减速器箱体9个孔钻组合机床设计
减速器箱体9个孔钻组合机床设计,减速器,箱体,个孔钻,组合,机床,设计
宁XX大学毕业设计(论文)题目 减速器箱体9个孔钻组合机床设计学生姓名 学 号 指导教师(签字) 2014 年 月 日摘 要本论文主要说明组合机床设计的基本过程及要求。组合机床是按高度集中原则设计的,即在一台机床上可以同时完成同一种工序或多种不同工序的加工。组合机床发展于工业生产末期,与传统的机床相比:组合机床具有许多优点:效率高、精度高、成本低。它由床身、立柱、工作台、及电源一些基本部件及一些特殊部件,根据不同的工件加工所需而设计的。在组合机床上可以完成很多工序,但就目前使用的大多数组合机床来说,则主要用于平面加工和孔加工两大类工序。论文主要内容包括四大部分:(1)、制定工艺方案 通过了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹紧情况、生产效率及机床的结构特点等,确定在组合机床上完成的工艺内容及加工方法,并绘制被加工零件工序图。(2)、组合机床的总体设计确定机床各部件之间的相互关系,选择通用部件和刀具的导向,计算切削用量及机床生产效率、绘制机床的尺寸联系图及加工示意图。(3)、组合机床部件设计包括专用多轴箱的设计,传动布局合理,轴与齿轮之间不发生干涉,保证传动的平稳性和精确性。专用主轴设计、轴承的选用及电机的选择等。(4)、液压装置的设计 液压滑台、定位夹紧装置均为液压控制。并采用了许多液压控制阀,保证了运动的平衡性,循环性和精确性。 关键词:组合机床;设计;过程;功能43AbstractThis thesis mainly elucidates the basic process and requirements that design of the combination machine. Combination machine is designed according the fundamental , which highly centralized ,or , more correctly it can process one working procedure or more different working procedures at one time . Combination machine was developed in the end of industrial production compared with traditional machine; combination machine has many advantages , such as high efficiency , high accuracy and low cost . It is composed of some general parts , such as bed ,column ,work able ,power unit ,and some special parts designed according to different work piece machining need. The preface of a lot of works can be completed on the combination machine, but in regard to the majority current usage of combination machine, then and primarily used for the flat surface to process and the bore to process two big work preface. The main part including :(1) Formulating technological plan We,ve learned the characteristic of the part designed ,accuracy and specification ,locating and fixing ,productivity and machining structure by the practice .Then the technological operation and work order can be determined which can be finished in combination machine.(2) Combination machine frame design determines the interrelation of the different part in the machining tool ,select general parts and tool oriented .Then compute cut feed and productivity finally draw a sketch map of the machine .