用组合机床对通用减速机壳体轴孔粗镗设计-毕业论文

成人教育成人教育毕 业 论 文毕 业 论 文 论论 文文 题题 目 目 用组合机床对通用减速机壳体轴用组合机床对通用减速机壳体轴 孔粗镗设计孔粗镗设计 专专 业业 名名 称 称 机械工程及自动化机械工程及自动化 学学 生生 姓姓 名 名 蒋守健蒋守健 指导教师姓名 指导教师姓名 张老师张老师 指导教师职称 指导教师职称 教授教授 院院 系系 点 点 无锡总工会干部学校无锡总工会干部学校 日 期 2015 年 3 月 20 日 江南大学成人教育江南大学成人教育 毕毕 业业 论论 文文 任任 务务 书书 一 论文题目 一 论文题目 用组合机床用组合机床对通用减速机壳体轴孔粗镗设计对通用减速机壳体轴孔粗镗设计 二 专业名称 二 专业名称 机械工程及自动化机械工程及自动化 三 班三 班 级 级 机械工程及自动化机械工程及自动化 四 学生姓名 四 学生姓名 蒋守健蒋守健 五 指导老师 五 指导老师 张老师张老师 六 论文开始时间 六 论文开始时间 2015 3 20 七 论文完成时间 七 论文完成时间 2015 4 28 八 院 站 签名 八 院 站 签名 2015 年年 3 月月 20 日日 目 录 摘摘 要要 引引 言言 1 1 1 工艺方案讨论与选择工艺方案讨论与选择 2 1 1 设计题目主要内容 2 1 2 减速机箱座零件分析 2 1 3 毛坯选择 3 1 4 零件的加工工艺设计 3 1 5 加工方案讨论 5 1 6 定位与夹紧方案 6 2 2 组合机床总体设计组合机床总体设计 7 2 1 制定工艺方案 7 2 2 确定组合机床的配置形式和结构方案 8 2 3 确定镗杆 镗刀及切削用量 9 2 3 1 镗杆和镗刀的选用 9 2 3 2 切削用量选择 10 2 4 组合机床总体设计 三图一卡 11 2 4 1 被加工零件工序图 11 2 4 2 加工示意图 12 2 4 3 机床联系尺寸图 12 2 4 4 机床生产率计算卡 15 2 5 夹具设计 15 3 3 主轴箱设计主轴箱设计 17 7 3 1 主轴箱的功用及分类 18 3 3 主轴箱的通用零件 18 3 3 1 通用箱体类零件 18 3 3 2 通用轴类零件 19 3 4 主轴箱的设计过程 19 3 4 1 确定主轴箱轮廓尺寸 19 3 4 2 绘制主轴箱设计原始依据图 20 3 4 2 1 确定主轴结构型式及齿轮模数 20 3 4 3 传动系统的设计和计算 20 3 4 4 主轴箱总图设计 21 3 4 4 1 通用主轴箱总图设计 21 4 4 结结 论论 22 参考文献参考文献 26 致致 谢谢 27 摘 要 本课题目的是设计加工通用型单级圆柱齿轮减速机壳体的专用组合机床 进行壳体两 轴孔的粗镗 具体内容包括进行减速机壳体零件的机械加工工艺分析和工艺方案制定 确 定组合机床的配置形式和结构方案 利用三维实体设计软件完成粗镗组合机床的总体设计 和主轴箱部件设计 粗镗组合机床总体设计包括被加工零件工序图 加工示意图 机床联 系尺寸图和生产率计算卡 即通常所说的 三图一卡 设计 主轴箱部件设计主要包括主 轴箱设计原始依据图的绘制 主轴结构形式的选择及动力计算 传动系统的设计与计算等 由于 solidworks 的可视化和参数化设计 而且易用 所以设计图都是先用 SolidWorks 软 件进行三维建模 然后将三维模型转化为工程图而得到 关键词关键词 组合机床 粗镗 主轴箱 第 1 页 引 言 组合机床是以通用部件为基础 配以少量专用部件 对一种或若干种工件按预先确定 的工序进行加工的机床 它能够对工件进行多刀 多轴 多面 多工位同时加工 在组合 机床上可以完成钻孔 扩孔 铰孔 镗孔 攻丝 车削 铣削 磨削及滚压等工序 随着 组合机床技术的发展 它能完成的工艺范围日益扩大 组合机床与通用机床 其它专用机 床比较 具有以下特点 1 由于组合机床采用多刀加工 机床自动化程度高 因而比通 用机床生产效率高 产品质量稳定 劳动强度低 2 组合机床加工工件 由于采用专用 夹具 组合刀具和导向装置等 产品加工质量靠工艺装备保证 对操作工人的技术水平要 求不高 3 组合机床的通用部件与一般专用机床比较 其结构稳定 工作可靠 使用和 维修方便 4 组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零 部件总量的 70 80 因此设计和制造周期短 经济效益好 5 组合机床的通用部件是根据国家标准设计的 并等效于国际标准 因此其通用部件可以重复使用 不必另行设计和制造 因为有种种优点 在我国当前的工业领域中 组合机床已广泛应用到大批量生产的行业 如 汽车 柴油机 电动机 内燃机 阀门 缝纫机等制造业 主要加工箱体类零件 如 气缸体 变速箱体 汽缸盖 阀体等 目前 组合机床的研制正向高效 高精度 高自动 化的柔性化方向发展 此方面研究成果如 DUM154 机床是 1995 年由大连机床集团设计制 造 供本集团发动机分厂使用的精铣 6110 缸体顶面 精镗缸孔和精车止口精密级组合机 床 采用进口的 CBN 刀片 以高速 大进给的切削方式加工 生产效率大大提高 利用 