795 后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计
795 后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计,后桥,壳体,双面,组合,机床,总体,整体,主轴,设计
1 1 1 1 1毕 业 设 计 任 务 书课题: 后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴设计专 业 机械制造与自动化学 生 姓 名 方忠杰 班 级 05 机制(1)班 学 号 20050203101 指 导 教 师 吴松乾 专 业 系 主 任 发 放 日 期 2007 年 1 月 10 日 12一、设计内容设计一台加工后桥壳体的双面钻组合机床,具体进行总体设计和左主轴箱设计。主要内容有:1总体设计1)制定工艺方案,确定机床配置型式及结构方案。2)三图一卡设计,包括:(a) 被加工零件工序图, (b) 加工示意图,(c) 机床联系尺寸图, (d) 生产率计算卡,(e) 有关设计计算、校核。2主轴箱设计(a) 主轴箱装配图,(b) 主轴箱零件图,(d) 有关计算、校核等。二、设计依据1课题来源:盐城市超越组合机床有限公司2产品名称:后桥壳体3被加工零件:机体(附零件图)4工件材料:HT2005加工内容:左面锪平 425 深 3mm,1510.2 深 23,710.2 深23,28.5深 18,右面锪平 525 深 3mm,68.5 深 15,2210.2 深 23。表面粗糙度均。为 3.2 微米;6. 生产纲领:大批大量。7. 批量:本机床设计、制造一台。3三、设计要求1机床应能满足加工要求,保证加工精度;2机床应运转平稳,工作可靠,结构简单,装卸方便,便于维修、调整; 3机床尽量能用通用件(中间底座可自行设计)以便降低制造成本;4机床各动力部件用电气控制。5设计图样总量:折合成 A0 幅面在 3 张以上;工具要求:应用计算机软件绘图。过程要求:装配图需提供手工草图。6毕业设计说明书相关要求7查阅文献资料 10 篇以上,并有不少于 3000 汉字的外文资料翻译;8到相关单位进行毕业实习,撰写不少于 3000 字实习报告;9撰写开题报告 四、毕业设计物化成果的具体内容及要求1、毕业设计说明书要求: 按教务处毕业设计(论文)格式规范统一编排、打印,字数不少于 2 万字。1)毕业设计说明书 1 份2)被加工零件工序图 1 张3)加工示意图 1 张4)机床联系尺寸图 1 张5)生产率计算卡 1 张6)主轴箱装配图 1 张7)主轴箱部分零件图 若干张(待指定)2、外文资料翻译(英译中)要求1)外文翻译材料中文字不少于 3000 字。2)内容必须与毕业论文课题相关;3)所选外文资料应是近 10 年的文章,并标明文章出处。4五、 毕业设计(论文)进度计划起讫日期 工作内容 备 注3 月 17 日3 月 18 日 布置任务,收集资料,熟悉课题 3 月 19 日4 月 1 日 调查研究,毕业实习4 月 2 日4 月 15 日 方案论证,总体设计4 月 16 日4 月 30 日 技术设计(部件设计)5 月 8 日5 月 23 日 工作设计(零件设计)5 月 24 日6 月 7 日 撰写毕业设计说明书6 月 8 日6 月 10 日 毕业设计预答辩6 月 11 日6 月 13 日 修改资料6 月 14 日6 月 15 日 评阅材料6 月 16 日6 月 18 日 毕业答辩6 月 19 日6 月 21 日 材料整理装袋5六、 主要参考文献:1. 丛凤廷组合机床设计(第二版)M上海:上海科技出版社,19942. 谢家瀛组合机床设计参考手册M北京:机械工业出版社,19943. 大连组合机床研究所组合机床设计(第一分册)M.北京:机械工业出版社,19754. 大连组合机床研究所组合机床设计参考图册M北京:机械工业出版社,19755. 姚永明非标准设备设计M上海:上海交通大学出版社,19996. 金振华组合机床及其调整与使用M北京:机械工业出版社,19907. 东北重型机械学院机床夹具设计手册(第二版)M上海:上海科技出版社,19888. 刘文剑夹具工程师手册M哈尔滨:黑龙江科技出版社,19879. 杨黎明机床夹具设计手册M北京:国防工业出版社,199610. 李儒荀刀具理与计设计原算M 江苏:江苏科学技术出版社,198511. 范忠仁刀具工程师手册M黑龙江:黑龙江科学技术出版社,198512. 王珺干式加工刀具设计及刀具材料的选择J 机械研究与应用,2004, (02):30-3413. 王宏组合机床镗模及拖架的改进J机械研究与应用,2002, (09): 53-5414. 肖继明薄壁深孔镗头的设计与应用J 组合机床与自动化加工技术,2004, (06): 80-81七、其他6 qq q q q毕 业 设 计 说 明 书后桥壳体双面钻床总体及左主轴箱设计专 业 机械制造与自动化 学生姓名 方忠杰 班 级 05 机制(1)班 学 号 20050203101 指导教师 q q 完成日期 2007 年 6 月 13 日 后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计11 前 言多年来机械产品加工中广泛采用的是万能机床,但随着生产的发展,很多企业的产品产量越来越大,精度越来越高,采用万能机床加工就不能很好地满足要求,于是一种较先进的机床组合机床就产生了。组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率的专用机床,设计这种组合机床就是提高生产效率和加工精度。自从组合机床诞生以来就一直在不断的发展,其发展方向为:提高生产率 ;扩大工艺范围;提高加工精度;提高自动化程度;提高组合机床及其自动线的可调性;创造小型组合机床;发展专能组合机床及自动线。发展组合机床及其自动线,广泛地推广使用组合机床,对于机械制造业,特别是汽车、拖拉机、柴油机、电动机、仪器、仪表、阀门、矿山机械、冶金、航空、纺织机械以及军工部门等生产的发展,有着很重要的意义。目前,组合机床在机械制造工业中应用越来越普遍,并已显示出其巨大的优越。组合机床与万能机床和专用机床相比,有如下特点:a组合机床由 70%90%的通用部件组成,可以缩短设计和制造周期;而且在需要的时候,还可以部分或者全部进行改装,以组成适应新加工要求的新设备。