钻孔组合机床多轴箱设计.doc

江苏城市职业学院毕业设计论文 1 江苏城市职业学院毕业设计 论文 钻孔组合机床多轴箱设计 学生姓名 张 圆 学生学号 070503350327 院 系 机械工程系 年级专业 03 机电 一 班 指导教师 朱 云 开 二二 一一 年四月年四月 江苏城市职业学院毕业设计论文 2 摘摘 要要 机械制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱 其发展水平标志着该国家或地 区的经济实力 科技水平 生活水准和国防实力 而制造业的生产能力主要取决于制造 装备 机床的先进程度 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 本文对减速器箱盖连接孔的加工工艺进行了详细的分析 就其孔的加工提出了 一 次装夹 多工位加工 达到产品图样的精度要求 的思路 根据这一思路设计了钻孔组 合机床设计 该组合机床由立柱 立柱底座 中间底座 液压滑台 动力箱 多轴箱等组成 本 文对各部分的设计进行了详细的计算和论证 关键词 关键词 组合机床 离合器压盘 主轴箱 夹具 江苏城市职业学院毕业设计论文 3 目录 摘摘 要要 2 1 1 绪论绪论 4 1 1 组合机床的概论 4 1 组合机床的发展现状与趋势 4 1 3 机床设计意义 内容 要求 5 1 3 1 设计的意义 5 1 3 2 设计内容与要求 5 2 2 组合机床的总体设计组合机床的总体设计 6 2 1 组合机床方案的制定 6 2 1 1 制定工艺方案 6 2 1 2 确定组合机床的配置形式和结构方案 7 2 2 确定切削用量及选择刀具 8 2 2 1 确定工序间余量 8 2 2 2 切削用量的确定 8 2 2 3 切削力 切削扭矩 切削功率的确定 8 2 2 4 刀具的选择 9 2 3 钻孔组合机床总设计 三图一卡 的编制 9 2 3 1 被加工零件图 9 2 3 2 加工示意图 10 2 3 3 机床联系尺寸图 14 2 3 4 生产率计算卡 15 3 3 多轴箱的设计多轴箱的设计 17 3 1 绘制多轴箱设计原始依据图 17 3 2 齿轮模数选择 18 3 3 多轴箱的传动设计 19 3 4 绘制传动系统图 21 3 5 传动零件的校核 21 3 6 液压系统 24 3 6 1 Z 轴液压泵的确定 24 3 6 2 Y 轴液压动力的确定 25 4 4 夹具设计夹具设计 26 4 1 机床夹具的概述 26 4 1 1 机床夹具的组成与分类 26 4 2 工件结构特点分析 27 4 3 工件定位的设计 27 4 4 夹紧方案的设计 27 5 5 结论结论 27 参考文献参考文献 29 致致 谢谢 30 江苏城市职业学院毕业设计论文 4 1 绪论 1 1 组合机床的概论 组合机床是以系列化 标准化的通用部件为基础 配以少量的专用部件组成的专用 机床 它适宜于在大批 大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工 这种机床既有专用机床的结构简单 生产率和自动程度较高的特点 又具有一定的重新 调整能力 以适应工件变化的需要 组合机床广泛应用于大批量生产的行业 如 汽车 拖拉机 电动机 内燃机 阀门 缝纫机等制造业 1 组合机床的发展现状与趋势 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 近年来 随着数控技术 电子技术 计算机技术的发展 组合机床的服务对象已经由过去的农用 机械 载货汽车向以轿车工业为重点的转移 组合机床行业开展了针对轿车零件关键工艺研究开发的 科研攻关 采取引进技术 合作生产和自行开发相结合 组合机床也由过去的刚性组合机床向具有一 定柔性 可实现多品种加工方向的变化 同时又应用数控技术发展了三坐标加工单元等数控组合机床 把 纯刚性的设备变为可变可调的装备 组合机床的加工精度由半精加工向精加工方向转化 还开发了针对 汽车发动机五大件加工的关键工艺设备 使行业在精加工机床的品种上有了较大扩充 为提供成套设 备创造了条件 组合机床制造技术由过去的以机加工为主的单机及自动化向综合成套方向转换 加强 了相应配套技术与产品的研究开发 组合机床的控制技术由传统的程序控制技术向数控 计算机管理 与监控方向发展 组合机床行业企业生产的组合机床的控制技术 已完成了由接触继电器控制向可编 程控制的转变 大大的提高了组合机床的可靠性 故障率大为降低 组合机床的开发已经又过去的人 工设计转向计算机辅助设计 大力推行 CAD 为提高设计速度 保证设计质量 缩短供货周期创造了 有利的条件 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 高速化 由于机构各组件分工的专业化 在专业主轴厂的开发下 主轴高速化 日益普及 过去只用于汽车工业高速化的机种 每分钟 1 5 万转以上的机种 现在已成 为必备的机械产品要件 江苏城市职业学院毕业设计论文 5 2 精密化 由于各组件加工的精密化 微米的误差已不是问题 以电脑辅助生产 CAM 系统的发展带动数控控制器的功能越来越多 3 高效能 对机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度的要求提 高 同时 由于产品竞争激烈 产品生命周期缩短 模具的快速加工已成为缩短产品开 发时间所必须具备的条件 对制造速度的要求致使加工模具的机床向着高效能专业化机 