变速箱体左端面钻孔专用机床设计.doc

分类号： 密级： UDC： 编号： 2007年应届本科毕业设计 （变速箱体左端面钻孔专用机床设计计算说明书）专业名称：机械制造自动化姓名 ： 指导教师： 申请学位级别：学 士 论文提交日期：2007年6月 论文答辩日期：2007年6月20日 学位授予单位和日期 答辩委员会主席 _评阅人 _2007年6月20日 目录第一章 组合机床及其自动线概述-2第二章 组合机床总体设计-4第1节 概述-4第2节 总体结构及工作循环-5第3节 三图一卡-6一零件工序图-7二加工示意图-7三机床联系尺寸图-12四机床生产率计算卡-15第三章 多轴箱的设计步骤和内容-16第四章 专用夹具结构设计-21第五章 液压与PLC控制-22参考资料-24 第一章组合机床及其自动线概述专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具。组合机床一般采用多轴、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和系列化，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、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。 通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。 输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。 控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。 为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。组合机床和组合机床自动线是一种专用高效自动化技术装备，目前，由于它仍是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备，因而被广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。因此，组合机床及其自动线的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。 组合机床及其自动线是集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。它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额) ,完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种形状槽,以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多,有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换,配以可编程序控制器( PLC) 、数字控制(NC) 等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外,近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机(清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线) 等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品,是根据用户特殊要求而设计的,它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。 第二章 组合机床总体设计 第一节 概述钻孔组合机床是在工件表面上钻孔的一种高效率自动化专用加工设备。机床的液压动力滑台固定在的滑台上,中间底座上装有工件定位夹紧装置。组合机床的总体设计通常是根据与用户签定的和同和协议书，针对具体加工零件，拟订工艺和结构方案，并进行方案图样和有关技术文件的设计。根据工艺方案确定机床的型式和总体布局。在选择机床配置型式时，既考虑到实现工艺方案，保证加工精度、技术要求及生产率，又考虑到机床操作、维护、修理和排屑的方便性。在选择组合钻床结构方案时，必须保证稳定的加工精度。固定式夹具组合钻床能达到的钻孔位置精度最高，采用固定导套一般能达( 0.20)mm。考虑到操作的方便性，需要合理确定装料高度为使钻床在温度过高时工作性能稳定，而且由于被加工件不需多次进给，故选用机械通用部件配置钻床。根据被加工零件的特点,为实现加工精度要求,同时考虑到经济效益和生产率,经过反复论证、分析和计算,我们采用了卧式双面多轴钻、组合机床的总体设计方案。第二节 总体结构及工作循环本机床采用多工位卧式组合机床,变速箱体装在工作台的夹具上,这样便于上、下料。机床机械部分主要有:底座、侧底座、多轴箱、刀具、夹具、冷却系统;控制部分为PLC 控制系统及液压传动系统。机床的工作循环为:人工装上一工件,定位销插销定位夹紧油缸夹紧I 滑台开始工作循环:快进(冷却供、主轴转) 工进(死档铁停留) 快退至原位(主轴停) 滑台开始工作循环:快进(冷却供、主轴转) 工进(死档铁停留) 快退至原位(主轴停、冷却停) ,定位销拔出,夹紧油缸松开,防护门自动打开,油缸推出工件,工件到位后油缸退回.(快退缓退) ,死档铁停留,工作循环结束第三节 三图一卡被加工零件图如下：零件的工艺路线大致如下：以顶面为粗基准粗铣底面-以底面为基准粗铣、半精铣顶面使的符合要求-在以顶面为基准加工底面达到要求-加工底座上的26的尘头孔-钻13的通孔-以一面两销定位铣两端面和中间面-镗80、92、72孔使达到精度要求-钻、攻丝左端面上的六个M10的底孔8.5和一个12的孔-钻、攻丝右端面上的孔-钻、攻丝顶面上的孔-去毛刺-中检-清洗-终检。一. 被加工零件工序图1 被加工零件为变速箱体，材料为HT200，工序为箱体左端面端面钻孔，左端面为六个8.5和一个12的加工孔，采用一面两孔定位，一面为箱体底面，两孔为底面上的对角上的两孔。