DZZ-10多轴钻床的毕业设计【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 I 轴钻床的设计 摘 要 随着我国社会经济的飞速发展，整个制造业 的 加工生产水平也在不断的提高。为了适应汽车行业的 快 速发展，需要越来越多的特殊加工设备来完成单一的、精度要求较高的工序，而多轴钻床就是一种专为进行汽车轮辐扩钻孔加工而设计的一种高精度机床。 轴钻床专为汽车轮辐十个螺纹孔的扩钻孔加工工序而设计，它包括机床本体 支承 件、动力部分、传动部分、液压传动部分等几大部分，在设计之前，首先应 对 机床的整体布局 设计提 出一个方案，再根据所加工工件的要求确定机床所需的功率，然后进行电动机的选取， 依据传动比依次选择减速器、联轴器并进行各参数的计算，由计算所得参数设计各轴和齿轮的结构并进行强度的校核，同时还应对机床的工作台、底座、床身和立柱进行设计，最后选择传动进给系统的液压缸，绘制整台机床的装配、零件等图纸。 本文主要对机床的一般设计方法和各部件的选用计算进行介绍。 关键词 ：多轴钻床；汽车轮辐；扩钻孔加工 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 s of In to to of to a of is a of of a a a of in a of of to of on of in to by of to a of of of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 1 绪论 . 1 究背景及意义 . 1 艺方案的分析 . 1 文的组织架构 . 1 2 总体设计 . 3 始条件的分析 . 3 择工 艺基准 . 3 定工艺路线 . 4 艺过程 . 4 制工序图 . 4 具的选择 . 5 具选择应遵循的原则 . 5 削用量的计算 . 5 削速度的计算 . 5 刀深度的计算 . 5 机床性能的要求 . 6 床的加工范围 . 6 加工精度和粗糙度的要求 . 6 济效益 . 7 机关系 . 7 3 多轴钻床整体布局设计 . 8 体布局设计要求 . 8 床整体布局方案的选择 . 8 案的提出 . 8 案的比较 . 10 床 支承 件的设计 . 10 床 支承 件的功能 . 10 承件的分类 . 10 承 件的变形 . 11 柱的设计 . 11 轨的设计 . 12 床底座的设计 . 14 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 材料的选取 . 14 座结构设计 . 14 座的尺寸 . 15 4 传动部分的设计计算 . 16 轴箱与传动系统设计计算 . 16 轮齿数的确定 . 19 轮的校核及几何尺寸计算 . 21 弯曲疲劳强度进行校核 . 21 接触疲劳强度校核 . 23 小齿轮几何尺寸 . 24 轮的结构设计 . 25 的设计 . 25 齿轮轴的设计计算 . 25 齿轮轴的设计计算 . 30 承的选择与计算 . 33 齿轮轴轴承的校核 . 33 齿轮轴轴承的校核 . 34 连接的选择和校核 . 36 轴器与大齿轮轴的键连接 . 36 齿轮与大齿轮轴的连接 . 36 齿轮与小齿轮轴的连接 . 37 5 液压传动部分设计 . 38 压传动系统的设计要求 . 38 况分析与液压系统主参数的确定 . 38 载分析 . 38 参数的计算 . 38 况负载分布表 . 40 载在各工况阶段分布图 . 40 压缸的设计计算 . 41 压缸参数计算 . 41 进、工进、快退时液压缸各参数计算 . 41 压系统的设计 . 42 压回路的选择 . 42 压系统原理图 . 43 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 6 结论 . 45 参考文献 . 45 致 谢 . 