90度彎頭坡口端面組合銑床設計（專用夾具）含7張CAD圖

90度彎頭坡口端面組合銑床設計（專用夾具）含7張CAD圖,90,彎頭,端面,組合,銑床,設計,專用,夾具,cad 90度彎頭坡口端面組合銑床設計（專用夾具）摘 要組合機床，是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率機床。本說明書對加工90度管彎頭坡口和端面的組合銑床設計進行了詳細的介紹。要求銑床能實現(xiàn)銑削90度管彎頭的兩個坡口和端面，通過對零件的工藝分析，確定了工件的定位、夾緊方案，完成了組合銑床的總體方案設計。其具體內(nèi)容是：三圖一卡設計，端面銑刀設計，專用夾具設計。在夾具設計中，由于該工件是異形工件，為使該工件定位、夾緊牢靠，采用了定位塊、V型塊、輔助定位銷定位，夾緊采用浮動塊液壓傳動夾緊，設計中對夾緊系統(tǒng)進行了受力分析，準確計算了加緊力的大小，保證了夾緊的可靠性。與傳統(tǒng)的機床相比，本機床具有自動化程度高，生產(chǎn)率高，精度高等優(yōu)點。關鍵詞：組合銑床；90度管彎頭；三圖一卡；端面銑刀；夾具設計ABSTRACTModular Machine is an efficient process focused machine which combined by the large number of common parts and a small number of specialized components.This manual gives a detail introduction about how to design a Modular Machine which can process the end of the 90-degree pipes elbow and the groove. It requires the milling machine can mill the two grooves and the end of the 90-degree pipes elbow. Through the analysis of the technology of parts, it determines the work-piece orientation and the clamping scheme. Finally the design of combined milling machine will be finished. The specific contents are three drawings and a card design, the end milling cutter design and the special fixture design. During the fixture design, as the work-piece is shaped work-piece, in order for the work- piece positioning, clamping firm, using the positioning block, V-block and the auxiliary pins to position. It depends on the floating hydraulic blocks to clamp. Through the force analysis of the clamping system, it makes the calculation of the force accurate and ensures the reliability of clamping. Compared with the traditional machine, this machine has high automation, high productivity and high precision.Keywords：Combinational milling machine: 90-degree pipes elbow; three drawings and a card; end milling cutter; fixture desig 目 錄摘要1 緒論11.1 課題來源與意義11.2 組合機床的特點11.3 組合機床的方案選擇22 組合機床方案的確定42.1 被加工零件的加工精度和加工工序分析42.2 被加工零件材料特點分析42.3 零件的定位與夾緊分析42.5 組合機床的分類和確定基本配置形式72.6 經(jīng)濟分析73 確定切削用量及刀具選擇93.1 確定切削用量參數(shù)93.1.1 確定加工余量93.1.2 確定切削用量93.2 確定切削力及切削功率113.2.1 切削力及切削功率參數(shù)公式113.2.2 計算切削力及切削功率123.3 刀具材料選擇123.4 硬質(zhì)合金端銑刀的設計133.4.1 概述133.4.2 硬質(zhì)合金端銑刀幾何角度的合理選擇153.4.3 不重磨端銑刀刀片的定位與夾緊結構173.4.4 端銑刀主要結構參數(shù)183.4.5 刀槽尺寸及刀齒幾何角度計算194 組合銑床總體設計234.1 被加工零件工序圖234.2 加工示意圖234.2.1 加工示意圖的作用及內(nèi)容234.2.2 刀具的選擇244.2.3 確定主軸類型、尺寸及外伸長度254.2.4 確定動力部件的工作循環(huán)和工作行程254.3 組合銑床聯(lián)系尺寸圖264.3.1 機床聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容264.3.2 