钻孔组合机床设计毕业论文

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1、钻孔组合机床设计毕业论文 目 录摘要Abstract1 绪论111 机床在国民经济的地位及其发展简史112 组合机床的国内外现状3121 国内组合机床现状3122 国外组合机床现状413 机床设计的目的内容要求6131设计的目的6132 设计内容6133 设计要求614 机床的设计步骤7141调查研究7142 拟定方案7143 工作图设计72 零件分析821 零件的结构特点及其技术要求8211 零件结构特点8212 技术要求822 零件的生产批量及其机床的使用9221 零件的生产批量9222 机床的使用条件923 零件工艺方案9131 生产工艺方案93 组合机床的总体设计1131 组合机床方案

2、的制定11311制定工艺方案11312 确定组合机床的配置形式和结构方案1132 确定切削用量及选择刀具13321 确定工序间余量13322 选择切削用量13323 确定切削力切削扭矩切削功率14324 选择刀具结构1533钻孔组合机床总设计三图一卡的编制15331 被加工零件工序图15332 加工示意图17333 机床联系尺寸图21334 生产率计算卡2334 多轴箱的设计25341 绘制多轴箱设计原始依据图25342 齿轮模数选择27343 多轴箱的传动设计27344 绘制传动系统图29345 传动零件的校核3025 确定机械重块平衡机构344 夹具设计3631 机床夹具的概述36311机

3、床夹具的组成36312机床夹具的类型3632夹紧方案和夹紧元件的设计3733夹具的性能及优点3734夹具体的设计3735夹具精度分析计算3836 夹具操作的简要说明395 结论40参考文献41致 谢421 绪论11 机床在国民经济的地位及其发展简史现代社会中人们为了高效经济地生产各种高质量产品日益广泛的使用各种机器仪器和工具等技术设备与装备为制造这些技术设备与装备又必须具备各种加工金属零件的设备诸如铸造锻造焊接冲压和切削加工设备等由于机械零件的形状精度尺寸精度和表面粗糙度目前主要靠切削加工的方法来达到特别是形状复杂精度要求高和表面粗糙度要求小的零件往往需要在机床上经过几道甚至几十道切削加工工艺

4、才能完成因此机床是现代机械制造业中最重要的加工设备在一般机械制造厂中机床所担负的加工工作量约占机械制造总工作量的4060机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性进而决定着国民经济的发展水平可以这样说如果没有机床的发展如果不具备今天这样品种繁多结构完善和性能精良的各种机床现代社会目前所达到的高度物质文明将是不可想象的一个国家要繁荣富强必须实现工业农业国防和科学技术的现代化这就需要一个强大的机械制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备即各种机器仪器和工具等然而一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾机床工业是机械制造业的装备部总工艺师对国民经济发展起着重大

5、作用因此许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高使本国国民经济的发展建立在坚实可靠的基础上机床是人类在长期生产实践中不断改进生产工具的基础上生产的并随着社会生产的发展和科学技术的进步而渐趋完善最原始的机床是木制的所有运动都是由人力或畜力驱动主要用于加工木料石料和陶瓷制品的泥坯它们实际上并不是一种完整的机器现代意义上的用于加工金属机械零件的机床是在18世纪中叶才开始发展起来的当时欧美一些工业最发达的国家开始了从工场手工业向资本主义机器大工业生产方式的过度需要越来越多的各种机器这就推动了机床的迅速发展为使蒸汽机的发明付诸实用1770年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内孔用的镗床1797年发

6、明了带有机动刀架的车床开创了用机械代替人手控制刀具运动的先声不仅解放了人的双手并使机床的加工精度和工效起了一个飞跃初步形成了现代机床的雏型续车床之后随着机械制造业的发展其他各种机床也陆续被创制出来至19世纪末车床钻床镗床刨床拉床铣床磨床齿轮加工机床等基本类型的机床已先后形成上世纪初以来由于高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继出现刀具切削性能不断提高促使机床沿着提高主轴转速加大驱动功率和增强结构刚度的方向发展与此同时由于电动机齿轮轴承电气和液压等技术有了很大的发展使机床的转动结构和控制等方面也得到相应的改进加工精度和生产率显著提高此外为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求机床品种的发展也与日俱增

