0544-加工搖臂軸后支架φ24孔組合機床液壓系統設計,加工,搖臂,支架,24,組合,機床,液壓,系統,設計 摘 要 本文根據任務的需要，設計一臺能高效、大批量加工搖臂軸后支架φ24F7大孔的專用組合機床 。由于本人主要做的是組合機床的液壓系統設計部分，所以文章從工藝方案設計、總體設計和液壓系統設計三部分進行設計。本設計中最顯著的特點是：滑臺的直線運動和工作臺的回轉運動都是由液壓系統來提供動力，液壓系統穩(wěn)定，緩沖能力強，提高了滑臺的緩沖能力和回轉工作臺的轉位精度，進而提高了工件的加工精度。搖臂軸后支架大孔由普通機床加工時存在生產率低下、加工精度的穩(wěn)定性低等問題。通過制定切實可行的、合理的工藝方案，設計出了四工位的擴、鏜組合機床，加工質量和生產效率得到大幅度提高，經濟和社會效益顯著。 關鍵詞：組合機床；機床總體設計；液壓滑臺；液壓回轉工作臺；液壓系統設計。 II Abstract Based on the needs of the mission，it is to design a more efficient and mass processing arm shaft after stent φ24F7 macroporous portfolio dedicated machine。Because what I mainly do is the hydraulics design of modular machine tool，the article makes up of the three-part design that is the program design process、design and hydraulic system design。Design of the most notable features：the linear motion of sliderand the rotating movement of workbench are provided power by the hydraulic system，the hydraulic system is stable，buffer capability and improved slider and the buffering capacity of the rotary table to accuracy，thereby improving the precision machining of workpieces。Rocker shaft after stent big hole is processed by the ordinary existence of machining，which is low productivity and the stability of precision machining program。Through the development of practical and reasonable process，I design of the modular machine that has four stations，which improves processing mass and productivity greatly，economic and social benefits is significantly。 Keywords：Modular Machine；Machine Design；Hydraulic slide；Hydraulic rotary table；Hydraulic System Design。 目 錄 摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 第1章 概 述 1 1.1 組合機床的組成 1 1.2 組合機床的類型 2 1.2.1具有固定夾具的單工位組合機床 2 1.2.2 具有移動夾具的多工位組合機床 3 1.2.3轉塔式組合機床 3 1.3 組合機床的通用部件 4 1.3.1通用部件的分類 4 1.3.2通用部件的型號、規(guī)格及配套關系 4 第2章 組合機床總體設計 6 2.1 工藝方案的擬定 6 2.1.1 制定工藝方案 6 2.1.2 確定組合機床的工藝方案 7 2.2 組合機床配置形式及結構方案的確定 10 2.2.1 影響組合機床配置形式及結構方案的因素 11 2.2.2 組合機床配置形式及結構方案的確定 11 2.3 切削用量的確定 12 2.3.1選擇切削用量選擇的特點 13 2.3.2 確定切削力、切削轉矩、切削轉速及切削功率 13 2.4 組合機床總體設計——“三圖一卡” 16 2.4.1 被加工零件工序圖 17 2.4.2 加工示意圖 18 2.4.3 機床尺寸聯系圖 20 2.4.4 機床生產率計算卡 21 第3章 機床液壓系統的設計與計算 23 3.1 液壓系統的設計要求 23 3.2 液壓系統參數及液壓缸工況的確定 23 3.2.1 擴孔組合機床液壓系統參數及工況的確定 23 3.2.2 粗鏜孔組合機床液壓系統參數及工況的確定 26 3.2.3 精鏜孔組合機床液壓系統參數及工況的確定 29 3.2.4 回轉工作臺液壓系統參數及工況的確定 31 3.3 液壓系統圖的擬定 39 3.3.1 選擇液壓回路 39 3.3.2擬定液壓系統圖和工作循環(huán)表 42 3.4 液壓元件的計算和選擇 43 3.4.1確定液壓泵規(guī)格和電動機功率 