毕业设计（论文）-压力阀阀腔铣面专用机床及夹具设计

毕 业 设 计（论 文） 压力阀阀腔铣面专用机床及夹具设计教 学 系： 机械制造及其自动化 指导教师： 专业班级： 学生姓名： 二零一五年五月50目 录序言11 零件的加工工艺21.1 零件的作用21.2 零件的工艺分析21.3 零件的生产类型31.4 零件表面加工方法的选择31.5 制定工艺路线31.6 选择加工设备与工艺设备41.7 选择刀具42 组合机床总体设计-三图一卡52.1被加工零件工序图52.1.1 被加工零件工序图的作用和内容52.1.2 绘制被加工零件工序图的规定及注意事项52.1.3工序图CAD62.2加工示意图72.2.1 加工示意图的内容和作用72.2.2 绘制加工示意图的注意事项72.2.3 选择刀具，导向及有关计算72.2.4 加工示意图CAD102.3机床联系尺寸图102.3.1 机床联系总图的内容和作用102.3.2 绘制机床联系总图注意事项112.3.3 机床的分组112.3.4 机床联系尺寸总图112.3.5 机床生产率计算卡123 多轴箱部件设计133.1 机床主要技术参数的确定133.1.1 确定工件余量133.1.2 选择切削用量133.1.3 运动参数143.1.4动力参数主运动驱动电动机功率的确定153.2 进给驱动电动机功率的确定163.3 主轴组件的计算173.3.1 主轴直径的选择173.3.2 主轴前后支承轴承的选择183.3.3 主轴内孔直径193.3.4 主轴前端悬伸量203.3.5 主轴支承跨距223.4 主轴结构图223.5 主轴组件的验算233.6 主轴组件的润滑和密封263.6.1 主轴轴承的润滑263.6.2 主轴组件的密封273.7 主轴组件中相关部件283.8 主轴组件轴向调节机构343.9夹具设计343.9.1 夹具的组成343.9.2 夹具的分类和作用353.9.3 工件在夹具中的定位373.9.4 工件在夹具中的夹紧423.9.5设计过程中不合理的夹具方案46总结47参考文献49致谢50 全套图 纸加扣 3346389411或3012250582摘 要在生产过程中，通过一定的手段使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程。压力阀阀腔机壳体侧面铣削加工工艺装备的设计应该包括确定减速器整体工艺方案的确定，绘制相应的工序图，加工示意图，机床联系尺寸图。被加工零件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，毛坯的图样，工序图是组合机床设计的具体依据，也是制造，使用，调整和检验机床精度的重要文件。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。是表达工艺方案具有内容的机床工艺方案图。它是设计刀具，辅具，夹具，多轴箱和液压，电器系统以及选择动力部件，绘制机床总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须的重要技术文件。机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定的专业部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置型式，主要构成及各部件安装位置，相互联系，运动关系和操作方位的总体布局图。用来检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适；它为多轴箱，夹具等专用部件设计提供重要依据；它可以看成是机床总体外观简图。由轮廓尺寸，占地面积，操作方法等可以检验是否适应用户现场使用环境。夹具图是对组合机床加工布局的完整描述，夹具图反映了工件加工采用定位的方式，夹具方式等一些重要的参数。工艺方案，工序图，加工示意图，机床联系尺寸图，夹具图，工序卡基本构成了完整的加工工艺装备设计。关键词：工序，工艺分析，定位方案，夹具设计ABSTRACTIn the production process, through certain means of production object ( raw materials, the blank, part becomealways ) state of quality and quantity directly change process is called process. General reducer casing body side milling technology and equipment design should include identification of reducer overall technology scheme, draw the milling speed reducer side corresponding to the process map, diagram processing, machine tool contact size diagram Is processed the components working procedure chart is formulated according to the process, said the combinatorial machine to complete the process content, processing parts