7、例如各种高效率自动化机床重型机床精密机床以及适应加工特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世50年代在综合应用电子技术检测技术计算技术自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上发展起来的数控机床使机床自动化进入了一个崭新的阶段与早期发展的仅适用于大批大量生产的纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比它具有很高柔性即使在单件和小批生产中也能得到经济的使用综观机床的发展史它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展并始终围绕着不断提高生产效率加工精度自动化程度和扩大产品品种而进行的现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展我国的机床工业是在1949年新中国成立后才开始建立起来的解放前由于长

8、期的封锁统治和19世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺我国的工农业生产非常落后既没有独立的机械制造业更谈不上机床制造业至解放前夕全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂制造少量简单的皮带车间牛头刨床和砂轮等1949年全国机床产量仅1000多台品种不到10个解放后党和人民政府十分重视机床工业的发展在解放初期的三年经济恢复时期就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂在随后开始的几个五年计划期间又陆续扩建新建了一系列机床厂经过50多年的建设我国机床工业从无到有从小到大现在已经成门类比较齐全具有一定实力的机床工业体系能生产5000多种机床通用品种数控机床1500多种不仅装备了国内的工业而且每年还有一定数量的机床

9、出口我国机床行业的发展是迅速的成就是巨大的但由于起步晚底子薄与世界先进水平相比还有较大差距为了适应我国工业农业国防和科学技术现代化的需要为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力必须深入开展机床基础理论研究加强工艺试验研究大力开发精密重型和数控机床使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列12 组合机床的国内外现状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121 国内组合机床现状我国加入WTO以后制造业所面临的机

10、遇与挑战并存组合机床行业企业适时调整战略采取了积极的应对策略出现了产销两旺的良好势头截至2005年4月份组合机床行业企业仅组合机床一项据不完全统计产量已达1000余台产值达39个亿以上较2004年同比增长了10以上另外组合机床行业增加值产品销售率全员工资总额出口交费值等经济指标均有不同程度的增长新产品新技术较去年年均有大幅度提高可见行业企业运营状况良好1行业企业产品结构的变化组合机床行业企业主要针对汽车摩托车内燃机农机工程机械化工机械军工能源轻工及家电行业提供专用设备随着我国加入WTO后与世界机床进一步接轨组合机床行业企业产品开始向数控化柔性化转变从近两年是企业生产情况来看数控机床与加工中心的

11、市场需求量在上升而传统的钻镗铣组合机床则有下降趋势中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表是统计数据显示仅从几个全国大型重点企业生产情况看2003年生产数控机床890台产值16187万元生产加工中心148台产值5770万元2004年生产数控机床985台产值25838万元生产加工中心159台产值7099万元而2005年截至4月份数控机床加工中心产值已接近2003年全年水平故市场在向数控高精制造技术和成套工艺装备方面发展2行业企业的快速转变九五后期在组合机床行业企业的50多家组合机床分会会员中仅有两家企业实行了股份改造一家企业退出国有转为民营其余的都是国有企业而从2001至2002年

12、不到两年的时间就先后有十几家企业实行股份制改造一些小厂几乎全部退出国有转为民营现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造转制已势不可档民营经济在经历了从被歧视被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后焕发勃勃生机组合机床行业企业正在以股份制民营化等多种形式快速发展3组合机床技术装备现状与发展趋势组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化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与工程机械交通能源军工轻工家电行业我国的传统的组合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的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

13、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型面等组合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组合机床等随着技术的不断是进步一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受人们是亲昧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种加工的可调可变的组合机床另外近年来组合机床加工中心数控组合机床机床辅机等在组合机床行业中所占份额也越来越大由于组合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

14、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组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后国内所需的一些高水平组合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要真正成为刚柔兼备的自动化装备122 国外组合机床现状80年代以来国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上正朝着综合成套和具备柔性的方向发展组合机床的加工精度多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展实现了机床工作程序软件化工序高度集中高效短节拍和多功能知道监控组合机

15、床技术的发展趋势是1广泛应用数控技术国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术而且夹具的转位或转角换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线就是由三台自动换箱组合机床组成的其全部动作均为数控包括自动上下料的交换工作台环形主轴箱库动力部件和夹具的运动其节拍时间为58秒 2 发展柔性技术80年代以来国外对中大批量生产多品种加工装备采取了一系列的可调可变可换措施使加工装备具有了一定的柔性如先后发展了转塔动力头可换主轴箱等组成的组合机床同时根据

