双面铣床组合机床设计.docx

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双面铣床组合机床设计

双面铣床组合机床设计

第一章引言

组合机床是由通用部件组成的，加工一种（或几种）零件，一道或几道工序的高效率的专用机床。

它是一种自动化或半自动化的机床，无论是机械、电器、或液压电器控制的部件实现自动循环，半自动循环的组合机床，一般采用多轴、多刀、多工序、多面、多工位同时加工，是一种工序集中的高效率机床。

组合机床加工刀具是借助于钻模板和钻模架，与通用机床及专用机床相比，它具有：

1、缩短设计制造周期；

2、投资少、成本低、经济效果好；

3、提高生产率。

我国有一个柴油机厂做个这样一个分析，由于用组合机床加工，生产率比用万能机床提高了6—10倍。

4、工作可靠，便于维持，自动化程度高。

5、产品质量稳定，不要求技术高的操作工人。

6、便于产品更新，改变加工对象时，通用部件可重复使用，只废掉专用部件。

由于组合机床具有上述诸多优点，在分析解决问题时，为我指示出了明确的思考问题的方法。

S195柴油机机体要进行多工位的加工，如果还是用通用机床，生产率显然是很低的，同时增加了设计制造周期，经济效果不好，且不易保证各孔之间的相互位置精度。

在前面大的指导思想下，我们自然能想到如果能设计出一台组合机床来进行二个面同时加工时，那么优越性就显而易见了。

在设计过程中我组全体人员通力协作，认真调查分析，多次去江动厂，深入现场，向厂方询问情况，查阅了大量的资料，在他们的协助指导下我们设计了一台S195柴油机机体进气面与排气面的加工机床。

在设计过程中，由于我的水平有限，设计中一定会有这样那样的问题，恳请各位老师帮助指定，同时借此一席之地，衷心的向指导我们的各位老师表示衷心的感谢。

一、对加工零件进行分析

　　1．生产类型分析 

此次设计的双面铣床组合机床，其所加工的零件在汽车中应用十分广泛，应该属于大批量生产项目，所以在设计时应注意到尽量使加工简单，但又不影响加工质量。

这是组合机床设计最重要的一步，工艺方案的制定正确与否，将确定机床能否达到重量轻、体积小、结构简单、使用方便、效率高、质量好的要求，为使工艺方案先进合理，我们认真分析了6110柴油机缸头工序图，要求加工6110柴油机缸头面加工，认真分析总结设计制造使用单位和操作者丰富的实践经验，

基本确定机体在组合机床上能够完成的工艺内容及方法。

2.零件的加工和生产力的分析

零件图如图

（1）6110柴油机缸头图

零件的加工

此次设计的双面铣床组合机床很大程度上使各工序尽量集中，发挥组合机床的优点，同时使各种误差减小到最低限度。

加工工艺：

粗铣进气面和排气面使柴油机缸头总宽为222.5，正负误差无0.2毫米，使粗糙度为12.5。

重要数据；使进气面至16的定位孔的距离为33.6－33.3，粗糙度为12.5，并使进气面边的木耳边为15.6

加工方案的制定

1.铣床机型的设定

对同样的机体，为了完成同样的面加工，我们分析讨论了两种大的机床配置方案，一种是卧式布置，另一种是立式布置，这两种方案显然都能满足生产率的要求。

但是机床的负荷是不同的，对于立式布置，机床的负载能力低，机床的经济性不好，影响机床的加工精度，并加速机床导向的磨损，不便于控制，考虑到这些因素，结合生产厂家能扩大机床布置面积，首先决定采用平立面布置。

