JX0277組合銑床的總體設計和主軸箱設計,jx0277,組合,銑床,總體,整體,設計,以及,主軸 機械加工工藝過程卡 產品型號 零（部）件圖號 產品名稱 零（部）件名稱 減速器軸 共1頁 第1頁 材料牌號 45鋼 毛坯種類 模鍛 毛坯外形尺寸 75mmx298mm 每毛坯可制件數(shù) 1 每臺件數(shù) 1 備注 工序號 工序 名稱 工 序 內 容 設 備 工藝裝備 工 時（分） 備 注 模鍛 立式精鍛機 正火 010 鋸 鋸頭 020 鉆 銑端面打頂針孔 專用機床 030 荒車 粗車各外圓面及端面 臥式車床 自定心卡盤及尾座頂尖，游標卡尺 040 熱處理 調質220~240HB 050 半精車 半精車各外圓面及端面 較高精度的臥式車床 自定心卡盤及尾座頂尖， 游標卡尺 060 精車 精車各外圓面 數(shù)控車床CSK6163 兩頂尖，卡規(guī) 070 磨 精磨軸頸 萬能外圓磨床 兩頂尖，卡規(guī) 080 銑 銑鍵槽 立式銑床X53T型 專用夾具，塞規(guī)三座標測量儀 100 檢 檢驗 110 油封 清理，油封，入庫 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 描 圖 描 校 底圖號 裝訂號 圖1----3 1 組合銑床的總體設計和主軸箱設計 目錄 第一章 零件的分析 ………………………………………………………2 1.1 零件的結構工藝性分析…………………………………………………2 1.1.1 零件的形狀分析 ………………………………………………2 1.1.2 零件的形位公差分析 …………………………………………2 1.1.3 零件的加工表面分析 ……………………………………………2 1.2 零件的材料分析 ………………………………………………………3 第二章 毛坯的設計 ………………………………………………………4 2.1 確定零件的生產類型和生產綱領 ……………………………………4 2.2.1 毛坯的種類 ……………………………………………………4 2.2.2 毛坯種類的選擇 ………………………………………………4 2.2.3 毛坯的形狀與尺寸的選擇 ……………………………………4 第三章 零件工藝規(guī)程的設計 ……………………………………………6 3.1 定位基準的的選擇 ……………………………………………………6 3.1.1 精基準的選擇 ……………………………………………………6 3.1.2 粗基準的選擇 ……………………………………………………6 3.2 零件表面加工方法的選擇 ……………………………………………7 3.3 加工順序的安排 ………………………………………………………7 3.3.1 加工階段的劃分 …………………………………………………7 3.3.2 工序的合理組合 …………………………………………………7 3.3.3 加工順序的安排 ………………………………………………… 8 3.4 工藝的制定 ……………………………………………………………9 3.4.1 工序基準的制定 …………………………………………………9 3.4.2 確定工序尺寸的方法 ……………………………………………9 2 3.4.3 加工余量的確定 …………………………………………………10 3.4.4 機床的選擇 ………………………………………………………11 3.4.5 工藝裝備的選擇 ………………………………………………11 3.4.6 切削用量的選擇 ………………………………………………1 第四章 刀具交換裝置的設計……………………………………………………20 4.1 確定換刀機械手形式………………………………………………………20 4.2 換刀機械手的工作原理……………………………………………………22 4.3 機械手的自動換刀過程的動作順序………………………………………22 4.4 機械手回轉軸 4 上的齒輪齒條設計………………………………………23 4.5 自動換刀裝置的相關技術要求……………………………………………24 4.5.1 主軸準停裝置…………………………………………………………24 4.5.2 換刀機械手的安裝與調試……………………………………………24 4.6 自動換刀程序的編制………………………………………………………26 第 5 章 自動換刀裝置的控制原理…………………………………………………26 5.1 自動換刀裝置的液壓系統(tǒng)原理圖…………………………………………26 5.2 自動換刀裝置換刀動作的順序控制過程…………………………………26 致謝詞………………………………………………………………………………27 參考文獻……………………………………………………………………………28 前 言 畢業(yè)設計是培養(yǎng)我們實際工作能力的最后一個重要實踐性學習環(huán)節(jié)，它不但是對我 們三年來的學習與實踐是一個很好的總結和考驗，也是為以后從事專業(yè)技術工作做個強 而有力的鋪墊。 本次我的設計題目是組合件，在設計之前對此類零件沒有太多了解，經過多次調查 研究和指導老師的細心指導下,使我能夠很好的完成這次設計。