of the size, precision, surface roughness and technical requirements for processing, positioning, clamping part and the part to be machined materials, hardness and in the present before machining allowance, rough pattern, working procedure chart is a combination of machine tool design specific basis, but also manufacturing, use, adjustment and testing accuracy of machine tools and important document. The processing diagram is in process planning and machine overall plan initially identified on the basis of drawing. Machine tool contact size diagram is processed the components working procedure chart and diagram processing as the basis, and according to the preliminary selected major general components and determining the overall structure of the major components and rendering. Is used to indicate the machine configuration type, main components and each component mounting position, mutual connection, movement relation and the operation range of the overall layout. Used to test each component relative position and size of contact can meet the processing requirements and general component selection is appropriate; it is a multiple spindle, fixtures and other special components designed to provide important basis; it can be regarded as the general appearance of machine tool. By the contour size, covers an area of, operation method can test whether adapt to the user application environment on the spot. On the combination of machining fixture graph is a complete description of the layout, fixture graph reflects the workpiece processing using the positioning mode, clamps and some important parameters. Process scheme, process map, diagram processing, machine tool fixture contact size diagram, diagram, working procedure card basic form a complete process equipment design.Key words: process, process analysis, a positioning scheme, fixture design序言 压力阀阀腔加工工艺装备设计是我们贯彻四年所学的知识，将理论与实践相结合，对专业知识的综合运用训练，为我们即将走向自己的工作岗位打下坚实的基础。 机械加工工艺师规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品经济效益，生产规模的大小，工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品质量的重要保证。在编制工艺方案是须保证其合理性，科学性和完善性。 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。是表达工艺方案具有内容的机床工艺方案图。它是设计刀具，辅具，夹具，多轴箱和液压，电器系统以及选择动力部件，绘制机床总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须的重要技术文件。