变速箱壳体底面组合机床总体及多轴箱设计【说明书+CAD】
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1700N025变速箱壳体底面组合机床总体及多轴箱设计摘 要随着自动化生产能力的提高,组合机床已广泛应用于现代工厂。组合机床是根据工件加工需要,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,它能从多面、多工位、多轴对一个或几个工件同时进行加工。和一般的万能机床相比,组合机床具有设计制造周期短、成本低、自动化程度高、加工效率高、加工质量稳定、可减轻工人劳动强度等优点。本课题要完成的是针对钻削1700N025齿轮箱壳体的13个螺纹底孔这一工序而设计专用的卧式组合机床。需要两步来完成设计,即机床总体设计及多轴箱的设计。本次设计还需要画出加工零件工序图,加工示意图,机床联系尺寸图,主轴箱传动系统图,并编制生产率计算卡。关键词:组合机床;钻削;多轴箱The Design Of Modular Machine Tools And Multi-axle For The Bottom Of 1700N025 Transmission HousingAbstractWith the increased automation of production, combination machine has been widely used in modern factories.Combination machine is based on the work piece machining needs, a large number of common components as the foundation, coupled with a small number of dedicated components consisting of a dedicated and efficient machine.It can process on one or several work piece from the multi-faceted, multi-station, multi-axis at the same time. And compared to the general universal machine, combination machine has many advantages such as a short designing and manufacturing cycle, low cost, high degree of automation, high efficiency, stable processing quality, low labor intensity and so on.The issue is to be completed for drilling 1700N-025 gearbox casing 13 threaded bottom outlet of the process and designing a dedicated horizontal combination machine.We need two steps to complete the design:the overall design and spindle box design.Finally we need to draw processing parts,machine processing schematic diagram,spindle box dimensions transmission system, at last, we should get the productivity calculation.Keywords:Combination machine tools; drilling; spindle box目录摘 要Abstract第一章 绪论1第一节 课题背景1一、组合机床及其特点1二、组合机床的发展及现状2三、组合机床的发展趋势2第二节 课题的提出及意义3第三节 设计任务及要求3第二章 组合机床总体设计4第一节 工艺方案的拟定4一、组合机床工艺方案的制定4二、确定组合机床的配置形式和结构方案5第二节 三图一卡的绘制9一、被加工零件工序图9二、加工示意图9三、机床联系尺寸总图15四、生产率计算卡18第三章 组合机床多轴箱设计22第一节 多轴箱功用及分类22第二节 多轴箱的通用零件22一、通用箱体类零件22二、通用轴类零件23第三节 多轴箱设计24一、绘制多轴箱设计原始依据图24二、确定主轴结构形式及齿轮模数25三、多轴箱传动系统设计26四、绘制传动系统图27五、绘制多轴箱总图29六、多轴箱零件设计29总结30附录 外文翻译31致谢40参考文献4141第一章 绪论第一节 课题背景一、组合机床及其特点组合机床是以通用部件为基础,配以按工件特定外形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。它一般采用多轴、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非凡外形的零件。