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缸头两面钻孔专机设计

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缸头两面钻孔专机设计

摘要本课题是研究一台对缸头进行加工的两面精镗组合机床,主要是对组合机床的总体结构、夹具和多轴箱的设计。首先概括了组合机床的发展,阐述了组合机床的低成本、高效率、操作使用简单等优点。然后是机床夹具的设计,采用“一面两销”的定位方式,使定位更准确;通过误差分析,夹紧力计算等确定夹具的总体结构。其次是对组合机床的设计,关键是工艺方案的拟定,这大体决定组合机床的配置形式和使用性能,然后编制“三图一卡”。最后是多轴箱的设计,通过工件的尺寸和加工孔的位置计算出主轴箱的轮廓尺寸;根据扭矩的计算得出主轴和传动轴的直径;通过类比法确定齿轮的模数;通过“计算、作图和多次试凑”确定齿轮齿数和中间传动轴的位置。在总体设计过程中,首先通过计算所需功率选择动力箱,然后根据主轴的分布情况选用多轴箱;之后根据动力箱和加工行程图来选择液压滑台,再由液压滑台选用配套的多轴箱;再配合装料高度、滑台、侧底座相互位置等来确定中间底座的高度和长度。关键词组合机床;精镗;缸头;多轴箱ABSTRACTTHISTOPICISTHESTUDYOFASTATIONONBOTHSIDESOFTHECYLINDERHEADFORPROCESSINGFINEBORINGCOMBINATIONMACHINE,MAINLYONTHEOVERALLSTRUCTUREOFMACHINETOOL,FIXTURES,ANDMULTIAXLEDESIGNFIRSTLY,THISPAPEROUTLINESTHEDEVELOPMENTOFCOMBINEDMACHINE,EXPLIANSITSFEATUREISLOWCOST,HIGHEFFICIENCY,ANDWITHSIMPLEOPERATIONETCTHENTELLSTHEMACHINETOOLFIXTUREDESIGN,THEUSEOFLOCATINGASURFACEWITHTWOPINSPOSITIONINGWAYSTOMAKEMOREACCURATEPOSITIONING;THROUGHERRORANALYSIS,FIXTURECLAMPINGFORCECALCULATIONTODETERMINETHEOVERALLSTRUCTURESECONDLY,THEDESIGNISACOMBINATIONMACHINE,THEKEYISTHEPROGRAMDEVELOPMENTPROCESS,WHICHLARGELYDETERMINESTHEFORMOFCOMBINATIONMACHINECONFIGURATIONANDPERFORMANCE,ANDTHEPREPARATIONOFTHETHREECHARTSCARDFINALLY,THERESEARCHISABOUTMULTIAXLEDESIGN,SIZEANDPROCESSINGTHROUGHTHEWORKPIECEHOLEPOSITIONCALCULATEDHEADSTOCKOUTLINEDIMENSIONS;CALCULATEDACCORDINGTOTHETORQUESHAFTANDSHAFTDIAMETER;DETERMINEDBYANALOGYGEARMODULUS;THROUGHTHECALCULATION,MAPPINGANDREPEATEDTRIALANDERROROKGEARANDINTERMEDIATESHAFTPOSITIONINTHEOVERALLDESIGNPROCESS,FIRSTSELECTTHEREQUIREDPOWERBYCALCULATINGTHEPOWERBOX,ANDTHENCHOOSETHEDISTRIBUTIONOFMULTISPINDLEAXLE;AFTERPOWERBOXANDPROCESSEDACCORDINGTOTHECHOICEOFHYDRAULICTRAVELDIAGRAMSLIDE,ANDTHENTHEHYDRAULICMULTISLIDESUPPORTINGOPTIONALAXLE;TOGETHERWITHLOADINGHEIGHT,SLIDE,SIDESTANDEACHOTHERTODETERMINETHELOCATIONOFTHEMIDDLEOFTHEBASEOFTHEHEIGHTANDLENGTHKEYWORDSAOMBINATIONMACHINE;BORING;CYLINDERHEAD;MULTISPINDLEBOXV目录摘要IABSTRACTII目录II1绪论111本课题的研究内容和意义112国内外的发展概况113本课题应达到的要求12设计方案的确定221工件的大小、形状和加工部分的特点222生产率的影响223经济性与可靠性23专用夹具的设计331夹具的功用与组成332夹具的设计3321调研分析3322确定工件定位方式3323确定工件加紧方式4324必要的加工精度计算及分析4325夹紧力计算、分析44组合机床总体设计641组合机床的组成6411组合机床的特点6412组合机床的工艺范围6413组合机床配置型式6414组合机床的设计步骤742组合机床工艺方案的确定7421组合机床工艺方案的基本原则7422确定组合机床工艺方案应注意的问题7423工艺方案的拟订8424工序间余量的确定8425刀具结构的选择843切削用量的确定8431组合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题9432组合机床切削用量选择方法及应注意的问题9433确定切削速度和切削用量9434切削力、切削转矩、切削功率10435确定主轴类型、尺寸、外伸长度10436动力部件工作循环及行程的确定1144组合机床总体设计“三图一卡”11441被加工零件工序图11442绘制加工零件工序图12443加工示意图13444机床联系尺寸图165组合机床多轴箱的设计2251多轴箱的基本结构及表达式22511多轴箱的组成22512多轴箱总图绘制方法特点2252通用多轴箱设计22521绘制多轴箱设计原始依据图22522主轴、齿轮的确定及动力计算23523多轴箱传动设计24524绘制多轴箱总图及零件图286结论与展望3061结论3062不足之处及未来展望30致谢1参考文献32附录33缸头两面钻孔专机设计11绪论毕业设计是我们结束大学生涯一个重要的部分,检验一个学生的综合能力的重要举措,是我们在校期间专业考核的重要环节。通过系统的运用基础知识、基本技能以及设计能力、逻辑分析能力调查研究、查阅文献、收集资料、撰写论文等各方面能力进行的综合设计的过程,使我们重温了大学所学习的大部分内容,将所学习的理论知识和现实设计生产做了初步尝试性的结合。11本课题的研究内容和意义此项设计的主要任务是钻缸体两个直径5的侧孔和2个直径10的底孔专机总体设计、多轴箱及专用夹具设计。内容包括机床夹具的设计,组合机床总体设计,组合机床多轴箱设计,编写毕业设计论文。在这次设计任务对缸体钻孔的专机。所以设计时对机床的精度的要求还是很高的,在保证机床的精度上才能保证所要加工孔的精度。在设计多轴箱时要注意,因为在组合机床的诸多零件中,主轴箱是组合机床设计过程中工作量最大的部件。因为通常主轴箱是采用一根动力轴带动多根主轴的工作方式,各传动轴必须在有限的标准箱体空间中找到适宜的分布位置并避免干涉,而各轴的设计又必须保证其转速、旋向、强度和刚度,因此难度大、设计周期长。12国内外的发展概况随着工业生产社会化、专业化、集中化、高度机械化乃至自动化的步伐的加快,在进行工件加工时,为了降低成本和提高生产率,要求考虑使用专用机床和夹具。组合机床发展前景美国机床市场中组合机床所占的份额将会有所下降,其他一些工业发达国家也大体是如此。从柔件方面看,组合机床与柔性制造系统的目标是一致的,但在柔性化程度上毕竟组合机床还是受到一定的制约,两者相互靠拢,也有可能融合成为一种新的加工设备。