43 3.4.2控制閥的選擇 44 3.4.3油箱容量的計算 46 3.5 液壓系統主要性能的估算 47 3.5.1 液壓系統穩(wěn)態(tài)特性的校核 47 3.5.2 液壓系統發(fā)熱與溫升的驗算 52 第4章 結 論 54 參考文獻 55 附錄A 機床生產率計算卡 56 附錄B 擴孔組合機床液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的實際使用值 57 附錄C 粗鏜組合機床液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的實際使用值 58 附錄D 精鏜組合機床液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的實際使用值 59 附錄E 總體液壓系統圖 60 致謝 61 第1章 概 述 在批量生產中為了提高生產率，必須注意縮短加工時間和輔助時間，而且盡可能使輔助時間和加工時間重合，使每個工位安裝多個工件的同時進行多刀加工，實行工序高度集中，因而廣泛采用組合機床。 組合機床是用已經系列化、標準化的通用部件和少量專用部件組成的多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的高效專用機床，生產率比比通用機床高幾倍至幾十倍，可以進行鉆、鏜、鉸、攻絲、車削、銑削、車孔端面等工序，隨著組合機床的發(fā)展，其工藝范圍日益擴大，如：焊接、熱處理、自動測量和自動裝配、清洗等非切削工序。 1911年，美國為加工汽車零部件研制了組合機床。在發(fā)展初期，各機床制造廠都執(zhí)行自己的通用部件標準。為方便用戶使用和維修，提高互換性，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協商，確定機床通用部件標準化的原則，并規(guī)定了部件間聯系尺寸。1973年ISO公布了第一批組合機床通用部件標準，它包括了汽車、農業(yè)、紡機和儀表工業(yè)。1978年、1983年又第二次作了增補。目前，我國組合機床的通用部件約占70%～90%。 組合機床廣泛應用于大批量生產的行業(yè)，如：汽車、拖拉機、電動機、內燃機、閥門縫紉機等制造業(yè)。主要加工箱體零件，如汽缸體、變速箱體、汽缸蓋、閥體等；一些重要零件的關鍵加工工序，雖然生產批量不大，但也采用組合機床來保證其加工質量。目前，組合機床的研制正向高效、高精度、高自動化的柔性方向發(fā)展。 1.1 組合機床的組成 組合機床是根據工件加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專機。 如圖1-1所示為典型的雙面復合式單工位組合機床。其組成是：側底座1、滑臺2、鏜削頭3、夾具4、多軸箱5、動力箱6、立柱7、墊鐵8、立柱底座9、中間底座10、液壓裝置11、電氣控制設備12、刀工具13等。通過控制系統，在兩次裝卸工件間隔時間內完成一個自動工作循環(huán)。圖中各個部件都是具有一定獨立功能的部件，并且大都是已經系列化、標準化和通用化的通用部件。通常夾具4、中間底座10、和多軸箱5是根據工件的尺寸形狀和工藝要求設計的專用部件，但其中的絕大多數零件如定位夾緊元件、傳動等也都是標準件和通用件。 圖 1-1 雙面試復合式組合機床 通用部件是組成組合機床的基礎。用來實現機床切削和進給運動的通用部件，如單軸工藝切削頭（即鏜削頭、鉆削頭、銑削頭等）、傳動裝置（驅動切削頭）、動力箱（驅動多軸箱）、進給滑臺（機械或液壓滑臺）等為動力部件。用以安裝動力部件的通用部件如側底座、立柱、立柱底座等稱為支撐部件。 1.2 組合機床的類型 根據所選的通用部件的規(guī)格大小以及結構和配制形式等方面的差異，將組合機床分為大型組合機床和小型組合機床兩大類。習慣上滑臺臺面寬度B≥250mm的為大型組合機床，滑臺B＜250mm的為小型組合機床。 根據大型組合機床的配制形式，可以將其分為具有固定夾具的單工位組合機床、具有移動夾具的多工位組合機床和轉塔式組合機床三類。 1.2.1具有固定夾具的單工位組合機床 單工位組合機床特別適用于加工大、中型箱體類零件。在整個加工循環(huán)中，夾具和工件固定不動，通過動力部件使刀具從單面、雙面或多面對工件進行加工。這類機床加工精度高，但生產率低。 按照組成部件的配置形式及動力部件的進給方向，單工位組合機床又分為臥式、立式、傾斜式和復合式四種類型。 1.臥式組合機床 臥式組合機床的刀具主軸水平布置，動力部件沿水平方向進給，按工要求的不同，可配置成單面、雙面或多面的形式。 2.立式組合機床 立式組合機床的刀具主軸水平布置，動力部件沿垂直方向進給。一般只有單面配置形式。 3.傾斜式組合機床 傾斜式組合機床的動力部件傾斜布置，沿傾斜方向進給?？膳渲贸蓡蚊?、雙面或多面的形式，以加工工件上的傾斜表面。 4.復合式組合機床 復合式組合機床是上述兩種或三種形式的組合。 1.2.2 具有移動夾具的多工位組合機床 多工位組合機床的夾具和工件可按預訂的工作循環(huán)，作間歇的移動或轉動，以便依次在不同工位上對工件進行不同工序的加工。這類機床生產率高，但加工精度不如單工位組合機床，多用于大批量生產中對中小型零件的加工。 按照夾具和工件的輸送方式不同，可分為移動式工作臺式、回轉工作臺式、中央立柱式和鼓輪式四種類型。 1.移動工作臺組合機床 可移動工作臺組合機床以先后在兩個工位上從兩面對工件進行加工，夾具和工件可隨工作臺直線移動來實現工位的變換。 