EQY-112-90汽车变速箱后面孔系钻削组合机床设计

I 山东大学网络教育学院 毕业论文 设计 论文 设计 题目 钻 孔 组合机床设计 姓 名 姜传明 学 号 13107210002002 年 级 2013 春 专 业 机械电子工程 学习中心 济南电大 指导教师 职 称 2015 年 4 月 11 日 山东大学网络教育学院 II 毕业论文 设计 评分表 学生姓名 指导教师 所属学习中心 济南电大 毕业论文 设计 题目 1 论 文选题 20 论文选题新颖 综述简练完整 有见解 立论正确 论述充分 结论严谨合理 论文结 果有应用价值 2 逻 辑性 20 论文逻辑性强 文字通顺 技术用语准确 符号统一 编号齐全 3 创 新性 20 工作中有创新意识 有独特见解 4 与 实际 结合 10 能运用所学知识和技能去解决实际问题 能正确处理实验数据 能对课题进行理论分析 得出有价值的结论 评 价 内 容 5 论 文完成情 况 30 按期完成规定的文字量 完成了毕业论文 规定的要求 符合学术规范 论 文 评 语 成绩 指导教师签名 2015 年 月 日 III 摘要 本次的设计题目为 EQY 112 90 汽车变速箱后面孔系钻削组合机床设计 汽车变速箱 零件上的孔数多 如果采用普通的钻床加工效率低 精度也比较低 特别是对于生产批 量大的工件 采用专用的钻孔组合机床能提高生产率和精度 首先是组合机床的总体设 计 包括制定工艺方案 确定机床配置形式 制订影响机床总体布局和技术性能的主要 部件的结构方案 主要工作是 三图 加工零件工序图 加工示意图和机床联系尺寸总 图 的设计和绘制 这些是组合机床设计的基础 机床联系尺寸图有很多是标准组件 如动力滑台 侧底座等 再来就是技术设计 主要是多轴箱装配图 夹具设计及其装配 图 机床多轴箱设计 是本次设计的重点 多轴箱中各个轴的选择和分布是最为关键的 也是难点之一 这要根据被加工零件的结构特点及所要加工孔的情况合理地布置各个主 轴及传动轴 此外 通过计算各轴工作时所要的功率 扭矩合理地设计各个轴的大小 由于组合机床的自动化程度较高 因而组合机床的夹具和通用机床的夹具是有所不同的 因此采用液压机构进行夹紧 并采用连动销定位 关键词 组合机床 多轴箱 夹具 IV Abstract The design topic is design the moduler machine to drill the hole of the speed controller box of The automobiles EQY 112 90s in back of department Because the automobile become soon box has so much holes if the common drill machines are adopted to drill the holes the efficiency will be low and the accuracy is also lower Especially for produce the quantity of work piece adopted the combine machine for drill can raise the rate of production and accuracies appropriatively It is the overall designing which makes up the lathe at first What this part will be done is how to design and draw the three pictures processing part process picture process sketch map lathe get in touch with size general drawing these make up the foundation of designing of the lathe The lathe get in touch with size general drawing has a lot of standard module such as power slippery platform incline base part etc Socend It is the technique designing mainly the lathe many axle case designing and the lathe s tongs design and it s assembles the diagram the focal point of the many axle case designing and it each choice and distribution of axle is the most key so calculate every axle power torsion wanted design each size of axle rational when working Through analyse and process the situation of the hole design the distribution of the main shaft Because the automation degree of the moduler machine is higher making up lathe s tongs and ordinary tongs of lathe are different adopt hydraulic pressure organization clamp and adopt and move and sell and make a reservation in succession Key Words modular machine multiple