0187-基于PROE平臺(tái)的立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì)【全套19張CAD圖+PROE模型+說(shuō)明書(shū)】,全套19張CAD圖+PROE模型+說(shuō)明書(shū),基于,proe,平臺(tái),立式,雙軸缸孔半精鏜,機(jī)床,總體,整體,刀具,設(shè)計(jì),全套,19,cad,模型,說(shuō)明書(shū),仿單 1 目錄 1 前言……………………………………………………………………………… 1 2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 3 2.1 總體方案的確定……………………………………………………………… 3 2.1.1 組合機(jī)床工藝方案的制定………………………………………………… 3 2.1.2 定位基準(zhǔn)的選擇…………………………………………………………… 3 2.1.3 機(jī)床配置型式的選擇……………………………………………………… 4 2.1.4 滑臺(tái)型式的選擇…………………………………………………………… 4 2.1.5 中間底座的選擇…………………………………………………………… 4 2.2 切削用量及刀具的選擇……………………………………………………… 5 2.2.1 選擇切削用量……………………………………………………………… 5 2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率的計(jì)算 ………………………………… 6 2.2.3 刀具結(jié)構(gòu)的選擇…………………………………………………………… 8 2.3 三圖一卡設(shè)計(jì)…………………………………………………………………9 2.3.1 被加工零件工序圖………………………………………………………… 9 2.3.2 加工示意圖………………………………………………………………… 10 2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖………………………………………………………………11 2.3.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡……………………………………………………………12 3. 組合鏜刀設(shè)計(jì)……………………………………………………………………15 3.1 刀具設(shè)計(jì)概述………………………………………………………………….15 3.1.1 金屬切削刀具的發(fā)展……………………………………………………….15 3.1.2 刀具使用和設(shè)計(jì)中需注意的問(wèn)題………………………………………….15 3.2 組合鏜刀工作原理…………………………………………………………….15 3.2.2 工作原理…………………………………………………………………….17 3.3 推桿與滑塊的工作原理……………………………………………………….17 3.1.1 推桿與滑塊的設(shè)計(jì)原因…………………………………………………….17 3.2.2 工作原理…………………………………………………………………….17 3.4 鏜刀設(shè)計(jì)……………………………………………………………………….18 5 結(jié)論……………………………………………………………………………….26 文獻(xiàn)資料…………………………………………………………………………….27 致謝………………………………………………………………………………….28 附錄………………………………………………………………………………….29 基于 PROE 平臺(tái)的立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì) 2 1 前言 組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要,以大量通用部件為基礎(chǔ),配以少量專(zhuān)用部件組成 的一種高效的專(zhuān)用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同 時(shí)加工的方法，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已標(biāo)準(zhǔn)化和系 列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本 和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用來(lái)組成自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)。 組合機(jī)床及其自動(dòng)線(xiàn)是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝 裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用,因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能 源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國(guó)傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)主要采用機(jī)、 電、氣、液壓控制,它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類(lèi)和軸類(lèi)零 件(近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額),完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔, 加工各種螺紋、鏜孔、車(chē)端面和凸臺(tái),在孔內(nèi)鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面 等。組合機(jī)床的分類(lèi)繁多,有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床,有單面、雙面、三面、 臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式,還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)式組合機(jī)床等;隨著技術(shù)的不斷進(jìn) 步,一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來(lái)越受到人們的青睞,它應(yīng)用多位主軸 箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換,配以可編程序控制器(ＰＬＣ)、 數(shù)字控制(ＮＣ)等,能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),并能靈活適應(yīng)多品種加工 的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外,近年來(lái)組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔 機(jī)(清洗機(jī)、裝配機(jī)、綜合測(cè)量機(jī)、試驗(yàn)機(jī)、輸送線(xiàn))等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額 也越來(lái)越大。二十世紀(jì) 70 年代以來(lái)，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動(dòng) 檢測(cè)和刀具自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。組合機(jī)床未來(lái) 的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍； 采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔 性制造系統(tǒng)等。 國(guó)內(nèi)組合機(jī)床近幾年取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、 產(chǎn)品水平、開(kāi)發(fā)能力、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、制造技術(shù)水平、勞動(dòng)生產(chǎn)率、國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)占有率 等諸多方面尚存在不少差距。