资源描述
0前言组合机床是根据加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。组合机床主要用于平面加工和孔加工。平面加工包括铣平面、车端面、刮平面；孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹等。组合机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，如气缸体、气缸盖、变速箱体等零件。目前，组合机床在汽车、拖拉机、仪器仪表、军工及缝纫机、柴油机、纺织、航空等部门，应用越来越普遍。组合机床主要适用于棱体类零件和杂体的孔面加工，生产效率高，研制周期短，便于设计、制造和使用维修，配置灵活，且自动化程度高，劳动强度低。在将来，组合机床将向五个方面发展：高速化、高精度化、复合化、高科技含量化以及环保化。同时，在自动化方面，将会进一步提高。众所周知，多少年来机械产品加工中广泛的采用万能机床。但随着生产的发展，很多企业的产品产量越来越大，精度也越来越高，如汽车、拖拉机行业的气缸体、气缸盖、变速箱等零件，采用万能机床虽能加工出如上产品，但在精度方面就不能很好的满足要求。因为在一台机床上总是加工一种工件，使万能机床的很多部件和机构变得作用不大，工人整天忙于装夹工作、启动机床、进刀退刀等繁琐事务，不仅劳动强度很大，而且生产效率也不高，不利于保证产品加工精度。正是基于以上情况，促使了组合机床的发展。我国组合机床近几年取得了长足的进步，但是与发达国家相比，在产业结构、产品水平、开发能力、产业规模、制造技术水平、劳动生产率、国内外市场占有率等诸多方面尚存在不少差距。在组合机床方面，总体水平不高，国际竞争力不强，不能充分满足国内建设需要，关键技术过分依赖国外，自主发展能力薄弱，高技能人才的比较优势有弱化的危险，同时产品结构类同，产品质量不稳定，用户服务水平差距较大。我国组合机床近几年取得了长足的进步，但是与发达国家相比，在产业结构、产品水平、开发能力、产业规模、制造技术水平、劳动生产率、国内外市场占有率等诸多方面尚存在不少差距。在组合机床方面，总体水平不高，国际竞争力不强，不能充分满足国内建设需要，关键技术过分依赖国外，自主发展能力薄弱，高技能人才的比较优势有弱化的危险，同时产品结构类同，产品质量不稳定，用户服务水平差距较大。组合机床的设计，目前基本上有两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计，这是当前最普遍的做法。其二，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人总结自己生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业在完成一定工艺范围内组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专能组合机床”。这种组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是可以设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。在组合机床设计过程中，为了降低组合机床的制造成本，应尽可能地使用通用件和标准件。目前，我国设计制造的组合机床，其通用部件和标准件约占部件总数的7080%，其它20-30%是专用零部件。考虑到近年来，各种通用件和标准件都出台了新的标准及标注方法，为了方便以后组合机床的维修，整个组合机床的通用件和标准件配置，都采用了新标准。在对组合机床的主轴箱设计之前，需对被加工零件孔的分布情况及所要达到的要求进行分析，如各部件尺寸、材料、形状、硬度及加工精度和表面粗糙度等内容。然后还必须深入基层进行实地观察，摸索主轴箱的工作原理，体会组合机床的优点。接下来是总体方案的设计，总体方案设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工零件图，加工示意图，机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。最后，就是技术设计和工作设计。技术设计就是根据总体设计已经确定的“三图一卡”，设计主轴箱等专用部件正式总图；工作设计即绘制各个专用部件的施工图样，编制各零部件明细表。本次设计主要是针对柴油机连杆大端两个螺纹孔进行攻丝而设计的，原有机床采用的是单孔加工，加工效率低，孔的尺寸不容易保证，且位置精度不高，改进后为一次加工，保证了产品质量，提高了生产效率。