47 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪 论 究背景及意义 对于机床的总体设计，应该从被加工零件，即汽车轮辐入手，依据零件的尺寸，来确定具体的加工方案并进行前期的设计计算，尺寸确定以后，就可以进行图纸的绘制，包括零件图，装配图等图纸。 专用钻床与普通的钻床最大的区别在于加工零件的单一性，因为它不具备普通钻床的通用性能，故所能加工的零件较单一，它最大的优点在于可以加工出高精度的零件，由于专用钻床是为加工某一特定的零件而服务的，所以专用钻床的样式、规格和先进程度都取决于工艺的需要，只有制定出了合理的加工工艺，才能设计出满足加工 要求的专用钻床。 本次设计的题目为 轴钻床的设计，随着我国制造业的飞速发展，板类零件的加工越来越多，要求也越来越高。为了适应飞速发展的汽车工业，需要设计这样一种专用于汽车轮辐扩钻孔工序的新型多轴钻床，这样一台钻床应由机床本体 支承 件、传动部分、液压传动部分等几大部分组成。 艺方案的分析 在通常的情况下利用机械加工的方式直接改变零件毛坯的形状、性能以及尺寸的过程称之为机械加工工艺过程。在设计时，机械加工工艺的选定是否合理，直接影响着零件的生产效率与产品的质量。所以，在制定工艺方案时， 应首先分析生产的类型，生产类型决定着生产的规模。 由于生产的类型不同，生产的组织和管理，车间人员的配备以及厂房的布置等方面的要求均不同。在大批量的生产规模之下，每个工序的任务都比较单一，因此，可以采用高效率的专用机床，生产和工作的效率可以大大提高，随之产品的成本也可以得到控制。但如果是小批量的生产，就没有必要采用高效率的专用设备来完成加工工作，因为那样不但不能降低成本，还会造成资源的浪费，所以在制定加工工艺时，必须与生产类型相适应。 文的组织架构 本论文的组织结构如下： 第一章：介绍了研究多轴钻床 的背景以及意义，对前期的工艺性能进行了简要的 分析 。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 第二章 ：对机床的总体布局进行了设计规划，制定了工艺路线，明确了对机床的性能要求。 第三章 ：对机床的整体布局以及床身、立柱和底座等 支承 结构件进行了初步的设计，拟定各主要尺寸。 第四章 ：进行了机床传动部分的计算，包括电动机、减速器和联轴器的选定，大小齿轮以及各轴几何尺寸的计算和结构的设计，强度的校核等。 第五章 ：液压传动部分的设计计算，包括液压缸的选择，液压原理图的绘制等。 第六章：本章为论文的总结。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 2 总体设计 始条件的分析 本次设计的多轴钻床所加工的零件为 10 孔轮辐，也就是要对轮辐上的 10个螺纹孔进行扩孔，而 10 个螺纹孔在轮辐上的位置是位于同一平面上沿圆周均匀分布。扩孔后，只需保证其位置精度，没有其他特殊的要求，用一般的扩孔钻即可达到加工要求。 图 孔前的零件图 工件的材料为碳结构钢 有特殊要求，在进行加工前没有热处理过程，也无硬度要求。 择工艺基准 在选择加工的工艺基准时尽量以设计基准作为定位基准，这样可以避免由于设计基准和定位基准的不重合所引起的定位误差。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 定工艺路线 艺过程 由于加工工序仅需一次扩孔即可完成，所以工艺过程比较简单，其工艺过程如下： a. 扩孔要求 对 进行扩孔至 ，无精度要求。 b. 检验 按要求检查各孔位置精度。 制工序图 a. 零件工序图的作用 零件的工序图表示的是零件在一台机床上的加工内容，它包含了零件加工的尺寸与 精度、定位基准以及各种加工要求，它是在零件图的基础之上加上各种加工要求而绘制的，对零件的加工作了一个全面的说明，它是专用钻床设计的主要参考和依据，也是在设计后期调整机床，检查机床精度的重要指导文件。 b. 零件工序图的内容 (1) 零件的形状 在零件的工序图中必须清楚的绘制零件的形状以及大小尺寸，以便进行加工工序的布置。 (2) 加工面与夹持的方向 在零件的工序图中还应绘制出加工面以及夹持方向，以便进行各种后续设计。 (3) 各种加工尺寸 在工序图上应 表示出各种加工尺寸以及其精度和光洁度的要求，还应表示出精度和位置尺寸要求。 (4) 其它信息 还应在工序图中注明加工工序名称、材料、硬度以及余量等信息，并且加工部位用粗实线表示，其他部分用细实线表示。 c. 加工要求 (1) 加工对象 被加工零件为汽车轮辐按圆周均匀分布的 10 个螺纹孔，此机床专为扩 钻 孔步骤而设计 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 (2) 加工材料 被加工零件材料为 结构钢 。 (3) 加工余量 每个孔直径上的加工余量为 =3 加工前孔的尺寸为10 工后孔的尺寸为 10 。 具的选择 机床的刀具是机床的重要组成部分，刀具的选择直接影响整台机床的加工精度，在专用机床上常使用复合刀具和特种刀具，以满足被加工零件 的高精度要求。 具选择应遵循的原则 a. 标准原则 即在条件允许的情况下，优先选用标准刀具，这样可以大大减小加工成本，降低加工误差。 b. 优先采用 “组装式 ”原则 即为了提高加工精度，常使用复合刀具，在选用复合式刀具时，优先采用组装式复合刀具。 削用量的计算 削速度的计算 m i n )/(1000 (其中： D为刀具或工件的外径； n为工件或刀具每分钟的转速。 刀深度的计算 62 其中： d为待加工表面直径； D为已加工表面直径。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 机床性能的要求 对机床的性能要求，即是对机床加工的被加工工件的精度要求，一台机床的性能的高低与否与它的各个部分是密不可分的，只有保证了组成机床各个部分的精度，才能保证所设计机床的整体性能。 床的加工范围 机床的加工范围就是指机床能够加工的工件的范围与种类。机床的加工范围大致包括以下内容：机床加工工序的种类，加工零件的类型，可加工工件的材料和尺寸，能加工的毛坯材料种类等。 加工精度和粗糙度的要求 机床的加工精度是机床在加工被加工工件时在尺寸，形状与相互位置等方面所能达到的准确程度。机床的加工精度分为三级：普通级，精密级和高精密级。机床的精度包括几何精度，传动精度，运动精度和定位精度等。几何精度是指机床在没有运动或运动速度较低时的精度，它是由机床各主要部件的几何形状和它们之 间的相对位置与运动轨迹的精度决定的。机床的传动精度是指传动链传动的精度，它主要取决于传动系统中各传动部件的制造精度和装配精度。运动精度是指机床的各主要传动部件在工作状态时的精度。定位精度是指机床各主要部件在运动完成时达到的位置精度。只有机床精度达到一定要求后，才能满足机床对加工精度的要求。 机床加工被加工工件时得到的表面粗糙度也是机床主要性能之一。它与工件和刀具的材料，进给量，刀具的几何形状以及切削时的振动有关。对表面质量的要求，其实就是对表面粗糙度要求，同时也是对抗振性的要求。机床的抗振性包括两个方面：抵 抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力。如果振源的频率与机床主要部件振动的固有频率重合时，就将发生共振。当机床发生共振时，被加工工件表面粗糙度将会大大增加。切削自激振动，产生于切削工程中，如果切削不稳定，则切过的表面，其波纹度将越来越大，振动越来越剧烈，将严重影响加工表面的质量。 a. 生产率 机床的生产率通常是指在单位时间内机床所能加工的工件数。要提高机床的生产率，就必须缩短加工单个工件的时间，可以通过缩短切削加工时间，辅助时间以及分摊到每个工件上的准备和结束时间来达到。 (1) 自 动化 机床自动化可减少人对加工的干预，从而保证加工的统一性，可以明显提高买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 被加工工件的精度。