半精镗及精镗气缸盖导管孔组合机床夹具设计[下载](2)

3、组合机床配置型式选择

    组合机床有大型和小型，又可分为卧式，立式两种，根据配置形式还可分为单工位和多工位。配置方案不同对机床的复杂程度，通用化程度，结构工艺性，加工精度，机床重新调整的可能性等都有不同的影响。在本工序中要求加工同轴的两个孔，因此采用卧式布置，为了提高生产效率，降低设计成本。机床采用卧式，其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、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。本机床采用了单滑台双动力头结构，考虑到相关联的机床夹具结构的统一性，采用固定式夹具.由于在加工过程中要实现大范围的调速，因此采用伺服滑台来满足这个要求。其具有如下特点:可自动变换进给速度和工作循环，可在较宽的范围实现位控，执行零件加工的数控程序.由此，根据已定的工艺方案和机床配置形式，确定机床为卧式单面双工位数控传动的组合机床，伺服滑台实现工作进给运动，设计配套的动力箱。

 

图3-1 组合机床配置型式图

4、组合机床总体设计

4.1 被加工零件工序图

    被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床(或自动线)上完成的工艺内容，加工部位的尺寸精度，表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准，夹压部件以及被加工零件的材料，硬度和本机床的前加工余量，毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造，使用，调整和检验机床精度的重要文件 ，是在被加工零件图基础上，突出本机床的加工内容，并作必要的说明而绘制的。为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定：应按一定的比例，绘制足够的视图以剖面；本工序加工部位用粗实线表示，保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画“—”粗实线，其余部位用细实线表示。

本机床加工时是采用的一面两销定位方式，一面是气缸盖的内侧面，两销分别是一圆柱销一菱形销。它共限制六个自由度，可以达到定位效果，因此可以保证所需要的加工精度。绘制的被加工零件工序图如图4-1、4-2所示。

图中符号  ---夹紧位置   --定位基准

图4-1  半精镗加工零件工序图

4.2 加工示意图

    加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的，是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图，它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱、电气系统以及选择动力部件，绘制机床总体联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。

图4-3  半精镗加工零件示意图

4.2.1 刀具的选择

    选择刀具应考虑工件材料，加工精度，表面粗糙度，排屑及生产率等要求，只要条件允许应尽量选用标准刀具。

    孔加工刀具（钻、扩、铰等）的直径应与加工部位尺寸，精度相适应，其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外端面30-50mm，以利排屑和刀具磨损后有一定向前调整量。刀具锥柄插入接杆孔内长度，在绘制加工示意图是应注意从刀具总长中减去。根据以上条件选择硬质合金刀具。刀具是由镗孔刀和枪铰刀组成的复合刀具。

    半精加工中时，镗杆直径选择Φ40mm，铰杆直径选择Φ12mm 。在加工硬度较高的铸铁时，为提高刀具使用寿命，宜采用多刃镗刀头。本机床采用四刃镗刀头。由于在切削力的作用下，刀体上两个导向块与刀齿圆柱校准部分的圆柱刃带确定一个圆，因此采用双导向块已能满足圆周导向的要求。但由于来自外部的干扰，有时会使双导向块丧失平衡，从而引起加工误差，所以有时单刃铰刀也采用三个导向块。通过第三个导向块使铰刀切削部分的整个圆周方向上都具有很大的刚度，从而提高了平衡稳定性和加工经济度。综合上述条件，铰刀采用焊接式单刃双导向条铰刀。

精加工时，镗刀采用德国MAPAL公司的精密刀具，铰刀采用机械夹固式铰刀，精度较半精加工稍高。

4.2.2 组合机床切削用量的选择

    查文献资料[9]

表4-1孔加工常用工序间余量

加工工序	加工孔径	直径上工序间余量
铰孔	Φ10～Φ20	0.10～0.20
半精镗	Φ10～Φ20	0.7～1.2
精镗	Φ30～Φ130	0.25～0.40

得镗孔的切削余量为：

半精加工：阀座孔ap=0.4mm，导管孔ap=0.1mm；

精加工：阀座孔ap=0.1mm，导管孔ap=0.1mm；

查文献资料[9]

表4-2 镗孔切削用量

工序	刀具材料	铸铁
		v(mm/min)	f(mm/r)
半精镗	硬质合金	50～70	0.15～0.45
精镗	硬质合金	70～90	H级0.12～0.15

得镗孔的切削用量为：

半精加工：f=0.15 mm/r；

精加工：  f=0.15 mm/r；

切削速度的计算：

Vc=  （4-1）

Vc—切削速度，单位为m/min 。   

a.半精加工(排气)

①枪铰Φ14.8mm导管孔

由表4-2得，选择f=0.15mm/r，n=1500r/min

由公式（4-1）得  Vc=3.14×14.8×1500/1000=69.7m/min

②镗Φ47.8mm阀座孔

由表4-2得，选择f=0.15mm/r，n=466r/min

由公式（4-1）得  Vc=3.14×47.8×466/1000=70m/min

半精加工(进气)

①枪铰Φ14.8mm导管孔

由表4-2得，选择f=0.15mm/r，n=1500r/min

由公式（4-1）得  Vc=3.14×14.8×1500/1000=69.7m/min

②镗Φ44.8mm阀座孔

由表4-2得，选择f=0.15mm/r，n=466r/min

由公式（4-1）得  Vc=3.14×44.8×466/1000=65.6m/min

b.精加工(排气)

