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    式组合钻床设计(含CAD图纸全套)doc

      发布时间:2018-03-19 04:22

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      买文档后送图纸, 阀腔立式组合钻床设计学院名称: 专业班级: 机械设计制造及自动化 学生姓名: 指导教师姓名: 指导教师职称: 2013年 6月 目 录第一章 绪论………………………………………………………………………………41.1组合机床的概论……………………………………………………………………41.2组合机床的发展现状与趋势………………………………………………………41.3机床设计的目的、内容、要求……………………………………………………51.3.1 设计的目的………………………………………………………………………51.3.2 设计内容…………………………………………………………………………51.3.3 设计要求…………………………………………………………………………61.4机床的设计步骤……………………………………………………………………61.4.1 调查研究…………………………………………………………………………61.4.2 拟定方案…………………………………………………………………………61.4.3 工作图设计………………………………………………………………………7第二章 零件分析2.1 零件的结构特点及其技术要求…………………………………………………72.1.1零件结构特点……………………………………………………………………72.1.2技术要求…………………………………………………………………………82.2零件的生产批量及其机床的使用…………………………………………………92.2.1零件的生产批量 …………………………………………………………………92.2.2机床的使用条件 …………………………………………………………………92.3 零件工艺方案………………………………………………………………………92.3.1 生产工艺方案 ……………………………………………………………………9第三章 组合机床的总体设计 ………………………………………………………103.1组合机床方案的制定………………………………………………………………103.1.1制定工艺方案……………………………………………………………………103.1.2确定组合机床的配置形式和结构方案…………………………………………113.2确定切削用量及选择刀具 ……………………………………………………… 123.2.1确定工序间余量 ……………………………………………………………… 123.2.2选择切削用量…………………………………………………………………123.2.3确定切削力、切削扭矩、切削功率…………………………………………123.2.4选择刀具结构…………………………………………………………………133.3钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制……………………………………143.3.1被加工零件工序图……………………………………………………………153.3.2加工示意图……………………………………………………………………163.3.3机床联系尺寸图………………………………………………………………193.3.4生产率计算卡…………………………………………………………………213.4 多轴箱的设计…………………………………………………………………233.4.1 绘制多轴箱设计原始依据图……………………………………………… 233.4.2 多轴箱的传动设计………………………………………………………… 243.4.3 绘制传动系统图……………………………………………………………263.4.4 传动零件的校核……………………………………………………………26第四章 夹具设计……………………………………………………………………314.1 机床夹具的概述…………………………………………………………… 314.1.1机床夹具的组成……………………………………………………………314.1.2机床夹具的类型……………………………………………………………314.2夹紧方案和夹紧元件的设计…………………………………………………314.3夹具的性能及优点……………………………………………………………324.4夹具体的设计…………………………………………………………………324.5夹具精度分析计算……………………………………………………………334.6 夹具操作的简要说明…………………………………………………………34结论…………………………………………………………………………………… 34参考文献………………………………………………………………………………35致谢…………………………………………………………………………………… 361 绪论1.1 组合机床的概论组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础,配以少量的专用部件组成的专用机床。它适宜于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。这种机床既有专用机床的结构简单、生产率和自动程度较高的特点,又具有一定的重新调整能力,以适应工件变化的需要。组合机床广泛应用于大批量生产的行业,如;汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业。1.2 组合机床的发展现状与趋势世界上第一台组合机床于1908年在美国问世,30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今,它已成为现代制造工程(尤其是箱体零件加工)的关键设备之一。 