托辊镗削及其组合机床的设计(编辑修改稿)

托辊镗削及其组合机床的设计(编辑修改稿)内容摘要：

机床的结构方案。 5． 其他因素 11 被加工零件的大小加工部位形状等在很大程度上决定了机床的配置型式。 一般来说， 机床的配置型式主要有卧式和立式两种。 卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。 其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输也都比较方便； 而且，机床重心较低，有利于减小振动。 其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。 卧式机床大多数用来加工孔中心线与定位基准面平行又需要由一面或几面同时加工的零件，一些在立式机床上安装不方便或者受到高度限制的细长工件也宜采用卧式机床加工， 立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座 组成。 其优点是占地面积小，自由度大，操作方便。 其缺点是机床重心高，振动大。 立式 机床适用于加工定位基准是水平的，而加工的部位垂直于定位基准的工件。 此外，由于此次加工的工件托辊长度较大， 从装夹的角度来看，卧式平放比较方便，也减轻了工人的劳动强度。 考虑托辊管体加工精度要求 低，同时满足不同的管体长度，设计机床时选择有移动夹具的组合机床， 每个管体的同轴度要求也高，因此采用两个多轴箱从管体两侧同时镗削。 12 3 “三图一卡”的编制 编制“三图一卡”的工作 内容包括：绘制 被 加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图 ，编制生产率计算卡。 “三图一卡”是组合机床总体方案的具体体现。 被加工零件工序图 加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体设计中占有重要地位。 它是设置刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床和刀具的依据。 它要反应机床加工过程和加工方法，并决定浮动夹头或接杆的尺寸，镗杆工作间的联系尺寸等。 根据机床的生产率及刀具的特点，合理地选择切削用量，决定动力头的工作循环。 加工示意图要绘制出工件加工部位的图形。 在轴数多时，必须在孔旁边标上号码，以便于设计和调整机床。 还要考虑一些特殊要求（如工件抬起、主轴定位、危险区），决定动力头的工作循环及行程。 最后，选择切削用量及附加必要的说明。 被加工零件工序图是 根据选定的工艺方案，表明零件形状、尺寸、硬度以及在所设计的组合机床上完成的工艺内容和所采用的定位基准、夹压点的图样。 它是组合机床设计的主要依据，也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。 被加工零件工序图上应标注的内容 ① 加工零件的形状、主要轮廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要求等。 ② 本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。 ③ 加工时如需要中间向导，应表示出工件与中间向导间有关部位的结构和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。 ④ 被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加工余量等。 13 绘制被加工零件工序图的一些规定 １） 工序的加工部位用粗实线绘制，其余部位用 细实线绘制。 定位基准 、 夹紧部位 、 夹紧方向等需用符号表示； 工序保证的尺寸 、 角度等，均在尺寸下用横县标出。 ２） 加工部位的位置尺寸应由定位基准算起。 但 有时也可 将工件某一主要孔的位置尺寸从定位基准算起，其余各孔的位置尺寸再从该孔算起。 当定位基准与 设计基准不重合时，要进行换算。 位置尺寸的公差不对称时，要换算成对称公差尺寸 ，如尺寸 10。 177。 ３）注明零件对机床加工提出的某些特殊要求，如对 精镗孔机床 应 注明是否允许留有退刀痕迹。 ４）对 简单的零件 ，可直接在零件图上作必要的说明，而不必另行绘制被加工零件工序图，如铣削组合机床和单轴 镗孔组合机床 等。 