在我国由于汽车工业还会有较大的发展,而在资金上,不可能大量采用柔性制造设备,所以组合机床市场还会行进一步的增张。但目前汽车都是一些引进外外的产品,技术要求较高,国内组合机床短时期内尚不能满足这些高技术要求。因此中国组合机床生产厂面临国外工厂的竞争,需要进一步提高质量和精度,否则在竞争中将会有挤垮的危险。组合机床行业虽然取得了较大的进步与发展,但是,在制造技术高速发展的今天,由于基础薄弱,从整体上看,与国外先进水平还存在着一定的差距。国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上,正朝着综合成套和具备柔性的方向发展,实现了机床工作程序软件化,工序高度集中,高效短节拍和多种功能的自动监控。13本课题应达到的要求此项设计是专机的设计但是在保证使用条件下仍才采用了很多通用部件,这样可以降低成本,所以这次设计的任务主要是设计专用夹具和多轴箱,专机的一些部件等等。熟悉组合机床通用部件和专用部件的选用;完成绘制组合机床的尺寸联系图、多轴箱图和夹具设计图及零件图;编制说明书一份;熟练运用CAD等制图软件。无锡太湖学院学士学位论文2设计方案的确定根据工件的结构特点,是一个回转体,考虑定位基准和设计基准的重合的原则,选择一面和两个8的孔作为定位基准,定位基准定了,组合机床的总体布置大体上也就定了。但是在确定机床总体布置时,还要考虑其他的一些因素的影响。21工件的大小、形状和加工部分的特点对于2面同时加工的工件,宜采用双工位的机床,以此来提高加工效率;对于小直径深孔的工件,通常采用专门的深孔加工的机床;对于被加工孔的中心线与定位基准平行,或需从几个面同时加工的工件,一般采用卧式机床;对于被加工孔的中心线与定位基准垂直的工件,一般采用立式机床,但是在采用这些原则时也要根据机床的使用条件来综合考虑。根据上述原则和缸体的特点,故采用卧式组合机床。22生产率的影响零件的生产批量的大小是决定采用单工位、多工位或者自动线,还是按中小批量生产特点来设计组合机床的重要因素。有时从工件的外行及轮廓尺寸上看,可采用单工位固定夹具的机床布置形式,但是由于生产率要求很高,就不得不采用多工位的机床布置方案,以便使装卸工件时间和机动时间重合。对于这个缸体的生产纲领2万/年;单班制。是小批量的生产采用了单工位固定夹具的组合机床。机床使用方便性和自动化程度分析比较时一定要与生产率相适应,不应过分追求机床的自动化程度。生产率高、节拍短,则要求自动化程度高、刀具耐磨且更换调整方便,这样使用才有方便性。23经济性与可靠性在满足加工要求的前提下,机床避免使用复杂刀具,力求简单和较高的通用化程度。这样可以降低机床成本,提高工作可靠性。有两点要注意1)应根据加工精度的需要选择相应精度等级的通用部件。2)应根据生产率要求合理安排工艺流程,均衡负荷,使机床数量少,机床利用率高(机床利用率不应低于50),以取得好的经济效果1。把组合机床的总体设计定下来后,再设计其中的零部件时根据机床的特点进行选择。缸头钻孔夹具设计33专用夹具的设计31夹具的功用与组成夹具是在机床上加工零件时使用的一种工艺装备,其主要功用时实现工件的定位和夹紧,使得工件加工时相对机床、刀具有正确地位置,以保证工件的加工质量和生产率的要求。夹具通常由定位元件或装置、夹紧元件或装置、夹具体、对刀和导引元件、分度元件或装置、动力元件或装置以及其他元件或装置(如定位键及有关零部件)等组成2。夹具设计时常用的零部件已有国家标准或部颁标准。32夹具的设计321调研分析1)工件生产纲领、生产类型分析;2)工件加工工艺方案分析,工件结构、精度特点分析;3)机床设计情况分析;4)夹具操作要求分析;工件尺寸如图31。图31工件尺寸图无锡太湖学院学士学位论文322确定工件定位方式由图上可知,定位基准是A面和2个Φ8的孔。所以,定位方式选用一面两销式。两销为一圆柱式定位销和一菱形式定位销。323确定工件加紧方式一面两销确定了6个方向的自由度,用压板压紧工件,用螺栓把钻模板与夹具体连接。