全自動(dòng)液壓專用機(jī)床改造

III 摘 要 車床是主要用車刀對(duì)旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行車削加工的機(jī)床 ,而 專用機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式 ,生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化 ,可根據(jù)需要靈活配置 ,能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此專用機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn) ,在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用 ,并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。 專用機(jī)床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時(shí) ,工件一般不旋轉(zhuǎn) ,由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng) ,來實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端 面等。有的組合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn) ,由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng) ,也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件 (如飛輪、汽車后橋半軸等 )的外圓和端面加工。 本設(shè)計(jì)是把 6136 普通車床改造成全自動(dòng)液壓專用機(jī)床，對(duì)車床結(jié)構(gòu)作了設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中考慮到車床的形成工藝，床身的受力分析和床身的熱態(tài)分析。該設(shè)計(jì)滿足了全自動(dòng)液壓專用機(jī)床的加工精度要求，整體性能穩(wěn)定。 關(guān)鍵詞： 刀架拖板 ；液壓缸；上料機(jī)構(gòu) ；分析 IV Abstract Lathe is mainly used tool for rotating workpiece turning processing machine tools, and special machine tools commonly used multi-spindle, multi-tool, process, surface or transfer process at the same time, the production efficiency is higher than general machine tools several times or more. Due to gm parts have standardization and seriation, can be flexibly configured according to need, to shorten design and manufacturing cycle. So dedicated machine tool has both the advantages of low cost and high efficiency, is widely used in large, mass production, and can be used to form automatic production line. Dedicated box is generally used in the machine or special shaped parts. When the workpieces are generally not rotate, the by the rotation of the tool movement and relative feed movement of cutting tool and workpiece, to implement a drilling, reaming, counter boring, reaming, boring, milling plane, cylindrical internal and external screw thread and cutting processing and face, etc. Some combination machine tools using turning head clamping workpiece to rotate, the tool feed movement, also can achieve some of the