此次設計不但培養(yǎng)了我 們綜合運用所學知識分析和解決本專業(yè)一般技術問題的能力，而且也進一步鞏固擴大和 深化了我們所學的基本理論、基本知識和基本操作技能，同時也培養(yǎng)了我們樹立正確的 設計思想和生產觀念、經濟觀念、全局觀念，養(yǎng)成了理論聯(lián)系實際和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L， 培養(yǎng)我們掌握機械加工的一般工藝規(guī)程和方法，獨立正確的使用技術文獻資料和正確的 表達自己設計思想的能力。 首先，我積極地查閱相關資料，對零件圖進行了仔細的研究，了解了現(xiàn)場工作情況， 然后，向老師認真的請教了加工工藝過程及方法等技術性問題，為自己進行畢業(yè)設計做 好準備。通過以上學習，使我了解了本組零件的結構，生產綱領和生產條件，并確定其 重要加工表面。老師的輔導與分析，讓我能綜合運用所學過的理論知識和方法，正確地 制定一個零件的機械加工工藝規(guī)程，從而保證零件的加工質量、生產率和經濟性；能較 熟練地使用有關的手冊，圖表資料及技術參考書，也能夠較熟練應用工藝計算的方法， 3 正確地進行工藝計算，熟練掌握一般零件的數(shù)控編程方法，機床的操作以及零件的數(shù)控 加工。最后說明書來闡述了關于零件的有關內容及加工工藝過程等幾個重要方面，認真 地完成了整個設計的過程。 在此，對給予我大力支持和熱情幫助的老師們表示忠心的感謝。由于個人能力有限， 經驗欠缺，因此，文中錯誤，不妥之處在所難免，懇請各位領導及老師批評指正。 第一章:零件的分析 1.1 零件的結構工藝性分析 件 1 件 2 零件的結構工藝性是指所設計的零件在能滿足使用要求的前提下制造的可行性和經 濟性，即所設計的零件結構應便于成形，并且成本低，效率高。它的涉及面廣，因此有 必要對零件進行結構工藝性分析，找出技術關鍵，以便在擬定工藝規(guī)程時采用適當?shù)墓?作措施加以保證。 1.1.1 零件的形狀分析 軸系組合件較為復雜，從外形上看件一左端是不完整的球端面.球端的邊面質量 4 Ra1.6.外階梯形圓柱表面質量 Ra1.6，車 40 度的槽及橢圓左端的槽,內孔螺紋等的加工 難度較大內邊面質量 Ra1.6，右端外部橢圓留雙邊 1mm。件二是橢圓,階梯形圓柱質量 Ra1.6, 外螺紋加工精度都很高。 大體加工過程：加工件加工件二：首先在車床上用外圓車刀粗加工，倒角,車外螺 紋,用外圓車刀車橢圓,然后用手工切斷.加工加工件一：先在車床用外圓粗車加工球面， 車 40 度槽,倒角,內孔鏜刀加工內孔,切內孔 φ31 的槽,然后車 M30X1.5 的內螺紋,最后 外圓車刀加工橢圓. 1.1.2 零件的技術要求分析 零件圖紙上標注的技術要求： 1.銳邊倒角 C0.3 2.未注倒角 C1. 3．圓弧過渡光滑 4.未注尺寸公差按 GB/T1804-m 加工和效驗 5.調質硬度 HRC30-35 1.1.3 零件的加工表面的分析 從零件圖可以看出軸系零件的主要加工表面是： 1. φ31 的槽：它的表面粗糙度是 Ra1.6,而且其軸心線是設計基準。 2.M30×1.5－6H 的螺紋：此螺紋是一個標準螺紋，雖然沒有特殊要求，但它在配合 時起傳遞扭矩的作用，故其配合精度要求高。 3.橢圓:表面粗糙度 Ra3.2, 軸心線是設計基準。 4.球面:尺寸以確定,表面粗糙度 Ra1.6,圓心是設計基準. 通過以上的分析可知，零件的結構較為簡單，易于加工，具有一定的可行性。 1.2 零件的材料分析 零件材料的選用是非常重要的，選材不當制成的零件不能滿足使用要求，過早損傷 和破壞產生不良影響或經濟效益差等。機械零件選材的一般原則是：首先滿足使用性能 的要求，同時兼顧工藝性、經濟性和環(huán)保性。對于軸類零件的選材應具有以下幾點要求： 1.優(yōu)良的綜合力學性能，即要求有高的強度和韌性，以防止由于過載和沖擊而引 起的變形和斷裂。 2.高的疲勞極限，防止疲勞斷裂。 3.良好的耐磨性。 4.在特殊條件工作時，還應有特殊要求。 本零件的材料是 45 號鋼，它屬于低淬透性合金調質鋼，其力學性能是： MPa, MPa, , , J。其化學成分是：碳含量785?s? 685b? %95??45?7?kA 0.37%～0.45%，鉻含量 0.8%～1.1%，錳含量 0.17%～0.37%，硫含量 0.5%～0.8% ，其 中碳含量過高、過低均不能滿足經調質后獲得良好綜合力學性能的要求，主加元素為鉻， 5 在配以硫、錳等合金元素，其作用是提高淬透性，強化鐵素體和細化晶粒，因此，此鋼 的熱處理變形小，廢品率低，因而降低了工藝成本。其熱處理特點是：當原始組織為珠 光體時，預先熱處理可采用正火或退火處理;該類鋼最終熱處理均采用淬火后在 500- 650℃的高溫回火工藝，即調質處理工藝，調質處理可使材料具有良好的綜合力學性能。 材料長度的選擇：件一取 φ50*100，件二取 φ50*80 的棒料 第二章：毛坯的設計 2.1 確定零件的生產類型和生產綱領 生產類型是指企業(yè)（或車間，工段，班組，工作地）生產專業(yè)化程度的分類，一般 分為大量生產，成批生產和單件生產三種類型。它可根據(jù)生產綱領和產品及零件的特征 或工作地每月?lián)摰墓ば驍?shù)來具體劃分。 生產綱領是指在計劃期內應當生產的產品產量和進度計劃。計劃期常定為一年，所 以生產綱領也稱年產量。 零件的生產綱領要計入備品和廢品的數(shù)量，其計算式為：N=Qn(1+α)(1+β) N—零件的年產量(件/年) Q—產品的年產量(臺/年) n—每臺產品中，該零件的數(shù)量(件/臺) α—備品的百分率 β—廢品的百分率 其中Q＝500 n＝1 α＝5% β＝2% 所以N=500 (1+5%)(1+2%)=535.5 即536(件/年)? 