324必要的加工精度计算及分析保证工件的加工精度是能够得到合格工件的前提条件,而影响工件加工精度的因素很多,一般影响加工精度是因为各种误差的存在,主要有定位误差、夹紧误差、夹具的安装误差、导向对刀误差、工艺系统误差等。其中夹具采用合理的定位、夹紧方案,选择合适的定位、夹紧元件,确定合适的尺寸、形位公差,保证工件的加工精度要求。定位误差是由于工件在夹具中定位不准确引起的加工误差。引起定位误差的原因,一是由定位基准和工序基准不重合,叫基准不重合误差;另一种是由于定位基准在夹具中定位不一致,叫定位基准位移误差。本夹具的定位基准与设计基准一致,基准不重合误差为零。基准位移误差为003MM。所以其定位误差为003MM。夹具制造与安装误差该项误差包括钻套与衬套的配合间隙,由配合尺寸H7/H6可确定其最大间隙为0029MM。钻套孔与外圆的同轴度误差此处取为001MM。刀具引偏量采用钻套引导刀具时,刀具引偏量3公式HBHHE2(31)式中E刀具引偏量;H钻套高度;H排削间隙;B钻孔深度;刀具与钻套之间的最大间隙;本夹具钻套与钻头的配合取ΦH7/H6,可确定020MM,将H23MM,H10MM,B2425MM,代入上式HBHHE2(23/224258)X002/230039MM该值略大于零件相应公差的三分之二,夹具可以使用。325夹紧力计算、分析由于夹紧力与轴向力的方向相反,所以夹紧力至少要大于轴向力,轴向力的公式4F多轴箱NIF142CFDFXFFYKF式中FI各主轴所需的轴向切削力,单位为N。CF41889XF1YF08KF25060计算得F多轴箱4326N缸头钻孔夹具设计5所以夹紧力为F多轴箱/22163N1)确定对刀或导引方式;在钻床上的主要引导装置为钻套,其借助引导装置提高被加工零件的几何精度、尺寸精度以及孔系的位置精度。由于工件是中小批量生产,且选用可换钻套将引起钻套间的相碰,所以我选择固定式钻套。钻套与钻模板之间配合为H7/R6。2)确定夹具总体结构,协调各装置;如图32。图32夹具装配图无锡太湖学院学士学位论文4组合机床总体设计41组合机床的组成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。组合机床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。411组合机床的特点1、组合机床对于普通机床的优点在于更适合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,可选用成熟的通用零件、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、组合化。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或生产线;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5。412组合机床的工艺范围组合机床加工时,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进行平面加工和孔加工两大类工序。平面加工包括铣平面、锪(刮)平面、车端面等;孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹、锪沉孔、滚压孔等。随着综合自动化的发展,其工艺范围正扩大到车外圆、行星铣削、拉削、推削、磨削、珩磨及抛光、冲压等工序。此外,还可以完成焊接、热处理、自动装配和检测、清洗和零件分类及打印等非切削工艺。413组合机床配置型式组合机床的通用件部件分大型和小型两大类。所以大型组合机床和小型组合机床在结构和配置型式有较大的差别。大型组合机床的配置型式多种多样,根据配置型式,组合机床可分为单工位和多工位两大类。其中单工位组合机床按被加工面的数量又有单面、双面、三面和四面4种,通常只能对各个加工部位同时进行一次加工;多工位组合机床则有回转工作台式、往复工作台式、中长立柱式和回转鼓轮式4种6,能对加工部位进行多次加工。