范文一:组合机床主轴箱设计
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毕业设计(论文)
组合机床主轴箱设计
COMBINATION MACHINE TOOL
HEADSTOCK DESIGN
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摘要
连杆装置被广泛应用,通常用于发动机的传动部件,其市场需求量较大,同时因为是重要的传动部件,所以工艺要求极高。如何能够大批量生产连杆零件,并保证它的加工精度是选择其加工机床的前提条件。组合机床的优点是低成本、高效率,而且设计方便,配置灵活,同时加工稳定,加工工序集中。因此企业一般设计并使用组合机床来生产该类零件。
多工位组合铣床,用于加工发动机连杆零件。多轴箱是组合机床重要组成部分,本课题研究的是组合机床主轴箱的设计,针对其在在开发过程中存在的难点进行了重点研究。本课题根据要研制的组合机床的用途,并针对其特点,对组合机床的主要的零部件进行分析并进行设计,选择合适的部件加以配置,确定组合机床的各性能参数,加工性能和尺寸等。制定组合机床的总体方案,然后根据制定的方案重点对主轴箱进行分析设计,设计传动系统计算动力参数,根据要求选用合适传动零件,及其配套部件。最后根据设计结果绘制组合机床的主轴箱装配图。组合机床的主要设计内容有以下四大部分:(1)制定工艺方案 (2)组合机床的总体设计 (3)组合机床主轴箱设计 (4)夹具的设计
关键词 组合机床;主轴箱;设计;
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Abstract
The connecting rod device is widely used in automobile engines,the engine is one of the
main transmission parts. The market demand of the connecting rod is larger, but because it is an important transmission part, so the requirements of high technology. How can the mass production of the connecting parts, and to ensure that its processing precision is a prerequisite for the selection of machine tool. Combination of machine tool has lost advantages ,such as low
cost, high efficiency, and stable processing, centralized processing, and facilitate the design, flexible configuration, so general corporate design and use modular machine tool to produce this kind of parts.
Multi station combined milling machine for machining engine connecting rod parts. Multi -axle box is an important part of the modular machine tool .This research is the headstock of modular machine tool design, aiming at the difficulties existing in the development process has been the focus of research. This topic according to the modular machine tool for the development of the use of and according to its characteristics, the combination of machine tools main components were analysis and design, choose the suitable components be configured, determine the combination of machine tools of various performance parameters, processing performance and size and make the overall scheme of the combination of machine tools. And then according to the plan on the spindle box of analysis and design, the design of transmission system calculation of dynamic parameters, according to the requirements of the appropriate transmission parts and supporting components. Finally,according to the design drawing of modular machine
tool spindle box assembly. The main design of the machine tool has the following four parts:
(1)the development of technology programs (2) the overall design of combined machine tool (3) combination machine tool headstock design and fixture design (4) fixture design
Keywords Combination of machine tool spindle box design
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目 录
摘要 .................................................................................................................................................. I Abstract ........................................................................................................................................ II 目 录 .................................................................................................................................... I 1 绪论 ............................................................................................................................................. 1 1.1 组合机床的特点 .................................................................................................................. 1 1.2组合机床的分类 ................................................................................................................... 2 1.3组合机床的工艺范围和发展方向 ....................................................................................... 3 1.3.1 组合机床工艺范围 ....................................................................................................... 3 1.3.2 组合机床发展方向 ....................................................................................................... 3 2 组合机床总体设计 ..................................................................................................................... 5 2.1 工艺方案的拟定 ................................................................................ 错误~未定义书签。 2.1.1被加工零件特点 .......................................................................... 错误~未定义书签。 2.1.2加工工序和加工精度的要求 ...................................................... 错误~未定义书签。 2.1.4刀具结构的选择 .......................................................................... 错误~未定义书签。 2.1.5加工余量的确定 .......................................................................... 错误~未定义书签。 2.2定位分析、基准选取及制定工艺路线 ............................................. 错误~未定义书签。 2.2.1工艺基面的选择 .......................................................................... 错误~未定义书签。 2.2.2工序安排 ...................................................................................... 错误~未定义书签。 2.2.3铣削用量的选择 .......................................................................... 错误~未定义书签。 2.2.4 确定切削力、切削功率、切削转矩 ......................................... 错误~未定义书签。 2.3 组合铣床的总体设计——三图一卡 .............................................. 错误~未定义书签。 2.3.1被加工零件的工序图 .................................................................. 错误~未定义书签。 2.3.2 被加工零件的加工示意图 ......................................................... 错误~未定义书签。 2.3.3 组合机床联系尺寸图的绘制 ..................................................... 错误~未定义书签。 2.3.4 生产率计算卡 ............................................................................. 错误~未定义书签。 3 组合机床主轴箱设计 ............................................................................... 错误~未定义书签。 3.1主轴箱设计的原始依据 .................................................................. 错误~未定义书签。 3.2主轴的设计要求 .............................................................................. 错误~未定义书签。 3.3 运动参数和动力参数的确定 ......................................................... 错误~未定义书签。 3.3.1主轴直径的初步估算 .................................................................. 错误~未定义书签。 3.3.2主轴的受力分析 .......................................................................... 错误~未定义书签。 3.3.3计算传动参数 .............................................................................. 错误~未定义书签。 3.3.4齿轮模数校核 .............................................................................. 错误~未定义书签。
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3.3.5轴各参数计算 .............................................................................. 错误~未定义书签。
3.3.6轴的强度校核 .............................................................................. 错误~未定义书签。
3.4主轴箱的坐标计算 .......................................................................... 错误~未定义书签。 4组合机床专用夹具设计 .............................................................................................................. 6 4.1组合机床专用夹具的特点 ................................................................................................... 6 4.2机床专用夹具设计方法 ....................................................................................................... 6 4.3定位的选择 ........................................................................................................................... 7 结论 ................................................................................................................................................. 9 致谢 ............................................................................................................................................... 10 参考文献 ....................................................................................................................................... 11 附录 ............................................................................................................................................... 12 附录1 ......................................................................................................................................... 12 附录2 ......................................................................................................................................... 12
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1 绪论
1.1 组合机床的特点
组合机床是用大量的通用部件并辅以少量专用部件组成,它是按照被加工工件工艺要求,为针对某类工件设计配置而成的专用机床,组合机床适用于大批、小批和大量的生产企业,广泛的被用于加工大、中型箱体以及箱体类的工件,组合机床可完成各种孔类加工(如钻孔、扩孔、镗孔、铰孔),也可用来加工各种螺纹,在孔内镗各种类型的槽,以及
[11]铣削,列如(车端面和凸台,铣削平面)。通过控制总的电气控制系统,组合机床各个部件的工作能够组成一个统一的循环,其部件在设计阶段,被设计成独立存在,以合理的规格尺寸联系,来实现其高度的通用化、系统化和标准化,组合机床是自动循环的工作方式。为了加工的工艺最大化,工件在加工过程中通常是不动的,加工的主运动和进给运动都是由刀具实现。组合机床本身有多把道具,刀具可同时工作,对工件从几个不同方向进
[9]行加工,这种形式使工序集中,并保证极高的劳动生产率。
组合机床与普通机床有许多不同点,和专用机床、万能机床相对比之下,如下特点:
1) 通用零、部件是构成组合机床的基础,约占 70% , 90% 的比例。这样的组成形式降低了设计劳动量,也缩短了设计、研制制造的周期。组合起床使用方便,在需要的时候,可以对机床的部分结构甚至整体完全进行改装,组合成符合加工需要的新设备,在重新改装的方面上,组合机床的这一优点是其它机床所不具有的。
2) 工序固定,加工精度稳定,组合机床能按照最佳加工方案进行加工,是因为组合机床是按被加工对象的具体工艺要求进行设计的,实现完美加工。
3) 组合机床能提高生产率实现集中工序的基础是在机床上可以同时采用多把刀具从不同的位置方向对工件进行加工。
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4) 组合机床可以采用多轴加工实现在一次装夹之下对工件进行多孔多面同时加工,由于只进行一次装夹,减少因供需之间的转换变更造成的误差,提高了其各项工艺性。机床多工序加工的实现,其影响是深远的,不仅提高了加工效率,加工产品的品质也得到长足提高,而且减少占地面积。
5) 组合机床的适用性强,零部件大多数都是通用的标准部件,标准件匹配性强,部件可以随时更换,机床的维护和修理容易。
6) 配置灵活也是组合机床的特点之一,这得宜于其机构的组合化和模块化。灵活配置,组合成各种生产线,形成加工流水线。
1.2组合机床的分类
组合机床有多种分类方式,这些分类方式分别是跟据它们不同的配置构造以及它们的特点。大型和小型两大类是对组合机床最普通的分类方式,这是依据了他们外观的大小。根据机床在结构上的不同,配置型式等方面差异还可以进行详细的分类。组合机床还有立式与卧式之分以及集合他们特点的复合式。按照机床不同的配置形式又可分为两大类,分别为单工位和多工位组合机床。而单工位的组合机床机床又可细分为单面,双面,及复杂的三面,四面和复合配置,多工位的组合机床按配置形式则分为多种形式:有固定式工作台的、有回转工作台的,还有另种工作台比较复杂的回转鼓轮式、中央立柱式等。
根据配置形式的不同,将大型组合机床进行分类,按配置形式我们分别来分析它们的特点:
1. 具有固定夹具的单工位组合机床
工作特点:此机床有固定夹具,工件安置在此夹具中后被固定,方便机床的加工,可保证加工精度。
使用场合:对于这种机床生产率比较低,这种类型的机床通常适用于加工大中型箱体类的零件。
单工位组合机床有以下几种:
卧式:单工位卧式机床有三种配置形式,单面形式(单面加工),多面形式(从两个方位进行加工),以及复杂的多面形式(此形式可从多方位对工件加工)。
立式:主轴垂直布置,只有单面配置形式
倾斜式:有单、双、多面等配置形式(其主轴倾斜布置)。
复合式:这种机床的的组合形式有比较简单的卧式和立式,还有一种比较复杂的比较复杂的立、卧、倾斜三种混合的组合形式。
2. 多工位组合机床
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1)移动工作台组合机床:可先后在两个工位上从两面同时加工,夹具和工件随工作台移动实现工位变换
2)回转工作台组合机床:工作台直径一般在1600慢慢以下,每个工位可同时加工,工位数一般是2~12个,通过回转工作台,作周期转,将工件依次送至个工位,实现工位变换进行加工。这种机床生产率较高,适用于大型零件加工
3)中央立柱式组合机床:机床的工作台可进行环形分度回转,可进行多工序加工是因为工作台把要加工的工件依次送至各个工位。中央立柱可布置动力部件,环形工作台直径一般在300mm以内。
4)鼓轮式组合机床:机床两端的动力头对零件进行加工时,是从工件两面进行加工的。
1.3组合机床的工艺范围和发展方向
1.3.1 组合机床工艺范围
组合机床可以完成钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削端面、切削平面、切削内外螺纹以及加工圆和端面等工序,还可以进行某些特殊工序(列如,尺寸检查和简单的装备);在实际生产中,平面加工和孔加工的组合机床的效率是最高的,所以组合机床最主要还是
[1]用于这两种工序的加工。随着电子化、信息化、自动化技术的发展,其加工工艺范围也逐渐扩大,除了车外圆、拉削、磨削、衍磨等工序,也能完成行星铣削、抛光、冲压等工序;此外,还可以完成非切削工作(诸如成自动装配和检测、焊接、热处理、清洗和零件分类及打印等);目前,我国的组合机床已主要为汽车、军工、农机、工程机械、电力设备、铁路机车、船舶等行业服务,我国已连续几年成为世界最大的机床消费国和机床进口国,是世界第三大机床生产国。虽然与国外的差距还很大,但在组合机床及其自动线上也
[1]获得较快的发展。
1.3.2 组合机床发展方向
目前组合机床还在快速发展当中,综合各资料其发展方向有以下几点:
(1)提高通用部件的水平 测定水平高低的主要标准是:动态参数及静态性能优越,
[13]品种规格齐全,工艺性好,精度高,并且还具有较高的精度保持性。功率单元采用镶钢导轨,滚珠丝杠,静压导轨、静压轴承,齿形带的新结构和焊接结构支撑部件。有关部分
[8]的动态和静态性能的精度的提高这样的,加工工件的精度有明显改进,表面粗糙度减小.