机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定的专业部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置型式，主要构成及各部件安装位置，相互联系，运动关系和操作方位的总体布局图。用来检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适；它为多轴箱，夹具等专用部件设计提供重要依据；它可以看成是机床总体外观简图 机床夹具是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率，改善工人的劳动强度，降低生产的成本而在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，即使工件保证正确的加工位置不变的装置。 本次减速器机壳体侧面铣削加工工艺装备设计，通过对图纸的分析，首先应该先制定出合理的整体加工工艺方案，再结合工艺方案绘制出侧面铣削这道工序的工序图，加工示意图，夹具图，最后绘制出机床联系尺寸图，并做相应的设计计算。1 零件的加工工艺1.1 零件的作用 设计中所给定的阀腔是普通油阀中的阀腔，从零件图上分析，大体作用为：通过阀腔作为油的分油岔口，将液压油输送到阀体，其中100的内孔与阀体结合，100的内孔有110的凹槽，用于垫密封胶圈，阀腔底部孔65外圆有宽73深3.5的凹槽与阀座配合，用于垫密封橡胶圈，保证密封性，防止漏油。 图11.2 零件的工艺分析 通过零件图的绘制（图1）、分析、研究。该零件的结构要求合理，符合工艺要求。从零件图上可以看出，阀腔零件还算比较规则，属于箱体零件，上、下端面通过粗铣、精铣即可达到所需表面粗糙度。100H8孔、65孔、76孔通过铣削加工可以达到所需技术要求，与76孔端面有平行度要求，加工精度要求较高。6M12-6H的螺纹孔相对100H8孔的轴线互成60分布，其径向设计基准为110H11孔的轴线，轴向设计基准是100H8孔外圆的左端面，220孔分布于100H8孔两侧，加工要求在阀腔的对称中心线上。1.3 零件的生产类型设计题目中给定的生产类型为中批生产。1.4 零件表面加工方法的选择 本零件的加工表面有面、内孔、槽、以及小孔等。材料为QT450-10。以公差等级和表面粗糙度要求，参考相关资料，其加工方法选择如下： 1、阀腔的上端面 公差等级为IT10级，表面粗糙度为Ra6.3，只需粗铣即可达到精度要求。 2、阀腔的下端面 公差等级为IT8级，表面粗糙度为Ra1.6，需粗铣、精铣。 3、76内孔 公差等级为IT9级，表面粗糙度为Ra3.2，需粗镗、精镗。 4、100H8内孔 公差等级为IT8级，表面粗糙度为Ra1.6，需粗镗、精镗。 5、65内孔 公差等级为IT8级，表面粗糙度为Ra1.6，需粗镗、精镗。 6、220内孔 公差等级为IT13级，表面粗糙度为Ra6.3，需扩孔。7、66小孔 采用复合钻头一次钻出即可。1.5 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，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中，提高生产率，除此之外，还应当考虑经济效益，以便是生产成本尽量降低。工序I铸造毛坯工序II回火处理工序III粗铣底端面工序IV粗铣上端面工序V钻、扩418mm孔 锪平28mm工序VI粗镗76、100、110、65、85孔工序VII精铣底面工序VIII精镗100、76、100、110、65、85孔、镗宽7.3深3.5凹槽工序IX钻、扩、绞220孔工序X钻孔、攻螺纹10M12工序XI终检1.6 选择加工设备与工艺设备 1、选择机床 根据不同的工序选择机床 工序III、IV、VI是粗铣、精铣。各工序的工步数不多，中批量生产不要求很好的生产率，故选用立式铣床即可满足，精度要求一般，选用X52K型立式铣床即可。 工序VIII、IX为钻、扩、绞、锪孔，本工序从加工要求和尺寸考虑，可选用Z525型钻床进行加工。 工序V、VII为镗mm、mm、mm、mm、mm孔内表面，由于加工的零件外轮廓尺寸不大，由于要求的精度较高，表面粗糙度值小，用卧式镗床加工。 工序X为钻、扩孔和攻丝，还是选择Z525型立式钻床进行钻孔。1.7 选择刀具 本次阀腔工序设计中，主要加工孔和面，机床的选用比较集中，刀具的选择比较单一，选择如下：1.铣刀依据资料选择硬质合金端铣刀直径d=200mm，齿数z=20。2.钻孔时选用直柄麻花钻，高速钢钻头，钻盲孔时钻头为莫式锥柄麻花钻，高速钢钻头。3.扩孔时选用锥柄扩孔钻，高速钢钻头。4.绞孔时选用所选铰刀为硬质合金锥柄铰刀。5.钻螺纹孔12mm.攻丝M12-6H 用直柄麻花钻，机用丝锥。2 组合机床总体设计-三图一卡 绘制组合机床“三图一卡”，就是针对具体零件，在选用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：绘制被加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图和编制生产率计算卡。2.1被加工零件工序图2.1.1 被加工零件工序图的作用和内容 （1）被加工零件工序图是根据制订的工艺方案，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。它是组合机床设计的具体依据，也是制造，使用，调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明绘制的。