旋风铣削梯形外螺纹装置的设计

兰兰州工州工业业高等高等专专科学校科学校 毕业设计毕业设计 论论文 文 题题目目 旋旋风铣风铣削梯形外螺削梯形外螺纹纹装置的装置的设计设计 系系 别别 机械工程系机械工程系 专专 业业 机械制造与自机械制造与自动动化化 班班 级级 机制机制 09 1 班班 姓姓 名名 周周 选选 举举 学学 号号 0 指指导导教教师师 职职称 称 穆穆玺玺清 教授 清 教授 日日 期期 2012 年年 3 月月 I 摘要摘要 凸接头加工零件批量大 加工梯形螺纹是加工此零件的重要工序 也是提 高效率的关键工序 常用的加工方法不能满足要求 通过对旋风铣削螺纹方法 C620 1M 车床的分析和研究 设计了旋风铣削凸接头零件梯形外螺纹的工艺装 置 旋风铣削梯形外螺纹装置是在 C620 1M 的基础上改造而成的 首先改造车 床的速度 使最低转速达到 6r min 再设计旋风铣头 安装在车床的中溜板上 当旋风铣头工作时 电动机通过 V 带带动转轴旋转 也使得刀盘旋转 切削工 件 同时工件随着主轴旋转 进行切削 旋风铣削法切削螺纹是一种较先进的高效率加工螺纹的方法 适用于批量 较大 精度要求较低的零件的生产 它具有高效 低耗 机床运动精度高 动态稳定性好 等优点 适用于各种包络线连续的复杂零件的螺纹加工 关键词 关键词 旋风铣床 螺纹加工 高速切削 II ABSTRACTABSTRACT Parts of the convex connector processing volume processing trapezoidal thread is this part of the processing process but also improve the efficiency of key processes commonly used processing methods can not meet the requirements C620 1M lathe Whirling thread analysis and research the design of the process units of the Whirling Whirling thread analysis and research the design of the process units of the Whirling convex joint part trapezoidal external thread Whirlwind milling trapezoidal external thread device is adapted from C620 1M on the basis of first transform the lathe speed minimum speed of 1r min redesign whirlwind milling head mounted in the lathe in the slide panel When the whirlwind milling head work the motor through the V belt drive shaft rotation but also makes the cutter rotation cutting the work piece while the work piece with the spindle and cutting Whirlwind milling Thread cutting is a more advanced high efficiency processing thread apply to the large volume lower precision parts production it is an efficient low power high precision machine motion dynamic stability etc applicable to a variety of envelope continuous thread machining of complex parts Key words trapezoidal thread processing milling high speed cutting III 目录目录 摘要 I ABSTRACT II 1 绪 论 1 1 1 零件的分析 1 1 1 1 零件的作用 1 1 1 2 零件的工艺分析 1 1 2 工艺规程设计 2 1 2 1 确定毛坯的制造形式 2 1 2 2 基面的选择 2 1 2 3 制定工艺路线 3 1 2 4 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定 4 2 梯形螺纹的加工方法 5 2 1 螺纹的加工方法 5 2 1 1 螺纹的车削加工 5 2 1 2 螺纹切头加工螺纹 7 2 1 3 铣螺纹 8 2 1 4 磨削螺纹 9 2 1 5 旋风铣削螺纹 10 2 2 凸接头零件加工方法的选用 12 2 3 旋风铣工作原理 12 2 4 旋风铣在加工过程中需要完成五个加工运动 13 2 5 旋风铣的切削形式 14 2 6 与其它的加工方法相比 旋风铣切削螺纹的优点 14 3 旋风铣削梯形外螺纹装置的设计方案 15 3 1 旋风铣削装置的历史背景 15 3 2 旋风铣削梯形外螺纹装置的设计方案 18 4 C620 1M 车床的改造 19 4 1 C620 1 加工范围 19 4 1 1 C620 1 车床的技术参数 19 4 1 2 C620 