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皮套圈座多轴钻孔专机设计

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皮套圈座多轴钻孔专机设计

摘要随着自动化应用的逐步提高,组合机床越来越多的出现在现代工厂中,组合机床是以通用部件为基础,配以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合系列化,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,在大批量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。本次设计为皮套圈座钻孔专用机床,同时完成3个孔的加工。主要有以下几个方面1方案的制定,根据提供的零件图,通过相关材料分析制定可行性方案并拟定加工工艺规程;2“三图一卡”工序图、加工示意图、尺寸联系图的绘制以及生产率计算卡的计算,根据要求设计图纸;3主轴箱结构的设计,包括动力系统、传动系统的制定,轴的设计,齿轮的设计,轴承的选择,润滑系统的制定;4零件图的绘制,包括轴、齿轮;5说明书的撰写。关键词组合机床;组合机床;三图一卡IIABSTRACTWITHINCREASINGAUTOMATIONAPPLICATIONS,COMBINEDMACHINETOOLMOREANDMOREAPPEARINMODERNFACTORIES,THECOMBINATIONOFMOREOCCASIONSBASEDONGENERALPARTS,MATCHWITHWORKPIECESPECIFICSHAPEANDPROCESSDESIGNOFSPECIALCOMPONENTSANDFIXTURES,COMPOSEDOFSEMIAUTOMATICORAUTOMATICSPECIALMACHINEITUSUALLYADOPTSTHEMULTIAXIAL,KNIFE,PROCESSES,ANDMULTIFACETEDORMULTISTAGEANDPROCESSING,PRODUCTIONEFFICIENCYTHANGENERALMACHINEHIGHSEVERALTIMESORMOREDUETOTHECOMMONPARTSHAVESTANDARDSERIES,CANACCORDINGTOTHECOMBINEDFLEXIBLECONFIGURATION,CANSHORTENTHECYCLEOFDESIGNANDMANUFACTURETHEREFORE,THECOMBINATIONMACHINEHASTHEADVANTAGESOFLOWCOSTANDHIGHEFFICIENCY,INLARGE,MASSPRODUCTIONISWIDELYUSED,ANDTHEAUTOMATICPRODUCTIONLINECANBEUSEDTOCOMPOSITIONTHEDESIGNFORTHELEATHERSEATDRILLINGMACHINE,THEPROCESSINGATTHESAMETIMETOCOMPLETETHE3HOLETHISDESIGNMAINLYINTHEFOLLOWINGASPECTS1ACCORDINGTOTHEFORMULATIONOFPROGRAMMES,PROVIDINGTHEPARTSDRAWINGTHROUGHRELEVANTMATERIALANALYSIS,THEFEASIBILITYPLANANDPLANFORMULATEDPROCESSINGPROCEDURES;2THREEGRAPHONECARDPROCESSGRAPH,PROCESSINGSCHEMES,SIZECONTACTDRAWINGANDPRODUCTIVITYCALCULATIONACCORDINGTOREQUIREMENTSOFCALCULATION,CARDDESIGNDRAWINGS;3SPINDLEBOXSTRUCTUREDESIGN,INCLUDINGPOWERSYSTEMANDTRANSMISSIONSYSTEM,THEDESIGNOFTHEFORMULATIONOFSHAFT,THEGEARDESIGN,BEARINGTHEFORMULATIONOFCHOICE,LUBRICATINGSYSTEM;4COMPONENTDRAWING,INCLUDINGSHAFT,GEAR;5WRITTENINSTRUCTIONSKEYWORDSUNITBUILTMACHINETOOL;SPINDLEBOX;THREEDIAGRAMACARD目录摘要IABSTRACTII目录III1绪论111课题的来源及意义112组合机床及特点113国内外该研究技术现状12组合机床总体方案设计221组合机床的设计步骤222编制工艺规程的原始资料2221被加工零件图一张2222零件机械加工工艺路线的拟定4223工序的加工余量及切削刀具的选择4224切削刀具的选择523组合机床切削用量选择及计算524确定机床的配置形式725“三图”的编制8251被加工零件工序图8252加工示意图8253机床联系尺寸总图103左多轴箱的设计1331电动机的选择1332绘制多轴箱设计原始依据图1333确定主轴结构型式及齿轮模数1334多轴箱传动系统设计14341拟定传动路线14342确定传动轴位置及齿轮齿数15343绘制传动系统图1635绘制多轴箱总图164右多轴箱设计2141电动机的选择2142绘制多轴箱设计原始依据图2143确定主轴结构型式及齿轮模数2144多轴箱传动系统设计22441拟定传动路线22442确定传动轴位置及齿轮齿数23IV443绘制传动系统图2445液压滑台结构的设计255夹具的设计2651定位基准的选择2652夹紧方案的确定2653夹紧力的计算2654定位误差分析2655组合机床“一卡”的编制276结论2961结论2962不足之处及未来展望29致谢30参考文献31皮套圈座多轴钻孔专机设计11绪论11课题的来源及意义无锡市江泰机械制造厂是一家专业从事外协件加工的企业,公司现采用加工中心加工纺织机械零件皮圈架座上的三个孔,工装时间长,加工成本高,效率不高。因而需要设计一台专机达到提高工作效率,降低生产成本,同时保证加工质量的目的。传统机床只能对一种零件进行单刀,单工位,单面,单轴加工,成产效率低而且加工精度不稳定,组合机床能够对一种或几种零件进行多刀、多面、多轴、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铣削磨削等工序,生产效率高,加工精度稳定。本课题针对皮套圈座设计专用多孔钻机,有利于提高大批量的生产效率,提高加工精度稳定性,节约资源。从而可以提高企业业内的竞争力与生产效率13。12组合机床及特点组合机床是用按系列化标准设计的通用部件和被加工零件的形状及加工工艺要求设计的部件组成的高效率组合机床。组合机床常用的通用部件有床身、立柱、底座、动力箱、动力滑台、各种工艺切削头等。对于一些按顺序加工的多工位组合机床,还具有移动工作台或回转工作台。根据工件加工的需要,用这些通用部件配以部分专用部件就可组成组合机床。当工件改变了,还是用这些通用部件,只将部分部件改装,又可以组成加工新工件的机床4。普通机床加工零件时,不仅工人劳动强度很大,效率也不高,而且不利于保证产品加工精度。组合机床是按高度工序集中原则设计的,即在一台机床上可以同时完成许多同一种工序或多种不同工序的加工,它可以同时用多个刀具进行切削,机床的辅助动作实现了自动化,结构比普通机床简单,提高了生产效率。13国内外该研究技术现状组合机床自1911年在美国研制成功后便广泛应用于大批量生产的汽车工业中,并且随着汽车工业的发展而逐步完善。组合机床是根据被加工件的工艺要求,按照工序高度集中的原则而设计的,并以系列化、标准化的通用部件为基础,配以少量专用部件而组成的专用设备,并配以专用夹具,采用多把刀具同时进行加工。随着国家对世贸承诺的逐步实现,价格的竞争优势也逐渐减少,在机构件方面,厦工、临工、宜工、龙工纷纷采用组合机床对动臂、前车架、后车架,前后铰接架的孔系进行加工,零件一次装夹,多头同时加工,比通用机床单孔逐个加工,效率提高了36倍,而且避免了工件调头而产生的二次定位误差。运用组合机床加工结构件与通用机床相比各孔系坐标精度可以由1MM提高到02MM,同轴度05MM提高到0.08MM,孔系平行度由07MM提高到01MM,而且所有精度均靠机床本身的装配精度保证,为提高整车的质量奠定了基础。