基于PROE的立式雙軸缸孔半精鏜機床總體及刀具設(shè)計【說明書+CAD+PROE】

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9、精鏜孔； 10、鉆左、右、后面的孔； 11、攻絲。 本道加工工序是第 8 道工序，其加工內(nèi)容是： 半精鏜 孔,深 10，表面粗糙度為 3.207.416m 孔,深 10.3，表面粗糙度為 3.2.0 孔,深 1245 倒角 ,深 5.69. 半精鏜 ,深 21.4，表面粗糙度為 3.2087.41 2.1.2 定位基準的選擇 組合機床是針對某種零件或零件某道工序設(shè)計的。正確選擇定位基準，是確保 加工精度的重要條件，同時也有利于實現(xiàn)最大限度的集中工序。 “一面雙孔”的定位方法，其特點是： 5 A.可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 B.有同時加工零件五個表面的可能，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，使零件整 個工藝過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉(zhuǎn)換帶來的累積誤差，有利于保證零件的加 工精度。同時，使機床各個工序（工位）的許多部件實現(xiàn)通用化，有利于縮短設(shè)計、 制造周期，降低成本。 D.易于實現(xiàn)自動化定位、夾緊，并有利于防止切削落于定位基面上。 本機床加工時采用的是一面兩銷的定位方式。即一面是缸體底面，限制了三 個方向的自由度；圓柱銷限制了兩個方向的自由度；菱形銷限制了一個方向的自由 度。通過一個平面和兩個定位銷限制其六個自由度，這樣工件的 6 個自由度被完全 約束了也就得到了完全的定位。 E.由于主軸是液壓控制，因此，夾具也通過液壓來驅(qū)動，能達到集中控制的要 求，對被加工零件的四個角進行加緊，有效的保證了加工精度。 2.1.3 機床配置型式的選擇 根據(jù)選定的工藝方案確定機床的配置型式，并定出影響機床總體布局和技術(shù)性 能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。既要考慮能實現(xiàn)工藝方案，以確保零件的精度、技術(shù)要 求及生產(chǎn)率，又要考慮機床操作方便可靠，易于維修，且潤滑、冷卻、排屑情況良 好。對同一個零件的加工，可能會有各種不同的工藝方案和機床配置方案，在最后 決定采取哪種方案時，絕不能草率，要全面地看問題，綜合分析各方面的情況，進 行多種方案的對比，從中選擇最佳方案。 各種形式的單工位組合機床，具有固定式夾具，通?？砂惭b一個工件，特別適 用于大、中型箱體類零件的加工。根據(jù)配置動力部件的型式和數(shù)量，這種機床可分 為單面、多面復(fù)合式。利用多軸箱同時從幾個方面對工件進行加工。但其機動時間 不能與輔助時間重合，因而生產(chǎn)率比多工位機床低。 機床的配置型式主要有臥式和立式兩種。臥式組合機床床身由滑座、側(cè)底座及 中間底座組合而成。其優(yōu)點是加工和裝配工藝性好，無漏油現(xiàn)象；同時，安裝、調(diào) 試與運輸也都比較方便；而且，機床重心較低，有利于減小振動。其缺點是削弱了 床身的剛性，占地面積大。立式組合機床床身由滑座、立柱及立柱底座組成。其優(yōu) 點是占地面積小，自由度大，操作方便。其缺點是機床重心高，振動大。 在認真分析了被加工零件的結(jié)構(gòu)特點及所選擇的加工工藝方案，又由組合機床 的特點及適應(yīng)性，確定設(shè)計的組合機床的配置型式為多工位立式半精鏜組合機床。 2.1.4 滑臺型式的選擇 本組合機床采用的是液壓滑臺。與機械滑臺相比較，液壓滑臺具有如下優(yōu)點： 零件損失小，使用壽命長，在相當大的范圍內(nèi)進給量可以無級調(diào)速；可以獲得較大 的進給力；工藝上要求多次進給時，通過液壓換向閥，很容易實現(xiàn)；過載保護簡單 可靠；由行程調(diào)速閥來控制滑臺的快進轉(zhuǎn)工進，轉(zhuǎn)換精度高，工作可靠。 基于 PROE 平臺的立式雙軸缸孔半精鏜機床總體及刀具設(shè)計 6 本課題的 JD490 柴油機機體上的 4 個缸孔的加工，位置精度和尺寸精度要求較 高，剛度高、熱變形小、進給穩(wěn)定性高，因此采用液壓滑臺。 2.1.5 中間底座的選擇 中間底座其頂面安裝夾具或輸送部件，側(cè)面可與側(cè)底座相連接，并通過斷面鍵 或定位銷定位。根據(jù)機床配置形式不同，中間底座有多種形式， ?？傊?，中間 底座的結(jié)構(gòu)、尺寸需要根據(jù)工件的大小、形狀以及組合機床的配置形式來確定。因 此，中間底座一般按專用部件進行設(shè)計，但為了不致使組合機床的外廓尺寸過分繁 多中間底座可參照表 2-1： 表 2-1 中間底座主要尺寸 （mm） 中間底座 長 中間底座寬 800 500 560 630 710 800 900 _ 1000 _ _ 630 710 800 900 1000 1250 _ _ _ 710 800 900 1000 1250 _ _ _ 710 800 900 1000 2.2 切削用量及選擇刀具的確定 2.2.1 選擇切削用量 對于半精鏜 5 個被加工孔，采用查表法選擇切削用量，從文獻1P.132 表 6-15 中選取。鏜孔深度較大時，由于冷卻排屑條件都較差，使刀具壽命有所降低。