(3) Combination machine parts design including headstock、proper transmission layout 、shaft and gear move freely without interference which ensure the stability and accuracy during transmission ,then design dedicated select bearings and engine etc.(4) It adopts many hydraulic control valves ,which ensure the stability ,circulation and accuracy .Keywords: combination machine ;design ;process ;function目 录摘 要2Abstract3目 录41 绪论61.1 组合机床的特点61.2设计方法和步骤71.3组合机床的发展趋势71.3.1提高通用部件的水平71.3.2发展适应、小批生产的组合机床81.4 组合机床的方案选择82 减速器箱体机械加工工艺92.1 了解零件的功用及技术要求92.2分析零件的结构工艺性92.3毛坯选择92.3.1毛坯的种类92.3.2铸件制造方法的选择92.3.3铸件的尺寸公差与加工余量102.4定位基准的选择102.5 拟定工艺路线112.5.1确定各表面的加工方法112.5.2加工顺序的安排112.5.3确定加工余量122.5.4计算工序尺寸及公差132.6确定各工序切削用量132.7机床及工艺装备的选择133 组合机床的总体设计183.1 组合机床方案的制定183.1.1 制定工艺方案183.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案。183.2 确定切削用量及选择刀具203.3.1 确定工序间余量203.3.2 选择切削用量203.3.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率203.3.4 选择刀具结构213.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制213.3.1 被加工零件工序图213.3.2 加工示意图233.3.3 机床联系尺寸图273.3.4 生产率计算卡293.4 多轴箱的设计303.4.1 绘制多轴箱设计原始依据图303.4.2 齿轮模数选择313.4.3 多轴箱的传动设计313.4.4 绘制传动系统图333.4.5 传动零件的校核343.5 夹具设计的计算353.5.1 受力计算353.5.2 夹紧力363.6 机床的液压滑台系统的具体设计363.6.1 液压缸所受的外负载363.6.2 拟定液压系统原理图373.6.3 液压系统的计算和选择液压元件38结 论42致 谢43参考文献441 绪论1.1 组合机床的特点根据加工的需要,与一般的基于组件的独立,专用机床的一些特殊的部分,称为组合机床。它适用于小批量,大规模生产,企业,用于大的大量处理,中型箱体,箱体类零件,完成钻孔,铰孔,车尾和老板,在孔内糖的各种形状的槽,和平面铣和成形表面。一般分为组合机床底座。用来实现机床切削和进给运动的通用零件,如轴加工头,传动装置的切割,电箱,进给滑台的功率器件。与一般要安装的组件功率元件如底座,立柱,侧柱基础,称为支撑构件。机械特性的组合:A.组合机床一般由70部分 90%,能缩短设计和制造周期。在需要的时候,也可以部分或完全转化为适应新设备,新工艺的要求。优势是组合机床进行了改造,一般可部分重复使用。B.组合机床是根据特定的处理对象设计的,可根据最佳工艺方案加工。C机器可以同时从多个方向对加工工件的工具,是实现的流程,提高生产效率的最佳方法。D.组合机床是采用多轴同时实现多孔加工装夹工件,以确保孔之间的精度,提高产品质量;减少工件的工艺处理,改善工作条件;减少面积。如由于零件的组合,一般分为最相似的,简化了机床的维护和修理。的F组合机床通用部件可以组织专门的工厂生产,提高产品质量和技术水平,降低生产成本。随着电子技术的飞速发展,根据小批量多品种多样化的大规模生产,高的生产要求,产品更新速度快的特点,自70年代以来的一个新的组合机床的发展,柔性组合机床。它是自动更换主轴箱采用多,可以改变主轴箱,托盘,编码工具,再加上可编程控制器(PC),数字控制(NC),可以任意改变工作周期的控制和驱动系统,可调变的多品种柔性组合机床加工。在我国,组合机床的40年历史的发展,科学研究和生产有一定基础,应用已经渗透到各个行业。是机械制造业实现产品更新,技术创新,提高生产效率是一个必要的设备和高速发展的。机床夹具是一种用于加工零件在机床加工设备,用它来准确地定位工件和刀具之间的相对位置,即工件的定位与夹紧,以完成精确的相对运动处理使。该夹具能有效地保证加工精度和提高劳动生产率,从而成为在机械加工过程中的不可缺少的设备。为了适应快速更新产品,对机械制造业多品种,小批量生产,近年来的夹具设计的发展表现在以下几个方面:答:通用夹具向着高精度,高效率,宽范围的方向;B.专用夹具不仅注重高精度和高效率的发展,和标准化、规范化的发展方向;C.制定可调夹具;B.发展扩大应用范围和性能的机床夹具;设计、夹具制造采用新技术,新结构,新材料。1.2设计方法和步骤通用机床床,通用机械设备的设计方法,设计方法和理论分析相结合的实验研究。