掘進(jìn)機(jī)箱體加工工藝及組合機(jī)床設(shè)計(jì).doc

河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書-1-緒論隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，掘進(jìn)機(jī)廣泛應(yīng)用于礦山、隧道等行業(yè)中。特別是在隧道行業(yè)中，掘進(jìn)機(jī)已經(jīng)發(fā)揮著越來越重要的作用。1851年，美國工程師CharlesWilson設(shè)計(jì)了世界上第一臺(tái)連續(xù)掘進(jìn)的隧道掘進(jìn)機(jī)(Tunnelboringmachine，簡稱TBM)。但由于設(shè)計(jì)存在難以克服的滾刀問題，TBM難以與當(dāng)時(shí)剛誕生的鉆爆法相媲美，無用武之地；1956年，美國的JamesRobbins仿照CharlesWilson的設(shè)計(jì)，采用滾刀，解決了第一臺(tái)TBM的刀具問題，獲得了成功。從此，TBM得以推廣?？偟恼f來，TBM掘進(jìn)技術(shù)是目前世界上最為先進(jìn)的隧道開挖方法，已成為未來隧道建設(shè)總的發(fā)展趨勢(shì)。它綜合匯集了計(jì)算機(jī)、新材料、自動(dòng)化、信息化、系統(tǒng)科學(xué)、管理科學(xué)等高新技術(shù)，在一定程度上反映了一個(gè)國家的綜合實(shí)力與科技水平。而掘進(jìn)機(jī)箱體是掘進(jìn)機(jī)的重要零件。箱體的結(jié)構(gòu)形式雖然多種多樣，但仍有共同的特點(diǎn)：形狀復(fù)雜、壁薄且不均勻，內(nèi)部呈腔形，加工部位多，加工難度大，既有精度要求較高的孔系和平面，也有許多精度要求較低的緊固孔。因此，一般中型機(jī)床制造廠用于箱體類零件的機(jī)械加工勞動(dòng)量約占整個(gè)產(chǎn)品加工量的15%20%?；谝陨系那闆r，這次的設(shè)計(jì)內(nèi)容就是掘進(jìn)機(jī)箱體的加工及組合機(jī)床的設(shè)計(jì)。根據(jù)零件的技術(shù)要求編排出科學(xué)實(shí)用、方便、經(jīng)濟(jì)、合理的加工工藝，并從中選擇兩道工序進(jìn)行夾具和組合機(jī)床的設(shè)計(jì)，總的來說就是編排一套科學(xué)、方便、經(jīng)濟(jì)、合理的加工方案，加工出高質(zhì)量的掘進(jìn)機(jī)箱體，并使其加工成本盡可能降到最低。河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書-2-1掘進(jìn)機(jī)箱體的加工工藝1.1掘進(jìn)機(jī)箱體的工藝分析箱體的結(jié)構(gòu)形式雖然多種多樣，但仍有共同的特點(diǎn)：形狀復(fù)雜、壁薄且不均勻，內(nèi)部呈腔形，加工部位多，加工難度大，既有精度要求較高的孔系和平面，也有許多精度要求較低的緊固孔。因此，一般中型機(jī)床制造廠用于箱體類零件的機(jī)械加工勞動(dòng)量約占整個(gè)產(chǎn)品加工量的15%20%。1.2掘進(jìn)機(jī)箱體零件的工藝要求及工藝分析0.06圖1.1掘進(jìn)機(jī)箱體零件簡圖一個(gè)好的結(jié)構(gòu)不但要應(yīng)該達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而且要有好的機(jī)械加工工藝性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能夠保證加工質(zhì)量，同時(shí)使加工的勞動(dòng)量最小。1.2.1掘進(jìn)機(jī)箱體的技術(shù)要求零件見圖如圖1-1所示。該零件的加工要求較高，加工面的數(shù)量很多，并且種類繁多，有車外圓面，車端面，鉆孔，攻螺紋，擴(kuò)孔，車倒角，鉆斜油孔等，位置、形狀、尺寸精度都各有要求。1.3加工工藝過程由以上分析可知。該箱體零件的主要加工表面是平面及孔系。一般來說，保證河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書-3-平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，對(duì)于掘進(jìn)機(jī)箱體來說，加工過程中的主要問題是保證孔的尺寸精度及位置精度，處理好孔和平面之間的相互關(guān)系。1.4確定各表面加工方案一個(gè)好的結(jié)構(gòu)不但應(yīng)該達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而且要有好的機(jī)械加工工藝性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保證加工的質(zhì)量，同時(shí)使加工的勞動(dòng)量最小。設(shè)計(jì)和工藝是密切相關(guān)的，又是相輔相成的。對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)箱體加工工藝來說，應(yīng)選擇能夠滿足孔系和平面加工精度要求的加工方法及設(shè)備。除了從加工精度和加工效率兩方面考慮以外，也要適當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)因素。