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附錄 A 四 工位組合機(jī)床的設(shè)計(jì)與研制 摘要 摘要：本文介紹了一種用于加工載重汽車輪轂的單面立式 30 軸鉆、擴(kuò)、鉸組合機(jī)床，以及機(jī)床的設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)和使用操作等。 關(guān)鍵詞：組合機(jī)床 ;輪轂 ;設(shè)計(jì) ;研制 四工位組合機(jī)床用于對(duì)載重汽車前、中后輪轂 10、鉸加工。此類機(jī)床過(guò)去已有的設(shè)備相對(duì)落后，電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及機(jī)床主要部件相對(duì)過(guò)時(shí)和陳舊。本文介紹的組合機(jī)床有較先進(jìn)的電氣控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，機(jī)床的運(yùn)行采用三菱可編程控制器程序控制，程序可根據(jù)加工流程圖進(jìn)行調(diào)整，變成方便靈活。它集粗鉆、 擴(kuò)加工和精鉸加用于一身，自成體系地形成一條圓形加工流水線。該設(shè)備占地面積小，加工精度高，性能穩(wěn)定可靠，是汽車制造工廠加工輪轂不可多得的設(shè)備。它是由專用底座，專用主軸箱，專用夾具及鉆模板， １ 組合機(jī)床的技術(shù)發(fā)展 合機(jī)床 組合機(jī)床是一種專用高效自動(dòng)化技術(shù)裝備，目前，由于它仍是大批量機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，因而被廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和壓縮機(jī)等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。所以說(shuō)組合機(jī)床的技術(shù)性能和 綜合自動(dòng)化水平，在很大程度上決定了這些工業(yè)部門產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的結(jié)構(gòu)，也很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。 現(xiàn)在組合機(jī)床作為機(jī)電一體化產(chǎn)品，它是控制、驅(qū)動(dòng)、測(cè)量、監(jiān)控、刀具和機(jī)械組建等技術(shù)的綜合反映。近 ２０ 年來(lái)，這些技術(shù)有長(zhǎng)足進(jìn)步，同時(shí)作為組合機(jī)床組要用戶的汽車和內(nèi)燃機(jī)等行業(yè)也有很大的變化，其產(chǎn)品市場(chǎng)壽命不斷縮短，品種日益增多且質(zhì)量不斷提高。這些因素有力地推動(dòng)和激勵(lì)了組合機(jī)床的不斷發(fā)展。 合機(jī)床品種的發(fā)展 在組合機(jī)床這類專用機(jī)床中 ,回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床和自動(dòng)線占有很重要的地位 。因?yàn)檫@兩類機(jī)床可以把工件的許多加工工序分配到多個(gè)加工工位上 ,并同時(shí)能從多個(gè)方向?qū)ぜ膸讉€(gè)面進(jìn)行加工 ,此外 ,還可以通過(guò)轉(zhuǎn)位夾具 (在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)機(jī)床上 ) 或通過(guò)轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)裝置 (在自動(dòng)線上 ) 實(shí)現(xiàn)工件的五面加工或全部加工 ,因而具有很高的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率 ,被汽車、摩托車和壓縮機(jī)等工業(yè)部門所采用。 根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料 ,德國(guó)在 1990～ 1992 年期間 ,回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床和自動(dòng)線的產(chǎn)量約各占組合機(jī)床總數(shù)的 50 % 左右。應(yīng)指出 ,回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床實(shí)際上是一種特殊型式的小型自動(dòng)線 , 適合于加工輪廓尺寸 ≤ 250中小件。