0.28 米,煤质硬度在 4 左右，煤层倾角不大于40。3.经济效益与社会效益预算该型采煤机用于较薄煤层高档普采或综采工作面，而该种工作面大多为解放层。根据我国煤炭资源战略，节约煤炭资源，提高煤炭的回采率和煤炭质量，其社会效益是显而易见的。因此开发此采煤机市场前景非常广阔，无论对煤炭企业还是采煤机生产企业都具有很好的社会效益和经济效益。单位：万元年份 项目2005 2006 2007 2008 2009 合计生产台数 3 5 10 15 15 48单 价 280 280 280 280 280产值 总 值 840 1400 2800 4200 4200 13440利润（14%）117.6 196 392 588 588 1881.6税金（10%）84 140 280 420 420 1344利税总 值 201.6 336 672 1008 1008 3225.64、项目资金1） 、总资金包括以下内容 单位： 万元（1）调研、咨询、协作费用 10（2）攻关费用 70（3）电机开发费用 60（4）样机试制费用 2200=400（5）设备改造费用 20（6）试验费用 40（7）不可预见费用 10总计 6102） 、年度资金使用预算2004 年 1602006 年 4505、项目承担本项目由鸡西煤矿机械有限公司和平煤集团共同承担，由鸡西煤矿机械有限公司采煤机研究所设计，鸡西煤矿机械有限公司试制，平煤集团做井下工业性试验。6、国产化程度MG132/320-W 型采煤机加工件均由鸡西煤机厂自行生产，液压件、电气件（除变频器主要电气元件外） 、其它标准件均由国内定点专业生产厂配套。综上，目前随着煤炭工业的发展和煤炭开采技术的进步，特别是新的采煤方法的出现，煤矿对采煤工作面的技术性能、质量和使用可靠性的要求也越来越高，该型采煤机用于较薄煤层高档普采或综采工作面，而该种工作面大多为解放层。根据我国煤炭资源战略，节约煤炭资源，提高煤炭的回采率和煤炭质量，其社会效益是显而易见的。而作为采煤机重要工作机构的牵引部，其机壳加工工艺的改进及其数控程序编制不仅能大大降低生产成本，更能极大的提高采煤机的使用性能，这些都必将为企业带来可观的经济效益和社会效益。第六章 绿色设计与生产1、绿色设计产生的背景自 20 世纪 70 年代以来，工业污染所导致全球性环境恶化达到了前所未有的程度，生态危机日益严重，人们不得不重视这种环境污染的现实。在工业发达国家，产品的绿色标志制度相继建立，凡标有“绿色标志”的产品，表明该产品从生产到使用、回收的整个过程符合环境保护要求，对生态环境无害或危害极小，可以实现资源的再生与回收，这中产品大大地提高了在国际市场的竞争力。与经济发达国家相比，我国工业的技术水平还有较大的差距，工业产品还存在着资源和原料消耗大、环境污染严重、国际市场竞争能力相对较弱等问题。为了解决上述问题的可行途径，就是通过绿色设计与绿色制造技术，大力发展绿色产品，尽可能减少对环境的污染和资源的浪费，全面提高产品的竞争力。2、绿色设计原则1） 、资源利用最佳原则2） 、能量消耗最少原则3） 、 “零污染”原则4） 、 “零损害”原则5） 、技术先进原则6） 、生态经济效益最佳原则人类社会的发展，特别是工业化进程的推进和城市化规模的扩大，造成环境污染、生态破坏、资源枯竭，已经严重危及人类的生存和可持续发展。未来产品设计中应着眼于设计出健康、保健、安全和易于操作的设备或产品，使这些设备或产品的零部件易于取代和重复使用，尽量节约资源和能源，减少对环境的污染。绿色设计顺应了历史发展趋势，强调了资源的有效利用，减少废弃物排放，追求生命周期中对环境污染的最小化，对生态环境的无害化。所以采煤机在整个生产周期中应遵循绿色生产原则，减少对环境的污染；在使用环节中对煤炭资源达到合理的开采，走可持续发展的道路。第 7 章 专题论文高速加工技术在模具工业的应用摘要：本文介绍高速加工技术的主要特点，论述用于模具工业的高速机床、高速刀具和高速 CAD/CAM 系统等关键技术，列举一些应用实例和使用效果，指出高速加工技术在模具工业中广阔的应用前景。关键词 ： 高速加工 高速机床 高速刀具正文：模具是制造业中使用量大、影响面广的工具产品。没有型腔模、压铸模、铸模、深拉模和冲压模，就无法生产出被广泛应用和具有竞争价格的塑料件、合金压铸件、钢板件和锻件。在现代批量生产中，没有高水平的模具，就没有高质量的产品，它对企业提高生产效率、降低生产成本也有重要的作用。据国外最新统计分析，金属零件粗加工的 75%、精加工的 50%和塑料零件的 90%是用模具加工完成的。因此，模具工业也被称为“皇冠工业”。如今，模具制造已成为先进制造技术的一个重要组成部分。 制造模具的材料通常是一类难加工材料，目前国内模具型腔一般都釆用电火花加工（EDM）成型。