组合机床与通用机床组合生产线使适当的投资能迅速扩大生产规模,解决通用机床加工效率低,同一工序需要多台机床加工的难题。无锡太湖学院学士学位论文22组合机床总体方案设计21组合机床的设计步骤⑴拟定方案阶段①制定工艺方案,这是设计组合机床最重要一步,所以必须认真分析被加工零件图纸,全面了解其结构特点、加工部位、尺寸精度、定位、夹紧方式、工艺方法和加工过程所用的刀具、辅具,切削用量等,分析总结后确定工艺方案;②确定机床配置形式及结构方案;③总体设计三图一卡;在选好工艺方案并确定机床配置形式及结构方案的基础上,进行方案图纸设计被加工零件工序图,加工示意图,机床尺寸联系图和生产率计算卡,统称“三图一卡”。⑵技术设计阶段根据确定的工艺和结构方案,按照加工示意图和机床联系尺寸图等展开部件设计,绘制夹具、主轴箱等的装配图。⑶工作设计阶段①绘制零件图;②编制机床说明书,制定机床精度检验、调整试车规范等相关验收标准。⑷制定工艺方案组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求,按高度集中工序原则设计的一种高效率专用机床。组合机床方案制定的主要内容经过分析比较,确定可行的加工方法确定工序间加工余量、选择合适的切削用量、相应的刀具结构,确定机床配置形式等。22编制工艺规程的原始资料221被加工零件图一张皮圈架座是纺机卷绕机构中安装皮圈架的一个重要零件,材料为ZL101,硬度为50HBS。分析图纸可知,三个待加工孔之间的位置精度要求不是很高,而单个孔的尺寸精度和粗糙度要求比较高,分别为12U6(0033/0044MM),11H7(0018/0MM),10H7(0015/0MM),粗糙度RA都为16M。另外12孔的轴线和底面的平行度要求为01MM,因而12孔的要求最高。在本道工序前,底面已经过铣削加工,平面度为01MM。三个待加工孔为铸孔,毛坯上孔尺寸为9490MM,104100MM,114110MM。皮套圈座多轴钻孔专机设计3图21皮套圈座零件三维图图22皮套圈座机加工图⑴零件图上的技术要求①材料为ZL101;②零件硬度50HBS;⑵生产纲领的计算要求批量生产10000件/年,备品率1,废品率2/11年件BANQN(21)式中N零件的年生产纲领(件/年)Q产品的年产量(台/年)N每台产品中,该零件的数量(件/台)A备品率B废品率无锡太湖学院学士学位论文4零件年生产纲领的计算年件年件/5000/103022111110000N故该零件的生产属于大量生产。222零件机械加工工艺路线的拟定通过图纸的要求,对该零件进行加工工艺分析如下该零件为皮套圈座,材料为铸铝,其毛坯为铸造出来的,所以需要安排人工时效,进行热处理以改善性材料性能和消除内应力。该工件的主要加工为钻孔,铰孔,考虑加工零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求,按照先粗后精,先主后次,先基面后其他,先面后孔的工序安排原则,生产效率要求制定初步的设计方案、零件加工的工艺过程,初步确定了工艺路线5。工艺规程的初步制定工序0热处理工序5车底端面工序10铣底端面工序15加工底端两孔(钻,铰)工序20钻孔,铰孔工序25尺寸检验工序30零件要求检验对该工艺分析先加工下端面,然后再加工下端部两孔,再加工剩下的三个孔,这样就可以保证孔的位置精度,并且可以为后的加工提供定位基准;而且最大程度地采取了工序集中得原则,以便提高每一台机床的利用率,该规程经老师指导后将工艺路线制定为表21表21机械加工工艺规程工序号工步名称工步名称工艺设备0热处理退火退火设备5车底端面以毛坯预留孔为粗基准,粗车下端面车床10铣底端面以达到零件所要平面度误差005铣床15钻孔钻Φ7的孔钻床20铰孔铰Φ7,达Φ7H7铰刀25钻孔钻Φ10,达图要求组合机床30钻Φ11,达图要求铣铰刀具35钻Φ12,达图要求40终检按图纸要求检验223工序的加工余量及切削刀具的选择加工余量的确定钻孔加工不留余量一次加工完成。皮套圈座多轴钻孔专机设计5224切削刀具的选择刀具用厂方提供的硬质合金铣铰复合刀具。