spindle case fixture V 目录 第 1 章 绪论 1 第 2 章 组合机床的组成 特点和设计步骤 2 2 1 组合机床的组成及特点 2 2 2 组合机床的设计步骤 2 第 3 章 制定机械加工工艺过程 4 3 1 工艺方案的拟订 4 3 2 被加工零件的工艺分析及其工艺方案 5 3 2 1 被加工零件的结构特点 5 3 2 2 被加工零件的技术要求和加工工序 5 3 2 3 零件的生产批量 6 3 3 制定工艺方案时应考虑问题 6 3 3 1 定位基准的及夹压点选择 6 3 3 2 加工工艺方案 6 第 4 章 被加工零件加工工序图 8 第 5 章 加工示意图 9 5 1 切削用量的选择 9 5 1 1 确定切削用量应注意的问题 9 5 1 2 组合机床切削用量的选择 10 5 2 选择刀具结构 10 5 3 加工示意图 11 5 3 1 加工意图的作用和内容 11 5 3 2 加工示意图的画法及注意事项 11 5 3 3 择刀具 工具 导向装置并标注其相关位置尺寸 12 5 3 4 初定主轴类型 尺寸 外伸长度和选择接杆 13 5 4 动力部件的工作循环和工作行程 14 第 6 章 绘制机床联系尺寸总图 16 VI 6 1 联系尺寸图的作用及内容 16 6 2 通用部件的选择 16 6 3 绘制机床联系尺寸总图之前确定的主要内容 16 6 3 1 各主轴切削力 P 扭矩 M 切削功率 N 的计算 16 6 3 2 动力部件的选择 17 6 3 3 机床装料高度的确定 18 6 3 4 夹具轮廓尺寸的确定 18 6 3 5 中间底座尺寸的确定 18 6 3 6 主轴箱轮廓尺寸的确定 19 6 4 机床分组 19 第 7 章 组合机床主轴箱设计 21 7 1 主轴箱的基本结构 21 7 1 1 通用主轴箱的组成 21 7 1 2 主轴箱通用零件 21 7 2 绘制多轴箱设计原始依据图 22 7 3 主轴 齿轮的确定及动力计算 22 7 3 1 主轴型式和直径 齿轮模数的确定 22 7 3 2 动力计算 23 7 4 主轴箱传动设计 23 7 4 1 主轴的分布 24 7 4 2 传动系统设计 24 7 5 多轴箱坐标计算 25 7 5 1 坐标计算 25 7 5 2 绘制坐标检查图 26 7 6 主轴箱总图设计 26 第 8 章 组合机床夹具设计 27 8 1 组合机床夹具概述 27 8 1 1 组合机床的夹具设计特点 27 8 1 2 组合机床的夹具的设计过程 27 VII 8 2 定位支承系统 28 8 2 1 定位方案 28 8 2 2 定位销的液压控制 28 8 2 3 定位误差计算 28 8 3 导向装置 30 8 4 夹紧机构 30 8 4 1 夹紧方案 30 8 4 2 夹紧力的计算 30 总结 32 致谢 33 参考文献 34 1 第 1 章 绪论 众所周知 机床的用途十分广阔 在国民经济中所起的作用极为重要 可以说 机 床生产的水平是衡量一个国家工业 农业 国防和科学技术四个现代化水平的重要标志 组合机床是一种典型的加工类机械 它和其它机床一样是用于加工其它各类零件的 母机 以前 在生产中广泛的采用万能机床 但是随着生产的发展 万能机床越来越不 能适应大规模 集成化的生产 很多企业的产品产量越来越大 精度越来越高 如汽车 的汽缸体 变速箱 采用万能机床加工就无法很好的满足设计要求 在这种情况下 组 合机床应运而生 在组合机床的设计上 在进行过工艺方案的论证 加工方法的选择以及确定机型 配置形式之后 就是组合机床的总体设计部分 总体设计的具体工作是编制 三图一卡 即绘制被加工零件图 加工示意图 机床联系尺寸图 编制生产率计算卡 在这个部分 就应该确定下加工方法 工装及夹紧形式以及切削用量等 接下来是主轴箱的设计 具 体设计步骤为 绘制主轴箱设计原始依据图 确定主轴结构 拟订传动系统 计算主轴 传动轴的坐标 绘制主轴箱坐标检查图 绘制主轴箱装配总图及主轴箱补充加工图 再 接下来是设计机床工装夹具 最重要的是就是根据所加工的零件的结构特点和加工方法 来设计合适的夹具 开始时可以根据不同的设计思想规划出几套不同的方案 最终选取 其中最为合适的 在此基础上再进行夹紧力 定位误差的计算 最终画出夹具装配图 本次课题为 EQY 112 90 汽车变速箱后面孔系钻削组合机床设计 共分为七章 第二 章组合机床的组成 特点和设计步骤 第三章制定机械加工工艺过程 第四章加工工序 图 第五章加工示意图 第六章机床联系尺寸总图 第七章组合机床主轴箱设计 第八 章夹具设计 限于水平和经验 设计之中难免出现这样或者那样的错误和不妥之处 敬请老师批 评指正 2 第 2 章 组合机床的组成 特点和设计步骤 2 1 组合机床的组成及特点 组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求 按照高度集中工序的原则设计的一 种高效率的专用机床 组合机床的各个部件都是具有一定独立功能的部件 并且大都已 经系列化 标准化 和通用化的通用部件 组合机床相比其它机床具有以下特点 1 主要用于棱体类零件和杂件的孔面加工 2 生产率高 因为工序集中 可多刀 多轴 多面 多工位同时自动加工 3 加工精度稳定 因为工序固定 可选用成熟的通用部件 精密夹具和自动工作 循环来保证加工精度的一致性 4 因为通用化 系列化 标准化程度高 所以研制周期短 便于设计 制造和使 用维护 成本低 5 自动化程度高 可降低工人的劳动强度 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 因此组合机床适宜加工箱体类零件 根据组合机床完成工艺的一些限制及组合机床 的各种工艺方法能达到的加工精度 表面粗糙度及技术要求 可以确定用组合机床来钻 EQY 112 90 汽车变速箱后面孔系的六个孔是经济合理的 2 2 组合机床的设计步骤 组合机床一般是根据用户的需要而进行设计的 设计前往往规定了具体的加工对象 加工内容和加工精度等设计的原始数据 