考虑到操作使用与维修的方便，经济效果如何，机床结构复杂程度怎样，通用化程度如何。

机床工作的可靠性，生产批量的大小，操作人员是否能够用等因素出发，通过分析比较，最后确定选用现在设计的这种平面布置方案。

通过设计验证此方案是比较合理的。

右左铣刀具选择

刀具的选择问题，是在编制加工示意图时遇到的问题，由于我们要求的是对灰铸铁上空的加工，由于我们用量大，切削力大，特别是切削铸铁等脆性材料，由于得到的是崩碎切削，切削力和切削热都集中在刀那边，存在着冲击和震动，这时就要求刀具材料的抗弯强度、任性和导热都比较好，故选用YG类。

刀具选用的一般原则是要考虑工件加工尺寸、精度、表面粗糙，切削的排除和生产率,切削动力等因素。

由于此到工序为粗加工对精度，表面粗糙要求不使很高对刀具的要求我们必须从刀具的切削力，从考虑他的刀具难久度下手。

切削动力计算 

切削动力是指在切削过程中，工具机在不同的加工情形之下所作的功率，称之为切削动力，单位表示为：

Kw 

     切削动力（Ne）＝t*f*v*Ks/60*102*ε

t：

背吃刀量（㎜） 

f：

切削进给率（㎜／rev） 

V：

切削线速度（M／min） 

Ks：

比切削阻抗（㎏／㎜2）请参阅附表 

ε：

机械效率系数，一般以80%计算 

附件:

比切削阻抗（Ks）值对照表 

素材材质  抗拉强度 

      （㎏/㎜2）    不同切削进给率下之Ks值 

            0.1（㎜/rev）0.3（㎜/rev）0.6（㎜/rev） 

低碳钢    52     361     272     228 

中碳钢    62     308     257     230 

高碳钢    72     440     325     264 

工具钢    67     304     263     234 

工具钢    77     315     262     240 

SMNC     77     383     290     240 

SCM      73     450     340     285 

SNCM     90     307     235     198 

米汉纳铸铁  36     230     173     145 

灰口铸铁   HB200    211     160     133

（Ne）右＝t*f*v*Ks/60*102*ε＝1.5*100*0.6*133/60*102*80%=105N

（Ne）左＝t*f*v*Ks/60*102*ε＝1.5*87.5*0.6*133/60*102*80%＝82N

根据以上的数据，听从师傅的教导右铣刀可以选择KTE160（右）

左铣刀可以选择ZM02

4.生产力的分析

机床理想生产率是指机床在百分之百负载情况下，每小时的生产能力仅考虑加工一个工件所需的机动时间和辅助时间，辅助时间是指机床空行程，以及工件的装卸，定位。

夹压及消除定位面上切削所需的时间。

机床理想生产率可用下式计算：

Q=60/T单（件/小时）

T单=t机+t辅（4-1））

t机与t辅可按下列公式确定：

t机=L1/s1+t2（4-2））

t辅=t块+t多+t装卸+t（4-3））

式中L1为刀具进给长度S1为动力头每分钟的进给量t1考虑刀具在终点无进给状态下，动力刀头旋转5~10转所需的时间。

L快进L快退—动力头快进快退行程长度（m）

V快—动力头快进行程速度一般在4.7~10转/分.

