机械毕业设计（论文）-调速器前壳的7孔组合钻床设计【全套图纸】.doc

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 调速器前壳的 7 孔组合钻床设计 The designation of a combination drilling machine for Governor back shell 学院名称 专业班级 机械设计制造及其自动化 学生姓名 指导教师姓名 指导教师职称 讲师 2013 年 5 月 目 录 第一章第一章 引言引言 1 1 1 1 论文背景及研究意义 1 1 2 组合机床发展概况 1 1 2 1 组合机床的由来 1 1 2 2 组合机床技术装备现状与发展趋势 1 1 3 本文研究的主要内容 2 第二章第二章 组合钻床总体设计组合钻床总体设计 4 4 2 1 组合钻床工艺方案的制定 4 2 2 7 孔组合钻床配置型式及结构方案的确定 4 2 3 主要参数的计算 5 2 3 1 确定切削用量 计算各主轴转速 5 2 3 2 确定切削力 F 切削转矩 M 切削功率 P 6 2 4 组合机床总体设计 6 2 4 1 被加工零件工序图 7 2 4 2 加工示意图的设计 71 2 4 3 机床联系尺寸图的绘制 11 2 4 4 生产率计算卡 14 第三章第三章 主轴箱设计主轴箱设计 1616 3 1 绘制主轴箱设计原始依据图 16 3 2 主轴结构形式的选择及动力计算 17 3 3 传动系统的设计和计算 18 3 4 多轴箱的坐标计算 21 3 5 主轴箱通用轴类零件选择 24 3 6 主轴及通用传动轴结构形式的选择方案 26 3 7 通用齿轮及其他通用件及传动轴轴承型号的选用 26 第四章第四章 夹具设计夹具设计 2727 4 1 机床夹具的概述 27 4 2 定位支承系统设计 27 4 2 1 定位支承系统的设计原则 27 4 2 2 定位支承元件及其布置 28 4 3 导向装置设计 28 4 3 1 导向装置的作用 28 4 3 2 固定式导套的设计 28 4 3 3 固定钻模板结构设计 29 4 4 夹紧机构设计 30 4 4 1 夹紧方案的确定 30 结论结论 3232 致谢致谢 3333 参考文献参考文献 3434 全套图纸 加全套图纸 加153893706153893706 调速器前壳7孔组合钻床设计 专业班级 J机械0902 学生姓名 周冬冬 指导老师 葛涛 职称 讲师 摘要摘要 当前世界当前世界 NC 机床的研究现状机床的研究现状 世界各国对数控机床 加工中心以至 FMS CIMS 等各种新技术的研究与发展进程 是与世界经济形势紧密相连的 机床工业有世界经济相互促进和发展 进入 21 世界知识 机警时代 人们的知识所起的作用更加突出 而机床工业作为机器制造业的基础 其重 点地位与战略意义也更加明显 在 1991 1994 年间 世界经济衰退 昂贵的 FMS CIMS 降温 1995 2000 年间 世界经济在低速增长 根据当前世界市场各方面用 户为提高生产率对 NC 机床的要求以及世界四大国际机床展 欧洲的 EMO 美国的 IMTS 日本的 JIMTOF 中国的 CIMT 上展品的分析 当前世界 NC 机床的技术研究主 要有以下几点 1 更加重视新技术和创新 更加重视新技术和创新 在世界范围内 对新工艺 新材料 新结构 新单元 新元件的研究开发工作正在 大力开展 如新的刀具材料 新的主轴结构 高速电主轴 高速直线电机等的开发研究 以加工工艺的改进创新为基础 为加工超硬 难切削材料及特殊复合材料及复杂零件 不规则曲面等在不断研究开发新机种 2 提高机床加工的精度和研究 提高机床加工的精度和研究 为了提高加工中心的加工精度 不断提高机床的刚度 减少振动 消除热变形 降 低噪声 提高 NC 机床的定位精度 重复精度 工作可靠性 稳定性 精度保持性 世界 很多国家都在进行机床热误差 机床运动及负载变形误差的软件补偿技术研究 并采取 精度补偿 软件补偿等措施加以改善 有的已经可以使此类误差消除 60 并在不断开 发精细加工 纳米加工 3 提高机床加工生产率的研究 提高机床加工生产率的研究 世界 NC 机床 加工中心及相应的高速点主轴 直线电机 测量系统 NC 系统的开 发 均以提高生产率为前提 4 许多国家都已经开始对数控系统的智能化 开放化 网络化研究 许多国家都已经开始对数控系统的智能化 开放化 网络化研究 数控系统数控系统 的智能化的研究的智能化的研究 主要表现在 为追求加工效率和加工质量的智能化 对加工过程的自适应控制 工 艺参数自动生成进行研究 为提高驱动性能及使用连接方便的智能化 对反馈控制 电 机参数的自适应运算 自动识别负载自动选定模型 自整定等进行研究 还有智能化的 自动编程 智能化的人机界面 智能诊断 智能监控等方面的研究 关键词关键词 NC机床机床 主轴 夹具设计 定位 Research current situation of NC lathe in our times Research and development process to such various kinds of new technologies as numerical control lathe machining center FMS CIMS etc of countries all over the world linked to with