种发展 4 系统化 机床已逐渐发展成为系统化产品 现在可以用一台电脑控制一条生产 线的作业 不但可缩短产品的开发时间 还可以提高产品的加工精度和产品质量 5 复合化 产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级 机床五轴加 工 六轴加工已日益普及 机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势 1 3 机床设计意义 内容 要求 1 3 1 设计的意义 机床工业是现代工业特别是现代制造业的基础 在国民经济中占有重要的战略地位 机床工业与一个国家的工业竞争力 制造业发展水平紧密相关 本国的机床工业水平越 高 工业和制造业竞争力越强 对我国而言 机床工业不仅仅具有重要的经济意义 而 且还具有重要的国防战略意义 研究机床工业的特点 有助于我们了解机床工业的特殊 规律 从而找到适合我国国情的机床工业发展之路 我国工业竞争力和制造业发展水平 不高 一定程度上是与我国机床工业发展水平不高相联系的 加快我国机床工业的发展 提高我国机床工业技术和管理水平 将有利于我国工业和制造业发展 所以对机床的研 究设计意义是极其重大的 毕业设计是高等教育体系中非常重要的环节 它可以检验自己对专业知识理解与掌 握的程度 也可以提高自己综合运用所学知识的能力 也能在分析问题和解决问题的过 程中学到更多新的知识 1 3 2 设计内容与要求 本次设计主要包括 1 运动设计 根据给定的被加工零件 确定机床的切削用量 通过分析比较拟定传 动方案和传动系统图 确定传动副的传动比及齿轮的齿数 并计算主轴的实际转速与标 江苏城市职业学院毕业设计论文 6 准的相对误差 2 动力设计 根据给定的工件 初算传动轴的直径 齿轮的模数 确定动力箱 计 算多轴箱尺寸及设计传动路线 完成装配草图后 要验算传动轴的直径 齿轮模数否在 允许范围内 还要验算主轴主件的静刚度 3 结构设计 进行主运动传动轴系 变速机构 主轴主件 箱体 润滑与密封等的 布置和机构设计 即绘制装配图和零件工作图 4 编写设计说明书 评价机床性能的优劣 主要是根据技术 经济指标来判定的 技术先进合理 亦即 质优价廉 才会受到用户的欢迎 在国内和国际市场上才有竞争力 机床设计的技术 经济指标可以从满足性能要求 经济效益和人机关系等方面进行分析 2 组合机床的总体设计 2 1 组合机床方案的制定 2 1 1 制定工艺方案 零件加工工艺将决定组合机床的加工质量 生产率 总体布局和夹具结构等 在制 定工艺方案时 必须计算分析被加工零件图 并了解零件的形状 大小 材料 硬度 刚度 加工部位的结构特点加工精度 表面粗糙度 以及定位 夹紧方法 工艺过程 所采用的刀具及切削用量 生产率要求 现场所采用的环境和条件等 并收集国内外有 关技术资料 制定出合理的工艺方案 根据被加工被零件 减速箱箱盖 的零件图 加工八个螺栓孔的工艺过程 1 加工孔的主要技术要求 加工 4 个 M8 螺纹底孔的孔 孔的位置度公差为 0 1mm 与 12 孔同心 工件材料为 HT21 40 HB170 241 要求生产纲领为 考虑废 品及备品率 年产量 6 万件 单班制生产 2 工艺分析 加工该孔时 孔的位置度公差为 0 1mm 根据组合机床用的工艺方 法及能达到的经济精度 可一次性加工螺纹底孔 孔径为 6 5 3 定位基准及夹紧点的选择 加工此离合器压盖的孔 以底面的两个支承点限 制 和 四个自由度 位于中间的心轴起到了很好的定位作用 X Y X Y 在保证加工精度的情况下 提高生产效率减轻工人劳动量 而工件也是大批量生产 江苏城市职业学院毕业设计论文 7 由于夹具在本设计中没有考虑 因此在设计时就认为是人工夹紧 2 1 2 确定组合机床的配置形式和结构方案 通常 在确定工艺方案的同时 也就大体上确定了组合机床的配置形式和结构方案 但是还要考虑下列因素的影响 1 加工精度的影响 工件的加工精度要求 往往影响组合机床的配置形式和结构 方案 加工精度要求高时 应采用固定夹具的单工位组合机床 加工精度要求低时 可 采用移动夹具的多工位组合机床 工件各孔间的位置精度要求高时 应采用在同一工位 上对各孔同时精加工的方法 工件各孔同轴度要求高时 应单独采用精加工等 2 工件结构的影响 这主要指零件的材料 硬度加工部位的结构形状 工件刚 度定位基准面的特点 它们对机床工艺方案制度有着重要的影响 此离合器压盘的材料 是 HT21 40 硬度 HB170 241 孔在整个压盘上呈 90 度均度分配 孔的直径为 6 5mm 采用多孔同步加工 零件的刚度足够 工件受力不大 发热变形对工件影响可以不计 此 零件的加工特点是中心线与定位基准平面是垂直的 并且定位基准面是水平的 孔的分布 范围是直线形状 工件比较长 一次钻完 多轴箱体积较大 采用两工位以减小多轴箱 的体积 因而适合选择立式多工位钻床 3 生产率的影响 生产率是决定采用单工位组合机床 多工位组合机床还是组 合机床自动线的重要因素 按设计要求生产纲领为年生产量为 6 万件 从工件外形及轮 廓尺寸 为了减少加工时间 采用多轴头 为了减少机床台数 此工序尽量在一台机床 上完成 4 现场条件的影响 1 车间布置情况 车间内零件输送滚道的高度将影响机床的装料高度 当工件输 送滚道穿过机床时 机床应设计为通过式 且配置不能超过三面 同时装卸工件只能推 进拉出 机床通常不能安装中间导向 如果车间面积有限 则要限制机床轮廓尺寸 