箱式类零件钻削组合机床设计Word文件下载.docx
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中文摘要……………………………………………………………………………ⅠAbstract……………………………………………………………………………Ⅱ
第一章概述…………………………………………………………………………1
1.1组合机床概述……………………………………………………………………1
1.2组合机床的发展…………………………………………………………………1
1.3组合机床的特点…………………………………………………………………1
1.4组合机床的设计方法……………………………………………………………2
1.5组合机床设计的目的、要求……………………………………………………3
1.5.1设计的目的……………………………………………………………………3
1.5.2设计要求………………………………………………………………………3
1.6本课题任务的内容和要求………………………………………………………4
第二章组合机床方案的制定……………………………………………………5
2.1制定工艺方案……………………………………………………………………5
2.1.1被加工零件的特点……………………………………………………………5
2.1.2被加工零件的加工精度………………………………………………………5
2.1.3加工孔的主要技术要求………………………………………………………5
2.1.4定位基准及夹紧点的选择……………………………………………………5
2.1.5确定工艺方案的原则及注意问题……………………………………………5
2.1.6零件的生产批量………………………………………………………………7
第三章确定切削用量及选择刀具……………………………………………9
3.1选择切削用量……………………………………………………………………9
3.2确定切削力、切削扭矩、切削功率……………………………………………10
3.3选择刀具结构……………………………………………………………………11
第四章钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制………………………13
4.1被加工零件工序图………………………………………………………………13
4.1.1被加工零件工序图的作用及内容
…………………………………………13
4.2加工示意图………………………………………………………………………14
4.2.1加工示意图的作用和内容……………………………………………………14
4.2.2绘制加工示意图之前的有关计算……………………………………………14
4.3机床联系尺寸图…………………………………………………………………17
4.3.1联系尺寸图的作用和内容……………………………………………………17
4.3.2选用动力部件…………………………………………………………………17
4.3.3配套支承部件的选用…………………………………………………………19
4.3.4确定装料高度…………………………………………………………………20
4.3.5确定多轴箱轮廓尺寸…………………………………………………………20
4.4生产率计算卡……………………………………………………………………21
第五章多轴箱的设计…………………………………………………………19
5.1 主轴箱的设计步骤和内容……………………………………………………24
5.1.1主轴箱所需动力的计算……………………………………………………24
5.1.2主轴箱传动设计……………………………………………………………25
5.1.3拟定主轴箱传动系统.……………………………………………………26
5.2轴的具体设计……………………………………………………………………28
5.3传动零件的校核…………………………………………………………………31
5.4绘制传动系统图…………………………………………………………………35
第六章工作总结和展望………………………………………………………36
参考文献……………………………………………………………………………38致辞………………………………………………………………………………39
附录…………………………………………………………………………………40
第一章概述
1.1组合机床概述
组合机床是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。
其中大量通用部件包括:
单轴工艺切削头、传动装置、动力箱、进给滑台等动力部件,以及用以安装动力部件的支撑部件如侧底座、中间底座等。
1.2组合机床的发展
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。
在我国,组合机床发展已有28年的历史,其科研和生产都具有相当的基础,应用也已深入到很多行业,是当前机械制造业实现产品更新,进行技术改造,提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。
组合机床及其自动线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。
我国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,以及铣削平面和成形面等。
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,还有多工位回转台式组合机床等。
1.3组合机床的特点
组合机床与一般专用机床相比较,具有如下特点:
(1)组合机床自动化程度高,便于维修,通用的易耗易损件可以提前准备,必要时甚至可以改换整个通用部件。
(2)设计与制造周期短。
这是因为组合机床的通用化程度高,通用部件、通用零件和标准件约占70~90%,其中许多是预先制造好的,在制造新机床时可以根据需要选用。