这就是说组合机床有重新改装的优越性,其通用零部件可以多次重复利用。b组合机床是按照具体加工对象专门设计的,可以按最佳工艺方案进行加工。c在组合机床上可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工件进行加工,是实现工序集中,提高生产率的最好途径。d组合机床是在工件一次装夹下,用多轴实现多孔同时加工有利于保证各孔相互之间的精度要求,提高产品质量;减少了工序工件间的搬运,改善了劳动条件;减少了占地面积。e由于组合机床大多数零部件是同类的通用部件,简化了机床的维护和管理。f组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中生产,有利于提高产品质量和技术水平,降低制造成本。组合机床的设计,主要是针对被加工工件的加工工艺要求来设计主轴箱的传动系统。根据被加工工件的特点,按一定的设计原理,结合各种影响机床性能的因素,经分析后拟订出可靠的工艺设计方案。在设计主轴箱时,根据被加工的工件工序图设计的组合机床。需完成工艺内容确定、加工部件的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求、定位基准、压紧部件以及被加工零件的材料的确定。认真分析并初步确定设计方案,估计所需的功率,设计出符合本工序加工的组合机床。江阴职业技术学院毕业设计说明书 200722 组合机床的总体设计(三图一卡)本次设计的课题为后桥壳体卧式双面钻组合机床,来源于盐城超越组合机床有限公司。本次设计主要是针对后桥壳体左右面的孔系加工,以提高生产率和生产效益。2.1 组合机床工艺方案的制定制定组合机床工艺方案是设计组合机床最重要的步骤之一。工艺方案制定的正确与否,将决定机床能否达到“重量轻、体积小、结构简单、使用方便、效率高、质量好”的要求。为了使机床方案制定的合理、先进,必须开展以工人为主体的“三结合”设计,密切联系实际,总结生产实践经验,全面了解被加工零件的加工情况和影响机床方案制定的因素。被加工的零件是个后桥壳体,此壳体双面有 61 个孔要加工:左侧面钻 28个孔,右侧面钻 33 个孔。设计一台双面钻孔的组合机床。2.1.1 被加工零件的特点工件材料及硬度、加工部位的结构形式、工件的刚性、工艺基面等,对于机床工艺方案的制定都有重要的影响。加工同样精度的孔,加工钢件比加工铸铁件的工步数就多一些。加工薄壁易振的工件,安排工序时要防止共振,否则,将严重影响加工精度。当工件内壁孔径大于外壁孔径时,只能采用钻孔的加工方法,加工时工件让刀,使钻头定向后送进工件,方能加工。工件的刚性不足,加工时工序就不能太集中。有时为了减少机床台数,必须采取高度集中工序时,从安排上,也必须把一些工序从时间上错开加工,以免同时加工时因工件受力变形、发热变形以及振动而影响加工精度。必须重视工件在组合机床加工前已完成的工序以及毛坯孔的质量。当毛坯孔余量很大或铸造质量较差,有大毛刺时,有时则安排粗拉荒工序,对几个同心孔常采用粗扩的加工方法。工件有无适当的工艺基面也是影响工艺方案制定的重要因素。2.1.2 机床使用条件的影响a车间布置情况如工件输送滚道的高度就直接影响机床的装料高度。当工件输送滚道穿过机床时,机床就得设计为通过式的,配置面数就不能超过三面,同时装卸工件只能推进拉出,机床通常不能安置中间导向。如果车间面积有限,常常使机床的轮廓尺寸受到限制。有的机床安装在楼上,因而对机床单位面积的重量也有后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计3严格要求。此外,生产线的流水方向,机床在车间的安装位置等也对机床配置方案有一定的影响。b. 工艺间的联系情况工件在到组合机床加工之前,工件的毛坯或半成品必须达到一定的要求,否则将使在机床夹具上定位夹紧不可靠,以至造成刀具的损坏,或者不能保证要求的加工精度。c. 使用厂的技术后方和自然条件如果使用厂没有相当能力的工具车间,对于造成刃磨复杂的整体复合刀具有困难,拟订方案时,应当避免采用这类刀具。工厂所处地方气候过于炎热,车间温度过高,使用液压传动机床工作性能不稳定时,则可选用机械通用部件配置机床。绘制组合机床“三图一卡” ,就是针对具体零件,在选定的工艺和结构方案的基础上,进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括:绘制被零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等。2.2 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制订的工艺方案,表示所设计的组合机床上完成的工艺内容,加工部件的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求,加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯成品情况的图样。除了设计研制合同外,它是组合机床设计的具体依据,也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件图基础上,突出本机床或自动线的加工内容,并做必要的说明而绘制的。其主要内容包括:a.被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。当需要设置中间导向时,则应把设置中间导向临近的工件内部助、壁部助及有关结构形状和尺寸表示清楚,以便检查工作、夹具、刀具之间是否相互干涉。b.本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。后桥壳体的定位方案为一面两销。c.本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。d.注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。绘制被加工零件工序图的规定及注意事项:e.使被加工零件工序图表达清晰明了,突出本工序内容,绘制是规定:应按一定的比例,绘制足够的主视图以剖面;本工序加工部位用粗实线表示。保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画“”粗实线。