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。组合机床具有如下特点:1)主要用于棱体类零件和杂件的孔面加工。2)生产率高。因为工序集中,可多面、多工位、多轴、多刀同时自动加工。3)加工精度稳定。因为工序固定,可选用成熟的通用部件、精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性。4)研制周期短,便于设计、制造和使用维护,成本低。因为通用化、系列化、标准化程度高,通用零部件占70%-90%,通用件可组织批量生产进行预制或外购。5)自动化程度高,劳动强度低。6)配置灵活。因为结构模块化、组合花,可按工件或工序要求,用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床自动线;机床易于改装:产品或工艺变化时,通用部件一般还可以重复利用。二、组合机床的发展及现状近年来,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,先后开发了转塔组合机床,主轴移动式组合机床,自动更换主轴箱式组合机床,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具有一定柔性,可变可调的装备;组合机床的加工精度以过去多完成粗加工,半精加工向精加工方向转化。组合机床行业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,行业的已经初步具备了向用户提供自毛坯上线,经机械加工和非机械加工至成品下线的成套技术装备,包括整个车间的切屑和冷却处理系统;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,从而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。组合机床行业大力推行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。国内该行业虽然取得了很大的进步与发展,但是,在制造技术高速发展上的今天,由于基础比较薄弱,从整体看,与国外先进水平与国内的用户的要求还存在一定的差距,主要表现在产品的可靠性太差,难以适应大批量生产的需要,可调可变性,柔性较差,缺少必要的适应多种加工的新产品,系统化,通用化,模块化程度底,致使制造周期过长,满足不了用户的要求,科学管理,成本控制水平不高,在市场上缺乏竞争力等不足之。三、组合机床的发展趋势目前我国组合机床装备已经具有较高的技术水平,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。一方面,加强数控技术的应用,提高组合机床产品数控化率;另一方面,进一步发展新型部件,尤其是多坐标部件,使其模块化、柔性化,适应可调可变、多品种加工的市场需求。超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备发展前景看好。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。第二节 课题的提出及意义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。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。机床工业的发展带动了制造业和工业的发展。对一个国家而言,本土的机床工业与本土的制造业及工业紧密相连,高水平的本土机床工业有助于提升本土制造业及工业的水平。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。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。而组合机床的又成为当今机床发展的一个重要方向,在现代工业运用中,大多数机器的设计和制造都是用组合机床大批量完成的。现代大型工业技术的飞速发展,降低了组合机床的实现成本,软件支持机制也使得实现变得更为简单,因此,研究组合机床的设计具有十分重要的理论意义和现实意义。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。就我个人而言,我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力,为今后参加祖国的现代化建设打下良好的基础。第三节 设计任务及要求本课题是1700N025变速箱壳体底面组合机床总体及多轴箱设计,设计任务如下:一、变速箱壳体卧式组合机床总体设计:1)零件工序图的设计2)加工示意图的设计3)机床联系尺寸图的设计4)生产率计算卡二、孔加工组合机床多轴箱设计本课题设计的要求如下:1.完成1700N025齿轮箱壳体螺纹底孔组合机床总体设计及多轴箱设计。2.根据课题的要求,培养选择和查阅相关技术资料、技术手册、技术文献的能力。3.通过毕业设计的实际训练,初步掌握工程设计的一般步骤和方法,熟悉与本专业相关的工程设计的技术规范。