由上所述，查《機械制造工藝學》中表 1-3 知該零件為中批生產。 6 2.2 確定零件毛坯的制造形式 毛坯是根據(jù)零件所要求的形狀,工藝尺寸等方面而制成的供進一步加工使用的生產 對象。毛坯種類的選擇不僅影響著毛坯制造的工藝裝備及制造費用，對零件的機械加工 工藝裝備及工具的消耗，工時定額計算有很大影響。 2.2.1 毛坯的種類 常用的毛坯種類有：鑄件、鍛件、型材、焊接件、冷壓件等。 1.鑄件:適用于形狀復雜的毛坯。 2.鍛件:適用與零件強度較高,形狀較簡單的零件。尺寸大的零件因受設備限制，故一 般用自由鍛；中、小型零件可選模鍛；形狀復雜的剛質零件不宜用自由鍛。 3.型材：熱軋型材的尺寸較大、精度低，多用作一般零件的毛坯；冷軋型材尺寸較小、 精度較高，多用于毛坯精度要求較高的中小零件，適用于自動機床加工。 4.焊接件:對于大件來說,焊接件簡單方便,特別是單件小批生產可大大縮短生產周期, 但焊接后變形大,需經時效處理。 5.冷壓件：適用于形狀復雜的板料零件,大多用于中小零件的大批量生產。 2.2.2 毛坯種類的選擇 選擇毛坯種類需考慮的因素有以下幾點： 1.根據(jù)圖紙規(guī)定的材料及機械性能選擇毛坯。 2.根據(jù)零件的功能選擇毛坯。 3.根據(jù)生產類型選擇毛坯。 4.根據(jù)具體生產條件選擇毛坯。 2.2.3 毛坯的形狀和尺寸的選擇 確定毛坯的形狀與尺寸的步驟是：首先選取毛坯加工余量和毛坯公差，其次將毛坯 加工余量疊加在零件的相應加工表面上，從而計算出毛坯尺寸，最后標注毛坯尺寸與公 差。其總的要求是：減少“肥頭大耳” ，實現(xiàn)少屑或無屑加工。因此，毛坯形狀要力求 接近成品形狀，以減少機械加工的勞動量。 本零件的大部分加工表面是回轉體表面，根據(jù)本零件的生產綱領，年生產數(shù)量，經 濟價值及復雜程度，另外本零件為軸類零件，考慮其復雜程度，所以本零件毛坯為棒料。 因為棒料的經濟性好，加工余量小，而且成本較低。根據(jù)本零件的結構特征和尺寸要求 及考慮到經濟性，所以毛坯一件圓棒料的尺寸為 φ50mm×100mm,二件圓棒料的尺寸為 φ50mm×80mm. 7 第三章：零件工藝規(guī)程的設計 機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產品或零部件工藝過程和操作方法等的工藝文件,它是指 導生產的主要技術文獻，是組織和管理生產的基本依據(jù)，是新建和擴建工廠或車間的基 本資料，是進行技術交流的重要手段。 3.1 定位基準的選擇 在制訂零件的加工工藝規(guī)程時，正確地選擇工件的基準有著很重要的意義?；鶞蔬x 擇的好壞不僅影響零件的加工位置精度，而且對零件各表面的加工順序也有很大的影響。 基準有粗基準與精基準之分。選擇定位基準時是從保證工件精度要求出發(fā)的，因而分析 定位基準選擇的順序就應從精基準到粗基準。 3.1.1 精基準的選擇 1.基準重合原則:就是盡可能選用設計基準作為定位基準，這樣可以避免定位基準與設 計基準不重合而引起定位誤差。 2.基準統(tǒng)一原則:位置精度要求較高的某些表面加工時盡可能選用同一定位基準，這樣 有利于保證各加工表面的位置精度。 3 自為基準原則：當某些表面精加工要求加工余量小而均勻時，選擇加工表面本身作為 8 定位基準，用于提高加工面本身的精度。 4 互為基準原則：為了使加工面間有較高的位置精度，又為了使其加工余量小而均勻采 取此原則。 5.保證工件定位準確、夾緊可靠、操作方便的原則。 3.1.2 粗基準的選擇 粗基準選擇的要求應能保證加工面與非加工面之間的位置要求及合理分配加工表面 的余量，同時，要為后續(xù)工序提供精基準。 1.為了保證加工面與非加工面之間的位置要求，應選非加工面作為粗基準。 2.合理分配各加工面的加工余量。 3.粗基準應避免重復使用，在同一尺寸方向上，通常只允許使用一次。 4.選作粗基準的表面應平整光潔，要避開鍛造飛邊和鑄造澆冒口，分型面，毛刺等 缺陷，以保證定位準確、夾緊可靠。 由于本工件毛坯為棒料，所以采用 φ50 棒料的外圓柱面為粗基準，車削零件一的 左端，再以粗車后的圓柱面為粗基準，車削零件的右端，然后再以粗車后零件的回轉軸 心分別對零件的溝槽、橢圓的左端槽及內孔,內孔槽,螺紋右端外部橢圓進行加工，保證 各個部位的尺寸精度及位置精度，然后以 φ48 的右橢圓的端面為基準，加工零件的螺 紋,階梯圓柱,內孔槽,最后以件一為基準,精加工件一的左端球面,階梯圓柱,車槽,倒角及 右端內孔,車槽. 由以上分析可知本零件采用兩種基準原則，一是基準重合原則，它是以零件的軸心 線為定位基準也是設計基準，對零件的外圓、內孔、槽以及螺紋等表面進行切削加工； 另一種是基準統(tǒng)一原則，它是多個加工表面都以一個基準作基準面加工定位的。 3.2 零件表面加工方法的選擇 零件表面的加工應根據(jù)這些表面的加工要求和零件的結構特點及材料性質等因素， 而選用相應的加工方法。在選擇某一表面的加工方法時，一般總是首先選定它的最終加 工方法，然后再逐一選定各有關前道工序的加工方法。加工方法選擇的原則如下： 1.所選加工方法應考慮每種加工方法的經濟加工精度范圍要與加工表面的精度要 求和表面粗糙度要求相適應。 2.所選加工方法能夠確保加工面的幾何形狀精度,表面相互位置精度的要求。 3.所選加工方法要與零件材料的可加工性相適應。 4.加工方法要與生產類型相適應。 