1 的传动系统图 20 4 2 专用机床电动机的选择 22 4 3 C620 1M 主轴的降速 22 5 旋风铣头装置的设计 24 5 1 旋风铣头装置的示意图 24 IV 5 2 旋风铣加工螺纹时螺纹时升角的调节 25 5 3 刀盘的旋转速度和电动机转速的选择 25 5 3 1 旋风铣切削力 25 5 3 2 旋风铣削用量的确定 26 5 3 3 确定电动机的转速 26 5 4 带轮的设计 27 5 5 转轴的设计 28 5 6 轴承的选择 31 5 7 内切式刀盘 32 5 8 刀具 33 5 9 旋风铣的润滑 35 5 10 影响产品质量的因素 35 5 11 提高产品加工精度的措施 36 总结 37 致谢 38 参考文献 39 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 1 1 绪绪 论论 凸接头加工零件批量大 加工梯形螺纹是加工此零件的重要工序 也是提 高效率的关键工序 常用的加工方法已不能满足要求 下面介绍些此零件的作 用以及工艺规程 分析加工工序 找出能够减少加工用时 提高生产效率的加工 装置 1 11 1 零件的分析零件的分析 1 1 11 1 1 零件的作用零件的作用 题目给定的零件是凸接头 它是一种可多次链接和脱离的自密封接头 多 用于管路的链接和拆卸 零件的136mm 外圆面有梯形螺纹 与凹接头相连 有密封和连接作用 1 1 21 1 2 零件的工艺分析零件的工艺分析 凸接头有三组加工表面 按照图 1 1 零件图所示 它们相互之间有一定的 位置关系 现分析如下 1 以136mm 孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括 车削端面 的外圆面 成型刀车圆角 10mm 倒 角 45 2 以116mm 孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括 136 525mm 的外圆面 95mm 的孔 102mm 的孔 1 5mm 圆弧槽 内锥 其中 主要加工表面为136 525mm 的外圆面 3 以136mm 孔为中心的加工表面 这一组的加工表面是用旋风铣头进行螺纹加工 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 2 图图 1 1 零件图零件图 1 21 2 工艺规程设计工艺规程设计 1 2 11 2 1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 零件材料为 45 钢 设计要求规定为锻件 这样保证零件工作可靠 由于零 件年产量为 15000 件 已达到大批生产的水平 而且零件的轮廓尺寸不大 故 采用胎模锻的套筒模锻造 具有生产率高 加工余量小 尺寸精确 材料利用 率高 表面粗糙度值低等优点 对于提高生产率 保证加工质量是有利的 1 2 21 2 2 基面的选择基面的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一 基面选择的正确 合理 可以保证加工质量 提高生产率 否则 就会使加工工艺过程问题百出 严重 的还会造成零件大批报废 使生产无法进行 1 粗基准的选择 对于一般的轴类零件而言 以外圆作为粗基准 因为套筒模锻出的锻件尺寸 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 3 精确 完全可以作为粗基准 按照有关粗基准的选择原则 即当零件有不加工 表面时 应给以这些不加工表面作为粗基准 若零件有若干个不加工表面时 应以与加工表面要求相对位置较高的不加工表面作为粗基准 现选取136mm 的外援表面作为粗基准 利用三转卡盘夹持136mm 的外圆面 端面贴在卡盘 上以消除自由度 2 精基准的选择 精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题 当设计基准与工序基准不重 合时应该进行尺寸换算 本次设计中 136mm 的外圆面是已加工表面 以它作为加工零件的精基 准 1 2 31 2 3 制定工艺路线制定工艺路线 制定工艺路线的出发点 应当是使零件的几何形状 尺寸精度及位置精度 等技术要求能得到合理的保证 在生产纲领已确定为大批生产的条件下 可以 采用万能机床配以专用工 夹具 并尽量使工序集中来提高生产率 除此以外 还应考虑经济效果 以便降低生产成本 1 工艺路线方案一 工序 1 锻造毛坯 工序 2 车削端面 粗车外圆至尺寸 成型车刀车圆角 倒角 45 工序 3 车削端面 粗车137mm 外圆面 精车至尺寸136 525mm 钻孔25mm 扩孔50mm 粗镗90mm 粗镗102mm 镗 1 5mm 圆弧槽 粗车内锥面 精车内锥面 工序 4 检验 工序 5 车梯形螺纹 工序 6 精车梯形螺纹 工序 7 终检 2 工艺路线方案二 工序 1 套筒模锻造毛坯 工序 2 车削116mm 一端端面 粗车外圆至尺寸 成型车刀车圆角 倒角 45 工序 3 车削137mm 一端端面 粗车137mm 精车至尺寸 136 525mm 粗镗90mm 102mm 留余量 精镗90mm 102mm 镗 1 5mm 圆弧槽 粗车内锥面 精车内锥面 工序 4 检验 工序 5 车梯形螺纹 工序 6 精车梯形螺纹至尺寸 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 4 工序 7 终检 3 工艺方案的比较分析 上述两个方案的特点是 方案一是不锻内孔 锻造简单 但后续的加工耗 时 耗力 