①枪铰Φ15mm导管孔

由表4-2得，选择f=0.15mm/r，n=1500r/min

由公式（4-1）得  Vc=3.14×15×1500/1000=70.7m/min

②镗Φ48mm阀座孔

由表4-2得，选择f=0.15mm/r，n=466r/min

由公式（4-1）得  Vc=3.14×48×1500/1000=70.2m/min

精加工(进气)

①枪铰Φ15mm导管孔

由表4-2得，选择f=0.15mm/r，n=1500r/min

由公式（4-1）得  Vc=3.14×15×1500/1000=70.7m/min

②镗Φ45mm阀座孔

由表4-2得，选择f=0.15mm/r，n=466r/min

由公式（4-1）得  Vc=3.14×45×466/1000=65.8m/min

4.2.3 计算切削力，切削扭矩及切削功率

根据文献资料[9]表6-20得计算公式如下：

切削力                   Fz=51.4apf0.75HB0.55      （4-2）

Fx=0.51ap1.2 f0.65HB1.1                            （4-3）

转  矩                   T=25.7Dapf0.75HB0.55                                             （4-4）

功  率                                                （4-5）

公式中：V—切削速度（m/min）；f—进给量（mm/r）； ap—切削深度（mm）；

        D—加工直径（mm）；   Fz—圆周力（N）；   Fx—轴向切削力（N）；

        HB—布氏硬度：；

在本设计中，HBmax=225， Hbmin=150，代入公式得HB=200 HBS。

a.半精加工：（排气）

枪铰导管孔：由公式（4-2）得

Fz=51.4×0.1×0.150.75×2000.55

=51.4×0.1×0.241×18.432=22.832N；

                  由公式（4-3）得

                      Fx=0.51×0.11.2 ×0.150.65×2001.1

=0.51×0.063×0.291×339.729=3.176N；

                  由公式（4-4）得

                      T=22.832×14.8/2  =168.9 N·mm

由公式（4-5）得

P=16.813×69.7/61200=0.03KW

镗阀座孔：  由公式（4-2）得

Fz=51.4×0.4×0.150.75×2000.55

=51.4×0.4×0.241×18.432=91.329N；

                  由公式（4-3）得

                      Fx=0.51×0.41.2 ×0.150.65×2001.1

=0.51×0.333×0.291×339.729=16.813N；

                  由公式（4-4）得

                      T=91.329×47.8/2

 =25.7×172×0.35×19.1=2182.8N·mm

                  由公式（4-5）得

P=91.329×70/61200=0.1KW

半精加工：（进气） 

枪铰导管孔：  由公式（4-2）得

 Fz=51.4×0.4×0.150.75×2000.55

=51.4×0.1×0.241×18.432=22.832N；

                  由公式（4-3）得

Fx=0.51×0.11.2 ×0.150.65×2001.1

=0.51×0.063×0.291×339.729=3.176N；

                  由公式（4-4）得

T=22.832×14.8/2  =168.9 N·mm

由公式（4-5）得

P=22.832×69.7/61200=0.03KW

镗阀座孔：   由公式（4-2）得

Fz=51.4×0.4×0.150.75×2000.55

=51.4×0.4×0.241×18.432=91.329N；

                  由公式（4-3）得

Fx=0.51×0.41.2 ×0.150.65×2001.1

=0.51×0.333×0.291×339.729=16.813N；

                  由公式（4-4）得

T=91.329×44.8/2  =2045.8N·mm

由公式（4-5）得

P=91.329×65.6/61200=0.09KW

b.精加工：（排气）

枪铰导管孔： 由公式（4-2）得

Fz=51.4×0.1×0.150.75×2000.55

=51.4×0.1×0.241×18.432=22.832N；

                  由公式（4-3）得

Fx=0.51×0.11.2 ×0.150.65×2001.1

=0.51×0.063×0.291×339.729=3.176N；

                  由公式（4-4）得

T=22.832×15/2  =171.24 N·mm

由公式（4-5）得

P=16.813×69.7/61200=0.03KW

镗阀座孔：    由公式（4-2）得

Fz=51.4×0.1×0.150.75×2000.55

=51.4×0.1×0.241×18.432=22.832N；

                  由公式（4-3）得

Fx=0.51×0.1.2 ×0.150.65×2001.1=3.176N；

                  由公式（4-4）得

T=91.329×48/2  =547.9N·mm

由公式（4-5）得

P=91.329×70.2/61200=0.03KW

精加工：（进气）

枪铰导管孔:   由公式（4-2）得

Fz=51.4×0.1×0.150.75×2000.55

=51.4×0.1×0.241×18.432=22.832N；

                  由公式（4-3）得

Fx=0.51×0.11.2 ×0.150.65×2001.1

=0.51×0.063×0.291×339.729=3.176N；

                  由公式（4-4）得

T=22.832×15/2  =171.24 N·mm

由公式（4-5）得

P=22.832×70.7/61200=0.03KW

镗阀座孔：    由公式（4-2）得

Fz=51.4×0.1×0.150.75×2000.55

=51.4×0.1×0.241×8.432=22.932N；

由公式（4-3）得

Fx=0.51×0.11.2 ×0.150.65×2001.1

=0.51×0.063×0.291×339.729=3.176N；

由公式（4-4）得

T=91.329×45/2  =513.7N·mm

由公式（4-5）得

P=91.329×65.8/61200=0.03KW