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1、1 前言组合机床是根据工件加工需要,以大量通用部件为基础,配以少量专用部件组成的一种高效的专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方法，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用来组成自动生产线。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制
2、,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额),完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种形状槽,以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多,有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换,配以可编程序控制器()、数字控制()等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外,近年来
3、组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机(清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线)等在组合机床行业中所占份额也越来越大。二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。国内组合机床近几年取得了长足的进步，但是与发达国家相比，在产业结构、产品水平、开发能力、产业规模、制造技术水平、劳动生产率、国内外市场占有率等诸多方面尚存在不少差距。在组合机床方面，总体
4、水平不高，国际竞争力不强，不能充分满足国内建设需要，关键技术过分依赖国外，自主发展能力薄弱，高技能人才的比较优势有弱化的危险，产品质量不稳定，用户服务水平差距较大。本次设计的课题是基于PRO/E立式双轴缸孔半精镗机床总体及刀具设计。该课题来源于江淮动力集团。本次设计分总体设计、夹具设计、镗削头设计、刀具设计三个部分。我主要负责刀具部分的设计，总体设计由我和另外三位同学共同完成。在设计组合机床过程中，组合机床刀具的设计是组合机床设计工作的重要部分之一。刀具要满足成批量加工的要求，因此，就需要对刀具的强度、刀具材料进行计算校核，它要满足同时加工几个孔的要求，但由于中间孔的孔径大于两端的孔径，给设计
5、带来了很大的难度，具体设计方案在后面讲予以介绍。设计该组合机床思路如下：仔细分析零件的特点，以确定零件合理可行的加工方法（包括安排工序及工艺流程，确定工序中的工步数，选择加工的定位基准及夹压方案等），确定工序间加工余量，选择合适的切削用量，确定组合机床的配制形式；根据被加工零件的工艺要求确定刀具，再由刀具直径计算切削力，切削扭矩，切削功率，然后选择各通用部件，最后按装配关系组装成组合机床。本说明书以设计立式双轴缸孔半精镗组合机床为主线，阐述了刀具的选择、镗削头和夹具设计的过程。在第2章中着重介绍了组合机床的总体设计。在总体设计中，首先是被加工零件的工艺分析，然后是总体方案的论证，在比较了许多方
6、案之后，结合本道工序加工的特点最终选择卧式三面的机床配置型式。再结合本道工序的特点选择刀具。根据选择的切削用量，计算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再确定刀具的大小和型式。在确定这些设计计算后，然后是绘制组合机床的“三图一卡”被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。在第3章中，主要介绍了刀具的设计。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
7、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。2 组合机床总体设计该组合机床的加工对象是汽车变速箱箱体，材料是HT250，硬度为HB190250.属于箱体零件，结构复杂。2.1 组合机床总体设计2.1.1 组合机床工艺方案的制定A.本机床被加工零件特点该加工零件为JD4
8、90柴油机机体。材料HT250，其硬度为HB187251，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完毕。B.本机床被加工零件的加工工序及加工精度此次设计的组合机床是完成JD490柴油机机体上的4个缸孔的加工，其具体的加工工艺路线如下:1、粗铣底面；2、粗铣左、右端面；3、粗铣前、后端面；4、半精铣底面；5、半精铣左、右端面；6、半精铣前、后端面；7、粗镗孔；8、半精镗孔;9、精镗孔；10、钻左、右、后面的孔；11、攻丝。本道加工工序是第8道工序，其加工内容是：半精镗孔,深10，表面粗糙度为3.2孔,深10.3，表面粗糙度为3.2孔,深124倒角,深5.6半精镗,深21.4，表面粗糙度为3.22.1
9、.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集中工序。 “一面双孔”的定位方法，其特点是：A.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。B.有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.“一面双孔”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积误差，有利于保证零件的加工精度。同时，使机床各个工序（工位）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
10、止切削落于定位基面上。本机床加工时采用的是一面两销的定位方式。即一面是缸体底面，限制了三个方向的自由度；圆柱销限制了两个方向的自由度；菱形销限制了一个方向的自由度。通过一个平面和两个定位销限制其六个自由度，这样工件的6个自由度被完全约束了也就得到了完全的定位。E.由于主轴是液压控制，因此，夹具也通过液压来驱动，能达到集中控制的要求，对被加工零件的四个角进行加紧，有效的保证了加工精度。2.1.3 机床配置型式的选择根据选定的工艺方案确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件的精度、技术要求及生产率，又要考虑机床操作方便可靠，易于维
11、修，且润滑、冷却、排屑情况良好。对同一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采取哪种方案时，绝不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进行多种方案的对比，从中选择最佳方案。各种形式的单工位组合机床，具有固定式夹具，通常可安装一个工件，特别适用于大、中型箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这种机床可分为单面、多面复合式。利用多轴箱同时从几个方面对工件进行加工。但其机动时间不能与辅助时间重合，因而生产率比多工位机床低。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
12、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。在认真分析了被加工零件的结构特点及所选择的加工工艺方案，又由组合机床的特点及适应性，确定设计的组合机床的配置型式为多工位立式半精镗组合机床。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：零件损失小，使用寿命长，在相当大的范围内进给量可以无级调速；可以获得较大的进给力；工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现；过载保护简单可靠；由
13、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。本课题的JD490柴油机机体上的4个缸孔的加工，位置精度和尺寸精度要求较高，刚度高、热变形小、进给稳定性高，因此采用液压滑台。2.1.5 中间底座的选择中间底座其顶面安装夹具或输送部件，侧面可与侧底座相连接，并通过断面键或定位销定位。根据机床配置形式不同，中间底座有多种形式，。总之而言，中间底座的结构、尺寸需要根据工件的大小、形状以及组合机床的配置形式来确定。因此，中间底座一般按专用部件进行设计，但为了不致使组合机床的外廓尺寸过分繁多中间底座可参照表2-1： 表2-1 中间底座主要尺寸 （mm）中间底座长 中间底座宽80050056063
14、0710800900 _1000 _ _63071080090010001250 _ _71080090010001250_ _ _71080090010002.2 切削用量及选择刀具的确定2.2.1 选择切削用量对于半精镗5个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从文献1P.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。复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用寿命。保证刀具应有的使用寿命，进给量按复合刀具最小直径选择，切削速度按复合刀具最大直径选择。对整体的复合刀
15、具，往往强度较低，故切削用量应选对稍低些。另外，选择切削用量时还要保证生产批量要求，也要保证刀具一定的耐用度。组合机床切削用量选择通常要求刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于4h。确定切削用量时，还需考虑所选动力滑台的性能。使用液压滑台时，选择每分钟进给量应比该滑台最小工进速度大50%，否则会受温度和其他原因导致进给不稳定。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1得硬度HB187-251时，高速钢钻头的切削用量如表2-2表2-2 镗孔切削用量工序刀具材料铸铁半精镗高速钢20-350.1-0.3硬质合金70-900.15-0.45先以刀具来选择较合理的转速n 和每转进给量f ，选择合理的切削速度。切削速度v的公式如下： （1-1）A. 1、3缸孔的切削用量选择如下：a) 半精镗孔,深10