其包括的主要内容： 1）被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。当需要设置中间导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部肋，壁布置及有关结构形状和尺寸表示清楚，以便检查工件，夹具，刀具之间是否相互干涉。 2）本工序所选用的定位基准，夹压部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的支承，定位，夹紧和导向等机构设计。 3）本工序加工表面的尺寸，精度，表面粗糙度，形位公差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。2.1.2 绘制被加工零件工序图的规定及注意事项（1） 绘制加工零件工序图的规定 为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定，应按一定比例，绘制足够的视图以及剖面；本工序加工部位用粗实线表示，要求保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画粗实线。（2） 绘制被加工零件工序图注意事项 1）本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。当本工序定位基准与设计基准不符时，必须对加工部位的位置精度进行分析和换算，并把不对称公差换算为对称公差 2）对工件毛培应有要求，对孔的加工余量要认真分析。在镗阶梯孔时，其大孔单边余量应小于相邻两孔的半径之差，以便镗刀能够通过。 3）当本工序有特殊要求时必须注明。如精镗孔时，当不允许有退刀痕迹或只允许有某种形状的刀痕时必须注明。又如薄壁或孔底部壁薄，加工螺孔时螺孔底孔深度不够及能否钻通等。2.1.3工序图CAD2.2加工示意图2.2.1 加工示意图的内容和作用 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图。它是设计刀具，辅具，夹具，多轴箱和液压，电器系统以及选择动力部件，绘制机床总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须的重要技术文件。 加工示意图应表达和标注的内容有：机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程；工件，刀具及导向，托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸；主轴结构类型，尺寸及外伸长度；刀具类型，数量和结构尺寸；接杆（包括镗杆），浮动卡头，导向装置，攻螺纹靠模装置等结构尺寸；刀具，导向套间的配合，刀具，接杆，主轴之间的连接方式及配合尺寸等。2.2.2 绘制加工示意图的注意事项 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，为简化设计，同一多轴箱上结构尺寸完全相同的主轴只画一根，但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号。一般主轴的分布不受真实距离的限制。当主轴彼此间很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，导向等是否相互干涉。主轴应从多轴箱端面画起；刀具画加工终了位置,攻螺纹则应画加工开始位置。对采用浮动卡头的镗孔刀杆，为避免刀杆退出导向时下垂，常选用托架支撑退出的刀杆。这时必须画出托架并标注联系尺寸。常用标准通用结构只画外轮廓，但须加注规格代号；对一些专用结构，如专用的刀具，导向，刀杆托架，专用接杆或浮动卡头等，须用剖视图表示其结构，并标注尺寸，配合及精度。2.2.3 选择刀具，导向及有关计算1） 刀具的选择 选择刀具应考虑工件材质，加工精度，表面粗糙度，排屑及生产率等要求。只要条件允许，应尽量选用标准刀具，为提高工序集中程度或满足精度要求，可以采用复合刀具。孔加工刀具的直径与加工部位尺寸，精度相适应，其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外端面30-50mm，以利于排屑和刀具磨损后有一定的向前调整量。2） 导向结构的选择 组合机床加工孔时，除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。因此，正确选择导向结构和确定导向类型，参数，精度，是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须考虑的问题。3） 确定主轴类型，尺寸，外伸长度 主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联结结构进行确定。主轴轴颈及轴端尺寸主要取决于进给抗力和主轴-刀具系统结构。如与刀杆有浮动联接，主轴则有短悬伸镗孔主轴和长悬伸镗孔主轴。主轴轴颈尺寸规格应按照选定的切削用量计算切削转矩4） 选择接杆，浮动卡头 除刚性主轴外，组合机床主轴与刀具间常用接杆连接和浮动卡头连接，在钻扩铰，锪孔及倒角等加工小孔时，通常都采用接杆。因多轴箱各主轴的外伸长度和刀具长度都为定值，为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完各孔的要求。为使工件端面至多轴箱端面为最小距离，首先应按加工部位在外壁，加工孔深最浅，孔径又最大的主轴选定接杆，由此选用其他接杆。