根据理论分析和现场试验确定结构尺寸,机床制造样机,对样机的全局和局部薄弱环节的各种实验,类型的补充和修正。组合机床加工设备,不存在对原型,然后批量生产的问题。因此,组合机床设计方法应该是:根据和理论分析计算和局部对比实验,一般零件的正确选择,结构尺寸确定的特殊部分,旨在满足专用机床技术要求。1.3组合机床的发展趋势1.3.1提高通用部件的水平衡量通用部件技术水平的主要标准是:评价技术水平的通用组件的主要标准是:品种齐全,动态,静态性能指标先进,工艺性好,精度高,精度保持性好。目前,要适应大型动力滑台强力铣削的发展,精密镗头、高精度滑动表,和适应,小批量生产,动态组件、支撑组件调整速度快。机械驱动器的动态组件具有性能稳定,运行可靠等特点。目前,在机械驱动应用交流变频调速电机、直流伺服电机的动态组件,对机械驱动的动态组件增加了新的竞争能力。动力装置采用镶刚指南(HRC58 的硬度60),滚动螺旋结构新颖,静压导轨,主轴,齿形带等。支撑件焊接结构。由于对零件精度的提高和动、静态性能,使被加工工件的精度明显提高,表面粗糙度减小。1.3.2发展适应、小批生产的组合机床在机械制造业中,约占80%,小批量生产。在一些批处理的生产企业,如机床,阀门行业的发展,组合机床的关键过程。加工机床厂机床主轴变速箱的组合,产品质量稳定,生产效率高,技术经济效果显著。发展是可调的,可调,组装灵活,以适应多品种组合机床加工的特点是非常迫切的。组合机床的刀架主轴箱,主轴箱可组合机床和自动更换刀具,数控机床的组合可用于小批量生产。但这类结构复杂的机床,高成本。随着机床刀架主轴箱组合,因为骑不能太大,主轴箱安装的数量是有限的,所以只有适应过程是不多的,不太复杂的形状的零件。本机适用于卧式多轴组合机床,为需要大批量生产和加工的适应性。1.4 组合机床的方案选择(1)制定工艺方案 深入了解现场的工艺方案和技术要求,精密定位,夹紧和生产力的要求。技术含量决定完成机床及其加工方法的结合。在这里,以确定处理步骤,类型和类型的决策工具。(2)根据工艺方案的分析与确定的机床类型和总体布局结构方案。在机床配置的选择,有必要考虑工艺方案的实施,保证加工精度,技术要求和生产效率;同时考虑机器的操作,维护,修理好;还要注意的是加工生产数量的组件,使组合机床的设计满足更多的要求。(3)组合机床总体方案 这里要确定机床各部件间的相互关系,选择通用部件的刀具的导向,计算切削用量及机床生产率。给制机床的总联系尺寸图及加工示意图等。(4)组合机床的部份方案和施工方案 制定组合机床流水线的方案时,与一般单个的组合机床方案有所不同。 流水线上由于工序的组合不同,机床的型式和数量都会有较大的变化。因此,这时应按流水线进行全面考虑,而不应将某一台或几台机床分裂开来设计。即使暂时不能全面地进行流水线设计,制定方案时也应综合研究,才能将工序组合得更为合理,更可靠地满足工件的加工要求,用较多的工作,也为进一步发展创造了有利条件。2 减速器箱体机械加工工艺2.1 了解零件的功用及技术要求熟悉用途(机械传动有级调速)、性能及工作条件密封(保证齿轮系中无杂,无灰层进入,机油润滑),在产品中的位置(处于电机与执行机构之间)和功用(齿轮间的传动比来改变转速)。2.2分析零件的结构工艺性零件的结构工艺分析主要应考虑以下几个方面:(1)零件的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的要求应经济合理,重要尺寸精度35,40,48公差在0.025之内,形位公差垂直度要求0.05之内,一般尺寸精度为9-11级。(2)各加工表面的几何形状应尽量简单。(3)有相互位置要求的表面应尽量在一次装夹中加工。该箱体在加工时,对35和40二孔加工要保证孔与孔的孔距高度方向在330.03及孔与孔轴线垂直度在0.05之内,故对35和40加工时采用一次定位安装来加工。2.3毛坯选择2.3.1毛坯的种类铸件HT15-132(适用于形状复杂的毛坯,良好的耐磨性、抗震性、切削加工性和铸造性能)表1-6HT的牌号、性能及主要用途(机械制造基础)2.3.2铸件制造方法的选择毛坯制造方法应与材料的工艺性、零件的结构形状及大小、生产类型及特点以及工厂的现有条件相适应毛坯种类制造精度(IT)加工余量原材料工件尺寸工件形状砂型铸造13级以下大HT15-132各种尺寸复杂表1-2各类毛坯的特点及应用范围2.3.3铸件的尺寸公差与加工余量1、铸件的尺寸公差(GB643.2-1986)规定:铸件尺寸代号为CT,分16级造型材料公差等级CT灰铸铁自硬砂1113表1-4小批和单件生产铸件的尺寸公差等级表1-5铸件尺寸公差数值(机械制造技术课程设计)2铸件加工余量表1-6用于成批和大量生产与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量等级和表1-7铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量(机械制造技术课程设计)3铸件最小孔径表面类型成批生产通孔1530MM表1-8铸件最小孔径3毛坯零件合图用查表法确定各表面的加工总余量和余量公差。