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GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 1 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 2 摘要 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，提高汽車產(chǎn)品零部 件的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量對整個汽車行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。發(fā)動機汽缸體 是汽車重要部件之一，其生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量直接關(guān)系到汽車的生產(chǎn)效率 和性能。因此，研究汽缸體的加工工藝具有重要意義。 本文在參考了國家內(nèi)外大量文獻資料的基礎(chǔ)上，對 GG950 汽缸體零件 的機械加工工藝過程進行了深入的分析和研究，并提出了一種加工 GG950 汽缸體零件專用機床的設(shè)計方案,專用機床方案設(shè)計的主要依據(jù)是工件分 析和工藝分析。專用機床結(jié)構(gòu)設(shè)計是在“移植” 和簡作通用機床結(jié)構(gòu)的 墓礎(chǔ)上創(chuàng)造特殊機構(gòu)。 本文對汽缸體機械加工工藝方案的研究兼顧了工序集中與工序發(fā)散的 原則，既具有較高的柔性，又提高了生產(chǎn)效率。實踐表明，該工藝方案的 設(shè)備利用率高，生產(chǎn)能力穩(wěn)定，可靠性較號，對同類產(chǎn)品的加工及工藝設(shè) 計具有一定的參考價值。 關(guān)鍵詞：專用機床，鉆床，汽缸體； GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 3 目錄 摘要 ...........................................................2 目錄 ...........................................................3 1 緒論 ........................................................4 1.1 金屬切削機床發(fā)展概況 .....................................4 1.2 國內(nèi)外金屬切削機床研究現(xiàn)狀 ...............................6 1.2.1 國內(nèi)金屬切削機床研究現(xiàn)狀 ...............................6 1.2.2 國外金屬切削機床研究現(xiàn)狀 ...............................6 1.3 汽車汽缸體生產(chǎn)的發(fā)展過程 ..................................7 1.4 汽車汽缸體生產(chǎn)的現(xiàn)狀 ......................................8 1.5 本文研究目的 ..............................................8 2 GG950 汽缸體機械加工工藝設(shè)計 ................................11 2.1 GG950 汽缸體加工要求 .....................................11 2.2 汽缸體工藝方案設(shè)計原則和依據(jù) .............................12 2.3 汽缸體機械加工工藝設(shè)計的主要內(nèi)容 .........................13 2.4 確定汽缸體機械加工工藝流程 ...............................17 3 多軸鉆床設(shè)計 ................................................19 3.1 多軸加工的應(yīng)用和優(yōu)勢 .....................................19 3.2 設(shè)計前的準備 .............................................21 3.3 傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 .......................................23 3.4 多軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計與零部件的繪制 ...........................28 結(jié)論 ..........................................................50 致謝 ..........................................................51 參考文獻 ......................................................52 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 4 1 緒論 1.1 金屬切削機床發(fā)展概況 一個國家要繁榮富強，必須實現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化，這就需 要一個強大的機械制造業(yè)為國民經(jīng)濟各部門提供現(xiàn)代化的先進技術(shù)設(shè)備與裝備，即各 種機器、儀器和工具等。然而，一個現(xiàn)代化的機械制造業(yè)必須要有一個現(xiàn)代化的機床 制造業(yè)做后盾。機床工業(yè)是機械制造業(yè)的“裝備部” 、 “總工藝師” ，對國民經(jīng)濟發(fā)展起 著重大作用。因此，許多國家都十分重視本國機床工業(yè)的發(fā)展和機床技術(shù)水平的提高， 使本國國民經(jīng)濟的發(fā)展建立在堅實可靠的基礎(chǔ)上。 機床是人類在長期生產(chǎn)實踐中，不斷改進生產(chǎn)工具的基礎(chǔ)上生產(chǎn)的，并隨著社會 生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步而漸趨完善。最原始的機床是木制的，所有運動都是由 人力或畜力驅(qū)動，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它們實際上并不是一 種完整的機器?，F(xiàn)代意義上的用于加工金屬機械零件的機床，是在 18 世紀中葉才開始 發(fā)展起來的。當時，歐美一些工業(yè)最發(fā)達的國家，開始了從工場手工業(yè)向資本主義機 器大工業(yè)生產(chǎn)方式的過度，需要越來越多的各種機器，這就推動了機床的迅速發(fā)展。 為使蒸汽機的發(fā)明付諸實用，1770 年前后創(chuàng)制了鏜削蒸汽機汽缸內(nèi)孔用的鏜床。1797 年發(fā)明了帶有機動刀架的車床，開創(chuàng)了用機械代替人手控制刀具運動的先聲，不僅解 放了人的雙手，并使機床的加工精度和工效起了一個飛躍，初步形成了現(xiàn)代機床的雛 型。續(xù)車床之后，隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，其他各種機床也陸續(xù)被創(chuàng)制出來。至 19 世 紀末，車床、鉆床、鏜床、刨床、拉床、銑床、磨床、齒輪加工機床等基本類型的機 床已先后形成。 