曲轴钻孔组合机床总体及传动装置设计【全套CAD图纸+毕业答辩论文】

买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 辽宁省高等教育自学考试 数控技术专业 (本科段 ) 毕 业 设 计 (论 文 ) 设计题目 : 曲轴钻孔组合机床总体及传动装置设计 助学单位 大连职业技术学院 姓 名 李婷婷 准考证号 020107101143 指导教师 2009 年 9 月 25 日 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 目录 第一章 绪论 . 7 . 7 合机床 . 7 . 8 . 9 第二章 组合机床的总体设计 . 10 . 10 合机床总体设计 . 11 第三章 组合机床传动装置设计 . 16 动方案分析和选择 . 16 . 17 带具体设计： . 18 轮设计 . 21 . 23 . 24 心轴的结构设计和校核： . 25 . 26 . 27 第四章 机床电控部分设计说明 . 28 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 第五章 结论和总结 . 30 致谢 . 316 参考文献 . 327 附表： . 338 - 1 - 摘 要 组合机床产业为制造业提供装备，对发展国民经济， 提高生产效率，提高产品的质量有着很重要的意义 。 本次毕业设计主要是设计专门从事曲轴斜油孔加工的组合机床的总体和部分传动装置。在本次设计过程中，我查阅了有关组合机床的资料，从经济性和通用性对组合机床总体通用部件进行了选择和部分加工的设计；从曲轴斜油孔的加工工艺和加工的动力性能出发设计了传动装置。通过组合机床总体的设计，有效的降低了加工零件时的准备时间，提高了效率和加工精度。通过传动装置的 设计，大大提高了刚性主轴头的使用寿命，并且保证了加工的质量。 关键词 ：机床，组合机床，斜油孔，传动装置 - 2 - to to of is to in a of of In I to of of of of of of By to of to - 3 - - 4 - - 5 - - 6 - 东北大学毕业论文 (设计 ) 7 第一章 绪论 究的目的和意义 机床是用于加工机械的机械，在行业内被称作为母机。其可以分为通用机床和专用机床两大部分。在加工曲轴斜油孔时如果采用通用机床对其进行加工，则效率低下，并且由于多次装夹，容易造成定位不准确，而造成精度低的问题。如果采用专用机床对其进行加工，虽然可以解决前面提到的问题，但是由于机床的造价比较高，并且只要曲轴的尺寸稍微有些变化，整个机床都不能再使用。可变通性比较差，也就不是非常实用。组合机床可以有效的在两者之间找到平衡：即高效率、高精度、高性价比。 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。 组合机床是根据工件的加工要求，以大量独立的通用部件为基础，配以少量的按被加工零件的特殊要求而设计的专用部件组成的一种高效专用机床。它既具有专用机床结构简单、生产率和自动化程度较高的特点，又具有一定的重新调整的能力，以适应工件变化的需求。组合机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工，可以完成钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、镗孔、车削、铣削、磨削及滚压等工序。 组合机床是高效自动化设备，它 在国民经济中占有较重要的地位尤其是汽车 、拖拉机、军工等大批量生产的行业，正面临着产品的更新换代和企业改造任务，这些行业又都是组合机床及自动线的主要用户 ,它们需要组合机床及自动线的数量较大 。组合机床设计是一次性设计，它根据用户提供的被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求等制定总体方案，然后进行技术设计和工作设计 。 换句话说 ,对于千变万化的被加工零件来说，组合机床的 “组合 ”是变化的，没有产品定型的过程，根据用户要求，加工一类零件就要设计一台组合机床，因而迫切需要采用 以达 到 缩短设计周期， 提高产品质量的目的 。 