2.回轉工作臺組合機床 回轉工作臺組合機床在每一個工位上可以同時加工一個或幾個工件，其上的夾具和工件安裝在繞垂直軸線回轉的工作臺上，并隨其作周期轉動以實現工位的變換。由于這種機床適宜于對中小型工件進行多面、多工序加工，具有專門的裝卸工位，使裝卸工件的輔助時間和機動時間重合，所以能夠獲得較高的生產率。 3.中央立柱式組合機床 中央立柱式組合機床上的夾具和工件安裝在繞垂直軸線回轉的工作臺上，并隨其作周期轉動以實現工位的變換。在環(huán)形回轉工作臺上周圍以及中央立柱上均可布置動力部件，在各個工位上，對工件進行多工序加工。 4.鼓輪式組合機床 股輪式組合機床上的夾具和工件安裝在繞垂直軸線回轉的工作臺上，并隨其作周期轉動以實現工位的變換。在鼓輪的兩端布置動力部件，從兩面對工件進行加工。 1.2.3轉塔式組合機床 轉塔式組合機床的特點是幾個多軸箱安裝在轉塔式工作臺上，各個多軸箱依次轉到加工位置對工件進加工。按多軸箱是否做進給運動，可將這類機床分為： 1.只實現主運動的轉塔式多軸箱組合機床 多軸箱安裝在回轉工作臺上，主軸由電動機通過多軸箱內的傳動裝置帶動作旋轉運動；工件安裝在滑臺的回轉工作臺上（如果不需工件轉位時，可直接安裝在滑臺上），由滑臺帶動作進給運動。 2.既實現主運動又可隨滑臺作進給運動的轉塔式多軸箱組合機床 這類機床的工件固定不動（也可以做周期轉位），轉塔式多軸箱安裝在滑臺上并隨滑臺作進給運動。 轉塔式組合機床可以完成一個工件的多工序加工，因而可以減少機床臺數和占地面積，適宜于中，小批量生產。 1.3 組合機床的通用部件 通用部件是組合機床的基礎。部件通用化程度的高低標志著組合機床的技術水平。在組合機床設計中，選擇通用部件是重要內容之一。 1.3.1通用部件的分類 按通用部件在組合機床上的作用，可分為下列幾類： 1.動力部件 動力部件是組合機床的主要部件，它為刀具提供主運動和進給運動。動力部件包括動力滑臺及其相配套的動力箱和各種單軸頭，如銑削頭、鉆削頭、鏜孔車端面頭等，其它部件均以選定的動力部件為依據來配套選用。 2.支撐部件 支撐部件是組合機床的基礎部件，它包括側底座、立柱、立柱底座和中間底座等，用于支撐和安裝各種部件。組合機床各種部件之間的相對位置精度、機床的剛度要求主要由支撐部件保證。 3.輸送部分 輸送部件用于帶動夾具和工件的移動和轉動，以實現工位的變換，因此，要求較高的定位精度。輸送部件主要有移動工作臺和回轉工作臺。 4.控制部件 控制部件用于控制組合機床按預定的加工程序進行循環(huán)工作，它包括可編程控制器（PLC）、各種液壓元件、操縱板、控制擋鐵和按鈕臺等。 5.輔助部件 輔助部件包括用于實現自動夾緊工件的液壓或氣動裝置、機械扳手、冷卻和潤滑裝置、排銷裝置以及上下料的機械手等。 1.3.2通用部件的型號、規(guī)格及配套關系 按通用部件標準，動力滑臺的主參數為其工作臺面寬度，其它通用部件的主參數取與其配套的滑臺主參數來表示。例如，1HY32M1B表示臺面寬度為320mm，經過一次重大改進，采用鑲鋼導軌的精密液壓滑臺；TX40A表示于臺面寬度為400mm的滑臺配套，主軸徑向軸承采用短圓柱滾子軸承，用于精加工的銑削頭。 等效采用國際標準設計的“1字頭”通用部件，按精度分為：普通級、精密級和高精度級三種精度等級?！?字頭”滑臺采用雙矩形閉式導軌，縱向用雙矩形的外側導向，斜鑲條調整導軌間隙；壓板與支承導軌組成輔助導軌副，防止傾覆力矩過大導致滑鞍（動導軌）與滑座（支承導軌）分離。這種導軌制造工藝簡單，導向精度高，剛度好。滑座導軌材料有兩種，分別在型號后面加A、B以區(qū)別，A表示滑座導軌材料為HT300，高頻淬火，淬火硬度為42～48HRC；B表示滑座為鑲鋼導軌，淬火硬度為48HRC以上。 數控機械滑臺是1HJ系列機械滑臺的派生產品，采用了大連組合機床研究所研制的ZHS-ACO4D交流伺服系統，能自動變換進給速度和工作循環(huán)，在較大的范圍內實現自動調速、位置控制、程序控制。適合多種小批量柔性生產。帶光電編碼器的交流伺服電動機采用SPWM控制技術，750～2400r/min為恒功率調速；運動通過一級定比齒輪減速驅動滾珠絲杠，驅動滑鞍移動，開環(huán)系統伺服電動機的轉角誤差為±0.072°，由光柵尺組成的全閉環(huán)系統，滑鞍位置精度可達±2μm。 63 第2章 組合機床總體設計 組合機床總體設計，通常是根據與用戶簽訂的合同和協議書，針對具體加工零件，擬定工藝和結構方案，并進行方案圖樣和有關技術文件的設計。 2.1 工藝方案的擬定 零件的加工工藝方案將決定組合機床的加工質量、生產率、總體布局和夾具結構等。所以，在制定工藝方案時，我們必須認真分析被加工零件圖，并深入現場了解了相關零件的形狀、大小，材料、硬度、剛性、加工部位的結構特點、加工精度、表面粗糙度、以及現場所采用的定位、夾緊方法、工藝過程、所采用的刀具及切削用量、生產率要求、現場的環(huán)境和條件等等。如條件允許，還應廣泛收集國內外有關技術資料，制定合理的工藝方案。 2.1.1 制定工藝方案 1.選擇合適、可靠的的工藝方案 根據被加工零件的材料，加工的尺寸、形狀、結構特點，加工精度、表面粗糙度以及生產率要求等等，結合組合機床的工藝范圍及所能達到的加工精度，選擇合適可靠的的工藝方法，以保證機床有穩(wěn)定的加工質量和高的生產率。 2.