繪制機床尺寸聯(lián)系總圖之前應確定的內(nèi)容264.4 生產(chǎn)率計算卡285 專用夾具設計315.1 夾具概述315.1.1 夾具分類315.1.2 機床夾具的現(xiàn)狀315.1.3 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向325.2 夾具設計任務325.3 擬定夾具結構方案325.3.1 確定工件定位方案及設計選擇定位裝置325.3.2 確定工件夾緊方案及設計選擇夾緊裝置335.3.3 夾具體設計345.4 分析定位誤差345.5 夾緊力的分析計算345.6 夾具操作說明375.7 繪制銑床夾具裝配圖37結 論38參考文獻39致 謝561 緒論1.1 課題來源與意義這次畢業(yè)設計我所選的題目是：90度管彎頭坡口端面組合銑床設計（專用夾具）。選這個課題是因為這是一個對組合機床進行設計的課題，而組合機床生產(chǎn)效率高，而且加工精度高。課題的主要內(nèi)容是通過主軸傳動及銑削動力頭的設計實現(xiàn)對90度彎頭兩端坡口及端面的同時加工，一次性完成該工序。在消化和吸收國內(nèi)有關研究成果的基礎上，以理論計算分析為基礎，以類比方法為輔助手段，采用常規(guī)設計與實踐分析并重，計算機輔助計算與繪圖完成預定的設計任務和設計要求。這臺組合機床能極大的提高90度彎頭的加工效率，并解決加工精度問題以便用于生產(chǎn)實踐。本次畢業(yè)設計的意義在于充分挖掘組合機床的可以提高機械加工效率、具有穩(wěn)定加工精度、減少工人勞動強度、減少占地面積等優(yōu)點。努力找出適合我國國情的組合機床發(fā)展道路，對比國內(nèi)外先進加工工藝，找出不足，并提出可行性策略方案和建議。1.2 組合機床的特點組合機床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率專用機床。它能夠?qū)σ环N(或幾種)零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、銑削磨削等工序，生產(chǎn)效率高，加工度穩(wěn)定。 組合機床與通用機床、其他專用機床比較，具有以下特點: (1) 組合機床上的通用部件和標準零件約占全部機床零、部件總量的7080%，因此設一計和制造的周期短，投資少，經(jīng)濟效果好。 (2) 由于組合機床采用多刀加工，并且自動化程度高，因此比通用機床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強度低。 (3) 組合機床的通用部件是經(jīng)過周密設計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又有專門廠成批制造，因此結構穩(wěn)定、工作可靠，使用和維修方便。 (4) 在組合機床上加工零件時，由于采用專用夾具、刀具和導向裝置等，加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人水平要求不高。 (5) 當被加工產(chǎn)品更新時，采用其他類型的專用機床時，其大部分件要報廢。用組合機床時，其通用部件和標準零件可以重復利用，不必另行設計和制造。(6) 組合機床易于聯(lián)成組合機床自動線，以適應大規(guī)模的生產(chǎn)需要。組合機床常用的通用部件有:機身、底座、立柱、動力箱、動力滑臺，各種工藝切削頭等。對于一些按循序加工的多工位組合機床，還具有移動工作臺或回轉工作臺。動力箱、各種工藝切削頭和動力滑臺是組合機床完成切削主運動或進給運動的動力部件。其中還有能同時完成切削主運動和進給運動的動力頭。機身、立柱、中間底座等是組合機床的支承部件，起著機床的基礎骨架作用。組合機床的剛度和部件之間的精度保持性，主要是由這些部件保證。1.3 組合機床的方案選擇1.制定工藝方案 要深入現(xiàn)場了解被加工零件的加工特點、精度和技術要求、定位夾緊情況以及生產(chǎn)率的要求等。確定在組合機床上完成的工藝內(nèi)容及其加工方法。這里要確定加工工步數(shù)，決定刀具的種類和型式。2.機床結構方案的分析和確定 根據(jù)工藝方案確定機床的型式和總體布局。在選擇機床配置型式時，既要考慮實現(xiàn)工藝方案，保證加工精度，技術要求及生產(chǎn)效率;又要考慮機床操作、維護、修理是否良好;還一要注意被加工零件的生產(chǎn)批量，以便使設計的組合機床符合多快好省的要求。3.組合機床總體方案這里要確定機床齊部件間的相互關系，選擇通用部件的刀具的導向，計算切削用量及機床生產(chǎn)率。給制機床的總聯(lián)系尺寸圖及加工示意圖等。4.組合機床的部分方案和施工方案制定組合機床流水線的方案時，與一般單個的組合機床方案有所不同。流水線上由于工序的組合不同，機床的型式和數(shù)量都會有較大的變化。因此，這時應按流水線進行全面考慮，而不應將某一臺或兒臺機床分裂開來設計。2 組合機床方案的確定2.1 被加工零件的加工精度和加工工序分析此機床設計是為加工5吋90度管彎頭的坡口和端面，以便于和其他零件焊接在一起，所以要求的加工精度為自由精度。彎頭的兩個端面和坡口是同時加工的。由于是自由精度，垂直度平行度不做更高要求。被加工零件需要在組合機床上完成的加工工序及應保證的加工精度，是制定組合機床方案的主要依據(jù)。平面加工精度：在組合機床上加工平面，通常采用銑削方法。由機械制造技術基礎（P214）書中，加工經(jīng)濟精度可定義為：在正常的加工條件下（使用符合質(zhì)量標準的設備、工藝裝備和標準技術等級的工人，合理的工時定額）所能達到的加工精度和表面粗糙度。