说明书-加工XK715-C1060主轴箱体的组合机床的总体设计及主轴箱设计.doc
加工XK715-C1060主轴箱体的组合机床的总体设计及主轴箱设计含5张CAD图
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XK715
C1060
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加工XK715-C1060主轴箱体的组合机床的总体设计及主轴箱设计含5张CAD图,加工,XK715,C1060,主轴,箱体,组合,机床,总体,设计,CAD
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设计说明书加工XK715C/1060主轴箱体的组合机床的总体设计及主轴箱设计前 言毕业设计是按照教学计划的规定,必须进行的一个重要的综合性教学环节,使学生所学的知识在实践中得到具体应用。通过这次设计,能使学生全面了解和掌握一些机械设备方面的知识,便于使自己形成一套设计的思维模式,而且使所学的知识系统化地由理论转向实践,以培养学生对知识的综合运用能力,为毕业后走上工作岗位打下一个良好的基础。同时通过认真的设计,可以提高学生分析和解决问题的能力,以便更好的适应社会。本设计的主要内容有:组合机床的概述、组合机床通用部件及其选用、组合机床总体设计、组合机床主轴箱设计、组合机床技术设计五个部分。本设计以提高生产率和保证加工精度为目的,以较充足的专业课知识为基础,结合毕业设计任务书,在收集和参考大量资料的前提下独立完成。设计基本上做到:图纸绘制基本符合国家标准,做到布局合理,图纸也基本能够正确、完整、清晰的表达出零件的形状及尺寸。计算说明书的条理较清晰,语言通顺流畅,图表和公式的编辑也基本符合毕业论文撰写规范。在设计过程中,尽量采用通用部件,为组合机床的生产提供便利条件。其中主轴箱的设计是重点,也是难点。主轴箱设计应充分考虑被加工零件的形状及加工要求,合理布置传动及齿轮的位置。尤其在齿轮设计上,更要反复验算转速,努力作出最合理的设计方案。在此次毕业设计研究之中,韩老师给了我最及时和最有效的指导,这使得我最终克服各种困难,顺利地完成了论文。在此,谨向我的导师表示最崇高的敬意和最衷心的感谢。由于本人学术水平有限,所以论文难免有不足之处,恳请各位老师批评指正。 摘 要这次设计是以XK715C/1060的主轴箱体为主要加工对象,主要任务有两项:第一项是加工箱体的组合机床的总体设计;第二项是组合机床中的主轴箱内部传动组件和结构的设计。由于组合机床可以同时进行多刀位加工,实行工序高度集中,这样就大大缩短了辅助时间和加工时间。组合机床在自动化生产中得到越来越多的使用。根据本设计的要求,首先仔细分析被加工零件的特征,将工序适当集中在一起;其次有步骤的进行总体设计,工艺方案的拟订,切削用量的确定,三图的设计;最后进行主轴箱的设计和进行有关齿轮及轴的校核。关键词:组合机床 主轴箱 主轴 AbstractThe design is based on the spindle box XK715C/1060 processing as the main object,there are two main task:the first is a combination of box-peocessingmachine design;The second is the combination of machine tool spindle box in the internal transmission group parts and structural design.At the same time as a result of combination of tools can be multi-knife-bit processing,the implementation process highly concentrated,thus greatly reducing the time and processing aids.In accordance with the requirements of this design,first of all,a careful analysis of the characteristics of part to be machined to the appropriate processes together;followde by steps to carry out the design,programming process,the determination of cutting parameters,the three design plans;the end of the spindle box design and carry out the checking gear and shaft.Key words:combination of machine tool spindle box spindle前 言1摘 要2Abstract3第一章 概 述6第一节 组合机床及其特点6第二节 组合机床工艺范围及加工精度8第三节 采用组合机床的经济分析8第四节 组合机床的发展趋势81.4.1 提高通用部件的水平81.4.2 发展适应中、小批生产的组合机床91.4.3 采用新刀具91.4.4 发展自动监测技术91.4.5 扩大工艺范围10第二章 组合机床通用部件及其选用11第一节 通用部件的类型112.1.1 通用部件的分类112.1.2 通用部件的型号、规格及配套关系12第二节 常用通用部件122.2.1 动力滑台122.2.2 主轴部件132.2.3 主运动驱动装置132.2.4 工作台132.2.5 支承部件132.2.6 自动线通用部件13第三节 通用部件的选用142.3.1 通用部件选用的方法和原则142.3.2 通用部件的选用14第三章 组合机床总体设计15第一节 工艺方案的拟定153.1.1 制定工艺方案153.1.2 确定组合机床的工艺方案163.1.3 工艺规程设计18第二节 组合机床配置形式及结构方案的确定253.2.1 影响组合机床配置形式及结构方案的因素263.2.2 组合机床方案分析比较的主要指标263.2.3 切削用量的确定27第三节 组合机床总体设计“三图”283.3.1 被加工零件加工工序图283.3.2 加工示意图293.3.3 机床联系尺寸图34第四章 组合机床主轴箱设计一主轴箱的基本结构及表达方法40第一节 主轴箱的基本结构及表达方法404.1.1 大型主轴箱的组成及表达方法404.1.2 主轴箱通用零件41第二节 通用主轴箱的设计424.2.1 主箱设计原始依据图424.2.2 主轴、齿轮的确定及动力计算434.2.3 主轴箱传动设计44第五章 组合机床技术设计50第一节 齿轮设计及校核50第二节 轴的校核53结束语57参考文献58致 谢59.第一章 概 述 在大批量生产中为了提高生产率,必须注意缩短加工时间和辅助时间,而且尽可能使辅助时间和加工时间重合,使每个工位安装多个工件的同时进行多刀加工,实行工序高度集中,因而广泛采用组合机床。组合机床是用已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成的多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高效专用机床,生产率比通用机床高几倍至几十倍,可以进行钻、镗、铰、攻丝、车削、铣削、车孔端面等工序,随着组合机床的发展,其工艺范围日益扩大,如:焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。1911年,美国为加工汽车零部件研制了组合机床。在发展初期,各机床制造厂都执行自己的通用部件标准。为方便用户使用和维修,提高互换性,1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商,确定机床通用部件标准化的原则,并规定了部件间联系尺寸。