f.应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。g.本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。当本工序定位江阴职业技术学院毕业设计说明书 20074基准与设计基准不符时,必须对加工部位的位置精度进行分析和换算,并把不对称公差换算为对称公差。有时也可将工件某一主要孔的位置尺寸从定位基准面开始标注,其余各孔则以该孔为基准标注。后桥壳体双面钻床的被加工零件的工序图如图 2-1 所示。图 2-1 被加工零件工序图2.3 加工示意图A.加工示意图的作用和内容加工示意图是在工艺方案和机床总体方案逐步确定的基础上绘制的。它是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液压、电气系统以及选择动力部件、绘制机床总联系尺寸图的主要依据;是对机床总体布局和性能的原始要求;也是调整机床和刀具所必须的重要文件。加工示意图应表达和标注的内容有:机床的加工方法、切削用量、工作循环和工作行程;工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置及联系尺寸;主轴结构类型、尺寸及外伸长度;刀具类型、数量和结构尺寸;接杆、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置等结构尺寸;刀具、导向套间的配合,刀具、接杆、主轴之间的连接方式及配合尺寸等。B.绘制加工示意图的注意事项加工示意图应绘制成展开图,按比例用细实线画出工件外形。加工部位、加工表面画粗实线。必须使工件和加工方位与机床布局相吻合。为简化设计,对同一多轴箱上结构尺寸完全相同的主轴只画一根,但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号。一般主轴的分布不受真实距离的限制。当主轴彼此间很近或需设置结构尺寸较大的导向装置时,必须以实际中心距严格按比例画,以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是否相互干涉。主轴应从多轴箱端面画后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计5起;刀具画加工终了位置。对采用浮动卡头的镗孔刀杆,为避免刀杆退出导向时下垂,常选用托架支撑退出的刀杆。这时必须画出托架并标出联系尺寸。采用标准通用结构只画外轮廓,但须加注规格代号;对一些专用结构,如专用的刀具、导向、刀杆托架、专用接杆或浮动卡头等,须用剖视图表示其结构,并标注尺寸、配合及精度。绘制的加工示意图如图 2-2 所示。图 2-2 加工示意图2.3.1 组合机床切削用量的选择合理地选择切削用量,可提高钻孔生产率,并能降低成本。选择用量的一般原则与车削相同:先选择切削深度,再选进给量,最后确定切削速度。表 2-3 切削用量HB=160200 HB=200241 HB=300400加工直径 d(毫米)V(米/分) 转 )( 毫 米转 /fV(米/分) 转 )( 毫 米转 /fV(米/分) 转 )( 毫 米转 /f16 0.070.12 0.050.1 0.030.08612 0.120.2 0.10.18 0.080.151222 0.20.4 0.180.25 0.150.20225016240.40.810180.250.45120.200.302.3.2 选择切削深度这是根据被加工孔的直径来选择的。加工的孔直径为 25mm,10.2mm,和 8.5mm。14 孔锪平,钻 57,2124 孔深 23mm,820 孔深10.2mm,27,28 孔深 18mm。江阴职业技术学院毕业设计说明书 200762.3.3 确定进给量根据文献 1查表 6-11 硬质合金钻头切削用量。加工材料为 HT200,硬度190240HBS。进给量:孔 14 =0.36mm/rf孔 515,1626 =0.11mm/rf孔 27,28 =0.11mm/rf2.3.4 确定钻削速度 cv同上确定 孔 14 =40mm/minv孔 515,1626 =40mm/min孔 27,28 =40m/min由文献 5可知:(2-1)01vnd(2-2)f式中: 切削速度(m/min) ; 刀具直径(mm) ;v0刀具每分钟转数(r/min) ; 进给量(mm/r ) ;nf圆整后的切削速度(m/min) ; 刀具每分总的进给量(mm/min) 。所以cv fv由公式(3-1)得:14 孔转速 r/min 104.73.5n526 孔转速 r/min 32.27,28 孔转速 r/min.8914可由文献52.17 可知圆整为 110r/min,375r/min。由公式(2-1)变换得实际切削速度:14 孔 m/min3.14500cDnv526 孔 m/min3.14.27540cnv27,28 孔 m/min0D由公式(2-2)得工进速度:14 孔 mm/min.3109.6fvn后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计7526 孔 mm/min0.13754.2fvn27,28 孔 mm/minf2.3.5 切削功率,切削力,转矩以及刀具耐用度的选择查文献1表 6-20 得公式:切削力 (2-3)1.408.752bFDfk切削转矩 (2-4)3T切削功率 (2-5)9VP式中: 切削力(N) ;V切削速度(m/min) ;CF钻头直径(mm) ;k修正系数 0.1;D进给量(mm/r) ;Vf每分钟进给量(mm/min ) ;f抗拉强度(MPa) 。bD=25mm 、 10.2mm、 8.5mm =0.36mm =600Mpa V=47.1m/minfb由公式(2-3)得: 14 孔 N1.40.80.75205361329F526 孔 N68427,28 孔 N. 05由公式(2-4)得: 14 孔 kN.m207T526 孔 kN.m.305.61927,28 孔 kN.m83由公式(2-5)得: 14 孔 kW2.43.97405VPD526 孔 kW791.9.T27,28 孔 kW40.2769403.85传动系统确定以后,主轴箱所需功率 按下列公式计算:主P(2-6)111niinini PP=+= 主主主主主主主式中: 切削功率,单位为 KW;主空转功率,单位为 KW;主江阴职业技术学院毕业设计说明书 20078与负荷成正比的功率损失,单位为 KW。