近年来,随着数控技术,电子技术,计算机技术的发展,组合机床的服务对象已经由过去的农用机械,载货汽车向以轿车工业为重点的转移,组合机床行业开展了针对轿车零件关键工艺研究开发的科研攻关,采取引进技术,合作生产和自行开发相结合;组合机床也由过去的刚性组合机床向具有一定柔性,可实现多品种加工方向的变化,同时又应用数控技术发展了三坐标加工单元等数控组合机床,把纯刚性的设备变为可变可调的装备;组合机床的加工精度由半精加工向精加工方向转化,还开发了针对汽车发动机五大件加工的关键工艺设备,使行业在精加工机床的品种上有了较大扩充,为提供成套设备创造了条件;组合机床制造技术由过去的以机加工为主的单机及自动化向综合成套方向转换,加强了相应配套技术与产品的研究开发;组合机床的控制技术由传统的程序控制技术向数控,计算机管理与监控方向发展;组合机床行业企业生产的组合机床的控制技术,已完成了由接触继电器控制向可编程控制的转变,大大的提高了组合机床的可靠性,故障率大为降低;组合机床的开发已经又过去的人工设计转向计算机辅助设计,大力推行CAD,为提高设计速度,保证设计质量,缩短供货周期创造了有利的条件。 现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求,而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。 (1) 高速化:由于机构各组件分工的专业化,在专业主轴厂的开发下,主轴高速化日益普及。过去只用于汽车工业高速化的机种(每分钟1.5万转以上的机种),现在已成为必备的机械产品要件。 (2) 精密化:由于各组件加工的精密化,微米的误差已不是问题。以电脑辅助生产(CAM)系统的发展带动数控的功能越来越多。 (3) 高效能:对机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度的要求提高。同时,由于产品竞争激烈,产品生命周期缩短,模具的快速加工已成为缩短产品开发时间所必须具备的条件。对制造速度的要求致使加工模具的机床向着高效能专业化机种发展。 (4) 系统化:机床已逐渐发展成为系统化产品。现在可以用一台电脑控制一条生产线的作业,不但可缩短产品的开发时间,还可以提高产品的加工精度和产品质量。 (5) 复合化:产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级,机床五轴加工、六轴加工已日益普及,机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。1.3 机床设计的目的、内容、要求1.3.1设计的目的机床工业是现代工业特别是现代制造业的基础,在国民经济中占有重要的战略地位。机床工业与一个国家的工业竞争力、制造业发展水平紧密相关,本国的机床工业水平越高,工业和制造业竞争力越强。对我国而言,机床工业不仅仅具有重要的经济意义,而且还具有重要的国防战略意义。研究机床工业的特点,有助于我们了解机床工业的特殊规律,从而找到适合我国国情的机床工业发展之路。我国工业竞争力和制造业发展水平不高,一定程度上是与我国机床工业发展水平不高相联系的,加快我国机床工业的发展,提高我国机床工业技术和管理水平,将有利于我国工业和制造业发展。所以对机床的研究设计意义是极其重大的。 毕业设计是高等教育体系中非常重要的环节,它可以检验自己对专业知识理解与掌握的程度,也可以提高自己综合运用所学知识的能力,也能在分析问题和解决问题的过程中学到更多新的知识。 1.3.2 设计内容(1)运动设计 根据给定的被加工零件,确定机床的切削用量,通过分析比较拟定传动方案和传动系统图,确定传动副的传动比及齿轮的齿数,并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。(2)动力设计 根据给定的工件,初算传动轴的直径、齿轮的模数;确定动力箱;计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后,要验算传动轴的直径,齿轮模数否在允许范围内。还要验算主轴主件的静刚度。(3)结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、箱体、润滑与密封等的布置和机构设计。即绘制装配图和零件工作图。(4)编写设计说明书1.3.3 设计要求评价机床性能的优劣,主要是根据技术—经济指标来判定的。技术先进合理,亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎,在国内和国际市场上才有竞争力。机床设计的技术—经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分析。1.4 机床的设计步骤1.4.1调查研究研究市场和用户对设计机床的要求,然后检索有关资料。其中包括情报、预测、实验研究成果、发展趋势、新技术应用以及相应的图纸资料等。甚至还可以通过网络检索技术查阅先进国家的有关资料和专利等。通过对上述资料的分析研究,拟订适当的方案,以保证机床的质量和提高生产率,使用户有较好的经济效益。1.4.2 拟定方案通常可以拟定出几个方案进行分析比较。每个方案包括的内容有:工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统主要部件的结构草图等。在制定方案时应注意以下几个方面:(1) 当使用和制造出现矛盾时,应先满足使用要求,其次才是尽可能便于制造。要尽量用先进的工艺和创新的结构;(2) 设计必须以生产实践和科学实验为依据,凡是未经实践考验的方案,必须经过实验证明可靠后才能用于设计;(3) 继承与创造相结合,尽量采用先进工艺,迅速提高生产力,为实现四个现代化服务。注意吸取前人和国外的先进经验,并在此基础上有所创造和发展。1.4.3 工作图设计首先,在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上,进行方案图纸的设计。这些图纸包括:被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡,统称“三图一卡”设计。并初定出主轴箱轮廓尺寸,才能确定机床各部件间的相互关系。其次,绘制机床的总装图、部分部件装配图。