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附錄 A 四 工位組合機床的設(shè)計與研制 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、鉸組合機床，以及機床的設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)、性能特點和使用操作等。 關(guān)鍵詞：組合機床 ;輪轂 ;設(shè)計 ;研制 四工位組合機床用于對載重汽車前、中后輪轂 10、鉸加工。此類機床過去已有的設(shè)備相對落后，電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及機床主要部件相對過時和陳舊。本文介紹的組合機床有較先進的電氣控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，機床的運行采用三菱可編程控制器程序控制，程序可根據(jù)加工流程圖進行調(diào)整，變成方便靈活。它集粗鉆、 擴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 組合機床的技術(shù)發(fā)展 合機床 組合機床是一種專用高效自動化技術(shù)裝備，目前，由于它仍是大批量機械產(chǎn)品實現(xiàn)高效、高質(zhì)量和經(jīng)濟性生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，因而被廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機、內(nèi)燃機和壓縮機等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。所以說組合機床的技術(shù)性能和 綜合自動化水平，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)品的競爭力。 現(xiàn)在組合機床作為機電一體化產(chǎn)品，它是控制、驅(qū)動、測量、監(jiān)控、刀具和機械組建等技術(shù)的綜合反映。近 ２０ 年來，這些技術(shù)有長足進步，同時作為組合機床組要用戶的汽車和內(nèi)燃機等行業(yè)也有很大的變化，其產(chǎn)品市場壽命不斷縮短，品種日益增多且質(zhì)量不斷提高。這些因素有力地推動和激勵了組合機床的不斷發(fā)展。 合機床品種的發(fā)展 在組合機床這類專用機床中 ,回轉(zhuǎn)式多工位組合機床和自動線占有很重要的地位 。因為這兩類機床可以把工件的許多加工工序分配到多個加工工位上 ,并同時能從多個方向?qū)ぜ膸讉€面進行加工 ,此外 ,還可以通過轉(zhuǎn)位夾具 (在回轉(zhuǎn)工作臺機床上 ) 或通過轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)裝置 (在自動線上 ) 實現(xiàn)工件的五面加工或全部加工 ,因而具有很高的自動化程度和生產(chǎn)效率 ,被汽車、摩托車和壓縮機等工業(yè)部門所采用。 根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料 ,德國在 1990～ 1992 年期間 ,回轉(zhuǎn)式多工位組合機床和自動線的產(chǎn)量約各占組合機床總數(shù)的 50 % 左右。應(yīng)指出 ,回轉(zhuǎn)式多工位組合機床實際上是一種特殊型式的小型自動線 , 適合于加工輪廓尺寸 ≤ 250中小件。與自動線相比 , 在加工同一種工件的情況下 ,回轉(zhuǎn)式多工位組合機床所占作業(yè)面積要比自動線約小 2/ 3 。 合機床柔性化進展迅速 十多年來 ,作為組合機床重要用戶的汽車工業(yè) ,為迎合人們個性化需求 ,汽車變型品種日益增多 ,以多品種展開競爭已成為汽車市場競爭的特點之一 ,這使組合機床制造業(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床和自動線必須提高其柔性。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 運動特性曲線。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線 (F ,從此數(shù)控組合機床和柔性自動線逐年增多。在 1988 年至 1992 年間 ,日本組合機床和自動線 (包括部分其它形式的專用機床 ) 產(chǎn)量的數(shù)控化率已達 32 % ～ 39 % , 產(chǎn)值數(shù)控比率達 35 %～ 51 % ; 德國組合機床和自動線產(chǎn)量的數(shù)控化，發(fā)動機變型品種日益增多的趨向率為 18 %～ 62 % , 產(chǎn)值數(shù)控化率達45 %～ 66 % ２ 四工位組合機床的設(shè)計 ２ 藝方案的確定 組合 機床是針對某種零件或某道工工序而設(shè)計的，工藝方案又是組合機床設(shè)計的關(guān)鍵，它是根據(jù)被加工零件的結(jié)構(gòu)特點、加工部位、加工的尺寸精度、粗糙度以及其他技術(shù)要求來確定設(shè)計的。 