挡块停留时间为0.03~0.01

t辅一般为0.5~1.5（分钟）

切削速度的确定：

主轴箱每分钟转速为582转

V=лDn=582*3.14*12.5=22843mm=22.8转/分钟（4-4））

每转进刀量：

115/582=2毫米/转

每分钟进刀量：

115毫米/分钟

T机=L1/Sm

L1=0.06mS=0.115m/min

T机=0.069/0.115=0.521分

T辅：

快速行程L快进+L快退

L快进=850毫米L快退=880毫米

L=L快进+L快退=850+880=1730毫米

T空=L/V快进行程速度P=1.1kwV=5.34m/min

T空=1730*10-3/5.34=3.12min

死挡块停留时间：

T挡块=0.03分

装卸时间：

T装卸=1.4分

T单=T机+T辅助=0.521+0.03+0.064+1.4=2.015分

在制定方案阶段，我们根据要求把月产量定为：

1.2万件

一月生产时间为240小时

则每小时生产件数为：

12000/465=26.5件/小时

机床切削率ŋ=实际每小时产量/理论每小时产量

=26.08/29.776*100％

=87.6％

参照下表机床最大允许负荷率：

机床复杂程度

主轴数

负荷率

单面或双面

到15

≈0.90

16-40

0.90-0.86

41-80

0.86-0.80

三面或四面

到15

≈0.86

16-40

0.86-0.80

41-80

0.80-0.75

表4-1

由以上表可知：

在本设计中，由于是加工6110柴油机缸头，是双面，因而负荷率在0.90-0.86之间，那么与我设计机床负荷率相符。

被加工

零件

图号

FLZJ-00-02

毛坯种类

铸件

名称

柴油机缸头

毛坯重量

60.4kg

材料

Rut311

硬度

硬度151—217HB

工序名称

粗铣进排气面

工序号

80

序号

工步

名称

被加工零件数量

加工宽度（mm）

加工长度

（mm）

工作行程

（mm）

切削速度

（m

/ min）

每分钟转速

（r/

min）

进给量

（mm/）

进给速度

（mm

/min）

工时（min）

机加工

时间

辅助

时间

共计

1

装卸工件

1

手动装卸

0.2

2

工件定位夹紧

0.2

3

动力部件工进

222.5

871

875

100.5

73.5

500

147

100.5

4.2

1.5

4

拔销放松

0.2

5

动力部件快退

880

4200

0.1

6

死挡块停留时间

0.03

备注

总计

2.23

单件工时

2.2.

机床生产率

9.5件/时

机床负荷率

86.5%

表4-2生产率计算卡

5.切削功率的计算

合理选择切削用量，可提高面孔生产率，并降低加工成本，选用切削用量的一般原则与车间相同。

先选切削深度，再选进给量，最后确定切削深度。

（a）选择背吃刀量

这是根据被加工面的总宽度来选择：

由于柴油机缸头上所需加工面总宽度为222.5，如果可以一次钻铣出面，再者由于缩短了辅助时间还有利于提高生产率与专用车床特点相符。

（b）选择进给量f

为保证提高生产率，在选择进给量f的同时，应优先选用大的进给量f，然而同时又要考虑到铣刀头的进程，机床进给机构进程。

机床动力受系统刚性限制，由于柴油机缸头是铸铁铸成的，因而得到的是崩碎切削。

切削力、切削热都集中在刀刃附近，考虑到上述问题，因而这样较适宜的进给量f。

铣头或工件每转一转，它们之间的轴向相对位移量就称每转进给量f，单位毫米/r，相对工件每转过一刀，它们之间的相对位移量就称每齿进给量单位毫米/z；钻头在每转内与工件间的轴向位移量，就称每秒进给量或进给速度Vf，单位毫米/s。

Vf=nff=Vf/nf=147/582=0.31毫米/转（3-1）

因此铣床进给量f初步确定为3.1毫米/转。

（c）确定铣削速度V

影响铣削速度的因素耐用度T，进给量f和切削深度αp，其中切削速度的影响与车削相同，大直径铣头d增加，在一定耐用度下反而可取大些。

这是因为，虽然αp增大，切削力增加，切削热量增加，使棱边与孔壁的磨擦减少，从而导致温度不是随铣刀头直径加大而升高，反而随d的增加有所下降，因此对切削速度的提高起了良好的作用。

根据齿轮的切削速度αp，进给量f?

