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附錄 A 四 工位組合機床的設計與研制 摘要 摘要：本文介紹了一種用于加工載重汽車輪轂的單面立式 30 軸鉆、擴、鉸組合機床，以及機床的設計方法、結構、性能特點和使用操作等。 關鍵詞：組合機床 ;輪轂 ;設計 ;研制 四工位組合機床用于對載重汽車前、中后輪轂 10、鉸加工。此類機床過去已有的設備相對落后，電氣系統、液壓系統及機床主要部件相對過時和陳舊。本文介紹的組合機床有較先進的電氣控制系統和液壓系統，機床的運行采用三菱可編程控制器程序控制，程序可根據加工流程圖進行調整，變成方便靈活。它集粗鉆、 擴加工和精鉸加用于一身，自成體系地形成一條圓形加工流水線。該設備占地面積小，加工精度高，性能穩(wěn)定可靠，是汽車制造工廠加工輪轂不可多得的設備。它是由專用底座，專用主軸箱，專用夾具及鉆模板， １ 組合機床的技術發(fā)展 合機床 組合機床是一種專用高效自動化技術裝備，目前，由于它仍是大批量機械產品實現高效、高質量和經濟性生產的關鍵設備，因而被廣泛應用于汽車、拖拉機、內燃機和壓縮機等許多工業(yè)生產領域。所以說組合機床的技術性能和 綜合自動化水平，在很大程度上決定了這些工業(yè)部門產品的生產效率、產品質量和企業(yè)生產組織的結構，也很大程度上決定了企業(yè)產品的競爭力。 現在組合機床作為機電一體化產品，它是控制、驅動、測量、監(jiān)控、刀具和機械組建等技術的綜合反映。近 ２０ 年來，這些技術有長足進步，同時作為組合機床組要用戶的汽車和內燃機等行業(yè)也有很大的變化，其產品市場壽命不斷縮短，品種日益增多且質量不斷提高。這些因素有力地推動和激勵了組合機床的不斷發(fā)展。 合機床品種的發(fā)展 在組合機床這類專用機床中 ,回轉式多工位組合機床和自動線占有很重要的地位 。因為這兩類機床可以把工件的許多加工工序分配到多個加工工位上 ,并同時能從多個方向對工件的幾個面進行加工 ,此外 ,還可以通過轉位夾具 (在回轉工作臺機床上 ) 或通過轉位、翻轉裝置 (在自動線上 ) 實現工件的五面加工或全部加工 ,因而具有很高的自動化程度和生產效率 ,被汽車、摩托車和壓縮機等工業(yè)部門所采用。 根據有關統計資料 ,德國在 1990～ 1992 年期間 ,回轉式多工位組合機床和自動線的產量約各占組合機床總數的 50 % 左右。應指出 ,回轉式多工位組合機床實際上是一種特殊型式的小型自動線 , 適合于加工輪廓尺寸 ≤ 250中小件。與自動線相比 , 在加工同一種工件的情況下 ,回轉式多工位組合機床所占作業(yè)面積要比自動線約小 2/ 3 。 合機床柔性化進展迅速 十多年來 ,作為組合機床重要用戶的汽車工業(yè) ,為迎合人們個性化需求 ,汽車變型品種日益增多 ,以多品種展開競爭已成為汽車市場競爭的特點之一 ,這使組合機床制造業(yè)面臨著變型多品種生產的挑戰(zhàn)。為適應多品種生產 ,傳統以加工單一品種的剛性組合機床和自動線必須提高其柔性。在 70 年代 ,數控系統的可靠性有了很大的提高 ,故到 70 年代末和 80 年代初 ,像 運動特性曲線。由于電液比例閥控制系統 公司相繼開發(fā)出數控加工模塊和柔性自動線 (F ,從此數控組合機床和柔性自動線逐年增多。在 1988 年至 1992 年間 ,日本組合機床和自動線 (包括部分其它形式的專用機床 ) 產量的數控化率已達 32 % ～ 39 % , 產值數控比率達 35 %～ 51 % ; 德國組合機床和自動線產量的數控化，發(fā)動機變型品種日益增多的趨向率為 18 %～ 62 % , 產值數控化率達45 %～ 66 % ２ 四工位組合機床的設計 ２ 藝方案的確定 組合 機床是針對某種零件或某道工工序而設計的，工藝方案又是組合機床設計的關鍵，它是根據被加工零件的結構特點、加工部位、加工的尺寸精度、粗糙度以及其他技術要求來確定設計的。 