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总体方案设计 6 2 总体方案设计 2. 工艺方案 根据工件示意图，工件材料 HT2040，HB170241。该零件主要是在工件单 面进行多孔加工，属大批量的中、小零件加工，因为是只完成攻丝工序，所以选 择单工位组合机床。工件安装在机床的固定夹具里，夹具和工件都固定不动。因 为被加工零件直径较大，厚度却较小。所以选择立式机床。 机床工作循环如下： 上料工件夹紧滑台快进滑台锁紧主轴启动攻丝靠模带 动丝锥工进主轴反转进给滑台快退丝锥后退滑台快退工件 松开下料 本设计是攻丝这一单一工序。 2.2 配置形式 零件加工工艺方案将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结 构等。 考虑到被加工的零件是钻 4 个 M8 螺孔，而且这 4 个螺孔是沿 301 圆周方 向性三等分平均分布，并针对零件的形状、大小、材料、硬度、刚性、加工部位 的结构特点、加工精度、表面粗糙度以及定位、夹紧方法、工艺过程、所采用的 刀具及切削用量、现场的环境和条件、生产率要求等。 由于此设计是对 4 个孔 攻丝，用一个工位完成。 制定工艺方案 1)装卸、夹紧；2)攻丝。 2.2.1 确定组合机床的配置形式和结构方案 通常，在确定工艺方案的同时，也就大体上确定了组合机床的配置形式和结构 方案。但是还要考虑下列因素的影响。 . 加工精度的影响 工件的加工精度要求，往往影响组合机床的配置形式和结构方案，例如，加 工精度要求高时，应采用固定夹具的单工位组合机床，加工精度要求低时，可采 用移动夹具的多工位组合机床；工件各孔间的位置精度要求高时，应采用在同一 工位上对各孔同时精加工的方法；工件各孔同轴度要求高时，应单独采用精加工 等。 . 工件结构状况影响 工件的形状、大小和加工部位的结构特点，对机床的结构方案也有一定的影响。 例如，对于外形尺寸和重量较大的工件，一般采用固定夹具的单工位组合机床， 总体方案设计 7 对多工序的中小型零件，则宜采用移动夹具的多工位组合机床；对于大直径的深 孔加工，宜采用具有刚性主轴的立式组合机床等。 . 生产率的影响 生产率往往是决定采用单工位组合机床、多工位组合机床还是组合机床 自动线的重要因素。例如，从其他因素考虑应采用单工位组合机床，但由于满足 不了生产率的要求，就不得不采用多工位组合机床，甚至自动线来进行加工。而 在多工位组合机床时，还要考虑：工位数不超过 23 个，并能满足生产率要求 时，应选用移动工作台式组合机床；工位数超过 4 个时才选用回转工作台或鼓轮 式组合机床。 . 现场条件的影响 使用组合机床的现场条件对组合机床的结构方案也有一定的影响。例如使 用单位的气候炎热，车间温度过高，使用液压传动机床不够稳定，则宜采用机械 传动的结构形式；使用单位刃磨刀具、维修、调整能力以及车间布置得情况，都 将影响组合机床的结构方案。 2.3 “三图一卡”的编制 编制“三图一卡”的工作内容包括：绘制被加工零件图、加工示意图、机床 联系尺寸图，编制生产率计算卡。 “三图一卡”是组合机床总体方案的具体体现。 2.3.1.被加工零件图 被加工零件图是根据选定的工艺方案，表明零件的形状、尺寸、硬度、以及 在所设计的组合机床上完成的工艺内容和所采用的定位基准、夹压点的图纸。是 组合机床设计的主要依据，也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。 .在被加工零件图上标注的内容有： a）加工零件的形状、主要轮廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度 、表面粗 燥度、形位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要求等。 b）本工序所选定的定位基准，夹紧部位及夹紧方向。 c）被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加工余量等。 遵循绘制被加工零件图的规定画出零件图见图 2.1。 总体方案设计 8 图 2.1 2.3.2 加工示意图 加工示意图是被加工零件工艺方案在图案上的反应，表示被加工零件在机床 上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作 行程及工作循环等，使刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件 的主要依据，是整台组合机床布局形式的原始要求，也是调整机床和刀具所必需 的重要技术文件。 在加工示意图在标注的内容有： 机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。 工件、夹具、刀具及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。 主轴的结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸；导向装置、 攻螺纹靠模装置的结构尺寸；刀具与导向装置的配合，刀具、主轴之间连接方式。 2.3.3 绘制加工示意图的有关计算 .刀具的选择 选择刀具，应考虑工艺要求与加工尺寸精度、工件材质、表面粗糙度及生产 率的要求。只要条件允许应尽量选用标准刀具。为了提高工序集中程度或满足精 度要求，可以采用复合刀具。孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾 总体方案设计 9 端与导向套之间有 3050mm 距离，以便于排出切削和刀具磨损后又一定的向前调 整量。 所以，根据零件要加工的孔是 4 个 M8 螺孔，参照以上要求，依据加工 M8 螺 孔选择 M8 丝锥。 