夹板自动钻床总体设计任务书.doc

夹板自动钻床总体设计任务书第一章 夹板自动钻床总体设计1-1 拟定方案确定方案我们小组在接到夹板自动钻床的设计课题后，进行了工艺方案的拟定。为了使工艺方案制定的先进、合理，我们在陈震华老师的指导下，从认真分析被加工主夹板零件图开始，先后4次深入到杭州手表等单位调查研究，全面了解该夹板零件的结构特点。我们了解到手表厂加工的零件形状是圆形的，而我们所加工的零件是个类似半圆的。于是我们先考虑到圆形工作台，但最后经组员一起讨论，结合陈震华老师的指导意见，我们还是决定用直线式的工作台。手表厂加工的是24个孔，圆形工作台，而我们加工的孔数是15个，这样当我们采用直线式时机床总体尺寸势必有所增加。我们根据所加工孔的尺寸精度、表面粗糙度等方面的技术要求，采用的定位装置、工艺方法及生产率要求等，跟厂里有多年制造经验的楼老师和工人一起分析它们的优点和缺点。总结设计等方面的内容，在手表厂的调研讨论，同时在与陈震华老师的反复讨论后，拟定了工艺方案。我们也大量收集了相关书籍和资料，到各大书店、图书馆查阅了有关资料，这给我们以后的设计带来了许多的方便。在拟定加工孔的方案时，我们分析了以下几种方案：1、 钻削：对一般孔的加工可用钻削方案，对我们这种薄形盘类零件上的孔更适合加工，而且这种加工机床的运动形式简单，工序集中，提高生产率，在大批量生产中，采用多轴钻。2、 镗削：一般是对孔径较大的毛坯进行加工，而我们所加工的孔径很小，不适合我们的方案。3、 铣削：由于孔径很小，铣刀无法对孔的内表面进行加工，而且铣削最主要还是用于加工平面。分析了以上几种方案，比较后得出结论：选用第1种方案，钻削后，对精度较高的孔再进行忽油槽。1-2技术分析通过第一阶段的调查研究，根据现有机床同类使用特点，以及有关技术方面等要求，依据定制总体设计方案，确定分析过程。一、 工件分析1、 被加工工件见主夹板零件图。2、工件材料选用H62铜，直径48.5，厚度1mm，为盘类零件，工件体积小，重量轻（附铜合金性能表） 牌号 硬度 抗拉强度 屈服强度 延伸率 收缩率 H62 140 6848 320二、 加工工艺分析因孔径较小，采用钻削方案即可。经分析比较后，我们小组拟定出了生产工艺如下：1、 冲工艺孔，落料；2、 以工艺孔定位，冲各孔位凹孔；3、 钻15个孔；4、 倒角；5、 攻丝。三、 加工示意图加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，表明机床、夹具、工件三者关系及相对位置关系、机床的工件行程及工作循环等。加工示意图是机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占有重要地位，它是刀具、辅具、夹具、动力滑台装置及运动部件选择的主要原始资料，也是整台机床布局和性能的原始依据。同时，它还是调整机床、刀具及试车的依据，其内容包括：1、反应机床的加工方法，加工条件及加工过程；2、根据加工部位的特点及加工要求，决定刀具类型、数量、结构、尺寸及钻头直径；3、决定主轴结构类型、规格尺寸及外伸展度；4、选择标准钻头；5、注明主轴夹具、工件之间的联系尺寸；6、决定机床动力部件的工作行程及工作循环。 以上加工示意图表示：1、 工艺方法：15个钻头分别加工工件上15个不同的孔，工件在滑台上移动，钻削时再由V形块定位；2、 刀具：选用高速钢麻花钻，顶角120，15个钻头，钻头直径分别为1、0.95、0.9、0.8、0.4；3、 切削用量：主轴转速 n=10000r/min切削速度 v=25.12m/min进给量 f=0.02mm/r4、 主轴联系尺寸5、 主轴直径6、 主轴端部离工件定位面7、 刀具之间联系尺寸见装配图8、 执行部件行程四、 工件的定位夹紧定位夹紧由V形块定位，以及主轴上的压板夹紧1-3 机床总体布局机床总体布局是指按工艺要求，决定机床所需要运动、确定机床组成部件，以及确定各个部件的相对运动和相对位置关系。机床总体布局必须满足机床的加工范围、工作精度、生产率和经济性等要求，确定所采用的工艺方法能实现所要求的工件和刀具的相对位置关系和相对运动关系。