影响生产率 方案二是由套筒模直接锻出内孔 提高了生产率和材 料利用率 并且定位和装夹都方便 因此 选择方案二适合加工此零件 1 2 41 2 4 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定 凸接头的零件材料是 45 钢 硬度 207 241HBW 毛坯重量约 6 生产类 型为大批生产 可采用套筒模锻造毛坯 根据上述原始资料及加工工艺 分别 确定各加工表面的机械余量 工序尺寸及毛坯尺寸外圆表面 毛坯外圆尺寸为136mm 116mm 考虑其长度为 50mm 90 mm 为简 化套筒模锻造毛坯的外形 在连接处模锻为半圆 现直接取外圆直径为 140mm 120mm 116mm 为自由尺寸公差 表面粗糙度值不作要求 只需粗 加工 此时直径余量 2Z 4 mm 已能满足加工要求 外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差查文献 8 表 2 2 14 长度方向 的余量 其余量之规定为 2 0 2 5mm 现取 2 0mm 两内孔 90mm 102mm 毛坯为空心阶梯孔 两内孔无精度要求 参照文献 8 表 2 3 9 及 2 3 12 确定工序尺寸及余量为 粗镗90mm 2Z 1 mm 粗镗102mm 2Z 11 mm 粗镗 R1 5mm 2Z 1 5mm 毛坯图如图 1 2 所示 图图 1 2 毛坯图毛坯图 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 5 2 2 梯形螺纹的加工方法梯形螺纹的加工方法 为了提高生产率 保证加工质量 降低劳动强度 根据凸接头的工艺路线 工序 5 可设计出旋风铣削梯形外螺纹装置 对螺纹部分进行加工 能减少切削 用时 提高零件的生产率 保证加工的要求 下面通过比较加工梯形螺纹的方 法 说明旋风铣加工梯形螺纹的原理及优点 2 12 1 螺纹的加工方法螺纹的加工方法 螺纹的加工方法很多 在工件上加工出内 外螺纹的方法 主要有切削加 工和滚压加工两类 经常使用的传统的有车削 套螺纹 攻螺纹 铣削 磨削和 滚压加工等方法 在本次毕业设计中由于生产批量大 传统的方法已不适合加 工 通过分析和比较 选用了一种新的加工方法来加工梯形螺纹 2 1 12 1 1 螺纹的车削加工螺纹的车削加工 螺纹按牙型分有三角螺纹 梯形螺纹 方牙螺纹 如图 2 1 所示 等 图图 2 1 螺纹类型螺纹类型 螺纹车削在车床上车削螺纹可采用成形车刀或螺纹梳刀 见螺纹加工工具 用成形车刀车削螺纹 由于刀具结构简单 是单件和小批生产螺纹工件的常用 方法 用螺纹梳刀车削螺纹 生产效率高 但刀具结构复杂 只适于中 大批 量生产中车削细牙的短螺纹工件 普通车床车削梯形螺纹的螺距精度一般只能 达到 8 9 级 JB2886 81 下同 在专门化的螺纹车床上加工螺纹 生产率或精度可 显著提高 根据三角螺纹与梯形螺纹加工的一些相同之处 下面罗列了三角螺 纹的两种加工方法 也同样适合加工梯形螺纹 只需换刀 1 三角形螺纹的车削方法有低速和高速车削两种 三角螺纹车刀在安装 如图 2 2 所示 时 刀尖必须与工件中心等高 且 它的齿形要求对称和垂直于工件轴线 调整时可用对刀样板保证刀尖角的等分 线严格地垂直于工件的轴线 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 6 图图 2 2 三角螺纹车刀及安装三角螺纹车刀及安装 1 低速车削三角形外螺纹 三角螺纹车刀在安装 如图 2 3 所示 时 刀尖必须与工件中心等高 且 它的齿形要求对称和垂直于工件轴线 调整时可用对刀样板保证刀尖角的等分 线严格地垂直于工件 图图 2 3 低速车削三角螺纹的进刀方法低速车削三角螺纹的进刀方法 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 7 2 高速车削三角形外螺纹 高速车削三角形外螺纹 只能采用直进刀法 而不能采用左右进刀法 否 则会拉毛牙型的侧面 影响螺纹精度高 速车削三角形螺纹时 由于车刀对工 件有较大的挤压力 容易使工件胀大 所以车削外螺纹前的工件直径一般比公 称尺寸小 约 0 13P 2 螺纹车刀 刀具刃形由螺纹牙形决定的简单成形车刀 1 特点 结构较为简单 齿形容易制造准确 加工精度较高 通用性好 可切削精密丝杆 但需多次走刀才能切出完整的螺纹廓形 故生产率较低 2 适用 中 小批量及单件螺纹的加工 2 1 22 1 2 螺纹切头加工螺纹螺纹切头加工螺纹 在大批量流水生产中广泛应用螺纹切头 如图 2 4 切削螺纹 这种螺纹加 工方法既适用于立式钻床 卧式钻床 转塔车床 及自动车床等通用车床 也 适用于入螺纹套丝机 组合机床等专用机床 图图 2 4 螺纹切头螺纹切头 1 分类 加工外螺纹的螺纹切头主要有三种类型 装有圆梳刀的外螺纹切头 装有 径向平梳刀的外螺纹切头 装有切向平梳刀的外螺纹切头 按照运动方式 螺 纹切头还可以分旋转式和不旋转式 2 使用螺纹切头加工螺纹方法的特点如下 a 适用范围广 既适用于加工外螺纹 也适用于加工内螺纹 b 加工质量好 一般情况下 加工普同螺纹可达 6 级 c 生产率高 一般情况下切削螺纹可在一次走刀中完成 由于切削完成 后企鹅头能自动打开 工件可快速退回 因而可大大缩短辅助时间 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 8 2 1 32 1 3 铣螺纹铣螺纹 在螺纹铣床上用盘形铣刀或梳形铣刀进行铣削 盘形铣刀主要用于铣削丝 杆 蜗杆等工件上的梯形外螺纹 梳形铣刀用于铣削内 