16孔单工位组合钻床夹具设计【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 山西大同大学 本科生毕业设 计 中文题目： 16 孔单工位组合钻床 夹具 设计 英文题目： 6 院： 姓 名： 学 号： 专 业： 机械设计 制造 及其自动化 班 级： 指导教师： 职 称： 助教 完成日期： 2014 年 6 月 3 日 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 论文从现实出发，发现在生产小型拖拉机前盖上的 16 孔时，都是用普通车床进行加工，比较复杂，精度不易保证。工人劳动强度高，工步多，生产出来的废品也比较多，对工人的操作也比较严格，浪费了许多时间和不必要的损耗。 本次 设计通过分析 工件结构，设计出一种组合钻床， 解决了加工速度慢的问题，能够较方便的通过一个工序完成零件各孔的加工 ， 减少了工人的劳动时间，也减少了没必要的设备，为工厂节约了大笔资金，降低产品的成本。 设计 还 运用了变位齿轮传动，并采用了滚针轴承，解决了常规方法不能完成的排箱问题， 减少了主轴箱的尺寸，也减轻了主轴箱的重量，节约了成本，提高了机床的可靠性。 同时也采用了新型的夹具， 解决了定位困难，夹紧 费时的问题，降低了工人的劳动强度。 设计过程都根据国家标准规定，先对机床进行总体设计，在进行主轴箱设计，包括主轴箱设计原始依据图，主轴 箱传动系统的设计及计算，主轴箱零件的选择，以及传动轴承的选用和总图设计 ， 最后进行夹具设计 。 关键词： 变位齿轮；滚针轴承；组合钻床；夹具设计 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 in of 6 on is is is to is to of a of by a of be to a of a of of of of to of to of a of of to to of in of to of of of 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 1 组合机床概述 . 1 合机床组成及其特点 . 1 合机床应用范围及加工精度 . 2 合机床的应用范围 . 2 合机床孔加工精度 . 3 合机床的通用部件 . 3 合机床的国内、外现状 . 4 内组合机床现状 . 4 外组合机床现状 . 6 2 组合钻床的总体设计 . 8 定工艺方案 . 8 组合机床配置型式及结构方案的确定 . 9 参数的计算 . 9 定切削用量计算各主轴转速 . 9 定切削力 F 切削转矩 M 切削功率 P .合机床的总体设计 . 被加工零件工序图 . 12 工示意图 . 12 床联系尺寸图的绘制 . 17 3 主轴箱的设计 . 21 制主轴箱设计原始依据图 . 21 轴箱传动系统的设计计算 . 22 动思路 . 23 动树形图 . 23 理分配各级传动比确定传动轴位置确定齿数 . 24 轴箱各通用部件的选择 . 26 制主轴箱传动系统图 . 27 位齿轮计算和滚针轴承的选用 . 28 位齿轮计算 . 28 承的选用 . 29 4 夹具设计 . 33 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 位系统的设计 . 33 位系统的设计原则 . 33 位支承元件及其布置 . 34 向装置设计 . 35 向装置的作用 . 35 向装置的类型 选择 . 35 定式导套的设计 . 35 定钻模板结构设计 . 36 紧机构设计 . 37 紧方案的确定 . 37 栓的选用和夹紧力的计算 . 37 位套的校核 . 38 具体底座及钻模板总成结构 . 40 5 16 孔单工位机床设计的结论 . 41 参考文献 . 43 致 谢 . 44 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 组合机床概述 合机床组成及其特点 组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件所组成的专用机床。它既具有专用机床的结构简单、生产率和自动化程度高的特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要。 可进行钻、镗、铰、攻丝、车削等切削加工。组合机床通用部件占到 70%90%，这些部件是标准化的，可进行成批生产。另外 10%30%的专用 部件是由被加工零件的形状，轮廓尺寸，加工精度工艺要求和工序确定的，如夹具、主轴箱和工具等。 在批量生产中为了提高生产率，缩短加工时间和辅助时间，或者使加工时间与辅助时间重合，使工件的各工序同时进行加工，实现工序的高度集中，因此广泛采用组合机床。最典型的结构如图 1三面钻孔组合机床。