(2)提高生产力 目前组合机床全自动线的效率继续增加,循环时间一般1 ~ 2min效率更高的一些甚至仅为10~30s,布置增加刀具的数量加工的同时。
(3)扩大加工范围 现在组合机床自动线一般不仅仅只是完成一个工件加工的过
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程,往往是用来完成工作的所有处理程序。平面削、钻,还有精镗等工艺,除了这些常见的工艺还能进行无切削加工工艺,列如检测、焊接、热处理等。
(4)提高加工精度 很多精加工的工序被纳入了组合机床及其自动线的加工过程,确保加工精度,确保工艺稳定性是使自动线能够进行更多精加工的前提条件。应用自动测量技术是实现提高精度的做出的改进之一。提高精度最好在不停机的条件下而能自动调整刀具,为此自动补偿刀具技术应运而生,此技术的产生不仅提高精度和质量,还提高了效率。
(5)提高机床的自动化程度 随着时代的进步,各项技术突飞猛进,自动化发展也非常迅速,自动化控制技术已经被广泛应用,它的出现可以使组合机床形成自动生产线,这很好的改善人机关系,减少劳动量。组合机床自动化程度不断被提高,为了更加高效,更省时省力,它正朝着全自动方向全速发展。所以,关键是要解决组合机床夹紧工件的自动化和生产自动化。
(6)提高组合机床及其自动线的可调性 研究组合机床的专家们又向新的目标迈步,组合机床目前在可调多级多刀和自动线这两个领域上近几年迅速发展。它们中的大多数都是采用机器自动线的组合数字程序控制。除了早期发展,现在又创造更多新式且先进的机床,如自动换刀的机床,以及技术更加先进的组合机床还可以完成多轴箱自动更换。
可以自动更换零件的组合机床多轴箱。完成一个工件加工所有这样的机器可以使用,可以发挥作用在管道。目前电子化,数字化技术发展迅速,机床的程序控制逐渐的取代了人工控制和半自动化。
(7)超小型等特殊组合机床的开发 为超小型组合机床的发展以满足仪器仪表行业的需求,小型箱加工制造,是开发小型机床的关键技术,超小型机床市场越来越广泛。超小型机床虽然体积小但是与大型机床相比其效率同样很高。体积小,占地面积就小,节约空间,降低综合成本,同时效率高,加工精度高,这些优点使超小型机床越来越受欢迎。如此好的市场前景,这也为其发展提供了充足的动力。
(8)发展专用组合机床及其自动线 在过去组合机床只能按具体加工对象专门设计,随着组合机床技术的发展,现在用户根据自己偏好,根据加工的经济性,针对加工产品的需要,在所能承受的经济范围内,选择一些满足加工要求的技术设备,再配上合适的机加工刀具,在专业人士的组合安装下,即可完成符合要求的高效组合机床(用于加工一定对象的)。
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2 组合机床总体设计 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
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4组合机床专用夹具设计
4.1组合机床专用夹具的特点
夹具也是技术设备的一部分,在加工和装配夹具过程可以从中了解高水平的工艺,专用夹具的高标准化是由于该夹具是由模块化的的元件组成。由于其组件模块化,标准化,这样的结构组成可实现夹具零件的快速调整。并且标准的模块化的元件也可循环利用,其结构可实现快速调节。因此可降低夹具生产时间60%以上;生产过程的,超过80%的节省
[15]原材料。
组合夹具从功能上来看,属于一个特殊的装置,是专用夹具的一种,结构特征是:组合装置易于连接和拆除的,可循环利用,可回收。改夹具使用高精度、高强度标准件组装而成。专用夹具设计和制造过程中,需要制造特殊的工件,制造厂根据图纸为夹具制造专用元件。而组合夹具先用的的部件都是标准的通用元件,这是专用与组合夹具的不同点。加工零件的夹具,用于新产品的开发,经常对产品进行变换,和一个短的时间,许多政府部门和企业的采用组合夹具的经济效益是显而易见的。在分析钻夹具,铣削,车削,铣削和处理部分的组装,焊接,检测步骤可以包括精度,精度控制相结合的直角尺寸在0.05,误差在?5尺寸之内。可组合在一起夹具零件,通常尺寸在100mm以下的,现在已经生产出来很大的组合元件,其出现使组合家具的适用范围不断的扩大。
4.2机床专用夹具设计方法
?明确设计任务,收集研究原始资料
? 拟定夹具结构方案,绘制夹具草图
(1)分析零件图和工序简图,选择合理的定位方式,可以从零件的生产类型和技术要求方面考虑,设计定位方式,定位装置。
(2)拟定工件的夹紧方案,根据工件的尺寸和夹紧要求,选用合适夹紧装置。
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(3)根据工序使用的机床和刀具选择对刀及引导方式,不同的机床,不同的刀具影响对刀及引导装置的选择,在选择过程中可直接选择一致的标准装置。
(4)确定其他所要用的元件和装置的结构形式,通常需要用到定位键,分度装置等。
(5)确定夹具的总体结构,明确夹具在机床上的安装。首先应提出几种不同的方案,不同的方案设计,经过分析和比较,对夹具的结构优化方案的最终选择。
?绘制夹具总图
?确定并标注有关尺寸和夹具技术要求
?绘制夹具零件图
4.3定位的选择
对于双端面铣削连杆安排部署,我认为可以考虑的方式有很多种,经过深思熟虑,对如下方案进行比较,选择连接杆的凹形面,放置在机床支承面的圆形轮盘,机加工件可准确固定位置,特别夹具的和有效的夹紧力锁,设计方案,图4-1。这样的设计可快速批量生产。另一种设计方案,可以考虑加工工艺和成本的需要,可以定位块定位的一部分,以满足生产工艺的要求。图4-2定位块的定位和夹紧方案。
对于这个两个设计,每一个都有其特点,但是从可以很好的拆卸和安装方面选择我偏向于第二种方案,它能够在保证加工精度的前提条件下最大程度减少装夹时间的要求。
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图4-1定位图 图4-2定位图
4.4夹紧机构
夹紧机构的组成是固定的,动力装置(这是产生夹紧力的装置)和中间传动机构(这是传输机制,在源和夹紧元件之间),夹紧元件夹紧装置作为最终的执行。
1.夹紧动力
对工件的夹紧可靠,夹紧力的大小是至关重要的,大的或小的都不行,夹紧力大会引起较大的变形的工件和夹具,夹紧力直接决定了夹紧装置的复杂性。由于液压装置具有良好的性能,本设计采用液压装置提供高压电源。
2.夹紧机构
自动夹紧省时省力,所以本设计采用自动夹紧方式而不采用手动方式。可以考虑采用气动夹紧机构来夹紧工件。而且液压机构动力足,在本本课题中也将采用了液压夹紧机构。
采用联动夹紧机构夹紧工件虽然有其方便的地方,这种方式也存在一些要注意的几点问题,如果能解决这些问题,这将是比较理想的夹圧方案,这些问题有如下几点:
1)此设计考虑到诸多限制因素,通过各种分析,最终决定采用拥有夹具联动夹紧机构的浮动环节。各夹压装置均在夹紧工件可能出现相互干涉,为了防止这一问题,在联动夹紧机构中的设计过程中,设置浮动环节是必要的,采用浮动装置可以提攻足够的浮动量,解决这一干涉现象。
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2)夹紧机构需要足够的刚性强度以满足夹紧需要,为此应避免采用细长杆件,通过改变夹压板厚度,同时也要把传动杠杆径的尺寸设计的大一些,在接下来也要把紧螺杆杆径应设计得大些,以此来保证夹紧机构的刚性。
3)采用联动夹紧,要保证松夹时,所有压板都能松开工件。为了能保证夹具在松开的时候,夹具的夹板要将所有的工件都松开,所以要采用联动夹紧方式。
结论
本课题研究的是多工位组合铣床,用于加工发动机连杆零件。针对其在在开发过程中存在的难点进行了重点研究,加工工程中可能出现的各种难点核问题,如何攻克这些问题是一项和大的考验。针对这些可能出现的问题,必须保证被加工零件的加工精度,设计过程中就要对这些可能出现的问题进行以下研究:
研究的基本内容:
明确本课题根据要研制的组合机床的用途,并针对其特点,对组合机床的主要的零部件进行分析并进行设计,选择合适的部件加以配置,确定组合机床的各性能参数,加工性
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能和尺寸等,然后制定组合机床的总体方案,绘制装配图和部部分零件图。
1)多轴箱传动系统的分析,拟定其个尺寸参数;
2)计算并验算主轴转速、计算主轴坐标和其尺寸并进行检验;
3)传动齿轮齿数及模数的确定;
4)绘制主要零件图,主轴箱尺寸坐标图、机床总装图等;
5)夹具的设计计算;
研究方法:
1)通过得到的的原始要求和已知条件,以“三图一卡”为根据,并根据其他一些补充条件,设计整理编绘多轴箱设计原始依据图,其内容要包括多轴箱设计过程中的制定的工艺要求,和初步设计尺寸等内容。
2)主轴有多种结构型式,零件加工工艺是决定主轴的结构型式的条件之一,如何去选择合适的结构,也需要仔细考虑。根据考虑主轴的受力情况和工作条件等限制因素的需求选择合适的结构形式并对其进行动力计算。
3)传动系统的拟定选择、设计与计算。对传动系统的设计要求:设计的结构尽量比
刀的数量较多的时候,可以采用多根主轴被一根中间传动轴带动传动形式,较简单。若走
当齿轮啮合中心距不符合标准时,可采用一些措施进行优化,稍微改变传动比,也可采用变位齿轮来降低其影响。
4)设计多轴箱坐标并将其坐标计算出来。对于多轴箱的设计,为了简化其加工制造的工艺与工序,在设计过程中,要注意坐标架的选择,一般都是配置基准坐标架。
致谢
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参考文献
[1] 谢家瀛. 组合机床设计简明手册[M]. 北京: 机械工业出版社,1994. [2] 周建方. 材料力学[M]. 北京: 机械工业出版社, 2002. [3] 徐锦康. 机械设计[M]. 北京: 机械工业出版社, 2001. [4] 陈秀宁,施高义. 机械设计课程设计[M]. 浙江: 浙江大学出版社,2002. [5] 沈世德. 机械原理[M]. 北京: 机械工业出版社, 2001. [6] 吉卫喜(机械制造技术基础[M](北京:机械工业出版社,2001( [7] 陈立德.机械制造装备设计[M]. 北京:高等教育出版社,2010( [8] 大连组合机床研究所(组合机床设计[M](北京:机械工业出版社,1975( [9] 金振华(组合机床及其调整与使用[M](北京:机械工业出版社,1984( [10] 沈阳工业大学.组合机床设计[M].上海:上海科学技术出版社,1985( [11] 朱宝库.机械设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1994( [12] 戴曙.金属切削机床[M].北京: 机械工业出版社,1994(
[13] 机械设计手册编写组.机械设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社,1986( [14] 王恺.机械制图[M].北京:中国标准出版社,1985(
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[15] 杨列群.形状和位置公差位置度公差[M].北京: 中国标准出版社,1992
[16] S. F. Zolotykh and S. M. Turanosov ,Diagnostics of lathe spindles ,Russian Engineering Research, 2009, Volume 29, Number 6, Pages 612-614 [17] A.G. Erdman, G.N. Sandor, S. Kota, Fourth ed., Mechanism Design-Analysis and Synthesis,
Vol. 1, Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, 2001.
附录
附录1
附录2
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范文二:立式组合机床主轴箱设计
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苏 州 市 职 业 大 学
毕业设计说明
毕业设计题目
立式组合机床主轴箱设计
院 系 机电工程系
班 级 10机电4
姓 名 吴强
系 主 任 陶亦亦
教研室主任 陆春元
指导教师 李建蓉
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摘 要
组合机床是一种专用机床,它是由系列化标准化的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成。。组合机床随着生产力的发展,是由万能机床和专用机床发展而来的。
此次设计的目的就是设计一台组合钻床,用于加工拖拉机侧支架的12个孔。任务是机床立式主轴箱的设计。这次设计的内容有组合机床“三图一卡”,组合机床的简要设计,主轴箱设计及其液压系统设计,选择出机床总体及各部件的主要参数,画出液压系统图。主轴箱的设计是这次任务的重点,它是组合机床的重要部件之一。它是由通用部件,按照被加工零件的加工要求,根据专用要求设计的。 合理的安排每一根轴的的位置,选择合适的各级传动比,将动力和运动由电机或动力部件传给各工作主轴,使之得到要求的转速和转向从而实现对零件的加工。其次,合理安排各主轴和传动轴上齿轮所在的排数;合理布置进油口、放油螺栓、分油盘及油管的位置;确定主轴和传动轴的支撑方式和预紧方法也是非常重要的工作。
关 键 词:组合机床 主轴箱 传动轴 立式
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Abstract
Combination machine is a special machine, it is general parts by series of standardized and according to special components to be machined and the processing technological design requirements.. Combination machine tool with the development of productive forces, is by the development of universal machine and special machine tools to.
The purpose of this design is to design a combination drilling machine, used for the 12 hole processing Tractor side bracket. The task is to design a vertical spindle box of machine tool. This design includes combination machine "three charts and a card", briefly the design of machine tool spindle box design, design and selection of main parameters of hydraulic system, the overall machine and its components, draw the diagram of hydraulic system. Spindle box design is the focus of the mission, it is one of the most important parts of combined machine tool. It is a common parts, in accordance with the requirements of the processing parts processing, design according to the special requirements of the.
Reasonable arrangement position of each shaft, selection of appropriate levels of transmission ratio, the power and the movement by the motor or power unit to the work spindle, enable it to obtain the required speed and direction so as to realize the machining of parts. Secondly, reasonable arrangements for the spindle and drive shaft gear is the number of rows; rational arrangement of inlet oil, put the oil bolt, distributor and oil pipe position; determining the spindle and drive shaft support and preloading method is also very important work.
Key words: combination machine, spindle box, drive shaft, vertical, gear
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目 录
摘 要 ....................................................................................................... 2
Abstract ...................................................................................................... 3
前 言 ....................................................................................................... 1
第1章 组合机床概述 .............................................................................. 2 ?1.1 组合机床的简介 ..................................... 2
?1.2 组合机床的特点 ..................................... 2
?1.3组合机床的加工方式 .................................. 3
?1.4组合机床的应用 ...................................... 3
第2章 被加工零件工艺方案的制定 ....................................................... 4 ?2.1 零件分析 ........................................... 4
?2.1.1 零件的用途 ...................................... 4
?2.1.2 零件的技术要求 .................................. 4
?2.2 工艺方案的制定 ..................................... 5
?2.3 组合机床切削量及切削力的确定 ....................... 6
?2.3.1组合机床切削量的确定 ............................ 6
?2.3.2组合机床切削力的确定 ............................ 6
?2.4 主轴直径的确定和主轴箱所需动力计算 ................. 7
?2.4.1主轴直径的确定 .................................. 7
?2.4.2动力箱的选用 .................................... 7
第3章 立式主轴箱的设计 ...................................................................... 9 ?3.1 主轴箱的基本机构及表达方法 ......................... 9
?3.1.1 主轴箱简介 ...................................... 9
?3.1.2 通用主轴箱的组成 ................................ 9
?3.1.3 通用主轴箱的通用零件 ............................ 9
?3.2绘制主轴箱设计原始依据图 ........................... 10
?3.3确定主轴结构型式及齿轮模数 ......................... 11
?3.4主轴箱的传动系统设计 ............................... 12
?3.4.1对主轴箱传动系统的一般要求 ..................... 12
.
.
?3.4.2传动系统的设计与计算 ........................... 13
?3.5 主轴箱坐标的计算 .................................. 19
?3.5主轴箱总图设计 ..................................... 25
?3.5.1 绘制主轴箱总图及补充加工图 ..................... 25
?3.5.2主轴箱补充加工图设计 ........................... 28
结 论 ..................................................................................................... 30 致 谢 ..................................................................................................... 31 参考文献 ................................................................................................. 32
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前 言
机电一体化专业毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及所有专业课之后进行的。这是我们在进行实际就业工作或者以后更远的发展学习之前对所学个课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练。
在这次设计中,我主要设计侧支架卧式主轴箱,由于要加工的工件批量大,六个孔的位置精度高,这就要求在主轴箱设计中要合理的排出传动系统,确保主轴位置精确和传动稳定。由于该零件的六个孔对位置精度要求很高,必须非常合理的排出主轴箱的传动系统,以达到主轴位置准确。其中,尽量减小传动误差,使主轴达到所要求的转速;避免轴与齿轮间的干涉现象;合理的分布手柄轴和油泵的位置。机械制造行业的产品,其结构日趋复杂,精度和性能要求日趋提高,因此对生产设备——机床也相应地提出了高效率、高精度和高自动化的要求。专用机床,就是为了解决大批量,大量生产的零件加工中用于加工某一种(或几种)零件的特定工序的机床
我希望通过此次课程设计对自己未来将要从事的工作进行一次适应性的训练,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力,为今后参加工作打下一个良好的基础。同时,因为设计需要,希望老师能够指导一下,对我设计中有错误的地方提出纠正。在此感谢老师对我的帮助。
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第1章 组合机床概述
?1.1 组合机床的简介;
组合机床(transfer and unit machine)组合机床是以通用部件为基础,配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具,组成的半自动或自动专用机床。
?1.2 组合机床的特点;
组合机床是一种高效率的机床,是机械制造业高速发展必不可少的设备之一,在工厂的实际生产中非常常见。
组合机床具有如下一些特点:
1. 组合机床中有 70% , 90% 的通用零、部件。这些零、部件是经过精心设计和长期生产实践考验的,又有专门厂家成批生产,所以工作稳定可靠,使用、维修方便。
2. 设计组合机床时,主要工作是选用通用零、部件,因此,设计、制造周期短。
3. 当加工对象改变时,原有的通用零、部件可以重新利用,组成新的组合机床。
4. 由于组合机床多采用多刀、多轴、多面、多工位加工,自动化程度很高,所以生产率高。
5. 组合机床加工工件时采用专用夹具、经常采用组合刀具和导向装置等,工序固定、工作自动循环,加工精度靠工艺装备保证,产品质量稳定。同时对操作工人技术水平要求低,劳动强度低。
6. 组合机床很容易组成自动线,实现联合操纵和控制。 .
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?1.3组合机床的加工方式
组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式,组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。
?1.4组合机床的应用
组合机床是以通用部件为基础,配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具,组成的半自动或自动专用机床。它一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化,可根据需要灵活配置,能缩短设计和制造周期。因此,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。
组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时,工件一般不旋转,由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动,来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转,由刀具作进给运动,也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。
专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用,逐步发展成为通用部件,因而产生了组合机床。
为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用,往往需要应用成组技术,把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工,以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种,可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。
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第2章 被加工零件工艺方案的制定
?2.1 零件分析
?2.1.1 零件的用途
侧支架是东方红-75拖拉机全桥式车架的重要组成部分。车架是介于行走系和拖拉机体之间的骨架。它支承着机体,并连接着行走系,使之成为一个整体。而侧支架是连接车架上的纵深和车轴,使车架成为一个整体的关键零件。它的Φ45的孔连接托轮轴,使得托轮得以固定(托轮的作用:用来托住履带的上方部分,防止履带下垂过大而出现振跳现象,并防止履带侧向滑落)。因此侧支架是一个较重要的零件。
?2.1.2 零件的技术要求
如图2-1所示,侧支架的技术要求:
图2-1 侧支架零件图
1. 孔45表示的相对摆差?0.05。
2. E面对F面得垂直度?0.4/250.
3. Φ45中心线对B面垂直度?0.6/100.
