第四章_组合机床设计(3)

2020年2月28日机械制造装备设计组合机床设计第二节组合机床总体设计组合机床设计的步骤一、组合机床工艺方案的制定二、组合机床配置型式及结构方案的确定三、组合机床总体设计——三图一卡第二节组合机床总体设计汽车变速器上盖零件图T1面：2×Φ8.5H104×Φ8.5Ra1.6µmT2面：4×M8×1.5螺纹底孔Φ7孔，Ra1.6µm本工序加工要求第二节组合机床总体设计1.被加工零件工序图（1）工序图的作用被加工零件工序图是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。第二节组合机床总体设计1）零件的形状、轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状和尺寸。如需设置中间导向套，还应表示内部的肋、壁布置和有关的结构形状及尺寸，以检查工件、夹具、刀具是否干涉。（2）工序图表示的内容第二节组合机床总体设计2）加工所用的定位基准、夹压部位及夹压方向。3）本工序加工部位尺寸精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度；对前道工序提出的定位基准要求。4）被加工零件的编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。第二节组合机床总体设计（3）工序图的绘制1）突出本机床加工内容◆用足够视图和粗实线突出加工部位。◆用细实线表示零件轮廓以及与机床、夹具设计有关的部位。◆凡本工序保证的尺寸、角度，应在尺寸数值下画粗实线标记。◆用符号表示定位基准、夹压位置及方向、辅助支承。第二节组合机床总体设计2）尺寸标注◆加工部位的位置尺寸从定位基准开始标注。◆尺寸采用直角坐标系标注。◆如定位基准与设计基准不重合，须对加工部位的位置尺寸精度进行分析换算。第二节组合机床总体设计◆零件图上不对称位置尺寸公差换算成对称尺寸公差时，确定公差值要考虑：能够达到零件要求的精度，用组合机床能够加工出来。如零件图中尺寸应换算为工序图中的尺寸，以便后续确定导向孔与主轴孔的位置坐标尺寸。0.10.3100.19.8第二节组合机床总体设计例如：多层壁同轴线等直径孔加工，若要求孔表面不留退刀痕迹，工序图上应注明要求“机床主轴定位，工件让刀”。3）注明零件加工对机床的特殊要求工序图结束第二节组合机床总体设计2.加工示意图加工示意图是刀具、辅具、夹具、多轴箱、液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料；是组合机床布局和性能的原始要求；是调整机床、刀具及试机的依据。加工示意图的内容加工示意图的设计加工示意图的画法主要介绍第二节组合机床总体设计（1）加工示意图的内容1）机床的加工方法、切削用量、工作循环和工作行程。2）工件、夹具、刀具及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。3）主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。第二节组合机床总体设计4）刀具类型、数量和结构尺寸。6）刀具与导向装置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式。5）接杆、浮动卡头、导向装置和攻丝靠模装置的结构尺寸。7）除丝锥外，其它刀具表示加工终了位置。第二节组合机床总体设计（2）加工示意图的设计加工示意图的设计包括选择刀具、导向装置、切削用量及接杆；计算转矩、进给力、功率和有关联系尺寸。1）刀具的选择原则：考虑工艺要求与加工精度、工件材料及生产率的要求，应尽量选用标准刀具；为提高工序集中程度和加工精度要求，也可采用复合刀具。对于钻、扩、铰等刀具的长度选择，要保证加工终了位置时刀具螺旋槽尾端与导向套外端面有30~50mm的距离。旋转式导向刀具导向部分与夹具导向套之间只有相对移动而无相对转动的导向。分内滚式旋转导向、外滚式旋转导向。用于刀具线速度v20m/min，加工孔径d40mm的镗孔加工。