机床是由侧底座、立柱底座、立柱、动力箱、滑台及中间底座等通用部件和主轴箱、刀具及夹具等专用部件组成。 图 1组合钻床 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 组合机床与专用和通用机床相比，有如下特点： 0%90%的通 用零、部件，而这些零部件是经过精心设计和长期生产实践考验的，所以工作稳定、可靠。 于通用的零部件主要是选用，不必重新设计，所以设计周期短。 成批生产，因此它的制造周期短并可降低成本。 的通用零部件可重新利用，组合成新的组合机床，因此有利于产品更新。 合机床应用范围及加工精度 合机床的应用范围 组合机床有非常广泛的工艺范围，并且现在仍在发展中。在组合机床上，可以完成下列工艺内容：铣平面、锪平面、车平面、钻孔 、扩孔、铰孔、镗孔、车槽、攻螺纹和滚压孔等。概括起来可归纳为两大类，即平面加工和孔加工。另外还可以完成车外圆，行星铣削、拉销、推销、研磨、抛光等，也可以完成热处理、自动装配、自动测量等工序。 组合机床最适合加工像气缸体、气缸盖、变速箱体、变速箱盖等箱体类零件。这些零件从平面到孔的加工工序几乎都可以在组合机床上完成。对于像曲轴、气缸套、飞轮、连杆、拨叉、万向节等轴累、盘类、叉架类等零件的部分加工工序，也可以在组合机床上完成。 近年来组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪表、纺织机械和缝纫机等生产部门获得了广 泛的应用。组合机床最适于大批大量生产的部门。但是，有一些重要零件的关键加工工序，虽然生产批量不大，为了保证加工质量，也采用了组合钻床。在中小批生产的企业中，一些转塔试组合机床、成组加工组合机床、可调式组合机床及可换主轴组合机床等已在逐步应用。随着组合机床技术水平的逐步提高，组合机床的应用会更加广泛，本篇是采用组合机床来加工拖拉机前盖 16 孔。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 合机床孔加工精度 1 孔的尺寸精度 采用铰孔或精镗孔时，孔的精度可达 ，表明粗糙度为 ，孔的圆度在孔径尺寸公差 一半范围内。加工有色金属时，采用精密夹具，经过 34 次加工，精度可以稳定地达到 ，表面粗糙度可达 .4 m 。 2 孔的同轴度 当从单面多轴加工时，孔的同轴度一般为 从一面进行精镗孔，并且采用固定式夹具，镗刀杆两端都有精密导向装置，夹具在良好的条件下，在1000度内，被加工零件几个孔的同轴度可保证在 内。当分别从两面对同一轴线上的孔进行单轴加工时，在有中间精密导向装置条件下， 其同轴度亦可保证在 3 孔的平行度 在组合机床上加工，孔与孔互相之间的平行度以及孔对加工基面的平行度，在1000度内可达 4 孔的位置精度 孔的位置精度与夹具、机床的型式和精度有很大的关系。在固定式夹具的机床上镗孔， 。在多任务位机床上，由于回转工作台和回转鼓轮存在定位误差，则加工精度不高。如果在同一工位上，若有悬 挂式活动钻模板，对孔进行精加工时，其位置精度可达到 合机床的通用部件 通用部件是组成组合机床的基础。通用部件是根据各自的功能，按标准化、系列化、通用化原则设计和制造的独立部件，他在组成各种组合机床时，能互相通用。按功能不同，通用部件可分为： 组合机床的动力部件包括动力箱、各种切削头、滑台。动力箱与多轴箱配合使用，用于现实主运动。各种切削头，主要用于实现刀具的主运动。纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 主要用于实现进给运动。动力箱部件的工作性能可以决定组合机床整个的运 行质量和效率，其它部件设计都要根据动力箱的数据进行设计 ， 比如主轴箱上的齿轮 ， 切削速度的选用。 组合机床的支撑部件包括立柱、立柱底座、侧底座、中央底座等。他是组合机床的基础部件。它的结构、刚度对组合机床的精度和寿命有较大影响。 组合机床的输出部件包括回转工作台、回转鼓轮工作台、环形回转工作台和移动工作台等。输送部件转位或移动后的定位精度，直接影响着多任务位组合机床的加工精度。 控制部件包括液压组件、气压组件、控制板、挡铁和各种电气组件等。它是组合机床的 “中区神经 ”，保 证组合机床按着要求的程序顺序进行工作。 辅助部件有冷却液、润滑油、排屑箱，还有各种夹紧工件用的扳手还有照明装置。 合机床的国内、外现状 内组合机床现状 随着经济的发展，我国的组合机床也得到了相应的发展 ， 尤其表现在制造业 ，组合机床的产量在 2012 年已达 4000 余台，到如今 2014 年产量以增加了 10%。总价值超过了 亿，同时组合机床的利用率，销售率、出口量均有相应的增加。并且组合机床的更新换代也比较快 ， 新产品的出现不仅使生产率提高 ， 而且也比之前的更能节约成本和减轻工人的劳 动强度 ， 新产品的更新也越来越快 。 