solidedge 变量化造型技术 根据组合机床的组成特点建立变量化模板库和虚似机床库 综合利用 VB 语言 数据库技术 三维造型技术 实现组合机床的总体设计和三维造型 是组合机床设计的新方法 这里要设计的粗镗组合机床所加工的零件 通用型单级传动圆柱齿轮减速机壳体 由于箱座底面和壳体两连接面孔较多 还有两个直径大的轴孔 孔的加工和孔间的定位也 都有一定的技术要求 若采用通用机床加工 不能保证加工精度要求 而且生产效率低 相反 若采用组合机床加工 就可以保证产品加工质量 又能提高生产效率 降低劳动强 度 也有利于实现自动化生产线 第 2 页 1 工艺方案讨论与选择 1 1 设计题目主要内容 本人设计题目的内容是粗镗通用型单级传动圆柱齿轮减速机壳体两轴孔的组合机床 设计 其中包括方案讨论及选择 零件的工艺分析 制定工艺方案 确定组合机床的配置 形式和结构方案 编制 三图一卡 和主轴箱的设计 1 2 减速机箱座零件分析 从被加工零件图可见 该工件外形较复杂 采用铸件方式生产浇注出来毛坏后 毛坯 经过铣加工 镗孔加工 钻孔加工和攻丝加工成为成品零件 轴孔粗镗工序比较靠后 两 轴孔已经去皮 此时底面 连接平面和两侧面都可以作为精定位基准 零件的技术要求是 两轴孔的直径分别是 0 035 0 100 和 0 030 0 80 同时镗孔表面与两侧面的垂直度要求是 0 05 这个要求是精镗后应该达到的 此处是设计粗镗组合机床 因此只考虑粗镗工艺 轴孔表 面的加工余量应在 5mm 以上 粗镗后余量为 2mm 由于是粗镗便可想到箱体类零件加工最常 用到的一面两销定位 所以壳体底座上的连接孔工序应在粗镗轴孔工序之前完成 由于是 镗两轴孔 应把上下壳体联接后 打上定位销进行镗孔 以保证粗镗时的一般精度要求 从零件的尺寸看 设计的粗镗组合机床属于大型组合机床 工件材料为铸铁 HT200 无特殊要求 在进行机械加工前应进行热处理 保证材料硬 度为 HB170 240 该工件为大批量生产的箱体类零件 初设年生产纲领为 10 万件 与该零件相配的还 有箱盖 由于箱体类零件可采用成组技术 形成尺寸系列 可考虑采用组合机床等高效率 机床 设计一条流水生产线 被加工零件示意图如图 1 第 3 页 图 1 圆柱齿轮减速机箱座 1 3 毛坯选择 由于工件尺寸较大 形状又较复杂 必须采用铸件 但由于批量较大 若采用木模砂 型铸造比较困难 故应采用金属模砂型铸造 1 4 零件的加工工艺设计 根据上面的分析等等 对零件的机械加工工艺进行设计 方案 A 10 铸造毛坯 20 去毛刺 30 清洗 放置 40 刨底面 50 粗铣底面 60 粗铣顶面 70 精铣底面 80 精铣顶面 90 粗铣两侧面 100 精铣两侧面 110 铣油尺孔处表面 第 4 页 120 铣放油孔处表面 130 钻底面连接孔 140 锪连接孔沉头槽 150 钻顶面连接孔 160 上下壳体配合 作定位销孔 170 粗镗两轴孔 180 半精镗和精镗两轴孔 190 钻两侧面螺纹底孔 200 攻丝两侧面螺纹底孔 210 铣顶面油槽 220 钻油尺孔 230 钻放油孔 240 清洗入库 250 检验 方案 B 10 铸造毛坯 20 去毛刺 30 清洗 放置 40 刨底面 50 粗铣底面 60 粗铣顶面 70 精铣底面 80 精铣顶面 90 粗铣两侧面 100 精铣两侧面 110 钻放油孔 120 铣油尺孔处表面 130 铣放油孔处表面 第 5 页 140 粗镗两轴孔 150 半精镗和精镗两轴孔 160 钻顶面连接孔 170 上下壳体配合 作定位销孔 180 钻底面连接孔 190 锪连接孔沉头槽 200 钻两侧面螺纹底孔 210 攻丝两侧面螺纹底孔 220 铣顶面油槽 230 钻油尺孔 240 清洗入库 250 检验 方案比较选择 方案 B 中工序 180 钻底面连接孔 不合理 应该是先钻底面连 接孔 再粗镗轴孔 工序 110 钻放油孔 应该在铣两端面之后 做到先面后孔 机 械加工是一般遵循 先面后孔 先粗后精 基面先行 的原则 同时 粗镗轴孔工序应是 上下壳体装配后 配上定位销后再镗孔 方案 A 设计遵循这些原则 比较合理 因此 减 速机壳体的机械加工工艺选择方案 A 1 5 加工方案讨论 一台镗床组合机床 一般由滑台 镗削头 夹具 多轴箱 动力箱 立柱 立柱底座 中间底座 侧底座以及控制部件和辅助部件等组成 其中夹具和多轴箱是按加工对象设计 的专用部件 其余均为通用部件 且专用部件中的绝大多数零件 均为 70 90 也是通 用零件 加工时 刀具由电动机通过动力箱 多轴箱驱动作旋转主体运动 并通过各自的 滑台带动作直线进给运动 根据组合机床的配置形式 可将其分为具有固定夹具的单工位组合机床 具有移动夹 具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类 单工位组合机床特别适用于加工大 中型箱 体类零件 在整个加工循环中 夹具和工件固定不动 通过动力部件使刀具从单面 双面 或多面对工件进行加工 这类机床加工精度较高 所以 该粗镗组合机床采用卧式具有固定夹具的单工位组合机床 设计简单 没有必 要设计移动夹具的多工位组合机床 