毕业设计（论文）-掘进机箱体加工工艺及组合机床设计（全套图纸）.pdf

- 1 - 掘进机箱体加工工艺及组合机床设计掘进机箱体加工工艺及组合机床设计 摘摘 要要 掘进机箱体是掘进机的重要零件。箱体的结构形式虽然多种多样，但仍有共同的 特点:形状复杂、壁薄且不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大，既有精度 要求较高的孔系和平面，也有许多精度要求较低的紧固孔。因此，一般中型机床制造 厂用于箱体类零件的机械加工劳动量约占整个产品加工量的 15%20%。这次的设计 内容就是掘进机箱体的加工及组合机床的设计。根据.零件的技术要求编排出科学实 用、 方便、 经济、 合埋的加工上艺， 并从中选扫两道上序进行夹具和组合机床的设计， 总的来说就是编排一套科学、方便、经济、合理的加上方案，加工出高质量的掘进机 箱体，并使其加上成本尽可能降到最低。 关键词：掘进机、箱体、孔系、组合机床、夹具。关键词：掘进机、箱体、孔系、组合机床、夹具。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 - 2 - Abstract Roadheader cabinet is the important se se body parts of roadheader . Enclosure structure form although varied, but still have common characteristics: complex shape, wall thin and uneven, internal cavity shape, the machining parts is more difficult, processing, have higher accuracy of the hole, and many peace surface accuracy requirements of lower tighten holes. Therefore, general medium machine tool factory for cabinet parts machining amount of whole product manufactured accounts for 15% to 20%. This design content is roadheader box processing and combination machine tools design. According to the technical requirements. Parts arrangement at a scientific and practical, convenience, economy, and buried on the processing technique, and choose Saul sequence of two way fixture and combination machine tools design, overall is arranged a set of scientific and convenient, economical and reasonable plus scheme, processing a high quality roadheader cabinet, and make it possible to a minimum. Add cost Keywords: roadheader, body, holes are, the combination machine tools and fixtures. - 3 - 目目 录录 摘要摘要 Abstract 绪论绪论 3 一、零件分析及设计任务书一、零件分析及设计任务书 1 1.1 掘进机箱体的工艺分析 1 1.2 掘进机箱体零件的工艺要求及工艺分析 1 1.2.1 掘进机箱体的技术要求 1 1.3 主要设计内容及设计要求 1 二、工艺规程的制定二、工艺规程的制定 2 2.1 掘进机箱体材料及毛坯 3 2.2 生产类型及工艺特征 3 2.3 定位基准的选择 3 2.4 工艺路线的拟定 4 2.5 毛坯机械加工余量及工序尺寸确定 6 2.6 主要切削用量的确定 7 三、车三、车 TY170 外圆及其端面组合机床的总体设计外圆及其端面组合机床的总体设计 9 3.1 组合机床结构方案的确定 9 2.1.1 组合机床的特点 9 3.2 车外圆及其端面组合机床配置型式的选择 10 2.2.1 组合机床配置 10 2.2.2 机床加工精度 11 3.3 被加工零件工序图 11 3.4 车外圆及其端面组合机床总图的绘制 11 3.4.1 机床装料高度的确定 14 3.4.2 夹具轮廓尺寸的确定 14 3.4.3 组合机床通用部件的选择 14 四、专用夹具设计四、专用夹具设计 15 4.1 工件定位分析 15 4.1.1 工件定位的基本原理 15 4.1.2 工件定位方案 15 4.1.3 工件的具体定位方法及其定位元件的选择 15 4.1.4 定位误差的分析与计算 16 - 4 - 4.2 夹紧机构设计 17 4.2.1 夹紧设计及操作的简要说明 19 结论结论 致谢致谢 参考文献参考文献 - 5 - 绪绪 论论 掘进机是用于开凿平直地下巷道的机器。 