4. EF加工表面允许有孔眼,尺寸?10.0,深度?5,距离零件或孔边缘>5,每面不多于5个,孔眼尺寸较允许尺寸略大些。可进行焊补和修正。 .
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5. Φ20孔在距离底面范围内直径允许减少至19.9.
6. Φ20孔各孔中心线相互位置公差不得超过0.25.
7. E,F面表面粗糙度不大于Ra12.5.
8. R铣表面粗糙度不大于Ra6.3.
?2.2 工艺方案的制定
侧支架主要的加工为Φ10-Φ20孔加工,由于其精度要求不高,采用一般的钻削加工都能满足加工要求。因此不必进行扩,铰的精加工。如图2-1所示, E,F面的加工也是较重要的加工。它是Φ20孔加工的精基准,但是表面粗糙度的要求不高,一般的铣削加工都能达到要求。Φ45孔的加工要求也不高。但孔的深度较大。为了提高生产率,减少机床数量,达到所要求的生产纲领。因此Φ45孔的加工采用拉削,这样它不但容易达到精度要求,而且大大提高了生产率。
工序:1. 铣E,F面。
2. 拉Φ45孔。
3. 钻Φ20孔。
4. 车削Φ81以及Φ60的圆柱面。
5. R铣。
按照先加工基面,后加工其他面的原则,所以确定先铣E,F面和拉Φ45孔,为提高生产率,铣E,F后,在双主轴圆工作台上进行加工,这样既能同时铣削E,F面,而且在加工时,可以装卸工件,减少辅助时间。在安排钻削和车削加工时,遵循了先主后次的原则,钻削加工时为满足生产率的要求,两个工件同时加工,立卧双面钻,一次完成所有孔的加工。工作图如下放置立式采用12轴,卧式采用8轴。
本次设计只需加工支架底座上的六个Φ20孔,所以可以采用多把刀一次加工完成的方式,这样大大提高了劳动生产率。
工序:钻六个Φ20的孔。
工序:钻6个Φ20的孔。本工序采用两个平面和一个外圆面组合定位,使工件完全定位,外圆用V形块夹紧,中央部分液压缸压板压紧,如图2-2所示。在组合钻床上加工。
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图2-2工序图 ?2.3 组合机床切削量及切削力的确定 ?2.3.1组合机床切削量的确定
切削速度v=12.57m,min,进给量f=0.12mm,r. ?2.3.2组合机床切削力的确定
根据v=12.57m,min,f=0.12mm,r, 选择主轴转速为
,,n,1000v/,d,200r/minW
轴向力:
,,σ0.70.75F3.3Df9.8b
,,,,,,0.75 0.7,,3.39.8200.125509.8
,N
3006.42
式中,D——钻头直径(mm);
f——系数;
2,——抗拉强度(kg/)。 mmb
扭矩:
0.720.80.720.8,,,,,,σM0.00165Df0.00165200.125509.8,,b
,,,,kgmNm2.02919.88
式中,D——钻头直径(mm);
f——系数
.
.
2,——抗拉强度(kg/); mmb
M——扭矩(N?mm)。
切削功率:
2.0312.57,MvP 0.42,,,kw ,0.71621.36D,,0.7162201.36,,,
式中,M——扭矩(N?mm);
v——切削速度(m/s)。
?2.4 主轴直径的确定和主轴箱所需动力计算 ?2.4.1主轴直径的确定
刚度条件计算时主轴的直径为
321801000T,,44dBT,,2,,,,G 式中,d——轴直径(mm);
Nmm, T——轴所承受的转矩();
B——系数, B=2.316(主轴);,B=1.948(传动轴),B=1.638。
所以,主轴轴径
44 d,BT,B,19960,23.154mm
初取主轴轴径为25mm,主轴外伸长度为100mm。
?2.4.2动力箱的选用
动力箱主要依据主轴箱所需的电动机功率来选用。主轴箱所需的电动机功率PPPP,,,切附主空为
PP切空由计算知动力箱切削功率为=0.42kw,可根据轴的直径及转速查表得出,PPP附空主一般取所传递功率的1%。主轴箱传动系统设计之前,无法确定时,则可由下式估算
P切,P主,
,式中,η——主轴箱传动效率,加工黑色金属时η=0.8-0.9,有色金属时=0.7-0.8;
,主轴数多,传动复杂时取小值,反之取大值。本设计中取0.8。 .
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所以,所选电动机功率为
p,120.42,12切p,,,6.3kw 电,0.8
选用动力箱型号为TD50,电动机型号为Y160M-6,电动机功率为7.5kw,电动机转速970r,min,输出轴转速485r,min;动力箱输出轴至箱底面高度为200mm。
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,可以分析所拟定的方案是否满足用户对生产率及负荷率的要求。
(a)理想生产率:
Q=A/t
式中,A——年生产纲领(件);
t——年工作时间(h);双班制工作时 =3900h;
A=N(1+α)(1+β) =80000×(1+2%)×(1+1%)=82416件 式中,α——年生产零件备品率,取2%;
β——年生产零件废品率,取1%;
所以, Q=82416?3900=21.13件,h
(b)实际生产率:
=L,vf=40?24=1.67min
=1+0.05+0.015+0.075+0.03+0.05+0.5=1.72min
Q1=60?(1.67+1.72)=17.70件,h
(c)机床负荷率:
η= ,Q=17.70?21.13=83.8%
机床负荷率一般以65%~75%为宜,机床复杂时取小值,反之取大值。 .
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第3章 立式主轴箱的设计
主轴箱是组合机床的重要部件之一,主轴箱的设计也是组合机床设计的重要内容。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。
?3.1 主轴箱的基本机构及表达方法
?3.1.1 主轴箱简介
主轴箱是组合机床的重要专用部件。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,由通用零件组成。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、绞、镗孔等加工工序。
?3.1.2 通用主轴箱的组成
大型通用主轴箱主要由箱体类零件,主轴,传动轴,传动齿轮和动力箱或电机齿轮以及叶片泵,分油器,注油标,排油塞,防油套等防油元件组成。
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。
?3.1.3 通用主轴箱的通用零件
1.通用箱体类零件包括主轴箱箱体、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.主轴箱后盖与动力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。
主轴箱箱体的标准厚度为180,用于卧式组合机床的多轴箱前盖厚度为55,用于立式的则兼做油池用,故加厚到70;基型后盖厚度为90,变型后盖厚度为50、100、125三种,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。
2.通用轴类零件
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1) 通用主轴 通用主轴分为钻削类和攻螺纹类两种主轴,以下主要讲钻削类主轴。
2) 通用传动轴
常用的通用传动轴按用途和支承形式可分为圆锥滚子轴承传动轴、滚针轴承和推力球轴承传动轴、润滑泵轴、手柄轴四种。通用传动轴材料一般用45钢,热处理T215;滚针轴承的材料为20Cr钢,热处理S0.5-1,C59.
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。标准齿轮为不变位齿轮。材料为45钢,齿部高频淬火G54.
4)润滑泵
规格较大的通用主轴箱常采用R12-1A叶片泵进行润滑。润滑泵泵出的油经分油器至各润滑点。R12-1A叶片润滑泵的每转排油量为6ml,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。
?3.2绘制主轴箱设计原始依据图
主轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的,其主要内容如下:
1)根据机床联系尺寸图,绘制绘制主轴箱外形图,并标注轮廓尺寸和驱动轴O1、定位销孔的位置。
2)根据联系尺寸图和加工示意图,画出工件与主轴箱的对应位置尺寸,标注所有主轴的坐标值及工件轮廓尺寸。在原始依据图中应注意:主轴箱与工件的摆放位置,一般情况下,工件在主轴箱前面。图中,主轴箱的两定位销孔中心连线为横坐标,因为工件和加工孔对称,选择箱体中垂线为纵坐标。
3)标注各主轴的转速及旋转方向。绝大部分主轴为逆时针(面对主轴看),故逆时针转向不标,只标顺时针转向主轴。
4)列表说明各主轴的工序内容、切削用量及主轴的外伸尺寸。
5)表明动力部件的型号及其性能参数。
本设计中,从“三图一卡”中可知:
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(1)主轴箱轮廓尺寸800×500mm;
(2)工件轮廓尺寸和各孔位置尺寸;
(3)工件和主轴的相对位置尺寸。
根据这些尺寸数据可绘制出主轴箱设计原始依据图和附表。附表:
(a)被加工零件
名称:75拖拉机侧支架
材料:2G
硬度:HB180~227
(b)主轴外伸尺寸及切削用量
主轴外伸长度为100mm
切削用量:f=0.12mm,r, =24mm,min
(c)动力部件
TD50型动力箱电机功率7.5kw,转速970r,min,驱动轴转速485r,min,驱动轴到滑台表面距离为200mm.
因此,可初步绘制出原始依据图,如下:
图3-1组合机床立式主轴原始依据图
?3.3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形式。钻削加工主轴,需承受较大的单向轴向力,.
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故最好选用向心球轴承和推力球轴承组合的支承结构,且推力球轴承配置在主轴前端;如主轴前进和后退两个方向都要进行切削时,可选用前后支承都是圆锥滚子轴承的主轴结构,以便承受两个方向的轴向力;如果主轴孔间距较小,可选用滚针轴承和推力球轴承组合的支承结构,但这种结构的主轴精度和装配工艺性均较差,除非必要时最好不选用。本设计卧式钻孔,可采用第一种主轴结构型式,即向心球轴承和推力球轴承组合的支承结构。
齿轮模数一般用类比法确定,本设计采用下式估算
式中,m——所估算的齿轮模数(mm);
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)。
主轴箱中的齿轮模数常用2、2.5、3、3.5、4几种。本设计中考虑到加工孔之间的距离,初定模数m=3mm.
?3.4主轴箱的传动系统设计
组合机床主轴箱的传动系统,就是用一定数量的传动元件,把动力箱的输出轴与各主轴连接起来,组成一定得传动链,并满足各轴的转速和转向要求。主轴箱的特点是:针对某零件的特定工序恒速加工,传动链短;多主轴同时加工,传动链分支多。因此,主轴箱的传动设计,以获得需要的主轴转速和旋向为原则,不存在通用机床前缓后急的最小传动比限制,甚至可用升速传动副驱动主轴。以下详细介绍侧支架组合机床卧式主轴箱的传动系统设计。
?3.4.1对主轴箱传动系统的一般要求
1. 从面对主轴的位置看去,所有主轴(除非特殊要求外)应逆时针方向旋转。
2. 保证主轴转速和旋向的前提下,应力求用最少的传动轴和齿轮(数量和规格)。因此,应尽可能用一根传动轴同时带动多根主轴,并将齿轮布置在同一排位置上。
3. 尽量避免主轴兼做传动轴用,以免增加主轴负荷,影响加工质量。 .
.
4. 主轴箱内齿轮传动副的最大传动比,最小传动比;最佳传动比为,以使主轴箱结构紧凑;后盖内的齿轮传动比
;除传动链的最后可采用升速传动外,应尽可能避免升速传动,以避免空转功率损失。
5. 用于粗加工主轴上的齿轮,应尽可能设置在前端第?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。
6. 同一主轴箱内,如有粗、精加工主轴,最好从动力箱驱动轴后,就分两条路线传动,以免影响精加工主轴的加工精度。
7. 驱动轴直接带动的传动轴数不要超过2根,以免给装配带来困难。 ?3.4.2传动系统的设计与计算
拟定主轴箱传动路线的基本方法是:先把所有主轴中心尽可能分布在几个同心圆上,然后在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴;再把各组同心圆上的中心传动轴再去同心圆,并用最少的传动轴带动这些中心传动轴;把最后的合拢传动轴与动力箱的驱动轴连接起来。这就是“从主轴的布置开始,最后引到驱动轴上”。注意:驱动轴的中心必须处于主轴箱箱体宽度的中心线上,其中心高则从选定的动力箱的联系尺寸图中查出。
1. 主轴分布设置
系统主轴分布一般有“同心圆分布”、“直线分布”、“任意分布”三种类型。如图3-2所示,六根主轴不可能按一个“同心圆分布”布置,因为水平方向距离很大,所以采用两个“同心圆分布”排列,左边三根主轴是一组,右边是一组,两根传动轴又呈直线分布,用一根轴带动这两根轴就可以了。
.
.
图3-2主轴分布图
2. 传动树形图的拟定
在保证各轴、齿轮、轴承孔不干涉,并满足各主轴、驱动轴转动方向均为逆时针旋向的条件下,合理布置各轴位置。因此传动系统的传动树形图如图3-3所示。
图3-3立式主轴箱传动系统的传动树形图
3(传动计算
(1) 齿轮模数的确定
.
.
1.843p30,480,3m=(30~32) =1.69 ,,,30~32zn
所以,取m=2,驱动轴上取m=3。
传动的基本公式:
nz从主,zn从主
2Azz,,从主m
2A2A, z,z,从主m,,n主,,,m1,,n从,,
2A2Az,z,,从主m,,n从,,m1,,,n主,,
z主式中, ——主动轮齿数:
z从 ——从动轮齿数:
n主 ——主动轮转速(n/min):
n从 ——从动轮转速(n/min):
A ——中心距(mm):
m——模数(mm):
表3-1 电机参数
L型号 形式 电机型号 电机功率电动机转输出轴转3(mm)
(KW) 速(r/min) 速
1TD50 7.5 490 970 485 ? Y160M,6
(2)下面用上面的公式来设计传动系统
m,3,z,260轴上取, 0
z,30141) 取
nz041,nz140
所以
.
. 由表3-1知0轴转速为485
26485,r420.27n,,14min30
z,30z,3015161取 m,3 2) 由14轴的转速可得:
n3016,nz1416
420.2730,r420.27n,,16min30
3) 取 m,3 z,20z,18162181
n18118, nz162181
420.2719,r355.87 n,,181min234) m,3 z,23z,2620182
n2023, nz18220
355.8723,r273.74 n,,20min26
z,345)取 m,2.5 221
n22126, nz20221
273.7426,r209.44 n,,20min34
z,206)取 m,2.5 z,212221
n120, nz2221
209.4420,r199.47 n,,20min21计算后可排出传动系统图,上面标有轴号以及每对齿轮的齿数和模数
.
.
如图3-4所示:
图3-4 传动系统图
(3)齿轮传动比验算:
zzzzzz26,30,19,20,26,2001416218220222n,n,,48510 zzzzzz30,30,23,26,34,2114161181202211
,199.47r/min,200r/min
三个主轴的转速与设计转速相差很小,传动比误差在允许范围之内
所以传动系统的设计可行。
(4)估算轴径
刚度条件计算时主轴的直径为
321801000T,,44dBT,,2,,,,G 式中,d——轴直径(mm);
Nmm, T——轴所承受的转矩();
B——系数, B=1.948(主轴),B=1.638(传动轴)。
PT,9550, n
Nmm,试中,T——轴所承受的转矩();
P——功率(kw);
n——转速(r/min).
已知封齿轮机械传功效率为0.97,滚动轴承传动效率为0.99
.
.
主轴1,12:
P31 T,9550,,19.96,10 p,0.42kw11n1
4d,BT,23.154 1
所以取主轴直径d=25mm。
传动轴22,25:
P0.42,33 p,,1.312T,9550,,29.81,100.99,0.97n22
4 d,BT,24.617所以取主轴直径d=25mm。
传动轴20,21:
P1.312,23 p,,2.732T,9550,,95.33,100.99,0.97n20
4 d,BT,28.18所以取主轴直径d=30mm。
传动轴18,19:
P2.7323 p,,2.844T,9550,,76.35,100.99,0.97n18
4 d,BT,27.227所以取主轴直径d=30mm。
传动轴16,17:
P2.8443 p,,2.961T,9550,,67.284,100.99,0.97n16
4 d,BT,24.38所以取主轴直径d=25mm。
传动轴14,15:
P2.9613 p,,3.083T,9550,,70.056,100.99,0.97n14
4 d,BT,26.64所以取主轴直径d=30mm。
传动轴13:
.