了解加工过程中所用刀具、接杆、弹簧夹头等尺寸及结构;掌握组合机床设计的方法和过程。4.巩固加深并扩大专业知识面,提高对综合知识的灵活应用能力,同时培养对相关知识的自学能力。5.培养严谨的工作作风和认真的科学态度,为今后的发展打下良好的基础。第二章 组合机床总体设计第一节 工艺方案的拟定工艺方案的拟定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。一、组合机床工艺方案的制定(一)分析加工要求本设计为钻13个M10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,生产需要为大批量生产,故该组合机床的通用部件使用大型部件。由于此设计中所加工的零件13个孔的孔距适中,所以完全可用一个工位完成。遵循以下几点基本原则:(1)选择合适、可靠的工艺方法;(2)精粗加工合理安排;(3)工序集中原则(4)定位基准及夹紧点选择原则。(二)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。(三)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,其工序的余量可以忽略,不予考虑。(四)刀具的结构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:1. 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。2. 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。3. 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。本设计中采用9高速钢锥柄麻花钻。二、确定组合机床的配置形式和结构方案(一)组合机床的组成一台组合机床主要由滑台、钻削头、夹具、多轴箱、动力箱、立柱、立柱底座、中间底座、侧底座以及控制部件和辅助部件等组成。其中夹具和多轴箱是按加工对象设计的专用部件,其余均为通用部件,且专用部件中的绝大多数零件(约70%90%)也是通用零件。加工时,刀具由电动机通过动力箱、多轴箱驱动做旋转主体运动并通过各自的滑台带动做直线进给运动。(二)组合机床类型根据所选用的通用部件的规格大小以及结构和配置形式等方面的差异,将组合机床分为大型组合机床和小型组合机床两大类。习惯上滑台台面宽度大于250mm的为大型组合机床,滑台台面宽度小于250mm的为小型组合机床。根据组合机床的配置形式,可将其分为具有固定夹具的单工位组合机床、具有移动夹具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类。1.具有固定夹具的单工位组合机床单工位组合机床特别适用于加工大、中型箱体类零件。在整个加工循环中,家具和工件固定不动,通过动力部件使刀具从单面、双面或多面对工件进行加工。这类机床加工精度较高,但生产率较低。按照组成部件的配置形式及动力部件的进给方向,单工位组合机床又分为卧式、立式、倾斜式和复合式四种类型。a. 卧式组合机床卧式组合机床的刀具主轴水平布置,动力部件沿水平方向进给,按加工要求的不同,可配置成单面、双面或多面的形式。本题目选用单面即可。b. 立式组合机床立式组合机床的道具主轴垂直布置,动力部件沿垂直方向进给。一般只有单面配置一种形式。c. 倾斜式组合机床倾斜式组合机床的动力部件倾斜布置,沿倾斜方向进给。可配置成单面双面或多面的形式,以加工工件上的倾斜表面。d. 复合式组合机床复合式组合机床是卧式、立式、倾斜式两种或三种形式的组合。2.具有移动夹具的多工位组合机床多工位组合机床的夹具和工件可按预定的工作循环,作间歇的移动或转动,以便依次在不同工位上对工件进行不同的工位加工。这类机床生产率高,但加工精度不如单工位组合机床,多用于大批量生产中对中小型零件的加工。按照夹具和工件的输送方式不同,可分为移动工作台式、回转工作台式、中央立柱式和鼓轮式四种类型。a. 移动工作台组合机床移动工作台组合机床可以先后在两个工位上从两面对工件进行加工,夹具和工件可随工作台直线移动来实现工件的变换。b. 回转工作台组合机床回转工作台组合机床在每一个工位上可以同时加工一个活几个工件,其上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的回转工作台上,并随其作周期转动来实现工件的换位。由于这种机床适宜于对中小型工件进行多面、多工序加工,具有专门的装卸工位,使装卸工件的辅助时间和机动时间重合,所以不能获得较高的生产率。c. 中央立柱式组合机床 中央立柱式组合机床上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的环形回转工作台上,并随其做周期转动以实现工位的变换。在环形回转工作台周围以及中央立柱上均可布置动力部件,在各个工位上,对工件进行多工序加工。d. 鼓轮式组合机床鼓轮式组合机床上的夹具和工件安装在绕水平轴线回转的鼓轮上,并作周期转动以实现工位的变换。在鼓轮的两端布置动力部件,从两面对工件进行加工。3.