花键加工专用设备设计.doc

www.88doc88.comwww.yanziedu.com摘要本文介绍了将X62W万能铣床改造为矩形花键轴专用铣床的方法。从理论上分析了该设计方案用做加工矩形花键时的定位精度，并在实践中得到证实。详细阐述了用一种步进电机代替万能分度头来实现等分分度，用液压系统实现自动进给加工的过程及其工艺方案。花键加工工艺采用该系统，可以使原来的花键加工过程变为现在的:进刀铣削、退刀、分度、再进刀的自动循环工艺过程，整个过程无需人工参与，直到一个工件加过完毕后，自动停机。进给工作台采用液压动力滑台，自动循环过程采用了PLC控制，使得机电液联动控制有机地相结合，操作简单方便，通用性强，分度速度快、精度高，大大降低了劳动强度、提高了生产效率，为在铣床上完成花键成型过程创造了一种自动化的条件。关键词等分分度；液压；花键轴；液压控制；PLC；自动化；工艺装备www.88doc88.comwww.yanziedu.comAbstractThepaperintroducesthespecialmethodsofmillmachinewhichcanchangeX62Womnipotencemillingmachinetosplineaxis.Itanalysestheoreticallytheorientationprecisionwhenthedesignisusedtoprocessrectanglesplineandisvalidatedpractically.Italsosetsforthcarefullytheywholecourseanditscraftworkinwhichanelectromotionkniferestreplaceomnipotencedivisionendtorealizepartdivision.Hytheadoptionofthesystemthesplinecraftworkcanturnitsmoldingcoursetoautomationcyclecourseincludingentryswordmilling,quittingsword,partdivision,reentrysword.Andintheprocessnomanualpowerisinvolvedtillaworkpieceisdonewithandthemachinestoppedautomatically.Thedeskadoptshydraulicpressuredriveslipway；theself-motioncyclecourseusesPLCcontrol,whichcombinetheengine-electricity-liquidlinkagetomakeoperationeasierandmoreconvenient,widerandmortpopular,divisionspeedandprecisionhigher,reducelaborintensionandprovideaconditiontoimprovetheefficiency,tocreateaconditionofautomationtofinishthesplinemoldingbythemillingmachine.KeywordsPartdivisionElectromotionSplineaxisHydraulicpressurecontrolPLCautomationCraftworkequipmentwww.88doc88.comwww.yanziedu.com目录1绪论.11.1工程背景和意义.11.2花键加工工艺的发展现状和趋势.11.3设计本课题的内容和方法.21.3.1设计内容.21.3.2设计方法.31.4本章小结.32花键加工工艺装备的方案设计.42.1引言.42.2分度装置方案设计.42.2.1分度装置原理分析.42.2.3分度装置方案之二:液压油缸分度装置分析.72.2.4分度装置方案之三：蜗轮-蜗杆分度装置分析.82.2.5分度装置方案之四：电动刀架用作分度机构的原理分析.82.2.6分度方案的选用.102.3机械传动系统方案设计.102.3.1传动系统的要求分析.102.3.2丝杠螺母机构的传动分析.112