然后,整理机床有关部件与主要零件的设计计算书,编制各类零件明细表,编写机床说明书等技术文件。最后,对有关图纸进行工艺审查和标准化审查。2 零件分析2.1 零件的结构特点及其技术要求2.1.1 零件分析设计中所给定的阀腔是普通油阀中的阀腔,从零件图上分析,大体作用为:通过阀腔做为油的分油岔口,将液压油输送到阀体,其中φ100mm的内孔与阀体结合,φ100mm的内孔有φ110mm的凹槽,用于垫密封胶圈,阀腔底部孔φ65mm外圆有宽73mm深3.5mm的凹槽与阀座配合,用于垫密封橡胶圈,保证密封性,防止漏油。设计“阀腔”零件机械加工工艺规程及工艺设备 通过零件工序图的绘制(图1)分析、研究。该零件的结构要求合理,符合工艺要求。从零件图上可以看出,阀腔零件还算比较规则,属于箱体零件,上、下端面通过粗铣、精铣即可达到所需表面粗糙度。φ100H8mm孔、φ65mm孔、φ76mm孔通过铣削加工可以达到所需技术要求,与φ76mm孔端面有平行度要求,加工精度要求较高。6×M12-6H的螺纹孔相对φ100mmH8孔的轴线°分布,其径向设计基准为φ110H11mm孔的轴线mm孔分布于φ100mmH8孔两侧,加工要求在阀腔的对称中心线 技术要求根据本次加工零件的零件图,技术要求有以下几点:1):铸件应符合JB9140-1999《容积式压缩机球墨铸铁技术条件》的规定;2): 壳体铸成后,应清理并进行时效处理,消除内应力;3):未注明的铸造圆角半径为3~8mm;4):铸件需进行回火处理;5):零件的材料为QT450-10。零件的材料为QT450-10,力学性能σb≤450,硬度:160~210HBS,基本组织碳素体,能承受冲击、振动。从提高生产效率和保证加工精度方面考虑,由于零件的生产类型为大批生产,零件的轮廓不大,选用砂型铸造,采用机器造型,铸造精度2级,铸件应符合JB9140-1999《容积式压缩机球墨铸铁技术条件》的规定,能够保证铸件的尺寸要求,由于铸件的主要缺点是力学性能差,阀体在控制液压油时,在阀腔内壁会产生压力,故铸件需进行回火处理。2.2. 零件的生产批量及其机床的使用2.2.1 零件的生产批量 本次课题要求,零件的生产批量以年产1-5万件计。2.2.2 机床的使用条件本次课题要求生产纲领为年产1-5万件,而机床的使用设备为:大部分工艺采用通用机床,部分采用专用机床,机床按流水线生产布置,也可以广泛使用专用夹具,采用部分专用刀具,部分采用专用量具.2.3 零件工艺方案2.3.1 生产工艺方案序号工序内容定位基准1铸造毛坯2回火处理3粗铣下端面4粗铣上端面5钻,扩4-¢18底面6粗镗¢100,¢110,¢65,¢85和¢76孔一面俩销7精铣底面一面俩销8扩2*¢20孔一面俩销9钻顶面10-M12螺纹孔一面俩销10攻丝螺纹孔一面俩销11清洗,去毛刺,倒角12检验13入库3 组合机床的总体设计3.1 组合机床方案的制定3.1.1制定工艺方案零件加工工艺将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。所以,在制定工艺方案时,必须计算分析被加工零件图,并深入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度,加工部位的结构特点加工精度,表面粗糙度,以及定位,夹紧方法,工艺过程,所采用的刀具及切削用量,生产率要求,现场所采用的环境和条件等等。并收集国内外有关技术资料,制定出合理的工艺方案。根据被加工被零件的零件图,加工10个顶面M12螺纹孔的工艺过程。(1) 加工孔的主要技术要求。加工10个M12孔。工件材料为QT450-10要求生产纲领为(考虑废品及备品率)年产量5万件,单班制生产(2) 工艺分析加工该孔时,孔的表面粗糙度为Ra6.3根据组合机床用的工艺方法及能达到的经济精度,可采用如下的加工方案。一次性加工孔,孔径为Φ10.2,然后攻丝M12。(3) 定位基准的选择加工此箱体的孔时,通过以底平面和2个¢18孔来定位并通过夹具压紧来限制六个自由度。在保证加工精度的情况下,提高生产效率减轻工人劳动量,而工件也是大批量生产,夹具的具体设计见装配图。3.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案。 (1)被加工零件的加工精度被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度,是制造机床 方案的主要依据。箱体顶面加工孔的精度要求不高,可采用钻孔组合机床,它的位置精度要求不是很高,安排加工时可以直接通过夹具定位、夹紧,并对所有孔进行最终精加工。为了加工出表面粗糙度为Ra6.3um的孔。采取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度并减少夹压变形等措施就可以了。(2) 被加工零件的特点这主要指零件的材料、硬度加工部位的结构形状,工件刚度定位基准面的特点,它们对机床工艺方案制度有着重要的影响。此箱体的材料是QT450-10、孔在顶面上的分布有一定的规律,螺纹孔为M12。采用多孔同步加工,零件的刚度足够,工件受力不大,振动,及发热变形对工件影响可以不计。一般来说,孔中心线与定位基准面平行且需由一面或几面加工的工件宜用卧式机床,立式机床适宜加工定基准面是水平的且被加工孔与基准面垂直的工件,而不适宜加工安装不方便或高度较大的细长工件。对大型工件采用单工位机床加工较适宜,而中小型零件则多采用多工位机床加工。此零件的加工特点是中心线与定位基准平面是垂直的,并且定位基准面是水平的。孔的分布范围是非直线形状,工件比较长,只能一次钻完,多轴箱体积较大,因而适合选择立式单工位钻床。(3) 零件的生产批量零件的生产批量是决定采用单工位、多工位、自动线或按中小批量生产特点设计组合机床的重要因素。按设计要求生产纲领为年生产量为2万件,从工件外形及轮廓尺寸,为了减少加工时间,采用多轴头,为了减少机床台数,此工序尽量在一台机床上完成,以提高利用率。(4) 机床使用条件使用组合机床对对车间布置情况、工序间的联系、使用厂的技术能力和自然条件等一定的要求。在根据使用户实际情况来选择什么样的组合机床。