在滿足精度要求及生產(chǎn)率的條件下，應(yīng)選擇價(jià)格較底的機(jī)床。1.4.1在選擇各表面及孔的加工方法時(shí)，要綜合考慮以下因素(1)要考慮加工表面的精度和表面質(zhì)量要求，根據(jù)各加工表面的技術(shù)要求，選擇加工方法及分幾次加工。(2)根據(jù)生產(chǎn)類型選擇，在大批量生產(chǎn)中可專用的高效率的設(shè)備。在單件小批量生產(chǎn)中則常用通用設(shè)備和一般的加工方法。(3)要考慮被加工材料的性質(zhì)，例如，淬火鋼必須采用磨削或電加工；而有色金屬由于磨削時(shí)容易堵塞砂輪，一般都采用精細(xì)車削，高速精銑等。(4)要考慮工廠或車間的實(shí)際情況，同時(shí)也應(yīng)考慮不斷改進(jìn)現(xiàn)有加工方法和設(shè)備，推廣新技術(shù)，提高工藝水平。(5)選擇加工方法一般先按這個(gè)零件主要表面的技術(shù)要求選定最終加工方法，再選擇前面各工序的加工方法。1.4.2平面的加工由參考文獻(xiàn)7機(jī)械加工工藝手冊(cè)表2.1-12可以確定，底面的加工方案為底平面：粗銑半精銑（97ITIT），粗糙度為6.30.8，一般不淬硬的平面，半精銑的粗糙度可以較小。1.5確定定位基準(zhǔn)1.5.1粗基準(zhǔn)的選擇選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，考慮的重點(diǎn)是如何保證各加工表面有足夠的余量，使不加工表河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書-4-面與加工表面間的尺寸、位子符合圖紙要求。粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：(1)粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)以加工表面為粗基準(zhǔn)。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個(gè)不需加工的表面，則應(yīng)選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準(zhǔn)。以求壁厚均勻、外形對(duì)稱、少裝夾等。(2)選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準(zhǔn)。例如：機(jī)床床身導(dǎo)軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時(shí)選擇導(dǎo)軌面作為粗基準(zhǔn)，加工床身的底面，再以底面作為精基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細(xì)致的組織，以增加耐磨性。(3)應(yīng)選擇加工余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。(4)應(yīng)盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準(zhǔn)，以保證定位準(zhǔn)確夾緊可靠。有澆口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準(zhǔn)，必要時(shí)需經(jīng)初加工。(5)粗基準(zhǔn)應(yīng)避免重復(fù)使用，因?yàn)榇只鶞?zhǔn)的表面大多數(shù)是粗糙不規(guī)則的。多次使用難以保證表面間的位置精度。要從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證掘進(jìn)機(jī)箱體零件在整個(gè)加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。從掘進(jìn)機(jī)箱體零件圖分析可知，選擇大底面、中間孔和蟹爪孔為加工粗基準(zhǔn)。1.5.2精基準(zhǔn)選擇的原則(1)基準(zhǔn)重合原則。即盡可能選擇設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。這樣可以避免定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而引起的基準(zhǔn)不重合誤差。(2)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，應(yīng)盡可能選用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)。基準(zhǔn)的統(tǒng)一有利于保證各表面間的位置精度，避免基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換所帶來的誤差，并且各工序所采用的夾具比較統(tǒng)一，從而可減少夾具設(shè)計(jì)和制造工作。例如：軸類零件常用頂針孔作為定位基準(zhǔn)。車削、磨削都以頂針孔定位，這樣不但在一次裝夾中能加工大多書表面，而且保證了各外圓表面的同軸度及端面與軸心線的垂直度。(3)互為基準(zhǔn)的原則。選擇精基準(zhǔn)時(shí)，有時(shí)兩個(gè)被加工面，可以互為基準(zhǔn)反復(fù)加工。