表1-5铸件尺寸公差数值(机械制造技术课程设计)表1-6用于成批和大量生产与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量等级和表1-7铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量(机械制造技术课程设计)2.4定位基准的选择正确地选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容,也是保证加工精度的关键。定位基准分为粗基准和精基准。对于无合适定位面的零件可在毛坯上另外专门设计或加工出定位表面,称为辅助基准。定位基准的选择原则(机械制造基础P254)粗基准的选择原则(1) 应选择不加工表面为粗基准。(2) 对于具有较多加工表面的工件,粗基准的选择,应合理分配各加工表面的加工余量,以保证:1) 各加工表面都有足够的加工余量;2) 对某些重要的表面,尽量使其加工余量均匀;3) 使工件上各加工表面总的金属切除量最小;(3) 作为粗基准的表面,应尽量平整,没有浇口,冒口或飞边等其它表面缺陷,以便定位准确;(4) 同一尺寸方向上的粗基准表面只能使用一次;2.5 拟定工艺路线2.5.1确定各表面的加工方法工件各加工表面的加工方法和加工次数是拟定工艺路线的重要内容。主要依据零件各加工表面本身的技术要求确定,同时还要综合考虑生产类型,零件的结构形状和加工表面的尺寸,工厂现有的设备情况,工件材料性质和毛坯情况等。2.5.2加工顺序的安排在确定了零件各表面的加工方法之后,就要安排加工的先后顺序,零件加工顺序是否合适,对加工质量,生产率和经济性有着较大的影响。(1) 机械加工顺序的安排在安排机械加工顺序时,一般遵循先粗后精先面后孔先主后次基准先行的原则。对于工序内容复杂的零件则视具体情况采取工序集中与分散的原则处理。(2) 加工阶段的划分对于精度和表面质量要求较高的零件,应将粗精加工分开进行。为此,一般将整个工艺过程划分阶段,按加工性质和作用不同,一般划分为粗加工阶段半精加工阶段精加工阶段和光整加工阶段。这对于保证零件加工质量合理使用机床设备及时发现毛坯缺陷及合理安排热处理工序等有很大好处 。(3) 热处理工序的安排热处理工序主要用来改善材料的性能及消除应力。热处理的方法次数和在工艺路线中的位置,应根据零件材料和热处理的目的而定。(退火 正火时效)(人工时效) (氮化) 毛坯粗加工半精加工精加工精磨细磨 (调质 退火) (高频淬火 渗碳淬火整体淬火去应力处理)图1-4热处理工序的安排图(机械制造技术课程设计)由图可得热处理安排为 毛坯粗加工半精加工精加工 (去应力退火 时效去应力) (表面淬火)(4) 合理安排辅助工序辅助工序种类很多,主要包括检验划线,去毛刺清洗平衡退磁防锈包装等,根据工艺需要穿插在工序中。2.5.3确定加工余量合理确定加工余量对零件的加工质量和整个工艺过程的经济性都有很大影响。余量过大(材料工时机床刀具)则消耗大;余量过小,不能去掉加工前道工序存在的误差和缺陷层,影响加工质量,造成废品。故应在保证加工质量的前提下尽量减小加工余量。毛坯余量(总余量)已在画毛坯图时确定,这里主要是确定工序余量。(1) 平面加工余量加工工序加工长度加工宽度粗加工后精铣3010010030030010001.0mm1.5mm1.5mm2.0mm表1-38平面加工余量(2) 镗孔加工余量项目加工直径直径余量半精镗20800.71.2mm精镗301300.250.40mm表1-37镗孔加工余量(3) 在实心工件上加工H7孔的工序尺寸零件基本尺寸钻粗铰精铰87.87.968H7零件基本尺寸钻扩孔钻粗铰1211.011.9512H9表1-132在实心工件上加工H7孔的工序尺寸2.5.4计算工序尺寸及公差工序顺序确定后,就要计算各个工序加工时所应达到的工序尺寸及其公差。工序尺寸及其公差的确定与工序余量大小工序尺寸的标注方法基准选择中间工序安排等密切相关,是一项细致的工作。2.6确定各工序切削用量在单件小批生产中,各工序的切削用量一般由操作工人根据具体情况自己确定,以简化工艺文件。在大批大量生产中则应科学地严格地选择切削用量,以充分发挥高效率设备的潜力和作用。切削用量的选用与下列因素有关:生产率,加工质量(主要是表面粗糙),切削力所收起的工艺系统弹性变形,工艺系统的振动,刀具耐用度,机床功率等。在综合考虑上述因素的基础上,使背吃刀量ap,进给量f ,切削速度v的积最大。一般应先尽量取在的ap,其次尽量取大的进给量f,最后取合适的切削速度v.2.7机床及工艺装备的选择选择机床:数控铣床卧式镗床。夹具(专用夹具)选择机床和工艺装备的总原则是根据生产类型与加工要求使所选择的机床及工艺装备既能保证加工质量,又经济合理。中批生产时,通常采用通用机床加专用工夹具;在大批大量生产条件下,多采用高效率专用机床组合机床流水线自动线与随行夹具。在需要改装设备或设计专用机床时,应根据具体要求提出设计任务书,其中包括与加工工序内容有关的必要参数,所要求的生产率保证产品质量的技术条件以及机床的总体布置形式等。在选择工艺装备时,既工考虑适应性又要注意新技术的应用,当需要设计专用刀具量具时,也应提出设计任务书。