以及铣刀头片的耐用度T可以计算出给定的铣头耐用度条件下的切削速度，从而求出转速，再按实际机床主轴选取。

铣削速度的经验公式

V=TvCvdZv/601-mTMnfYvm/s（3-2）

式中CvTvZvYv—系数

由于柴油机缸头HB=170-217d=6.4毫米或u=12.5毫米

查上表知：

v1=16~24米/分

δ1=0.12~0.2毫米/转

v2=16~24米/分

δ2=0.2~0.6F毫米/转

根据经验与计算知：

铣削速度选V=880毫米/分

动力部件的选择

动力头的选择

　1．功率选择标准 

　　动力部件用以实现切削刀具的旋转和进给运动或只用于进给运动，此机床实现了切削刀具旋转和进给运动两项内容。

　　每一种规格的动力头都有一定的功率范围，根据所计算出的切削功率及进给功率之需要，并适当提高切削用量的可能性，选用相应规格的动力头，公式如下：

N动>（N切+N进）/hkW。

式中：

N动为动力头电机功率；N切为切削功率，按各刀具选用的切削用量，由“组合机床的切削力及功率计算公式”中已求出；N进为进给功率，对于液压动力头就是进给油泵所消耗的功率，一般为（0.8～2）kW；h为传动效率，h=0.65

2.机床实际功率

　　此立式组合机床左右分两个电机带动两个多轴箱进行加工。

，铣面电机的其功率总和：

　　N/kW=0.29×7+0.283=2.313

选择动力头

左半部分所需功率为3.3kW，查Y系列三相异步电动机表，选用Y123S24型号的电机，额定功率为5.5kW，选用此型号电机比较合适。

右半部分所需功率为1.43kW，查Y系列三相异步电动机表，选用Y112M26型号的电机，额定功率为2.2kW，选用此型号电机比较合适。

根据电公率的要求，

我们可以选择1TX系列铣削头符合JB1530-75《铣削头》标准，该铣削头可与-F41齿轮传动装置。

-F42皮带传动装置配用。

如图

（2）

动力滑台

行程的大小

根据加工工件的大小，柴油机总长871，所以动力滑台的行程必须大于871，根据我的经验，我确定动力滑台行程为890。

进给率大小

动力滑台与动力头比较，用动力滑台配置机床灵活性比较大，动力头前端一般只能安装所轴箱，而动力滑台可以安装动力箱（多轴或单轴）、锥孔车端面头，铣头或夹具等。

采用机械动力滑台比采用机械动力头多一个电机。

通过以上分析，适合我的实际情况，在设计双面铣床时，采用机械动力滑台。

根据参考书（组合机床手册），得

铣削力F=9.81GdoXffYfKmf（N）

G=42.7Xf=1.0Yf=0.8

Kmf=Kmm=（HB/190）0.6f=0.2毫米/转（3-3）

=（200/190）0.6

代入上式得：

F1=9.81*42.7*（6.4）110*（0.2）0.8*（200/190）0.6

=740N

当do=12.5时

F2=9.81*42.7*（12.5）1.0（0.2）0.8*（200/190）0.6

=1445N

F`＝F1＋F=1445+740=2185KG

结合以上可知：

动力部件选3#动力滑台

工进电机为J02-11-4A301

快速电机为J02-21-4A301

侧底座为cc32B

根据以上数据和信息，和老师的帮忙我选择了HY40A/B动力滑台

如图（3）

（2）组合机床床身的选择

组合机床床身的作用与类型

组合机床的床身是支撑部件，主要是用来安装其它工作部件用的，因此对床身的基本要求是具有足够的刚性，以保证各部件之间能长期保持正确的相对位置。

它是确定机床能否长期保持精度的主要条件之一。

组合机床床身是采用组合方式，如设计卧式滑座，床体及中间恻座组合而成，这种床身与立式相比，结构加工与装配工艺性不太好，同时安装与运输都不算太方便，不过这种床身刚性好。