例如：對(duì)淬火后的齒輪磨齒，是以齒面為基準(zhǔn)磨內(nèi)孔，再以孔為基準(zhǔn)磨齒河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書-5-面，這樣能保證齒面余量均勻。自為基準(zhǔn)原則。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均勻，可以選擇加工表面本身為基準(zhǔn)。例如：磨削機(jī)床導(dǎo)軌面時(shí)，是以導(dǎo)軌面找正定位的。此外，像拉孔在無心磨床上磨外圓等，都是自為基準(zhǔn)的例子。此外，還應(yīng)選擇工件上精度高。尺寸較大的表面為精基準(zhǔn)，以保證定位穩(wěn)固可靠。并考慮工件裝夾和加工方便、夾具設(shè)計(jì)簡單等。要從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證掘進(jìn)機(jī)箱體后托架在整個(gè)加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。從掘進(jìn)機(jī)箱體零件圖分析可知，它的底平面與中間孔和蟹爪孔垂直而且占有的面積較大，適于作精基準(zhǔn)使用。但用一個(gè)平面定位僅僅能限制工件的三個(gè)自由度，如果使用典型的一面兩孔定位方法，則可以滿足整個(gè)加工過程中基本上都采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位的要求。所以可以和中間孔、蟹爪孔一起做為精基準(zhǔn)使用。選擇精基準(zhǔn)的原則時(shí)，考慮的重點(diǎn)是有利于保證工件的加工精度并使裝夾準(zhǔn)。1.6工藝規(guī)程的制定零件加工的工藝規(guī)程就是一系列不同工藝的綜合。由于生產(chǎn)規(guī)模和具體情況的不同對(duì)同一零件的加工工序綜合可能有多種方案。應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體條件采用其中最完善和最經(jīng)濟(jì)的一種方案。工藝規(guī)程的選擇要考慮的基本因素如下。（1）.生產(chǎn)規(guī)模是決定生產(chǎn)類型的主要因素。（2）.制造零件所用的坯料或型材的形狀、尺寸和精度。（3）.零件材料的性質(zhì)。（4）.零件制造的精度，包括尺寸公差、形位公差以及零件圖上所指定的要求。（5）.表面粗糙度。（6）.特殊限制條件，如:工廠設(shè)備和用具條件。（7）.編制的加工規(guī)程要在生產(chǎn)規(guī)模與生產(chǎn)條件下達(dá)到最經(jīng)濟(jì)與最安全的效果。河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書-6-1.6.1工序的合理組合確定加工方法以后，就按生產(chǎn)類型、零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求和機(jī)床設(shè)備等具體生產(chǎn)條件確定工藝過程的工序數(shù)。確定工序數(shù)的基本原則：（1）工序分散原則工序內(nèi)容簡單，有利選擇最合理的切削用量。便于采用通用設(shè)備。簡單的機(jī)床工藝裝備。生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量少，產(chǎn)品更換容易。對(duì)工人的技術(shù)要求水平不高。但需要設(shè)備和工人數(shù)量多，生產(chǎn)面積大，工藝路線長，生產(chǎn)管理復(fù)雜。（2）工序集中原則工序數(shù)目少，工件裝，夾次數(shù)少，縮短了工藝路線，相應(yīng)減少了操作工人數(shù)和生產(chǎn)面積，也簡化了生產(chǎn)管理，在一次裝夾中同時(shí)加工數(shù)個(gè)表面易于保證這些表面間的相互位置精度。使用設(shè)備少，大量生產(chǎn)可采用高效率的專用機(jī)床，以提高生產(chǎn)率。但采用復(fù)雜的專用設(shè)備和工藝裝備，使成本增高，調(diào)整維修費(fèi)事，生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大。一般情況下，單件小批生產(chǎn)中，為簡化生產(chǎn)管理，多將工序適當(dāng)集中。但由于不采用專用設(shè)備，工序集中程序受到限制。結(jié)構(gòu)簡單的專用機(jī)床和工夾具組織流水線生產(chǎn)。1.6.2工序的集中與分散制訂工藝路線時(shí)，應(yīng)考慮工序的數(shù)目，采用工序集中或工序分散是其兩個(gè)不同的原則。所謂工序集中，就是以較少的工序完成零件的加工，反之為工序分散。（1）工序集中的特點(diǎn)工序數(shù)目少，工件裝，夾次數(shù)少，縮短了工藝路線，相應(yīng)減少了操作工人數(shù)和生產(chǎn)面積，也簡化了生產(chǎn)管理，在一次裝夾中同時(shí)加工數(shù)個(gè)表面易于保證這些表面間的相互位置精度。使用設(shè)備少，大量生產(chǎn)可采用高效率的專用機(jī)床，以提高生產(chǎn)率。但采用復(fù)雜的專用設(shè)備和工藝裝備，使成本增高，調(diào)整維修費(fèi)事，生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大。（2）工序分散的特點(diǎn)工序內(nèi)容簡單，有利選擇最合理的切削用量。便于采用通用設(shè)備。