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1、1 前言工艺要求设计的专用部件组成的专用机床.组合机床由70%90%一的通用零,部件组成,大多数零、部件是同类的通用部件,组合机床三化(标准化、通用化、系列化)水平高.组合机床是高效自动化设备,它在国民经济中占有较重要的地位。尤其是汽车、拖拉机、军工等大批量生产的行业，, 正面临着产品的更新换代和企业改造任务，这些行业又都是组合机床及自动线的主要用户，它们需要组合机床及自动线的数量较大。组合机床设计是一次性设计，它根据用户提供的被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求等制定总体方案，然后进行技术设计和工作设计。换句话说，对于千变万化的被加工零件来说，组合机床的“组合”
2、是变化的，没有产品定型的过程，根据用户要求，加工一类零件就要设计一台组合机床，因而迫切需要采用CAD技术，以达到缩短设计周期，提高产品质量的目的。组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备,随着我国加入WTO 后与世界机床行业进一步接轨,组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年的企业生产情况看,数控机床加工中心的市场需求量在上升,而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势,中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表的统计数据显示,仅从几个全国大型重点企业生产情况看,2000年生产数控机床590 台,产值1
3、0 731 万元,生产加工中心118 台,产值4 601 万元; 2001 年生产数控机床685台,产值17 969 万元,生产加工中心129 台,产值5 760万元;而2002 年,截至9 月份,数控机床、加工中心产量、产值已接近2001 年全年水平,故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。近两年虽然组合机床行业产销呈现上升趋势,但行业内一些企业同样存在负债经营的情况,主要原因是传统的组合机床产品不能满足用户柔性化、高精度、短周期的市场需求,同时组合机床行业一些企业存在现代化管理水平低、人才流失严重、科研成果不能迅速转化为生产力等缺陷。为此提出如下建议。 (1) 提高现代化管理水
4、平。中国加入WTO 后,迫切要求企业提高现代化管理水平,进一步深化企业内部改革,建立健全适应市场经济的运行机制,“建立企业的科学的管理体制,做到集权有道、分权有序、授权有章、用权有度的责权利内在统一的有机结合,是提高企业控制力所必须的。”要彻底改变落后的体制,必须树立全球化经营理念,提高国际市场竞争能力,建立市场快速反应机制,以适应日趋发展的市场需求。 (2) 亟待提高企业创新能力。企业的生存,关键在于产品的生命力。已步入电子时代的今天,传统的组合机床已经不能适应高速发展的国内外市场需要,这就要求企业必须适应科学技术的飞速发展,建立技术创新体系,推进企业的技术进步,加速向柔性化、数控化、高精度
5、、短周期方向发展,提高组合机床适用范围和市场覆盖面;同时实施名牌战略,争创世界品牌, 加速我国组合机床的发展进程,使我国组合机床行业企业在世界制造领域里立于不败之地。攻克当前行业企业技术发展上的难题;二要加强与国外的合资合作,利用和学习国外的先进技术,提高企业的现代化管理水平和技术水平;三要通过对引进技术的消化吸收进行再创新,发展自己的产品。通过我们的努力,使我国真正由制造大国变成制造强国。 本次设计的加工对象为TY2100柴油机气缸体，材料为HT250，硬度为HB187-251。在本工序前各主要表面已加工完毕。机床加工内容为粗镗顶面一个1170.27孔；一个1120.27孔；一个111.50
6、.27孔。这三个孔为同轴孔。机床的工作原理为：镗刀固定在镗削头上，机床工作时，镗刀杆随着镗削头主轴旋转而旋转，并向下做镗削运动。镗刀杆上装有三把刀，三把刀都是固定在镗刀杆上，最上面一把刀用来镗117的孔，最下面一把刀用来镗111.5的孔，中间一把刀用来镗112的孔。组合机床刀具是组合机床主要组成部分之一。组合机床刀具设计、制造和使用的情况，将影响到组合机床加工出零件的质量、组合机床的生产率及经济效果。组合机床刀具，虽然从它的作用和对它的基本要求上看，与通用机床上用的刀具基本一样，但是由于组合机床的特殊条件，也给组合机床刀具带来了一些与一般刀具不同的特点。因此，要使组合机床能很好的工作，就必须了
7、解这些特点。组合机床刀具要求有较高的耐用度和可靠性，并便于装卸和调整。由于组合机床是高生产率的专用机床，它的循环时间较短，而在每一循环中，刀具不工作的时间很短。同时在大多数情况下，组合机床又是多刀加工，刀具数量较多，更换调整刀具较费时间。这样，如换刀次数较多，势必占用大量时间，降低生产率。所以就要求组合机床刀具具有如下性能：结构可靠；刀具材料和几何参数选取合理，并创造合适的切削条件以及选取比一般通用机床稍低的切削用量，以使刀具有较高的耐用度；便于装卸。此组合机床与一般普通镗床相比，它具有自动化程度高，加工效率高，加工质量稳定，减轻工人劳动强度等优点；但同时它也有一些缺点，就是该机床的设计制造成
8、本相对较高。但随着社会经济和科学技术的发展，相信此组合机床的生产成本会越来越低，再经不断的升级改造，其前景会非常光明。2组合机床总体设计2.1 总体方案的确定本设计的加工对象为TY2100柴油机气缸体，材料为HT250,硬度为HB187-251。在本工序前各主要表面已加工完毕。2.1.1 工艺方案的拟订确定组合机床工艺方案的基本原则：a）粗精加工分开原则：粗加工时的切削负荷较大，切削产生的热变形、较大夹压力引起的工件变形以及切削振动等，对精加工十分不利，影响加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在拟订工件一个连续的多工艺过程时，应选择粗精加工分开的原则。b) 工序集中原则：适当考虑相同类型工序的集中