1973年ISO公布了第一批组合机床通用部件标准,它包括了汽车、农业、纺机和仪表工业。1978年、1983年又第二次作了增补。目前,我国组合机床的通用部件约占70%90%。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。主要加工箱体零件,如汽缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等,一些重要零件的关键加工工序,虽然生产批量不大,但也采用组合机床来保证其加工质量。目前,组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化的柔性方向发展。第一节 组合机床及其特点组合机床是根据工件加工需要,以大量通用部件为基础,配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。组合机床使用系列化、标准化的通用部件和少量的专用部件组成的多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高校专用机床,其生产率比通用机床高几倍至几十倍,可进行钻、镗、铰、攻丝、车削、铣削等切削加工。组合机床的通用部件和标准件约占70-80%,这些部件是系列化的,可以进行成批生产。而其余20%-30%的专用部件是由被加工零件的形状、轮廓尺寸、工艺和工序来决定,如夹具、主轴箱、刀具和工具等.在批量生产中为了提高生产率,必须要缩短加工时间和辅助时间,而且尽可能使辅助时间和加工时间重合,使每个工位装夹多个工件同时进行多刀加工,实行工序高度集中,因而广泛采用组合机床。一般的组合机床主要有六部分通用部件及两部分专用部件组成。以复合立式三面钻孔组合机床,它由侧底座、立柱底座、立柱、动力箱、滑台及中间底座等通用部件及多轴箱、夹具等专用部件组成。组合机床的专用部件往往也是由大量的通用零件和标准件组成。组合机床按主轴箱和动力箱的安置方式不同可分为以下几种型式:1卧式组合机床(动力箱水平安装)。2立式组合机床(动力箱垂直安装)。3侧斜式组合机床(动力箱倾斜安装)。4复合式组合机床(动力箱具有上述两种以上的安装状态)。在以上四种配置型式的组合机床中,如果每一种之中再安置一个或几个动力部件时,还可以组成双面或多面组合钻床。由组合机床组成可以明显地了解其特点,与通用机床及其它的专用机床比较,具有如下特点:1要用于加工箱体类零件和杂件的平面和孔。2生产率高。因为工序集中,可多面、多轴、多刀同时自动加工。3加工精度稳定。因为工序固定,可选用成熟的通用部件、精密夹具合作的工作循环来保证加工精度的一致性。4研制周期短,便于设计、制造和使用维护,成本低。因为通用化、系列化、标准化程度高,而且通用部件可组织批量生产。5自动化程度高,劳动强度低。6配置灵活。因为结构模块化、组合化、可按工件或工序要求,用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线。机床易于改装,产品或工艺变化时,通用部件一般还可以重复利用。第二节 组合机床工艺范围及加工精度目前,组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序。平面加工包括铣平面、锪(刮)平面、车端面;孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹、锪沉孔、滚压孔等。随着综合自动化的发展,其工艺范围正扩大到车外圆、行星铣削、拉削、推削、磨削、珩磨及抛光、冲压等工序。此外,还可以完成焊接、热处理、自动装配和建材、清洗和零件分类及打印等非切削工作。组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工、缝纫机和自行车等工业领域的大批、大量生产中已获得广泛应用,一些中小批量生产的企业,如机床、机车、工程机械扽制造业中也亦推广应用。组合机床最适宜加工各种大中型箱体类零件,如气缸盖、气缸体、变速箱体、电机座及仪表壳等零件,也可以用来完成轴套类、轮盘类、叉架类和盖板类零件的部分或全部工序的加工。第三节 采用组合机床的经济分析 组合机床是一种高效率专用机床,有特定的使用条件,不是在任何情况下都能收到良好的经济效益。在确定设计组合机床前,应该进行具体的技术经济分析。 根据设计任务,要在变速箱箱体上双面钻孔,孔的种类较多,总数也较多。若采用普通机床加工需反复进行,加工耗时较多,且不容易保证孔与孔间的位置精度。根据零件的形状及加工要求选取采用卧式双面组合钻床,同时进行双面多孔加工。这样可以保证孔与孔之间的位置精度,且加工所需的时间大大缩短。除此之外采用组合机床对工人的要求很低,节约了劳动成本。 综上所述,对于在变速箱箱体上双面钻孔采用组合机床,可以取得良好的经济性。第四节 组合机床的发展趋势1.4.1 提高通用部件的水平衡量通用部件技术水平的主要标准是:品种规格齐全,动、静态性能参数先进,工艺性好,精度高和精度保持性好。机械驱动的动力部件具有性能稳定,工作可靠等优点。目前,机械驱动的动力部件应用了交流变频调速电机和直流伺服电机等,使机械驱动的动力部件增添了新的竞争力。动力部件采用镶钢导轨(英度可达HEC58-60)、滚珠丝杠、静压导轨、静压轴承、迟形皮带等较新的结构。支承部件采用焊接结构等。由于提高了部件的精度和动、静态性能,因而使被加工的工件精度明显提高,表面粗糙度减小。1.4.2 发展适应中、小批生产的组合机床在机械制造工业中,中小批量生产约占80%。在某些中批量生产的企业中,如机床、阀门行业中、其关键工序采用组合机床。其中机床厂用组合机床加工主轴变速箱孔系,产品质量稳定,生产效率高,技术经济效果显著。发展具有可调、快调、装配灵活、适应多品种加工特点的组合机床十分迫切。转塔主轴箱式组合机床,可换主轴箱式组合机床以及自动换刀式数控组合机床可用于中、小批生产,但这类机床结构复杂,成本较高。带转塔式主轴箱的组合机床,由于转塔不能制造的太大,安装的主轴箱数量有限,因此只适应工序不多,形状不太复杂的零件加工。 1.4.3 采用新刀具近年来出现了多种新刀具,如具有镀层的硬质合金刀片、立方氮化硼刀具、金刚石刀具、各种可转位的密赤铣刀,喷吸钻头,镶有可转位刀片的“短钻头”等。一般情况下,采用先进刀具的工时为原工时的。由于提高了刀具的耐用度,大大缩短了多刀组合机床停机换刀时间,提高了组合机床的经济效益。 1.4.4 发展自动监测技术组合机床的自动检测通常作为一个工位出现。自动检测包括对毛坯尺寸和工件硬度的检查、钻孔深度、刀具折断、精加工尺寸和几何形状的检查等。检查方法分为主动检查与被动检查。主动检查是将不合格的工件剔除,使之不往下个工位输送。被动检查则是发现不合格的工件时发现停机信号。目前主动检查应用的日趋广泛。由于电子元件迅速发展,集成控制器、微机处理的应用,使自动检测技术更加可靠。自动检测工位要进行数据处理,统计计算以及打印出有关数据或作为数字显示。自动监测技术的发展可以把被加工零件的实际尺寸控制在比规定公差更小的范围之内。还可以把加工后的工件按公差进行分组,以便按分组的公差带装配。实际表明,采用分组装配法提高产品的精度要比用单纯提高设备精度更为经济。 1.4.5 扩大工艺范围 组合机床出完成切削加工等工序外,还在逐步设计制造用于焊接、热处理、自动装配、自动打印、性能试验以及清洗和包装等用途的组合机床。 第二章 组合机床通用部件及其选用通用部件是具有特定功能、按标准化、系列化、通用化原则设计制造的组合机床基础部件。它有统一的联系尺寸标准,结构合理、性能稳定。组合机床的通用化程度是衡量其技术水平的重要标志。第一节 通用部件的类型 2.1.1 通用部件的分类 随着科学技术的迅速发展,组合机床类型在不断更新和发展,如已有数控组合机床、专能组合机床等新品种。所以,通用部件的品种、规格也日趋繁多。通用部件按其功能通常分为五大类:1.动力部件 动力部件是用于传递动力,实现工作运动的通用部件。它为刀具提供主运动和进给运动,是组合机床的主要通用部件。它包括动力滑台及其相配套的动力箱和各种单轴头,如铣削头、钻削头、镗孔车端面头等,其它部件均以选定的动力部件为依据来配套选用。2.