1）.组合机床卧式床身

组合机床卧式床身，液压及机械通用部件的床体是通用的。

滑座是安装在床体上的，而床体与中间底座间是由螺钉及销联结在一起的，底座与床身间有一个5毫米厚的垫片，采用这种组合结构，对机床的制造和维修都方便了。

因为当滑座导轨磨损后，只须取下滑座将导轨面重新修刮，并更换垫片，使之调整到相应的高度即可，并且滑座可以用比较好的材料，而床体则可以用比较差的材料。

床体的规格与型式和滑台的规格与性式相配套的，选用cc32

此型号的床体顶面具有与滑座结合的平面外，周围有收集冷却液或润滑油槽，以供需要时，可以用管将油液引到存储箱中。

为了便于运输，还设有起吊螺孔。

（3）．主轴箱的配置及大小、润滑情况：

根据床身与滑座型号的选择，以及传动系统的排列，主轴箱外形尺寸可选为400*400。

主轴箱内齿轮，轴承的润滑是靠齿轮球润滑的，动力头导轨自动润滑，是靠主轴箱上的配油器供油，经过电动滑阀及分油器润滑各点。

电动滑阀的工作可用动力头上的电器控制，挡铁来控制，还可以用按钮集中控制。

第五章组合机床总装图的检验内容

钻床虽然是由大量通用部件及通用零件所组成，但并非用零件中及有关的专用部件凑合在一起就能组成，加工出合格产品的组合机床来，即使如此而机床的几何精度也不一定是合格的。

因此，为了使生产出来的机床经验有实用性，必须进行以下三个方面内容的检验与试验。

5.1组合双面铣床的空载运转试验

通过组合机床的空载运行试验，可以使我们发现一些设计制造装配等质量问题，并可考验一下电机的合理性和可靠性，以便在机床切削前采取一些必须的措施。

清除机床在空载运行试验中所暴露出来的缺陷，为了保证切削试验能可靠的进行，因此当清楚了试验中的所暴露的缺陷后，还需要再次进行空载运转试验。

5.2组合双面铣床的切削试验

由于组合钻床是为了加工某一特定的零件或某一类特定零件而设计与制造的，因此组合机床实际加工精度能否达到设计要求，将是检验机床质量优劣的最主要的标准，为此组合机床总装过程中，当机床空转试验合格下，必须进行机床的切削试验来检验机床的加工精度。

5.3组合双面铣床集合精度检验

影响组合机床加工精度的因素是多种多样的，有的是直接影响因素，有的是间接影响因素，其中组合机床的几何精度是影响机床加工精度及其重要的因素。

因为机床的几何精度的好坏将反映机床各部件间达到相对位置的状态，因此在机床总装过程中，通常要多次调整机床的几何精度。

那么，机床的调整首先为了装配各个部件及其紧钉螺钉孔，需第一次粗调机床几何精度，以保证各部件处于良好的工作状态，而在机床切削试验后需第三次最终检验机床的几何精度，以比较切削前后机床各部件间相对位置的变化，并且保证切削前后两次精度检验结果在允许的范围内。

夹具设计

6110柴油机缸头夹具设计

工件用平面作为定位基准，在生产中十分广泛。

根据工件上作为定位基准的平面是否已经过加工，将平面基准面分成粗基准和精基准两种情况。

粗基准面是工件的毛坯表面，表面粗糙，夹具上通常采用球头支承或可调支承作为定位元件。

当工件以加工过的平面定位时，可采用平头支承销或支承板。

1基准分布及辅助支承设计

对装夹表面的基本要求

对于一个复杂的工件，某些表面明显不适合作装夹表面，首先就可以把这些表面删除掉。

我们现在的工件，仅是提出那些满足以下基本要求可供选择的装夹表面，即：

1）非加工表面。

2）平面。

3）带有可及性法方向的表面。

4）足够大的表面。

确定这些要求的目的主要是排除那些工件上明显不适合作装夹的表面，并且假定所有剩下的表面都可作为装夹表面，根据师父的经验我可以确定柴油机缸头的下表面为夹紧面，缸头的进气面为附助定位面。