主P每根主轴的切削功率,由选定的切削用量按公式计算或查图表获得;每根轴的空转功率按文献 1表 4-6 得确定;每根轴上的功率损失,一般可取所传递功率的 1%。则在本课题中主轴箱所需的功率计算如下:(前面算出切削功率为 1.296KW) = (2-7)主P1nii主=40.046+0.0324=0.904KW=0.1 (2-8)主主=0.1 =0.737KW 37.则 =0.904+7.37+0.737=9.011KW主P主轴箱所需的进给力 (单位为 N)可按下式计算:主F(2-9)1niF=主式中: 各主轴所需的轴向切削力,单位为 N。iF在本课题中主轴箱所需的进给力计算如下:由于各主轴所需的轴向切削力在前面已经计算得出,则: 1niF=主=30229+67834+5005=103068N 2.3.6 组合机床生产率的计算根据加工示意图所确定的工作循环及切削用量等,就可以计算机床生产率并编制生产率计算卡。生产率计算卡是反映机床生产节拍或实际生产率和切削用量、动作时间、生产纲领及负荷等关系的技术文件。它是用户验收机床生产效率的重要依据。a.理想生产率 (单位为件/h)是指完成年生产纲领 A(包括备品及废品率)Q所要求的机床生产率。它与全年工时总数 tk有关,这里两班制 tk取 4600h,由后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计9文献1的第 51 页公式:(2-10)ktAQ得出: =80000/4600=19.39 件/时Qb.实际生产率 (单位为件/h)是指所设计机床每小时实际可生产1(2-11)单TQ601式中: 生产一个零件所需时间(min),可按下式计算:单T(2-12 装移快 退快 进停辅切单 tVLtVLt kfff21)式中: 分别为刀具工作进给长度,单位为 mm;21L、分别为刀具工作进给量,单位为 mm/min;ffV、当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时,滑台在死挡铁上的停t停留时间,通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 510 转所需的时间,单位为 min;分别为动力部件快进、快退行程长度,单位为 mm; 快 退快 进 、 L动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取 56m/min;用液压kfV动力部件时取 310m/min;直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间,一般取 0.1min;移t工件装、卸(包括定位或撤销定位、夹紧或松开、清理基面或切装 卸屑及吊运工件)时间。它取决于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。通常取 0.51.5min。如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求,即 Q Q 时候,机床负荷率为二者之比。1组合机床负荷率一般为 0.750.90,自动线负荷率为 0.60.7。典型的钻、镗、攻螺纹类组合机床,按其复杂程度确定;对于精度较高、自动化程度高或加工多品种组合机床,宜适当降低负荷率。(2-141Q)则 19.384.%26具体请见表 2-8 生产率计算卡。2.4 机床联系尺寸图及相关计算机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据,并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。机床联系尺寸图表示的内容有:1)表明机床的配置型式和总布局。2)完整齐全地反映各部件的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。3)标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速,并标出机床分组编号及组件名称,全部组件应包括机床全部通用及专用零部件,不得遗漏。4)表明机床验收标准及安装规程。5)选择动力部件等。A 选择动力部件动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。本次设计的是根据以定的工艺方案和机床配置型式并结合使用及修理等因素,确定机床为卧式双面机械传动组合机床,机械滑台实现工作进给运动。根据文献 5表 2.22 高速刚钻头钻刚时消耗的功率得Pc 左=9.01kW Pc 右=7.8kW后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计11(2-15)P主主式中 为主轴箱的传动效率,加工黑色金属时取 0.80.9,加工有色金属时取 0.70.8;主轴数多、传动复杂时取小值,反之取大值。本课题中被加工零件材料为 42CrMo,故取 =0.9所以 kW9.01.P主c主kW7.809主c主根据所算出的功率,查文献1表 5-20 我们可选用 1TA40 型号的动力头,经过改制都能满足功率的需要。表 2-4 动力电动机型号根据动力头尺寸选定滑台与其配合,由于选用的是带传动动力头,根据文献15-21 得宽 B=700mm,选用滑台型号为 1HY50(机械滑台型号选用于文献1表 5-5),滑台宽 700mm,长 1440mm,最大行程 350mm。表 2-5 滑台电动机型号电动机型号 电动机功率(kw)输出转速(r/min)左攻进电动机 Y100L-6B5 1.5 940左快进电动机 Y100L1-4B5 2.2 1430右攻进电动机 Y802-4B5 0.75 1390右快进电动机 Y90L-4B5 1.5 1400B 确定底座尺寸中间底座的轮廓尺寸,在长宽方向应满足夹具的安装需要。它在加工方向的尺寸,实际已由加工示意图所确定,图中已规定了机床在加工终了时工件端面至主轴箱前端面的距离。