16、加工中心的发展开发了二坐标三坐标模块化的加工单元并以此为基础组成了柔性加工自动线 FTL 这种结构的变化既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏又可以使机床配置更加灵活多样 3 发展综合自动化技术汽车工业的大发展对自动化制造技术提出了许多新的需求大批量生产的高效率要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序以及下线后的自动码垛装箱等德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线就是这种综合自动化制造系统的典范该系统由两条相似对称布置的自动线组成三班制工作每条线日产2000件节拍时间为40秒全线由12台

17、双面组合机床18台三坐标加工单元空架机器人线两端的毛坯库和三坐标测量机组成可实现3种零件的加工空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作随着综合自动化技术的发展出现了一批专门从事装配试验检测清洗等装备的专业生产厂家进一步提高了制造系统的配套水平 4 进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量节省占地面积对组合机床这种工序集中程度高的产品继续采取各种措施进一步提高工序集中程度如采用十字滑台多坐标通用部件移动主轴箱双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库通过换刀加工实现工序集中从而可最大限度地发挥设备的效能获取更好的经济效益13 机床设计的目的内容要求131设计的目的机床设计毕业设计其目的在于通过

18、机床主运动机械变速传动系统的结构设计使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中得到设计构思方案的分析结构工艺性机械制图零件计算编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练树立正确的设计思想掌握基本的设计方法培养基本的设计方法并培养了自己具有初步的结构分析结构设计和计算能力132 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

19、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133 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14 机床的设计步骤141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

20、生产率使用户有较好的经济效益142 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液压系统控制操作系统电系统主要部件的结构草图实验结果及技术经济分析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143 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

21、方案基础上进行方案图纸的设计这些图子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液压系统图PLC接线图和梯形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21 零件的结构特点及其技术要求211 零件结构特点箱体是各类机器的基础零件它将机器和部件的轴套齿轮等有关零件联接成一个整体并使之保持正确的位置以传递转矩或改变转速来完成规定的运动因此箱体的加工质量直接影响机器的性能精度和寿命箱体零件的结构

22、一般比较复杂壁薄且壁厚不均匀加工部位多既有一个或多个基准面及一些支承面又有一对或数对加工难度大的轴承支撑孔212 技术要求本次加工的零件为圆锥齿轮减速器机座箱体根据其零件图技术要求有以下几点1 机座铸成后应清理并进行时效处理2 机盖和机箱合箱后边缘应平齐互相错位每边不大于2mm3 应检查与机盖结合面的密封性用005mm塞尺塞入深度不得大于结合面宽度的三分之一用涂色法检验接触面积达每平方厘米一个斑点4 与机盖联接后打上定位销进行镗孔镗孔时结合面处禁放任何衬垫5 机械加工未标注偏差尺寸处精度为IT126 铸造尺寸精度IT187 未注明的倒角为2x45度粗糙度为Ra1258 未注明的铸造圆角半径为3

23、5mm9 机座不得漏油22 零件的生产批量及其机床的使用221 零件的生产批量 本次课题要求零件的生产批量以年产10万件而计222 机床的使用条件本次课题要求生产纲领为年产10万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23 零件工艺方案231 生产工艺方案序号工序内容定位基准1铸造毛坯2时效处理3按毛坯尺寸检查4粗铣顶面5粗半精铣底面6半精铣磨顶面达到尺寸250顶面7铣两端面顶面8钻扩铰2x锥销孔10顶面9钻扩8x17一面两空10粗精镗两主轴孔140一面两空11粗精铣左端面140主轴孔一面两空12钻扩铰

24、13油标尺孔钻扩铰攻丝M16-7H放油孔一面两空13钻扩铰4x22锪平50一面两空14清洗去毛刺倒角15检验16入库 3 组合机床的总体设计31 组合机床方案的制定311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改变根据被加工被零件减速器箱体的零件图图2-1加工八个顶面17通孔的工艺过程 1 加工孔的主要技术要求加工8个

25、17孔工件材料为HT21-40HB170241要求生产纲领为考虑废品及备品率年产量10万件单班制生产 2 工艺分析加工该孔时孔的表面粗糙度为Ra50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17 3 定位基准及夹紧点的选择加工此圆锥齿轮离合器箱体的孔以顶面的两个定位销孔一面两空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由于夹具在本设计中没有考虑因此在设计时就认为是人工夹紧312 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