接杆已标准化，通用标准接杆号可根据刀具尾部结构和主轴头部内孔直径选取 为提高加工精度，减少主轴位置误差和主轴振摆对加工精度的影响，在采用长导向或双导向进行镗，扩，铰孔时，一般孔的位置精度靠夹具保证。为避免主轴与夹具导套不同轴而引起的刀杆别劲现象而影响加工精度，均可采用浮动卡头连接 加工螺纹时，常采用攻螺纹靠模装置和攻螺纹卡头及相配套的攻螺纹接杆，丝锥用相应的弹簧夹头装在攻螺纹接杆上。5） 标注联系尺寸 首先从同一多轴箱上所有刀具中找出影响联系尺寸的关键刀具，使其接杆最短，以获得加工终了时多轴箱前端面到工件端面之间所需最小距离，并据此确定全部刀具，接杆，导向托架及工件之间的联系尺寸。多轴箱端面到工件端面之间的距离是加工示意图上最重要的联系尺寸，为使所设计的机床结构紧凑，应尽量缩小这一距离。这一距离取决于两方面：一是多轴箱上刀具，接杆，主轴等结构和相互联系所需的最小轴向尺寸；二是机床总布局所需求的联系尺寸。两方面是相互制约的6） 标注切削用量 各主轴切削用量应标注在相应主轴右端。其内容包括：主轴转速NI，相应刀具的切削速度VI，每转进给量fi和每分钟进给量fm.同一多轴箱上各主轴的每分钟进给量是相等的，等于动力滑台的工进速度Vf7） 动力部件工作循环及行程确定 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，又返回到原位的动作过程。一般包括快速引进，工作进给和快退等动作。有时还有中间停止，多次往复进给，跳跃进给，死档铁停留等特殊要求、1 工作进给长度L的确定，组合机床上有第一工作进给和第二工作进给之分。前者用于钻，扩，铰和镗孔等工序；后者常用于钻或扩孔之后需要进行锪平面，倒大角等工序。工作进给长度等于加工部位长度与刀具切入，刀具切出长度之和。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。在加工双层或多层的同轴孔系时，可采用跳跃进给循环进行加工，既在加工完一层壁厚，动力部件再次快速引进到位，再加工第二层壁孔，以缩短循环时间。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件进给长度之和。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回至导套内，不影响工作的装卸就行。但对于夹具需要回转或移动的机床，动力部件快速退回行程必须把刀具，托架，活动钻模板及定位销都推离到夹具运动可能碰到的范围之外。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孔中取出时，动力部件需后退的距离。动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。8 其他应注意的问题1） 加工示意图与机床实际加工状态一致。表示出工件安装状态机主轴加工的方法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图及各行程长度。注意攻螺纹循环丝锥提前退出工件后，动力部件才能开始退回。3） 加工示意图应有必要的说明2.2.4 加工示意图CAD2.3机床联系尺寸图2.3.1 机床联系总图的内容和作用机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并初步选定的主要通用部件以及确定的专业部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置形式，主要结构及各部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置型式，主要构成，各部件安装位置，相互联系，运动关系和操作方位的总体布局图。用以检验各部件相互位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件是否合理；它为多轴箱，夹具等专业部件设计提供依据；它可以看成是机床联系总体外观简图。由其轮廓尺寸，占地面积，操作方式等可以检验是否适合影虎现场使用环境。机床联系尺寸图的内容1） 表明机床的配置型式和总布局。以适当数量的视图（一般至少两个视图，主视图应选择机床实际加工状态），用同一比例画出各部件的外廓形状和相关位置。表明机床基本形式及操作者的位置等。2） 完整全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸，专业部件的主要轮廓尺寸，运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程后量尺寸。3） 标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号，功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件，不得遗漏。4） 标明机床验收标准及安装规格。2.3.2 绘制机床联系总图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；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。2.3.3 机床的分组1) 第10-19组-支承部件。一般用通用的侧底座，立柱及其底座和专业中间底座等组成。2) 第20-29组-夹具及输送设备。