上世紀初以來，由于高速鋼和硬質(zhì)合金等新型刀具材料相繼出現(xiàn)，刀具切削性能 不斷提高，促使機床沿著提高主軸轉(zhuǎn)速、加大驅(qū)動功率和增強結(jié)構(gòu)剛度的方向發(fā)展。 與此同時，由于電動機、齒輪、軸承、電氣和液壓等技術(shù)有了很大的發(fā)展，使機床的 轉(zhuǎn)動、結(jié)構(gòu)和控制等方面也得到相應(yīng)的改進，加工精度和生產(chǎn)率顯著提高。此外，為 了滿足機械制造業(yè)日益廣闊的各種使用要求，機床品種的發(fā)展也與日俱增，例如，各 種高效率自動化機床、重型機床、精密機床以及適應(yīng)加工特殊形狀和特殊材料需要的 特種加工機床相繼問世。50 年代，在綜合應(yīng)用電子技術(shù)、檢測技術(shù)、計算技術(shù)、自動 控制和機床設(shè)計等各個領(lǐng)域最新成就的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的數(shù)控機床，使機床自動化進 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 5 入了一個嶄新的階段，與早期發(fā)展的僅適用于大批大量生產(chǎn)的純機械控制和繼電器接 觸器控制的自動化相比，它具有很高柔性，即使在單件和小批生產(chǎn)中也能得到經(jīng)濟的 使用。 綜觀機床的發(fā)展史，它總是隨著機械工業(yè)的擴大和科學(xué)技術(shù)的進步而發(fā)展，并始 終圍繞著不斷提高生產(chǎn)效率、加工精度、自動化程度和擴大產(chǎn)品品種而進行的，現(xiàn)代 機床總的趨勢仍然是繼續(xù)沿著這一方向發(fā)展。 我國的機床工業(yè)是在 1949 年新中國成立后才開始建立起來的。解放前，由于長期 的封鎖統(tǒng)治和 19 世紀中葉以后帝國主義的侵略和掠奪，我國的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常落后， 既沒有獨立的機械制造業(yè)，更談不上機床制造業(yè)。至解放前夕，全國只有少數(shù)城市的 一些規(guī)模很小的機械廠，制造少量簡單的皮帶車間、牛頭刨床和砂輪等；1949 年全國 機床產(chǎn)量僅 1000 多臺，品種不到 10 個。 解放后，黨和人民政府十分重視機床工業(yè)的發(fā)展。在解放初期的三年經(jīng)濟恢復(fù)時 期，就把一些原來的機械修配廠改建為專業(yè)廠；在隨后開始的幾個五年計劃期間，又 陸續(xù)擴建、新建了一系列機床廠。經(jīng)過 50 多年的建設(shè)，我國機床工業(yè)從無到有，從小 到大，現(xiàn)在已經(jīng)成門類比較齊全，具有一定實力的機床工業(yè)體系，能生產(chǎn) 5000 多種機 床通用品種，數(shù)控機床 1500 多種；不僅裝備了國內(nèi)的工業(yè)，而且每年還有一定數(shù)量的 機床出口。 我國機床行業(yè)的發(fā)展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，與世界 先進水平相比，還有較大差距。為了適應(yīng)我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的 需要，為了提高機床產(chǎn)品在國際市場上的競爭能力，必須深入開展機床基礎(chǔ)理論研究， 加強工藝試驗研究，大力開發(fā)精密、重型和數(shù)控機床，使我國的機床工業(yè)盡早躋身于 世界先進行列。 某些零件的加工，通用機床不能滿足，或者不能很好地滿足要求，必須設(shè)計專用 機床。如：某些形狀奇怪的零件，通用機床不能加工；有些雖然能加工，但某項精度 要求很高，達不到要求，有些雖然能加工，也能保證精度，但是生產(chǎn)率太低，或者經(jīng) 濟效果不好，或者操作勞動繁重等，這類情況必須設(shè)計專用機床。 專用機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式,生產(chǎn)效率 比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標準化和系列化,可根據(jù)需要靈活配置, 能縮短設(shè)計和制造周期。因此專用機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點,在大批、大量生產(chǎn) 中得到廣泛應(yīng)用,并可用以組成自動生產(chǎn)線。 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 6 專用機床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時,工件一般不旋轉(zhuǎn),由刀具 的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進給運動,來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑 削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。 本課題盤絲零件加工專用機床即用于盤絲零件端面車削加工。 1.2 國內(nèi)外金屬切削機床研究現(xiàn)狀 1.2.1國內(nèi)金屬切削機床研究現(xiàn)狀 各種機床分類中，金屬切削機床是使用最廣泛、數(shù)量最多的機床類別，因此通常 狹義的機床僅指金屬切削機床類產(chǎn)品。金屬切削機床分類方法很多，最常用的分類方 法是按機床的加工性質(zhì)和所用刀具來分類；此外還可以根據(jù)車床萬能性程度、機床工 作精度、重量和尺寸、機床主要器官數(shù)目、自動化程度不同等進行分類。2.金屬切削 機床機床行業(yè)子行業(yè)分類機床行業(yè)根據(jù)制造產(chǎn)品可劃分為如下幾個子行業(yè)：機床行業(yè) 子行業(yè)規(guī)模比重對比由2008年統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，金屬切削機床制造業(yè)是機床行業(yè)的主要 子行業(yè)，其資產(chǎn)比重占機床行業(yè)的54.14%，收入比重和利潤比重也幾乎占據(jù)整個機床 行業(yè)一一半的份額；其次是金屬成形機床制造業(yè)、鑄造機械制造業(yè)、其他金屬加工機 械制造，收入比重均在10%以上。3.金屬切削機床行業(yè)發(fā)展分析行業(yè)規(guī)模金屬切削機床 行業(yè)資產(chǎn)規(guī)模在機床各子行業(yè)中居第一位，遠高于其他各類子行業(yè)。截止2008年底， 中國金屬切削機床制造業(yè)擁有646家企業(yè)，比2007年增加133家；資產(chǎn)總額978.72億元， 比2007年增長了17.66%。產(chǎn)量2008年中國金屬切削機床和數(shù)控機床產(chǎn)量較2007年有所 下滑，全年金屬切削機床總產(chǎn)量61.69萬臺，其中數(shù)控機床12.2萬臺，同比分別降低 2.4%和3.3%。銷售收入2008年，金屬切削機床制造業(yè)實現(xiàn)銷售收入783.19億元，增長 18.32%，但增速比2007年下滑9.92個百分點。發(fā)展趨勢目前中國處于工業(yè)化中期，即 從解決短缺為主的階段逐步向建設(shè)經(jīng)濟強國轉(zhuǎn)變，煤炭、汽車、鋼鐵、房地產(chǎn)、建材、 機械、電子、化工等一批以重工業(yè)為基礎(chǔ)的高增長行業(yè)發(fā)展勢頭強勁。中國目前是世 界第一大機床消費國，其中數(shù)控機床逐漸成為機床消費的主流。2010年，中國金切機 床行業(yè)會有更大的需求，尤其是中高檔數(shù)控機床產(chǎn)品。預(yù)計2010年中，中國數(shù)控機床 消費有望超過60億美元，臺數(shù)超過10萬臺，中高檔數(shù)控機床比例大幅增加。作者介紹： 梁煜，工業(yè)品事業(yè)部研究員，通用機械、水處理領(lǐng)域研究方向。