2.2 被加工零件材料特點分析 被加工零件的毛坯為低碳鋼件，材料為15鋼，硬度低，工件為薄壁件，不需很大進給量，銑削時產(chǎn)生的切削熱對工件加工精度不會產(chǎn)生影響。15號鋼用途:制作滲碳零件、緊固件、沖鍛模件及不需熱處理的低負荷零件，如螺栓、螺釘、拉條、法蘭盤及化工用貯器、蒸汽鍋爐等。2.3 零件的定位與夾緊分析先介紹一下定位原理，即六點定位原則，采用六個定位支承點合理布置，使工件有關定位基面與其相接觸，每一個定位支承點限制了工件在空間的位置被唯一的確定。根據(jù)六點定位原則，定位方法有兩種，完全定位和不完全定位。當工件定位時6個自由度完全被限制，稱為完全定位。當工件定位時6個自由度有1個或1個以上自由度未被（也不需要）限制，稱為不完全定位。在實際的機械加工生產(chǎn)中，出現(xiàn)兩種定位，欠定位和過定位。當被加工零件按照工藝要求應該限制的自由度未被限制的定位，稱為欠定位。欠定位不能保證工件的正確安裝位置，因而是不允許的。如果工件的某一個自由度被定位元件重復限制，稱為過定位。過定位是否允許，要視具體情況而定。確定夾緊位置應注意的問題： 1.保證零件夾壓后定位穩(wěn)定。為使工件再加工過程中不產(chǎn)生震動和位移，夾緊力要足夠，夾緊點布置應使夾緊合力落在定位平面內(nèi)，力求接近定位平面的中心。2.盡量減少和避免零件夾壓后的變形，消除其對加工精度的不利影響。對剛性差的零件應適當增加輔助支承或采用多點夾緊方法，以使夾緊力均勻分布，減少夾緊變形，提高加工精度。正確選擇定位基準是確保加工精度的重要條件。本道工序是在工件坡口及端面銑削加工之前進行的，定位基準采用“六點定位”的原則。（如圖2-1）圖2-1 定位夾緊示意圖其中，1，2，3，4處工件的側面和底面與夾具支撐面接觸定位，加緊定位裝置為90度V形塊，由于接觸面較大，定位穩(wěn)定可靠，是主要定位基準，5處為墊板，6處為定位銷。1，3，5點在XOY面上，可消除Z，X，Y三個自由度，2，4點在YOZ面上，可消除X，Z兩個自由度。6點在XOZ面上，可消除Y一個自由度。通過六點定位。加緊力的方向是沿空間45度。2.4 零件的加工工藝分析和比較本零件為管道接頭，結構簡單，精度要求一般，故加工工藝相對簡單。彎頭兩端同時加工，要求兩輸出軸同時進給，每根軸安裝一個刀盤，每個刀盤上安裝四把刀，其中兩把刀用來加工坡口，另外兩把刀用來加工端面。由于端面處進給量較小，所以端面刀要比坡口刀短。采用一次進給加工。銑削的位置精度的保證，主要靠輸出軸中心線與工件中心線同軸度來保證。（如圖2-2：1、3為坡口銑刀；2、4為端面銑刀） 圖2-2 刀盤示意圖設計方案比較：方案一：用普通銑床單獨加工坡口和端面。采用此方案適用范圍廣，加工設備簡單，但難以保證其加工精度，加工時間長，不適用大批量加工。方案二：用車床車削坡口和端面。采用此方案通用性好，適用范圍廣，但加工裝夾復雜，需要對車床進行改造，生產(chǎn)成本高，且加工復雜。方案三：用組合銑床銑削90度彎頭坡口端面配以專用夾具夾緊工件。采用此方案加工具有高精度、高效率、高柔性、降低勞動強度和拓寬工藝范圍等特點?？蛇M行批量生產(chǎn)且符合精度要求。綜上所述，第三種方案不僅可以滿足加工精度等基本要求，而且還可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)，提高加工效率。所以最終選取第三種方案。2.5 組合機床的分類和確定基本配置形式組合機床的通用部件分為大型和小型兩大類。按設計的要求本次設計的機床為大型通用機床。大型組合機床的配置型式可分為三大類：1.具有固定式夾具的單工位組合機床；2.具有移動（或回轉）式夾具的多工位組合機床；3轉塔主軸箱式組合機床。根據(jù)動力箱和主軸箱的安置方式不同，這類機床的配置型式有以下幾種。(1) 臥式組合機床（動力箱水平安裝）；(2) 立式組合機床（動力箱垂直安裝）；(3) 傾斜式組合機床（動力箱傾斜安裝）；(4) 復合式組合機床。（動力箱具有上述兩種以上的安裝狀態(tài)）。根據(jù)本次加工任務，選擇第一大類具有固定式夾具的單工位組合機床。中的第一種配置型式臥式組合機床。這類機床的夾具和工件固定，動力滑臺實現(xiàn)進給運動，滑臺上的動力箱（連主軸箱）實現(xiàn)切削主運動，便可以滿足對彎頭坡口和端面進行銑削加工的要求，來完全切削加工任務。2.6 經(jīng)濟分析根據(jù)管彎頭加工工藝需要所設計的組合銑床和單工位銑床相比在節(jié)省時間,提高加工效率上主要體現(xiàn)：1.專用夾具及刀具的設計使得加工質(zhì)量和加工速度有明顯的提高。2.由于批量加工一致性好，也可保證零件精度。特別是對于刀具交換和刀具尺寸調(diào)整，對刀等加工工序在加工過程中消耗的時間極大的降低了加工效率。根據(jù)管彎頭加工工藝的需要所設計的組合銑床與單工位銑床相比有許多突出的優(yōu)點，主要體現(xiàn)在：組合銑床的刀具結構根據(jù)彎頭加工工藝被設計成兩個刀盤，它們用來加工兩個管口，且每個刀盤上擁有可同時銑削端面和坡口的4把銑刀，其中兩把刀加工坡口，另兩把刀加工端面，一次性完成加工任務，減少加工工序和加工時間，大幅度提高了加工效率。而單工位銑床在加工彎頭坡口及端面時需要分別對坡口及端面進行加工，并且在加工過程中還需要重新安裝刀具、調(diào)刀、對刀，這些工步所消耗的時間將直接影響到生產(chǎn)效率的提高。另外在銑削過程中為使工件再加工過程中不產(chǎn)生震動和位移，夾緊力要足夠，組合銑床的專用夾具采用六點定位增加輔助支撐及多點夾緊的方法，使夾緊力均勻分布，減少夾緊變形，保證了零件夾緊后定位穩(wěn)定，提高了加工精度。