粗精加工分開原則 粗加工時的切削負荷大，切削產生的熱變形、較大夾壓力引起的工件變形以及切削振動等，對精加工工序十分不利，影響加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在擬訂工件一個連續(xù)的多工序工藝過程時，應選擇粗精加工工序分開的原則。 3.工序集中原則 工序集中是近代機械加工主要發(fā)展的方向之一。組合機床正是基于這個原則上發(fā)展而來的，即運用多刀（相同或不同刀具）集中在一臺機床上完成一個或幾個工件的不同表面的復雜工藝過程，從而有效的提高生產率。因此，擬訂工藝方案時，在保證加工質量和操作維修方便的前提下，應適當提高工序集中度，以便減少機床臺數、占地面積和節(jié)省人力，取得理想的效益。但是，工序過于集中會使機床結構太復雜，增加機床設計和制造的難度，機床使用調整不便，甚至影響機床使用性能。如刀具數過多，停機效率增高，反而會影響機床生產率，切削負荷過大，當工件剛度不足而產生變形會影響加工質量。所以我們在選擇時要考慮因素要全。 4.定為基準及夾點的選擇原則 粗基準的選用要求是：保證能迅速可靠的加工精基準；保證各加工表面有足夠的加工余量，并盡量使主要加工表面加工余量均勻；保證各加工表面與不加工表面之間的相對位置精度。同時須考慮定位基準、夾緊可靠，夾具結構簡單、操作方便。因此，應選擇毛坯上平整、光潔、尺寸較大，沒有澆注系統、冒口的不加工表面或加工余量小的表面做粗基準。 2.1.2 確定組合機床的工藝方案 1.分析研究加工要求和現場工藝 (1) 搖臂軸支架的功用 搖臂軸支架主要是用于固定搖臂軸，搖臂繞搖臂軸擺動，每個搖臂對應三個搖臂軸支架，其分別為：搖臂軸前支架、搖臂軸中支架和搖臂軸后支架，搖臂上帶著氣門，其主要是用于進氣、燃燒封閉和排氣的作用。 (2) 搖臂軸支架的受力情況 由于搖臂繞搖臂軸擺動，所以搖臂軸作用在搖臂軸支架上的載荷程周期性變化（但力并不大），而且同時有三個搖臂軸支架固定著一個搖臂軸，為了使燃燒封閉時的密封性好，所以對搖臂軸和搖臂軸支架的配合精度要高，即與搖臂軸配合的孔精度要求較高。 (3) 搖臂軸支架的結構特點 搖臂軸后支架的結構特點是：此零件結構簡單，制造方便，鑄造時上下端面精度要求容易達到，對應的夾具體也相對簡單。 (4) 加工部位的精度，粗糙度要求 我們所設計的機床主要目的是加工搖臂軸后支架上的φ24（與搖臂軸配合的孔），其精度要求是基孔制F7級，表面粗糙度達到1.6μm，孔的中心軸線與下端面的平行度誤差不超過0.02mm。 (5) 工件的材料和生產類型 工件材料為:HT200，硬度為HB195；由設計參數可以知道，生產類型為大批大量生產，此處取 70000件/年。 2.定位基準和加壓部位的選擇 組合機床一般為工序集中的多刀加工，不但切削負荷大，而且工件受力方向一直在變化。因此，正確選擇定位基準和夾壓部位是保證加工精度的重要條件。對于毛坯基準選擇要考慮有關工序加工余量的均勻性；對于光滑表面定位基準的選擇要考慮基面與加工部位間位置尺寸關系，使它有利于保證加工精度。定位夾壓部位的選擇應在有足夠的夾緊力力下工件產生的變形最小，并且夾具易于設置導向和通過刀具。 3.影響工藝方案的因素 (1) 加工的工序內容和加工精度 這是制定機床工藝方案的主要依據。顯然，面加工和孔加工、不同尺寸的平面和孔徑加工以及不同的加工精度要求，直接影響著工藝方法的選擇和工步數及工藝路線的確定。 (2) 被加工零件的特點 如工件的材料硬度、加工部位的結構形狀、工件剛性、定位基準面的特點等，對組合機床工藝方案的擬訂都有著重要影響。 (3) 工件的剛性 當工件的剛性不足時工序不能太集中 (4) 使用廠后方車間制造能力 如工具制造能力。 基于以上的因素，擬定工作方案如下圖2-1, 由工藝圖2-1可以看出，采用兩面一孔定位，即工件低端面、右側端面和被加工的φ24孔。兩面一孔定位是比較常見而且方便的定位方式，加工φ24的孔時，以低端面和右側端面為定位基準來保證φ24孔的中心軸線與低端面的平行度，用活動的定位銷定位（即φ24孔的中心軸）軸來保證φ24的孔與其它兩個小孔位置精度，因此可以看出φ24孔的中心軸為主要定為基準，以此來保證位置精度和平行度，符合基準統一的原則，所以就采用這個方案。 有了定位之后，還要確定夾緊位置，由前面已確定的定位基準可以看出，要在工件的上 圖2-1 搖臂軸后支架φ24孔的加工工序圖 端面要加一個從上而下的夾緊力，唯有這樣才能保證工件在加工時不會發(fā)生偏移（工件偏移會使工件出現誤差甚至成為廢品）。兩面一孔定位操作簡單，方便，快捷 ，精度易保證，對應的夾具體也比較簡單，提高生產效率。 4.加工方法的選擇 由前面可以得知 工件材料為:HT200，硬度為HB195；設計組合機床的目的是加工搖臂軸后支架的φ24大孔，而且精度要達到基孔制F7級精度，表面粗糙度達到1.6μm。由查得 擴孔→粗鏜→精鏜 經濟精度(IT7～IT8) 表面粗糙度（0.8μm～1.6μm）。采用此方法可以達到工件所需要的精度要求和粗糙度要求，因此采用此方法來加工這個φ24大孔。擴孔時可以用鉆頭來代替擴刀，下面有選其中一個刀的原因。 5.刀具的選擇和加工余量的確定 得如表2-1所示，可以得到各個工序加工鑄鐵時的切削速度、進給速度和加工余量如表2-1。 表2-1 臥式鏜床的鏜削用量 加工方式 刀具材料 刀具類型 灰鑄鐵 V(m/min) F(mm/r) 粗鏜 高速鋼 刀頭 20～35 0.3～1.0 5～8 刀塊 25～40 0.3～0.8 硬質合金 刀頭 40～80 0.3～1.0 刀塊 35～60 0.3～0.8 精鏜 高速鋼 刀頭 15～30 0.15～0.5 0.6～1.2 刀塊 8～15 1.0～4.0 硬質合金 刀頭 50～80 0.15～0.5 0.6～1.2 刀塊 20～40 1.0～4.0 由于搖臂軸后支架的材料為HT200,硬度較高，切削溫度也比較高，所以要選擇耐熱性，耐磨性都較好的硬質合金刀，為了使加工精度比較穩(wěn)定的話，這里選擇了刀頭。 