在組合機(jī)床方面，總體水平不高，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)， 不能充分滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)建設(shè)需要，關(guān)鍵技術(shù)過(guò)分依賴(lài)國(guó)外，自主發(fā)展能力薄弱，高技能 人才的比較優(yōu)勢(shì)有弱化的危險(xiǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，用戶(hù)服務(wù)水平差距較大。 本次設(shè)計(jì)的課題是基于 PRO/E 立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì)。該課 題來(lái)源于江淮動(dòng)力集團(tuán)。本次設(shè)計(jì)分總體設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)、鏜削頭設(shè)計(jì)、刀具設(shè)計(jì) 三個(gè)部分。我主要負(fù)責(zé)刀具部分的設(shè)計(jì)，總體設(shè)計(jì)由我和另外三位同學(xué)共同完成。 在設(shè)計(jì)組合機(jī)床過(guò)程中，組合機(jī)床刀具的設(shè)計(jì)是組合機(jī)床設(shè)計(jì)工作的重要部分之一。 刀具要滿(mǎn)足成批量加工的要求，因此，就需要對(duì)刀具的強(qiáng)度、刀具材料進(jìn)行計(jì)算校 核，它要滿(mǎn)足同時(shí)加工幾個(gè)孔的要求，但由于中間孔的孔徑大于兩端的孔徑，給設(shè) 計(jì)帶來(lái)了很大的難度，具體設(shè)計(jì)方案在后面講予以介紹。 設(shè)計(jì)該組合機(jī)床思路如下：仔細(xì)分析零件的特點(diǎn)，以確定零件合理可行的加工 方法（包括安排工序及工藝流程，確定工序中的工步數(shù)，選擇加工的定位基準(zhǔn)及夾 3 壓方案等） ，確定工序間加工余量，選擇合適的切削用量，確定組合機(jī)床的配制形 式；根據(jù)被加工零件的工藝要求確定刀具，再由刀具直徑計(jì)算切削力，切削扭矩， 切削功率，然后選擇各通用部件，最后按裝配關(guān)系組裝成組合機(jī)床。 本說(shuō)明書(shū)以設(shè)計(jì)立式雙軸缸孔半精鏜組合機(jī)床為主線(xiàn)，闡述了刀具的選擇、鏜 削頭和夾具設(shè)計(jì)的過(guò)程。在第 2 章中著重介紹了組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)。在總體設(shè)計(jì) 中，首先是被加工零件的工藝分析，然后是總體方案的論證，在比較了許多方案之 后，結(jié)合本道工序加工的特點(diǎn)最終選擇臥式三面的機(jī)床配置型式。再結(jié)合本道工序 的特點(diǎn)選擇刀具。根據(jù)選擇的切削用量，計(jì)算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率 等，再確定刀具的大小和型式。在確定這些設(shè)計(jì)計(jì)算后，然后是繪制組合機(jī)床的 “三圖一卡”—被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計(jì)算卡。 在第 3 章中，主要介紹了刀具的設(shè)計(jì)。 組合機(jī)床刀具，雖然從它的作用和對(duì)它的基本要求上看，與通用機(jī)床上用的刀 具基本一樣，但是由于組合機(jī)床的特殊條件，也給組合機(jī)床刀具帶來(lái)了一些與一般 刀具不同的特點(diǎn)。因此，要使組合機(jī)床能很好的工作，就必須了解這些特點(diǎn)。 組合機(jī)床刀具要求有較高的耐用度和可靠性，并便于裝卸和調(diào)整。由于組合機(jī) 床是高生產(chǎn)率的專(zhuān)用機(jī)床，它的循環(huán)時(shí)間較短，而在每一循環(huán)中，刀具不工作的時(shí) 間很短。同時(shí)在大多數(shù)情況下，組合機(jī)床又是多刀加工，刀具數(shù)量較多，更換調(diào)整 刀具較費(fèi)時(shí)間。這樣，如換刀次數(shù)較多，勢(shì)必占用大量時(shí)間，降低生產(chǎn)率。所以就 要求組合機(jī)床刀具具有如下性能：結(jié)構(gòu)可靠；刀具材料和幾何參數(shù)選取合理，并創(chuàng) 造合適的切削條件以及選取比一般通用機(jī)床稍低的切削用量，以使刀具有較高的耐 用度；便于裝卸。 基于 PROE 平臺(tái)的立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì) 4 2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 該組合機(jī)床的加工對(duì)象是汽車(chē)變速箱箱體，材料是 HT250，硬度為 HB190～250.屬 于箱體零件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 2.1 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 2.1.1 組合機(jī)床工藝方案的制定 A.本機(jī)床被加工零件特點(diǎn) 該加工零件為 JD490 柴油機(jī)機(jī)體。材料 HT250，其硬度為 HB187—251，在本工 序之前各主要表面、主要孔已加工完畢。 B.本機(jī)床被加工零件的加工工序及加工精度 此次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床是完成 JD490 柴油機(jī)機(jī)體上的 4 個(gè)缸孔的加工，其具體的 加工工藝路線(xiàn)如下: 1、粗銑底面； 2、粗銑左、右端面； 3、粗銑前、后端面； 4、半精銑底面； 5、半精銑左、右端面； 6、半精銑前、后端面； 7、粗鏜孔； 8、半精鏜孔; 9、精鏜孔； 10、鉆左、右、后面的孔； 11、攻絲。 本道加工工序是第 8 道工序，其加工內(nèi)容是： 半精鏜 孔,深 10，表面粗糙度為 3.207.416??m? 孔,深 10.3，表面粗糙度為 3.2.0 孔,深 1245 倒角 ,深 5.69. 半精鏜 ,深 21.4，表面粗糙度為 3.2087.41? 2.1.2 定位基準(zhǔn)的選擇 組合機(jī)床是針對(duì)某種零件或零件某道工序設(shè)計(jì)的。正確選擇定位基準(zhǔn)，是確保 加工精度的重要條件，同時(shí)也有利于實(shí)現(xiàn)最大限度的集中工序。 “一面雙孔”的定位方法，其特點(diǎn)是： 5 A.可以簡(jiǎn)便地消除工件的六個(gè)自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 B.有同時(shí)加工零件五個(gè)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.“一面雙孔”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準(zhǔn)，使零件整 個(gè)工藝過(guò)程基準(zhǔn)統(tǒng)一，從而減少由基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來(lái)的累積誤差，有利于保證零件的加 工精度。同時(shí)，使機(jī)床各個(gè)工序（工位）的許多部件實(shí)現(xiàn)通用化，有利于縮短設(shè)計(jì)、 制造周期，降低成本。 D.易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化定位、夾緊，并有利于防止切削落于定位基面上。 本機(jī)床加工時(shí)采用的是“一面兩銷(xiāo)“的定位方式。即一面是缸體底面，限制了三 個(gè)方向的自由度；圓柱銷(xiāo)限制了兩個(gè)方向的自由度；菱形銷(xiāo)限制了一個(gè)方向的自由 度。通過(guò)一個(gè)平面和兩個(gè)定位銷(xiāo)限制其六個(gè)自由度，這樣工件的 6 個(gè)自由度被完全 約束了也就得到了完全的定位。 E.由于主軸是液壓控制，因此，夾具也通過(guò)液壓來(lái)驅(qū)動(dòng)，能達(dá)到集中控制的要 求，對(duì)被加工零件的四個(gè)角進(jìn)行加緊，有效的保證了加工精度。 2.1.3 機(jī)床配置型式的選擇 根據(jù)選定的工藝方案確定機(jī)床的配置型式，并定出影響機(jī)床總體布局和技術(shù)性 能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。