掘进机箱体加工工艺及组合机床设计(编辑修改稿)

掘进机箱体加工工艺及组合机床设计(编辑修改稿)内容摘要：

生产率比通用机床高几倍至几十倍，可以进行钻、镗、铰、攻丝、车削、铣削、车孔端面 等工序，随着组合机床的发展，其工艺范围日益扩大，如：焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。 1911 年，美国为加工汽车零部件研制了组合机床。 在发展初期，各机床制造厂都执行自己的通用部件标准。 为方便用户使用和维修，提高互换性， 1953 年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定机床通用部件标准化的原则，并规定了部件间联系尺寸。 1973 年 ISO 公布了第一批组合机床通用部件标准，它包括了汽车、农业、纺机和仪表工业。 1978 年、 1983 年又第二次作了增补。 目前，我国组合机床的通用部件约占 70%～ 90%。 组合机床广泛应用于大批量生产的行业，如：汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门缝纫机等制造业。 主要加工箱体零件，如汽缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等，一些重要零件的关键加工工序，虽然生产批量不大，但也采用组合机床来保证其加工质量。 目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化的柔性方向发展。 组合机床及其特 点 组合机床使用系列化、标准化的通用部件和少量的专用部件组成的多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高校专用机床，其生产率比通用机床高几倍至几十倍，可进行钻、镗、铰、攻丝、车削、铣削 等切削加工。 组合机床的通用部件和标准件约占 7080%,这些部件是系列化的 ,可以进行成批生产 .其余 2030%的专用部件是由被加工零件的形状 ,轮廓尺寸 ,工艺和工序来决定 ,如夹具 ,主轴箱 ,刀具和工具等 . 在批量生产中为了提高生产率，必须要缩短加工时间和辅助时间，而且尽可能使辅助时间和加工时间重合，使每个工位装夹多个工件同时进行多刀加工，实行工序高度集中，因而广泛采用组合机床。 一般的组合机床主要有六部分通用部件及两部分专用部件组成。 以复合立式三面钻孔组合机床，它由侧底座、力主底座、力主、动力箱、滑台及中间底座 等通用部件及多轴箱、夹具等专用部件组成。 组合机床的专用部件往往也是由大量的通用零件和标准件组成。 组合机床按主轴箱和动力箱的安置方式不同可分为以下几种型式： 1．卧式组合机床（动力箱水平安装）。 2．立式组合机床（动力箱垂直安装）。 3．侧斜式组合机床（动力箱倾斜安装）。 4．复合式组合机床（动力箱具有上述两种以上的安装状态）。 在以上四种配置型式的组合机床中，如果每一种之中再安置一个或几个动力部件时，还可以组成双面或多面组合钻床。 由组合机床组成可以明显地了解其特点，与通用机床及其它的专用机床比较，具有如 下特点： 1．要用于加工箱体类零件和杂件的平面和孔。 2．生产率高。 因为工序集中，可多面、多轴、多刀同时自动加工。 阳泉学院 ———— 毕业设计说明书 3 3．加工精度稳定。 因为工序固定，可选用成熟的通用部件、精密夹具合作的工作循环来保证加工精度的一致性。 4．研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。 因为通用化、系列化、标准化程度高，而且通用部件可组织批量生产。 5．自动化程度高，劳动强度低。 6．配置灵活。 因为结构模块化、组合化、可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线。 机床易于改装，产品或工艺变 化时，通用部件一般还可以重复利用。 组合机床工艺范围及加工精度 目前，组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序。 平面加工包括铣平面、锪（刮）平面、车端面；孔加工包括钻、阔、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹、锪沉孔、滚压孔等。 随着综合自动化的发展，其工艺范围正扩大到车外圆、行星铣削、拉削、推削、磨削、珩磨及抛光、冲压等工序。 