降低 切削速度主要是為了提高刀具壽命，并使加工較深孔時鏜刀的的壽命與加工其他淺 孔時鏜刀的壽命比較接近。 復(fù)合刀具切削用量選擇應(yīng)考慮刀具的使用壽命。保證刀具應(yīng)有的使用壽命，進 給量按復(fù)合刀具最小直徑選擇，切削速度按復(fù)合刀具最大直徑選擇。對整體的復(fù)合 刀具，往往強度較低，故切削用量應(yīng)選對稍低些。 另外，選擇切削用量時還要保證生產(chǎn)批量要求，也要保證刀具一定的耐用度。 組合機床切削用量選擇通常要求刀具耐用度不低于一個工作班，最少不低于 4h。 確定切削用量時，還需考慮所選動力滑臺的性能。使用液壓滑臺時，選擇每分 鐘進給量應(yīng)比該滑臺最小工進速度大 50%，否則會受溫度和其他原因?qū)е逻M給不穩(wěn) 定。 切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度、生產(chǎn)率、刀具耐用度、機床 的布局形式及正常工作均有很大影響。組合機床多軸箱上所有的刀具共用一個進給 系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺。查文獻1得硬度 HB187-251 時，高速鋼鉆頭的切削 用量如表 2-2 7 表 2-2 鏜孔切削用量 鑄鐵工序 刀具材料 )min(1v)(1rmf轉(zhuǎn) 高速鋼 20-35 0.1-0.3半精鏜 硬質(zhì)合金 70-90 0.15-0.45 先以刀具來選擇較合理的轉(zhuǎn)速 n 和每轉(zhuǎn)進給量 f ，選擇合理的切削速度。切削速 度 v 的公式如下： （1-10dn 1） A. 1、3 缸孔的切削用量選擇如下： a) 半精鏜 孔,深 10087.46 由 ，硬度大于 187251HBS，選擇 ，15d min/907v ，又 ，初選 ，rmf/.015.md4.6 rfrn3.in,/.236 則由式 得： )(i/.81n b) 半精鏜 孔,深 10.307.4 min/.82v c) 半精鏜 孔,深 12415 i/. d) 倒角 ,深 5.6904 in/.8v e) 半精鏜 ,深 21.4087.1 mi/4. B. 2、4 缸孔的切削用量選擇如上 2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率的計算 根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度 v 及進給量 f） ，確定進給力，作為選擇 動力滑臺及夾具設(shè)計的依據(jù)；確定切削轉(zhuǎn)矩，用以確定主軸及其他傳動件的尺寸； 基于 PROE 平臺的立式雙軸缸孔半精鏜機床總體及刀具設(shè)計 8 確定切削功率，用作選擇主傳動電機功率；確定刀具耐用度，用以驗證所選用量或 刀具是否合理。 根據(jù)文獻1P.134 表 6-20 中公式： （2-5.07.4.5HBfaFpz 2） （2-1.65.0.fpx 3） （2-5.07.2HBfDaTp 4） （2-6120vFzP 5） 4.maxf 式中， 圓周力（） 軸向切削力（）zFxF 切削轉(zhuǎn)矩（ ） 切削功率（ ）TmNPkw in)/(v切 削 速 度 )/(rmf進 給 量 D加 工 直 徑 ap切 削 深 度 HB-布氏硬度， ，本設(shè)計中，)(minax31maxHBBH20,87,251inmaxB得 A. 由以上公式可得，半精鏜 孔,深 1087.416 NHBfFpz 2.4173.54. 5.050.075. ax 6210 .6.2.11.6. mfDTp .30.04.7.7.25 5.755.07. kwPvFz 9.6120.84610 B. 半精鏜 孔 ,深 10.37. NHBfapz 6.414.55.0. 9 NHBfaFpx 15751.0.65.0 mDT23972.7. kwPvFz.610 C. 半精鏜 孔,深 1245NHBfapz 2.1454.5.07.Fx 310.6. mfDTp 967.255.07.kwPvFz8.610 D. 倒角 ,深 5.694NHBfapz 4.23.55.07.Fx101.6.mfDTp 7.25.07.kwPvFz.3610 E. 半精鏜 ,深 21.4087.49NHBfapz 5.55.Fx 368101.6.0mfDTp 427.25.7.kwPvFz8.610 2.2.3 刀具結(jié)構(gòu)的選擇 A. 正確選擇刀具結(jié)構(gòu)，對保證組合機床正常工作極為重要。根據(jù)工藝要求和 加工精度不同，常用刀具有一般刀具、復(fù)合刀具及特種刀具等。 B. 為了提高工序集中程度或保證加工精度，采用先后加工或同時加工兩個或 兩個以上便面的復(fù)合刀具。但應(yīng)采用組裝式結(jié)構(gòu)，就是裝幾把鏜刀的鏜桿。整體式 復(fù)合刀具制造刃磨較為困難，刀體不能重復(fù)使用，成本高。 C. 采用鏜刀的原則：除孔面不連續(xù)，鏜削時容易產(chǎn)生振動，影響孔的圓度； 基于 PROE 平臺的立式雙軸缸孔半精鏜機床總體及刀具設(shè)計 10 在機床上對刀不方便；加工孔徑小于 mm 且要求較高的同心孔系外，應(yīng)優(yōu)先選用40 鏜削工藝。鏜刀制造刃磨簡便，特別對不通孔、高精度孔、孔中心線直線度和位置 度要求較嚴格的孔，采用精密鏜削比較重要。 組合機床大多采用裝在鏜桿上的硬質(zhì)合金鏜刀頭（塊）進行鏜孔。鏜桿直徑 和鏜刀頭界面尺寸一般根據(jù)鏜孔直徑按表 2-3 選擇。 