转塔式组合机床转塔式组合机床的特点是几个多轴箱安装在转塔回转工作台上,各个多轴箱依次转到加工位置对工件进行加工。按多轴箱是否作进给运动,可将这类机床分为两类:a. 只实现主运动的转塔式多轴箱组合机床多轴箱安装在转塔回转工作台上,主轴由电动机通过多轴箱的传动装置带动作旋转主运动;工件安装在滑台的回转工作面上(如果不需要工件转位时,可直接安装在滑台上),由滑台带动作进给运动。b. 既实现主运动又可随滑台作进给运动的转塔式多轴箱组合机床这类机床的工件固定不动(也可作周期转位),转塔式多轴箱安装在滑台上并随滑台作进给运动。转塔式组合机床可以完成一个工件的多工序加工,因而可减少机床台数和占地面积,适宜于中、小批量生产。综合上述组合机床分类介绍及各自功用,在结合本题目所要求设计的组合机床特点初步选取单工位的卧式组合机床。(三)组合机床的通用部件组合机床的通用部件是组合机床的基础。部件通用化程度的高低标志着组合机床技术的水平。在组合机床设计中,选择通用部件是重要内容之一。1.通用部件的分类按通用部件在组合机床上的作用可分为下列几类:a. 动力部件动力部件是组合机床的主要部件,它为刀具提供主运动和进给运动。动力部件包括动力滑台及其相配套使用的动力箱和各种单轴头,如铣削头、钻削头、镗孔车断面头等,其他部件均以选定的动力部件为依据来配套选用。b. 支承部件支承部件是组合机床的基础部件,他包括侧底座、立柱、立柱底座和中间底座等,用于支承和安装各种部件。组合机床个部件之间的相对位置精度、机床的刚度主要由支承部件保证。c. 输送部件输送部件用于带动夹具和工件的移动和转动,以实现工位的变换,因此,要求有较高的定位精度。输送部件主要有移动工作台和回转工作台。d. 控制部件控制部件用于控制组合机床按预定的加工程序进行循环工作,它包括可编程控制器(PLC)、各种液压元件、操纵板、控制挡铁和按钮台等。e. 辅助部件辅助部件包括用于实现自动夹紧工件的液压或气动装置、机械扳手、冷却和润滑装置、排屑装置以及上下料的机械手等。2.通用部件的型号、规格及配套关系按通用部件标准,动力滑台的主参数为其工作台面宽度,其他通用部件的主参数取与其配套的滑台主参数来表示。等效采用国际标准设计的“1字头”通用部件,按精度分为:普通级、精密级和高精度级三种精度等级。“1字头”滑台采用双矩形闭式导轨,纵向用双矩形的外侧导向,斜镶条调整导轨间隙;压板与支承导轨组成辅助导轨副,防止倾覆力矩过大导致滑鞍(动导轨)与滑座(支承导轨)分离。这种导轨制造工艺简单,导向精度高,刚度好。滑座导轨材料有两种,分别在型号后加A、B以区别,A表示滑座导轨材料为HT300,高频淬火,淬火硬度为4248HRC;B表示滑座为镶钢导轨,淬火硬度为48HRC以上。(四)影响因素通常,在确定工艺方案的同时,也就大体上确定了组合机床的配置形式和结构方案。但是还要考虑下列因素的影响。1.加工精度的影响工件的加工精度要求,往往影响组合机床的配置形式和结构方案,例如,加工精度要求高时,应采用固定夹具的单工位组合机床,加工精度要求低时,可采用移动夹具的多工位组合机床;工件各孔间的位置精度要求高时,应采用在同一工位上对各孔同时精加工的方法;工件各孔同轴度要求高时,应单独采用精加工等。2.工件结构状况影响工件的形状、大小和加工部位的结构特点,对机床的结构方案也有一定的影响。例如,对于外形尺寸和重量较大的工件,一般采用固定夹具的单工位组合机床,对多工序的中小型零件,则宜采用移动夹具的多工位组合机床;对于大直径的深孔加工,宜采用具有刚性主轴的立式组合机床等。3.生产率的影响生产率往往是决定采用单工位组合机床、多工位组合机床还是组合机床自动线的重要因素。例如,从其他因素考虑应采用单工位组合机床,但由于满足不了生产率的要求,就不得不采用多工位组合机床,甚至自动线来进行加工。而在多工位组合机床时,还要考虑:工位数不超过23个,并能满足生产率要求时,应选用移动工作台式组合机床;工位数超过4个时才选用回转工作台或鼓轮式组合机床。4.现场条件的影响使用组合机床的现场条件对组合机床的结构方案也有一定的影响。例如使用单位的气候炎热,车间温度过高,使用液压传动机床不够稳定,则宜采用机械传动的结构形式;使用单位刃磨刀具、维修、调整能力以及车间布置得情况,都将影响组合机床的结构方案。综上,本题目应采用固定夹具的单工位卧式组合机床。第二节 三图一卡的绘制绘制组合机床“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:绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等。一、被加工零件工序图被加工零件图是根据选定的工艺方案,表明零件的形状、尺寸、硬度、以及在所设计的组合机床上完成的工艺内容和所采用的定位基准、夹压点的图纸。是组合机床设计的主要依据,也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。1.在被加工零件图上标注的内容有:1)加工零件的形状、主要轮廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度 、表面粗燥度、形位精度等技术要求,以及对上道工序的技术要求等。2)本工序所选定的定位基准,夹紧部位及夹紧方向。