外普通螺纹和锥螺纹 如 图 2 5 由于是用多刃铣刀铣削 其工作部分的长度又大于被加工螺纹的长度 故 工件只需要旋转 1 25 1 5 转就可加工完成 生产率很高 螺纹铣削的螺距精度 一般能达 8 9 级 表面粗糙度为 R 5 0 63 微米 这种方法适用于成批生产一般 精度的螺纹工件或磨削前的粗加工 图图 2 5 铣削铣削 1 分类 盘形螺纹铣刀 梳形螺纹铣刀 高速铣削螺纹用刀盘 1 盘形螺纹铣刀 用于铣切螺距较大 长度较长的螺纹 如单头或多头的梯形螺纹和蜗杆等 2 梳形螺纹铣刀 用于加工长度短而螺距不大的三角形内 外圆柱螺纹和圆锥螺纹 也可加 工大直径的螺纹和带肩螺纹 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 9 2 特点 a 生产率要比用丝锥和板牙低 b 加工出的螺纹质量也没有用螺纹车刀时的好 c 当工件批量小时 机床调整所占的时间也是不经济的 3 适用 a 用于加工批量大 精度为 6 8 级的螺纹 b 在加工精度较高的螺纹时 作螺纹的预加工用 2 1 42 1 4 磨削螺纹磨削螺纹 1 螺纹的磨削方法 螺纹磨削需在螺纹磨床上进行 S7332 型螺纹磨床可磨削各种螺纹 螺纹 展成磨削的方法有单线砂轮 多线砂轮切入和纵向磨削法三种 1 单线砂轮磨削法 磨削前将砂轮修成牙形相符的形状 并使砂轮轴线 相对工件轴线倾斜一个螺旋升角 螺纹磨削时 工件的旋转运动和工作台的移 动保持一定的展成关系 即工件每转一周 工作台相对应移动一个导程 这种 方法适于磨削精密丝杠 螺纹量规 蜗杆 小批量的螺纹工件和铲磨精密滚刀 2 多线砂轮切入磨削法 磨削前用滚轮将砂轮圆柱面修成和弓箭牙形 相同的多线环形槽 采用切入法磨削 当砂轮完全切入牙深后 工件回转二周 即可 工件和工作台之间也应保持展成关系 多线砂轮磨削又分纵磨法和切入 磨法两种 纵磨法的砂轮宽度小于被磨螺纹长度 砂轮纵向移动一次或数次行程 即可把螺纹磨到最后尺寸 切入磨法的砂轮宽度大于被磨螺纹长度 砂轮径向切 入工件表面 工件约转 1 25 转就可磨好 生产率较高 但精度稍低 砂轮修整比较复 杂 切入磨法适于铲磨批量较大的丝锥和磨削某些紧固用的螺纹 多线法磨削 螺纹生产率较高 但加工精度较低 3 多线砂轮纵向磨削法 将砂轮修整成多线环形槽 用纵向法展成磨 削螺纹表面 前面的环形槽主要起粗磨作用 后部的环形槽则起半精磨 精磨 作用 采用较大的背吃刀量在一次纵向进给中磨去工件的全部磨削余量 将螺 纹磨至精度要求 这种磨削法的特点是将环形砂轮再修整成台阶形 其类同于 外圆深度磨削法所使用的台阶砂轮 使砂轮前部至后部的吃刀量逐渐减小 最 后的台阶则将螺纹磨削至尺寸 多线砂轮纵向磨削法具有极高的生产效率 加 工精度也较高 如上述三种螺纹磨削方法中 单线砂轮磨削法是螺纹磨削的基础 在各种 企业的螺纹精加工过程中 都要应用螺纹的单线砂轮磨削技术 多线砂轮磨削 法在企业中很少见 通常使用滚轮修整砂轮 滚压轮式成形的 修整时对砂轮 表面进行滚压 形成环形表面 2 磨削梯形螺纹的方法 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 10 a 修整单线砂轮 b 调整砂轮架倾斜角 c 螺纹对线 d 磨削螺纹 2 1 52 1 5 旋风铣削螺纹旋风铣削螺纹 螺纹的旋风铣削是用安装在刀盘上的多把成形刀 借助于刀盘旋转中心与工 件中心的偏心量 e 来完成渐进式的高速铣削 见图 2 6 刀盘的旋转轴线相对于 工件轴线倾斜一个螺旋升角 加工时工件以 6r min 旋转 刀盘与工件逆向高 速旋转 工件每转 360 刀盘纵向进给一个导程 从而铣出螺纹 刀盘上有一把 成形刀 刀盘旋转一圈 刀具切削一次 切削余量由一把刀合理分配 切屑厚度 的渐进式变化使切削力减小 而偏心量 e 使尚未进入切削区的刀具有充分的散 热时间 这就十分有利于延长刀具使用寿命 提高加工表面质量 与一般铣削比 较 旋风铣削的金属切削率要高得多 因不用切削液 采用压缩空气强冷 切屑 带走绝大部分热量 工件温升低 热变形小 它是一种高效绿色螺纹加工方法 因其铣削速度高 速度达到 400m min 加工效率快 并采用压缩空气进行排 屑冷却 加工过程中切削飞溅如旋风而得名 旋风铣 旋风铣可以实现干切削 重载切削 难加工材料和超高速切削 消耗动力小 表面粗糙度能达到 Ra0 8 m 旋风铣时机床主轴转速 6r min 所以机床运动精度高 动态稳定性好 是一种先进的螺纹加工方法 图图 2 6 旋旋风风铣铣削削外外螺螺纹纹 旋风铣在加工螺纹时 刀盘高速旋转 转速高达 1760r min 切削速度达到 400m min 工件缓慢转动 根据螺纹的螺旋参数 调整刀盘偏转角 同时使刀 盘沿工件轴线移动 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 11 1 成形法 拉索头锚具加工的梯形外螺纹大螺距为 22mm 切削全牙深为 12mm 若 采用成形盘铣刀旋风铣削法加工时 刀具切削图形如图 2 7 所示 用 1 号刀切 削至牙底 2 号刀切螺纹左侧面 3 号刀切螺纹右侧面 这种方法加工时可大大 减小切削力及加工中的振动 提高刀具的使用寿命和工件加工表面的粗糙度 但是这组刀具的每把刀都需分开制造 对装刀和对刀精度要求较高 采用成形 法加工时 螺纹的精度只有依靠刀具的设计制造精度来保证 对刀具的要求较 高 不同类型和规格的螺纹都需要设计制造一组专用的刀具 成本较高 不利 于广泛应用 图图 2 7 大螺距螺纹成形切削示意图大螺距螺纹成形切削示意图 2 包络法 