综合以上所述:通过对零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求、定位、夹紧方式、工艺方法,并定出影响机床的总体布局和技术性能等方面的考虑,最终决定设计三轴头单工位同步钻床。3.2 确定切削用量及选择刀具3.2.1 确定工序间余量为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度,必须合理地确定工序余量。生产中常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量,以消除转、定位误差的影响。但箱体顶面上10-M12mm的螺纹孔为最后一道工序,不会影响到其他工序的加工,M12的底孔为¢10.2,孔径较小,因此可以一次性钻孔到位,然后攻丝。3.2.2 选择切削用量确定了在组合机床上完成的工艺内容了,就可以着手选择切削用量了。因为所设计的组合机床为多轴同步加工在大多数情况下,所选切削用量,根据经验比一般通用机床单刀加工要低30%左右.多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统,通常为标准动力滑台,工作时,要求所有刀具的每分钟进给量相同,且等于动力滑台的每分钟进给量(mm/min)应是适合有刀具的平均值。因此,同一主轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速和不同的每转进给量(mm/r)与其适应。以满足不同直径的加需要,即:·=·=…=·=式中:… ——各主轴转速(r/min) … ——各主轴进给量(mm/r) ——动力滑台每分钟进给量(mm/min)由于箱体顶面孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求都是相同的。按照经济地选择满足加工要求的原则,采用查表的方法查得:钻头直径D=10.2mm,QT450-10 HB160~210、进给量f=0.15mm/r、切削速度v=16m/min.3.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率根据选定的切削用量(主要指切削速度v及进给量f)确定切削力,作为选择动力部件(滑台)及夹具设计的依据;确定切削扭矩,用以确定主轴及传动件(齿轮,传动轴等)的尺寸;确定切削功率,用以选择主传动电动(一般指动力箱)功率,通过查表计算如下:布氏硬度:HB =HBmin-(HBmax-HBmin) =160-(210-160) =143.3切削力:=26 =26×10.2××143.3 =1143.6N切削扭矩:=10 =10×××143.3 =3556N·mm切削功率:= =3556×16/(9740×3.14×10.2) =0.18kw 式中:HB——布氏硬度 F——切削力(N) D——钻头直径(mm) f——每转进给量(mm/r) T——切削扭矩(N·mm) V——切削速度(m/min)图2-2 被加工零件工序图附注:1.被加工零件:阀腔; 2.材料及硬度:QT450-10 HB160~210;3.3.2 加工示意图图2-3加工示意图1、加工示意图的作用和内容加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映,表示被加工零件在机床上的加工过程,刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系,机床的工作行程及工作循环等,是刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据,是整台组合机床布局形式的原始要求,也是调整机床和刀具所必需的重要文件。图2-3为阀腔上10个孔立式钻床加工示意图。在图上应标注的内容:(1)机床的加工方法,切削用量,工作循环和工作行程。(2)工件、夹具、刀具及多轴箱端面之间的距离等。(3)主轴的结构类型,尺寸及外伸长度;刀具类型,数量和结构尺寸、接杆的结构尺寸;刀具、接杆、主轴之间的连接方式,刀具应按加工终了位置绘制。2、绘制加工示意图之前的有关计算(1)刀具的选择 刀具选择考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生产率要求等因素。(2)初定主轴类型、尺寸、外伸长度因为轴的材料为40Cr,剪切弹性模量G=81.0GPa,刚性主轴取ψ=1/4(0)/m,所以B取2.316,根据刚性条件计算主轴的直径为:dB=2.316×=17.8mm式中:d——轴直径(mm) T——轴所承受的转矩(N·mm) B——系数本设计中所有主轴直径皆取d=20mm,主轴外伸长度为:L=115mm,D/为30/10.2,(3)选择刀具接杆 由以上可知,多轴箱各主轴的外伸长度为一定值,而刀具的长度也是一定值,因此,为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置,就需要在主轴与刀具之间设置可调环节,这个可调节在组合机床上是通过可调整的刀具接杆来解决的,连接杆如图3-3所示图3-3 可调连接杆连接杆上的尺寸d与主轴外伸长度的内孔D配合,因此,根据接杆直径d选择刀具接杆参数如表2-4所示:表2-4 可调接杆的尺寸d(h6)D1(h6)d2d3Ll1l2l3螺母厚度20Tr20×6莫氏1号12 012(4)确定加工示意图的联系尺寸从保证加工终了时主轴箱端面到工件端面间距离最小来确定全部联系尺寸,加工示意图联系尺寸的标注如图3-3所示。其中最重要的联系尺寸即工件端面到多轴箱端面之间的距离,它等于刀具悬伸长度、螺母厚度、主轴外伸长度与接杆伸出长度(可调)之和,再减去加工孔深度和切出值。(5)工作进给长度的确定 如图3-4工作进给长度应等于工件加工部位长度L与刀具切入长度和切出长度之和。切入长应应根据工件端面误差情况在5~10mm之间选择,误差大时取大值,因此取=5mm,切出长度=1/3d+(3~8)=+8 8mm,所以=19.8+5+8=32.8mm.(6)快进长度的确定 考虑实际加工情况,在未加工之前,保证工件表面与刀尖之间有足够的工作空间,也就是快速退回行程须保证所有刀具均退至夹具导套内而不影响工件装卸。