河南理工大學(xué)工學(xué)學(xué) 士，擁有5年市場研究經(jīng)驗。服務(wù)過眾多產(chǎn)品的內(nèi)外資企業(yè)，如通用機械、水務(wù)、醫(yī)藥、 化工等行業(yè)的幾十家客戶?？蛻舭W姆龍、KSB、西門子、東芝、輝瑞制藥等。 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 7 1.2.2國外金屬切削機床研究現(xiàn)狀 中國機床行業(yè)經(jīng)過近幾年技術(shù)改造和產(chǎn)品開發(fā)鍛煉，無論是生產(chǎn)能力還是產(chǎn)品技 術(shù)水平都有長足進步，但是與國外產(chǎn)品相比還有很大不足。最大的差別是核心余興部 件的技術(shù)水平和運行速度、產(chǎn)品精度保持性、機床可靠性，以及整體機床制造工藝水 平與質(zhì)量幾個方面。 國產(chǎn)數(shù)控機床的幾何精度和工作精度在試制期間可以達到高于設(shè)計標準，但是批 量產(chǎn)品中卻無法達到每臺高精度的要求。而國外企業(yè)通過先進的生產(chǎn)制造工藝控制， 可實現(xiàn)數(shù)控機床的批量高精度出產(chǎn)。國產(chǎn)數(shù)控機床從樣品到商品還有一段距離。 美國企業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)企業(yè)對企業(yè)的服務(wù)有效整合供應(yīng)商與客戶的采購和存貨系統(tǒng)； 大型汽車公司，如通用、福特、戴姆勒和航天航空公司都通過網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)與相 關(guān)體系同步設(shè)計開發(fā)。機床業(yè)的制程管理，遠端監(jiān)控、故障排除和售后服務(wù)日漸普及。 銑床主軸采用液壓軸成模具，運用非接觸式取代滾珠軸承；線性馬達擺脫應(yīng)用限制， 進入商品化。精密測量的應(yīng)用，如掃描設(shè)備附加于加工設(shè)備，可短時間收集大量信息， 加以分析、解讀、可使使用者快速調(diào)整步伐?？梢?，電子化、高速化、精密化已明顯 成為美國機床業(yè)發(fā)展的主軸。 1.3汽車汽缸體生產(chǎn)的發(fā)展過程 從世界汽車工業(yè)的發(fā)展歷程來看，汽車發(fā)動機缸體的生產(chǎn)大致經(jīng)歷了 傳統(tǒng)機械制造自動化和現(xiàn)代機械制造自動化兩個發(fā)展階段，具體可以分為 以下幾個階段： 1、從單件、小批量生產(chǎn)到流水線生產(chǎn)階段，1904年，國外在汽車發(fā) 動機缸體生產(chǎn)中開始應(yīng)用生產(chǎn)流水線，從而開辟了在斷續(xù)生產(chǎn)中用連續(xù)方 式組織生產(chǎn)的道路，取得了良好的經(jīng)濟效益。 2、剛性自動線生產(chǎn)階段，從20世紀初開始，國外汽車發(fā)動機缸體生 產(chǎn)由機械化、半自動化發(fā)展到單機自動化，由流水線發(fā)展到自動線，基本 解決了大批量生產(chǎn)的加工過程的自動化問題。1924年，英國Morris汽車公 司通過對單機自動化和流水線的大量改進，建成了世界上第一條剛性的機 械加工自動生產(chǎn)線。1935年，原蘇聯(lián)研制成功第一條比較完整的汽車發(fā)動 機汽缸體加工自動線。二戰(zhàn)后，美國福特汽車公司大量采用自動化生產(chǎn)線， 汽車生產(chǎn)的生產(chǎn)率成倍增加，汽車制造的成本大大降低。 3、數(shù)控機床(單工序)、加工中心(多工序)生產(chǎn)階段進入20世紀50年 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 8 代，國外汽車工業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性和自動化程度的增加，出現(xiàn) 和發(fā)展了現(xiàn)代控制理論?，F(xiàn)代控制理論的應(yīng)用和計算機技術(shù)的發(fā)展，為汽 車工業(yè)和汽車發(fā)動機生產(chǎn)的多品種、中小批量生產(chǎn)方式提供了新的自動化 途徑，汽車工業(yè)的自動化水平得到了迅速的提高。 4、柔性制造系統(tǒng)和柔性生產(chǎn)線階段從20世紀70年代前后開始，汽車 發(fā)動機缸體的生產(chǎn)進入一個新的發(fā)展階段。一些國家發(fā)展了CAD／CAM集成 系統(tǒng)、微型機CNC系統(tǒng)、柔性生產(chǎn)系統(tǒng)、多級計算機控制系統(tǒng)和計算機網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等，生產(chǎn)規(guī)模達到了車間和工廠的綜合自動化。這種形式適合 于多品種中小批量生產(chǎn)，但具有一次性投資大、成本較高等缺點。 1.4汽車汽缸體生產(chǎn)的現(xiàn)狀 汽缸體是汽車發(fā)動機乃至汽車中最重要的零件之一，它的加工質(zhì)量直 接影響發(fā)動機的質(zhì)量品位，并進而影響到汽車的質(zhì)量和品位，因而發(fā)動機 缸體的加工長期以來一直受到國內(nèi)外有關(guān)生產(chǎn)廠家的高度重視。 發(fā)動機缸體生產(chǎn)的常見形式從國內(nèi)外的資料來看，目前，汽車發(fā)動機 缸體的生產(chǎn)大致有以下幾種形式： (1)以傳統(tǒng)的組合機床自動線為基礎(chǔ)的柔性化改造這種以提高傳統(tǒng)的 組合機床自動化程度的技術(shù)改造已取得了相當?shù)倪M展，傳統(tǒng)的組合機床在 移植了計算機數(shù)控技術(shù)之后，組合機床的柔性化程度得到很大提高： (2)以加工中心為主體的準柔性生產(chǎn)線這里提出的是一種以加工中心 為主體，以普通機床和組合機為輔的“準柔性生產(chǎn)線”方案； (3)適用于多品種、大批量生產(chǎn)的柔性傳輸生產(chǎn)線(FTL)和柔性制造系 統(tǒng)(FMS)。 1.5 本文研究目的 從歷史上看, 機床經(jīng)歷了由專用機床到通用機床, 又由通用機床到專用機床的發(fā) 展過程。 最早出現(xiàn)的原始機床是專用機床。后來, 專用機床的工藝范圍擴大并定型化, 機 床的布局和結(jié)構(gòu)也定型化, 于是在專用機床的基礎(chǔ)上演變出通用機床。再往后, 一方 面通用機床的結(jié)構(gòu)和性能不斷改善, 另一方面在通用機床結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上又發(fā)展出各種 高生產(chǎn)率的機床, 包括 專用機床、組合機床、數(shù)控機床和自動線等。 由于專用機床的工藝、布局、結(jié)構(gòu)以及性能等都是針對特定的被加工零件設(shè)計的, GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 9 因此易使機床結(jié)構(gòu)簡單、自動化和多刀加工, 從而提高了生產(chǎn)率。 專用機床的任務(wù)是使機床和生產(chǎn)要求之間的矛盾得到統(tǒng)一，因此, 設(shè)計專機時, 必須針對矛盾的特點, 采取相應(yīng)的措施。在一定程度上矛盾的特點即決定了專機的特 點。 世界上第一臺組合機床于 1908 年在美國問世，30 年代后組合機床在世界各國得到 迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關(guān)鍵設(shè)備之一。 