既要考慮能實(shí)現(xiàn)工藝方案，以確保零件的精度、技術(shù)要 求及生產(chǎn)率，又要考慮機(jī)床操作方便可靠，易于維修，且潤(rùn)滑、冷卻、排屑情況良 好。對(duì)同一個(gè)零件的加工，可能會(huì)有各種不同的工藝方案和機(jī)床配置方案，在最后 決定采取哪種方案時(shí)，絕不能草率，要全面地看問(wèn)題，綜合分析各方面的情況，進(jìn) 行多種方案的對(duì)比，從中選擇最佳方案。 各種形式的單工位組合機(jī)床，具有固定式夾具，通常可安裝一個(gè)工件，特別適 用于大、中型箱體類(lèi)零件的加工。根據(jù)配置動(dòng)力部件的型式和數(shù)量，這種機(jī)床可分 為單面、多面復(fù)合式。利用多軸箱同時(shí)從幾個(gè)方面對(duì)工件進(jìn)行加工。但其機(jī)動(dòng)時(shí)間 不能與輔助時(shí)間重合，因而生產(chǎn)率比多工位機(jī)床低。 機(jī)床的配置型式主要有臥式和立式兩種。臥式組合機(jī)床床身由滑座、側(cè)底座及 中間底座組合而成。其優(yōu)點(diǎn)是加工和裝配工藝性好，無(wú)漏油現(xiàn)象；同時(shí)，安裝、調(diào) 試與運(yùn)輸也都比較方便；而且，機(jī)床重心較低，有利于減小振動(dòng)。其缺點(diǎn)是削弱了 床身的剛性，占地面積大。立式組合機(jī)床床身由滑座、立柱及立柱底座組成。其優(yōu) 點(diǎn)是占地面積小，自由度大，操作方便。其缺點(diǎn)是機(jī)床重心高，振動(dòng)大。 在認(rèn)真分析了被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所選擇的加工工藝方案，又由組合機(jī)床 的特點(diǎn)及適應(yīng)性，確定設(shè)計(jì)的組合機(jī)床的配置型式為多工位立式半精鏜組合機(jī)床。 2.1.4 滑臺(tái)型式的選擇 本組合機(jī)床采用的是液壓滑臺(tái)。與機(jī)械滑臺(tái)相比較，液壓滑臺(tái)具有如下優(yōu)點(diǎn)： 零件損失小，使用壽命長(zhǎng)，在相當(dāng)大的范圍內(nèi)進(jìn)給量可以無(wú)級(jí)調(diào)速；可以獲得較大 的進(jìn)給力；工藝上要求多次進(jìn)給時(shí)，通過(guò)液壓換向閥，很容易實(shí)現(xiàn)；過(guò)載保護(hù)簡(jiǎn)單 可靠；由行程調(diào)速閥來(lái)控制滑臺(tái)的快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，轉(zhuǎn)換精度高，工作可靠。 基于 PROE 平臺(tái)的立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì) 6 本課題的 JD490 柴油機(jī)機(jī)體上的 4 個(gè)缸孔的加工，位置精度和尺寸精度要求較 高，剛度高、熱變形小、進(jìn)給穩(wěn)定性高，因此采用液壓滑臺(tái)。 2.1.5 中間底座的選擇 中間底座其頂面安裝夾具或輸送部件，側(cè)面可與側(cè)底座相連接，并通過(guò)斷面鍵 或定位銷(xiāo)定位。根據(jù)機(jī)床配置形式不同，中間底座有多種形式， 。總之而言，中間 底座的結(jié)構(gòu)、尺寸需要根據(jù)工件的大小、形狀以及組合機(jī)床的配置形式來(lái)確定。因 此，中間底座一般按專(zhuān)用部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，但為了不致使組合機(jī)床的外廓尺寸過(guò)分繁 多中間底座可參照表 2-1： 表 2-1 中間底座主要尺寸 （mm） 中間底座 長(zhǎng) 中間底座寬 800 500 560 630 710 800 900 _ 1000 _ _ 630 710 800 900 1000 1250 _ _ _ 710 800 900 1000 1250 _ _ _ 710 800 900 1000 2.2 切削用量及選擇刀具的確定 2.2.1 選擇切削用量 對(duì)于半精鏜 5 個(gè)被加工孔，采用查表法選擇切削用量，從文獻(xiàn)[1]P.132 表 6-15 中選取。鏜孔深度較大時(shí)，由于冷卻排屑條件都較差，使刀具壽命有所降低。降低 切削速度主要是為了提高刀具壽命，并使加工較深孔時(shí)鏜刀的的壽命與加工其他淺 孔時(shí)鏜刀的壽命比較接近。 復(fù)合刀具切削用量選擇應(yīng)考慮刀具的使用壽命。保證刀具應(yīng)有的使用壽命，進(jìn) 給量按復(fù)合刀具最小直徑選擇，切削速度按復(fù)合刀具最大直徑選擇。對(duì)整體的復(fù)合 刀具，往往強(qiáng)度較低，故切削用量應(yīng)選對(duì)稍低些。 另外，選擇切削用量時(shí)還要保證生產(chǎn)批量要求，也要保證刀具一定的耐用度。 組合機(jī)床切削用量選擇通常要求刀具耐用度不低于一個(gè)工作班，最少不低于 4h。 確定切削用量時(shí)，還需考慮所選動(dòng)力滑臺(tái)的性能。使用液壓滑臺(tái)時(shí)，選擇每分 鐘進(jìn)給量應(yīng)比該滑臺(tái)最小工進(jìn)速度大 50%，否則會(huì)受溫度和其他原因?qū)е逻M(jìn)給不穩(wěn) 定。 切削用量選擇是否合理，對(duì)組合機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)率、刀具耐用度、機(jī)床 的布局形式及正常工作均有很大影響。組合機(jī)床多軸箱上所有的刀具共用一個(gè)進(jìn)給 系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力滑臺(tái)。查文獻(xiàn)[1]得硬度 HB187-251 時(shí)，高速鋼鉆頭的切削 用量如表 2-2 7 表 2-2 鏜孔切削用量 鑄鐵工序 刀具材料 )min(1??v)(1??rmf轉(zhuǎn) 高速鋼 20-35 0.1-0.3半精鏜 硬質(zhì)合金 70-90 0.15-0.45 先以刀具來(lái)選擇較合理的轉(zhuǎn)速 n 和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 f ，選擇合理的切削速度。切削速 度 v 的公式如下： （1-10dn?? 1） A. 1、3 缸孔的切削用量選擇如下： a) 半精鏜 孔,深 10087.46?? 由 ，硬度大于 187~251HBS，選擇 ，15~?d min/90~7v? ，又 ，初選 ，rmf/.015.?md4.6? rfrn3.in,/.236 則由式 得： )(?i/.81n? b) 半精鏜 孔,深 10.307.4?? min/.82v? c) 半精鏜 孔,深 12415 i/. d) 倒角 ,深 5.6904 in/.8v? e) 半精鏜 ,深 21.4087.1?? mi/4. B. 2、4 缸孔的切削用量選擇如上 2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率的計(jì)算 根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度 v 及進(jìn)給量 f） ，確定進(jìn)給力，作為選擇 動(dòng)力滑臺(tái)及夾具設(shè)計(jì)的依據(jù)；確定切削轉(zhuǎn)矩，用以確定主軸及其他傳動(dòng)件的尺寸； 基于 PROE 平臺(tái)的立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì) 8 確定切削功率，用作選擇主傳動(dòng)電機(jī)功率；確定刀具耐用度，用以驗(yàn)證所選用量或 刀具是否合理。 根據(jù)文獻(xiàn)[1]P.134 表 6-20 中公式： （2-5.07.4.5HBfaFpz? 2） （2-1.65.0.fpx 3） （2-5.072HBfDaTp? 4） （2-6120vFzP 5） 4.max?f 式中， －－圓周力（Ｎ） －－軸向切削力（Ｎ）zFxF －－切削轉(zhuǎn)矩（ ） －－切削功率（ ）TmN?Pkw in)/(v切 削 速 度? )/(rmf進(jìn) 給 量? D加 工 直 徑 ap切 削 深 度 HB--布氏硬度， ，本設(shè)計(jì)中，)(minax31maxHBBH?20,87,251inmax?B得 A. 由以上公式可得， 半精鏜 孔,深 1087.416?? NHBfFpz 2.417354. 5.050.075. ??? ax 6210 .6.2.11.6.? mfDTp ?.30.04.7.7.25 5.755.07. kwPvFz 9.6120.84610?? B. 半精鏜 孔 ,深 10.37.?? NHBfapz 6.414.55.0.? 9 NHBfaFpx 15751.0.65.0?? mDT?23972.7. kwPvFz.610 C. 