小型组合机床的配置型式可分为单工位和多工位两大类等。缸头钻孔夹具设计7本次设计的是单工位、单面、卧式的大型组合机床。414组合机床的设计步骤组合机床一般都是根据和用户签定的设计、制造合同进行设计的。我所做的课题就是这样的。1、调查研究主要是对加工图样研究和工厂实际情况的调查研究;2、总体方案设计,就是编制“三图一卡”;3、技术设计就是设计机床各专用部件正式总图,如设计夹具,多轴箱等;工作设计即绘制各个专用部件的施工图样、编制各部件零件明细表。工艺方案的拟定是组合机床设计的关键一步。因为工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。因此,应根据工件的加工要求和特点,按一定的原则,结合组合机床常用工艺方法,充分考虑各种影响因素,并经技术经济分析后拟定出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。42组合机床工艺方案的确定421组合机床工艺方案的基本原则1、粗细加工分开原则粗加工时的切削负荷较大,切削产生的热变形。较大夹紧压力引起的工件变形以及切削振动等,对精加工工序十分不利,影响加工尺寸精度和表面粗糙度。因此,在拟定工件一个连续的多工序工艺过程时,应选择粗精加工工序分开的原则。2、工序集中原则工序集中时近代机械加工主要发展方向之一。组合机床正是基于这一原则发展而来的,即运用多刀(相同或不同刀具)集中在一台机床上完成一个或几个共建的不同表面的复杂工艺过程,从而有效地提高生产率。因此,拟定工艺方案时,在保证工件质量和操作维修方面的前提下,应适当提高工序集中程度,以便减少机床台数、占地面积和节省人力,取得理想的效果。但是,工序过于集中会使机床结构台复杂,增加机床设计和制造难度,机床使用调整不便,甚至影响机床是使用性能。如刀具数过多,停机率增加,反而会影响机床生产率,切削负载过大,当工件刚性不足而产生变形会影响工件质量。因此须全面分析多方因素,合理决定工序集中程度。考虑的一般原则有如下两个方面一是适当考虑相同类型工序的集中;二是有相对位置精度要求的工序应集中加工。422确定组合机床工艺方案应注意的问题1、按一般原则拟定工艺方案时的一些限制(1)孔间中心距的限制根据切削扭矩计算要求,主轴轴颈和轴承外径有一最小许用尺寸;对于螺纹孔加工还要考虑相应攻螺纹靠模的径向尺寸限制;对于镗孔,要考虑浮动卡头和导向尺寸或刚性主轴机构尺寸限制。所以近距离孔能否在同一多轴箱上同一工位进行加工,要受各类主轴允许的最小中心距限制。(2)工件结构工艺性不好的限制有些工件结构工艺性不好,如箱体多层壁上的同轴线的孔径中间大两头小时,则进刀困难。又如多层壁同轴孔,为便于布置中间导向装置,孔中心离箱体侧壁间距离也应足够7。2、其他应注意的问题无锡太湖学院学士学位论文(1)精镗孔时用注意孔表面是否允许留有退刀刀痕。(2)对互相结合的量壳体零件,均应分别从截获面加工联接孔。(3)钻阶梯孔时,应先钻大孔后钻小孔。(4)平面一般采用铣削加工。(5)在制定加工一个工件的几台成套机床或流水线的工艺方案时,应尽可能使精加工集中在所有粗加工之后,以减少内应力变形影响,有利于保证加工精度。423工艺方案的拟订拟订专用机床工艺方案的一般步骤如下1、分析、研究加工要求和现场工艺在制定组合机床工艺方案时,首先要分析、研究被加工零件,如被加工零件的用途及其结构特点,加工部位及其精度、表面粗糙度、技术要求及生产纲领。深入现场调查分析零件的加工工艺方法,定位和夹紧方式,所采用的设备、刀具及切削用量,生产率情况及工作条件等方面的现行工艺资料,以便制定出切合实际的合理工艺方案。本设计所加工的是缸体,属于箱体类零件,其结构不是很复杂,加工不是很困难。我所加工的是两个侧面上的钻孔都属于普通级别,生产纲领是2万件/年,单班制,属于小批量生产。因此可以采用组合机床来进行生产。本次设计专用钻夹具,因为是工业生产,要求操作简单迅速,故采用较简单的手动夹紧方式。2、定位基准和夹压部位的选择正确选择定位基准和夹紧部位时保证加工精度的重要条件。