5.所選加工方法要與企業(yè)現(xiàn)有設備和工人技術水平相適應。 通過以上原則，本零件各主要表面加工方法為： 1.各回轉表面,球面,橢圓及槽,倒角：車削加工 2.M30X1.5-6H 的螺紋：車削加工 3.3 加工順序的安排 9 3.3.1 加工階段的劃分 工件的加工質量要求較高時，應劃分階段。一般分為粗加工、半精加工和精加工三 個階段。 粗加工階段是從坯料上切除較多余量，所能達到的精度和表面質量都比較低 的加工過程。半精加工階段是在粗加工和精加工之間進行的切削加工過程。精加工是從 工件上切除較少余量，所能達到的精度和表面質量都比較高的加工過程。劃分加工階段 的作用是： 1.避免毛坯內應力重新分布而影響獲得的加工精度。 2.避免粗加工時較大的夾緊力和切削力所引起的彈性變形和熱變形對精加工的影 響。 3.粗精加工階段分開,可較及時地發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷,避免不必要的損失。 4.可以合理使用機床,使精密機床能較長期地保持其精度。 5.適應加工過程中安排熱處理的需要。 3.3.2 工序的合理組合 確定加工方法后，就要按生產類型、零件的結構特點、技術要求和機床設備等具體 生產條件，確定工藝過程的工序數(shù)目。確定工序數(shù)目有兩種基本原則可供選擇： 1.工序集中 所謂工序集中,就是零件的加工集中在少數(shù)工序內完成,而每一工序的加工內容卻較 多。其特點: 1).采用高效專用設備及工藝裝備,生產率高。 2).工件裝夾次數(shù)減少,易于保證表面間位置精度,還能減少工序間運輸量,縮短生產 周期。 3).工序數(shù)目少,可減少機床數(shù)量,操作工人數(shù)和生產面積,還可簡化生產計劃和生產 組織工作。 4).因采用。結構復雜的專用設備及工藝裝備,便投資大,調數(shù)和維修復雜,生產準備 工作量大,轉換新產品比較費時。 2.工序分散 所謂工序分散就是將工件的加工分散在較多的工序內進行,每道工序的加工內容很 少,最少時即每道工序僅一個簡單工步。其特點: 1).設備及工藝裝備比較簡單,調整和維修方便,工人容易掌握,生產準備工作量少,又易 于平衡工序時間,易適應產品更換。 2).可采用最合理的切削用量,減少基本時間。 3).設備數(shù)量多,操作工人多,占用生產面積大。 從生產批量或設備等方面考慮，本零件屬于中批生產，雖然工序越集中，加工周期 越短，加工的精度也高，但是，本零件部分加工在普通機床上無法加工，所以粗精加工 必須在數(shù)控機床上一起完成，這樣雖提高了生產率，但同時也提高了成本，也沒有合理 的使用機床，因此，此零件采用工序集中原則。 10 3.3.3 加工順序的安排 1．機械加工工序的安排原則 1).對于形狀復雜、尺寸較大的毛坯或尺寸偏差較大的毛坯,應首先安排劃線工序,為 精基準加工提供找正基準。 2).按“先基面后其它”的順序,先加工精基準面。 3).在重要表面加工前,應對精基準進行修正。 4).按“先主后次，先粗后精”的順序，對精度要求較高的各主要表面進行粗加工、 半精加工和精加工。 5).對于與主要表面后位置精度要求的次要表面,應安排在主要表面加工之后加工。 6).對于易出現(xiàn)廢品的工序,精加工和光整加工可適當提前,一般情況主要表面的精加 工和光整加工應放在最后階段進行。 2.熱處理工序安排的原則 調質的目的是為了提高工件的綜合力學性能，減少工件的變形或為以后的表面熱處 理做好組織準備。因此，一般安排在粗加工后、精加工前進行，可以保證淬透性差的鋼 種表面調質層（回火索氏體）的組織不被切削掉。 3.輔助工序安排的原則 1).中間檢驗一般安排在粗加工全部之后，精加工之前，送往外車間加工的前后，花 費工時較多和重要工序的前后。 2).熒光檢驗、磁力探傷等特種檢驗，主要用于表面質量的檢驗，通常安排在精加工 階段。熒光檢驗如用于檢驗毛坯的裂紋，則安排在加工前。 3).電鍍、涂層、發(fā)藍、氧化等表面處理工序，一般安排在工藝過程的最后進行。 通過前面對定位基準的選擇，零件表面加工方法的選擇及加工順序的安排的分析說 明，再結合本零件的結構特點及制定工藝路線的出發(fā)點：保證加工質量、提高生產率、 降低成本，從而獲得最好的經濟性。所以，此零件制定的工藝路線是： 00.下料 05.加工件 2 輪廓 10.加工件 1 左端輪廓 15.加工件 1 右端輪廓 20.加工件 1 右端內輪廓 25.打毛刺 30.清洗 35.最終檢驗 3.4 工藝的制定 3.4.1 工序基準的選擇： 工序基準是在工藝圖上以標定被加工表面位置尺寸和位置精度的基準，所標定的位 置尺寸和位置精度分別稱為工序尺寸和工序技術要求。工序尺寸和工序技術要求的內容， 11 在加工后應進行測量，測量所用的基準稱為測量基準，通常工序基準與測量基準重合。 對于設計基準尚未最后加工完畢的中間工序，應選各工序的定位基準作為工序基準 和測量基準。 在各表面的最后精加工時，當定位基準與設計基準重合時，雖然工序基準和測量基 準就應選用這個重合的基準；當所選定位基準未與設計基準重合時，在這兩種基準都能 作為測量基準的情況下，工序基準的選擇應注意以下幾點： 1.選設計基準作為工序基準時，對工序尺寸的檢驗就是對設計尺寸的檢驗，有利于 減少檢驗工作量。 2.當本工序中位置精度是由夾具保證而不需進行試切調整的情況，應使工序基準與 設計基準重合。 3.對一次安裝下的加工出來的各個表面，各加工面之間的工序尺寸應選與設計尺寸 一致。 