| 摘要：依据用户需求和被加工件规格提出产品规划，采用现代设计方法进行两工序、两工位工作原理与工艺方案设计及系统功能原理方案设计，确立机电液一体化控制的总体结构方案，阐述该设备机械系统执行部分的创新结构及主要技术特征。 |
1 产品规划
两工位数控专用电机壳铣钻床用于电机壳底面和螺钉过孔的加工。电机壳毛坯模型。该机床要满足中小型电机系列批量生产要求，即中心高范围为80～180mm，孔径范围为Ø123～Ø297mm。底脚面加工部位。电机壳是电机产品基础零件，壳体底面和螺钉过孔的加工直接影响标准系列电机的规格性能尺寸，因此该机床加工必须保证电机壳的尺寸精度和位置精度要求。中小型电机与重型电机相比体积小，重量轻，加工余量小，而辅助工时长，因此要求加工尽可能减少辅助时间。单件加工时间预定为4.5min。2 机床工作原理与工艺方案
机床应用数控技术，融机、电、液控制为一体，采用半闭环数控系统，依程序进行自动加工，以保证自动化加工的可靠性。主运动重点考虑机床空间柔性问题，用数控装置控制主传动系统和进给伺服系统，一次装夹连续完成铣钻双工序加工，并在PLC 系统和液压系统控制下完成工序柔性转换，以保证缩短辅助工时。执行机构在程序控制下完成双工位工作状态转换。Ⅰ、Ⅱ两工位同时处于工作状态，即当Ⅰ工位工件处于加工状态时，Ⅱ工位工件处于装夹或拆卸状态，反之亦然。而主轴系统和进给系统接连不断地往返于Ⅰ、Ⅱ工位工件的加工。Ⅰ、Ⅱ两工位工件的加工时间与辅助时间相互重叠，可保证节省辅助工时。从操作者安全工作考虑回转胎具设有前后位，前位加工，后位拆卸，回转换位。工艺过程和工作流程。从液压系统装夹快捷性好、易实现顺序动作、换向动作的准确控制、易保证压力调节与压力保持的工作要求等方面考虑，夹紧装置采用机电液一体化控制技术。3 系统功能原理方案设计
3.1 总功能分析
专用电机壳铣钻床总功能是按照生产节拍完成铣钻加工。由“黑箱法”设计，寻找总功能转换关系。3.2 功能(树)结构
机床功能结构。4 总体结构方案
4.1 运动系统
- 主运动
- 主轴驱动采用交流变频电动机。为适应变速范围主轴箱内采用了同步齿型带和斜齿轮传动两级减速机构，圆弧齿型带和斜齿轮传动具有承载能力大、传动平稳、适宜高速的特点。
- 在变频主电机驱动下实现机床主运动，驱动刀盘执行铣削运动；按数控指令铣削完成后，主轴立即停止旋转，退回对刀点，液压油缸启动，钻头在液压驱动力作用下沿主轴导向键从空心主轴中顶出，主轴变速起动，刀具的柔性转换完成。进给指令发出后钻头开始工作(铣刀盘空转)，在主电机和伺服电机驱动下完成钻孔。
- 进给运动
- 进给系统设有X、Y、Z三向驱动，均由伺服电机经联轴器、精密滚珠丝杠副拖动滑台，并由数控系统控制联动。执行机构采用耐磨性好、吸震能力强的贴塑滑动导轨。
4.2 装夹系统
- 夹紧装置
- 压紧油缸设置在龙门架上，从工件上方压紧，压紧高度可调。螺旋调节装置保证工件的加工范围。
- 偏心回转胎具
- 前后位专用偏心回转胎具安装在固定工作台上，当胎具转至前位(即加工位)时工件处于加工状态，转至后位时(辅助工位)工件处于装夹、拆卸状态。偏心距大小由工件尺寸规格决定，其调整是利用长键结构。
- 定位元件
- 定位原理为一面、短销(三爪)不完全定位，以工件内孔和孔口端面为定位面。定位元件采用内三爪卡盘。自定心效果好，径向尺寸可调。径向尺寸由工件尺寸规格决定，其调整是利用三爪钥匙和卡盘下面梯形螺纹盘旋扣来调整三爪伸出的径向尺寸。
- 找正机构及转位定位机构
- 工件转到前位时被加工的底脚面必须与主轴中心面垂直，否则加工余量不均。胎具中设置翻转找正机构，在后位初找正后，再转至前位，使工件位置正确无误。利用分组销孔定位方式使工件安装位置可调，满足了系列产品特定的规格范围要求。
4.3 总体结构与布局
该机床整体框架采用卧式框架结构，保证足够的刚性和工作平稳性。固定床身上安装X向移动滑台，配装Y、Z向十字滑台的立柱位于X向滑台上。主轴位于Z向滑台外侧。固定床身前位安装固定工作台。工作台上配装旋转胎具和龙门式夹紧装置。主轴箱升降平衡采用液压平衡装置。操作面板配置在机床的左前方，便于操作。控制柜、液压站、润滑装置独立安装，便于维护。按照人机工程学的设计准则，在总体布局时除考虑技术经济指标外，还考虑人机综合效能的最佳状态，如旋转胎具将手工操作与机器操作从时间和空间上分开，从直觉上使人感到安全。整体布局，为机床立体。5 机床主要技术特征
5.1 柔性化特征
创新设计机床的工作原理，即应用数控技术由数控装置控制主运动系统和进给伺服系统一次装夹，自动连续完成铣钻两工序加工，既避免工序定位基准不统一带来的不利因素，又省去分散加工的辅助操作，使专用机床具有柔性转换工序和复合加工的技术特征。5.2 循环加工
创新设计机床的双工位工艺过程，形成空间与工位往复循环流程和切削时间与辅助时间的交叉重叠形式，有效实现多工件的连续加工，并获得双工位辅助加工时间计算值为零的效果。该设备生产节拍为4.5min，与单工位、分散工序加工相比不仅自动化程度高，加工性能稳定，而且生产率提高近2倍。5.3 机电液一体控制
将机电液多种控制技术融为一体，应用现代设计方法(即系统功能原理设计、CAD 计算机辅助设计)和创造学理论组合创新设计了功能完善的液压装夹装置。总体设计综合考虑加工范围的适应性、操作的便捷性、维护的方便性，使劳动强度极大减弱、工效成倍提高、加工成本明显降低，性价比较高。