对于本课题加工的大螺距梯形螺纹可采用旋风包络铣削法加工梯形螺纹 刀具切削图形 如图 2 8 所示 采用标准刀片 即螺纹加工的三角形刀片 可加 工各种类型和规格的螺纹 利用刀具与工件的空间相对运动包络加工出螺纹螺 旋面 由于使用的是标准刀片 成本低 利于推广应用 所以本论文对采用标 准刀片的包络旋风铣削法进行研究 面螺旋面是由标准三角形刀片两侧刃回转 的锥面成形的 可将标准三角形刀片的侧刃锥面与刀尖圆弧所形成的圆环面分 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 12 别看成连续可微曲面 根据接触点的位置分别计算 由上述两小节分析可知 工件螺纹螺旋面和刀具曲面都是连续可微的 图图 2 8 内包络旋风铣削运动关系示意图内包络旋风铣削运动关系示意图 2 22 2 凸接头零件加工方法的选用凸接头零件加工方法的选用 凸接头每年的生产量为 15000 件 每天最少生产 50 件 而整个加工过程中 工序 5 加工梯形螺纹可以提高生产率 通过对以上加工凸接头梯形螺纹的方法 进行分析和比较 我们得到采用传统的加工方法在加工梯形螺纹这一工序时 需要 15 20min 达不到生产要求 而采用旋风铣削梯形螺纹可用 3 4min 且采 用旋风还能达到优质 高产 低消耗 能提高生产率 能够达到生产要求 所 以采用旋风铣削方式 2 32 3 旋风铣工作原理旋风铣工作原理 旋风铣削梯形外螺纹是一种高速的切削方法 切削时装有一组 YT15 硬质 合金螺纹刀具的刀盘做高速旋转 主运动 工件慢速转动 刀盘沿工件轴向移 动 进给运动 工件每旋转一周 刀盘即轴向移动一个螺距 如图 2 9 所示 0 P 为旋风铣削加工螺纹原理的示意图 这种主要是在丝杠的加工中使用 在中批 及大批生产中用以对螺纹进行粗加工和半精加工 用以提高生产率 由于加工 时工件套在刀盘内 故称为内旋风铣削法 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 13 图图 2 9 内旋风铣削原理图内旋风铣削原理图 2 42 4 旋风铣在加工过程中需要完成五个加工运动旋风铣在加工过程中需要完成五个加工运动 旋风铣在加工过程中需要完成五个加工运动 如图 2 10 所示 1 铣削头在一定范围内调整螺纹升角 旋转运动 2 铣削头铣刀盘高速旋转切削 主运动 3 车床主轴卡盘夹紧工件缓慢旋转 辅助运动 4 铣削头在车床拖板带动下沿工件径向平移运动 切削运动 5 铣削头根据工件螺距沿工件轴向平移运动 进给运动 图图 2 10 螺纹螺纹旋风铣削各轴运动示意图旋风铣削各轴运动示意图 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 14 2 52 5 旋风铣的切削形式旋风铣的切削形式 1 旋风铣的切削形式分为 旋风铣的切削形式分为 1 内切式 2 外切式 2 旋风铣的切削方法分为 1 顺铣法 2 逆铣法 旋风铣可以加工螺纹 接骨螺钉 丝杠 蜗杆 螺杆类零件 2 62 6 与其它的加工方法相比 旋风铣切削螺纹的优点与其它的加工方法相比 旋风铣切削螺纹的优点 与其它一般的螺纹加工方法相比 旋风铣削螺纹有如下特点 a 加工效率高 比传统加工效率可提高 10 倍以上 b 由于是成型加工 产品一刀成形 偏心切削不需退刀 精度高 c 由车床改造的旋风铣不改动车床结构 螺旋升角可调 安装方便 节省 投资专机设备的费用 d 表面粗糙度可达 Ra0 8 微米 加工精度提高 2 级 e 车床轴向进给慢 易于操作 对工人专业技术能降低 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 15 3 3 旋风铣削梯形外螺纹装置的设计方案旋风铣削梯形外螺纹装置的设计方案 3 13 1 旋风铣削装置的历史背景旋风铣削装置的历史背景 旋风铣削在我国机械制造中早有应用 在 20 世纪 60 70 年代作为一项革 新成果推广 最普遍的作法是在卧式车床的溜板上安装旋风铣头 见图 3 1 所示 主要用于一般钢材各种螺纹的软铣 当年大连机床厂还专门生产了一批旋风铣 床 原机械工业部北京机床研究所下属精密机床零件厂 在精密丝杠生产线上就 采用大连厂的旋风铣床对精密丝杠进行高效粗加工 国内关于旋风铣技术的研 究较多的是合肥工业大学的刘志峰教授和湖南工程学院的谭立新教授 其中刘 志峰教授对内螺纹旋风铣削的工艺 铣头结构 刀具 及对内切式旋风铣削刀 盘及刀具结构进行了研究 还对旋风铣削螺纹的切削用量进行了优化 他结合 生产对旋风铣削 2Cr13 不锈钢螺纹进行实验研究 优选工艺参数 对刀具磨损 及耐用度进行了研究 以提高加工效率和质量 又研究分析了旋风铣削螺纹的 切削图形及选择 形差值对表面粗糙度的影响 安装误差对旋风铣削螺纹精度 与粗糙度的影响 得出了降低旋风铣削螺纹表面粗糙度值的措施 并介绍了旋 风铣削加工中应用高效的喷雾冷却法 分析推导了旋风铣削球面原理及调整 参数的方法 等 而谭立新教授对旋风铣削运动的矢量建模 用于精加工的 旋风铣削头动力学与结构优化 旋风铣削刀具的设计与分析优化 旋风铣削 丝杠加工中螺纹与滚花一次完成的工艺都有研究 并对旋风铣削螺纹时 分 析了铣削速度的变化对精度的影响 工件受力与热变形对包络线位置的影响 旋风铣削丝杠螺纹时牙槽两侧表面质量差异的原因 细长工件的受力变形与 振动误差等问题 对旋风铣技术应用于精加工提供了理论基础 并对五轴联 动旋风铣床的开发研制及综合误差建模与补偿问题进行研究 以便于我国实 现其精密加工应用 另外还有长江大学的易先中教授关于大型螺杆螺旋曲面 5 轴旋风包络式数控铣削技术进行了研究 