在设计过程中应尽量采用先进的工艺方案和合 理的机床结构方案 正确选择通用部件及机床布局形式 要十分注意保证加工精度和生 产效率的措施以及操作的使用方便性 组合机床设计步骤大致如下 一 调查研究 调查研究的主要内容有 认真阅读被加工零件图样 研究其尺寸 形状 材料 硬 度 重量 加工部位的结构及加工精度和表面粗糙度要求等内容 通过对产品装配图和 有关工艺资料的分析 认识被加工零件在产品中的地位和作用 二 总体方案设计 3 总体方案的设计主要包括制定工艺方案 确定零件在组合机床上完成的工艺内容及 加工方法 选择定位基准和夹紧部位 决定工步和刀具种类及其结构形式 选择切削用 量等 确定机床配置形式 制定影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案 总体方案设计的具体工作是编制 三图一卡 即绘制被加工零件工序图 加工示意图 机床联系尺寸图 编制生产率计算卡 三 技术设计 技术设计就是根据设计已经确定的 三图一卡 设计机床各专用部件正式总图 如 设计夹具 多轴箱等装配图以及根据运动部件有关参数和机床循环要求 设计液压和电 气控制原理图 设计过程中 应按设计程序作必要的计算和验算工作 并对第一 第二 阶段的数据 结构等作相应的调整或修改 四 工作设计 当技术设计通过审查后即可展开工作设计 即绘制各个专用部件的施工图样 编制 各部件零件明细表 4 第 3 章 制定机械加工工艺过程 3 1 工艺方案的拟订 工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步 因为工艺方案在很大程度上决定了组 合机床的结构配置和使用性能 工艺方案的制定原则 1 粗 精加工工序的安排 必须根据零件的生产批量 加工精度 技术要求 进行全面的分性 按照经济的原则 合理安排粗加工与精加工的工序 一般在大批大量 生产中 粗 精加工宜分开 但这将使机床的台数增多 当工件生产批量不大时 由于 机床负荷率低 则经济性不好 因此 在能够保证加工精度的前提下 有时也采用粗 精加工合并在一台机床上的方案 但必须采取措施 尽量减少由此带来的不利影响 2 工序集中与分散的处理 工序集中是机械加工近代的主要发展方向之一 组 合机床也正是基于工序集中的工序原则发展起来的 即运用多种不同的刀具 采用多面 多工位和复合刀具等方法 在一台机床上对一个或几个零件完成复杂的工艺过程 从而 提高生产的效率 但也应当看到 工序过分集中也会带来一些问题 使机床结构复杂 刀具数量增多 机床大而笨重 调整使用不便 可靠性降低 反而影响生产效率的提高 也会导致切削 负荷加大 往往由于工件的刚性不足及变形等影响加工精度 因此 提高工序集中程度 应该注意 考虑单一工序 即把相同工艺内容的工序集 中在同一台机床上或同一工位上加工 例如 通常把箱体零件上的大量螺纹孔攻丝工序 集中在一台攻丝机床上 而不与大量钻 镗工序集中在同一个主轴箱或同一台机床上进 行 这样会使机床更为简单合理 相互间有位置精度要求的工序应集中在同一工位或同 一台机床上加工 例如 箱体类零件各面上的孔 相互间有位置精度要求时 其孔的精 加工应集中在一台机床上一次装夹并完成加工 一般说来 这些孔的粗加工也应尽量集 中在一台机床上进行 这可以使的精加工余量分布均匀 以利于保证加工精度 大量的 钻 镗工序最好分开 不要集中在同一主轴箱完成 这是因为 钻孔与镗孔的直径往往 相差很大 主轴转速也就相差很大 导致主轴箱的传动链复杂和设计困难 同时 大量 钻孔会产生很大的轴向力 有可能使工件变形而影响了镗孔的精度 而且 粗镗孔振动 较大 又会影响钻孔 甚至会造成小钻头的损坏和折断 另外 铰孔为低速大进给量切 削 镗孔为高速小进给量切削 所以两者也不宜放在同一个主轴箱上进行 以有利于切 削用量的合理选择和主轴箱传动系统的简化 5 确定工序集中时 必须充分考虑零件是否会因为刚性不足而在较大的切削力 夹压 力下变形对加工精度带来的不利影响 工序集中时 必须考虑到前述粗 精加工工序的合理安排及由于主轴箱结构及设置 导向的需要 主轴排列不宜过密 否则会造成机床 刀具调整的不便 加工精度 工作 可靠性 生产率降低的不良后果 3 2 被加工零件的工艺分析及其工艺方案 3 2 1 被加工零件的结构特点 首先要研究被加工零件的用途及其结构特点 这主要指零件的材料 硬度 加工部 位的结构形状 工件刚性 定位基准的特点等 它们对机床工艺方案的制定有着重要的 影响 同样精度的孔 因为材料 硬度的不同 其工艺方案也不同 若工件刚性不足 安排工序就不能太过于集中 以免因同时加工表面过多造成工件受力大 振动及发热变 形而影响加工精度 还必须十分重视被加工零件在组合机床加工前所完成的工序及毛坯 或半成品质量 对加工余量很大或铸造质量较差的零件应安排预加工工序 汽车变速箱体是典型的箱体类零件 其材料为 HT200 硬度为 HB200 左右 表面粗糙 度要求并不会高 纵观整个零件所需加工得部位较多 但主要是平面加工和钻孔 特别 是孔系很多 大多数尺寸都是以顶面为基准 还有依照夹紧定位的要求底面较平整可作 为定位基面进行 一面两销 故在加工其它工序之前应该尽快加工出底面及底面上的 定位销孔 在后面的加工工序中几乎都以底面为定位基准 以 一面两销 方式定位的 故应先加工其底面及加工底面上的两个定位销孔 被加工零件的特点在很大程度上决定了组合机床的配置形式 一般说来 孔中心线 与定位基准面平行的且需由一面或几面加工的箱体件宜采用卧式机床 对大型箱体件 采用单工位机床加工较适宜 3 2 2 被加工零件的技术要求和加工工序 被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应该保证的加工精度 是制定机床 方案的主要依据 EQY 112 90 汽车变速箱后面孔系螺纹底孔 8 5 其要求的精度不高 表面粗糙度为 Ra 16 从各种加工方式所能达到的精度及表面粗糙度考虑 可采用一次钻 削加工就能达到尺寸要求和精度要求 而不需要留加工余量 