其余 图 托辊零件的工序图 14 加工示意图 加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映，表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。 加工示意图是刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据，是整台组合机床布局形式的原始要求，也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。 在加工示意图上应标注的内容 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。 如工件端面至多轴箱端面间的距离，刀具刀尖至多轴箱端面之间的距离等。 ③ 主轴的结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸；接杆（包括镗杆）、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置的结构尺寸；刀具与导向装置的配合，刀具、接杆、主轴之间的联接方式。 刀具应按加工终了位置绘制。 绘制加工示意图之前的有关计算 加工示意图绘制之前，应进行刀具、导向装置的选择以及切削用量、转矩、进给力、功率和有关联系尺寸的计算。 （１） 刀具的选择 [11] 选择刀具 ， 应考虑 工艺要求与加工尺寸精度、工件材质、表面粗糙度及生产率的 要求。 只要条件允许，应尽量选用标准刀具。 为 了 提高工序集中程度或满足精度要求，可以采用复合刀具。 孔加工刀具的长度应保证，加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有 30~50mm 的距离，以便于排出切屑和刀具磨损后有一定的向前调整量。 在绘制加工示意图应注意，从刀具总长中减去刀具锥柄插入接杆孔内的长度。 刀具在切削过程中，和工件直接接触的切削部分要承受极大的切削力，尤其是切削刃及紧邻的前、后刀面，长期处在切削高温环境中工作。 并且切削中的各 种不 15 均匀、不稳定因素，还将对刀具切削部分造成不同程度的冲击和振动。 为了适应如此繁重的切削负荷和恶劣的工作条件，刀具材料应 具备以下 几方面性能。 １） 足够的硬度和耐磨性 硬度是刀具材料应具备的基本性能。 刀具硬度应高于工件材料的硬度，常温硬度一般须在 60HRC以上。 ２） 足够的强度和韧性 切削时刀具要承受较大的切削力、冲击和振动，为避免崩刀和折断，刀具材料应具有足够的强度和韧性。 材料的强度和韧性通常用抗弯强度和冲击值表示。 ３） 较高的耐热性和传热性 刀具材料的高温硬度越高，耐热性越好，允许的切削速度越高。 刀具材料的传热系数大 ，有利于将切削区的热量传出，降低切削温度。 ４） 较好的工艺性和经济性 为了便于刀具加工制造，刀具材料要有良好的工艺性能，如热轧、锻造、焊接、热处理和机械加工等性能。 刀具材料的选用应立足于本国资源，注意经济效果，力求价格低廉。 应当指出，上述几项性能之间可能相互矛盾。 没有一种刀具材料能具备所有性能的最佳指标，而是各有所长。 所以在选择刀具材料时应合理选用。 目前比较常用的刀具材料为高速钢和硬质合金两类。 对比二者可得在硬质合金中还有大量金属碳化物，这些碳化物都有高熔点、高硬度、化学稳定性好、热稳定性好等特点，因此硬质合金的硬度耐磨性、耐热性都很高，优于高速钢材料。 在8000~1000℃ 时 能进行切削。 16 快进1 27工进23快退1 50右多轴箱端面左工作循环主轴1 、 4n = 1 4 5 r/m inv = 7 0m /m inf= 0 .4 m m /r左多轴箱端面主轴1 39。 、2 39。 、339。 、439。 n = 1 4 5 r/m inv = 7 0m /m inf= 0 .4 m m /r主轴1 、1 39。 主轴2 、2 39。 主轴3 、3 39。 主轴4 、4 39。 快进1 27工进23快退1 50右工作循环 图 托辊零件的加工示意图 在 540℃ 时硬质 合金的硬度为 78~82HRA，相当于高速钢的常温硬度，在 760℃时仍能保持 77~85HRA。 因此硬质合金的切削性能比高速钢高得多，刀具耐用度可以提高几倍到几十倍，在耐用度相同的情况下，切削速度可以提高 4~10 倍 [11]。 所以刀具的材料选硬质合金。 17 表 普通单刃镗刀 表 刀具参数 刀具的 硬度 HB 背前角 侧前角 径向后角 100~350 3176。 ~ 10176。 0176。 ~ 15176。 5176。 ~ 10176。 侧后角 主偏角 副偏角 2176。 ~ 3176。 90176。 15176。 普通单刃镗刀 BxH 选取 10x10 mm ， L选取 35 mm。 考虑到工艺要求、加工尺寸精度、工件材质、表面粗糙度以及生产效率要求，选择硬质合金镗刀，硬度为 100— 150HBS 取 主偏角 90176。 ， 副偏角 15176。 ； 径向前角 5176。 ，轴向前角 10176。 ； 径向后角 8176。 ， 侧后角 3176。 . （ 2）初定切削用量 [3] 1) 组合机床切削用量的选择特点 a) 在大多数情况下 ,组合机床为多轴、多刀、多面同时加工 .因此 ,所选切削用 18 量 ,根据经验应比一般万能机床单刀加工低 30%左右。 b) 组合机床多轴箱上所有刀具共用一个进给系统 ,通常为标准动力滑台。 工作时 ,要求所有刀具每分钟进给量相同 ,且等于动力滑台的每分钟进给量。 2) 确定切削用量应注意的问题 a) 尽量做到合理利用所有刀具 ,充分发挥其性能 .由于连接于动力部件的多轴箱上 同时工作的刀具种类不同且直径大小不等，因此其切削用量选择也各有 特点，如钻孔要求切削速度高而每转进给量小，而同一多轴箱上的刀具每分钟进给量是同样的 ,要使每把刀具均能有合适的切削用量使困难的 .一般情况下 ,可先按各类刀具选择较为合理的主轴转速和每转进给量 ,然后进行适当调整 ,使各个刀具的每分钟进给量相同，皆等于动力滑台的每分钟进给量。 这样 ,各类刀具都不是按最合理的切削用量而是按一个中间切削用量工作。 假如确实需要 ,可按多数刀具选用一个统一的每分钟进给量 ,对少数刀具采用附加 (增、减速 )机构，使之按各自需要的合理进给量工作，以达到合理使用刀具的目的 . b) 复合刀具切削用量的选择 ,应考虑刀具的使用寿命 ,进给量通常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 . c) 选择切削用量时 ,应注意零件生产批量的影响。 生产率要求不高时 ,就没有必要将切削用量选得过高 ,以免降低刀具耐用度 ,对于要求生产率叫高的大批大量生产用组合机床 ,要首先保证那些耐用度 低 ,刃磨困难 ,造价高的刀具的合理切削用量 ,但需注意不能影响加工精度 ,也不能影响加工精度 ,也不能使刀具的耐用度降低。 对于普通刀具 ,应采取不使刀具耐用度降低的某一极限值 ,这样可减少切削功率。 组合机床通常要求切削用量的选择使刀具耐用度不低于一个工作班 ,即 4h。 d) 切削用量选择有利于多轴箱设计。 若能做到相邻主轴转速接近相等 ,则应适当降低切削速度。 e) 选择切削用量时 ,还必须考虑所选动力滑台的性能 ,尤其是 当采用液压动力滑台时 ,所选择的每分钟进给量一般比动力滑台可实现的最小进给量大 50%.否则 ,会由于温度和其他原 因导致进给量不稳定 ,影响加工精度 ,甚至造成机床不能正常工作。 组合机床往往采用多轴、多刀、多面同时加工，且组合机床上的刀具要有足够 19 的使用寿命，以减少频繁换刀。 因此，组合机床切削用量一般比通用机床的单刀加工要低 30%以上。 表 为组合机床上镗孔时推荐的切削用量。 表 镗孔的切削用量 工序 刀具材料 钢 V（米∕分） f（毫米∕转） 粗镗 高速钢 15~30 ~ 硬质合金 50~70 ~ 半精镗 高速钢 15~50 ~ 硬质合金 95~135 ~ 精镗 硬质合金 100~150 ~ 由上表选择切削用量 /f mm r ， 70 / minvm。 由零件图可知加工部位工序余量为 ，查得粗镗的加工余量一般为 2mm左右，故选择切削深度 ap=。 （ 3）确定切削转矩、轴向切削力和切削功率 确定切削转矩、轴向切削力和切削功率是为了分别确定主轴及其他传动件尺寸、选择滑台及设计夹具、选择主电动机（一般是选择动力箱的驱动电动机）提供依据。 切削力的计算公式为 Fc = (60vc)nFcKFc(N) （ 31） 式中 CFc—— 工件材料和切削条件对切削力的影响系数，其值为 270； xFc、 yFc、 nFc—— 分别表示背吃刀量 ap、进给量 f 、和切削速度 v对切削力的影响指数，其值分别为 ， ， ； KFc—— 指实际加工条件和所求得经验公式的条件不符时，各种因素对切削力的修正系数的积。 KFc = KmF KrF KγoFKλF （ 32） 式中 KrF—— 主偏角改变时切削力的修正系数，其值为 ； 20 Kγ。