3)被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加工余量等。2、绘制被加工零件工序图的一些规定1)除加工部位用粗实线画外,其余部位用细实线绘制。定位基准、夹紧部位、夹紧方向等需用符号表示;本道工序保证的尺寸、角度等,均在尺寸下画横线标出2)注明零件对机床加工提出的某些特殊要求,如对精镗孔机床应注明是否允许留有退刀痕迹。3)各加工部位的位置尺寸,应由定位基准标起。当定位基准与设计基准不重合时应进行换算。4)对各加工部位的位置尺寸当为不对称公称公差尺寸时,换算为对称公差尺寸即使名义尺寸位于公差带的中央。遵循绘制被加工零件图的规定画出零件图(见附录CAD图)。二、加工示意图(一)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案上的反应,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,使刀具、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技术文件。加工示意图的内容有:(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、刀具及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。(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、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置的结构尺寸;刀具与导向装置的配合,刀具、接杆、主轴之间连接方式及配合尺寸等。(二)选择刀具、导向及有关计算加工示意图绘制之前,应进行刀具、导向装置的选择以及切削用量、转矩、进给力、功率和有关联系尺寸计算。1.刀具的选择选择刀具,应考虑工艺要求与加工尺寸精度、工件材质、表面粗糙度及生产率的要求。只要条件允许应尽量选用标准刀具。为了提高工序集中程度或满足精度要求,可以采用复合刀具。孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有3050mm距离,以便于排出切削和刀具磨损后又一定的向前调整量。零件的材料是HT250,要加工是钻13个M10螺孔,参照以上要求,选择高速钢锥柄麻花钻(GB/T14381996),直径d=9mm,l1=81mm,l=162mm。 图2-1 莫氏锥柄麻花钻2.导向装置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靠刀具的导向装置来保证。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问题。导向装置有两大类,即固定式导向和旋转式导向。在加工孔径不大于40mm或摩擦表面线速度小于20m/min时,一般采用固定式导向,刀具或刀杆的导向部分,在导向套内即转动又作轴向移动。固定导向装置一般由中间套、可换导套华人压套螺钉组成。中间套的作用是在可换导套磨损后,可较为方便的更换,不会破坏钻模体上的孔德精度。加工孔径较大或线速度大于20mm/min时,一般采用旋转式导向装置。旋转式导向装置将旋转副和直线移动(导向)副分别设置,按旋转副和直线副的相对位置分为内滚式和外滚式两种;滚动轴承安装在刀杆上的旋转导向为内滚式导向,中间导向套只作直线移动,导向长度为(23)d1(d1刀杆直径),导向至工件端面的距离为2050mm,视导向结构而定;滚动轴承内圈安装在中间导向套上,中间导向套不随主轴一起的旋转导向为外滚式导向装置,导向长度为 (2.53.5)d1。旋转式导向装置的极限转速由轴承的极限转速和刀具允许的切削速度决定,导向精度由轴承精度和刀杆、导向套的精度决定。旋转式导向一般通过滑块连轴器(JB/ZQ4384-1986)与主轴“浮动”联接。由于选择刚性主轴,其位置尺寸精度取决于主轴的位置和尺寸精度,对于所加工出的孔的精度将起着重要的角色,而与选择的刀具和有无导向装置没有太大的关系,另外由于改机床所加工的孔的直径和长度均不大,所以选用第一类导向装置,则其布局与参数的选择查阅组合机床设计简明手册如下表:表2-1钻孔导向布置和应用范围工艺方法导向布局简图导向长度导向至工件端面的距离刀具与主轴的连接形式应用速度范围(mmin)钻孔(12.5)(钻铸铁时:)刚性20根据组合机床设计简明手册表8-4 选择短型导套D=15,D1=22,D3=M6,L=16,l=8,l1=3。其精度以及配合的相互关系如下表所示:表2-2 固定导套配合的选择导向类别工艺方法dD刀具导向部分的外径第一类导向钻孔G7(F8)H7/g6H7/n6用钻头本身导向3.初步确定切削用量切削用量是指切削速度、进给量、背吃刀量等三个切削要素。它们表示切削过程中切削运动的大小及刀具切入工件的程度,切削速度是切削刃的选定点相对于工件的主运动的瞬时速度,通常用Vc表示,单位为米/分或米/秒。进给量是工件或刀具的每一转或每一往返行程的时间内,刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移,通常用f来表示,单位为毫米/转或毫米/行程。