【文章內(nèi)容簡介】 面的能力，加工 對象可在一定范圍內(nèi)變化，甚至可以同時(shí)加工幾種不同的類似零件，可分階段投產(chǎn)達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)量。具有以下特點(diǎn)： 第一章 4 (1) 重用性 構(gòu)成柔性加工線的各種資源在制造環(huán)境發(fā)生變化時(shí)不改變或少量改變即可成為新系統(tǒng)的組成部分。 (2) 重構(gòu)性 在制造環(huán)境發(fā)生重大變化時(shí)能夠根據(jù)任務(wù)的性質(zhì)及一定的原則重新選取原有設(shè)備構(gòu)成新的制造系統(tǒng)。 (3) 自適應(yīng)性 柔性加工線能夠進(jìn)行局部調(diào)整，在線地適應(yīng)加工設(shè)備的故障，增減及加工任務(wù)的一定變化。 高速柔性加工的優(yōu)點(diǎn) (1) 隨切削速度提高，進(jìn)給速度也相應(yīng)提高，單位時(shí)間內(nèi)材料切除率 (切削速度、進(jìn)給量和切削深度的乘積 )增加，切削加工時(shí)間減少，大幅度提高加工效率，降低加工成本。 (2) 在高速切削加工范圍，隨切削速度提高，切削力隨之減少，根據(jù)切削速度提高的幅度，切削力平均減少 30%以上，有利于對剛性較差和薄壁零件的切削加工。 (3) 高速切削加工時(shí)，切削以很高的速度排出，帶走大量的切削熱，切削速度提高愈大，帶走的熱量愈多，大致在 90%以上，傳給工件的熱量大幅度減少，有利于減少加工零件的內(nèi)應(yīng)力和熱變形，提高加工精度。 (4) 從動(dòng)力學(xué)的角度，高速切削加工過程中，隨切削速度的提高，切削力降低，而切削力正是切削過程中產(chǎn)生振動(dòng)的主要激勵(lì)源；轉(zhuǎn)速的提高，使切削系統(tǒng)的工作頻率遠(yuǎn)離機(jī)床的低階固有頻率，而工件的加工表面粗糙度對低階固有頻率最敏感，因此高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度。 5）經(jīng)濟(jì)性好加工效率高穩(wěn)定性好。 高速柔性加工存在的一些缺點(diǎn) （ 1）對機(jī)床要素要求高 機(jī)床要有較高的技術(shù)性、動(dòng)態(tài)性、隨動(dòng)性，精度要求高、剛度要求高和高性能 CNC 控制系統(tǒng)。 選用 CNC 系統(tǒng)除了標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)外，還必須具有高速加工所要求的一些專門功能： 1) 至少能預(yù)處理 100 個(gè)程序段。 2) 通過 位置環(huán)的前饋減少跟蹤誤差。 3) 跟蹤誤差要少于 。 第一章 5 4) 能根據(jù)被跟蹤的輪廓和加速度參數(shù)控制進(jìn)給。 5) 具有最短的程序處理時(shí)間 (最大允許時(shí)間為每段 4ms)。 （ 2）對刀具要素要求高 刀具的材料和夾持安裝都有較高的要求。 （ 3）對夾具要素的要求高 夾具在系統(tǒng)中往往也是最薄弱的環(huán)節(jié)。如果夾具剛性不足以防止切削過程中的顫振，即使是剛度和動(dòng)態(tài)性能最好的機(jī)床，裝上了強(qiáng)有力的主軸和合適的刀具，也是無價(jià)值的。 （ 4）整體加工系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜對操作人員要求高。 （ 5）系統(tǒng)投資大回收期長。 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 定位基準(zhǔn)選擇 缸體的缸孔壁厚是否均勻是影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常與否最重要的參數(shù)，因此選擇毛坯定位時(shí)首先考慮的是缸孔壁厚的保證。其次，曲軸孔也是要求極高的重要參數(shù)，因此在選取 OP10 定位時(shí)使用缸壁及曲軸孔為定位基準(zhǔn)。 在 OP10 加工出缸體左側(cè)面精定位基準(zhǔn)，作為后序的主要加工定位基準(zhǔn)使用。 缸體的缸孔、頂面，前后面、油泵安裝面等重要特性與曲軸孔相互關(guān)系極其重要，因此最后兩個(gè)工序選取定位基準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)選取曲軸孔為定位基準(zhǔn)。 夾具的設(shè)計(jì)方案選取 按照選取好的定位基準(zhǔn)進(jìn)行夾具的 最終設(shè)計(jì)。考慮到缸體各個(gè)加工特性非常重要，為保持加工精度以及質(zhì)量一致性。選取液壓夾具。各個(gè)夾具設(shè)計(jì)方案見說明。 