支撑部件 支撑部件是用于安装动力部件、输送部件等的通用部件。它包括侧底座、立柱、立柱底座和中间底座等。它是组合机床的基础部件,组合机床各种部件之间的相对位置精度、机床的刚度要求主要由支撑部件保证。3.输送部分 输送部件是具有定位和夹紧装置、用于安装工件并输送到预定工位的通用部件。它包括回转工作台,移动工作台和回转鼓轮等。通常具有较高的定位精度。4.控制部件 控制部件用于控制具有运动动作的各个部件,以保证实现组合机床工作循环。它包括可编程序控制器(PC)、各种液压元件、操纵板、控制挡铁和按钮台等。5.辅助部件 辅助部件包括用于实现自动夹紧工件的液压或气动装置、机械扳手、冷却和润滑装置、排销装置以及上下料的机械手等。2.1.2 通用部件的型号、规格及配套关系按通用部件标准,动力滑台的主参数为其工作台面宽度,其它通用部件的主参数取与其配套的滑台主参数来表示。例如,1HY32M1B表示台面宽度为320mm,经过一次重大改进,采用镶钢导轨的精密液压滑台;TX40A表示于台面宽度为400mm的滑台配套,主轴径向轴承采用短圆柱滚子轴承,用于精加工的铣削头。等效采用国际标准设计的“1字头”通用部件,按精度分为:普通级、精密级和高精度级三种精度等级。“1字头”滑台采用双矩形闭式导轨,纵向用双矩形的外侧导向,斜镶条调整导轨间隙;压板与支承导轨组成辅助导轨副,防止倾覆力矩过大导致滑鞍(动导轨)与滑座(支承导轨)分离。这种导轨制造工艺简单,导向精度高,刚度好。滑座导轨材料有两种,分别在型号后面加A、B以区别,A表示滑座导轨材料为HT300,高频淬火,淬火硬度为4248HRC;B表示滑座为镶钢导轨,淬火硬度为48HRC以上。数控机械滑台是1HJ系列机械滑台的派生产品,采用了大连组合机床研究所研制的ZHS-ACO4D交流伺服系统,能自动变换进给速度和工作循环,在较大的范围内实现自动调速、位置控制、程序控制。适合多种小批量柔性生产。带光电编码器的交流伺服电动机采用SPWM控制技术,7502400r/min为恒功率调速;运动通过一级定比齿轮减速驱动滚珠丝杠,驱动滑鞍移动,开环系统伺服电动机的转角误差为0.072,由光栅尺组成的全闭环系统,滑鞍位置精度可达2m。第二节 常用通用部件2.2.1 动力滑台 动力滑台是有滑座、滑鞍和驱动装置等组成、实现直线进给运动的动力部件。 根据驱动和控制方式不同,滑台可分为液压滑台、机械滑台和数控滑台三种类型。2.2.2 主轴部件 主轴部件又称单轴头或工艺切削头,其端部安装刀具,尾部连接传动装置即可进行切削。如进行铣削、镗削、钻削及攻螺纹等单轴加工工序。每种主轴部件均采用刚性主轴结构。在加工时,刀杆(或刀具)一般不需要导向装置,加工精度主要由主轴部件本身以及滑台的精度保证。 2.2.3 主运动驱动装置 主运动驱动装置主要有两大类:一类是与通用主轴部件配套使用的主运动传动装置;另一类是与主轴箱(专用部件)相配的动力箱。 2.2.4 工作台 工作台是多工位组合机床的输送部件,它用来将被加工工件转换到另一个工位。工作台按运动方式的不同可分为分度回转工作台和多工位移动工作台;按传动方式的不同可分为机械传动、液压传动及气压传动等多种型式。 2.2.5 支承部件 组合机床的支承部件往往是通用和专用两部分的组合。它有中间底座、侧底座和立柱及立柱侧底座三种。 2.2.6 自动线通用部件 组合机床自动线是由组合机床及工件输送装置、转位装置、排屑装置等辅助设备和检测装置、电气、液压控制设备等组成。第三节 通用部件的选用2.3.1 通用部件选用的方法和原则 通用部件的选用是组合机床设计的主要内容之一。选用的基本方法是:根据所需的功率、进给力、进给速度等要求,选择动力部件及其配套部件。选用原则如下:1)切削功率应满足加工所需的计算功率。2)进给部件应满足加工所需的最大计算进给力、进给速度和工作行程及工作循环的要求,同时还需考虑装刀、调刀的方便性。3)动力箱与多轴箱尺寸应相适应和匹配。4)应满足加工精度的要求。5)尽量按通用部件的匹配关系选用有关通用部件。 2.3.2 通用部件的选用 1.动力部件的选用 1)动力部件品种的确定。 2)动力部件规格的确定。2.其他通用部件的确定 对于支承部件如侧底座、立柱等通用部件,可选与动力滑台规格相配套的相应规格。 对于输送部件可按所需工作台的运动形式、工作台台面尺寸、工位数、驱动方式及定位精度等来选用。选择通用部件时,还应根据加工精度要求、制造成本等确定通用部件的精度等级。第三章 组合机床总体设计组合机床总体设计,通常是根据与用户签订的合同和协议书,针对具体加工零件,拟定工艺和结构方案,并进行方案图样和有关技术文件的设计。第一节 工艺方案的拟定零件的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。所以,在制定工艺方案时,我们必须认真分析被加工零件图,并深入现场了解相关零件的形状、大小、材料、硬度、刚性、加工部位的结构特点、加工精度、表面粗糙度、以及现场所采用的定位、夹紧方法、工艺过程、所采用的刀具及切削用量、生产率要求、现场的环境和条件等等。如条件允许,还应广泛收集国内外有关技术资料,制定合理的工艺方案。 3.1.1 制定工艺方案1.选择合理、可靠的的工艺方案 根据被工艺范围及所能达到的加工精度,选择合理可靠的的工艺方案加工零件的材料,加工的尺寸、形状、结构特点、加工精度、表面粗糙度以及生产率要求等,结合组合机床的,以保证机床有稳定的加工质量和较高的生产率。2.粗精加工分开原则 粗加工时的切削负荷大,切削产生的热变形、较大夹压力引起的工件变形以及切削振动等,对精加工工序十分不利,影响加工尺寸精度和表面粗糙度。因此,在拟订工件一个连续的多工序工艺过程时,应选择粗精加工工序分开的原则。3.工序集中原则 工序集中是近代机械加工主要发展的方向之一。组合机床正是基于这个原则上发展而来的,即运用多刀(相同或不同刀具)集中在一台机床上完成一个或几个工件的不同表面的复杂工艺过程,从而有效的提高生产率。因此,拟订工艺方案时,在保证加工质量和操作维修方便的前提下,应适当提高工序集中,以便减少机床台数、占地面积和节省人力,取得理想的效益。但是,工序过于集中会使机床结构太复杂,增加机床设计和制造的难度,机床使用调整不便,甚至影响机床使用性能。如刀具数过多,停机效率增大,反而会影响机床生产率,切削负荷过大,当工件刚度不足而产生变形会影响加工质量。所以我们在选择时要全面的考虑因素。4.定位基准的选择原则 粗基准的选用要求是:保证能迅速可靠的加工精基准;保证各加工表面有足够的加工余量,并尽量使主要加工表面加工余量均匀;保证各加工表面与不加工表面之间的相对位置精度。同时须考虑定位基准、夹紧可靠,夹具结构简单、操作方便。因此,应选择毛坯上平整、光洁、尺寸较大,没有浇注、冒口的不加工表面或加工余量小的表面做粗基准。 3.1.2 确定组合机床的工艺方案 1.零件的分析题目所给的零件是主轴箱箱体,零件材料为:HT250,硬度为200-240HBS。该零件是箱体类零件,它将机器和部件中的轴、轴承、齿轮等有关零件按一定的相互关系装配成一个整体,并保持正确的相互位置,传递转矩和改变转速来完成规定的运动。另外,该箱体中的零件和组件之间的装配精度在很大程度上决定于箱体的加工精度。该零件外形规矩,呈箱形,其结构特点是壁厚而不均匀,空腔,结构复杂,加工部位多,加工难度大,箱体上有许多精度要求较高的轴承孔和平面,外表面上有很多基准面和支承面。该箱体上有一系列的孔,它们之间的相互位置精度要求有较高的孔的组合,称为孔系。这些孔大都是轴承的支承孔,因此它的尺寸精度,位置精度,几何精度及表面光洁度都要求较高,若轴承与箱体支承孔的配合不良,将会影响到轴的旋转精度,如果同一中心线的几个孔不同心,将使轴的装配困难,即使装配完成,运转情况也必然恶劣,轴承寿命短,温度急剧增大而引起变形,如果相邻的中心距偏大,则会影响齿轮的啮合精度,工作时产生噪音,震动,降低机器寿命。2.毛坯的分析由于该零件为主轴箱箱体,结构复杂,壁厚不均匀,所以采用铸造。其材料为HT250。该材料有如下优越性:材料强度利用率可达70%-90%,球墨铸铁强度和韧性远超过灰铸铁。