the international economic situation closely The machine tool industry has international economy to mutually promote and develop enter 21 alert eras of World Affairs the function that people s knowledge plays is more outstanding and the machine tool industry is regarded as the foundation of the manufacturing industry of the machine its key position and strategic meaning are more obvious Within 1991 1994 years the economic recession of the world expensive FMS CIMS lowers the temperature among 1995 2000 years the international economy increases at a low speed according to requisition for NC lathe and the world four major international lathes exhibition in order to boost productivity of users of various fields of present world market EMO IMTS JIMTOF China CIMT of Japan of U S A of Europe have the analysis of the exhibit there are the following several points mainly in the technical research of NC lathe in our times 1 Pay more attention to new technology and innovation Worldwide are launching the new craft new material new structure new unit research and development of the new component in a more cost effective manner developmental research of for instance new cutter material the new electric main shaft of main shaft structure high speed high speed straight line electrical machinery etc Regard innovating in improvement of the processing technology as the foundation for process ultra and hard difficult to cut material and special composite and complicated part irregular curved surface etc research and develop new lathe variety constantly 2 Improve the precision and research of machine tooling In order to improve the machining accuracy of the machining center are improving rigidity of the lathe reduction vibration constantly dispel hotly and out of shape reduce the noise improve the precision of localization of NC lathe repeat precision working dependability stability precision keeping world a lot of country carry on lathe hot error lathe sport and load out of shape software of error compensate technical research take precision compensate software compensate measure improve some may make this kind of error dispel 60 already And is developing retrofit constantly nanometer is being processed 3 Improve the research of the machine tooling productivity World NC lathe machining