revolving body parts, such as flywheel, vehicle driving axle half shaft, etc.) of the cylindrical and face processing. This design is put 6136 ordinary lathe to transform into a special machine, automatic hydraulic structure design of the lathe, in the design process of forming process considering lathe bed, bed of the thermal stress analysis and modal analysis. The design of automatic hydraulic meet the special machine machining accuracy requirement, and overall stability. Key words:Tool carriage apron；hydraulic cylinder；Feeding institutions；analysis V 目 錄 摘 要 . III Abstract . IV 目 錄 . V 1 緒論 . 1 2 零件的工藝性分析 . 2 3 總體方案的確定 . 4 4 刀架拖板 設(shè)計(jì) . 6 4.1 設(shè)計(jì)本部分的重要性 . 6 4.2 本部分的設(shè)計(jì)方案 . 6 4.2.1 縱向液壓缸的安置 . 6 4.2.2 橫向液壓 缸的位置 . 7 4.3 出屑 . 9 5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算分析 . 10 5.1 縱向液壓缸的設(shè)計(jì) . 10 5.1.1 液壓缸的類型和安裝形式 . 10 5.1.2 液壓缸工作壓力的確定 . 10 5.1.3 液壓缸內(nèi)徑及液壓缸活塞桿直徑的確定 . 11 5.1.4 液壓缸的推力和流量計(jì)算 . 12 5.1.5 活塞桿直徑的驗(yàn)算 . 12 5.1.6 液壓缸長(zhǎng)度及壁厚的確定 . 12 5.1.7 液壓缸外徑的計(jì)算 . 13 5.1.8 液壓缸進(jìn)出油口尺寸的確定 . 13 5.1.9 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 13 5.2 橫向液壓缸的設(shè)計(jì) . 14 5.2.1 液壓缸的類型和安裝形式 . 14 5.2.2 液壓缸工作壓力的確定 . 15 5.2.3 液壓缸內(nèi)徑及液壓缸活塞桿直徑的確定 . 15 5.2.4 液壓缸的推力和流量計(jì)算 . 15 5.2.5 活塞桿直徑的驗(yàn)算 . 16 5.2.6 液壓缸壁厚的計(jì)算和剎那高度的計(jì)算 . 16 5.2.7 壓缸外徑液的計(jì)算 . 16 5.2.8 液壓缸進(jìn)出油口尺寸的確定 . 16 5.2.9 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 17 5.3 彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 17 5.4 螺桿的校核 . 18 6 CAM 設(shè)計(jì) . 20 VI 6.1 襯套的 CAM. 22 7 結(jié)論與展望 . 24 7.1 結(jié)論 . 24 7.2 展望 . 24 致 謝 . 25 參考文獻(xiàn) . 26 附錄 . 27 全自動(dòng)液壓專用機(jī)床設(shè)計(jì) 刀架和上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，即使原來屬于新穎，先進(jìn)的機(jī)床也會(huì)逐漸變得陳舊，落后，滿足不了產(chǎn)品科類日益增加和質(zhì)量不斷提高的需要，因此， “ 技術(shù)老化 ” 是客觀規(guī)律。 目前，我國(guó)的工廠企業(yè)，除了一些新建單位外，大多數(shù)都存在設(shè)備老化問題，設(shè)備役齡在 15 年以上，所占比重相當(dāng)大，面對(duì)這么多的陳舊設(shè)備應(yīng)該怎樣辦呢？一方面要?jiǎng)?chuàng)造或引進(jìn)新技術(shù)，新工藝，新設(shè)備，進(jìn)行必要的設(shè) 備更新。另一方面則要進(jìn)行技術(shù)革新，挖掘設(shè)備潛力，進(jìn)行有效的技術(shù)改造，使舊設(shè)備適應(yīng)新的生產(chǎn)需要。 本設(shè)計(jì)是把 6136 普通車床改造成全自動(dòng)液壓專用機(jī)床，這樣生產(chǎn)錠腳時(shí)，生產(chǎn)率大大提高，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。