半精鏜 孔,深 1245?NHBfapz 2.1454.5.07.??Fx 310.6. mfDTp ?967.255.07.kwPvFz8.610? D. 倒角 ,深 5.694?NHBfapz 4.23.55.07.Fx101.6.??mfDTp ?7.25.07.kwPvFz.3610 E. 半精鏜 ,深 21.4087.49??NHBfapz 5.55??Fx 368101.6.0mfDTp ?427.25.7.kwPvFz8.610? 2.2.3 刀具結(jié)構(gòu)的選擇 A. 正確選擇刀具結(jié)構(gòu)，對(duì)保證組合機(jī)床正常工作極為重要。根據(jù)工藝要求和 加工精度不同，常用刀具有一般刀具、復(fù)合刀具及特種刀具等。 B. 為了提高工序集中程度或保證加工精度，采用先后加工或同時(shí)加工兩個(gè)或 兩個(gè)以上便面的復(fù)合刀具。但應(yīng)采用組裝式結(jié)構(gòu)，就是裝幾把鏜刀的鏜桿。整體式 復(fù)合刀具制造刃磨較為困難，刀體不能重復(fù)使用，成本高。 C. 采用鏜刀的原則：除孔面不連續(xù)，鏜削時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)，影響孔的圓度； 基于 PROE 平臺(tái)的立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì) 10 在機(jī)床上對(duì)刀不方便；加工孔徑小于 mm 且要求較高的同心孔系外，應(yīng)優(yōu)先選用40? 鏜削工藝。鏜刀制造刃磨簡(jiǎn)便，特別對(duì)不通孔、高精度孔、孔中心線(xiàn)直線(xiàn)度和位置 度要求較嚴(yán)格的孔，采用精密鏜削比較重要。 組合機(jī)床大多采用裝在鏜桿上的硬質(zhì)合金鏜刀頭（塊）進(jìn)行鏜孔。鏜桿直徑 和鏜刀頭界面尺寸一般根據(jù)鏜孔直徑按表 2-3 選擇。 表 2-3 鏜孔、鏜桿直徑和鏜刀截面 （mm） 鏜孔直徑 D 30--40 42--50 50--70 70--90 90--100 鏜桿直徑 d 20--30 30--40 40--50 50--65 65--90 鏜刀方截面 BXB 8x8 10x10 12x12 16x16 20x20 鏜刀圓截面直徑 d 8--10 10--12 12--16 18--20 18--20 根據(jù)加工精度、工件材料、工件條件、技術(shù)要求等進(jìn)行分析，按照經(jīng)濟(jì)地滿(mǎn)足 加工要求的原則，合理地選擇刀具。只要所選工藝方案可以采用剛性較好的鏜桿， 還是采用鏜削方法，這是因?yàn)殓M刀制造簡(jiǎn)單，刃磨方便。 當(dāng)被加工孔直徑在Φ40mm以上時(shí)，組合機(jī)床上多采用鏜削加工，其加工精度可 高達(dá)1-2級(jí)。 直徑小于Φ40mm時(shí)，選用鉆削方法，鉆頭選用高速鋼修磨棱帶及橫刃鉆頭。 由于本道工序所要加工的孔的直徑均大于Φ100mm，故選用鏜削方法，刀具采 用復(fù)合刀具，刀片材料為硬質(zhì)合金，刀桿材料為40Cr。 2.3 三圖一卡設(shè)計(jì) 繪制組合機(jī)床“三圖一卡” ，就是針對(duì)具體零件，在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的 基礎(chǔ)上，進(jìn)行組合機(jī)床的總體方案文件設(shè)計(jì)。其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖、 加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和編制生產(chǎn)率計(jì)算卡等。 2.3.1 被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床（或自動(dòng)線(xiàn)） 上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定 位基準(zhǔn)、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機(jī)床加工前加工余量、毛坯 或半成品情況的圖樣。除了設(shè)計(jì)研制合同外，它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的具體依據(jù)，也是 制造、使用、調(diào)整和檢驗(yàn)機(jī)床精度的重要文件。 2.3.1.1 繪制被加工零件工序圖時(shí)的注意事項(xiàng)： A. 加工部位的輪廓用粗實(shí)線(xiàn)突出應(yīng)且加工部位尺寸應(yīng)加方框標(biāo)注； B. 加工部位的位置尺寸應(yīng)與定位基準(zhǔn)直接發(fā)生關(guān)系； 11 C. 鏜階梯孔時(shí)，其大孔單邊余量應(yīng)小于相鄰兩空半徑之差，以便鏜刀能夠通 過(guò)。 本組合機(jī)床以柴油機(jī)機(jī)體為加工對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)工序圖簡(jiǎn)要說(shuō)明及與本機(jī)床 設(shè)計(jì)有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)如下： a) 定位方法：采用的是“一面兩銷(xiāo)”定位法； 圖中符號(hào) b) 圖中符號(hào)： ↓夾緊點(diǎn) 定位基面 c) 名稱(chēng)及編號(hào)：柴油機(jī)機(jī)體缸孔 d) 零件材料：HT250； e) 零件硬度： ；251~87HB f) 本機(jī)床需要保證的加工尺寸有： 半精鏜 孔,深 10； 孔,深 10.3； 孔,深 1240.416??087.4??15? 倒角 ,深 5.6；半精鏜 ,深 21.49. .09 2.3.2 加工示意圖 零件加工的工藝方案要通過(guò)加工示意圖反映出來(lái)。加工示意圖表示被加工零件 在機(jī)床上的加工過(guò)程，刀具、輔具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機(jī)床各部件 間的相對(duì)位置關(guān)系，機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等。 本道工序的加工順序?yàn)椋虹M刀桿快進(jìn) 40mm 到達(dá)工作位置，然后工進(jìn) 22mm 最下 面一把刀鏜 Φ110.4 的孔，工進(jìn)完成后鏜刀桿快進(jìn) 42mm 使掃鏜刀和倒角刀到達(dá)工 作位置，鏜刀桿工進(jìn) 115mm 時(shí)掃內(nèi)腔，工進(jìn) 9mm 時(shí)止口刀工作，在掃內(nèi)腔的同時(shí)鏜 孔刀工作。死擋板停留時(shí)倒角刀工作。 A. 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇 由于采用剛性主軸(鏜桿)，故不選用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。 B. 確定主軸、尺寸、外伸尺寸 在該課題中，主軸用于鏜孔，鏜孔選用圓柱滾子軸承主軸。 根據(jù)由選定的切削用量計(jì)算得到的切削轉(zhuǎn)矩T，由文獻(xiàn)[12]表4-3公式計(jì)算主軸 （2-410TBd? 6） 式中 d—軸的直徑（㎜）； T—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·m）； B—系數(shù)，本課題中鏜孔主軸為剛性主軸，取B=7.3。 由公式可得： md30? 根據(jù)主軸類(lèi)型及初定的主軸軸徑，文獻(xiàn)[12]的44頁(yè)表3-6可得到主軸外伸尺寸 及接桿莫氏圓錐號(hào)。滾錐主軸軸徑d=40㎜時(shí)，主軸外伸尺寸為： D/d1=67/48,L=75㎜。滾錐主軸軸徑d=60㎜時(shí)，主軸外伸尺寸為： D/d1=90/60,L=75㎜。 C. 選擇接桿、浮動(dòng)卡頭 基于 PROE 平臺(tái)的立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì) 12 由于采用剛性主軸，因此不選用接桿和浮動(dòng)卡頭。 D. 動(dòng)力部件工作循環(huán)及行程的確定 a） 工作進(jìn)給長(zhǎng)度 的確定工L 工作進(jìn)給長(zhǎng)度 ，應(yīng)等于加工部位長(zhǎng)度L（多軸加工時(shí)按最長(zhǎng)孔計(jì)算）與刀具工 切入長(zhǎng)度 和切出長(zhǎng)度 之和。即12 （2-321??工 7） 由于采用復(fù)合刀具，根據(jù)工件端面的誤差情況，取切入長(zhǎng)度為 1.7mm,切出長(zhǎng)度 取 0mm。 I 工進(jìn)長(zhǎng)度的確定：鏜 φ110.4 孔切入長(zhǎng)度 L1取 1.7mm，切出長(zhǎng)度為 0mm，所以 =1.7+20.3+0=22mm。