center and corresponding some development of main shaft electrical machinery of straight line measuring system NC system of high speed under the prerequisite of boosting productivity 4 elligent research of the numerical control system Mainly showing in the following aspects It is intelligent in order to pursue the efficiency of processing and process quality the self adaptation to the processing course is controlled the craft parameter produces research automatically Join the convenient one in order to improve the performance of urging and use intelligently to the feedback control adaptive operation discerning automatically load selects models automatically since carries on research whole definitely etc of the electrical machinery parameter There are such research of the respect as intelligent automatic programming intelligent man machine interface intelligence diagnosing intelligent monitoring etc Key Words situation of NC Spindle Spindle box Location 1 第一章 绪论 1 1论文背景及研究意义 现代社会中 人们为了高效 经济地生产各种高质量产品 日益广泛的使用各种机器 仪器和工具等技术设备与装备 为制造这些技术设备与装备 又必须具备各种加工金属 零件的设备 诸如铸造 锻造 焊接 冲压和切削加工设备等 由于机械零件的形状精 度 尺寸精度和表面粗糙度 目前主要靠切削加工的方法来达到 特别是形状复杂 精 度要求高和表面粗糙度要求小的零件 往往需要在机床上经过几道甚至几十道切削加工 工艺才能完成 因此 机床是现代机械制造业中最重要的加工设备 在一般机械制造厂 中 机床所担负的加工工作量 约占机械制造总工作量的40 60 机床的技术性能直 接影响机械产品的质量及其制造的经济性 进而决定着国民经济的发展水平 可以这样 说 如果没有机床的发展 如果不具备今天这样品种繁多 结构完善和性能精良的各种 机床 现代社会目前所达到的高度物质文明将是不可想象的 一个国家要繁荣富强 必须实现工业 农业 国防和科学技术的现代化 这就需要一 个强大的机械制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备 即各种机器 仪器和工具等 然而 一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后 盾 机床工业是机械制造业的 装备部 总工艺师 对国民经济发展起着重大作用 因此 许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高 使本国国民经 济的发展建立在坚实可靠的基础上 世界上第一台组合机床于 1908 年在美国问世 30 年代后组合机床在世界各国得到迅速 发展 至今 它已成为现代制造工程 尤其是箱体零件加工 的关键设备之一 现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求 而组合机床也在不断吸 取新技术成果而完善和发展 1 2 组合机床发展概况 1 2 1 组合机床的由来 组合机床是按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及工艺要求设计的 专用部件组成的专用机床 组合机床是随着生产的发展 由万能机床和专用机床发展来 的 它既有专用机床效率高结构简单的特点 又有万能机床能够重新调整 以适应新工 件加工的特点 为此 将机床上带动刀具对工件进行切削运动的部分以及床身 立柱 工作台等设计制造成通用的独立部件 称为 通用部件 根据工件加工的需要 用这 些通用部件配以部分专用部件就可组成机床 这就是组合机床 当加工对象改变了 用 这些通用部件 只将部分专用部件改造 又可以组成加工新工件的机床 组合机床是按 工序集中原则设计的 即在一台机床上可以同时完成许多同种工序或多种不同工序的加 工 1 2 2组合机床技术装备现状与发展趋势 组合机床及其自动线是集机电于 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 2 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睬 