需要设计、制造的只是少量专用零部件。
(3)组合机床的通用零部件,是经过生产实践考验多次反复修改定型的,因而结构的可靠性和工艺性较好,使用性能较稳定,有利于稳定地保证加工质量。
(4)组合机床的通用零部件都己标准化、系列化,因而可以组织成批生产,这样不仅可提高制造精度,而且可以降低机床的成本,加快专用机床制造的速度。
(5)便于产品更新。
当改变加工对象时,通用部件可以重新利用,改装成新的专用机床。
但由于组合机床的通用部件不是为某一种机床设计的,具有较广的适应性,而且规格也有限,这样就使组合机床的结构较一般专用机床稍为复杂。
组合机床改装时,约有10%~20%的零件不能利用,改装劳动量也较大。
图1-1表示由通用部件和少量专用部件组成的卧式组合机床。
图1-1卧室组合机床及其组成部件
1-中间底座;
2-夹具;
3-主轴箱;
4-动力箱
5-滑台;
6-滑座;
7-床身(侧底座)
1.4组合机床的设计方法
组合机床的设计,目前基本上有两种情况:
其一,是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计,这是当前最普遍的做法。
其二,随着组合机床在我国机械行业的广泛使用,广大工人总结自己生产和使用组合机床的经验,发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性,可设计成通用部件。
而且一些行业的或完成一定工艺范围的组合机床是极其相似的,有可能设计为通用的组合机床,这种机床称为“专能组合机床”。
这种专能组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产,而是可以设计为通用品种,组织成批生产,然后按被加工零件的具体需要,配以简单的夹具及刀具,即可组成加工一定对象的高效设备。
组合机床的设计步骤:
(1)制定工艺方案。
要深入现场,了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求等。
确定在组合机床上完成的工艺内容及其加工方法。
这里要确定加工工步数,决定刀具的种类和型式。
(2)机床结构方案的分析和确定。
根据工艺方案确定机床的型式和总体布局。
在选择机床配置型式时,既要考虑实现工艺方案,保证加工精度、技术要求及生产效率;
又要考虑机床操作、维护、修理是否方便,排屑情况是否良好;
还要注意被加工零件的生产批量,以便使设计的组合机床符合多快好省的要求。
(3)组合机床总体设计。
这里要确定机床各部件间的相互关系,选择通用部件和刀具的导向,计算切削用量及机床生产率。
绘制机床的总联系尺寸图及加工示意图等。
(4)组合机床的部件设计和施工设计。
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。
在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,这是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,制定方案时也应该综合研究,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,用较少的机床完成较多的工作,也为进一步发展创造了有利条件。
1.5组合机床设计的目的、要求
1.5.1设计的目的
机床设计毕业设计,其目的在于通过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,并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。
1.5.2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。
“质优价廉”才会受到用户的欢迎,在国内和国外市场上才有竞争力。
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。
1.6本课题任务的内容和要求
本课题研究的内容是汽车传动壳体螺纹攻丝组合机床设计,包括:
工序图、加工示意图、机床联系尺寸图的设计,机床生产率计算卡的制定,主轴箱结构设计。
图1-2加工图
第二章组合机床的工艺方案制定
2.1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,生产率要求等等。
并查阅有关技术资料,制定出合理的工艺方案。
根据被加工被零件(箱体)的才(图2-1),加工四个螺纹底孔的工艺过程。
2.1.1被加工零件的特点
此箱体的材料是HT200、硬度HB170-241,孔的位置分配不规则,孔的直径为Φ5mm。
采用多孔同步加工,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。
孔的分布不规则,工件比较小,可一次钻完,因而适合选择卧式双工位钻床。
2.1.2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,工件各孔间的位置精度为0.15mm,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Ra3.2um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。
被加工零件图如图2-1所示。
2.1.3加工孔的主要技术要求:
加工8个M5螺纹底孔的孔;
孔的位置度公差为Φ0.15mm;
工件材料为HT200,HB170~241;
要求生产纲领为(考虑废品及备品率)年产量7万件,单班制生产。
2.1.4定位基准及夹紧点的选择
加工此箱体的孔,以底面的两个对角楞来限制X、Y方向上的自由度。
由于夹具的使用在本设计中没有考虑,因此在设计时就认为是人工夹紧。
2.1.5确定工艺方案的原则及注意问题
加工该孔时,孔的位置度公差为0.15mm