此 外 机床在车间的安装位置等对机床配置方案也有一定的影响 2 工艺间的联系 工件到组合机床加工前 毛坯或半成品必须达到一定的要求 否则会造成工件在机床上夹紧定位不可靠 甚至造成刀具损坏 如果在组合机床上加工 以后 还要转到其他机床上加工 而工件没有预先加工出保证精度的有关定位基面 那 么组合机床应该考虑为下一道工序加工出定位面 3 使用厂的技术能力和自然条件 如果使用厂没有相当能力的工具车间 制造 刃 江苏城市职业学院毕业设计论文 8 磨复杂的整体复合刀具有困难 则制定方案时应避免采用此类刀具 必要时可增加机床 工位 以便采用一般刀具分散加工 综合以上所述 通过对箱盖零件的结构特点 加工部位 尺寸精度 表面粗糙度和技 术要求 定位 夹紧方式 工艺方法 并定出影响机床的总体布局和技术性能等方面的 考虑 最终决定设计四轴头多工位同步钻床 2 2 确定切削用量及选择刀具 2 2 1 确定工序间余量 为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度 必须合理地确定工序余量 生产中 常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量 由于在本钻床上钻孔后重新安装或在其 他多工位机床上加工下道工序 应适当加大余量 以消除转 定位误差的影响 6 5mm 的孔在钻孔后扩孔 直径上工序间余量 0 5 1mm 2 2 2 切削用量的确定 确定了在组合机床上完成的工艺内容了 就可以着手选择切削用量了 因为所设计 的组合机床为多轴同步加工在大多数情况下 所选切削用量 根据经验比一般通用机床 单刀加工低 30 左右 多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统 通常为标准动力滑台 工作时 要求所有刀具的每分钟进给量相同 且等于动力滑台的每分钟进给量 mm min 应是适合有刀具的平均值 因此 同一主轴箱上的刀具主轴可设计成不同转 速和不同的每转进给量 mm r 与其适应 以满足不同直径的加需要 即 n1 f 1 n2 f 2 ni f i vf 式中 各主轴转速 r min n1 n2 ni 各主轴进给量 mm r f 1 f 2 f i 动力滑台每分钟进给量 mm min vf 由于离合器压盘孔的加工精度 工件材料 工作条件 技术要求都是相同的 按照 经济地选择满足加工要求的原则 采用查表的方法查得 钻头直径 D 6 5mm 铸铁 HB175 255 进给量 f 0 1mm r 切削速度 v 15m min 江苏城市职业学院毕业设计论文 9 2 2 3 切削力 切削扭矩 切削功率的确定 根据选定的切削用量 主要指切削速度 v 及进给量 f 确定切削力 作为选择动力部 件及夹具设计的依据 确定切削扭矩 用以确定主轴及其它传动件的尺寸 确定切削功 率 用以选择主传动电动 一般指动力箱 功率 通过查表计算如下 布氏硬度 HB HBmin HBmax HBmin 170 241 170 146 33 3 1 3 1 切削力 26 26 6 5 535 16 NFD 8 0 f 6 0 HB 8 0 1 0 0 6 146 33 切削扭矩 10 10 2452 26N mmT 9 1 D 8 0 f 6 0 HB 1 9 6 5 8 0 1 0 0 6 146 33 切削功率 2452 26 15 9740 3 14 10 0 123 kwP D9740 Tv 式中 HB 布氏硬度 F 切削力 N D 钻头直径 mm f 每转进给量 mm r T 切削扭矩 N mm V 切削速度 m min P 切削功率 kw 2 2 4 刀具的选择 选择刀具 应考虑工艺要求与加工尺寸精度 工件材质 表面粗糙度及生产率的要 求 为了提高工序集中程度或满足精度要求 可以采用复合刀具 孔加工刀具的长度应 保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有 3050mm 距离 以便于排出切削和刀具 磨损后又一定的向前调整量 由于离合器压盘的布氏硬度在 HB170 241 孔径 D 为 6 5mm 因此刀具的材料选择高速钢钻头 W18Cr4V 2 3 钻孔组合机床总设计 三图一卡 的编制 编制 三图一卡 的工作内容包括 绘制被加工零件图 加工示意图 机床联系尺 寸图 编制生产率计算卡 三图一卡 是组合机床总体方案的具体体现 2 3 1 被加工零件图 被加工零件工序图是根据选定的工艺方案 表明零件的形状 尺寸 硬度 以及在 所设计的组合机床上完成的工艺内容和所 江苏城市职业学院毕业设计论文 10 采用的定位基准 夹压点的图纸 它是组合机床设计的主要依据 也是制造 使用 检 验和调整机床的重要技术文件 离合器压盘用钻孔组合机床的被加工零件工序图如 2 2 所示 图上主要内容 1 被加工零件的形状 主要外廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸 精度 表面粗 糙度 形位精度等技术要求 以及对上道工序的技术要求等 2 本工序所选定的定位基准 夹紧部位及夹紧方向 3 加工时如需要中间向导 应表示出工件与中间向导有关部位结构和尺寸 以便 检查工件 夹具 刀具之间是否相互干涉 4 被加工零件的名称 编号 材料 硬度及被加工部位的加上余量等 22凸台4个均 布 孔 10均布位置 准确度0 2 孔 12位置 准确度0 1 