要求所设计的机床体积小，重量轻，质量好，效率高，使用安全，操作方便，结构简单，机床工作平稳，降低工人劳动强度一、 机床运动分配机床运动分配应注意以下几点：1、 移动部件的重量应尽量轻；2、 应利于提高加工精度；3、 应利于提高机床刚度，缩小占地面积本课题要钻15个孔，孔径小，工件体积小，重量轻，为提高生产率，批量生产，采用主轴多轴钻。加工时，钻头旋转并作舟轴向进给运动，工件在送料板上做直线进给运动。钻头钻孔时，工件以用V块、压板定位夹紧。这样定位和夹紧方案确定了了钻削过程较易得到保证，也提高被加工孔中心线的直线度和便于润滑工件的进给由凸轮控制，钻削孔靠钻削凸轮控制，定位靠定位凸轮控制，而加工完毕后的整理靠理齐凸轮控制，这4个凸轮装在同一根分配轴上，同时各凸轮转动的时间分配都应相配合好。送料定位钻削理齐，同时主轴的进给应按快进工进快退的过程，其加工路线如图：二、 生产规模和生产率对机床总体布局的影响设计任务中规定500个/班，6小时/班，属批量生产。若加工零件时间1个/27.45s，则一天加工883个人，已达到产量要求。三、 机床传动形式的选择机床传动形式有机械的、液压的 、气动的、电气的，综合各种形式，选取机床传动形式要满足加工要求实现所需运动，即机床导轨上的工件直线送进运动、主轴的旋转和直线进给运动，满足运动形式、运动性能要求，以交流电机作为动力源，利用皮带传动机构进行变速，而分配轴则由蜗轮蜗杆变速来进行减速，因分配轴速度较低，而蜗轮蜗杆减速能得到较大传动比，机床运动形式如图；第二章 主传动系统的设计2-1 电机的选择一、主传动电机功率的确定电动机功率由切削功率和空载功率决定，当我们粗略估算时可用公式：P电=P切/机 （金属切削机床设计式27）对于主运动为回转运动的机床，机=0.70.85，我们这里取0.8对于钻、扩等工序的切削功率为 P切=Mn主/9550 （金属切削机床设计式2-5）M为主轴运转时的扭矩，根据机械加工工艺手册P10-150表104-11查得M=CMd0zMfyMkM，这里加工15个孔，分别为1（2个）、0.95（6个）、0.9、0.8（5个）、0.4，每个孔加工时所产生的扭矩分别为：当孔为1时，M1=0.064Nm当孔为0.95时，M2=0.058Nm当孔为0.9时，M3=0.052Nm当孔为0.8时，M4=0.041Nm当孔为0.4时，M5=0.011Nmn为主轴转速根据所加工零件，由机械加工工艺手册P10-159表10.420查得主轴转速范围为600012000r/min，确定主轴转速为10000r/min。 由上述可知，切削功率P分别为：当孔为1时，P1=67.19W当孔为0.95时，P2=60.64W当孔为0.9时，P3=53.71W当孔为0.8时，P4=42.43W当孔为0.4时，P5=10.75W则P切=774.83W，所以P电=P切/机=774.83/0.8W=968.54W电动机的额定功率应大于计算功率，所以取P额=1.1KW二、确定电动机转速主轴转速为10000r/min，总传动比为3.72，则电机转速为2688r/min，从重量与性价比等各方面考虑，由机械设计手册表10-8选用同步转速为选同步钻速3000r/min的电动机，其额定转速为2810r/min。三、分配轴电机的选择 分配轴采用三角带、蜗轮蜗杆减速，分配轴1r/3s，即20r/min。已知，三角带传动比24，蜗轮蜗杆传动比7160，则分配轴电机转速范围为：2803200r/min。分配轴电机功率应比主电机功率小，符合这一标准的电机，查机械设计手册表10-8选1390r/min的同步转速Y系列电动机Y80-4，P额=0.55KW2-2 技术参数的确定一、 外形尺寸(mm)1010580880二、 各技术参数的确定1、 主轴头数：15头2、 最大钻孔直径：13、 主轴端面到定位面距离：20mm4、 主轴行程： 18mm5、 钻削凸轮开程：20mm定位凸轮开程：13mm送料凸轮开程：48.5mm理齐凸轮开程：48.5mm三、 运动和动力参数1、 各轴转速电动机轴 n电=2810r/min皮带轮轴 n皮=28102=5620r/min主轴 n主=56201.78=10000r/min2、 