加工方案有单面加工和双面加工两种方案 方案不同 镗杆 导向装置 夹具的设计都不一样 进而机床的总体布局也不一样 粗镗时 一般刀 杆周向上装一把刀具 有利于刀杆的导向 第 6 页 方案一 采用单面加工 一根镗杆镗工件同一轴系的两孔 这样总加工长度有 196mm 单面加工又有两种选择 1 镗杆采用单面后导向 导向套在刀具后支撑 刀杆加工时处于悬臂状态 为有利于导 向精度 导向长度必须足够长 2 镗杆采用双面导向 及工件两侧同时采用镗套导向 这样镗杆较长 导向精度是最高 的 镗杆上前后装两把镗刀 如果直接工进进刀 这样效率低 但如果在夹具上设置 抬起或偏置装置 让前一把刀具过去后 达到两孔同时镗 这样又比较麻烦 一般生 产中是不采用这的 除非是同一中心线上的孔比较多 方案二 采用两面同时加工 只选用短的镗杆 镗杆处于悬臂状态 由于孔深只有 55mm 小于孔直径 100mm 导向长度也不需要太长 即可保证导向精度 综合比较上面几种方案 方案二最合理 采用两面同时加工 单面单导向方式 镗杆 悬臂状态进行镗削 镗杆伸出镗套外的悬臂长度并不长 所以不影响加工精度 同时工件两 边对称 两边镗杆可同时工进 工进行程短 比单面加工效率高 1 6 定位与夹紧方案 连接减速机箱座与箱盖 打上定位销后再镗孔 如果选用立式机床 镗杆竖直方向上 镗孔 很明显 很难在工件上找到定位支承点 所以组合机床选用卧式的 镗杆水平方向 上工作 此道工序加工的两轴孔 其精度在壳体的各加工处是最重要的 所以此加工工序排在 各表面铣削工序之后 这时可以考虑把铣出来的平面作为精基准 有两种定位与夹紧方案 方案一 以壳体一侧面为定位基准面 底面两点支撑 前端面或后端面一点限位 然后从另一 侧面加力夹紧工件 这样可以保证侧面与轴孔表面的垂直度 方案二 采用箱体类零件加工最常用的定位方式 一面两销定位 箱座底面采用两块长形支 撑板支撑 两销了限制水平方向的自由度 箱盖上面加力夹紧 比较两种方案 考虑是粗镗 精度要求不高 可采用方案二 最常的一面两销定位 大量的实践也证明 加工箱体零件的理想定位基面是二销一面 大型组合机床加工箱体零 件 经常采用适用的活动定位销定位机构 如图 2 所示 定位销的顶起采用液压动力和电 气控制 有利于实现生产线上的自动化生产 箱盖上面采用弧形压块压紧 压在箱盖的最 高地方 动力也采用液压动力 第 7 页 图 2 活动定位销机构 2 组合机床总体设计 2 1 制定工艺方案 零件加工工艺方案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 前面已认真分析过被加工零件图 讨论了工件粗镗加工方案以及工件的加工工艺路线 指定工艺方案时 还要考虑几点基本原则 1 选择合适 可靠的工艺方法 以保证 机床有稳定的加工质量和高的生产率 2 粗 精加工合理安排 一般情况下 在大批量 生产或零件加工精度要求较高时 应将粗 精加工工序分开 而在生产批量不大时 在能 够保证加工质量的前提下 也可将粗 精加工集中在同一机床上进行 以利于减少机床台 数 提高经济效益 3 为了提高机床生产率 减少机床台数 要求尽量贯彻工序集中的 原则 但工序集中程度过高会使机床结构复杂 调整使用不便 可靠性下降 因此应合理 的考虑工序集中 如钻孔和镗孔不宜一起 因为钻孔和镗孔所采用的转速相差很大 会导 致主轴箱的设计困难 4 箱体类和法兰类零件一般选择 一面两孔 为精定位基准 在 加工过程中应尽量使用统一的精基准 同时应注意组合机床多刀 多面 多工位加工的特 性 选择定位基准和夹紧部位时 应使工件有较多的敞开面 以利于加工 综合考虑 如 1 5 加工方案讨论 粗镗轴孔工序采用两面同时加工 单面单导向方式 镗杆悬臂状态进行镗削 镗杆采用刚性连接 粗镗工序单独进行 采用一面两销定位 夹 具动力采用液压动力 第 8 页 2 2 确定组合机床的配置形式和结构方案 组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求 按高度集中工序原则设计的一种高 效率专用机床 设计组合机床前 首先应根据组合机床完成工艺的一些限制及组合机床各 种工艺方法能达到的加工精度 表面粗糙度及技术要求 解决零件是否可以利用组合机床 加工 那么 为使加工过程顺利进行 并达到要求的生产率 必须在掌握大量的零件加工 工艺资料基础上 统盘考虑影响制定零件工艺方案 机床配置形式 结构方案的各种因素 及应注意的问题 经过分析比较 以确定零件在组合机床上合理可行的加工方法 包括安 排工序及工艺流程 确定工艺中的工步数 选择加工的定位基准及夹压方案等 确定工 序 或工步 间加工余量 选择合适的切削用量 相应的刀具结构 确定机床配置型式等 这些都是组合机床方案所要制定的主要内容 组合机床总体设计内容和步骤与普通机床相同 但由于给合机床只加工一种或数种工 件的特定工序 工艺范围窄 主要技术参数已知 且工艺方案一旦确定 也就确定了结构 布局 因而总体设计的侧重点不同 主要是通过工件分析等掌握机床设计的依据 画出详 细的加工零件工序图 通过工艺分析 画出加工示意图 然后进行总体布局 画出机床尺 寸联系图 