組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動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)濟實用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機械、交通、能 源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、 電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件 (近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額) ,完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加 工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺,在孔內(nèi)鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。 組合機床的分類繁多,有大型組合機床和小型組合機床,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)臺式組合機床等；隨著技術(shù)的不斷進步, 一種新型的組合機床———柔性組合機床越來越受到人們的青睞,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更換,配以可編程序控器( 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 的組合機床。另外，近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機(清洗機、裝 配機、綜合測量機、試驗機、輸送線) 等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。 由于組合機床及其自動線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品,是根據(jù)用戶特 殊要求而設(shè)計的,它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝滾筒、 托盤自動識別計算機生產(chǎn)調(diào)度等技術(shù),可實現(xiàn)被輸送零部件的定向、定位、升降、回轉(zhuǎn), 通過編碼識別及計算機的生產(chǎn)調(diào)度實現(xiàn)無序混流輸送等。上述組合機床代表了目前我 國組合機床裝備較高的技術(shù)水平,但隨著市場競爭的加劇和對產(chǎn)品需求的提高,高精度、 高生產(chǎn)率、柔性化、多品種、短周期、數(shù)控組合機床及其自動線正在沖擊著傳統(tǒng)的組 合機床行業(yè)企業(yè),因此組合機床裝備的發(fā)展思路必須是以提高組合機床加工精度、組合 機床柔性、組合機床工作可靠性和組合機床技術(shù)的成套性為主攻方向。一方面,加強數(shù) 控技術(shù)的應(yīng)用,提高組合機床產(chǎn)品數(shù)控化率;另一方面 ,進一步發(fā)展新型部件,尤其是多坐 標部件,使其模塊化、柔性化,適應(yīng)可調(diào)可變、多品種加工的市場需 。]1[求 組合機床是工件加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 10 種高效專用機床。 組合機床是隨著生產(chǎn)的發(fā)展，由萬能機床和專用機床發(fā)展而來的。大家都知道， 多少年來機械產(chǎn)品加工廣泛地采用萬能機床。但隨著生產(chǎn)的發(fā)展，很多企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn) 量越來越大，精度越來越高，如汽車行業(yè)的汽缸體、汽缸蓋、變速箱、導(dǎo)塊等零件， 采用萬能機床加工就不能很好的滿足要求。因為在某一臺機床上總是加工一種工件， 使萬能機床的很多部件和機構(gòu)變得作用不大，工人整天忙于裝夾工件、啟動機床、起 刀退刀、停車及卸工件等，不僅工人勞動強度很大，而且生產(chǎn)效率也不高，不利于保 證產(chǎn)品加工精度。 專用機床的創(chuàng)造，就是為了解決這個矛盾的。專用機床是專門用于加工一種工件 或一種工件的一定工序的機床，它可以同時用許多刀具進行切削，機床的輔助動作部 分地實現(xiàn)了自動化，結(jié)構(gòu)也比萬能機床簡單，生產(chǎn)效率提高了。但專用機床有一個最 大的弱點：就是當被加工工件稍有一點變動，它就用不上了，需要另造新的機床，不 能適應(yīng)現(xiàn)代機械工業(yè)技術(shù)迅速發(fā)展、產(chǎn)品經(jīng)常革新的需要，而且這種機床設(shè)計制造周 期長，造價也高。 在總結(jié)生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)上，提出創(chuàng)造這樣的高效率機床：它既有專用機床效率高 結(jié)構(gòu)簡單的特點，又有萬能機床能夠重新調(diào)整，以適應(yīng)新工件的加工特點。為此，將 機床上帶動刀具對工件產(chǎn)生切削運動的部分以及床身、立柱、工作臺等設(shè)計制造成通 用的獨立部件，稱為“通用部件” 。根據(jù)工件加工的需要，用這些通用部件配以部分專 用部件就可以組成機床，這就是組合機床。當工件改變了，還是用這些通用部件，只 將部分專用部件改裝，又可以組成加工新工件的機床。 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 11 2 GG950 汽缸體機械加工工藝設(shè)計 2.1 GG950汽缸體加工要求 發(fā)動機缸體是發(fā)動機零件中結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的箱體零件，其精度要求高， 加工工藝復(fù)雜，且加工質(zhì)量的好壞直接影響發(fā)動機整機性能，因此，它成 為各發(fā)動機生產(chǎn)廠家所關(guān)注的重點零件之一。 發(fā)動機缸體是發(fā)動機的基礎(chǔ)零件和骨架，同時又是發(fā)動機總裝配時的 基準零件。缸體的作用是支承和保證活塞、連桿、曲軸等運動部件工 作時的準確位置；保證發(fā)動機的換氣、冷卻和潤滑；提供各種輔助系統(tǒng)、 部件及發(fā)動機的安裝。 缸體機械加工生產(chǎn)線生產(chǎn)綱領(lǐng)為：4，0000件／年。 加工對象：汽車發(fā)動機缸體。 設(shè)備要求：生產(chǎn)設(shè)備以臥式加工中心為主，少量工序允許采用立式加 工中心。 工作制度：251日／年，2班制生產(chǎn)／H，損失時間9％，設(shè)備負荷率 85％。生產(chǎn)節(jié)拍：251×16×O.91×O.85×60/40000=4.66分/件。 缸體是一個整體鑄造結(jié)構(gòu)，其上部有4個缸套安裝孔；缸體的水平隔 板 將缸體分成上下兩部分；缸體的前端面從前到后排列有三個同軸線的 凸輪軸安裝孔和惰輪軸孔。 缸體的工藝特點是：結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜；加工的平面、孔多；壁厚不均， 剛度低；加工精度要求高，屬于典型的箱體類加工零件。 缸體的主要加工表面有頂面、主軸承座側(cè)面、缸孔、主軸承孔及凸輪 軸孔等，它們的加工精度將直接影響發(fā)動機的裝配精度和工作性能，主要 依靠設(shè)備精度、夾具的可靠性和加工工藝的合理性來保證。 GG950汽缸體的主要技術(shù)要求如下： 主軸承孔的精度與粗糙度 8.0862.0Ra，?? 主軸承孔的圓柱度 0.010 缸孔的精度與表面粗糙度 .102.，? GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 12 缸孔中心線對曲軸中心線的對稱度 0.05 第2、3、4主軸承孔對第1、5主軸承孔的同軸度 Φ0.015 各凸輪軸孔同軸度 Φ0.025 曲軸中心線對凸輪軸中心線平行度 0.06 頂面的平面度和表面粗糙度 0.04，Ra1.6 2.2汽缸體工藝方案設(shè)計原則和依據(jù) 工藝方案是工藝準備工作的總綱，是工藝規(guī)程設(shè)計的指導(dǎo)文件。