另外,由于该零件生产为大批量生产,零件尺寸不大结构较复杂,查机械加工余量手册表1-3,可选金属模机型和金械砂属型浇铸两种毛坯制造方法,但考虑到金属砂型铸铁的加工余量小,生产率较高的特点,结合大批量生产的纲领,故选金属型砂型铸造,其精度等级为CT810,加工余量等级为G,生产率高。3.零件的工艺分析该零件图的视图正确、完整,尺寸、公差及技术要求齐全。本零件的加工面有上顶面、下底面、支承孔、端面、小孔及螺纹。参考有关手册,其加工方法选择如下:(1)上顶面、下底面的加工上下面的加工精度要求不高,表面粗糙度为12.5。查工艺简明手册表1.428只需进行粗铣即可。(2)右端面的加工右端面要求表粗糙度为6.3,中间圆柱两端面的表面粗糙度为1.6,查工艺简明手册表1.48和表1.128可知,平面的公差等级为7级,需进行粗铣、精铣加工。(3)中间壁200端面的加工该面要求表面粗糙度为1.6,查工艺简明手册表1.47和表1.428可知加工等级为6级,需进行精加工,粗镗和精镗。(4)与轴相关的各孔的加工粗糙度为6.3的孔及孔内端面只需粗镗,而粗糙度为3.2时则需进行粗镗、精镗;与轴承配合精度达到7级的需进行粗镗、半精镗、精镗;与轴承配合精度达到8级的需进行粗镗、半精镗;此外有圆跳动的需进行粗镗、半精镗、精镗。(查工艺简明手册表1.47和表1.128)。(5)各面孔及螺纹的加工根据螺纹选择合适的钻头加工。4.定位基准和加压部位的选择组合机床一般为工序集中的多刀加工,不但切削负荷大,而且工件受力方向一直在变化。因此,正确选择定位基准和夹压部位是保证加工精度的重要条件。对于毛坯基准选择要考虑有关工序加工余量的均匀性,对于光滑表面定位基准的选择要考虑基面与加工部位间位置尺寸关系,使它有利于保证加工精度。定位夹压部位的选择应在足够的夹紧力下使工件产生的变形最小,并且夹具易设置导向和通过刀具。5.影响工艺方案的因素(1)加工的工序内容和加工精度 这是制定机床工艺方案的主要依据。显然,面加工和孔加工、不同尺寸的平面和孔径加工以及不同的加工精度要求,直接影响着工艺方法的选择和工步数及工艺路线的确定。(2)被加工零件的特点 如工件的材料硬度、加工部位的结构形状、工件刚性、定位基准面的特点等,对组合机床工艺方案的拟订都有着重要影响。(3)工件的刚性 当工件的刚性不足时工序不能太集中。(4)厂方车间制造能力 如工具制造能力。 3.1.3 工艺规程设计 1.定位基准的选择原则 定位基准的选择与工艺过程的制定是密切相关的。合理的选用定位基准对保证加工精度和确定加工顺序都有决定性的影响,它是工艺过程制定过程中要求解决的主要问题之一。 选择工艺基面的原则如下: 1)应当尽量选用设计基面作为在组合机床上用的定位基面,这样就能减少误差积累,有利于保证加工精度。 2)选择的定位基面应确保工件稳定定位。定位的支撑面应该大一些,力求采用以加工表面做为定位面基准,而且必须选取那些与加工表面有一定关系的毛面作为定位基面。 3)选择基面是要保证在一次安装下,能对尽可能多的面进行加工,这样便于有效地集中加工工序,提高机床的生产效率,保证加工部位间的精度要求。 4)统一基面原则即在各台机床上采用共同的定位基面来加工工件不同面上的孔,或对同一个面上的孔完成不同的工序。 5)选择定位面应考虑夹紧方便,夹具结构简单。 当被加工零件不具备理想的工艺基面时,可以在机床夹具上增加辅助支撑机构。 选择定位基面还需要考虑三个问题: 1)用定位基准面作为加工的精基准面时,才有利于经济合理的达到零件的加工精度要求。 2)为加工精基准面,应采用定位基准面作为粗基准。 2.粗基准的选择 一般情况下,粗基准的选择也就是第一道工序的定位基准的选择,这个工序是加工后续工序的精基准。在粗基准选择时,主要考虑四个方面: 1)选择要求加工表面的余量小而均匀的重要表面为粗基准,以保证该表面有足够而均匀的加工余量。 2)某些表面不需要加工,则应选择其中与加工表面有相互位置关系要求的表面为粗基准。 3)选择比较平整、光滑,有足够大面积的表面为粗基准,不允许有浇注冒口的残迹和飞边,以确保安全,可靠,误差小。 4)粗基准在一般情况下只允许在第一道工序中使用一次,尽量避免重复使用。 3.精基准的选择 (1)精基准的选择原则 选择精基准时,应尽量将重点放在如何减小定位误差,提高加工精度,以及使工件安装准确,可靠,方便。因此精基准选择应遵循下列原则: 1)基准重合的原则 应尽量选择设计基准作为精基准。这样可以避免因基准不重合而产生的误差,影响工件的加工精度特别是零件的最后精加工工序,为保证加工精度要求,更应该注意这一点。 2)基准统一的原则 应用统一的基准进行各个工序的加工。采用统一的基准有一系列优点:使用同一基准定位加工大多数表面,避免因基准转换而带来的误差,有利于保证各个基面的相互位置精度,而且简化了夹具的设计制造工作,从而简化了夹具的生产周期。 3)互为基准,反复加工的原则 当两个表面相互位置精度要求较高时,两个表面互为基准反复加工,可以不断提高定位基准的精度,保证两个表面之间的相互位置精度。 4)自为基准的原则 当精加工或光整加工工序要求余量小而均匀时,可以选择加工表面本身为精基准以保证加工质量和提高生产率。 此外,还应能使工件装夹稳定可靠,夹具简单。 (2)精基准的确定 为了方便加工和保证位置度要求,箱体类零件一般采用一面两孔的基本定位方式。经过分析零件图可以看出,本箱体的设计基准有两个: 第一,中心孔的设计基准都是以两个工艺孔为设计基准的。 其次,中心孔附近的螺纹孔都是以中心孔为设计基准的。 所以,在加工箱体时,应该先以两个工艺孔和其所在的面为基准,加工出中心孔,再根据中心孔的位置,在钻模板上做出以中心孔为设计基准的螺纹孔。然而在加工这些螺纹孔时仍然要以两个工艺孔和其所在的面为基准,这样做不仅符合基准统一原则,保证了中心孔之间和中心孔与工艺孔之间的位置度要求,而且符合基准重合原则,有效的保证了轴的同轴度的要求和轴与面的垂直度要求。简化了夹具,并且使装夹的位置有利于组合机床一次加工出更多的有相互位置关系的孔,提高了生产率。 4.加工方法的确定 加工方法的确定要根据每个加工表面的技术要求,选择零件的加工方案。方法的选择必须在保证零件达到图纸要求方面是合理的,在生产率方面是高效的,加工成本方面是经济合理的。 一般平面的加工,精度不是要求很高,用铣削加工完全可以达到技术要求。不重要的孔,如连接孔等,用铰削即可达到要求。所以在钻出工艺孔后要进行扩铰,以提高其定位精度。 5.加工阶段的划定 由于箱体零件加工信息量不多,许多孔面加工精度要求不高。有时加工的零件只在加工两个工艺孔时有加工阶段的划分加工工艺孔分为钻和绞。6.加工工序的安排 安排加工工序顺序应遵循以下原则: 1)先粗后精 先安排粗加工,再安排半精加工,最后安排精加工。 2)先基准面后其它面 基准面是加工其它面和保证精度要求的基础,所以作为精基准的表面应安排在工艺过程开始时加工。 3)先主要表面加工后次要表面加工 基准面加工好后,接着要对精度要求高的主要表面进行粗加工和半精加工,并穿插进行一些次要表面的加工。要求高的主要表面的精加工一般安排在最后进行,这样可以避免已加工表面在运输中碰伤,有利于保证精度。 4)先面后孔原则 安排加工工序时,要根据具体情况兼顾上述原则进行。具体到这次设计加工的箱体零件,应该先把定位基面加工出来,然后以此为定位基准加工工艺孔。再以工艺孔和其所在的面为基准,加工其余孔等后续工序。 另外,因为该零件材料是HT250,在机加工之前,还应安排时效处理,否则,毛坯铸件的内应力得不到释放会引起零件的变形,影响加工精度。除了安排上述工序外,还应考虑某些辅助工序的安排,如检验工序,它是保证产品质量的重要措施之一。在本零件的加工过程中,除了各工序的例行检查外,在全部加工完成之后,还应安排终检。针对图纸要求的尺寸精度,形状精度和位置精度及表面粗糙度进行检查,同时测量零件的质量涂防锈漆等。 7.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、尺寸精度以及位置精度等技术要求能够得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批生产的条件下,可以考虑采用专用机床与专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此以,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。