夹具是组合机床主要的专业部件，常编为20组，包含工件定位夹紧及固定导向部分。对一些独立性较强的活动钻模板，攻螺纹模板，自动夹压机构，自动上下料装置常单独 编组。移动工作台，回转台等输送设备，如果属通用部件，则可纳入夹具组，明细表中列出通用部件型号型号即可，如果专业则单独成组编号。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，专用操纵台，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，其余须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-多轴箱及其附属部件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。2.3.4 机床联系尺寸总图 2.3.5 机床生产率计算卡被加工零件图号毛坯种类铸件名称压力阀阀腔毛坯重量材料HT200硬度HBS160220工序名称工序号工时/min序号工步名称工作行程/mm切速/（mmin-1）进给量/（mmr-1）进给量/（mmmin-1）工进时间辅助时间1装卸工件1.52动力部件3滑台快进2006.30.00754多轴向工进7300.0650020.411.225滑台快退9306.30.0196789备注装卸工件时间取决于操作者熟练程度，本机计算时取1.5min累计1.221.53单件总工时2.75机床生产率17.02件/h理论生产率20.966件/h负荷率81.4%3 多轴箱部件设计3.1 机床主要技术参数的确定机床主要技术参数包括主参数和基本参数，基本参数又包括尺寸参数，运动参数，动力参数。3.1.1 确定工件余量压力阀阀腔，零件材料为HT200，硬度190210HB，生产类型为大批量，铸造毛坯。查机械制造工艺设计简明手册表2.22.5,取加工余量为2.5mm(此为双边加工)。3.1.2 选择切削用量由于被加工零件的铣削宽度为175mm,需进行二次走刀，故一次走刀为90mm(宽度)，二次走刀为175-90=85mm，即：a=90mm。根据组合机床设计简明手册第132133页，选择铣削切削用量。铣削用量的选择与要求的加工表面粗糙度值及其生产率有关系。当铣削表面粗糙度数值要求较低时，铣削速度应选高一些，每齿走刀量应小些。若生产率要求不高，可以取很小的每齿走刀量，一次铣削45mm的余量达到R=1.6m的表面粗糙度。这时每齿的进给量一般为0.020.03mm。根据本次设计所加工的零件要求，其表面粗糙度数值较高，加工材料为铸铁，查表6-16得：a=0.20.4mm/z,V=5080m/min,取a=0.2mm/z。3.1.3 运动参数 机床的运动参数包括主运动转速和转速范围、进给量范围、进给量数列以及空行程速度等。此次设计主要确定主运动的运动参数。3.1.3.1 主轴最高，最低转速按照典型工序的切削速度和刀具(或工件)直径、计算主轴最高转速n、最低转速n。计算公式如下：n= ， n=式中：n、n主轴最高、最低转速(r/min)V、V最高、最低切削速度(m/min)d、d最大、最小计算直径(mm)根据机械制造工艺金属切削机床设计指导第6970页，可查出以下数据： 查表2.2-3 取最大，最小切削速度：V=200300m/min， 取V=250m/minV=1520m/min, 取V=20m/min铣床的d、d可取使用的刀具最大、最小直径，即：d=110mm, d=75mm则主轴最高转速为n= =1061.6r/min 取标准数列值：n=1000r/min 最低转速为：n= =57.9r/min取标准数列值：n=56r/min3.1.3.2 主轴转速的合理排列最高、最低转速确定后，还需确定中间转速，选择公比，转速级数Z，则转速数列为：n= n=56r/min, n= n, n= n, n= n查标准数列，取公比=1.78 (12)转速范围： R=17.8转速级数： Z=+1=5.99 取Z=6由于本次设计的要求，主轴转速级数只需设计四级就能满足要求，故取Z=4。即：n=56， n=100, n=180, n=315 (r/min)3.1.4动力参数主运动驱动电动机功率的确定3.1.4.1 切削力的计算由前面已知，本次设计的组合机床的最高转速为n=315r/min，则此时的切削速度为： V=108.8m/min200m/min由此可见，切削速度满足要求。计算铣削工件时的切削力F=9.1854.5aaaZd式中：a铣削宽度，a=90mma铣削深度，由于是一次铣削就能达到设计尺寸，则铣削深度为工件加工余量，即a=2.5mm。a每齿进给量，a=0.2mm/rZ转数级数，取Z=4则铣削力的大小为： F=9.1854.5900.22.54110=1213.1N3.1.4.2 切削功率的计算根据机械制造工艺金属机床设计指导第72页，可得切削功率公式为：P=2.2KW3.1.4.3 估算电动机功率根据机械制造工艺金属机床设计指导第72页，有P=3.14KW 式中：主传动系统的机械效率，回转运动的机床=0.70.85。3.1.4.4 选择主电机查机械设计课程设计手册第155页表12-1，选Y112-4电机，主要参数有：额定功率P=4KW，满载转速 n=1440r/min，同步转速n=1500r/min，级数P=4，质量m=43kg。