1 分工序、定工位
- 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。
- 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。
- 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。
2 复合刀具的切削用量的计算
- 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。
- 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 - 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。
- 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。
- 孔加工切削用量计算
- 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。
- 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。
- 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。
- 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)。
- 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。
3 部件选用
- 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。- 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=1.43 - 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。
- 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。
4 夹具设计
- 轴承座钻孔组合机床夹具分析
- 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。
- 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。
- 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
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。
1.定位套筒 2.底座
图2 夹具图1
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。
1.双头螺栓 2.压板
图3 夹具图2
- 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。