变速箱的顶面是比较规则 且比较大的平面 在加工时可以以顶面及顶面上两个定位孔采用 一面两销 定位 采 用组合钻床同时加工六个孔 由 组合机床设计 书中表 3 1 HT200 铸件根据不同精度 孔的典型工艺方法可知 直径在 8 5mm 以下的采用钻削加工 6 3 2 3 零件的生产批量 零件的生产批量是决定采用单工位 多工位或自动线 还是按照中小批生产特点来 设计组合机床的重要因素 从工件的外型及轮廓尺寸看 可以采取单工位固定式夹具的 机床配置形式 汽变速箱体的年产量为 10000 年 单班制 且变速箱零件的尺寸较大 故采用单工 位机床加工 3 3 制定工艺方案时应考虑问题 3 3 1 定位基准的及夹压点选择 组合机床是针对某种零件或某道工序而设计的 正确选择加工用定位基准 是确保 加工精度的重要条件 同时也是有利于实现最大限度的集中工序 从而收到减少机床台 数的效果 箱体类零件是机械加工中工序多 精度要求高的零件 这类零件一般都有较高精度 的孔要加工 又常常在几次装夹下进行 因此 定位基准选择 一面两孔 是最常用的 方法 它可以简便地消除工件的六个自由度 使工件获得可靠的定位 有同时加工零件 五个表面的可能 既能高度集中工序 又有利于提高各面上孔的位置精度 一面两孔 定位可以作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准 使零件整个工艺过程基准统 一 从而减少由基准转换带来的积累误差 有利于保证加工的精度 同时使机床各工序 工位 的许多部件 如夹具 实现通用化 有利于缩短设计 制造周期 降低成本 同时采用 一面两孔 定位 易于实现自动化定位 夹紧 3 3 2 加工工艺方案 具体的工艺安排如下 1 粗铣变速箱外壳的顶面 以心轴和右侧面及后端一点定位 由左侧面进行夹紧 变速箱外壳底下采取辅助支承的工艺 2 粗镗四轴孔 采用一面两销的定位方式 由上往下夹紧 3 精铣顶面 采用工序 1 的定位方式和夹紧方法 4 精镗轴孔 110 80 5 钻变速箱外壳顶面的两销孔 11 8 采用工序 1 的定位和夹紧方法 此两孔用来 为后面的工序当作定位孔 6 绞顶面的两销孔 12 以右侧面 心轴及顶面一点定位 7 粗铣前后端面及凸台面 以一面两销的定位方式 从上往下夹紧 以下如无特别 7 说明均以一面两销定位 从上往下夹紧 8 铣两侧面 以一面两销的定位方式 从上往下夹紧 9 钻后端面凸台销孔 2 9 8 10 绞后端面凸台销孔 2 10 11 钻后端面右下方凸台螺纹底孔 6 8 5 12 攻螺纹 6 M10 13 钻前端面右下方凸台螺纹底孔 6 8 5 14 攻螺纹 6 M10 15 钻前端面其它螺纹底孔 6 8 5 12 16 攻螺纹 6 M10 M14 17 钻右下侧面螺纹底孔 5 8 5 18 攻螺纹 5 M10 19 钻右上侧面螺纹底孔 6 8 5 20 攻螺纹 6 M10 21 钻右侧面销孔 8 及扩 2 30 孔 22 扩底孔 30 23 钻左侧所有孔 4 17 4 8 5 及销孔 8 24 攻螺纹 4 M10 25 扩注油孔 42 26 钻顶面螺纹底孔 9 8 5 以一面两销的定位方式 由下往上夹紧 27 攻螺纹 9 M10 以一面两销的定位方式 由下往上夹紧 28 清洗 29 检验 8 第 4 章 被加工零件加工工序图 被加工零件工序图是根据选定的工艺方案 表示一台组合机床或自动线完成的工艺 内容 加工部位尺寸 精度 表面粗糙度及技术要求 加工用定位基准 夹压部位及被 加工零件的材料 硬度 重量和在本工序加工前毛坯或半成品情况的图纸 它不能用用 户提供的产品图纸代替 而须在原零件图基础上 突出本机床或自动线的加工内容 加 上必要的说明而绘制的 它是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 图上应表示出 1 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尺寸 尤 其是当须要设置中间导向套时 应表示出零件内部的筋 壁布置及有关结构的形状尺寸 以便检查工件 夹具 刀具是否发生干涉 2 加工用定为基准 夹压部位及夹压方向 以便依次进行夹具的定位支承 包括 辅助支承 限位 夹紧 导向系统的设计 本课题的工序是钻汽车变速箱后面螺纹底孔 定位基准是底面 从顶面夹紧 3 本工序加工部位的尺寸 精度 表面粗糙度 形状位置尺寸精度及技术要求 还包括本道工序对前道工序提出的要求 4 必要的文字说明 如被加工零件编号 名称 材料 硬度 重量及加工部位的 余量等 制被加工零件工序图的注意事项 5 为使被加工零件工序图清晰明了 一定要突出本机床的加工内容 绘制时 应 按一定比例 选择足够的视图及剖视 突出加工部位 并把零件轮廓及与机床 夹具设 计有关的部位表示清楚 凡本工序保证的尺寸 角度等 均应在尺寸数值下方画粗实线 标记 加工用定位基准 夹压位置及方向 辅助支承等都要用统一的标准符号标出 6 加工部位的位置尺寸应由定位基准标注起 为便于加工及检查 尺寸应采用直 角坐标系标注 而不采用极坐标系 但有时因所选的定位基准与设计基准不重合 则须 对加工部位要求的位置尺寸精度进行分析换算 此外 应将零件图上不对称位置尺寸公 差换算成对称公差 其公差数值的决定要考虑一是要能到达产品图纸要求的精度 二是 采用组合机床能加工出来 7 应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求 如对多层壁同轴线等直径孔加工 若要求孔的表面不留退刀痕迹 则图纸上应注明要求 机床主轴定位 工件 夹具 让 刀 加工汽变速箱体后面六个孔的加工工序图见具体图纸 9 第 5 章 加工示意图 5 1 切削用量的选择 组合机床的正常工作与合理地选择切削用量 即确定合理的切削速度和工作进给量 有很大的关系 切削用量选的恰当 能使组合机床以最少的停车损失 最高的生产效率 最长的刀具寿命和最好的加工质量 也就是多快好省的进行生产 组合机床大多为多刀 加工 