主轴箱设计是组合机床设计中的一个重要传动部分，首先根据已知条件，被加工零件的具体结构特征，确定各轴的排布方案、结构、材料、转向、配合关系等，选择传动箱的规格、型号，保证互不干涉，轴的排布方案是多种多样的，通过比较选择最佳的一种。确定好轴的排布方案及各种技术参数后，随后选择其它各种零件，尽可能选用标准件，降低制造成本，同时，选用齿轮油泵润滑。组合机床具有以下特点：1、由于组合机床是由7080%的通用零部件组成，在需要的时候，它可以部分或全部地进行改装，以组成适应新的加工要求的新设备。这就是说，组合机床有重新改装的优越性，其通用零部件可以多次重复使用。2、组合机床是按具体加工对象专门设计的。故可以按最合理的工艺过程进行加工，这在万能机床上往往是不能实现的。3、组合机床上可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工件进行加工。它是实现集中工序的最好途径，也是提高生产效率的有效设备。4、组合机床由于常常是用多轴对箱体零件一个面上的许多孔同时进行加工。这样就能比较好的保证各孔相互之间的精度要求，提高产品质量；同时减少了工件工序间的搬运，改善了工人的劳动条件，也减少了机床的占地面积。5、由于组合机床大多数零部件是同类的通用部件，这就简化了机床的维护和修理。必要时可以更换整个部件，降低制造成本。6、组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中生产。这样可以采用高效设备进行加工，有利于提高通用部件的性能，降低制造成本。组合机床虽然有以上许多优点，但万物皆有两面性，组合机床也不例外，它还有下面一些缺点：1、组合机床的可变性比万能机床低，重新改装后有部分零件不能重复利用，而且改装的劳动量比较大。2、组合机床的通用部件不是为某一种机床设计的，具有较广的适应性。所以，组合机床的结构稍微复杂一些。在对组合机床的主轴箱设计之前，需对被加工零件孔的分布情况及所要达到的要求进行分析，如各部件尺寸、材料、形状、硬度及加工精度和表面粗糙度等内容。然后还必须深入基层进行实地观察，摸索主轴箱的工作原理，体会组合机床的优点。接下来是总体方案的设计，总体方案设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工零件图，加工示意图，机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。最后，就是技术设计和工作设计。技术设计就是根据总体设计已经确定的“三图一卡”，设计主轴箱等专用部件正式总图；工作设计即绘制各个专用部件的施工图样，编制各零部件明细表。组合机床的设计步骤（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，决定刀具的种类和形式。（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、技术要求及生产率；又要考虑机床操作、维护、修理是否方便，排屑情况是否良好；还要注意被加工零件的生产批量，以便设计的组合机床符合多快省的要求。（3） 组合机床总体设计 这里要确定组合机床各部件间的相互关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量和机床生产率。绘制机床的总联系尺寸图及加工示意图等。（4） 组合机床的部件设计和施工设计 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。在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。即使暂时不能全面的进行流水线设计，制定方案时也应综合研究，才能将工序组合得更为合理，更可靠的满足工件的加工要求，用较少的机床完成较多的工作，也为进一步发展创造了有利条件。设计的整个过程是辛苦的，在设计过程中必须要考虑到方方面面的问题。由于所学的知识只是一些最基本的机械常识，因此，在设计过程中，还要查阅大量的相关资料，以补充自己的不足之处。首先，要有丰富的实践经验。整个设计，仅靠一些参考资料是远远不够的，这样设计出来的组合机床只是依葫芦画瓢，结构完美，外形美观，但实用性差。其次，运用四年来所学的专业知识，针对现实中遇到的实际情况，做到举一反三，触类旁通。