这里取快速退回行程为160mm,快退长度等于快速引进与工作工进之和,因此快进长度160-32.8=127.2mm. 3.3.3 机床联系尺寸图 图2-8机床联系尺寸图1、联系尺寸图的作用和内容一般来说,组合机床是由标准的通用部件——动力箱、动力滑台、立柱、立柱底座加上专用部件——多轴箱、刀、辅具系统、夹具、液、电、冷却、润滑、排屑系统组合而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配和运动关系,以检验机床各部件的相对位置及尺寸联系是否满足要求,通用部件的选择是否合适,并为进一步开展主轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。联系尺寸图也可以看成是简化的机床总图,它表示机床的配置型式及总体布局。如图2-8所示,机床联系尺寸图的内容包括机床的布局形式,通用部件的型号、规格、动力部件的运动尺寸和所用电动机的主要参数、工件与各部件间的主要联系尺寸,专用部件的轮廓尺寸等。2、选用动力部件选用动力部件主要选择型号、规格合适的动力滑台、动力箱。(1)滑台的选用 通常,根据滑台的驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素来选用合适的滑台。1)驱动形式的确定 根据对液压滑台和机械滑台的性能特点比较,并结合具体的加工要求,使用条件选择HY系列液压滑台。2)确定轴向进给力 滑台所需的进给力=∑=6×1143.6=8KN 式中:——各主轴加工时所产生的轴向力由于滑台工作时,除了克服各主轴的轴的向力外,还要克服滑台移动时所产生的摩擦力。因而选择滑台的最大进给力应大于=8KN。3)确定进给速度 液压滑台的工作进给速度规定一定范围内无级调速,对液压滑台确定切削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的0.5~1倍;液压进给系统中采用应力继电器时,实际进给速度应更大一些。本系统中进给速度=n·f=37.5mm/min。所以选择HY25IA液压滑台,工作进给速度范围32~800mm/min,快速速度12m/min。4)确定滑台行程 滑台的行程除保证足够的工作行程外,还应留有前备量和后备量。前备量的作用是动力部件有一定的向前移动的余地,以弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前调整。本系统前备量为20mm,后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地,为方便装卸刀具,这是取40mm,所以滑台总行程应大于工作行程,前、后备量,后备量之和。即:行程L>160+20+40=220mm,取L=250mm。综合上述条件,确定液压动力滑台型号HY25IA。(2)由下式估动力箱的选用 动力箱主要依据多轴所需的电动机功率来选用,在多轴箱没有设计之前,可算=/η=10×0.21/0.7=3.0KW式中:η——多轴箱传动效率,加工黑色金属时η=0.8~0.9;有色金属时η=0.7~0.8,本系统加工ZL102 JB307-62,取η=0.7.动力箱的电动机功率应大于计算功率,并结合主轴要求的转速大小选择。因此,选用电动机型号为Y100L—6B5的1TD32A型动力箱,动力箱输出轴至箱底面高度为125mm。3、确定装料高度装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离,在现阶段设计组合机床时,装料高度可视具体情况在H=580~1060mm之间选取,本系统取装料高度为850m。4、中间底座轮廓尺寸中间底座的轮廓尺寸要满足Y轴滑台在其上面联接安装的需要,又考虑到与立柱底座相连接。因此,中间底座采用侧底座1CC32。5、确定多轴箱轮廓尺寸本机床配置的多轴箱总厚度为340mm,宽度和高度按标准尺寸中选取。计算时,多轴箱的宽度B和高度H可确定为:B=500 H=500根据上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准,最后确定主轴箱轮廓尺寸B×H=500X500mm。3.3.4 生产率计算卡生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、负荷率等技术文件,通过生产率计算卡,可以分析拟定的方案是否满足用户对生产率及负荷率的要求。计算如下:切削时间: T切= L/vf+t停 = 32.8/37.5+2×15/250=0.875+0.12 =0.995 min式中:T切——机加工时间(min) L——工进行程长度(mm) vf—— 刀具进给量(mm/min) t停——死挡铁停留时间。一般为在动力部件进给停止状态下,刀具旋转5~15 r所需要时间。这里取15r 辅助时间 T辅 = +t移+t装 = (127.2+160)×2/12000+0.1+1.5 = 1.65min 式中:L3、L4 ——分别为动力部件快进、快退长度(mm) vfk ——快速移动速度(mm/min) t移 ——工作台移动时间(min),一般为0.05~0.13min,取0.1 min t装 ——装卸工件时间(min)一般为0.5~1.5min,取1.5min机床生产率 Q1 = 60/T单 = 60/(T切+T辅) =60/(0.995+1.65) =23件/h机床负荷率按下式计算 η= Q1/Q×100% = A/ Q1tk×100% =20000/20×1950×100% =51.3% 式中:Q——机床的理想生产率(件/h) A——年生产纲领(件) tk——年工作时间,单班制工作时间tk =1950h 表2-5 生产率计算卡被加工零件图号毛坯种类铸件名称阀腔毛坯重量材料QT450-10硬度HB160~210工序名称阀腔钻孔10-M12工序号工时/min序号工步名称工作行程/mm切速/(r·min-1)进给量/(mm·r-1)进给量/(mm·min-1)工进时间辅助时间1按装工件0.52工件定位夹紧0.253Z轴快下127.2120000.0094Z轴工进32.82500.1537.50.9955Z轴暂停0.1196Z轴快上160120000.0137Z轴暂停0.1198工件松开0.259卸下工件0.5备注1、主轴转速500r/min 2、一次安装加工完一个工件累计0.9951.76单件总工时2.755机床生产率23 件/h理论生产率20件/h负荷率51.3%3.4 多轴箱的设计3.4.1 绘制多轴箱设计原始依据图多轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的如图2-9所示:如图2-9 钻孔组合机床多轴箱原始依据图3.4.2 多轴箱的传动设计(1)根据原始依据图(图2-9),画出驱动轴、主轴坐标位置。