要加工出合格的產(chǎn)品夾具設(shè)計(jì)非常重要，在定位基準(zhǔn)點(diǎn)、孔確定好的前提下，還需要考慮輔助支撐點(diǎn)、夾緊點(diǎn)位置選取，還要結(jié)合工件具體尺寸要求選擇合適大小的夾緊力。這也是選取加工設(shè)備需要考慮的參數(shù)。 刀具的選取 發(fā)動(dòng)機(jī)作為制造行業(yè)質(zhì)量要求最高的產(chǎn)品，它對刀具的要求也是非常苛刻的，需要考慮各種實(shí)際的狀況，僅僅局限在書本知識(shí)上是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。按照產(chǎn)品圖紙的要求加工出合格的產(chǎn)品對刀具知識(shí)的要求是 非常廣闊的。 刀具選取要綜合考慮被加工件質(zhì)量特性，工件材料，機(jī)床各運(yùn)動(dòng)參數(shù)，節(jié)拍要求，還有如何選取采用干濕切削等等。要加工出合格的缸體成品，在加工中需第一章 6 要使用當(dāng)今世界最昂貴的刀片，需要高精度的復(fù)合刀具，有些刀具是國內(nèi)刀具廠家的產(chǎn)品都無法提供的，需要選取世界頂級刀具制造商提供技術(shù)支持。 刀具的加工參數(shù)，也是設(shè)備選取的重要依據(jù)。 刀具選取方案參照說明。 設(shè)備選取 依據(jù)產(chǎn)品尺寸參數(shù)、重量參數(shù)以及各加工特性應(yīng)選擇工作臺(tái)為 1000mm800mm 臥式加工中心。 如 MAG HPC800 臥式加工中心，該機(jī)床 各重要參數(shù)如下： 工作臺(tái)尺寸： 1000 800（ mm） 主軸直徑：Φ 100mm 移動(dòng)速度： X、 Y： 80m/min， Z： 60m/min 精度：定位精度， 該機(jī)床加工能力滿足缸體加工要求，故可選取該加工中心作為工藝布置設(shè)備。 設(shè)備工藝布置設(shè)計(jì) 按照合理的工藝對設(shè)備進(jìn)行合理的布置，以使得工件物流順暢，保證物流過程工件盡量不會(huì)收到磕碰。 本次設(shè)計(jì)的目的及要求 本次設(shè)計(jì)的目的 1）進(jìn)一步鞏固并運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)。 2）培養(yǎng)分析問題、解決問題的能。 3）全面了解并掌握發(fā)汽車柴油動(dòng)機(jī)缸體的加工工藝 本次設(shè)計(jì)的要求 1）須熟悉發(fā)動(dòng)機(jī)缸體產(chǎn)品特性，掌握發(fā)動(dòng)機(jī)各重要特性的相互關(guān)系，掌握鑄件定位基準(zhǔn)選擇原理以及精基準(zhǔn)定位選擇原理。 2）共分八個(gè)工序完成 WD615 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體機(jī)加工部分的工藝設(shè)計(jì)，達(dá)到缸體的產(chǎn)品圖要求； 第一章 7 3)全部工序加工設(shè)備應(yīng)選擇加工中心，按照工件的工藝特性選擇適當(dāng)規(guī)格的加工中心； 4）要求完成各工序內(nèi)容合理布置，達(dá)到節(jié)拍平衡，工時(shí)優(yōu)化，節(jié)拍要求1015min； 5）要求完成每個(gè)工序夾具的基本設(shè)計(jì)原理，定位方式選擇合理，按照工序加工完成 的工件可以達(dá)到產(chǎn)品圖要求； 6）對每個(gè)工序的加工刀具合理選型。 7）工件大致尺寸： 970*500*400（ mm） 第二章 加工設(shè)備選取 8 第二章 加工設(shè)備的選取 加工中心的基本概念和分類 加工中心的基本概念 加工中心（ Machining Center）簡稱 MC，是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的，適用于復(fù)雜零件加工的高效自動(dòng)化機(jī)床。這種機(jī)床可裝若干把刀具，能自動(dòng)更換刀具，在一次裝夾中完成銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸、锪、攻螺紋、內(nèi)槽加工等。它用于加工各種箱體類、板類復(fù)雜零件。第一臺(tái)加工中心是 1958 年由美國卡尼 特雷克公司首先研制成功的。二十世紀(jì) 70 年代以來，加工中心得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了可換主軸箱加工中心，它備有多個(gè)可以自動(dòng)更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對工件同時(shí)進(jìn)行多孔加工。 