正確 的工藝方案設(shè)計，有助于系統(tǒng)地運用新的科學(xué)技術(shù)成果和先進的生產(chǎn)經(jīng)驗， 保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，提高工藝技術(shù)和工藝管理水平。 設(shè)計工藝方案應(yīng)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時，充分考慮生產(chǎn)周期、成本和 環(huán)境保護；根據(jù)本企業(yè)能力，積極采用國內(nèi)外先進的工藝技術(shù)和裝備，不 斷提高企業(yè)工藝水平。發(fā)動機缸體機械加工工藝設(shè)計應(yīng)遵循以下基本原則： (1)加工設(shè)備選型原則加工設(shè)備選型采用剛?cè)峤Y(jié)合的原則，加工設(shè)備 以臥式加工中心為主，少量工序采用立式加工中心，關(guān)鍵工序一曲軸孔、 缸孔、平衡軸孔加工采用高精度高速臥式加工中心，非關(guān)鍵工藝一上下前 后四個平面的粗銑采用高效并有一定調(diào)整范圍的專用機床加工； (2)集中工序原則關(guān)鍵工序一機體缸孔、曲軸孔、平衡軸孔的精加工 及缸蓋結(jié)合面的精銑，采用集中在一道工序一次裝夾完成全部加工內(nèi)容的 方案，以確保產(chǎn)品精度滿足缸體關(guān)鍵品質(zhì)的工藝能力和有關(guān)技術(shù)要求： (3)全部夾具均采用液壓夾具，夾緊元件、液壓泵及液壓控制元件采 用德國或美國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)可靠元器件； (4)整線全部采用濕式加工，采用單機獨立排屑，高精度關(guān)鍵加工工 序的臥式加工中心采用恒溫冷卻并加裝高精度高壓雙回路帶旁通精過濾系 統(tǒng)，加工中心全部帶有高壓內(nèi)冷。 根據(jù)汽車發(fā)動機缸體的工藝特點和生產(chǎn)任務(wù)要求，發(fā)動機缸體機械加 工自動生產(chǎn)線由臥式加工中心CWK500和CWK500D加工中心、專用銑/鏜床、 立式加工中心matec．30L等設(shè)備組成。 (1)頂?shù)酌婕巴呱w止口面粗銑組合機床本機床為雙面臥式專用銑床， 采用移動工作臺帶動工件，機床采用進13西門子s7．200PLC系統(tǒng)控制，機 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 13 床設(shè)獨立電控柜，切削過程自動化完成，有自動和調(diào)整兩種狀態(tài)： (2)高速臥式加工中心CWK500該加工中心可實現(xiàn)最大流量的濕加工， 但由于設(shè)備自動排屑處理系統(tǒng)是通過位于托盤下的內(nèi)置寬式排屑器而完成， 該加工中心可以進行干加工；機床主軸轉(zhuǎn)速6000r／min，快速進給速度 38m／min： (3)前后端面粗銑組合機床機床采用液壓傳動；控制系統(tǒng)采用進口西 門子s7．200PLC系統(tǒng)控制，機床具有一定的柔性； (4)專用機床TXKl500本機床由立式加工中心改造而成型，具備立式加 工中心的特點及性能，該機床具有高強度、高耐磨度、高穩(wěn)定性、高精度、 高配置等優(yōu)點； (5)高速立式加工中心matec．30L 該加工中心主軸最高轉(zhuǎn)速 9000r/min?？刂葡到y(tǒng)采用西門子公司SINUMEⅪK840D控制系統(tǒng)； (6)高速臥式加工中心CWK500D主軸最高轉(zhuǎn)速15000r/min。 影響發(fā)動機缸體零件的工藝方案設(shè)計因素是多方面的。具體地說，可 以從以下幾個方面理解。 (1)產(chǎn)品對象、產(chǎn)品圖樣和有關(guān)技術(shù)文件根據(jù)發(fā)動機缸體的復(fù)雜程度、 精度要求等采取相應(yīng)的工藝措施。生產(chǎn)對象為四缸汽車發(fā)動機缸體； (2)產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)、生產(chǎn)性質(zhì)和生產(chǎn)類型該發(fā)動機缸體年生產(chǎn)綱領(lǐng) 為40000萬件； (3)工作制度，設(shè)備年有效工作日為320天，平均設(shè)備負荷率為80％， 兩班制，16小時/天。 2.3汽缸體機械加工工藝設(shè)計的主要內(nèi)容 發(fā)動機缸體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，尺寸較大，是薄壁零件，有若干 精度要求較高的平面和孔。發(fā)動機缸體機械加工的工藝特點是：主要是平 面和孔的加工，加工平面一般采用刨、銑削等方法加工，加工孔主要采用 鏜削，加工小孔多用鉆削。由于缸體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此如何保證各表面的相 互位置精度是加工中的一個重要問題。 1、毛坯的選擇 發(fā)動機缸體采用的材料一般是灰鑄鐵HTl50、HT200、HT250，也有采 用鑄鋁或鋼板的。圖5-1所示的發(fā)動機缸體采用高強度合金鑄鐵。缸體在 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 14 加工前進行時效處理，以消除鑄件內(nèi)應(yīng)力和改善毛坯的力學(xué)性能。 提高毛坯精度，減少加工余量，是提高自動生產(chǎn)線系統(tǒng)生產(chǎn)率及加工 質(zhì)量的重要措旌。由于國外箱體類零件毛坯質(zhì)量和精度較高，其生產(chǎn)線系 統(tǒng)已實現(xiàn)了毛坯直接上線，既省去了毛坯檢查裝置，也節(jié)省了由于毛坯質(zhì) 量問題而浪費的加工工時，提高了綜合效益。因此，精化毛坯是提高生產(chǎn) 率最有潛力的出路。對于發(fā)動機缸體生產(chǎn)線，可在零件上線前粗銑六個面， 去除大部分余量，便于零件直接上線。 2、機械加工工藝基準的選擇與加工 選擇合理的加工工藝基準，直接關(guān)系到能否保證零件的加工質(zhì)量。一 般地說，工藝基準可分為粗基準和精基準。 (1)粗基準：對于上線的毛坯，其粗基準的選擇尤為重要，如果粗基 準選擇不合理，會使加工余量分布不均勻，加工面偏移，造成廢品。在缸 體生產(chǎn)線中，我們采用側(cè)面為粗基準； (2)精基準：對于發(fā)動機缸體這種箱體零件來說，一般采用一面兩銷 為全線的統(tǒng)一基準。對于較長的自動生產(chǎn)線系統(tǒng)，由于定位銷孔在使用過 程中的磨損造成定位不準確，因此，將定位銷孔分為2～3段使用。在缸體 定位銷孔的加工中，我們采用了以側(cè)面、底面和主軸孔定位，在加工中心 上加工。 3、機械加工加工階段的劃分和工序的安排 一個零件往往有許多表面需要加工，當然表面的加工精度是不同的。 加工精度較高的表面，往往要經(jīng)過多次加工；而對于加工精度低的表面， 只需要經(jīng)過一兩次就行了。因此，擬訂工藝順序時，要抓住“加工精度高 的表面”這個矛盾，合理安排工序和合理劃分加工階段。安排工藝順序的 原則是：先粗后精，先面后孔，先基準后其它。在發(fā)動機缸體的機械加工 中，同樣應(yīng)遵循這一原則。 (1)粗加工階段在發(fā)動機缸體的機械加工過程中，安排粗加工工序， 對毛坯全面進行粗加工，切去大部分余量，以保證生產(chǎn)效率； (2)半精加工階段在發(fā)動機缸體的機械加工中，為了保證一些重要表 面的加工精度，安排一些半精加工工序，將精度和表面粗糙度要求中等的 一些表面加工完成，而對要求高的表面進行半精加工，為以后的精加工做 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 15 準備： (3)精加工階段對精度和表面粗糙度要求高的表面進行加工： (4)次要小表面的加工如螺紋孔，可以在精加工主要表面后進行，一 方面加工時對工件變形影響不大，同時廢品率也降低；另外，如果主要表 面出廢品后，這些小表面就不必再加工了，從而避免浪費工時。