掘进机分为开敞式掘进机和护盾式掘进 机。价格一般在上亿元人民币。主要由行走机构、工作机构、装运机构和转载机构组 成。随着行走机构向前推进，工作机构中的切割头不断破碎岩石，并将碎岩运走。有 安全、高效和成巷质量好等优点，但造价大，构造复杂，损耗也较大。 19 世纪中叶，西方的文明陶醉于铁路的修建。梦想家们在地图上画满弯曲的路 线。然而，人类的梦想一次又一次被大山阻隔。诸如阿尔卑斯山脉那样连绵峰峦，不 断向人们提出挑战。绕过这些阻碍费时费力。理想的方法是勇往直前，开凿隧道。但 这意味着巨大的支出。隧道工程的工作面之小，大部分时间浪费在工序衔接上，时间 就是金钱，隧道工程费时费力的表现确实让人心寒。解决方法是明显的：建造一台大 机器。加大机器动力，把工业革命带入地先驱者是一个是叫亨利-约瑟. 毛瑟（Maus） 的比利时工程师。他在 1845 年得到撒丁国王的许可修建一条连接法国和意大利的铁 路。毛瑟在国际采矿业具有显赫声名和超强自信。他对爬越山口的方案不以为然，坚 持要走直线，尤其是在著名的 Cenis 山口附近，要以隧道穿越 Frejus 山。毛瑟的“片 山机(mountain-slicer) ” 1846 年在都灵附近的一个军工厂组装成形。他庞大而复 杂，体积超过一节火车头。他有一百多个钻头。整个机器俨然就是凸轮，拉杆，活塞 和弹簧的丛林。不论实用与否，它确实是沉思的产物。机器建成后，来自各地的参观 者络绎不绝，视其为历史的纪念碑。掘进机需要巨大的推进力。这些能量是在隧道外 产生的并通过复杂的机械连接到工作面。隧道越深，连接就越长，而传输过程中的能 量损失也就越大。看起来“片山机”早晚会因为动力不足而僵死洞中。自信的毛瑟相 信车到山前必有路，但持怀疑态度的人也没有被说服。十年之后，有赖于大为改进的 隧道通风技术，一条隧道紧邻毛瑟路线，采用爆破法技术得以修建。毛瑟的“片山机” 虽然没有经过实践检验，但却是公认世界上第一台 TBM。在以后的 30 年，设计试制 了各式各样的 TBM 共 13 台，均有所进步，但都不能算成功。比较成功的是 1881 年 波蒙特开发的压缩空气式 TBM，应用于英吉利海峡隧道直径为 2.1m 的勘探导坑，共 掘进了 3mile 多。从 18811926 年间，一些国家又先后设计制造了 21 台掘进机之 后，因受当时技术条件的限制，掘进机的开发处于停滞状态。1930 年前后，人们已 经要放弃了。隧道掘进技术的专家芭芭拉斯塔克悲观地预言：“未来二十年 .岩石机 械的专利会极其有限，甚至没有。也不会再建造类似机械。天然岩石都有程度不等的 裂缝。当滚刀（当时称为切割轮）紧压岩面的时候，压力总是集中在岩石最薄弱的部 分，使他们最先破碎。当滚刀转动时，小的裂缝会不断扩展，进一步分裂岩石。这就 是滚刀破岩原因。 - 6 - 目前，在世界范围内的掘进机生产商有 30 余家，已生产掘进机约 700 多台，最 具实力的是美国罗宾斯公司、德国维尔特公司、海瑞克公司，加拿大罗威特公司 (LOVAT)等。国外硬岩掘进机技术已经相当成熟，结构上不断完善，有敞开式、单护 盾、双护盾等不同类型，以适应不同的地质条件。在国外使用掘进机施工隧洞已很普 遍，尤其是 3km 以上的长隧洞，业主在招标书中明确规定要求投标商必须采用掘进 机施工。 随着国民经济的发展，技术的进步，掘进机广泛应用于矿山、隧道等行业中。特 别是在隧道行业中，掘进机发挥着越来越重要的作用。1851 年，美国工程师 Charles Wilson 设计设计了世界上第一台连续掘进的隧道掘进机（Tunnel boring machine 简称 TBM)。但由于设计存在难以克服的滚刀问题，TBM 难以与当时刚诞生的钻爆法 相媲美，无用武之地;1956 年，美国的 James Robbins 仿照 Charles Wilson 的设计， 采用滚刀，解决了第一台 TBM 的刀其问题，获得了成功。从此，TAI 得以推广。总的 说来，TBM 掘进技术是目前世界上最为先进的隧道开挖方法，已成为未来隧道建设总 的发展趋势。它综合汇集了计算机、新材料、自动化、信息化、系统科学、管理科学 等高新技术，在一定程度上反映了一个国家的综合实力与科技水平。 - 7 - Abstract Tunneler is used for digging underground tunnels flat of machines. Tunneler is divided into open type roadheader and shield of roadheader. The price is in commonly million yuan RMB. Mainly by the mobile mechanism, working institutions, shipping agencies and reproduced mechanism composition. As the mobile mechanism forward, the cutting head constantly working mechanism, and broken rock broken rock away. A safe, efficient and good quality advantages into lane, but cost is big, complex structure, loss bigger also. In the