组合机床企业生产的机床之前主要用于对小汽车、摩托车、发动机、农用机器、建筑机械、化学机械、军用器械、轻工业和家电行业提供专用设备，随着我国加入世界贸易组织 后与世界机床进一步接轨，组合机床开始向数控化、多元化 、 柔性化转变。根据这几年数据显示，组合机床的市场需求量在增加，而传统的钻、镗、铣普通机床则有下降趋势。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 在我国， 组合机床 发展已有 30 多年 ，其技术和知识都有一定的基础，应用也比较广泛。给当前生产的产品升级，技术发展， 提高生产效率 和高速发展提供了必不可少的条件。 组合机床 是机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套 工艺装备 。它的特征是效率高、质量高、实用性强 、 经济性好，所以广泛应用于机械工程、交通运输、航空航天、军用机械、轻工业、家电设备行业。我国以前生产的 组合机床 主要采用机、电、气、 液来进行机床的控制 ，它的加工产品是生产批量非常大的箱体类零件或轴套累零件或端盖零件 ， 这几年的组合机床也可以用来加工比如连杆 ， 板件小零件 ，或者 完成钻、扩、铰孔，和 螺纹 孔 ， 镗孔 的加工 ， 还可以进行车各种 端面 和凸台 。 在孔内镗各种形状槽，组合机床的种类比较多，有比较大的组合机床和小型的组合机床，并且还有单面型、双面型、三面型、卧式、立式、直立式 、 倾斜式、复合式，还有多 工位 回转工作台式组合钻床 ， 随 着技术的发展，一种新一代的组合钻床 ， 柔性钻床在市场上的利用率越来越高，它主要的特点是多轴箱的主轴可以移动 ， 并且可以调成任意角度 ， 主轴箱也可以在指定的角度上进给 ， 滑台采用了先进的气动滑台 ， 电机也可以在任意速度范围内进行无极调速 ， 底座质量比较低 ， 强度却比较高采用的是特殊的材料 ， 能与其它组合机床的零件进行配合 ，另外，近年来组合机床 加工中心 、数控组合机床、组合机床 ， 在所有机床上的比重变得也来越大 ， 最后在条件允许的时候一个车间甚至一切机床都是组合机床 ， 可见组合机床的应用广泛。 因为 组合机床是一种技术含量比较高的专用产品 ， 它根据被加工零件的特点专门设计还有根据买家的意图进行改进的，它关系到工件的加工工艺、刀具的性能和特点、测量方式、监控技术、和装配方法和其它的技术。我国组合机床及 组合机床自动线 总体技术比其它国家落后，国内的企业都通过进口外国的组合机床以提高自身的生产效率和降低成本 ， 但这样做就会导致本国的组合机床无法进行生产和设计 、销售 ， 因此，我没有必要进行市场研究 ， 对组合机床进行设计采用最低的成本 ， 达到最高的生产质量 ， 这样国内市场才能打开 ， 市场要求我们不断开发新产品，由过去的 “刚性” 机床结构，向 “ 柔性 ”机床结构 方向发展，满足国内需求，真正成为比较实用的设备。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 根据报告在 2002 年日本举办了国际机床博览会上 ， 十多个国家展示了他们国家自己的先进机床 ， 超精度 、超高速、自动化和多轴化的组合机床受到了许多人的关注， 据专家分析，机床装备的高速和 超高速加工技术 的关键是提高机床的 主轴转速和 进给速度 。在 博览会上展出的组合钻床， 主轴转速 高达 10000 20000r/高 进给速度 可达 60m/而国内的机床远远不能及 ，而其他 复合、多功能、多轴化的机床也能通过改进成为先进的组合机床 ，在如今随着技术的发展，零件的复杂度、加工精度和加工难度日益提高的今天，多轴化、高性能的材料和高的设计技术生产的组合机床，就是很有必要的，越显得重要。 与此同时， 生产周期 的缩短也要求 组合机床 能够随时调整和适应新的改变，满足各种各样产品的加工需求。 而组合机床就能够适应这种变化 ， 比如当要加工的工件从几个孔增加到十几个时 ， 只需要更换主轴箱 ， 当你使用更先进的组合机床时 ， 因为有编程装置 ， 可以通过编程来达到你需要加工出的形状 ， 在网络发达的今天也可以通过联网来与厂家进行互动 、产品的更新换代，和系统 的升级，这样它的柔性化就提高了，也可以让使用机床的使用率得到提高，利用率也会变高， 这样它的适应性就会提高 。 即使这样我国组合机床技术还是有一定的差距，所以我国组合机床 技术装备 高速度、高精度、 柔性化 、 模块化 、可调可变、任意加工性以及 通信技术 的应用将是今后的发展方向。 外组合机床现状 国外主要组合机床生产厂家都有自己的组合机床通用部件，在组合机床夹具的转位上 、 换箱装置 、 和自动分度 、 和定位也应用数控技术 ， 是根据动力部件应用数控技术得到的启发，这样的话能够提高组合机床的柔性化 ， 和机床的工作效率 ， 同时提高机床的加工精度 。