.
3.083 p,,3.21000.99,0.97
P3.210313T,9550,,60.284,10 p,,3.34213n0.99,0.9713
4 d,BT,24.54
所以取主轴直径d=25mm。
?3.5 主轴箱坐标的计算
坐标计算是主轴箱设计的重要环节之一。它包括计算主轴和传动轴的坐标位置。为了保证组合机床的加工精度(被加工孔的位置精度),和确保齿轮正确的啮合关系。主轴箱坐标计算必须确保正确,否则,将给生产造成损失,轻则返工,重则使主轴箱报废。
主轴箱计算的顺序和方法:
1. 主轴箱坐标系原点的确定
为了计算主轴箱各点的坐标,对于每个主轴箱都必须选择一个坐标原点,一般都选取主轴箱底平面与通过其定位销孔的垂直线交点为坐标原点。
2. 坐标计算的顺序
主轴箱坐标的计算顺序是:首先计算主轴坐标,然后计算与这些主轴直接啮合的传动轴坐标,再按顺序计算其余轴的坐标。
3. 主轴坐标的计算
主轴坐标的计算是按主轴箱设计原始依据和被加工零件工序图进行的。为了确保主轴坐标的正确性,一般再按被加工零件图进行一次验算。主轴坐标的计算精度,要求精确到小数点后第三位数字。
4. 传动轴坐标的计算
传动轴坐标计算是主轴箱坐标计算中工作量大和较复杂的一步。它可分为与一轴定距的传动轴坐标计算,与二轴定距的传动轴坐标计算,与三轴定距的传动轴坐标计算等三种情况。本设计中只用到前两种,下面介绍一下前两种的计算方法:
1) 与一轴定距的传动轴的计算 计算时,只根据一根轴的坐标和给定的齿轮啮合中心距来计算传动轴的坐标。设一轴的坐标为(0,0);R为给定的齿轮啮合中心距;另一点为(x,y),则有:
.
.
22y,R,a设x=a 则
22或设y=b 则x= R,b2) 与二轴定距的传动轴坐标的计算 计算时根据两根轴的坐标和给定的两个
齿轮啮合中心距,来算出传动轴的坐标。即已知三角形的两个顶点的坐标和三条
边,求另一顶点的坐标。
常用的方法是数学分析计算法,下面是数学分析计算法的两种公式:
第一种公式:
22 L,a,b
22R,R112d,(,L) 2L
22 h,R,d1
ad,bh,x,U,x, L
22 y,R,x1
验算公式:
22 ,,,,R,x,a,y,b实2
R,R,0.0012实2
第二种公式:
222 L,a,b
22R,R12D,,0.5 22L
2R21k,,D 2L
,x,U,x,aD,bk
22 y,R,x1
验算公式:
22,,,, R,x,a,y,b实2
R,R,0.0012实2
.
. 下面用上述公式计算主轴和传动轴的坐标,本主轴选取左下角的定位销孔为
坐标原点。
图3-5轴承孔坐标 1轴:
由设计时选取可知1轴的坐标为:
x,120,50,701 y,340,30,3101
所以1轴的坐标为(70,310)
2轴:
由设计时选取可知2轴的坐标为:
x,70,50,202 y,250,30,2202
3轴:
由设计时选取可知3轴的坐标为:
x,120,50,703 y,250,30,2203
22轴:
此轴与1轴,2轴,3轴三轴等距
由与三轴等距的传动轴坐标计算公式得,
A(50,90) a,50;b,9011
B(50,0) a,50;b,022
22222 L,a,b,50,90,10600111
.
.
2222 L,a,b,50,0,2500222
22bL,bL1221x,2(ab,ab)2112
90,2500,0,,25.0002(50,90,0)
22aL,aL2112y,2(ab,ab)2112
50,10600,50,2500,,45.0002(50,90)验算公式
2222 R,x,y,25,45,51.251实
R,R,51.251,51.25,0.001 实
所以22轴的坐标计算:
x,x,25,45.000222 y,y,45,265.000222
4轴:
由设计时选取可知3轴的坐标为:
x,250,50,200.0004 y,340,30,310.0004
所以4轴的坐标为(200.000,310.000) 5轴:
由设计时选取可知5轴的坐标为:
x,250,50,200.0005 y,250,30,220.0005
所以5轴的坐标为(200.000,220.000) 6轴:
由设计时选取可6轴的坐标为:
x,300,50,250.0006 y,250,30,220.0006
所以6轴的坐标为(250.000,220.000)
.
. 24轴:
此轴与4轴,5轴,6轴三轴等距。
由与三轴等距的传动轴坐标计算公式得,
A(0,90) a,0;b,9011
B(50,0) a,50;b,022
2222 L,a,b,0,90,8100111
2222 L,a,b,50,0,2500222
22bL,bL1221x,2(ab,ab)2112
90,2500,0,,25.0002(50,90,0)
22aL,aL2112y,2(ab,ab)2112
50,8100,0,,45.0002(50,90)验算公式
2222 R,x,y,25,45,51.251实
R,R,51.251,51.25,0.001 实
所以24轴的坐标计算:
x,x,25,225.000245 y,y,45,265.000245
20轴:
由于20轴圆心在22轴和24轴连线的中心线上 22轴24轴水平距离a=225-45=180
所以 x,x,90,135.0002022
y,y,265.000 2022
18轴:
x,x,135.0001820 y,y,69,196.0001820
.
. 所以18轴坐标为:(135.000,196.000) 14轴:
14轴与0轴定距时
相对于0轴 R=84 设y=20.28
2222x,R,y,84,20.28,81.6
x,x,81.668,268.332140 y,y,20.280,149.720140
所以14轴的坐标为(268.332,149.720) 16轴:
与16轴定距的轴是14轴,18轴
14轴相对于18轴
a,133.332 b,,46.280
R,63R,9012
2222 L,a,b,133.332,46.280,141.124
22,,R,R112,,d,,,L,,2L,, 22,,163,90,,,,,141.124,55.926,,2141.124,,
2222h,R,d,63,55.926,29.005 1
ad,bh,x,U,x,L
a,133.332,55.926,46.280,29.005, 141.124
,43.332
2222y,R,x,63,43.326,45.737 1
所以16轴的坐标为 (178.332,149.720) 13轴:
a,0b,78相对于0轴
所以13轴坐标为(350,248)
30轴:
.
.
相对于13轴a,0 b,57
所以30轴坐标为(350,305)
由于同时加工两个零件,其他需加工孔关于箱体纵向中心线对称,所以其他孔坐标同理可求。
表3-2镗孔坐标
孔 孔号 孔号 孔号 号
0 0 0 7 500 310 14 268.332 149.720 21 565 265 1 70 310 8 450 220 15 431.673 149.720 22 45 265 2 20 220 9 500 220 16 178.332 149.720 23 475 265 3 70 220 10 630 310 17 521.673 149.720 24 225 265 4 200 310 11 630 220 18 135 196 25 655 265 5 200 220 12 680 220 19 565 196 30 350 305 6 250 220 13 350 248 20 135 265
?3.5主轴箱总图设计
?3.5.1 绘制主轴箱总图及补充加工图
通用主轴箱总图设计包括绘制主视图,展开图,编制装配表,制定技术条件等四部分。
1) 主视图3-6主要表明多轴箱主轴位置及齿轮传动系统,齿轮齿数,模数及所在排数,润滑系统等。因此,绘制主视图就是在设计的传动系统图上标出各轴编号,画出润滑系统,标注主轴,驱动轴的转速,油泵的转向,驱动轴转向及坐标尺寸,最低主轴高度尺寸及箱体轮廓尺寸等。并标注部分件号。 .
.
图3-6主轴箱主视图
2) 展开图 其特点是轴的结构图形多。各主轴和传动及轴上的零件大多是通用的,且是有规则的排列的。一般采用简化的展开图并以装配表相配合,表明多轴箱各轴组件的装配结构。绘制的具体要求如下:
(1) 展开图3-7主要表示各轴及轴上零件的装配关系。包括主轴,传动轴,驱动轴,油泵轴及其相应的齿轮,隔套,防油套,轴承或油泵等机件形状和安装的相对位置。图中各零件的轴向尺寸和径向尺寸(齿轮除外)要按比例画出,轴向距离和展开顺序可以不按传动关系绘制但必须注明齿轮所在排数,轴的编号及直径规格。对近距离轴往往要求按实际距离绘制相关轴的成套组合件,以便能直观地检查有碰
现象。
.
.
图3-7展开图
(2) 对结构相同的同类型主轴,传动轴可只画一根如传动轴4,7,主轴2和3。在轴端注明相同轴的轴号即可。对于轴向装配结构基本相同,只是齿轮大小及排列位置不同的两根或两组轴,可以合画在一起,即轴心线两边各表示一根或一组轴。展开图上应完整标注主轴箱的三大箱体厚度尺寸及箱壁和内腔有关联系尺寸主轴外伸长度。
(3) 主轴和传动轴装配表 把主轴箱中每根轴上的齿轮套等基本零件的型号规格,尺寸参数和数量及标准件,外购件等,按轴号配套,用装配表表示。这样可以使图表对照清晰易看,节省设计时间,方便装配。
(4) 主轴箱技术条件 主轴箱总图上应标明主轴箱部装要求。即: 主轴箱制造和验收技术条件:主轴箱按ZBJ58011,89<组合机床主轴箱制造技术条件>>进行制造,按ZBJ58012,89<组合机床主轴箱验收技术条件>>进行验收。主轴精度按JB3043,82<组合机床主轴箱精度>>进行验收。
.
.
?3.5.2主轴箱补充加工图设计
如图3-8主轴箱的补充加工图,应根据主轴箱总图要求,绘制出需要补充加工的部分(如主轴箱体主轴承孔,传动轴承孔,油泵及其轴孔,定位销孔等),通常习惯用粗实线画出补充加工部位的结构,其尺寸,形位公差,表面粗糙度等均按机械制图国际规定格式标记;通用铸件的原有部分一律用细实线表示。
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图3-8 主轴箱的补充加工图
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结 论
通过毕业设计,使我加深了对过去所学知识的理解,并大大增强了对所学知识综合运用的能力和解决实际问题的能力。更重要的是我系统的学到了组合机床专用主轴箱及液压系统的设计思路和设计方法。
在设计上难免会出现差错。经过努力,我完成了“侧支架组合机床立式主轴箱设计”这一题目的设计,在毕业设计期间,我学到了很多知识,巩固了自己的专业理论知识,丰富了自己的思想,也为以后工作奠定了一定基础。在设计中出现了很多问题,同时也知道了组合机床主轴箱设计的一些注意事项,如合理安排各主轴和传动轴上齿轮所在的排数;合理布置进油口、放油螺栓、分油盘及油管的位置;确定主轴和传动轴的支撑方式和预紧方法也是非常重要的工作。另外,在主轴转向正确的情况下,油泵的转向必须是:使油从吸油口吸入后,绕泵转过270度排出。上述问题幸得李建荣老师的悉心指导,让我豁然开朗,茅塞顿开~同时在发现问题和解决问题的过程中,不断的积累经验和知识,同时也感受到设计的甘与苦,大大增强了成功的信心.
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致谢
通过本设计我对以前所学的专业知识作了一个很好的总结,毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多, 以前老是觉得自己什么东西都会,什么东西都懂,有点眼高手低。通过这次毕业设计,我才明白学习是一个长期积累的过程,在以后的工作、生活中都应该不断的学 习,努力提高自己知识和综合素质. 在此要感谢我的指导老师对我悉心的指导,感谢老师给我的帮助.