而且是多种刀具同时工作 计算最佳切削用量的工作比较复杂 确定了在组合机床上完成的工艺内容后 就可以着手选择切削用量 目前组合机床 的切削用量的选择 主要是参考现场采用的切削用量的情况 根据积累的经验来进行 由于组合机床有大量的刀具同时工作 为了能使机床能正常工作 不经常停车换刀 而 达到较高的生产效率 所选的切削用量比一般的万能机床单刀加工要低一些 可概括地 说 在多轴加工的组合机床上不宜最大的切削用量 5 1 1 确定切削用量应注意的问题 尽量做到合理利用所有的刀具 充分发挥其性能 由于连接于动力部件的主轴箱上 同时工作时的刀具种类和直径大小不等 因此其切削用量的选择也各有特点 如钻孔要 求切削速度高而每转进给量小 铰孔却要求切削速度低而每转进给量大等 同一主轴箱 上的刀具每分钟进给量是相同的 要使每把刀具均能有合适的切削用量是困难的 一般 情况下可先按各类刀具选择较合理的主轴转速 n 转 分 和每转进给量 f 毫米 分 然 后进行适当的调整使各刀具的每分钟进给量相同 皆等于动力滑台的每分钟进给量 vf 这样各类刀具都不是按最合理的切削用量而是按一个中间的切削用量工作 假如确实需 要 也可按多数刀具选用一个统一的每分钟进给量 对少数刀具采用附加机构 增 减 速 机构 使之按各自需要的合理进给量工作 以达到合理使用刀具的目的 选择切削用量时 应考虑零件批量生产的影响 生产率要求不高时 就没有必要将 切削用量选得过高 以免降低刀具得耐用度 对于要求生产率高得大批量生产用组合机 床 也只是提高那些耐用度低 刃磨困难 造价高得所谓 限制性 工序刀具得切削用 量 但必须注意不能影响加工的精度 也不能使刀具耐用度降低 对于 非限制性 刀 具 应采取不使刀具耐用度降低的某一极限值 这样可减少切削功率 组合机床通常要 求切削用量的选择使刀具耐用度不低于一个工作班 最少不低于 4 小时 切削用量的选择应有利于主轴箱设计 若能作到相邻主轴转速接近相等 则可以使 主轴箱传动链简单 某些刀具带导向加工时 若不便冷却润滑 则应适当降低切削速度 10 选择切削用量时 还必须考虑所选的动力滑台的性能 尤其采用液压动力滑台时 所选的每分钟进给量一般比动力滑台可实现的最小进给量大 50 否则 会由于温度和 其他原因导致进给量不稳定 影响加工精度 甚至造成机床不能工作 5 1 2 组合机床切削用量的选择 必须从实际出发 根据加工精度 工件材料 工作条件 技术要求等进行分析 按 照经济地满足加工要求地原则 合理地选择切削用量 一般常用查表法 参照生产现场 同类工艺 通过工艺试验确定切削用量 根据生产经验 在组合机床上进行孔加工的切削用量按下表选取 表 1 用高速钢钻头加工铸铁件的切削用量 HB160 200 HB200 241 HB300 400 切削用量 加工直 径 毫米 v m min f mm 转 v m min f mm 转 v m min f mm 转 1 6 0 07 0 12 0 05 0 10 0 03 0 08 6 12 0 12 0 20 0 10 0 18 0 08 0 15 12 22 0 20 0 40 0 18 0 25 0 15 0 20 22 50 16 2 4 0 40 0 80 10 1 8 0 25 0 40 5 12 0 20 0 30 由上表可见 根据工件的材料与加工的孔径 可以选择合适的切削用量 加工零件的材料为 HT200 其硬度为 HB200 加工的孔径为 8 5mm 初定主轴转速 为 n 500 转 故可以选择加工各孔的切削用量如下 8 5mm v 3 14x500 x8 5 1000 13 4m min f 0 10 0 18r min 取 0 15r min 5 2 选择刀具结构 根据工艺要求及加工精度的不同 组合机床采用的刀具有 一般简单刀具 标准刀 具 复合刀具及特种刀具 选择刀具结构应注意以下主要问题 1 只要条件允许 为使工作可靠 结构简单 刃磨容易 应该尽量选择标准刀具 11 如标准的麻花钻 扩空钻 铰刀等 和简单的刀具 采用此类刀具的缺点使加工一个 零件所需的工位或机床台数较多 2 为提高工序集中程度或保证加工精度 可采用先后加工或同时加工两个或两个以 上表面的复合刀具 3 选择刀具结构时 还必须认真分析被加工零件材料的特点 如加工硬度较高的铸 铁或钢件时 为了提高刀具的耐用度减少换刀时间 宜采用多刃铰刀或多刃镗刀头加工 以解决断屑及排屑问题 本次设计所加工的零件为变速箱盖前面孔上的六个水孔 其精度要求较低 材料为 铸铁 硬度不高 采用标准的高速钢锥柄麻花钻刀具 即可满足加工的技术要求 由 金属机械加工工艺人员手册 刀具部分 P587 表 8 17 可选择如下刀具 8 5mm 高速钢锥柄长麻花钻 190mm 109mLl 5 3 加工示意图 5 3 1 加工意图的作用和内容 零件加工的工艺方案要通过加工示意图来反映 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 夹具 主轴箱 液压电气装置设计及通用部件选择的主要 原始资料 也是整个组合机床布局和性能的原始要求 同时还是调整机床 刀具及试车 的依据 其内容为 1 应反映机床的加工方法 加工条件及加工过程 2 根据加工部位特点及加工要求 决定刀具类型 数量 结构 尺寸 直径和长度 包括镗削加工时决定镗杆直径和长度 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 表明主轴 接杆 卡头 夹具 导向 与工件之间的联系尺寸 配合及精度 6 根据机床要求的生产率及刀具 材料特点等 合理确定并标注各主轴的切削用量 7 决定机床动力部件的工作行程及工作循环 5 3 2 加工示意图的画法及注意事项 1 加工示意的绘制顺序是 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 加工表面用粗实线画 为简化设计 相同加工部位的加工示意图 指对同一规格的 12 孔加工 所用刀具 导向 主轴 接杆等的规格尺寸 