减速器箱体双面铣组合机床技术

　　1．引言

　　组合机床是以通用部件为基础，按照工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具组成的半自动或全自动专用机床。一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工，生产效率比通用机床高几倍甚至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期，组合机床兼有成本低和高效率的优点，在大批量生产中得到广泛应用，并可以组成自动生产线，提高企业效益。组合机床主要用于平面加工和：~L,Dii工。平面加工包括铣、车平面加工；孔加工包括钻、扩、铰、镗孔及倒角，切槽，攻螺纹，滚压孔等。随着综合自动化的发展，其工艺范围正扩大到车外圆、拉削、推削、磨削及抛光、冲压等工序。

　　本文以减速器箱体为例进行减速器箱体双面铣组合机床设计。

　　2．减速器箱体机械加工工艺规程设计

　　根据零件工艺要求进行组合机床设计。工艺规程的拟定是组合机床设计的关键一步，因为工艺方案很大程度决定了组合机床的结构配置和使用性能。

　　2．1分析、研究加工要求和现场工艺

　　2．2定位基准和夹压部位的选择

　　正确选择定位基准和夹压部位是保证加工精度的重要条件。而对于本机床定位基准采用“一面两销”定位原则。

　　2．3影响工艺方案的主要因素

　　加工的工序内容和加工精度，这是制定机床工艺方案的主要依据。加工零件的特点，如工件的材料及硬度、加工部位的结构形状、工件刚性、定位基准面的特点等，对组合机床工艺方案的拟定都有重要的影响。

　　2．4工序间余量的确定

　　为可靠地保证加工余量，必须合理确定工序间余量。确定工序间余量应注意以下几点：

　　(1)工件经重新安装或多工位机床加工，定位误差较大时，余量应适当加大。当工件一次安装下半精加工和精加时，精加工余量可小些。

　　(2)考虑零件加工精度及表面粗糙度要求铣削加工需要分为粗铣和精铣，粗铣的切削用量和精铣的切削用量可参考《机械加工工艺手册》。

　　3．组合机床总体设计

　　3．1切削用量的确定

　　在组合机床工艺方案确定的过程中，工艺方法和关键工序的切削用量的选择十分重要。切削用量选择是否合理，对机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床结构型式及工作可靠性均有较大影响。

　　3．2铣削切削用量的确定

　　铣削切削用量的选择与要求的加工表面粗糙度及其效率有关系。当铣削表面粗糙度数值要求较低时，铣削速度应高一些，每齿走刀量应小一些。若生产率要求不高，可以取很小的每齿走刀量，一次铣削4mm~5 iTl／n的余量达到Ra1．61J m的表面粗糙度。这时每齿的进给量一般为0．02mm~0．03ram。根据选定的切削速度(主要指切削速度V及进给量f)，确定进给力，作为选择动力滑台及设计夹具的依据；确定切削转矩，用以确定主轴及其他传动件的尺寸；确定切削功率，用于选择主传动电机(一般指动力箱电机)功率；确定刀具耐用度，用以验证所选用量或刀具是否合理。

　　3．3组合机床“三图一卡”

　　‘绘制组合机床“三图一卡”，就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括：零件工序图、加工示意图、机床尺寸联系总图和生产率卡等。

　　3．4被加工零件工序图

　　被加工零件工序图是根据制订的工艺方案，表示所设计的组合机床(或自动线)上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括：

　　(1)被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。当需要设置中间导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部肋、壁布置及有关结构形状和尺寸表示清楚，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。

　　(2)本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的支承、定位、夹紧和导向等结构设计。

　　(3)本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。

　　(4)注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度及加工部位的余量。

　　3．5加工示意图

　　加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的。它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液压、电气系统以及选择动力部件、绘制机床总联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必须的重要技术文件。在加工示意图中表达和标注的内容有：机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程；工件、刀具类型、数量和结构尺寸；铣刀刀头、铣夹头、主轴之间的连接方式及配合尺寸等。

　　(1)尽量缩小铣削头到工件端面之间的距离。

　　(2)标注切削用量：轴的切削用量应标注在相

　　应的主轴后端。其内容包括：主轴转速I1 、相应刀具的切削速度vi、每转进给量￡和每分钟进给量fM。主轴的每分钟进给量是等于动力滑台的工进速度vf，即fM=Vf。

　　(3)动力部件工作循环及行程的确定：动力部件的工作循环是指加工时，动力部件从原来位置开始运动到加工终了位置，又返回到原位的动作过程。一般包括快速进给、工作进给和快速退回等动作。有时还有中间停止、多次往复进给、跳跃进给死挡铁停留等特殊问题。