工艺路线方案一工序: 同时粗铣两侧面(以导轨面为基准)工序: 粗铣前侧面小平面(以后侧面为基准)工序: 粗铣导轨面 粗铣底座右端面工序: 粗铣开合螺母上端面工序: 粗铣导轨两侧斜面工序: 粗铣底座下端面工序: 粗镗主轴孔(170) 粗镗主轴孔(200)工序: 粗镗开合螺母孔(63) 粗镗开合螺母孔(62)工序: 精铣前侧面小平面工序: 精铣导轨面 精铣底座有端面工序: 精铣导轨两侧面工序: 精铣开合螺母上端面工序: 精铣底座下端面工序: 精镗主轴孔(170) 精镗主轴孔(200)工序: 精镗开合螺母孔(63) 精镗开合螺母孔(62)工序: 精车主轴下端面圆工序: 钻主轴孔端面螺纹孔26M12底孔 精铰主轴孔端面螺纹孔26M12底孔工序: 攻主轴孔端面螺纹孔26M12螺纹工序: 钻开合螺母端螺纹孔6M10底孔 精铰开合螺母端螺纹孔6M10底孔工序: 攻开合螺母端螺纹孔6M10螺纹工序: 钻底座螺纹孔12M12底孔工序: 攻底座螺纹孔12M12螺纹工序: 铣导轨面的油槽工序: 修锉毛刺、清洗、打标记、帖塑工序: 检验工艺路线方案二工序: 同时粗铣两侧面(以导轨面下沿为基准)工序: 粗铣,精铣前侧面小平面(以后侧面为基准)工序: 粗铣,精铣导轨面工序: 粗铣,精铣开合螺母上端面工序: 粗镗,精镗 主轴孔(以导轨面为基准)工序: 粗镗,精镗 开合螺母孔(63)工序: 粗镗,精镗 开合螺母孔(62)工序: 精车主轴孔下端面工序: 精铣底座下端面工序: 精铣底座右端面工序: 精铣导轨两侧斜面工序: 钻主轴端面螺纹孔26M12工序: 攻主轴端面螺纹孔26M12工序: 钻开合螺母端螺纹孔6M10工序: 攻开合螺母端螺纹孔6M10工序: 钻底座螺纹孔12M12工序: 攻底座螺纹孔12M12工序: 铣导轨面的油槽工序: 修锉毛刺、清洗、打标记、帖塑工序: 检验工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于:方案一使用的原则是选择要求加工余量小而均匀的重要表面为粗基准,以保证该表面有足够而均匀的加工余量,然后再以两侧面为基准加工其它表面,工艺的安排符合先面后孔,基本遵循先主后次的原则;方案二是主要是遵循先面后孔的原则。两种方案都有划线的工序,可以作为找正的依据,合理分配各表面的加工余量,确定加工表面与不加工表面的相互位置关系,这对形状较复杂、余量不均匀的铸件的安装尤为重要。因此,箱体在加工之前划线是必要的。在该箱座零件中所需加工的孔径小于40时一般不铸出,而采用钻扩铰的工艺,对于已铸出的孔,可采用粗、精镗的工艺,这在两套方案中都有所体现。而对于那些要求加工精度不高的螺纹孔、紧固孔及放油孔则放在最后加工,这样可以防止由于面或孔在加工过程中出现问题(如发现气孔或夹杂物等)时,浪费这一部分的工时。整个加工过程中,无论是粗加工阶段还是精加工阶段,都应遵循“先面后孔”的原则,就是先加工平面而后以面定位,再加工孔。这是因为:第一,面是整个箱座的装配基准;第二,平面的面积较孔的面积大,以面定位使零件装夹稳定,可靠。因此,以面定位加工孔,有利于提高定位精度和加工精度。根据以上方案的比较分析,决定采用第一套方案,同时对其进行修改补充,确定最终方案如下:铸造清砂检验时效处理涂漆工序: 同时粗铣两侧面(以导轨面为基准)工序: 粗铣,精铣前侧面小平面(以后侧面为基准)工序: 粗铣,精铣导轨面工序: 粗铣,精铣开合螺母上端面工序: 精车主轴孔下端面工序: 粗铣,精铣底座下端面工序: 粗铣,精铣底座右端面工序: 粗铣,精铣导轨两侧斜面 工序: 粗镗,精镗 主轴孔(以前侧面为基准) 工序: 粗镗,精镗 开合螺母孔(63) 工序: 粗镗,精镗 开合螺母孔(62) 工序: 钻主轴端面螺纹孔26M12底孔工序XIII: 攻主轴端面螺纹孔26M12螺纹工序: 钻开合螺母端螺纹孔6M10底孔工序: 攻开合螺母端螺纹孔6M10螺纹工序: 钻底座螺纹孔12M12底孔工序: 攻底座螺纹孔12M12螺纹工序: 铣导轨面的油槽工序: 修锉毛刺、清洗、打标记、帖塑工序: 检验8.刀具的选择和加工余量的确定(1)刀具的选择:由资料得知,硬质合金刀具制造工艺简单,容易磨成锋利的切削刃,能锻造,制造复杂的道具比较容易,而且硬质合金材料性能较高速钢的硬度和耐磨性更高,高的强度和韧性,良好的塑性和耐磨性,因此广泛用于制造各种较复杂的工具,所以钻头用硬质合金材料的刀具。由切削用量手册表2-1得:钻头几何形状为标准钻头,由加工余量手册得:刀具钻头直径硬质合金刀具10.5mm (2)加工余量的确定:1)毛坯变成成品的过程中,在某加工表面切除的金属层的总厚度称为该表面的加工总工作量。每一道工序所切除的金属层的厚度称为工序间的加工余量。 由此可见,加工总量 = 各工序余量之和。 即: 式中: 总的加工余量; n 工序; i 第i道工序。 加工余量的大小对零件的加工质量和生产率有影响。加工余量过大,不仅加大了机加工的工作量,降低了生产率,而且浪费了材料,提高了加工成本。但加工余量过小时不能保证消除前工序的各种误差和表面缺陷,易产生废品。 确定加工余量的原则是在保证加工质量的前提下,尽量减小加工余量。 确定加工余量的三种方法是:分析计算法,查表法,经验法。一般常用查表法。 2)选择工序间加工余量应遵循的原则 a.应采用最小加工余量,以求缩短加工时间,并降低零件的制造费用。 b.加工余量应能保证得到图纸上所规定的表面粗糙度及精度。 c.决定加工余量时应考虑热处理时的变形,否则可能产生废品。 d.决定加工余量时应考虑到加工的方法和设备,以及加工过程中零件可能发生的变形。 e.决定加工余量时应考虑到被加工零件的大小,零件越大,则加工余量越大。 第二节 组合机床配置形式及结构方案的确定通常,在确定工艺方案的同时,也就大体上确定了组合机床的配制形式和结构方案。但是还要考虑下列因素的影响。 3.2.1 影响组合机床配置形式及结构方案的因素1.工件加工精度的影响 工件的加工精度要求,往往影响组合机床的配制形式和结构方案,例如,加工精度要求高时,应采用固定夹具的单工位组合机床;加工精度要求较低时,可采用移动夹具的多工位组合机床;工件各孔之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;工件各孔间同轴度要求较高时,应单独进行精加工等等。2.工件结构形状的影响 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的影响。例如,对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;对多工序的中小型零件,则宜采用移动夹具的多工位组合机床;对大直径的深孔加工,宜采用刚性主轴的立式组合机床等等。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。例如,从其它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时,应选用移动工作台式的组合机床;工位数超过4个时才选用回转工作台或鼓轮式组合机床。4.现场条件的影响 使用组合机床的现场条件对组合机床的结构方案也有一定的影响。例如,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,侧宜采用机械传动的结构形式;使用刀位刃磨刀具、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。 3.2.2 组合机床方案分析比较的主要指标1.机床加工精度和生产率 主要分析比较机床保证加工精度的持久性和机床负荷率。加工精度应有储备量。机床负荷率一般为70%-90%,复杂机床、多品种加工机床负荷率不能偏高(控制在60%)左右。2.机床使用方便性和自动化程度 分析比较时一定要与生产率相适应,不应过分追求自动化程度。生产率高、节拍短,则要求自动化程度高、刀具耐磨且更换调整方便,这样使用才有方便性。3.