精铣缸体前后端面组合机床设计.pdf

第 1 O期 2 0 1 1年 1 0月 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 M o du l a r M a c hi ne To o l Au t o m a t i c M a nu f a c t ur i ng Te c hni q ue NO． 1 0 oc t ．2 01 1 文 章 编 号 1 0 0 12 2 6 5 2 0 1 1 1 00 1 0 90 4 精铣缸体前后端面组合机床设计 高桂 华 大连 机 床集 团 有 限责任 公 司技术 中心 ， 辽 宁 大连 1 1 6 6 2 0 摘 要 文章 阐述 了用 组合机 床 加 工 前后 端 面 的设 计 依 据 和新 的 工 艺 方案 ， 并 对 工件 的 定位 、 夹 紧方 式 ， 切 削 时对加 工面 的辅助 支承 ， 工件 的输送 ， 刀具 的选 用 以及 主轴 的设计 等 做 了详 细 的介 绍 。该 机 床 的研 制 ， 解 决 了加 工前后 端 面过程 中 同时保 证加 工精 度 和加 工效 率的 问题 。 关 键词 组合 机床 ； 夹具 ； 辅 助 支承 中图分 类号 T H1 6 ； T G 6 5 文 献标 识码 A De s i g n o f M o d ul a r M a c hi ne To o l f or Fi ni s h M i l l i n g Fi x S ur f a c e o f Fr o nt a nd Re a r End GAO Gui h u a Da l i a n Ma c h i n e T o o l Gr o u p T e c h n i c a l c e n t e r D a l i a n，Da l i a n L i a o n i n g 1 1 6 6 2 0，C h i n a Abs t r a c t Th i s a r t i c l e i nt r o d u c e s t he b a s i s f o r d e s i g n i n g a nd n e w p r o c e s s i n g p l a n o f ma c h i n i n g fix s u r f a c e o f fro n t a n d r e a r e n d b y mo d u l a r ma c h i n e t o o 1 ．Al s o g i v e t h e d e t a i l e d e x p l a na t i o n f o r mo d e o f po s i t i o n i n g a nd c l a mp i n g，a s s i s t a n t s u p p o r t i ng t o ma c h i n i ng s u r f a c e s d u r i n g c u t t i n g，wo r k pi e c e t r a ns p o r t a t i o n，c h o i c e o f t o ol s a n d d e s i g n o f s p i nd l e．Th e d e v e l o p me n t of t hi s ma c h i n e s o l v e s t h e p r o b l e m o f g ua r a n t e e ma c h i n i n g a c c u r a c y a n d p r o c e s s i ng e f f i c i e nc y a t t h e s a me t i me ． Ke y wo r d s mo d u l a r ma c h i n e ； j ；a s s i s t a n t s u p p o r t i n g O 引言 通 常铸铁 缸 体 硬 度 不 