表 2-3 鏜孔、鏜桿直徑和鏜刀截面 （mm） 鏜孔直徑 D 30-40 42-50 50-70 70-90 90-100 鏜桿直徑 d 20-30 30-40 40-50 50-65 65-90 鏜刀方截面 BXB 8x8 10 x10 12x12 16x16 20 x20 鏜刀圓截面直徑 d 8-10 10-12 12-16 18-20 18-20 根據(jù)加工精度、工件材料、工件條件、技術(shù)要求等進行分析，按照經(jīng)濟地滿足 加工要求的原則，合理地選擇刀具。只要所選工藝方案可以采用剛性較好的鏜桿， 還是采用鏜削方法，這是因為鏜刀制造簡單，刃磨方便。 當被加工孔直徑在40mm以上時，組合機床上多采用鏜削加工，其加工精度可 高達1-2級。 直徑小于40mm時，選用鉆削方法，鉆頭選用高速鋼修磨棱帶及橫刃鉆頭。 由于本道工序所要加工的孔的直徑均大于100mm，故選用鏜削方法，刀具采 用復(fù)合刀具，刀片材料為硬質(zhì)合金，刀桿材料為40Cr。 2.3 三圖一卡設(shè)計 繪制組合機床“三圖一卡” ，就是針對具體零件，在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的 基礎(chǔ)上，進行組合機床的總體方案文件設(shè)計。其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖、 加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和編制生產(chǎn)率計算卡等。 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)計的組合機床（或自動線） 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、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前加工余量、毛坯 或半成品情況的圖樣。除了設(shè)計研制合同外，它是組合機床設(shè)計的具體依據(jù)，也是 制造、使用、調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件。 2.3.1.1 繪制被加工零件工序圖時的注意事項： A. 加工部位的輪廓用粗實線突出應(yīng)且加工部位尺寸應(yīng)加方框標注； B. 加工部位的位置尺寸應(yīng)與定位基準直接發(fā)生關(guān)系； 11 C. 鏜階梯孔時，其大孔單邊余量應(yīng)小于相鄰兩空半徑之差，以便鏜刀能夠通 過。 本組合機床以柴油機機體為加工對象進行設(shè)計，對工序圖簡要說明及與本機床 設(shè)計有關(guān)的技術(shù)指標如下： a) 定位方法：采用的是“一面兩銷”定位法； 圖中符號 b) 圖中符號： 夾緊點 定位基面 c) 名稱及編號：柴油機機體缸孔 d) 零件材料：HT250； e) 零件硬度： ；25187HB f) 本機床需要保證的加工尺寸有： 半精鏜 孔,深 10； 孔,深 10.3； 孔,深 1240.416087.415 倒角 ,深 5.6；半精鏜 ,深 21.49. .09 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、刀具等機床各部件 間的相對位置關(guān)系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。 本道工序的加工順序為：鏜刀桿快進 40mm 到達工作位置，然后工進 22mm 最下 面一把刀鏜 110.4 的孔，工進完成后鏜刀桿快進 42mm 使掃鏜刀和倒角刀到達工 作位置，鏜刀桿工進 115mm 時掃內(nèi)腔，工進 9mm 時止口刀工作，在掃內(nèi)腔的同時鏜 孔刀工作。死擋板停留時倒角刀工作。 A. 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇 由于采用剛性主軸(鏜桿)，故不選用導(dǎo)向機構(gòu)。 B. 確定主軸、尺寸、外伸尺寸 在該課題中，主軸用于鏜孔，鏜孔選用圓柱滾子軸承主軸。 根據(jù)由選定的切削用量計算得到的切削轉(zhuǎn)矩T，由文獻12表4-3公式計算主軸 （2-410TBd 6） 式中 d軸的直徑（）； T軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（Nm）； B系數(shù)，本課題中鏜孔主軸為剛性主軸，取B=7.3。 由公式可得： md30 根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑，文獻12的44頁表3-6可得到主軸外伸尺寸 及接桿莫氏圓錐號。滾錐主軸軸徑d=40時，主軸外伸尺寸為： D/d1=67/48,L=75。滾錐主軸軸徑d=60時，主軸外伸尺寸為： D/d1=90/60,L=75。 C. 選擇接桿、浮動卡頭 基于 PROE 平臺的立式雙軸缸孔半精鏜機床總體及刀具設(shè)計 12 由于采用剛性主軸，因此不選用接桿和浮動卡頭。 D. 動力部件工作循環(huán)及行程的確定 a） 工作進給長度 的確定工L 工作進給長度 ，應(yīng)等于加工部位長度L（多軸加工時按最長孔計算）與刀具工 切入長度 和切出長度 之和。即12 （2-321工 7） 由于采用復(fù)合刀具，根據(jù)工件端面的誤差情況，取切入長度為 1.7mm,切出長度 取 0mm。 