还可以提高机床的生产率。 (2) 可靠性 机床的可靠性也是一项重要的技术经济指标。随着机床安全化的发展，可靠性在机床设计中的地位逐步提高。 (3) 寿命 机床寿命就是机床保持它应具有的加工精度的时间。随着技术设备更新的加速，对机床寿命所要求的时间也在减短。对于本次设计的多轴专用钻床来说，寿命要求短，因为它将随加工产品的更新而废弃。这就要求机床在最高生产率的条件下工作，在使用期内充分发挥机床的效能， 取得最大的经济效益。 济效益 要想提高机床的寿命，就应该提高机床部分组成部件的耐磨性，并与主要传动部件的疲劳寿命一致。 在保证机床性能要求的同时，还应该使机床具有比较高的经济效益。不但要考虑到机床设计和生产将产生的效益，而且应该从用户出发，提高机床生产厂家的经济效益，这主要反映在机床的成本上。机床的成本包括购买原材料的费用，加工制造的费用，而且还应包括研发和管理费用。 对于机床使用厂家的经济效益，首先体现在机床的加工效率和可靠性。应该使机床充分发挥其效能，减少能源消耗，提高机床的机械加工 效率。机床的机械加工效率是有效加工功率对输入功率之比。两者的差值就是损失，主要是摩擦损失。而且，摩擦功转化为热能的散失，将会引起机床的热变形，会对机床的工作带来不良的影响。因此，如何提高机床的机械加工效率是设计机床时应该考虑到的最重要的问题。 机关系 在机床设计中，还应考虑到人机关系问题。 如何能使机床操纵简便，不易发生操作错误和故障，这也是机床设计人员应该考虑的问题，因为一台设计良好的机床不但能保证工人和机床的安全，还能提高机床的生产率。 降低机床的噪声，也是对机床设计和制造提出的一项主要要求 。噪声要低，不仅噪声声级要达到规定值以下，而且不能对人耳有强烈的不适感。 对于上述的各项技术经济指标，在机床设计时我们将综合考虑，并应根据不同的需求，有所侧重。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 3 多轴钻床整体布局设计 体布局设计要求 a. 稳定性 最大程度保证机床的精度以及稳定性 。 b. 安全性能 机床应便于进行操作和管理以及维修，具有良好的安全性能 。 c. 精度 保证机床应按既定的加工工序加工，最大程度保证被加工工件的精度 。 d. 高效性 机床结构简单合理，选用高效的传动系统，保证传动链的高效传动 。 e. 外观 外形 美观，保证操作的舒适性。 床整体布局方案的选择 机床主要由电机，减速器，主轴箱，床身等部分组成，其中电机、减速器的选择直接影响所设计多轴钻床的各个性能参数，所以在制定与选择方案时，既要满足被加工零件的加工要求，还要保证机床布局设计的总体要求。 案的提出 a. 方案一 (1) 钻床的选择 台式钻床，其特点是 主轴垂直 布置 的小型钻床，可安放在作业台上。主轴旋转轴线固定，移动工件使加工点对准主轴轴线，主轴在主箱内作轴向移动和转动。主轴箱固定在立柱上端或在立柱上能作转动及上、下 移动以调整其位置，还可增加能绕立柱转动及上、下移动的工作台。 (2) 传动部分的设计 1) 主轴传动 此次设计是专用多轴钻床，与普通的钻床不同的是，普通单轴钻床只在主轴上装一个钻头，进行单孔钻削。可采用：电机 减速器 主轴齿轮 行星齿轮 钻头。 2) 工作台的传动 为实现高效率、高精度。将原来的手动改为自动，欲采用液压传动系统。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 3) 电机的选择 选择交流伺服电机 b. 方案二 (1) 钻床的选择 立式钻床，主轴旋转中心固定，移动工件使加工点对准主轴中心。主轴箱和工作台 安装在立柱上，主轴垂直布置 ， 立柱有圆柱、方柱 ， 主轴可机动进给。 (2) 传动部件的设计 1) 主轴传动 电机 主轴齿轮 行星齿轮 钻头。 2) 工作台的传动 采用液压传动系统。 3) 电机的选择 选择调频交流电机。 