但电加工的生产效率很低，不论在模具开发速度方面还是模具制造质量方面，都不能满足现代批量生产的要求。 高速加工技术的出现，为模具制造技术开辟了一条崭新的道路。尽可能用高速加工来代替电加工，是加快模具开发速度、提高模具制造质量的必然趋势。模具高速加工的优越性 不论是冲压模具还是塑料模具（包括注射模、挤压模、吹塑模等），为了提高其使用寿命，构成模具型腔的有关零件一般都用高强度的耐磨材料制造（如各种牌号的合金结构钢、合金工具钢和不锈钢等），这些材料经过热处理後硬度很高，很难用常规的机械加工方法进行加工。几十年来，对付这类难加工材料的最好办法就是釆用特种加工。 在中国，模具的型腔加工至今仍然是电火花加工一统天下，电火花加工（包括成形加工和线切割）在模具制造中一直起着十分重要的作用。 生产的发展和产品更新换代速度的加快，对模具的生产效率和制造质量提出了越来越高的要求，于是电火花加工存在的问题就逐渐暴露出来。从物理本质上说，电火花加工是一种靠放电烧蚀的“微切削”工艺，加工过程非常之缓慢；在电火花对工件表面进行局部高温放电烧蚀过程中，工件材料表面的物理-机械性能会受到一定程度的损伤，常常会在型腔表面产生微细裂纹，表面粗糙度也达不到模具的要求，因而经过电加工後的型腔类零件一般还要进行费力、费时的手工研磨和抛光。因此，电火花加工的生产效率很低，制造质量不稳定，在许多场合，模具已成为影响新产品开发速度的一个关键因素。 20 世纪 90 年代以来，在国外模具工业中开始逐渐应用高速切削 (HSC)方法进行型腔的加工，并且取得了很好的效果。和电火花加工相比，高速加工的主要优点是： （1）产品质量好 高速切削以高于常规切速 10 倍左右的切削速度对零件进行高速加工，毛坯材料的馀量还来不及充分变形就在瞬间被切离工件，工件表面的残馀应力非常小；切削过程中产生的绝大多数热量（95%以上）被切屑迅速带走，工件的热变形小；高速加工过程中，机床主轴以极高的转速（1000080000 r/min）运转，激振频率远远离开了 “机床刀具工件”系统的固有频率范围，零件加工过程平稳无冲击。因此零件的加工精度高，表面质量好，粗糙度可达 Ra 0.6m 以上。经过高速铣削的型腔，表面质量能达到磨削的水平，故常常可省去後续的许多精加工工序。 （2）生产效率高 用高速加工中心或高速铣床加工模具，可以在工件一次装夹中，完成型腔的粗、精加工和模具零件其它部位的机械加工，即所谓“一次过”技术（One Pass Machining），切削速度很高，加工过程本身的效率比电加工要高出好几倍。除此以外，它既不要做电极，常常也不需要後续的手工研磨与抛光，又容易实现加工过程自动化。因此，高速加工技术的应用，使模具的开发速度大为提高。 （3）能加工形状复杂的硬质零件和薄壁零件由高速切削机理可知，高速切削时，切削力大为减少，切削过程变得比较轻松。高速切削可以加工淬火钢，材料硬度可高达 60HRC 以上，加工过程甚至可以不用切削液，这就是所谓的硬切削（Hard Machining）和乾切削(Dry Machining)。尤其可贵的是，在高速加工中，横向切削力（Py）很小，这就有利于加工复杂模具型腔中一些细筋和薄壁，其壁厚甚至可以小于 1mm。图 1 所示为高速加工方法加工出的零件，其各个薄壁的壁厚分别为 0.2mm、0.3mm 和 0.4mm，薄壁高度为20mm。 高速加工制造薄壁零件近几年来，高速加工技术在国外已广泛用于模具工业。在工业发达国家，据统计目前有 85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工在国际模具制造工艺中的主流地位已经确立。原来一些从事电加工设备制造的着名公司（如瑞士 Agie 公司），已敏感地看到这一技术发展趋势，为了不被模具设备巿场淘汰出局，已釆取了与高速机床制造厂家（如瑞士Mikron）联手合并的措施。 模具工业中的高速机床 对模具工业中使用的高速机床主要有下列要求： （1）主轴转速高、功率大为了适应模具型腔曲面的高速加工，刀具的半径应小于型腔曲面的最小圆角半径，以免加工过程中刀具与工件发生“干涉”（实际上是过切），所以加工中常用小直径的球头铣刀。由于刀具直径小（112mm），因此要求主轴的转速非常高，有的高达 20000-80000 r/min，以便实现高速切削；型腔的粗、精加工常常在工件一次装夹中完成，故主轴功率要大，中等尺寸加工中心的主轴功率常为 10KW 到 40KW，有的甚至更高。（2）机床刚度好 模具材料的强度和硬度都很高，加上常常釆用伸长量较大的小直径端铣刀加工模具型腔，因此加工过程容易发生颤振，一般都釆用精度高、刚度大的高速电主轴。为了确保零件的加工精度和表面质量，用于模具制造的高速机床必须有很高的静、动