I 工進長度的確定：鏜 110.4 孔切入長度 L1取 1.7mm，切出長度為 0mm，所以 =1.7+20.3+0=22mm。1進工L II 工進長度的確定：鏜 115 孔時切入長度 L1可取 9mm，切出長度為 0mm，所 以 =9+106+0=115mm。2進工 III 工進長度的確定：鏜 110.4 孔切入長度 L1取 1mm，切出長度為 0mm，所以 =1+8+0=9mm。3進工L b） 快速進給長度的確定 快速進給是指動力部件把刀具送到工作進給位置。選定刀具的快速進給長度分 別為40mm和42mm。 c） 快速退回長度的確定 快速退回長度等于快速進給和工作進給長度之和。由已確定的快速進給和工作 進給長度可知，快速退回長度為228。 d） 動力部件總行程的確定 動力部件的總行程除了滿足工作循環(huán)向前和向后所需的行程外，還要考慮因刀 具磨損或補償制造、安裝誤差，動力部件能夠向前調(diào)節(jié)的距離（即前備量）和刀具 裝卸以及刀具從主軸孔中取出時，動力部件需后退的距離（即后備量）。因此，動 力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。 根據(jù)本組合機床和加工零件的特點，確定前后備量分別為20mm和152mm。 動力部件的總行程為400mm。 加工示意圖見附圖。 2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 A. 選擇動力部件 a) 動力滑臺型號的選擇 根據(jù)選定的切削用量計算得到的主軸的進給力。 實際上,為克服滑臺移動引起的摩擦阻力，動力滑臺的進給力應(yīng)大于進給力。 又考慮到所需的最小進給速度、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，由文獻12表5-1，選用液壓滑臺1HY50型，臺面寬500mm，臺面 長1000mm，允許最大進給力為32000N；其相應(yīng)的側(cè)底座型號分為 13 1CC501、1CC501、1CC501。選用移位滑臺1HY50型，臺面寬500mm，臺面長 1000mm，允許最大進給力為32000N；其相應(yīng)的側(cè)底座型號分為 1CC501、1CC501、1CC501。 b) 確定機床裝料高度H 裝料高度是指機床上工件的定位基準面到地面的垂直距離。綜合各方面因素， 該組合機床裝料高度取H=1195。 c) 確定夾具輪廓尺寸 夾具是用于定位和夾緊工件的，所以工件輪廓尺寸和形狀是確定夾具輪廓尺寸 的依據(jù)，由于加工示意圖中對工件和靠模桿的距離，以及導(dǎo)套尺寸都作了規(guī)定，掌 握了以上尺寸后，確定夾具總長尺寸A，A=710 mm。夾具底座高度應(yīng)視夾具大小而 定，既要求保證有足夠的剛性，又要考慮工件的裝料高度，一般夾具底座高度不小 于240mm。根據(jù)具體情況，本夾具底座取高度為300mm。 d) 確定中間底座尺寸 中間底座的輪廓尺寸，在長寬方向應(yīng)滿足夾具的安裝需要。它在加工方向的尺 寸，實際已由加工示意圖所確定，圖中已規(guī)定了機床在加工終了時工件端面至鏜削 頭下端面的距離。由此，根據(jù)選定的動力箱、滑臺、側(cè)底座等標準的位置關(guān)系，并 考慮滑臺的前備量，通過尺寸鏈就可以計算確定中間底座加工方向的尺寸。算出的 長度通常應(yīng)圓整，并按R20優(yōu)選數(shù)系選用。當加工終了時，鏜削頭與夾具體輪廓間 應(yīng)有足夠的距離，以便于調(diào)整和維修，并留有一定的前備量(20mm)。 確定中間底座的高度方向尺寸時，應(yīng)注意機床的剛性要求、冷卻排屑系統(tǒng)要求 以及側(cè)底座連接尺寸要求。 綜上所述，選定中間底座尺寸-長：1680mm； 寬：970mm； 高：420mm。 機床聯(lián)系尺寸總圖見附圖。 B. 動力箱型號的選擇 由切削用量計算得到的各主軸的切削功率的總和 ，根據(jù)文獻12的47頁公切 削P 式計算： （2-切 削鏜 削 頭 P 8） 式中 消耗于各主軸的切削功率的總和（Kw）；切 削P 多軸箱的傳動效率,加工黑色金屬時取0.80.9，加工有色金屬時取 0.70.8；主軸數(shù)多、傳動復(fù)雜時取小值，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，故取 5。8.0 =0.45+0.43+0.45+0.42=1.75KW切 削 則 KWP6.285.071切 削鏜 削 頭 根據(jù)液壓滑臺的配套要求，滑臺額定功率應(yīng)大于電機功率的原則，查文獻12 表5-38得出動力箱及電動機的型號,見表2-3。 基于 PROE 平臺的立式雙軸缸孔半精鏜機床總體及刀具設(shè)計 14 表2-3 動力箱及電動機的型號 動力箱型號 電動機型號 電動機功率 (Kw) 電動機轉(zhuǎn)速 (r/min) 輸出軸轉(zhuǎn)速 (r/min) 鏜削頭 1TD50 Y132M-8B3(2) 3.0 710 480 C. 配套通用部件的選擇 側(cè)底座1CC501型號，其高度H=560mm，寬度B=600mm，長度L=1350mm。 2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡 生產(chǎn)率計算卡是反映機床生產(chǎn)節(jié)拍或?qū)嶋H生產(chǎn)率和切削用量、動作時間、生產(chǎn) 綱領(lǐng)及負荷率等關(guān)系的技術(shù)文件。 