制定组合机床的方案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 往往会影响组合机床的配置形式和结构方案 如加工精度要 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 可以采用移动夹具的多 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 2 工件结构状况的影响 工件的形状 大小和加工部位的结构特点 对机床的结构方案也有一定影响 如外形 尺寸和重量较大的工件 一般采用固定夹具的单工位组合机床 3 生产率的影响 生产率往往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 如 从其他因素考虑应采用单工位组合机床 但由于满足不了生产率的要求 就不 得不采用多工位组合机床 甚至自动线来进行加工 4 现场条件的影响 使用单位的气候炎热 车间温度过高 使用液压传动机床不够稳定 则宜采用机械传 动的结构形式 使用单位刃磨刀具 维修 调整能力以及车间布置的情况 都将影响组合 机床的结构方案 第 9 页 综合以上因素 并结合工艺方案要求 确定本设计为大型组合机床的配置形式 并且 为单工位固定工作台式组合机床 使用固定的专用夹具 2 3 确定镗杆 镗刀及切削用量 2 3 1 镗杆和镗刀的选用 由于是粗镗 机床采用单刃切削 选用硬质合金镗刀头 粗镗轴孔工序采用两面 同时加工 单面单导向方式 所以镗杆应尽量短 在导向套外的悬伸长度越小越好 主轴 与镗杆采用刚性连接 1 单面导向的镗刀安装范围内的镗刀杆直径 1 d 括号里的为 80 孔 1 d KD 2 0 88 100 80 2 5 78 60 K 确定镗刀杆直径的因数 查 机械加工工艺装备设计手册 表 3 230 取 K 0 88 D 镗孔直径 100 80 mm 实现镗孔时孔半径上最大的工序余量 这里取 5mm 设计镗床夹具时 镗杆和刀具参数应结合起来考虑 镗杆直径应分析其刚度和镗削工 作时应有的容屑空间 在单面支承导向中 镗杆是悬伸状态 应合理确定其长径比 一般 情况下 镗杆直径通常按被镗孔直径的 0 71 倍选取 精镗可取 0 9 倍 所以 根据实际 条件 取两镗杆装刀部分直径分别为 72mm 和 60mm 2 镗刀杆在镗套端外的最大悬伸长度 L L 1 Kd 2 3 100 80 230 184 mm 式中 1 K 按镗孔直径尺寸公差等级而定的镗刀杆最大悬伸量因数 见 机械加工工 艺装备设计手册 表 3 231 可取 2 3 但在实际中常采用的是 L 0 3 1 9 d 减速轴孔的深度是 55mm 远小于最大悬伸长度 3 镗套导向长度 H H 2 Kd 式中 2 K 按镗孔直径尺寸公差的精度等级确定镗套长度的因数 粗镗轴孔的镗孔尺寸公差精度等级为 IT12 11 在使用单支承导向时 为了保证较高的 镗孔轴线位置精度 镗套采用的导向长度为 2 5 3 5 d 由于粗镗精度要求低 取导向 长度为 140 却可 mm 4 镗刀的选用 第 10 页 为了提高悬伸单刃镗刀的刚度 以免引起变形式和振动 镗刀的悬伸长度应最短 矩形截面的镗刀尺寸 B 和 H 的关系是 B 1 1 5 1 2 Dd H 1 2 1 4 1 d 1 d较小时 0 13 0 22 1 d 1 d较大时 式中 B 矩形镗刀沿镗杆轴向宽度 H 矩形镗刀沿镗杆横向宽度 D 镗孔直径 1 d 镗杆装刀部分直径 1 d较大 所以选用镗刀分别为 16 16 和 12 12 件号 T0615 30 此角度镗刀 对刀具耐用度的修正系数较大 可提高刀具耐用度 硬质合金镗刀头 材料是刀片 YG8 刀体 45 钢 2 3 2 切削用量选择 切削用量选择是否合理 对组合机床的加工精度 生产率 刀具耐用度 机床的布置 形式及正常工作均有很大影响 本组合机床设计采用左右两主轴箱同时加工 左右对称 后面都只讨论左边的设计 2 3 2 1 左主轴箱切削用量的选择 硬质合金镗刀头粗镗轴孔时 切削深度 t 范围是 3 10 切削速度 V 范围是 35 50 米 分 进给量 S 范围是 0 30 1 50 毫米 转 初取粗镗杆的切削速度 V 为 46 米 分 两镗杆的转速相同 则细镗杆的切削速度 V 为 36 8 米 分 进给量和切削深度相同 2 3 2 2 确定左主轴箱刀具的切削力 切削转矩 切削功率及刀具耐用度 根据选定的切削用量 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 用以确定主轴及其它传动件的尺寸 确定切削功率 用以选择主传动电机功率 确 定刀具耐用度 用以验证所选刀具是否合理 根据 组合机床设计图册 图 1 7 的计算图 取粗镗切削深度为 3mm 每转进量 0 3mm 可以从计算图中算出粗 细镗杆的分别为 刀具耐用度 0 T 490 1400 分 轴向力 0 x P 33 公斤 323 4N 相同 周向力 0z P 120 公斤 1176N 相同 第 11 页 切削功率 0 N 0 9 0 7 KW 本计算图是在 HB 220 45 D 251mm r 