23组合机床切削用量选择及计算查1表614并结合其它参数,确定主轴转速的确定N1000R/MIN,F06MM/R切削力F,切削转矩M,切削功率P的计算公式由1可知计算公式如下DTF/60(21)60680830790680HBAFDTP(22)DMVP9740(23)式中F切削轴向力(N);D钻头直径(MM);F每转进给量(MM/R);T切削转矩(NMM);P切削功率(KW);PA切削深度(MM);V切削速度(M/MIN);HB零件的布氏硬度值,通常给出一个范围。对于公式(21)(23)取最大值,对于(24)取最大值减去硬度偏差值的三分之一。⑴用直径D12MM的硬质合金铣铰复合刀具钻222MM深的孔,根据刀具直径和工件,刀具材料,查1可知D12MM,N1000R/MIN,F06MM/R。硬度HB50由公式22得MMNT270950506012680607906808301由公式21得MMNF4513512270960由公式23得KWDDP280100019740N2709①滑台每分钟进给量的计算由3知FVFN式中N主轴转速(R/MIN)F主轴进给量(MM/R)FV滑台每分钟进给量(MM/MIN)MIN/600601000MMVF无锡太湖学院学士学位论文6②主轴直径的确定由1表34,轴能承受的转矩计算41100MBD式中D轴的直径(MM);M轴所传递的转矩(NMM);B系数。B与扭矩角Φ有关,当为刚性主轴时,B73MMMBD716100250取D20MM⑵用直径D10MM的硬质合金铣铰复合刀具钻19MM深的孔,根据刀具直径和工件,刀具材料,查1可知D10MM,N1000R/MIN,F06MM/R。硬度HB50由公式22得MMNT4232850506010680607906808302由公式21得MMNF140104232860由公式23得KWDDP240100019740N42328①滑台每分钟进给量的计算由3知FVFN式中N主轴转速(R/MIN)F主轴进给量(MM/R)FV滑台每分钟进给量(MM/MIN)MIN/600601000MMVF②主轴直径的确定由1表34轴能承受的转矩计算41100MBD式中D轴的直径(MM);M轴所传递的转矩(NMM);B系数。B与扭矩角Φ有关,当为刚性主轴时,B73MMMBD116100250取D20MM⑶用直径D11MM的硬质合金铣铰复合刀具钻19MM深的孔,根据刀具直径和工件,皮套圈座多轴钻孔专机设计7刀具材料,查1可知D11MM,N1000R/MIN,F06MM/R。硬度HB50VND由公式22得MMNT252050506011680607906808303由公式21得MMNF13811252060由公式23得KWDDP260100019740N2520①滑台每分钟进给量的计算由3知FVFN式中N主轴转速(R/MIN)F主轴进给量(MM/R)FV滑台每分钟进给量(MM/MIN)MIN/600601000MMVF②主轴直径的确定由1表34轴能承受的转矩计算41100MBD式中D轴的直径(MM);M轴所传递的转矩(NMM);B系数。B与扭矩角Φ有关,当为刚性主轴时,B73MMMBD416100250取D20MM24确定机床的配置形式由前文中的工艺可知,可采取单面或双面单工序配置形式,一次进给,不留余量,其配置形式如下图23单面配置无锡太湖学院学士学位论文8图24双面配置采用图23单面配置可实现三个孔的位置精度与技术要求,但由于孔Φ12与孔Φ10位置较为靠近,主轴的轴承须采用滚针轴承,无保持架的滚针轴承在使用过程中可靠性差,易发生抱轴、过热,稳定性能较差。同时,孔Φ12的精度要求最高和相对底平面要有一定的平行度要求,则采用图24双面配置。一面加工孔Φ12,另一面同时加工孔Φ10与孔Φ11,故机床为单工位双面卧式组合机床56。25“三图”的编制组合机床的三图的编制,也就是为皮套圈座钻孔进行设计,提供总体方案图样以及设计,为机床的设计提供依据。251被加工零件工序图由零件的工艺流程为基础来确定零件的工序图,图如下图25皮套圈座工序图252加工示意图2521主轴外伸直径的确定由“25组合机床切削用量选择及计算”可知,钻Φ12孔的主轴直径选取为Φ20MM,皮套圈座多轴钻孔专机设计9钻Φ11孔的主轴直径选取为Φ20MM,钻Φ10孔的主轴直径选取为Φ20MM,则查组合机床简明手册表36通用主轴的系列参数,又由于主轴为刚性主轴,则主轴参数如下表21各主轴尺寸参数2522刀柄的选择现有的铣铰刀为圆柱刀柄,三轴均采用ER20弹簧夹头直接装在主轴孔中,刚性好,加工零件精度高。