图 2 2 被加工零件工序图 2 3 2 加工示意图 1 加工示意图 加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映 表示被加工零件在机床上的加 工过程 刀具的布置以及工件 夹具 刀具的相对位置关系 机床的工作行程及工作循 环等 是刀具 夹具 多轴箱 电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据 是整台 组合机床布局形式的原始要求 也是调整机床和刀具所必需的重要文件 江苏城市职业学院毕业设计论文 11 在图上应标注的内容 1 机床的加工方法 切削用量 工作循环和工作行程 2 工件 夹具 刀具及多轴箱端面之间的距离等 3 主轴的结构类型 尺寸及外伸长度 刀具类型 数量和结构尺寸 接杆 导向 装置的结构尺寸 刀具与导向置的配合 刀具 接杆 主轴之间的连接方式 刀具应按 加工终了位置绘制 2 绘制加工示意图之前的有关计算 1 刀具的选择 刀具选择考虑加工尺寸精度 表面粗糙度 切削的排除及生产 率要求等因素 刀具的选择前已述及 此处就不在追述了 2 导向套的选择 组合机床加工孔时 除采用刚性主轴加工方案外 零件上孔 的位置精度主要靠刀具的导向装置来保证 因此 正确选择导向装置的类型 合理确定 其尺寸 精度 是设计组合机床的重要内容 也是绘制加工示意图时必须解决的问题 1 选择导向类型 导向装置有两大类 即固定式导向和旋转式导向 根据刀具导 向部分直径 d 10mm 和刀具导向的线速度 v 15m min 选择固定式导向 2 选择导向套参数 根据刀具的直径选择固定导向装置 如图 2 4 所示 图 2 4 固定导向装置 固定导向装置的标准尺寸如下表 表 2 1 固定导向装置的标准尺 dDD1D2Ll1mRd1d2l0 6 512223028381318M81616 固定装置的配合如下表 表 2 2 固定装置的配合 江苏城市职业学院毕业设计论文 12 导向 类别 工艺 方法 DDD1 刀具导向 部分外径 固定 导向 钻孔G7 或 F8 6 7 g H 6 7 js H g6 导向装置的布置如表 2 3 所示 表 2 3 导向装置的参数 mm 尺寸 项目 l1l2l3 与直径 d 的关系 2 3 d加工铸铁dd 3 3 8 计算值 3 d 30 25 425 4 3 8 16 5 3 主轴类型 尺寸 外伸长度 因为轴的材料为 40Cr 剪切弹性模量 G 81 0GPa 刚性主轴取 1 4 0 m 所以 B 取 2 316 根据刚性条件计算主轴的直径为 dB 2 316 17 52mm 4 T 4 45 3274 式中 d 轴直径 mm T 轴所承受的转矩 N mm B 系数 本设计中所有主轴直径皆取 d 20mm 主轴外伸长度为 L 115mm D 为 32 20 内 1 d 孔长度为 l1 77mm 4 选择刀具接杆 由以上可知 多轴箱各主轴的外伸长度为一定值 而刀具的 长度也是一定值 因此 为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置 就需要在主 轴与刀具之间设置可调环节 这个可调节在组合机床上是通过可调整的刀具接杆来解决 的 江苏城市职业学院毕业设计论文 13 图 2 6 可调连接杆 连接杆上的尺寸 d 与主轴外伸长度的内孔 D 配合 因此 根据接杆直径 d 选择刀具 接杆参数如表 2 4 所示 表 2 4 可调接杆的尺寸 d h6 D1 h6 d2d3Ll1l2l3 螺母 厚度 20 Tr20 6 莫氏 1 号12 06117188464010012 5 确定加工示意图的联系尺寸 从保证加工终了时主轴箱端面到工件端面间距离最小来确定全部联系尺寸 加工示 意图联系尺寸的标注如图 2 3 所示 其中最重要的联系尺寸即工件端面到多轴箱端面之 间的距离 图中的尺寸 333mm 它等于刀具悬伸长度 螺母厚度 主轴外伸长度与接杆 伸出长度 可调 之和 再减去加工孔深度和切出值 6 工作进给长度的确定 如图 2 7 工作进给长度应等于工件加工部位长度 工 L L 与刀具切入长度和切出长度之和 切入长应应根据工件端面误差情况在 5 10mm 1 L 2 L 1 L 之间选择 误差大时取大值 因此取 7mm 切出长度 1 3d 3 8 8 9mm 所 1 L 2 L 103 1 以 10 7 9 26mm 工 L 7 快进长度的确定 考虑实际加工情况 在未加工之前保证工件表面与刀尖之 间有足够的工作空间 也就是快速退回行程须保证所有刀具均退至夹具导套内而不影响 工件装卸 这里取快速退回行程为 156mm 快退长度等于快速引进与工作工进之和 因此 快进长度 156 26 130mm 江苏城市职业学院毕业设计论文 14 图 2 7 工作进给长度 2 3 3 机床联系尺寸图 1 联系尺寸图的作用和内容 一般来说 组合机床是由标准的通用部件 动力箱 动力滑台 立柱 立柱底座加 上专用部件 多轴箱 刀 辅具系统 夹具 液 电 冷却 润滑 排屑系统组合而 成 联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配和运动关系 以检验机床各部件的 相对位置及尺寸联系是否满足要求 通用部件的选择是否合适 并为进一步开展主轴箱 夹具等专用部件 零件的设计提供依据 2 选用动力部件 选用动力部件主要选择型号 规格合适的动力滑台 动力箱 1 滑台的选用 