本零件在加工時，其軸向尺寸是以零件的兩端作為工序基準，徑向尺寸是以零件 的軸心線作為工序基準。它的工序基準與設計基準重合，為加工和檢測提供了方便。 3.4.2 確定工序尺寸的方法： 1.對外圓和內孔簡單加工的情況工序尺寸可由后續(xù)加工的工序尺寸加上（對被包容 面）或減去（對包容面）公稱工序余量而求得，工序公差按所加工方法的經濟精度選定。 2.當工件上的位置尺寸精度或技術要求在工藝過程中是由兩個甚至更多的工序所 間接保證時，需通過尺寸鏈計算，來確定有關工序尺寸，公差及技術要求。 3.對于同一位置尺寸方向有較多尺寸，加工時定位基準又需多次轉換加工的工件， 由于工序尺寸相互聯(lián)系的關系較復雜，就需要從整個工藝過程的角度用工藝尺寸鏈作綜 合計算，以求出各工序尺寸、公差及技術要求。 根據(jù)本零件的加工工藝路線和技術要求，其工序尺寸確定如下： 工序 1：粗車件 2 輪廓 工步一：平端面 此端面經過兩次車削，粗車和精車。查表知，其軋制件端面加工余量為 1m,粗車余 量為 0.5mm，車削后達到的表面粗糙度為 Ra1.6。 工步二：粗車左端外輪廓 本工序采用粗車-半精車-精車的加工方式，經查表知，其切削余量為 2mm，故該工 序車削后基本尺寸應為 48+2=50mm，與該尺寸對應的公差值分別是 0.33mm，按入體原則 標注，工序尺寸為 φ mm,。03.5? 工步三：粗加工右端橢圓 留雙邊 1mm 余量 工序 2：加工件 1 輪廓 工步一：平端面 12 此工步同工序 10 中工步一，但其加工余量是 0.5mm。 工步二：粗車加工左端輪廓 此工步同工序 10 中工步二，其基本尺寸是 30+2=32mm，與該尺寸對應的公差值是 0.33mm，按入體原則標注，工序尺寸為 φ mm。03.2? 工步三：車外槽 槽寬 5，切削余量為 0 工步四：橢圓左端槽 槽寬 2，切削余量為 0 工步五：粗加工右端內孔 每次背吃刀量 1mm，退刀量 0.5mm 工步六：精加工右端內孔 切削余量為 0.1mm 工步七：車內槽 此槽是作為加工螺紋時的退刀槽，其工序尺寸應為 φ31mm。 工步八：車削內螺紋 查表知，M30×1.5-6H 的螺紋 EI=0，中徑公差是 0.19mm，小徑公差是 0.3mm。 3.4.3 加工余量的確定： 加工余量是指加工過程中所切去的金屬層厚度。其余量的大小對工藝過程有一定影 響，余量不足不能保證零件的加工質量，不但增加了機械加工的勞動量，而且增加了刀 具，能源及材料的消耗，從而增加了成本，降低了生產率，所以必需合理的安排加工余 量。確定加工余量的方法有查表法、經驗仿計法和分析計算法。本零件采用查表法，參 照《數(shù)控加工技術》第二篇第四章加工余量表對本零件的加工余量所查結果如下： 表 3.1 加工表面 加工方案 余量（mm） 粗車 2.0φ25 外圓 精車 0.1 切槽 車 2.0 外螺紋 車 0.1 橢圓 車 1.0 SR 球端面 鉆 1.0 3.4.4 機床的選擇: 零件的加工精度很大程度上取決于所用機床，因此必須合理的選擇機床，對于單件 小批量生產一般選擇通用機床；對于中批量則廣泛采用專用機床、數(shù)控機床和組合機床。 13 在選擇機床時應注意以下幾點： 1. 機床的加工尺寸范圍與零件外形尺寸相適應。 2. 機床精度與工件精度相適應。 3. 與現(xiàn)有加工條件相適應。 4. 機床的生產率應與工件的生產類型相適應。 本零件尺寸小、重量輕、屬中批生產，其毛坯是棒料，加工余量較大，為了合理的 利用機床，故此零件在粗加工時選用普通機床，另外工件的某些部分在普通機床上很難 加工出來，又因此次設計著重練習的是對數(shù)控機床的熟練程度，故精加工時選擇數(shù)控機 床,根據(jù)現(xiàn)有的生產條件，選擇的機床型號是： CA6140 普通車床 CJK6032A 教學型數(shù)控車床 3.4.5 工藝裝備的選擇： 工藝裝備選擇的合理與否，將直接影響工件的加工精度、生產效率和經濟性。應根 據(jù)生產類型、具體加工條件、工件結構特點和技術要求等選擇工藝裝備。 1.夾具的選擇： 本零件是小批量生產，技術要求不太高，故采用通用夾具即可完成，因專用夾具的 專用性能強、成本高、不易轉變，不可長時間地使用，選用夾具時要保證夾具的坐標系 方向相對固定，要協(xié)調零件和機床坐標系的尺寸關系：夾具上各零件應不妨礙機床對零 件各表面的加工。 根據(jù)以上所述和現(xiàn)有生產條件,本零件車削與銑削時均采用三爪卡盤進行裝夾。 2.刀具的選擇 在選擇刀具方面,通常優(yōu)先用通用夾具,對于不同材料的零件,一般都有適合將其切 削的刀具。刀具的選擇不僅影響機床的加工效率，而且直接影響加工質量，與傳統(tǒng)的加 工方法相比，數(shù)控加工對刀具的要求更高，不僅要求精度高、剛性好、耐用度高，而且 要求尺寸穩(wěn)定，安裝方便，這就要采用新型優(yōu)質材料制造數(shù)控教工刀具，并優(yōu)選刀具參 數(shù)。在選用刀具時應考慮工序種類，生產率，經濟性，工件材料，生產批量，加工精度 及表面粗糙度與所用機床的性能選用了標準刀具。刀具材料應當選擇高硬度、高耐磨性、 高耐熱性的材料，并有足夠的強度和韌性，較好的工藝。 根據(jù)以上所述和現(xiàn)場加工條件，本零件選用 YT 類硬質合金刀具進行加工. 