空心铆钉机总体及送料系统设计(机械CAD图纸)
1、前言
组合机床是由按系列化、标准化原则设计的通用部件和按被加工工件的形状、工艺要求而设计的专用部件所组成的高效率专用机床。
组合机床是随着机械工业的不断发展，由通用机床、专用机床发展起来的。但由于通用机床对工件加工时，往往需要对工件多次安装、对刀、试切、测量等手工操作，自动化程度低，辅助时间长，生产效率补高，质量补容易稳定，人为因素比较大。特别是在大批量对工件的某一工序加工中，使用通用机床显得更不经济，通用机床的许多部件结构的作用并没有充分的发挥。因此，人们创造了专用机床。专用机床是是为一定的加工对象设计制造的，专门用来完成某一工件的一道或几道工序。专用机床采用多刀切削，生产效率高、机构简单，容易实现自动化，减轻人工劳动强度，产品质量较能保证。因此，专用机床不能适应机械工业的迅速发展，产品不断更新的要求。
为了使金属切削机床既能具有机床的生产效率高，结构简单的特点，又具有通用机床的适应性强，能适应加工对象变化的特点，人们分析了各种机床的特点，将其划分为若干个具有一定功能的独立部件，使其中一些独立部件能互相通用，并按系列化、标准化和通用化设计，预先组织成批生产。这些互相通用的部件称为通用部件。根据工件加工要求，可选用合适通用部件，再配以少量的加工对象要求的专用部件，就可以组成一台所需的组合机床。当加工对象变化时，组合机床可部分或全部改装，但它的通用部件可重新使用或配换，再按零件加工要求设计制造少量专用部件，又组成一台具有新的功能的组合机床。
组合机床在我国汽车、拖拉机、电机、阀门等一些生产批量较大的制造业中得到广泛使用。在一些中小批量的生产企业，如机床、机车制造业中也推广使用。我们已制定了完整的通用部件的系列和标准，建立了组合机床的体系。产品的质量高、低成本及减轻工人劳动强度、提高生产率是机床的发展趋势。组合机床的研制也正向着高效、高精度、高自动化和柔性方向发展，使其在机械制造业中发挥更大作用。
2组合机床总体设计
2.1 组合机床总体设计
2.1.1组合机床工艺方案的制定
a.本机床被加工零件特点
该加工零件为JD490柴油机机体。材料HT250，其硬度为HB187—251，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完毕。
b.本机床被加工零件的加工工序及加工精度
此次设计的组合机床是完成JD490柴油机机体上的4个缸孔的加工，其具体的加工工艺如下:
半精镗087
.004.116+Φ孔,深10 087.004.110+Φ孔,深10.3
115Φ孔,深124 倒角9.114Φ,深5.6
半精镗087.004.109+Φ,深21.4
c.由于加工115Φ和倒角9.114Φ孔时，它的孔径大于087.004.110+Φ，故将通过
组合镗刀里的径向调整机构带动倒角刀的伸出，从而进行扫内腔和倒角。
d.工件的材料为HT250，较钢容易断屑排屑，故通过单工步即能达到要求。
e.为可靠地保证加工质量，必须合理确定工序间加工余量。在半精镗时，它的直径方向的余量为1.0—1.5，具体参照文献1 表3-1 孔加工常用工序余量。
2.1.2定位基准的选择
“一面双孔”的定位方法，其特点是：
a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。
b.有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各 面上孔的位置精度。
c.“一面双孔”可作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件的加工精度。同时，使机床各个工序（工位）的许多部件实现通用化，有利于缩短设计、制造周期，降低成本。
d.易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切削落于定位基面上。 本机床加工时采用的是"一面两销"的定位方式。即一面是缸体底面，限制了三个方向的自由度；圆柱销限制了两个方向的自由度；菱形销限制了一个方向的自由度。通过一个平面和两个定位销限制其六个自由度，这样工件的6个自由度被完全约束了也就得到了完全的定位。
e.由于主轴是液压控制，因此，夹具也通过液压来驱动，能达到集中控制的要求，对被加工零件的四个角进行加紧，有效的保证了加工精度。
2.1.3机床配置型式的选择
根据选定的工艺方案确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件的精度、技术要求及生产率，又要考虑机床操作方便可靠，易于维修，且润滑、冷却、排屑情况良好。对同一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采取哪种方案时，绝不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进行多种方案的对比，从中选择最佳方案。
各种形式的单工位组合机床，具有固定式夹具，通常可安装一个工件，特别适用于大、中型箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这种机床可分为单面、多面复合式。利用多轴箱同时从几个方面对工件进行加工。但其机动时间不能与辅助时间重合，因而生产率比多工位机床低。
机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输也都比较方便；而且，机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优点是占地面积小，自由度大，操作方便。其缺点是机床重心高，振动大。
在认真分析了被加工零件的结构特点及所选择的加工工艺方案，又由组合机床的特点及适应性，确定设计的组合机床的配置型式为多工位立式半精镗组合机床。
2.1.4滑台型式的选择
本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台具有如下优点：零件损失小，使用寿命长，在相当大的范围内进给量可以无级调速；可以获得较大的进给力；工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现；过载保护简单可靠；由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。
本课题的JD490柴油机机体上的4个缸孔的加工，位置精度和尺寸精度要求较高，刚度高、热变形小、进给稳定性高，因此采用液压滑台。