9、，在条件允许时，把相同的工序集中在一台机床或同一工位上进行加工能简化循环和结构；有相对位置要求的工序集中，相互间有严格的位置精度的孔的精加工应集中在一台机床上一次安装下完成，并且孔的粗精加工最好集中在一台机床上完成，这样可以使精加工余量分布均匀，更利于保证加工精度。该加工零件为TY2100柴油机缸体。材料HT250，其硬度为HBS187251，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完毕。根据先粗后精、先基准面后其它面、先主要表面后次要表面的机械加工工序安排的设计原则，对TY2100柴油机气缸体的工艺路线作如下设计：工序1 粗铣底、顶端面；工序2 粗铣左、右端面；工序3 粗铣前、后端面；工序4 半
10、精铣底、顶端面；工序5 半精铣左、右端面；工序6 半精铣前、后端面；工序7 粗镗顶面的孔；工序8 半精镗顶面的孔；工序9 精镗顶面的孔；工序10 钻孔；工序11 攻丝；工序12 最终检验。本工序（第7道）加工内容：粗镗顶面一个117孔；一个112孔；一个111.5孔；这三个孔为同轴孔。各孔的位置精度及具体要求详见TY2100气缸体的工序图。2.1.2 定位基准的选择组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的。正确选择定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的工序集中。本组合机床的基准面为底面。本机床加工时采用一面两销定位，作为加工线全线的统一基准。因为“一面两销”定位生产率
11、高，它的特点是：a) 可以简便地消除工件的6个自由度，保证工件的稳定的定位。b) 同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。c) “一面两销”可作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累计误差，有利于保证加工精度。同时，使机床各工序的许多部件实现通用化，有利于缩短设计制造周期，降低成本。d) 易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切屑落于基面上。2.1.3 机床配置型式的选择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
12、，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。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。由于工件的定位基准是水平的且被加工孔与基面相垂直的工件，加工时安装方便且高度不大，因此采用立式布置。考虑到加工工件的结构形状特点，本机床采用了单滑台双动力头结构。由于在加工过程中加工好两个孔后要横向移动加工另外两个孔，因此采用移位滑台来满足这个要求。考虑到镗杆运动，因此还须采用立式滑台，根据已定的工艺方案和机床配置形式，确定机床为粗镗TY2100柴油机机体缸孔的组合机床，通过液压
13、系统实现立式滑台工作进给运动，电动机带动镗削头运动，从而实现镗杆的工作运动。 2.1.4 滑台型式的选择本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台具有如下优点：a) 在相当大的范围内进给量可以无级调速；b) 可以获得较大的进给力；c) 由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长；d) 工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现；e) 过载保护简单可靠；f) 由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。但采用液压滑台也有其弊端，如：液压驱动管路的泄露、噪声和液压系统占地的问题。本课题的加工对象是TY2100柴油机气缸体顶面上的三个同轴孔，采用液压滑台能够满足孔的位置精度
14、和尺寸精度的要求，并且考虑到机床的进给稳定性，故采用液压滑台。2.2 切削用量及选择刀具的确定2.2.1 切削用量的选择对于粗镗3个孔时，采用查表法选择切削用量，从文献12P.132表6-15中选取。镗孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，使刀具寿命有所降低。降低切削速度主要是为了提高刀具寿命，并使加工较深孔时镗刀的的寿命与加工其他浅孔时镗刀的寿命比较接近。切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的布局形式及正常工作均有很大影响。组合机床多轴箱上所有的刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。查文献12,40Gr镗刀的切削用量如表2-1：表2-1 镗孔切削用量工序刀
15、具材料铸铁粗镗40Gr35-500.4-1.5在选择切削速度时，要求同一多轴箱上各刀具每分钟进给量必须相等并等于滑台的工进速度（单位为mm/min）,因此，一般先按各刀具选择较合理的转速(单位为r/min)和每转进给量（单位为mm/r），再根据其工作时间最长、负荷最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具”来确定并调整每转进给量和转速，通过“试凑法”来满足每分钟进给量相同的要求，即 （2-1）在选择了转速后就可以根据公式 （2-2）式中 v-进给速度(r/min)； f-进给量(mm/r)； d-加工孔的直径(mm)。选择合理的切削速度。a)粗镗1170.27孔 由,又d=117mm,初选 n=173r/min,f=0.45mm/r。由公式（22)得：=63.6m/minb)粗镗1120.27孔 由,又d=112mm,初选 n=173r/min,f=0.45mm/r。由公式（22)得：c)粗镗111.5孔 由,又d=111.5mm,初选 n=173r/min,f=0.45mm/r。由公