整个设计过程不仅涉及到以前所学的知识，而且还涉及到一些新的理念，这就要求我们一边温习以前的知识，一边还要学习新的知识，可以说，整个设计过程就是我们复习和学习的过程，这不仅巩固了以前所学的东西，也拓宽了视野。最后，通过自身的努力，理论与实际联系，从合理性、经济性、工艺性、实用性及对被加工零件的具体要求对现有机床进行研究和分析，找出可以进行改进的地方，通过相互对比，确定一个新的、周全的设计方案，同时，在指导老师和同学的帮助下，最终完成了这一课题的设计。1、总体方案设计 本设计主要是针对柴油机连杆大端两个需要攻丝的螺纹孔。为确保设计的组合机床经济适用，需要深入企业进行实际考察并与企业工程技术人员共同讨论、拟订柴油机连杆攻丝专用机床总体方案。编制“三图一卡”，既绘制机床联系尺寸图、加工示意图、被加工零件工序图和生产率计算卡。我们通过各种资料学习，与有关工程技术人员、指导教师探讨，在充分分析比较的基础上，拟订选用卧式组合机床结构布置型式。因为柴油机连杆属长方形，故机床重心低、装夹方便。连杆攻丝专机的设计要满足加工需求，保证加工精度，专机应运转平稳、工作可靠、结构简单、装卸方便，便于维修、调整，设计时尽可能选用通用部件，以降低成本，各动力部件用电气控制。11工艺路线的拟订由于考虑到连杆大端的端面与杆身不是垂直的，成一定角度，且铸造时连杆小端的孔为拔模孔，孔的表面平整，铸造质量较好，所以以该孔为基准。根据先粗后精、先基准后表面、先主要表面后次要表面的机械加工工序安排设计原则，对连杆加工的工艺路线作如下设计：工序 粗铣三个平面、大小端工序2 磨平面工序3 钻小孔工序4 镗小孔工序5 车外圆工序6 精铣小端定位工序7 精铣大孔工序8 精铣大端、三个平面工序9 将连杆分割工序10 铣端盖、端面工序11 铣分盖面工序12 对大端的两个螺纹孔攻丝工序13 最终检验其中工序12，对大端的两个螺纹孔攻丝，由本次设计的“连杆攻丝专用机床”完成，因此，本机床的主要功能是对螺纹孔攻丝，且连杆材料为45钢，调质处理，硬度为HB255293，螺纹孔大小为2M121.255H18，大批量生产。12机床总体设计1.2.1机床配置形式组合机床的设计结构一般分为卧式和立式两种，这两种机床各有优缺点。卧式组合机床其优点是加工和装配工艺性好，安装、调试与运输比较方便，机床重心低，有利于减少振动，缺点是占地面积大。立式组合机床占地面积小，自由度大，操作方便，但机床重心高，振动大。柴油机连杆的结构与一般连杆结构无多大区别。从装夹的角度来看，卧式平放比立式方便，加工和装配工艺性好，当采用固定式夹具时，加工精度比立式高。通过以上的比较，在考虑到卧式振动小、运转平稳、装夹方便等因素，故机床选用卧式配置形式。1.2.2选用传动形式本次设计的机床为专用机床，且工作进给量不大，所以不需要采用滑台传动。参照1，选用回转式行程控制机构，再参照1，选用型号为1T07941-11。1.2.3选用多轴箱型号多轴箱是组合机床的重要专用部件，多轴箱按结构特点可分为通用多轴箱和专用多轴箱。大多数采用通用主轴箱，它的结构典型，能利用通用的箱体和传动件。多轴箱的标准厚度为180 mm，用于卧式多轴箱的前盖厚度为55 mm ，基型后盖的厚度为90mm，变形后盖的厚度为50 mm、100 mm和125 mm三种，根据多轴箱传动系统安排和动力部件的连接情况，本设计选用基型后盖。因此，确定多轴箱的尺寸，主要就是确定多轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度h。根据1，多轴箱宽度B，高度H的大小主要与连杆要加工的螺纹孔分布有关，可按下式计算：B=b+2b1 (1-7) H=h+h1+b1 (1-8) 式中：b工件在宽度方向相距最远的两孔距离，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的两孔距离，单位mm h1最低主轴高度，单位mm由1和连杆零件图样可知：b=90mmb1=70100mm h=0mmh1=85115mm由上述公式可得：B=b+2b1=230290 mmH=h+h1+b1=155240 mm查1表7-1，取BH=400400 mm2因此多轴箱型号为1T0711-11，规格BH=400400mm，参照1，其配套的动力箱规格型号为1TD25。13切削用量及刀具的选定1.3.1选择刀具考虑到工件加工尺寸精度,表面粗糙度,切屑的排除及生产率要求等因素,一般孔的加工刀具,其直径选择应与加工部位尺寸、粗糙度相适应，其长度要保证加工终了时，刀具螺旋槽与导向套外端面有一定距离，根据这些要求及被加工零件的特点，本机床选用高速钢材质的通用丝锥，直径为12mm。