3 確定切削用量及刀具選擇確定了在組合機床上完成的工藝內(nèi)容后，就可以著手選擇切削用量。切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度、生產(chǎn)率、刀具耐用度、機床的布局形式及正常工作均有很大影響。3.1 確定切削用量參數(shù)3.1.1 確定加工余量端銑刀銑削表面，根據(jù)零件材料及加工精度要求，查金屬機械加工工藝設計手冊，確定加工余量，取2mm。3.1.2 確定切削用量銑削用量選擇的順序和車削用量選擇一樣，應首先選擇切削深度，其次是選進給量，最后才決定銑削速度。被加工零件材料為15號鋼，其抗拉強度b=380Mpa，硬度HB=143。切削用量的確定：1.工件直徑：(見圖3-1) 圖3-1 工件尺寸示意圖其中D=141mm；A=190mm;工件管口內(nèi)徑d為： d1=D-2T1=141-26=129mm d2=D-2T2=141-29=123mm d3=D-2T3=141-212=117mm 2.切削深度ap：對于端面銑刀，切削深度是指ap。一般加工余量小于6mm時，可一次進給來切除全部余量；若需精銑時，可分多次進給，最后一次的ap可取1mm。本次設計加工余量小于6mm，所以可一次完成，彎頭有6，9，12mm三種規(guī)格，銑削坡口和端面的分別為4，6，8mm和2，3，4mm。3.每齒進給量af：這是衡量銑削加工水平的一個重要指標。查金屬切削原理及刀具設計下冊p47表16-10銑刀的每齒進給量af可取0.10.3mm/r。根據(jù)設計要求分別取af為0.3，0.165，0.1mm/r。4.計算切削速度vc：查切削用量簡明手冊p30表1.27使用YT15硬質(zhì)合金端銑刀銑削15號鋼時，切削速度公式為：vc=CvTmapxvfyvkv主軸轉速公式： n=1000vcD條件：銑刀使用壽命T=14h=1460min=840min 銑削坡口直徑D1=141mm 銑削端面直徑D2=133mm Cv=291 xv=0.15 yv=0.20 m=0.2 查表1.28可知修正系數(shù)： kv=0.6370.3750.810.8610.940.97=1.0656(1)銑削坡口1). vc=CvTmapxvfyvkv= 2918400.240.150.30.21.0656=83.3528m/min n=1000vcD=100083.3528141=188r/min2). vc=CvTmapxvfyvkv= 2918400.260.150.1650.21.0656=88.3540m/min n=1000vcD=100088.354141=200r/min3). vc=CvTmapxvfyvkv= 2918400.280.150.10.21.0656=93.6652m/min n=1000vcD=100093.6652141=212r/min(2)銑削端面 1). vc=CvTmapxvfyvkv= 2918400.220.150.30.21.0656=92.4798m/min n=1000vcD=100092.4798133=221r/min 2). vc=CvTmapxvfyvkv= 2918400.230.150.1650.21.0656=98.0852m/min n=1000vcD=100098.0852133=235r/min 3). vc=CvTmapxvfyvkv= 2918400.240.150.10.21.0656=103.8277m/min n=1000vcD=1000103.8277133=249r/min3.2 確定切削力及切削功率3.2.1 切削力及切削功率參數(shù)公式查切削用量簡明手冊p37,表1-29，硬質(zhì)合金端銑刀銑削力公式：Fc=CFcapxFcfyFcvcnFckFc (N) (3-1)Fp=CFpapxFpfyFpvcnFpkFp (N) (3-2)Ff=CFfapxFffyFfvcnFfkFf (N) (3-3)Pc=Fcvc10-3 (kW) (3-4)kMF=b650nF (3-5)式中 Fc 主切削力 Fp 徑向切削力 Ff 進給力（軸向力） Pc 切削功率 kMF 鋼的硬度和強度改變時切削力的修正系數(shù) CFc=2795 xFc=1.0 yFc=0.75 nFc=-0.15 CFp=1940 xFp=0.910 yFp=0.6 nFp=-0.3 CFf=2880 xFf=1.0 yFf=0.5 nFf=-0.43.2.2 計算切削力及切削功率1.銑削坡口時：(1) Fc1=2795410.30.7583.3528-0.150.660.921.051.00.93=1371N (2) FP1=194040.90.30.683.3528-0.30.480.621.21.25 0.82=319N (3) Ff1=2880410.30.583.3528-0.40.581.131.20.82 1.0=719N 2.銑削端面時：(1) Fc2=2795410.30.7592.4798-0.150.660.921.051.00.93=681N (2) FP2=194040.90.30.692.4798-0.30.480.621.21.250.82=165N (3) Ff2=2880410.30.592.4798-0.40.581.131.20.82 1.0=345N 3.切削時總功率 Pc=Fc1vc1+Fc2vc2410-3 =137183.352860+68192.4798/60)410-3 =11.817kw3.3 刀具材料選擇刀具材料性能的優(yōu)劣是影響加工表面質(zhì)量,切削加工效率,刀具壽命的基本因素。