通常根据滑台的驱动方式 所需进给力 进给速度 最大行程长 度和加工精度等因素来选用合适的滑台 1 驱动形式的确定 根据对液压滑台和机械滑台的性能特点比较 并结合具体的加 工要求 使用条件选择 HY 系列液压滑台 2 确定轴向进给力 滑台所需的进给力 4 1071 79 4287 16N 进 F i F 式中 各主轴加工时所产生的轴向力 i F 由于滑台工作时 除了克服各主轴的轴的向力外 还要克服滑台移动时所产生的摩擦 力 因而选择滑台的最大进给力应大于 4 29KN 进 F 3 确定进给速度 液压滑台的工作进给速度规定一定范围内无级调速 对液压滑台 确定切削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的 0 5 1 倍 液压 进给系统中采用应力继电器时 实际进给速度应更大一些 本系统中进给速度 江苏城市职业学院毕业设计论文 15 n f 47 8mm min 所以选择 HY25IA 液压滑台 工作进给速度范围 32 800mm min vf 快速速度 12m min 4 确定滑台行程 滑台的行程除保证足够的工作行程外 还应留有前备量和后备 量 前备量的作用是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 本系统前备量为 20mm 后备量的作用是使动力部件有一定的向后 移动的余地 为方便装卸刀具 这是取 40mm 所以滑台总行程应大于工作行程 前备量 后备量之和 即 行程 L 156 20 40 236mm 取 L 250mm 综合上述条件 确定液压动 力滑台型号 HY25IA 2 由下式估动力箱的选用 动力箱主要依据多轴所需的电动机功率来选用 在 多轴箱没有设计之前 可算 4 0 123 0 8 0 615KW 主 P 主 P 切 P 式中 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 HT21 40 JB307 62 取 0 8 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 Y100L 6B5 的 1TD25IA 型动力箱 动力箱输出轴至箱底面高度为 125mm 主要技术参数如下表 转速范围 r min 主电机传动型号 电机转速输出转速 主电机功率 kw 配套主轴部件型号 Y100L 6B514307061 5 1TA32 1TA32M 1TZ32 1TG 32 3 Y 轴液压滑台的选用 工件质量计算 V 420 240 10 2 160 2 340 10 30 1 308 10 3m3 m v 7 0 103 1 308 10 3 9 156kg 磨擦系数 f 0 07 0 12 取 f 0 1 F f N 0 1mg 0 1 9 156 10 9 156N 2 配套支承部件的选用 立柱 1CL25 型 立柱底座 1CD25 3 确定装料高度 装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离 在现阶段设 计组合机床时 装料高度可视具体情况在 H 580 1060mm 之间选取 本系统取装料高度 为 976mm 江苏城市职业学院毕业设计论文 16 4 中间底座轮廓尺寸 中间底座的轮廓尺寸要满足 Y 轴滑台在其上面联接安装的 需要 又考虑到与立柱底座相连接 因此 中间底座采用侧底座 1CC32 5 确定多轴箱轮廓尺寸 本机床配置的多轴箱总厚度为 301mm 宽度和高度按标 准尺寸中选取 计算时 多轴箱的宽度 B 和高度 H 可确定为 B 500 H 500 根据上述计算值 按主轴箱轮廓尺寸系列标准 最后确定主轴箱轮廓尺寸 B H 500X500mm 2 3 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 负荷率等技术文件 通过生产率计算卡 可以分析拟定的方案是否满足用户对生产率及 负荷率的要求 计算如下 切削时间 T切 切 L vf t停 2 26 47 8 2 15 478 1 151 min 式中 T切 机加工时间 min L 工进行程长度 mm vf 刀具进给量 mm min t停 死挡铁停留时间 一般为在动力部件进给停止状态下 刀具旋 转 5 15 r 所需要时间 这里取 15r 辅助时间 T辅 t移 t装 150 176 2 12000 0 1 1 5 fk v LL 43 1 654min 式中 L3 L4 分别为动力部件快进 快退长度 mm vfk 快速移动速度 mm min t移 工作台移动时间 min 一般为 0 05 0 13min 取 0 1 min t装 装卸工件时间 min 一般为 0 5 1 5min 取 1 5min 机床生产率 Q1 60 T单 单 60 T切 T辅 60 1 151 1 654 21 39 件 h 机床负荷率按下式计算 Q1 Q 100 Q1tk A 100 21 39 1950 60000 100 70 式中 Q 机床的理想生产率 件 h 江苏城市职业学院毕业设计论文 17 A 年生产纲领 件 tk 年工作时间 单班制工作时间 tk 1950h 表 2 5 生产率计算卡 图号1601A 093毛坯种类铸件 名称离合器压盘毛坯重量 被加工 零件 材料HT21 40 JB297 62硬度HB170 241 工序名称钻压盘连接孔工序号工时 min 序 号 工步 名称 