而且因?yàn)槭窃谠械呐f設(shè)備進(jìn)行改造，就能夠充分利用原機(jī)床的結(jié)構(gòu)，避免了重新設(shè)計(jì)和制造許許多多的零部件，使工作量大大地減少，節(jié)省很多物質(zhì)，制造成本低，見效快。改造機(jī)床還有一個(gè)顯著的特點(diǎn)是興廢利舊，使原先已淘汰的機(jī)床重見陽(yáng)光，充分發(fā)揮其使用價(jià)值。 改造后的機(jī)床為全自動(dòng)液壓專用機(jī)床。專用機(jī)床是加工某種特定零件，完成某些特 定工序的專門機(jī)床，他有利于實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化，組成生產(chǎn)自助線，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。隨著生產(chǎn)率的發(fā)展和自助化程度的提高，專用機(jī)床目前在生產(chǎn)中的應(yīng)用已越來越廣。 本設(shè)計(jì)的主要要求為用 6136 普通車床改造為全自動(dòng)液壓專機(jī)加工錠腳的端面和外圓。生產(chǎn)綱領(lǐng)：粗車為 600 件 /班，精車為 680 件 /班。 本設(shè)計(jì)的方案力求簡(jiǎn)單可行，工作可靠，便于調(diào)整。 由于設(shè)計(jì)時(shí)間有限，加之實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)中難免有些錯(cuò)誤，請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 零件的工 藝性分析 工件是機(jī)床改造后的加工對(duì)象，也是改造機(jī)床工作的主要依據(jù)之一，故對(duì)工件進(jìn)行工藝性分析是必須的。 由于改造后的專用機(jī)床只加工零件的端面和外圓，故在此也只對(duì)這道工序的工藝性進(jìn)行分析。 根據(jù)工廠生產(chǎn)錠腳的工藝路線，在進(jìn)行車端面和外圓加工前， C 端面， 16+0.05 孔和末端中心孔已經(jīng)加工完畢。在這道工序中，要保證的尺寸精度有 11 0.1, 24 以及 21.5。要保證的位置精度是 D 端面相對(duì)于 16.25+0.035 的錐孔的圓跳動(dòng)為 0.05mm,還有在精車時(shí)，要車 0.5mm 的退刀槽。在這道工序中，要求達(dá)到的粗 糙度為 6.3。 從以上的分析中可以看到，這道工序的加工要求并不太高，首先要保證的是位置精度，其次是尺寸精度，粗糙度 6.3 在精車時(shí)就能夠達(dá)到 1。 針對(duì)桿類零件的加工特點(diǎn)和該零件的具體形狀以及加工要求，我們決定采用短錐銷 頂尖定位，短錐銷定位可限制 x,y,z 三個(gè)移動(dòng)自由度。頂尖可限制 y,z 方面的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度（如下圖 2-1 所示）。這樣定位后，只剩下一個(gè)需要轉(zhuǎn)動(dòng)的 x 方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，故此定位正確 8。 圖 2.1 短錐銷 采用這樣的定位方法之后，如何夾緊工件并使工件旋轉(zhuǎn)呢？經(jīng)過討論，我們決定采用這樣的專用夾 具（見下圖 2.2）。 全自動(dòng)液壓專用機(jī)床設(shè)計(jì) 刀架和上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 圖 2.2 專用夾具 在工裝上裝四個(gè)彈簧銷，工件上料時(shí)，可以有兩個(gè)壓在工件下面，幫助落料，另兩個(gè)卡在零件的銑平面上，帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。零件的末端有中心孔，故采用頂尖鎖緊，以此來夾緊工件。設(shè)計(jì)這個(gè)專用夾具，不僅可以完成愛動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)的重任，而且還可靠彈簧銷來幫助落料，真是一舉兩得。至此，工件的定位，夾緊已確定。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 3 總體方案的確定 針對(duì) 6136 普通車床，根據(jù)對(duì)零件的工藝分析和給定的液壓傳動(dòng)方式知道，由于采用液壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，使用專用夾具夾緊定 位，所以要拆掉溜板箱，進(jìn)給齒輪箱，改造刀架拖板和尾架，設(shè)計(jì)夾具和上下料機(jī)構(gòu)，原來車床的床身，床頭箱等則可利用。 根據(jù)以上的條件，我們?cè)O(shè)計(jì)了三套方案，一套是采用單刀靠模。采用一把車刀進(jìn)行車端面和兩個(gè)外圓。同時(shí)在縱橫方向上進(jìn)行靠模。如下圖 3-1 所示。 