1進(jìn)工L II 工進(jìn)長(zhǎng)度的確定：鏜 φ115 孔時(shí)切入長(zhǎng)度 L1可取 9mm，切出長(zhǎng)度為 0mm，所 以 =9+106+0=115mm。2進(jìn)工 III 工進(jìn)長(zhǎng)度的確定：鏜 φ110.4 孔切入長(zhǎng)度 L1取 1mm，切出長(zhǎng)度為 0mm，所以 =1+8+0=9mm。3進(jìn)工L b） 快速進(jìn)給長(zhǎng)度的確定 快速進(jìn)給是指動(dòng)力部件把刀具送到工作進(jìn)給位置。選定刀具的快速進(jìn)給長(zhǎng)度分 別為40mm和42mm。 c） 快速退回長(zhǎng)度的確定 快速退回長(zhǎng)度等于快速進(jìn)給和工作進(jìn)給長(zhǎng)度之和。由已確定的快速進(jìn)給和工作 進(jìn)給長(zhǎng)度可知，快速退回長(zhǎng)度為228㎜。 d） 動(dòng)力部件總行程的確定 動(dòng)力部件的總行程除了滿(mǎn)足工作循環(huán)向前和向后所需的行程外，還要考慮因刀 具磨損或補(bǔ)償制造、安裝誤差，動(dòng)力部件能夠向前調(diào)節(jié)的距離（即前備量）和刀具 裝卸以及刀具從主軸孔中取出時(shí)，動(dòng)力部件需后退的距離（即后備量）。因此，動(dòng) 力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。 根據(jù)本組合機(jī)床和加工零件的特點(diǎn)，確定前后備量分別為20mm和152mm。 動(dòng)力部件的總行程為400mm。 加工示意圖見(jiàn)附圖。 2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 A. 選擇動(dòng)力部件 a) 動(dòng)力滑臺(tái)型號(hào)的選擇 根據(jù)選定的切削用量計(jì)算得到的主軸的進(jìn)給力。 實(shí)際上,為克服滑臺(tái)移動(dòng)引起的摩擦阻力，動(dòng)力滑臺(tái)的進(jìn)給力應(yīng)大于進(jìn)給力。 又考慮到所需的最小進(jìn)給速度、切削功率、行程、主軸箱輪廓尺寸等因素，為了保 證工作的穩(wěn)定性，由文獻(xiàn)[12]表5-1，選用液壓滑臺(tái)1HY50型，臺(tái)面寬500mm，臺(tái)面 長(zhǎng)1000mm，允許最大進(jìn)給力為32000N；其相應(yīng)的側(cè)底座型號(hào)分為 13 1CC501Ⅱ、1CC501Ⅲ、1CC501。選用移位滑臺(tái)1HY50型，臺(tái)面寬500mm，臺(tái)面長(zhǎng) 1000mm，允許最大進(jìn)給力為32000N；其相應(yīng)的側(cè)底座型號(hào)分為 1CC501Ⅱ、1CC501Ⅲ、1CC501。 b) 確定機(jī)床裝料高度H 裝料高度是指機(jī)床上工件的定位基準(zhǔn)面到地面的垂直距離。綜合各方面因素， 該組合機(jī)床裝料高度取H=1195㎜。 c) 確定夾具輪廓尺寸 夾具是用于定位和夾緊工件的，所以工件輪廓尺寸和形狀是確定夾具輪廓尺寸 的依據(jù)，由于加工示意圖中對(duì)工件和靠模桿的距離，以及導(dǎo)套尺寸都作了規(guī)定，掌 握了以上尺寸后，確定夾具總長(zhǎng)尺寸A，A=710 mm。夾具底座高度應(yīng)視夾具大小而 定，既要求保證有足夠的剛性，又要考慮工件的裝料高度，一般夾具底座高度不小 于240mm。根據(jù)具體情況，本夾具底座取高度為300mm。 d) 確定中間底座尺寸 中間底座的輪廓尺寸，在長(zhǎng)寬方向應(yīng)滿(mǎn)足夾具的安裝需要。它在加工方向的尺 寸，實(shí)際已由加工示意圖所確定，圖中已規(guī)定了機(jī)床在加工終了時(shí)工件端面至鏜削 頭下端面的距離。由此，根據(jù)選定的動(dòng)力箱、滑臺(tái)、側(cè)底座等標(biāo)準(zhǔn)的位置關(guān)系，并 考慮滑臺(tái)的前備量，通過(guò)尺寸鏈就可以計(jì)算確定中間底座加工方向的尺寸。算出的 長(zhǎng)度通常應(yīng)圓整，并按R20優(yōu)選數(shù)系選用。當(dāng)加工終了時(shí)，鏜削頭與夾具體輪廓間 應(yīng)有足夠的距離，以便于調(diào)整和維修，并留有一定的前備量(20mm)。 確定中間底座的高度方向尺寸時(shí)，應(yīng)注意機(jī)床的剛性要求、冷卻排屑系統(tǒng)要求 以及側(cè)底座連接尺寸要求。 綜上所述，選定中間底座尺寸---長(zhǎng)：1680mm； 寬：970mm； 高：420mm。 機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖見(jiàn)附圖。 B. 動(dòng)力箱型號(hào)的選擇 由切削用量計(jì)算得到的各主軸的切削功率的總和 ，根據(jù)文獻(xiàn)[12]的47頁(yè)公切 削P 式計(jì)算： （2-?切 削鏜 削 頭 P? 8） 式中 —消耗于各主軸的切削功率的總和（Kw）；切 削P —多軸箱的傳動(dòng)效率,加工黑色金屬時(shí)取0.8～0.9，加工有色金屬時(shí)取? 0.7～0.8；主軸數(shù)多、傳動(dòng)復(fù)雜時(shí)取小值，反之取大值。本課題中，被加工零件材 料為灰鑄鐵，屬黑色金屬，故取 5。8.0?? =0.45+0.43+0.45+0.42=1.75KW切 削 則 KWP6.285.071??切 削鏜 削 頭 根據(jù)液壓滑臺(tái)的配套要求，滑臺(tái)額定功率應(yīng)大于電機(jī)功率的原則，查文獻(xiàn)[12] 表5-38得出動(dòng)力箱及電動(dòng)機(jī)的型號(hào),見(jiàn)表2-3。 基于 PROE 平臺(tái)的立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì) 14 表2-3 動(dòng)力箱及電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 動(dòng)力箱型號(hào) 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 電動(dòng)機(jī)功率 (Kw) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 (r/min) 輸出軸轉(zhuǎn)速 (r/min) 鏜削頭 1TD50 Y132M-8B3(2) 3.0 710 480 C. 配套通用部件的選擇 側(cè)底座1CC501型號(hào)，其高度H=560mm，寬度B=600mm，長(zhǎng)度L=1350mm。 2.3.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 生產(chǎn)率計(jì)算卡是反映機(jī)床生產(chǎn)節(jié)拍或?qū)嶋H生產(chǎn)率和切削用量、動(dòng)作時(shí)間、生產(chǎn) 綱領(lǐng)及負(fù)荷率等關(guān)系的技術(shù)文件。 A. 理想生產(chǎn)率 Q（件/h） 理想生產(chǎn)率是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)（包括備品及廢品率）所要求的機(jī)床生產(chǎn)率。 用《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》P.51 公式 （2-ktA? 9） 計(jì)算，式中， N—年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件） ，本課題中 N=40000 件； —全年工時(shí)總數(shù)，本課題以?xún)砂嘀朴?jì)算，則kt htk460? 則 htAQk/7.8460件? B. 實(shí)際生產(chǎn)率 Q1（件/h） 實(shí)際生產(chǎn)率是指所設(shè)計(jì)的機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。即公式[1]P.51 （2-10）單TQ601? 式中， —生產(chǎn)一個(gè)零件所需時(shí)間（min） 。T單 則 hQ/35.1079.601件單 ? C. 機(jī)床負(fù)荷率 負(fù)? 機(jī)床負(fù)荷率為理性鄉(xiāng)生產(chǎn)率與實(shí)際生產(chǎn)率之比。即公式[1]P.52 （2-11） 1Q?負(fù) 15 則 %8435.107?Q負(fù)? 生產(chǎn)率計(jì)算卡見(jiàn)表 2-2。 