导向套的选择 a) 选择导向类型 组合机床加工孔时，除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔的位置精度主要 靠刀具的导向装置来保证。因此，正确选择导向装置的类型，合理确定其尺寸、 精度，是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须解决的问题。导 向装置有两大类，即固定式导向和旋转式导向。在加工孔径不大于 40mm 或摩擦表 面线速度小于 20m/min 时，一般采用固定式导向，刀具或刀杆的导向部分，在导 向套内即转动又作轴向移动。固定导向装置一般由中间套、可换导套华人压套螺 钉组成。中间套的作用是在可换导套磨损后，可较为方便的更换，不会破坏钻模 体上的孔的精度。所以本设计选择固定式导向套。 b) 确定导向数量、选择导向参数 导向数量应根据刀件形状、内部结构、刀具刚性、加工精度及具体加工情况决 定。通常对于小孔加工用单个导向加工。 导向的主要参数包括：导套的直径及公差配合，导套的长度、导套离工件端面 的距离等。导套的直径为 8mm，导套长度1l 为（24）d =1632mm，取 16mm导 套到工件端面的距离2l =d =8mm（工件材料为铸铁时） 初定切削用量 查表 2.1 攻丝切削速度： 表 2.1 加工材料 铸铁 钢及其合金 铝及其合金 切削速度v（米/分） 2.55 1.55 515 因为加工材料是铸铁，所以初选 v 为 3 米/分。 由 1000 dn v = 计算出n=119.37 /minr 1122iinfnfnf= fv= in 各主轴转速（转/分） if 各主轴进给量（毫米/转） fv 丝锥每分进给量（毫米/分） 得到 fv =119.37 /minmm 总体方案设计 10 切削功率 9746 T v P D = 查组合机床设计书表 3-19，3-20，3-21，3-22。得：加工 M8 螺纹，被 加工材料是铸铁时，攻丝主轴的直径是 17 mm，扭矩是 5000N mm 由此得： 9746 T v P D = =0.192kw 初定主轴类型、尺寸、外伸长度和选择接杆、浮动卡头 a)主轴类型 主轴型式主要取决于进给抗力和主轴-刀具系统结构上的需要。主轴尺寸规格 应根据选定的切削用量计算出切削扭矩 M，查组合机床设计书表 3-19，3-20， 3-21，3-22。得：加工 M8 螺纹，被加工材料是铸铁时，攻丝主轴的直径是 17mm， 扭矩是 5000N mm主轴类型为前后支承均为圆锥滚子轴承的主轴。攻丝靠模规格 为 1。主轴外伸选长主轴。 1 30 ,115 15100 14 D Lmm d =，接杆莫氏圆锥号为 1。 b) 接杆连接 选择接杆主要是决定其号数，应根据刀具莫氏锥号和主轴外伸部分的内孔直 径 d1而定。选择接杆 1（接杆 1-L T0635-41，螺母 23 T0642-41，垫 22 T0654-41， 平键 420 GB1096-72）121D =20,D =23,B=10,B =1,L=185485,l=85. c) 攻丝卡头和攻丝靠模装置 攻丝卡头主要型式：丝锥超前进给的单向补偿攻丝卡头和主轴超前进给的单 向补偿攻丝卡头。选主轴超前进给的攻丝卡头。 攻丝靠模装置的原理是“自引法”攻丝。选通用的 TO281 型攻丝靠模装置。这 种装置易于调整。 总体方案设计 11 图 2.2 攻丝靠模装置 如图 2.2 所示，攻丝靠模装置由靠模杆 1、靠模螺母 7 及支承套筒 2 等元件组 成。丝锥通过心杆和攻丝卡头 8 装在靠模杆 1 的前端。靠模杆的中部支承在衬套 4 上，并与靠模螺母 7 相啮合。靠模杆的尾部与攻螺纹主轴相连接。攻螺纹主轴借 助双键将主运动传给靠模杆，靠模杆随着转动可在主轴孔内移动一段距离，即攻 螺纹靠模的工作行程。套筒装在靠模头前壁上，并用两个压板 3 固定，两个压板 之连的布置角度决定于多轴箱的主轴数和主轴的分布情况。 靠模螺母借助结合子 6 与套筒相连接，当靠模杆回转时，因靠模螺母固定不动而迫使靠模杆向前进给， 并推动丝锥切人工件。带丝锥遇故障使靠模杆不能前进时，转矩增大导致压板打 滑靠模螺母跟随靠模杆同步回转而停止进给，避免机构或丝锥损坏。所以装配时 压板的压力要适当。 为了保证丝锥稳定可靠地攻入工件，又不干扰丝锥的自行引进，应使靠模杆 每转进给量与丝锥的自行引进量一致，即保证靠模杆螺距与丝锥螺距名义尺寸相 同。而靠模螺距和丝锥螺距的制造误差，可以通过套筒 2 内压簧 5 和配用攻螺纹 卡头的方法进行补偿。 确定动力部件的工作循环及工作行程 动力部件的工作循环是指：加工时动力部件从原始位置开始运动到加工终了 位置又返回到原始位置的动作过程。 工作进给长度1L 应等于工件加工部位长度L 与刀具切人长度1L 和切出长度2L 之和。因为是盲孔，所以2L =0，1L =510mm=10mm,L =12-4=8mm，再多加上 一部分余量， 总体方案设计 12 得工件进给长度1L =18mm 快退长度等于快速引进与工件进给长度之和。快速引进是指动力部件把主轴箱 连同刀具从原始位置送进到工作进给开始位置，其长度按加工具体情况确定。快 退 138mm=120mm+18mm 动力部件总行程长度除了应保证要求的工作循环工作行程外，还要考虑装卸和 调整刀具方便，即前后备量。 总行程 138+82=220mm 图 2.3 加工示意图 2.3.5 机床联系尺寸图 一般来说，组合机床是由标准的通用部件动力滑台，动力箱，各种工艺 切削头，侧底座，立柱，立柱底座及中间底座加上专用部件主轴箱，刀、辅 具系统，夹具，液、电、冷却、润滑、排屑系统组合装配而成。联系尺寸图用来 表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系，以检验机床各部件相对位置及 尺寸联系是否满足加工要求；通用部件的选择是否合适；并为进一步开张主轴箱、 夹具设计提供依据。 动力滑台的选择 总体方案设计 13 通常根据滑台的驱动方式所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度