數(shù)控加工刀具卡片 產品名稱或代號 XXXXXX 零件 名稱 組合件 零件圖號 XX—XX 序號 刀具號 刀具名稱規(guī)格 數(shù)量 加工表面 刀尖半徑 /mm 備注 1 T01 93°菱形外圓車刀 1 車外圓 0.2 2 T02 60°外螺紋刀 1 車外螺紋 0.4 14 3 T03 外切槽刀 1 切外槽 0.3 4 T04 內孔鏜刀 1 鏜內孔 0.3 5 T05 60°內螺紋刀 1 車內螺紋 0.4 6 T06 內切槽刀 1 切內槽 0.4 編制 汪世洋 審核 批準 共 1 頁 第 1 頁 3．量具的選擇 量具的選擇主要是根據(jù)生產類型和檢測的精度來選擇，一般選用通用量具，對于尺 寸精度要求較高，檢測不方便的選用專用量具，為了在機械加工過程中保證零件的加工 尺寸精度和提高測量效率的要求，需要恰當合理地選擇相應的各種通用及專用量具。此 零件需選用的專用量具有： 橢圓—專用樣板 M26x1.5-6g— M26 螺紋塞環(huán)規(guī) 橢圓弧—專用樣板 其它尺寸選用 0-50mm 外徑千分尺、0-50mm 內徑千分尺、0-150mm 游標卡尺即可。 3.4.6 切削用量的確定 切削用量的合理選擇,是指在保證加工質量的前提下,充分利用刀具和機床的性能, 獲得高生產效率和低加工成本的切削用量三要素的最佳組合。 1.粗加工時切削用量的選擇 粗加工時精度與表面粗糙度要求不高，毛坯余量較大，因此選擇粗加工用量時，要 盡可能保證較高的單位時間、金屬切除量和必要的刀具耐用度，以提高生產率和降低成 本。先考慮選擇一個盡可能大的背吃刀量 ；其次選擇一個較大的進給量 f；最后確定pa 一個適合的切削速度 v。根據(jù)上述原則，選擇粗加工切削用量，對于提高生產率、減少 刀具消耗、降低加工成本是比較有利的。 1）切削深度 的選擇：應根據(jù)零件的加工余量和由夾具、機床、刀具和工件所組pa 成的工藝系統(tǒng)的剛性來確定。 2）進給量 f 的選擇：限制進給量，提高的因素主要是切削力。 3）切削速度 v 的選擇：主要受刀具耐用度和機床功率的限制。 2.精加工時切削用量的選擇 精加工時的加工精度和表面質量要求較高，加工余量要小且均勻，因此選擇精加工 切削用量時，應著重考慮如何保證加工質量，并在此基礎上盡量提高生產率。精加工時 應選擇較小的背吃刀量 和進給量 f，以保證加工精度和表面質量，同時滿足生產率的pa 要求。 1）切削深度 的選擇：應根據(jù)精加工留下的余量來確定。p 2）進給量 f 的選擇：限制進給量，提高的主要因素是表面粗糙度。 3）切削速度 v 的選擇：切削速度提高時，切削變形減小，切削力也有所減小，也 15 不易產生積屑瘤和毛刺。 數(shù)控加工工藝卡片 卡 1 產品名稱或代號 零件名稱 零件圖號 使用設備 車間 單位名稱 XXXXXXX 件 1 1 XXXXXX 工序號 程序編號 夾具名稱 1 O0001 三爪卡盤 工 步 號 工 步 作 業(yè) 內 容 刀具 號 刀具規(guī) 格 主軸轉速 進給速度 背吃刀 量 備注 1 加工 93°菱形外圓 T01 25X25 1000 100 1 自動 2 粗加工外輪廓 T01 25X25 1000 150 1 自動 3 倒角 T01 16X16 1000 100 1 自動 4 精加工外輪廓 T01 25X25 1500 80 \ 自動 5 車 60°外螺紋 T02 16X16 1000 100 \ 自動 6 車斷件 1 T02 16X16 1000 50 \ 手動 編制 汪世 洋 審核 批準 08 年 3 月10 日 共 5 頁 第 1 頁 卡 2 產品名稱或代號 零件名稱 零件圖號 使用設備 車間 單位名稱 XXXXXXX 件 2 2 XXXXXX 工序號 程序編號 夾具名稱 2 O0002 三爪卡盤 工 步 號 工 步 作 業(yè) 內 容 刀具 號 刀具規(guī)格 主軸轉速 進給速度 背吃刀 量 備注 1 加工 93°菱形外圓 T01 25X25 800 150 1 自動 2 粗加工外輪廓 T01 25X25 1000 100 1 自動 16 3 精加工外輪廓 T01 25X25 1000 100 1 自動 編制 汪世 洋 審核 批準 08 年 3 月10 日 共 5 頁 第 2 頁 卡 3 產品名稱或代號 零件名稱 零件圖號 使用設備 車間 單位名稱 XXXXXXX 件 1 1 XXXXXX 工序號 程序編號 夾具名稱 3 O0004 三爪卡盤 工 步 號 工 步 作 業(yè) 內 容 刀具 號 刀具規(guī)格 主軸轉速 進給速度 背吃刀 量 備注 1 加工 93°菱形外圓 T01 25X25 1000 100 1 自動 2 粗加工外輪廓 T01 25X25 1000 150 1 自動 3 粗加工球面 T01 25X25 1000 100 2 自動 4 精加工外輪廓 T01 25X25 1500 80 1 自動 5 車外槽 T03 16X16 600 25 \ 自動 6 精車槽底 T03 16X16 1000 80 \ 自動 7 倒角 T03 16X16 1000 100 1 自動 編制 汪世 洋 審核 批準 08 年 3 月10 日 共 5 頁 第 3 頁 卡 4 產品名稱或代號 零件名稱 零件圖號 使用設備 車間 單位名稱 XXXXXXX 件 3 1 XXXXXX 工序號 程序編號 夾具名稱 4 O0005 三爪卡盤 工 步 號 工 步 作 業(yè) 內 容 刀具 號 刀具規(guī)格 主軸轉速 進給速度 背吃刀 量 備注 1 加工內鏜孔 T04 25X25 800 150 1 自動 2 粗加工內鏜孔 T04 25X25 800 150 1 自動 17 3 精加工內鏜孔 T04 25X25 1200 80 1 自動 4 車內槽 T06 16X16 600 25 \ 自動 5 加工內螺紋 T05 16X16 1000 100 \ 手動 6 加工 93°菱形外圓 T01 25X25 800 150 1 自動 編制 汪世 洋 審核 批準 08 年 3 月10 日 共 5 頁 第 4 頁 18 第四章 刀具交換裝置的設計 數(shù)控機床的自動換刀裝置中,實現(xiàn)刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具 交換裝置。