0177-车床主轴箱箱体右侧10-M8螺纹底孔组合钻床设计【全套7张CAD图+说明书】
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开题报告学生姓名学 号专 业指导教师姓名职 称所在学院选题来源选题类型选题名称车床主轴箱箱体右侧10-M8螺纹底孔组合钻床设计研究的目的及意义 将理论与实际充分的结合在一起,把所学的理论知识在实际生产中能够综合地运用,锻炼自己的操作能力,完善知识结构,培养正确的设计思想,熟悉有关参考资料、手册、图册和规范的运用和查找,通过对机床的研究与设计,可以改进生产设备,降低设备占用率,提高生产能力,减轻工人的劳动强度,给社会带来更多更好的经济效益国内外同类研究概况 日本三菱数控汽缸体油空双轴枪钻组合机床,这种枪钻一次进刀便可以加工出高精度(孔径精度、位置精度、几何精度)及高光洁度的深孔,采用三菱电机公司的交流伺服系统,从导轨左右两侧向中心位置的汽缸体工件推动进刀,实现枪钻钻头进刀的精度定位和工件到精度加工,国内中捷摇钻ZYZ-118型中梁组合钻床,由14个动力单元、定位夹紧系统、工件输送系统、排屑系统、电控系统、液压系统、刀具及基础等组成的高科技机床研究内容及计划一. 研究内容:设计一台立式或卧式组合钻床,要对车床主轴箱箱体右侧面加工10-M8螺纹底孔,使用液压驱动,并满足年生产3-6万件产品的要求二. 研究计划:第1-2周:撰写开题报告;第3周:拟定螺纹底孔加工工艺方案;第4-5周:绘制被加工零件全线工序图; 第6-8周:绘制组合机床的加工示意图和机床的总体联系尺寸图,并编制生产率计算卡;第9-12周:绘制组合机床多轴箱图和夹具总图;第13-14周:绘制液压系统和控制系统原理图,对各部件修改和检验;第15周:打印图纸和写说明书;第16周:整理所有的设计资料,做好毕业答辩准备工作特色与创新 在知识经济大发展的今天,社会竞争越来越激烈,企业的生产能力和产品使用性能与需求,已成为企业能否生存的标志,为此加强生产设备的研究与改进,是社会进步必然趋势,本次组合机床的设计方案使整个机床重量轻、体积小、结构简单、使用方便、效率高、质量好等特点,同时为提高设备的技术含量,适应现代化生产的要求,加强数控一体自动化模式指导教师意 见 指导教师签名: 年 月 日 综述组合机床是以通用部件为基础,配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具,组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化,可根据需要灵活配置,能缩短设计和制造周期。因此,组合机床兼有低成本和高效率的优点,在大批、大量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时,工件一般不旋转,由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动,来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转,由刀具作进给运动,也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。二十世纪70年代以来,随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展,组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米1000毫米,表面粗糙度可低达2.50.63微米;镗孔精度可达IT76级,孔距精度可达O.03O.02微米。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用,逐步发展成为通用部件,因而产生了组合机床。 最早的组合机床是1911年在美国制成的,用于加工汽车零件。初期,各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性,便于用户使用和维修,1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商,确定了组合机床通用部件标准化的原则,即严格规定各部件间的联系尺寸,但对部件结构未作规定。 通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。 支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件,有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。 输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件,主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。 控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件,有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。 为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用,往往需要应用成组技术,把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工,以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种,可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动,以简化结构、缩短生产节拍;采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统,以提高工艺可调性;以及纳入柔性制造系统等。组合机床是一种专用高效自动化技术装备,成为大批量机械产品实现高效、 高质量和经济性生产的关键装备,是集机电于一体的综合自动化程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,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。