由得知，普通高速鋼刀具制造工藝簡單，容易磨成鋒利的切削刃，能鍛造，制造復雜的道具比較容易，而且高速鋼材料性能較硬質合金和陶瓷穩(wěn)定，在自動機床上使用較可靠，具有一定的硬度和耐磨性，高的強度和韌性，良好的塑性和耐磨性因此廣泛用于制造各種較復雜的工具，所以鉆頭和擴孔鉆都用高速鋼材料的刀具。 由表2-1，和表查得總結得如表2-2所示： 表2-2 各工藝方法的切削參數 加工方法 刀具材料 切削速度 (m/min) 進給速度 (mm/r) 加工余量 (mm) 鉆 孔 高速鋼 24～34 0.26 — 擴 孔 高速鋼 10～18 0.2～0.25 粗 鏜 硬質合金 40～80 0.3～1.0 5～8 精 鏜 硬質合金 50～80 0.15～0.5 0.6～1.2 滿足以上條件的前提下，可以知道各工序的加工余量如表2-3所示： 表2-3 各工序的加工余量及尺寸 工序名稱 各工序的加工余量（mm） 各工序孔的尺寸（mm） 毛 坯 — 10 鉆孔或擴孔 10 18 粗 鏜 5 23 精 鏜 1 24 2.2 組合機床配置形式及結構方案的確定 通常，在確定工藝方案的同時，也就大體上確定了組合機床的配制形式和結構方案。但是還要考慮下列因素的影響。 2.2.1 影響組合機床配置形式及結構方案的因素 1.工件加工精度的影響 工件的加工精度要求，往往影響組合機床的配制形式和結構方案，例如，加工精度要求高時，應采用固定夾具的單工位組合機床，加工精度要求較低時，可采用移動夾具的多工位組合機床；工件各孔之間的位置精度要求高時，應采用在同一工位上對各孔同時精加工的方法；工件各孔間同軸度要求較高時，應單獨進行精加工等等。 2.工件結構狀況的影響 工件的形狀、大小和加工部位的結構特點，對機床的結構方案也有一定的影響。例如，對外形尺寸和重量較大的工件，一般采用固定夾具的單工位組合機床，對多工序的中小型零件，側宜采用移動夾具的多工位組合機床；對大直徑的深孔加工，宜采用剛性主軸的立式組合機床等等。 3.生產率的影響 生產率往往是決定采用單工位組合機床、多工位組合機床還是組合機床自動線的重要因素。例如，從其他因素考慮應采用單工位組合機床，但由于滿足不了生產率的要求時，應選用移動工作臺式的組合機床；工位數超過4個時才選用回轉工作臺或鼓輪式組合機床。 4.現場條件的影響 使用組合機床的現場條件對組合機床的結構方案也有一定的影響。例如，使用單位的氣候炎熱，車間溫度過高，使用液壓傳動機床不夠穩(wěn)定，側宜采用機械傳動的結構形式；使用單位刃磨刀具、維修、調整能力以及車間布置的情況，都將影響組合機床的結構方案。 2.2.2 組合機床配置形式及結構方案的確定 由前面可以知道工件的結構特點、工藝要求、生產率要求及工藝方案，在加上影響組合機床配置形式及結構方案的因素可以知道組合機床的大體結構配制形式。 1.由于搖臂軸后支座大孔加工屬于多工序的中小型零件加工類型，側宜采用移動夾具的多工位組合機床。 2.搖臂軸后支架的生產綱領是大批大量生產，而且加工搖臂軸后支架φ24的孔總共有4個工步(即裝卸工件→擴孔→粗鏜孔→精鏜孔)，為了提高生產率選取4工位回轉工作臺。這里選取液壓回轉工作臺，夾緊的穩(wěn)定性好，回轉精度較高，機械回轉臺穩(wěn)定性差，噪音大，回轉精度不夠高。所以選取液壓回轉臺。 3.在加工零件時，要求在快進、工進、快退的穩(wěn)定性要高，抗沖擊能力要強。 由資料可以得到下面的機械滑臺和液壓滑臺性能特點對比如表2-4所示： 表2-4 機械滑臺和液壓滑臺性能的特點對比 滑臺類型 優(yōu) 點 缺 點 機械滑臺 1 進給量穩(wěn)定，慢速無爬行。高速無振動。可以降低工件的表面粗糙度。 2 具有較好的抗擊性能 3 運行安全可靠，調整維修方便 4 沒有液壓驅動的管路漏油，噪聲和液壓占地問題。 1只能有級變速，變速比較麻煩 2 一般沒有可靠的過載保護，快進轉工進時轉位精度低。 液壓滑臺 1 液壓滑臺在相當大的范圍內進給量可以無級調速； 2 可以獲得較大的進給力； 3 由于液壓驅動零件磨損小，使用壽命長； 4 工藝上要求多次進給時通過液壓換向閥很容易實現； 5 過載保護簡單可靠； 6 由行程調速閥來控制滑臺的快進轉工進轉位精度高，工作可靠。 1進給量由于載荷的變化和溫度的影響而不夠穩(wěn)定； 2 液壓漏油現象影響工作環(huán)境，能源浪費； 3調整維修比較麻煩。 由于搖臂軸后支架工件的材料為HT200，硬度比較高，對搖臂軸后支架大孔的位置精度和尺寸精度都有較為嚴格的要求，因此在加工搖臂軸后支架大孔的過程中要求有較大的進給力并且有可靠的過載保護，為保證大孔的位置精度和尺寸精度要求加工過程中有良好的導向性，較高的轉位精度；另外大批量生產要求機床加工精度有持久的穩(wěn)定性和較高的生產率。由于液壓驅動零件磨損小使用壽命長，經濟性好，液壓滑臺使用方便，自動化程度高，工作可靠。所以選取了液壓滑臺。 2.3 切削用量的確定 在組合機床工藝方案確定的過程中,工藝方法和關鍵工序的切削用量選擇十分重要.切削用量選擇是否合理,對組合機床的加工精度,生產率,刀具耐用度,機床的結構形式及工作可靠性均有較大的影響。 2.3.1選擇切削用量選擇的特點 1.