正確選擇刀具材料是設計和選用刀具的重要內(nèi)容之一。刀具材料應具備的性能: 1.高的硬度和耐磨性硬度是刀具材料應具備的基本特性。2.足夠的強度和韌性 要使刀具在承受很大壓力，以及在切削過程經(jīng)常出現(xiàn)的沖擊和振動條 件下工作，而不產(chǎn)生崩刃和折斷，刀具材料就必須具有足夠的強度和韌性。 3.高的耐熱性(熱穩(wěn)定性) 耐熱性是衡量刀具材料切削性能的主要標志。它是指刀具材料在高溫條件下保持一定的硬度,耐磨性,強度和韌性的性能。4.良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能刀具材料的導熱性愈好,切削熱就愈容易從切削區(qū)域散走,有利于降低切削溫度。5.良好的工藝性能和經(jīng)濟性為了便于刀具的制造,要求刀具材料具有良好的工藝性能。經(jīng)濟性是刀具材料的重要指標之一。刀具材料可分為工具鋼(包括碳素工具鋼、合金工具鋼)、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬材料(包括金剛石、立方氮化硼等)五大類。硬質(zhì)合金是用粉末冶金的方法制成的一種刀具材料。它是由硬度和熔點很高的金屬碳化物微粉和金屬粘結劑經(jīng)高壓成形，并在1500左右的高溫下燒結而成。硬質(zhì)合金的硬度高達8994HRA，相當于7176HRC，耐磨性很好，耐熱性為8001000，切削速度可達100m/min以上，能切削淬火鋼等硬材料。但其抗彎強度低，韌性差，怕沖擊和振動，制造工藝性差 硬質(zhì)合金的發(fā)展很快，現(xiàn)已成為主要的刀具材料之一。目前車削刀具大都采用硬質(zhì)合金，其它刀具采用硬質(zhì)合金的也日益增多，如硬質(zhì)合金端銑刀、立銑刀、拉刀、鉸刀等。綜上所述，根據(jù)硬質(zhì)合金材料刀具的性能特點，再結合本次設計的加工要求，選擇端面銑刀的材料為硬質(zhì)合金，牌號為YT15.3.4 硬質(zhì)合金端銑刀的設計3.4.1 概述1.概述 硬質(zhì)合金端銑刀主要吊于銑削平面。它與高速鋼銑刀相比，效率很高，而且可獲得較高的表面光潔度。硬質(zhì)合金端銑刀按刀齒的安裝方式有如下幾種：(1) 整體焊接式整體焊接式刀齒是將硬質(zhì)合金刀片直接鑲焊在銑刀刀體上（圖3-2）。這種結構由于刃磨困難，浪費刀體材料及難于保證刀片焊接質(zhì)量等原因，目前已很少用。圖3-2 整體焊接式端銑刀 圖3-3 焊接夾固式端銑刀(2) 焊接夾固式焊接夾固式刀齒是將硬質(zhì)合金刀片焊接在小刀頭上，再將小刀頭用機械夾固的方法安裝在刀體上（圖3-3）。這種結構目前在我國應用比較普遍，其中一些規(guī)格也已列入我國的工具標準。焊接夾固式端銑刀重磨時，要在銑床主軸上裝卸刀體，又在刀體上裝卸和調(diào)整刀頭，比較麻煩，費時較多。這種方式的銑刀，尚不能適應有一定節(jié)拍的自動線生產(chǎn)(3) 機夾不重磨式這種銑刀的刀齒是將經(jīng)仔細刃磨的硬質(zhì)合金刀片直接用機械夾固的方法安裝在刀體上（圖3-4）,通常稱為不重磨式端銑刀。當?shù)镀囊粋€切削刃用鈍后，只需將刀片轉位，使另外一個新切削刃參加工作;刀片上各切削刃都用鈍后，直接在機床上更換新刀片。不重磨式端銑刀是一種先進銑刀，目前在我國，通常是根據(jù)具體加工條件，由使用廠自行設計制造。專業(yè)工具廠生產(chǎn)的標準的硬質(zhì)合金端銑刀，一般具有較好的通用性。但對使用廠的特定條件就不一定能滿足。圖3-4 d0 80mm的不重磨端銑刀硬質(zhì)合金端銑刀的支持部分大體可分為兩種形式：一種是帶柄結鉤;另一種是套式結構。對于小直徑（d080mm）的端銑刀，一般做成帶柄結構。對于d0100mm 的端銑刀，均做成套式結構，圓柱孔與安裝在主軸錐孔中的心軸相配合用作定心，刀體的上端面用以軸向定位（圖3-5），刀體的端面鍵槽用作傳遞扭矩。圖3-5 銑刀在銑床主軸上的安裝方法 綜上所述，結合本次設計要求，采用第三種機夾不重磨式方法安裝。3.4.2 硬質(zhì)合金端銑刀幾何角度的合理選擇端銑刀的幾何角度是指將刀齒安裝到銑刀體以后所具有的工作角度。硬質(zhì)合金端銑刀的工作角度主要應根據(jù)加工條件選擇。如圖3-6所示，在刀齒切入工件時，最好不要使切削刃或刀尖先接觸工件，而是使前刀面上的U點與工件首先接觸(不是在T點、S點或V點)。為此一般應使刃傾角s為負值，并使端截面前角f盡量小些。以滿足f（稱為切入角，改變銑刀軸線與工件相對位置可改變的大小）。當s愈小，與f 之差愈大時，則整個刀齒切入工件的時間愈長，沖擊愈小。圖3-6 銑刀刀齒切入時接觸情況1.刃傾角的選取在通常情況下，刃傾角s均應取負值，以增加刀尖強度，提高刀齒的抗沖擊能力，一般可取s(1015)。2.前角的選取硬質(zhì)合金端銑刀的前角0應比普通車刀小些，甚至取為較大的負值。這一方面是因為負前角可以增加刀齒的楔角，以增加切削刃強度；另一方面可以使f更小，以滿足f的要求，使切削刃免受沖擊。前角0的選取和刃傾角s的選取如下圖3-7。圖3-7 端銑刀0和s示意圖3.主偏角及過渡刃偏角的選取與車刀相似，在切削深度及進給量一定時，主偏角xr的大小要影響切削層斷面積的形狀及各切削分力的比例關系。一般xr4575。為了增加刀尖強度，在刀尖處做成過渡刃偏角xrxr2、l112mm的過渡刃(圖3-8a)。圖3-8 xr、xr、xr角及刮光刀片4.副偏角、修光刃及刮光刀片選取較小的副偏角xr可以提高加工表面光潔度，通常xr=23。也可以使副切削刃成為一段xr=0、長度l012mm的修光刃(圖3-8b、c)。