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）所要求的機床生產(chǎn)率。 用組合機床設(shè)計簡明手冊P.51 公式 （2-ktA 9） 計算，式中， N年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件） ，本課題中 N=40000 件； 全年工時總數(shù)，本課題以兩班制計算，則kt htk460 則 htAQk/7.8460件 B. 實際生產(chǎn)率 Q1（件/h） 實際生產(chǎn)率是指所設(shè)計的機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。即公式1P.51 （2-10）單TQ601 式中， 生產(chǎn)一個零件所需時間（min） 。T單 則 hQ/35.1079.601件單 C. 機床負荷率 負 機床負荷率為理性鄉(xiāng)生產(chǎn)率與實際生產(chǎn)率之比。即公式1P.52 （2-11） 1Q負 15 則 %8435.107Q負 生產(chǎn)率計算卡見表 2-2。 表 2-4 生產(chǎn)率計算卡 圖號 JD490-004 毛坯種類 鑄件 名稱 柴油機機體 毛坯重量被加工零件 材料 HT250 硬度 187251HBS 工序名稱 半精鏜缸孔 工序號 工時(min) 序 號 工步 名稱 被 加 工 零 件 數(shù) 量 加工 直徑 (mm) 加工 長度 (mm) 工作 行程 (mm) 切削 速度 (m/ min) 每分 鐘轉(zhuǎn) 速 (r/ min) 進給 量 (mm/r ) 進給 速度 (mm /min) 機加工 時間 輔助 時間 共計 1 裝卸工件 1 0.6 0.6 2 滑臺快進 40 40 0.03 多軸箱工進 （鏜孔 1) 116.4 10 22 86.6 236.7 0.34 80 0.275 0.275 多軸箱工進 (鏜孔 2) 110.4 10.3 82.1 0.34 80 滑臺快進 42 42 0.03 多軸箱工進 (鏜孔 3) 115 124 115 85.5 0.34 80 1.4375 1.4375 多軸箱工進 109.4 21.4 81.4 0.34 80 基于 PROE 平臺的立式雙軸缸孔半精鏜機床總體及刀具設(shè)計 16 （鏜孔 4） 多軸箱 工進 （倒角） 114.5 5.6 9 85.4 0.17 40 0.225 0.225 橫走刀 0.5 滑臺快退 228 228 0.04 滑臺移位 120 120 0.06 3 重復(fù)以上工序 2 2.5975 總計 5.795min 單件工時 5.795min 機床生產(chǎn)率 10.35 件/h 備 注 裝卸工件時間取決于操作者熟練程度,本機床計算時取 0.6min 機床負荷率 84% 3. 組合鏜刀設(shè)計 3.1 刀具設(shè)計概述 3.1.1 金屬切削刀具的發(fā)展 機械制造業(yè)在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位，是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一。 金屬切削加工是機械制造業(yè)中運用最廣泛的一種加工方法，占機械制造總工作量的 50%以上，而金屬切削刀具則是其中不可缺少的重要工具之一。 實踐證明，刀具的更新可以成倍、數(shù)十倍地提高生產(chǎn)率。因此，我們必須隨時 的研究設(shè)計更好的刀具，在此基礎(chǔ)之上，研究新型的刀具材料成了整個刀具設(shè)計的 重中之重，不斷采用新工藝、新技術(shù)、新材料是機械制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，這里要特 別指出，刀具材料的研制，新型刀具材料，新型刀具結(jié)構(gòu)及新的加工方法，對切削 加工技術(shù)，尤其對金屬切削刀具的發(fā)展起著決定性的作用。 3.1.2 刀具使用和設(shè)計中需注意的問題 A.選擇合理的刀具類型 B.選擇合理的切削方式 C.選擇合理的幾何參數(shù) D.設(shè)計正確的刀刃輪廓 17 E.合理處理好容屑、排屑、剛度的關(guān)系 F.考慮刀具的刃磨或重磨 G.合理選擇刀具的結(jié)構(gòu)形式及有關(guān)尺寸 3.2 組合鏜刀工作原理 圖 3.1 組合鏜刀總成圖 工作原理：由上圖可知，由液壓驅(qū)動裝置帶動組合鏜刀箱下快速移動，當最下 面的刀片接觸到工件時，進行工進切削加工，向下切削到 27mm 時，推桿 9 向下移 動，齒塊 5 與推桿 9 通過齒的嚙合，從而帶動滑塊的徑向移動，刀具掃 內(nèi)腔，15 當掃內(nèi)腔刀具切削深度達到 62mm 位置時，加工孔 的刀具進行切削，刀具主4.10 軸繼續(xù)工進，加工深度達到 10.3mm 時，加工 孔刀具工作，加工深度 10mm，6 所有要求達成，為了保證加工表面的加工精度，刀具在該位置旋轉(zhuǎn) 5-8 轉(zhuǎn)，然后再 由液壓控制裝置控制主軸的回升。 基于 PROE 平臺的立式雙軸缸孔半精鏜機床總體及刀具設(shè)計 18 圖 3.2 立滑臺工作循環(huán)圖 3.3 推桿與滑塊的工作原理 3.1.1 推桿與滑塊的設(shè)計原因 從 JD490 型缸體工序圖可以看出，其中有一部分的切削加工不同于其他普通的 階梯孔加工，它的孔徑不是一次增大，而要進行掃內(nèi)腔和倒角的工作，一般的普通 組合鏜刀是很難滿足該要求的。