被加工件是汽車輪轂零件，在前道立車工序上已加工出 求在 375 的圓周面上加工出 10 個 27+位置公差為 0～ 糙度為 據以上要求，工藝方案應確定粗精加工分開進行，即先鉆 25的孔，然后擴孔到 精餃孔到 27，考慮到零件的加工精度和工序集中原則，粗精加工合并成一道工序在一臺機床上進行。由 此確定機床的鉆、擴、鉸三個工位，加之裝卸工件工位，故命名為四工位組合機床。 ２ 置型式及其結構方案 機床的配置型式主要取決于被加工零件的加工精度和工藝方案，既要考慮能實現工藝方案以保證零件的加工精度、技術要求和生產效率；又要考慮操作方便，易于維修，冷卻和排屑情況良好。該機床的配置型式屬于大型組合機床，總重量約為 21t，總功率 250成四個工位，與之對應的立柱上安裝 臺上安裝標準動力頭和專用主軸箱，主軸箱的加工中心與回轉工作臺的回轉 中心對中，成垂直立式布局。裝卸工件和加工工件可同時進行，互不干擾，既機床的切削時間和輔助時間重合，從而提高機床的工作效率。 ３ 組合機床的主要組成部分 ３ 身 床身部件必須有足夠的承載能力和足夠的剛度動態(tài)性能及過載儲備稀疏，以保證各部件之間能長期保持其正確的相對位置。組合機床的剛度和部件之間的精度保持性要由床身部件來保證。本機床的床身不見主要由回轉工作臺底座、立座底座、立柱和立柱墊等構成。它們起著組合機床的基礎骨架作用。床身部件包括配重在內的重量達組合機床總重量的 70%以上，因而具有良好的剛性和抗振性能，為保證機床的加工精度奠定了良好的基礎。 ３ 臺 滑臺之用來實現進給運動的動力部件，它主要由滑臺，滑臺座和液壓油缸三部分組成?；_座固定在立柱上，液壓油缸體固定在滑座上，活塞桿與滑臺相互連接，工作時，液壓油缸固定，活塞桿帶著滑臺在滑座的導軌上作往返運動。本機床液壓滑臺屬于大型滑臺，有足夠的能量儲備。滑臺的工作有快進、共進和快退三種狀態(tài)。其動作是由電氣系統和液壓系統共同控制的。在滑臺上安裝有動力頭和主軸箱，滑臺頂部裝有鋼絲繩滑輪組，另一端在立柱中裝有配重塊，目的是使滑臺在滑座上移動輕便，并可防止滑臺端 過重而下滑。 ３ 力頭及主軸箱 動力頭是主軸運動的驅動裝置，它帶動主軸箱的各個輸出主軸使刀具作主體運動。本機床鉆、擴、餃孔刀具直徑分別為 25 27加工零件材料為 35度 32， 考慮到扭矩儲備系數，機床采用標準電機為 15速為 970r/出軸轉速為 475r/軸箱是組合機床重要部件之一，其作用是根據被加工件的加工要求，安排各主軸的位置，并將電機的動力按不同的轉速比輸出分配給各工作主軸，使主軸得到要求的轉速和轉向， 以滿足對零件的加工。主軸箱主軸的排列根據被加工零件的工藝要求進行設計，并與回轉工作臺上的夾具工位向對應，主軸箱的傳動齒輪及傳動軸可選標準件。 ３ 軸及鉆模板 主軸的結構取決于零件的加工工藝以及主軸的受力情況。對于鉆削加工的主軸，受軸向切削力較大，應采用推力球軸承或滾錐軸承定位。主軸與刀具的連接方式采用莫氏 3#導向套接桿，刀具的長短比例可視加工情況調整接桿。用于鉆、擴孔加工的主軸轉速為 175r/削速度 V=刀量 S=0r/削速 度 V=刀量 S=r，進刀速度 0mm/鉆模板主要起對刀具的輔助定位作用，防止刀具在加工時擺動，從而提高被加工件的精度。 ３ 轉工作臺 回轉工作臺是多工位組合機床的輸送部件。本機床的回轉工作臺分四個工位， 1工位用于裝、卸工件， 、鉸工位?；剞D工作臺作單方向的回轉運動，相當于一條圓形自動生產線，其結構緊湊，生產效率高，可以方便的實現電氣自動控制。該機床是齒盤定位回轉工作臺，其主要組成有：花盤、工作臺體、多齒定位盤、集屑槽、呼吸器、卡緊油缸、 活塞、轉位齒輪、轉位離合器、液壓閥、轉位齒條等?；剞D工作臺的齒盤是圓周分布的一對相互嚙合的端面齒輪，靠圓周多齒嚙合定位，具有定位精度高和剛性好的特點，所以在轉臺上無論徑向力、軸向力或切向力，都可以起到自動定心的作用。 ３ 具 夾具使用來防止并固定被加工零件的。正確選擇加工用定位基準是確保加工精度的重要條件。夾具的尺寸精度和安裝精度的高低直接影響到零件的加工精度，本機床共有四套尺寸相同的夾具，均布在回轉工作臺上并與回轉臺中心形成同心圓流水線。夾具主要有四個夾具體、定位圈、夾緊油缸等組成。每套夾具有四個夾 緊油缸，等分固定在夾具體的四個方向上，夾緊工件時受力均衡，防止零件變形。定位圈時夾具的關鍵部件，必須使四套夾具的定位圈尺寸公差相一致，而且四套夾具的回轉中心與回轉工作臺的回轉中心也應絕對重合，才能保證零件的加工精度。 ３ 壓系統 機床的液壓系統相當于人體的血液喜歡系統，被加工零件的夾緊、放松，工作臺的抬起、旋轉和落下，動力頭滑臺的快進、共進和快退等都是靠液壓系統來實現。液壓系統主要由液壓站集中控制，液壓電機為 22壓泵為變量葉片泵，滑臺的動作是由一個三位五通電磁閥和調速閥來控制?；剞D工作臺的抬起 、落下、回轉和復位，以及工件的夾緊和放松，主要由三個兩位四通電磁閥來控制。另外專設一路由程序控制的對液壓滑臺自動定時潤滑。 ３ 氣系統 本機床采用 菱可編程控制器作為中央控制樞紐。它是由中、大規(guī)模集成電路組成，具有強大的邏輯控制功能和邏輯存儲功能，響應速度快，功耗小，體積小，受命小，可靠性高，通用性強，可不受條件限制地對程序進行在線編程、調試和修改。它可以實現對程序的自我診斷和故障檢測，可進行邏輯運算和編程的控制，定時和計數的控制，可以容易地實現機、電、液一體化。電氣系統的交流在、輸出控 制主要有主軸電機，液壓電機，冷卻電機。直流輸出主要控制液壓站的十路電磁閥。 電氣系統的硬件主要有可編程控制器、變壓器、接觸器、操縱按鈕和保險器、整流二極管和續(xù)流二極管、以及行程開關等組成；軟件主要包括主程序，同時有為程序服務的各個期間的輸入輸出地址標和程序梯形圖等。 機床的操作分調整和自動兩種方式，調整方式為手動控制機床的單步操作；自動方式由程序控制按加工流程圖實現自動循環(huán)。 ３ 卻系統 機床外部設有專用的帶腳輪的冷卻箱，便于維修和清理，量為 50L/卻水到達鉆模板 后分成三路，每一路有 10個導向水嘴，對應于 10 把刀具，俄有效地實現刀具的冷卻。冷卻泵在滑臺工進時由程序控制自動啟動，實施對被加工工件的冷卻，工進到終點時自動關閉。 4 組合機床的安裝調試及精度檢驗 在組裝過程中始終貫穿著對系統部件的不斷調試，以及對影響加工尺寸的主要部件的自身精度和結合精度進行調整。 系統的調試是根據各個系統的要求和機床工作循環(huán)圖的要求來對電氣系統、液壓系統、冷卻系統、主機系統自身和相互之間進行有關調整。 對主要部件自身精度和結合精度進行調整是指以下幾個方面： （ 1）機床側底座、立柱底座的安 裝水平。 （ 2）機床側底座、立柱底座、機床導軌的扭曲。 （ 3）主軸孔軸線的徑向跳動。 （ 4）主軸孔軸線對機床導軌的平行度。 （ 5）夾具襯套孔軸線或樣件孔軸線對導軌的平行度。 （ 6）主軸和夾具襯套孔或樣件孔對導軌的等距度。 （ 7）回轉工作臺的回轉中心與主軸箱的加工中心的同軸度。 5 試車 當工件狀態(tài)旋鈕開關置于“調整”位置時，操作各按鈕如夾緊、放松、前進、后退等，可進行機床的單步動作，此功能主要用于機床試運行或刀具的調整等。當開關置于“自動”狀態(tài)時，機床的動作完全由程序自動進行控制，每次裝卸完工件后，只需按“ 夾緊”、“抬起”按鈕，機床就會自動循環(huán)、周而復始的工作下去，直到按“停止”按鈕為止，此功能主要用于對零件的自動加工。 經試車運轉一切正常，并對零件進行了加工試切驗證，經過機械工業(yè)部第十七計測試中心檢測，尺寸公差及精度符合零件圖紙的技術要求。 6 本組合機床特點 (1)機床上的通用部件和標準零件約占機床零部件總量的 ７０％ 以上，因此設計和制造的周期短，經濟效益好。 (2)機床采用專用的夾具、刀具及鉆模板，一次性調整后，其加工質量全靠工藝裝備來保證，對操作人員的技術水平要求不高，且勞動強度低。 (3)該設備占地面 積小，加工精度高，性能穩(wěn)定可靠，是汽車制造廠加工輪轂的專 用設備。 (4)機床有鉆、擴、鉸及裝卸四個工位，裝卸及加工同步進行，因此機床的生產效率高，每小時可加工零件 １５ 件以上，加工質量穩(wěn)定。 (5)機床采用可編程控制程序控制，因而自動化程度高，且機床的動作在不改變電氣線路的情況下可在線編制程序，隨機調整。 附錄 B of 7] is it of 0 up to to of of in of of of of s to to It is to is it to is it is it is it to s to in to to to it to is in is it is is it is of It is by 1. of t is of a of to At it is in in a of as So of of to a of to a up as of It of 0 at as up of a of is by is of up of of n up of s is it a of of to a of of of a of at In to at or to at or of is by as to is 990of is it is it 0 , of up to to s a of a of in to of ü 250mm of In of of , as of In to to of by Is it of of to is it up of of to In to to of up In 970s, of a So of by of H ¨1of in F up by 988 992, up of 2- 39, of 5- 51; of 8 - 62 by of of is up 5 % 2 of of a up to a or is to up to It to of is it is it to to It is an to In up 0 7+on 75, on a of 12, . 2. on 5 6. 6, 7, of is a is on on a of in of so he of on of as to of it is to to to in of to up is 1t, 7. 5of on of 250m, of on on t of of to go on at of of of be of so as to a up of of by is it up of to a of up is it 0% of up to of o is it is it of to to It by is on of is on at of of of to of is it of to by on is of on in is to on he is of of It of is of of 5 26 6mm 7It 5to of 570r/of 75r/of of to of of is it to of to of he of on of of to to be or of of of is it to of is 75r/ =13. 7m/ =0. 17mm/r. of of 0r/ =4. 24m/ =0. 6mm/r, v of 30mm/on t is a of s to of 1 is it to 2. 3. 4 s It it to to of is is be is is it to a it it up to be as of a is a in Is it a to by by is it to be to No or of so on he is It is an of to to of of of of fou