26、据减速器箱体的加工孔的精度要求不高可采用钻孔组合机床工件各孔间的位置精度为01mm它的位置精度要求不是很高安排加工时可以在下一个安装工位上对所有孔进行最终精加工为了加工出表面粗糙度为 图21 被加工零件图Ra50um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为此机床通常采用尾置式齿轮动力装置进给采用液压系统人工夹紧被加工零件图如图2-1所示 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减速器箱体的材料是HT21-40硬度HB170-241孔在顶面呈矩形分布孔的直径为17mm采用多孔同步

27、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箱体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箱体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直线形状工件比较长一次钻完多轴箱体积较大采用两工位以减小多轴箱的体积使整个钻床瘦身因而适合选择立式多工位钻床 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

28、设计要求生产纲领为年生产量为10万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箱盖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四轴头多工位同步钻床32 确定切削用量及选择刀具321 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

29、量由于在本钻床上钻孔后重新安装或在其他多工位机床上加工下道工序应适当加大余量以消除转定位误差的影响17mm的孔在钻孔后扩孔直径上工序间余量051mm322 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mmmin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mmr与其适应以满足不同直径的加需要即 式中 各主轴转速rmin

30、 各主轴进给量mmr 动力滑台每分钟进给量mmmin由于减速器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 17mm铸铁HB175255进给量f 02mmr切削速度v 10mmin323 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其它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 HBHBmin 170 241170 14633切削力 26 2617 242911N切

31、削扭矩 10 10 1196402Nmm切削功率 24522615 974031417 023kw 式中HB布氏硬度 F切削力N D钻头直径mm f每转进给量mmr T切削扭矩 Nmm V切削速度mmin图22 被加工零件工序图附注1被加工零件减速器箱体 2材料及硬度灰铸铁HT21-40 JB307-62 HB1752552加工部位的位置尺寸应由定位基准注起为便于加工及检查尺寸应采用直角坐标系标出而不采用极坐标但有时因所选定位基准与设计基准不重合则须对加工部位要求位置尺寸精度进行分析换算332 加工示意图 图23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

32、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23为箱盖上4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导向装置的结构尺寸刀具与导向置的配合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刀

33、具的选择前已述及此处就不在追述了2导向套的选择 在组合机床上加工孔除用刚性主轴的方案外工件的尺寸位置精度主要取决于夹具导向因此正确选择导向装置的类型合理确定其尺寸精度是设计组合机床的重要内容也是绘制加工示意图时必须解决的内容1选择导向类型 根据刀具导向部分直径d 10mm和刀具导向的线速度v 15mmin选择固定式导向2导向套的参数 根据刀具的直径选择固定导向装置如图24所示图24 固定导向装置固定导向装置的标准尺寸如下表表21 固定导向装置的标准尺dDD1D2Ll1mRd1d2l017253635253515524M81612固定装置的配合如下表表22 固定装置的配合导向类别工艺方法DDD1

34、刀具导向部分外径固定导向钻孔G7或F8g6固定导向装置的布置如图25所示导向装置的布置如表23所示表23 导向装置的参数 mm 尺寸项目l1l2l3与直径d的关系 23 d加工铸铁dd3 38 计算值3d 3025425438 165图25 固定导向装置的布置3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 810GPa刚性主轴取140m所以B取2316根据刚性条件计算主轴的直径为dB 2316 2422mm式中d轴直径mm T轴所承受的转矩Nmm B系数内孔长度为l1 77mm 本设计中所有主轴直径皆取d 20mm主轴外伸长度为L 115mmD为38264选择刀具接杆 由以上可

35、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26所示图26 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24所示表24 可调接杆的尺寸d h6 D1 h6 d2d3Ll1l2l3螺母厚度20Tr206莫氏1号12061171884640100125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23所示其中最重要的联系尺寸即工件端面

36、到多轴箱端面之间的距离图中的尺寸333mm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6工作进给长度的确定 如图27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510mm之间选择误差大时取大值因此取 5mm切出长度 13d 38 8 9mm所以 1059 29mm7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156mm快退长度等于快速引进与工作工进之和因此快进长度15629 127m

37、m图27 工作进给长度333 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28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

38、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 4107179 428716N 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429KN3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

39、工作进给速度的051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 nf 478mmmin所以选择HY25IA液压滑台工作进给速度范围32800mmmin快速速度12mmin4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备量后备量之和即行程L1562040 236mm取L250mm综合上述条件确定液压动力滑台型号HY25IA2由下式估动