采用箱体顶面夹紧。二. 加工示意图 零件加工的工艺方案要求通过加工示意图表达出来。加工示意图表示零件在机床上被加工的过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件之间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据重要作用。它是刀具、辅具、夹具、多轴箱、液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的依据。设计计算：刀具的选择 由零件上的加工要求需要此工序钻六个8.5孔和一个12的孔所以选取直径为8.5和12的锥柄长麻花钻。导向选择 刀具导向部分与夹具导套之间既有移动又有转动的固定式导套。工艺方法dDD1刀具导向部分的外径用刀具本身导向用接杆导向钻孔G7(或G8)用钻头本身导向 导向布置简图导向长度L1导向至弓箭端面的距离L2(24)d 这里取L1=26mm(11.5)d 这里取L2=12mm主轴直径确定 d=B,M=10*D=8.5或 12 f=0.1或0.19 HB=220 B=7.3(刚性)或6.2（非刚性）代入数据查表3-19选取主轴直径为20mm 由直径为20mm查表3-22有外伸轴尺寸： D/d30/20L115接杆莫氏锥号1、2接杆的选择：2-215T0635-01零 件 表序号1234名称接杆螺母垫平键材料454545数量1211DP莫氏圆锥号类型D1D2BbLlT2021A2230121215500110确定工作行程长度：工作进给长度应工件加工部位长度L（多轴加工时应按最长孔计算）与刀具切入长度和切出长度之和，见下图所示。工序名称切入长度（）加工长度切出长度（）钻孔一般在（510）之间选。这里选=6mm22mmd/3+(38)这里取=12mm三机床尺寸联系图1. 切削功率 根据各刀具主轴的切削用量，计算出总切削功率，再考虑传动效率或空载效率损耗及载荷附加功率损耗，作为选择组合机床主传动用动力箱型号规格的依据。 每种型号的动力箱皆可选择两种规格的电动机，这两种电动机除了功率不同外转速也不同。因此动力箱输出轴转速也有高低之分，应根据多轴箱传动系统设计要求，并使多轴箱传动链短和设计简单来选择用。由下列公式计算： 代入数据：=0.206 =2 =0.8 =1.06 =8.5 =13.35 f=0.1 =12 =10 f=0.19 通过计算总功率 =1.02kw 查标准表2-14 并选取：型号电动机型号电动机功率(kw)（mm）电动机转速（r/min）驱动轴转速（r/min）1TD25Y100L-42.232514207852. 进给力 每种规格的动力滑台有其最大进给力的限制。选用时，可根据确切的切削用量计算出个主轴的轴向切削合力，以 u $j _6t91 、夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量 qdYL Ej 9H|Q(w8 、夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。 W#TD9F (uyFcF N? 、结构力求简单，便于制造和维修。 Wb!/mO= aw41 xop3.夹具基体的设计夹具基体是夹具的基础，在设计夹具基体时，除应保证结构合理外，还应保证夹具基体有足够的刚度，而且在可能的范围内，力求能加工零件组的全部。对其基体件还应根据相似件形状、尺寸、精度、毛坯种类及其工艺方法来确定基体件形状、尺寸，以满足加工所有相似件的要求。该基体件与其它夹具元件组成的夹具结构紧凑，操作方便，更换元件容易，可以加工不同产品的相似件。第五章 液压与PLC控制该机床采用电动机和液压系统相结合的驱动方式,其中电动机 带动主轴箱的刀具主轴提供切削主运动,而动力滑台和工件定位夹紧装置则由液压系统驱动。机床的电气控制要求只有系统正常供油后,其它控制电路才能通电工作；在滑台进给循环开始时启动,滑台退回原位后停机；可手动控制启停,也可在滑台工作进给时自动提供油液。其控制过程是典型的顺序控制,当把工件装入夹具后,按下启动按钮,机床便开始自动循环的工作过程。双面钻孔组合机床的电气控制属单机控制, 输入输出均为开关量。根据实际控制要求,并考虑系统改造成本,在准确计算I/ O 总点数的基础上,采用抗干扰强、稳定性和可靠性较高的三菱公司生产的FX1N260MR 可编程控制器。该控制系统中所有输入触发信号采用常开触点接法,所需的24 V 直流电源由PLC 内部提供;输出负载中的所有直流电磁换向阀同样采用由PLC 内部提供的24V直流电源,输出负载中的4 个交流接触器线圈则需外接220 V 交流电源.由于双面钻孔组合机床中转换开关、按钮及行开关较多,为了减少输入点数,降低费用,对输入信号作了适当处理,如4 台电动机的过载保护不作为输入信号,而直接接入输出线圈回路中。另外,电磁阀为感性负载并且通断频繁,为了保护PLC 的输出触点,在每个电磁阀两端各并上1 个续流二极管,来吸收反向过电压。 由双面钻孔组合机床的控制要求可知,该控制系统需要实现3 个控制功能: 动力滑台的点动、复位控制; 动力滑台的单机自动循环控制; 整机全自动工作循环控制。 系统工作时,PC 与生产现场的PLC 之间处于实时的交互通状态。如果生产规模大,可采用1 : n 上位链接通信方式,用一台计算机管理多台机床。上位计算机与PLC 之间有一个RS - 232C/ RS - 485 转换器,用于链接计算机的RS - 232C 串行口和PLC 的RS - 485 通信适配器,可增大通信距离。操作人员根据生产现场的需要,在不中断生产的情况下,可在上位机上实时地对现场参数进行调整,使控制系统工作于最佳状态。还可在上位机上编程、监测设备运行情况、显示故障等,对系统进行管理和调度,使设备潜力得到充分发挥。本程序经模拟调试,完全符合双面钻孔组合机床的电气控制要求,使用效果良好。在使用过程中,还可根据不同的控制要求,在不改动接线或改动很少的情况下,通过改变程序来实现不同要求,大大节省了安装调试时间,提高了效率。 本系统经过PLC 融入后,运行良好,故障率低。而且组合机床控制系统具有很好的柔性,能适应产品的变化,当工艺程序变更时,只需修改程序,就可满足新的加工要求。可见传