工作行 程 mm 切速 m min 1 进给量 mm r 1 进给量 mm min 1 工进 时间 辅助时 间 1按装工件0 5 2工件定位夹紧0 25 3Z 轴快下150120000 013 4Z 轴工进26320 147 80 544 5Z 轴暂停0 03 6Z 轴快上176120000 015 7Y 轴前进100100000 01 8Y 轴暂停0 09 9Z 轴快下150120000 013 10Z 轴工进2647 80 544 11Z 轴暂停0 03 12快退176120000 015 13工件松开0 25 14卸下工件0 5 累计1 0881 716 单件总工时2 804 机床生产率21 39 件 h 理论生产率30 77 件 h 备 注 1 主轴转速 706r min 2 一次安装加工完一个工件 负荷率70 江苏城市职业学院毕业设计论文 18 3 多轴箱的设计 主轴箱是组合机床的主要部件之一 按专用要求进行设计 由通用零件组成 其主 要作用是 根据被加工零件的加工要求 安排各主轴位置 并将动力和运动由电动机或 者动力部件传给各工作主轴 使之得到要求的转速和转向 主轴箱按结构大小分为大型 主轴箱和小型主轴箱 按结构特点分为通用 标准 和专用主轴箱 3 1 绘制多轴箱设计原始依据图 多轴箱设计原始依据图是根据 三图一卡 绘制的如图 2 9 所示 如图 2 9 钻孔组合机床多轴箱原始依据图 图中多轴箱的两定位销孔中心连线为横坐标 工件加工孔对称 选择箱体中垂线为 纵坐标 在建立的坐标系中标注轮廓尺寸及动力箱驱动轴的相对位置尺寸 主轴部为逆 时针旋转 面对主轴看 主轴的工序内容 切削用量及主轴尺寸及动力部件的型号和性能参数如表 2 6 所 示 表 2 6 主轴外尺寸及切削用量 主轴外伸尺寸切削用量 轴号 D dL 工序 内容NVfVf 江苏城市职业学院毕业设计论文 19 r min m min mm r mm min 1 2 3 4 20 12115钻 6 5478150 147 8 注 1 被加工零件编号及名称 箱盖 材料 HT21 40 JB297 62 硬度 HB170 241 2 动力部件型号 1TD25IA 动力箱 电动机型号 Y100L 6 功率 P 1 5kw 3 2 齿轮模数选择 本组合机床主要用于钻孔 因此采用滚珠轴承主轴 齿轮模数 m 可按下式估算 m 30 32 32 1 76 3 ZNP 3 47819 5 1 式中 m 估算齿轮模数 P 齿轮所传递率 kw N 小齿轮的转速 r min Z 对啮合齿中的小齿轮数 多轴箱输入齿轮模数取 m1 3 其余齿轮模数取 m2 2 3 3 多轴箱的传动设计 1 根据原始依据图 图 2 9 画出驱动轴 主轴坐标位置 如下表 表 2 7 驱动轴 主轴坐标值 坐标销 O1驱动轴 O主轴 1主轴 2主轴 3主轴 4 X 1750 959595 95 Y094 51801808080 2 确定传动轴位置及齿轮齿数 图 2 10 齿轮的最小壁厚 1 最小齿数的确定 为保证齿轮齿 江苏城市职业学院毕业设计论文 20 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 30mm 有 机械零件设计 手册 知 如图 2 10 所示齿轮 t 33 3mm 当 m1 3 时 驱动轴上最小齿轮齿数为 2 t m1 2 1 25 d0 m1 2 33 3 3 2 1 25 30 3 Zmin 18 9 所以驱动轴齿数要大于等于 19 为减小传动轴的种类 所有传动轴的直径取 30mm 当 m2 2 d 20 时 齿轮 t 23 3mm 主轴上最小齿轮齿数为 2 t m2 2 1 25 d0 m2 2 23 3 2 2 1 25 20 2 19 8 Zmin 所以主轴齿数要大于等于 20 2 传动轴 11 为主轴 1 2 3 4 都各自在同一同心圆上 多轴箱的齿轮模数按驱动轴出轮估算 m 33 1 5 32321 71 19520 p zn 多轴箱输入出轮模数取 m1 3 其余齿轮模数取 m2 2 主轴 1 2 3 要求的转速一致 且较高 所以采用升速传动 主轴齿数选取 Z 45 传动齿轮采用 z 45 齿的齿轮 变位系 数 传动轴的转速为 0 181x 1000 1 41 min706 minnrr 由于前面选取了主轴直径为 30 显然传动轴直径都选取 20 这样为了减少传动轴种 类和设计题目需要由于传动轴转速是 则驱动轴至传动轴的传动比为 706 minr 7061 10001 42 i 所以选择两级传动 且传动比分配为 一级为 1 2 1 2 二级为 1 4 1 0 驱动轴 的直径为 30mm 由 机械零件设计手册 查得知 t 33 3mm 当 m 3 时 驱动轴上的齿数 为 Zmin 去驱动齿轮齿数 Z 45 30 3 33 3 2 2 1 25 2 2 1 25 44 8 2 d m t m 通用的齿轮有三种 即传动齿轮 动力箱齿轮和电机齿轮 材料均为 45 钢 热处理 为齿部高频淬火 G54 本机床齿轮的选用按照下表选用 齿轮种类宽度 mm 齿 数模数 mm 孔径 mm 驱动轴齿轮 24 32 16 50 连续 16 70 2 2 5 3 2 2 5 3 4 15 20 30 35 40 25 30 35 40 50 江苏城市职业学院毕业设计论文 21 传动轴齿轮 44 B 型 452 25 30 40 50 输出轴齿轮 32373 18 22 28 32 36 