40、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40123080615KW式中多轴箱传动效率加工黑色金属时0809有色金属时0708本系统加工HT21-40 JB307-62取08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Y100L6B5的1TD25IA型动力箱动力箱输出轴至箱底面高度为125mm主要技术参数如下表主电机传动型号转速范围rmin主电机功率配套主轴部件型号电机转速输出转速Y100L-6B51430706151TA321TA32M1TZ321TG323Y轴液压滑台的选用工件质量计算 V 42024010 216023

41、40 1030 130810-3m3 m v 70103130810-3 9156kg磨擦系数f 007012取f 01F fN fmg 01915610 9156N2配套支承部件的选用立柱1CL25型立柱底座1CD253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H5801060mm之间选取本系统取装料高度为976mm4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1CC325确定多轴箱轮廓尺寸本机床配置的多轴箱总厚度为301mm宽度和高度按标准尺寸中选取计算时多轴箱的

42、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BH 500X500mm334 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 Lvft停 229478215478 115 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mmmin 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515 r所需要时间这里取15r 辅助时间 T辅 t移t装 1501762120000115 16

43、54min 式中L3L4 分别为动力部件快进快退长度mm vfk 快速移动速度mmmin t移 工作台移动时间min一般为005013min取01 min t装 装卸工件时间min一般为0515min取15min机床生产率 Q1 60T单 60T切T辅 6011511654 2139 件h机床负荷率按下式计算 Q1Q100 Q1tkA100 2139195060000100 70 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25 生产率计算卡被加工零件图号1601A-093毛坯种类铸件名称减速器箱体毛坯重量材料HT21-40 JB297-62硬度

44、HB170-241工序名称钻压盘连接孔工序号工时min序号工步名称工作行程mm切速mmin-1进给量mmr-1进给量mmmin-1工进时间辅助时间1按装工件052工件定位夹紧0253Z轴快下1501200000134Z轴工进29320247805445Z轴暂停0036Z轴快上1761200000157Y轴前进100100000 018Y轴暂停0099Z轴快下15012000001310Z轴工进26478054411Z轴暂停00312快退17612000001513工件松开02514卸下工件05备注1主轴转速706rmin 2一次安装加工完一个工件累计10881716单件总工时2804机床生产率

45、2139 件h理论生产率3077件h负荷率7034 多轴箱的设计341 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29所示如图29 钻孔组合机床多轴箱原始依据图图中多轴箱的两定位销孔中心连线为横坐标工件加工孔对称选择箱体中垂线为纵坐标在建立的坐标系中标注轮廓尺寸及动力箱驱动轴的相对位置尺寸主轴部为逆时针旋转面对主轴看主轴的工序内容切削用量及主轴尺寸及动力部件的型号和性能参数如表 26所示表26 主轴外尺寸及切削用量轴号主轴外伸尺寸工序内容切削用量DdLNrminV mmin f mmr Vf mmmin 12342012115钻174781002956注1被加工零件减

46、速器箱体材料HT21-40 JB297-62硬度 HB170-2412动力部件型号1TD25IA动力箱电动机型号Y100L-6功率P15kw342 齿轮模数选择本组合机床主要用于钻孔因此采用滚珠轴承主轴齿轮模数m可按下式估算m 3032 32 176 式中m估算齿轮模数 P齿轮所传递率kw Z对啮合齿中的小齿轮数 N小齿轮的转速rmin多轴箱输入齿轮模数取m1 3其余齿轮模数取m2 2343 多轴箱的传动设计1根据原始依据图图29画出驱动轴主轴坐标位置如下表表27 驱动轴主轴坐标值坐标销O1驱动轴O主轴1主轴2主轴3主轴4X175095959595Y094518018080802确定传动轴位置

47、及齿轮齿数图210 齿轮的最小壁厚1最小齿数的确定为保证齿轮齿根强度应使齿根到孔壁或键槽的厚度a2m驱动轴的直径为d 30mm有机械零件设计手册知如图210所示齿轮t 333mm当m1 3时驱动轴上最小齿轮齿数为2tm12125d0m1 2 33332125 303 189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30mm当m2 2d 20时齿轮t 233mm主轴上最小齿轮齿数为2tm22125d0m2 223322125202 198所以主轴齿数要大于等于202传动轴11为主轴123 4都各自在同一同心圆上多轴箱的齿轮模数按驱动轴出轮估算 32x 171多轴箱输入出轮模

