汽车控制箱钻孔工装设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 桂林电子科技大学信息科技学院 毕业设计 (论文 )说明书 题 目： 汽车控制箱钻孔工装设计 系 别： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 应用研究 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 采用数控回转 机构 可以在一次装夹中完成多道工序加工，缩短辅助时间，减少多次安装所带来的误差。本课题通过对数控回转 机构的机械结构以 进行了研究，探索数控回转 机构 的组成和工作原理。通过所学专业知识，完成了数控回转 机构机械部分与电气控制部分的设计，绘制了三维实体装配图。 本文主要对 汽车控制箱 零件一个侧面上的孔尽可能多地一次加工到位，设计了钻孔专用夹具设计。采用一面 挡销定位，手工螺旋夹紧方式，经过验证，稳定可靠，可以应用实践当中。 关键词： 回转 机构， 蜗杆副 ，电机 控制 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 C be in a of by of of C of C of of C D on on of as as a in a be in 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 目 录 摘 要 . I . 录 . 1 1 绪论 . 6 题研究意义 . 6 题要求 . 8 控回转机构的工作原理 . 9 控回转机构的发展状况 . 9 外数控回转机构的发展状况 . 9 内数控回转机构的发展状况 . 10 题的现实意义 . 10 文主要研究内容 . 10 2 回转机构方案设计 . 12 体方案设计内容 . 12 体方案的确定 . 12 体结构设计 . 12 速传动机构的设计 . 12 动方案简图 . 13 构抬起机构设计 . 13 3 回转机构设计计算 . 14 择电机类型 . 14 机容量的设计计算 . 14 杆传动的设计计算 . 15 择蜗杆传动类型 . 15 择材料 . 15 齿面接触疲劳强度设计 . 15 轮蜗杆的主要参数及尺寸 . 17 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 核齿根弯曲疲劳强度 . 17 度等级和表面粗糙度的确定 . 18 轮蜗杆的结构 . 18 杆传动的热平衡计算 . 18 杆螺母传动的设计计算 . 19 杆材料的选择 . 19 母材料的选择 . 19 杆螺母几何尺寸的计算 . 19 它参数的确定 . 20 锁性能校核 . 20 4 工装的结构设计 . 22 究原始质料 . 24 位基准的选择 . 25 削力及夹紧力的计算 . 25 差分析与计算 . 26 套、衬套选用 . 27 具设计及操作的简要说明 . 28 总结 . 29 参考文献 . 30 致 谢 . 31 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 1 绪论 题研究意义 现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。 夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。 在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在机床夹具设计是一项重要的技术工作。 在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。 1机 床夹具的主要功能 机床夹具的主要功能是装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。 （ 1） 定位 定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。 确定工件在夹具中占有正确位置的过程。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。 （ 2）夹紧 由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。 2机床夹具的特殊功能 机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。 （ 1）对刀 如铣床夹具中的 对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。 （ 2）导向 导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模 如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置 并引导其进行钻削。