沈阳工业大学的王可教授及其研 究生利用旋风铣削技术加工多头异形螺杆 对包络旋风铣削理论也有研究 旋风铣削在我国机械制造中早有应用 六七十年代 就有人将旋风铣头安装 在卧式车床的溜板上 用来加工一般钢材的螺纹 中国地质部探矿机械一厂 就在 1956 年出版了 使用旋风铣削器的经验 详细介绍了旋风铣削器原 理 制造和安装等 可供技术人员作为参考 国内有济南一机床集团有限公 司 南京彩云机械电子制造有限公司 南靖长青精密丝杆制造有限公司 胜 华波集团有限公司 长沙金岭机床有限责任公司等多个厂家生产出数控旋风 铣床产品 使旋风铣技术的应用更为广泛 并促使其有了进一步的发展和深 入研究 现今旋风铣不但可精密的加工普通材料的螺纹 还可加工特殊三维 曲面和球面 逐渐用于高硬材料的丝杠加工 提高丝杠的生产效率 缩短产 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 16 品的制造周期 降低企业的成本 由于旋风铣削为干切削 可减少切削液使 用 能高效加工高硬材料 这种方法也广泛应用于医学及航空航天 但是多 年来我国旋风铣工艺一直停留在低精度软铣水平上 图图3 1 旋风铣削早期的典型结构旋风铣削早期的典型结构 旋风铣头已有改进 德国等西方工业发达国家 上世纪 80 年代推出 CNC 旋风铣机床 见图 3 2 及高刚度精密定位刀盘 见图 3 3 在 Metaltes 87 西德金属加工展览会 北 京 上首次在中国展出其产品 德国 Leist ritz 公司在 CIMT 91 展出产品的同时 还给中国机床工具协会滚动功能部件分会的企业介绍了 CNC 旋风铣及铣削技 术 时隔 10 多年之后 在滚协五届二次理事会期间 该公司再次对口交流了 超 高速螺纹 CNC 旋风铣床 相对以往滚压 rolling 滚齿加工 gearhobbing 和铣 削加工 milling 这种旋风铣削加工是一种较新的加工方法 该方法具有的特点是 a 可重力切削 可以加工硬度 58HRC 以上的材料 b 不用冷却液 环保 经济 c 效率是普通铣削的 3 倍 d 表面粗糙度值可达 Rao 4 能减少或免去磨削和抛光工序 e 形成 C 型短切屑 易于处理 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 17 图图 3 2 20世纪世纪80年代的年代的CNC旋风铣床旋风铣床 图图3 3 高刚度精密定位旋风铣刀盘高刚度精密定位旋风铣刀盘 单就加工效率和加工质量的同时提高 就值得我们研究学习 螺纹旋风 硬铣 ThreadHardwhirling 技术可以对 60HRC以上的滚珠丝杠和滚珠螺母实 施硬铣削并达到较高的精度和加工表面质量 使这一新工艺迈入高效绿色制 造领域 据了解国外生产 CNC旋风铣床的主要厂家有 德国Leisttz公司 GWT公司 Burg ller父子公司 奥地利 WEING ARTNER一 MASCHINENBAU公司等 海外一些 滚珠丝杠生产企业例如日本的 NSK 台湾的HIWIN 德国的Rexroth SHUTON 美国的THOMSON SAG刀呵 AW BEAVER 意大利的UMBER一 euseinettiSIPIA等为了提高生产效率 缩 短制造周期 在滚珠丝杠生产线上都采用了这一先进工艺装备 用于淬火前 的软铣或淬火后的硬铣 CNC旋风铣床不但生产效率高 而且由于它不使用 难于处理的切削液 呈 逗号 状的切屑易于回收 对生产工厂的环境的污 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 18 染大大低于一般铣削和螺纹磨削 是值得推广的高效绿色制造技术 新一代 的CNC旋风铣具有旋铣 圆周铣 车 磨 抛光等多种功能 国外在机械制 造的许多领域都采用这一先进技术来加工异型回转体零件 例如 挤压螺杆 螺旋输送器螺杆 蜗杆 核反应堆容器及涡轮机的特殊螺杆 偏心螺杆 球 体 钢丝绳卷筒等 当被用于精密滚珠丝杠的粗加工和淬火后的半精加工时 由于它在短时间内去除螺杆绝大部分的切削量 使工艺路线简化 制造周 期大大缩短 还因为精磨余量的小量化和均匀化而改善螺纹表面质量叫 对于 滚珠丝杠精度少3级的产品 可采用CNC旋风硬铣取代螺纹磨削快速制造出来 采用CNC的旋风硬铣工艺可快速加工出大螺旋升角滚珠螺母 是批量生产 二十一世纪的制造生产将日益走向全球化 国际制造业的竞争将愈加激烈 由此 要求制造企业必须对市场现有需求和潜在需求做出快速响应 具备性 能优良 价格低廉的产品和交货迅速的制造能力 这必将驱使制造加工技术 朝着快速 低消耗和优质 高精度的方向发展 在这一进程中 高速切削作 为加工业中基础的综合性技术将发挥关键作用 高速加工所带来的高效率和 高精度 正满足制造业不断发展的需要 3 23 2 旋风铣削梯形外螺纹装置的设计方案旋风铣削梯形外螺纹装置的设计方案 旋风铣的实现主要有以几种 a 旋风铣专机 b 普通车床改造 c 瑞士纵切车床 旋风铣动力刀座 旋风铣削梯形外螺纹装置中旋风铣的实现是通过对620 1M 的基础上 改造而成的 通过对机床主轴的转速降低 设计出旋风铣头 将旋风铣头安 装在中溜板上 并使旋风铣刀头主轴的中心回转轴心线对工件轴线倾斜一个 角度 其大小取决于工件螺纹的螺纹升角 方向则由螺纹的旋转方向决定 这样 就实现了旋风铣削梯形外螺纹的专用机床 能够进行对工序5 的加 工 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 19 4 4 C620C620 1M1M 车床的改造车床的改造 本次设计中 由于旋风铣要求主 轴的转速比较低 