由此,根据选定的主轴箱、滑台、侧底座等标准的电动机型号 电动机功率(Kw)电动机转速(r/min)输出轴转速(r/min)左主轴箱 Y160L-6 11 1000 970右主轴箱 Y160L-6 11 1000 970江阴职业技术学院毕业设计说明书 200712位置关系,并考虑前备量,通过尺寸链就可以计算确定中间底座加工方向的尺寸,在本次设计中取前备量 30mm,计算长度为 1440mm。确定中间底座的高度方向时,应注意机床的刚性要求、冷却排屑系统要求以及侧底座连接尺寸要求。装料高度和夹具底座高度确定后,中间底座高度就已确定,选取 560mm。图 2-6 底座在本次设计中,把侧底座与中间底座合在一起,构成一个整体底座,在高度上和中间底座一样为 500mm,在长度方面配合 1HY50 滑台的长度,所以整体长度定为 4374mm。为了适应一定的装料高度的要求,在底座和滑台之间增加了调整垫,防止夹具高度调整时受到限制。整体底座为铸造体,排屑装置和润滑装置均在底座上。C 机床分组为了便于设计和组织生产,组合机床各部件和装置按不同的功能划分编组。组号划分如下:a.第 1019 组支承部件。一般由通用的侧底座、立柱及其底座和专用中间底座等组成。b.第 2029 组夹具及输送设备。夹具是组合机床主要的专用部件,常编为 20 组,包含工件定位夹紧及固定导向部分。c.第 3039 组电气设备。电气设计常编为 30 组,包括原理图、接线图和安装图等设计。专用操纵台、控制柜等另编组号。d.第 4049 组传动装置。包括机床中所有动力部件如动力滑台、动力箱等通用部件,编号为 40 组,其余需修改部分内容或专用的传动设备单独编组。e.第 5059 组液压和气动装置。f.第 6069 组刀具、工具、量具和辅助工具等。g.第 7079 组主轴箱及其附属部件。h.第 8099 组冷却、排屑及润滑装置。i.第 9099 组电气、液压、气动等各种控制挡铁。机床联系尺寸图如图 2-7 所示。后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计13图 2-7 机床联系尺寸图江阴职业技术学院毕业设计说明书 200714表 2-8 生产率计算卡图号 HQKT-01-02 毛坯种类 铸件名称 后桥壳体 毛坯重量 86.5Kg被加工零件材料 HT200 硬度 HB190240工序名称 左右表面钻孔 工序图 1进刀量 工时(min)序号工步名称被加工零件数量加工直径(mm)加工程度(mm)工作行程(mm)切削速度(mmin)转数(r/Min)每转(mm/r)每分钟(mm/min)机动时间辅助时间共计1 装卸工件 1 0.50 0.502 左快进 150 7500 0.02 0.02钻 孔4525 23 30 29.4 375 0.067 21.12 0.078钻孔2.1010223 30 15.3 375 0.027 10.1250.015钻 孔88.5 18 30 14 375 0.023 8.6 0.013 0.078死挡铁停留 0.05快退 180 7500 0.024 0.0243 右快进 150 7500 0.02钻 孔2525 23 30 29.4 375 0.067 25.12 0.078钻 孔.868.5 15 30 15.2 435 0.035 15.22 0.01钻孔.1010.2 23 30 15.3 375 0.023 8.625 0.015死挡铁停留 0.05快退 180 7500 0.031总 计 2.625min机床生产率 22 件/时备注机床负荷率 84.8%钻孔类组合机床,按其复杂程度参照表确定;对于精密度,自动化程度高或加工多品种组合机床,宜适当降低负荷率。后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计15表 2-9 负荷率对照表机床复杂程度 单 面 或 双 面 加 工 三 面 或 四 面 加 工主轴数 15 1640 4180 15 1640 4180负荷率 负90.0.900.860.860.8086.0.860.800.800.75设计的后桥壳体双面钻床,且加工 61 个孔,则有 61 根主轴,负荷率在0.800.86。江阴职业技术学院毕业设计说明书 2007163 主轴箱的设计3.1 主轴箱装配图的设计3.1.1 主轴箱原始依据图主轴箱设计工作的依据是三图一卡,即机床总图或机床联系尺寸图、被加工零件工序图、加工示意图和生产率计算卡。对于主轴箱设计,通常还要根据三图一卡再绘制一张主轴箱设计的原始依据图。主轴的型式和直径,主要取决于刀具的进给抗力和切削扭矩或主轴刀具系统结构上的需要。通常,钻孔时采用前支承有止推轴承的主轴;钻孔以外的其他工序,主轴前支承有没有止推轴承都可以,这要视具体情况而定。设计时,尽可能不选用 15 毫米直径的主轴和滚针主轴,因为这种主轴的精度低,既不便于制造装配,也不便于使用和维修。图 3-1 原始依据图3.1.2 主轴参数的确定本课题为钻孔,钻孔时采用滚珠轴承主轴。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。主轴 14 直径:26mm;主轴 526 直径:20mm;主轴 27、28、直径:20mm;后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计17传动轴直径:30mm;手柄轴直径:32mm;0 轴、油泵轴直径:40mm。齿轮模数 m(单位为 mm)一般用类比法确定,由参考文献 9公式估算:(3032) (3-1)3Pzn式中,齿轮所传递的功率,单位为 KW;Z一对啮合齿轮中的小齿轮齿数;n小齿轮的转速,单位为 r/min。由于主轴箱中齿轮模数常用 2、2.5、3、3.5、4 几种。为了便于生产,同一主轴箱中的模数规格不要多于两种。由于本主轴箱为钻孔主轴箱,主轴转速误差较小,可以根据实际需要选出齿轮模数。具体模数、齿数如表 3-2。表 3-2 模数、齿数模 数 齿 数 模 数 齿 数30=m20=Z5.230m2530Z2441915.3532244.33205Z5454Z6=6.m37m7236036.288.72875929Z58Z.1010.393940m04.2m2151513813Z282Z.44344355.216165m157m27Z46246Z.818=33775199.288.2002493493 1Z50m50Z2m311323.22江阴职业技术学院毕业设计说明书 200718324m204Z5.23m2853Z5.547462651.27765688Z727Z39m4029358m38915946060初定齿轮排布如下图 3-3 所示图 3-3 齿轮排布图主轴箱的动力计算包括主轴箱所需要的功率和进给力两项。