精度完全相同 允许只表示其中 之一 亦即同一主轴箱上结构尺寸相同的主轴可只画一根 但必须在主轴上标注轴号 与工件孔号相对应 当轴数较多 可采用缩小比例 用细实线画出工件加工部位简图 并标注孔号 以便设计和调整机床 2 一般情况下 在加工示意图上 主轴分布可不按真实距离绘制 当被加工孔间距 很小或需设置径向尺寸结构较大的导向装置时 相邻主轴必须严格按比例绘制 以便检 查相邻主轴 刀具 辅具 导向等是否干涉 3 主轴应丛主轴箱端面画起 刀具画加工终了位置 攻丝加工则应画开始位置 标准的通用结构如接杆 浮动卡头 攻丝靠模及丝锥卡头 通用主轴箱的标准钻镗主轴 外伸部分等只画外轮廓 并须加注规格代号 对一些专用结构如导向 刀杆托架 专用 接杆或浮动卡头等 为了显示其结构而必须剖视 并标注尺寸 精度及配合 5 3 3 择刀具 工具 导向装置并标注其相关位置尺寸 1 刀具的选择 刀具的选择如前所述 要考虑工件的加工尺寸精度 表面粗糙度 切屑的排除及生产率要求等因素 一般孔加工刀具 钻 扩 刀具螺旋槽尾端与导向套 外端面有一定的距离 一般为 30 50mm 2 导向的选择 在组合机床上加工孔 除了刚性主轴的方案外 工件的尺寸 位置 精度主要取决于夹具导向 因此 正确选择导向的结构 确定导向类型 参数 精度 不但是绘制加工示意图应该解决的问题 也是设计组合机床不可忽视的重要内容 1 导向类型 形式和结构 导向通常分为两类 一类是刀具导向部分与夹具导套 之间既有相对移动又有相对转动的第一类导向 或称固定式导向 另一类是刀具导向部 分与夹具导套之间只有相对移动而无相对转动的第二类导向 或称旋转式导向 通常依 据刀具导向部分的直径 d 和刀具转速 n 折算出导向的线速度 v 其中 米 分 在结10dn 合加工部位的尺寸精度 工艺方法和刀具的具体工作条件来选择导向的类型 形式和结 构 第一类导向的允许线速度 v20 米 分 一般用于孔径大于 25mm 以上的孔加工 尤其以大直径的镗孔应用较多 由前所选择的刀具和主轴转速 根据切削用量的线速度 加上气缸盖前面板上的六个孔的直径为 8 5mm 孔径不大 其线速度 v 不大于 20 米 分 故采用固定式导向 2 确定导向数量 选择导向参数 导向数量应根据工件形状 内部结构 刀具 刚性 加工精度及具体加工情况而定 通常钻 扩 铰单层壁小孔或用悬伸量不大的镗 13 杆镗 扩 铰深度不大的大孔时 选取单个导向加工 当在工件铸孔上扩孔时 为了加 强刀具的导向刚性 通常采用双导向加工 导向的参数选择包括 导套的直径及公差配 合 导套的长度 导套离工件端面的距离等 根据 组合机床设计 表 3 17 和表 3 18 选择导向的参数 导向的长度 dl 4 2 1 导向离工件端面的距离 dl 0 13 其中 d 为刀具的直径 故可选择各导向的参数 8 5mm 取 35mm 1l 导向离工件端面的距离 取 10mm2l 导向的直径及公差配合等参数见下图所示 图 1 钻直径为 8 5mm 孔的导套参数 5 3 4 初定主轴类型 尺寸 外伸长度和选择接杆 主轴的型式主要取决于进给抗力和主轴 刀具系统结构上的需要 主轴尺寸规格 应根据选定的切削用量计算出切削扭矩 M 根据 组合机床设计 表 3 19 初选主轴直径 d 再综合考虑加工精度和具体工作条件 根据表 3 22 决定外伸部分尺寸 直径 D d1 长度 L 及配套的刀具接杆莫氏锥度 由前所确定的切削扭矩 M 可确定主轴的直径为 钻直径为 8 5mm 的主轴 20mm 14 再由表 3 22 选择 8 5mm 的主轴的外伸尺寸为 115mm 其接杆的莫氏锥度为 1 号锥 度 接杆连接也称为刚性连接 用于单导向进行钻 扩 铰等孔加工 通用的标准接杆 有大小型之分 其规格 尺寸随接杆号不同而不同 选择接杆主要时决定其号数 应根 据刀具尾部结构 莫氏锥度号 和主轴外伸部分的内孔直径 d1 而定 主轴箱端面至工件之间的轴向距离时加工示意图上最重要的联系尺寸 必须从保证 加工终了时主轴箱端面到工件端面间距离最小来确定全部刀具 接杆 导向等与工件之 间的联系尺寸 其中 须标注主轴端部外径和内孔径 外伸尺寸 刀具各段长度及直径 导向的直径 长度 配合 工件至夹具之间须标注工件距导套端面的距离为了缩短刀具 悬伸长度与工作行程长度 要求这一距离越小越好 它取决于两个方面 一是主轴箱上 刀具 接杆 主轴等由于相互连接所需的最小轴向尺寸 如采用麻花钻钻孔时 刀具长 度要考虑其螺旋槽尾部离开导套端面有一定的距离 以备排屑和刀具刃磨后有向前调整 的可能 接杆长度的标准尺寸 各规格均有可选择的范围 设计时通常先按最小长度选 取 二时机床总体布局要求的联系尺寸 设计时要综合考虑 两者的因素 由表 3 23 选择各接杆的型号 8 5mm 的主轴 接杆 2X260T0635 01 5 4 动力部件的工作循环和工作行程 动力部件的工作循环是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 回原始位置的动作过程 一般包括快速引进 工作进给 快速退 回等动作 有时还有中 间的许多其他要求动作 本次加工六个孔 并无其他 特殊的精度要求 采用一般的钻削 加工就可 故其工作循环只需要快进 工 进 快退三个步骤即可 工作行程长度的确定 工作进给长度 L 应等于工件加工部位的长度 L 与刀具切入长 度 L1 和切出长度 L2 之和 切入长度 L1 应根据工件端面的误差情况在 5 10mm 之间选 择 误差大时取大值 由此选择加工的切入长度 L1 为 10mm 由于是钻不通的孔无切出长度 快速退回长 度等于快速引进与工作进给长度之和 快速引进是指动力部件把主轴箱连同刀具从原始 位置送进到工作进给开始位置 其长度按具体加工情况确定 通常 在采用固定式夹具 的钻 扩 铰孔组合机床上 快速退回行程长度须保证所有刀具均退至夹具导套内而不 影响工件的装卸 假如刀具的刚性较好 且能够满足生产率的要求 为了使动力滑台导 轨在全行程上均匀磨损 也可使快退行程长度加大 本文选用的快退长度为 50mm 