在大批量生产的机械工业部门,组合机床在生产中占有相当大的比例,因此,组合机床及的技术性能和综合自动化水平,在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构,也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。现代组合机床作为机电一体化产品,它是控制、驱动、测量、监控、刀具和机械组件等技术的综合反映。近20年来,这些技术有长足进步,其产品市场寿命不断缩短,品种日益增多且质量不断提高。这些因素有力地推动和激励了组合机床技术的不断发展,目前我国组合机床装备较高的技术水平,但随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高,高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业,因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。据专家分析,机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。该届博览会上展出的加工中心,主轴转速1000020000r/min,最高进给速度可达2060m/min;复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时,加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外,产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化,满足各种各样产品的加工需求。 然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用,信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高,操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改,对运转状况进行监控并积累有关数据;通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距,因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后,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,满足用户需求,真正成为刚柔兼备的自动装备。开发柔性组合机床的重要前提是开发数控加工模块,而有着较长发展历史的加工中心技术为开发数控加工模块提供了成熟的经验。由数控加工模块组 成的柔性组合机床和柔性自动线,可通过应用和改变数控程序来实现自动换刀、自动更换多轴箱和改变加工行程 、工作循环、切削参数以及加工位置等,以适应变型品种的加工。柔性组合机床用的数控加工模块,按其数控坐标(轴)数,主要有单坐标(Z)、双坐标(X-Z、Y-Z、 Z-U和Z-B等)和三坐标(X-Y-Z)加工模块;按其主轴数,有单轴和多轴加工模块,也有单轴和多轴复合加工模块。组合机床自动线柔性化的迅速发展和节拍时间的日益缩短,充分显示了CNC技术和刀具技术给组合机床带来的巨大技术进步,但在组合机床实现柔性化发展的同时,加工中心高速化发展异常迅速。90年代初,由这类高速加工中心组成的柔性生产线进入大批量生产领域,出现了加工中心与自动线竞争的局面,近两年虽然组合机床行业产销呈现上升趋势,但行业内一些企业同样存在负债经营的情况,主要原因是传统的组合机床产品不能满足用户柔性化、高精度、短周期的市场需求,同时组合机床行业一些企业存在现代化管理水平低、人才流失严重、科研成果不能迅速转化为生产力等缺陷。 专用组合机床一般用于大量生产,需要加工精度长期稳定,因此,对其质量的要求与通用机床有很大不同,通常要求工序能力系数CPK1.33。国内一知名机床厂为用户设计制造一条壳体生产线,用户要求在技术协议中将工序能力系数CPK1.33作为一项验收标准,厂家明确表示达不到这一要求。他们只能同意按被加工零件图纸给定公差的75%作为验收标准,这一验收标准与工序能力系数CPK1.33的要求相差甚远。有的厂家甚至不了解工序能力系数这一概念。应当指出,CPK=1.33是最低要求,有的国外用户将CPK4.0作为验收标准。提高机床的质量是一项复杂的系统工程,它要求制造厂家建立一套完整的质量控制体系。从方案论证到产品设计,从原料进货到元件采购,从工艺编制到加工制造,从安装调试到售后服务,都必须严格控制。才能有效保证整机的产品质量,得到市场的认可。为了占领市场,世界各厂家争相提高产品质量和服务质量。美国的一家机床公司向用户承诺,订购该公司设备时,他们“不是在拿到订单之后就一走了之,再见面时设备已经制造完毕并请你付款,这时你所看到的只是设备的外表,而看不到内在质量。例如,你知道主轴的精度和硬度吗?”他们的做法是:向你报告从方案设计、元件采购、加工制造到装配调试的全过程并接受你的检查。他们之所以能够做到这一点是因为像大多数机床制造厂家一样,机床在投入制造后,每个零件都备有一张卡片,将每道工序检验结果填写在卡片上并输入计算机,使制造的全过程处于受控状态,从而保证了机床的出厂质量。这些都是值得我们借鉴的质量管理方法。在诸多的机床厂家中,大型厂家无疑是机床制造业的主力。应有自己的系列产品和通用部件,向市场提供大量的设备和整条生产线。同时,具有强大的新技术开发能力,不断将新的系列产品推向市场。 就市场而言,小型机床厂家与大型厂家一般不应是竞争关系,而应该是互补关系。某些小型机床厂家将自身置于与大型厂家竞争地位是不可取的。小型机床厂家应利用具有灵活性的优势,开辟自己市场,就是将用户需要作为自己的产品。承制大的机床公司不宜生产的设备。目前,国内外均不乏这样的小型机床公司作为借鉴。另一方面,小型机床厂家应具有自己的技术特点,开发特色产品。例如,奥地利的ANGER公司是一家只有80余名雇员的小型机床厂商,该公司生产的小型CNC高速切削机床很有特色。机床采用多主轴方式,主轴并排固定在主轴架上,每根主轴由各自的电动机直接驱动,简化了传动系统和主轴结构,主轴转速高达30000100000r/min。每根主轴安装一种刀具,由夹具快速位移完成换刀,省去了复杂的换刀机构,换刀时间(切屑到切屑)仅为0.4s。由主轴旋转和夹具运动完成切削。机床采用运行速度较快的FANUC控制系统。这种机床除欧洲市场外,还远销美国和日本。