如下表:表2—7 驱动轴、主轴坐标值坐标驱动轴O主轴1主轴2主轴3主轴4主轴5X035-35-70-3535Y169.164坐标主轴6主轴7主轴8主轴9主轴10X70-3535-3535Y(2)确定各轴位置及齿轮齿数1)主轴型式和直径、齿轮模数的确定主轴的型式和直径,主要取决于工艺方法、刀具主轴联结结构、刀具的进给抗力和切削转矩。钻孔采用滚珠轴承主轴。主轴直径按加工示意图所示主轴类型及外伸尺寸可初步确定。传动轴的直径也可参考主轴直径大小初步选定。 齿轮模数m(单位为mm)按下列公式估算: 2(t/m1+2+1.25)-d0/m1 =2×(33.3/3+2+1.25)-30/3 =18.9所以驱动轴齿数要大于等于19。为减小传动轴的种类,所有传动轴的直径取22mm.2)传动轴11为主轴1,2,3 ,4,5,6都各自在同一同心圆上。计算如下:驱动轴O---传动轴11取m=3 A=66 u=1Z驱 + Z11 =2A/m= 2×66/3=44 取Z驱 =22 Z11=22d驱=66mm d11=66mmn驱=720r/min n11=720r/min② 传动轴11---主轴1取m=2 A=70 u=0.69Z11 + Z1 =2A/m= 2×70/2=70 取Z11 =41 Z1=29d驱=82mm d11=58mmn11=720r/min n1=500r/min主轴2,3,4,5,6和主轴1相同,由传动轴11带动③ 传动轴13---手柄轴14取m=3 A=66 u=1Z13 + Z14 =2A/m= 2×66/3=44 取Z13 =22 Z14=22D13=66mm d14=66mmn13=720r/min n14=720r/min④ 手柄轴14---油泵15取m=3 A=66 u=1Z14 + Z油泵 =2A/m= 2×66/3=44 取Z14 =22 Z油泵=22d14=66mm d油泵=66mmn14=720r/min n油泵=720r/min⑤ 油泵15---传动轴12取m=3 A=66 u=1Z油泵+ Z12 =2A/m= 2×66/3=44 取Z油泵 =22 Z12=22D油泵=66mm d12=66mmN油泵=720r/min n12=720r/min⑥ 传动轴12---主轴7取m=2 A=70 u=0.69Z12 + Z7 =2A/m= 2×70/2=70 取Z12=41 Z7=29d12=82mm d17=58mmn12=720r/min n7=500r/min主轴8,9,10和主轴7相同,由传动轴12带动本机床齿轮的选用按照下表选用齿轮种类宽度(mm)齿 数模数(mm)孔径(mm)驱动轴齿轮243216~50连续16~702、2.5、32、2.5、3、415、20、30、35、4025、30、35、40、50传动轴齿轮44(B型)45225、30、40、50输出轴齿轮3237318、22、28、32、363.4.3 绘制传动系统图传动系统图是表示传动关系是示意图,即用以确定的传动轴将驱动轴和各主轴连接起来,绘制在多轴箱轮廓内的传动示意图(见多轴箱装配图) 3.4.4 传动零件的校核(1)验算传动轴的直径校核传动轴以承受的总扭矩最大传动轴12,由它驱动的有主轴7、8、9、10和油泵轴15。主轴扭矩:T7=T8=T9= T10 =T油泵 =3556N·mm液压泵轴的扭矩:查得R12-1A液压泵的最高压力为0.3MPa、排量为5.88ml/r。假设在理想无泄漏状态,即:P·q=T·ω式中:P——液压泵的压力N/㎡ q——液压泵的排量m3/s T——输入扭矩N·m ω——输入角速度rad/s单位换算:P=0.3MPa=0.3×106Pa n =720r/min=12r/s q=5.88×12=70.56ml/r=70.56×10-6m3/s ω=2πn/60=2×3.14×720/60 =75.4rad/s代入公式:P·q=T·ω 70.56×10-6×0.3×106=68.56T7 解得:T7=308.8N·mmT5=T1/i5-1+T4/i5-4+T7/i5-7=2×3274.45/0.914+308.8/0.667=7628N·mm根据 d=B=2.316×=21.6mm22mm因此传动轴11,12,13,14,15是符合要求的。(2)齿轮模数的验算对多轴箱中承受载荷最大、最薄弱的轴12上的齿轮进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的验算。齿轮的材料为45钢,表面淬火,布氏硬度HB=229~286,平均值240HB。设使用寿命10年。齿轮Z12=23、Z14=23、宽度B=37mm,传动比i5-1=1,工作时间比1.088/2.804=0.39。注:在校核计算的过程中所要见的表和图在《机械设计》一书中,邱宣怀等编著,2003年高等教育出版社。