此外，还可以完成焊接、热处理、自动装配和建材、清洗和零件分类及打印等非切削工作。 组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工、缝纫机和自行车等工业领域的大批、大量生产中已获得 广泛应用，一些中小批量生产的企业，如机床、机车、工程机械扽制造业中也亦推广应用。 组合机床最适宜加工各种大中型箱体类零件，如气缸盖、气缸体、变速箱体、电机座及仪表壳等零件，也可以用来完成轴套类、轮盘类、叉架类和盖板类零件的部分或全部工序的加工。 采用组合机床的经济分析 组合机床是一种高效率专用机床，有特定的使用条件，不是在任何情况下都能收到良好的经济效益。 在确定设计组合机床前，应该进行具体的技术经济分析。 根据设计任务，要在变速箱箱体上双面钻孔，孔的种类较多，总数也较多。 若采用普通机床加工需反复 进行，加工耗时较多，且不容易保证孔与孔间的位置精度。 根据零件的形状及加工要求选取采用卧式双面组合钻床，同时进行双面多孔加工。 这样可以保证孔与孔之间的位置精度，且加工所需的时间大大缩短。 除此之外采用组合机床对工人的要求很低，节约了劳动成本。 综上所述，对于在变速箱箱体上双面钻孔采用组合机床，可以取得良好的经济性。 组合机床的发展趋势 提高通用部件的水平 衡量通用部件技术水平的主要标准是：品种规格齐全，动、静态性能参数先进，工艺性好，精度高和精度保持性好。 机械驱动的动力部件具有性能稳定，工作可 靠等优点。 目前，机械驱动的动力部件应用了交流变频调速电机和直流伺服电机等，使机械驱动的动力部件增添了新的竞争力。 动力部件采用镶钢导轨（英度可达 HEC58~60）、滚珠丝杠、静压导轨、静压轴承、迟形皮带等较新的结构。 支承部件采用焊接结构等。 由于提高了部件的精度和动、静态性能，因而使被加工的工件精度明显提高，表面粗糙度减小。 发展适应中、小批生产的组合机床 在机械制造工业中，中小批量生产约占 80%。 在某些中批量生产的企业中，如机床、阀门行业中、其关键工序采用组合机床。 其中机床厂用组合机床加工主轴变 速箱孔系，产品质量稳定，生产效率高，技术经济效果显著。 发展具有可调、快调、装配灵活、适应多品种加工特点的组合机床十分迫切。 转塔主轴箱式组合机床，可换主轴箱式组合机床以及自动换刀式数控组合机床可用于中、小批生产，但这类机床结构复阳泉学院 ———— 毕业设计说明书 4 杂，成本较高。 带转塔式主轴箱的组合机床，由于转塔不能制造的太大，安装的主轴箱数量有限，因此只适应工序不多，形状不太复杂的零件加工。 采用新刀具 近年来出现了多种新刀具，如具有镀层的硬质合金刀片、立方氮化鹏刀具、金刚石刀具、各种可转位的密赤铣刀，喷吸钻头，镶有可转位刀片的 “短钻头 ”等。 一般情况下，采用先进刀具的工时为原工时的。 由于提高了刀具的耐用度，大大缩短了多刀组合机床停机换刀时间，提高了组合机床的经济效益。 发展自动监测技术 组合机床的自动检测通常作为一个工位出现。 自动检测包括对毛坯尺寸和工件硬度的检查、钻孔深度、刀具折断、精加工尺寸和几何形状的检查等。 检查方法分为主动检查与被动检查。 主动检查是将不合格的工件剔出，使之不往下个工位输送。 被动检查则是发现不合格的工件时发现停机信号。 目前主动检查应用的日趋广泛。 由于电子元件迅速发展，集成控制器、微机处理的应用， 使自动检测技术更加可靠。 自动检测工位要进行数据处理，统计计算以及打印出有关数据或作为数字显示。 自动监测技术的发展可以把被加工零件的实际尺寸控制在比规定公差更小的范围之内。 还可以把加工后的工件按公差进行分组，以便按分组的公差带装配。 实际表明，采用分组装配法提高产品的精度要比用单纯提高设备精度更为经济。 扩大工艺范围 组合机床出完成切削加工等工序外，还在逐步设计制造用于焊接、热处理、自动装配、自动打印、性能试验以及清洗和包装等用途的组合机床。 阳泉学院 ———— 毕业设计说明书 5 箱体零件分析及设计任务书 箱体零件的功用、分类 箱体类零件是机器或部件的基础零件，它将机器或部件中的轴、套、齿轮等有关零件组成一个整体，使它们之间保持正确的位置关系，并按照一定的传动关系，并按照一定的传动关系协调地传递运动或动力。 因此，箱体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命。 常见的箱体类零件有：机床主轴箱、机床进给箱、变速箱体、减速箱体、发动机缸体和 机座等。 根据箱体零件的结构形式不同，可分为整体式箱体和分离式箱体两大类。 