1电动机 2标准减速器 3大齿轮轴 4连轴器 5小齿轮十个 6大齿轮 7工作轴 图 动系统图 c. 方案三 (1) 钻床的选择 选择摇臂钻床。 (2) 传动部分的设计 1) 主轴传动 电机 主轴齿轮 行星齿轮 钻头。 2) 工作台的传动 采用机械传动，即横向和纵向都采用滚珠丝杠传动。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 3) 电机的选择 选择调频电机。 案的比较 方案一采用了台式单孔切削的形式，这种方案一次只能加工一个孔，加工效率、精度均不高； 方案二是采用立式多轴形式，这种方案运动自由度大，操作方便，可以满足给定零件的加工； 方案三是采用摇臂的形式，考虑到零件横向尺寸不大，所以没有必要采用这种形式。 综上所述，在本次设计中，多轴钻床应采用方案二：立式多轴的形式。 床 支承 件的设计 机 床的支承件包括床身，立柱，横梁，底座等几大部分。它们相互连接，共同作用，对机床的运动部件形成保护和固定。机床的 支承 件一般都比较高大，所以俗称 “大件 ”。 床 支承 件的功能 在机床工作时，刀具与工件之间相互作用产生的力会沿着支承件传递并可以使 支承 件产生变形，机床传动部件的运动还可能使机床 支承 件产生振动。这些因素都会影响被加工零件的加工精度和表面质量。支承件的主要作用就是保证机床有足够的刚度，抗振性能以及热稳定性，并且还需保证机床各零部件之间的相对位置和相对运动的精度。因此， 支承 件的设计也是机床设计的重 要组成部分。 a. 设计的支承件应满足的要求 (1) 刚度与韧性要求 应具有足够的刚度和韧性。 (2) 抗振性能要求 应具有较好的抗振性能。 (3) 便于制造和维修 。 (4) 外形美观，简洁 。 承件的分类 a. 支承 件形状 支承件根据其形状，可分为三大类： 一个方向的尺寸比另外两个方向大得多的零件，这些零件可看作梁类件； 两个方向的尺寸比第三个方向的尺寸大得多的零件，这类零件可看作板类买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 件； 三个方向的尺寸都差不多的零件，这类零件可看作箱类件。 承 件的变形 支承件的变形包括三个部分：自 身变形，局部变形和接触变形。在多轴钻床的设计中，载荷是通过立柱传递到底座的，其变形包括底座的变形，立柱的变形等。在设计时不可忽略局部变形和接触变形，它们有时甚至占主要地位。为有效防止变形的的产生， 支承 件在设计时，应有一定的刚度。 a. 自身刚度 支承件的拉压，弯曲和扭转变形 ,主要是由所受的载荷引起的。其中最主要的是弯曲和扭转。因此，在考虑支承件的自身刚度时，主要应考虑弯曲刚度和扭转刚度。其次，如果支承件的壁较薄，特别是支承件的内部会因肋板不足或布置不够合理，受力后发生截面形状的畸变。自身刚度主要取决于支承件 的材料、形状、尺寸和肋板的布置等。 b. 局部刚度 局部变形发生在 支承 件载荷较为集中的地方。 c. 接触刚度 当两个平面接触时，如果两个面都不是理想的平面，而是有一定的不平整度，因此实际接触的面积只是理论接触面积的一部分；又因为实际平面在微观上不是绝对光滑的平面，所以实际接触的只是一些较高的凸点。这些都会影响到支承件的接触刚度。 支承件的重量往往占机床总重量的绝大部分，它对整台机床将产生很大的影响。因此，支承件设计是否合理，将直接影响整台机床的性能。 柱的设计 此设计中立柱也充当了导轨的作用 ，在实际机床中，导轨的作用是使工作台沿着一定轨迹运动，并承受工作台自身及被加工工件的重量和切削力。在导轨副中，运动的一方叫做动导轨，不动的一方叫做支承导轨。 导轨按运动性质可分为主运动导轨，进给导轨和移置导轨。主运动导轨的动导轨与 支承 导轨之间，相对运动的速度较高；进给运动导轨的动导轨与 支承 导轨之间，相对运动的速度较低。按摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨（本设计采用滑动导轨）。 a. 