校核计算:接触疲劳极限бHlim 由图12.17c得 бHlim =410MPa齿轮5的圆周速度v5 v12===1.37m/s精度等级 选9级精度使用系数KA 由表12.9 KA=1.1动载系数KV 由图12.9 KV=1.24齿间载荷分配系数KHα 由表12.10先求 Ft=2T5/d5=2×7584.89/60=252.83N KAFt/b=1.1×252.83/37=7.52N/mm100N/mm εα=[1.88-3.2×(+)]cosβ (β=0) =1.88-3.2×(+) =1.67 Zε===0.88由此得KHα===1.29齿向载荷分布系数KHβ 由表12.11知 KBβ=A+B[1+0.6·()·2]()·2+C·10-3b =1.17+0.16×[1+0.6×(37/60)×2] ×(37/60)×2+0.61×10-3×37 =1.28载荷系数K K=KAKVKHαKHβ =1.1×1.24×1.29×1.28 =2.25弹性系数ZE 由表12.12 ZE=189.8节点区域系数ZH 由图12.16 (X1X2)/(Z1Z2)=0.005 ZH=2.62接触最小安全系数SHmin 由表12.14 SHmin=1.25总工作时间th th=10×365×8×0.39=11481.6h应力循环次数NL1=60γn5th = 60×3×436.892×11481.6 =9.03×108 NL2=60γn1th =60×1×478×11481.6 =3.2×108接触寿命系数ZN 由图12.18 ZN1=1.14 ZN2=1.24许用接触应力[σH] [σH1]= ==373.92MPa [σH2]= ==406.7MPa验算 σH=ZE·ZH·Zε =189.8×2.62×0.88× =301.95MPa373.92 MPa计算表明:接触疲劳强度是合适是,齿轮尺寸无须调整。齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数Yε Yε= 0.25+0.75/εα=0.25+0.75/1.67=0.7齿间载荷分配系数KFα 由表12.10 KFα=1/Yε=1/0.7=1.43齿向载荷分配系数KFβ b/h=37/(2.25×2)=8.22 由图12.14 KFβ =1.2载荷系数K K=KAKVKFαKFβ =1.1×1.24×1.43×1.2 =2.34齿形系数YFα 由图12.21 YFα1=2.37 YFα2=2.56应力修正系数YSα 由图12.22 YSα1=1.68 YSα2=1.62弯曲疲劳极限σFlim 由图12.23c σFlim=380MPa弯曲最小安全系数SFmin 由表12.14 SFmin=1.25应力循环系数NL NL1=60γn5th=9.03×108 NL2=60γn1th =3.2×108弯曲寿命系数YN 由图12.24 YN1=0.98 YN2=1.0尺寸系数Yx 由图12.25 Yx=0.85许用弯曲应力[σF] [σF1] ==380×0.98×0.85/1.25=253.25MPa [σF2]= =380×1×0.85/1.25 =258.4MPa验算 σf1=YFα1 YSα1Yε =×2.37×1.63×0.7 =21.62MPa[σf1] σf2=σf1 =21.62× =22.52MPa[σf2]传动无严重过载,故不做静强度校核。 4 夹具设计 机床夹具设计在组合机床设计中占有重要的地位。它的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度。本夹具主要是用来钻阀腔箱体上端十个M12螺纹孔底孔,整个需要加工的孔的位置尺寸用机床和夹具就能直接保证。因此,在本道工序加工时,主要应考虑如何保证垂直度要求的前题下,提高劳动生产率,降低劳动强度。为了很好利用工厂实际设备和提高生产率,设计专用夹具进行加工。4.1 机床夹具的概述4.1.1机床夹具的组成(1)定位元件和定位装置 用于确定工件正确位置的元件或装置,如V形块,定位销,凡是夹具都有定位元件,它是实现夹具基本功能的元件。(2)夹紧元件和夹紧装置 用于固定工件以获得的正确位置的元件或装置。工件在夹具定位之后引进加工之前必须将工件夹紧,使其在加工时在切削力的作用下不离开已获得的定位,有时同一个元件既能定位,也具有夹紧的双重功效。(3)导向元件 确定刀具的位置并引导刀具的元件,它也可以供钻镗类夹具在机床上安装时做基准找正用。(4)夹具体 夹具体也称为夹具本体,用于将各种元件,装置连于一体,并通过它将整个夹具安装在机床上,一般采用铸铁制造,它是保证夹具的刚度和改善夹具动力学特性的重要部分。如果夹具体的刚性不好,加工时将要引起较大的变形和震动,产生较大的加工误差。4.1.2机床夹具的类型机床夹具的种类很多,形状千差万别,为了设计和制造方便,一般按某一属性进行分类,如按所使用的机床分:车床夹具,铣床夹具,镗床夹具,磨床夹具和钻床夹具。4.2夹紧方案和夹紧元件的设计工件在切削过程中会受到切削力、惯性力等作用,因此必须夹紧以保证定位,典型的夹紧装置是由夹紧元件、中间传力机构和动力源装置所组成。夹紧元件是执行夹紧的最终元件,是直接与零件接触来完成夹紧的。中间传力机构是传传递动力源装置的力到夹紧元件来完成夹紧,它可以改变夹紧力的大小、方向和使夹紧具有自锁性能。动力装置是产生夹紧力的动力源,所产生的力称为原始力。夹紧装置在夹紧过程中有一定的要求:(1)夹紧装置应保证工件定位,而不能破坏工件的定位。(2)夹紧力的大小应能保证工件在加工时的位置不变,同时又不能使工件产生变形。(3)夹紧力的方向应和切削力方向相应,使夹紧力减小。(4)夹紧装置的动作应迅速、方便、安全。(5)夹紧装置的结构应简单、合理、制造方便。由于该道工序是钻φ12孔,此零件属于大批量生产,并且切削力较小,所以力求夹具设计简单,降低成本的原则。则本夹具采用压板夹紧。4.3夹具的性能及优点(1)刚性好该夹具在高转速的情况下不会产生振动,。套筒用铸铁件制造,无薄弱环节。整个机构不存在刚性不足、偏载和偏心现象。(2)应用范围广 此夹具更换不同直径的弹簧套筒,可以加工不同直径的同类产品,通用性好。(3)精度保证较高使用一面俩销定位,消除了工件的定位间隙,有效地保证了被加工零件的位置精度。经实验证明其定位精度可达0.01mm。4.4夹具体的设计夹具体的设计是整个夹具的基础零件,定位元件、夹紧装置、连接元件、导向元件或对刀装置等都要求装在它上面,因此夹具体是一个复杂而又重要的零件,而且必须满足一定的要求:1)夹具体要有足够的刚度,承受夹紧力及加工时的切削力,一般夹具体为铸件,但也可是焊接件。2)夹具体一般应考虑搬运的吊装问题,以方便夹具的安装对于小规模当然可以不考虑吊装,但也应该考虑搬运的问题。3)夹具体上应考虑排屑和清理切屑方便。4)夹具体的结构尺寸应考虑夹具体的稳定性,夹具底面可以做的稍大些。