四工位的卧式组合机床设计及其控制系统设计

四工位的卧式组合机床设计及其控制系统设计内容摘要：

................ 22 结 论 ...................................................................................................................................................................................................25 谢 辞 ...................................................................................................................................................................................................26 参考文献 ..................................................................................................................................................................................................27 第 1 章 汽车半轴的机械加工 确定生产纲领、生产类型、工艺特征 首先分析、研究被加工零件，通过认真阅读被加工零件图样，研究被加工零件的用途、尺寸、形状、材料、硬度、重量、加工部位的结构和加工精度及表面粗糙度要求等内容。 通过产品装配图样和有关工艺资料的分析，充分认识被加工零件在产品中的地位和作用，从而来确定汽车半轴的机械加工工艺，使它保证各种加工要求和经济精度。 由 N=20200 件 /年，知道零件的生产纲领； 生产类型的确定 —— 大批量生产； 该工件的工艺特性 针对工件的结构形状及正常的经济精度和位置精度的分析，可知零件的加工要求。 同时工件是大批量生产，可以采用高度自动化专用机床进行生产，可以广泛采用高效专用夹具、专用量具及自动检测装置。 因此，在实际加工中我采用组合机床进行加工。 这样容易保证加工精度，提高生产率，使产品成本相对降低，提高产品的经济效益。 查阅资料可知零件的技术要求及结构工艺性 ： 1）汽车半轴外圆表面和 端面加工，由于半轴头部 3 个孔的精度要求要对其进行钻扩铰的加工。 2）对热处理后的零件进行校正、探伤，保证零件的工艺性能良好。 、确定毛坯及材料的选择 1）查阅零件图和技术要求及结构工艺性可知此工件采用 40Cr 材料，根据零件加制造毛坯，精度等级为 2 级。 分析零件的材料的特征，查《机械制造设计手册》来确定。 2）确定零件毛坯尺寸查工艺手册 毛坯尺寸：零件需车削加工部位比加工后单边厚 工工艺性及零件的轮廓、尺寸精度、形状、位置、加工表面技术要求，最终确定了采用模锻件来 毛坯无明显的裂纹缺陷，未注圆 角为 R2~R3 确定工艺路线 1）根据零件结构工艺性和经济精度，按照粗、精加工分开原则，工序集中原则，来确定机械加工工序的安排顺序，按照以下原则来初步拟订两条加工工艺路线：（ 1）先加工基准面， （ 2）划分加工阶段，（ 3）先面后孔，（ 4）次要表面可在阶段进行加工 一、分析、研究、加工要求和现场工艺 本工件为汽车半轴，生产纲领为 N=20200 件 /年，是大批生产，通过深入现场调查分析零件的加工工艺方法，定位和夹紧方式，所采用的先行的工艺资料，在结合机械加工工艺原则，在保证工件所需求的经济精度和表面粗糙度，同 时考虑产品成本及经济性，我们设计是采用把孔加工放到组合机床上加工，这样采用一套专用的固定式夹具、专用刀具、专用量具、自动检测装置，在此四个工位（钻、扩、铰和装卸）来排列设备，进行流水加工，可以保证孔的经济精度 6 级和表面粗糙度 Ra= 微米，节约了加工时间，提高了生产效率和经济性。 按照粗精加工分开的原则和工序集中的原则来拟订组合机床的工艺方案 方案 1 工序 1 模锻毛坯 工序 2 退火处理 工序 3 粗车端面到 ，半精车到 34mm，钻中心孔，粗车大端外圆到 Φ 182mm，半精车到 Φ 180mm 工序 4 钻小端中心孔，粗车端面保证零件总长 1007177。 