mid 19th century, western civilization intoxicated with the construction of railway. On the map the dreamers painted with curved line. However, the human dream again and again is dashan, cut off. Such as the Alps that to people, overlapping rolling forward continuously challenge. Bypass time- consuming these obstacles. Best method is to march forward courageously, digging the tunnel. But this means that huge expenditures. The small mining tunnel project, most of time wasted in working procedure, time is money the joining of tunnel engineering time- consuming performance really are frightening. The solution is obvious: build a big machine. Increasing machine power, the industrial revolution is a is to pioneer into named Henry - Joseph. Mauser (Maus) Belgian engineer. He got Sardinia in 1845 kings permission to build a connection of France and Italy railway. In international mining has prominent mauser fame and super self- confidence. The scheme to climb the mountain pass his disagree, insist to walk in a straight line, especially in the famous near Cenis pass through, want to be Frejus mountain tunnel. The mauser mountain - piece mountain machine (slicer) 1846 nearby a arsenals in Turin assembly forming. He is too large and complex, volume for more than a quarter the locomotive. He has more than 100 bits. The whole machine has become CAM, bars, piston and spring jungles. Whether practical or not, it was really thought of the product. The machine was completed, the steady stream of visitors from all over the world, see it as historical monument. Roadheader need great propulsion. The energy is generated outside in a tunnel through complex mechanical connection to face. The deeper, connection tunnel is longer, and transmission in the process of energy loss is bigger also. Look slice mountain machine sooner or later because underpowered and unchangeable hole. Confident mauser believe car in the end things will mend, but doubters also not be persuaded. Ten years later, depends on the tunnel ventilation technology greatly - 8 - improved, a tunnel close to mauser route by blasting method, technology gets built. The piece mountain mauser, though no machine, but it is through practice test in the world. The first TBM recognized After 30 years, design developed all kinds of TBM a