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 P L C 数字控N N C 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 综合测量数控组合机床 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 测最 控制 诊断监控 清沈 装配和试 漏等技术 我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后 国内 所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口 工艺装备的大量进口势必导致 投资规模的扩大 并使产品生产成本提高 因此 市场要求我们不断开发新技术 新工 艺 研制新产品 由过去的 刚性 机床结构 向 柔性 化方向发展 满足用户需求 真正成为刚柔兼备的自动化装各 随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高 高精度 高生产率 柔性化 多品种 短周期 数控组台机床及其自动线正在冲击着传统的组合 机床行业企业 因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度 组合机 床柔性 组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向 一方面 加强数控 技术的应用 提高组合机床产品数控化率 另一方面 进一步发展新型部件 尤其是多 坐标部件 使其模块化 柔性化 适应可调可变 多品种加工的市场需求 从2002年年 底第21届日本国际机床博览会上获悉 在来自世界lO多个国家和地区的500多家机床制造 商和团体展示的最先进机床设备中 超高速和超高精度加工技术装备与复合 多功能 多轴化控制设备等深受欢迎 据专家分析 机床装备的高速和超高速加工技术的关键是 提高机床的圭轴转速和进给速度 该届博览会上展出的加工中心 主轴转速 10000 200002 r m in 最高进给速度可达20 60m min 复合 多功能 多轴化控制 装备的前景办被看好 在零部件一体化程度不断提高 数量减少的同时 加工的形状却 日益复杂 多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件 另外 产品周期的缩短也 要求加工机床能够随时调整和适应新的变化 满足各种各样产品的加工需求 然而更关 键的是现代通信技术在机床装备中的应用 信息通信技术的引进使得现代机床的自动化 程度进一步提高 操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改 对运转状况 进行监控并积累有关数据 通过网络对远程的设备进行维修和检查 提供售后服务等 在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距 因此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 1 3本文研究的主要内容 零件调速器前壳如附图l所示 有7个孔待加工 原来采用的加工方案是在普通钻床上 逐孔加工 工人频繁忙于装夹工件 启动机床 进刀 退刀 停车及卸工件等 不仅工 人劳动强度大 而且生产率也低 不利于保证产品加工精度 在对这7孔进行精度 相互 之间位置要求以及零件的装配要求分析的基础上 重新制定出合理的机械加工工艺方案 将7个孔安排在一道工序上完成 由于在本台组合钻床上需同时加工7个孔 不仅孔多 3 间距小 而且要保证孔的相对位置精度 采用常规方案排箱无法实现7孔的工序集中 因 此本钻床的主轴箱传动系统通过采用变位齿轮和滚针轴承 将常规情况下不能完成的排 箱得以实现 从而使需在多工序完成的钻削加工在同一工步完成 底座 滑台 动力头 等通用部件的合理选用 齿轮箱排箱结构紧凑 夹具部分定位合理可靠 工件装夹方便 灵活 刀具更换简便 机械化程度高 减轻工人的劳动强度是本文研究的主要内容 4 第二章 组合钻床总体设计 2 1组合钻床工艺方案的制定 制定组合钻床工艺方案是设计组合钻床最重要的内容之一 工艺方案制定的正确与否 将决定机床能否达到 重量轻 体积小 结构简单 使用方便 效率高 质量好 的要 求 为了该机床方案制定的合理 先进 在方案设计时 密切联系实际 总结实践经验 全面了解被加工零件的加工情况和影响方案制定的各种因素 主要考虑以下因素 1 工艺过程和加工精度的要求 被加工零件有7孔待加工 且相互之间位置精度要求为 O 3mm 将7孔集中在一个工位 上可确保相互之间的位置精度 对大量生产及顺利装配创造了条件 被加工零件的表面 粗糙度和位置精度要求均满足 故选用组合钻床满足被加工零件的要求 2 加工零件的特点 被加工件材料为YL108 工件刚度足够 由于被加工件为调速器前壳 成品要与其他零 件装配 钻孔时 从装配结合面钻起 这样能够更好地保证孔的位置精度 因为钻孔过 程中 中心线可能偏斜 在钻头进口处的位置精度比出口处的好 有利于两个零件的装 配 3 定位基准及加压部位的选择 被加工件装配结合面为设计平面 选用设计基准为主定位基准 这样减少了累积误差 使加工精度得到有利保证 同时 此平面最大 