組合機床常采用多刀,多刃同時切削，為盡量減少換刀時間和刀具的損耗,保證機床的生產率及經濟效果，選用的切削用量應比普通單刀加工時低30%左右。 2.組合機床通常用動力滑臺來帶動刀具進給。因此，同一滑臺帶動的多軸箱上所有刀具的每分鐘進給量相同，即等于滑臺的工進速度。 目前切削用量的確定常采用查表法參照現場同類工藝，確定切削用量如表2-5所示： 表2-5 各個工序的切削參數 加工方法 v（m/min） f（mm/r） （mm） 鉆孔或 擴孔 16 0.45 8 18 1.6 粗 鏜 45 0.2 5 精 鏜 80 0.15 1 2.3.2 確定切削力、切削轉矩、切削轉速及切削功率 1.擴孔時的切削力、切削轉矩、切削轉速及切削功率的計算 (1) 用鉆頭擴孔 由表查得 利用高速鋼鉆頭擴材料為鑄鐵的孔時，選取以下公式分別計算，公式如下： （2-1） （2-2） （2-3） （2-4） —切削轉矩；—軸向切削力；—切削速度；—進給量；—擴孔鉆直徑；HB—布氏硬度，一般取較大值，已知工件材料為 HT200，布氏硬度170～220，所以后面的計算都取HB=220。 由表2-5可以得到用鉆頭擴孔時的參數：；；。 計算得 (2) 用擴孔鉆擴孔 同樣，由表查得 利用高速鋼擴孔鉆擴材料為鑄鐵的孔時，選取以下公式分別計算，公式如下： （2-5） （2-6） （2-7） （2-8） —切削轉矩；—軸向切削力；—切削速度；—進給量；—擴孔鉆直徑；—切削深度。 利用擴孔鉆擴材料為灰鑄鐵的孔時，由134頁，表得知，要用上面的公式時，最好滿足，即。 由表2-5可以得到用擴孔鉆擴孔時的參數：；。 計算得 由上面的計算可以看出用擴孔鉆擴孔時，切削轉矩和輸入功率相對鉆頭擴孔時要大將近一倍。材料為灰鑄鐵的工件被加工時，沖擊力比較大，對擴孔刀和機床主軸的剛度要求較高，加大了機床和刀具的設計難度。由表2-4得知液壓滑臺能在工進時可以獲得較大的進給力，為了提高工件的加工精度，減小機床的設計難度，因此選擇鉆頭進行擴孔。 2.鏜孔時的切削力、切削轉矩、切削轉速及切削功率的計算 由134頁的表查得 利用硬質合金刀頭加工材料為鑄鐵的孔時，選取以下公式分別計算，公式如下： (2-9) (2-10) (2-11) （2-12） （2-13） —圓周力；—軸向切削力；—切削速度；—進給量；—粗鏜孔的直徑；—切削深度。 由于粗鏜和精鏜的計算公式一樣，所以計算所得的值如下 (1) 粗鏜的計算 由表2-5可以得到用鉆頭擴孔時的參數：；；。 計算得 (2) 精鏜的計算 由表2-5可以得到用鉆頭擴孔時的參數：；；。 計算得 所以可以得到以下的各工序的軸向切削力、切削轉矩、切削轉速、進給速度、主軸轉速及切削功率的值如表2-6所示： 表2-6 各工序的軸向切削力、切削轉矩、切削轉速、進給速度、主軸轉速及切削功率 工 序名 稱 切削力F（N） 切削轉矩T() 切削轉速（） 進給速度（） 主軸轉速 （r/min） 切削功率P() 擴孔 6284.5 32586.8 16 127.4 283 0.95 粗鏜 203 8584.3 45 124.6 623 0.55 精鏜 24.4 1443.8 80 159.24 1062 0.16 2.4 組合機床總體設計——“三圖一卡” 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構方案的基礎上進行組合機床總體方案圖樣文件設計，其內容包括加工零件工序圖，加工示意圖，機床尺寸聯系總圖和繪制生產率計算卡等。 2.4.1 被加工零件工序圖 1.被加工零件工序圖的作用與內容 被加工零件工序圖是根據制定的工藝方案，表示所設計的組合機床上完成的工藝內容，加工部位的尺寸，精度，表面粗糙度及技術要求；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，被加工零件工序圖是在被加工零件基礎上突出本機床的加工內容，并作以必要的說明而繪制的，其主要內容包括： (1) 被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸，以及本工序設計有關部位結構形狀和尺寸； (2) 本工序所選用的定位基準，夾壓部位，夾緊方向； (3) 本工序加工表面的尺寸精度，表面粗糙度，形位公差度等技術要求以及對上道工序的技術要求； (4) 注明被加工零件的名稱，編號，材料，硬度以及加工部位的余量。 2.繪制被加工零件工序圖的規(guī)定 為使被加工零件工序表達清晰明了,突出本工序圖內容，繪制時規(guī)定：應按一定的比例繪制足夠的視圖以剖面；本工序加工部位用粗實線表示，保證的加工部位尺寸及位置尺寸數值下方畫“—”粗實線；其余部位用細實線表示；定位基準符號用“”，并用下標數表明消除自由度數；夾壓部位用“” 或 “”輔助支承符號用“”表示。 3.繪制加工工序圖 本工序加工部位為搖臂軸后支架φ24大孔，擴孔→粗鏜→精鏜，加工完成后大孔尺寸為φ24F7，搖臂軸后支架大孔的中心軸線與低端面的平行度由低端面和前端面來保證（平行度要達到0.02）；位置精度由活動的定位銷和低端面來保證，（即大孔與左邊小孔的位置精度為14±0.1，大孔與右邊的小孔的位置精度為26±0.1）。從始至終，定位基準選擇低端面，與設計基準重合?？准庸ね曛蟮牡谋砻娲植诙纫_到1.6μm。低端面限制三個自由度（Z方向的移動；X、Y方向的轉動，右端面限制兩個自由度(Y方向的移動；Z方向的轉動)，活動定位銷限制一個自由度（X方向的移動）。最終得到加工工序圖0003號。 