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 现生产控制箱，下安装铁支架孔均是手工钻孔，花费人力时间太多。 需求 :制作一个工装夹具，能一步到位，自动钻孔，操作工只需要将零件放进、取出产品即可。 代机床夹具的发展方向 现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化、柔性化四个方面。 标准化 机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 目前我国已有夹具零件及部件的国家标准： 214891 以及各类通用夹具、组合夹具标准等。 夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。 通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。 精密化 精密 化夹具的结构类型很多，随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达 于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为 5 m；精密心轴的同轴度公差可控制在 1 m 内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可达 m。 高效化 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。 柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它 是指机床夹具通过调整、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。 具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。 题要求 机械加工工艺 是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据。 一个普通零件的加工工艺流程是粗加工 装配 包装，就是个加工的笼统的流程。 机械加工 工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。 比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详 细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品 或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明。 总的来说，加工工艺是每个步骤的详细参数工艺流程是纲领，工艺规程是某个厂根据实际情况编 写的特定的加工工艺。 制订工艺规程的步骤 1) 计算年生产纲领，确定生产类型。 2) 分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。 3) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 4) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和 辅助工具 。 5) 填写工艺文件。 6) 选择毛坯。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 7) 拟订工艺路线。 8) 确定切削用量及工时定额。 8) 确定各主要工序的技术要 求及检验方法。 本课题主要完成如下： 加工方案的设计。 工装的结构设计。 度分析。 计算机运动仿真。 图纸 12 张左右。 控回转 机构 的工作原理 设计自动回转 机构 ，适使自动回转 机构 在结构上具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力，同时具有快速性、稳定性和高定位精度的重复性。 图 1构 的传动结构示意图 。 图 1自动回转 机构 的传动结构示意图 1 发信盘 2 推力轴承 3 螺杆螺母副 4 端面齿盘 5 反靠圆盘 6 三相异步电动机 7 联轴器 8 蜗杆副 9 反靠销 10 圆柱销 11 上盖圆盘 12 上体 控回转 机构 的发展状况 外数控回转 机构 的发展状况 国外数控机床附件产品的开发应用比较早，经验丰富，再由于技术进步，新材料，新结构的不断出现与应用，使得其产品的可靠性比较高。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 国外主要分为日本和欧美两大流派。