比如 标致汽车 公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线，就是由三台自动换箱组合机床组成的其全部动作均为数控，包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动 ,其节拍时间为 58 秒。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 90 年代以来，国外生产大批量和中批量产品时或者多品种产品的加工时 ， 多采用可调、可变、可换主轴箱的组合机床，使加工装备具有了一定的柔性。比如现在出现了转塔动力头、可换主轴箱的组合机床 ， 同时根据加工中心的发展，又研究出了二坐标、三坐标的加工单元，并以他们为基础发展了柔性加工自动线。这种形式的变化既可以满足多品种加工要求 ， 用能满足调整变化快速灵敏又能够使机床配置灵活多样。 汽车工业的发展，对机床又提出了许多新的要求 ， 产品的大批量生产要求机床不仅要能完成一般的机械加工 ， 也要能够一次性完成零件从毛坯到成品的一次性加工完成 ， 也就是完成他的全部工序 ， 和零件的后续装配 。 德国大众汽车公司 987 年投入使用的造价 9000 万马克的齿轮箱和离合器壳生产线，就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成，三班制工作，每条线日产 2000 件，节拍时间为 40 秒。全线由 12 台双面组合 机床、 18 台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成，可实现 3 种零件的加工。空架机器人完成工件下线后的装箱工作。随着组合机床技术的发展，出现了一批专门从事开发 、 设计、制造、检测、运行组合机床的生产厂家，进一步提高了制造系统的快速性。 国外为了节约场地，和减少机床的数量，对组合机床又采用了其他实施，这样它的工序集中程度就会更高了 ， 比如采用十字滑台 、 移动主轴箱 、 多坐标的主轴箱 、和可变化的通用部件或采用有刀库的主轴箱 ， 通过换刀实现更多的加工 。这样的话能够发挥设备的最大作 用，获得更好的生产效率。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 2 组合 钻床 的总体设计 定工艺方案 零件加工工艺方案将影响组合机床的加工质量、生产效率、总体的布局并且和夹具体的结构等。所以，在制定工艺方案的过程中，必须认真分析被加工零件图，并深入了解零件的形状、大小、用途 、 材料、硬度、刚性、加工部位和零件的结构特点、加工精度、表面粗糙度 、 零件的公差 ， 所采用的刀具及其切削用量，生产效率要求，以及现场所采用的定位、夹紧方法，工艺过程，和分析零件的定位精度 ，现场的环境和条件等。根据国内外情况 ， 制定合理的工艺方法，工艺方案制 定的正确或不正确，有可能决定机床的适用性能 ， 比如重量轻 、 体积小 、 结构简单 、 使用方便 。 能够满足效率高结构简单的要求 。 总 结实践方面的经验，在全面了解被加工情况和影响方案制定的各种因素 ， 主要考虑下列因素。 被加工零件由 16 孔待加工。且相互之间位置精度要求为 孔的表面粗糙度最高为 16 孔集中在一个工位上可确保相互之间的位置精度，提供了生产率和降低了不合格率，也降低了工人劳动强度。 组合钻床上钻孔工序大多是 扩孔工序前加工底孔及加工螺纹孔，再铸件上钻孔精度一般可达到 6 级，表面粗糙度为 孔位置精度达 被加工零件的表面粗糙度和位置精度满足要求，故可用组合机床来加工。 被加工零件材料为 拖拉机前盖，工件的刚度足够。成品要与变速箱体装配，因此在钻孔时应从装配结合面钻起，这样可以保证孔的位置精度，有利于装配。由于工件的厚度也比较大，所以不会因为切削力过大而导致孔的位置偏斜。 被加工件装配接合面为设计平 面，选用设计基面为主定位基准，这样减少了累积误差，同时，此平面最大，能把切削力均匀的落在定位平面之内。纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 的已加工孔和一个圆柱销来把工件定位并通过螺栓来夹紧。 为大批量生产，设计单工位组合机床可以提高机床的利用率，降低成本。 组合机床配置型式及结构方案的确定 通常，在确定工艺方案的同时，考虑到实现工艺方案，技术要求及生存率，及操作和维护。也就大体上确定了组合机床的配置形式和机构方案但还要考虑下列因素。 根据要求零件的孔的位置精度在 如果采用移动夹具的话，不能满足设计要求。同样也不可能采用多任务位机床来加工，必须用固定夹具的单工位组合机床。 根据被加工零件的特点，为正方体， 16 孔以一定规律排列，可以采用立式组合钻床，也可采用卧式，考虑到在定位方面卧式可以利用工件自重来与定位零件接触，可以省去不必要的夹紧，也考虑到卧式排屑比较方便，因此采用卧式组合机床。 