1主軸箱 2夾具 3死擋鐵 4尾架 5刀架拖板 6鑲條 7死擋鐵 8頂針 圖 3.1 單刀靠模 單刀靠模在縱橫向都需要靠模，特別是縱向靠模比較麻煩，改造的機(jī)構(gòu)增多。雖然采用單刀靠模車床的抗振性較好，同時(shí)因?yàn)槌粤ο嗤鉂嵍容^好， 但這樣改造不但復(fù)雜繁瑣，不經(jīng)濟(jì)，而且生產(chǎn)率較低。另一套方案是采用雙刀靠模。則采用兩把刀同時(shí)車外圓，開始時(shí)，利用第一把成形車刀進(jìn)行車端面（精加工時(shí)通過靠模車刀可切出退刀槽）。之后兩把刀同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)外圓的車削，見下圖 3.2 所示： 1 主軸箱 2 定位件 3 尾架 4 刀架拖板 5 鑲鋼 6 死擋鐵 全自動(dòng)液壓專用機(jī)床設(shè)計(jì) 刀架和上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 圖 3.2 雙刀靠模 這套方案比第一套方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高，粗糙度在精車時(shí)完全可以達(dá)到，加工零件少，成本低。而且 C6136 車床能夠承受的軸向抗力為 520Kg，徑向抗力為 390Kg。遠(yuǎn)遠(yuǎn)地小于 390Kg，所以可以看到機(jī)床的剛性是足夠的，故決定采用第二套方案。 在這套方案中，刀具是由兩把車刀組成的，第一把是成形車刀，進(jìn)行車端面，切退刀槽和車外圓。第二把是 60 外圓車刀，車 21.5 的小外圓。安裝時(shí)，兩把刀的切削刃間距等于 35mm，后一把刀比第一把刀進(jìn) 1.75mm。切削時(shí)，先是第一把刀車端面，通過靠模，切出退刀槽，遇到行程開關(guān)之后即進(jìn)行縱車外圓，此時(shí)后面的一把刀也進(jìn)行切削，兩把刀同時(shí)縱車外圓，到后一把刀加工完畢時(shí)，前一把早已切削完畢。這樣這道工序即加工完畢。 加工中，刀具的運(yùn)動(dòng)是通過行程開關(guān)發(fā)信，死擋鐵限 位，由掖壓缸來驅(qū)動(dòng) 11。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 4 刀架拖板設(shè)計(jì) 4.1 設(shè)計(jì)本部分的重要性 在車床上加工零件，其表面成形運(yùn)動(dòng)由兩個(gè)運(yùn)動(dòng)所組成，一是工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)就是刀具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。刀具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)直接參與切削過程，改變工件的形狀，尺寸和精度。本設(shè)計(jì)中，刀具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則是由刀架拖的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。所以，刀架拖板傳動(dòng)設(shè)計(jì)的合理與否，制造精確與否，直接關(guān)系到機(jī)床的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，反映到加工工件上。工件的加工精度，尺寸要求，以及切削用量等都需要本部分的設(shè)計(jì)來保證?？梢哉f本部 分的設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)中占有重要地位 12。 4.2 本部分的設(shè)計(jì)方案 根據(jù)總體方案來進(jìn)行本部分的設(shè)計(jì)。首先按照課題把 C6136 改造成用來加工錠腳端面和外圓的全自動(dòng)液壓專用機(jī)床設(shè)計(jì)以及錠腳的加工精度等，要求進(jìn)行改裝的 6136 車床具有下列的精度要求： 1. 溜板箱移動(dòng)對(duì)主軸中心線的不平行度允差 0.03/300 2. 導(dǎo)軌的直線性允差每米不可超過 0.010.05mm 3. 導(dǎo)軌間的不平行性偏差每米不可超過 0.05mm 4. 刀架橫向移動(dòng)對(duì)主軸軸線的垂直度允差為 0.03/300 5. 主軸的軸向竄動(dòng)允差 0.03/300 本部分的設(shè)計(jì)是如何來完 成縱橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。既然給定用液壓傳動(dòng)，那么進(jìn)給運(yùn)動(dòng)就靠液壓缸了。 4.2.1 縱向液壓缸的安置 方案一： 1 主軸箱 2 刀架 3 大拖板 4 縱向液壓缸 5 錠腳 全自動(dòng)液壓專用機(jī)床設(shè)計(jì) 刀架和上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 圖 4.1 縱向液壓缸安置在齒輪箱處 如圖 4.1 所示，縱向液壓缸安裝在原來拖板齒輪箱處，液壓缸采用桿固定的雙出桿式。