背吃刀量是指通过切削刃基点并垂直于工件平面方向上测量的吃刀深ap,也就是工件待加工表面与已加工表面之间的垂直距离,习惯上也将背吃刀量称为切削深度,通常用ap表示,单位为毫米 。切削深度ap 选择原则是根据工件的加工余量来决定的,选择是应考虑:a 在留下精加工及半精加工余量后,粗加工应尽可能将剩下的余量一次切除以减少走刀次数;b如果工件余量过大,或机床动力不足而不能将粗切削余量一次切除,也应将第一次走刀的切削深度尽可能取大些;c 当冲击负载较大,或工艺系统刚性较差时,应适当减少切削深度;d 一般精切时,可取ap=0.050.8毫米,半精加工时可取ap=1.03.0毫米 。进给量f的选择是主要是根据切削力及加工表面粗糙度:粗加工时,加工表面粗糙度要求不高,进给量主要受刀杆、刀片、工件及机床的强度和刚度所能承受的切削力的限制;半精切削及精切时,进给量主要受表面粗糙度要求的限制,刀具的副偏角愈小,刀尖圆弧半径愈大,切削速度愈高,工件材料的强度愈大,则进给量可愈大 。切削速度vc的选择原则主要考虑切削加工的经济性,必须保证刀具经济寿命,同时切削负载不应超过机床的额定功率,通常的原则是:a 刀具材料的耐热性好,切削速度可高些;b工件材料的强度、硬度高,或塑性太大或太小,切削速度均应取低些,c 加工带外皮的工件时,应付适当降低速度;d要求得到较小的表面粗糙度时,切削速度应避开积屑瘤的生成速度范围,对硬质合金刀具,可取较高的切削速度,对高速钢刀具,常采用低速切削;e 断续切削时,应取较低的切削速度;f 工艺系统刚性差时,切削速度应适当减小;h在切削速度最后确定之前,须验算机床电动机的功率是否足够 。组合机床往往采用多轴、多刀、多面同时加工,且组合机床上的刀具要有足够的使用寿命,以减少频繁换刀。因此,组合机床切削用量一般比通用机床的单刀加工要低30%以上。 同一多轴箱上的刀具由于采用同一滑台实现进给,多以各刀具的每分钟进给量应该相等。因此,应按工件时间最长、负荷最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具”来确定;对于其他刀具,可以在这基础上进行调整其每转进给量,以满足每转进给量相同的要求。另外,在多轴箱传动系统设计完毕、传动齿轮齿数确定后,还要反过来调整初定的切削用量。选择切削用量时,应尽量使相邻主轴转速接近,以使多轴箱的传动链简单些。使用液压滑台时,所选的每分钟进给量一般应比滑台的最小进给量大50%,以保证进给稳定。表2-3 用高速钢钻头加工时切削用量加工直径切削用量V(m/min)S0/(mm/r)1610180.050.161210180.10.18本题目中,加工直径为9mm,初步选择v=15m/min,s=0.15mm/r。4.确定切削转矩、轴向力和切削功率 确定切削转矩、轴向力和切削功率是为了分别确定主轴及其他传动件尺寸、选择滑台及设计夹具、选择主电动机(一般是选择动力箱盒驱动电动机)提供依据。本题目是采用高速钢锥柄麻花钻,所以:采用高速钢钻头钻孔时:切削转矩:T=10D1.9f0.8HB0.6=1091.90.150.82210.6=3635.5N.mm轴向切削力: F=26Df0.8HB0.6=26100.150.82210.6=145.4N 切削功率: P=Tv/(9740D)=3635.5/(9740x9)=0.2kW 总切削功率: P切削=13P=130.2=2.6kW 主轴转速: n=1000v/(D)=1000x15/(9)=531r/min 其中,D:钻头直径(mm)f:每转进给量(mm/r)v:切削速度(m/min) HB:材料硬度, 查表得,刀具的耐用度在2000分钟左右。5.确定主轴类型、尺寸、外伸长度根据计算出的切削转矩,查组合机床设计简明手册表3-4,应该选用轴径d=20mm的主轴。再根据下表进一步确定主轴的类型、尺寸和外伸长度。 表2-4 通用钻削类主轴的系列参数主轴外伸主轴类型短主轴滚锥轴承短主轴2530354050长主轴滚锥轴承长主轴202530354050滚珠轴承主轴152025303540滚针轴承主轴152025303540主轴外伸尺寸/mmD/d25/1632/2040/2850/3650/3667/4880/60L85115115115115135135孔深l 747785106106129129接杆模式锥号l1,21,2,32,32,33,44,5 本题目中,选择滚珠主轴d=20mm,主轴外伸部分:L=115mm,D/d=32/20mm,内孔长度为:l=77mm.6.选取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,就需要在主轴和刀具之间设置可调环节。这个可调环节在组合机床上就是通过刻调整的刀具接杆来解决的。接杆的尺寸d与主轴外伸长度的内孔D配合,根据接杆直径d和刀具的锥体莫式锥度,查阅组合机床设计简明手册和机械设计手册(GB/T 3668.101983)选取可调接杆如下: 表2-5可调接杆尺寸d(h6) d1(h6) d2d3Ll1l2l3螺母厚度锥度基准直径20 Tr202 莫式1号 12.065 17113 46 4025 121385016375188100 7.