因此，設(shè)計一把合理的刀具成了這次設(shè)計的主要任 務(wù)，而內(nèi)部的徑向進給機構(gòu)的設(shè)計成了該設(shè)計的難點。經(jīng)過一定的理論論證，決定 采用推桿與滑塊機構(gòu)來實現(xiàn)該運動。 3.2.2 工作原理 19 圖 3.3 工作原理圖 推桿在液壓驅(qū)動裝置的控制向下移動，從而帶動齒塊的徑向移動，齒塊與滑塊 相配合，再帶動滑塊的徑向移動，當推桿向下運動刀時，滑塊徑向移動 5.5mm，由 于刀具使用螺釘與滑塊相聯(lián)接，所以刀具此時開始進行掃內(nèi)腔，推桿繼續(xù)運動，行 程到達 9.53mm 時，滑塊回至原位，然后推桿運動 9.44mm，滑塊徑向移動 5.45mm， 進行倒角工作。 圖 3.4 工作位置圖 3.4 鏜刀設(shè)計 3.4.1 鏜刀桿的設(shè)計 A. 鏜刀桿時組合鏜刀的主體部分，在它上面可以裝夾多把刀片，為了保證加 工表面粗糙度，所以把在鏜刀桿的單側(cè)安裝刀片。選擇刀桿的材料為 40Cr，它的總 長為 260mm，由被加工零件工序圖可知，需要一次加工五個孔，因此，在該鏜刀桿 上裝由五把刀片，刀片的選擇在下面講的內(nèi)容進一步介紹。 B. 由于鏜刀桿要與鏜削頭相連接，因此，我們必須考慮到它們之間的定位、 夾緊。在該刀桿的設(shè)計中，我們主要采用了一銷一孔的定位方式，孔限制了它們的 坐標軸方向的移動，銷主要限制了它的旋轉(zhuǎn)。在鏜削頭與鏜刀的連接上，主要通過 基于 PROE 平臺的立式雙軸缸孔半精鏜機床總體及刀具設(shè)計 20 六個螺釘進行連接。 C. 考慮到刀具的排屑因素，所以在每個安裝刀具的旁邊開了一個角度為 45 度 的切槽，同時也能夠使刀具與工件能更好的接觸。 D. 另外，鏜桿中還有一個比較特殊的部分，也是這把刀具的設(shè)計中最繁瑣的 部分，也就是鏜桿與滑塊的配合部分，在次設(shè)計中把它的寬度、高度分別定位 51mm 和 56mm，它與滑塊配合，配合面精度要求比較高，故把它的表面粗糙度定為 0.8。 E. 表面熱處理達到 HRC30-35，氧化處理。 圖 3.5 鏜刀桿 3.4.2 推桿設(shè)計 a. 推桿是實現(xiàn)掃內(nèi)腔的主要零件，它與齒塊配合，它的上端主要與鏜削頭配 合。 與鏜刀桿的配合面精度要求較高，一般可去 u0.8。 b. 推桿和件五的配合面主要是以齒的形式，加工要求：螺距的累積誤差不超 過 0.035mm，保證與齒塊的配合良好。 c. 加工齒的時候由于它的齒頂線很難找準，所以在它的表面加工一個直徑為 2mm 的工藝孔，以作為加工齒頂線時用的。 d. 為了保證它和齒塊能夠有很好的潤滑，故在的法向加工一個 2 的孔，以便 21 潤滑油能通過油杯流進齒的接觸面。 圖 3.6 推桿 3.4.3 齒塊設(shè)計 齒塊與推桿屬于一體的，在它的表面也帶有與推桿相同的齒型，除了與推桿配 合外，還與滑塊和調(diào)整墊都有著很重要的配合關(guān)系，它的齒溝線通過滑塊 的中35 心，它的加工要求與推桿一樣。 基于 PROE 平臺的立式雙軸缸孔半精鏜機床總體及刀具設(shè)計 22 圖 3.7 齒塊 3.4.4 滑塊設(shè)計 A. 滑塊的特點 滑塊與齒塊配合要求較高，是推桿的軸向移動帶動齒塊的徑 向移動，再帶動滑塊的移動。在滑塊的兩側(cè)裝有掃內(nèi)腔刀具和倒角刀，因此，齒塊 與滑塊的配合精度要求較高。 B. 滑塊長 95mm，高 56mm，寬 36mm，在兩側(cè)設(shè)計出兩個螺釘孔，用來裝夾刀具， 并且軸線傾斜 。20 圖 3.8 滑塊 3.4.5 組合鏜刀三維造型圖 23 圖 3.9 三維造型 3.4.6 刀片的選擇 A. 刀片夾固結(jié)構(gòu)的選擇 考慮到加工是在立式鏜床上進行，且屬于連續(xù)加工，參照文獻13表 1-1 典型 刀片夾固結(jié)構(gòu)簡圖和特點，采用螺釘壓緊夾固結(jié)構(gòu)。 B. 刀片材料的選擇 參照文獻12表 6-15，由于加工材料為鑄鐵，且加工方式為半精加工，故刀片 材料選硬質(zhì)合金（ ） 。6YG C. 鏜刀合理角度的選擇 根據(jù)刀具合理幾何參數(shù)的選擇原則，并考慮到鏜刀幾何角度的形成特點，參照 文獻10表 2-6-1、2-6-2、2-6-3，選取如下四個主要角度： 倒角刀：a）前角 01 b）后角 8 c）主偏角 rK75 d）刃傾角 s6 轉(zhuǎn)位鏜刀：a）前角 01 b）后角 8 c）主偏角 r75 d）刃傾角 s6 基于 PROE 平臺的立式雙軸缸孔半精鏜機床總體及刀具設(shè)計 24 掃鏜刀：a）前角 01 b）后角 8 c）主偏角 rK75 d）刃傾角 s6 止口刀：a）前角 01 b）后角 8 c）主偏角 r75 d）刃傾角 s6 D. 切削用量的選擇 切削用量在前面已求出。 切削深度 0.7mmpa 進給量 0.34mm/r 0.17mm/r1f 2f 切削速度 82.1m/min 85.5m/min 85.5m/minvv3v E. 刀片型號和尺寸的選擇 a) 選擇刀片有無中心固定孔 由于刀片夾固結(jié)構(gòu)已選定為螺釘壓緊式，因此應(yīng)選用有中心固定孔的刀片。 b) 選擇刀片形狀 國家標準 GB2076-87 中規(guī)定的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片有 17 種刀片形狀（見文 獻13表 1-3） ，常用的是：三角形、正方形、偏 三邊形、凸三邊形等。