3.2 进给驱动电动机功率的确定查金属切削机床设计第41页，可知：进给驱动电动机功率取决于进给的有效功率和传动件的机械效率，即：N=式中：N进给驱动电动机功率(KW) Q 进给抗力(N) V进给速度(m/min)进给传动系统的总机械效率(一般取0.150.2)粗略计算时，可根据进给传动与主传动所需功率之比值来估算进给驱动电机功率。对于铣床： N=0.2N=0.24=0.8KW查机械设计课程设计手册第155页表12-1，选Y90S-4电机，主要参数有：额定功率P=1.1KW，满载转速n=1440r/min，同步转速n=1500r/min，级数P=4，质量m=22kg。3.3 主轴组件的计算主轴组件的结构参数主要包括：主轴的平均直径D（初选时常用主轴前轴颈的直径D来表示）；主轴内孔直径d；主轴前端部的悬伸量a；以及主轴支承跨距L等。一般步骤是：首先根据机床主电机功率或机床的主参数来选取D，在满足主轴本身刚度的前提下，按照工艺要求来确定d，根据主轴前端部结构形状和前支承的结构型式来确定a,最后根据D、a和主轴前支承的支承刚度来确定L。主轴轴承的配置型式，对主要结构参数的确定很有关系，故在设计过程中常需交叉进行，最终以主轴组件刚度等性能来衡量其设计的合理性。3.3.1 主轴直径的选择主轴直径对主轴组件刚度的影响很大，直径越大，主轴本身的变形和轴承变形引起的主轴前端位移越小，即主轴组件的刚度越高。但主轴前端轴颈直径D越大，与之相配的轴承等零件的尺寸越大，要达到相同的公差则制造越困难，重量也增加。同时，加大直径还受到轴承所允许的极限转速的限制，甚至为机床结构所不允许。通常，主轴前轴颈直径D可根据传递功率，并参考现有同类机床的主轴轴颈尺寸确定。查金属切削机床设计第157页表5-12中，几种常见的通用机床钢质主轴前轴颈的直径D，可供参考，如下表2-3所示：已知主电机功率P=4KW，机床类型是铣床，查上表中对应项，初取D=80。主轴后轴颈直径D和前轴颈直径D的关系，可根据下列经验公式来定：D=（0.70.85）D因此，有D=（0.70.85）D=（0.70.85）80=5668，取D=65。表2-3 主轴前轴颈直径D的选择机床机 床 功 率 （千瓦）1.472.52.63.63.75.55.67.37.4111114.7车床608070907010595130110145140165铣床5090609060957510090105100115外圆磨床5090557070807590751003.3.2 主轴前后支承轴承的选择3.3.2.1 主轴前支承轴承的选择根据前述关于轴承的选择原则，查金属切削机床设计简明手册第375页，选取主轴前支承的双列向心短圆柱滚子轴承型号为3182116。其中，d=80，D=125，B=34，D=91，D=117，D=117，r=1。具体结构参数如图2-4所示： 图2-4 双列向心短圆柱滚子轴承（GB285-87）结构参数及安装尺寸再查金属切削机床设计简明手册第365页，选取主轴前支承的推力球轴轴承型号为8215。其中，d=75，d=75.2，D=110，H=27, D=86, D=99，r=1。具体结构参数如图2-5所示：3.3.2.2 主轴后支承轴承的选择查金属切削机床设计简明手册第368页，选取主轴后支承的圆柱滚子轴承型号为2213。其中：d=65，D=120，B=23，D=77，D=110，r=1.5。具体结构参数如图2-6所示：3.3.3 主轴内孔直径该组合机床用于铣削加工，其主轴需有一通过铣刀拉杆的孔，该主轴内孔直径应取在一定范围内，才不致影响主轴刚度。一般，主轴内孔直径受到主轴后轴颈的直径所限制。 图2-5 推力球轴承（GB301-84）结构参数及安装尺寸 图2-6 圆柱滚子轴承（GB283-87）结构参数及安装尺寸由材料力学可知，刚度K正比于截面惯性矩I，它与直径之间有下列关系：=1-（）=1-根据此式可得：当0.3时，空心与实心截面主轴的刚度很接近；当=0.5时，空心主轴的刚度为实心主轴刚度的90%，对刚度影响不大；0.7时，则主轴刚度急剧下降，故一般应使0.7，即d0.7D。由以上分析可得：d0.7 D=0.765=45.5考虑到此组合机床主轴为铣削主轴，铣刀拉杆的直径比较小，故可将取小些，即取=0.5，即：d2.5根据上表所列，所设计的组合机床属于型，所以取a/ D为1.252.5，即：a=（1.252.5）D=（1.252.5）80=100200初取a=120。3.3.5 主轴支承跨距主轴支承跨距L是指主轴前、后支承支承反力作用点之间的距离。合理确定主轴支承跨距，可提高主轴部件的静刚度。可以证明，支承跨距越小，主轴自身的刚度越大，弯曲变形越小，但支承的变形引起的主轴前端的位移量将增大；支承跨距大，支承的变形引起的主轴前端的位移量较小，但主轴本身的弯曲变形将增大。可见，支承跨距过大或过小都会降低主轴部件的刚度。有关资料对合理跨距选择的推荐值可作参考：（1） L=（45）D；（2） L=（35）a，用于悬伸长度较小时；（3） L=（12）a，用于悬伸长度较大时。根据此次设计的组合机床刚性主轴的悬伸量较大，取L2.5a为宜。即此次设计的主轴两支承的合理跨距L2.5a=2.5120=300初取L=280。3.4 主轴结构图根据以上的分析计算，可初步得出主轴的结构如图2-7所示：3.5 主轴组件的验算主轴在工作中的受力情况严重，而允许的变形则很微小，决定主轴尺寸的基本因素是所允许的变形的大小，因此主轴的计算主要是刚度的验算，与一般轴着重于强度的情况不一样。通常能满足刚度要求的主轴也能满足强度的要求。刚度乃是载荷与弹性变形的比值。当载荷一定时，刚度与弹性变形成反比。因此，算出弹性变形量后，很容易得到静刚度。