具有修光刃的不重磨刀片現(xiàn)已廣泛使用。5.后角銑削鋼材時硬質(zhì)合金端銑刀的后角0可取1215。副切削刃后角 0及過渡刃后角0渡均可取與0相同的數(shù)值。綜上所述，根據(jù)本次設計被加工零件為15號鋼，查金屬切削原理及刀具設計下冊p52表16-13，選擇刃傾角s=-6，前角0=5，主偏角xr=75，過渡刃偏角xr=37，過渡刃長l1=2mm，副偏角xr=2，后角0=副偏刃后角0=過渡刃后角0渡=12。3.4.3 不重磨端銑刀刀片的定位與夾緊結構對機夾端銑刀刀片的定位與夾緊的要求是：各刀片安裝于刀體或轉位后均能保持其定位精度;各刀片在銑削過程中均能保待穩(wěn)固；切削的流動以及銑削中刀片破碎不易損壞定位，夾緊元件及刀體;結構簡單，工藝性好。1.不重磨銑刀刀片的定位刀片裝于刀體后，在銑削過程中，各刀片的徑向和端面跳動量對銑刀刀片的磨損和銑削表面質(zhì)量的影響極大。為此必須提高銑刀各元件的制造精度，同時也必須采用合理的刀片定位方法。刀片是靠其底面（三點）和兩個側面（三點）定位的。由于兩側面的共點定位對端銑刀刀齒的徑向及端面跳動量影響最大，所以一般簡稱為三點定位。2.不重磨刀片的夾緊方式(1) 楔塊夾緊：這種夾緊機構的應用比較普遍，它的夾緊力較大，刀片夾緊比較穩(wěn)固。(2) 靠銑削力夾緊：銑削和車削一樣，依靠在銑削過程中作用在刀片上的切削力將刀片壓緊在刀片座上(或直接壓緊在刀體上）在這種情況下，夾緊機構的作用主要是抵消離心力(3) 上壓夾緊：為了使結構緊湊，特別是對于小直徑的端銑刀，往往采用上壓式夾緊。(4) 彈性擠壓夾緊：將錐頭螺釘旋進刀體時，由彈性變形而壓緊刀片。這種結構簡單，零件少，容易制造。(5) 偏心螺釘（或偏心銷訂）夾緊：將偏心螺釘或偏心銷釘通過刀片中心孔，用以夾緊刀片。(6) 斜拉桿夾緊：以拉桿的軸頸插入刀片中心孔中，達到夾緊刀片的目的。本次設計采用第四種彈性擠壓夾緊。3.4.4 端銑刀主要結構參數(shù)對于自動線上或組合機床上的專用端銑刀的設計，直徑d0和齒數(shù)Z是最要的兩個參數(shù)。1.端銑刀直徑的選擇專用端銑刀直徑d0應按銑削工件表面的寬度來確定，又本次設計按切削方式進行計算，工件最大直徑D=141mm，專用端銑刀直徑d0應稍大于工件最大直徑D，所以取d0=144mm。2.端銑刀齒數(shù)端銑刀的齒數(shù)Z是一個重要的參數(shù)。齒數(shù)增多，可以提高銑削生產(chǎn)率。本次設計按切削方式進行計算，用于切削的為4把刀，所以端銑刀的齒數(shù)Z=4。3.4.5 刀槽尺寸及刀齒幾何角度計算根據(jù)不重磨端銑刀所要求的工作角度設計時需要計算刀體刀槽尺寸，或者在已知刀體刀槽尺寸的前提下，計算刀齒應有的角度。1.刀體上刀槽位置參數(shù)的計算刀體上刀槽位置參數(shù)的計算是端銑刀設計的主要部分。刀槽位置主要包括：刀槽斜角、刀槽偏距e及刀體端面上刀槽底部與軸線之間的垂直距離H。(1) 選取銑刀工作角度及銑刀刀片規(guī)格：0=5， s=-6，xr=75，xr=2。為了計算刀槽尺寸，必須按車刀各截面角度換算公式將 0，s，xr換算成f和p：tanf=tan0sinxr-tanscosxr =tan5sin75-tan-6cos75 =0.1117 (3-6) f622tanp=tan0cosxr+tanssinxr = tan5cos75-tan-6sin75 =-0.0789 (3-7) p431(2) 計算刀體刀槽斜角及偏距： 為了加工刀體上的刀槽，將（圖3-9）旋轉f角，使刀槽側壁成垂直位置（圖3-10）。刀體旋轉f后，在俯視圖中的刀槽與刀體軸線成斜角。以及刀槽在端部面上的截形位置尺寸偏距e的計算如下： tan =tanpcosf=tan431cos622=-0.0784 (3-8) =-429 刀槽斜角的正負號與p相同，刀槽向右傾斜為正，向左傾斜為負。 e=d02sinf+htan (3-9)關于刀片從刀體端而仲出之長度h，式中f及均應連同符號一同代入，所得的e值，如果為正值，則偏距應在中心線右側，若為負值則應在左側。若銑刀直徑d0=144mm，并取h=15mm，則： e=1442sin622+15tan-429=6.816mm圖3-9 刀齒法剖面中的角度 圖3-10 偏心距e的計算(3) 計算在刀體端面上刀槽底部與軸心線之間的垂直距離H及刀槽尺寸A:所選刀片尺寸為16x25x4.5。M為刀片加刀片座之總厚度，取M=16。L為刀片和刀片座之總長度，取L=25，取刀片座后角座=15。在刀體端面上刀槽底部與軸心線之間的垂直距離H及刀槽尺寸A的計算如下： H=d02cosf-Lcosxr=1442cos622-25cos2=46.57mm (3-10) A=MCOS +e=16cos-429+6.816=22.865mm (3-11) 下面計算刀體直徑時還要用到的刀片座尺寸x： x=L-Mtan座=25-16tan15=20.71mm (3-12)(4) 計算刀體直徑d1及d2：d1=2H+xcos152+A2 =246.57+20.71cos152+22.8652 (3-13) =140.8mm d2=d1+225ta15=154mm 2.己知刀體刀槽的尺寸計算單刀齒的前角及刃傾角刀片安裝于刀片座，所形成的單刀齒，可看做是一把小車刀，其前角與刃傾角用小刀及小刀表示。前面敘述了小刀及小刀均為零，安裝于銑刀體上后能得到所需要的工作角0及s條件下，設計計算刀體刀槽尺寸的方法。為了減少端銑刀刀體的品種規(guī)格，也可將同一直徑的刀體上刀槽的斜角及偏距e標準化，而用改變單刀齒幾何角度小刀及小刀的方法來獲得所需要的銑刀工作角度0及s以適應不同的加工條件。