total of 13 sets, are improved, but cannot calculate success. Relatively successful is 1881 wave monte compressed air type TBM development, applied in the English channel tunnel diameter of DaoKeng for 2.1 m, were heading the exploration 3mile much. 1881 from 1926 years, some countries and successively, design and manufacture, after roadheader 21 sets technology at the time by the constraint of the development, tunneler is stagnant. 1930 around, people have to give up. Tunnel excavation technology experts from Barbara stark pessimistic predictions: future twenty years. the patents will rock mechanical, even without extremely limited. Also wont build similar machines. Natural rock have degree of crack. When hob ranging (then called cutting wheel) rockface tightly compressed when pressure is always focus on the most vulnerable part of rock, that they first broken. When hob turns, small leak will continue to expand, further split rocks. This is Bob rock fragmentation reasons. Currently, in the worldwide roadheader producer has already production more than 30, about 700 multiple, especial the strongest is America Robbins company, Germanys vale, herrenknecht ag, Canada ROM witter company (LOVAT) etc. Foreign hard rock tunneler technology has quite mature, structure, perfecting open wide type, single shield, dual shields to adapt to different types of different geological conditions. Used in foreign countries roadheader construction is very common, especially tunnel more than 3km long tunnel, owner specified in the tender book bidders must adopt roadheader construction. Along with the development of national economy, the technological progress, tunneler is widely used in mining, tunnel, and other industries. Especially in the tunnel industries, tunneler is playing an increasingly important role. In 1851, American engineers, Charles Wilson design for the worlds first the tunneling boring machine Tunnel boring (TBM as how). But due to design the existing difficult to overcome difficult problem, TBM hob with then drill- blasting method was born without climatically almost rival,; In 1956, American James Robbins modeled, Charles Wilson, using the design hob, solved the problem of the sword TBM and succeeded. Since then, TAI to promotion. Overall, the TBM the world tunneling technology