再如,美国的KASPER公司设计制造的加工淬火工件的车床(Hardturning)和镗床(Hardboring)也是特色产品,其加工精度和表面粗糙度均优于普通磨床,是以车削和镗削代替磨削的理想设备。 摘 要本论文为加工主轴箱箱体右侧十个螺纹底孔的组合钻床的设计。 根据加工工件的尺寸图和生产要求,合理的拟定设计方案,完成该机床各部件及系统的设计,主要包括加工工序的制定,主轴、刀具的选择,多轴箱和滑台的合理选用,主轴箱内传动系统的设定,夹具的设计,以及制定液压和控制系统。设计过程中,在满足设计要求的同时,应该注意相互间的合理配合,这样才能从整体上把握组合机床的性能和结构。为使设计符合现代化要求,该组合机床采用PLC控制系统来控制机床的工作,PLC控制是具有功能完善、通用灵活、简单易懂、操作方便和价格便宜等优点,这不仅满足了现代社会对生产的需要同时也体现了人性化设计的要求。 ABSTRACT This thesis combination machine for design processing many stalks the box ten screw threads of rights the bore bed.According to the processing work piece dimensional drawing and the production request, reasonable draws up the design proposal, completes this engine bed various parts and the system design, mainly includes the processing working procedure the formulation, the main axle, the cutting tool choice, the multi-axle-boxes and the sliding table select reasonably, in headstock transmission system hypothesis, jig design, as well as formulation hydraulic pressure and control system. In the design process, while satisfies the design request, should pay attention to mutually the reasonable coordination, like this can grasp the aggregate machine-tool overall the performance and the structure.For making design to meet the modern request, and reshuffle to match the machine bed to adopt the PLC to control the system to control the revolving of machine bed, PLC control to have the function perfect, in general use and vivid, in brief and easily understand, operation convenience with price cheapness etc. Advantage, this not only satisfied the modern society to demand production also now the request of the humanized design. 目 录前言 41毕业设计的目的和内容 5 1.1通过毕业设计应达到的目的 5 1.2毕业设计的有关内容及计算 52方案讨论及总体设计 6 2.1 组合机床工艺方案的制定 6 2.2 切削用量的确定 7 2.3 确定切削力、切削转矩、切削功率7 2.4 加工工序图 8 2.5 液压滑台的设计计算 9 2.6 加工示意图 11 2.7 机床联系尺寸总图 163组合机床多轴箱设计 21 3.1多轴箱的组成 21 3.2 通用钻削主轴 21 3.3通用传动轴 22 3.4通用齿轮和套 22 3.5主轴型式和直径、齿轮模数的确定 22 3.6多轴箱的动力计算 22 3.7 对多轴箱传动的一般要求 23 3.8润滑泵轴和手柄轴的安置 23 3.9 多轴箱传动系统拟定 23 3.10 传动零件的校核计算 27 3.11 传动系统的校核计算 274组合机床夹具设计 29 4.1夹具的作用 29 4.2具的组成 29 4.3工件的定位 30 4.4工件的夹紧 30 4.5夹具总图 305液压系统的设计 31 5.1 滑台原位停止 31 5.2 滑台快进 31 5.3 滑台工进 31 5.4 滑台快退 31 5.5液压系统图 326PLC控制系统设计 33 6.1PLC工作原理 33 6.2PLC的控制方式 33 6.3动作循环图 34 6.4端子分配图 35 6.5梯形图 36 6.6指令程序 377毕业设计体会 388致谢 399参考文献 4010附录 41前 言科学技术日新月异,工业生产不断进步,市场对产品的质量和生产效率提出了越来越高的要求。产品加工工艺过程的自动化是实现高质量、高效率最重要的措施之一。组合机床作为一种专用高效自动化技术设备,已成为大批量机械产品实现高效、 高质量和经济性生产的关键装备,是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。组合机床及的技术性能和综合自动化水平,在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构,也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。组合机床根据工件加工需要,以大量通用部件为基础配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。PLC控制机械加工是当今主流的一种机械加工方式。是在各类生产中应用最多的一项技术,也是机械设计类大学毕业生必须掌握的一种设计方法,这次设计的课题就是有关PLC来控制车床主轴箱箱体右侧十个M8螺纹底孔组合钻床的设计。