而 C620 1M 本身的 主轴转速达不到本次设计中的需要 所以要选择一个转速较低的电动机来改 装车床 我们所用的专用机床是对C620 1M 进行部分改装而来的 由于 C620 1M 的电动机架在机床床身的外面 因此换电动机就可以达到所要的最 低转速 4 14 1 C620 1C620 1 加工范围加工范围 车床的加工范围较广 主要加工回转表面 可车外圆 车端面 切槽 钻孔 镗孔 车锥面 车螺纹 车成形面 钻中心孔及滚花等 一般车床的加工精度可达 IT10 IT7 表面粗糙度 Ra 值可达 1 6 m 4 1 14 1 1 C620 1C620 1 车床的技术参数车床的技术参数 基本参数 工件最大直径 在床身上 mm 400 工件最大直径 在刀架上 mm 210 顶尖间最大距离 mm 1900 螺纹加工参数 加工螺纹范围 普通螺纹 mm 1 192 加工螺纹范围 英制螺纹 t in 24 2 加工螺纹范围 模数螺纹 mm 0 5 48 加工螺纹范围 径节螺纹 96 1 主轴参数 通过最大直径 mm 38 孔锥度 莫氏号 5 正转转速级数 21 正转转速范围 r min 12 1200 反转转速级数 12 反转转速范围 r min 18 1520 进给量 纵向级数 64 纵向范围 mm r 最大 0 08 1 59 最小 0 028 0 054 横向级数 64 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 20 横向范围 mm r 最大 0 04 0 79 最小 0 014 0 027 溜板行程 横向 mm 280 纵向 mm 280 刀架 最大行程 mm 100 最大回转角 45 刀杆支承面到中心高距离 mm 25 刀杆载面 B H mm 25 25 尾座 顶尖套最大移动量 mm 150 横向最大移动量 mm 15 顶尖套莫氏锥度 号 4 电动机 主电动机功率 kW 7 总功率 kW 7 62 外形尺寸 长 mm 3669 宽 mm 1513 高 mm 1210 工作精度 圆度 mm 0 01 圆柱度 mm 100 0 01 平面度 mm 0 02 300 4 1 24 1 2 C620 1C620 1 的传动系统图的传动系统图 C620 1 的传动路线图 如图 4 1 和传动系统图如图 4 2 所示 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 21 图图 4 1 C620 1 的传动路线图的传动路线图 图图 4 2 C620 1M 车车床床的的传传动动系系统统 传动系统包括主传动链和进给传动链两部分 1 主运动传动链 主运动传动链两端件是电动机与主轴 它的作用是把动力源 电动机 的运动与动力传给主轴 使主轴带动工件旋转 并使主轴获得变速和换向 2 车螺纹传动链 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 22 车螺纹传动链两端件是主轴与刀架 它是内联系传动链 即主轴每旋转 一转 刀架的移动量等于被加工工件的导程 车削米制螺纹时 进给箱中的齿时离合器和脱开 结合 这时的传动路线为 运 动由主轴 经齿轮副 38 38 轴 之间的转换机构 42 100 挂轮 32 100 100 97 传至进给箱的轴 然后由焕置机构的齿轮副 25 36 传至轴 由轴由轴 经两轴滑移变速机构 基本螺距机构 的齿轮副传至轴 然后再有换置机构的齿轮副 25 36 36 25 传至走 在经轴 间的两组滑移齿轮变速机构 增倍机构 和齿式离合器M5 传 动丝杆 旋转 合上溜板箱中的开合螺母 使之与丝杆啮合 便可带动刀 架作纵向移动 车削米制螺纹 车米制螺纹时主轴传动链的传动路线 如下 1 轴 间的齿轮机构为换向机构 可在主轴 转向不变的 情况下改变丝杆 的旋转方向 而转数不变 就可车削右旋或左旋螺纹 2 和 间的齿轮机构为变速机构 U 基 U 倍 用于变换主轴至丝杆件的传动比 就可 车削各种不同导程的螺纹 4 24 2 专用机床电动机的选择专用机床电动机的选择 在本次设计中 由于选择的主轴转速比较低 而C620 1 本身的主轴转 速达不到本次设计中的需要 所以要选择一个转速较低的电动机来改装车床 因为 C620 1 的电动机架在机床床身的外面 跟换电动机比较的方便 所以 选择对 C620 1 车床进行改装 C620 1 车床所用电动机的转速是 1440 转毎分钟 皮带降速后的转速是 730 转毎分钟 它的最低主轴是 12 转毎分钟 min12 64 32 80 20 80 20 52 20 39 51 730r 在本次设计中我们需要的主轴转速是6 转毎分钟 我们要选择转速较低 的电动机 通过查阅资料我们确定选用Y90L 2 电动机 其转速是 720 转 毎分钟 功率是 4 千瓦 4 34 3 C620 1MC620 1M 主轴的降速主轴的降速 C620 1M 机床电动机的降速我们选择用皮带进行两次降速 从而达到我 们所需要的转速 在本次设计中我们采用两对大小一样的带轮来进行降速 如图 4 3 所示 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 23 图图 4 3 悬空式悬空式 V 带带减速机构减速机构 减速后得到的速度是 6r min 当主轴以 6r min 的速度旋转时 旋风铣头以 1760r min 的速度旋转 对工件进行切削 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 24 5 5 旋风铣头装置的设计旋风铣头装置的设计 