.3.3滚珠丝杠传动分析.112.3.4液压动力滑台的方案设计.122.3.5确定进给传动方案.132.4控制系统的方案设计与分析.142.4.1控制系统的要求.142.4.2控制系统方案分析一：继电接触器控制系统分析.142.4.3控制系统方案分析二：微机控制系统分析.142.4.4控制系统方案分析三：PLC控制系统分析.152.4.5选定控制系统方案可编程控制器控制系统.1525本课题采用的方案特点分析.152.5.1分度装置的特点分析.162.5.2进给系统的特点分析.162.5.3控制系统的特点分析.162.6本章小结.173分度机构的设计.18www.88doc88.comwww.yanziedu.com3.1引言.183.2选用步进电机.183.3蜗轮蜗杆计算.183.3.1蜗轮-蜗杆设计输入参数.183.3.2蜗轮-蜗杆基本参数.183.4蜗轮轴设计.223.4.1轴的直径与长度的确定.223.4.2轴的校核.223.4.3蜗轮与轴的联接设计.263.5箱体的设计.263.6其他.274液压系统设计.294.1引言.294.2液压系统的要求与工况分析.294.2.1液压系统的要求.294.2.2液压系统的工况分析.294.2.3液压系统的动力分析.294.2.4液压缸的负载循环图.314.3液压系统原理图的说明.314.4确定液压系统主要参数.314.4.1液压缸的设计计算.324.4.2活塞杆计算与连接方式.324.4.3液压缸的工作行程.354.4.4液压缸的流量.354.4.5缸筒的设计.364.4.6缸盖的设计.384.4.7活塞的设计.384.5导向环、导向套的选取.394.5.1导向环.394.5.2导向套.394.6密封和防尘.394.6.1密封方式的选择.394.6.2防尘圈的选择.394.7液压泵的确定与所需功率的计算.404.7.1液压泵的确定.40www.88doc88.comwww.yanziedu.com4.7.2确定驱动液压泵的功率.404.7.3选择电动机.404.8阀类元件的选择.414.8.1选择依据.414.8.2阀体元件型号确定.414.8.3阀的安装.414.9管道的设计.414.9.1油管类型的选择.414.9.2油管尺寸的确定.424.9.3管接头的选择.424.10油箱的设计.434.11液压系统的性能验算.444.11.1系统压力损失的验算.444.11.2系统发热温升的验算.444.12本章小结.455控制系统的设计.465.1引言.465.2工艺条件和控制要求.475.2.1手动控制的要求.475.2.2自动循环控制要求.485.3用户输入/输出设备.485.4PLC的选用及其电气控制元件的主参数设计.485.4.1PLC的选用.485.4.2电源引入开关选用.485.4.3热继电器的选择.485.4.4熔断器的选用.495.4.5接触器选用.495.4.6控制变压器的选用.495.5编制T形图和指令表.495.6输入程序并联机调试.505.7本章小结.50结论.51致谢.52参考文献.53附录.54www.88doc88.comwww.yanziedu.com1绪论1.1工程背景和意义花键是机械制造业中的关键传动零部件和机械要素，其制造工艺水平和产品质量直接影响各类机械的总成质量。我国目前有成批花键产品加工能力的饥饿机械厂约1000余家，其中大中型企业（职工人数500人以上）占半数以上。这些企业分属航空、航天、兵器、船舶、电子、纺织、石化、交通、铁道、轻工、汽车、摩托车、工程机械、冶金矿山、机床、工具、仪器、仪表、建筑机械、通用机械、起重运输机械、农机、印刷等几十个行业。这些企业行政隶属关系复杂，但是花键的制造技术和装备又具有极大的共性。通常外花键材料为40Cr，要求心部硬度要求为HRC2832，花键齿表面硬度要求为HRC4855，结合零件的尺寸精度和形状位置精度要求，确定该零件的加工工艺流程。按照外花键大径磨削加工工艺方案，花键齿部高频感应淬火后对外花键大径进行磨削，以确保花键大径的尺寸、形状和位置精度，由于花键齿部采用高频感应淬火的热处理方式变形量较小，因此，在确定磨削余量时可以不考虑尺寸变形情况，仅考虑有足够的磨量即可。