根据工件的生产率，发现用单工位组合机床完全可以满足要求，没必要采用生产率更高的多任务位组合机床。 响 合理确定装料高度这样操作就比较方便 ， 跟据实际情况设计组合机床时，装料高度可在 8501500用，因为被加工件较小，装料高度稍高也是可以的 ， 要使钻床工作时工作温度不升高，可采用多次进给，固选用机械通用部件配置钻床。 参数的计算 定切削用量计算各主轴转速 组合机床切削用量宜采用小的切削速度和进给量。主要是因为一些材料的强度满足不了要求 。 进给量是所有刀具进给量的平均值，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 转速来调节他们的每转进给量。用高速钢钻头加工铸铁的切削用量如表 2示。 表 2用高速钢钻头加工铸铁的切削用量 加工直径（ V（ mm/ S(mm/r) 10 608 由于加工的孔是螺纹孔，图中的尺寸为螺纹大经，以螺距，算出螺纹小径。从图中可以看出，需要加工 8 个 11 的孔， 6 个 12一个 螺纹，一个 20 的孔。查表的 距为 计算 纹的通孔可用 的钻头去钻， 用 的钻头去钻。 根据被加工零件的加工材料 、 加工精度 和 零件要求，刀具性能等因素，选动力滑台进给速度为 30mm/削速度 10m/求出各主轴的转速和每转进给量。 n=1000v/ d （ 2 0 （ 2 式中： n 为各主轴转速，单位 r/ v 为各主轴切削速度，单位 m/ s 为 每转进给量，单位 mm/r d 为各钻头直径，单位 各钻头切削用量如表 2示。 表 2初步计算的各主轴转速和每转进给量 主轴 转速 n（ r/ 进给量 s（ mm/r） 备注 8 289 选 切 削 速 度 为10m/ 台 进 给 速 度 为30mm/915 15 184 16 159 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 定切削力 F 切削转矩 M 切削功率 P 根据切削用量，确定切削力，作为选择动力部件及夹具设计的依据，根据切削转矩，确定主轴及齿轮、传动轴的尺寸，根据切削功率选择动力箱电机功率。高速钢钻头在灰铸铁上钻孔的计算公式如下。 F=26d （ 2 T=10 （ 2 P=550d （ 2 式中： F 为 轴向切削力，单位 N； d 为 钻头直径，单位 s 为 每转进给量，单位 mm/r； P 为 切削功率，单位 k w； T 为 转矩 N 零件的布氏硬度， 计算出相应的数据，如表 2示。 表 2主轴的切削力切削转矩切削功率计算 钻头直径 孔号 轴向切削力 N 转矩 N 削功率 k w 11 1089 3625 919 2833 5 2494 12479 20 16 3308 18862 过计算总的轴向切削力为 20028N，总切削功率 转矩 77339N 合机床的总体设计 组合机床总体设计就是针对被加工零件，在选定的结构方案基础上，进行方案设计，和三图一卡的绘制，这些包括：被加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图，生产率计算卡。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 加工零件工序图 被加工零件工序图是根据选定的工序方案，表明零件形状、尺寸、硬度以及在所设 计的组合机床上完成的工艺内容和所采用的定位基准、夹紧点的图样。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、验收和调整机床的重要技术条件，见附图。 工示意图 加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反应，表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。加工示意图是刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据，是整台组合机床布局形式的原始要求，也是调整机床和刀具所必须的重要技术文件。 根据被加工工件 16 孔的大小，首 先考虑用标准刀具，尺寸如表 2 表 2具名称标准尺寸及数量 刀具名称 钻头直径 刀具总长 刀具刃长 数量 备注 莫氏 1 号 11 175 94 8 氏 1 号 68 87 6 氏 1 号 28 130 1 氏 2 号 20 238 140 1 具的长度是标准值，这样虽然不方便设计，可能要多考虑一些内容来使加工完成时刀具同时到达加工部位，但在设计完成时，可能不需要浪费太多的时间来加工刀具，比较省事。 组合机床加工时，除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