具体计算结果在第二章节已详细计算。后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计19表 3-4 切削用量HB=160200 HB=200241 HB=300400加工直径 d(毫米)V(米/分) 转 )( 毫 米转 /fV(米/分) 转 )( 毫 米转 /fV(米/分) 转 )( 毫 米转 /f16 0.070.12 0.050.1 0.030.08612 0.120.2 0.10.18 0.080.151222 0.20.4 0.180.25 0.150.20225016240.40.810180.250.45120.200.30根据以上数据,并对照表格,可知:轴 14 25d轴 528 20轴 29 30轴 30 25轴 31 35d轴 3235 25轴 36 35轴 3743 40轴 44 30d轴 45 35轴 4648 30轴 4950 25轴 51 30d轴 5253 25轴 54 30轴 5757 40轴 5859 30d轴 60 203.1.3 设计和计算传动系统所谓传动系统的设计,就是通过一定的传动链,按要求把动力从动力部件的驱动轴传递到主轴上去。同时,满足主轴箱其他结构和传动的要求。由参考文献 9得公式:(3-主从从主 nz2)(3-mA2从主江阴职业技术学院毕业设计说明书 2007203)(3-4))1(22从主从主 nmAzz(3-)(主从主从 zz5)式中: 主动轮齿数主z从动轴齿数从主动轮转数(转/分)主n从动轮转数(转/分)从中心距(毫米)A模数(毫米)m3.1.4 计算主轴箱坐标后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计21图 3-5 坐标计算示意图坐标计算是主轴箱设计的重要环节之一,它包括计算主轴和传动轴的坐标位置。为了保证组合机床的加工精度和确保齿轮正确的啮合关系,主轴箱坐标计算必须确保正确,否则,将给生产造成损失,轻则返工,重则使主轴箱报废。计算机是坐标计算必不可少的工具。用计算机计算坐标时,还可辅以多位乘方表。此外,要把角度坐标换算成线性坐标时,要用不少于七位的三角函数表。a.主轴箱坐标系原点的确定为了计算主轴箱的各轴坐标,对于每个主轴箱都必须选择一个坐标原点。b.坐标计算的顺序主轴箱坐标的计算顺序是:首先计算主轴的坐标,然后计算与这些主轴有直接啮合关系的传动轴坐标,再按顺序计算其余轴的坐标。在计算过程中,要随时把计算出来的各轴坐标数据填入专门格式的坐标表中,以供计算其他轴和将来画检查图与箱体图时使用。c.主轴坐标的计算主轴坐标的计算是按主轴箱设计的原始依据或被加工零件工序图进行的。为了确保主轴坐标的正确性,一般应再按被加工零件图进行一次验算。主轴坐标的计算精度,要求精确到小数点后第三位数字。为了减少计算误差,对于角度关系的主轴坐标,应采用七位或七位以上的三角函数进行计算。当被加工零件的孔距尺寸带有公差时,在计算坐标时应考虑公差的影响。主要是那些带有单向公差或双向不等公差的尺寸,应当把公差计算进去,使主轴的名义坐标尺寸位于公差带的中央。轴 1 =-1 2091x1y轴 2 133 20922轴 3 =296 =2053x3y江阴职业技术学院毕业设计说明书 200722轴 4 =296 =2554x4y轴 5 =409.43 =226.0455轴 6 =439.38 =261.726x6y轴 7 =491 =27877轴 8 =511.20 =326.928x8y轴 9 =535.69 =365.9499轴 10 =571.32 =393.07 10x10y轴 11 =614.26 =408.90轴 12 =657.43 =409.66 12x12y轴 13 =715.10 =387.41 33轴 14 =743.94 =361.71 14x14y轴 15 =764.29 =329.13 55轴 16 =775.70 =285.03 16x16y轴 17 =767.48 =224.67 77轴 18 =734.09 =1733.73 18x18y轴 19 =682.01 =142.12 99轴 20 =621.41 =136 20x20y轴 21 =568.94 =143 1 1轴 22 =529.04 =106.43 2x2y轴 23 =483.16 =98.34 3 3轴 24 =423.60 =143 24x24y轴 25 =596.44 =194.42 5 5后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计23轴 26 =549.28 =267.11 26x26y轴 27 =764 =70 7 7轴 28 =644 =70 28x28y3.2 主轴箱体及其附件的选择设计3.2.1 主轴箱的选择设计该后桥壳体双面钻组合机床主轴箱选用 6301000 的通用主轴箱体,主轴箱体前后盖材料为 HT200,虽然主轴箱是通用的,但为了满足具体的使用要求,故在此基础上进行了一系列的补充加工,其补充加工的情况可参见补充加工图。3.2.2 主轴箱上的附件材料的设计a. 分油器本主轴箱中分油器选用 B-ZIR31-2-36 型分油器,其作用是把油分成几路,分别润滑不同排数的齿轮及轴承,以便于保证轴承,齿轮有一定的使用寿命,减少摩擦和磨损,降低振动,消耗发热。b. 油杯油杯是用来给箱体注油用的,以保证箱体内油量满足使用要求。c. 油塞油塞是用来放油用的,应该置在箱体的底部,由于该主轴箱是卧式组合机床,故活塞放置在箱体上,放油孔螺母与凸台之间应加封油圈密封。d. 油标油标是用来指示油的高度的,应该放置在便于检查及油面较稳定处,该主轴箱选用管状油标(GB1162-79)放置在箱体侧面上。e. 润滑润滑可分为稀油润滑、干油润滑、固体润滑、气体润滑等。一般润滑件有:油杯、油环、油枪、油标等。传动轴、轴承和齿轮的润滑,多采用 30 号机械油,由装在主轴箱内的润滑油泵供油。本次设计中在主轴箱内注入 30 号机械油。