2mm 工序 5 粗车大端端面到 ， 半精车至 32mm， 粗车小端外圆到 56mm 半精车到Φ ,精车到Φ 54 0/ 工序 6 粗车大端端面到 ，半精车到 12 +工序 7 铣花键齿，原始齿型压力角为 48，侧齿粗糙度 Ra=,分度圆的弧齿厚度。 工序 8 钻大端的孔到 Φ 10mm 到Φ 到Φ 12mm,粗糙度 工序 9 清洗 工序 10 去毛刺 工序 11 防锈处理 工序 12 检验入库 方案 2 工序 1 模锻毛坯 工序 2 退火处理 工序 3 粗车端面到 ，半精车到 34mm，钻中心孔，粗车大端外圆到 Φ 182，半 精车到 Φ 180 工序 4 钻小端中心孔，粗车端面保证零件总长 1007177。 2mm 工序 5 粗车大端端面到 ， 半精车至 32mm， 粗车小端外圆到 56mm 半精车到Φ ,精车到Φ 54 0/ 工序 6 粗车大端端面到 ，半精车到 12 +工序 7 钻大端的孔到 Φ 10mm 到Φ 12mm,粗糙度 工序 8 铣花键齿，原始齿型压力角为 48，侧齿粗糙度 Ra=,分度圆的弧齿厚度。 工序 9 清洗 工序 10 去毛刺 工序 11 防锈处理 工序 12 检验入库 2）工艺路线的分析比较 工艺路线的方案 1，按工序分析，各面的车到普通机床上加工，孔加工放在组合机床上加工，易保证孔的精度要求，以及加工工艺性能较高。 先加工基准面的原则及先面后孔的原则，选择工艺方案 1 比较合适。 确定机械加工余量，总的工序尺寸 车大端端面 单边余量 厚度为 小端的单边余量 2 mm 直径为58mm 零件总长 1010mm 第 2 章 组合机床方案的制订 影响组合机床方案制定的主要因素 被加工零件的加工精度 根 据被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制定机床方案的主要依据。 本工序分 3 个工步：钻 —— 扩 —— 铰。 被加工零件的特点 零件材料为 40Cr，硬度比较高，因此加工孔时，工步较多，而且加工定位基准是水平的 且被加工孔与基面相垂直的工件，采用卧式机床进行加工。 零件的生产批量 零件生 产批量是决定采用工位、多工位式自动线还是大批量生产特点设计组合机床的主要因素，零件产量为 20200 件，属于大批量生产情况，则要力求减少机床数，所以应将工序尽量集中起来加工，提高机床利用率和生产效率。 机床使用条件 （ 1）车间布置情况，组合机床的配置形式是分度回转工作台的形式，通过回转工作台分度，将装在工作台上的工件顺次送往各工位进行加工，工作台面直径一般在 1600mm 以下，工位数 2~12。 （ 2）工艺间的联系 工件到组合机床加工前，毛坯成品必须达到一定要求，否则，会造成工件在机床夹具上定位和夹具 不可靠，造成刀具损害，或者不能保证要求的加工精度。 （ 3）使用厂的技术能力和自然条件 根据厂的情况，选择液压传动是机械动力部件的机床。 工艺方案的原则 由于被加工零件的精度要求、加工部位尺寸、形状、结构特点、材料、生产率要求不同，设计组合机床必须采用不同的工艺方法和工艺过程。 孔的尺寸精度 钻孔的精度为 10~11 级，表面粗糙度为 Ra=。 扩孔 一般作为铰前的工序，对要求不高的孔也可以作为最终工序。 精度可达 9~10级，表面粗糙度 Ra=~。 铰孔 可铰削圆柱孔、圆锥孔、阶梯孔等，一般孔径在 40以下，个别情况也铰 40~100mm的大孔。 在钻 —— 扩 —— 铰后，精度可达 7~8 级，表面粗糙度 Ra=~ 微米。 组合机床确定工艺方案的原则及注意的问题 （ 1）粗、精加工工序的安排 必须根据零件的生产批量、加工精度、技术要求进行全面的分析，按照经济的满足加工要求的原则，合理解决粗加工和精加工工序的安排。 不要部分具体情况一律粗、精加工或者粗、精加工工序合并的作法。 一般大批量生产中，确定工艺流程宜粗、精工序分开进行，其优点是： 1）工 件能得到较好的冷却，有利于减少热变形及内应力变形的影响，对精度要求高的零件，更需要如此安排。 2）可避免粗加工震动对加工精度、表面粗糙度的影响。 3）有利于精加工机床保持持久的精度。 4）使组合机床结构简单，便于维修、调整。 但是，粗、精加工工序分开，将使机床台数增多。 当工件生产批量不大时，由于机床利用率低，则经济性不好。 因此，在能够保证加工精度的前提下，有时也采用粗、精加工合并在同一台机床上进行的工艺方案，但须采用措施，尽量减少由此带来的不利影响。 例如使切削余量和铸造黑皮的第一道工序与最后一道加工工序不同 时进行。 在工件需要两次安装时，应使粗、精加工工序所用夹具具有大小不同的夹压力，若工件一次安装，也应使粗、精加工工序分别具有不同夹压力。 工序集中与分散的处理 工序集中是机械加工近代的主要发展方向之一。 