一般情况下，在采用花键轴铣床加工外花键时，花键小径、键侧直接加工到设计尺寸，花键大径单边留有0.150.2mm的磨削余量即可1。在长期的生产过程中，有关花键的成型工艺一直是采用粗车后在X62W和X52K铣床上进行铣削加工。如加工六齿或八齿的花键轴，采用的是下面的工序过程来完成花键轴的齿形加工。装在万能分度头上的三爪卡盘夹持工件一端，手用顶尖顶住另一端，铣削一齿，退刀后松开顶尖(消除蜗轮的轴向力)，手工分度，再顶紧，如此循环六次或八次。这种加工方式具有以下特点:第一，加工工序时间长，如该厂花键传统铣削外径32.5加工长度为106mm单件大约需要1分15秒。第二，齿内纤维不连续，键齿强度比冷挤压加工差，但设备成本较低。第三，分度精度主要由分度头的精度决定。依靠计算分度手柄转过圈数确定分度值，工人在操作时，如出现计算错误，直接产生不可修复的废品。第四，工人劳动强度大，效率低下。成批生产中，工人为追求产量，常常会在分度之前忽略松开顶尖的步骤，分度时旋转的蜗轮承受轴向力，加剧分度头蜗轮一蜗杆副的磨损，分度头的精度下降快，寿命短(实际生产中为35个月)。1.2花键加工工艺的发展现状和趋势花键制造技术复杂，制造装备精度高，价格昂贵，是机床中最复杂、最贵重的设备。在机床总台数中齿轮螺纹花键机床的数量虽只占到4%，但其投资额则要占到10%以上，因此了解该类机床及其加工方式的发展趋势，对设计花键成型专用机床或是工艺装备具有很大的指导意义。机床的发展是以制造技术的发展为前提的。花键在机械产品上的应用范围总的趋势是www.88doc88.comwww.yanziedu.com在减少，其原因是数控技术的广泛应用和内装式电机的技术成熟，使行业内采用的齿轮件越来越少，与齿轮配套使用的花键的数量也相应在减少。花键制造业作为常规的机械行业有正在被高新技术所逐渐取代的趋势，它的应用领域日益缩少。因此如何降低花键制造的成本，提高花键生产的效率，是当今花键制造者首先应该考虑的问题。今后半个世纪花键的应用从世界范围看将逐渐减少，但不会消亡，对于中国这样的发展中国家花键的需求量，特别是农用机械上的花键还将有适度增长。就花键成型而言，目前主要的成型方式主要有以下几种方式:花键冷滚轧工艺2:目前国内外采用的一种先进的花键冷成型加工方法，与传统切削加工相比，花键的产品性能提高了3个等级精度，原材料节省10%，效率比滚齿工艺提高30倍(每件约1520秒)，工件承载能力比切削件提高40%，粗糙度达Ra0.4以下。实践应用表明，其运行状态、承载能力、配合精度、耐磨性能和噪音均达到国际同类产品水平。但加工直径小，成本较高。EmstGrob公司采用C6和C9系列冷轧机轧制同M3.5的齿轮和花键轴，并可轧制斜齿轮。更换程序时间0.5min，更换轧头时间3min，更换夹具时间2min到10min。由于调整时间短，即使是2030件的小批量生产也是十分经济的。C6和C9的改进型12/14NC和KRM12/14NC具有更高的生产效率、精度及可调性。可用于轧制从棒料到有内外齿的自动变速箱离合器罩壳的全过程。轧制X320的这个零件只需1.5min/件。用ZSM10轧机可在25秒内将薄壁管轧制成转向器的高精度齿条。实体磨削:Edgetek公司的CNC磨床采用电镀或陶瓷结合剂CBN成形砂轮，从棒料上直接磨制出花键轴、汽轮机叶片根部或其他型面。Klingelnberg公司的HNC35S蜗杆磨床可从棒料上直接用砂轮强力磨出螺纹或蜗杆。磨-珩联合工艺：Reishauer公司的RZF环面蜗杆砂轮成形磨削一外晰工艺联线，可在1.5min/件左右时间里磨出五级精度的低噪声齿轮，每台RZF的年生产率可达15万件齿轮，特别适用于轿车变速箱齿轮3。车铣中心:Traub-Heckert公司的TNC42DGY八轴车铣中心和WFL公司的Mill-turnM100多轴车-铣-检测中心都能在一次安装中全部完成壳体、盘，轴类零件的全部机械加工。其机械加工的时间缩减到原来分散工序的三分之一到十五分之一。1.3设计本课题的内容和方法1.3.1设计内容根据以上的分析，我个人认为当今花键加工工艺的发展有以下几个特点：1)设备的价格比较昂贵。随着发展数控铣床的加工精度得到大幅度提高的同时，其设备的代价也随着高涨。使得一些中小型企业承受不起。2)实用价值不高。就目前情况而言，花键主要用于农用产品，根本不需要如此高的精度。