计算各主轴转速 使各主轴转速的相对转速损失在5 以内 由公式 V 知 3 14 1000 Dn min 1234 28 1000 1100 3 14 6 5 r nnnn 3 4 绘制传动系统图 传动系统图是表示传动关系是示意图 即用以确定的传动轴将驱动轴和各主轴连接 起来 绘制在多轴箱轮廓内的传动示意图 本设计中多轴箱箱体内只排放一排 37mm 宽的 齿轮 离箱体前壁 4 5mm 离箱体后壁 9 5mm 传动轴齿轮和驱动轴齿轮为第 排 在图 中标出齿轮的齿数 模数 变位系数 以校核驱动轴是否正确 另外 应检查同排的非 啮合齿轮是否齿顶干涉 还画出主轴直径和轴套直径 以避免齿轮和相邻的主轴轴套相 碰 3 5 传动零件的校核 1 验算传动轴的直径 校核传动轴以承受的总扭矩最大传动轴 11 由它驱动的 有主轴 1 4 和液压泵轴 7 主轴扭矩 T1 T4 3274 45N mm 液压泵轴的扭矩 查得 R12 1A 液压泵的最高压力为 0 3MPa 排量为 5 88ml r 假设在理想无泄漏状态 即 P q T 式中 P 液压泵的压力 N q 液压泵的排量 m3 s T 输入扭矩 N m 输入角速度 rad s 单位换算 P 0 3MPa 0 3 106Pa n 655 338r min 10 9223r s q 5 88 10 9223 64 22ml r 64 22 10 6m3 s 2 n 60 2 3 14 655 338 60 68 56rad s 代入公式 P q T 江苏城市职业学院毕业设计论文 22 64 22 10 6 0 3 106 68 56T7 解得 T7 280N mm T5 T1 i5 1 T4 i5 4 T7 i5 7 2 3274 45 0 914 280 0 667 7584 89N mm 根据 d B 2 316 21 6mm 30mm 因此传动轴 1 2 3 4 是符合要求的 4 T 4 89 7584 2 齿轮模数的验算 对多轴箱中承受载荷最大 最薄弱的轴 5 上的齿轮进行接 触疲劳强度和弯曲疲劳强度的验算 齿轮的材料为 45 钢 表面淬火 布氏硬度 HB 229 286 平均值 240HB 设使用寿 命 10 年 齿轮 Z5 30 Z1 28 宽度 B 37mm 传动比 i5 1 0 914 工作时间比 1 088 2 804 0 39 校核计算 接触疲劳极限 Hlim 由图 12 17c 得 Hlim 410MPa 齿轮 5 的圆周速度 v5 v5 1 37m s 100060 55 nd 100060 892 4366014 3 精度等级 选 9 级精度 使用系数 KA 由表 12 9 KA 1 1 动载系数 KV 由图 12 9 KV 1 24 齿间载荷分配系数 KH 由表 12 10 先求 Ft 2T5 d5 2 7584 89 60 252 83N KAFt b 1 1 252 83 37 7 52N mm 100N mm 1 88 3 2 cos 1 88 3 2 1 67 5 1 Z 1 1 Z30 1 28 1 Z 0 88 3 4 3 67 1 4 由此得 KH 1 29 2 1 Z 2 88 0 1 齿向载荷分布系数 KH 由表 12 11 知 KB A B 1 0 6 2 2 C 10 3b 5 d b 5 d b 1 17 0 16 1 0 6 37 60 2 37 60 2 0 61 10 3 37 江苏城市职业学院毕业设计论文 23 1 28 载荷系数 K K KAKVKH KH 1 1 1 24 1 29 1 28 2 25 弹性系数 ZE 由表 12 12 ZE 189 8MPa 节点区域系数 ZH 由图 12 16 X1X2 Z1Z2 0 005 ZH 2 62 接触最小安全系数 SHmin 由表 12 14 SHmin 1 25 总工作时间 th th 10 365 8 0 39 11481 6h 应力循环次数 NL1 60 n5th 60 3 436 892 11481 6 9 03 108 NL2 60 n1th 60 1 478 11481 6 3 2 108 接触寿命系数 ZN 由图 12 18 ZN1 1 14 ZN2 1 24 许用接触应力 H H1 373 92MPa min 11lim H NH S Z 25 1 14 1 410 H2 406 7Mpa min 22lim H NH S Z 25 1 24 1 410 验算 H ZE ZH Z 189 8 2 62 0 88 u u bd kT12 2 5 5 07 1 107 1 6037 89 758418 2 2 2 301 95MPa 373 92 MPa 计算表明 接触疲劳强度是合适是 齿轮尺寸无须调整 齿根弯曲疲劳强度验算 重合度系数 Y Y 0 25 0 75 0 25 0 75 1 67 0 7 齿间载荷分配系数 KF 由表 12 10 KF 1 Y 1 0 7 1 43 齿向载荷分配系数 KF b h 37 2 25 2 8 22 由图 12 14 KF 1 2 载荷系数 K K KAKVKF KF 1 1 1 24 1 43 1 2 2 34 齿形系数 YF 由图 12 21 YF 1 2 37 YF 2 2 56 应力修正系数 YS 由图 12 22 YS 1 1 68 YS 2 1 62 弯曲疲劳极限 Flim 由图 12 23c Flim 380MPa 弯曲最小安全系数 SFmin 由表 12 14 