PLC控制是具有功能完善、通用灵活、简单易懂、操作方便和价格便宜等优点,这不仅满足了现代社会对生产的需要同时也体现了人性化设计的同时,PLC控制也存在某些方面的不足,如国外进口设备上的可编程控制器型号多样,技术资料不全,缺少实验装置的配置等,还需要在具体的实践中不断的完善与改进。 1毕业设计的目的和内容毕业设计是学生在校学习期间最后一个重要环节,毕业设计旨在培养学生综合运用所学知识进行设计的能力。1.1通过毕业设计应达到以下目的:(1)了解有关产品的设计的一般程序和方法。(2)综合运用所学知识培养独立解决有关工程技术问题的能力,巩固和提高计算和制图基本技能。(3)初步具备调查研究,收集资料、分析和综合问题及撰写技术文件方面的能力。(4)围绕毕业设计课题一步一步加深和扩大知识领域。(5)逐步树立真确的设计思想和认真的设计作风。1.2毕业设计的有关内容及计算:(1)材料HT300:该加工件为主轴箱箱体,由表3-1 灰铸铁的牌号和力学性能 ,可知HT300型号的铸铁适于制造多轴机床主轴箱。(2)硬度242HBS:查表3.2-3 灰铸铁铸件预计的机械性能及应用举例,有b=290MPa,由硬度与抗拉强度间对应的经验公式,当b196MPa时HB=RH(100+0.438b)灰铸铁相对硬度 RH=0.81.20 所以 HBmax=272HBS, HBmin=182HBS, 查表7-24 组合机床设计中推荐的切削力、扭矩及功率计算公式的注解中 HB=HBmax-(HBmax- HBmin)/3 从而 HB=272-(272-182)/3=242HBS(3)重量估算 m= =38Kg2方案讨论及总体设计组合机床是由大量的通用部件为基础,配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。它能对一种或几种零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工,在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序;生产效力高,加工质量稳定。其组成是:床身(侧底座)、底座(中间底座、立柱底座)、动力滑台、夹具、动力箱、多轴箱、立拄、垫铁、液压装置、电器控制设备、刀具等。总体方案设计主要包括制定工艺方案(确定零件在组合机床完成的工艺内容及加工方法,选择定位基准和夹紧部位,决定工步和刀具结构形式、种类及切削用量等)、确定机床装配形式、制定影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。 2.1 组合机床工艺方案的制定2.1.1 根据题目要求,该组合机床采用液压滑台驱动,实现进给运动。本设计为钻10个M8的螺纹底孔,分析可知,其加工为单工位的平面加工,且其加工的精度要求不是不高,生产需要为大批大量生产,故该组合机床的通用部件使用大型部件。(1)由工序集中的原则考虑该工件加工孔间相对位置有严格的精度要求,所以应该在一次工序中集中加工,以免2次安装产生的误差影响和便于机床精度调整与找正(2)孔间中心距的限制 查表7-37 通用主轴最小间距 对于滚针轴承主轴 dmin35.5mm 由加工工序图可有主轴7和9之间距离最小,因此 dmin= =41.5mm35.5mm(3)生产批量要求 该组合机床要求能够满足大批量工件的加工需求,其通用部件因该使用大型部件。2.1.2 定位基准和夹压部位的选择组合机床一般为工序集中的多刀加工,不但切削负荷大,而且工件受力方向变化。因此,正确选择定位基准和夹压部位是保证加工精度的重要条件。对于毛坯基准选择要考虑有关工序加工余量的均匀性;对于光面定位基准的选择要考虑基面与加工部位间位置尺寸关系,使它利于保证加工精度。定位夹压部位的选择应在有足够的夹紧力下工件产生的变形最小,并且夹具易于设置导向和通过刀具。该螺纹底孔分别以孔、的轴线为中心作为定位基准,而孔、的轴线又以孔的轴线为平行基准,考虑到夹紧问题,选择孔、的轴线为加工件的定位基准,另一侧面为定位面,加工面作为夹紧面。2.1.3 工序间余量的确定为保证加工质量,必须合理确定工序间余量。该组合机床为螺纹底孔初步加工,一次性完成,按螺孔M8的小径来加工,其工序的余量可以忽略,不予考虑。2.1.4 刀具结构的选择正确选择刀具结构,对保证机床正常工作极为重要。根据工艺要求和加工精度不同,组合机床常用刀具有一般刀具(标准刀具)、复合刀具及特种刀具等。选择刀具结构应注意以下问题:a. 只要条件许可,为使工作可靠,结构简单刃磨容易,应尽量选用标准刀具和一般简单刀具。b. 为提高工序集中程度或保证加工精度,可采用先后加工或同时加工两个或两个以上表面的复合刀具。但应尽量采用组装式结构,如装几把镗刀的镗杆:几把扩孔钻或铰刀的刀杆,同时加工孔及端面的镗刀头等。整体式复合刀具制造刃磨较困难,刀体不能重复使用,成本高,只有为了节省工位或机床台数和为了保证加工精度所必须时才能采用。c. 选择刀具结构必须考虑工件材料特点。如加工硬度要求较高的铸铁或钢件时,为提高刀具耐用度,减少换刀时间,宜采用多刃铰刀或多刃镗头加工,以解决断屑及排屑问题。2.2 切削用量的确定切削用量选择是否合理,对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的结构型式及工作可靠性均有较大影响。由于钻孔要求较高的切削速度和较小的进给量,查表7-19 高速钢钻头切削用量 有刀具切削速度为v=(1018)m/min,进给量为f=(0.10.18)mm/r,现取v=18m/min、f=0.15mm/r。2.3 确定切削力、切削转矩、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),确定进给力作为选用动力滑台及设计夹具的依据;确定切削转矩用以确定主轴及其他传动件的尺寸;确定切削功率用作选择主传动电机功率。根据表7-24组合机床设计中推荐的切削力、扭矩及功率计算公式有 M8的孔:切削力 F= =(N)切削转矩 T= (N*mm)切削功率 P=Tv/(9740D)= 0.2KW 2.4 组合钻床主轴箱体上的10个M8螺纹底孔的加工工序图根据加工工序图上加工部位的尺寸、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HT300,其布氏硬度为242HBS,加工部位壁厚20mm来制定工艺方案。