2.1.5 中间底座的选择
中间底座其顶面安装夹具或输送部件，侧面可与侧底座相连接，并通过断面键或定位销定位。根据机床配置形式不同，中间底座有多种形式，。总之而言，中间
底座的结构、尺寸需要根据工件的大小、形状以及组合机床的配置形式来确定。因此，中间底座一般按专用部件进行设计，但为了不致使组合机床的外廓尺寸过分繁多中间底座可参照表2-1：
表2-1 中间底座主要尺寸（mm）
2.2切削用量及选择刀具的确定
2.2.1选择切削用量
对于半精镗5个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从文献[1]P.132表6-15中选取。镗孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，使刀具寿命有所降低。降低切削速度主要是为了提高刀具寿命，并使加工较深孔时镗刀的的寿命与加工其他浅孔时镗刀的寿命比较接近。
复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用寿命。保证刀具应有的使用寿命，进给量按复合刀具最小直径选择，切削速度按复合刀具最大直径选择。对整体的复合刀具，往往强度较低，故切削用量应选对稍低些。
另外，选择切削用量时还要保证生产批量要求，也要保证刀具一定的耐用度。组合机床切削用量选择通常要求刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于4h。
确定切削用量时，还需考虑所选动力滑台的性能。使用液压滑台时，选择每分钟进给量应比该滑台最小工进速度大50%，否则会受温度和其他原因导致进给不稳定。
切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的布局形式及正常工作均有很大影响。组合机床多轴箱上所有的刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。查文献[1]得硬度HB187-251时，高速钢钻头的切削用量如表2-2：
表2-2 镗孔切削用量
先以刀具来选择较合理的转速n 和每转进给量f ，选择合理的切削速度。切削速度v 的公式如下：
1000
dn
v π=-----------------------------------------------（1-1）
（１）1、3缸孔的切削用量选择如下：
Ａ 半精镗087
.004.116+Φ孔,深10
由150~80ΦΦ≥d ，硬度大于187~251HBS ，选择min /90~70m v =，
r mm f /45.0~15.0>，又mm d 4.116=，初选r mm f r n /3.0min,/7.236==，
则由式)11(-得：
min /6.861000
m dn
=π
Ｂ 半精镗087.004.110+Φ孔,深10.3
min /1.82m v = Ｃ 半精镗115Φ孔,深124 min /5.85m v = Ｄ 倒角9.104Φ,深5.6 min /4.85m v =
Ｅ 半精镗087.004.109+Φ,深21.4
min /4.81m v =
（２）２、４缸孔的切削用量选择如上
2.2.2切削力、切削扭矩及切削功率的计算
根据选定的切削用量（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夹具设计的依据；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，用作选择主传动电机功率；确定刀具耐用度，用以验证所选用量或刀具是否合理。
根据文献[1]P.134表6-20中公式：
55.075.04.51HB f a F p z = （2-2） 1.165.051.0HB f a F p x = （2-3） 55.075.07.25HB f Da T p = （2-4）
61200
v F z P =
（2-5）
45.0max =f
式中，z F －－圆周力（Ｎ） x F －－轴向切削力（Ｎ）
T －－切削转矩（mm N ?） P －－切削功率（kw ）
m in)/(m v 切削速度-- )/(r mm f 进给量-- )(mm D 加工直径-- )(mm a p 切削深度--
HB--布氏硬度，)
(min max 31max HB HB HB HB --=，本设计中，230,187,251min max ===HB HB HB 得
Ａ 由以上公式可得， 半精镗087.004.116+Φ孔,深10
N HB f a F p z 2.41472303.0104.514.5155.075.055.075.0=???== N HB f a F p x 2.14642303.01051.051.01.165.02.11.165.0=???==
mm N HB f Da T p ?=????==7.2413662303.0104.1167.257.2555.075.055.075.0
kw P v F z 9.5612006.862.414761200===? Ｂ 半精镗087.004.110+Φ孔,深10.3
N HB f a F p z 6.42714.5155.075.0== N HB f a F p x 151751.01.165.0== mm N HB f Da T p ?==2357937.2555.075.0
kw P v F z 7.561200==
Ｃ 半精镗115Φ孔,深124
N HB f a F p z 2.514254.5155.075.0== N HB f a F p x 3004051.01.165.0== mm N HB f Da T p ?==29569497.2555.075.0
kw P v
F z 8.7161200==
Ｄ 倒角9.114Φ,深5.6
N HB f a F p z 4.23224.5155.075.0== N HB f a F p x 73051.01.165.0==
mm N HB f Da T p ?==1334237.2555.075.0
kw P v
F z 2.361200==
Ｅ 半精镗087
.004.109+Φ,深21.4
N HB f a F p z 88754.5155.075.0== N HB f a F p x 364851.01.165.0== mm N HB f Da T p ?==4854627.2555.075.0
kw P v
F z 8.1161200==
2.2.2 刀具结构的选择