刀具的交換方式通常分為兩種: 一種是采用機械手交換刀具 , 另一種是由刀 庫與機床主軸的相對運動來實現(xiàn)刀具交換即無機械手交換刀具。無機械手交換刀具方 式：結構簡單，成本低，換刀的可靠性較高；刀庫因結構所限容量不多。這種換刀系 統(tǒng)多為中、小型加工中心采用。刀具的交換方式及它們的具體結構對機床的工作效率 和工作可靠性有直接的影響。由 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床的結構特性決定難 以實現(xiàn)由刀庫與機床主軸的相對運動來實現(xiàn)刀具交換，故采用機械手交換刀具的方式。 機械手是當主軸上的刀具完成一個工步后，把這一工步的刀具送回刀庫，并把下一道 工步的所需要的刀具從刀庫中取出并裝入主軸繼續(xù)進行加工的功能部件。對機械手的 具體要求是迅速可靠，準確協(xié)調。 4.1 確定換刀機械手形式 在自動換刀數(shù)控機床中，換刀機械手的形式是多種多樣的，常見的有以下幾種。 1)兩手呈 180°的回轉式單臂雙手機械手； 19 圖 4-1 機械手臂和手爪 1.手爪 2.錐銷 3.手臂 4.5.彈簧 6.活動銷 7.長銷 8.鎖緊銷 2)兩手互相垂直的回轉式單臂雙手機械手 20 3)兩手平行的回轉式單臂雙手機械手； 4)雙手交叉式機械手； 由于不同的數(shù)控機床（加工中心）的刀庫與主軸的相對位置不同。所以各種數(shù)控機床 所使用的換刀機械手也不盡相同。 上圖是兩手互相垂直的回轉式單臂雙手機械手的結構示意圖。 這種機械手的優(yōu)點是換刀動作可靠，換好時間短，缺點是刀柄精度要求高，結構復雜， 聯(lián)機調整的相關精度要求高，機械手離加工區(qū)較近。 一般來說，這種機械手用于刀庫刀座軸線與機床主軸軸線垂直，刀庫為徑向存取刀具 形式的自動換刀裝置，因此，在 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降銑床的自動換刀裝置中可 21 采用這種機械手形式。 4.2 換刀機械手的工作原理 下面是以在 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床的自動換刀裝置中采用這種上機械手換 刀的工作原理。 該機械手安裝在主軸的左側面，隨同主軸箱一起運動。機械手由機械手臂與 45°的斜 殼體組成。機械手臂 1 形狀對稱。固定在回轉軸 4 上，回轉軸與主軸成 45°角，安裝 在殼體 3 上，5 為手臂托，可由液壓缸帶動（圖中未標出） ，機械手有伸縮、回轉、抓 刀、松刀等動作。 伸縮動作：液壓缸（圖中未標出）帶動手臂托架 5 沿主軸軸向移動。 回轉動作：液壓缸 2 中的齒條輪通過齒輪帶動回轉軸 4 轉動。從而實現(xiàn)手臂正向和反 向 180°的旋轉運動。 抓刀、松刀動作：機械手對刀具的夾緊和松開是通過液壓缸 6。碟形彈簧 7 及拉桿 8、 杠桿 9、活動爪 10 來實現(xiàn)。碟形彈簧實現(xiàn)夾緊，液壓缸實現(xiàn)松開。在活動爪中有兩個 銷子 11，當夾緊刀具時，插入刀柄凸緣的孔內，確保安全、可靠。 22 4.3 機械手的自動換刀過程的動作順序 （a） （b） （c） （d） 圖 4-6 換刀機械手的換刀過程 自動換刀裝置的換刀過程由選刀和換刀兩部分組成。 選刀即刀庫按照選刀命令（或信息）自動將要用的刀具移動到換刀位置，完成選刀過 程，為下面換刀做好準備，換刀即是機械手把主軸上用過的刀具取下，將選好的刀具 安裝在主軸之上。 換刀動作的大致過程為： 1)主軸箱回到最高處（z 坐標零點） ，同時實現(xiàn)“主軸準停 ”。即主軸停止回轉并準確停 止在一個固定不變的角度方位上，保證主軸端面的鍵也在一個固定的方位，使刀柄上 的鍵槽能恰好對正端面鍵。 2)機械手抓住主軸和刀庫上的刀具。如圖 4-6（a）所示。 3)把卡緊在主軸和發(fā)庫上的刀具松開 4)活塞桿推動機械手下行，從主軸和刀庫上取出刀具 5)機械手回轉 180°，交換刀具位置， 6)將更換后的刀具裝入主軸和刀庫 23 7)分別夾緊主軸和刀庫上的刀具 8)機械手松開主軸和刀庫上的刀具 9)當機械手松開具后，限位開關發(fā)出“換刀完畢”的信號，主軸自由，可以開始加工 或其他程序動作。 在自動換刀的整個過程中，各項運動均由限位開關控制，只有前一個動作完成后，才 能進行下一個動作，從而保證了運動的可靠性。 4.4 機械手回轉軸 4 上的齒輪齒條設計 1)回轉軸上齒輪采用漸開線標準直齒圓柱齒輪形式 2)取模數(shù) M=1。 5。初取齒數(shù) z=30 3)下表為齒輪幾何尺寸設計的基本參數(shù)： 名稱 代號 計算公式 模數(shù) m 壓力角 ?20o 分度圓直徑 d D=mz=1.5 30=45? 