机械加工工艺过程卡片零件名称减速箱体材料牌号HT15-33毛坯种类灰铸铁工序号工序名称工序内容设备工艺装备010毛坯铸造砂型铸造自硬砂为造型材料020热处理1去应力退火030平面粗/半精加工3.20,170尺寸加工数控铣床立铣刀,专用夹具1,机械卡尺040面粗/半精加工15尺寸加工卧式镗床面铣刀(高速钢),专用夹具1,机械卡尺050平面粗/半精加工117,130,127尺寸加工卧式镗床面铣刀(高速钢),专用夹具1,机械卡尺060孔粗/半精加工35,40卧式镗床单刃镗刀,专用夹具2,机械卡尺070钻孔12080孔粗/半精加工75,47卧式镗床单刃镗刀,专用夹具3,机械卡尺090面粗/半精加工2,45卧式镗床单刃镗刀,专用夹具3,机械卡尺100钻孔8,9,14,M5-7H卧式镗床钻头,铰刀,丝攻,机械卡尺110热处理2表面淬火120面精加工15,2,45卧式镗床精铣刀,专用夹具2,机械卡尺130孔精加工35,40,47卧式镗床双刃镗刀,专用夹具2与3,机械卡尺编制(日期)审核(日期)共( )页 第()页机械加工工艺卡片零件名称减速箱体材料牌号HT15-33毛坯种类灰铸铁工序装夹工步工序内容背吃刀量切削速度m/s每分钟转数进给量mm/r设备名称工艺装备03013.20,1701.50401151.4,1.1,0501117,130,1271.5,0.75,060235,401.45,0.6,1/30.307011212,0.425,0.450.520.64卧式镗床钻头0801752.250802471.45,0.6,09022,450.55,2.310018,9,148,0.08, 9,140.450.360.440.470.570.610.75卧式镗床钻头1001M5-7H4.8,0.450.270.33卧式镗床钻头编制(日期)审核(日期)共( )页 第()页机械加工工艺卡片零件名称减速箱体材料牌号HT15-33毛坯种类灰铸铁工序装夹工步工序内容背吃刀量切削速度m/s每分钟转数进给量mm/r设备名称工艺装备03013.20,1701.50401151.4,1.1,0501117,130,1271.5,0.75,060235,401.45,0.6,1/20.207011212,0.425,0.450.520.64卧式镗床钻头0801752.250802471.45,0.6,09022,450.55,2.310018,9,148,0.08, 9,140.450.360.440.470.570.610.75卧式镗床钻头1001M5-7H4.8,0.450.270.33卧式镗床钻头编制(日期)审核(日期)共( )页 第()页机械加工工序卡片零件名称减速箱体材料牌号HT15-33毛坯种类灰铸铁工序工步号工步内容背吃刀量切削速度m/s每分钟转数进给量mm/r设备名称工艺装备030151.0040117,130,1270.505035,400.21/63.0060120.0751.53.0卧式镗床铰刀080470.20802,450.2,0.20908,0.02,1.02.0卧式镗床铰刀100M5-7H0.10.61.2卧式镗床铰刀编制(日期)审核(日期)共( )页 第()页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。根据被加工零件(减速器箱体)的零件图(图3.1),加工6个螺纹底孔的工艺过程:(1) 加工孔的主要技术要求。9个螺纹孔M4底孔直径均为3.2mm。孔的位置度公差为0.05mm。工件材料为HT200,HB170-241HBS要求生产纲领为(考虑废品及备品率)年产量2万件,单班制生产(2) 工艺分析加工该孔时,孔的位置度公差为0.05mm。根据组合机床的工艺方法及能达到的精度,可采用如下的加工方案:一次性加工通孔,孔径为3.2mm。 (3) 定位基准及夹紧点的选择加工此零件上的孔,以上表面限制三个自由度和右端面限制三个自由度,位于中间的孔通过螺杆起到了很好的夹紧作用。在保证加工精度的情况下,提高生产效率减轻工人劳动量,由于工件是大批量生产,因此在设计时就认为是人工夹紧。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。减速器箱体钻孔的精度要求较高,可采用钻孔组合机床。为了加工出表面粗糙度为Ra1.6um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,被加工零件图如图3.1所示图3.1 减速器箱体 (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HT200、硬度HB170241、孔的直径为3.2mm。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箱体宜用卧式机床,立式机床适宜加工定位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,工件较小,其孔分布较密集,多轴箱体积较大,一次钻孔,选择立式钻床。(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) 机床使用条件根据使用组合机床对车间布置情况、工序间的联系、技术能力和自然条件等的要求来选择适合的组合机床。综合以上所述:通过对减速器箱体零件的结构特点、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。3.2 确定切削用量及选择刀具3.3.1 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。