各轴功率要求功率必须知道各传动器件的传动效率，由机械设计手册附表10-2查得滚动轴承 0.995 三角带 0.96齿形带 0.98 平行带 0.98电动机轴 P电=1.1KW皮带轮轴 P皮1=1.10.9952=1.089KW P皮2=1.0890.96=1.045KW P皮3=1.0450.9952=1.035KW高速轴 P高1=1.035/20.980.9952=0.502KW P高2=0.5020.980.9952=0.487KW P高3=0.4870.980.9952=0.472KW P高4=0.502KW P高5=0.487KW P高6=0.472KW3、 各轴扭矩电动机轴 T电=95501.1/2810=3.74Nm皮带轮轴 T皮1=95501.089/5620=1.85Nm T皮2=1.78 NmT皮3=1.76 Nm2-4 刀具的选择一、刀具的材料选择 刀具切削部分材料应具备的性能：1） 硬度必须高于工件材料的硬度；2） 足够的强度及韧性 ；3） 较高的耐热性;4） 较高的耐磨性；5） 良好的工艺性。综上所诉，选择高速钢较好种类 硬度抗弯强度冲击韧性弹性模量导热系数线性系数高速钢HRC62-693504501.05.02.10.050.071212.6三、 钻头类型的选择钻头选标准麻花钻，标准麻花钻有如下优点:1) 由于两条主切削刃是对称的，故作用在切削刃上的径向切削力基本相抵消；2) 麻花钻通用性好，能进行多种工序；3) 寿命长，刃磨比较方便；4) 有两条对称的螺旋槽，可增大实际工作前角，使出屑方便因加工孔径在0.41.0mm，所以选高速钢短麻花钻四、 钻头应注意的事项钻孔时，刀具装在尾架套筒的锥孔内，靠主轴钻头夹头钉要牢，保证精度。必须保证：1）主轴锥孔中心线的径向跳动；2）主轴轴承面的跳动；3）主轴定心轴劲的径向跳动2-5 皮带轮的设计皮带传动有以下优点：1）结构简单，易制造，成本低，特别适用于中心距较大的场合；2）胶带有弹性，有缓冲和吸震作用，使传动平稳、噪声小，适于高速传动；3）过载时打滑，起过载保护。三角带传动有如下特点：1）结构简单，成本低，制造和使用维护都方便；2）在槽轮中运行，不易脱落，带轮安装要求也不严格，胶带契面在轮槽里产生的摩擦力较大；3）有缓冲过载保护。一、三角带的设计1、确定设计功率设计功率是根据需要传递的名义功率再考虑载荷性质、原动机类型和每天工作的时间长短的因素而确定的，表达式如下：Pc=KAP (机械设计基础式2-7)根据机械设计基础表7-7查的KA=1.0 Pc=1.1KW2、确定带轮直径带轮直径越小，则带的弯曲应力越大，易于疲劳破坏。选择较小直径的带轮，传动装置外轮廓尺寸小、重量轻；而带轮直径增大，则可提高带速、减小带的拉力，从而减少三角带的根数，但这样将增大传动尺寸。根据前面计算的功率与转速，由机械设计基础图7-9我们选择Z型三角带。再由表7-8可选取带轮的基准直径dd1=125mm，设i=2.23，则小带轮的基准直径dd2=56mm。3、确定中心距和带长当中心距较小时，传动较为紧凑，但带长野减小，在单位时间内带绕过带轮的次数增加，即带内应力循环次数增加，会降低带的使用寿命。而中心距过大时，则传动的外轮廓尺寸大，且高速时容易引起带的颤动，影响正常工作。设计时我们按式7-19初步确定中心距a0a0=（0.72）(dd1+dd2) （机械设计基础式7-9）可知a0=126.7362mm，选a0=180mm，由式 L02a0+/2（dd1+dd2)+（dd2-dd1)2/4a0算得L0644mm根据初选L0，由表7-3选取与L0相近的基准长度Ld作为所选带长，Ld=630mm。由上根据式 a= a0+(Ld- L0)/2 可求得中心距为173mm。此外，考虑到安装调整和带松弛后张紧的需要，应中心距留出一定的调整余量。根据机械设计基础式7-22可知，中心距变动范围为a=163.55191.9mm4、验算小带轮包角2由式2=180-(dd2-dd1)/a57.3，算得2=157.15120符合要求。