其产品的特点是夹紧力大，采用专用电机，体积小，转矩大，可靠性高，耐磨，可靠性较高。比如，日本日研公司部分回转 机构 的核心部件蜗杆副，蜗轮采用氮化钢，齿部表面采用氮化 处理，硬度高；蜗杆为硬质合金蜗杆；整个蜗杆副为硬齿面接触，耐磨。既实现了高速又保证了高可靠性。还有德国的肖特（ 意大利的杜普洛马蒂克（ 巴鲁法迪（ ，他们都有自己的系列、规格和专利。像肖特（ 机构 ，采用行星传动机构，其结构紧凑，传动方向均为同一方向，没有像蜗杆副的降速机构的交叉轴设计，易于一体化布置。采用牙嵌式齿行离合器的升起和加紧，空行程转角、小效率高，且自锁功能可靠。其控制部分大都与机床一起采用 前国际比较好的系统有西门 子，法拉克，三菱等。 内数控回转 机构 的发展状况 我国的 机构 生产还 处 在发展阶段，品种、规格、可靠性等方面还需要有一个完善的过程，远远没有达到成熟。基本上采用传统材料和传统，加上部分外购配套件的可靠性较差造成产品整体的可靠性与外国的差距。 国内部分 机构 回转原理为电机经弹簧理合器带动蜗杆，再由蜗轮带动蜗杆旋转，当机构 转体时，由霍尔元件不断检测 机构 转体是否到位，到位后霍尔元件发出信号，然后反转锁紧。主要采用有销盘、内齿盘，外齿盘组成的三端齿定位机构实现准确定位。其控制部分主要选用 及 司的 烟台机床附件厂是目前我国生产 机构 水平最高的厂家，特别是可以生产带刀头的 机构 。该厂家全套引进意大利的生产线，产品属于高档型。 题的现实意义 数控 机构 作为数控机床必需的功能部件，直接影响机床的性能和可靠性。 数控车床回转 机构 的基本要求： 转位准确可靠，工作平稳安全； 按最短路线就近选位，转位时间短； 重复定位精度高； 防水、防屑、密封性优良； 夹紧刚度高，适宜重负荷切削。 文主要研究内容 本设计回转 机构 的工作原理为机械螺母升 降转位式。工作过程可分为 机构 抬起、 机构 转位、 机构 定位并压紧等几个步骤。 机构 抬起 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 当数控系统发出换刀指令后 , 通过接口电路使电机正转 , 经传动装置 2、驱动蜗杆蜗轮机构 1、蜗轮带动丝杆螺母机构 8逆时针旋转 ,此时由于齿盘 3、 4处于啮合状态，在丝杆螺母机构 8转动时，使上 机构 体产生向上的轴向力将齿盘松开并抬起 ,直至两定位齿盘 3、 4 脱离啮合状态 ,从而带动上 机构 和齿盘产生“上台”动作。 机构 转位 当圆套 8逆时针转过 150时，齿盘 3、 4完全脱开，此时销钉准确进入圆套 8中的凹槽中，带动 机构 体转位。 机构 定 位 当上 机构 转到需要到位后（旋转 90、 180或 270），数控装置发出的换刀指令使霍尔开关 9 中的某一个选通 ,当磁性板 10 与被选通的霍尔开关对齐后 ,霍尔开关反馈信号使电机反转 ,插销 7在弹簧力作用下进入反靠盘 5地槽中进行粗定位，上 机构 体停止转动，电机继续反转，使其在该位置落下，通过螺母丝杆机构 7使上 机构移到齿盘 3、 4 重新啮合 , 实现精确定位。 机构 压紧 机构 精确定位后，电机及许反转，夹紧 机构 ，当两齿盘增加到一定夹紧力时， 电机由数控装置停止反转，防止电机不停反转而过载毁坏，从而完成一次换刀过程 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 2 回转机构方案设计 体方案设计内容 目前主要为立式四工位 ,通常采用双插销机构实现转位和预定位 ,电机采用右置式或转塔式。一般只能单向转位 ,采用齿轮 ,蜗杆传动 ,螺旋副加紧 ,多齿盘精定位。此种 机构价格便宜 ,适用于要求不高的数控机床 ,在我国应用最为广泛。但是 ,该 机构 工位少 ,回转空间大 ,易发生干涉 ,所以正向工序长 ,回转空间小的卧式 机构 过渡。 高精度型数控 机构 目前一般多为卧式八工位到十二工位。分为抬起式和不抬起式。抬起式仿意大利巴罗法蒂公司的 构 ,其缺点是转阻塞度不能过高 ,只能单向 回转；不抬起式仿意大利 机构 ,采用行星齿轮机构。或仿美国的三联分齿盘精定位 ,转位采用平行分度凸轮(又叫共辄凸轮 )或槽轮机构此种 机构 目前正逐渐推广。 带动力刀具的数控 机构 此种 机构 只有烟台机床附件厂生产 ,全套引进意大利的生产线和专利 ,一般用于车削加工中心。 体方案的确定 根据课题要求，本设计需要转动 4个工位进行钻削加工设计，故选择 4工位设计。 体 结构设计 速传动机构的设计 普通的三相异步电动机因转速太快，不能直接驱动 机构 进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式转位 机构 的结构特点，采用蜗杆副减速是最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。 