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参考文献
[1] 大连组合机床研究所. 组合机床设计(第一册) [M].北京:机械工业出版社,1973
[2] 徐觐. 机械设计手册(1-5)[M].北京:机械工业出版社,1993 [3] 孙恒,陈作模主编. 组合机床设计简明手册(第六版)[M].北京:高等教育出
版社,2001
[4] 谢家瀛(组合机床设计简明手册[M].北京:机械工业出版社,1992 [5] 乐兑谦. 金属切削刀具[M].北京:机械工业出版社,1997 [6] 大连组合机床研究所. 组合机床设计参考图册[M].北京:机械工业出版
社,1975
[7] 孟少农. 机械加工工艺手册2[M]. 北京:机械工业出版社,1992 [8] 洛阳工学院,东北重型机械学院. 机床夹具设计手册[M].上海:上海科技技术
出版社,1990
[9] 沈阳工业大学,大连铁道学院,吉林工学院. 组合机床设计[M]. 上海:上海
科技技术出版社,1985
[10] 组合机床编写小组. 组合机床讲义[M].北京:国防工业出版社,1975 [11] 陈于萍. 互换性与测量技术基础[M].北京:机械工业出版社,2002 [12] 吴宗泽. 机械设计实用手册[M].北京:化学工业出版社.2000 [13] 王旭华,刘德仿. 基于知识的组合机床总体方案CAD系统的研究[C].组合机
床与自动化加工技术,2002
[14] 张洁. 组合机床总体方案CAD系统[C].组合机床与自动化加工技术,1996年 [15] 张满国,曹新国. 组合机床总体方案CAD系统的设计与实现[R].河北工业大
学学报,1999
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范文三:组合机床主轴箱及其夹具设计
目录
第一章绪论………………………………………………………………………1
1.1组合机床的特点………………………………………………………………1
1.2组合机床的分类和组成……………………………………………………………………1
1.3组合机床的方案选择………………………………………………………………………2
第二章
2.2组合机床总体描述………………………………………………………32.1组合铣床工艺方案的制定……………………………………………………3确定切削力、切削功率………………………………………………………4
2.3组合机床配置型式的选择……………………………………………………5
2.4影响总体布置的因素…………………………………………………………5
2.5组合铣床的总体分析——三图一卡…………………………………………6
2.5.1被加工零件工序图…………………………………………………………6
2.5.2加工示意图………………………………………………………………7
2.5.3组合机床联系尺寸图………………………………………………………10
2.5.4生产率计算卡………………………………………………………………11
第三章组合机床主轴箱设计……………………………………………………12
3.1主轴箱设计的原始依据………………………………………………………12
3.2运动参数和动力参数的确定…………………………………………………12
3.2.1传动系统传动比分配………………………………………………………12
3.2.2计算传动装置的运动和设计参数…………………………………………12
3.2.3齿轮模数的估算及其叫校核………………………………………………13
3.2.4
第四章
4.1轴各参数估算及强度校核………………………………………………16组合机床夹具设计……………………………………………………27
283.3主轴箱的坐标计算……………………………………………………………25组合机床夹具概述…………………………………………………………274.2定位支承系统概述…………………………………………………………
4.2.1定位支承系统………………………………………………………………29
4.2.2夹紧机构……………………………………………………………………30
第五章总结……………………………………………………………………31参考文献………………………………………………………………………………32致谢…………………………………………………………………………33
第一章绪论
1.1组合机床的特点
组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它能够对一种(或几种)零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铣削磨削等工序,生产效率高,加工精度稳定。
组合机床与通用机床、其他专用机床比较,具有以下特点:
(1)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%,因此设计和制造的周期短,投资少,经济效果好。
(2)由于组合机床采用多刀加工,并且自动化程度高,因此比通用机床生产效率高,产品质量稳定,劳动强度低。
(3)组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的,又有厂成批制造,因此结构稳定、工作可靠,使用和维修方便。
(4)在组合机床上加工零件时,由于采用专用夹具、刀具和导向装置等,加工质量靠工艺装备保证,对操作工人水平要求不高。
(5)当被加工产品更新时,采用其他类型的专用机床时,其大部分件要报废。用组合机床时,其通用部件和标准零件可以重复利用,不必另行设计和制造。
(6)组合机床易于联成组合机床自动线,以适应大规模的生产需要。
组合机床常用的通用部件有:机身、底座、立柱、动力箱、动力滑台,各种工艺切削头等。对于一些按循序加工的多工位组合机床,还具有移动工作台或回转工作台。
动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动或进给运动的动力部件。其中还有能同时完成切削主运动和进给运动的动力头。
机身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件,起着机床的基础骨架作用。组合机床的刚度和部件之间的精度保持性,主要是由这些部件保证。
1.2组合机床的分类和组成
组合机床的通用部件分大型和小型两大类。大型通用部件是指电机功率为1.5-30千瓦的动力部件及其配套部件。这类动力部件多为箱体移动的结构形式。小型通用部件是指电机功率甾.1-2.2千瓦的动力部件及其配套不见。这类动力部件多为套筒移动的结构形式。用大型通用部件组成的机床称为大型组合机床。用小型通用部件真诚的机床称为小型组合机床。按设计的要求本次设计的机床为大型通用机床。
组合机床除分为大型和小型外,按配置形式又分为单工为和多工位机床两大类。单工位机床又有单面、双面、三面和四面几种,多工位机床则有移动工作台式、回转工作台式、中央立柱式和回转鼓轮式等配置型式。本次设计的机床为单工位双面铣床。
1.3组合机床的方案选择
(1)制定工艺方案要深入现场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。确定在组合机床上完成的工艺内容及其加工方法。这里要确定加工工步数,决定刀具的种类和型式。
(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。在选择机床配置型式时,既要考虑实现工艺方案,保证加工精度,技术要求及生产效率;又要考虑机床操作、维护、修理是否良好;还要注意被加工零件的生产批量,以便使设计的组合机床符合多快好省的要求。
(3)组合机床总体方案这里要确定机床各部件间的相互关系,选择通用部件的
制定组合机床流水线的方案时,与一般单刀具的导向,计算切削用量及机床生产率。给制机床的总联系尺寸图及加工示意图等。(4)组合机床的部份方案和施工方案
个的组合机床方案有所不同。流水线上由于工序的组合不同,机床的型式和数量都会有较大的变化。因此,这时应按流水线进行全面考虑,而不应将某一台或几台机床分裂开来设计。即使暂时不能全面地进行流水线设计,制定方案时也应综合研究,才能将工序组合得更为合理,更可靠地满足工件的加工要求,用较多的工作,也为进一步发展创造了有利条件。
第二章组合机床总体描述
2.1组合铣床工艺方案的制定
工艺方案的制定是设计组合铣床最重要的步骤之一。其制定过程应从以下的几个方面考虑:1、加工的工序和加工精度的要求。2、被加工零件的特点3工件的生产方式。等诸多方面综合考虑。
图2-1
为拖拉机发动机连杆零件,元件简图。
图2-1发动机连杆零件简图
连杆由大、小头和杆身等部分组成。大头为开式结构(系直剖式连杆)。连杆和连杆盖用螺栓,螺母连接。为减少磨损和便于修理,大头孔和小头孔内分别安装轴瓦和铜套。连杆身的截面为工字形,可减少重量和减少惯性力又使连杆具有足够的强度和刚度。连杆头两端面有落差且杆身对称。大小头侧面设计有定位凸台作为机械加工时的辅助定位基准,便于定位基准的统一。
连杆总的工艺特点是:外形复杂,不易定位;大、小头有细长的杆身连接,所以弯曲刚性差,易变形;尺寸精度,形状精度和位置精度及表面粗糙度要求很高。
连杆所选的材料为45钢(精选含碳量为0.42%~0.47%),并经调质处理以提高其强度及其抗冲击能力,其硬度为217~287HBS。其锻件重量为7.5kg。
根据以上的工艺特点下面初步拟订工艺方案。
1、工艺基面的分析及选择
采用以V形块为主要定位元件的方法。为提高其定位精度,要把V形块的角度做大一些。如图2-2
图2-2工艺基面的选择
2、工序间余量的确定
3、刀具结构的选择
按相关的资料选取端铣刀的形式。在铣削过程中,端铣刀的直径要大于加工工件的最大宽度,由给定的加工零件图可知最大为Bmax=135mm,故端铣刀的直径选取150mm为宜,其齿数按标准选7。
即D=150
Z=7
4、铣削用量的选择
为使组合铣床更好的提高生产效率,便于人工操作,最少的停车损失和使刀具的寿命更长、加工质量更好,合理的选择铣削用量是非常必要的。表3-3为硬质合金端铣刀的铣削用量。
加工材料
钢?b52~70
(公斤/毫米2)
精0.5~1mm100~180米/分0.05~0.02工序粗铣削深度2~4mm铣削速度80~120米/分每齿走刀量0.2~0.4
表2-3硬质合金端铣刀的铣削用量表
加工工件为45号钢,所以选如下的铣削用量
铣削深度T=3mm
铣削速度V=120m/min
每齿走刀量sz=毫米/齿
铣削用量的选择应该使选择的刀具充分发挥其性能。所以就不能选择太低。考虑到批量生产时也没必要把切削用量选太高,以免增加刀具损耗。总之要根据加工精度和加工材料,工作条件和技术要求进行分析。所以以上的选择是可行的。
2.2确定切削力、切削功率
根据选定的切削用量(组要指切削速度v及进给量f),确定切削力,作为选择动力部
件(滑台)及夹具设计的依据;确定切削扭矩,用以确定主轴及其他传动件(齿轮、传动轴等)的尺寸;确定切削功率,用以选择主传动电机功率。
一銑削力和主切削功率计算
1主切削力Fc
因选取硬质合金端面銑削45,钢工件,由得:
Fc?1150?ae1.06?af0.88?dt(?0.13)?ap0.9.nt(?0.18)Z
Cf——系数
af——銑削接触弧深
af——每齿的进给量
dt——铣刀的深度
ap——铣削深度
Z——铣刀齿数
故由上则有:Fc?553.86N
2切削功率:N切1
N切1?FV61200?1.086KW
2.3组合机床配置型式的选择
对于加工发动机连杆这样的工件,特别适合大、中箱体件的加工。为尽可能地提高生产率,最理想的是将工件一次性全部加工。经过和指导老师商量后,我们决定设计四根主轴两端同时进行铣削。在满足条件的情况下,采用卧式双面铣床是可行的。
在加工连杆过程中,还必须考虑到加工零件特点对配置型式和结构方案的影响。在加工精度要求影响方面,不仅提高原始精度,提高工件的定位基准和减少夹压变形等措施,还要采用如下措施。
1、采用液压进给系统。液压系统能够稳定,便捷的操作,提高了加工过程精度和光洁度。
2、采用刚性主轴方案,由于机床导轨间隙及导轨磨损的影响。在加工过程中就不易产生振动,并且有足够的刚性保证其径向切削力。
2.4影响总体布置的因素
1、加工精度的影响
当工件的加工精度要求较高时,应采用具有固定夹具的单工位组合机床,加工精度要求较低时,可采用具有移动夹具的多工位组合机床。此外,还要考虑到不同布置形式
的机床所能达到的加工精度。例如,对于同轴度要求较高的各孔,应采用从同一面对工件进行加工机床布置形式。
2、工件大小、形状和加工部位特点的影响
对于较大的工件,宜采用单工位机床,反之,宜采用多工位机床;对于大直径深孔的工件,宜采用具有刚性主轴结构的立式机床;对于小直径深孔的工件,通常采用专门的深孔加工机床;对于被加工孔的中心线与定位基准垂直的工件,一般采用立式机床。本原则也可根据机床的使用条件综合考虑。根据上述原则,对于本章实例,可采用立式机床。但考虑工件排屑方便,机床空间的高度可矮些,故可采用卧式组合钻床。
3、生产率的影响
零件的生产批量大小是决定采用单工位、多工位或自动线,还是按中小批量生产特点来设计组合机床的重要因素。有时从工件的外形及轮廓尺寸上看,可采用单工位固定夹具的机床布置形式,但是由于生产率要求很高,就不得不采用多工位的机床布置方案,以便使装卸工件时间与机动时间重合。
被加工的零件的生产批量越大,工序安排一般就越趋于分散,且粗、半精、精加工应分别在不同的机床上完成。
对于中小批量生产的情况,则要力求减少机床的台数,并应将所有工序尽量集中在一台或少数几台机床上完成,以提高机床的利用率。
2.5组合铣床的总体分析——三图一卡
2.5.1被加工零件工序图
被加工零件工序图是指根据已确定的工艺方案,表示一台组合机床或自动线对加工零件应完成的工艺内容的示意图,它包括加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求等内容。它不能用产品的零件图代替,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及必要的说明进行重新绘制。它是进行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。其内容应包括以下几个方面:
(1)表示出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和尺寸。尤其是当需要中间导向套时,应表示出零件内部的筋、壁布置及有关结构的形状和尺寸,以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。
(2)表示出加工用定位基准、夹紧部位及夹紧方向,以便依此进行夹具的定位支承(包括辅助定位支承)、限位、夹紧及导向系统的设计。
(3)表示出本道工序加工部位的尺寸、尺寸精度、表面粗糙度、形状位置精度及技术要求,另外还应表示出本道工序对前道工序提出的要求(主要指定位基准)。
(4)表示出必要的文字说明,如被加工零件的编号、名称、材料、硬度、重量
及加工部位的余量等。
(5)绘制时,按一定的比例,细实线表示与本道工序加工无关的部分,粗实线表示被加工部位精度、粗糙度、位置精度、定位面及夹压方向。
(6)凡本道工序保证的尺寸、角度等,应在基尺寸数值上打上方框,并在下面加一横线(粗实线)。
以下为被加工零件图,其材料为45钢并经调质处理,其其硬度为217~287HBS
。
图2-4连杆零件图
2.5.2加工示意图
零件加工的工艺方案要通过加工意图才能反映出来。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,工件与夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系,以及机床的工作行程和工作循环等。因此,它是刀具、辅具、夹具、主轴箱、液压和电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料,也是对整台机床布置和技术性能的原始要求,同时还是调整机床、刀具及试车的依据。其内容包括以下几方面:
(1)应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。
(2)根据加工部位的特点及加工要求,决定刀具的类型、数量、结构、尺寸(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,并决定它们的结构参数及尺寸。
(5)标明主轴、接杆、夹具(导向装置)与工件之间的联系尺寸、配合及精度等。
(6)根据机床的生产率及刀具和工件的材料等,合理确定并标注各主轴的切削用量。
(7)加工示意图的绘制顺序是:先按比例用细实线绘出工件加工部位和局部结构的展开图,然后用粗实线绘出加工表面。为了简化,对同一主轴箱上结构尺寸完全相同的主轴,可只画一根,但必须在主轴上标注孔号。当轴数多时,可缩小比例。最后,用细实线画出加工部位简图,并标注孔号。
(8)在加工示意图上,主轴的分布可不按真实距离绘制。但当被加工孔的间距很小时或需设置径向结构尺寸较大的导向装置时,相邻的主轴必须严格按比例绘制,以便检查相邻的主轴、刀具、辅具、导向装置等之间是否发生干涉。
(9)主轴应从主轴箱端面画起。刀具画在加工终了位置上(攻丝加工则画在开始位置上)。对标准的通用结构,只须画出外廓,并须加注标准代号,对一些专用结构,则必须画出剖视图,并标注尺寸、精度及配合种类。
发动机连杆示意图如图3-5所示。
选择刀具、导向装置
a刀具的选择
一般孔加工用刀具(钻、扩、铰等刀具)其直径的选择应与加工部位的尺寸、精度相适应,其长度的选择要保证加工终了时,刀具螺旋槽尾端面与导向装置外端面之间有定的距离。其标准见图。
b导向装置的选择
双面铣
n=255r/min
f=0.3mm/r
Ra=12.5
大小头两端面铣销参数相同
图2-5发动机连杆加工示意图
选择导向装置的类型、形式和结构
第一类导向装置允许刀具的线速度V20m/min。这类装置一般用孔径在φ25mm以上的孔的加工,尤其是大直径镗孔时应用较多。
确定导向装置的数量、选择导向装置的参数
粗定主轴的类型、尺寸、外伸长度及选择接杆、浮动卡头
查表初定主轴直径D,再综合考虑加工精度和具体工作条件,根据表决定主轴外伸部分的尺寸(轴端的外径和内径:D/d1,外伸长度L)及配套的刀具接杆莫氏圆锥号、
攻丝靠模规格代号等。
确定动力部件的工作循环及工作行程
(1)动力部件的工作进给长度L工进:
L工进=L1+L加工长+L2即:L工进=10+10+1/3×6.7+5=27
式中,L加工长—工件加工部位的长度;L1—刀具切入长度;L2—刀具切出长度
(2)动力部件的快速退回长度L快退:
L快退=L工进
即:L快退
式中,L快进+L快进=27+133=160;是动力部件的引进长度(动力部件把主轴相连同刀具,从原始位置送
进到工作进给开始位置),其长度按加工的具体情况确定。
(3)动力部件的总行程L总≥L工进行程+L前备+L后备
式中
L前备—前备量,动力部件尚可向前调节的距离;
L后备—后备量,刀具从接杆中接杆连同刀具一起从主轴孔中得到所需要的轴
向距离;
L工进行程—动力部件的工作行程,即L快进。
夹具尺寸主要指夹具体的长X宽X高。对这些尺寸的确定,考虑工件的尺寸、
形状、具体结构外,还要考虑能否布置下保证加工要求的定位、限位、夹紧机构及导向装置,并要考虑夹具底座与机床其他部件的连接、固定所需要的位置。
2)机床装料高度H的确定
组合机床的标准装料高度推荐为850---1060mm所以选择装料高度为
H=850mm
3)中间底座尺寸的确定
中间底座尺寸主要满足夹具在其上安装连接的需要,同时满足配套部件对其的
要求,因此应合理地选定中间底座尺寸。重要的是,一定要保证动力部件处于加工终了位置时,工件端面至主轴箱端面之间的距离应不小于加工示意图上所要求的距离。
4)主轴箱尺寸的确定
有关标准中规定,卧式主轴箱厚325mm,立式主轴箱厚340mm。多轴箱的宽度
B和高度H按下列公式确定;
H=h2+h1+b1B=b2+2b1
式中:b——工件在宽度方向相距最远的两加工面的距离(毫米)
b1——最边缘主轴中心距箱外壁的距离(毫米)
h——工件在高度方向相距最远的两加工平面的距离(毫米)h1——最底主轴高度(毫米)
一般取b1大于等于70—100mm;一般推荐h1大于等于85—140mm。
根基上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准,最后确定主轴箱轮廓尺寸为500×500mm
此处省去NNNNN需要更多更完整的图纸和说明书请联系秋3053703061
4、其他应注意的问题
1)机床总图要按加工终了时的状态画出。同时,要表明动力部件退回到最远时所处的位置。最远处为160mm。
2)应注明电动机的型号、功率和转速。应注明动力部件的总行程,本题为230mm。
图2-6主轴箱轮廓尺寸确定图
3)应表明液压系统和电气控制按钮等的安装位置。
4)当工件加工部位对其中心线不对称,而使动力部件对夹具和中间底座不对称时,应注明动力部件中心线与夹具中心线之间的偏移量。2.5.4生产率计算卡
1.机床的理想生产率我Q1的计算
Q1=
6060
=T单T机?T辅
(件/h)
式中T单-单件工时(min);
(包括动力部件工作进给时间和死挡铁停留时间);T机-机加工时间(min)
T辅-辅助时间(min)(包括快进时间、快退时间、工作台直线移动或转位时间、
工件装卸时间等)。
注:工作台直线移动或回转转换一次工位的时间一般取0.1min;工件装卸时间一般取0.5~1.5min。
2。机床负荷率的计算
?=
Q1Q2
式中Q1—机床理想和产率;
Q2—使用单位要求的生产率,当全年工时为2448h时,Q2=N/2448(件/h),当全年
工时为4600h,Q2=N/4600(件/h),其中N为被加工零件的年产量(生产纲领)。
第三章组合机床主轴箱设计
3.1主轴箱设计的原始依据
主轴箱设计的原始依据图,是根据三图一卡整理编绘出来的,其内容包括主轴箱设计的原始要求和已知条件
在编辑此图时从三图一卡中一已之1)主轴箱轮廓尺寸500?500mm。
2)工件位置尺寸及连杆大小头中心位置尺寸。3)工件与主轴箱位置尺寸。
根据这些数据可编制出主轴箱设计原始依据图。
3.2运动参数和动力参数的确定
3.2.1传动系统传动比分配
本机床主轴箱采用三级传动:传动比为3.765根据所提供数据估算各对齿轮齿轮数及传动比:第一对:Z0=22第二对:Z2=26第三对:Z4=32
Z1=32Z3=38Z5=57
其传动比:其传动比:其传动比:
i=1.45i=1.46i=1.78
按任务书的要求,本机床要同时粗铣两端面。因被加工零件两端面所要达到的各级参数都完全相同,故设计成相互对称的传动系统。3.2.2计算传动装置的运动和设计参数(1)推算出各轴的转速和转矩
1.各轴的转速:
n0?960r
min
n1?1.45?662minn2?1.46?454minn3?1.78?255min
2.各轴输入功率?1、?2分别为齿轮传动效率
?1?0.97?2?0.98
P1?5.5X0.98?5.39KWP2?5.39X0.97X0.98?5.12KWP3?6.12X0.97X0.98?4.87KWP4?4.87X0.98X0.97?4.54KW
3.各轴输入转矩
T0?9550X960?54.71KW
T1?51.71X1.45X0.98?73.48KW
T2?73.48X1.46X0.97X0.98?101.99KWT3?101.99X1.78X0.97X0.98?172.58N.M
3.2.3齿轮模数的估算及其校核(1)估算齿轮弯曲疲劳的估算
mw?32N
齿面点蚀的估算
z?j
A?370Nmm
j
其中nj为大齿轮的计算转速,A为齿轮的中心距,由中心距A及齿数Z1、Z2求其摸数
mj?2Z1?Z2)
mm
根据估算所得mw和mj中较大的值选取相近的标准摸数对于第一对齿轮:第二对齿轮:
mw1?32Nmj?2?1
?32.x662
?2.25mm
Z1?Z2)
mm=2.76mm
取摸数m为3
第二对齿轮:
mw?32Nmj2?370.取摸数m为3
z?j=2.4mm?2.6mm
第三对齿轮:
mw3?324.x32?2.7
mj3?3704.取摸数m为3
(2)齿轮模数计算及强度校核
?2.2
1.选定齿轮类型、精度、材料及齿数
1)按照所示的传动方案选用直齿圆拄齿轮传动
2)组合机床为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度
3)材料选择:选用小齿轮材料40Cr,硬度为280HBS,大齿轮材料为
45号钢硬度为240HBS,二者材料硬度为40HBS
4)选小齿轮齿数Z1=22大齿轮齿数Z2=322.按齿面接触强度设计
由设计计算公式机械设计第七版进行试算,所涉及的公式到《机械设计》的第七版得。
1确定公式内的各计算数值
1)2)
试选择载荷系数Kt?1.3计算小齿轮传递的转矩
T1?955000Pnm?54710N.M
3)4)
由表中可得选取齿宽系数为1由表中可查材料弹性系数ZE?189.8mpa
1/2
5)由图可知按齿轮面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限6Hlim?600MPa;大齿轮的接触疲劳强度极限6Hlim?500MPa;
6)计算应力循环次数
N1?60n1jLn?60?960?1?(2?8?300?15)?4.147?109N2?4.147?109/3.2?1.296?109
7)由图可知
查得接触疲劳寿命系数KHN11?0.90,KHN2?0.95
8)计算接触疲劳强度许用应力
取失效概率为1%安全系数S=1则有:[[?H]1?