组合机床的研究对于提高生产效率，提高产品的质量有着很重要的意义，组合机床产业为制造业提供装备，对发展国民经济，增强综合国力和国家安全有着重要的作用。 本次毕业设计主要负责这么一台组合机床的总体和刚性主轴头的动力传动装置部分。 于组合机床 组合机床是用按系列化标准化设计的通用部件和按照被加工零件的性长和加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。 东北大学毕业论文 (设计 ) 8 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。在十年以前，我国的机械加工行业大多使用通用机床，也就是万能机床进 行生产加工。但是随着产品的种类不断花样翻新，以及产品产量的不断加大，精度要求越来越高，原有的通用机床在加工这一类零件的时候显得力不从心。 于是专用机床又诞生了，它是专门为加工一种特定的零件而专门设计的机床。虽然有着高效率、高精度的优点，但是企业的前期对设备的投入过大，并且只要这个特定的零件稍微有一个小小的变动，这原来的整个的专用机床就再没有大用处了。所以专用机床无法跟的上快速发展的产品要求。 将机床上带动刀具对工件产生切削运动的部分以及床身、立柱、工作台、滑台等设计制造成通用的独立的部件，再根据工件加工要求 ，用这些通用部件配以部分专用部件而组成组合机床。当被加工零件改变时，还是仍然用这些通用部件，只需要将一部分专用的部件进行改装就有可以组成一台新的适合新工件的组合机床。 内外发展和研究的状况 80年代以来 , 国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上 , 正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展 , 实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多种功能的自动监控。组合机床技术的发展趋势是 : (1) 广泛应用数控技术 国外 主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件 , 在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术 , 而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术 , 从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。 (2) 发展柔性技术 80 年代以来 , 国外对中大批量生产 , 多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施 , 使加工装备具有了一定的柔性。这种结构的变化 , 既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏 , 又可以使机床配置更加灵活多样。 (3) 发展综合自动化技术 汽车工业的大发展 , 对自动化制造技术提出了许多新的需求 , 大批量生产的高效率 ,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序 , 而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序 , 以及下线后的自动码垛、装箱等。 (4) 进一步提高工序集中程度 国外为了减少机床数量 , 节省占地面积 ,对组合机床这种工序集中程度高的产品 , 继续采取各种措施 , 进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库 , 通过换刀加工实现工序集中 ,从而可最大限度地发挥设备的效能 , 获取更好的经济效益。 随 着我国装备制造业的大幅度发展，各个厂家生产的产品的创新，市场占有速度东北大学毕业论文 (设计 ) 9 的要求不断加快，下游厂家对机床的要求也有了比较大的变化。 这些行业所需要的生产设备 组合机床及其自动线就有了以下一些发展变化： 合机床智能化 传统意义上的组合机床是属于刚性自动线和生产线，如今，由于下游厂家的产品的复杂化也要求机床具有了一定的柔性。