组合机床也正是基于工序集中的工艺原则发展起来的，既运用多种不同刀具，采用多面、多工位和复合刀具等方法，在一台机床上对一个或几个零件完成复杂的工艺过程，从而有效的提高生产率，取得更好的技术经济效果。 但也应当看到，工序集中程度的提高也会带来下述一些问题： 1）工序过分集中会使机床结构复杂，刀具数量增加，机 床大而笨重，调整使用不便，可靠性降低，反而影响生产率的提高。 2）工序过分集中导致切削负荷加大，往往由于工件刚性不足及变形等影响加工精度。 因此提高工序集中程度时，应注意： a、适当考虑单一工序，即把相同工艺内容的工序集中在同一台机床上 b、相互之间有位置精度要求的工序应集中在同一工位或同一台机床上加工。 例如，箱体零件各面上的孔，相互间有位置精度要求，其孔的精加工应集中在同一台机床上一次安装并完成加工，一般来说，对这些孔的粗加工也应尽量集中在同一台机床上进行，这可以使得精加工余量分布均匀。 c、确定工序集中 时，必须充分考虑零件是否因刚性不足而在较大的切削力、夹压力下变形对加工精度带来不利影响。 d、工序集中，必须考虑前述粗、精加工工序的合理安排及由于主轴箱结构及设置倒向的需要，主轴排列不宜过密，否则会造成机床、刀具调整不便，加工精度、工作可靠性、生产率降低的不良后果。 （ 3）制定工艺方案应注意精加工后孔的表面是否允许留下螺旋后直线退刀痕迹，如果不允许留下刀痕，则应在加工终了时，使主轴停止转动并向定位，利用夹具的让刀机构，将工 件以加工表面移离刀尖一段距离后退刀。 在生产率允许情况下，也可使刀具以工进速度退回，这样 不仅不会留下刀痕，且有利提高加工精度。 第 3 章 组合机床三图一卡具体设计 被加工零件工序是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床或自动线完成的工艺内容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用定位基准、夹压部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情况的图纸。 它不能用用户提供的产品图纸代替，而须在原零件图基础上突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制的。 它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用和调整机床的重要技术文件。 图上应表示出 ：（ 1）被加工零件的形状和轮廓尺寸与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。 （ 2）加工用定位基准、夹压部位及夹压方向。 以便依此进行夹具的定位支承（包括辅助定位支承）、限位、夹紧及导向系统的设计。 （ 3）本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求（只要指定定位基准）。 （ 4）必要的文字说明。 如被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。 1）为了使被加工零件工序图清析明了，一定要突出本机床的加工内容。 2）加工部位的 位置尺寸应由定位基准注起，为了加工及检查，尺寸应采用直角坐标系，而不采用极坐标系。 但有时因所选定位基准与设计基准不重合，则须对加工部位要求的位置尺寸精度进行分析计算。 此外，应将零件图上的不对称位置尺寸公差换算成对称尺寸公差，其公差数值的决定要考虑两方面，一是要能达到产品图纸要求的精度，二是采用组合机床能够加工出来。 3）应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。 如对多层壁同轴线等直径孔加工，若要求孔表面不留退刀痕迹，则图纸上应注明要求，如机床主轴定位，工件（夹具）让刀。 加工示意图 的作用和内容 零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。 加工示意图表示被加工零件在机床上 的加工过程，刀具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系、机床的工作形成及工作循环等。 因此加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据重要地位，它是刀具、夹具、主轴箱、液压电气装置及通用部件选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，。