表 2-4 生產(chǎn)率計(jì)算卡 圖號(hào) JD490-004 毛坯種類(lèi) 鑄件 名稱(chēng) 柴油機(jī)機(jī)體 毛坯重量被加工零件 材料 HT250 硬度 187～251HBS 工序名稱(chēng) 半精鏜缸孔 工序號(hào) 工時(shí)(min) 序 號(hào) 工步 名稱(chēng) 被 加 工 零 件 數(shù) 量 加工 直徑 (mm) 加工 長(zhǎng)度 (mm) 工作 行程 (mm) 切削 速度 (m/ min) 每分 鐘轉(zhuǎn) 速 (r/ min) 進(jìn)給 量 (mm/r ) 進(jìn)給 速度 (mm /min) 機(jī)加工 時(shí)間 輔助 時(shí)間 共計(jì) 1 裝卸工件 1 0.6 0.6 2 滑臺(tái)快進(jìn) 40 40 0.03 多軸箱工進(jìn) （鏜孔 1) 116.4 10 22 86.6 236.7 0.34 80 0.275 0.275 多軸箱工進(jìn) (鏜孔 2) 110.4 10.3 82.1 0.34 80 滑臺(tái)快進(jìn) 42 42 0.03 多軸箱工進(jìn) (鏜孔 3) 115 124 115 85.5 0.34 80 1.4375 1.4375 多軸箱工進(jìn) 109.4 21.4 81.4 0.34 80 基于 PROE 平臺(tái)的立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì) 16 （鏜孔 4） 多軸箱 工進(jìn)? （倒角） 114.5 5.6 9 85.4 0.17 40 0.225 0.225 橫走刀 0.5 滑臺(tái)快退 228 228 0.04 滑臺(tái)移位 120 120 0.06 3 重復(fù)以上工序 2 2.5975 總計(jì) 5.795min 單件工時(shí) 5.795min 機(jī)床生產(chǎn)率 10.35 件/h 備 注 裝卸工件時(shí)間取決于操作者熟練程度,本機(jī)床計(jì)算時(shí)取 0.6min 機(jī)床負(fù)荷率 84% 3. 組合鏜刀設(shè)計(jì) 3.1 刀具設(shè)計(jì)概述 3.1.1 金屬切削刀具的發(fā)展 機(jī)械制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。 金屬切削加工是機(jī)械制造業(yè)中運(yùn)用最廣泛的一種加工方法，占機(jī)械制造總工作量的 50%以上，而金屬切削刀具則是其中不可缺少的重要工具之一。 實(shí)踐證明，刀具的更新可以成倍、數(shù)十倍地提高生產(chǎn)率。因此，我們必須隨時(shí) 的研究設(shè)計(jì)更好的刀具，在此基礎(chǔ)之上，研究新型的刀具材料成了整個(gè)刀具設(shè)計(jì)的 重中之重，不斷采用新工藝、新技術(shù)、新材料是機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，這里要特 別指出，刀具材料的研制，新型刀具材料，新型刀具結(jié)構(gòu)及新的加工方法，對(duì)切削 加工技術(shù)，尤其對(duì)金屬切削刀具的發(fā)展起著決定性的作用。 3.1.2 刀具使用和設(shè)計(jì)中需注意的問(wèn)題 A.選擇合理的刀具類(lèi)型 B.選擇合理的切削方式 C.選擇合理的幾何參數(shù) D.設(shè)計(jì)正確的刀刃輪廓 17 E.合理處理好容屑、排屑、剛度的關(guān)系 F.考慮刀具的刃磨或重磨 G.合理選擇刀具的結(jié)構(gòu)形式及有關(guān)尺寸 3.2 組合鏜刀工作原理 圖 3.1 組合鏜刀總成圖 工作原理：由上圖可知，由液壓驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)組合鏜刀箱下快速移動(dòng)，當(dāng)最下 面的刀片接觸到工件時(shí)，進(jìn)行工進(jìn)切削加工，向下切削到 27mm 時(shí)，推桿 9 向下移 動(dòng)，齒塊 5 與推桿 9 通過(guò)齒的嚙合，從而帶動(dòng)滑塊的徑向移動(dòng)，刀具掃 內(nèi)腔，15? 當(dāng)掃內(nèi)腔刀具切削深度達(dá)到 62mm 位置時(shí)，加工孔 的刀具進(jìn)行切削，刀具主4.10? 軸繼續(xù)工進(jìn)，加工深度達(dá)到 10.3mm 時(shí)，加工 孔刀具工作，加工深度 10mm，6 所有要求達(dá)成，為了保證加工表面的加工精度，刀具在該位置旋轉(zhuǎn) 5-8 轉(zhuǎn)，然后再 由液壓控制裝置控制主軸的回升。 基于 PROE 平臺(tái)的立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì) 18 圖 3.2 立滑臺(tái)工作循環(huán)圖 3.3 推桿與滑塊的工作原理 3.1.1 推桿與滑塊的設(shè)計(jì)原因 從 JD490 型缸體工序圖可以看出，其中有一部分的切削加工不同于其他普通的 階梯孔加工，它的孔徑不是一次增大，而要進(jìn)行掃內(nèi)腔和倒角的工作，一般的普通 組合鏜刀是很難滿(mǎn)足該要求的。因此，設(shè)計(jì)一把合理的刀具成了這次設(shè)計(jì)的主要任 務(wù)，而內(nèi)部的徑向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)成了該設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。經(jīng)過(guò)一定的理論論證，決定 采用推桿與滑塊機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)。 3.2.2 工作原理 19 圖 3.3 工作原理圖 推桿在液壓驅(qū)動(dòng)裝置的控制向下移動(dòng)，從而帶動(dòng)齒塊的徑向移動(dòng)，齒塊與滑塊 相配合，再帶動(dòng)滑塊的徑向移動(dòng)，當(dāng)推桿向下運(yùn)動(dòng)刀時(shí)，滑塊徑向移動(dòng) 5.5mm，由 于刀具使用螺釘與滑塊相聯(lián)接，所以刀具此時(shí)開(kāi)始進(jìn)行掃內(nèi)腔，推桿繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，行 程到達(dá) 9.53mm 時(shí)，滑塊回至原位，然后推桿運(yùn)動(dòng) 9.44mm，滑塊徑向移動(dòng) 5.45mm， 進(jìn)行倒角工作。 圖 3.4 工作位置圖 3.4 鏜刀設(shè)計(jì) 3.4.1 鏜刀桿的設(shè)計(jì) A. 鏜刀桿時(shí)組合鏜刀的主體部分，在它上面可以裝夾多把刀片，為了保證加 工表面粗糙度，所以把在鏜刀桿的單側(cè)安裝刀片。選擇刀桿的材料為 40Cr，它的總 長(zhǎng)為 260mm，由被加工零件工序圖可知，需要一次加工五個(gè)孔，因此，在該鏜刀桿 上裝由五把刀片，刀片的選擇在下面講的內(nèi)容進(jìn)一步介紹。 B. 由于鏜刀桿要與鏜削頭相連接，因此，我們必須考慮到它們之間的定位、 夾緊。在該刀桿的設(shè)計(jì)中，我們主要采用了一銷(xiāo)一孔的定位方式，孔限制了它們的 坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)，銷(xiāo)主要限制了它的旋轉(zhuǎn)。在鏜削頭與鏜刀的連接上，主要通過(guò) 基于 PROE 平臺(tái)的立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì) 20 六個(gè)螺釘進(jìn)行連接。 C. 考慮到刀具的排屑因素，所以在每個(gè)安裝刀具的旁邊開(kāi)了一個(gè)角度為 45 度 的切槽，同時(shí)也能夠使刀具與工件能更好的接觸。 D. 另外，鏜桿中還有一個(gè)比較特殊的部分，也是這把刀具的設(shè)計(jì)中最繁瑣的 部分，也就是鏜桿與滑塊的配合部分，在次設(shè)計(jì)中把它的寬度、高度分別定位 51mm 和 56mm，它與滑塊配合，配合面精度要求比較高，故把它的表面粗糙度定為 0.8。? E. 表面熱處理達(dá)到 HRC30-35，氧化處理。 圖 3.5 鏜刀桿 3.4.2 推桿設(shè)計(jì) a. 推桿是實(shí)現(xiàn)掃內(nèi)腔的主要零件，它與齒塊配合，它的上端主要與鏜削頭配 合。 與鏜刀桿的配合面精度要求較高，一般可去 u0.8。 b. 推桿和件五的配合面主要是以齒的形式，加工要求：螺距的累積誤差不超 過(guò) 0.035mm，保證與齒塊的配合良好。 c. 加工齒的時(shí)候由于它的齒頂線(xiàn)很難找準(zhǔn)，所以在它的表面加工一個(gè)直徑為 2mm 的工藝孔，以作為加工齒頂線(xiàn)時(shí)用的。 d. 為了保證它和齒塊能夠有很好的潤(rùn)滑，故在的法向加工一個(gè) 2 的孔，以便? 21 潤(rùn)滑油能通過(guò)油杯流進(jìn)齒的接觸面。 