经济性与可靠性在满足加工要求的前提下,机床避免复杂刀具,力求简单和较高的通用化程度。这样可以降低机床成本,提高工作可靠性。有两点要注意:1)应根据加工精度的需要选择相当精度等级的通用部件。2)应根据生产率要求合理安排工艺流程,均衡负荷,使机床数量少,机床利用率高(机床负荷率不应低于50%),以取得好的经济效果。 3.2.3 切削用量的确定在组合机床工艺方案确定的过程中,工艺方法和关键工序的切削用量选择十分重要。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,机床的结构形式及工作可靠性均有较大的影响。1.选择切削用量选择的特点1)组合机床常采用多刀,多刃同时切削,为尽量减少换刀时间和刀具的损耗,保证机床的生产率及经济效果,选用的切削用量应比普通单刀加工时低30%左右。2)组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给。因此,同一滑台带动的主轴箱上所有刀具的每分钟进给量相同,即等于滑台的工进速度。2.确定切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度本工序为钻箱体左侧面的6个M12的螺纹孔,刀具选用硬质合金麻花钻,由表5-54得:d=10.5mm。查切削用量手册得加工工序的切削参数如下:加工方法v(m/min) f(mm/r)钻孔280.1查组合机床图册得: v-切削速度(m/min) M-转矩(Nmm) T-刀具耐用度(min) f-每转进给量(mm/r) P-切削功率(KW) F-轴向力(N) HBS-布氏硬度 D-钻头直径(mm)由上面的公式可得:=337.5min =849.3r/min=nf=mm/min 总转矩为: 总轴向力为:第三节 组合机床总体设计“三图”绘制组合机床“三图”就是针对具体零件在选定的工艺和结构方案的基础上进行组合机床总体方案图样文件设计,其内容包括被加工零件的加工工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图。 3.3.1 被加工零件加工工序图1.被加工零件加工工序图的作用与内容被加工零件加工工序图是根据制定的工艺方案,表示所设计的组合机床上完成的工艺内容,加工部位的尺寸、精度,表面粗糙度及技术要求;加工用的定位基准,夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量,毛坯或半成品情况的图样,被加工零件工序图是在被加工零件基础上突出本机床的加工内容,并作出必要的说明,其主要内容包括:(1)被加工零件的形状和主要轮廓尺寸,以及与本工序设计有关部位结构的形状和尺寸;(2)本工序所选用的定位基准,夹压部位,夹紧方向;(3)本工序加工表面的尺寸精度,表面粗糙度,形位公差度等技术要求以及对上道工序的技术要求;(4)注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。2.绘制被加工零件加工工序图的规定为使被加工零件工序表达清晰明了,突出本工序图内容,绘制时规定:应按一定的比例绘制足够的视图以剖面;本工序加工部位用粗实线表示,保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画“”粗实线,其余部位用细实线表示;定位基准符号用“”,并用下标数表明消除自由度数;夹压部位用“” 或 “”辅助支承符号用“”表示。3.绘制被加工零件加工工序图本工序加工部位为主轴箱体右侧面6个M12的螺纹孔,加工完成后孔尺寸为10.5mm,最终得到加工工序图。 3.3.2 加工示意图1.加工示意图的内容与作用加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的,是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案,它是设计刀具,辅助夹具,主轴箱和选择动力部件,绘制机床联系尺寸图的主要依据,是对机床总体布局和性能的原始要求。也是调整机床和刀具所必需的技术文件。2.注意事项 (1)加工示意图应绘制成展开图。按比例用细实线画出工件外形。加工部位、加工表面画粗实线。必须使工件和加工方位与机床布局相吻合。为了简化设计,同一多轴箱上机构尺寸完全相同的主轴(既制加工表面,所用刀具及导向,主轴及接杆等规格尺寸、精度完全相同时)只画一根,但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号。 (2)当主轴彼此间很接近或需设置结构尺寸较大的导向装置时,必须以实际中心距严格按比例画,以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是否干涉。 (3)当轴数较多时,加工示意图必须用细实线画出工件加工部位分布情况简图(向视图),并在孔旁表明相应的号码,以便于设计和调整机床。多面多工位机床的加工示意图一定要分工位,按每个工位的加工内容顺序进行绘制。3.刀具、刀杆和其它附属件的选择 (1)刀具的选择:加工mm的孔时选用直柄长麻花钻,GB143685,刀具直径为10.5mm,由机械加工工艺手册表20-4得:。(2)导套的选择: 由组合机床设计简明手册表8-4得:dD H7/h6 H7/h6L10.518263016103)导向的布置和应用范围:由组合机床设计简明手册表8-5得:导向长度mm至工件距离导向直径范围 应用速度最大值(m/min) 381040204.确定主轴类型、尺寸、外伸长度:(1)主轴直径的计算 主轴采用刚性主轴,根据组合机床设计简明手册、表43得: 式中: 轴的直径() M 轴所传递的转矩() 系数。刚性主轴 查组合机床设计简明手册得: 再根据表36,通用主轴系列参数选d=20mm。主轴直径为20mm的参数:主轴外伸尺寸(mm)D/d32/20L115接杆莫氏圆锥号1由于钻孔类主轴多用滚珠主轴,根据组合机床设计简明手册表77得:选择20-1T0722-41式滚珠轴承。5.接杆的选择 根据组合机床图册图3-4和所选的主轴的型号得:d半圆键 锥度基准直径20Tr202莫氏2号1778028519L1828846-139436.夹紧螺母型式及尺寸: 由组合机床设计简明手册P171得: 名义尺寸h20Tr20231.6127.动力部件工作循环及行程的确定 (1) 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、工作进给和快速退回等动作。有时还有中间停止、多次往复进给、跳跃进给、挡铁停留等特殊要求。1)工作进给长度L工的确定: 因为 2) 快速引进长度的确定 快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置,其长度按具体情况确定。3)快速退回长度的确定 快速退回的长度等于快速引进和工作进给长度之和。一般在固定式夹具钻孔或扩孔的机床上,动力部件快速退回的行程,只要把所有刀具都退至导套内,不影响工作的装卸就可以了。4)动力部件总行程的确定 动力部件的总行程除了满足工作循环向前和向后所需要的行程外,还要考虑因刀具磨损或补偿制造、安装误差,动力部件能够向前调节的距离(即前备量)和刀具装卸以及刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴中驱除时,动力部件需要退后的距离(刀具退离夹具导套外端面的距离应大于接杆插入主轴孔内或刀具插入接杆孔内的长度,即后备量)。因此,动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。 右主轴箱行程 8.其它应注意的问题 1)加工示意图应与机床实际加工状态一致。表示出工件安装状态及主轴加工方法。 2)图中尺寸应标注完整,尤其是从多轴箱端面至刀尖的轴向尺寸链应齐全,以便于检查行程和调整机床。图中应表示出机床动力部件的工作循环及各行程长度。3)加工示意图应有必要的说明。如被加工零件的名称、图号、材料、硬度、加工余量、毛坯要求、是否家冷却液及其它特殊的工艺要求等。最终得到的加工示意图。 