is the most advanced tunnel excavation method, has become the - 9 - general development trend of future tunnel construction. It comprehensive collected the computer, new materials, automation, informationization, system science, scientific management, high technologies such as in a certain extent reflect a nations comprehensive strength and technology level. 第 1 页 共 20 页 掘进机箱体加工工艺及组合机床设计掘进机箱体加工工艺及组合机床设计 一、零件分析及设计任务书一、零件分析及设计任务书 （一）箱体零件分析及设计任务书 1.箱体零件的功用、分类 箱体类零件是机器或部件的基础零件，它将机器或部件中的轴、套、齿轮等有关 零件组成一个整体，使它们之间保持正确的位置关系，并按照一定的传动关系，并按 照一定的传动关系协调地传递运动或动力。因此，箱体的加工质量将直接影响机器或 部件的精度、性能和寿命。 常见的箱体类零件有：机床主轴箱、机床进给箱、变速箱体、减速箱体、发动机 缸体和机座等。根据箱体零件的结构形式不同，可分为整体式箱体和分离式箱体两大 类。前者是整体铸造、整体加工，加工困难，但装配精度高；后者可分别制造，便于 加工和装配，但增加了装配工作量。 2.箱体零件分析 箱体的结构形式虽然多种多样，但仍有共同的主要特点：形状复杂、壁薄且分布 不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大，既有精度要求高的孔系和平面，也 有许多精度要求较低的紧固孔。因此，一般中型机床制造厂用于箱体类零件的机械加 工劳动量约占整个产品加工量的 15%20% （二）零件的技术要求 零件简图如图 1 所示。 该零件的加工要求高， 加工面的数量很多， 并且种类繁多， 有车外圆面，车端面，钻孔，攻螺纹，扩孔，车倒角，钻斜油孔等，位置、形状、尺 寸、精度都各有要求 （三）主要内容以及设计要求 本次毕业设计是掘进机箱体加工工艺及组合机床设计，要对零件进行分析研究， 查阅相关设计参考文献，制定零件的加工工艺规程，并选择 12 道工序进行工艺设 计同时还要根据某一道工序图，进行一台组合机床的设计，既要绘制组合机床的联系 尺寸图，又要绘制本道工序的工序图。最后根据这道工序在组合机床上的加工进行专 用夹具的设计，并绘制出夹具装配图，还要对夹具的主要零件进行设计，并绘制出夹 具的主要零件的零件图 本次毕业设计中要遵循科学、端正的设计态度来进行设计，设计的方案要合理， 设计的加工装配性要好，还要进行必要的计算和校核。绘制的图纸要图面整洁，视图 要齐全，布局要合理，纸条、文字等均要按照有关标准。 第 2 页 共 20 页 图 1 掘进机箱体零件简图 二、工艺规程的制定二、工艺规程的制定 零件加工的工艺规程就是一系列不同工序的综合。 由于生产规模和具体情况的不 同对同一零件的加工工序综合可能有多种的方案。 应当根据具体条件采用其中最完善 和最经济的一种方案。工艺规程选择要考虑的基本因素如下。 生产规模是决定生产类型的主要因素。 制造零件所用的坯料或型材的形状、尺寸和精度。 零件材质性质 零件制造的精度，包括尺寸公差、形位公差以及零件图上所指定的要求。 表面粗糙度 特殊限制条件，如：工厂设备和用具材料。 编制的加工规程要在生产规模与生产条件下达到最经济与最安全的效果。 （一）掘进机箱体材料及毛坯 掘进机箱体的材料为铸钢（ZG35） ，该材料所对应的新牌号为 ZG270- 500，故其 屈服强度值为 s 为 274MPa， 抗拉强度值 b 为 490MPa。 该材料有较好的强度和塑性， 良好的铸造性能，可焊接性尚好，可用作承载零件，如轴承座、机架、连杆、箱体等。 毛坯种类的确定是与零件的结构形状、尺寸大小、材料的力学性能和零件的生产类型 相关的，另外还和毛坯车间的具体生产条件相关。 第 3 页 共 20 页 铸造毛坯的形状可以复杂，尺寸可以相当的大，且吸振性能好，但铸造的力学性 能差。 毛坯铸造方法的选择应根据生产量的大小和各厂设备、技术的实际条件，结合各 种铸造方法的基本工艺特点，在首先保证零件技术要求的前提下，选择工艺简便、质 量稳定和成本低廉的铸造方法。在大批量生产中，常采用精度和生产率高的毛坯制造 方法，如金属砂型铸造，可以使毛坯的形状接近于零件的形状，因此可以减小切削加 工用量，从而提高材料的利用率，降低加工成本。 本零件的生产类型为大批量，选用的铸造方法为金属模机械砂型铸造。 （二）生产类型及工艺特征 由于本零件的生产纲领为 N1=5000 件/年，是大批量生产，它的主要工艺特征是 广泛采用专用机床、专用夹具及专业刀具、量具，机床按工艺路线排列组成流水生产 线。为减轻工人的劳动强度，留有进一步提高生产率的可能，该箱体在工艺设计上采 用了组合机床流水线的加工的方式.。 （三）定位基准的确定 工件在机床上用夹具进行夹紧加工时，用来决定工件相对于刀具的位置的这些 表面称为定位基准。定位基准分为粗基准和精基准。 1.