用它定位能使切削力均落在定位平面之 内 选用 43mm的己加工外圆表面和斜底座实现工件完全定位 通过分析被加工件的特 点 在已经选择好工艺基面的同时 决定夹紧力作用点在 43mm外圆附近处 因为多轴 钻孔时产生很大的切削力 为使工件在加工过程中不产生位移和振动 必须将工件牢固 夹住 并且有足够的加压刚度 这样可使加压合力落在定位平面之内 且接近定位平面 的中心 使工件加压后定位稳定 4 孔间中心距的影响 在确定组合机床完成工艺时 由于主轴箱的主轴结构和设置导向的需要 以及保证必 须的加工精度和工作可靠性的要求 组合机床钻孔时 对于通用的主轴箱 其主轴最小 中心距为24mm 这时主轴能钻由l0mm以下的孔 图中空间距离为56mm 大于24mm 5 工件的生产方式 由于被加工件属于大批量生产 将加工7孔工序集中于一台钻床 可提高组 合机床的利用率 2 2 7孔组合钻床配置型式及结构方案的确定 5 根据上述工艺方案确定机床的型式和总体布局 在选择机床配鬻型式时 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 排 屑的方便性 还注意到被加工零件的生产批量 影响组合钻床配置型式和结构方案的主 要因素有 1 加工精度 在选择组合钻床的结构方案时 首先毖须注意到能否保证稳定的加工精度 通常根据 经验数据进行机床配置型式的选择 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 O 20mm 当严格要求主轴与导向的同轴度 减少钻头与导套间 的间隙 导向装置靠近工件时 可达到 O 15mm 2 机床生产率 根据工件的生产类型 完全可以采用单工位固定夹具的机床型式 3 被加工件的尺寸 形状 加工部位的特征 根据被加工零件的特点 适于采用卧式机床 再考虑到采用卧式机床可使定位基面与 设计基面重合 而且排除切屑容易 4 操作的方便性 合理确定装料高度以使操作方便 在现阶段 设计组合机床时 装料高度可视 具体 情况在850 1060mm之间选取 由于被加工件较小 装料高度可稍高些 5 夹具形式对机床方案的影响 从工件形状看 似乎可采用立式机床加工 但是考虑到对面孔之间的位置精度 立式 钻床无法保证 因而采用卧式加工方案 6 使用厂的技术能力和工作环境 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 2 3主要参数的计算 2 3 1确定切削用量 计算各主轴转速 组合机床能否达到预定要求与正确的选择切削用量有很大关系 切削用量选用适当 能使机床以最少的停车时间 最高的生产效率 最长的刀具寿命和最好的加工质量进行 生产 目前 组合机床切削用量的选则 因是多轴加工不宜采用最大的切削速度和进给量 主 要是参照实际生产中采用切削用量的情况 并根据多年来积累起来的一些经验数据进行 组合机床切削用量的选则另外一个特点 就是动力头工作时每分钟的进给量只有一种 这样所有刀具每分钟的进给量是相同的 这个进给量是适合所有刀具的平均值 但同一 动力头每个刀具的转速可以不一样 以便选择合理的刀具的进给量 为使所有刀具的性能得到充分发挥 钻孔时采用较高的速度和较小的每转进给量 在 现有生产率要求下没必要把切削用量定的太高 以免增加刀具损耗 也可减少所需的切 削功率 6 综合被加工件的加工精度 加工材料 工作条件 刀具耐用度等因素 初选动力滑台的 进给速度为60mm min 初定切削速度30m min 由计算公式 n 2 1 d v 1000 式中 n 一为各主轴转速 单位r min v 为主轴切削速度 单位m min f 为每转进给量 单位mm r d 为各钻头直径 单位mm 表2 1各主轴转速和每转进给量 各主轴转速n r min 各主轴刀具进给量f mm r 备注 6 5mm孔 3920 5 初选切削速度8 m min 初选进给速度60 mm min 2 3 2确定切削力F 切削转矩M 切削功率P 根据选择的切削用量 确定切削力 作为选择动力部件及夹具设计的依据 确 定切削转矩 用以确定主轴及其他传动件 齿轮 传动轴等 的尺寸 确定切削功 率 用以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为 F 2 2 6 08 0 26HBfD M 2 3 6 08 09 1 10HBfD P 2 3 D vM 9740 T 2 3 8 3 155 0 25 0 9600 HBfv D 式中 F 轴向切削力 N D 钻头直径 mm f 每转进给量 mm r P 切削功率 kw M 切削转矩 N mm HB 零件的布氏硬度 本零件材料为ZG40Gr 取HB247 270 v 切削速度 m min T 刀具耐用度 min 表2 2各主轴切削力 切削扭矩 切削功率计算值 铰刀直径d mm 轴向切削力F N 切削转矩M Nm 切削功率P kw 刀具耐用度 min 7 6 5153831890 128607867 由上表 总切削力为 10766N 总切削功率为 0 896KW 总切削扭距 总 F 总 P 22323N m 总 M 2 4组合机床总体设计 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 图纸设计 这些图纸包括 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 