3.3.3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图是用来表示机床的配制形式、机床各部件之间相对位置关系的总体布局图。它是夹具、刀具、刀杆等专用部件设计的重要依据。1.选择动力部件 动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。 动力箱规格要与滑台匹配,其驱动功率主要依据主轴箱所需传递的切削功率来选用。在不需要精确计算主轴箱功率或主轴箱尚未设计出来之前,可按下列简化公式进行估算: =式中 -消耗于各主轴的切削功率的总和,单位为KW;计算公式详见组合机床设计简明手册表6-16。-主轴箱的传动效率,加工黑色金属时取0.8-0.9,加工有色金属时取0.7-0.8;主轴多、传动复杂时取小值,反之取大值。 由组合机床设计简明手册表5-38、5-39得:右主轴箱选用1TD32型动力箱驱动 电动机选用Y112M-6,功率为2.2KW,电动机转速为940 r/min。机械滑台和液压滑台性能的特点对比滑台类型优 点缺 点机械滑台1 进给量稳定,慢速无爬行。高速无振动。可以降低工件的表面粗糙度。2 具有较好的抗击性能3 运行安全可靠,调整维修方便4 没有液压驱动的管路漏油,噪声和液压占地问题。1只能有级变速,变速比较麻烦2 一般没有可靠的过载保护,快进转工进时转位精度低。液压滑台1 液压滑台在相当大的范围内进给量可以无级调速;2 可以获得较大的进给力;3 由于液压驱动零件磨损小,使用寿命长;4 工艺上要求多次进给时通过液压换向阀很容易实现;5 过载保护简单可靠;6 由行程调速阀来控制滑台的快进转工进转位精度高,工作可靠。1进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定;2 液压漏油现象影响工作环境,能源浪费;3调整维修比较麻烦。由此选机械滑台。由组合机床设计简明手册表5-5、5-6得:机械滑台选用1HJb40型,行程400mm;滑台侧底座选用1CC401型。2.装料高度的确定 装料高度指工件安装基面至机床低端面的垂直距离。组合机床标准中,推荐装料高度为1060mm,但根据具体情况,如车间运输工件的滚道高度、主轴箱主轴的高度等因素,在8501060mm选取,取H=967mm.3.工装夹具轮廓尺寸的确定 工件的尺寸和形状是确定夹具底座的尺寸的基本依据。确定夹具底座尺寸时应考虑工件的定位件,夹紧机构、刀具导向装置的需求空间,应满足排屑和安装的需要。钻削和镗削的模架体厚度约为100300mm。根据上面的要求,大约估计取夹具体的底座长为819mm,宽度为566mm。4.中间轮廓尺寸的确定 中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面连接安装的需要。中间底座长度尺寸根据所选的动力部件(滑台、滑座)及配套部件的位置关系的确定。还应考虑主轴箱处于终了位置时,主轴箱与夹具之间有适当的距离,以便机床调整、维修;另外中间底座应有70100mm的排屑或冷却液回流槽。中间底座长度方向尺寸,要根据所选动力部件和夹具的安装来确定。由组合机床设计简明手册表2-5得:中间低座L=1000mm,B=630mm。由上面所得尺寸可以绘制出机床联系尺寸。 5.确定主轴箱轮廓尺寸 标准通用钻主轴箱的厚度是一定的,卧式为325mm,立式为340mm。因此,确定主轴箱尺寸,主要是主轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度。主轴箱宽度B、高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关,可按下式确定: B=b+2 H=h+ =+-(0.5+)式中 b-工件在宽度方向相距最远的两孔距离,单位为mm; -最边缘主轴中心至箱体外壁距离,单位为mm; h-工件在高度方向相距最远的两孔距离,单位为mm; -机床装料高度,单位为mm; -最低主轴高度,单位为mm; -滑台总高,单位为mm; -侧底座高度,单位为mm; 推荐70-100mm。对于卧式组合机床,要保证润滑油不至于从主轴衬套处漏到箱外,推荐85-140mm =+-(0.5+) =40+967-(0.5+320+560) =126.5mm取=90mm, H=h+=220+126.5+90=436.5mm 由此按通用箱体系列尺寸标准,由组合机床设计简明手册表7-1得: 主轴箱尺寸为 BH=630mm500mm。 6.绘制机床联系尺寸总图的注意事项 机床联系尺寸总图应按机床加工终了状态绘制。图中应画出机床各部件在长、宽、高方向的相对位置联系尺寸及动力部件退至起始位置尺寸;画出动力部件的总行程和工作循环图;应注明通用部件的型号、规格和电动机型号、功率及转速:对机床各组成部分标注分组编号。当工件上加工部位对工件中心线不对称时,应注明动力部件中心线同夹具中心线的偏移量。机床加工方向从工件中心到夹具、主轴箱、滑台、再由滑台返回到滑座前端、侧底座、中间底座、工件中心的尺寸链应封闭。7.机床分组为了便于设计和组织生产,组合机床各部件和装置按不同的功能划分编组。组号划分规定如下:(1)第10-19组-支承部件。一般由通用的侧底座、立柱及其底座和专用中间底座等组成。(2)第20-29组-夹具及输送设备。夹具是组合机床主要的专用部件,常编为20组,包括工件定位夹紧及固定导向部分。(3)第30-39组-电气设备。电气设计常编为30组,包括原理图、接线图和安装图等设计,专用操作台、控制柜等则另编组号。(4)第40-49组-传动装置。包括机床中所有动力部件如动力滑台、动力箱等通用部件,编号40组,其余修改部分内容或专用的传动设备则单独编组。(5)第50-59组-液压和气动装置。(6)第60-69组-刀具、工具、量具和辅助工具等。(7)第70-79组-主轴箱及其附属部件。(8)第80-89组-冷却、排屑及润滑装置。(9)第90-99组-电气、液压、气动等各种控制挡铁。8.机床生产率计算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、负荷率等的技术文件。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。1.理想生产率Q理想生产率Q是指完成年生产纲领A所要求的机床生产率。它与全年工时总数有关,一般情况下,单班制取2350h,两班制取4600h,则Q=2. 实际生产率实际生产率是指所设计机床每小时实际可生产的零件数量。即=式中 生产一个零件所需要的时间(min),可按下式计算:=(+)+()式中 分别为刀具的第一、第二工作进给行程长度,单位为(mm);分别为刀具的第一、第二工作进给量,单位为(mm/min);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510转所需的时间,单位为(min);-分别为动力部件快进、快退行程长度,单位为(mm);-动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取5-6m/min ;用液压动力部件时取3-10m/min;-直线移动或回转台进行一次工位转换时间,一般取0.1min;-工件装、卸时间。它取决于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。通常取0.5-1.5min。辅助时间(min),包括快进时间、快退时间、工作台移动或转位时间,装卸工件时间;即 式中 分别为动力部件快进行程长度、快退行程长度(mm);动力部件的快速移动速度(mm/min);工作台移动或转位时间(min),一般为0.050.13min;装卸工件时间(min),一般为0.050.13min。 如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求,即,则必须重新选择切削用量或修改机床设计方案。 3.机床负荷率当时,机床负荷率为二者之比。即 组合机床负荷率一般为0.750.90。 