1.3.2切削转矩的计算螺纹孔大小为2M121.25-5H18,，根据表6-201中的公式，可得：切削转矩 T=式中：D加工螺纹大径Pw工件的螺距T=12.24 Nm （1-1）取主轴转矩 T1=T2=12.24 Nm1.3.3主轴直径的计算由公式1可知： （1-2）式中：d主轴直径，单位mmT转矩，单位Nm=20.62mm取主轴直径 d1=d2=25mm 根据1，选用攻螺纹通用传动轴，材料一般采用45钢，调质T235。1.3.4切削速度的确定由于连杆的材料为45钢，采用高速钢丝锥攻螺纹，根据表6-191，选择切削速度V=5m/min。1.3.5切削功率的计算参照表6-201得 （1-3）式中：T切削转矩 切削速度 D被加工螺纹直径 =0.167（Kw）主轴切削功率 P1=P2=0.167 Kw 加工时是两个孔一起攻丝，所以需要的总功率为 1.3.6确定机床的动力参数电动机功率的确定,参照1得 (1-4) 0.80.9 式中:P切削消耗于各主轴的切削功率的总和,单位为Kw 多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取0.80.9 Kw=0.370.42 Kw以单根轴计算，损失功率计算一般取主轴功率的1%，查1表4-4得：KwKwKw电动机的选择, 考虑到轴承、齿轮、轴等之间摩擦的损耗和丝锥工作时钝化的影响，一般按计算功率的1.52.5倍选取,参照表8-1692,选电动机型号：Y100L-6 电动机满载转速：940 r/min 输出转轴速： 470 r/min1.3.7攻螺纹主轴转速的计算参考3得 (1-5) =63.66r/min 取主轴转速 n1=n2=63r/min1.3.8确定切削用量参照3得 (1-6)螺纹孔M121.25-5H18的切削用量 f0=1.4mm/rn=63r/min切削用量 mm/min 14附件的选择1.4.1导向结构的选择导向装置的作用是：保证刀具相对于工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀具系统的支撑刚性。刀具导向装置常设置在机床夹具上，并成为组合机床夹具的一个组成部分。导向装置分为旋转式导向和固定式导向两大类。旋转式导向装置具有可旋转的导向部分，刀具导向部分与夹具导向套间只有相对移动而无相对转动，适宜于加工直径25以上的孔。固定式导向装置的导套装在夹具上固定不动，刀具或刀杆导向部分在导套内可以转动或移动，适宜于小孔加工，导向表面旋转线速度V，故a-a剖面安全。2.4轴承的选择和校核2.4.1轴承的选择根据加工要求、所用轴的大小及承载，输出轴、传动轴及轴4采用30205圆锥滚子球轴承，驱动轴采用6210深沟球轴承。2.4.2轴承的校核以输出轴1为例，根据已算出的轴的校核结果，轴1两个轴承受到的力基本相等，校核时以两轴承受到的力相等计算。(1)齿轮上的作用力(2)轴承支反力 2.4.3计算作用在轴承上的载荷FR1= (2-19)FR2=FR1=130.3N2.4.4计算轴承轴向载荷由文献4查得轴承30205额定动载荷Cr=19.52KN，额定静载荷Cor=17.56,e=0.36(1) 查表11-9，有FS1=eFR1=0.36130.3=46.9N (2-20)FS2=eFR2=0.36130.3=46.9N（2）计算轴承所受轴向力FA1=FS1=46.9NFA2=FS2=46.92.4.5计算当量动载荷故由表11-74取载荷系数X1=1，Y1=0故由表11-74取载荷系数X2=1，Y2=0由表11-84，可知载荷系数fP=1.21.8，取fP=1.5，则轴承当量动载荷P1=fp（X1FR1+Y1FA2）=1.5（1130.3+0）=195.45N (2-21)P2=fp（X2FR2+Y2FA2）=1.5（1130.3+0）=195.45N 2.4.6计算轴承寿命取轴承工作温度100，则ft=1.0， Lh2=Lh1= (2-22) =70063657h故该对轴承符合要求。同理可得其余轴承均符合要求。3、零部件的设计绘制31绘制主轴箱的装配图及零件图根据前面的计算，参考图7-61攻螺纹主轴组件装配结构，表7-91攻螺纹主轴组件配套零件表，表7-101攻螺纹主轴联系尺寸，表7-111多轴箱主轴端部尺寸，图7-71滚锥轴承传动轴组件装配结构，表7-131滚锥轴承传动轴组件配套零件表以及表7-141滚锥轴承传动轴组件联系尺寸绘制主轴箱装配图及零件图。32绘制主轴箱前、后盖及箱体根据已确定的尺寸，参照表7-21多轴箱规格尺寸及动力箱法兰尺寸，以及绘制出的主轴箱装配图中各轴的位置绘制前、后盖及箱体零件图。