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 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行，即先鉆 25的孔，然后擴孔到 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機床上進行。由 此確定機床的鉆、擴、鉸三個工位，加之裝卸工件工位，故命名為四工位組合機床。 ２ 置型式及其結(jié)構(gòu)方案 機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。該機床的配置型式屬于大型組合機床，總重量約為 21t，總功率 250成四個工位，與之對應(yīng)的立柱上安裝 臺上安裝標準動力頭和專用主軸箱，主軸箱的加工中心與回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn) 中心對中，成垂直立式布局。裝卸工件和加工工件可同時進行，互不干擾，既機床的切削時間和輔助時間重合，從而提高機床的工作效率。 ３ 組合機床的主要組成部分 ３ 身 床身部件必須有足夠的承載能力和足夠的剛度動態(tài)性能及過載儲備稀疏，以保證各部件之間能長期保持其正確的相對位置。組合機床的剛度和部件之間的精度保持性要由床身部件來保證。本機床的床身不見主要由回轉(zhuǎn)工作臺底座、立座底座、立柱和立柱墊等構(gòu)成。它們起著組合機床的基礎(chǔ)骨架作用。床身部件包括配重在內(nèi)的重量達組合機床總重量的 70%以上，因而具有良好的剛性和抗振性能，為保證機床的加工精度奠定了良好的基礎(chǔ)。 ３ 臺 滑臺之用來實現(xiàn)進給運動的動力部件，它主要由滑臺，滑臺座和液壓油缸三部分組成。滑臺座固定在立柱上，液壓油缸體固定在滑座上，活塞桿與滑臺相互連接，工作時，液壓油缸固定，活塞桿帶著滑臺在滑座的導(dǎo)軌上作往返運動。本機床液壓滑臺屬于大型滑臺，有足夠的能量儲備?；_的工作有快進、共進和快退三種狀態(tài)。其動作是由電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)共同控制的。在滑臺上安裝有動力頭和主軸箱，滑臺頂部裝有鋼絲繩滑輪組，另一端在立柱中裝有配重塊，目的是使滑臺在滑座上移動輕便，并可防止滑臺端 過重而下滑。 ３ 力頭及主軸箱 動力頭是主軸運動的驅(qū)動裝置，它帶動主軸箱的各個輸出主軸使刀具作主體運動。本機床鉆、擴、餃孔刀具直徑分別為 25 27加工零件材料為 35度 32， 考慮到扭矩儲備系數(shù)，機床采用標準電機為 15速為 970r/出軸轉(zhuǎn)速為 475r/軸箱是組合機床重要部件之一，其作用是根據(jù)被加工件的加工要求，安排各主軸的位置，并將電機的動力按不同的轉(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行設(shè)計，并與回轉(zhuǎn)工作臺上的夾具工位向?qū)?yīng)，主軸箱的傳動齒輪及傳動軸可選標準件。 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，刀具的長短比例可視加工情況調(diào)整接桿。用于鉆、擴孔加工的主軸轉(zhuǎn)速為 175r/削速度 V=刀量 S=0r/削速 度 V=刀量 S=r，進刀速度 0mm/鉆模板主要起對刀具的輔助定位作用，防止刀具在加工時擺動，從而提高被加工件的精度。 ３ 轉(zhuǎn)工作臺 回轉(zhuǎn)工作臺是多工位組合機床的輸送部件。本機床的回轉(zhuǎn)工作臺分四個工位， 1工位用于裝、卸工件， 、鉸工位。回轉(zhuǎn)工作臺作單方向的回轉(zhuǎn)運動，相當于一條圓形自動生產(chǎn)線，其結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)效率高，可以方便的實現(xiàn)電氣自動控制。該機床是齒盤定位回轉(zhuǎn)工作臺，其主要組成有：花盤、工作臺體、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)工作臺的齒盤是圓周分布的一對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，所以在轉(zhuǎn)臺上無論徑向力、軸向力或切向力，都可以起到自動定心的作用。 ３ 具 夾具使用來防止并固定被加工零件的。正確選擇加工用定位基準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，本機床共有四套尺寸相同的夾具，均布在回轉(zhuǎn)工作臺上并與回轉(zhuǎn)臺中心形成同心圓流水線。夾具主要有四個夾具體、定位圈、夾緊油缸等組成。每套夾具有四個夾 緊油缸，等分固定在夾具體的四個方向上，夾緊工件時受力均衡，防止零件變形。