在原來花鍵軸的位置上固定錠腳。液壓缸則通過螺釘和定位銷連接刀架溜板?？v向液壓缸這樣放置，結(jié)構(gòu)緊湊，但設(shè)計(jì)，安裝，調(diào)試復(fù)雜。 方案二： 1 主軸箱 2 刀架拖板 3 跳板 4 支架 5 液壓缸 6 滑板 圖 4.2 縱向液壓缸安置于床身導(dǎo)軌上 縱向液壓缸安置在尾架后的床身導(dǎo)軌上，缸固定通過滑板利用調(diào)節(jié)螺釘固定在床身導(dǎo)軌上，錠腳通過支架和跳板來拖動(dòng)大拖板縱向移動(dòng)（跳板分別與支架和大拖板相連接）。這樣安置雖然看上去零散，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便，而且占據(jù)的空間位置并不影響其他裝置。對(duì)于舊機(jī)床改造，力求簡(jiǎn)單 可行，調(diào)試方便，工作可靠，所以，決定采用本方案。如圖 4.2 所示。 4.2.2 橫向液壓缸的位置 橫向液壓缸的安置有兩種方案，一種是液壓缸放在后導(dǎo)軌上，用支承板來固定液壓缸，這樣安置就刀架拖板部分來講，這樣安置比較有利，對(duì)人的操作無影響，但是因?yàn)楸緳C(jī)床上有自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)，上料機(jī)構(gòu)就安置在后面，要與橫向液壓缸相碰，故此方案不能成立。另一種方案是橫向液壓缸安置在前導(dǎo)軌的大拖板上，用兩個(gè)螺釘固定在大拖板上。這樣安裝雖對(duì)工人操作有所影響，但卻是可行的。事實(shí)上，這液壓缸尺寸較小，又是全自動(dòng)機(jī)床，對(duì)工人操作的影響是微 乎其微了。 所以，刀架拖板的液壓缸布置如下圖 4.3。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 4.3 橫向及縱向液壓缸安置 全自動(dòng)液壓專用機(jī)床設(shè)計(jì) 刀架和上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 4.3 出屑 在原來的 6136 車床上，鐵屑是靠操作工人排屑的，現(xiàn)在改為自動(dòng)車床后，不可能再由工人來排屑。一是吸塵，因?yàn)楣ぜ牧蠟榛诣T鐵，加工時(shí)細(xì)小鐵屑易風(fēng)風(fēng)揚(yáng)揚(yáng)，采用吸塵措施可以改善這一情況，細(xì)小的鐵屑都被吸走了，剩下較大的鐵屑怎么辦呢？設(shè)計(jì)時(shí)采用了第二條排屑措施，在大拖板設(shè)置出屑板，出屑板傾斜（和水平面） 30 ,其高度略小于加工高度，鐵屑落下后就不會(huì)堆積在拖板上，而是順斜坡滑到落料機(jī)構(gòu)中，落料機(jī)構(gòu)中的板 是網(wǎng)眼板，鐵屑則通過網(wǎng)眼落到下面的容器內(nèi)，這樣排屑問題基本解決了 13。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算分析 5.1 縱向液壓缸的設(shè)計(jì) 5.1.1 液壓缸的類型和安裝形式 縱向液壓缸是用來拖動(dòng)刀架拖板在床身導(dǎo)軌上來回移動(dòng)，根據(jù)總體設(shè)計(jì)，方案的要求選用雙作用單錠腳液壓缸。安裝形式因?yàn)槭撬桨惭b在床身導(dǎo)軌上，故采用切向底座的安裝方式，如下圖 5.1 所示。 圖 5.1 切向底座的安裝方式 5.1.2 液壓缸工作壓力的確定 工作載荷： F=Fx+fsNF Fx 縱車時(shí)的軸向力 FN 在垂直方向上的力（包括重力，主求削力） fs 摩擦系數(shù) ,取 0.2 縱車時(shí)，兩把刀同時(shí)切削，故 Fx=Fx1 +Fx2 成形車刀車外圓時(shí) Kr=30 ,外圓車刀 Kr=60 0.41x pxF C ts pxC 系數(shù) ,因?yàn)?Kr=30 ，查表pxC=36 t 切深（ mm）根據(jù)零件的尺寸要求， t=1mm S 進(jìn)給量（ mm/轉(zhuǎn)），根據(jù)總體計(jì)算， S=0.7(mm/轉(zhuǎn) ) 全自動(dòng)液壓專用機(jī)床設(shè)計(jì) 刀架和上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 因?yàn)?xF= 0.4pxC ts=361 0.40.7 =310N 2xF= 0.4pxC ts=51 1 0.40.7 =442N 所以 Fx= 1xF+2xF=310+440=754N 1zF= 0.751pzC ts=99 1 0.750.75 =758N 1pzC查表得 99 2pzC=86.5 2zF=2pzC 0.75ts =86.5 1 0.750.75 =622N zF= 1zF+2zF=758+622=1380N G-拖板重量，約 600N F= Fx