在绘制零件图时，参照了5和6。4、样机试验测试41组合机床空运转试验4.1.1样机试验要求（1）机床总装后，连续空运转四小时。（2）机床上所有的动力头和各种辅助机构要灵活而正确地完成全部规定动作，运动部件之间的互锁应严密可靠。4.1.2样机试验结果（1）机床所有机构的工作应平稳，部件的运动不应有冲击、振动和爬行现象。（2）所有电气、液压设备，气动、润滑和冷却系统的工作必须正常（3）劳动保护装置和机床保险装置必须可靠。42组合机床攻丝试验4.2.1组合机床试验过程（1）先进行单个零件的切削加工，并检查加工精度，合格后再按规定的加工零件数量进行连续切削试验，多工位机床切削零件数量为工位数的5倍。（2）切削试验时，机床所有机构必须正常工作，不应有明显的振动、冲击和过高的噪声。（3）在切削试验过程中，刀具不应有任何损失，机床所有零件不应产生明显的变形。4.2.2组合机床试验结果经各项试验后，该组合机床满足以上各项试验要求。43进行精度测试将多轴箱放在平板上，进行各项精度检验：多轴箱按ZBJ58012-89组合机床多轴箱验收技术条件进行检验；所有主轴内定心直径的径向圆跳动的检验项目及精度标准按JB304382进行检验；所有主轴回转轴线相互间的平行度的检验项目及精度标准按JB304382进行检验。装机试车经检验各项指标均达到设计要求。5、结论 本次设计的柴油机连杆攻丝专用机床机床，采用旋转式行程控制机构、精密导套等零件，精度高，调整、保养以及维修方便；同时本机采用双工位的工作方式，在加工生产线上两个螺纹孔一次加工，大大提高了生产效率，降低了劳动强度，从而降低了零件的加工成本。本人主要解决主轴箱传动系统设计。本机床设计合理，符合实际应用，满足加工要求，且较大部分采用通用件和标准件，制造成本合理，设备维修方便。本设计中不足之处如：机床占地面积大，在设计时没有考虑到手柄轴等。参考文献1、谢家瀛主编. 组合机床设计简明手册.北京：机械工业出版社，1992、102、陈秀宁、施高义主编.机械设计课程设计.杭州：浙江大学出版社，1995、83、艾兴等主编.金属切削用量手册.北京：机械工业出版社，1996、104、邱宣怀等编.机械设计（第四版）.北京：高等教育出版社，2007、75、胡家秀主编.机械零件设计实用手册.北京:机械工业出版社,1999、106、范云涨等主编.金属切削机床设计简明手册.北京:机械工业出版社,1993、8设计工作小结和致谢在毕业设计的几个月中，我经过自己的努力，在指导老师的帮助和其他同学的配合下，完成了本次毕业设计。回顾整个设计过程，我受益匪浅。该设计运用了我们四年来所学的知识，使我们能够在毕业前将理论与实践更加融会贯通，加深了我对理论知识的理解，强化了实际生产中的感性认识。本次毕业设计是柴油机连杆攻丝专用机床的设计。该设计运用了零件结构设计、组合机床整体设计等方面的知识。通过这次设计，我基本上掌握了专用组合机床设计的方法和步骤，以及设计时应注意的问题等，另外我也更加熟悉运用查阅各种相关手册，选择使用工艺装备等。本次设计使我在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的锻炼，提高了我独立思考问题的能力，为我以后工作奠定了一定的基础。回顾整个设计过程，在付老师的热心指导及同组同学王康康、阳李、文杰的大力配合下，完成了本次毕业设计，在此表示忠心的感谢和敬意！但由于本人水平有限、缺乏经验，难免有不妥或错误之处，在此恳请各老师及同学们批评指正。附件清单序号 图名 图号 图幅1、 尺寸联系图 GS-00-01 A0 2、 加工示意图 GS-00-02 A3 3、 加工工序图 GS-00-03 A2 4、 生产率计算卡 GS-00-04 A4 5、 电气原理图 GS-00-05 A2 6、 主轴箱装配图 GS-01-01 A0 7、 侧端盖 GS-01-02 A3 8、 前盖 GS-01-03 A1 9、 箱体补充加工图 GS-01-04 A1 10、 后盖 GS-01-05 A1 11、 连接板 GS-01-06 A4 12、 轴套 GS-01-07 A4 13、 皮带轮 GS-01-08 A2 14、 轴套 GS-01-09 A4 15、 轴套 GS-01-10 A4 16、 齿轮轴 GS-01-11 A3 17、 挡铁 GS-01-12 A4 18、 垫圈 GS-01-13 A4
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