齒頂高 ahah1.5m??? 齒根高 ff()(02)1.875c? 齒全高 h af.3 齒頂圓直徑 adad(z2)().4hm???? 齒根圓直徑 f fa125c?? 齒距 p 4.7p? 24 齒厚 s /2.35sm?? 頂隙 c 0.17c?? 4)齒條的基本尺寸，按外齒輪幾何尺寸的計算公式進行計算 4.5 自動換刀裝置的相關技術要求 4.5.1 主軸準停裝置 為了傳遞扭矩，在主軸的前端裝有端鍵，當?shù)毒叩侗b入錐孔時，刀柄上的鍵槽位置 必須與該鍵對準才能裝入。當機械手從刀庫取刀時，為了確保刀具其后能順利地裝入 主軸錐孔中，必須使主軸準確地停在刀具交換位置上。同時，由于工藝上的需要，也 必須使主軸準停在固定位置上。這種使主軸端在定位鍵停在固定位置的技術要求稱為 主軸準停。 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床的自動換刀裝置，在每次自動裝卸刀具時，都必須 要求主軸準確地停止在固定的周向位置上。因此，可在主軸上安裝電氣控制的主軸準 停裝置以實現(xiàn)主軸準停功能。 4.5.2 換刀機械手的安裝與調試 1)換刀機械手安裝在主軸箱的左側面，加工零件時，換刀機械手隨主軸箱一起上下運 動。 2)當初裝上換刀機械手后，必須進行調試：用手動操縱主式調整換刀機械手相對于主 軸的位置，使用調整心棒，有誤差時可調整機械手行程、刀庫位置、機械手支座、修 正主軸坐標原點等。安裝最大重量刀具時，要進行多次刀庫到主軸位置的自動交換， 使機械手換刀時做到準確無誤，無撞擊。 4.6 自動換刀程序的編制 1)換刀動作（指令）：選刀（T××） ；換刀（M06） 25 2)選刀和換刀通常分開進行。 3)為提高機床利用率，選刀動作與機床加工動作重合。 4)換刀指令 M06 必須在用新刀具進行切削加工的程序段之前，而下一個選刀指令 T 常 緊跟在這次換刀指令之后。 5)換刀點：多數(shù)加工中心規(guī)定在機床 Z 軸零點（Z 0） ，要求在換刀前用準備功能指令 （G28）使主軸自動返回 Z0 點。 6)換刀過程:接到 T××指令后立即自動選刀，并使選中的刀具處于換刀位置，接到 M06 指令后機械手動作，一方面將主軸上的刀具取下送回刀庫，另一方面又將換刀位 置的刀具取出裝到主軸上，實現(xiàn)換刀。 7)換刀程序編制方法 a)主軸返回參考點和刀庫選刀同時進行，選好刀具后進行換刀。 … N02 G28 Z0 T02 Z 軸回零，選 T02 號刀； N03 M06 換上 T02 號刀 … 缺點：選刀時間大于回零時間時，需要占機選刀。 b)在 Z 軸回零換刀前就選好刀 … N10 G01 X_ Y_ Z_ F_ T02 直線插補，選 T02 號刀 26 N11 G28 Z0 M06 Z 軸回零，換 T02 號刀 … N20 G01 Z_ F_ T03 直線插補，選 T03 號刀 N30 G02 X_ Y_ I_ J_ F_ 順圓弧插補 c)有的加工中心（TH5632）換刀程序與上略不同 … N10 G01 X_ Y_ Z_ F_ T02 直線插補，選 T02 號刀 … N30 G28 Z0 T03 M06 Z 軸回零，換 T02 號刀，選 T03 號刀 N40 G00 Z1 N50 G02 X_ Y_ I_ J_ F_ 圓弧插補 … 注：對臥式加工中心，上面程序的 G28 Z0 應為 G28 Y0 。 27 28 第五章 自動換刀裝置的控制原理 5.1 自動換刀裝置的液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)由液壓油箱、管路、控制閥等組成?？刂崎y采用分散布局、就近安裝原則， 分別裝在刀庫和立柱上。電磁閥上貼有磁號碼（如 YV1、 YV2、YV3） ，便于用戶進 行檢測與維修。 5.2 自動換刀裝置換刀動作的順序控制過程 在自動換刀裝置的整個換刀過程中，換刀動作的控制由刀庫控制部分、換 刀機械手控制部分以及主軸相控制部分三部分組成，它們組成是一個互相聯(lián)系 的系統(tǒng)。 1)刀庫控制部分 2)機械手控制部份 3)主軸箱控制部分 29 參考文獻 [1] 吳宗澤,羅圣國.機械設計課程設計手冊第二版[M].北京:高等教育出版 社,1999. 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M05; G91 G28 X0 Y0 M30; 實例 2、加工如圖所示零件上的通槽和 4 個 M8 的螺紋孔，其加工過程見表。 工步號 工步名稱 工具號 工具名稱及規(guī)格 刀補號 半徑補償 1 周銑槽 T01 ?6 立銑刀 H01 D30=3mm 2 鉆螺紋底孔 T02 ?6.7 鉆頭 H02 3 攻螺紋 T03 M8 絲錐 H03 33 程序如下： ％6001 N001 G92 X0 Y0 Z0; N002 M02 S280; N003 G43 Z30 T01 H01 M07 N004 Z3; N005 G01 Z-5 F50; N006 M98 P0111; N008 M98 P0111; N009 G00 Z30 M09; N010 M05; 34 N011 G90 G00 X-80 Y-40 S800 T03 M03; N012 G43 Z30 T02 H02 M07; N013 G99 G81 R3 Z-12 F80; N014 G91 X160;