主轴组件的弹性变形计算包括：主轴端部挠度和主轴倾角的计算。3.5.1 主轴端部挠度主轴端部挠度直接影响加工精度和表面粗糙度，因此必须加以限制，一般计算主轴端部最大挠度。3.5.1.1 支承的简化对于两支承主轴，若每个支承中仅有一个单列或双列滚动轴承，或者有两个单列球轴承，则可将主轴组件简化为简支梁，如下图2-8所示；若前支承有两个以上滚动轴承，图2-8 主轴组件简化为简支梁可认为主轴在前支承处无弯曲变形，可简化为固定端梁，如下图2-9所示：图2-9 主轴组件简化为固定端梁此次设计的主轴，前支承选用了一个双列向心短圆柱滚子轴承和两个推力球轴承作为支承，即可认为主轴在前支承处无弯曲变形，可简化为上图2-9所示。3.5.1.2 主轴的挠度查材料力学I第188页的表6.1，对图2-9作更进一步的分析，如下图2-10所示：根据图2-10，可得此时的最大挠度=-其中，F主轴前端受力。此处，F=F=1213.1NlA、B之间的距离。此处，l=a=12cm图2-10 固定端梁在载荷作用下的变形E主轴材料的弹性模量。45钢的E=2.110N/cmI主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为D，内孔直径为d时，I=。此处，D=133故可计算出，主轴端部的最大挠度：=-1.8710 mm3.5.1.3 主轴倾角主轴上安装主轴和安装传动齿轮处的倾角，称为主轴的倾角。此次设计的主轴主要考虑主轴前支承处的倾角。若安装轴承处的倾角太大，会破坏轴承的正常工作，缩短轴承的使用寿命。根据图2-10，可得此时的最大倾角=-其中，F主轴前端受力。此处，F=F=1213.1NlA、B之间的距离。此处，l=a=12cmE主轴材料的弹性模量。45钢的E=2.110N/cmI主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为D，内孔直径为d时，I=。此处，D=133故可计算出，主轴倾角为：=-2.310 rad查组合机床设计第一册中机械部分的第670页，可知：当x0.0002L mm0.001 rad时，刚性主轴的刚度满足要求。此处的x，即为最大挠度和最大倾角，L为主轴支承跨距。将已知数据和代入，即可得：初步设计的主轴满足刚度要求。3.6 主轴组件的润滑和密封3.6.1 主轴轴承的润滑润滑的作用是降低摩擦，减小温升，并与密封装置在一起，保护轴承不受外物的磨损和防止腐蚀。润滑剂和润滑方式决定于轴承的类型、速度和工作负荷。如果选择得合适，可以降低轴承的工作温度和延长使用期限。滚动轴承可以用润滑油或润滑脂来润滑。试验证明，在速度较低时，用润滑脂比用润滑油温升低。所以，此次设计的主轴支承均采用润滑脂。同时，主轴是装在主轴套筒内的，为防止使用润滑油时泄漏，也应采用润滑脂润滑。加润滑脂时，应该注意润滑脂的充填量不能过多，不能把轴承的空间填满，否则会引起过高的发热，并使润滑脂熔化流出而恶化润滑效果。3.6.2 主轴组件的密封密封对主轴组件的工作性能与润滑影响也较大。机床主轴密封不好，将使润滑剂外流，造成浪费，加速零件的磨损，还会严重地影响到工作环境及机床的外观。3.6.2.1 主轴组件密封装置的功用密封装置的功用是：防止润滑剂从主轴组件及传动部件中泄漏，从而避免浪费，保护工作环境，防止冷却液及杂物（如灰尘、脏物、水气和切屑等）从外面进入部件内，以减少机床零件的腐蚀及磨损，延长其使用寿命。3.6.2.2 对主轴组件密封装置的要求对主轴组件密封装置的要求是：在一定的压力、温度范围内具有良好的密封性能；由密封装置所形成的摩擦力应尽量小，摩擦系数应尽量稳定；耐腐蚀、磨损小、工作寿命长，磨损后，在一定程度上能自动补偿；结构简单、装卸方便。对具体的主轴组件及传动部件，应根据实际情况选择有效而又经济密封装置。3.6.2.3主轴组件密封装置的类型主轴组件密封装置的类型，主要有以下几种：具有弹性元件的接触式密封装置；皮碗（油封）式密封装置；具有金属和石墨元件的接触式密封装置；挡油圈式和螺旋沟式密封装置；圈形间隙式、油沟式和迷宫式密封装置；立式主轴的密封装置等。3.6.2.4 主轴组件密封装置的选择选用密封装置时，应考虑到主轴组件的下列具体工作条件：密封处主轴颈的线速度；所用润滑剂的种类及其物理化学性质；主轴组件的工作温度；周围介质的情况；主轴组件的结构特点；密封装置的主要用途等。综合考虑上述因素，主轴前支承处，为了更好地防止外界的灰尘屑末等杂物进入，故考虑选用迷宫式密封，形成一条长而曲曲折折的通道，径向尺寸不超过0.3mm，中填润滑脂，轴向尺寸不超过1.5mm。查机械设计课程设计手册第87页表7-17，可得此次选用的迷宫式密封装置的结构参数如下图2-11所示：图2-11 迷宫式密封装置的结构参数其中，d=80，D=130，e=13.7 主轴组件中相关部件3.7.1 轴肩挡圈前支承双列向心短圆柱滚子轴承和推力球轴承之间所用的挡圈，可查机械设计课程设计手册第56页表5-1，可得此次选用的挡圈的结构参数如下图2-12所示：图2-12 轴肩挡圈的结构参数其中，D=95，d=80，H=63.7.2 挡圈两推力球之间用的挡圈为非标准件，径向尺寸依主轴套筒尺寸而定，轴向尺寸可初取为6mm。3.7.3 圆螺母锁紧靠主轴后支承一边的推力球轴承以及锁紧两推力球轴承内的套筒，分别采用两个圆螺母，为了增加可靠性，再加一止动螺钉。圆螺母具体的参数可查机械设计课程设计手册第60页表5-6，结构如下图2-13所示：图2-13 圆螺母（GB812-88）其中，锁紧靠主轴后支承一边的推力球轴承用的圆螺母，Dp=M802