组合机床柔性化在国际上发展较为迅速。日本在 1988 1992年间，组合机床的数控化率已达 32% 39%。德国在同时间内组合机床及自动线的数控化率为 18% 62%。从前几年开始，我国也 开展了数控组合机床的研究，一些组合通用部件生产厂家已经开发出一维数控滑台、二维数控十字滑台和数控回转台。 工高速度化 工作台快进速度高达 90 120m 应机床高速化的潮流，组合机床的速度也越来越高。例如德国大众汽车厂在加工铝合金缸盖燃烧室侧面时，采用 削速度高达 3 075m 给速度达 3 600采用安装有 切削速度达 800m 给速度达 1500 精度化 随着装备制造业的不断发展， 其制造产品所需要的精度要求也越来越苛刻。高精度的机床得到更多的重视和发展。目前国外已经在这方面有了很大的突破。例如意大利 X、 Y、 复定位精度为 究内容和方法 为完成本课题，需要通过查阅相关手册以及被加工零件的工艺规程完成机床的总体设计。确定加工的需要的动力，并由此应用机械设计以及机械原理知识设计组合机床的传动装置并校合其强度。应用电气控制知识设计组合机床的加工斜油孔时的进给电机及主轴电动机的电 气控制。 组合机床的总体设计步骤 （ 1）制定工艺方案 了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求等。 （ 2）机床结构方案的分析和确定 根据工艺方案确定机床的型式和总体布局。选择机床配置型式时，要考虑工艺方案和保证加工精度、技术要求和生产效率。又要考虑机床操作、维护、修理是否方便，排屑是否良好，还要注意生产批量，以便设计的组合机床符合多、快、好、省的要求。 东北大学毕业论文 (设计 ) 10 （ 3）组合机床总体设计 确定机床各部件间的相互关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量和生产率。绘制机床的总联系尺寸 图及加工示意图等。 （ 4）组合机床的部件设计和施工设计 制定组合机床流水线方法。 第二章 组合机床总体设计 组合机床是根据工件的加工要求，以大量独立的通用部件为基础，配以少量的按被加工零件的特殊要求而设计的专用部件组成的一种高效专用机床。 它既具有专用机床结构简单、生产率和自动化程度较高的特点，又具有一定的重新调整的能力，以适应工件变化的需求。组合机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工，可以完成钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、镗孔、车削、铣削、磨削及滚压等工序。 组合机床分为通用部件和专用部件两大 部分。在组合机床的总体设计中，通用部件是根据现有的资料和图册，针对加工零件的大体加工方向来选择的。在选择好了通用部件的基本组合方案之后，要根据具体要求，制定通用部件的待加工设计。因为，虽然这些部件都是通用的，但是在一些特定的情况下，其中的一些通用部件还是需要某些修改加工，例如：机床的底座和车间地面的联接需要保证接触良好且固定。这就需要采用一些如在机床的床身和底座上钻孔并用螺栓固定等类似的方法来保证机床的良好使用性能。在总体设计中，要充分考虑到加工零件的工艺性以保证最佳的加工方案，并且还要保证组合机床通用部件 选择的合理性；需要保证组合机床的工序集中程度，还要合理的恰当的选择组合机床的通用部件形式。 通用部件包括：（ 1）动力部件：动力头、动力滑台和动力箱。（ 2）工件运送部分：回转工作台、移动工作台。（ 3）支撑部件：立柱、床身、底座和滑座等。（ 4）控制系统：液压传动装置、电器柜、操纵台。 机床加工内容 本次毕业设计是 曲轴钻孔组合机床总体及传动装置设计 ：本机床总共需要加工钻削曲轴的 4个斜油孔。它们分布在曲轴的连杆轴颈和主轴颈上，并从连杆轴进入到主轴颈终止。 4 个孔呈两两分布，其分布的角度分别为 180和 0上， 成一个平面。加工的孔直径分为 工的孔的深度为 105中孔径为 0余部分深度的孔径为 本次毕业设计课题研究目的在于熟练的用 图软件，掌握基本的设计方法和能力，为以后的工作和学习打下一定基础。 