5 15 1 旋风铣头装置的示意图旋风铣头装置的示意图 1 a 1 电动机 2 刀盘 3 底座 4 支架 b b 图图 5 1 旋风铣头装置的结构示意图旋风铣头装置的结构示意图 1 电动机 2 支架 3 转轴 4 刀盘 5 中溜板 6 轴承 7 带轮 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 25 该装置如上图 5 1a 所示 电动机 1 置于电机底板上 电机底板由螺母与支 架 4 相连 支架与支承座相连 支承座与车床中的中溜板相连 电动机带动带轮 使转轴旋转 也使得在转轴上的刀盘旋转 刀具旋转 进行切削 如图 5 1b 转轴 3 由电动机 1 通过 V 带带动作高速旋转 运动从而使装在 刀盘上成形刀作高速铣削运动 从而形成主运动 而装在车床中溜板上的旋风 铣削装置沿工件轴线作直线移动 形成进给运动同时配合夹在车床三爪自定心 卡盘上的工件的低速旋转运动 便形成了旋转运动 5 25 2 旋风铣加工螺纹时螺纹时升角的调节旋风铣加工螺纹时螺纹时升角的调节 在旋风铣削装置中 当旋风铣头向车头方向倾斜一个角度 床鞍向车头方 向移动时 则铣削出右螺纹 当旋风铣头向尾座方向倾斜一个角度 床鞍向尾 座方向移动时 则铣出左螺纹 该装置的特点是对所加工螺纹升角能进行一定范围的调整 在加工不同升 角的螺纹时 通过调节旋风铣头的倾斜就可以得到不同的螺纹升角 在调节时 首先拧松固定旋铣头的螺母 然后通过调节双头螺柱就可以得到不同的螺纹升 角 这种调节方式简单而准确 是一种比较实用的调节机构 5 35 3 刀盘的旋转速度和电动机转速的选择 刀盘的旋转速度和电动机转速的选择 我们设计的旋风铣头装置能够在凸接头的外圆车出梯形螺纹 由于是大 批量生产 设计出专门铣削梯形螺纹的机床 此机床是在C620 1M 的基础 上改造的 为使我们有一个明确的思路 我们到机床厂进行实习 经过穆老 师和工人师傅对原有的一台旋风铣床性能的介绍 让我们对所设计的装置所 要的铣削力 电动机的转速有了明确认识 按照机床厂原有的一台机床为例 设计出旋风铣头装置中铣头的铣削力 刀具数量以及刀头的转速 5 3 1 旋风铣切削旋风铣切削 切削力 5 ZadafaF pec 00 1 87 0 75 0 88 0 1000 1 s m V r V N c 38 1 min 440 6 103 45 6603 03 01000 87 0 75 0 88 0 5 kW VF P CC c 14 0 1000 38 1 6 103 1000 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 26 2 5 3 25 3 2 旋风铣削用量的确定旋风铣削用量的确定 车刀切削部分的材料用 YT15 加工 45 钢 切削速度 进给量 铣刀刀尖旋转直径 D 取 min150 100mvc rmmf10 0 06 0 164mm 故旋风铣头转速 5 min300 min 16414 3 15010001 r r D vooo n c m 3 车床主轴转速 5 min 16414 3 13001 0 r D Znf n m m 4 min058 0 r 5 3 35 3 3 确定电动机的转速确定电动机的转速 由于加工所需的转速很低 考虑到车床的转速没有这么低的 所以将车 床和旋风铣头的转速同比扩大 在工作中 机床的转速越低越好 根据实习 中我们所见到的兰州机床厂的一台改装好的加攻螺纹的旋风铣铣床 其刀盘 刀具是 4 把 主轴转速是 10 r min 电动机转速 440 r min 在本次设计 中由于设备的限制 我们选用了 C620M 1 型卧式车床 然后再对机床的动 力输入装置进行了改进 选用了两次带轮降速 使机床主轴的转速降为 6r min 旋风铣铣头的工作转速则在合理的范围内越高越好 所以在我们的设计 中选用了转速较高的 其满载转速为 2880r min m n 5 ZadafaF pec 00 1 87 0 75 0 88 0 1000 5 min 1760 155 16285 3 1363 0101000 87 0 75 0 88 0 r n N c 5 s m Vc38 1 1060 14 3 1361760 3 6 电动机的输出功率 0 P 5 P P 0 兰州工业高等专科学校毕业设计 论文 27 7 式中 为电动机到转轴带轮的传动装置总效率 5 rb 8 其中 由参考文献 1 中表 2 4 取 V 带的传动效率 滚动轴承的传 96 0 b 动效率 则 955 0 r 5 rb 9 9168 0 955 0 96 0 故 5 kW P P0724 2 9168 0 9 1 0 10 因载荷平稳 电动机的额定功率只需略大于即可 按表 8 169 中 Y m P 0 P 系列电动机技术数据 选电动机的额定功率为 2 2kW 的 Y90L 2 m P 5 45 4 带轮的设计带轮的设计 带轮的设计如表 5 1 所示 表表 5 5 1 1 带带轮轮的的设设计计 计计算算项项目目符符号号单单位位计计算算公公式式和和参参数数选选择择 计算功率 j P kW P 1 9 kW PKgPj 66 2 Kg 1 4 胶带型号 Z 型 小带轮直径 1 D mm71 大带轮直径 2 D mm 1 1 12112 DnniDD 2850 1760 71 1 0 02 112 67 112 带速Vm s 100060 28507114 3 100060 14 3 11 nD V 10 589m s 初定中心距 0 a mm 0 7 2 21 DD 0 a 21 DD 128 1mm 366mm 0