選擇刀8 片形狀時，主要依據(jù)被加工工件的工序性質(zhì)、工件形狀、刀具耐用度和刀片的利用 率等進行。 根據(jù)本組合機床要加工孔的特點及加工方法選取各鏜刀的刀片形狀為： 倒角刀：圓孔正三角形 轉(zhuǎn)位鏜刀：圓孔正方形 掃鏜刀：圓孔菱形 止口刀：圓孔菱形 c) 選擇刀片精度等級 鏜削用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的精度等級有 U(普通級)、M（中等級）和 G（精密 級）等 3 種，一般情況下選用 U 級，有特殊要求時才選用 M 和 G 級。 本組合機床刀片的精度等級為 U 級。 d) 選擇刀片內(nèi)切圓直徑 d（或刀片邊長 L） 根據(jù)已選定的 ， 和 ，將 、 和 代入式parKsparKs （3-1）Lecoin 可求出刀刃的實際參加工作長度 。se 則所選用的刀片邊長 L 應(yīng)為 L1.5 .L 經(jīng)計算后得各刀片的邊長 25 倒角刀：11mm 轉(zhuǎn)位鏜刀：12mm 掃鏜刀：9mm 止口刀：9mm e) 選擇刀片厚度 s 根據(jù)已選定的 、 ，利用文獻13圖 1-1 選擇刀片厚度的諾模圖，求得刀片paf 厚度 S。 倒角刀：3.18mm 轉(zhuǎn)位鏜刀：4.76mm 掃鏜刀：3.97mm 止口刀：3.97mm f) 選擇刀尖圓角半徑 r 根據(jù)已選定的 、 ，利用文獻13圖 1-2 選擇刀尖圓角半徑的諾模圖，求得paf 連續(xù)切削時的 r。 倒角刀：0.8mm 轉(zhuǎn)位鏜刀：0.8mm 掃鏜刀：0.8mm 止口刀：0.4mm g) 選擇刀片斷屑槽型式和尺寸 國家標準 GB2076-87 中規(guī)定的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片有 13 中斷屑槽型式。常用 的是：A、H、Y、K 和 V 型。Y 型 K 型截面形狀與 A、H、V 型截面形狀類似，只是沿 刃上斷屑槽寬 與槽深 是變化的。nwnd 斷屑槽的尺寸是與刀片型號和尺寸相適應(yīng)的，因此當選定了刀片型號和尺寸之 后，只要確定斷屑槽的槽型，便可在有關(guān)標準中查到與刀片型號和尺寸相適應(yīng)的斷 屑槽尺寸。 綜合以上七方面的因素，確定選用的刀片型號： a 倒角刀：TCMT110308 T刀片形狀（圓孔正三角形） C刀片法后角（ ）7 M刀片精度等級：d刀片的內(nèi)切圓公稱直徑（ ）m15.0. s刀片厚度( )m15.0 m刀尖位置尺寸（ ）2.8 T刀片有無斷屑槽和中心固定孔：斷屑槽（單面有） 中心固定孔（有） 沉孔角度（ ）604 11刀片邊長（11mm） 03刀片厚度（3.18mm） 08刀尖圓角半徑（0.8mm） 基于 PROE 平臺的立式雙軸缸孔半精鏜機床總體及刀具設(shè)計 26 b 轉(zhuǎn)位鏜刀：SCMT120408 S刀片形狀（圓孔正方形） C刀片法后角（ ）7 M刀片精度等級：d刀片的內(nèi)切圓公稱直徑（ ）m15.0. s刀片厚度( )m13.0 m刀尖位置尺寸（ ）2.8 T刀片有無斷屑槽和中心固定孔：斷屑槽（單面有） 中心固定孔（有） 沉孔角度（ ）604 12刀片邊長（12mm） 04刀片厚度（4.76mm） 08刀尖圓角半徑（0.8mm） c 掃鏜刀：CCMW09T308 C刀片形狀（圓孔菱形） C刀片法后角（ ）7 M刀片精度等級：d刀片的內(nèi)切圓公稱直徑（ ）m15.0. s刀片厚度( )m15.0 m刀尖位置尺寸（ ）2.8 W刀片有無斷屑槽和中心固定孔：斷屑槽（無） 中心固定孔（有） 沉孔角度（ ）604 09刀片邊長（9mm） T3刀片厚度（3.97mm） 08刀尖圓角半徑（0.8mm） d 止口刀：CCMT09T304 C刀片形狀（圓孔菱形） C刀片法后角（ ）7 M刀片精度等級：d刀片的內(nèi)切圓公稱直徑（ ）m15.0. s刀片厚度( )m15.0 m刀尖位置尺寸（ ）2.8 T刀片有無斷屑槽和中心固定孔：斷屑槽（單面有） 中心固定孔（有） 沉孔角度（ ）604 09刀片邊長（9mm） T3刀片厚度（3.97mm） 04刀尖圓角半徑（0.4mm） F. 硬質(zhì)合金刀墊型號和尺寸的選擇 為了承受切削中產(chǎn)生的高溫和保護刀體，一般在硬質(zhì)合金刀片的下面放置一個 27 刀墊。刀墊材料可用淬硬的高速鋼或高碳鋼，但最好用硬質(zhì)合金。刀墊的形狀應(yīng)與 刀片一致，但邊長略小，一般可每側(cè)小 0.5mm，刀墊厚度也可比刀片小些。 G. 刀桿材料和尺寸的選擇 a) 刀桿材料的選擇 選用 40Cr 為刀桿材料，熱處理硬度為 35-40HRC，表面氧化。 b) 刀桿尺寸的選擇 半精加工中時，根據(jù)文獻資料12表 3-2 可得如下數(shù)據(jù)： 表 3-1 鏜孔、鏜桿直徑和鏜刀截面 鏜孔直徑 D 3040 4250 鏜桿直徑 d 2030 3040 鏜刀方截面 BB 88 1010 鏜刀圓截面 d1 810 1012 a 刀桿截面尺寸（HB） 參照文獻13表 1-14 得刀桿截面尺寸： 倒角刀： 1711.5mm 轉(zhuǎn)位鏜刀： 2116mm 掃鏜刀： 1713mm 止口刀： 2116mm b 刀桿長度尺寸 參照文獻13表 1-14 得刀桿長度尺寸： 倒角刀： 39.4mm 轉(zhuǎn)位鏜刀： 46mm 掃鏜刀： 39.5mm 止口刀： 68mm H. 刀片壓緊螺釘?shù)倪x擇 根據(jù)選擇的刀片型號及刀桿尺寸選擇刀片壓緊螺釘?shù)男吞柸缦拢?