加工工序图如下: 2.5 液压滑台的设计计算为了完成主轴箱体侧面10个螺纹底孔的加工,液压滑台工作循环如图所示: 为实现上述工作循环,可以采用液压系统和电气系统操纵行程开关来实现快进 工进快退的工作循环。其工作过程为:液压滑台快进后,当摆杆碰到中间行程开关时,经液压系统转换为工作进给,动力头以慢进速度完成加工循环,当碰到终点行程开关时,延时一段时间,动力头再变为快退,到碰到原位的行程开关后快退结束,动力头停止。在加工终了,压下终点行程开关,同时发出信号切断主轴旋转的信号即可,也既当液压滑台在快退到压下开始的限位开关,主轴旋转停止。由F总=10745N, 查表7-15 1HY系列液压滑台主要技术性能,选择1HY40M型液压滑台以及相配套的侧底座,其行程为630mm,台面宽度为400mm,台面长度为800mm,最大进给力为20000(N),工进速度为12.5500mmmin-1,快进速度为8mmin-1。液压滑台与其附属部件配套,通过电气、液压联合控制实现自动循环。根据零件的尺寸图,选用一次工作进给,这种工作循环主要用于对工作进给速度要求不变的情况下,如:钻孔、扩孔、镗孔等。当孔加工深度要求较高精度时,可采用死挡铁停留来保证。附属部件、支承部件配套表: 滑台型 号行程(mm)二级进给及压力导轨防护分级进给装置滑台侧底座立柱立柱侧底座1HY406301HY40-F511HY40-F811CC401M1CL40M1CD401M 查表 5-3 1HY系列液压滑台卧式配置时联系尺寸:液压滑台的尺寸为: B=400m B1=400 B2=96 B360.5 B4=330 B5=85 b1=355 L=630 L1=1470 L2=800 L3=307 l=100180 e=12090 取e=110 H1=320 H2=245 n=7 m=0 d0=M16侧底座的尺寸为: B6=600 B7=85 L4=1580 L5=250 L6=60 H3=560 H4=210 H5=110 H6=40 d1=M20*70 d2=20 d3=24 d4=G1 d5=G1/4根据加工工件的尺寸,可以按快进(264mm),工进(36mm),快退(300mm)。的过程来放置行程开关,完成工件的加工。2.6 加工示意图 2.6.1 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初步确定的基础上绘制的。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技术文件。见加工示意图II表达和标注的内容用:机床的加工方法,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其联系尺寸;主轴结构类型、尺寸及外伸长度;刀具类型、数量和结构尺寸(直径和长度);接杆(包括镗杆)、浮动卡头、导向装置、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。2.6.2选择刀具、导向及有关计算 (1)刀具的选择 根据工件的材质、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求,刀具选用高速刚。只要条件允许,应尽量选用标准刀具。刀具插入接杆孔内的长度,在绘制加工示意图时应注意从刀具的总长度中减去。 由表5-2 普通螺纹基本尺寸 可以查得螺距为1的M8螺纹孔小径D1=6.917mm,根据工件的加工及材料特点,宜选用高速钢型的直柄麻花钻,通过表2-106 直柄麻花钻 ,选择d=7.00 上偏差为0 下偏差为-0.22的刀具。其尺寸联系图: (2)导向结构的选择 组合机床加工孔时,除采用刚性主轴加工方案外,零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。因此,正确选择导向结构和确定导向类型、参数、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问题。查表 7-26 导向装置的布置与参数选择及表7-27 导向装置的配合来确定,其尺寸见图: (3)确定主轴类型、尺寸、外伸长度 主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联结结构进行确定。主轴轴颈及轴端尺寸主要取决于进给抗力和主轴刀具系统结构。如与刀杆有浮动联接或刚性联接,主轴则有短悬伸镗孔主轴和长悬伸的钻孔主轴。主轴轴颈尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削转矩T总=23.8N根据表7-28轴能承受的扭矩可以得传动轴直径为20mm. 综合考虑加工精度和具体工作条件,按表7-31 通用主轴的系列参数 选定主轴外伸长度L,外径D和内径d1及配套的刀具接杆莫氏锥度或攻螺纹靠模规格代号等。对于卧式类钻削类主轴:有主轴外伸长度L=115mm,外径D=32mm,内径d1=20mm,(4)选择接杆、浮动卡头 除刚性主轴外,组合机床主轴与刀具间常用接杆连接(称刚性连接)和浮动卡头连接(称浮动连接)。在钻、扩、铰、锪孔及倒角等加工小孔时,通常都采用接杆。因多轴箱各主轴的外伸长度和刀具长度都为定值,为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置,须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度,以满足同时加工完成各孔的要求。为使工件端面至多轴箱端面为最小距离,首先应按加工部位在外壁、加工孔深最浅、孔径又最大的主轴选定接杆(通常先按最小长度选取),由此选用其它接杆。接杆已标准化,通用标准接杆号和弹簧卡头可根据刀具尾部(莫氏号)和主轴头部内孔径直径按图5-38 弹簧卡头、图5-39接杆 来选取。为提高加工精度、减少主轴位置误差和主轴振摆对加工精度的影响,在采用长导向或双导向和多导向进行镗、扩、铰孔时,一般孔的位置精度靠夹具来保证。为避免主轴与夹具导套不同轴而引起的刀杆“别劲”现象影响加工精度,均可采用浮动卡头连接。(5)标注联系尺寸 首先从同一多轴箱上所有刀具中找出影响联系尺寸的关键刀具,使其接杆最短,以获得加工终了时多轴箱前端面到工件端面之间所需的最小距离,并据此确定全部刀具、接杆、导向托架及工件之间的联系尺寸。主轴端部须标注外径和孔径(D/d)、外伸长度L;刀具结构尺寸须标注直径和长度;导向结构尺寸应标注直径、长度、配合;工件至夹具之间须标注工件离导套端面的距离;还必须标注托架与夹具之间的尺寸、工件本身以及加工部位的尺寸和精度等。