2.4.2 加工示意圖 1.加工示意圖的內容與作用 加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎上繪制的，是表達工藝方案具體內容的機床工藝方案，它是設計刀具，輔助夾具，多軸箱和液壓電氣系統以及選擇動力部件，繪制機床聯系尺寸圖的主要依據，是對機床總體布局和性能的原始要求。也是調整機床和刀具所必需的技術文件 2.刀具，刀桿和其它附屬件的選擇 搖臂軸后支架的材料為HT200，搖臂軸后支架的工作條件要求其有較高的強度，硬度，因此在搖臂軸后支架進行φ24大孔的切削加工時就要求刀具具有較高的硬度，耐磨性和耐熱性，硬質合金的切削性能比高速鋼高的多，刀具耐用度可提高到幾十倍，切削速度可提高4~10倍，但硬質合金材料不宜加工結構比較復雜的零件，所以鉆頭選用高速鋼，鏜刀選擇硬質合金。 由表2-3得知，鉆頭擴孔至φ18 ，因為是初級加工，所以鉆頭不用鉆套，否則使夾具的結構變得復雜。鉆頭可以選擇一個標準刀具，由第二卷，表，取得標準刀具GB1438-85，總長為258mm，錐柄2莫氏錐。與其配套的加緊螺母，選取4-AT61011-01，h=16mm，寬度b=16mm。當鉆頭擴通孔之后，鉆頭尖與被加工孔最近端面的距離為，這里取mm。 粗鏜、精鏜的鏜桿，鏜刀都做成專用的，有利于提高加工精度。因為孔的深度只有14.5mm，孔的最終尺寸為φ24mm，所以不用帶鏜套。我們設計一個比較短的錐柄鏜桿，前提是能夠保證孔的設計尺寸和孔的加工精度。鏜刀頭根據鏜桿的尺寸進行設計。根據經驗值，粗鏜和精鏜的鏜桿直徑設計都取16mm；當鏜削加工終了時，鏜刀頭的尖部與被加工孔最近端面的距離，鏜桿的端面與被加工孔最近端面的距離。 3.主軸的計算 主軸一般的材料都為45剛，所以此處選取45剛初步作為主軸的材料。由式（4-7）、（4-8）得知； 強度條件下45號鋼質主軸的直徑為 （2-14） 剛度條件計算時主軸的直徑為 （2-15） 式中 —軸直徑（mm）；—軸所承受的轉矩（N·mm）；—許用剪應力 （MPa）45號鋼 ；B—系數，當材料的剪切彈性模量，剛性主軸，；非剛性主軸，。因為在加工鑄鐵時，沖擊力比較，所以要求主軸有一定的韌性，所以選擇剛性主軸，即 B=2.316。 (1) 擴孔機床的主軸計算 強度條件下45號鋼質主軸的直徑為 剛度條件計算時主軸的直徑為 兩者條件同時都要滿，因此取大，即。 (2) 粗鏜機床的主軸計算 同理 強度條件下45號鋼質主軸的直徑為 剛度條件計算時主軸的直徑為 兩者條件同時都要滿，因此取大，即 (3) 精鏜機床的主軸計算 同理 強度條件下45號鋼質主軸的直徑為 剛度條件計算時主軸的直徑為 兩者條件同時都要滿，因此取大，即 本設計中，結合上面的軸的計算值，由資料查得，鉆削主軸選取φ60，主軸孔直徑φ36，查得主軸外伸長度；粗鏜和精鏜的主軸都選φ55，主軸孔直徑φ36，外伸長度。 4.選取動力部件 (1) 動力部件的選取 各主軸的軸徑由上面可以知道，結合表2-6轉速和功率可以從資料選取鉆削頭為1TZ20型，粗鏜和精鏜都也都選取1TA20-F60。為了使機床的維護比較方便，與其配套的的傳動裝置都選取20。 (2) 滑臺的選取 在上節(jié)已確定了滑臺為液壓滑臺（原因上節(jié)已列出），由表2-6得知各工序的工進速度和進給力的大小，在結合工件和動力部件的尺寸大小，由表5-1選取了1HY系列的1型250液壓滑臺，所有工序的滑臺都一樣，與其配套的的側底座選取630（1CC××2）。由資料得知 快速移動速度為<12m/min，工進速度>5 m/min；動力滑臺的前備量一般大于10～20mm，后備量一般不小于40～50mm，本設計取所有滑臺的快進速度都取v=7mm/min，前備量為25mm，后備量為45mm。 5.快進、工進及快退行程的確定 由選取的滑臺及動力部件的結構參數尺寸、前備量和后備量可以確定總行程，工進行程為 ，快進行程為，快退行程為。 最終得到的加工示意圖如圖0002號。 2.4.3 機床尺寸聯系圖 機床聯系尺寸圖是用來表示機床的配制形式、機床各部件之間相對位置關系的總體布局圖。它是夾具，刀具，刀桿等專用部件設計的重要依據。 1.裝料高度的確定 裝料高度指工件安裝基面至機床低端面的垂直距離。組合機床標準中，推薦裝料高度為1060mm，但根據具體情況，如車間運輸工件的滾道高度、主軸箱主軸的高度等因素，在850～1060mm選取。 2.工裝夾具輪廓尺寸的確定 工件的尺寸和形狀是確定夾具底座的尺寸的基本依據。確定夾具底座尺寸時應考慮工件的定位件，夾緊機構、刀具導向裝置的需求空間，應滿足排銷和安裝的需要。鉆削和鏜削的模架體厚度約為100～300mm。根據上面的要求，大約估計取夾具體的底座長為130mm，寬度為100mm。 3.工作臺的選取 回轉工作臺選取液壓驅動，選取原因上節(jié)已經給出。根據工件的大小、重量以及工裝夾具底座的尺寸，初步由表5-41選取液壓回轉臺為1AHY50。從中可以獲取其參數的尺寸。 4.中間輪廓尺寸的確定 中間底座的輪廓尺寸要滿足夾具在其上面連接安裝的需要。中間底座長度尺寸根據所選的動力部件（滑臺、滑座）及配套部件的位置關系的確定。還應考慮主軸箱處于中了位置時，主軸箱與夾具之間有適當的距離，以便機床調整、維修；另外中間底座應有70～100mm的排銷或冷卻液回流槽。中間底座長度方向尺寸，要根據所選動力部件和夾具的安裝來確定。