轴承部分若采用润滑脂润滑时,应注意使机械轴和润滑脂分开,并在箱体上留有加润滑脂的小窗口或油杯。若用润滑脂,润滑脂装于轴承部分的量,一般不能超过座体内腔自由空间的 2/3。检验和加油,可每隔 36 个月进行一次。全部换油和清洗座体孔和轴承,一般在 1218 个月进行一次f. 密封轴承的密封装置的作用不外乎两种,其一是保护轴承,不让外面的杂物侵入;另一点是防止润滑剂从装轴承的部位溜出。如果密封装置不可靠,不仅仅浪费大量润滑剂,而且会使轴承不清洁,加江阴职业技术学院毕业设计说明书 200724速轴承磨损。因此,对每个具体的轴承部件,应选择最有效的同时有最经济的密封装置。密封装置的设计应力求简单可靠。如果采用过于复杂的密封装置,不仅会增加部件的成本,而且往往增加摩擦损失,增加主轴转动的阻力。4 齿轮和轴的校核4.1 齿轮的校核:可设计的齿轮传动在具体工作环情况下,必须有足够的,相应的工作能力,以保证在整个寿命期间不致失效。所以在齿轮过程中要进行校核。A齿轮的材料,精度和齿数选择(以 30 轴齿轮为例)已知轴 2 上齿轮采用 45 钢,锻造毛坯,两齿轮渗碳淬火 HRC5662,齿轮精度用 8 级,轮齿表面粗糙度为 Ra3.2,Z=22,m=3,i=1.22。B设计计算a设计准则按齿面接触疲劳强度设计,再按齿根弯曲疲劳强度校核。b.校核计算:在初步确定主轴传动系统后还要对危险齿轮进行强度校核,尤其对低速级齿轮或齿根到键槽距离较小的齿轮及受转矩较大的齿轮进行校核,以保证传动系统平稳准确,有一定的使用寿命。通过比较发现,主轴箱中最薄弱的齿轮是驱动齿轮,因为其传动的功率大,如果它能满足强度要求,则其他的齿轮也应满足要求。驱动轴上的齿轮齿数 =22,m=3,与其相啮合的大齿轮的齿数 =37,m=4,0Z57Z驱动轴所传递的功率 P=1.5kw,转速 no=720r/min,齿数比=1.62,齿轮材料为 45钢,大、小齿轮的硬度分别为 220HBS,260HBS。4.1.1 校核齿根弯曲疲劳强度由参考文献1公式 6-12 根弯曲疲劳强度的校核公式为:后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计25(4-1) 123FFasdKTYzm确定公式中各参数值:a.大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限 、1liF2limF查参考文献取 , lim120FMpali240pab.弯曲疲劳寿命系数 、NKF查参考文献取 ,1.8F9.2c.许用弯曲应力 、F取定弯曲疲劳系数 SF=1.4, 应力修正系数 YST=2.0 得1lim110.8251.43FNSTKYMpa1li12.9FSTd.齿形系数 、 和应力修正系数 、1FaY21SaY2查参考机械设计表 6.4 得 =2.69, =2.42, =1.575, =1.6741FaF1Sa2SaYe.计算大、小齿轮的 与 ,并加以比较取其中大值带入公式1FS2FSa计算 , 大齿轮的数值12.69570.43FaSY2.41670.93FaSY较大,应按大齿轮校核齿根弯曲疲劳强度校核计算:Mpa 弯曲疲劳强度95.7.125.20.167342 F 2F足够。 4.1.2 校核接触疲劳强度由参考文献1公式 6-10 得接触疲劳强度由公式:江阴职业技术学院毕业设计说明书 200726(4-2)HEHubdKTZ125.进行校核确定公式中各参数值:小齿轮传递的转矩 T1:66111.59.509.03478PTNmnb.大、小齿轮接触疲劳强度极限 、limH2li按齿面硬度查机械设计图 6.8 得大、小齿轮的接触疲劳强度极限。=600 Mpa, =560 Mpa1limH2lic.接触疲劳寿命系数 、 1HNK查参考文献1图 6.6 得 =0.9, =0.952HNd.计算许用接触应力取安全系数 SH=1,则 MpaSH54069.01lim1 MpaSKHNH532609.2lim2 421e.确定材料系数 ZE 查机械设计表 6.3 得 ZE=189.8 Mpaf.计算圆周速度 v 12.5/60tdnmsg.确定载荷系数 K查参考文献1表 6.2 得使用系数 KA=1, 根据 v=2.25m/s,7 级精度查参考文献1图 6.10 得 Kv=1.1,查图 6.13 得 K=1.18,则K=KAKvK=11.11.18=1.298。校核计算:Mpa 接触疲12 21.98.5.5.58. 447EKTuZbdH劳强度满足要求。所以该齿轮满足使用要求。4.2 轴的强度校核:后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计27轴在初步完成结构设计后,进行校核计算。计算准则是满足轴的强度或刚度要求。进行轴的强度校核计算时,应根据轴的具体受载及应力情况,采取相应的方法,并恰当地选取其许用应力,对于用于传递转矩的轴应按扭转强度条件计算,对于只受弯矩的轴(心轴)应按弯曲强度条件计算,两者都具备的按疲劳强度条件进行精确校核等。在本设计中轴的直径是按强度公式计算进行选择,因此并不是要对主轴箱内所有的轴都进行校核,只是对那些承受弯、扭矩相对交较大的轴进行强度校核。在这里对长主轴 7 进行强度校核。a.求出主轴上的转矩 T在工作时,主轴上所承受的功率 P=0.153kw(不计齿轮的啮合损耗和轴承损耗的功率) 。则 mNnP.8310475.105.9105.966 b.求作用在齿轮上的力 mzd2TFt 8.589.2Ntr 70tan.7anc. 轴的受力分析1.计算支承反力:在水平面内)(2121lFltHNF.975348.71tH38.2 在垂直平面内2121)(lFlvrNv 34.553)(9.7r 79.122.画弯矩图(见图 4-1)在水平面内,a-a 剖面左侧 MaH=Ftl1=75.8243=3260.26 Nmma-a 剖面右侧 MaH=FH2l2=21.3153=3258.9 Nmm在垂直平面内,a-a 剖面左侧 MaV=Frl1=27.5943=1186.37 Nmma-a 剖面右侧 MaV=FV2l2=7.75153=1185.75 Nmm合成弯矩,a-a 剖面左侧江阴职业技术学院毕业设计说明书 200728Nmm4.3697.1826.30222 aVaHaMa 剖面右侧Nmm.5.9.52222 aVaa3.