KHN1?6Hlim1
?0.9?600?540mpa
S
[[?H]1?
(3)计算
KHN2?6Hlim2
?0.95?550?522.5mpa
S
(1)试算小齿轮分度圆直径dt1,代入??
H?中较小的值:
dt1??58.286mm
由于dt1大于等于58.286毫米,故取dt1为66毫米。(2)计算摸数
m?d??3
(4)按齿轮弯曲强度设计
由公式得弯曲强度的设计公式为:m?2KT1YFa
dz1z1[?F]
1.由图则有小齿轮的弯曲强度疲劳强度极限?E1?500MPa,大齿轮的弯曲疲
劳强度极限?E2?380MPa
2.由表上则有弯曲的疲劳强度寿命系数KFN1?0.85,KFN2?0.88
3.计算弯曲疲劳许用应力:取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由书中的公式有:
?F1?0.85X.4?303.57MPa
?F2?0.88X.4?283.86MPa
4.计算载荷系数K
K=1X1.12X1.2X1.35=1.814
5.查取齿形系数Ysa1?2.65,Ysa2?2.2266.查取应力系数YFa1?1.58,YFa2?1.7647.计算大,小齿轮的YFa?F]
并加以比较:
YFa1?F]1
?2.65X1..57
?0.01379
?0.01644
YFa2XYsa大齿轮的计算值大。(2)设计计算
?F]2
?2.226X1..86
m?2x1.814x5.471x10000x0.对比计算结果,取m?3,则有:
x22
?1.889mm
z1?z0xi?22x1.45?32
这样设计出的齿轮传动,既满足了齿面接触疲劳强度,又满足了齿根弯
曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费。
此时关于几何计算
1计算分度圆的直径:
d0?z0xm?22x3?66d1?z1xm?32x3?96
2计算中心距:
a?(d0?d1)
3
?81mm
计算齿轮宽度:通过查阅《组合机床手册》得
b0?24,b1?24
(3)第二对齿轮的计算,经校核有:
m2?3,z2?26,i2?1.46
d2?z2xm2?26x3?78mmd3?z3xm2?38x3?114mm
b2?24mm,b3?24mm
(4)第三对齿轮的计算,经校核有:
m3?3,z4?32,z5?57,i3?1.78
d4?z4xm3?32x3?96mmd5?z5xm3?57x3?171mmb4?b5?24mm
3.2.4轴各参数估算及强度校核
一、传动轴的估算
(1)估算轴的最小直径,按扭转强度条件计算,先按照下列初步估算的最小直径,选取轴的材料45号钢,调质处理。
?T?TT?
9550000.2xdxdxd
?[?T]
式中:?T—扭转切应力,单位兆帕
T—轴所受的扭矩
WT—轴的抗扭截面系数n—轴的转速
p—轴的传递的功率
d—计算截面处轴的直径
[?T]—许用扭转切应力
由以上公式可得轴的直径;
d0?.2[iT]
p
?x5..2x45x960
?18.13mm
取dmin?30mm
d1?.2[iT]
?20.17mm
取dmin?35mm
d2?.2[iT]
p
?22.49mm
..取dmin?35mm
d3?.2[iT]
p
?26.63mm
取dmin?40mm
二
主轴的强度校核
对传递动力轴满足强度条件是最基本的要求。通过结构设计初步确定出轴的尺寸
后,根据受载情况进行轴的强度校核计算。
首先作出轴的计算图。如果轴上零件的位置已知,即已知外载荷及支反力的作用位置。将齿轮带轮等级装配宽度的分布简化为集中力,并视为作用在轮毂宽度的中点上;略去轴和轴上的自重;略去轴上产生的拉压应力;把轴看成铰链支承,支反力作用在轴承上,其作用点的位置可用如下图所示确定。则将双支点轴当作受集中力的简支梁进行计算,然后绘制弯矩图和扭矩图,并进行轴的强度校核。1、求出输出轴的功率p?V,转速n3和转矩T3。
设?1,?2分别为齿轮传动轴承的传动效率
?1=0.97,?2=0.98则
p?V=p电??1??2=5.5?0.973?0.985=4.54KW
又于是
n3=n0/i总=
960
=255r/m3.76
4.54
=172580n?mm255
2、求作用在齿轮上的力
因已知低速大齿轮的分度圆直径
T3=9550000?
d3=m3?z5=3?57=171mm而:Ft=
2T32?172580
==2018.5Nd3171
F?=Ft?tan?=2018.5?tan20?=734.7N式中:
T3——主轴上大齿轮传递的转矩,单位为N?mm
d3——主轴上大齿轮的节圆直径,对标准齿轮即为分度圆直径。单位为mm
?——啮合角。对标准齿轮?=20?
3、求轴上的载荷
首先根据轴的结构图(见主轴箱图)作出计算简图。在确定轴承的支点位置时,应从手册中查得a值。对于7216E型圆锥滚子轴承,由手册中查得a=22。对于7220E型圆锥滚子轴承,由手册中查得a=29mm。因此,作为简支梁的轴的轴承跨距
l1+l2=119.5mm+93.45mm=212.94mm。
图3-1主轴箱图
从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算截面C处的MH、MV及M的值
①确定支座处的约束力(水平H)由?MB=0和?MF=0可求得:
FNH1+FNH2=Ft
①
Ft?L-F1NH2(L1+L2)=0②
其中L1=119.5mm
L2=93.45mm
Ft=2018.5N
因此:
FNH1=885.8N
FNH2=1132.7N
又由FNH1=885.8N,L1=119.5mm可求得:
MH=FNH1?L=885.8?119.5=105853.1N?mm1
②确定支座处垂直约束力
由?MB=0和?MF=0可求得
FNV1+FNV2=Fr
Fr?L1-FNV2(L1+L2)=0
其中L1=119.5mm①②
L2=93.45mm
Fr=734.7N
因此FNV1=322.4N
FNV2=412.3N
由上式可求得:MV=FNV1?L1=322.4?119.5=38526.5N?mm
T3=172580N?mm
由①②可求得
=112646.3N?mm
4、按弯扭合成应力校核轴的强度
进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面)强度。
由式?
ca????1?
W
式中:?ca——轴的计算应力。单位为Mpa
M——轴所受的弯矩。单位为N?mm
T——轴所受的扭矩。单位为N?mm
W——轴的抗弯截面系数。单位为mm3
对于圆环形截面,W=?d3
?4)32
3?0.1d(1-?4)
d134==0.31d110
查表得?=0.6其中?=
因此:?
ca==W
0.1?1103?(1?0.314)
153007.7685Mpa131870.79
=1.16Mpa
前已选定轴的材料为45号钢,调质处理。由表查得=
???1?=60Mpa
因此?ca〈???1?,故安全满足要求。
三、轴Ⅲ的强度校核
1、求轴Ⅲ上的功率P3,转速n2和转矩T2
设?1,?2分别为齿轮传动,轴承传动的效率
?1=0.97,?2=0.98
23=5.39?0.972?0.983=4.87kwP3=P电??1??2
又n2=n0960==454r/mini1?i21.45?1.46
P34.87=9550000?=101990N?mmn2454
于是:T2?9550000?
2、求作用在齿轮上的力
因已知低速大齿轮的分度圆直径为
d2?m3?z3?3?38?114
而mmNFt1?2T22?101990??1789.3d2114
F?1=Ft?tan?=1789.3?tan20?=651.25N
式中:T2——轴Ⅲ上大齿轮传递的转矩,单位为N?mm
d2——轴Ⅲ上大齿轮的节度圆直径,对标准齿轮即为分度圆直径。单位为mm?——为啮合角。对标准齿轮?=20?。
对于轴Ⅲ上小齿轮受力
F?主=734.7因轴Ⅲ上小齿轮与轴Ⅲ上大齿轮相啮合,由主轴校核已知Ft主=2018.5N,
N。
由牛顿第三定律可知
Ft2=2018.5N,Fr2=734.7N
3、求轴的载荷
首先根据轴的结构图(见主轴箱装配图)作出轴的计算简图(如下图所示)。对于1000806、1000807型深沟球轴承,起其作用支点在其轴承中心。因此作为简支梁的轴的支承跨矩,
L1+L2+L3=85+48.4+111.4=244.8mm
3-2轴的结构图
从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面心是轴的危险截面。现将计算截面C
处,MH,MV及M的值。1确定支座处水平的约束力
由?MA=0和?MF=0可求得:
FNH1+FNH2=Ft2-Ft1①
Ft2(L1?L2)=Ft1?L1+FNH2(L1?L2?L3)②
从而推得:
FNH1=292.1N
FNH2=521.3N
由FNH1,FNH2,Ft1,Ft2可求得:
MB1=-24828.5N?mm
MB2=127262N?mm
MC2=199726.48N?mm
MC1=-69541.42N?mm
M=127614.24N?mm
由上可推出:Mmax=199726.482确定支座处垂直方向约束力
由?MA=0,?MF=0可求得
FNV1+FNV2=Fr2-Fr1①
Fr2(L1?L2)=Fr1?L1+FNV2(L1?L2?L3)
将公式Fr2=734.7N,Fr1=651.25N代入①②
因此,FNV1=90.8N
FNV2=174.2N
由FNV1,FNV2,Fr1,Fr2已知可求得:
MB1=-771.8N?mm
②
MB2=47638.25N?mm
MC2=7476N?mm
MC1=-23244.96N?mm
M=42656.4N?mm
由上可推出:Mmax=74764N?mm
由①②可求得
=213261N?mmM总
两齿轮之间T2=101990N?mm
4、按弯扭和成应力校核轴的强度
进行校核时通常只校核轴上承受最大的弯矩和扭矩的截面(即危险截面C)的强度
由式?
ca????1?
W
对于圆柱形截面W=0.1d3
查手册得?=0.6
=34.7mps?
ca
前已选定轴的材料为45号钢,经过调质量处理。查手册得???1?=60mpa
因此?ca〈???1?,故安全满足要求。
同理可得轴Ⅰ,轴Ⅱ校核安全。
范文四:组合机床主轴箱的设计
.
组合机床主轴箱的设计
多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。多轴箱按结构特点分为通用(即标准)多轴箱和专用多轴箱两大类。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。 1.1 5.1箱体尺寸的确定
尺寸、相对尺寸见零件图
图5.1 零件图
标准主轴箱的厚度由主轴箱体、前盖和后盖三层尺寸构成。主轴箱厚度为180 mm。前盖有两种尺寸,卧式为55mm,立式为70mm.后盖厚度有90mm和50mm两种尺寸,通常采用90mm的后盖。因此。主轴箱总厚度卧式通常为325mm,立式主轴箱通常为340mm。
下面是主轴箱的宽度B、高度H和最低主轴高度尺寸的确定。
B,b2+2b (5-1-1)
H=h+h1+h2 (5-1-2)
式中 b1—— 最边缘主轴中心至主轴箱外壁的距离;
.
.
b2—— 工件上要加工的在宽度方向上相隔最远的两孔距离;
h—— 工件上要加工的在高度方向上相隔最远的两孔距离;
h1—— 最低主轴中心至主轴箱底平面的距离,即最低主轴高度;
h2—— 最上边主轴中心至主轴箱外壁的距离。
为了保证主轴箱内有足够的空间安排传动齿轮,推荐h2= b1=70~100mm
主轴箱的最低主轴高度h1不能孤立的任意确定,比须考虑它与工件最低孔的位置、机床配置形式,装料高度和动力部件、滑座、床身的关系,一般不大于85~120mm。
由所加工零件图中孔的位置关系取得b2 =458,h=297, b1 = h2 =85,
h1 =88.25,
,,b2+2 b1 H=h+h1+h2
,,458+2*85=628(mm) H=297+88.25+85=470.25(mm)
标准通用钻镗类多轴箱的厚度是一定的,卧式为325mm,立式为340mm。结合所加工的零件,选卧式,即多轴箱厚度为325mm。实例工件宽度方向为单排孔,故可以直接选取。由《组合机床设计手册》多轴箱体尺寸系列标准(表7-1)选得箱体尺寸为,,630mm H=500mm。
5.2 多轴箱所需动力计算
确定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度(高速钢钻头)
0.750.7F=33Df (5-2-1) ,b
0.720.8,T=16.5Df(5-2-2) b
,1,钻孔:10 (其中D=10mm,f=0.1mm/r,v=17m/min,(抗拉强b1
度)=700MPa)
0.750.70.083700F=33×10×× 1
,0.324,109 =462
=8960.99N
,T=25647.9(Nmm) 1
25647.9*18P==1.51(kw) 19740*3.14*10
dn,v=n==541r/min ,111000
410Td=B=29.21mm(B=5.2) 1
查《组合机床设计手册》表3—6,取d=36mm
,扩孔:11.8 (其中D=11.8mm,f=0.11mm/r,v=15m/min) 22
.