超 过 HB 2 5 0 ， 对 于 加 工 硬 度较 高 硬 度为 H B 2 7 5 ， 的发动 机缸 体 来说 ， 加工 时 对夹 具夹 紧及 刀 具 切 削 都 带 来 一 定 的 困难 ， 且 该 工 件 的油泵 安 装 面 及 启 动 电机 安装 面 以下 简 称 前 端 面及 后端 面 有 飞 边 ， 即端 面悬 伸 量 很 大 ， 缸 体 本 身 刚性 差 ， 加 工时 刀具振 动较 大， 容易震 颤 俗称 打 刀 ， 影 响加工 精 度 及 粗 糙 度 ， 且 用 户 厂 家对 精 度 和 生产 节拍 要 求 较 严 。用 户 以 前 加 工 该 工 件 时 ， 对 飞 边的辅助支承是手动的， 每批工件尺寸都有差 异， 故 调 整起 来 费时 费力 。现 要 求对 飞 边 的辅 助 支 承 改 为 自动 ， 以提 高加 工精 度 及 缩 短节 拍 ； 用 户 以前 加 工 该 工 件 时 ， 输 送 是 手 动 的 ， 现 要 求 采 用 摆 杆 输 送 ， 以 缩 短节拍 。且用 户要求 用一台机床加工重量、 外 形尺 寸差 异较 大的 两种 工件 。既 达到 要 求 的精 度 及 粗 糙 度 ， 还 要 实 现 输 送 、 装 夹 自动 化 ， 并 保 证 生 产 节 拍 。 本 文基 于用 户 的各 种 要 求 ， 提 出新 的工 艺 和 机 床设 计方案， 用 比较经济的方式加工较硬材质 的缸体。 l机床方案设计 1 ． 1被加 工零 件名 称 气缸 体 D 1 9及气 缸体 D 2 5 。 材料 H T 2 5 0 硬 度 HB 2 2 0 ． 2 7 5 缸 体 D 1 9 长 4 1 2 ． 6 0 ． 1 0 m lT l ， 宽 3 9 9 ． 8 m m， 高 2 4 4． 80． 1 mm 缸 体 D 2 5 长 4 8 2 ． 50 ． 1 0 mm，宽 4 0 4 m m， 高 3 2 2 ．80． 1 mm 节 拍 T1 ． 2 mi n ／ 件 1 ． 2 精铣 前后 端面 达到 的精 度要 求 如 图 1 D 1 9 及 图 2 D 2 5 所 示 。 1 ． 3切 削 参数 根据 节拍 制定 气 缸体 D1 9 前 端 面 n 1 6 0 r p m， 1 7 8 m ／ mi n ，S o 7 ． 0 4mm／r ， S m l 1 2 6mm／ mi n， S z0 ．1 6mm／ z， Z 4 4 后 端 面 n 2 2 0 r p m，V 1 7 3 m ／ ra i n ，S o 5 ．1 2mm／r ， S m 11 2 6r n m／mi n， S z0 ．1 6mm／z， Z 3 2 气 缸体 D 2 5 前 后 端 面 n 1 4 0 r p m， V 1 5 6 m ／ m i n ， S o 收稿 日期 2 0 1 10 4 2 5 作者简介 高桂华 1 9 7 l 一 ， 女 ， 云南 昆明人 ， 大连机床集团有限责任公司技术中心工程师 ， 主要从事龙 门、 镗铣加工 中心机床及组专 机床的 研究和设计 工作 ， Ema i l d a y d a y u p 0 9 1 1 1 6 3 ． c o rn。 l 1 0 组 合机 床 与 自动化 加工 技术 第 l O期 一 ． 1 1 4 。 后端面 图 1被 加 工 工 件 图 缸体输送方 向 ______ -_- ●■一 左侧面 前端面 图 2被 加 工 工 件 图 4． 4mm／r ， S m 61 6mm／ mi n， S z0．1 mm／z ， Z 4 4 n 主 轴转 速 ， 切 削速 度 ， S o 每转 进 给 量 ， S m 每 分钟 进给 量 ， ．s 每齿 进 给量 ， z 铣刀 齿数 考虑到节拍较快 ， 故必须提高加工效率 ， 在提高 主轴 刚性 的 同时 ， 刀 具 采 用 可 转 位 硬 质 合 金 密 齿 端 铣 刀来提 高 切 削 速 度 ， 并 装 有 2个 修 光 齿 来 提 高工 件 的光 洁度 。 