导轨具备的特点 (1) 传动精度高，耐使用 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 导轨无论是在空载条件下运动还是在切削条件下运动，都应该有足够高的传动精度。保证导轨 传动的精度，是保证被加工工件质量的前提。 几何精度：直线运动导轨的几何精度一般包括：导轨在竖直平面内的直线度（也称 A 项精度）；导轨在水平平面内的直线度（也称 B 项精度）；两导轨面间的平行度，也叫扭矩（也称 C 项精度）。 接触精度：磨损是影响精度保持性的主要因素。提高耐磨性以保持精度，是提高机床质量、性能的重要内容。常见的磨损形式有磨粒磨损，粘附磨损和疲劳磨损。磨粒磨损经常发生在摩擦表面的轮廓峰相互作用的各点处。磨粒夹在导轨面间随之相对运动，对导轨面形成 “切削 ”，会对导轨面产生 “划伤 ”。磨粒的硬度越高，相对滑动速 度越大，压强越大，对导轨的危害也越大。磨粒磨损是无法避免的，机床投入工作时应对其采取重点防护。 (2) 刚度和承载大 。 (3) 摩擦小，运动平稳 。 (4) 结构简单，便于操作和维修 。 b. 设计导轨 (1) 尺寸 设计导轨的截面形状并计算导轨的尺寸。 (2) 结构形式 选择导轨的结构形式，设计导轨磨损调整装置。 (3) 材料 选择导轨的材料，确定表面加工和热处理方法以及导轨需达到的硬度。 (4) 润滑 决定导轨的润滑形式，减小摩擦，磨损，发热和爬行。 (5) 技术要求 确定导轨的技术要求，设计完善的防护装置 。 轨的设计 a. 导轨材料 导轨材料要求耐磨，工艺性能好并且价格成本低。导轨的常用材料有铸铁，钢件等。铸铁是一种成本较低，减振性能良好并且耐磨的材料，主要用于需要铸造和切削加工性能良好的金属材料的场合。本设计采用铸铁，选择牌号为 b. 导轨结构 合理的立柱结构应建立在较小重量的前提下，并且具有较大的静刚度。本设买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 计为专用多轴钻床的设计，根据具体情况，床身导轨兼作立柱，工作台可沿立柱上下移动作进给往复运动。不过考虑到安装的需要，导轨上半部分，即立柱的上半段，此段只起支承作用，不起导向作 用。导轨截面形状采用 方 形截面，上下两端加工有螺纹，与上台板和底座固定。具体结构形状如图 示。 图 轨（立柱）结构图 c. 尺寸 所设计机床的尺寸应根据机床的整体情况来考虑，机床的尺寸太大会浪费材料，太小又不能装的下机床的内部各个配件，所以，机床尺寸的是否合适对机床的影响也很大。切削载荷（主要为切转矩和进给力）通过导轨（兼作立柱）传递给工作台，使导轨产生弹性变形，弯曲或扭转。变形会直接导致机床主轴轴线在竖直面和水平面内产生偏移，这样主轴线不垂直于底座，影响机床的加工精度。所以，合理设计导轨的尺寸，可以有效保证机床的加工精度。具体尺寸见图 d. 加工工艺 利用淬火的热处理方式可以提高铸铁导轨表面的硬度，并且可以降低磨粒对导轨表面的磨损，还可以防止磨粒划伤与撕伤导轨表面，提高导轨的耐磨性。铸造的残余应力，会使导轨材料产生蠕变，这时，应该对导轨进行时效处理。在此设计中只需对导轨材料进行一次时效处理，并且时效处理最好在粗加工后进行。当铸铁加热到 450 时，在内应力的作用下开始变形，超过 550 硬度反而降低。因此热时效处理应在 500 550 的范围内进行 ， 这样既能消除材料内 部残余内应力，又不影响导轨材料的硬度。 e. 间隙调整 导轨接触面之间的间隙会直接影响整台机床的加工精度和使用性能，所以有必要设计一种调整间隙的装置。如果导轨接触面间间隙过大，将会影响导轨运动精度和平稳性；间隙如果过小，则导轨运动阻力大，会加剧导轨的磨损。所以必须保证导轨具有合理间隙，即使磨损后也能方便的调整。本设计采用螺栓调整工作台动导轨与立柱导轨之间的间隙，具体方案如图 示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 图 隙方案图 床底座的