采用蜗轮蜗杆传动和螺旋副加紧、双插销预定位、端面多齿盘精定位、霍尔元件发讯。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 动方案简图 图 2动方案简图 传动方案分析 采用蜗轮蜗杆传动的主要优点： 降速比大 ,结构紧凑 ,工作平稳无噪声。能阻滞扭转振动。当蜗杆螺旋升角小于摩擦角时 ,有反向自锁作用。 其主要缺点是 : 发热大 ,加工复杂 ,需要有与蜗杆参数相同的涡轮滚刀 ,对装 配误差较为敏感。 螺旋副加紧采用丝杠螺母机构传动 ,其特点是： 用较小的扭矩转动丝杠 (或螺母 ),可使螺母 (或丝杠 )获得较大的轴向牵引力。 可达到很大的降速传动比 ,使降速机构大为简化 ,传动链得以缩短。能达到较高的传动精度。传动平稳 ,无噪声。 在一定条件下能自锁 ,即丝杠螺母不能进钉逆向传动。此特点特别适用 于作部件升降传动。由于蜗杆传动和丝杠螺母传动均能自锁 ,即夹紧机构双重自锁，不必再配置制动器。 构 抬起机构设计 要想使上，下体的两个端面齿脱离，就必须设计合适的机构使上体抬起。本设计选用螺杆 在上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆 动蜗杆绕中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要么上下移动。当 机构 处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互咬合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动，所以螺杆的转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离咬合时，上刀体就与螺杆一同转动。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 3 回转 机构 设计计算 择电机类型 根据工作要求和条件 : 功率小 ,起动转矩低 ,运转平稳等 ,无需调速、长期反复工作，异步电动机取转速为 1400r/ 机容量的设计计算 由要求 :自锁力 Q=1000 500 处取 Q=1000 螺旋副传动的牙型为梯形螺纹 ,可通过较小的扭矩获得较大的轴向力 ,并要求自锁。梯形螺纹的牙型角 =30o ,则牙型半角 P=15o ,且有 f=于本刀架锁紧系统中的摩擦是由封闭系统弹性变形力所引起的 ,压力通常超过 3摩擦系数比一般2 3倍 ,取螺杆中径 d=85角 : / c o f ， / c o s 1 1 . 7a r c tg f 为保证电机驱动力矩消失后刀盘仍处于锁紧状态 ,丝杠螺母传动必须满足自锁条件 : ) , 所以 实验表明 =4 6 有满意效果 ,故取 =5 。 8r/计任务书给出） 可得出传动比：01/ 1 4 0 0 / 2 8 5 0I n n （ 3 计算电机容量 ： /d w （ 3 其中 ,电机所需功率 :工作机所需工作功率 ；a是由电动机至工作 机 主动端的总效率： 1* / 9 5 5 0 n（ 3 41 2 3 4 5a （ 3 其中 1 2 3 4 ， ， ， ，分别为轴承、蜗轮蜗杆、联轴器、滑动丝杠的传动效率。取1=自锁时传动效率 ),3 ,4 120 （设计任务书给出） 4/ 1 2 0 / 0 . 9 8 0 . 4 5 0 . 9 9 0 . 6 4 8 2w d W （ 3 c. 计算螺杆上的扭矩 : 19 5 5 0 / 9 5 5 0 0 . 4 8 2 / 1 4 0 0 3 . 3 n N m （ 3 d. 120选取 150技术参数如下： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 e. 各轴的运动动力参数 各轴转速 I 轴 ( 蜗杆轴 )1n=1400(r/ ( 丝杠螺母 )2n=1400/28=50(r/ 各轴输入功率 I 轴 1 2 0 0 . 9 9 1 1 8 . 8 w （ 3 212* 1 1 8 . 8 0 . 9 8 0 . 4 5 5 1 . 3 5 w （ 3 输出功率 I 轴 2* 0 . 9 8 1 1 4 . 1 w（ 3 2 2* 0 . 9 8 5 1 . 3 5 0 . 9 8 4 9 . 3 2I I I w （ 3 杆传动的设计计算 择蜗杆传动类型 根据 10085用渐开线（ 杆，这种蜗杆的端面齿廓是渐开线，所以相当于少一个齿数。 择材料 由于蜗杆传动效率不高，速度也只是中等 ,故蜗杆用 45钢 ;因希望效率高些 ,耐磨 性好些 ,故蜗杆螺旋要求淬火硬度为 45属模铸造。