画转矩图T=3108.829 NmmFrt V2H1TtFrV12MHVTa)bc)de)fg)图 4-1 轴的弯矩、扭矩图d. 危险截面的判断截面左右的合成弯矩右侧相对左侧大些,扭矩为 T,则判断左侧为危a险截面,只要右侧满足强度要求即可。e. 轴的弯扭合成强度校核由参考文献13表 11.2 查得= -1=60 Mpa, 6.010ba-a 剖面左侧mm36.92)3(5201.2)(1.033 dtbW MpaTMe .56.9)8.1(4.)(f. 轴的疲劳强度安全系数校核根据参考文献13表 11.2 查得 , ,MpaB40271后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计29, , 。Mpa152.01.截面左侧:32323 5.160)3(20.)(2.0 mdtbW由参考文献13附表 11.2 查得 , ;由附表 10-4 查得绝对1K8.尺寸系数 , ;轴经磨削加工,由附表 11.4 得表面质量系数95.2.0。则:0.1弯曲应力 ,MPaWb97.51643应力幅 pa.2平均应力 0m切应力 aT67.5.1893MpTma.2安全系数 9.8702.97.50.11 maKS62.53.1.92.81ma 476.5.87222S查参考文献13表 11.8 得许用安全系数 , ,则5.13SS剖面安全,即主轴的强度满足要求。a初步完成结构设计后,进行校核计算,计算准则是满足轴的强度或刚度要求,进行轴的强度校核计算时,应根据轴的具体受载及应力情况,采取相应的方法,并恰当地选取其许用应力,对于仅仅(或主要)用于传动递转矩的轴(传动轴) ,应按扭转强度条件校核,对于只受弯距的轴(心轴)应按弯曲强度条件校核,两者都具备的按疲劳强度条件进行精确校核等等。这里对轴 2 进行校核:首先求出主轴上的功率 P,转速 n 和转矩 TP=0.05KW n=108r/mm 江阴职业技术学院毕业设计说明书 20073095042PTNmn5 结论为了保证被加工零件的尺寸精度和位置精度要求,高速高效地完成对后桥壳体孔的加工,设计了本组合机床。在设计过程中借鉴了国内外一些现有的组合机床设计资料。这次毕业设计中设计了后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱。在分析加工工件的特点的基础上,按组合机床的设计方法和步骤,进行了组合机床的总体设计,绘制了被加工零件的工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡,在此基础上,绘制了左主轴箱设计的原始依据图,拟订了主轴箱的传动路线,应用最优化方法布置齿轮。确定传动参数,绘制了主轴箱装配图、箱体补充加图、前盖及后盖的补充加工图,进行了轴、齿轮等零件的强度校核。较好地完成了设计要求,在提高了产品质量的前提下,提高了效益。通过这次毕业设计,我基本上掌握了钻孔专用机床设计的方法和步骤,以及设计时应注意的问题等,另外还更加熟悉运用查阅各种相关手册,选择使用工艺装备等。 后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计31参 考 文 献1 许锦康.机械设计M. 北京:高等教育出版社,2001.2 叶伟昌.机械工程及自动化简明手册(上册)M. 北京:机械工业出版社,2001. 3 胡家秀.机械零件设计实用手册M.北京:机械工业出版社,19994 李益民. 机械制造工艺设计设计手册M. 北京: 机械工业出版社,1995.5 艾兴等.金属切削用量手册M.北京:机械工业出版社,1996.6 范云涨等.金属切削机床设计简明手册M.北京:机械工业出版社,1993.7 孟宪椅等.机床夹具图册M.北京:机械工业出版社,1991.8 韩敬礼等.机械电气设计简明手册M.北京:机械工业出版社,1994.9 谢家瀛组合机床设计简明手册M.北京:机械工业出版社,1999.10 杨培元等.液压系统设计手册M.北京:机械工业出版社,1995.11 大连组合机床研究所.组合机床设计M.北京:机械工业出版社,198612 大连组合机床研究所.组合机床设计参考图册M.北京:机械工业出版社,1986.13 李云.机械制造工艺及设备设计指导手册M.北京.机械工业出版社,199614 薛源顺.机床夹具设计M.北京.机械工业出版社,2000江阴职业技术学院毕业设计说明书 200732致 谢为期三个多月的毕业设计已经结束。回顾整个毕业设计过程,虽然充满了困难与曲折,但我感到受益匪浅。本次毕业设计课题是后桥壳体双面钻床总体及左主轴箱设计。本设计是学完所有大学期间本专业应修的课程以后所进行的,是对我三年半来所学知识的一次大检验。使我能够在毕业前将理论与实践更加融会贯通,加深了我对理论知识的理解,强化了实际生产中的感性认识。总的来说,这次设计,使我在基本理论的综合运用以及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的锻练,提高了我独立思考问题、解决问题以及创新设计的能力,缩短了我与工厂工程技术人员的差距,为我以后从事实际工程技术工作奠定了一个坚实的基础。本次设计任务已顺利完成,但由于本人水平有限,缺乏经验,难免会留下一些遗憾,在此恳请各位专家、老师及同学不吝赐教。此次毕业设计是在 SSSS 老师的认真指导下进行的。在历经三个多月的设计过程中,SSS 老师经常为我解答一系列的疑难问题,一直热心的辅导。另外,我还得到了盐城超越组合机床有限公司的工程师的热心帮助与指导。在此,我忠心地向他们表示诚挚的感谢和敬意!后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计33附 录图 名 图 号 图 幅 张 数1 机床联系尺寸联系图 HQKT-01-01 A0 12 加工零件工序图 HQKT-01-02 A1 13 加工示意图 HQKT-01-03 A3 1 4 左主轴箱装配图 HQKT-07-00 A0 15 主轴箱前盖补充加工图 HQKT-07-01 A1 16 主轴箱后盖补充加工图 HQKT-07-02 A1 17 箱体补充加工图 HQKT-07-03 A0 1 8 齿轮
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