.
F2=1166.8
4d=B=24.57mm 10T2
5129.58*15P==0.213(kw) 29740*3.14*11.8
,T=5129.58(Nmm) 2
dn,V=n==405r/min 2,21000
查《组合机床设计手册》表3—6,取d=28mm
,铰孔:12 (其中D=12mm,f=0.45mm/r,v=6m/min) 33
F=296.7N 3
1277.396,6P(kw) ,,0.0239740,3.14,12
,T=1277.395(Nmm) 3
dn,V=n3==159r/min ,31000
查《组合机床设计手册》表3—6,取d=20mm
如表5.1
表5.1 钻扩铰的切削力,切削转矩和切削功率数据 工序内容 直径D(mm) 切削力F(N) 切削转矩切削功率
T(N*mm) P(kw)
10 钻孔 8960.99 25647.9 1.51
11.8 扩孔 1166.8 5129.58 0.213
12 0.02 铰孔 296.7 1277.395
多轴箱的动力计算包括多轴箱所需要的功率和进给力两项。
多轴箱所需功率按下列公式计算: nnn
P多轴箱,P切削,P空转,P损失,P切削i,P空转i,P损失i (5-2-3) ,,,,1,1,1inn式中 ,切削—切削功率,单位为kw
,空转—空转功率,单位为kw;
,损失—与负荷成正比的功率损失,单位为kw。 每根主轴的切削功率,由选定的切削用量按公式计算或查图表获得;每根轴上的空转功率由表5.2确定;每根轴上的功率损失,一般可取所传递功率的1%。
.
.
表5.2轴的空转功率
轴径
15mm 20mm 25mm 30mm 30mm 转速(r/min)
100 0.004 0.007 0.012 0.017 0.030
160 0.007 0.012 0.018 0.027 0.047
250 0.010 0.018 0.028 0.042 0.074
400 0.017 0.030 0.046 0.067 0.118
630 0.026 0.046 0.073 0.105 0.186
(节选自《组合机床设计手册》p62 表4—6)
由于轴的空转功率的选取要用到轴的直径,故先由主轴类型及外伸尺寸初步确定主轴直径。传动轴的直径也可以参考主轴直径大小初步选定。待齿轮传动系统设计完后再来验算某些关键的轴颈。
表5.3轴的外伸尺寸及切削用量
主轴外伸尺寸(mm) 切 削 用 量
轴号 D/d L n f 工序内v(m/min)
(r/min) (mm/r) 容
50/36 115 541 17 0.1 轴 1、2、3 钻孔
40/28 115 405 15 0.11 轴 4、5、6 扩孔
32/20 115 159 6 0.45 轴7、8、9 铰孔
初步选取主轴1,3的轴径为30mm,4,6的轴径为25mm,7,9的轴径为20mm。 故:传动轴13、14、15、的轴径为30mm,11、16的轴径为25mm,12、17、18轴径为20mm.
由表5.3选取各轴的空转功率。
对直径10mm钻孔:由于轴1、2、3的规格承载均相同,故P空转1= P空转2= P空转3=0.105kw
对直径11.8mm扩孔:由于轴4、5、6的规格承载均相同,
故P空转4= P空转5= P空转6=0.046 kw
对直径12mm铰孔:由于轴7、8、9的规格承载均相同,
故P空转7= P空转8= P空转9=0.012 kw
P损失一般可取所传递功率的1% ,
03,1.51,1,0.0453钻直径10mm孔时 :,损失=(kw) 0
03,0.213,1,0.00639扩直径11.8mm孔时 :,损失=(kw) 0
03,0.02,1,0.0006铰直径12mm孔时 :,损失=0.0006(kw) 0
P多轴箱=,切削,,空转,,损失
,3,1.51,3,0.213,3,0.02,3,0.105,3,0.046,3,0.012,0.0453,0.00639,0.0006=5.77(kw)
.
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钻孔时P多轴箱=5.77 kw 。由此查《组合机床设计手册》p115 表5—39 1TD32,1TD80动力箱性能知选取1TD50,型式为I,电动机型号为Y132M-4电动机功率为7.5kw,电动机转速1440r/min,输出轴转速720r/min。
5.3轴的初步选定
在多轴箱动力计算中对主轴的轴径进行了初步计算。初步选取主轴1,3的轴径为30mm,4,6的轴径为25mm,7,9的轴径为20mm。轴的结构主要以下因素:轴在机器中的安装位置及形式,轴上安装零件的类型.尺寸.数量以及和轴连接的方法,载荷的性质.大小.方向及分布情况:轴的加工工艺等。轴的结构的因素较多,且结构形式又要随着具体情况的不同而异,所以轴没有标准的结构形式,设计时,必须针对不同情况进行具体的分析。但是,不论何种具体条件,轴的结构都应满足:轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置;轴上的零件应便于装拆和调整.
通用钻削类主轴按支承方式可以分为三种:
(1)滚锥轴承主轴:前后支承均为圆锥滚子轴承。这种支承可以承受较大的径向和轴向力,且结构简单、装配调整方便,广泛应用于扩、镗、铰孔和攻螺纹等加工;当刀具进退两个方向都有轴向力切削力时常用此种结构。
(2)滚珠轴承主轴:前支承为推力轴承和向心球轴承、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,能承受较大的轴向力,适应于钻孔主轴。
(3)滚锥轴承主轴:前后支承均采用无内环滚针轴承和推力轴承。当主轴间距较小时采用。
主轴的型式主要取决于工艺方法、刀具主轴联接结构、刀具的进给抗力和切削转矩。如钻孔时常采用滚珠轴承主轴;扩、镗、铰孔等工序常采用滚锥轴承主轴;主轴间距较小时常选用滚针轴承主轴。滚针轴承精度较低、结构刚度及装配 工艺性都较差,除非轴间距限制,一般不选用。对于本设计而言,主要实现钻扩铰三工位的传动。主轴选用推荐的滚珠轴承主轴,结构如图5.2所示:
图5.2 主轴的支承结构
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然而对于传动轴,由于其基本上不承受轴向力,但是为提高加工精度,防止派生的轴向力影响传动,故选用滚锥轴承的支承方式即在两端均采用圆锥滚子轴承。这样以来就可以通过轴承的预紧来更进一步的提高加工进度,结构如图5.3 所示:
图5.3 传动轴的支承结
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5.4 多轴箱传动方案设计
多轴箱传动设计,是根据动力箱驱动轴的位置和转速、各主轴位置及转速要求,设计传动连,把驱动轴与各主轴链接起来,使各主轴获得预定的转速和转向。 5.4.1多轴箱传动系统的一般要求
(1)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。为此,应尽量用一根中间轴带动多根主轴,并将齿轮布置在同一排上。当中心距不符合标准时,可采用变位齿轮或略微改变传动比的方法来解决。
(2)尽量不使用主轴带动主轴的方案,以免增加主轴的负荷,影响加工质量。 遇到主轴分布较密,布置齿轮空间受到限制或主轴负荷较小、加工精度要求不高时,也可用一根强度较高的主轴带动1或2根主轴的传动方案。 (3)为使结构紧凑,多轴箱内齿轮副的传动比一般不要大于1/2(最佳传动
,1/1.5),后盖内齿轮传动比允许至1/3,1/3.5;尽量避免用升速传动。但比为1
是为了使主轴上的齿轮不至于过大,最后一级经常采用升速传动。当驱动轴转速较低时,允许先升速后再降一些,使传动链前面的轴、齿轮转矩较小,结构紧凑,但空转功率损失随之增加,故要求升速传动比小于或等于2;为使主轴上的齿轮不过大,最后一级经常采用升速传动。
(4)用于粗加工主轴上的齿轮,应尽量设在靠近前盖处,以减少主轴的扭转变形;精加工主轴上的齿轮,应设置在第3排,以减少主轴端的弯曲变形。 (5)多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,以免影响加工精度。
(6)驱动轴直接带动的传动轴数不要超过两根,以免给装配带来困难。 5.4.2 拟定多轴箱传动方案的基本方法
先把全部主轴中心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主轴也已设置中间传动轴(如一根传动轴带动两根或三根主轴);然后根据已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。
被加工零件上加工孔的位置分布是多样的,但大致可以分为:同心圆分布、直线分布和任意分布三种类型。
对于同心圆分布,可在同心圆处分别设置中心传动轴,由其上一个或几个(不同排数)齿轮来带动各轴。
对于直线分布,可在两主轴中心连线的垂直平分线上设传动轴,由其上一个或几个齿轮来带动各主轴。
对于任意分布,可以根据“三点共圆”原理,将主轴三个一组放在同心圆上。.
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其余的采取直线分布。即任意分布可以看做是同心圆和直线分布的混合分布形式。
由所加工零件的孔的大小和位置特征,用最少的传动轴及齿轮副把驱动副和各主轴连接起来。如下5.4图
图 5.4
根据所加工零件的孔的大小和位置特征,中间三孔呈圆形分布,因此设计此方案,此传动设计方案符合主轴箱设计的各项原则:
(1)传动轴、齿轮数相对少,用一根传动轴带动多根主轴,
(2)主轴齿轮规格相同。
此设计结构紧凑互不干涉冲突,满足设计加工要求。
.
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5(5 传动件的设计计算
5.5.1 齿轮的设计计算
传动方案分析
图5.1传动方案图
本工序孔位较多,主轴1、2、3的转速相同为541 r/min,主轴4、5、6的转速相同为405 r/min,主轴7、8、9的转速相同为159 r/min,电动机转速为1440 r/min,驱动轴的转速为720r/min.
齿轮模数的确定:齿轮的模数m一般用类比法确定,也可按公式估算,即
P3 M?(30,32) (5-5-1) zn
式中 P—齿轮所传递的功率,单位为KW;
一对啮合齿轮中小齿轮的齿数;
n-- 小齿轮的转速,单位为r/min .
多轴箱中的齿轮模数常用2、2.5、3、3.5、4几种。为便于生产,同一多轴箱中的模数规格最好不多于两种。
查《机械设计简明手册》P161表7-22动力箱齿轮,为满足总的传动比,选用动力箱齿轮为m=3,z=22,相应的取与之匹配的齿轮。 模数m=3 将这对齿轮安排在第?排。
小齿轮最小齿数不能小于17,小于17会发生根切现象。把钻孔转速代入下面公式。经计算:
P3钻:M?(30,32)?1.64 (5-5-2) zn
P3扩:M?(30,32)?0.9 zn
P3铰:M?(30,32)?0.6 zn
.
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经比较,选取?、?、?排的齿轮模数为m=2 。
主轴上齿轮的齿数为:钻40,扩40,铰43。根据转速和所选公比计算
出各传动轴上的齿轮齿数。
5.3.3润滑泵轴和手柄轴的安置
多轴箱常采用叶片油泵润滑,油泵供油至分油器经油管分送各润滑点(如第IV排齿轮、轴承、油盘等)。箱体较大、主轴超过30根时用两润滑泵。油泵安装在箱体前壁上,油泵尽量靠近油池。吸油高度不超过400~500mm。通常油泵齿轮放在第I排,以便维修,如结构限制,可放在第IV排,当泵体或管接头与传动轴端相碰时,可改用埋头传动轴。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。其周围有较大空间。
5.5.2主轴的坐标位置
表5.4
坐标 销 驱动轴 主轴1 主轴2 主轴3 主轴4
X 0 199.500 65.753 181.942 181.942 228.452
Y 0 190.000 353.756 220.730 287.501 174.597
坐标 主轴5 主轴6 主轴7 主轴8 主轴9
X 362.127 295.174 524.198 524.198 408.323
Y 174.500 174.597 220.730 353.756 287.501 各传动轴的坐标值由坐标检查图中可查出略
齿轮的材料及热处理:
选择小齿轮的材料为40cr(调质)硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质)硬度为240 HBS,二者硬度差为40 HBS。
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范文五:组合机床主轴箱夹具设计
第一章 绪 论
1.1 组合机床的特点
组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它能够对一种(或几种)零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铣削磨削等工序,生产效率高,加工精度稳定。
组合机床与通用机床、其他专用机床比较,具有以下特点:
(1) 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%,因此设计和制造的周期短,投资少,经济效果好。
(2) 由于组合机床采用多刀加工,并且自动化程度高,因此比通用机床生产效率高,产品质量稳定,劳动强度低。
(3) 组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的,又有厂成批制造,因此结构稳定、工作可靠,使用和维修方便。
(4) 在组合机床上加工零件时,由于采用专用夹具、刀具和导向装置等,加工质量靠工艺装备保证,对操作工人水平要求不高。
(5)当被加工产品更新时,采用其他类型的专用机床时,其大部分件要报废。用组合机床时,其通用部件和标准零件可以重复利用,不必另行设计和制造。
(6)组合机床易于联成组合机床自动线,以适应大规模的生产需要。
组合机床常用的通用部件有:机身、底座、立柱、动力箱、动力滑台,各种工艺切削头等。对于一些按循序加工的多工位组合机床,还具有移动工作台或回转工作台。
动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动或进给运动的动力部件。其中还有能同时完成切削主运动和进给运动的动力头。
机身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件,起着机床的基础骨架作用。组合机床的刚度和部件之间的精度保持性,主要是由这些部件保证。
1.2 组合机床的分类和组成
组合机床的通用部件分大型和小型两大类。大型通用部件是指电机功率为1.5-30千瓦的动力部件及其配套部件。这类动力部件多为箱体移动的结构形式。小型通用部件是指电机功率甾.1-2.2千瓦的动力部件及其配套不见。这类动力部件多为套筒移动的结构形式。用大型通用部件组成的机床称为大型组合机床。用小型通用部件真诚的机床称为小型组合机床。按设计的要求本次设计的机床为大型通用机床。
组合机床除分为大型和小型外,按配置形式又分为单工为和多工位机床两大类。单工位机床又有单面、双面、三面和四面几种,多工位机床则有移动工作台式、回转工作台式、中
央立柱式和回转鼓轮式等配置型式。本次设计的机床为单工位双面铣床。 1.3 组合机床的方案选择
(1)制定工艺方案 要深入现场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。确定在组合机床上完成的工艺内容及其加工方法。这里要确定加工工步数,决定刀具的种类和型式。
(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。在选择机床配置型式时,既要考虑实现工艺方案,保证加工精度,技术要求及生产效率;又要考虑机床操作、维护、修理是否良好;还要注意被加工零件的生产批量,以便使设计的组合机床符合多快好省的要求。
(3)组合机床总体方案 这里要确定机床各部件间的相互关系,选择通用部件的刀具的导向,计算切削用量及机床生产率。给制机床的总联系尺寸图及加工示意图等。
(4)组合机床的部份方案和施工方案 制定组合机床流水线的方案时,与一般单个的组合机床方案有所不同。 流水线上由于工序的组合不同,机床的型式和数量都会有较大的变化。因此,这时应按流水线进行全面考虑,而不应将某一台或几台机床分裂开来设计。即使暂时不能全面地进行流水线设计,制定方案时也应综合研究,才能将工序组合得更为合理,更可靠地满足工件的加工要求,用较多的工作,也为进一步发展创造了有利条件。
第二章 组合机床总体描述
2.1 组合铣床工艺方案的制定