多轴箱端面到工件端面之间的距离是加工示意图上重要的联系尺寸。为使所设计的机床结构紧凑,应尽量缩小这一距离。这一距离取决于两方面:一是多轴箱上刀具、接杆、主轴等结构和互相联系所需的最小轴向尺寸;二是机床总布局所要求的联系尺寸。这两个方面是互相制约的。(6)标注切削用量 各主轴的切削用量应标注在相应的主轴后端。其内容包括:主轴转速n、相应刀具的切削速度v、每转进给量f。同一多轴箱上各主轴的每分钟进给量是相等的,等于动力滑台的工进速度v,即fM=vf。(7)动力部件工作循环及行程的确定 动力部件的工作循环是指加工时,动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置,又返回原位的动作过程。一般包括快速引进、工进进给和快速退回等动作。有时还有中间停止、多次往复进给、跳跃进给、死挡铁停留等特殊要求。a.工作进给长度LI的确定 组合机床上有第一工作进给和第二工作进给之分。前者用于钻、扩、铰和镗孔等工序;后者常用于钻或扩孔后需要进行锪平面、倒大角等工序。工作进给长度LI,应等于加工部位长度L(多轴加工时按最长孔决定)与刀具切入长度L1和切出长度L2之和,即LI=L+L1+L2切入长度一般为510mm,取L1=10mm。根据端面的误差情况确定。切出长度查表3-7有 : L2=1/3d+(38)=2.3+(38)=5.310.3mm, 取 L2=6mm则:LI= L+L1+L2=10+20+6=36mm b.快速引进长度的确定 快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置,其长度按具体情况确定,考虑到安装工件的必要尺寸取L快进=264mm。c.快速退回长度的确定 快速退回的长度等于快进长度和工进进给长度之和。一般在固定式夹具钻孔或扩孔的机床上,动力部件快速退回的行程,只要把所有刀具都退回导套内,不影响工作的装卸就行了。但对于夹具需要回转或移动的机床,动力部件快速退回行程必须把刀具、托架、活动钻模板及定位销都退离到夹具运动可能碰到的范围之外,L快退=36+264=300mm。d.动力部件总行程的确定 动力部件的总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外,还要考虑因刀具磨损或补偿制造、安装误差,动力部件能够向前调节的距离(即前备量)和刀具装卸以及从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中取出时,动力部件需后退的距离(刀具退离夹具导套外端面的距离应大于接杆插入主轴孔内或刀具插入接杆孔内的长度,即后备量)。因此,动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。2.7 机床联系尺寸总图 2.7.1 机床联系尺寸总图的作用与内容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。是用来表示机床的配置型式、主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方式的总体布局。用以检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适;它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据;它可以看成是机床总体外观图。由其轮廓尺寸、占地面积、操作方式等可以检验是否适应用户现场使用环境。2.7.2 绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容(1)选择动力部件 动力部件的选择主要是确定动力箱(或各种工艺切削头)和动力滑台。动力箱规格要与滑台匹配,其驱动功率主要依据多轴箱所需传递的切削功率来选用。在不需要精确计算多轴箱功率或多轴箱尚未设计出来之前,可按下列简化公式进行估算:P多轴箱=P切削 /式中P切削消耗于各主轴的切削功率的总和,单位为KW;计算公式查表6-20计算。多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取0.80.9,加工有色金属时取0.70.8;取为0.8。则:P多轴箱=P切削/=2/0.8=2.5KW查表7-9 1TD32-1TD50动力箱性能 ,多轴箱选用1TD40型动力箱,其内部电动机型号为Y132M-4,电动机功率为3.0KW,电动机转速为960rmin-1。驱动轴转速为480rmin-1。(2) 确定机床装料高度H 装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。在确定机床装料高度时,首先要考虑工人操作的方便性;对于流水线要考虑车间运送工件的滚道高度;对于自动线要考虑中间底座的足够高度,以便允许内腔通过随行夹具返回系统或泠却排屑系统。其次是机床内部结构尺寸限制和刚性要求。如工件最底孔位置h2、多轴箱允许的最底主轴高度h1和通用部件、中间底座及夹具底座基本尺寸的限制等。考虑上述刚度、结构功能和使用要求等因素,新国家标准装料高度为1060mm,与国际标准ISO一致。实际设计时常在8501060mm之间选取。本课题取装料高度为H=930.5mm。(3) 确定夹具轮廓尺寸 主要确定底座的长、宽、高尺寸。工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具底座轮廓尺寸的基本依据。具体要考虑布置工件的定位、限位、夹紧机构、刀具导向装置以及夹具底座排屑和安装等方面的空间和面积需要。加工示意图中已确定了一个或几个加工方向的工件与导向间距离以及导向套的尺寸。这里主要是合理确定设置导向的钻模架体尺寸,可初步确定它在加工方向的尺寸一般不小于导向长度,取L长503mm,至于宽度尺寸可据导向分布尺寸及工件限位元件安置需要确定,取L宽480mm,工件夹紧高度L=1072.5mm,夹具底座的高度尺寸,一方面要保证其有足够的刚度,同时要考虑机床的装料高度、中间底座的刚度、排屑的方便性和便于设置定位、夹紧机构,一般不小于240mm。本课题高度为240mm。对于较复杂的夹具,绘制联系尺寸总图之前应绘制夹具夹具结构草图,以便于确定夹具的主要参数、基本结构方案及其外形控制尺寸。