为了节约贵重的有色金属 ,仅齿圈用青铜制造 ,而轮芯用灰铸铁 齿面接触疲劳强度设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则 ,先根据齿面接触疲劳强度进行设计 , 再校核齿根弯 曲强度应有 : 电压 输出功率 转速 输入功率 质量 380V 120w 1400r/50w 定电流 起动转矩 /:额定转矩 最大转矩 /额定转矩 起动电流 ) 6 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 23 2 T (4 1） Z，取效率 则 36 6 42221 1 8 . 8 0 . 7 1 09 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 2 . 8 4 1 01 4 0 0 / 5 0 m (4 2) ： 因工作载荷较稳定 ,所以取齿向载荷分布系数 1K 由表 11机械设计第七版 ) 中选取使用系数 于转速不高 ,冲击不大 ,取动载荷系数 则 1 . 2 1 K K （ 4 故 160 P(4 a 的比值1 / 图 11机械设计第七版 ) 中可查得 H根据蜗杆材料为铸锡磷青铜 蜗杆硬度大于 4511机械设计第六版 ) 中查 得涡轮的基本许用应力 H=268nN 设计要求寿命为 12000h 则 (涡轮每转一转 ,每个轮齿啮合的次数 ) 714006 0 1 1 2 0 0 0 1 . 9 8 1 051N (4寿命系数： 78 710 0 . 9 1 81 . 9 8 1 0则 0 . 9 1 8 * 2 6 8 2 4 6 . 1H N P (4: 243 1 6 0 3 . 01 . 2 1 3 . 9 2 1 0 5 0 . 7 32 4 6 . 1a m m (4买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 所以取中心距为 5因 i=50，故从表 11m=度圆直径 1d =20 1 ，从图 11 2 . 7 4 3 . 0 ，故以上计算结果可用。 轮蜗杆的主要参数及尺寸 根据以上计 算结果 ,从机械设计第七版第 242 页查得一组数据 : 轴向齿距： a m 1 . 6 5 . 0 2 7P 直径系数： 齿顶圆直径： a 1 1d 2 m 2 0 2 1 . 6 2 3 . 2d m m 齿根圆直径： f 1 1d 2 m 2 0 2 1 . 6 1 6 . 2d m m 分度圆导程角： 1t a n 4 . 5 7 3 9 4 3 4 2 6Za r 蜗杆的轴向齿厚： . 5 2 . 5 1 3 3m m m 5 0; 1 .6; 1 1 2 22 0 ; 1 ; 1 2 . 5 ; 4 3 4 2 6 ; 5 1 ; 0 . 5 0 0d m m Z q z X : 轴向距： 1 . 6 5 . 0 2 7aP m m m 直径系数： 齿根圆直径： 11 2 . 4 2 0 2 . 4 1 . 6 1 6 . 2fd d m m m 齿顶圆直径： 11 2 2 0 2 1 . 6 2 3 . 2ad d m m m 导程角： 4 34 26 轴向齿厚： 1 2 . 62aS m m m 齿数： 2 51Z 变位系数： 2 分度圆直径： 2 1 . 6 5 1 8 1 . 6d m z m m 喉圆直径： 2 2 22 8 1 . 6 2 1 . 6 2 0 . 0 5 1 . 6 8 3 . 2d h m m 齿根圆直径： 2 2 22 8 1 . 6 2 1 . 2 1 . 6 7 6 . 1 6d h m m 喉圆母圆半径： 22115 0 8 3 . 2 8 . 422d m m 核齿根弯曲疲劳强度 2 2121 . 5 3 c o a Y M Pd d m(4当量齿数：22 3 3 51 5 1 . 4 9c o s c o s 4 3 4 2 6v (4根据 2 2图 11 机械设计第七版 ) 可查得齿形系买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 数 2 螺 旋 角 系 数 4 3 4 2 61 1 0 . 9 6 7 3 ,1 4 0 1 4 0Y 许用弯曲应力 从表 11机械设计第七版 ) 查得 56P 。 寿命系数： 69 710 0 . 7 1 72 . 0 2 1 0(4 5 6 0 . 7 2 4 0 . 1 9P (4 41 . 5 3 1 . 2 1 2 . 8 4 1 0 2 . 7 5 2 0 . 9 6 7 3 5 3 . 6 0 4 0 . 3 22 0 8 1 . 6 1 . 6F a F M P (4故弯曲强度不满足要求。改用铸铝铁青铜 (模铸造， 其许用应力： 80P （ 4 则 8 0 0 . 7 1 7 5 7 . 3 6P （ 3 所以强度满足。 度等级和表面粗糙度的确定 考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动 ,属于通用机械减速器 ,从 柱蜗杆、蜗轮精度中 ,选