簡單的機(jī)床工藝裝備。生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量少，產(chǎn)品更換容易。對(duì)工人的技術(shù)要求水平不高。但需要設(shè)備和工人數(shù)量多，生產(chǎn)面積大，工藝路線長，生產(chǎn)管理復(fù)雜。工序集中與工序分散各有特點(diǎn)，必須根據(jù)生產(chǎn)類型。加工要求和工廠的具體情況進(jìn)行綜合分析決定采用那一種原則。河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書-7-一般情況下，單件小批生產(chǎn)中，為簡化生產(chǎn)管理，多將工序適當(dāng)集中。但由于不采用專用設(shè)備，工序集中程序受到限制。結(jié)構(gòu)簡單的專用機(jī)床和工夾具組織流水線生產(chǎn)。由于近代計(jì)算機(jī)控制機(jī)床及加工中心的出現(xiàn)，使得工序集中的優(yōu)點(diǎn)更為突出，即使在單件小批生產(chǎn)中仍可將工序集中而不致花費(fèi)過多的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量，從而可取的良好的經(jīng)濟(jì)效果。1.6.3加工階段的劃分零件的加工質(zhì)量要求較高時(shí)，常把整個(gè)加工過程劃分為幾個(gè)階段：（1）粗加工階段粗加工的目的是切去絕大部分多余的金屬，為以后的精加工創(chuàng)造較好的條件，并為半精加工，精加工提供定位基準(zhǔn)，粗加工時(shí)能及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷，予以報(bào)廢或修補(bǔ)，以免浪費(fèi)工時(shí)。粗加工可采用功率大，剛性好，精度低的機(jī)床，選用大的切前用量，以提高生產(chǎn)率、粗加工時(shí)，切削力大，切削熱量多，所需夾緊力大，使得工件產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和變形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等級(jí)為IT11IT12。粗糙度為Ra80100m。（2）半精加工階段半精加工階段是完成一些次要面的加工并為主要表面的精加工做好準(zhǔn)備，保證合適的加工余量。半精加工的公差等級(jí)為IT9IT10。表面粗糙度為Ra101.25m。（3）精加工階段精加工階段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保證零件的形狀位置幾何精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面達(dá)到圖紙要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或減少工件精加工表面損傷。精加工應(yīng)采用高精度的機(jī)床小的切前用量，工序變形小，有利于提高加工精度精加工的加工精度一般為IT6IT7，表面粗糙度為Ra101.25m。（4）光整加工階段對(duì)某些要求特別高的需進(jìn)行光整加工，主要用于改善表面質(zhì)量，對(duì)尺度精度改善很少。一般不能糾正各表面相互位置誤差，其精度等級(jí)一般為IT5IT6,表面粗糙度為Ra1.250.32m。此外，加工階段劃分后，還便于合理的安排熱處理工序。由于熱處理性質(zhì)的不河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書-8-同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之間。但須指出加工階段的劃分并不是絕對(duì)的。在實(shí)際生活中，對(duì)于剛性好，精度要求不高或批量小的工件，以及運(yùn)輸裝夾費(fèi)事的重型零件往往不嚴(yán)格劃分階段，在滿足加工質(zhì)量要求的前提下，通常只分為粗、精加工兩個(gè)階段，甚至不把粗精加工分開。必須明確劃分階段是指整個(gè)加工過程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性質(zhì)區(qū)分。例如工序的定位精基準(zhǔn)面，在粗加工階段就要加工的很準(zhǔn)確，而在精加工階段可以安排鉆小空之類的粗加工。1.6.4加工工藝路線方案的比較在保證零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技術(shù)條件下，成批量生產(chǎn)可以考慮采用專用機(jī)床，以便提高生產(chǎn)率。但同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)效果，降低生產(chǎn)成本，擬訂兩個(gè)加工工藝路線方案。見下表：表1.1加工工藝路線方案比較表工序號(hào)方案方案工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)010粗銑大底面輸出軸孔軸線和與四周臺(tái)階面垂直相交的平面粗銑大底面輸出軸孔軸線和與四周臺(tái)階面垂直相交的平面020粗銑四周臺(tái)階面箱體中間孔軸線、大底面和蟹爪孔軸線半精銑大底面輸出軸孔軸線和與四周臺(tái)階面垂直相交的平面040粗銑輸出軸孔端平面及蟹爪孔端面大底面粗銑四周臺(tái)階面箱體