SFmin 1 25 应力循环系数 NL NL1 60 n5th 9 03 108 NL2 60 n1th 3 2 108 江苏城市职业学院毕业设计论文 24 弯曲寿命系数 YN 由图 12 24 YN1 0 98 YN2 1 0 尺寸系数 Yx 由图 12 25 Yx 0 85 许用弯曲应力 F F1 380 0 98 0 85 1 25 min 11lim F XNF S YY 253 25MPa F2 380 1 0 85 1 25 min 21lim F XNF S YY 258 4MPa 验算 f1 YF 1 YS 1Y 2 37 1 63 0 7 mbd kT 5 5 2 26037 89 758434 2 2 21 62MPa f1 f2 f1 21 62 22 52MPa f2 11 22 SF SF YY YY 68 1 37 2 62 1 56 2 传动无严重过载 故不做静强度校核 3 6 液压系统 根据工作情况选择液压泵 组合机床在负荷较大并有快速和慢速工作行程 因此选 择限压式变量泵 3 6 1 Z 轴液压泵的确定 1 液压泵的最大工作压力 Pp Pa 液压缸的最高工作压力出现在工作工进阶段 此时液压力要克服切削力和摩擦力 F摩 G F 式中 F摩 滑台克服摩擦力 N G 动力箱 多轴箱等移动部分总重量 N F 平衡块的拉力 N 代入式中 F摩 m总 g m 平衡块g 420 10 357 10 630N 切削力 F切 1071 79N F F摩 F切 630 1071 79 1701 79N HY25IA 液压滑台的油缸直径为 63mm 活塞杆直径为 35mm 江苏城市职业学院毕业设计论文 25 A 0 62 10 3 4 2 d 4 3563 14 3 2 则 P1 F A 1701 79 0 62 10 3 2 75MPa 此时液压缸的输入流量较小 且进油路元件较小 故泵至缸间的进油路压力损失估 取为 P 0 5MPa 则液压泵最高工件压力 PpPpP1 P 2 75 0 5 3 25Mpa 考虑压力储 备 液压泵的最高压力 Pp 3 25 1 25 4 06MPa 2 液压泵的最大流量 液压泵的最大供油量 qPK q max 式中 K 系统的泄漏系数 q max 同时动作时的液压执行器的最大流量 m3 s 计算 qP 按液压缸的最大流量 16L min 进行估算 取泄漏系数 K 1 1 则 qP 1 1 16 17 6L min 3 液压泵的规格 查得 YBN 20N JB 型限压式变量叶片泵能满足上述估算得 出的压力和流量要求 该泵的流量为 18 75L min 调压范围为 2 0 7 0MPa 开始变量之 压力为 5 0 MPa 最大转速为 1800r min 最小转速为 600r min 4 液压泵的驱动功率计算与电动机的选取 叶片泵的总效率 0 75 则 1 59kw P PPq p 6075 0 10 6 171006 4 66 式中 液压泵的驱动功率 kw 查得 Y100L2 4 型封闭式三相异步电动机满足上述要求 其转速为 1430r min 额 定功率 3 0kw 3 6 2 Y 轴液压动力的确定 1 液压泵的最大工作压力 Pp Pa Y 轴液压缸要驱动工件 夹具 工作台等 工作台的质量 V工 630 320 45 9 072 10 3m3 m工 V工 7 0 103 9 072 10 3 63 504 液压滑台滑块的质量 V滑 630 250 56 2 630 40 45 11 09 10 3m3 m滑 7 1 103 11 09 10 3 77 63 由于夹具未设计 估算 m夹 10 江苏城市职业学院毕业设计论文 26 则总质量 m总 m m工 m滑 m夹 9 156 63 504 77 63 10 160 29 液压缸需要的力 F fm总 g 式中 f 摩擦力 f 0 1 g 重力加速度 代入式中 F fm总 g 0 1 160 29 10 160 29N HY32IA 液压滑台油缸的压强在后退时最大 工作面积 A 0 49 103m3 则最高工作压力 P2 F A 160 29 0 49 10 3 0 33MPa 泵到缸间的进油路压力损失估取为 P 0 5MPa 算得液压泵的最高工作压力 PP为 PpP P 0 33 0 5 0 85MPa 2 液压泵的最大流量 液压泵的最大供油量按液压缸的最大输入流量 20L min 进行估算 泄漏系数 K 1 1 则 qP 1 1 20 22L min 因为 YBN 40N JB 型限压式变量泵的流量为 37 5L min 调压范围在 2 0 7 0MPa 并且 Y 轴是流量 22L min 小于 37 5L min 它的最小压强为 0 85 MPa 而 YBN 40N JB 调 压范围在 2 0 7 0MPa 因此设置了一个减压阀 使符合压力要求 4 夹具设计 机床夹具设计在组合机床设计中占有重要的地位 它的好坏将直接影响工件加工表 面的位置精度 本夹具主要是用来钻沿 305 圆周方向性四等分平均分四个 M8 螺纹底孔孔 整个 需要加工的孔的位置尺寸用机床和夹具就能直接保证 因此 在本道工序加工时 主要 应考虑如何保证垂直度要求的前题下 提高劳动生产率 降低劳动强度 为了很好利用 工厂实际设备和提高生产率 设计专用夹具进行加工 4 1 机床夹具的概述 4 1 1 机床夹具的组成与分类 1 定位装置 用于确定工件正确位置的元件或装置 它是实现夹具基本功能的元件 江苏城市职业