只退 到导套内 提高效率 15 动力部件总行程长度 动力部件的总行程除了要保证要求的工作行程外 还要考虑 装卸和调整刀具的方便 即要考虑前 后备量 前备量是指因为刀具的磨损或补偿制造 安装误差 动力部件尚有可向前调节的距离 后备量是考虑刀具从接杆或接杆连同刀具 一起从主轴孔内取出所需的轴向距离 动力部件的总行程为快退行程长度与前后备量之 和 并依次作为选择标准动力滑台的依据 16 第 6 章 绘制机床联系尺寸总图 6 1 联系尺寸图的作用及内容 一般说来 组合机床是由标准的通用部件 动力滑台 动力箱 各种工艺切削头 侧底座 立柱 中间底座等加上专用的 主轴箱 刀具和辅具系统 夹具 液 电 冷却 润滑 排屑系统组合装配而成 联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配 和运动关系 以检验机床各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求 通用部件的选 择是否合适 并为进一步进行主轴箱 夹具的设计提供依据 联系尺寸图是机床配置型 式和总体布局的简化图 主要内容 以适当的视图按统一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相关位 置 表明机床的配置型式及总体布局 主视图的选择应与机床实际加工状态一致 图上 应尽量减少不必要的线条及尺寸 但反映各部件的联系尺寸 专用部件的主要轮廓尺寸 运动部件的极限位置及行程尺寸 必须完整齐全 为了便于部件的设计 联系尺寸图上 应标注通用部件的规格代号 电动机型号 功率及转速 并注明机床部件的分组情况及 总行程 6 2 通用部件的选择 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 进給力 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 包括切削所需功率 空转功率及传动功率 2 进给部件应满足所需的最大计算进給力 进给速度和工作行程及工作循环的需求 同时还需考虑装刀 调刀的方便性 3 动力箱与主轴箱尺寸应相适应和匹配 根据加工主轴分布位置可大致算出多轴箱 尺寸 并圆整后选用尺寸的标准规格主轴箱 据此选择结合尺寸相适应的动力箱 4 应满足加工精度的要求 选用时应注意结构不同或者结构相同 精度等级不同的 动力部件所能达到的加工精度是不同的 5 尽可能按通用部件的配套关系选用有关的通用部件 6 3 绘制机床联系尺寸总图之前确定的主要内容 6 3 1 各主轴切削力 P 扭矩 M 切削功率 N 的计算 根据前面选定的切削用量 主要指切削速度 v 及进给量 f 确定进给力 作为选择动 17 力滑台及设计夹具的依据 确定切削转矩 用以确定主轴及其它传动件的尺寸 确定切 削功率 用来选择主传动电机功率 DMNHBfP 97401266 08 9 0 8 5mm v 13 4m min f 0 15r min 故 KwNmNMP158 04 39706176 32 5 826 9 08 0 6 3 2 动力部件的选择 选用动力部件主要是确定动力部件的品种和规格 在设计组合机床时 究竟选用那种动力部件 应当根据具体的加工要求 机床的配 置型式 制造及使用条件等确定 对于完成主运动的动力部件 通常时根据加工工艺要 求和配置型式确定 设计一台钻孔的卧式组合机床时 选用主轴箱以侧置式的主传动装 置 对于完成进给运动的动力部件 通常是根据进给速度的稳定性 进给量的可调性 工作循环等来确定 还要注意用户所在地区的气温条件及用户使用的方便性 组合机床的的动力部件是配置组合机床的基础 它主要包括用以实现刀具主轴旋转 运动的动力箱 各种工艺切削头及实现进给运动的动力滑台 影响动力部件选择的主要 因素有 1 切削功率 根据各刀具的切削用量 计算总切削功率 在考虑传动效率或空载 功率损耗及载荷附加功率损耗 作为选择组合机床主运动用的动力箱型号规格的依据 2 进给力 每种规格的动力滑台有其最大的进给力 的限制 选用时 应根据确JP 定的切削用量计算出各主轴的轴向切削合力 并保证 依次来选择动力滑台 因为同时加工六个孔故 6P 6982 86 N P 3 进给速度 动力滑台有规定的快速行程速度和最小进给量的限制 选用时 应 使快速行程速度大于规定值 最小进给量小于规定值 4 行程 选择动力滑台还应考虑最大的允许行程 所选应小于其规定的最大允许 18 行程 5 主轴箱轮廓尺寸 为使加工过程有良好的稳定性 主轴箱应与所选的动力滑 台相适应 其轮廓尺寸有一定的限制 6 动力滑台导轨的型式 导轨组合有 矩 矩 和 矩 山 两种型式 前者 一般多用于带导向引导刀具进行加工的机床及其他粗加工 后者导向好 精度高 多用 在不带导向的刚性主轴加工和其他精加工 综上所述 根据前面所计算的各量 查 组合机床设计简明手册 选择动力部件如 下 1 液压动力滑台 HY32B 动力滑台是由滑座 滑鞍和驱动装置等组成 实现直线进给的动力部件 根据被加 工零件的工艺要求 在滑鞍上安装动力箱 主轴箱与动力箱相连接 与动力箱一起运动 实现本道工序的钻削加工 台面宽 320mm 台面长 630mm 行程长 400mm 导轨 矩 矩 型式 滑台及滑座 总高 280mm 滑座长 1070mm 允许最大进给力 12500 牛 快速行程速度 6mm 分 工JP 进速度 35 1350mm 分 2 齿轮传动动力箱 1TD32 型 电动机为 Y100L2 4 型 功率 N 3 0 千瓦 动力箱输出轴转速 n 为 715 传 分 动力 箱与动力滑台面结合面尺寸 长 400mm 宽 320mm 动力箱输出轴距箱底面高度为 124 5mm 6 3 3 机床装料高度的确定 装料高度一般指工件安装基面到地面的垂直距离 在确定装料高度时 首先考虑到 工人操作的方便性 自动线要考虑车中间底座的高度以便允许内腔通过随行夹具还会系 统或冷却排屑 其次是机床内部结构尺寸限制和刚度要求 考虑上述刚度 