(4) 确定中间底座尺寸 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多轴箱前端面的距离。由此,根据选定的动力箱、滑台、侧底座等标准的位置关系,并考虑滑台的前备量,通过尺寸链就可以计算确定中间底座加工方向的尺寸(本课题选前备量为30mm,计算长度为740mm)。算出长度通常应圆整,并按R20优选数系选用。应注意,考虑到毛坯误差和装配偏移,中间底座支承夹具底座的空余边缘尺寸。当机床不用泠却液时不要小于1015mm;使用冷却液时不小于70100mm。还须注意:当加工终了时,多轴箱与夹具体轮廓间应有足够的距离,以便于调整和维修,并应有一定的前备量。确定中间底座的高度方向尺寸时,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,本课题中高度为560mm。(5)确定多轴箱轮廓尺寸 标准通用钻、镗类多轴箱的厚度是一定的、卧式为325mm,立式为340mm。因此,确定多轴箱尺寸,主要是确定多轴箱的宽度B和高度H及最底主轴高度h1。见图多轴箱宽度B、高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关,可按下式确定:B=b+2b1 H=h+h1+b1 式中 b工件在宽度方向相距最远的两孔距离,单位为mm; b1最边缘主轴中心至箱体外壁距离,单位为mm; h工件在高度方向相距最远的两孔距离,单位为mm; h1最底主轴高度,单位为mm。b和h为已知尺寸,从加工工序图中查得:b=197.5mm,h=192mm。为保证多轴箱内有足够安排齿轮的空间,推荐b170100mm。取b1=100mm,多轴箱最底主轴高度h1必须考虑与工件最低孔位置h2、机床装料高度H、滑台总高h3、侧底座高度h4等尺寸之间的关系而确定。推荐h185140mm,取h1=108mm。H、B的计算如下: B= b+2b1=197.5+2*100=397.5mm H= h+h1+b1=192+108+100=400mm查表5-40 1TD25-1TD80动力箱与多轴箱、滑台的联系尺寸 及表7-3 多轴箱体规格尺寸及动力箱法兰尺寸,考虑到两者间的安装连接,应该选用 B*H=630mm*500mm的多轴箱。 2.7.3 机床生产率计算卡 加工零件图号毛坯种类灰铸铁名称车床主轴箱箱体毛坯重量38Kg材料 HT300硬度HB242工序名称钻螺纹底孔工序号序号工步名称零件个数加工直径/mm加工长度工作行程/mm切削速度每分钟转速每转进给量每分钟进给量工时/min机动时间辅助时间共计1装入工件10.752定位、夹紧460.0253快进26480000.0334工进72036184680.1570.20.515停留0.0336快退30080000.0387松开工件460.0258卸下工件0.75备注本机床装卸工件时间取为1.5min单件总工时0.511.6542.164实际生产率 27.7(件/h)要求生产率 1530(件/h) 3组合机床多轴箱设计3.1多轴箱的组成大型通用多轴箱由通用零件如箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构等组成,其基本结构见多轴箱设计总图。图中箱体、前盖、后盖、上盖、侧盖等为箱体类零件;主轴、传动轴、手柄轴、传动齿轮、动力箱或电动机齿轮等为传动类零件;叶片泵、分油器、注油标、排油塞、和防油套等为润滑及防油元件。在多轴箱内腔,安排3排24mm宽的齿轮;箱体后壁与后盖之间安排24mm宽的齿轮。后盖的厚度为90mm,多轴箱的标准厚度为180mm。多轴箱的通用箱体类零件配套表见表7-4,选用DZ27型多轴箱;箱体材料为HT300,前、后、侧盖等材料为HT200。多轴箱体基本尺寸系列标准(GB3668.1-83)规定,9种名义尺寸用相应滑台的滑鞍宽度表示,多轴箱宽度和高度是根据配套滑台的规格按规定的系列尺寸(表7-1)选择;多轴箱后盖与动力箱法兰尺寸如表7-2所示,其结合面上连接螺纹孔、定位销孔及其位置与动力箱联系尺寸相适应(参阅表5-40);通用多轴箱体结构尺寸及螺孔位置见表7-3。多轴箱设计原始依据表: 轴号主轴外伸尺寸切 削 用 量D/dL工序内容n(r*min-1)v(m*min-1)f(mm*r-1)1、2、3、4、5、632/20115钻M8螺纹内底孔480180.15 3.2 通用钻削主轴 该工件加工底孔间距较小,决定了主轴宜采用滚针轴承主轴,前后支承均无内环滚针轴承和推力球轴承,其型号为dT0724-41。3.3通用传动轴 通用传动轴按用途和支承形式分为图4-5所示六种,表4-4所示为通用传动轴的系列参数六种传动轴结构,配套零件及联系尺寸,其型号为dT0733-413.4通用齿轮和套 多轴箱用通用齿轮有:传动齿轮、动力箱齿轮和电动机齿轮三种(见表4-5),其结构型式、尺寸参数及制造装配要求见表7-21表7-23。多轴箱用套和防油套综合表参阅表7-24、表7-25。3.5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、刀具主轴联接结构、刀具的进给抗力和切削转矩。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。传动轴直径也可以参考主轴直径大小初步选定。齿轮模数m(单位为mm)一般用类比法确定,也可按公式估算,即m(3032)(P/zn)1/3式中 P齿轮所传递的功率,单位为KW ; z一对啮合齿轮的小齿轮齿数; n小齿轮的转速,单位为r/min。多轴箱中的齿轮模数常用2、2.5、3、3.5、4几种,为便于生产,同一多轴箱中的模数最好不要多于两种。3.6多轴箱的动力计算 多轴箱的动力计算包括多轴箱所需要的功率和进给力两项。传动系统确定后,多轴箱所需功率P多轴箱按下列公式计算: P多轴箱=P切削+P空转+P损失=+式中 P切削切削功率,单位为KW; P空转空转功率,单位KW; P损失与负荷成正比的功率损失,单位为KW。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表4-6确定;每根轴上的功率损失,一般可取所传递功率的1%。轴径为20的主轴的功率为0.046KW。则: P多轴箱=P切削+P空转+P损失=(2+10*0.046)*(1+1%)=2.5KW3.7 对多轴箱传动的一般要求3.7.1 在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下,力求使传动轴和齿轮的规格、数量为最少。