倒角刀： M2.55.2 轉(zhuǎn)位鏜刀： M514 掃鏜刀： M48.4 止口刀： M410 I. 刀桿調(diào)節(jié)螺釘?shù)倪x擇 a) 根據(jù)選擇的刀片型號及刀桿尺寸選擇刀桿軸向調(diào)節(jié)螺釘?shù)男吞柸缦拢?倒角刀： M410 轉(zhuǎn)位鏜刀： M512 掃鏜刀： M410 止口刀： M514 b) 根據(jù)選擇的刀片型號及刀桿尺寸選擇刀桿徑向調(diào)節(jié)螺釘?shù)男吞柸缦拢?倒角刀： 無 基于 PROE 平臺的立式雙軸缸孔半精鏜機床總體及刀具設(shè)計 28 轉(zhuǎn)位鏜刀： M415 掃鏜刀： 無 止口刀： M514 4 結(jié)論 本次設(shè)計的加工對象為 JD490 柴油機氣缸體，材料為 HT200，硬度為 HB187- 251。在本工序前各主要表面已加工完畢。機床加工內(nèi)容為半精鏜頂面一個 116.4H8 孔；一個 110.4H8 孔；一個 115 孔；一個 109.4H8 孔；倒角一個 114.9H8 孔。這五個孔為同軸孔。 在這次的設(shè)計過程中，由于很多零部件都不是通用部件，這顯然給我們增加了 難度，該任務(wù)中讓我感覺最難的就是設(shè)計掃內(nèi)腔工作時的刀具結(jié)構(gòu)，最終在自己收 集資料和向老師請教的情況下解決了，基本能滿足工作的需要。另外，由于一次性 加工五個孔并且孔徑大小不一，所以要根據(jù)相應(yīng)的要求選擇多把刀具，并且它們的 安裝形式也不完全相同。 本機床設(shè)計合理，符合實際應(yīng)用，滿足加工要求，具有較好的經(jīng)濟性，并且具 有自動化程度高，加工效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定，減輕工人勞動強度等優(yōu)點；缺點就 是，每個專用部件都要逐個設(shè)計，造成了很大的設(shè)計費用?？傮w而言，還是能夠讓 人接受的。 29 文獻資料 1謝家瀛. 組合機床設(shè)計簡明手冊M.機械工業(yè)出版社，1992. 2范云漲等.金屬切削機床設(shè)計簡明手冊J.機械工業(yè)出版社，1993. 3葉偉昌.機械工程及自動化簡明設(shè)計手冊(上冊)M.機械工業(yè)出版社，2001. 4葉偉昌.機械工程及自動化簡明設(shè)計手冊(下冊)M.機械工業(yè)出版社，2001. 5艾興.金屬切削用量手冊M.機械工業(yè)出版社，1996. 6李益民.機械制造工藝設(shè)計手冊M.機械工業(yè)出版社，1995. 7孟憲椅等.機床夾具圖冊M.機械工業(yè)出版社，1991. 8韓敬禮等.機械電氣設(shè)計簡明手冊M.機械工業(yè)出版社，1994. 9胡家秀.機械零件設(shè)計實用手冊M.機械工業(yè)出版社，1999. 10李儒荀刀具設(shè)計原理與計算M江蘇：江蘇科學技術(shù)出版社，1985 11范忠仁刀具工程師手冊M黑龍江：黑龍江科學技術(shù)出版社，1985 12大連組合機床研究所.組合機床設(shè)計參考圖冊M.機械工業(yè)出版社，1986. 13徐錦康.機械設(shè)計M.機械工業(yè)出版社，2001. 14陳秀寧、施高義機械設(shè)計課程設(shè)計M.浙江大學出版社，1995. 基于 PROE 平臺的立式雙軸缸孔半精鏜機床總體及刀具設(shè)計 30 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計是對我大學四年所學知識的一次全面考驗，它也是對即將走向社 會的我們的進行的一次有效的訓練?；仡欉@場畢業(yè)設(shè)計，我覺得我獲益菲淺。我的 課題是一個研究類的課題，它讓我體會到做研究的艱難，從苦心設(shè)計出零件，到東 奔西走去買材料加工零件，加工出零件又要日以繼夜的對零件進行測量，采集數(shù)據(jù)， 然后又要考慮的對數(shù)據(jù)進行分析研究，分析工藝系統(tǒng)中加工因素與之對應(yīng)關(guān)系，這 對像我這樣基礎(chǔ)不扎實的學生是多么困難，只有本人經(jīng)歷過才知道。所以我認為這 次畢業(yè)設(shè)計鍛煉了我很多方面的能力，它使我面對困難不退縮，勇于克服困難。 在本次畢業(yè)設(shè)計的開始到結(jié)束一直得到指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和幫助，使我能得以順 利完成并學到了很多知識，我想這對我以后走上社會工作崗位會有很大幫助。另外 東校區(qū)實習加工廠的師傅們、西校區(qū)曲軸加工廠的師傅們和互換性測量實驗室的于 麗萍老師對我的實驗給予了很大支持，在此我謹表示我最衷心的感謝。 31 附 錄 圖 名 圖 號 圖 幅 張數(shù) 1 機床聯(lián)系尺寸圖 JD490-001 A1 1 2 工序圖 JD490-002 A1 1 3 加工示意圖 JD490-003 A1 1 4 生產(chǎn)率計算卡 JD490-004 A4 1 5 左鏜桿總成 JD490-60-00 A3 1 6 滑塊 JD490-60-01 A3 1 7 齒塊 JD490-60-02 A4 1 8 調(diào)整墊 JD490-60-03 A4 1 9 推桿 JD490-60-04 A3 1 10 鏜刀桿 JD490-60-05 A1 1 11 中間底座 JD490-005 A0 1 12 右鏜桿總成 JD490-61-00 A3 1