但是，如 果小表面的加工很容易碰傷主要表面時，就應(yīng)該把小表面加工放在主要表 面的精加工之前； (5)輔助工序也要妥善安排如檢驗工序，在零件粗加工階段之后，關(guān) 鍵工序加工前后，零件全部加工完畢后，都要適當安排。對加工階段進行 劃分，具有以下好處：首先，可以在粗加工后采取措施消除工件內(nèi)應(yīng)力保 證精度；其次，精加工放在后面，不至于在運輸過程中損壞工件已加工表 面；再次，先粗加工各面，可以及早發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷并及時處理，不會浪費 工時。不過對于一般小工件就不要分得很細。 缸體主要加工表面和輔助工序有： (1)平面加工目前，銑削是發(fā)動機缸體平面加工的主要手段，國內(nèi)銑 削進給量一般為300--400mm/min，與國外銑削進給量2000--4000mm／min 相比，相差甚遠，有待于提高，因此，提高銑削進給量，縮短輔助時間， 是提高生產(chǎn)效率的主要途徑，發(fā)動機缸體精加工一些平面時的銑削進給量 達到2399mm／min，大大提高了效率；頂面的銑削是缸體加工中的一個關(guān) 鍵工序，其平面度要求為0.02/145mm，表面粗糙度為Ral.6pm。在缸體的 加工中，采用側(cè)面和主軸軸承孔定位，頂面、底面和中間瓦蓋止口面同時 加工，在加工中采用線外對刀裝置，能較好地滿足發(fā)動機缸體加工精度要 求： （2)一般孔系的加工一般孔系的加工仍采用傳統(tǒng)的鉆、擴、鏜、鉸、 攻絲等工藝方法。課題在設(shè)計具體的工藝方案時，采用涂層刀具、內(nèi)冷卻 刀具等先進刀具，并采用大流量冷卻系統(tǒng)，大大提高了切削速度，提高了 生產(chǎn)率； （3)深油孔加工傳統(tǒng)的加工方法是采用麻花鉆進行分級進給，其生產(chǎn) 效率低，加工質(zhì)量差。在發(fā)動機缸體深油孔的加工中，采用槍鉆工藝； （4)--軸孔的加工三軸孔的加工為缸體孔系加工中精度要求高，工時 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 16 長的限制性工序。因此，工序安排、加工方法、刀具等都應(yīng)特別注意。合 蓋前加工，即缸體半圓孔和主軸承蓋的荒加工，其主要目的是去除毛坯余 量、釋放應(yīng)力，為后序加工做準備；在加工中心上加工曲軸孔時，采用雙 面鏜孔，先在曲軸孔一端鏜孔到1／2長度時，然后工作臺回轉(zhuǎn)1800，從另 外一端再鏜另一1／2長。 (5)缸孔的加工缸孔的加工是缸體機械加工中的關(guān)鍵工序之一，一般 情況下，其加工工藝過程為粗鏜、半精鏜、精鏜和珩磨。為及早發(fā)現(xiàn)缸孔 內(nèi)壁的鑄造缺陷，消除應(yīng)力，應(yīng)盡量提前粗鏜缸孔；由于缸孔的結(jié)構(gòu)特點 不同，需采用珩磨工藝，以提高缸孔表面質(zhì)量。在大批量生產(chǎn)中，缸孔的 珩磨一般采用多軸珩磨機或珩磨自動線。在此我們采用珩磨自動線，由粗 珩、精珩和檢測三臺設(shè)備組成： (6)清洗清洗分為濕式清洗和干式清洗。缸體機械加工自動生產(chǎn)線采 用大流量濕式清洗； (7)檢測檢測分在線檢測和線外檢測兩種。在發(fā)動機缸體的質(zhì)量檢測 中，根據(jù)實際情況采用線外檢測，主要采用三坐標測量機對缸體進行綜合 測量，每200件抽查1～5件，每班抽查一件。 發(fā)動機缸體切削用量的選擇包括切削速度、進給量和進給速度的選擇。 由于加工中所使用的設(shè)備都是具有較高精度和剛度的機床和高速加工中心， 為保證切削加工的效率，可以適當選擇較大的切削用量。發(fā)動機缸體的主 要加工表面為平面和軸承孔、缸孔等孔的加工，而平面和軸承孔、缸孔的 加工方式主要是銑削和鏜削，因此這里討論的切削用量的選擇主要是銑削 和鏜削切削用量的選擇。 (1)銑削用量的選擇銑削用量的選擇直接關(guān)系到銑削效果的好壞。一 般地說，銑削用量的選擇原則是：端面銑刀銑削時首先應(yīng)盡可能取較大的 銑削深度和銑削寬度，然后盡可能選取較大的銑削速度。在具體選擇銑削 用量時所涉及的因素很多，但總的來說，粗銑時工件余量大，加工要求低， 主要考慮銑刀的耐用度；精銑時余量小，加工精度要求高，主要考慮加工 質(zhì)量的提高； 在發(fā)動機缸體的銑削加工中，選用的機床為具有高剛度的高速機床， 功率大，剛性好，因而選擇了比較大的切削用量； GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 17 (2)鏜削用量的選擇鏜削用量的選擇根據(jù)粗、精加工工藝的不同而不 同。粗加工時，選用較大的切削深度，精加工時，選用較小的切削深度。 切削深度確定以后，盡可能選用較大的切削用量。在切削深度和進給量選 定以后，可在保證刀具合理耐用度的條件下，用計算或查表的方法來確定 切削速度。一般地，粗加工時，選擇較低的切削速度，精加工時，選用較 高的切削速度。 在發(fā)動機缸體的鏜削加工中，選用的機床為具有高剛度的高速機床， 功率大，剛性好：刀具為國外先進的刀具，質(zhì)量高，剛性好，因而選擇了 比較大的切削用量。 2.4確定汽缸體機械加工工藝流程 根據(jù)以上原則，可初步確定GG950汽缸體機械加工工藝流程如下： 工序一：毛坯上線 工序二：粗銑上下平面 工序三：精銑底面、安裝面 工序四：鉆、鉸Φ11孔，鉆10-M10×1.25螺紋底孔，攻螺紋10-M10， 鉆、鉸Φ16孔 工序五：粗銑前唇端面 工序六：銑缸體兩側(cè)面開檔 工序七：半精鏜缸孔，缸孔倒角 工序八：去毛刺，檢驗 工序九：精銑頂面，鉆10-M14孔，锪2-Φ14.5孔，鉸2-Φ18孔，攻螺 紋M14 工序十：鉆孔4-Φ9，7-Φ6.5，Φ8，8-Φ18，8-Φ22，鉆螺紋孔18- M14，攻螺紋孔18-M14 工序十一：去毛刺、清洗 工序十二：粗鏜曲軸孔3-Φ84，Φ65，Φ35，Φ30，Φ12，Φ10等， 銑瓦槽，鉆螺紋孔24-M8及攻螺紋 工序十三：粗銑107尺寸平面 工序十四：鉆Φ18深孔，2-Φ10孔，14-M8，6-M10孔,2-Φ8孔，2- Φ10孔等 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 18 工序十五：銑床凸平面 工序十六：去毛刺，清洗 工序十七：鉆5-M10，4-M8，M16，5-Φ6，4-M10等孔 工序十八：清洗 工序十九：精鏜3-Φ86，4-108，4-112等孔 工序二十：精銑分離面，鉆孔：10-Φ16.5，22-M8，M6，M8等孔 工序二十一：空氣吹凈 工序二十二：各面的軸孔去毛刺，清洗 工序二十三：檢驗 工序二十四：成品下線 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 19 3 多軸鉆床設(shè)計 3.1多軸加工的應(yīng)用和優(yōu)勢 根據(jù)以上對汽缸體加工工藝的設(shè)計，由于汽缸體各表面的孔系比較多， 為完成大批量生產(chǎn)任務(wù)的需求，需要使用多軸鉆床加工。 據(jù)統(tǒng)計，一般在車間中普通機床的平均切削時間很少超過全部工作時 間的 15%。其余時間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機床、測量 以 及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機床雖然能提高 85%，但購置費用大。某些情 況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機床低。 故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點，就鉆削加工 而言，多軸加工是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。 雖然不可調(diào)式多軸頭在自動線中早有應(yīng)用，但只局限于大批量生產(chǎn)。 