（1）正确选择刀具结构，对保证组合机床正常工作极为重要。根据工艺要求和加工精度不同，常用刀具有一般刀具、复合刀具及特种刀具等。
（2）为了提高工序集中程度或保证加工精度，采用先后加工或同时加工两个或两个以上便面的复合刀具。但应采用组装式结构，就是装几把镗刀的镗杆。整体式复合刀具制造刃磨较为困难，刀体不能重复使用，成本高。
（3）采用镗刀的原则：除孔面不连续，镗削时容易产生振动，影响孔的圆度；在机床上对刀不方便；加工孔径小于40Φmm 且要求较高的同心孔系外，应优先选用镗削工艺。镗刀制造刃磨简便，特别对不通孔、高精度孔、孔中心线直线度和位置度要求较严格的孔，采用精密镗削比较重要。
组合机床大多采用装在镗杆上的硬质合金镗刀头（块）进行镗孔。镗杆直径和镗刀头界面尺寸一般根据镗孔直径按表2-3选择。
表2-3 镗孔、镗杆直径和镗刀截面 （mm ）
2.3三图一卡设计
2.3.1 被加工零件工序图（如下图）
被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，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。
本组合机床以柴油机机体为加工对象进行设计，对工序图简要说明及与本机床设计有关的技术指标如下：
A.定位方法：采用的是“一面两销”定位法； 图中符号
B.图中符号： ↓夹紧点 定位基面
C.名称及编号：柴油机机体缸孔
D.零件材料：HT250；
E.零件硬度：251~187HB ；
F.本机床需要保证的加工尺寸有：
半精镗087.004.116+Φ孔,深10； 087
.004.110+Φ孔,深10.3； 115Φ孔,深124 倒角9.114Φ,深5.6；半精镗087.004.109+Φ,深21.4
2.3.2 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。是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。
加工示意图应绘制成展开图。按比例用细实线画出工件外形；加工部位、加工表面画粗实线。必须使工件和加工方位与机床布局相吻合。
选择刀具应考虑工件材质、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求。为提高工序集中程度或满足精度要求，可以采用复合刀具。孔加工的刀具直径应与加工部位尺寸、精度相适应，其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外端面30-50mm,以利排屑和刀具磨损后有一定的向前调整量 2.3.3机床联系尺寸图
机床联系尺寸图是用来表示机床的配置型式、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。用以检验各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求和通用部件选择是否合适；它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据；它可以看成是简
化的机床总图。
A 动力滑台形式的选择
本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台具有如下优点：在相当大的范围内进给量可以无级调速；可以获得较大的进给力；由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长；工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现；过载保护简单可靠；由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。但采用液压滑台也有其弊端，如：进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定；液压系统漏油影响工作环境，浪费能源；调整维修比较麻烦。本课题的加工对象是JD490柴油机机体上的4个缸孔，位置精度和尺寸精度要求较高，因此采用液压滑台。
由此，根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理等因素，确定机床为立式多工位液压传动组合机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的动力装置完成镗孔的加工。 1、确定机床装料高度H
装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。本课题中：立式滑台高度为1h =1440MM ，滑台高度2h =660MM,侧底座高度3h =420MM,取料高度H=1080MM 。综合以上因素，该组合机床装料高度取H=1195MM 。 2、确定夹具的轮廓尺寸
夹具的轮廓尺寸就是夹具底座的高度尺寸，一般不小于240MM ，本设计中为300MM
3、确定中间底座尺寸
中间底座尺寸是指工件端面至多轴箱前端面的距离，本设计中左右均取 1013+80+35+30=1158MM
立滑台的前备量为20MM ，计算长度为400MM ，中间底座高度为560MM 4、确定多轴箱轮廓尺寸 立式为340MM
2.3.4机床生产率计算卡
生产率计算卡是反映机床生产节拍或实际生产率和切削用量、动作时间、生产纲领及负荷率等关系的技术文件。
A.理想生产率Q （件/h ）
理想生产率是指完成年生产纲领（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。用《组合机床设计简明手册》P.51公式
k
t A
Q
（2-6）
计算，式中， N —年生产纲领（件），本课题中N =40000件；
k t —全年工时总数，本课题以两班制计算，则h t k 4600=
则 h t A Q k /7.84600
40000件===
B.实际生产率Q1（件/h ）
实际生产率是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。即公式[1]P.51
单
T Q 60
1=
（2-7）
式中，T 单—生产一个零件所需时间（min ）。
则 h T Q /35.10795
.560
601件单===
C.机床负荷率负η
机床负荷率为理性乡生产率与实际生产率之比。即公式[1]P.52
1
Q Q
=
负η （2-8） 则 %8435
.107.81===
Q Q 负η 生产率计算卡见表2-2。