东北大学毕业论文 (设计 ) 11 合机床总体设计 在组合机床设计中工需要三张大图纸： 001 号图纸为组合机床总图。 002 号图纸为机床所加工零件的加工零件工序图。 003号图纸为机床加工零件的加工示意图。 在这三张图纸中， 002号图纸中的零件加工部分尺寸为客 户要求。在设计时需要对其进行加工的工艺方案进行研究。 003号图纸为根据 002号图纸所确定的加工工序步骤。 001号图纸需要根据 002和 003号图纸，并且经过简单计算确定和完成。这张图是组合机床设计中的重点，它直接反映了组合机床的科技含量，并且也决定着这个组合机床的性能。 下面对其进行具体分析： 合机床配置形式选择 考虑到曲轴斜油孔的角度分布在 0到 180上，无法达到一次加工完成，所以被分为两个工位进行分别加工。 由于加工的曲轴斜油孔的长径比很大，也就是属于深孔钻削加工，切削不容易排除。为了尽量排 除切削过程中产生的铁削，本机床的加工方案采用卧式加工。且由于曲轴的孔的角度为左右对称，我们采用了从两面对称的对工件同时进行加工。 综上所述，机床的整体配制形式被定为：卧式双面双工位移动工作台组合机床。这样设计的好处是：具有比较高的工序集中程度。 具体如图所示： 图 2当工件在 的油孔之后，工件通过液压滑台移动到 180油孔进行加工。 东北大学毕业论文 (设计 ) 12 加工零件工序图 被加工零件图是根据选定的工艺方案表示在同一机床上或者同一条自动线上完成的加工内容、加工部位的 尺寸以及精度、技术要求、加工用定位基准、夹具加紧部位、以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前的毛坯情况的图纸它是在原来的工件图的基础上以突出本机床的加工内容并且加以必要的说明。它是组合机床设计的主要依据，也是制造使用的时候调整机床、检查精度的重要技术文件。 组合机床工艺方案是设计组合机床最重要的依据之一。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。被加工零件的加工工艺方案是由厂家事先指定好的，它能够帮助我们来确定机床的基本尺寸等一些重要的数据。 东北大学毕业论文 (设计 ) 13 图 2在这里的主要内容包括：被加工零件的形状，尺寸；被加工零件的基准平面，以及夹具的位置和方向，以便于依照此进行夹具的支撑，定位和夹具系统的设计；加工表面的尺寸，精度、表面粗糙度、位置尺寸和精度等等。 从被加工零件工序图中可以看到，零件的总长度是 530轴的四个斜油孔和连杆颈的中心线分别依次在 相交，并且油孔中心线和水平主轴颈的中心线成 34角度，加工的斜油孔的孔直径为 在定位方面要求选择夹具为顶尖 和 要定位为端面和轴颈侧面。 在这样的定位方案中，顶尖卡住曲轴的中心孔保证了工件在 Y 轴方向和 Z 轴方向上的定位不发生移动。端面的定位保证了曲轴在 X 轴方向上不会发生移动。用 (设计 ) 14 形铁夹住曲轴的轴颈保证了曲轴在加工过程中不会发生以主轴颈的轴心转动的现象。 工示意图 加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体中占据很重要的地位。 钻孔是组合机床常用的加工也是高效率的加工方法。钻孔一般有钻普通孔和钻深孔两种情况。在钻深孔时，为了防止切屑堵塞而引起钻头的折断，要采用分级进给的办法，即在加工 过程中钻头定期退出以排除切屑。 另外，在工艺学上，当钻孔深度过大时容易造成刀具冷却困难；钻孔轴线容易歪斜等问题。加工的长径比越大，这些问题就也越严重。根据试验表明：当孔直径在 6 10 毫米以下时，无论是在铸铁还是在钢件上加工，一次深度不应该大于 610倍直径。 在本图中主要用于反映机床的加工过程和加工方法。并决定浮动夹头或者连杆的尺寸，刀具种类以及数量、刀具长度和加工尺寸，主轴的尺寸，刀具和工作零件之间的关系尺寸。 在下图中，为便于表达加工方式，省略了加工中有关的大部分尺寸。由于曲轴斜油孔分布在 0 180，所以采用双工位作为加工方法。在 上的斜油孔，在工位时加工 180上的斜油孔。又由于两个工位的加工零件的材质没有发生变化，并且加工部分的性质没有改变，所以两个工位我们选择了同样的切削用量。 图 2本次毕业设计是加工直径在 深度为 径比大于 10，所以需要采用分级进给的方法对孔进行钻削加工。