2mm 无外皮加工 用 YG8 刀具粗镗 并且不考虑镗刀截面大小的条件下绘制的 当与上述条件不符时 应将计算图所求得的 0 T 0 x P 0z P 0 N分别乘以不同的修正系数 假设减速机壳体 HB 210 选用 30 角镗刀 r 2mm 轴孔表面已去外皮 修正后 T 920 分 2353 分 x P 195 6N 相同 z P 1210N 相同 N 1 03 0 8 KW N 切 1 83KW 对左主轴箱 初定主轴箱所须功率 考虑传动系统简单 取 0 85 N 主 N 切 1 83 0 85 2 15kw 从而可选用动力箱型号为 1TD32 电机型号为 Y112M 6 其额定功率为 2 2kw 满足要求 切削转矩 T z P D 2 43560NM 36300NM 2 3 2 3 初定左主轴箱的主轴直径 当确定了切削转矩 T 后 可根据刚度初定出主轴直径 刚度条件计算时主轴的直径为 d B T0 25 式中 T 切削转矩 N mm B 系数 刚性主轴 B 2 316 则镗 100 孔的主轴 d 2 316 435600 25 33 5mm 镗 80 孔的主轴 d 2 316 363000 25 32mm 2 4 组合机床总体设计 三图一卡 2 4 1 被加工零件工序图 2 4 1 1 被加工零件工序图的内容 被加工零件工序图是根据选定的工艺方案 表示一台组合机床或自动线完成的工艺内 容 加工部位尺寸精度 表面粗糙度及技术要求 加工定位基准 夹压部位及被加工零件 的材料 硬度 重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情况的图纸 它不能用用户提供的 第 12 页 产品图纸代替 而须在原零件图的基础上 突出本机床或自动线的加工内容 加上必要的 说明而绘制的 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 图上应表示出 1 被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸 尤其 是当须要设置中间导向套时 应表示出零件内部的肋 壁布置及有关结构的形状及尺寸 以便检查工件 夹具 刀具是否发生干涉 2 加工用定位基准 夹压部位及夹压方向 以便依次进行夹具的定位支承 包括辅助 定位支承 限位 夹紧 导向装置的设计 3 本道工序加工部位的尺寸 精度 表面粗糙度 形状位置尺寸精度及技术要求 还 包括本道工序对前道工序提出的要求 主要指定位基准 4 要的文字说明 如被加工零件编号 名称 材料 硬度 重量及加工部位的余量等 2 4 1 2 绘制被加工零件工序图的注意事项 1 为了使被加工零件工序图清晰明了 一定要突出该机床的加工内容 绘制时 应按 一定比例 选择足够视图及剖视 突出加工部位 用粗实线 并把零件轮廓及与机床 夹具设计有关的部位 用细实线 表示清楚 凡本道工序保证的尺寸 角度等 均应在尺 寸数值下方画粗实线标记 2 加工部位的尺寸应由定位基准注起 为便于加工及检查 尺寸应采用直角坐标系标 注 而不采用极坐标系 但有时因所选定位基准与设计基准不重合 则须对加工部位要求 的尺寸精度进行分析换算 此外 应将零件图上的不对称位置尺寸公差换算成对称尺寸公 差 其公差数值的决定要考虑两方面 一是要能达到产品图纸要求的精度 二是采用组合 机床能加工出来 如图的尺寸应换算为被加工零件工序图中的尺寸 以便在进行夹具和多 轴箱设计的时候 确定导向孔与主轴孔的位置坐标尺寸 3 应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求 如对多层壁同轴线等直径孔加工 若 要求孔表面不留退刀痕迹 则图纸上应注明要求 机床主轴定位 工件 夹具 让刀 第 13 页 图 3 被加工零件工序图 2 4 2 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 图 4 为减速机壳体两轴孔粗镗加工示意图 左右加工对称 第 14 页 图 4 加工示意图 2 4 2 1 加工示意图的作用和内容 零件加工的工艺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床 上的加工过程 刀具 辅具的布置状况及工作循环等 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地位 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要求 同时还是调整机床 刀具及试车的依据 其内容为 1 应反映机床的加工方法啊 加工条件及加工过程 2 根据加工部位特点及加工要求 决定刀具类型 数量 结构 尺寸 直径 和长度 包括镗削加工是镗杆直径和长度 3 决定主轴的结构类型 规格尺寸及外伸长度 4 选择标准或设计专用的接杆 浮动卡头 导向装置 攻丝靠模装置 刀杆托架等 并决 定他们的结构 参数及尺寸 5 标明主轴 接杆 卡头 夹具 导向 与工件之间的联系尺寸 配合及精度 6 根据机床要求的生产率及刀具 材料特点等 