2 4 1被加工零件工序图 根据被加工零件的机械加工工艺过程卡如表2 3所示 制定出被加工零件工序 图 此图是根据选定的工艺方案 表示在本台机床上完成的工序内容 加工部位的尺寸 精度 技术要求 定位基准 夹紧部位 以及被加工零件的材料 硬度和本机床加工前 毛坯情况 是机床设计的主要依据 也是调整机床 检验精度的重要技术文件 表2 3被加工零件加工工艺过程卡 产品型 号 R801 零件图号 003 机械加工工艺过程 产品名 称 调速器 前壳 零件名 称 调速器 前壳 共一页第一页 材料牌号 YL108 毛坯种 类 铸件毛坯可 制件数 1 备注 序号工序工序内容设备工艺装备 01 铸造铸造毛坯件 02 清砂时效 处理 清砂时效处理 03 铣端面铣上端面 X6036 铣床夹具 04 铣端面铣下端面 X6036 铣床夹具 05 钻孔钻端面 43通孔组合钻床专用夹具 06 绞孔绞端面 43通孔组合钻床专用夹具 07 钻孔钻端面4个R9通孔 与4个R6 5通孔 组合钻床专用夹具 08 钻孔钻端面7个M6 5孔组合钻床专用夹具 09 绞孔绞端面7个M6 5孔组合钻床专用夹具 10 攻攻M6螺纹组合钻床专用夹具 11 检验检验零件是否合 格 2 4 2加工示意图的设计 零件的加工方案要通过加工示意图反映出来 加工示意图表示被加工零件在机 8 床上的加工过程 刀具 辋具的布置状况以及工件 夹具 刀具等机床各部件间的相对 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 它是刀具 辅具 夹具 主轴箱 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要求 同时还是调整机床 刀具及试车的依据 其内容包括以下几方面 1 刀具的选择 根据被加工工件4个孔的大小 选用5种规格的刀具如下表所示 表2 4 刀具名称 标准尺寸及数量 钻刀悬伸长度 刀具名称铰刀直径 刀具总长 0 l刀具悬伸长 2 l 数量备注 莫氏锥柄麻花 钻1号 6 5144287GB T 1438 1 1996 2 导向结构的选择 导向类型的确定 根据刀具导向线速度V 8m min 小于20 m min 故采用固定式导向 刀具在导套内既 转动又移动 这种导向方法精度好 导向数量的确定 报据工件形状 刀具刚度及工作情况采用单导向 导向参数的确定 导套长度由经验公式 2 4 d 小直径时取大值 大直径时取小值 1 L 1 L 具体尺寸及配合见下表 图2 1 固定导向装置的尺寸及配合 表 2 5 导向装置的尺寸及配合参数 d F7 D k6 1 D 2 D L 1 L m 配合螺钉 GB T8045 5 数量 9 1999 0 028 0 013 6 5 0 018 0 007 12 221812205 5M67 3 导向到工件端面距离 以不妨碍排屑为原则 选为5mm 以四个垫块保证间距 实现主定位 4 确定主轴直径及各主轴外伸长度 主轴直径 d B 2 6 4 100 M 式中 d 轴的直径 mm M 主轴承受的转矩 N mm B 系数 当材料的剪切弹性模量G 8 1 N mm时 非刚性主轴取7 3 传 4 10 动轴为6 2 为使轴的强度足够 主轴材料均采用合金钢 表2 6主轴参数 主轴外伸尺寸 轴号材料主轴直径 1 d D L 备注 1 740Gr15 14 22 85 刚性主轴 5 接杆的选择 主轴箱各主轴的外伸长度为一定值 而且刀具长度也为一定值 因此 为保证主轴籍 上各刀具能同时到达加工极限位置 就需要在主轴与刀具之闻设置一中间可调环节 刀具接杆 由于接杆上的尺寸D与主轴外伸长度上的内孔配合 可根据尺寸及刀具为莫氏l号 1 d 1 d 选用接杆T0635 01 由于各主轴均d 15mm 故均用1号接杆 A型 长度范围2185 485mm 6 确定加工示意图的联系尺寸 最重要的尺寸是主辅箱端丽到工件端面之间的距离 如图2 2所示 10 图2 2加工示意图的联系尺寸计算图 该尺寸为 L B 2 7 1 L 2 L 3 L 4 L 5 L 式中各符号意义 主轴外伸长度 1 L 钻刀悬伸长度 2 L 接杆伸出长度 可调 3 L 加工孔深 4 L 刀具的切出值 5 L B 螺母及垫圈厚度 经计算调整后 选择接杆标记如表2 7所示 表2 7与主轴刀具配合的接杆号 刀具直径接杆号 6 51 220 T0635 01 7 动力头工作循环及其行程的确定 此台组合钻床根据被加工件为浅孔 循环过程包括 快速引进 工作进给和快速退回 如图2 3所示 11 图2 3工作循环图 工作进给长度的确定 工进长度L 等于被加工孔深与刀具的切入长度与切出长度之和 如图2 4所示 4 L 6 L 5 L 图2 4工作进给长度 即 2 8 7 L 4 L 5 L 6 L 按被加工件孔深最大值 长20mm 来选取 一般取为5 10mm 4 L 6 L 取d 3 8 据此 工进长度定为18mm 5 L 3 1 7 L 快速引进长度的确定 8 L 快速引进是动力头把刀具送到工作进给的位置 其长度按具体情况定为 32mm 8 L 快速退回长度 9 L 其为工进与快进之和 即 2 9 9 L 7 L 8 L 12 因为是固定式夹具钻孔的机床 动力头快退的行程 只要把所有刀具都退到导 套内 不影响工件的装卸即可 根据以上分析计算确定的数据 绘制的加工示意图如图2 4所示 图2 4刀具加工示意图 2 4 