即使采用可調(diào)式多軸頭擴大了使用范圍，仍然遠不能滿足批量小、孔型復(fù) 雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復(fù)雜的多軸加工更是引人注目。例 如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有 15000 個 ψ20 孔，若以搖臂 鉆床加工，單單鉆孔與锪沉頭孔就要 842.5 小時，另外還要劃線工時 151.1 小時。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要 171.6 小時，劃 線也簡單，只要 1.9 小時。因此，利用數(shù)控控制的二個坐標軸，使刀具正 確地對準加工位置，結(jié)合多軸加工不但可以擴大加工范圍，而且在提高精 度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有 人分析大型高速柴油機 30 種箱形與桿形零件的 2000 多個鉆孔操作中，有 40%可以在自動更換主軸箱機床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均 可減少 20%的加工時間。1975 年法國巴黎機床展覽會也反映了多軸加工的 使用愈來愈多這一趨勢。 多軸加工是在一次進給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工 件上各加工一個孔。這不僅縮短切削時間，提高精度，減少裝夾或定位時 間，并且在數(shù)控機床中不必計算坐標，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采 用以下一些設(shè)備進行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組 合機床心及自動更換主軸箱機床。甚至可以通過二個能自動調(diào)節(jié)軸距的主 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 20 軸或多軸箱，結(jié)合數(shù)控工作臺縱橫二個方向的運動，加工各種圓形或橢圓 形孔組的一個或幾個工序?，F(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。 從傳動方式來說主要有齒輪傳動與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動二種。這是大家所 熟悉的。前者效率較高，結(jié)構(gòu)簡單，后者易于調(diào)整軸距。從結(jié)構(gòu)來說有不 可調(diào)式與可調(diào)式二種。前者軸距 不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于 大批量生產(chǎn)。為了擴大其贊許適應(yīng)性，發(fā)展了可調(diào)式多軸頭，在一定范圍 內(nèi)可調(diào)整軸距。它主要裝在有萬向.二種。 （1）萬向軸式也有二種:具有對 準裝置的主軸。主軸裝在可調(diào)支架中，而可調(diào)支架能在殼體的 T 形槽中移 動，并能在對準的位置以螺栓固定。 （2）具有公差的圓柱形主軸套。主軸 套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分 布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上） 。后一種適用于批量較大式 中小批量的輪番生產(chǎn)中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同 的模板。 多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進 行工作。這種多軸加工方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度的關(guān)系，使 用范圍有限。 也象多軸頭那樣作為標準部件生產(chǎn)。美國 Secto 公司標準齒輪箱、多 軸箱等設(shè)計的不可調(diào)式多軸箱。有 32 種規(guī)格，加工面積從 300Ｘ300 毫米 到 600Ｘ1050 毫米，工作軸達 60 根，動力達 22.5 千瓦。Romai 工廠生產(chǎn) 的可調(diào)多軸箱調(diào)整方便，只要先把齒輪調(diào)整到接近孔型的位置，然后把與 它聯(lián)接的可調(diào)軸移動到正確的位置。因此，這種結(jié)構(gòu)只要改變模板，就能 在一定范圍內(nèi)容易地改變孔型，并且可以達到比普通多軸箱更小的孔距。 根據(jù)成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的組合機床很適用于大中批量 生產(chǎn)。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數(shù)點： （1）工件裝夾簡單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。 （2）夾具剛性好，加工時不形變，分度定位正確。 （3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調(diào)整， 從而縮短換刀停機時間。 （4）使用優(yōu)質(zhì)刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機磨。 （5）尺寸超差時能立即發(fā)現(xiàn)。 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 21 多軸鉆床是一種能滿足多軸加工要求的鉆床。諸如導(dǎo)向、功率、進給、 轉(zhuǎn)速與加工范圍等。巴黎展覽會中展出的多軸鉆床多具液壓進給。其整個 工作循壞如快進、工進與清除鐵屑等都是自動進行。值得注意的是，多數(shù) 具有單獨的變速機構(gòu)，這樣可以適應(yīng)某一組孔中不同孔徑的加工需要。 多軸加工生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準備周期短，產(chǎn)品改型時設(shè)備損 失少。而且隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，多軸加工的范圍一定會愈來愈廣， 加工效率也會不斷提高。 3.2設(shè)計前的準備 工件材料：鑄鋼；年產(chǎn)量：25 萬件； 5- 20 孔尺寸精度 IT13.，確? 定孔同時加工的軸向力，公式： ?FFFknVYZdC???0 式中： =365.9, = , =0.661, =1.217, =0.361, =1.1,FC0d31?Z =0.35m/s（表 15-37）[文獻 1]V 則 ? N09.4136.0527.6.9.3653 ???? 所需電機功率： KWVP94?? 型號技術(shù)規(guī)格 Z525 最大鉆孔直徑（mm） 25 主軸端面至工作臺距離(mm) 0-700 主軸端面至底面距離(mm) 750-110 主軸中心至導(dǎo)軌距離(mm) 250 主軸行距(mm) 175 主軸孔莫氏解錐度 3 號 主軸最大扭轉(zhuǎn)力矩(N?m) 245.25 主軸進給力(N) 8829 主軸轉(zhuǎn)速(r/mm) 97-1360 主軸箱行程(mm) 200 進給量(mm/r) 0.1-0.8 工作臺行程(mm) 325 工作臺工作面積(mm2) 500×375 主電動機功率(kw) 2.8 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 22 根據(jù)上面計算所需電機的功率，現(xiàn)選用 Z525 立式鉆床改造為多軸鉆 床，其主要技術(shù)參數(shù)如上表。 （1）大致了解工件上被加工孔為 4 個 Ф10 的孔。