5、确定三角带根数由式 z=PC/(P0+P0)KKL （机械设计基础式7-24）由Z型三角带，n=1384r/min, dd2=56mm，查表7-4得P0=0.6KW， P0=0.04KW，由2=157.15查表7-5得K=0.92；由Ld=630mm查表7-3得KL=0.96。则z=1.87,取z=2。6、三角带结构尺寸如图：二、带轮的设计1、带轮材料与类型的选择对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面要仔细加工，以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡。带轮的常用材料是铸铁，我们这里选HT150。带轮的形式有：实心轮、腹板轮、孔板轮和椭圆轮辐轮。根据dd1=112mm，选取实心轮。2、带轮基本尺寸联系尺寸见机械设计基础图7-11，带轮个尺寸见零件图第三章 弹簧的设计选择一、设计依据和注意事项弹簧是一种弹性元件，由于材料的弹性和弹簧结构的特点，使他具有多次重复的随外载荷的大小而作相应的弹性变形，卸载后立即恢复原状的特性。其主要功能有：1、减震和缓冲2、测力3、存储及输出能力4、控制运动弹簧的种类有很多，按照所承受载荷不同，可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等。根据设计要求，我们这里需在当推料凸轮推料前进完毕后，借助于弹簧的压缩力将凸轮复位，所以这里用压缩弹簧。弹簧常在变载荷和冲击载荷作用下工作，而且要求在受极大应力的情况下，不产生塑性变形，因此要求弹簧材料具有较高的抗拉强度极限、弹性极限和疲劳强度极限，不易松弛。同时要求具有较高的冲击韧性，良好的热处理性能等。二、横梁复位弹簧的设计1、材料的选择由设计要求选择C级碳素弹簧钢丝，它强度高，加工性能好，价格便宜，不承受冲击载荷。由表15-2按照类弹簧查得许用剪应力=0.5，G=80000MPa2、用试算法求弹簧丝直径弹簧丝的机械性能与其直径有关，先取d=2mm，则由表15-3得抗拉强度b=1710MPa，故=855MPa，根据表15-5初选C=4，则由式15-3得曲度系数KQ=1.41。由式15-4计算弹簧丝直径 dt2.33mmdtd，不安全。再试取d=3mm，则由表15-3得抗拉强度b=1570MPa，故=780MPa，根据表15-5选C=4，则由式15-3得曲度系数KQ=1.36。经计算dt2.23mm，dtd。试验结果列下表： 试验次序假定直径许用应力弹簧指数C补偿系数KQ所需直径比较结果 1 2 855 4 1.41 2.33不合理 2 3 780 4 1.41 2.23合理 3 3 780 6 1.76 2.64 合理比较后选用d=3，C=6，这样结构可紧凑些。由C=D2/d，可得中经为：D2=Cd=18mm。4、弹簧有效圈数由式15-6得弹簧刚度K=3.91，则弹簧的工作圈数n=Gd/8C3K=35.43，取n1=36取两端的支撑圈数n2=2，则弹簧的总圈数n为38。 5、弹簧的几何尺寸由机械制图图8-3可知，1) 外径D=D2+d=21mm2) 内径D1=D2-d=15mm3) 节距一般为t=D/3D/2，即t=69mm，取t=8mm4) 弹簧间距=t-d=5mm。6、弹簧展开长度L，由LD2n=3.141838=2147mm第四章 键的选择皮带轮轴上有两个皮带轮，轴与带轮之间可用键联接，以实现周向固定和传递转矩。键的种类很多，常用的有普通平键、半圆键和钩头契键等，其中平键应用最广。平键按轴槽结构的不同又可分为圆头普通平键、平头普通平键和单圆头普通平键，这里我们所选用的是圆头普通平键，其联结及结构形式如下图： 一、三角带轮与轴联接时的键的选择查表10-10选普通圆头平键66，其结构尺寸如下：dbhbtt1l 20 66 6 3.5 2.826二、平行带轮与轴联接的结构尺寸查表10-10选普通圆头平键66，其结构尺寸如下：dbhbtt1l 20 66 6 3.5 2.8 26三、主轴上键槽尺寸查表10-10选普通圆头平键44，其结构尺寸如下：dbhbtt1l 12 44 4 2.5 1.9 20第五章 润滑与密封一、润滑有如下作用：1、减小摩擦2、降低开温3、