这样钻头在加工过程中，定期退出，既能够尽可量的把切屑排除干净，又能够定期的对钻头喷射冷却液，冲洗干净钻头上的切屑，并对刀具进行冷却，从 而使钻 深孔加工能够可靠进行。 东北大学毕业论文 (设计 ) 15 组合机床切削用量的选择： 在组合机床的加工中，正确选择切削用量，能够使得组合机床减少停车损失，并且以最高的生产效率，最长的刀具使用寿命和最好的加工质量，即多快好省的生产加工。 为了使组合机床能够正常工作，不经常停车换刀，而达到比较高的生产效率，组合机床的选取的切削用量比一般的通用机床单刀要低一些。也就是说：在多轴加工的组合机床上不适宜采用最大的切削用量。但是，如果进给量太小，钻头就会加速磨损，这样钻头的寿命就会大大的降低，而耗费功率却加大。根据有关资料表示 ：多轴加工的切削用量比一般的通用机床单刀加工的切削用量大约降低 30%左右。 在以前，就有人根据大量的生产实际经验和数据资料总结和绘制了组合机床金属加工的切削用量参照表。 从被加工零件分析得到：曲轴零件的材料是：球墨铸铁 的硬度是300。在钻孔加工时，用高速钢刀具钻头进行钻削。 在选择切削用量的时候，参照附表 1:钻孔切削用量表，选择切削用量如下： 切削速度： V = 每转进给量： 0S= r 刀具转速： n = 450r/给速度： n0S 45mm/ 床通用配件的选择情况 以，选择了两个侧底座和一个中间底座的对称结构； 4的角度，所以我们选择 2 个侧床身并且需要被加工成一定角度； 以 41组传动装置和 70组的刚性主轴头都需要 4个。 0组夹具、 60组刀具、 61组辅具、 51 组液压管路、 80 组润滑系统和 81组冷却系统由其他专门人员设计。 以通用部件部分需要进行加工，例如斜床身和侧底座之间的固定问题需要加螺栓固定；侧底座和地面之间也需要加螺栓固定等问题。具体加工部分见图纸： 东北大学毕业论文 (设计 ) 16 图 2第三章 组合机床传动装置设计 动方案分析和选择 本毕业设计的机械传动方案主要解决的是刚性主轴头的动力问题。将动力从电机传送到刚性主轴头，有多种传动方式可以达到这个目的 ：齿轮传动、皮带传动、链传动等等。 三种传动方式应用于本课题时分别有以下特点： 齿轮传动： 优点：效率高；结构紧凑；工作可靠、稳定。 缺点：制造、安装的精度要求高，造价相对带传动比较高。 皮带传动： 优点： 声小； 带将在带轮上打滑，可以有效防止其他零件的损坏； 东北大学毕业论文 (设计 ) 17 4结构简单，成本低廉。 缺点： 动的尺寸和轴向力比啮合传动大。 带寿命短。 链传动： 优点： 均定比传动； 结构紧凑； 缺点： 用高； 整体看来，啮合传动是很理想的传动方案。但是啮合传动有一个很致命的缺点：当出现过载时，传动装置缺乏过载保护，非常容易造成钻头或者其他零部件损坏。而皮带传动却能够很好的解决这个问题。虽然皮带传动有着一些缺点，但是这些缺点基本上不会对设计和使用产生很大的影响。 所以本课题应该采用皮带传动方式。 由于考虑到动力装置的可移植性和方便实用性，在大皮带轮和刚性主轴头连接处并未采用以往通用的平键和键 槽式连接，而是用一个固定在箱体上的空心轴来支撑轴承，再用轴承来直接支撑特殊加工的大皮带轮，大皮带轮通过螺钉把扭矩传递给花键轴，最后再传给刚性主轴头。这样设计虽然看似麻烦，但是在动力装置移植安装的时候只需要把刚性主轴头直接插到花键轴的孔里，再用螺栓固定箱体就可以了，而不需要再打开箱体。并且这样设计，箱体的结构也得到大大的简化。 图 3 在皮带传动中有 V 带传动和平带传动的两种方式。如果采用平带传动方案，那么传动效率将进一步降低，并且平带传动的皮带轮最低中心距很大，不适合本毕业设计这样小的空间。所以在皮带传动中，选择了普通的 力电机选择 每一种规格的传动装置都有一定的功率范围，根据所选择的切削用量计算在加工零件时切削功率的需要，并且考虑到外界不可避免的有着各种各样的干扰因素，为了避免出现功率不足的现象适 当提高切削功率的可能性。 东北大学毕业论文 (设计 ) 18 已知该曲轴斜油孔的直径为 轴的材料为球墨铸 铁，它的硬度在 00之间，在此取中间值 查 附表 高速钢钻头加工铸铁的切削用量得到切削用量为： 加工的切削速度： v=工的每转进给量： r 计算电动机功率： 根据公式： M = 0