机床 总 图如 图 3。 2 工件的定位 、 夹紧方案及夹 紧力的核算 1 工件 的形 状 以及 定 位 基 准 、 定 位 基 面 、 夹 压 方 向、 夹压点如图 1 及图 2所示。因本机床是精加j 机 床 ， 工 件定 位采 用 一面 两销 三点 定 位 ， 并 增加 两 点 辅助 支 承 。辅 助 支 承 采 用 进 口支 承 缸 ， 插 销 完 成 后辅 助支 承 缸 的活 塞杆 伸 出 ， 加 工 时 油缸 保 压 ， 有 效 地起 到辅 助 支 承 的作 用 ， 克 服 了 以前 用 弹 簧 做 辅 助 支 承不可 靠 的 缺 点 。压 板 向 下 夹 紧 工 件 ， 通 过 油 缸 2 0 1 1年 1 O月 高 桂 华 精铣缸 体 前后端 面 组合机 床设 计 铣削工作台进给方向 图 3机 床 总 图 带 动楔 式 夹 紧 机 构 ， 压 板 锁 紧 形 成 自锁 ， 克 服 铣 削 力 ， 可靠 地保证 了对工件 的夹 紧 。 2 夹紧力 的核 算 先计 算 主铣 削力 P5 5 B S Z 0 7 4 D 。 t o ． 9 Z 1 式 中 P 主铣 削力 ， K g f ； 铣 削 宽度 ， m m； S 每 齿进 给量 ， m m ／ z ； JD 铣 刀刀 盘直径 ， m m； 铣 削深度 ， mm； z 铣 刀 齿数 。 加工 工件 为 D 2 5 ， 即铣 刀刀 盘直 径 为 3 5 5 ，Z 4 4时 ， P5 5 x 3 2 3 0 ． 1 。 ’ X 3 5 5一 。x0 ． 5 。 4 42 2 5 ． 7 Kg f 加工 工件 为 D 1 9 ， 即铣刀 盘 直径 为 2 5 0 ， Z3 2 时 ， P5 52 3 0 O ． 1 6 。 2 5 0一 。0 ． 5 。 3 22 2 3 ． 6 Kg f 故主铣 削力 最 大为 2 2 5 ． 7 K g f 。 再 计算 夹 紧力 初 步 选 取 缸 筒 内径 为 6 3的 油 缸 带 动楔铁 夹 紧 Q 2 ． 2 F P 0 0 ． 0 5 2 Q 2 ． 2霄 6 3 ／ 2 4 ． 50 ． 0 5 3 1 8 5 0 N 3 1 8 5 K g f 式中 Q 夹紧力 ， N； F 活塞 面积 ， m m ； P 油 液压力 ， MP a 。 工件 与定 位块 之 间 的摩 擦 系 数 厂 为 0 ． 1～ 0 ． 1 5 ， 取 为 0 ． 1 ， 则工件与定位块之间的正压力 FQ x f 3 1 8 5 0 ． 13 1 8 ． 5 K g f ， 可 知 正 压 力 F≥主 铣 削 力 P， 夹 紧 力 足 以 克 服 主 铣 削 力 ， 故 油 缸 缸 筒 内 径 为 6 3及 油 液压力 4 ． 5 MP a 选取 得 较为合 适 。 3加工面辅助支承 的采用 因工件 的前 、 后 端 面 的飞 边 悬伸 量 很 大 ， 加 工 时 刀具 振 动 较 大 ， 容 易震 颤 ， 影 响 加 工 精 度 及 粗 糙 度 ， 故 铣 削时对 刚 性 差 的 薄 弱 部 位 增 加 辅 助 支 承 ， 以提 高加工精度。前端 面增 加一个 ， 后端 面增 加两个支 承缸 ， 分别安装在 7 0的支 柱上 ， 工件输送 到位 ， 定 位 夹 紧都完 成 后 ， 通 过 油 缸 把 支柱 上 的辅 助 支 承 缸 送 到位 。同 时 支柱 底 部插 人 固定 销 中定 位 ， 克 服 铣 削时的震颤。之后辅 助支承缸的活塞杆伸 出， 油缸 保压 ， 可靠地支承住工件的薄弱部位。如图 4及图 5 所 示 。 4 滑台式铣头的设计及轴承选用 由于主 轴 铣 削 是 不 连 续 切 削 ， 而 且 在 一 定 铣 削 宽 度上 同时 铣 削 的刀 齿 数 是 变 化 的 ， 因而 会 引起 振 动 ， 这是 铣 削 的最 大 特 点 。 因此 在铣 削 头 的 结 构 上 ， 必须使主轴 和主轴箱体等具有足够 的刚度 ， 并要求 适 当提高传动系统 的传动平稳性。