毛坯種類為灰鑄鐵 的鑄件，由于石墨的潤滑及割裂作用，使灰鑄鐵很易切削加工，屑片易斷， 刀具磨損少，故可選用硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆（GB10946-89）[文獻 2] （2）切削用量的確定 切削速度 ,進給量 .min/21Vc?rmf/17.0? 則切削轉(zhuǎn)速 in/98.643 20ds?? 根據(jù) Z525 機床說明書，取 0rns? 故實際切削速度為： min/2.01 67.Vwc ?? （3）確定加工時的單件工時 圖 2 為鉆頭工作進給長度， 一般 為 5-10mm,取 10mm，切 入L [文獻 3] ??md2.1083 7.6~31???切 出 m5加 工 加工一個孔所需時間： min15.07.9621 ???fnLtwm切 出加 工切 入 單件時工時： i6.05.4???tm GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 23 3.3傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 選定齒輪的傳動方式：初定為外嚙合。 齒輪分布方案確定： 根據(jù)分析零件圖，多軸箱齒輪分布初定有以下圖 3，圖 4 兩種形式 根據(jù)通常采用的經(jīng)濟而又有效的傳動是：用一根傳動軸帶支多根主軸。 因此，本設(shè)計中采用了圖 3 所示的齒輪分布方案。 （3）明確主動軸、工作軸和惰輪軸的旋轉(zhuǎn)方向，并計算或選定其軸 徑大小。 因為所選定的 Z535 立式鉆床主軸是左旋，所以工作軸也為左旋，而 惰輪軸則為右旋。 確定工作軸直徑，加工孔徑與工作軸直徑的關(guān)系如下： 加工孔徑 ＜12 12－16 16－20 工作軸直徑 15 20 25 因為加工孔徑為 Ф10mm,所以工作軸直徑選 15mm. 主動軸和惰輪軸的直徑在以后的軸設(shè)計中確定。 排出齒輪傳動的層次，設(shè)計各個齒輪。 本設(shè)計的齒輪傳動為單層次的齒輪外嚙合傳動，傳動分布圖如圖 4 所 示。 在設(shè)計各個齒輪前首先明確已知條件：電機輸入功率 ,齒輪KWP8.21? Ⅰ轉(zhuǎn)速 , 齒輪Ⅲ轉(zhuǎn)速 ,假設(shè)齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的傳min/1360rn? min/9603rn? 動比均為 i=0.84,即齒輪比 u=1.2,工作壽命 15 年（每年工作 300 天） ，兩 班制。 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 24 選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù) ?選用直齒輪圓柱齒輪傳動； ?多軸箱為一般工作機器，速度不高，故選用 7 級精度（GB10095- 88）; ?材料選擇 由表 10-1[文獻 4]選擇齒輪Ⅰ材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS， 齒輪Ⅱ材料為 45（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，齒輪Ⅲ材料為 45（?；?，硬 度 210HBS; ?選齒輪Ⅰ齒數(shù) ,齒輪Ⅱ齒數(shù) ,取 .241?Z 8.2.1412????uZ29?Z 按齒面接觸強度設(shè)計 由設(shè)計計算公式進行試算， ? 3211 ][. ??????????HEdtt uTKd? ? 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1)試選載荷系數(shù) ;3.?tK 2)計算齒輪Ⅰ傳遞的轉(zhuǎn)矩 mNnPT ?????? 45151 1096.1/8.20.9/0.9 3)由表 10-7[文獻 4]選取齒寬系數(shù) =0.5d? 4)由表 10-6[文獻 4] 查得材料的彈性影響系數(shù) 2/18.9MPaZE? 5)由表 10-21d[文獻 4] 按齒面硬度查得齒輪Ⅰ的接觸疲勞強度極限？ ;齒輪Ⅱ的接觸疲勞強度極限？ ;MPaH601lim?? H502lim? 6)由表 10-13[文獻 4] 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： ??91 187.530821360????hjLnN992.4/875.? 7)查《機械設(shè)計手冊》得接觸疲勞壽命系數(shù) , ;0.1HNK95.2?HN 8)計算接觸疲勞許用應(yīng)力: 取失效概率為 1%，安全系數(shù) ,由式(10-12) [文獻 4] 得：1?SMPaSKHH54069.0][1limli1???? ; N.2.][2li2 GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 25 ?計算 1)試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值:td1][H?243211 5.819.21096.3.][2. ???????????????????HEdtt ZuTKd?m649.5? 2)計算圓周速度 V: smndVt /81.310649.53.106????? 3)計算齒 bHd 2..?? 4)計算齒寬與齒高之比 hb/ 模數(shù)： mzmtt 35.469.53/1?? 齒高： 022.?th .0./4/b 5)計算載荷系數(shù) 根據(jù) v=3.81m/s,7 級精度，由圖 10-8[文獻 4] 查得動載系數(shù) Kv=1.14, 直齒輪，假設(shè) ,由表 10-3[文獻 4] 查得mNbFKta/1/? ;2.1??FHK 由表 10-2[文獻 4] 查得使用系數(shù) ;1?AK 由表 10-4[文獻 4] 查得 7 級精度齒輪Ⅰ相對支承非對稱布置時，??bdH 320.6.018.2.1 ??????? 將數(shù)據(jù)代入后得： ;182.649.51.... 32????K 由 ,查圖 10-13[文獻 4]得， ;18,35/?Hhb 5?FK 故載荷系數(shù) 7...??????HVAK 6)按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（10-10a）[文 獻 4] 得， =53.649x =57.18mmtd1?3/Kt3.1/574. 7)計算模數(shù) m m=d1/Z1=57.18/24=2.4mm,圓整為 m=25mm. GG950 汽缸體加工工藝及專用設(shè)備設(shè)計 26 ⑤按齒根彎曲強度設(shè)計 由式（10-5）[文獻 4] 得彎曲強度的設(shè)計公式為 m≥ 321][????????FSadYzkT? ?確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 由圖 10-20[文獻 4] 查得齒輪Ⅰ的彎曲疲勞極限 =500Mpa;1FE? 齒輪Ⅱ的彎曲疲勞強度極限 =380Mpa;2FE? 2)由圖 10-18[文獻 4] 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ;8.0,5.21?FNNK 3)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4,由式（10-12）[文獻 4] 得： [ ]1= = =303.57MpaF?S KFEN14.508? = =238.86MPa2]F FE2.3 4)計算載荷系數(shù) 532.1.21.????????FVAKK 5) 查取齒形系數(shù) 由表 10-5[文獻 4] 查得 .,6.21FaFaY 6)查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 10-5[文獻 4] 查得 .1,58.21?sasa 7）計算齒輪Ⅰ、Ⅱ的 并加以比較][F S? = =0.013791][F SaY?57.30862? = =0.017162][F Sa. 齒輪Ⅱ的