3机床联系尺寸图的绘制 机床联系尺寸图是用来表示机床的配置型式 机床各部件之间相对位置关系和运动关系 的总体布局图 它是进行主轴箱 夹具等专用部件设计的重要依据 1 选用动力部件 主要指选择型号 规格合适的滑台和动力箱 滑台的选用 滑台渭台选用主要取决于驱动方式 所需进给力 进给速度 最大行程长度和加工精度 等因素 A 驱动方式的确定 根据具体的加工要求 使用条件 选用机械滑台 B 确定轴向进给力 由表2 2知总切削力为 10766N 由于滑台工作时 除了克服各主轴的轴向力外 还 总 F 要克服滑台移动时产生的摩擦阻力 因而所选滑台的最大进给力应大 于 总 F C 滑台进给速度的确定 椐被加工件的实际要求 考虑刀具的耐用度 选滑台的进给速度为60mm min D 确定滑台行程 滑台行程除保证足够的工作行程外 还应留有前备量和后备量 前各量的作用 是使动力部件有一定的向前移动的余地 以弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前 调整 前备量取为90mm 后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地 以方便 装卸刀具 取为260mm 工作行程为50mm 故滑台的总行程长度为400mm E 精度的选择 根据加工要求 选用普通精度级 结合以上因素 选用1HY25 IA液压滑台 其主要性能指标 台面宽320mm 长630mm 行 程长400mm 滑台及滑座总高为250mm 允许最大进给力12500N 工作进给速度范围 32 800mm min 快速移动速度10m min 机械滑台支承总长940mm 滑台确定后 与之配套的支承部件选为ICC321 I侧底座 总长1180mm 高560mm 13 总宽520mm 滑台与侧底座之间用调整垫 这样可以保证最低主轴中心与最低被加工孔在 垂直方向上等高 同时二进给及压力及电器装置取1HY25 F51 导轨防护装置取1HY32 51 分级进给装 置取1HY32 F81 立柱取1CL32 立柱侧底座取1CD321M 动力箱的选用 动力箱主要依据主轴箱所需的电动机功率来选用 根据公式 2 10 主 p 切 p 式中 为切削用总功率 由表2 2计算得0 896kw 切 p 为多轴箱传动效率 加工黑色金属时 0 8 0 9 有色金属时 0 7 0 8 本系统加工铸刚 取 0 8 所以 1 12kw 主 p 动力箱的电动机功率应大于计算功率 并结合主轴要求的转速大小选择 因此 选用电 动机型号为的IV 型动力箱 转速940r min 输出轴转速470r min 动4100 1 LY321TD 力箱与主轴箱结合面尺寸 长400mm 宽400mrn 高250mm 动力箱输出轴至箱底面高 度为125mm 2 确定装料高度H 装料高度H指工件安装基面至机床底面的距离 一般在850 1060mm之间选取 具体尺寸 取决于最低主轴中心至主轴箱底面的高度 滑台与侧底座之间的调 1 h 整垫 滑台高度 侧底座高度 即 2 h 3 h 4 h H 十 2 11 1 h 2 h 3 h 4 h 式中 1HY25 I液压滑台 250mm 3 h ICC251 I侧底座高度 560mm 4 h 为求 需先确定主轴箱轮廓尺寸 1 h 确定主轴箱轮廓尺寸 标准通用多轴箱厚度是一定的 卧式325mm 因此 确定多轴箱 主要是确定多轴箱的 宽度B和高度H及最低主轴高度 1 h B b 2 1 b H h 11 bh 式中 b 工件在宽度方向相距最远的两孔的距离 b 109mm 最边缘主轴中心至箱体壁距离 取 100mm 1 b 1 b h 工件在高度方向相距最远的两孔距离 h 168mm 14 最低轴高度 1 h 通常推荐 mm h14085 1 取 100mm 1 h B109 2 100 309mm H h h1 b1 168 100 100 368mm 查 组合机床设计简明手册 并综合其与动力箱的配套规格选取多轴箱体规格尺寸 400 400 故最低主轴中心至主轴箱底面的高度可取100mm 1 h 所以H 100 5 250 560 915mm 1 h 2 h 3 h 4 h 作联系尺寸图如下 图2 5机床联系尺寸简图 2 4 4生产率计算卡 生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程 动作时间 切削用量 生产率 负 荷率等韵技术文件 通过生产率计算卡 可以分析所拟订的方案能否满足用户对生产率 的要求 1 机床的理想生产率按下式计算 15 29 8 件 h K A Q 1 2350 70000 2 机床实际生产率Q Q 件 h 单 T 60 公式中 生产一个零件所需时间 min 单 T 0 6 1 11 1 71min 单 T 切 t 辅 t 故Q 35 件 h 3 机床负荷率 0 85 负 Q Q1 机床生产率计算卡 图号毛坯种类铸件 名称调速器前壳毛坯重量被加工零件 材料 YL108 硬度 HB 90 工序名称铰调速器前壳上7个孔工序号 08 工时 min 序号工布名称被 加 工 零 件 数 加工 直径 mm 加工 长度 mm 工作 行程 mm 切削 速度 m min 每分钟 转速 r mi n 每转进 给量 mm r 每分钟 进给量 mm m in 机动 时间 辅助 时间 共计 1 装入工件 10 5 2 工件定位夹紧 130 01 1 3 