定位圈時夾具的關(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)工作臺的回轉(zhuǎn)中心也應(yīng)絕對重合，才能保證零件的加工精度。 ３ 壓系統(tǒng) 機床的液壓系統(tǒng)相當于人體的血液喜歡系統(tǒng)，被加工零件的夾緊、放松，工作臺的抬起、旋轉(zhuǎn)和落下，動力頭滑臺的快進、共進和快退等都是靠液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)。液壓系統(tǒng)主要由液壓站集中控制，液壓電機為 22壓泵為變量葉片泵，滑臺的動作是由一個三位五通電磁閥和調(diào)速閥來控制?；剞D(zhuǎn)工作臺的抬起 、落下、回轉(zhuǎn)和復(fù)位，以及工件的夾緊和放松，主要由三個兩位四通電磁閥來控制。另外專設(shè)一路由程序控制的對液壓滑臺自動定時潤滑。 ３ 氣系統(tǒng) 本機床采用 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，具有強大的邏輯控制功能和邏輯存儲功能，響應(yīng)速度快，功耗小，體積小，受命小，可靠性高，通用性強，可不受條件限制地對程序進行在線編程、調(diào)試和修改。它可以實現(xiàn)對程序的自我診斷和故障檢測，可進行邏輯運算和編程的控制，定時和計數(shù)的控制，可以容易地實現(xiàn)機、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，液壓電機，冷卻電機。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，同時有為程序服務(wù)的各個期間的輸入輸出地址標和程序梯形圖等。 機床的操作分調(diào)整和自動兩種方式，調(diào)整方式為手動控制機床的單步操作；自動方式由程序控制按加工流程圖實現(xiàn)自動循環(huán)。 ３ 卻系統(tǒng) 機床外部設(shè)有專用的帶腳輪的冷卻箱，便于維修和清理，量為 50L/卻水到達鉆模板 后分成三路，每一路有 10個導(dǎo)向水嘴，對應(yīng)于 10 把刀具，俄有效地實現(xiàn)刀具的冷卻。冷卻泵在滑臺工進時由程序控制自動啟動，實施對被加工工件的冷卻，工進到終點時自動關(guān)閉。 4 組合機床的安裝調(diào)試及精度檢驗 在組裝過程中始終貫穿著對系統(tǒng)部件的不斷調(diào)試，以及對影響加工尺寸的主要部件的自身精度和結(jié)合精度進行調(diào)整。 系統(tǒng)的調(diào)試是根據(jù)各個系統(tǒng)的要求和機床工作循環(huán)圖的要求來對電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、主機系統(tǒng)自身和相互之間進行有關(guān)調(diào)整。 對主要部件自身精度和結(jié)合精度進行調(diào)整是指以下幾個方面： （ 1）機床側(cè)底座、立柱底座的安 裝水平。 （ 2）機床側(cè)底座、立柱底座、機床導(dǎo)軌的扭曲。 （ 3）主軸孔軸線的徑向跳動。 （ 4）主軸孔軸線對機床導(dǎo)軌的平行度。 （ 5）夾具襯套孔軸線或樣件孔軸線對導(dǎo)軌的平行度。 （ 6）主軸和夾具襯套孔或樣件孔對導(dǎo)軌的等距度。 （ 7）回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)中心與主軸箱的加工中心的同軸度。 5 試車 當工件狀態(tài)旋鈕開關(guān)置于“調(diào)整”位置時，操作各按鈕如夾緊、放松、前進、后退等，可進行機床的單步動作，此功能主要用于機床試運行或刀具的調(diào)整等。當開關(guān)置于“自動”狀態(tài)時，機床的動作完全由程序自動進行控制，每次裝卸完工件后，只需按“ 夾緊”、“抬起”按鈕，機床就會自動循環(huán)、周而復(fù)始的工作下去，直到按“停止”按鈕為止，此功能主要用于對零件的自動加工。 經(jīng)試車運轉(zhuǎn)一切正常，并對零件進行了加工試切驗證，經(jīng)過機械工業(yè)部第十七計測試中心檢測，尺寸公差及精度符合零件圖紙的技術(shù)要求。 6 本組合機床特點 (1)機床上的通用部件和標準零件約占機床零部件總量的 ７０％ 以上，因此設(shè)計和制造的周期短，經(jīng)濟效益好。 (2)機床采用專用的夾具、刀具及鉆模板，一次性調(diào)整后，其加工質(zhì)量全靠工藝裝備來保證，對操作人員的技術(shù)水平要求不高，且勞動強度低。 (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)機床有鉆、擴、鉸及裝卸四個工位，裝卸及加工同步進行，因此機床的生產(chǎn)效率高，每小時可加工零件 １５ 件以上，加工質(zhì)量穩(wěn)定。 (5)機床采用可編程控制程序控制，因而自動化程度高，且機床的動作在不改變電氣線路的情況下可在線編制程序，隨機調(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 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