合理确定并标注各主轴的切削用量 7 决定机床动力部件的工作循环及工作行程 第 15 页 2 4 2 2 选择刀具 导向装置并标注其相关位置及尺寸 1 刀具选择 刀具选择要考虑工件的加工尺寸精度 表面粗糙度 切屑的排除及生产 率的要求等因素 刀具的长度要保证加工终了时 刀具切出孔外即可 本设计是粗镗两轴 孔 切削深度选 3mm 还留下 2mm 为半粗镗和精镗的切削余量 因此不需要考虑多少加工 精度 刀具由前面的 2 3 已确定 选用 30 的硬质合金镗刀头 尺寸分别为 16 16 和 12 12 材料是刀片 YG8 刀体 45 钢 2 导向套的选择 在组合机床上加工孔 除用刚性主轴的方案外 工件的尺寸 位置 精度主要取决于夹具导向 因此 正确选择导向结构 确定导向类型 参数 精度 不但 是绘制加工示意图必须解决的问题 也是设计组合机床不可忽视的重要内容 粗镗轴刚精 度要求不高 可采用刚性主轴 如果镗杆短甚至可以不用导向套导向 所以 这里选用了 140mm 的固定镗套 2 4 2 3 初定主轴类型 尺寸 外伸长度和选择接杆 2 3 2 3 里已经根据刚度初估主轴直径为 33 5mm 和 32mm 由于是镗孔 可以选择比较 常用的圆锥滚子轴承主轴 依据 组合机床设计图册 中图 4 9 两主轴都选取单列圆锥滚 子轴承主轴直径为 50mm 选用 A 型 主轴伸出主轴箱的长度为 135mm 组合机床主轴与镗杆之间常用两种连接 一是接杆连接 也称刚性连接用于单导向进行钻 扩 铰孔及倒角加工 二是浮动卡头连接 也称浮动连接 用于长导向 双导向和多导向 进行镗 扩 铰孔 本次工序采用刚性直接连接 采用专用镗杆 直接与主轴联接 2 4 2 4 由主轴箱的所有刀具主轴中找出影响联系尺寸的关键刀具 从保证加工终了时主轴箱端面到工件端面间距离尺寸最小来确定全部镗杆 导向托架 及工件之间的联系尺寸 应当指出 主轴箱端面至工件端面之间的轴向距离是加工示意图 上最重要的联系尺寸 为了缩短刀具悬伸长度与工作行程长度 要求这一距离尺寸越小越 好 2 4 2 5 确定刀具部件的工作循环及工作行程 动力部件的工作循环是指 加工时动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置又返 回到原始位置的动作过程 一般包括快速引进 工作进给 快速退回等动作 有时通常还 有中间停止 多次往复进给 跳跃进给 死挡铁停留等特殊要求 这是根据具体的加工工 艺需要确定的 综合考虑 还有夹具的轮廓尺寸因素 工作快进取 150mm 工进长度为 75mm 动力部 件的总行程为快退行程长度与前后备量之和 依此作为选择标准动力滑台或设计专用动力 部件的依据 第 16 页 2 4 3 机床联系尺寸图 2 4 3 1 联系尺寸图的作用及内容 一般说来 组合机床是由标准的通用部件 动力滑台 动力箱 各种工艺切削头 侧底座 立柱 立柱底座及中间底座加上专用部件 主轴箱 刀 辅助系统 夹具 液 电 冷却 润滑 排屑系统组合装配而成 联系尺寸图用来表示机床个组成部件的互相装 配联系和运动关系 以检验机床各部件相对位置及是否满足加工要求 通用部件的选择是 否合适 并进一步开展主轴箱 夹具等专用部件 零件的设计提供依据 联系尺寸图也可 看成是简化的机床总图 它表示机床的配置型式及总体布局 联系尺寸图的主要内容如下 1 当数量的视图 一般为主 左 右视图 按同一比例画出机床个主要组成部件的外形 轮廓及相关位置 表明机床的配置型式及总体布局 主视图的选择应与机床实际加工状态 一致 2 尽量减少不必要的线条及尺寸 但反映各部件的联系尺寸 专用部件的主要轮廓尺寸 运动部件的极限位置及行程尺寸 必须完整齐全 至于各个部件的详细结构不必画出 留 在具体设计部件时完成 3 用于继续进行部件设计 联系尺寸图上应标出通用部件的规格代号 电动机型号 功 率及转速 并注明机床部件的分组情况及总行程 2 4 3 2 选择动力部件 组合机床的动力部件是配置组合机床的基础 它主要包括用以实现刀具主轴旋转主 运动的动力箱 各种工艺切削头及实现进给运动的动力滑台 影响动力部件选择的主要因素为 1 切削功率 2 进给力 3 进给速度 4 行程 5 主轴箱轮廓尺寸 6 动力滑台导轨型式 综合上述因素 根据具体加工要求 选择 1 动力箱型号为 1TD32 功率 P 2 2kw 动力箱输出轴转速 470 转 分 动力箱与主轴 箱结合面尺寸 长 400mm 宽 320m 动力箱输出轴距箱底面高度为 125mm 2 液压动力滑台型号为 NC 1HJ32 台面宽 320m 允许最大进给力 F 进 12500N 3 侧底座 1CC321 I 型 其高度 H 560mm 宽度 B 520 长度 L 1180mm 2 4 3 3 联系尺寸图应考虑的主要问题 绘制联系尺寸图 一般是在已画催被加工零件工序图 加工示意图 并初选动力部件 与其配套的通用部件之后进行的 对于机床的某些重要尺寸也应在画联系尺寸图之前的方 案设计阶段初步确定 如机床的装料高度 H 主轴箱轮廓尺寸及夹具轮廓尺寸等 尤其对 第 17 页 于加工精度要求较高的 比较复杂的组合机床 往往需要预先画出夹具方案的详细草图 