加工中心的分類 ：（ 1）鏜銑加工中心 （ 2）車銑加工中心 （ 3）鉆削加工中心 （ 4）復(fù)合加工中心 ：（ 1）三軸加工中心 （ 2）四軸加工中心（ 3）五軸加工中心 ：（ 1）臥式加工中心 （ 2）立式加工中心（ 3）萬能加工中心 加工中心的結(jié)構(gòu)和工作原 理 加工中心的結(jié)構(gòu) 加工中心雖然有各種類型，結(jié)構(gòu)各異，但總體上主要由以下四部分構(gòu)成。 數(shù)控系統(tǒng) 是加工中心執(zhí)行順序控制和控制加工過程的中心。 伺服系統(tǒng) 是把來自數(shù)控裝置的信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。 機(jī)械本體 是加工和中心結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)部件，由床身、立柱和工作臺(tái)等大件組成。 主軸部件 是切削加工的功率輸出部件，由主軸箱、主軸電動(dòng)機(jī)、主軸和主軸軸承等零件組成。加工中心結(jié)構(gòu)如圖 21 第二章 加工設(shè)備選取 9 圖 21 加工中心結(jié)構(gòu)圖 加工中心的工作原理 加工中心根據(jù)工件圖樣制定工藝方案，采用手工或 計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程，把工件所需的機(jī)床各種動(dòng)作及全部工藝參數(shù)變成機(jī)床數(shù)控裝置能接受的信息代碼，并把這些代碼存儲(chǔ)在信息載體上（穿孔帶、磁盤等）、將信息載體送到輸入裝置，讀出信息并送入數(shù)控裝置。進(jìn)入數(shù)控裝置的信息，經(jīng)過一系列處理和運(yùn)算轉(zhuǎn)變成脈沖信號(hào)。有的信號(hào)送到機(jī)床的伺服系統(tǒng)，通過伺服系統(tǒng)對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換盒和放大，再經(jīng)過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床有關(guān)部件，使刀具和工件嚴(yán)格執(zhí)行程序所規(guī)定的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。有的信號(hào)送到可編程序控制器中，用以順序控制機(jī)床的其他輔助動(dòng)作，如實(shí)現(xiàn)刀具自動(dòng)更換等。加工中心的工作原理見圖 22。 圖 22 加工 中心原理圖 第二章 加工設(shè)備選取 10 加工中心工藝特點(diǎn)分析 ： （ 1） 工藝范圍寬，能加工復(fù)雜曲面。 （ 2） 具有高度柔性，便于研制、開發(fā)新產(chǎn)品。 （ 3） 加工精度高，表面質(zhì)量好。 （ 4） 生產(chǎn)效率高 （ 5） 減輕工人體力勞動(dòng)強(qiáng)度 （ 6） 便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助制造 (1)粗加工時(shí)，金屬切除量大，工件溫升很快，工件是在熱狀態(tài)下進(jìn)行精加工，因此在工件冷卻后后造成精度下降。 (2)有毛坯加工成成品的過程中，工件不能時(shí)效，內(nèi)應(yīng)力難以消除。 (3)多工序集中加工要使用各種各樣刀具，在臥式加工中心上要對工件四周進(jìn)行加工，在機(jī)床上工件 安裝區(qū)域周圍大部分空間都被切削刀具運(yùn)動(dòng)軌跡所占去，而固定工件所需的夾具和壓緊塊安裝空間小。工件的夾具必須能適應(yīng)零件粗加工時(shí)切削力大、高剛度、夾緊力打大的要求，又需適應(yīng)精加工時(shí)定位精度要求高、工件夾緊變形盡可能小的要求。 (4)加工中心的機(jī)床精度是按高精度加工要求制定的，若要穩(wěn)定加工出Ｈ 7 級孔，機(jī)床定位精度須達(dá)到177。 ／全長，主軸振擺、軸向跳動(dòng)須達(dá)到 ～ 以內(nèi)，另一方面，又須使用加工中心銑鑄件黑皮、鉆銷孔距要求177。 的連接孔等。 (5)多工序集中加工，要及時(shí)處理切屑。在加工過程 中，切屑不斷屑、切屑堆積、切屑纏繞等會(huì)影響加工順利進(jìn)行。 (6)工件每個(gè)工序的加工內(nèi)容、切削用量、工藝參數(shù)都可以編織到程序中去，以軟件的形式出現(xiàn)。軟件適應(yīng)性很好，可以及時(shí)修改，這樣給新產(chǎn)品試制，實(shí)行新的工藝流程和試驗(yàn)均提供了方便。 加工中心的合理選擇 每一種加工中心都有一定的規(guī)格，一定的功能范圍，也有最佳的適用范圍。臥式加工中心適于加工箱體類零件、泵體、閥體和殼體等。立式加工中心適于加工板類工件，如箱蓋、蓋板、殼體、平面凸輪等。