第四章 组合机床主轴箱设计一主轴箱的基本结构及表达方法第一节 主轴箱的基本结构及表达方法主轴箱是组合机床的重要专用部件。它是根据加工示意图所确定的工件加工孔的数量和位置、切削用量和主轴类型设计的传递各主轴运动的动力部件。其动力来自通用的动力箱,与动力箱一起安装于进给滑台,可完成钻扩铰镗孔等加工工序。 主轴箱一般具有多根主轴同时对一列孔系进行加工。但也有单轴的,用于镗孔居多。多轴箱按结构特点分为通用(标准)多轴箱和专用多轴箱两大类。前者结构典型,能利用通用的箱体和传动件;后者结构特殊,往往需要加强主轴系统刚性,而使主轴及某些传动件必须专门设计,故专用多轴箱通常指“刚性主轴箱”,即采用不需刀具导向装置的刚性主轴和用精密滑台导轨来保证加工孔的位置精度。通用主轴箱则采用标准主轴,借助导向套引导刀具来保证被加工孔的位置精度。 4.1.1 大型主轴箱的组成及表达方法1.通用主轴箱由通用零件如箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构等组成。有箱体、前盖、后盖、上盖、侧盖等为箱体类零件;主轴、传动轴、传动齿轮、动力箱或电动机齿轮等为传动类零件;叶片泵、分油器、注油标、排油塞、油盘和防油套等为润滑及防油元件。2.主轴箱总图绘制方法特点(1)主视图 用点划线表示齿轮节圆,标注齿轮齿数和模数,两啮合齿轮相切处标注罗马字母,表示齿轮所在排数。标注各轴号及主轴和驱动轴、液压泵轴的转速和转向。(2)展开图 每根轴、轴承、齿轮等组件只画轴线上边或下边一半,对于结构尺寸完全相同的轴组件只画一根,但必须在轴端注明相应的轴号;齿轮可不按比例绘制,在图形一侧用数码箭头标明齿轮所在排数。 4.1.2 主轴箱通用零件多轴箱通用零件的编号方法如下T07或1T07系指TD或1TD系列动力箱配套的主轴箱通用零件,其标记方法详见表4-1、表4-2、表4-4、表4-5和第七章相应的配套零件表。小组号:1-主轴箱体类零件; 2-主轴类零件; 3-传动轴类零件; 4-齿轮类零件。1.通用箱体类零件 箱体材料为HT200,前、后、侧盖等材料为HT150。多轴箱的标准厚度为180mm,前盖厚度为55mm,后盖厚度为90mm。 2.通用主轴 按支撑型式可分为三种:1) 滚锥轴承主轴:前后支承均为圆锥滚子轴承。2) 滚针轴承主轴:前后支承均为无内环滚针轴承和推力球轴承。3) 滚珠轴承主轴:前支承为推力球轴承、后支承为向心球轴承或圆锥滚子轴承。因推力球轴承设置在前端,能承受单方向的轴向力,适用于钻孔主轴。3.通用传动轴通用传动轴一般用45号钢,调质处理;滚针轴承传动轴用20Cr钢,热处理S0.5C59。4.通用齿轮和套主轴箱用通用齿轮有:传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮。第二节 通用主轴箱的设计 4.2.1 主箱设计原始依据图主轴箱设计原始依据图是根据“三图”绘制的。其主要内容及注意事项如下:1)根据机床联系尺寸图,绘制主轴箱外形图,并标注轮廓尺寸及与动力箱驱动轴的相对位置尺寸。2)根据联系尺寸图和加工示意图,标注所有主轴位置尺寸及工件与主轴、主轴与驱动轴的相对位置尺寸。3)根据加工示意图标注各主轴转速及转向主轴逆时针转向可不标,只注顺时针转向。4)列表标明各主轴的工序内容、切削用量及主轴外伸尺寸等。5)标明动力部件型号及其性能参数等。 主轴箱设计原始依据图注:a)被加工零件:箱体类零件,材料及硬度,HT250-10 HB200-241。b)主轴外伸及切削用量: 主轴参数表轴号主轴外伸尺寸(mm)切削用量D/dL工序内容n(r/min)v(m/min)f(mm/r)1,2,3,4,5,632/20115钻10.5857280.14.2.2 主轴、齿轮的确定及动力计算1.主轴型式和直径、齿轮模数的确定主轴的型式和直径,主要取决于工艺方法、刀具主轴联结结构、刀具的进给抗力和切削转矩。钻孔采用滚珠轴承主轴。主轴直径按加工示意图所示主轴类型及外伸尺寸可初步确定。传动轴的直径也可参考主轴直径大小初步选定。齿轮模数m(单位为mm)按下列公式估算: 式中 P齿轮所传递的功率,单位为kW; Z一对啮合齿轮中的小齿轮齿数; N小齿轮的转速,单位为r/min主轴箱中的齿轮模数常用2、2.5、3、3.5、4几种。为便于生产,同一主轴箱中的模数规格最好不要多于两种。因此选用齿轮模数为3、4两种。2.主轴箱所需动力的计算主轴箱的动力计算包括主轴箱所需的功率和进给力两项。传动系统确定之后,主轴箱所需功率按下列公式计算:(组合机床设计简明手册p62)1.125+0.276+1.125=1.41225KW主轴箱所需的进给力(单位为N)可按下列公式计算 1101.96=6611.4N实际上,为克服滑台移动引起的摩擦阻力,动力滑台的进给力应大于。 4.2.3 主轴箱传动设计主轴箱传动设计,是依据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转速要求,设计传动链,把驱动轴与各主轴连接起来,使各主轴获得预定的转速和转向。1.对主轴箱传动系统的一般要求a)在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下,力求使传动轴和齿轮的规格,数量为最少;b)尽量不要用主轴带动主轴的方案,以免增加主轴负荷,影响加工质量。c)为使结构紧凑,主轴箱内齿轮副的传动比一般要大于1/2(最佳传动比为11/1.5),后盖内齿轮副传动比允许取至1/31/3.5;尽量避免用升速传动。d)用于粗加工主轴上的齿轮,应尽可能设置在第排,以减少主轴的扭转变形;精加工主轴上的齿轮,应设置在第排,以减少主轴端的弯曲变形。e)主轴箱内具有粗精加工主轴时,最好从动力箱驱动轴齿轮传动开始,就分两条传动路线,以避免影响加工精度。f)驱动轴直接带动的转动轴数不能超过两根,以免给装配带来困难。g)刚性镗孔主轴上的齿轮,其分度圆直径要尽可能大于被加工孔的孔径,以减少震动,提高运动平稳性。主轴箱传动设计过程中,当齿轮排数排不够用时,可以增加排数。2.拟定主轴箱传动系统的基本方法拟定主轴箱传动系统的基本方法是:先把全部主轴中心尽可能分布在几个同心圆上,在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴;非同心圆分布的一些轴,也宜设置中间传动轴;然后根据选定的各中心传动轴再取同心圆,并用最少的传动轴带动这些中心传动轴;最后通过合拢传动轴与动力箱驱动轴连接起来。1) 所需加工孔的位置分布2)确定驱动轴转速转向及其在主轴箱上的位置驱动轴及传动轴的分布位置3)用最少的传动轴及齿轮副把驱动轴和各主轴连接起来在主轴箱设计原始依据图中确定了主轴的位置、转速和转向的基础上,首先分析主轴位置,拟定传动方案,选定齿轮齿轮模数,再经过“计算、作图和多次试凑”相结合的方法,确定齿轮齿数和中间传动轴的位置及转速。齿轮和齿轮模数及传动轴转速的计算公式:(组合机床设计简明手册p65)式中 啮合齿轮副传动比; 啮合齿轮副齿数和; 分别为主动和从动齿轮齿数; 分别为主动和从动齿轮转速,单位为; A齿轮啮合中心距,单位为mm; m齿轮模数,单位为mm总传动比为: 取传动轴上齿轮的齿数为 47,则主轴上齿轮的齿数为26。驱动轴0传动轴7:m=4 u=1.82 传动轴7主轴1、2、3、4、5、6 :m=3 u=2.37 主轴1、2、3、4、5、6都相同,有传动轴带动。 传动轴7传动轴8油泵轴9:m4 传动轴7传动轴8: 第四排 传动轴8油泵轴9: 第一排 4)润滑泵轴和手柄轴的安置 主轴箱常采用叶片油泵润滑,油泵供油至分油器经油管分送至各润滑点。油泵安装在箱体前壁上,泵轴尽量靠近油池。油泵轴的齿轮齿数为15,模数为4mm,转速应当在500800范围内。通常油泵齿轮放在第排,以便于维修。当泵体或管接头和传动轴相碰时,可改用埋头传动轴。主轴箱一般设手柄轴,用于对刀、调整或装配检修时检查主轴精度。手柄轴转速尽量高些,其周围应有较大空间。5)六孔钻削主轴箱坐标检查图六孔钻削主轴箱坐标检查图主传动轴坐标值表坐标销O驱动轴0传动轴7主轴1主轴2X02652652
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