查阅资料,刀柄采用BT30ER20060系列。2523动力部件工作循环及行程的确定动力部件的工作循环是指加工时动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置又返回原始位置的动作过程。一般包括快速引进,工作进给,快速退回等动作。有时还有中间停止,多次往复进给,跳跃进给,死挡铁停留等特殊要求,这是根据具体的加工工艺需要确定的。由工艺方案可得到两个动力部件的工作循环均为快进工进快退工作进给长度工L的确定图26工作进给长度21LLLL工其中L1切入长度,一般取510MML加工孔长度(MM)L2切出长度(MM)钻孔(MM)直径D(MM)外伸长度L(MM)外伸部分的直径D外(MM)Φ102011532Φ112011532Φ122011532无锡太湖学院学士学位论文10查1表37,从而确定切出长度2L钻Φ10孔与Φ11孔处的工作行程均为MMLLLL371219621工钻Φ12孔处的工作行程为MMLLLL40122228521工动力部件总行程的确定取两头动力部件的前备量都为10MM;后备量左头为58,右头为55。则总行程都为150MM。2524确定联系尺寸工件端面到双轴动力箱端面的距离为11560701912214MM工件另一端面到单轴动力头端面的距离为1156070222122108MM其它注意问题⑴加工示意图上应有足够的联系尺寸,并标注恰当。尤其是从多轴箱端面到刀尖的轴向尺寸应齐全,以备检查行程和调整机床使用。图上应标注各主轴的切削用量及必要说明。⑵加工示意图应按加工终了状态绘制。⑶加工示意图上应有表示加工过程的工作循环图及各行程长度。由上可知加工示意图如下BT30ER20060右钻削头箱端面快进45工进40快退85右头工作循环左头工作循环快退82工进37快进45左多轴箱端面图27皮套圈座加工示意图253机床联系尺寸总图机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据,并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置型式,主要构成级各部件安装位置,相互联系,运动关系和操作方位的总体布局图1。皮套圈座多轴钻孔专机设计11组合机床的动力部件是配置组合机床的基础。它主要包括用以实现刀具主轴旋转主运动的动力箱,各种工艺切削用头及实现进给运动的动力滑台。具体动力部件的选择⑴选择动力部件机床已确定为单工位双面卧式组合机床,液压滑台实现工作进给运动,选用配套的动力头驱动主轴。①左多轴箱动力部件的选用KWPP625080/260240/切削左多轴箱切削P消耗于各主轴的切削功率的总和(KW)多轴箱的传动效率,加工有色金属时取0708考虑到转速损失,采用驱动轴到主轴为降速传动。故动力箱N>1000R/MIN查阅1和3等相关资料,选用不到合适的动力箱,经与导师商量,决定亦自行设计。②右多轴箱动力部件的选用KWPP35080/280/切削右多轴箱切削P消耗于各主轴的切削功率的总和(KW)多轴箱的传动效率,加工有色金属时取0708考虑到转速损失,采用驱动轴到主轴为降速传动。故动力箱N>1000R/MIN查阅1和3等相关资料,选用不到合适的动力箱,经与导师商量,决定亦自行设计。③由于资料有限,没有找到合适的小型组合机床用HYA液压滑台。故将在动力头设计的基础上自行设计。④底座、工作台和夹具全部自行设计⑵机床总图的绘制由于查找资料找不到合适的动力箱,则自行设计,把传统的动力箱多轴箱组合结构改造设计为电机直接驱动式多轴箱,多轴箱安装在滑鞍上的结构;由于找不到适用于小型组合机床上的HYA液压滑台,则亦不遵循传统的双面组合机床一边一滑台结构,创新使用“合二为一”思想,整体滑台,此方案又省略设计了中间底座,工作台直接安装在导轨上;参考CA6140配置,在两侧底座中间设置托盘,用以切屑和冷却液的收集。结合这些设计思想,可以在加工示意图的基础上绘制出机床联系总图710。无锡太湖学院学士学位论文12图28机床尺寸联系总图

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