5)由于夹具体一般都比较复杂,故要考虑结构工艺性,对加工和安装都应该合理、方便。4.5夹具精度分析计算夹具精度计算是一个非常重要的环节,它是检验夹具是否合乎零件加工要求。利用夹具在机床上加工工件时,机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统,它们之间相互联系,最后形成工件和刀具之间的正确位置关系,从而保证工序尺寸的要求。这些联系环节中的任何误差,都将以加工误差的形式直接影响工件的加工精度,这些误差主要有:1)因工件在夹具中定位不准确,使工件的原始基准偏离规定位置而产生工件定位误差Δdw。2)因夹具在机床上安装不准确,使夹具的安装面偏离规定位置而产生夹具安装误差Δa。3)因刀具相对夹具位置不准确,或刀具与导向、对刀元件之间的配合间隙引起的导向或对刀误差Δt。4)因机床精度、刀具制造精度和磨损,加工调整、加工变形等因素引起的与加工方法有关的加工方法误差Δg。为了使夹具能加工出合格的工件,上述各项误差的总和应不超过工序尺寸(或位置要求)的公差Δk。即 Δdw+Δa+Δt+Δg〈Δk 上式称为误差计算不等式,其中各项误差都是在工序尺寸方向上的分量,如果工序尺寸(包括位置精度要求)不止一个,则只有在每个工序尺寸的误差计算不等式都能满足要求时,所设计的夹具才能保证加工要求。对夹具而言,工件在夹具中的定位误差在前面已经分析。即Δdw=0.07mm。夹具的安装误差Δa,夹具的安装误差是夹具在机床上安装时,因夹具的安装面偏离了规定的位置,从而使原始基准发生移动而在工序尺寸产生的偏差,采用定位键进行定位,则安装误差Δa=0.005mm。刀具位置误差Δt的确定,刀具位置误差是刀具相对于夹具位置不准确引起的误差,或刀具与导向、对刀元件间的配合间隙引起的导向或对刀误差,这项误差又称刀具调整误差,则Δt=0.07mm。加工方法误差Δg,因为加工方法误差具有很大的偶然性,很难进行精确的计算,因此常取(1/3~1/2)Δk作为加工方法和精度储备之用,则Δg=0.62=0.3m。所以,按概率法相加得: 经过计算则这个定位方式是可行的,满足夹具精度要求,整个夹具设计合理。4.6 夹具操作的简要说明如前所述,在设计夹具时,应该请注意在保证加工要求的前题下,尽量提高劳动生产率。为此,根据本夹具的特点,应采用手动夹紧较为方便。所以基本的操作为:将工件放在夹具体上,并保证定位销可以插入手动伸缩式定位销进行一面俩销定位,然后通过调整支撑钉高度保证轴线垂直,搬动手柄进行定位,然后夹紧通过工人手动拧紧压板,加工完后取工件时,则和前面的步骤刚好相反。 5 结论本课题设计的钻孔组合机床机械系统用于加工阀腔上端的十个孔。在开发过程中,针对加工过程中存在的难点进行了钻研。在钻床的设计上采取了一系列的措施,保证了被加工孔的加工精度。主要完成了以下工作:1、对阀腔上端孔的加工工艺进行了分析研究,明确了十个孔加工的技术要求和工艺要点。2、恰当地选择了机床的切削参数,动力头及液压滑台驱动机构的结构参数。3、采用Z轴液压滑台驱动动力头和多轴箱实现进给。4、设计了稳定可靠的多轴箱和钻模板,从而保证了被加工孔的精度要求。5、根据通用、经济的原则,选择了刀具,满足了工艺的需要。设计的钻孔组合机床,保证了加工孔的生产质量,提高工效3倍以上,加工成本大幅下降。本项工作还有许多值得完善的地方,例如:装夹、定位由人工完成,效率较低;自动化程度有待提高等问题。这些问题通过改进设计、完善工艺、现场的不断实践、总结,必将会得到进步的提高。 参考文献[1] 大连组合机床研究所编 《组合机床设计》 第一册 机械部分.1975年6月第一版[2] 许晓肠主编 《专用机床设备设计》 重庆大学出版社,2003[3] 李庆余、张佳主编 《机械装备设计》 机械工业出版社,2003[4] 华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津大学主编 《机床设计图册》上海科学技术出版社,1984[5] 徐景辉等编 《机床装配》 四川人民出版社,1982[6] 储凯、许斌等主编 《机械工程材料》 重庆大学出版社,2002[7] 邱宣怀主编 《机械设计》 高等教育出版社,2003[8] 吴宗泽主编 《机械设计实用手册》 化学工业出版社,2000[9] 龚桂主编 《机械设计课程设计指导书》 高等教育出版社,1990[14] 江南大学 郑修本主编 《机械制造工艺学》第二版 机械工业出版社,2007[15] 华东纺织工学院机制教研室编 《机床课程设计图册》1982 [16] 沈阳工业大学 大连铁道学院 吉林工学院编《组合机床设计》上海科学技术出版社1985[17] 李名望主编 《机床夹具设计实例教程》化学工业出版社 2009[18] 上海机械专科学校 《机床夹具图》 机械工业出版社 1991 致 谢经过半年的忙碌和工作,本次毕业设计已经接近尾声,作为一个本科生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促指导想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的导师XXX老师。张老师平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段,从三图一卡设计草案的确定和修改,中期检查,后期详细设计,装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐,但是张老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩张老师的专业水平外,他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。然后还要感谢大学四年来所有的老师,为我们打下机械专业知识的基础;同时还要感谢所有的同学们,正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。最后感谢学院四年来对我的培养。 买文档送图纸,6

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