主轴后端 因径 向 受力 较大 ， 轴 承 采 用 双列 圆 柱 滚 子 轴 承 来 承 受 径 向 力 ； 主轴前 端 受径 向及 轴 向力 ， 采 用 圆锥 滚 子 轴 承来 1 l 2 组合 机床 与 自动化 加 工技 术 第 l 0期 插销 图 4辅 助 支 撑 部 件 图 图 5辅 助 支 撵 部 件 图 承 受径 向 和轴 向 的联 合 载荷 。主 轴前 端 的圆 锥 滚 子 轴 承为该 主轴 的 固定 端 轴 承 ， 它 承 受 径 向及 轴 向 两 种 载荷 ， 起 固 定 轴 与 轴 承 箱 之 间 的 相 对 轴 向位 移 的 作 用 ， 轴 承 同 时 与 轴 和 轴 承 箱 相 固 定 。而 主轴 后 端 的双列 圆 柱滚 子轴 承 为 自由端 ， 仅 承受 径 向载 荷 ， 轴 向 可以相 对移 动 。这 种 安装 方 式 的优 点是 结 构 比较 简单 ， 制造 、 装 配 和调 整 也 比较方 便 ， 且 刚性 较 好 。传 动 系 统 采 用 同步 带 传动 ， 同步带 是工 作 面 为 齿形 的环 形 传 动 带 ， 靠 与 带 轮 啮合传 动 ． 它 具 有传 动 比准 确 、 轴 压 力 小 、 结 构 紧凑 、 传 动 比范 围大 ， 可采 用 较 小 的带 轮 直 径 和 较 小 的轴 间距 ， 缩 小 占地 空 间 。 5摆杆输 送的设计 该机 床采 用 摆 杆 输 送 工 件 ， 输 送 带 采 用 刚 性 棘 爪 ， 并 有 限位 挡板 ， 可 以保证 工 件 的准 确定 位 及 输 送 到终 了位 置 时 的 准 确 停 止 ． ． 输 送 带 始 1 作 时 ， 缸带 动摆 杆摆 动一 个 角 度 4 0度 ， 以便 使 棘 爪 币 【 J 板卡 住 工件 。 当T 件 被 送 到新 的 【 位 ， 定 位 夹 紧 后 ， 油缸 带 动 摆 杆 摆 回原 位 ， 使 棘 爪 和 挡 板 脱 f] 件 ， 输送 带 退 回原位 。 广大 1 最 大 _ j 件 长度 为 4 8 2 ． 5， 战 输送 带 步距 定为 7 0 0 ， 摆 杆 直 径 为 5 0 ， 其 支承做 成峨 形 滚子 。活 塞 杆 与 摆 杆 通 过 能 转 动 的接 头 连 接 ， 汕 缸 的两 端设 有 缓 冲装 置 ， 使 输 送 带 到 终 点 时 能 平 稳 ● 地停 止 。 6 结束 语 该机床 还 有 以下 特 点 铣 削 作 台 的 驱 动 采 川 摆 线液 压 马达驱 动 ， 体 积 小 ， 重 量轻 ， 转 动 惯 性 小 ， 转 速 范 围广 ， 可实 现 正反 转 ， 结 构 简单 ， 安装 布 旨办便 ， 可实现 低 速大转 矩 ， 保 证 运 动平 稳 ； 滑 台式 铣 头 采 片 J 压 板抱 紧 ， 消 除切 削 时产 生 的 振 动和 颠 覆 性 力矩 ， 高 机床 整体 刚性 ； 采 用 自动全 封 闭 防护 ， 配 有 油雾 吸 尘 处 理 装 置 ， 体 现 了节 能 、 环 保 的设 计 原 则 ， 埘 加 Ⅲ I 过 程 中的铁 屑 、 粉 尘 、 油雾 进 行 即时 清理 ， 达 到净 化 、 环 保 ， 以保 证各 运 动部 件 灵 活 可靠 ， 延 长 机 床 使 片 J 寿 命 。 综 上 所述 ， 该 机 床 采 用 新 的工 艺和 机 床 设 计 方 案加 工较 硬材 质 的缸 体 ， 既 保 证 了T 件 的加 E精 度 ， 又提 高 了生产 率 ， 满足 了用 户 的各种 要求 。 [ 参 考文献 ] [ 1 ]机械设计 手册 编委会．机械设计手册 [ M] ．北 京 机械 业 出版 社 ， 2 0 0 4 [ 2 ]金振华 ． 组 合机床及其调整使用 [ M] ．北京 饥械I 1 ‘ 、 版 社 ， 1 9 9 0 ． [ 3 ]大连组合机床研究所 ． 组 合机床设 汁[ M] ．北京 机械 r 业出版社 ， 1 9 7 3 ． 编辑赵蓉