第二节组合机床总体设计2）确定导向装置在组合机床上加工孔时，其位置精度靠刀具的导向装置保证。固定式导向刀具的导向部分在导向套内既作转动又作轴向移动的导向套。用于刀具线速度v20m/min，加工孔径d40mm的钻、扩、铰孔加工。刀具线速度为min/m1000πdnv①导向装置的类型◆镗削大孔或多层壁一系列同轴孔时，必须根据工件具体结构形状，采用双导向或多导向加工。第二节组合机床总体设计②确定导向数量原则◆在工件上扩孔时，若工件内部结构限制使刀杆悬伸较长，或扩、铰位置精度较高的长孔，为加强刀具导向刚性，常采用双导向加工。◆通常钻、扩、铰单层壁小孔或用悬伸量不大的镗杆镗削短孔时，采用单个导向加工。◆有时受结构限制，使用双导向或多导向时，也可固定导向和旋转导向混合使用。第二节组合机床总体设计◆导向装置引导复合刀具时，要检查开始加工时，刀具进入导向部分长度L（L≥d，d为导向直径）。◆设计过程中并不是扩、铰孔只能采用固定式导向，镗孔只能采用旋转式导向。第二节组合机床总体设计导向主要参数导套的直径及公差配合，导套的长度及离工件端面的距离等。结合实际加工要求，查阅设计手册选择参数。③确定导向主要参数第二节组合机床总体设计3）切削用量选择原则①组合机床是多刀、多轴、多面加工，切削用量应比一般机床单刀加工低30%左右。②同一多轴箱上所有刀具共用一个进给滑台，工作时要求各刀具的每分钟进给量相等，且等于滑台的每分钟进给量。故刀具主轴应设计成不同转速和不同进给量与动力滑台相应，即fiivfnfnfn2211其中：n1，n2，…，ni——各主轴转速（r/min）；f1，f2，…，fi——各主轴进给量（mm/r）；vf——进给滑台的每分钟进给量（mm/min）。第二节组合机床总体设计③合理利用刀具，充分发挥刀具性能。即先按各类刀具选择较合理的主轴转速n和每转进给量f，然后适当调整，使每个刀具的每分钟进给量相等。④复合刀具切削用量选择，应考虑刀具使用寿命。进给量按复合刀具最小直径选择，切削速度按复合刀具的最大直径选择。对于完成同类工艺的多极阶梯复合刀具，进给量应选择其小直径允许值上限，切削速度应选择其大直径允许值上限。整体小直径复合刀具的强度较低，其切削速度应选得稍低些。例如:钻铰复合孔加工刀具切削用量的选择……⑧采用液压动力滑台进给时，所选择的每分钟进给量一般应比动力滑台可实现的最小进给量大50%。否则会由于温度和其它原因导致进给量不稳定。第二节组合机床总体设计⑥切削用量选择应有利于多轴箱设计。尽量使相邻主轴转速接近相等，以使多轴箱的传动链简单。⑤确定镗孔切削速度时，除考虑保证加工精度、表面粗糙度、镗刀耐用度外，当镗孔主轴需要周向定位（镗杆送进、退出工件孔时，镗刀刀尖需要处于规定方位）时，各镗轴转速应相等或成整数倍。⑦某些刀具带导向加工，若不便冷却润滑，则应适当降低切削速度。第二节组合机床总体设计4）确定切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度①用选定的切削速度v和进给量f确定切削力F，以此作为选择动力部件及设计夹具的依据。②利用f确定切削转矩T，以此确定主轴、传动件（齿轮、传动轴）的尺寸。③利用v和T确定切削功率P，以此选择主传动电机功率。注意：精镗孔时，因加工余量很小，转矩也很小，由转矩T决定镗孔主轴直径会造成刚性不足。因此主轴尺寸确定步骤是：工件加工部位尺寸→镗杆直径→浮动卡头规格尺寸→主轴尺寸。④利用v和f确定刀具耐用度，以此验证所选刀具是否合理。5）确定主轴类型、尺寸、外伸长度第二节组合机床总体设计主轴型式主要取决于进给抗力和主轴-刀具系统结构的需要。主轴尺寸规格根据选定的切削用量计算切削转矩T，查表初定主轴直径。主轴外伸长度通过综合考虑加工精度和具体工作条件，查表决定主轴外伸部分直径（D/d）、长度L、配套的刀具接杆莫氏锥号、攻丝靠模规格代号等。第二节组合机床总体设计接杆、浮动卡头均是组合机床主轴与刀具之间的可调整连接元件，用来保证多轴箱上的各刀具能同时到达加工终了位置。接杆连接用于单导向进行钻、扩铰、锪孔及倒角加工。标准接杆的型式、规格、尺寸可根据刀具尾部结构（莫氏锥号）和主轴外伸部分内孔直径d1查表而定。浮动卡头连接用于长导向、双导向和多导向的镗、扩、铰孔。