动力部件快进 1200 06 4动力部件工进M613503015910 17600 09 5 死档铁停留 0 01 7 6 动力部件快退 2000 01 7 松开工件 200 00 2 8 卸下工件 0 5 单间工时0 6 1 11 71 机床实际生产率Q35 件 h 机床的理想生产率 1 Q 29 8 件 h 备注 本机床装卸工件时间为1min 机床负荷率 负 0 85 根据机床使用经验 最适宜的机床负荷率为0 75 0 90 由生产率计算卡可见计算出 16 的机床实际生产率能够满足理想生产率要求 故方案制定的合理可行 第三章第三章 主轴箱设计主轴箱设计 主轴箱是组合机床的重要组成部件 它是选用通用零件 按专用要求进行设计的 在本组合钻床设计过程中 是工作量最大的部件 由于在本机床上需同时加工7个孔 不 仅孔多 间距小 而且孔的排列分散 采用常规方法排箱无法实现对7孔的工序集中 因 此本钻床的主轴箱传动系统在对被加工零件进行了深入分析计算的基础上 通过采用变 位齿轮和滚针轴承 对主轴箱的结构进行了创新设计 不但将常规状况下不能完成的排 箱得以实现 而且所设计的主轴箱结构紧凑 实现了需在多工序完成的钻削加工 现用 同一工步完成的设计构思 为实现本机床 体积小 重量轻 使用方便 效率高 质量 好 的设计目标奠定了基础 3 1绘制主轴箱设计原始依据图 依据第二章组合钻床总体设计绘制主轴箱设计原始依据图 其内容包括主轴箱设计的 原始要求和已知条件 1 主轴箱轮廓尺寸400 400mm 2 工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸 3 工件与主轴箱相对位置尺寸 根据这些数据 同时由总体设计 编制出表3 1 并绘出主轴箱设计原始依据图3 1 表3 1各主轴外伸尺寸及切削用量 主轴外伸尺寸切削用量轴号 1 d D L 工序转速切削速度切削用量 1 7 50 36 115 铰 6 5 通孔 39280 5 17 图3 1主轴箱设计原始依据图 3 2 主轴结构形式的选择及动力计算 本组合机床主要用于钻孔 因此采用滚锥轴承主轴 1 齿轮模数 m 可按下式估算 m 30 32 3 1 3 ZNP 式中 m 估算齿轮模数 P 齿轮所传递率 kw Z 对啮合齿中的小齿轮齿数 N 小齿轮的转速 r min 18 除了驱动轴齿轮以及与驱动轴啮合的齿轮模数 m 3 其余齿轮模数均取 m 2 2 多轴箱的动力计算 多轴箱的动力计算包括所需的功率和进给力两项 3 2 主 p 切 p 空 p 附 p 所以 2 103kw 主 p 有前面 2 3 2 可得 4193N 进 F 3 3 传动系统的设计和计算 1 根据原始依据图 图 3 1 画出驱动轴 主轴坐标位置 2 确定传动轴位置及齿轮齿数 19 图 3 2 齿轮的最小壁厚 1 最小齿数的确定 为保证齿轮齿根强度 应使齿根到孔壁或键槽的厚度 a2m 驱动轴的直径为 d 15mm 有 机械零件设计手册 知 如图 2 10 所示齿轮 t 37mm 当 m1 2 时 驱动轴上最小齿轮 齿数为 2 t m1 2 1 25 d0 m1 3 3 Zmin 2 37 2 2 1 25 15 2 21 5 所以驱动轴齿数要大于等于 22 为减小传动轴的种类 所有传动轴的直径初选 15mm 3 1 已知各主轴及驱动轴的转速 392r min 驱动轴 470r min 0 n 2 各主轴总传动比 0 12 7 3921 4701 2 i 3 设计传动轴 由于主轴分布呈直线状 虽然主轴相对集中 但是与驱动轴距离太近 无法直接传动 只能靠传 动轴间接传递 而且所需要的转速大小不一样 因此选择使用一根中间轴带动两根主轴实现 由于主 轴数比较少 且轴对称 所以可考虑传动轴对称布置 考虑主轴的转速较高 因此齿轮基圆相对较小 考虑齿轮不发生根切 选取参数 5 7 27z m 2 由于m均为2 所以 20 5 7 27r 与齿轮12啮合的齿轮选取z 26 利用几何作图法可确定齿轮对应传动轴的位置 选取传动轴公称直径为 设此轴为轴8 9 15 那么驱动轴0轴与传动轴8 9轴的传动比如下 0 8 9 4271 4701 1 i 由式3 3可得驱动轴最小齿数为22 m 2 因此驱动轴上齿轮半径 22 0 r 由于轴1 2同由8轴带动 由几何关系得8轴的轴心为1 2轴轴心确定的圆的圆心 总传动比为 所以8轴与1 2轴的传动比为 1 1 2 8 9 1 2 3921 4271 1 i 轴1 3与轴8的中心距和传动比已确定 从而可求得齿轮 89 26zz 取 32 则 0 z 89 29zz 1 1 1 轴10到轴57的传动比为 10 5 7 1 1 2 i 最后根据齿轮互不干涉的原则 确定齿轮10的位置和大小 取 32 5 7 27z 因为传动轴10与主轴3 4啮合 取 则 10 3 4 1 1 2 i 10 29z 3 4 25z 传动系统如下图 21 图3 3多轴箱传动系统图 验算如下 392r min 1 n 2 n 2924 470 3226 392r min 3 n 4 n 3229 470 3225 392r min 3232 470 3229 4 修正各主轴转速n 切削速度v 每转进给量S 表3 2主轴转速n 切削速度v 每转进给量S修正表 轴号 转速 r min 切削速度 m min 每转进给量 mm r 1 739280 5 3 4多轴箱的坐标计算 在拟定主轴箱传动系统时