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:
一次性加工螺纹底孔,孔径为Φ5
①粗、精加工工序的安排必须根据零件的生产批量、加工精度、技术要求进行全面分析,按照经济地满足加工要求的原则,合理解决粗加工和精加工工序的安排。
不要不分具体情况而一律粗、精加工工序合并的做法。
一般在大批大量生产中,确定工艺流程宜、精工序分开进行,其优点是:
a)工件能得到较好的冷却,有利于减少热变形及内应力变形的影响,对精度要求高的零件,更需要如此安排。
b)可避免粗加工振动对于精度、表面粗糙度的影响。
c)有利于精加工机床保持持久的精度。
d)使机床机构简单,便于维修、调整。
但是,粗、精加工工序分开,将使机床台数增多。
当工件生产批量不大时,由于机床负荷率低,则经济性不好。
因此,在能够保证加工精度前提下,有时也采取粗、精加工合并在同一台机床上进行的工艺方案。
但须采取措施,尽量减少由此而带来的不利影响。
例如使大量切除余量和有铸造黑皮的第一道工序与最后一道精加工工序不同的夹压力;
若工件一次安装,也应使粗、精加工工序分别具有不同夹压力。
②工序集中与分散的处理
工序集中是机械加工近代的主要发展方向之一。
组合机床也正是基于工序集中的工艺原则发展起来的,即运用多种不同刀具,采用多面、多工位和复合刀具等方法,在一台机床上对一个或几个零件完成复杂的工艺过程,从而有效地提高生产率,取得更好的技术经济效果。
但也应当看到,工序集中程度的提高也会带来下述一些问题:
①工序过分集中会使机床结构复杂,刀具数量增加,机床大而笨重,调整使用不便,可靠性降低,反而影响生产率的提高。
②工序过分集中导致切削负荷加大,往往由于工件刚性不足及变形等影响加工精度。
因此,提高工序集中程度时,应注意:
(a)适当考虑单一工序。
即把相同工序内容的工序集中在同一台机床或同一工位上加工。
例如,通常把箱体零件上的大量螺孔攻丝工序集中在一台攻丝机床上,而不与大量钻、镗工序集中在同一个多轴或同一台机床上进行,这样会使机床更为简单合理。
(b)相互间有位置精度要求的工序应集中在同一个工位或同一台机床上加工。
例如,箱体零件各面上的孔,相互间有位置精度要求时,其孔的精加工应集中在同一台机床上一次安装并完成加工。
一般来说,对这些孔的粗加工也应集中在一台机床上进行,这可以使得精加工余量分布均匀,以利于保证加工精度
(c)大量的钻、镗工序最好分开,不要集中在同一个多轴箱完成。
这是因为,钻孔与镗孔直径不一样,主轴转速也就相差很大,导致多轴箱的传动链复杂和设计困难。
同时,大量钻孔会产生很大轴向力,有可能使工件变形而影响镗孔精度;
而且,粗镗孔振动较大又会影响钻孔,甚至会造成小钻头的损坏和折断。
(d)确定工序集中时,必须充分考虑零件是否会因刚性不足而较大的切削力、夹压力下变形对加工精度带来不利影响。
(e)工序集中时,必须考虑前述粗、精加工工序的合理安排及由于多轴箱结构及设置导向的需要。
主轴排列不宜过密,否则会造成机床、刀具调整不便、加工精度、可靠性及生产率低的不良后果。
2.1.6零件的生产批量
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7万件,从工件外形及轮廓尺寸,为了减少加工时间,采用多轴头以提高利用率。
综上所述:
通过对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单工位同步钻床。
图2-1零件图
第三章确定切削用量及选择刀具
3.1选择切削用量
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不同转速和不同的每转进给量(mm/r)与其适应。
以满足不同直径的加需要,即:
·
=
=…=
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)
表3.1钻孔切削速度
加工材料
铸铁
刚及其合金
铝及其合金
切削速度v(m/min)
16-24
18-25
20-50
表3.2钻孔进给量
进给量f(m/min)
0.07-0.12
0.05-0.1
0.03-0.2
表3.3加工孔的加工精度和表面粗糙度
项目
加工工序
钻孔
扩孔
走刀次数
1
加工条件
事先未加工的孔
表面粗糙度Ra(μm)
6.3~12.5
孔的精度等级
H12
H11
孔中心对名义位置的偏移量(mm)
0.15~0.25
0.10~0.15
对基准面的平行度和垂直度(mm)
0.10
0.08
对其他孔中心线的垂直度(mm)
0.20
0.16
注:
平行度和垂直度对于钻孔、扩孔和铰孔是指100mm长度上的。
根据对我国使用组合机床的调查,加工铸铁件的某些主要工序所能达到的精度和表面粗糙度如:
钻孔加工直径在Φ40mm以下,一般为实心铸件扩、铰工序之前钻削底孔或螺纹底孔,精度可达到IT10~IT11,表面粗糙度Ra6.3~12.5μm.
由于箱体孔的加工精度、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,见P130表6-11由查表的方法查得:
钻头直径D=5mm,铸铁HB175~255、进给量f=0.07mm/r、切削速度v=12m/min、转速n=764r/min
3.2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=HBmax-
(HBmax-HBmin)
=200-
(200-160)
=186.67
切削力:
=26
=356.96N
切削扭矩:
=10
=584.48N·
mm
切削功率:
=
=584.48×
24/(9740×
3.14×
5)
=0.092kw
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(N·
mm)
V——切削速度(m/min)
P——切削功率(kw)
3.3选择刀具结构
根据工艺
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