花键加工专用设备设计.doc花键加工专用设备设计.doc

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WWW88DOC88COMWWWYANZIEDUCOM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WWW88DOC88COMWWWYANZIEDUCOMABSTRACTTHEPAPERINTRODUCESTHESPECIALMETHODSOFMILLMACHINEWHICHCANCHANGEX62WOMNIPOTENCEMILLINGMACHINETOSPLINEAXISITANALYSESTHEORETICALLYTHEORIENTATIONPRECISIONWHENTHEDESIGNISUSEDTOPROCESSRECTANGLESPLINEANDISVALIDATEDPRACTICALLYITALSOSETSFORTHCAREFULLYTHEYWHOLECOURSEANDITSCRAFTWORKINWHICHANELECTROMOTIONKNIFERESTREPLACEOMNIPOTENCEDIVISIONENDTOREALIZEPARTDIVISIONHYTHEADOPTIONOFTHESYSTEMTHESPLINECRAFTWORKCANTURNITSMOLDINGCOURSETOAUTOMATIONCYCLECOURSEINCLUDINGENTRYSWORDMILLING,QUITTINGSWORD,PARTDIVISION,REENTRYSWORDANDINTHEPROCESSNOMANUALPOWERISINVOLVEDTILLAWORKPIECEISDONEWITHANDTHEMACHINESTOPPEDAUTOMATICALLYTHEDESKADOPTSHYDRAULICPRESSUREDRIVESLIPWAY;THESELFMOTIONCYCLECOURSEUSESPLCCONTROL,WHICHCOMBINETHEENGINEELECTRICITYLIQUIDLINKAGETOMAKEOPERATIONEASIERANDMORECONVENIENT,WIDERANDMORTPOPULAR,DIVISIONSPEEDANDPRECISIONHIGHER,REDUCELABORINTENSIONANDPROVIDEACONDITIONTOIMPROVETHEEFFICIENCY,TOCREATEACONDITIONOFAUTOMATIONTOFINISHTHESPLINEMOLDINGBYTHEMILLINGMACHINEKEYWORDSPARTDIVISIONELECTROMOTIONSPLINEAXISHYDRAULICPRESSURECONTROLPLCAUTOMATIONCRAFTWORKEQUIPMENTWWW88DOC88COMWWWYANZIEDUCOM目录1绪论111工程背景和意义112花键加工工艺的发展现状和趋势113设计本课题的内容和方法2131设计内容2132设计方法314本章小结32花键加工工艺装备的方案设计421引言422分度装置方案设计4221分度装置原理分析4223分度装置方案之二液压油缸分度装置分析7224分度装置方案之三蜗轮蜗杆分度装置分析8225分度装置方案之四电动刀架用作分度机构的原理分析8226分度方案的选用1023机械传动系统方案设计10231传动系统的要求分析10232丝杠螺母机构的传动分析11233滚珠丝杠传动分析11234液压动力滑台的方案设计12235确定进给传动方案1324控制系统的方案设计与分析14241控制系统的要求14242控制系统方案分析一继电接触器控制系统分析14243控制系统方案分析二微机控制系统分析14244控制系统方案分析三PLC控制系统分析15245选定控制系统方案可编程控制器控制系统152.5本课题采用的方案特点分析15251分度装置的特点分析16252进给系统的特点分析16253控制系统的特点分析1626本章小结173分度机构的设计18WWW88DOC88COMWWWYANZIEDUCOM31引言1832选用步进电机1833蜗轮蜗杆计算18331蜗轮蜗杆设计输入参数18332蜗轮蜗杆基本参数1834蜗轮轴设计22341轴的直径与长度的确定22342轴的校核22343蜗轮与轴的联接设计2635箱体的设计2636其他274液压系统设计2941引言2942液压系统的要求与工况分析29421液压系统的要求29422液压系统的工况分析29423液压系统的动力分析29424液压缸的负载循环图3143液压系统原理图的说明3144确定液压系统主要参数31441液压缸的设计计算32442活塞杆计算与连接方式32443液压缸的工作行程35444液压缸的流量35445缸筒的设计36446缸盖的设计38447活塞的设计3845导向环、导向套的选取39451导向环39452导向套3946密封和防尘39461密封方式的选择39462防尘圈的选择3947液压泵的确定与所需功率的计算40471液压泵的确定40WWW88DOC88COMWWWYANZIEDUCOM472确定驱动液压泵的功率40473选择电动机4048阀类元件的选择41481选择依据41482阀体元件型号确定41483阀的安装4149管道的设计41491油管类型的选择41492油管尺寸的确定42493管接头的选择42410油箱的设计43411液压系统的性能验算444111系统压力损失的验算444112系统发热温升的验算44412本章小结455控制系统的设计4651引言4652工艺条件和控制要求47521手动控制的要求47522自动循环控制要求4853用户输入/输出设备4854PLC的选用及其电气控制元件的主参数设计48541PLC的选用48542电源引入开关选用48543热继电器的选择48544熔断器的选用49545接触器选用49546控制变压器的选用4955编制T形图和指令表4956输入程序并联机调试5057本章小结50结论51致谢52参考文献53附录54WWW88DOC88COMWWWYANZIEDUCOM1绪论11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HRC28~32,花键齿表面硬度要求为HRC48~55,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015~02MM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325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3~5个月。12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WWW88DOC88COMWWWYANZIEDUCOM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15~20秒,工件承载能力比切削件提高40,粗糙度达RA04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M≤35的齿轮和花键轴,并可轧制斜齿轮。更换程序时间05MIN,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20~30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15MIN/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15MIN/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TRAUBHECKERT公司的TNC42DGY八轴车铣中心和WFL公司的MILLTURNM100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。13设计本课题的内容和方法131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。
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