圖 3.6 推桿 3.4.3 齒塊設(shè)計(jì) 齒塊與推桿屬于一體的，在它的表面也帶有與推桿相同的齒型，除了與推桿配 合外，還與滑塊和調(diào)整墊都有著很重要的配合關(guān)系，它的齒溝線(xiàn)通過(guò)滑塊 的中35? 心，它的加工要求與推桿一樣。 基于 PROE 平臺(tái)的立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì) 22 圖 3.7 齒塊 3.4.4 滑塊設(shè)計(jì) A. 滑塊的特點(diǎn) 滑塊與齒塊配合要求較高，是推桿的軸向移動(dòng)帶動(dòng)齒塊的徑 向移動(dòng)，再帶動(dòng)滑塊的移動(dòng)。在滑塊的兩側(cè)裝有掃內(nèi)腔刀具和倒角刀，因此，齒塊 與滑塊的配合精度要求較高。 B. 滑塊長(zhǎng) 95mm，高 56mm，寬 36mm，在兩側(cè)設(shè)計(jì)出兩個(gè)螺釘孔，用來(lái)裝夾刀具， 并且軸線(xiàn)傾斜 。20 圖 3.8 滑塊 3.4.5 組合鏜刀三維造型圖 23 圖 3.9 三維造型 3.4.6 刀片的選擇 A. 刀片夾固結(jié)構(gòu)的選擇 考慮到加工是在立式鏜床上進(jìn)行，且屬于連續(xù)加工，參照文獻(xiàn)[13]表 1-1 典型 刀片夾固結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和特點(diǎn)，采用螺釘壓緊夾固結(jié)構(gòu)。 B. 刀片材料的選擇 參照文獻(xiàn)[12]表 6-15，由于加工材料為鑄鐵，且加工方式為半精加工，故刀片 材料選硬質(zhì)合金（ ） 。6YG C. 鏜刀合理角度的選擇 根據(jù)刀具合理幾何參數(shù)的選擇原則，并考慮到鏜刀幾何角度的形成特點(diǎn)，參照 文獻(xiàn)[10]表 2-6-1、2-6-2、2-6-3，選取如下四個(gè)主要角度： 倒角刀：a）前角 ?0??1 b）后角 ?8 c）主偏角 rK75 d）刃傾角 s??6 轉(zhuǎn)位鏜刀：a）前角 ?0?1 b）后角 8 c）主偏角 r?75 d）刃傾角 s?6 基于 PROE 平臺(tái)的立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì) 24 掃鏜刀：a）前角 ?0??1 b）后角 ?8 c）主偏角 rK75 d）刃傾角 s??6 止口刀：a）前角 ?0?1 b）后角 8 c）主偏角 r?75 d）刃傾角 s?6 D. 切削用量的選擇 切削用量在前面已求出。 切削深度 0.7mm?pa 進(jìn)給量 0.34mm/r 0.17mm/r1f ?2f 切削速度 82.1m/min 85.5m/min 85.5m/minvv?3v E. 刀片型號(hào)和尺寸的選擇 a) 選擇刀片有無(wú)中心固定孔 由于刀片夾固結(jié)構(gòu)已選定為螺釘壓緊式，因此應(yīng)選用有中心固定孔的刀片。 b) 選擇刀片形狀 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB2076-87 中規(guī)定的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片有 17 種刀片形狀（見(jiàn)文 獻(xiàn)[13]表 1-3） ，常用的是：三角形、正方形、偏 三邊形、凸三邊形等。選擇刀?8 片形狀時(shí)，主要依據(jù)被加工工件的工序性質(zhì)、工件形狀、刀具耐用度和刀片的利用 率等進(jìn)行。 根據(jù)本組合機(jī)床要加工孔的特點(diǎn)及加工方法選取各鏜刀的刀片形狀為： 倒角刀：圓孔正三角形 轉(zhuǎn)位鏜刀：圓孔正方形 掃鏜刀：圓孔菱形 止口刀：圓孔菱形 c) 選擇刀片精度等級(jí) 鏜削用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的精度等級(jí)有 U(普通級(jí))、M（中等級(jí)）和 G（精密 級(jí)）等 3 種，一般情況下選用 U 級(jí)，有特殊要求時(shí)才選用 M 和 G 級(jí)。 本組合機(jī)床刀片的精度等級(jí)為 U 級(jí)。 d) 選擇刀片內(nèi)切圓直徑 d（或刀片邊長(zhǎng) L） 根據(jù)已選定的 ， 和 ，將 、 和 代入式parKs?parKs? （3-1）Lecoin? 可求出刀刃的實(shí)際參加工作長(zhǎng)度 。se 則所選用的刀片邊長(zhǎng) L 應(yīng)為 L1.5 .L 經(jīng)計(jì)算后得各刀片的邊長(zhǎng) 25 倒角刀：11mm 轉(zhuǎn)位鏜刀：12mm 掃鏜刀：9mm 止口刀：9mm e) 選擇刀片厚度 s 根據(jù)已選定的 、 ，利用文獻(xiàn)[13]圖 1-1 選擇刀片厚度的諾模圖，求得刀片paf 厚度 S。 倒角刀：3.18mm 轉(zhuǎn)位鏜刀：4.76mm 掃鏜刀：3.97mm 止口刀：3.97mm f) 選擇刀尖圓角半徑 r 根據(jù)已選定的 、 ，利用文獻(xiàn)[13]圖 1-2 選擇刀尖圓角半徑的諾模圖，求得paf 連續(xù)切削時(shí)的 r。 倒角刀：0.8mm 轉(zhuǎn)位鏜刀：0.8mm 掃鏜刀：0.8mm 止口刀：0.4mm g) 選擇刀片斷屑槽型式和尺寸 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB2076-87 中規(guī)定的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片有 13 中斷屑槽型式。常用 的是：A、H、Y、K 和 V 型。Y 型 K 型截面形狀與 A、H、V 型截面形狀類(lèi)似，只是沿 刃上斷屑槽寬 與槽深 是變化的。nwnd 斷屑槽的尺寸是與刀片型號(hào)和尺寸相適應(yīng)的，因此當(dāng)選定了刀片型號(hào)和尺寸之 后，只要確定斷屑槽的槽型，便可在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中查到與刀片型號(hào)和尺寸相適應(yīng)的斷 屑槽尺寸。 綜合以上七方面的因素，確定選用的刀片型號(hào)： a 倒角刀：TCMT110308 T—刀片形狀（圓孔正三角形） C—刀片法后角（ ）?7 M—刀片精度等級(jí)：d—刀片的內(nèi)切圓公稱(chēng)直徑（ ）m15.0~.? s—刀片厚度( )m15.0? m—刀尖位置尺寸（ ）2.8 T—刀片有無(wú)斷屑槽和中心固定孔：斷屑槽（單面有） 中心固定孔（有） 沉孔角度（ ）?60~4 11—刀片邊長(zhǎng)（11mm） 03—刀片厚度（3.18mm） 08—刀尖圓角半徑（0.8mm） 基于 PROE 平臺(tái)的立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì) 26 b 轉(zhuǎn)位鏜刀：SCMT120408 S—刀片形狀（圓孔正方形） C—刀片法后角（ ）?7 M—刀片精度等級(jí)：d—刀片的內(nèi)切圓公稱(chēng)直徑（ ）m15.0~.? s—刀片厚度( )m13.0? m—刀尖位置尺寸（ ）2.8 T—刀片有無(wú)斷屑槽和中心固定孔：斷屑槽（單面有） 中心固定孔（有） 沉孔角度（ ）?60~4 12—刀片邊長(zhǎng)（12mm） 04—刀片厚度（4.76mm） 08—刀尖圓角半徑（0.8mm） c 掃鏜刀：CCMW09T308 C—刀片形狀（圓孔菱形） C—刀片法后角（ ）?7 M—刀片精度等級(jí)：d—刀片的內(nèi)切圓公稱(chēng)直徑（ ）m15.0~.? s—刀片厚度( )m15.0? m—刀尖位置尺寸（ ）2.8 W—刀片有無(wú)斷屑槽和中心固定孔：斷屑槽（無(wú)） 中心固定孔（有） 沉孔角度（ ）?60~4 09—刀片邊長(zhǎng)（9mm） T3—刀片厚度（3.97mm） 08—刀尖圓角半徑（0.8mm） d 止口刀：CCMT09T304 C—刀片形狀（圓孔菱形） C—刀片法后角（ ）?7 M—刀片精度等級(jí)：d—刀片的內(nèi)切圓公稱(chēng)直徑（ ）m15.0~.? s—刀片厚度( )m15.0? m—刀尖位置尺寸（ ）2.8 T—刀片有無(wú)斷屑槽和中心固定孔：斷屑槽（單面有） 中心固定孔（有） 沉孔角度（ ）?60~4 09—刀片邊長(zhǎng)（9mm） T3—刀片厚度（3.97mm） 04—刀尖圓角半徑（0.4mm） F. 硬質(zhì)合金刀墊型號(hào)和尺寸的選擇 為了承受切削中產(chǎn)生的高溫和保護(hù)刀體，一般在硬質(zhì)合金刀片的下面放置一個(gè) 27 刀墊。刀墊材料可用淬硬的高速鋼或高碳鋼，但最好用硬質(zhì)合金。刀墊的形狀應(yīng)與 刀片一致，但邊長(zhǎng)略小，一般可每側(cè)小 0.5mm，刀墊厚度也可比刀片小些。 G. 刀桿材料和尺寸的選擇 a) 刀桿材料的選擇 選用 40Cr 為刀桿材料，熱處理硬度為 35-40HRC，表面氧化。 