确定其主要轮廓尺寸 所以 总体设计更确切地说是包括夹具方案草图设计在内的四图一 卡设计 图 5 组合机床联系尺寸图 2 4 4 机床生产率计算卡 根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度 切削用量 动力箱的快速及工进速 度等 以及假设的年生产纲领为 10 万件 工厂倒班工作制 就可以计算机床的生产率并 编制生产率计算卡 用以反映机床的加工过程 完成每个动作所需的时间 切削用量 机 床生产率及机床负荷率等 机床生产率计算卡见附录 1 2 5 夹具设计 本设计是粗镗组合机床设计 虽然没有要求设计夹具 但是组合机床的设计必段考虑 到夹具 夹具的轮廓尺寸 都与组合机床的设计有关 运用 solidworks 三维建模 夹图 总图如图 6 所示 第 18 页 3 主轴箱设计 3 1 主轴箱的功用及分类 主轴箱是组合机床的重要专用部件之一 按专用要求进行设计 由通用零件组成 根 据加工示意图所确定的工件加工孔数和配置 切削用量和主轴类型而设计 能将动力箱的 动力 传递给主轴 使之按要求的转速和转向旋转 提供切削动力 主轴箱与动力箱一起安 装于进给滑台上 可完成钻 扩 铰 镗孔等加工工序 主轴箱分为通用主轴箱和专用主轴箱两大类 专用主轴箱根据被加工工件的特点及其 加工工艺要求进行设计 专用主轴箱基本上由专用零件组成 采用不需导向装置的刚性主 轴来保证加工孔的位置精度 通用主轴箱按专用要求设计 由通用零件及少量专用零件组 成 采用非刚性主轴 加工时 需由导向装置引导刀具来保证被加工孔的位置精度 这里 设计的是通用主轴箱 3 2 通用主轴箱的组成 图 6 夹具装配体图 通用主轴箱主要由箱体类零件 主轴 传动轴 齿轮 以及润滑和防油元件等组成 在主轴箱箱体的内腔 可安 装厚度 24mm 的齿轮三排 或厚度 32mm 的齿轮两排 在后 盖内 可安装一排 后盖厚度为 90mm 100mm 时 或两排 后盖厚度为 125mm 时 齿轮 3 3 主轴箱的通用零件 3 3 1 通用箱体类零件 通用箱体类零件包括多轴箱箱体 前盖 后盖 上盖 和侧盖 箱体材料为 HT200 前 后盖材料为 HT150 上 盖为 HT150 主轴箱后盖与动箱的结合面上联接螺孔 定 位销孔的大小 位置应与动力箱联系尺寸相适应 主轴箱体的标准厚度为 180mm 用于卧式组合机床的主轴箱前盖厚度为 55mm 用于立式 的则兼作油池用 故加厚到 70mm 基型后盖厚度为 90mm 变型后盖厚度为 50mm 100mm 和 125mm 三种 可根据主轴箱内传动系统安排和动力箱与主轴箱的连接情况合理选用 3 3 2 通用轴类零件 1 通用主轴 钻削类主轴采用两端轴向定位方式 按支承形式可分为圆锥滚子主轴 滚针轴承主轴 滚珠轴承主轴三种 圆锥滚子轴承主轴 前后支承均为圆锥滚子轴承 可 第 19 页 承受较大的径向力和轴向力 轴承数量少 结构简单 装配调整方便 广泛用于扩 镗 铰孔和攻螺纹工序 根据与刀具的连接方式 多轴箱主轴又分为浮动主轴和刚性主轴 主轴材料一般为 40Cr 钢 热处理 C42 2 通用传动轴 通用传动轴材料一般用 45 钢 热处理 T215 3 通用齿轮 通用齿轮包括动力箱齿轮 齿宽 32mm 轴向总宽度 84mm 电动机齿轮 齿宽 32mm 传动齿轮 齿宽有 24mm 32mm 两种 材料为 45 钢 齿部高频 淬火 G54 4 规格较大的通用主轴箱常采用 R12 1A 叶片泵进行润滑 中等规格的主轴箱用一个润 滑泵 规格较大且主轴数量多的多轴箱用两个润滑泵 润滑泵的传动齿轮齿宽为 12mm R12 1A 叶片泵的推荐转速为 550 800r min 转速过低 将会导致吸油困难 5 其他通用零件 除上述零件外 主轴箱上还有隔套 键套 防油套 油杯 定位销 以及锁紧螺母 防松垫圈等 都已经标准化或通用化 3 4 主轴箱的设计过程 主轴箱设计的步骤大致为 根据 三图一卡 绘制主轴箱设计原始依据图 确定主 轴结构形式及齿轮模数 拟定主轴箱传动系统 计算主轴及传动轴坐标 绘制坐标检查图 绘制主轴箱总图及零件图 3 4 1 确定主轴箱轮廓尺寸 主轴箱宽度 B 高度 H 的大小主要也被加工零件孔的分布位置有关 可按下式确定 2 1 2Bbb 211 Hhhb 式中 b1 最边缘主轴中心距箱外壁的距离 mm 一般取 b1 70 100mm 2 b 工件在宽度方向相距最远的两加工孔距离 mm h 工件在高度方向间距最远的两加工孔距离 mm h1 最低主轴高度 mm 上述各尺寸中 2 b和 h 为已知尺寸 2 b 150 h 0 取 b1 100 h1 确定后 多轴箱的 轮廓尺寸就可以确定 126345 hhHhhhh 170 930 mm 0 5 280 5 560 mm 254 5mm 式中 H 装料高度 2 h 最低加工孔中心至工件定位基面的距离 第 20 页 3 h 滑台高度 4 h 滑座与侧底座之间的调整垫厚度 5 h 侧底座高度 6 h 多轴箱底与滑台之间的距离 根据计算得主轴箱轮廓尺寸为 B H 350mm 354 5mm 根据标准取主轴箱轮廓尺寸为 B H 400 400mm 3 4 2 