工艺方案的制定是设计组合铣床最重要的步骤之一。其制定过程应从以下的几个方面考虑:1、加工的工序和加工精度的要求。2、被加工零件的特点3工件的生产方式。等诸多方面综合考虑。
图3-1为拖拉机发动机连杆零件,合件简图。
图2-1发动机连杆零件简图
连杆由大、小头和杆身等部分组成。大头为开式结构(系直剖式连杆)。连杆和连杆盖用螺栓,螺母连接。为减少磨损和便于修理,大头孔和小头孔内分别安装轴瓦和铜套。连杆身的截面为工字形,可减少重量和减少惯性力又使连杆具有足够的强度和刚度。连杆头两端面有落差且杆身对称。大小头侧面设计有定位凸台作为机械加工时的辅助定位基准,便于定位基准的统一。
连杆总的工艺特点是:外形复杂,不易定位;大、小头有细长的杆身连接,所以弯曲刚性差,易变形;尺寸精度,形状精度和位置精度及表面粗糙度要求很高。
连杆所选的材料为45钢(精选含碳量为0.42%~0.47%),并经调质处理以提高其强度及其抗冲击能力,其硬度为217~287HBS。其锻件重量为7.5kg。
根据以上的工艺特点下面初步拟订工艺方案。
1、工艺基面的分析及选择
采用以V形铁为主要定位元件的方法。为提高其定位精度,要把V形铁的角度做大一些。如图2-2
3
图3-2 工艺基面的选择
2、工序间余量的确定
3、刀具结构的选择
按相关的资料选取端铣刀的形式。在铣削过程中,端铣刀的直径要大于加工工件的最大宽
度,由给定的加工零件图可知最大为Bmax=135mm,故端铣刀的直径选取150mm为宜,其
齿数按标准选7。
即 D =150
Z=7
4、铣削用量的选择
为使组合铣床更好的提高生产效率,便于人工操作,最少的停车损失和使刀具的寿命更长、
加工质量更好,合理的选择铣削用量是非常必要的。表3-3为硬质合金端铣刀的铣削用量。
加工材料 工序 铣削深度 铣削速度 每齿走刀量
钢52~70 ,b粗 2~4mm 80~120米/分 0.2~0.4
,毫米(公斤/)
精 0.5~1mm 100~180米/分 0.05~0.02
表3-3 硬质合金端铣刀的铣削用量表
加工工件为45号钢,所以选如下的铣削用量
铣削深度T=3mm
铣削速度V=120m/min
s 每齿走刀量=毫米/齿 z
铣削用量的选择应该使选择的刀具充分发挥其性能。所以就不能选择太低。考虑到批量生产时也没必要把切削用量选太高,以免增加刀具损耗。总之要根据加工精度和加工材料,工作条件和技术要求进行分析。所以以上的选择是可行的。
2.2 确定切削力、切削功率
根据选定的切削用量(组要指切削速度v及进给量f),确定切削力,作为选择动力部件(滑台)及夹具设计的依据;确定切削扭矩,用以确定主轴及其他传动件(齿轮、传动轴等)的尺寸;确定切削功率,用以选择主传动电机功率。
一銑削力和主切削功率计算
1 主切削力Fc
因选取硬质合金端面銑削45,钢工件,由<机床设计手册>得:
Fc,1150,ae1.06,af0.88,dt(,0.13),ap0.9.nt(,0.18)Z
Cf—— 系数
—— 銑削接触弧深 af
—— 每齿的进给量 af
dt ——铣刀的深度
—— 铣削深度 ap
Z —— 铣刀齿数
Fc,553.86N故由上则有:
N切12 切削功率:
FV N切1,61200,1.086KW
2.3 组合机床配置型式的选择
对于加工发动机连杆这样的工件,特别适合大、中箱体件的加工。为尽可能地提高生产率,最理想的是将工件一次性全部加工。经过和指导老师商量后,我们决定设计四根主轴两端同时进行铣削。在满足条件的情况下,采用卧式双面铣床是可行的。
在加工连杆过程中,还必须考虑到加工零件特点对配置型式和结构方案的影响。在加工精度要求影响方面,不仅提高原始精度,提高工件的定位基准和减少夹压变形等措施,还要采用如下措施。
1、采用液压进给系统。液压系统能够稳定,便捷的操作,提高了加工过程精度和光洁度。
2、采用刚性主轴方案,由于机床导轨间隙及导轨磨损的影响。在加工过程中就不易产生
振动,并且有足够的刚性保证其径向切削力。
2.4影响总体布置的因素
1、加工精度的影响
当工件的加工精度要求较高时,应采用具有固定夹具的单工位组合机床,加工精度要求较低时,可采用具有移动夹具的多工位组合机床。此外,还要考虑到不同布置形式的机床所能达到的加工精度。例如,对于同轴度要求较高的各孔,应采用从同一面对工件进行加工机床布置形式。
2、工件大小、形状和加工部位特点的影响
5
对于较大的工件,宜采用单工位机床,反之,宜采用多工位机床;对于大直径深孔的工件,宜采用具有刚性主轴结构的立式机床;对于小直径深孔的工件,通常采用专门的深孔加工机床;对于被加工孔的中心线与定位基准垂直的工件,一般采用立式机床。本原则也可根据机床的使用条件综合考虑。根据上述原则,对于本章实例,可采用立式机床。但考虑工件排屑方便,机床空间的高度可矮些,故可采用卧式组合钻床。
3、生产率的影响
零件的生产批量大小是决定采用单工位、多工位或自动线,还是按中小批量生产特点来设计组合 机床的重要因素。有时从工件的外形及轮廓尺寸上看,可采用单工位固定夹具的机床布置形式,但是由于生产率要求很高,就不得不采用多工位的机床布置方案,以便使装卸工件时间与机动时间重合。
被加工的零件的生产批量越大,工序 安排一般就越趋于分散,且粗、半精、精加工应分别在不同的机床上完成。
对于中小批量生产的情况,则要力求减少机床的台数,并应将所有工序尽量集中在一台或少数几台机床上完成,以提高机床的利用率。
2.5组合铣床的总体分析——三图一卡
2.5.1被加工零件工序图
被加工零件工序图是指根据已确定的工艺方案,表示一台组合机床或自动线对加工零件应完成的工艺内容的示意图,它包括加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求等内容。它不能用产品的零件图代替,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及必要的说明进行重新绘制。它是进行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。其内容应包括以下几个方面:
(1)表示出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和尺寸。尤其是当需要中间导向套时,应表示出零件内部的筋、壁布置及有关结构的形状和尺寸,以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。
(2)表示出加工用定位基准、夹紧部位及夹紧方向,以便依此进行夹具的定位支承(包括辅助定位支承)、限位、夹紧及导向系统的设计。
(3)表示出本道工序加工部位的尺寸 、尺寸精度、表面粗糙度、形状位置精度及技术要求,另外还应表示出本道工序对前道工序提出的要求(主要指定位基准)。
(4)表示出必要的文字说明,如被加工零件的编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。
(5)绘制时,按一定的比例,细实线表示与本道工序加工无关的部分,粗实线表示被加工部位精度、粗糙度、位置精度、定位面及夹压方向。
(6)凡本道工序保证的尺寸、角度等,应在基尺寸数值上打上方框,并在下面加一横线(粗实线)。
以下为被加工零件图,其材料为45钢并经调质处理,其其硬度为217~287HBS。
图2-4 连杆零件图
2.5.2 加工示意图
零件加工的工艺方案要通过加工意图才能反映出来。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,工件与夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系,以及机床的工作行程和工作循环等。因此,它是刀具、辅具、夹具、主轴箱、液压和电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料,也是对整台机床布置和技术性能的原始要求,同时还是调整机床、刀具及试车的依据。其内容包括以下几方面:
(1)应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。
(2)根据加工部位的特点及加工要求,决定刀具的类型、数量、结构、尺寸(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,并决定它们的结构参数及尺寸。
(5)标明主轴、接杆、夹具(导向装置)与工件之间的联系尺寸、配合及精度等。
(6)根据机床的生产率及刀具和工件的材料等,合理确定并标注各主轴的切削用量。
(7)加工示意图的绘制顺序是:先按比例用细实线绘出工件加工部位和局部结构的展
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开图,然后用粗实线绘出加工表面。为了简化,对同一主轴箱上结构尺寸完全相同的主轴,可只画一根,但必须在主轴上标注孔号。当轴数多时,可缩小比例。最后,用细实线画出加工部位简图,并标注孔号。
(8)在加工示意图上,主轴的分布可不按真实距离绘制。但当被加工孔的间距很小时或需设置径向结构尺寸较大的导向装置时,相邻的主轴必须严格按比例绘制,以便检查相邻的主轴、刀具、辅具、导向装置等之间是否发生干涉。
(9)主轴应从主轴箱端面画起。刀具画在加工终了位置上(攻丝加工则画在开始位置上)。对标准的通用结构,只须画出外廓,并须加注标准代号,对一些专用结构,则必须画出剖视图,并标注尺寸、精度及配合种类。
发动机连杆示意图如图3-5所示。
选择刀具、导向装置
a刀具的选择
一般孔加工用刀具(钻、扩、铰等刀具)其直径的选择应与加工部位的尺寸、精度相适应,其长度的选择要保证加工终了时,刀具螺旋槽尾端面与导向装置外端面之间有定的距离。其标准见图。
b导向装置的选择
双面铣n=255r/minf=0.3mm/rRa=12.5大小头两端面铣销参数相同
图2-5 发动机连杆加工示意图
选择导向装置的类型、形式和结构
第一类导向装置允许刀具的线速度V,20m/min。除铰孔外,这类导向装置很少用于大直径的加工。
第二类导向装置允许刀具的线速度V,20m/min。这类装置一般用孔径在φ25mm以上的
孔的加工,尤其是大直径镗孔时应用较多。
确定导向装置的数量、选择导向装置的参数
粗定主轴的类型、尺寸、外伸长度及选择接杆、浮动卡头 查表初定主轴直径D,再 综合考虑加工精度和具体工作条件,根据表决定主轴外伸部分
的尺寸(轴端的外径和内径:D/d,外伸长度L)及配套的刀具接杆莫氏圆锥号、攻丝靠1
模规格代号等。
确定动力部件的工作循环及工作行程
(1)动力部件的工作进给长度L: 工进
L,L,L,L 即:L , 10+10+1/3×6.7+5=27 工进1加工长2工进
式中,L—工件加工部位的长度;L—刀具切入长度;L2—刀具切出长度 加工长1
(2)动力部件的快速退回长度L: 快退
L,L ,L 快退工进快进
即:L ,27,133,160; 快退
式中,L 是动力部件的引进长度(动力部件把主轴相连同刀具,从原始位置送进到工快进
作进给开始位置),其长度按加工的具体情况确定。
( 3)动力部件的总行程L?L,L,L总工进行程前备后备
式中
L—前备量,动力部件尚可向前调节的距离; 前备
L—后备量,刀具从接杆中接杆连同刀具一起从主轴孔中得到所需要的轴向距后备
离;
L—动力部件的工作行程,即L。 工进行程快进
夹具尺寸主要指夹具体的长X宽X高。对这些尺寸的确定,考虑工件的尺寸、形状、
具体结构外,还要考虑能否布置下保证加工要求的定位、限位、夹紧机构及导向装置,并要
考虑夹具底座与机床其他部件的连接、固定所需要的位置。 2)机床装料高度H的确定
组合机床的标准装料高度推荐为850---1060mm
所以选择装料高度为
H=850mm
3)中间底座尺寸的确定
中间底座尺寸主要满足夹具在其上安装连接的需要,同时满足配套部件对其的要求,
因此应合理地选定中间底座尺寸。重要的是,一定要保证动力部件处于加工终了位置时,工
件端面至主轴箱端面之间的距离应不小于加工示意图上所要求的距离。 4)主轴箱尺寸的确定
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有关标准中规定,卧式主轴箱厚325mm,立式主轴箱厚340mm。多轴箱的宽度B和高度H按下列公式确定;
H=h2+h1+b1
B=b2+2b1
式中: b ——工件在宽度方向相距最远的两加工面的距离(毫米)
b1——最边缘主轴中心距箱外壁的距离(毫米)
h ——工件在高度方向相距最远的两加工平面的距离(毫米)
h1——最底主轴高度(毫米)
一般取b1大于等于70—100mm;一般推荐h1大于等于85—140mm。
根基上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准,最后确定主轴箱轮廓尺寸为500×500 mm
4、其他应注意的问题
1)机床总图要按加工终了时的状态画出。同时,要表明动力部件退回到最远时所处的位
置。最远处为160mm。
2)应注明电动机的型号、功率和转速。应注明动力部件的总行程,本题为230mm。
主轴二
驱动轴
主轴一
图2-6主轴箱轮廓尺寸确定图
3)应表明液压系统和电气控制按钮等的安装位置。
4)当工件加工部位对其中心线不对称,而使动力部件对夹具和中间底座不对称时,应注
明动力部件中心线与夹具中心线之间的偏移量。
2.5.4 生产率计算卡
1(机床的理想生产率我Q1的计算
6060 Q,, (件/h) 1TTT,辅单机
式中 ,单件工时(min); T单
,机加工时间(min)(包括动力部件工作进给时间和死挡铁停留时间); T机
,辅助时间(min)(包括快进时间、快退时间、工作台直线移动或转位时间、工件T辅
装卸时间等)。
注:工作台直线移动或回转转换一次工位的时间一般取0.1min;工件装卸时间一般取
0.5~1.5min。
2。机床负荷率的计算
Q1 , ,Q2
式中Q—机床理想和产率; 1
Q—使用单位要求的生产率,当全年工时为2448h时,Q,N/2448(件/h),当全年工时22
为4600h,Q,N/4600(件/h),其中N为被加工零件的年产量(生产纲领)。 2
第三章 组合机床主轴箱设计 3.1主轴箱设计的原始依据
主轴箱设计的原始依据图,是根据三图一卡整理编绘出来的,其内容包括主轴箱设计的原
始要求和已知条件
在编辑此图时从三图一卡中一已之
1)主轴箱轮廓尺寸500500mm。 ,
2)工件位置尺寸及连杆大小头中心位置尺寸。 3)工件与主轴箱位置尺寸。
根据这些数据可编制出主轴箱设计原始依据图。
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3.2 运动参数和动力参数的确定 3.2.1 传动系统传动比分配
本机床主轴箱采用三级传动: 传动比为3.765
根据所提供数据估算各对齿轮齿轮数及传动比:
第一对:=22 =32 其传动比 : i=1.45 ZZ01
第二对: =26 =38 其传动比 : i=1.46 ZZ23
第三对: =32 =57 其传动比 : i=1.78 ZZ45
按任务书的要求,本机床要同时粗铣两端面。因被加工零件两端面所要达到的各级参数
都完全相同,故设计成相互对称的传动系统。 3.2.2 计算传动装置的运动和设计参数 (1) 推算出各轴的转速和转矩
1( 各轴的转速: nr,960min0
960r n,,1.45662min1
662r n,,1.46454min 2
454r n,,1.78255min 3
2( 各轴输入功率分别为齿轮传动效率 ,1、,2
,,0.97,,0.9812
PXKW,,5.50.985.39 1
PXXKW,,5.390.970.985.12 2
PXXKW,,6.120.970.984.87 3
PXXKW,,4.870.980.974.54 4
3( 各轴输入转矩
5.5TXKW,,955096054.71TXXKW,,51.711.450.9873.48 01
TXXXKW,,73.481.460.970.98101.99 2
TXXXNM,,101.991.780.970.98172.58. 3
3.2.3齿轮模数的估算及其叫校核
(1) 估算 齿轮弯曲疲劳的估算
3mw,32Nz,j
齿面点蚀的估算
N3 A,370mm,j
其中为大齿轮的计算转速,A为齿轮的中心距,由中心距A 及齿数Z1、Z2求其摸数 nj
2A mmm,j()ZZ,12
根据估算所得和中较大的值选取相近的标准摸数对于第一对齿轮: mjmw
第二对齿轮:
N15.393 mm mw,32,32,2.251,Z122x662
2A =2.76mm mj,mm(Z1,Z2)
取摸数m为3
第二对齿轮:
3 =2.4mm mw,32Nz,j
5.123mj,370,2.6 mm 2454
取摸数m为3
第三对齿轮:
4.873mw,32,2.73 255x32
4.873mj3,370,2.2 255
取摸数m 为3
(2) 齿轮模数计算及强度校核
此处省去NNNNN需要更多更完整的图纸和说明书请联系 秋 3053703061
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