本设计采用一面两孔的定位方案来保证此钻孔的加工精度,则选择2Φ8的孔和其所在的下底面平面作为定位基准。它们又是设计基准,用他们做定位基准,能使加工遵循“基准重合”的原则,保证工艺基准和设计基准的重合。实现箱体零件“一面两孔”的典型定位方式。夹紧位置选择在有足够的夹紧力下箱体产生变形最小的部位。3、影响工艺方案的主要因素(1)加工的工序内容和加工精度我所加工的是钻孔,工序上有具体的公差要求。(2)被加工零件的特点。工件材料及硬度材料ZL108,硬度为HB4060。加工部位的构造形状分别为底面上的2个Φ10孔和侧面2个Φ5孔。工件的刚性满足要求。零件的生产批量生产纲领是2万件/年,单班制。使用厂后方车间的制造能力可以胜任。424工序间余量的确定钻2个Φ10的孔,应粗加工Φ92的孔。在钻2个Φ5的孔应该先粗加工Φ42的孔。425刀具结构的选择钻孔选择高速钢锥柄长麻花钻。高速钢的优点是强度、韧性和工艺性能好,且价格便宜。43切削用量的确定在组合机床工艺方案确定过程中,工艺方法和关键工序的切削用量选择十分重要。切缸头钻孔夹具设计9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、机床的结构型式即工作可靠性均有较大的影响。431组合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题1、组合机床切削用量选择的特点1组合机床常采用多刀多刃同时切削,为尽量减少换刀时间的消耗,保证机床的生产率及经济效果,选用的切削用量应比通用机床单刀加工时低30左右。2组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给。因此,同一滑台带动的多轴箱上所有刀具的每分钟进给量相同,即等于滑台的工进速度。2、组合机床切削用量选择方法及应注意的问题目前常用查表法,参照生产现场同类工艺,必要时经工艺试验确定切削用量。组合机床加工孔、平面及螺纹的常用切削用量都要查一般的手册。确定切削用量时用注意以下问题。1)应尽量做到合理使用所有刀具,充分发挥其使用性能。2)复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用受命。3)多轴镗孔主轴刀头均需定向快速进退时(刀头处于同一角度位置进入或退出工件孔),各镗轴转速应相等或成整数倍。4)选择切削用量时要注意既要保证生产批量要求,又要保证刀具一定的耐用度。5)确定切削用量时,还需考虑所选动力滑台的性能。432确定切削速度和切削用量1、钻孔2Φ5MM加工材料HT250工序侧面钻孔。查高速钢钻头切削用量表得加工直径Φ5MM,布氏硬度为180220的孔切削速度为1018M/MIN,取18M/MIN;进给量为00501MM/R,取008MM/R。D孔深/直径2425/548因为深孔钻削切削用量需要递减,根据深孔钻削切削用量递减表得所以,实际切削速度为V0718126M/MIN实际进给量为090080072MM/R2、钻孔2Φ10MM加工材料HT250工序顶面钻孔。查高速钢钻头切削用量表得加工直径Φ10MM,布氏硬度为180220的孔切削速度为1825M/MIN,取18M/MIN;进给量为00501MM/R,取008MM/R。无锡太湖学院学士学位论文D孔深/直径2425/548因为深孔钻削切削用量需要递减,根据深孔钻削切削用量递减表得所以,实际切削速度为V0718126M/MIN实际进给量为090080072MM/R433切削力、切削转矩、切削功率钻孔计算8加工孔Φ5和Φ10取钻Φ5MM孔的切削速度V126M/MIN,由此算出转速为N1000V/ΠD1000126/31452894R/MIN按机床实际转速取N1000R/MIN,则实际切削速度为V100031452/10001633M/MIN工进速度VFNF1000007272MM/MINHBHB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