绘制主轴箱设计原始依据图 图 7 原始依据图 3 4 3 确定主轴结构型式及齿轮模数 一般情况下 根据工件加工工艺 刀具和主轴的连接结构和刀具的进给抗力及切削 转矩来确定主轴的结构型式 根据减速机壳体的加工工艺选择前后支承均为单列圆锥滚子 轴承的主轴结构 这种支承可承受较大的径向力和轴向力 且结构简单 轴承数少 装配 比较方便 传动轴直径可参考主轴直径大小初步确定 待传动系统拟定后再进行验证 齿轮模数一般用类比法确定 也可以用下式估算 主轴直径已经在前面确定 初选模数可由下式估算 m 30 32 3 p zn 式中 m 所估算的齿轮模数 mm 第 21 页 P 齿轮所传递的功率 kw z 一对啮合齿轮中的小齿轮齿数 n 小齿轮的转速 r min 主轴箱的齿轮模数按驱动轴齿轮估算 P 2 2kw z 21 n 470r min m 30 32 3 p zn 1 82 取主轴箱输入齿轮模数取 3 其余齿轮模数取 2 主轴 1 和主轴 2 的转速相同 3 4 4 传动系统的设计和计算 主轴箱的传动系统设计 就是通过一定的传动链把动力箱输出轴 也称主轴箱驱动轴 传动进来的动力和转速按要求分配到各主轴 传动系统设计的好坏 将直接影响主轴箱的 质量 通用化程度 设计和制造工作量的大小以及成本的高低 3 4 4 1 各轴之间传动比分配 已知 主轴 n1 n2 146r min 驱动轴 n0 470r min 总传动比可取 I n1 n0 146 470 1 3 22 1 1 43 1 1 5 1 1 5 即从驱动轴开始传动比为 1 1 43 1 1 5 1 1 5 主轴 1 2 由传动轴 3 一根轴传动 3 4 4 2 各轴之间传动结构设计及齿轮齿数 传动轴 3 带动主轴 1 2 应该在中间 润滑泵轴可由动力箱驱动齿轮传动 中心可与 动力箱输入轴中心在同一水平面上 这样 就只需要确定传动轴 4 的坐标了 由于中心距的要求 主轴 1 2 与传动轴的齿轮模数选 2 齿数分别为 z48 和 z32 齿 轮放在 I 排 传动比为 1 1 5 1 确定传动轴 4 的位置及其与驱动轴 传动轴 3 间的齿轮副的齿数 驱动轴的直径为 d 30mm 由 机械零件设计手册 知 当 m 3 时 驱动轴上最小齿轮 齿数为 min z 2 t m 2 1 25 d m 18 7 查 组合机床设计图册 取驱动轴齿轮齿数为 z 21 显然 传动轴 3 4 的直径也取 30mm 减少传动轴的种类 当 m 2 时 传动轴 4 上最小 齿轮齿数为 min z 2 t m 2 1 25 d m 24 8 由于中心距要求 取 z30 则传动轴 3 上从动齿轮齿数为 z45 两轴中心距 75mm 第 22 页 传动轴 4 上的从动齿轮与动力箱齿轮配合 模数为 3 根据传动为 1 1 43 齿轮齿数 为 z30 驱动轴与传动轴 4 的中心距为 21 3 30 3 2 76 5mm 确定传动轴 4 的位置 设传动轴 4 的坐标为 1 x 1 y 则 2 1 x 2 1 94 5 y 2 76 5 2222 11 807575229 5xy 解方程得 1 x 53 54 1 y 149 14 对传动轴 4 的坐标进行圆整 以利于加工 提高传动轴的位置精度 传动轴 4 的坐标 圆整为 54 149 传动轴 3 的根据计算为坐标为 0 201 5 2 确定液压泵轴的位置 液压泵轴由动力箱齿轮驱动 采用 R12 1A 液压泵 取其齿数为 17 转速为 n 470 21 17 580r min 符合其推荐转速 液压泵轴与动力箱输入轴的轴心距为 57mm 3 确定手柄轴 由于传动轴 4 转速较高 用转动轴 4 兼作调整的手柄轴 对刀或机床 调整时较为省力 各传动轴的坐标值见表 1 表 1 传动轴的坐标值 单位 mm 传动轴编号 轴 3 轴 4 j x j y 0 201 5 54 149 5 各传动副的中心距及其齿轮齿数见表 2 表 2 传动副的中心距 mm 及齿轮齿数 轴距 轴 O1 轴 4 轴 4 轴 3 轴 3 主轴 1 2 第 23 页 中心距值 76 83 74 97 80 06 主动齿轮 21 30 32 从动齿轮 30 45 48 3 4 4 3 验算各主轴转速 n4 470 21 30 313 3r min n3 470 21 30 30 45 219 3 r min n1 2 470 21 30 30 45 30 45 146 2 r min 转速相对损失在 5 以内 符合设计要求 图 8 传动系统图 3 4 4 主轴箱总图设计 3 4 4 1 通用主轴箱总图设计 通用主轴箱总图的设计包括绘制主视图 展开图 侧视图以及编列装配表和制定技术 第 24 页 条件 1 主视图和侧视图 主视图主要用以表明主轴箱的传动系统 齿轮排列位置 附加机 构及润滑油泵的位置 润滑点的配置 手柄轴的位置和各轴的编号 因此 只要在原来 设计的传动系统图基础上 加上润滑系统 轴的编号即可 画出主轴箱轮廓 宽 高 注上主轴箱联系尺寸等 便构成主视图 2 展开图 组合机床通用主轴箱与普通机床变速箱相比 一方面轴多 齿轮啮合关系比 较复杂 另一方面主轴箱和传动轴及其上的零件大多通用化