　　(4)快速退回长度的确定：快速退回长度等于快速引进和工作进给长度之和。动力部件快速退回行程必须把刀具退回到夹具运动可能碰到的范围之外，初步选为110ram。

　　(5)动力部件总行程的确定：动力部件的总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外，还要考虑因刀具磨损或补偿制造、安装误差，前备量和后备量。因此，动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。铣床铣削头总行程为：L=I 1 0+20+270=400(mm)。

　　3．6机床尺寸联系图

　　机床尺寸联系图是以被加工零件工序图和工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件结构绘制的。是用来表示机床配置形式、主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局图。用以检查各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适；它为夹具等专用部件设计提供了重要依据；它可以看成机床总体外观简图。由其轮廓尺寸、占地面积、操作方法等可以检验是否适应用户现场使用环境。

　　3．6．1动力部件的选择

　　绘制机床尺寸联系图前确定动力部件的选择。主要是确定铣削头和动力滑台。已经确定机床为卧式双面单工位液压传动组合机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的铣削头进行铣平面。铣削头规格要与滑台匹配，其驱动功率主要根据切削功率及所需的最小进给速度、工作行程、考虑工作的稳定性及来选用。

　　3．6．2绘制机床尺寸联系图需要注意的问题

　　当某一规格的动力部件的功率或进给力不能满足要求，但又相差不大时，不能选用大一规格的。 ‘当工件上加工部位对工件中心线不对称时，应注明动力部件中心线同夹具中心线的偏移量。对机床单独安装的液压站和电气控制框及控制台等设备也应确定安装位置。绘制机床联系尺寸总图时，各部件应严格按照同一比例绘制，并仔细检查长、宽、高三个作标方向的尺寸链均要封闭。本设计中高度方向尺寸链应封闭，即工件安装后其最低孔中心线与地面的距离(等于装料高度H和工件最低孔与夹具安装基面问距之和)，必须与多轴箱相应的最低主轴线与地面问的距离相等，即应满足下列等式：

　　H+h=h4+h3+0．5+hl 、

　　(880+192．5)mm=(560+320+0．5+192．5)mlyl

　　同样，机床加工方向从工件中心到夹具、铣削头、滑台、再由滑台返回到滑座前端、侧底座、中间底座、工件中心的尺寸链也应封闭。
4组合机床夹具设计

　　4．1定位装置设计

　　定位方法和定位元件的选择，包括定位元件的结构、形状、尺寸及布置形式等，主要决定于工件加工要求、工件定位基准和外力的作用状况等因素。根据零件尺寸及结构要求，依据“六点定位原理”采用“一面两销”定位较为合理。“一面”定位限制了零件三个自由度：x方向、Y方向的转动、z方向的移动，定位元件采用支撑板，采用两个以上支撑板定位时，装配后应磨平工作面，以保证等高性；“两销”分别为圆柱销和削边销，因为工件以一面及两个圆柱孔实现组合表面定位时，为补偿工件两定位孔直径和中心距误差及夹具两定位销直径和中心距误差，夹具两定位销应采用一圆柱销和一削边销。圆柱销限制了x方向的移动和Y方向的移动，削边销和圆柱销组合使用限制了零件z方向的移动。

　　4．2夹紧装置设计

　　4．2．1夹紧机构概述

　　在组合机床上加工时，工件依靠夹具上的定位支承系统，获得对于刀具及其导向的正确位置，还需要依靠夹具上的加紧机构，来消除工件因受到切削力或工件自重的作用而产生的位移或振动，使工件在加工中能继续保持定位所得的正确位置。夹紧机构通常由三部分组成：夹紧动力部分，中间传动机构和夹紧元件。这三部分起着不同的作用，夹紧动力部分用于产生力源，并将作用力传动中间传动机构；中间传动机构能改变作用力的方向和大小，即作为增力机构，同时能产生自锁作用，以保证在加工过程中，但力源消失时工件在切削力或振动的作用下仍然能可靠压紧；夹紧元件则用以承受由中间传动机构传递的夹紧力，并与工件直接接触而执行夹紧作用。

　　4．2．2夹紧力的计算

　　计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。根据工件收切削力、夹紧力作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理计算出夹紧力。我设计的铣床夹具采用螺旋夹紧机构，螺旋夹紧机构结构简单，便于夹紧，操作容易。

　　5．结论

　　综上所述：组合机床具有生产率高、加工精度稳定、研制周期短、自动化程度高和配置灵活等优点，还可对废弃机床进行回收再利用，经济实效；随着经济的发展，组合机床已经被广泛地应用到车间的生产中，为生产节约了大量的经费和时间。

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