确定加工示意图的联系尺寸 为了使所设计的机床结构紧凑,应尽量使工件端面至多轴箱端面间距离最小。因此选取接杆时,在主轴外伸长度及刀具类型相同的条件下,应首先选取加工部位在外壁的盲孔孔径最大,长度最小的主轴刀具接杆;应保证在加工终了位置时钻头等刀具的螺旋槽尾部至导向套端面的距离,以利于排屑和刀具刃磨后向前调整。工件端面到多轴箱端面之间的距离还与机床的总布局有关。加工示意图联系尺寸的标注如下图所示。其中最重要的联系尺寸是工件端面到多轴箱端面之间的距离(220mm)。它等于刀具旋伸长度、螺母厚度、主轴外伸长度与接杆伸出长度(可调节)之和,再减去加工孔深度(23mm)。8.动力部件工作循环及行程的确定 工作进给长度应按加工长度最大的孔来确定。工件进给长度等于刀具的切入值(根据工件端面的情况,一般取510mm)加工孔深及切出值之和。本题目中所加工的13个螺孔大小深度完全一致,所以选择起来比较容易,选为30mm。快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,本题目中取为20mm。快速退回长度等于快速引进和工作进给长度之和,即20+30=50mm。 图2-2 多轴箱工作循环 9.绘制加工示意图的注意事项1)加工示意图中的位置,应按加工终了时的状况绘制,且其方向应与机床的布局相吻合。2)工件的非加工部件用细实线绘制,其余部分一律安机械制图标准绘制。3)同一多轴箱上,结构、尺寸完全相同的主轴,不管数量多少,允许只绘一根,但应在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号。4)主轴间的分布可不按真实的中心距绘制,但加工孔距很近或需设置径向尺寸较大的导向装置时,则应按比例绘制,以便检查相邻主轴、刀具、导向装置等是否产生干涉。5)对于标准通用结构,允许只绘外形,标上型号,但对一些专用结构如导向、专用接杆等则应绘出剖视图,并标注尺寸、精度及配合。由以上内容即可画出加工示意图。图2-3 加工示意图三、机床联系尺寸总图机床联系尺寸图是用来表示机床的配置形式、机床各部件之间相对位置关系和运动关系的总体布局图。它是进行多轴箱、夹具等专用部件设计的重要依据。(一)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。本题目中根据已定的工艺方案和机床配置式并结合使用等因素,确定机床为卧式单面单工位机械传动组合机床,机械滑台实习工作进给运动,选用配套的动力箱驱动多轴箱钻孔主轴。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要传递的切削功率来选用。先对多轴箱功率进行估算: P多轴箱=P切削/=2.6kW0.8=3.25kW其中,P多轴箱消耗于各主轴的切削功率的总和, 多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取0.8-0.9,加工有色金属时取0.7-0.8;主轴数多、传动复杂时取小值,反之取大值。本题目中左多轴箱选用1TD40-型动力箱驱动(n驱=720r/min,电动机选用Y132S-4型,功率5.5kW)。根据选定的切削用量,计算总的进给力,并根据所需的最小进给速度、工作行程、结合多轴箱轮廓尺寸,选用1HJb40型滑台,以及配套的侧底座1CC402型。(二)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。组合机床标准中,一般选取装料高度为1060mm,但根据具体情况,如车间运送工件的滚道高度、多轴箱最低主轴高度等因素,在8501060mm范围内选取。本例取装料高度为1060mm。(三)确定夹具轮廓尺寸工件的尺寸和形状是确定夹具底座尺寸的基本依据。确定夹具底座尺寸时应考虑工件的定位件、夹紧机构、刀杆导向装置的需求空间,并要满足排屑和安装的需要。一般情况下,加工示意图中工件至导向套端面的距离和导向套的尺寸。本题目主要确定钻模厚度及加具体底座尺寸。钻模厚度应不小于最小导向长度,加工示意图中钻模板的厚度为16mm,夹具体底座长度为500mm。夹具体底座高度应根据装料高度、夹具大小和中间底座而定,并充分考虑中间底座刚度,以便于布置定位元件和设置夹紧机构,便于排屑为原则。本题目选取430mm。(四)确定多轴箱轮廓尺寸标准中规定:卧式配置的多轴箱总厚度为325mm;主要是确定宽度B和高度H及最低主轴高度h1。如图所示。 B=b+2b1, H=h+h1+b1图2-4 多轴箱轮廓尺寸确定b工件在宽度方向相距最远两孔的距离(mm)b1最边缘主轴中心至箱体外壁距离(mm),推荐b170-100mmh工件在高度方向相距最远的两孔距离(mm)h1最低主轴高度(mm),推荐h185-140mm本课题中,h2=12mm,H=1060mm,h3=320mm,h4=560mm。 h1=h2+H-(0.5+h3+h4)=12+1060-(0.5+320+630)=121.5 取b1=80mm,则多轴箱的轮廓尺寸 H=h+h1+b1=121.5+80+418=619.5于是,选定多轴箱轮廓尺寸BH=630mm630mm。通过在侧底座与滑坐之间设置的调整垫,可以保证最低主轴中心与最低被加工孔中心在垂直方向的等高。