b) 刀桿尺寸的選擇 半精加工中時(shí)，根據(jù)文獻(xiàn)資料[12]表 3-2 可得如下數(shù)據(jù)： 表 3-1 鏜孔、鏜桿直徑和鏜刀截面 鏜孔直徑 D 30～40 42～50 鏜桿直徑 d 20～30 30～40 鏜刀方截面 B×B 8×8 10×10 鏜刀圓截面 d1 8～10 10～12 a 刀桿截面尺寸（H×B） 參照文獻(xiàn)[13]表 1-14 得刀桿截面尺寸： 倒角刀： 17×11.5mm 轉(zhuǎn)位鏜刀： 21×16mm 掃鏜刀： 17×13mm 止口刀： 21×16mm b 刀桿長(zhǎng)度尺寸 參照文獻(xiàn)[13]表 1-14 得刀桿長(zhǎng)度尺寸： 倒角刀： 39.4mm 轉(zhuǎn)位鏜刀： 46mm 掃鏜刀： 39.5mm 止口刀： 68mm H. 刀片壓緊螺釘?shù)倪x擇 根據(jù)選擇的刀片型號(hào)及刀桿尺寸選擇刀片壓緊螺釘?shù)男吞?hào)如下： 倒角刀： M2.5×5.2 轉(zhuǎn)位鏜刀： M5×14 掃鏜刀： M4×8.4 止口刀： M4×10 I. 刀桿調(diào)節(jié)螺釘?shù)倪x擇 a) 根據(jù)選擇的刀片型號(hào)及刀桿尺寸選擇刀桿軸向調(diào)節(jié)螺釘?shù)男吞?hào)如下： 倒角刀： M4×10 轉(zhuǎn)位鏜刀： M5×12 掃鏜刀： M4×10 止口刀： M5×14 b) 根據(jù)選擇的刀片型號(hào)及刀桿尺寸選擇刀桿徑向調(diào)節(jié)螺釘?shù)男吞?hào)如下： 倒角刀： 無(wú) 基于 PROE 平臺(tái)的立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì) 28 轉(zhuǎn)位鏜刀： M4×15 掃鏜刀： 無(wú) 止口刀： M5×14 4 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)的加工對(duì)象為 JD490 柴油機(jī)氣缸體，材料為 HT200，硬度為 HB187- 251。在本工序前各主要表面已加工完畢。機(jī)床加工內(nèi)容為半精鏜頂面一個(gè) Φ116.4H8 孔；一個(gè) Φ110.4H8 孔；一個(gè) Φ115 孔；一個(gè) Φ109.4H8 孔；倒角一個(gè) Φ114.9H8 孔。這五個(gè)孔為同軸孔。 在這次的設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于很多零部件都不是通用部件，這顯然給我們?cè)黾恿?難度，該任務(wù)中讓我感覺(jué)最難的就是設(shè)計(jì)掃內(nèi)腔工作時(shí)的刀具結(jié)構(gòu)，最終在自己收 集資料和向老師請(qǐng)教的情況下解決了，基本能滿(mǎn)足工作的需要。另外，由于一次性 加工五個(gè)孔并且孔徑大小不一，所以要根據(jù)相應(yīng)的要求選擇多把刀具，并且它們的 安裝形式也不完全相同。 本機(jī)床設(shè)計(jì)合理，符合實(shí)際應(yīng)用，滿(mǎn)足加工要求，具有較好的經(jīng)濟(jì)性，并且具 有自動(dòng)化程度高，加工效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)就 是，每個(gè)專(zhuān)用部件都要逐個(gè)設(shè)計(jì)，造成了很大的設(shè)計(jì)費(fèi)用?？傮w而言，還是能夠讓 人接受的。 29 文獻(xiàn)資料 [1]謝家瀛. 組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1992. [2]范云漲等.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)[J].機(jī)械工業(yè)出版社，1993. [3]葉偉昌.機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)(上冊(cè))[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2001. [4]葉偉昌.機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)(下冊(cè))[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2001. [5]艾興.金屬切削用量手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1996. [6]李益民.機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1995. [7]孟憲椅等.機(jī)床夾具圖冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1991. [8]韓敬禮等.機(jī)械電氣設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1994. [9]胡家秀.機(jī)械零件設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1999. [10]李儒荀．刀具設(shè)計(jì)原理與計(jì)算[M]．江蘇：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1985． [11]范忠仁．刀具工程師手冊(cè)[M]．黑龍江：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1985． [12]大連組合機(jī)床研究所.組合機(jī)床設(shè)計(jì)參考圖冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1986. [13]徐錦康.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2001. [14]陳秀寧、施高義．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].浙江大學(xué)出版社，1995. 基于 PROE 平臺(tái)的立式雙軸缸孔半精鏜機(jī)床總體及刀具設(shè)計(jì) 30 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次全面考驗(yàn)，它也是對(duì)即將走向社 會(huì)的我們的進(jìn)行的一次有效的訓(xùn)練?；仡欉@場(chǎng)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我覺(jué)得我獲益菲淺。我的 課題是一個(gè)研究類(lèi)的課題，它讓我體會(huì)到做研究的艱難，從苦心設(shè)計(jì)出零件，到東 奔西走去買(mǎi)材料加工零件，加工出零件又要日以繼夜的對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量，采集數(shù)據(jù)， 然后又要考慮的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，分析工藝系統(tǒng)中加工因素與之對(duì)應(yīng)關(guān)系，這 對(duì)像我這樣基礎(chǔ)不扎實(shí)的學(xué)生是多么困難，只有本人經(jīng)歷過(guò)才知道。所以我認(rèn)為這 次畢業(yè)設(shè)計(jì)鍛煉了我很多方面的能力，它使我面對(duì)困難不退縮，勇于克服困難。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的開(kāi)始到結(jié)束一直得到指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和幫助，使我能得以順 利完成并學(xué)到了很多知識(shí)，我想這對(duì)我以后走上社會(huì)工作崗位會(huì)有很大幫助。另外 東校區(qū)實(shí)習(xí)加工廠(chǎng)的師傅們、西校區(qū)曲軸加工廠(chǎng)的師傅們和互換性測(cè)量實(shí)驗(yàn)室的于 麗萍老師對(duì)我的實(shí)驗(yàn)給予了很大支持，在此我謹(jǐn)表示我最衷心的感謝。 31 附 錄 圖 名 圖 號(hào) 圖 幅 張數(shù) 1 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 JD490-001 A1 1 2 工序圖 JD490-002 A1 1 3 加工示意圖 JD490-003 A1 1 4 生產(chǎn)率計(jì)算卡 JD490-004 A4 1 5 左鏜桿總成 JD490-60-00 A3 1 6 滑塊 JD490-60-01 A3 1 7 齒塊