3.2mm的孔在钻孔时,直径上工序间余量均为0.2mm。3.3.2 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同转速和同的每转 进给量(mm/r)与其适应。以满足直径的加需要,即: 3.1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)由于减速器箱体钻孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等,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:孔钻头直径D=3.2mm,进给量f=0.3.2mm/r、切削速度v=3.2m/min3.3.3 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);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:切削力: =263.2 =263.2=2378.5N切削扭矩: =103.3 =10 =9979Nmm切削功率: =3.4 =99793.2/(97403.3.23.2)=0.43kw 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(Nmm) V切削速度(m/min) P切削功率(kw)3.3.4 选择刀具结构减速器箱体的布氏硬度在HB170-241,孔径D为3.2mm刀具的材料选择高速钢钻头(W3.2Cr4V),为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单,选择标准3.2mm的麻花钻。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的距离,以便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。3.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制总体设计方案的图纸表达形式“三图一卡”设计,其内容包括:绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、编制生产率卡。3.3.1 被加工零件工序图1、被加工零件工序图的作用及内容被加工零件工序图是根据选定的工艺方案,表示一台组合机床完成的工艺内容,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、夹具部位及被加工零件的材料、硬度等状况的图纸。它是在原零件图基础上,突出本机床的加工的内容,加上必要的说明绘制成的,是组合机床设计的主要依据,也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。减速器箱体钻孔组合机床的被加工零件工序图如3.2所示。图上主要内容:(1)被加工零件的形状,主要外廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、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上余量等。2、绘制被加工零件工序图的注意事项(1)为了使被加工零件工序图清晰明了,一定要图出被本机床的加工内容。绘制时,应按一定的比例,选择足够的视图及剖位视图,突出加工部位(用粗实线),并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关粗实线标记。如图3.2中定位基准,机械夹压位置及方向,辅助支承均须用规定的符号部(用细实线)表清楚,凡本道工序保证的尺寸、角度等,均应在尺寸数值下方面用表示出来。图3.2减速器箱体工序图(2)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,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。3.3.2 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3.3为减速器箱体钻孔的加工示意图图3.3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和刀具导向的线速度v=3.2m/min,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固定导向装置的标准尺寸如下表:表3.1 固定导向装置的标准尺dd1DD1D2ll1l2l3l4L53.23.2223034150403.2121746固定装置的配合如下表:表3.2 固定装置的配合导向类别工艺方法DDD1刀具导向部分外径固定导向钻孔G7(或F8)H7/g6H7/n6g6固定导向装置的布置如图3.4所示图3.4 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=81.0GPa,刚性主轴取14(0)m,所以B取3.316,根据刚性条件计算主轴的直径为: dB1.59式中: d轴直径(mm)(24.65) T轴所承受的转矩(Nmm)B系数本设计中主轴直径d=25mm,主轴外伸长度为:L=115mm,D/为40/28。