[工学]3-南华大学机械工程学院毕业设计论文

1 概述

1.1 本课题研究的目的

电动机外壳加工专用机床的设计主要用于加工铝合金材料的压铸件电动机外壳的毛坯，通常是在普通机床上进行加工，装夹和测量麻烦，不但加工时间厂，效率低，而且制造误差大，生产成本高，本设计的目的是使机床的结构尽可能简化，降低机床购买成本，提高生产效率，从而降低零件的生产成本，提高产品的市场竞争力。

1.2本设计国内外研究历史与现状

专用机床是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的主用机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额) ,完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种形状槽,以及铣削平面和成形面等。专用机床的分类繁多,有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床———柔性专用机床越来越受到人们的青睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换,配以可编程序控制器( PLC) 、数字控制(NC) 等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多品种加工的可调可变的专用机床。

由于专用机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品,是根据用户特殊要求而设计的,它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国专用机床及专用机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后,国内所需的一些高水平专用机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大,并使产品生产成本提高。因此,市场要求我们不断开发新技术、新工艺,研制新产品,由过去的“刚性”机床结构,向

“柔性”化方向发展,满足用户需求,真正成为刚柔兼备的自动化装备。

现仅就近几年大连组合机床研究所研制的组合机床及其自动线对目前我国组合机床及其自动线装备技术的基本情况进行说明：

图1.1 压缩机外支撑八工位回转工作台组合机床

(1)为某冰箱压缩机厂提供的ZHS - 1283 冰箱压缩机外支撑八工位回转工作台组合机床,见图1。镗孔精度< 9.097 mm ±0.004 mm , 表面粗糙度Ra0. 8μm ,节拍时间26 s (2 件) ,采用交流伺服滑台,HSK 接杆,主轴带中孔冷却液通道,全封闭防护。

(2) ZHS - XU86 凸轮轴轴承盖加工自动线是为某汽车公司研制的用于30 万辆轿车生产的高精度、高生产率、多品种数控自动线,见图1.2 。该线采用多种先进技术:可控扭矩夹紧扳手、气浮输送、电液比例阀、高精度空心锥柄接杆、高密度材料镗杆、数控精密十字滑台、分布式控制系统与监测系统、故障诊断及显示系统、大流量冷却排屑和全封闭防护系统,节拍38 s。

图1.2 ZHS - XU86 凸轮轴轴承盖加工自动线

(3) UD80 型换刀换箱柔性加工单元,见图1.3 。该单元是一种高效、高精度与高柔性的数控机床,机床有5 个坐标,交换托板尺寸为800 mm ×800 mm ,刀库容量60 ,120 ,180 任选,箱库容量12 个,能在一次装夹下成铣、钻、铰、攻丝、镗孔、镗车等工序的单轴加工和多轴加工,适合中大批量生产规模的箱体零件和成组杂件的加工,也适用于中小批量多品种零件的生产。

图1.3 UD80 型换刀换箱柔性加工单元

上述专用机床代表了目前我国专用机床装备较高的技术水平,但随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高,高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控专用机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业,因此专用机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面,加强数控技术的应用,提高组合机床产品数控化率;另一方面,进一步发展新型部件,尤其是多坐标部件,使其模块化、柔性化,适应可调可变、多品种加工的市场需求。

1.3 目前存在的主要问题

在加工通孔、止口以及两侧表面的零件时，尤其批量生产中，传统车削加工效率方法是应用车镗削专机一次将孔和侧端面加工完；翻过来二次装夹加工另侧表面。工件在实际加工中二次装夹导致加工精度低，效率低下。

2机床设计总体方案

随着社会的进步，市场经济的发展，各种产品内部及产品之间的竞争日益加强，这使得产品的生产厂家都设法降低产品的生产成本，提高产品的生产效率。在这种情况下，针对要求设计一套电动机外壳内孔、止口及端面加工的专用机床，所以本设计主要是为了通过尽量简化机床的结构和减少机床附件来减少机床的制造成本，从而达到降低电机外壳生产成本的目的。

2.1 机床总体方案的设计依据

2.1.1 被加工零件工艺方案的拟定

工件材料为铸铝合金，牌号为ZL102，硬度为HBS50，加工部位是：内孔表面1、止口表面2、3，以及外壳表面4、5。工件觉得简易零件图如图2.1所示。其具体加工要求如下 ：

(1) 需要加工的5个表面均不在同一个加工平面，而设计要求在一次装夹的 情况下完成工件的加工过程，因此，需要采用多工位刀具加工，使左端面和止口以及内孔通过一次走刀过程完成加工，然后再使右边的止口和端面同时完成加工。

(2) 被加工表面的粗糙度均为Ra3.2。

(3) 被加工表面的尺寸及位置精度为：

1）两端面4、5的最小距离为0

0.16125-mm ；

2）两止口2、3的最小尺寸要求为0.035098φ+mm ；

3）内孔1的尺寸要求为0.054096φ+mm ；其内表面相对于两止口轴线的圆跳

度为0.075mm 。

(4) 小批量生产。

图2.1 加工零件简易图

2.2 机床设计方案的确定

2.2.1 拟定工艺方案的对比

在开始本设计之前拟定了三套设计方案，其具体内容如下：

（1）在加工通孔、止口以及两侧表面的零件时，尤其批量生产中，传统车削加工效率方法是应用车镗削专机一次将孔和侧端面加工完；翻过来二次装夹加工另侧表面。工件在实际加工中二次装夹导致加工精度低，效率低下。

（2）采用双动力头车床，通过两床头机座的轴向进给来完成切削进给，这样使得机床必须具备两个能在导轨上实现轴向运动的主轴箱，一方面，这样的结构为保证电机外壳止口的同轴度要求，将会对导轨的平行度直线度等形位误差提出更高的要求；另一方面，还要给两个主轴箱提供轴向运动的动力装置。这种方案的优点是加工效率高，缺点是采用双动力头，使加工精度难以得到保证，且采用双动力头使得机床的结构复杂、生产费用高。

（3）采用参照6140车床的结构进行改造而成的简易车床进行加工，整个加工过程都是由装夹工件的拖把的进给来完成，机床的切削主轴分为前镗头和后镗头两部分组成，两镗头以及镗杆上的镗刀都需要比较高的安装精度，直接通过安装精度来保证零件的加工精度。其加工过程为：首先工件向左进给，通过前镗头上的内孔镗刀、止口镗刀和端面镗刀来完成内孔、左止口和左端面的加工，加工完成后停机，在前后镗头之间加上传动杆使动力传递给后镗头，然后使工件向右