粗基准的选择原则 加工表面为粗基准，尤其应选与加工表面有位置精度要求的不加工表面，这样可保 证加工表面与不加工表面间的位置精度。 选重要表面为粗基准，这样可保证重要表面的加工余量均匀，加工精度高。 选加工余量较小的表面为粗基准，可保证各加工表面都有足够的加工余量。 选平整、无飞边和浇冒口等缺陷的表面为粗基准，可使工件定位可靠、夹紧方便。 粗基准只能用一次，应避免重复使用。这样可避免产生较大的定位误差，避免使加 工表面间出现较大的位置误差。 2.精基准的选择原则 尽可能选加工表面的设计基准为精基准，即“基准重合”原则，目的是避免产生基 准不重合误差 应尽可能在多数工序中采用同一精基准定位，即“基准同一”原则，目的是减少设 计和制造费用，并减少基准交换所带来的定位误差。 有些精加工工序，可选用加工表面本身为定位基准，即“自为基准”原则，目的是 可保证加工表面的加工余量少而均匀。 对位置精度要求高的表面，可采用“互为基准” ，反复加工，目的是保证高的位置 精度。 选定定位基准、稳定、夹紧简单的表面为精基准，目的是便于工件的安装和加工。 第 4 页 共 20 页 箱体类零件是机器制造业中加工工序多、劳动量大、精度要求高的关键零件，这 类零件一般都有精度要求较高的孔需要加工， 又常常需要在几台机床上几次安装下进 行，大多数箱体零件采用“一面两孔”定位方式，即利用零件上的一个平面和该平面 上的两个孔作为定位基准。一个孔插入圆柱销一个孔插入菱形销。 本设计选用的定位基准为箱体的大地面为定位平面，控制 3 个自由度；输出轴孔 的 120 为一个定位孔，插入圆柱销，控制两个自由度；蟹爪孔的 110 为另一个定 位孔，插菱形销，控制 1 个自由度.。 （四）工艺路线的拟定 拟定工艺路线的出发点是是零件的几何形状、 尺寸精度以及位置精度等技术要求 能得到保证。工艺路线的拟定一般需要做两个方面的工作：一是根据生产纲领确定加 工工序和工艺内容，依序工序的集中和分散程度来划分工艺：二是选择工艺基准，即 主要选择定位基准和检验基准。 在生产纲领已确定为批量生产的条件下，可以考虑万能机床、组合机床和专业夹 具， 并尽量采用工序集中的原则， 通过减少工件安装的次数来提高生产率。 除此之外， 还应尽量考虑经济精度以便使生产成本下降。 根据以上原则，拟定的工艺路线如下： 10 铸坯（铸造） 20 热处理（正火处理 179209HB) 30 涂底漆（飞边、披缝、型砂清理处理，箱体内表面不加工面涂红色防锈漆。外表 面不加工面涂黄色防锈漆） 40 粗铣大底面 50 粗铣四周台阶面 60 粗铣输出轴孔端平面及蟹爪孔端面 70 粗铣输入轴支撑座两侧面 80 粗切内环槽 90 粗车外圆 426 端面、 孔 410 内圆面及其内端面、 孔 170 外端面并倒角 530 95 粗车输入端面及其 TY170 外圆 100 粗镗输入轴孔 110 粗镗孔 150 并倒角 220，粗镗孔 170、 110 及 160，粗镗孔 152 及其内 端面 120 热处理（人工时效处理） 130 半精铣大底面 140 办精铣四周台阶面 150 办精铣输出轴孔端面及蟹爪孔端面 第 5 页 共 20 页 160 半精铣输入轴支撑座两侧面 170 半精切环槽 180 半精车外园 426 端面、孔 410 内园面和内端面 190 半精镗输入轴孔 130 和 120 200 精镗输入轴孔 130 和 120 210 半精镗孔 150 及其内端面，半精镗孔170 和孔110 220 精镗孔 150、孔 170 和孔 110 230 粗车输入轴内退刀槽 240 输入轴内攻 M1352 螺纹 250 钻大底面上 19 38 孔、圆形分布 9M12 螺纹底孔、钻 2M16 底孔及油孔 260 攻 9M12、2M16 的螺纹 270 钻 7M12、大底面上矩形分布的 9M12 底孔并倒角，钻 4M16 底孔 280 攻 4M16、7M12、9M12 的螺纹 290 锪大底面上两特殊孔 40 300 大底面上一特殊孔上攻 M221.5 的螺纹 310 钻 6 孔、扩输入轴内孔 20 320 钻 10 长轴孔 330 钻 5 孔 340 车 9M12 倒角 1.545 度 350 半精铣160 孔内端面 360 车 TY1706- 6g 螺纹 370 焊接 380 终检 （五）毛坯机械加工余量及工序尺寸确定 1.毛坯机械加工余量确定 因箱体类零件形状较为复杂且生产批量大， 故毛坯选用铸件造型方法为金属模机 械砂型铸。查金属机械加工工艺人员手册可得： 尺寸公差等级 CT810，取 CT8；加工余量等级 MA G 表表 1 加工表面总余量加工表面总余量 加工表面 基本尺寸/mm 加工余量等级 MA 加工余量数值/mm 备注 输入轴端面TY170 外圆面 329.75 170 G G 5.0 3.5 单侧价格 双侧加工 2.工序尺寸确定 第 6 页 共 20 页 为了保证零件图上某平面的精度和粗糙度值， 需要从其毛坯表面上切去全部多余 的金属层，这一金属层的总厚度称为该表面的加工总余量。每一工序所切除的金属层 厚度称为工序余量。 工序间加工余量的选择原则如下： 应采用最小的加工余量，以缩短加工时间，并降低零件的制造费用。 加工余量应能保证得到图纸上所规定的表面粗糙度及精度。 决定加工余量时应考虑到零件热处理时引起的变形，否则可能产生废品。 决定加工余量时应考虑到所采用的加工方法和设备， 以及加工过程中零件可能发生 的变形。 决定零件加工余量时应考虑到被加工零件的大小。零件越大，