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立式轴承座钻孔组合机床设计


放大字体  缩小字体 发布日期:2020-04-20

1 分工序、定工位

  1. 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。
  2. 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。

2 复合刀具的切削用量的计算

  1. 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。
  2. 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。
  3. 孔加工切削用量计算
    1. 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。
    2. 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。
    3. 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。
    4. 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)。

3 部件选用

  1. 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>(N+N)/hkW。
    式中:N为动力头电机功率;N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。
  2. 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
  3. 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。

4 夹具设计

  1. 轴承座钻孔组合机床夹具分析
    1. 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。
    2. 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。
    3. 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

  1. 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。

5 攻丝装置

在组合机床上攻制螺纹时,根据被加工零件加工部位的分布情况和工艺要求等,常用的攻丝方法有3种:采用攻丝动力头攻丝,采用攻丝装置攻丝和采用活动攻丝模板攻丝。
在此设计中,右半部分完成Ⅴ、Ⅵ工位的加工。电机只有5.5kW的功率,故综合考虑选用攻丝装置攻丝。当整台机床或机床的某一面全部用于完成攻丝工序时,广泛地采用了攻丝装置。
攻丝装置由攻丝主轴箱和攻丝靠模头组成,由于靠模螺母和靠模杆是经磨削并配研的,其螺距要求与所需加工螺孔的螺距保持一定关系,并设有螺距误差补偿机构。因此利用攻丝装置进行攻丝可以达到较高的精度。
表2 冷却液流量选择(L/min)加工方法 钢件 可锻铸铁及铝 D 不小于 D 不小于 钻孔(外冷) 0.40 6 0.32 5 钻孔(内冷) 0.25 4 0.20 3 粗镗 0.20 6 0.16 5 精镗 0.12 4 0.10 3 锪孔 0.15 2.5 0.12 2 扩孔 0.05 1 0.04 1 铰孔 0.12 2 0.10 1.5 D为按加工直径计算;表中数据为每一把刀需要的流量

6 组合机床冷却装置

机床冷却液除对刀具和工件起冷却作用外,还能在金属表面形成润滑薄膜,起到润滑作用。一些冷却液中含有碳酸钠,亚硝酸钠等防锈剂,它们在金属表面形成胶状吸附膜或氧化物薄膜,又能使金属免受腐蚀的作用。因而选择冷却液时,应根据组合机床完成工艺、加工方法、刀具材料以及被加工零件的材料来决定。
在加工铸铁件时,由于铸铁本身含有石墨能自身润滑,一般都不加冷却液。在大量生产中有时为了减少加工中的铁粉飞扬,也增加冷却系统,以改善操作条件。有时可采用苏打水,5%的乳化液,其乳化剂的主要成分可以是氧化油膏或硫化切削油。其配方为:油膏2%~5%,粗加工取低值,精加工取高值;亚硝酸钠0.2%~0.25%;无水碳酸钠0.2%~0.3%。在铸铁工件上攻丝时,则都采用润滑液,以提高表面光滑度,减少功率的消耗。通常采用煤油,亦可采用硫化切削液及混合油等。
冷却液的流量应根据刀具的形式、直径的大小、加工方法、切削用量等具体条件确定,组合机床的设计使用经验表明,对镗刀、钻头以及铣刀一类刀具,每根刀具冷却液的平均流量约为(2~6)L/min。国外资料推荐按加工直径选择,每把刀具的冷却液流量,值见表2。

7 工作循环说明

一台组合机床,其工作循环常常是比较复杂的,不仅有好几个动力头按不同的循环进行工作,而且这些循环还需其他部件,如移动工作台,回转工作台以及鼓轮等配合动作。各动力部件借助程序控制挡铁,按规定顺序进行工作。工作循环应当尽可能的简单而且控制元件应该少,否则机床的制造成本加大,安全性能也会降低。
本组合机床适合在大批量生产中使用,生产效率大大提高。为了降低成本,应多选用复合刀具,尽量做到一次成形,减少装夹次数。选择合适的电机和动力头,选择恰当的切削用量和切削速度。
 
 
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