6）选择接杆、浮动卡头第二节组合机床总体设计7）确定加工示意图的联系尺寸加工示意图中最重要的联系尺寸是工件端面到多轴箱端面之间的轴向距离。为缩短刀具悬伸长度、工作行程长度，要求该距离越小越好。该尺寸取决于如下两方面：第二节组合机床总体设计②考虑机床总体布局所要求的联系尺寸，如夹具的总体长度与排屑要求等。并且这两个方面的尺寸是互相制约的。◆接杆长度的标准尺寸，各规格均有可选择的范围，设计时先按最小长度选择。◆采用麻花钻时，刀具长度要考虑螺旋槽尾部离导向套端面有一定距离，以备排屑和刀具刃磨后有向前调整的可能。①考虑多轴箱上刀具、接杆（卡头）、主轴等由于结构和相互连接所需要的最小轴向尺寸。同时应注意：第二节组合机床总体设计8）确定动力部件的工作循环及工作行程工作循环：加工时动力部件从原始位置开始运动，到加工终了位置又返回到原始位置的动作过程。工作循环包括：快速引进，工作进给和快速退回。有时还有中间停止、多次往复进给、死挡铁停留等动作。①工作进给长度（通孔）L工：等于工件加工部位长度L（多轴加工按最长孔计算）与刀具切入长度L1和切出长度L2之和。第二节组合机床总体设计L2采用一般刀具时，为10mm左右，根据加工方法查手册确定；采用复合刀具时，按具体情况决定。L1根据工件端面误差在5~10mm之间选择，误差大取大值。当组合机床有Ⅰ工进和Ⅱ工进时，工作进给长度L工=LI工+LⅡ工Ⅰ工进用于钻、扩、铰、镗通孔等工序。Ⅱ工进用于钻、镗孔后需锪平面或倒大角等工序。快退行程长度必须保证将刀具、托架、钻模板及定位销都退离到夹具运动可能碰到的范围之外。第二节组合机床总体设计②快速退回长度◆采用移动式或回转式夹具的组合机床◆采用固定式夹具的钻、扩、铰组合机床如果刀具刚性较好，能满足生产率要求，为使滑台导轨在全长行程上均匀磨损，可加大快退行程。快速退回行程长度必须保证所有刀具均退至夹具导向套内而不影响工件装卸。快速退回长度快速引进与工作进给长度之和。后备量指考虑刀具从接杆中或连同接杆一起从主轴孔中取出所需要的轴向距离。第二节组合机床总体设计③动力部件总行程长度既要保证所要求的工作循环，也要考虑装卸和调整刀具方便，既前备量、后备量。前备量指补偿刀具磨损或制造、安装误差，动力部件可向前调节的距离。第二节组合机床总体设计要求：保证刀具退离夹具导向套外端面的距离大于接杆插入主轴孔内（或大于刀具插入接杆孔内）的长度。结论：动力部件总行程=快退行程长度+前备量+后备量。以此作为选择标准动力滑台或设计专用部件的依据。第二节组合机床总体设计9）其它应注意的问题①加工示意图应与机床实际加工状态一致。②尺寸完整，特别是从多轴箱端面到刀尖的轴向尺寸应齐全，以备检查行程和调整机床使用。③对多面、多工位机床，应按各工位加工内容，用缩小比例画出加工部位示意图并标注孔号（与主轴编号对应）。④确定钻-攻复合工序动力部件工作循环时，要注意攻丝循环（包括攻进和攻退）完成后，动力部件才能开始退回。示意图设计结束第二节组合机床总体设计（3）加工示意图的画法①示意要求加工示意图应表示机床主轴箱、刀具、夹具和工件加工终了时的实际方向和位置。按比例用细实线画出工件加工部位和局部结构的展开图，但加工表面用粗实线。按机械制图标准绘制夹具导向、刀具、接杆（或浮动卡头）、主轴外伸部分及多轴箱端面等示意结构。②绘制顺序第二节组合机床总体设计◆主轴间的分布可不按真实距离绘制。但被加工孔间距很小或需设置径向结构尺寸较大的导向装置时，相邻主轴必须按严格比例绘制，以便检查相邻主轴、刀具、导向等是否干涉。◆主轴应从多轴箱端面画起。刀具应画加工终了位置。攻丝应画加工开始位置。◆同一多轴箱上结构、尺寸相同的主轴，允许只画一根。但应在主轴上标注轴号（与工件孔号相对应）。③绘制要求第二节组合机床总体设计◆标准的接杆、浮动卡头、攻丝靠模及丝锥卡头及钻镗主轴外伸部分等，只画出外轮廓，并加注规格代号。◆专用的导向、刀杆托架、专用接杆或浮动卡头等，其结构必须剖视，并标注尺寸、精度及配合公差。示意图结束第二节组合机床总体设计1.被加工零件工序图与机械工艺学中的工序简图有何异同？2.孔加工复合刀具切削用量的选择应遵循哪些原则？举例说明。3.组合机床动力滑台总行程的确定应