規(guī)格相近的（指工作臺(tái)寬度）臥式加工中心比立式的價(jià)格要高５０％～１００％， 臥式加工中心比立式的加工工時(shí)也多５０％～１００％，因此，完成同樣工藝內(nèi)容，采用立式加工中心要比第二章 加工設(shè)備選取 11 臥式加工中心經(jīng)濟(jì)。但臥式加工中心的工藝性廣泛，一般一個(gè)機(jī)械加工車間中臥式加工中心與立式加工中心數(shù)量之比大約為 2:1。 機(jī)床規(guī)格選擇 按已定的工件來選擇機(jī)床的規(guī)格 機(jī)床的主要規(guī)格由：工作臺(tái)尺寸、坐標(biāo)位置、坐標(biāo)行程等。 這里我們要加工的 WD615 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體尺寸 大致為： 970*500*400（ mm） 因此，我們依據(jù)產(chǎn)品尺寸參數(shù)、重量參數(shù)以及各加工特性應(yīng)選擇工作臺(tái)為1000mm 800mm 臥式加工中心。 選取機(jī)床工作臺(tái)面稍大于零件尺寸是為了給安裝夾具留出空間。另外工件和夾具的總重量不能大于工作臺(tái)的額定負(fù)載，工件的移動(dòng)軌跡不能與機(jī)床防護(hù)罩干涉，交換刀具時(shí)，不得與工件相碰等。 機(jī)床精度的選擇 機(jī)床精度的選擇包括：機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度、銑圓精度、定位進(jìn)度分析等。 機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度 機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度反映了該軸向格運(yùn)動(dòng)部件的綜合精度，尤其是重復(fù)定位精度，它反映了該軸向在有效行程內(nèi)任意定位點(diǎn)的定位穩(wěn)定性，這是衡量該數(shù)控軸能否穩(wěn)定可靠工作的基本指 標(biāo)。 銑圓精度 銑圓精度綜合反映了機(jī)床兩軸聯(lián)動(dòng)時(shí)，伺服運(yùn)動(dòng)特性和數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)功能。 定位進(jìn)度分析 加工中心每個(gè)控制軸的定位精度是指在該軸行程內(nèi)任意定位點(diǎn)的定位誤差，在這項(xiàng)誤差反映了伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度。任意定位點(diǎn)的誤差均存在隨機(jī)誤差，從整個(gè)行程來看，定位誤差包絡(luò)線是全行程的精度范圍。 自動(dòng)換刀裝置是加工中心進(jìn)行多工序集中加工的基本條件。它的任務(wù)是在每個(gè)工序變換前，做好刀具準(zhǔn)備，所以它的工作質(zhì)量與整機(jī)質(zhì)量直接有關(guān)。自動(dòng)換刀裝置的投資占整機(jī)的 30%～ 50%。在加工中心使用中， 50%的故障都出自自動(dòng)換刀裝置，因此，在選擇自動(dòng)換刀裝置時(shí)，應(yīng)盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好的自動(dòng)換刀裝置。 在刀庫中，刀柄的存儲(chǔ)容量有 10 60、 80、 100、 120 等多種規(guī)格，一些柔性加工單元配有中央刀庫，可存儲(chǔ)上千把道具。若所選加工中心作為單機(jī)使用，不準(zhǔn)備用于柔性加工單元或柔性制造系統(tǒng)，刀庫容量不宜選的太大。因?yàn)榇笕萘康稁斐杀靖?、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高，刀柄管理也相應(yīng)復(fù)雜化。 一般來說，選用立式加工中心是刀庫容量 20 把較合適。選用臥式加工中心時(shí)，刀庫容量 40把較合適。根據(jù)缸體第一加工工序，本次設(shè)計(jì)需要 24個(gè)工步，共需 24 把刀具。因此確定刀庫容量為 40 把也是合理的。 第二章 加工設(shè)備選取 12 選購加工中心前必須做可行性分析，即一年內(nèi)加工多少工件，有幾種典型零件。對每個(gè)典型零件進(jìn)行工藝分許，確定工藝路線，制定出準(zhǔn)備在加工中心上加工的內(nèi)容。根據(jù)機(jī)床配置的刀具情況來確定切削用量，計(jì)算每道工序的切削時(shí)間t1 及相應(yīng)的輔助時(shí)間 t2，對大型加工中心每次交換道具時(shí)間約為 46 秒，因此單工序時(shí)間為 t=t1+t2+5s 發(fā)動(dòng)機(jī)下缸體機(jī)加工