为此,应尽量用一根中间传动轴带动多根主轴,并将齿轮布置在同一排上。当中心距不符合标准时,可采用变位齿轮或略微改动传动比的方法解决。3.7.2 尽量不用主轴带动主轴的方案,以免增加主轴负荷,影响加工质量。遇到主轴分布较密,布置齿轮的空间受到限制或主轴负荷较小、加工精度要求不高时,也可用一根强度较高的主轴带动12根主轴传动方案。3.7.3 为使结构紧凑,多轴箱内齿轮副的传动比一般要大于1/2(最佳传动比为11/1.5),后盖内齿轮传动比允许取至1/31/3.5;尽量避免用升速传动。当驱动轴转速较低时,允许先升速后再降一些,使传动链前面的轴、齿轮转矩较小,结构紧凑,但空转功率损失随之增加,故要求升速传动比小于等于2;为使主轴上的齿轮不过大,最后一级经常采用升速传动。3.7.4 用于粗加工主轴上的齿轮,应尽可能设置在第I排,以减少主轴的扭转变形;精加工主轴上的齿轮,应设置在第III排,以减少主轴端的弯曲变形。3.7.5 驱动轴直接带动的转动轴数不能超过两根,以免给装配带来困难。3.8润滑泵轴和手柄轴的安置 多轴箱常采用叶片油泵润滑,油泵供油至分油器经油管分送各润滑点。箱体较大、主轴超过30根时用两个润滑泵。油泵安装在箱体前壁上,泵轴尽量靠近油池;通常油泵齿轮放在第I排,以便于维修,当泵体或油管接头与传动轴端相碰时,可改用埋头传动轴。多轴箱一般设计手柄轴,用于对刀、调整或装配检修时检查这、主轴精度。手柄轴转速尽量高些,其周围应有较大的空间。3.9 多轴箱传动系统拟定3.9.1 多轴箱传动系统拟定基本方法(1)将主轴划分为各种分布类型 被加工零件上加工孔的位置分布是多种多样的,但大致可归纳为:同心圆分布、直线分布和任意分布三种类型。(2)确定驱动轴转速转向及其在多轴箱上的位置、 驱动轴的转速按动力箱型号选定,当采用动力滑台时驱动轴旋转方向可任意选择,动力箱与多轴箱连接时,应注意驱动轴中心一般设置于多轴箱箱体宽度的中心线上,其中心高度则决定于所选动力箱的型号规格,驱动轴中心位置在机床联系尺寸图中已确定。(3)用最少的传动轴及齿轮副把驱动轴和各主轴连接起来,在多轴箱设计原始依据图中确定了各主轴的位置、转速和转向的基础上,首先分析主轴位置,拟订传动方案,选定齿轮模数,再通过计算、作图和多次试凑相结合的方法,确定齿轮齿数和中间传动轴的位置及转速。3.9.2齿轮齿数、传动轴转速的计算公式: 式中:u啮合齿轮副的传动比, Sz啮合齿轮副的齿数和, Z主,Z从分别为主动和从动齿轮齿数, N主,n从分别为主动和从动齿轮转速,单位r/min A齿轮啮合中心距,单位为mm m齿轮模数,单位为mm3.9.3 多轴箱传动系统拟定方案 先把全部主轴中心尽可能分布在几个同心圆上,在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴。(1)拟订传动路线,如图: 把主轴1、2、3、4视为一组同心圆主轴,在其圆心处设中心转动轴11;把主轴5、6、7视为一组同心圆主轴,在其圆心处设中心转动轴12;把主轴8、9、10视为一组同心圆主轴,在其圆心处设中心转动轴15。(2)确定传动轴位置及齿轮齿数 确定传动轴15的位置及各轴齿轮齿数,传动轴15的位置为主轴8、9、10同心圆圆心上,查表7-21 传动齿轮综合表 d=20mm, m=2, Z=1936 连续 m=3, Z=1645 连续 A=45mm, n8=468r/min, 若取m=2, Z15=25, , ,由于主轴9、10的类型和8一样,所以有:Z9=Z10=Z8=20 确定传动轴12的位置及各轴齿轮齿数,传动轴12的位置为主轴5、6、7同心圆圆心上, A=40mm, n5=468r/min, 若m=2, Z12=20 , , 由于主轴6、7的类型和5一样,所以有:Z6=Z7=Z5=20 确定传动轴12与驱动轴间的传动关系,驱动轴轴心位置与主轴1重合 查表7-22 动力箱齿轮 m=3或m=4 A=53.5mm, n驱=480r/min, 若取m=3 , , 解得:取Z驱=17, Z12=18确定传动轴11的位置及与驱动轴间的传动关系,传动轴11的位置为主轴1、2、3、4同心圆圆心上, 由于传动轴11也由同一驱动轴传动的,因此 m=3, 又A=52mm , 取Z11=17 确定传动轴11与 主轴1、2、3、4间的传动关系, A=52mm, 若m=3, , , 取Z1=18, Z11=17 确定传动轴13的位置及其传动关系,传动轴13分别与主轴6、8啮合,由于主轴6和8的主轴和齿轮类型及转速一样,故传动轴13根据需要适当选取,从主轴6传到传动轴13,再传至主轴8,现选传动轴13的齿轮模数m=2, Z13=30在整个传动系统中主轴6和8在作为钻轴的同时,也承担一部分传动轴的作用,经过计算,各主轴的实际转速n=453.3r/mm,接近最大转速n=468r/mm。3.10 传动零件的校核计算 传动系统拟订后,应对总体设计和传动设计中选定的传动轴颈和齿轮模数进行验算,校核是否满足工作要求。验算传动轴的直径按下式计算传动轴所承受的总转矩T总:T总=T1U1+T2U2+TnUn 直径由公式:d=B(10T)1/4 则T11=T1U1+T2U2+ T3U3+ T4U4=2.38*4*0.944=8.99(N*mm) d11=B(10T11)1/4=5.2*(10*8.99)1/4=16.0mm20mm T12=T5U5+T6U6+ T7U7 = 2.38*2*1+9.52*1=14.28(N*mm)d12=B(10T12)1/4=5.2*(10*14.28)1/4=18.0mm20mmT13=T8U8=7.14*1.5=10.71(N*mm)d13=B(10T13)1/4=5.2*(10*10.71)1/4=16.7mm20mmT15=T9U9+T10U10 =2.38*2*1=4.76(N*mm)d15=B(10T15)1/4=5.2*(10*4.76)1/4=13.7mm20mm所以所选用的传动轴直径满足要求。 3.11 传动系统的校核计算传动件系统的校核包括强度和几何干涉校核,强度校核包括轴、齿轮的强度和轴承的寿命校核计算。若发现某一项指标不满足规定要求时,系统将根据可能,修改有关参数。如验算某一轴上受转矩超过允许值,则系统视空间的可能性,自动地将该轴直径加大,然后再次校核;
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