中間低座的計算可以由下面的公式進行計算 公式 （2-16） —為加工終了時，動力箱至工件端面間的距離，； —1AHY50系列液壓回轉工作臺中心至工件最（左）或最（右）端面的距離，； —加工終了時，動力滑臺前端面至滑座端面的距離和前備量之和，本設計取； —滑座前端面與側底座端面的距離，=900-250-500-40=110mm。 由公式計算得： 因為1AHY50系列液壓回轉工作臺的外圍尺寸為900mm，900>669，所以要使工作臺能夠安裝在中間底座上，中間底座高度按標準選取630mm，同時2（L+）=780<900，為了使工作臺能夠安裝上去，取L=700mm，所以刀具要進行調整，最終。由上面所算得值和標準件的尺寸可以繪制出機床聯系尺寸圖0001號。 2.4.4 機床生產率計算卡 生產率計算卡是反映所設計機床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產率、負荷率等的技術文件。通過生產率計算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產 率及負荷率的要求。機床的生產率(件/h)按下式計算 （2-17） 式中 —單件工時（min）； —機加工時間（min），包括動力部件工作進給和死檔鐵停留時間。即 （2-18） —分別為刀具的第一、第二工作進給行程長度（mm）； —分別為刀具的第一、第二工作進給量（mm/min）； —死擋鐵停留時間，一般為在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具旋轉5～10轉所需的時間（min）； —輔助時間（min），包括快進時間、快退時間、工作臺移動或轉位時間，裝卸工件時間；即 （2-19） —分別為動力部件快進行程長度、快退行程長度（mm）； —動力部件的快速移動速度（mm/min）； —工作臺移動或轉位時間（min），一般為0.05～0.13min； —裝卸工件時間（min），一般為0.05～0.13min。 機床負荷率按下式計算 （2-20） 式中 —機床的理想生產率（件/h）； —年生產綱領（件） A=60000件/h； —年工作時間（h）；單班制工作時間；兩班制；機床負荷率一般以65%～75%為宜。機床復雜時取小值，反之取大。生產率計算卡如附錄A。 第3章 機床液壓系統的設計與計算 液壓系統的設計必須從實際出發(fā)，重視調查研究，注意吸取國內外的先進技術，力求設計出效率高、質量好、結構簡單和操作方便的液壓傳動裝置來。一般說來，液壓系統設計應著重解決的主要問題是滿足工作部件對力和運動兩方面的要求。在滿足工作性能和工作可靠的前提下，應力求系統簡單、經濟且維修方便。 3.1 液壓系統的設計要求 已知組合機床工況：臥式單面擴孔，粗鏜孔，精鏜孔組合機床，要求完成如下的動作循環(huán)：快進→工進→快退→停止，每個機床只有一個軸，第一個組合機床目的是擴孔φ10至φ18，第二個機床的目的是粗鏜孔φ18至φ23，第三個機床的目的是精鏜孔φ23至φ24。工件材料為:HT200，硬度為HB195。動力和運動參數，軸向最大切削力約為8000N，工作部件的重量估計為5000N，快進，快退的速度取7m/min，快進長度為109mm，工進行程長度為31mm，快退長度為140mm。動力滑臺采用平導軌，其摩擦系數值取,往復運動的加速，減速時間要求不大于0.2s 。 3.2 液壓系統參數及液壓缸工況的確定 3.2.1 擴孔組合機床液壓系統參數及工況的確定 1.負載分析 (1) 切削阻力 由134頁的表6-20得知高速鋼鉆頭擴孔時的軸向切削里計算公式為 (3-1) 式中： —鉆削軸向力（N）；—孔徑（mm）；—每轉進給量（mm/r）；—鑄件硬度。 (2) 摩擦阻力 （3-2） （3-3） (3) 慣性阻力： （3-4） (4) 重力 因為工作部件是臥式安置，所以G=0。 根據上述分析，可以計算出液壓缸在各個動作階段中的負載如表3-1所示： 表3-1 液壓缸在各個動作階段中的負載 工 況 計算公式 液壓負載F(N) 液壓缸推力 啟 動 1000 1111 加 速 797 886 快 進 500 556 工 進 6346 7051 快 退 500 556 備注：這里取液壓缸的機械效率 這里的摩擦阻力在動力切斷時，立即把慣性力對消掉，使工作部件迅速停了下來，其制動時間遠小于規(guī)定的0.2s。 2.負載圖和速度圖 圖3-1 液壓缸的負載圖和速度圖 (a)負載圖 (b)速度圖 根據工況負載繪制出來的負載圖如圖（a），已知快進快退的速度：，其行程分別為109mm、140mm。工進的速度按選定的鉆頭轉速與進給量求得：，工進行程為31mm，由此可以繪出液壓缸的速度圖，如圖（b）。 3.初步確定液壓缸的參數 (1) 初選液壓的工作壓力 由表8-3查得：在組合機床上，對負載約為10000N的液壓缸來說，初選液壓工作壓力時應取。 (2) 計算液壓缸的尺寸 由于機床要求滑臺快速與快退的速度相同，這里選用單桿式的液壓缸，并使，于是。 擴孔組合機床液壓滑臺液壓缸的回油路上必須加背壓以防止孔鉆通時工作部件的突然前沖，根據表10-3暫取背壓力為，快進式液壓缸做差動鏈接，由于管路中有壓力損失，這是液壓缸有桿腔中的壓力必須大于無桿腔；如這項損失按估計，側?？焱藭r回油腔中是有被壓力的，這時亦可按估計。 由資料第四章式（4-3a）可以求液壓缸大腔面積為 （3-5） 故得液壓缸內徑D為 （3-6） 由手冊的表6-4查得：按JB1068-67圓整就近的標準值，得 液壓活塞的直徑d為 （3-7） 按JB1068-67圓整就近的標準值，得 由此求的液壓缸實際有效工作面積為 無桿腔面積