前者是整体铸造、整体加工，加工困难，但装配精度高；后者可分别制造，便于加工和装配，但增加了装配工作量。 箱体零件分析 箱体的结构形式虽然多种多样，但仍有共同的主要特点：形状复杂、壁薄且分布不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大，既有精度要求高的孔系和平面，也有许多精度要求较低的紧固孔。 因此，一般中型机床制造厂用于箱体类零件的机械加工劳动量约占整个产品加工量的 15%～ 20%。 零件的技术要求 零件简图如图 1 所示。 该 零件的加工要求高，加工面的数量很多，并且种类繁多，有车外圆面，车端面，钻孔，攻螺纹，扩孔，车倒角，钻斜油孔等，位置、形状、尺寸、精度都各有要求。 主要内容以及设计要求 本次毕业设计是掘进机箱体加工工艺及组合机床设计，要对零件进行分析研究，查阅相关设计参考文献，制定零件的加工工艺规程，并选择 1～ 2 道工序进行工艺设计同时还要根据某一道工序图，进行一台组合机床的设计，既要绘制组合机床的联系尺寸图，又要绘制本道工序的工序图。 最后根据这道工序在组合机床上的加工进行专用夹具的设计，并绘制出夹具装配图，还要对夹具的 主要零件进行设计，并绘制出夹具的主要零件的零件图。 本次毕业设计中要遵循科学、端正的设计态度来进行设计，设计的方案要合理，设计的加工装配性要好，还要进行必要的计算和校核。 绘制的图纸要图面整洁，视图要齐全，布局要合理，纸条、文字等均要按照有关标准。 阳泉学院 ———— 毕业设计说明书 6 图 1 掘进机箱体零件简图 阳泉学院 ———— 毕业设计说明书 7 零件加工的工艺规程就是一系列不同工序的综合。 由于生产规模和具体情况的不同对同一零件的加工工序综合可能有多种的方案。 应当根据具体条件采用其中最完善和 最经济的一种方案。 工艺规程选择要考虑的基本因素如下。 ① 生产规模是决定生产类型的主要因素。 ② 制造零件所用的坯料或型材的形状、尺寸和精度。 ③ 零件材质性质 ④ 零件制造的精度，包括尺寸公差、形位公差以及零件图上所指定的要求。 ⑤ 表面粗糙度 ⑥ 殊限制条件，如：工厂设备和用具材料。 ⑦ 编制的加工规程要在生产规模与生产条件下达到最经济与最安全的效果 掘进机箱体材料及毛坯 掘进机箱体的材料为铸钢（ ZG35），该材料所对应的新牌号为 ZG270500，故其屈服强度值为 s 为 274MPa，抗拉强度值 b 为 490MPa。 该材料有较好的强度和塑性，良好的铸造性能，可焊接性尚好，可用作承载零件，如轴承座、机架、连杆、箱体等。 毛坯种类的确定是与零件的结构形状、尺寸大小、材料的力学性能和零件的生产类型相关的，另外还和毛坯车间的具体生产条件相关。 铸造毛坯的形状可以复杂，尺寸可以相当的大，且吸振性能好，但铸造的力学性能差。 毛坯铸造方法的选择应根据生产量的大小和各厂设备、技术的 实际条件，结合各种铸造方法的基本工艺特点，在首先保证零件技术要求的前提下，选择工艺简便、质量稳定和成本低廉的铸造方法。 在大批量生产中，常采用精度和生产率高的毛坯制造方法，如金属砂型铸造，可以使毛坯的形状接近于零件的形状，因此可以减小切削加工用量，从而提高材料的利用率，降低加工成本。 本零件的生产类型为大批量，选用的铸造方法为金属模机械砂型铸造。 生产类型及工艺特征 由于本零件的生产纲领为 N1=5000 件 /年，是大批量生产，它的主要工艺特征是广泛采用专用机床、专用夹具及专业刀具、量具，机床按工艺路线排列 组成流水生产线。 为减轻工人的劳动强度，留有进一步提高生产率的可能，该箱体在工艺设计上采用了组合机床流水线的加工的方式 .。 定位基准的确定 工件在机床上用夹具进行夹紧加工时，用来决定工件相对于刀具的位置的这些表面称为定位基准。 定位基准分为粗基准和精基准。 粗基准的选择原则 ① 加工表面为粗基准，尤其应选与加工表面有位置精度要求的不加工表面，这样可保证加工表面与不加工表面间的位置精度。 ② 选重要表面为粗基准，这样可保证重要表面的加工余量均匀，加工精度高。 ③ 选加工余量较小的表面为粗基准，可 保证各加工表面都有足够的加工余量。 ④ 选平整、无飞边和浇冒口等缺陷的表面为粗基准，可使工件定位可靠、夹紧方便。 ⑤ 粗基准只能用一次，应避免重复使用。 这样可避免产生较大的定位误差，避免使加工表面间出现较大的位置误差。 阳泉学院 ———— 毕业设计说明书 8 精基准的选择原则 ① 尽可能选加工表面的设计基准为精基准，即 “基准重合 ”原则，目的是避免产生基准不重合误差 ② 应尽可能在多数工序中采用同一精基准定位，即 “基准同一 ”原。