這樣就要求根據(jù)現(xiàn)有的銑刀體的刀糟斜角及偏距e來確定刀齒的小刀及小刀。計算步驟如下：(1) 根據(jù)刀槽的已知參數(shù)及e，計算當?shù)额^小刀=0及小刀=0情況下的銑刀安裝角度f安裝及p安裝： sinf安裝=2d0e-htan =21446.816-15tan (-429)=0.111 (3-14) f安裝=622 tanp安裝 =tan cosf安裝=tan(-429)cos622=-0.0789 (3-15) p安裝 =-431(2) 計算 0安裝及s安裝：tan0安裝=tanp安裝cosxr+tanf安裝sinxr (3-16) =tan-431cos75+tan622sin75=0.0874 0安裝 =5 tans安裝= tanf安裝cosxr-tanp安裝sinxr (3-17) =tan622cos75+tan-431sin75=0.1051 s安裝 =6(3)計算銑刀在具有工作角度0及s的情況下，單刀齒所具有的角度小刀及小刀：小刀=0- 0安裝=5-5=0 (3-18)小刀=s- s安裝=-6-6=-12 (3-19)284 組合銑床總體設計4.1 被加工零件工序圖編制“三圖一卡”的工作內(nèi)容包括：零件工序圖、加工示意圖、機床尺寸聯(lián)系圖和生產(chǎn)率計算卡?！叭龍D一卡”是組合機床總體方案的具體體現(xiàn)。被加工零件工序圖是指根據(jù)已確定的工藝方案，表示一臺組合機床或自動線對加工零件應完成的工藝內(nèi)容的示意圖。它不能用產(chǎn)品的零件圖代替，而須在原零件圖的基礎上，突出本機床或自動線的加工內(nèi)容及必要的說明進行重新繪制。它是進行組合機床設計的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗和調(diào)整機床的重要技術文件。其內(nèi)容應包括以下幾個方面： 1.表示出被加工零件的形狀和輪廓尺寸及與本機床設計有關的部位的結構形狀和尺寸。2.表示出加工零件定位基準、夾緊部位及夾緊方向，以便依此進行夾具的定位支承、限位、夾緊及導向系統(tǒng)的設計。3.表示出本道工序加工部位的尺寸 、尺寸精度、表面粗糙度、形狀位置精度及技術要求，另外還應表示出本道工序?qū)η暗拦ば蛱岢龅囊蟆?.表示出必要的文字說明，如被加工零件的編號、名稱、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。5.繪制時按一定的比例，細實線表示與本道工序加工無關的部分，粗實線表示被加工部位精度、粗糙度、位置精度、定位面及夾壓方向。6.凡本道工序保證的尺寸、角度等，應在基尺寸數(shù)值上打上方框，并在下面加一橫線（粗實線）。4.2 加工示意圖4.2.1 加工示意圖的作用及內(nèi)容零件加工的工藝方案要通過加工示意圖才能反映出來。加工示意圖表示：被加工零件在機床上的加工過程，刀具、輔具的布置狀況，工件與夾具、刀具等機床各部件間的相對位置關系，以及機床的工作行程和工作循環(huán)等。因此，它是刀具、輔具、夾具、主軸箱、液壓和電氣裝置設計及通用部件選擇的主要原始資料，也是對整臺機床布置和技術性能的原始要求，同時還是調(diào)整機床、刀具及試車的依據(jù)。其內(nèi)容包括以下幾方面：1.應反映機床的加工方法、加工條件及加工過程。2.根據(jù)加工部位的特點及加工要求，決定刀具的類型、數(shù)量、結構、尺寸（直徑和長度）。3.決定主軸的結構類型、規(guī)格尺寸及外伸長度。4.選擇標準或設計專用的接桿、浮動卡頭、導向裝置、攻絲靠模裝置、刀桿托架等，并決定它們的結構參數(shù)及尺寸。5.標明主軸、接桿、夾具（導向裝置）與工件之間的聯(lián)系尺寸、配合及精度等。6.根據(jù)機床的生產(chǎn)率及刀具和工件的材料等，合理確定并標注各主軸的切削用量。7.決定機床動力部件的工作行程和工作循環(huán)。圖4-1 管彎頭加工工序圖4.2.2 刀具的選擇由3.3可知，選擇刀具為硬質(zhì)合金端銑刀，牌號為YT15.4.2.3 確定主軸類型、尺寸及外伸長度主軸類型為剛性主軸，即主軸與刀桿采用剛性聯(lián)接，刀具不需要借助于導向裝置進行加工。因此，主軸需要足夠的剛性，否則加工時易產(chǎn)生振動，影響加工質(zhì)量和損壞刀具。主軸的主要參數(shù)：材料為45號鋼，空心主軸1.主軸的懸伸長度a，盡量取小值，提高主軸的剛度，初取a=100mm2.主軸的懸伸比 Ha1.52，取1.83.主軸的支承距：L=1.8100=180mm4.主軸的前支承軸徑：D1=100mm主軸的后支承軸徑：D2=90mm5.查表取主軸直徑比d/D0.5，取0.56.確定主軸直徑d=55mm4.2.4 確定動力部件的工作循環(huán)和工作行程動力部件的工作循環(huán)是指：加工時動力部件從原來位置開始運動到加工終了位置，又返回到原來位置的動作過程。一般包括快速進給、工作進給、快速退回等動作。有時還有中間停止、多次往復進給、跳躍進給、死擋鐵停留等特殊要求，這是根據(jù)具體的加工工藝需要確定的。1.工作進給長度L工應等于工件加工部位長度L與刀具切入長度L1之和。切入長度L1應根據(jù)工件端面的誤差情況在510mm之間選擇，誤差大時取大值，此次L1取8mm。L工=2+8=10mm2.快速退回長度等于快速引進與工作進給長度之和。快速引進是指動力部件把主軸箱連同刀具從原始位置送進到工作進給開始位置，其長度按加工具體情況確定。此次快速引進長度取390mm。所以，快速退回長度為400mm。3.動力部件總行程長度動力部件的總行程，除應保證要求的工作循環(huán)工作行程（快速引進+工作進給=快速退回）外，還要考慮裝卸和調(diào)整刀具方便，即考慮前、后備量。