结构功能和 使用要求等因素 设计装料高度 H 970mm 工件最低孔径 hmin 125mm 滑台高度为 280mm 侧底座高度 560mm 6 3 4 夹具轮廓尺寸的确定 夹具是用于定位夹紧工件的 所以工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依 据 根据夹具结构草图 初步确定夹具的轮廓尺寸 其底座高度应考虑要保证有足够的 的刚性 又要考虑工件的装料高度 为了便于布置定位元件 一般夹具的底座的高度不 小于 240mm 夹具底座的长度尺寸 应能布置下定位夹紧元件和能与中间底座的连接 19 6 3 5 中间底座尺寸的确定 中间底座其顶面安装夹具 侧面可与侧底座相连接 并通过端面键或定位销定位 根据所设计的组合机床配置形式 双面卧式组合机床的中间底座 两侧面都安装侧底座 中间底座的结构 尺寸需根据工件的大小 形状以及组合机床的配置形式来确定 因此 中间底座按专用部件进行设计 并且中间底座的主要尺寸查 金属加工工艺人员手册 所列的国家标准规定 中间底座的轮廓尺寸 在长度方面应满足夹具的安装要求 它的加工方面的尺寸由 加工示意图确定 图中已规定了机床在加工终了位置是工件端面至多轴箱前端面的距离 330mm 由此根据选定的动力箱 滑台 侧底座的尺寸等标准的位置关系 并考虑滑台 的前备量 通过尺寸链计算确定中间底座加工方向的尺寸 800mm 确定中间底座的高度方向尺寸时 应机床的刚性要求 冷切排屑系统要求以及侧底 座连接尺寸要求 装料高度和夹具底座高度确定后 中间底座高度就已确定为 560mm 6 3 6 主轴箱轮廓尺寸的确定 标准通用多轴箱 卧式为 325mm 因此 确定多轴箱尺寸 主要是确定多轴箱的宽 度 B 和高度 H 记最低主轴高度 h1 多轴箱宽度 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 2b1 H h h1 b1 式中 b 工件在宽度方向相距最远两孔距离 单位 mm b1 最边缘主轴中心至箱体外壁距离 单位 mm h 工件在高度方向相距最远两孔距离 单位 mm h1 最低主轴高度 单位 mm b 105mm b1 取 100mm 则 B 105 2 100 305mm h 155mm h1 h2 H 料 0 5 225 630 5 104 5 则 H 155 104 5 100 359 5mm 根据实际加工的情况 由通用箱体系列尺寸标准 选定多轴箱轮廓尺寸 20 B H 500 500mm 6 4 机床分组 当绘制完那些机床部件后 为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 本次设计的机床的分类如下 1 第 10 19 组支承部件 侧底座 CC32 第 10 组 中间底座第 11 组 2 第 20 29 组夹具及输送设备 夹具为第 20 组 3 第 30 39 组电气设备 电机 Y100L2 04 为第 30 组 4 第 40 49 组传动装置 动力箱 TD32 为第 40 组 滑台为第 41 组 5 第 50 59 组液压和气动装置 6 第 60 69 刀具 工具 量具和辅助工具等 钻头为第 60 组 接杆为 61 组 7 第 70 79 组多轴箱及其附属部件 多轴箱为第 70 组 8 第 80 89 组冷却 排屑及润滑装置 9 第 90 99 组电气 液压 气动等各种挡铁 21 第 7 章 组合机床主轴箱设计 7 1 主轴箱的基本结构 主轴箱是组合机床的重要专用部件 它是选用通用零件 按专用要求进行设计的 它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 完 成钻孔工序 所设计的主轴箱为通用主轴箱 结构典型 能利用通用的箱体和传动件 借助导向 套引导刀具来保证被加工孔的位置精度 7 1 1 通用主轴箱的组成 通用主轴箱由通用零件如箱体 主轴 传动轴 齿轮和附加机构组成 在多轴箱箱 体内腔可安排三排宽 24mm 的齿轮或安排两排宽 32mm 齿轮 箱体后壁与后端盖之间安 排一排齿轮 7 1 2 主轴箱通用零件 1 箱体类型 主轴箱的通用类型零件配套查 手册 表 7 4 箱体材料为 HT200 前 后 侧盖等 材料为 HT150 查多轴箱基本尺寸系列尺寸 GB3668 1 83 规定 多轴箱箱体高度和 宽度是根据配套滑台的规格按规定的系列尺寸 表 7 1 选择 多轴箱后盖与动力箱查 手册 表 7 2 其结合面上联接螺钉 定位销孔及其位置与动力箱联系尺寸相适应查 手册 表 5 40 通用多轴箱箱体结构尺寸及螺孔位置查 手册 表 7 1 及 7 3 多轴箱的标准厚度为 180mm 前盖厚度为 55mm 后盖为 90mm 2 通用主轴 通用主轴选用滚锥轴承主轴 前后支承均为滚珠轴承 这种结构可承受的轴向和 一定的径向力 而且结构简单 装配调整方便 主轴箱采用前端外伸为 115mm 的长主轴 并采用固定钻套 主轴材料采用 40Cr 钢 热处理 C42 通用主轴的最小间距查 手册 表 4 3 3 通用传动轴 通用传动轴采用滚锥传动轴 材料 45 钢 调质 T235 传动结构 配套零件及联系尺 寸详见主轴箱装配图 4 通用齿轮和套 22 多轴箱齿轮有 传动齿轮 动力箱齿轮 其结构型式 尺寸参数查 手册 表 7 21 表 7 23 多轴箱用套和防油套差 手册 表 7 24 表 7 25 详见主轴箱装配图 7 2 绘制多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 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 根据尺寸联系图标注所有主轴位置尺寸及工件与主轴 主轴与传动轴的相关位置 尺寸 因为主轴和被加工零件在机床上是面对面安放的 因此 多轴箱主视图上的水平 方向尺寸与工序图上的水平方向尺寸相反 由于多轴箱上的坐标尺寸基准和零件工序图 上的基准不重合 应作尺寸转换 找出统一