(4)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1.5所示, 图1.5 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3.3所示:表3.3 可调接杆的尺寸dD1(h6)d2d3Ll1l2l3螺母厚度28Tr282莫氏1号13.061363.2551425012(5)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(图中的尺寸321mm),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3.6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=8mm,切出长度=1/3d+(38)= x3.2+712mm,所以=8+12+12=32mm.(7)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120mm,快退长度等于快速引进与工作工进之和,因此快进长度120-45=75mm. 图3.6 工作进给长度3.3.3 机床联系尺寸图图3.7 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3.7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=42378.5=953.2N 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9.53.2KN。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0.51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=3.2mm/min。所以选择1HY32A液压滑台,工作进给速度范围20650mm/min,快速速度10m/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,这里取80mm,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L120+20+80=220mm,取L630mm。综合上述条件,确定液压动力滑台型号1HY32A,以及相配套的滑台底座(1CC321型)。(2)由下式确定动力箱的选用 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 3.66*0.430.83.225KW式中:多轴箱传动效率,加工黑色金属时0.80.9;有色金属时0.70.8,本系统加工HT200,取0.8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Y132M1-6的1TD32I型动力箱,动力箱输出轴至箱底面高度为3.20mm。主要技术参数如下表:表3.4电机型号及参数主电机传动型号转速范围(r/min)主电机功率()配套主轴部件型号电机转速输出转速D50 Y132M1-696047041HY32A,1CC321,1CD3213、配套支承部件的选用立柱底座1CD322。4、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800mm。5、中间底座轮廓尺寸中间底座的轮廓尺寸要满足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1CD321。6、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=320,H=250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=320250mm。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3.7 = 45/74.710/415 =0.625 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510 r所需要时间。这里取10r辅助时间 T辅 = +t移+t装3.8 = (75120)/1000+0.13+2= 3.325min 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0.050.13min,取0.13 min t装 装卸工件时间(min)一般为0.51.5min,本例取2min机床生产率 Q1 = 60/T单3.9 = 60/(T切+T辅) =60/(0.625+3.295) =15.3 件/h机床负荷率按下式计算 = Q / Q1100%3.10 = A / Q1tk100% =20000/15.31950100% =6
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