机床联系尺寸图应按终了位置绘制,并表明动力部件退回到最远处的位置。当工件上加工部位与工件中心不对称时,应注明动力部件中心线同夹具中心线间的偏移量。在图上还应标明动力部件的总行程、工作行程、前备量、后备量以及液压设备和电气控制装置等的安装位置。图2-5机床联系尺寸总图四、生产率计算卡生产率计算卡是反应所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、符合率等的技术条件。通过生产率计算卡,可以分析所拟定的方案是否满足用户对生产率及符合率的要求。(一)理想生产率指完成年生产纲领(包括备品及废品率在内)所要求的机床生产率。它与全年工时数有关,一般情况下,单班制生产取2000h,则本机床的生产率 =50000/2000=25(件/h)(二)实际生产率指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。 = (件/小时)式中:生产一个零件所需要的时间(min),它可根据下式计算: =+=(+)+()min式中:、分别为刀具第、第工作进给行程长度(毫米); 、分别为刀具第、第工作进给量(mm/min); 当工件沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时,动力滑台在死挡铁上的停留时间,通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转510转所需时间(min); 分别为动力部件快进、快退行程长度(mm);动力部件快速行程速度。采用机械动力部件取5-6m/min;液压动力部件取3-10m/min;直线移动或回转工作台进行一次工位转换的时间,一般可取0.1min;工件装、卸(包括定位、夹压及清除铁屑等)时间,它取决于工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。根据各类组合机床的统计,一般取0.5-1.5min。则=+=(+)+() =(+)+() = =2min =30(件/h),满足理想生产率要求。(三)机床负荷率当时,计算二者的比值为负荷率根据下表进行比较所得: 表2-6 组合机床允许最大负荷率机床复杂程度主轴数负荷率单面或双面150.9016400.900.8641800.800.75三面或四面150.8616400.860.8041800.800.75本机床的负荷率为=25/30=0.83根据组合机床的使用经验,适宜的机床负荷率为=0.750.90,本组合机床的负荷率符合要求。则可制定出生产率计算卡,如表2-7所示表2-7 生产率计算卡被加工零件图号毛坯种类铸件名称变速箱壳体毛坯重量Kg材料硬度190-240HBS工序名称钻螺纹底孔工序号序号工步名称工作行程/mm切速/(m/min)进给量mm/r进给量mm/min工时/min工进时间辅助时间1装卸工件1.52动力部件3滑台快进2050000.0044滑台工进钻9深233015.270.15810.3755死挡铁停留0.0156滑台快退5050000.017直线移动0.1备注1. 动力箱驱动的主轴,转速为500r/min2. 一个安装加工一个零件3. 本机床装卸工件时间取1.5min累计0.3751.629单件总工时2机床生产率30(件/h)理想生产率25 (件/h)负荷率83%第三章 组合机床多轴箱设计第一节 多轴箱功用及分类多轴箱是组合机床的重要部件。根据加工示意图所确定的工件加工孔数和配置、切削用量和主轴类型而设计,由通用零件组成。能将动力箱的动力,传递给主轴,使之按要求的转速和转向旋转,提供切削动力。多轴箱与动力箱一起安装于进给滑台上,可完成钻、扩、铰镗孔等加工工序。多轴箱分为通用多轴箱和专用多轴箱两大类。通用多轴箱主要由箱体类零件、主轴、传动轴、齿轮以及润滑和防油元件等组成。专用多轴箱根据被加工工件的特点及其加工工艺进行设计。专用多轴箱基本上由专用零件组成,采用不需导向装置的刚性主轴来保证加工孔的位置精度。通用多轴箱按专用要求设计,由通用零件及少量专用零件组成,采用非刚性主轴,加工时,需由导向装置引导刀具来保证被加工孔的位置精度。第二节 多轴箱的通用零件一、通用箱体类零件通用箱体类零件包括多轴箱箱体、前盖、后盖、上盖和侧盖。箱体材料为HT200,前、后盖材料为HT150,上盖为HT150。多轴箱后盖与动力箱的结合面上联接螺孔、定位销孔的大小、位置应与动力箱联系尺寸相适应。 图3-1 组合机床多轴箱表3-1 动力箱与多轴箱联系尺寸动力箱型号B1H1BH1TD25A320250320,400,500,630250,320,4001TD32A400320400,500,630,800320,400,5001TD40A500400500,630,800,1000400,500,6301TD50A630500630,800,1000,1250500,630,8001TD63A800630800,1000,1250630,800,10001TD80A10008001000,1250800
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