前備量是指因刀具磨損或補償制造、安裝誤差，動力部件尚可向前調(diào)節(jié)的距離。后備量是指，考慮刀具從接桿連同刀具一起從主軸孔中取出所需要的軸向距離。因此，動力部件的總行程為快退行程長度與前后備量之和。4.3 組合銑床聯(lián)系尺寸圖4.3.1 機床聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容機床聯(lián)系尺寸圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并按初步選定的主要通用部件以及確定專用部件的總體結構而繪制的。是用來表示機床的配置形式、主要構成及各部件安裝位置、相互關系、運動關系和操作方位的總體布局圖。機床聯(lián)系尺寸總圖表示的內(nèi)容:1.表示機床的配景形式和總布局。2.完整齊全的反映各部件之間的上要裝配關系和聯(lián)系尺寸專用部件的主要輪廓尺寸、運動部件的運動極限位置及滑臺工作循環(huán)總的工作行程和前后備量尺寸。3.標注主要通用部件的規(guī)格代號和電動機型號、功率及轉速，并標出機床分組編號及組件名稱，全部組件應包括機床全部通用及專用零部件。4.標明機床驗收標準及安裝規(guī)程。4.3.2 繪制機床尺寸聯(lián)系總圖之前應確定的內(nèi)容1.選擇動力部件動力部件的選擇主要是確定動力箱和動力滑臺。1) 動力滑臺的選用a.驅(qū)動方式的確定。采用液壓驅(qū)動。b.確定軸向進給力。F進=4719+345=4256N由于滑臺工作時，除了克服各主軸的軸向力外，還要克服滑臺移動時所產(chǎn)生的摩擦阻力，因而，所選滑臺的最大進給力應大于F進。c.確定進給速度。對液壓滑臺，確定刀具切削用量時所規(guī)定的工作進給速度應大于滑臺最小工作進給速度的0.51倍。d.確定滑臺行程。滑臺總行程應大于工作行程，前后備量之和。e.精度的選擇。因為加工精度不高，所以選用普通精度等級的滑臺。2) 動力箱的選用動力箱規(guī)格與滑臺要匹配，其驅(qū)動功率上要依據(jù)是根據(jù)多軸箱所傳遞的切削功率來選用。由3.2節(jié)可知Pc=11.817kw。P主=Pc=11.8170.8=14.77125kw多軸箱傳動效率0.70.9，取0.8。2.配套通用部件選擇1) 確定裝料高度裝料高度指工件安裝基面至機床的垂直距離。組合機床標準中，推薦裝料高度為8501060mm范圍內(nèi)選取，本次設計的液壓滑臺高度為400mm，側底座高度為560mm，選擇裝料高度為H=960mm。2) 確定夾具輪廓尺寸參照夾具設計。3) 中間底座輪廓尺寸中間底座輪廓尺寸要滿足夾具在其上面聯(lián)接安裝的需要。中間底座輪廓尺寸L，要根據(jù)所選動力部件和夾具安裝要求來確定。根據(jù)已定的工藝方案和機床配置形式并結合使用及修理因素，確定機床為臥式單工位液壓傳動組合機床，選用配套的動力箱驅(qū)動多軸箱銑削。查機械設計課程設計p193，表19-1選取額定功率為15kw的型號為Y160L-4的電動機作為本次設計的動力源。查組合機床設計p20表2-6齒輪傳動動力箱主要尺寸及性能。選擇公稱尺寸為500的動力箱。查組合機床簡明手冊p99，表5-1選擇液壓滑臺型號為:1HY50A-1，臺面寬度為500mm，臺面長度為1000mm，工作進給速度為66.3mm/min，快速進給速度為6.3m/min。；側底座型號為：1CC501，高度為560mm。4.4 生產(chǎn)率計算卡生產(chǎn)率計算卡是反映所設計的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產(chǎn)率、負荷率等的技術文件。通過生產(chǎn)率計算卡，可以分析所擬定的方案是否滿足用戶對生產(chǎn)率及負荷率的要求。機床生產(chǎn)率Q1(件/h)按下式計算：Q1=60/T單=60/(T切+T輔)式中 T單單件時間(min); T切機加工時間(min)，包括動力部件工作進給和死擋鐵停留時間t停，即T切=L1Vf1+t停=0.181min式中 L1刀具的工作進給行程長度(mm)，取10mm； t停固定擋鐵停留時間，一般為在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具旋轉510轉所需的時間(min)，取0.03min；T輔輔助時間(min),包括快進時間、快退時間、工作臺移動或轉位時間t移、裝卸工件時間t裝，即T輔=L2+L3Vfk+t移+t裝=0.725min式中 L2 、L3動力部件快進行程長度、快退行程長度(mm)，取390mm，400mm； Vfk動力部件的快速移動速度(mm/min)，取66.3mm/min； t移工作臺移動或轉位時間(min)，取0.1min； t裝裝卸工件時間(min)，取0.5min；所以，生產(chǎn)一個零件所需時間T單=0.906min機床負荷率按下式計算：=Q1/Q=60tk/AT單=65% 式中 Q機床的理想生產(chǎn)率（件/h）；A年生產(chǎn)綱領（件），取200000件； tk年工作時間(h),取一班制tk=1950h。機床生產(chǎn)率一般以65 %75%為宜。機床復雜時取小值，反之取大值。49機床生產(chǎn)率計算卡被加工零件圖號毛坯種類鋼材名稱90度管彎頭毛坯重量材料15號鋼硬度HBS143工序名稱銑削彎頭坡口工序號序號工步名稱被加工零件數(shù)（個）加工長度（mm）工作行程（mm）切削速度（m/min）每分鐘轉速（r/min)每轉進給量（mm/r）每分鐘進給量（mm/mi