48、数取m1 3其余齿轮模数取m2 2主轴123要求的转速一致且较高所以采用升速传动主轴齿数选取Z 45传动齿轮采用z 45齿的齿轮变位系数传动轴的转速为由于前面选取了主轴直径为30显然传动轴直径都选取20这样为了减少传动轴种类和设计题目需要由于传动轴转速是则驱动轴至传动轴的传动比为所以选择两级传动且传动比分配为一级为1212二级为1410驱动轴的直径为30mm由机械零件设计手册查得知t 333mm当m 3时驱动轴上的齿数为 Zmin去驱动齿轮齿数Z 45通用的齿轮有三种即传动齿轮动力箱齿轮和电机齿轮材料均为45钢热处理为齿部高频淬火G54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

49、孔径mm驱动轴齿轮24321650连续167022532253415203035402530354050传动轴齿轮44B型45225304050输出轴齿轮323731822283236计算各主轴转速使各主轴转速的相对转速损失在5以内由公式V 知344 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如图211所示图211 箱盖钻孔多轴箱传动系统图图中多轴箱箱体内只排放一排37mm宽的齿轮离箱体前壁45mm离箱体后壁95mm传动轴齿轮和驱动轴齿轮为第排在图中标出齿轮的齿数模数变位系数以校核驱动轴是否正确另外应检查同排的非啮合齿

50、轮是否齿顶干涉还画出主轴直径和轴套直径以避免齿轮和相邻的主轴轴套相碰345 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11由它驱动的有主轴14和液压泵轴7主轴扭矩T1 T4 327445Nmm液压泵轴的扭矩查得R12-1A液压泵的最高压力为03MPa排量为588mlr假设在理想无泄漏状态即Pq T式中P液压泵的压力N q液压泵的排量m3s T输入扭矩Nm 输入角速度rads单位换算P 03MPa 03106Pa n 655338rmin 109223rs q 588109223 6422mlr 642210-6m3s 2n60 231465533860 6856rads

51、代入公式Pq T 642210-603106 6856T7 解得T7 280NmmT5 T1i5-1T4i5-4T7i5-7 232744509142800667 758489Nmm根据 d B 2316 216mm 30mm因此传动轴1234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5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 229286平均值240HB设使用寿命10年齿轮Z5 30Z1 28宽度B 37mm传动比i5-1 0914工作时间比10882804 039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200

52、3年高等教育出版社校核计算接触疲劳极限Hlim 由图1217c得 Hlim 410MPa齿轮5的圆周速度v5 v5 137ms精度等级 选9级精度使用系数KA 由表129 KA 11动载系数KV 由图129 KV 124齿间载荷分配系数KH 由表1210先求 Ft 2T5d5 275848960 25283N KAFtb 112528337 752Nmm 100Nmm 18832 cos 0 18832 167 Z 088由此得KH 129齿向载荷分布系数KH 由表1211知 KB AB10622C10-3b 117016106 3760 2 3760 206110-337 128载荷系数K

53、K KAKVKHKH 11124129128 225弹性系数ZE 由表1212 ZE 1898节点区域系数ZH 由图1216 X1X2 Z1Z2 0005 ZH 262接触最小安全系数SHmin 由表1214 SHmin 125总工作时间th th 103658039 114816h应力循环次数NL1 60n5th 603436892114816 903108 NL2 60n1th 601478114816 32108接触寿命系数ZN 由图1218 ZN1 114 ZN2 124许用接触应力H H1 37392MPa H2 4067MPa验算 H ZEZHZ 1898262088 30195M

54、Pa 37392 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Y Y 025075 025075167 07齿间载荷分配系数KF 由表1210 KF 1Y 107 143齿向载荷分配系数KF bh 37 2252 822 由图1214 KF 12载荷系数K K KAKVKFKF 1112414312 234齿形系数YF 由图1221 YF1 237 YF2 256应力修正系数YS 由图1222 YS1 168 YS2 162弯曲疲劳极限Flim 由图1223c Flim 380MPa弯曲最小安全系数SFmin 由表1214 SFmin 125应力循环系数NL NL1 60n5th 903108 NL2 60n1th 32108弯曲寿命系数YN 由图1224 YN1 098 YN2 10尺寸系数Yx 由图1225 Yx 085许用弯曲应力F F1 380098085125 25325MPa F2 3801085125