與自動(dòng)線相比 , 在加工同一種工件的情況下 ,回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床所占作業(yè)面積要比自動(dòng)線約小 2/ 3 。 合機(jī)床柔性化進(jìn)展迅速 十多年來(lái) ,作為組合機(jī)床重要用戶的汽車工業(yè) ,為迎合人們個(gè)性化需求 ,汽車變型品種日益增多 ,以多品種展開競(jìng)爭(zhēng)已成為汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的特點(diǎn)之一 ,這使組合機(jī)床制造業(yè)面臨著變型多品種生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。為適應(yīng)多品種生產(chǎn) ,傳統(tǒng)以加工單一品種的剛性組合機(jī)床和自動(dòng)線必須提高其柔性。在 70 年代 ,數(shù)控系統(tǒng)的可靠性有了很大的提高 ,故到 70 年代末和 80 年代初 ,像 運(yùn)動(dòng)特性曲線。由于電液比例閥控制系統(tǒng) 公司相繼開發(fā)出數(shù)控加工模塊和柔性自動(dòng)線 (F ,從此數(shù)控組合機(jī)床和柔性自動(dòng)線逐年增多。在 1988 年至 1992 年間 ,日本組合機(jī)床和自動(dòng)線 (包括部分其它形式的專用機(jī)床 ) 產(chǎn)量的數(shù)控化率已達(dá) 32 % ～ 39 % , 產(chǎn)值數(shù)控比率達(dá) 35 %～ 51 % ; 德國(guó)組合機(jī)床和自動(dòng)線產(chǎn)量的數(shù)控化，發(fā)動(dòng)機(jī)變型品種日益增多的趨向率為 18 %～ 62 % , 產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)45 %～ 66 % ２ 四工位組合機(jī)床的設(shè)計(jì) ２ 藝方案的確定 組合 機(jī)床是針對(duì)某種零件或某道工工序而設(shè)計(jì)的，工藝方案又是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它是根據(jù)被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工部位、加工的尺寸精度、粗糙度以及其他技術(shù)要求來(lái)確定設(shè)計(jì)的。 被加工件是汽車輪轂零件，在前道立車工序上已加工出 求在 375 的圓周面上加工出 10 個(gè) 27+位置公差為 0～ 糙度為 據(jù)以上要求，工藝方案應(yīng)確定粗精加工分開進(jìn)行，即先鉆 25的孔，然后擴(kuò)孔到 精餃孔到 27，考慮到零件的加工精度和工序集中原則，粗精加工合并成一道工序在一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行。由 此確定機(jī)床的鉆、擴(kuò)、鉸三個(gè)工位，加之裝卸工件工位，故命名為四工位組合機(jī)床。 ２ 置型式及其結(jié)構(gòu)方案 機(jī)床的配置型式主要取決于被加工零件的加工精度和工藝方案，既要考慮能實(shí)現(xiàn)工藝方案以保證零件的加工精度、技術(shù)要求和生產(chǎn)效率；又要考慮操作方便，易于維修，冷卻和排屑情況良好。該機(jī)床的配置型式屬于大型組合機(jī)床，總重量約為 21t，總功率 250成四個(gè)工位，與之對(duì)應(yīng)的立柱上安裝 臺(tái)上安裝標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力頭和專用主軸箱，主軸箱的加工中心與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn) 中心對(duì)中，成垂直立式布局。裝卸工件和加工工件可同時(shí)進(jìn)行，互不干擾，既機(jī)床的切削時(shí)間和輔助時(shí)間重合，從而提高機(jī)床的工作效率。 ３ 組合機(jī)床的主要組成部分 ３ 身 床身部件必須有足夠的承載能力和足夠的剛度動(dòng)態(tài)性能及過(guò)載儲(chǔ)備稀疏，以保證各部件之間能長(zhǎng)期保持其正確的相對(duì)位置。組合機(jī)床的剛度和部件之間的精度保持性要由床身部件來(lái)保證。本機(jī)床的床身不見主要由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)底座、立座底座、立柱和立柱墊等構(gòu)成。它們起著組合機(jī)床的基礎(chǔ)骨架作用。床身部件包括配重在內(nèi)的重量達(dá)組合機(jī)床總重量的 70%以上，因而具有良好的剛性和抗振性能，為保證機(jī)床的加工精度奠定了良好的基礎(chǔ)。 ３ 臺(tái) 滑臺(tái)之用來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件，它主要由滑臺(tái)，滑臺(tái)座和液壓油缸三部分組成?；_(tái)座固定在立柱上，液壓油缸體固定在滑座上，活塞桿與滑臺(tái)相互連接，工作時(shí)，液壓油缸固定，活塞桿帶著滑臺(tái)在滑座的導(dǎo)軌上作往返運(yùn)動(dòng)。本機(jī)床液壓滑臺(tái)屬于大型滑臺(tái)，有足夠的能量?jī)?chǔ)備?；_(tái)的工作有快進(jìn)、共進(jìn)和快退三種狀態(tài)。其動(dòng)作是由電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)共同控制的。在滑臺(tái)上安裝有動(dòng)力頭和主軸箱，滑臺(tái)頂部裝有鋼絲繩滑輪組，另一端在立柱中裝有配重塊，目的是使滑臺(tái)在滑座上移動(dòng)輕便，并可防止滑臺(tái)端 過(guò)重而下滑。 ３ 力頭及主軸箱 動(dòng)力頭是主軸運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，它帶動(dòng)主軸箱的各個(gè)輸出主軸使刀具作主體運(yùn)動(dòng)。本機(jī)床鉆、擴(kuò)、餃孔刀具直徑分別為 25 27加工零件材料為 35度 32， 考慮到扭矩儲(chǔ)備系數(shù)，機(jī)床采用標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)為 15速為 970r/出軸轉(zhuǎn)速為 475r/軸箱是組合機(jī)床重要部件之一，其作用是根據(jù)被加工件的加工要求，安排各主軸的位置，并將電機(jī)的動(dòng)力按不同的轉(zhuǎn)速比輸出分配給各工作主軸，使主軸得到要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向， 以滿足對(duì)零件的加工。主軸箱主軸的排列根據(jù)被加工零件的工藝要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，并與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上的夾具工位向?qū)?yīng)，主軸箱的傳動(dòng)齒輪及傳動(dòng)軸可選標(biāo)準(zhǔn)件。 ３ 軸及鉆模板 主軸的結(jié)構(gòu)取決于零件的加工工藝以及主軸的受力情況。對(duì)于鉆削加工的主軸，受軸向切削力較大，應(yīng)采用推力球軸承或滾錐軸承定位。主軸與刀具的連接方式采用莫氏 3#導(dǎo)向套接桿，刀具的長(zhǎng)短比例可視加工情況調(diào)整接桿。用于鉆、擴(kuò)孔加工的主軸轉(zhuǎn)速為 175r/削速度 V=刀量 S=0r/削速 度 V=刀量 S=r，進(jìn)刀速度 0mm/鉆模板主要起對(duì)刀具的輔助定位作用，防止刀具在加工時(shí)擺動(dòng)，從而提高被加工件的精度。 ３ 轉(zhuǎn)工作臺(tái) 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是多工位組合機(jī)床的輸送部件。本機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)分四個(gè)工位， 1工位用于裝、卸工件， 、鉸工位?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)作單方向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于一條圓形自動(dòng)生產(chǎn)線，其結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)效率高，可以方便的實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)控制。該機(jī)床是齒盤定位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，其主要組成有：花盤、工作臺(tái)體、多齒定位盤、集屑槽、呼吸器、卡緊油缸、 活塞、轉(zhuǎn)位齒輪、轉(zhuǎn)位離合器、液壓閥、轉(zhuǎn)位齒條等?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)的齒盤是圓周分布的一對(duì)相互嚙合的端面齒輪，靠圓周多齒嚙合定位，具有定位精度高和剛性好的特點(diǎn)，所以在轉(zhuǎn)臺(tái)上無(wú)論徑向力、軸向力或切向力，都可以起到自動(dòng)定心的作用。 ３ 具 夾具使用來(lái)防止并固定被加工零件的。正確選擇加工用定位基準(zhǔn)是確保加工精度的重要條件。