为了保证定位位置准确，应尽可能增大支承钉之间的距离，使三点之间面积尽可能大，并使G落入3个支承钉组成的三角形内，如图4-2、<总图>所示。

但此工件面积较大，同时加工余量也很大，仅用了3个支承钉，虽然原理正确，但工件应切削力、夹紧力和自重均易产生变形。

此时必须设置辅助支承，如图4-3、<总图>所示。

即在用3个支承钉确定工件位置的基础上，将辅助支承配磨调整到合适的高度，用以支承工使夹紧稳定、可靠。

4.3双销配合定位设计

以上讨论得都是工件以单个定位基准面在夹具上定位的情况，只约束了3个自由度，还不能满足完全定位的要求。

在生产中往往要求工件用两个以上基准面即一组基准的定位，其中最常见到的是一面两孔的组合，夹具上相应的定位元件就是两个定位销和一个平面，下面就再来讨论一下定位销的设计。

“一面两销”定位方式普遍用于各种板状、壳体和箱体类零件，如减速器箱体、发动机缸体、缸盖等。

此种定位方式使夹具结构简单、工艺过程中基准统一，并使工件传送和定位方便，因此在自动化生产中得到广泛应用。

定位方式：

工件以平面作为主要定位基准，限制三个自由度，圆柱销限制两个自由度，菱形销限制一个自由度。

菱形销作为防转支承，其长轴方向应于两销中心连线相垂直，并应正确地选择菱形销直径的基本尺寸和经削边后圆柱部分的宽度。

图4-4所示为菱形销的结构与尺寸。

4.4夹紧原理与加紧力计算

夹紧的主要目的是在整个加工周期内可靠地保持工件在定位的位置。

4.4.1决定夹紧力大小

在决定了夹紧力的方向和位置后，通常将夹具和工件视为刚性系统，再根据工件受切削力Ｐ和夹紧力Ｑ后的静力平衡条件，计算出理论夹紧力Ｑ0，再乘以系数Ｋ即为实际所需夹紧力Ｑ，故夹紧力计算公式为：

Ｑ＝ＫＱ0

如考虑加工性质，刀具磨损钝化，继续切削等作粗略估算时，系数Ｋ＝1.5～３。

用于精加工时，取Ｋ＝1.5～2.5；用于粗加工时，取Ｋ＝2.5～3。

4.4.2夹紧设计的基本要求

工件在加工过程中受到切削力、惯性力、离心力等各种力的作用。

为了保证工件能可靠地夹紧在定位元件上，工件除定位外，还必须将之夹紧，对夹具中夹紧机构的基本要求是：

1）夹紧后不能破坏工件在夹具中地正确位置。

2）夹紧力要足够大使工件在加工过程中不致产生移动、旋转或发生振动，夹紧力不能过大以致于压坏工件表面或使工件变形。

3）夹紧机构要操作方便，节省操作工人劳力，保证安全，即夹紧操作时不应碰到工件、刀具或机床上相关部分，并保证装卸方便。

4）夹紧机构的复杂程度和自动化程度应与工件的产量和批量相适应。

4.4.3常用简单夹紧装置所产生的夹紧力

夹具中的夹紧装置，品种花色十分繁多，并可作多种分类，尤其在大批量生产中用到的自动化夹紧装置机构十分复杂，但从原理来看，或从绝大多数夹具上用到的夹紧装置来看，还是基本的手动简单夹紧装置为主的。

1.基本夹紧机构――楔

利用斜面楔紧原理夹紧工件是最基本的夹紧机构，也是夹具中最广泛使用的夹紧形式，斜面夹紧最直观的形式是楔，其他夹紧装置如螺旋，偏心等实际上就是楔夹紧的变异。

2.螺旋夹紧机构

螺旋夹紧机构是使用最普遍的夹紧机构，也是楔夹紧的变形。

螺旋夹紧的优点是结构简单、增力比较大、自缩性能好，主要缺点是手工操作时夹紧动作缓慢，辅助时间长。

3.应用

由于锡柴公司采用的是双面铣床，工作台结构复杂；换加工对象（品种而且双工作台机床可排除人为装夹时间，手工装夹虽缓慢但仍不影响加工效率，因此