夾具的尺寸精度和安裝精度的高低直接影響到零件的加工精度，本機(jī)床共有四套尺寸相同的夾具，均布在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上并與回轉(zhuǎn)臺(tái)中心形成同心圓流水線。夾具主要有四個(gè)夾具體、定位圈、夾緊油缸等組成。每套夾具有四個(gè)夾 緊油缸，等分固定在夾具體的四個(gè)方向上，夾緊工件時(shí)受力均衡，防止零件變形。定位圈時(shí)夾具的關(guān)鍵部件，必須使四套夾具的定位圈尺寸公差相一致，而且四套夾具的回轉(zhuǎn)中心與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心也應(yīng)絕對(duì)重合，才能保證零件的加工精度。 ３ 壓系統(tǒng) 機(jī)床的液壓系統(tǒng)相當(dāng)于人體的血液喜歡系統(tǒng)，被加工零件的夾緊、放松，工作臺(tái)的抬起、旋轉(zhuǎn)和落下，動(dòng)力頭滑臺(tái)的快進(jìn)、共進(jìn)和快退等都是靠液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。液壓系統(tǒng)主要由液壓站集中控制，液壓電機(jī)為 22壓泵為變量葉片泵，滑臺(tái)的動(dòng)作是由一個(gè)三位五通電磁閥和調(diào)速閥來(lái)控制?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)的抬起 、落下、回轉(zhuǎn)和復(fù)位，以及工件的夾緊和放松，主要由三個(gè)兩位四通電磁閥來(lái)控制。另外專設(shè)一路由程序控制的對(duì)液壓滑臺(tái)自動(dòng)定時(shí)潤(rùn)滑。 ３ 氣系統(tǒng) 本機(jī)床采用 菱可編程控制器作為中央控制樞紐。它是由中、大規(guī)模集成電路組成，具有強(qiáng)大的邏輯控制功能和邏輯存儲(chǔ)功能，響應(yīng)速度快，功耗小，體積小，受命小，可靠性高，通用性強(qiáng)，可不受條件限制地對(duì)程序進(jìn)行在線編程、調(diào)試和修改。它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的自我診斷和故障檢測(cè)，可進(jìn)行邏輯運(yùn)算和編程的控制，定時(shí)和計(jì)數(shù)的控制，可以容易地實(shí)現(xiàn)機(jī)、電、液一體化。電氣系統(tǒng)的交流在、輸出控 制主要有主軸電機(jī)，液壓電機(jī)，冷卻電機(jī)。直流輸出主要控制液壓站的十路電磁閥。 電氣系統(tǒng)的硬件主要有可編程控制器、變壓器、接觸器、操縱按鈕和保險(xiǎn)器、整流二極管和續(xù)流二極管、以及行程開關(guān)等組成；軟件主要包括主程序，同時(shí)有為程序服務(wù)的各個(gè)期間的輸入輸出地址標(biāo)和程序梯形圖等。 機(jī)床的操作分調(diào)整和自動(dòng)兩種方式，調(diào)整方式為手動(dòng)控制機(jī)床的單步操作；自動(dòng)方式由程序控制按加工流程圖實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)。 ３ 卻系統(tǒng) 機(jī)床外部設(shè)有專用的帶腳輪的冷卻箱，便于維修和清理，量為 50L/卻水到達(dá)鉆模板 后分成三路，每一路有 10個(gè)導(dǎo)向水嘴，對(duì)應(yīng)于 10 把刀具，俄有效地實(shí)現(xiàn)刀具的冷卻。冷卻泵在滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)由程序控制自動(dòng)啟動(dòng)，實(shí)施對(duì)被加工工件的冷卻，工進(jìn)到終點(diǎn)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。 4 組合機(jī)床的安裝調(diào)試及精度檢驗(yàn) 在組裝過(guò)程中始終貫穿著對(duì)系統(tǒng)部件的不斷調(diào)試，以及對(duì)影響加工尺寸的主要部件的自身精度和結(jié)合精度進(jìn)行調(diào)整。 系統(tǒng)的調(diào)試是根據(jù)各個(gè)系統(tǒng)的要求和機(jī)床工作循環(huán)圖的要求來(lái)對(duì)電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、主機(jī)系統(tǒng)自身和相互之間進(jìn)行有關(guān)調(diào)整。 對(duì)主要部件自身精度和結(jié)合精度進(jìn)行調(diào)整是指以下幾個(gè)方面： （ 1）機(jī)床側(cè)底座、立柱底座的安 裝水平。 （ 2）機(jī)床側(cè)底座、立柱底座、機(jī)床導(dǎo)軌的扭曲。 （ 3）主軸孔軸線的徑向跳動(dòng)。 （ 4）主軸孔軸線對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌的平行度。 （ 5）夾具襯套孔軸線或樣件孔軸線對(duì)導(dǎo)軌的平行度。 （ 6）主軸和夾具襯套孔或樣件孔對(duì)導(dǎo)軌的等距度。 （ 7）回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心與主軸箱的加工中心的同軸度。 5 試車 當(dāng)工件狀態(tài)旋鈕開關(guān)置于“調(diào)整”位置時(shí)，操作各按鈕如夾緊、放松、前進(jìn)、后退等，可進(jìn)行機(jī)床的單步動(dòng)作，此功能主要用于機(jī)床試運(yùn)行或刀具的調(diào)整等。當(dāng)開關(guān)置于“自動(dòng)”狀態(tài)時(shí)，機(jī)床的動(dòng)作完全由程序自動(dòng)進(jìn)行控制，每次裝卸完工件后，只需按“ 夾緊”、“抬起”按鈕，機(jī)床就會(huì)自動(dòng)循環(huán)、周而復(fù)始的工作下去，直到按“停止”按鈕為止，此功能主要用于對(duì)零件的自動(dòng)加工。 經(jīng)試車運(yùn)轉(zhuǎn)一切正常，并對(duì)零件進(jìn)行了加工試切驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)機(jī)械工業(yè)部第十七計(jì)測(cè)試中心檢測(cè)，尺寸公差及精度符合零件圖紙的技術(shù)要求。 6 本組合機(jī)床特點(diǎn) (1)機(jī)床上的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件約占機(jī)床零部件總量的 ７０％ 以上，因此設(shè)計(jì)和制造的周期短，經(jīng)濟(jì)效益好。 (2)機(jī)床采用專用的夾具、刀具及鉆模板，一次性調(diào)整后，其加工質(zhì)量全靠工藝裝備來(lái)保證，對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求不高，且勞動(dòng)強(qiáng)度低。 (3)該設(shè)備占地面 積小，加工精度高，性能穩(wěn)定可靠，是汽車制造廠加工輪轂的專 用設(shè)備。 (4)機(jī)床有鉆、擴(kuò)、鉸及裝卸四個(gè)工位，裝卸及加工同步進(jìn)行，因此機(jī)床的生產(chǎn)效率高，每小時(shí)可加工零件 １５ 件以上，加工質(zhì)量穩(wěn)定。 (5)機(jī)床采用可編程控制程序控制，因而自動(dòng)化程度高，且機(jī)床的動(dòng)作在不改變電氣線路的情況下可在線編制程序，隨機(jī)調(diào)整。 附錄 B of 7] is it of 0 up to to of of in of of of of s to to It is to is it to is it is it is it to s to in to to to it to is in is it is is it is of It is by 1. of t is of a of to At it is in in a of as So of of to a of to a up as of It of 0 at as up of a of is by is of up of of n up of s is it a of of to a of of of a of at In to at or to at or of is by as to is 990of is it is it 0 , of up to to s a of a of in to of ü 250mm of In of of , as of In to to of by Is it of of to is it up of of to In to to of up In 970s, of a So of by of H ¨1of in F up by 988 992, up of 2- 39, of 5- 51; of 8 - 62 by of of is up 5 % 2 of of a up to a or is to up to It to of is it is it to to It is an to In up 0 7+on 75, on a of 12, . 2. on 5 6. 6, 7, of is a is on on a of in of so he of on of as to of it is to to to in of to up is 1t, 7. 5of on of 250m, of on on t of of to go on at of of of be of so as to a up of of by is 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