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1、汽车变速箱上端面钻孔组合机床设计 毕 业 设 计论 文题 目 汽车变速箱上端面钻孔组合机床设计多轴箱部分姓 名 陈刘洋 所在学院 机械工程学院 专业班级 机电一体化2班 学 号 0520111219 指导教师 张道德 日 期 2008年 5 月 20 日 前言本设计需要综合运用大学三年所学的知识同时还需进一步学习各方面相关的知识发挥创新能力本设计作为一名机械工程学院机电专业学生的毕业设计满足毕业设计的要求难度及工作量适中在内容上力求简明扼要严格精选本设计论文包括以下几大部分内容中英文摘要绪论第一章 机床总体设计第二章 多轴箱部件设计第三章 多轴箱零件校核及总结和参考文献本设计全部采用最新的国家
2、标准和技术规范以及标准术语和常用术语本设计全部由机械工程学院张道德教授指导在设计中承蒙张教授和本设计组中同学的支持和帮助为本人提供了许多宝贵的意见和建议资料在此表示衷心的感谢由于本人水平有限在设计中难免有错误和不妥之处恳请各位老师批评指正陈刘洋2008年5月目录前言1中文摘要英文摘要绪论1第一章组合机床总体设计51-1组合机床工艺方案的制定51-2组合机床切削用量的选择61-3组合机床配置型式的选择61-4组合机床的总体方案设计7第二章多轴箱部件设计132-1多轴箱设计132-2主轴设计132-3齿轮布置132-4多轴箱的润滑手柄轴的设置17第三章多轴箱零件校核193-1轴的校核193-2齿轮
3、的校核223-3轴承的选择与校核24总结26 参考文献27摘要本论文主要说明组合机床设计的基本过程及要求组合机床是按高度集中原则设计的即在一台机床上可以同时完成同一种工序或多种不同工序的加工组合机床发展于工业生产末期与传统的机床相比组合机床具有许多优点效率高AbstractThis thesis mainly elucidates the basic process and requirements that design of the combination machine Combination machine is designed according the fundamental w
4、hich highly centralized or more correctly it can process one working procedure or more different working procedures at one time Combination machine was developed in the end of industrial production compared with traditional machine combination machine has many advantages such as high efficiency high
5、 accuracy and low cost It is composed of some general parts such as bed column work able power unit and some special parts designed according to different work piece machining need The preface of a lot of works can be completed on the combination machine but in regard to the majority current usage o
6、f combination machine then and primarily used for the flat surface to process and the bore to process two big work preface The main part including 1 Formulating technological plan Weve learned the characteristic of the part designed accuracy and specification locating and fixing productivity and mac
7、hining structure by the practice Then the technological operation and work order can be determined which can be finished in combination machine 2 Combination machine frame design determines the interrelation of the different part in the machining tool select general parts and tool oriented Then comp
8、ute cut feed and productivity finally draw a sketch map of the machine 3 Combination machine parts design including headstockproper transmission layout shaft and gear move freely without interference which ensure the stability and accuracy during transmission then design dedicated select bearings an
9、d engine etc 4 Hydraulic pressure equipment design slipway and locating and fixing device are all controlled by hydraulic pressure It adopts many hydraulic control valves which ensure the stability circulation and accuracy In addition the thesis deals with amount of components devices and calculatio
10、ns including 1 Choice of the main shaft and disposal of transmission by doing so to ensure the accuracy of components machining in process when the main shaft rotating 2 The device and check of the transmission shaft so it can assure the rigidity of the shaft is allowable 3 Gear device and calculati
11、ons check the performance in the strength and rigidity of it headstock is a very important part in this thesis the design of it here not only ensures the rationality equipoise and stability of the motion of the slipway but also satisfies the requirements of different work environment So many design
12、and calculations about it in this thesis suggests this system fully meets the requirements in design and work theoretically Keywords combination machine design process function绪论一组合机床及其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专用机床它能够对一种或多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铰孔镗孔攻丝车削铣削磨削及滚压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
13、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7080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而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专门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的技术水平要求不高 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部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
14、线以适应大规模的生产需要组合机床虽然有很多优点但也还有缺点 1 组合机床的可变性较万能机床低重新改装时有1020的零件不能重复利用而且改装时劳动量较大 2 组合机床的通用部件不是为某一种机床设计的它是具有较广的适应性这样就使组合机床的结构较专用机床稍为复杂些二组合机床的分类组合机床有大型组合机床与小型组合机床两大类它们不仅在体积和功率上有大小之别而且在结构和配置型式等方面也有很大的差异这里主要说明大型组合机床的配置型式大型组合机床的配置型式可分为三大类1具有固定式夹具的单工位组合机床这类组合机床夹具和工作台都固定不动动力滑台实现进给运动滑台上的动力箱实现切削主运动根据动力箱和多轴箱的安置方式不
15、同又可分为以下几种 1 卧式组合机床动力箱水平安装 2 立式组合机床动力箱垂直安装 3 倾斜式组合机床动力箱倾斜安装 4 复合式组合机床动力箱具有上述两种以上的安装状态2具有移动式夹具的多工位组合机床这类组合机床的夹具安装在直线移动工作台或回转工作台上并按照一定的节拍时间作间歇移动或转动使工位得到转换这类机床的配置型式常见的有以下四种 1 具有移动工作台的机床这类机床的夹具和工件可作直线往复移动 2 具有回转工作台的机床这种机床的夹具和工件可绕垂直轴线回转在回转工作台上每个工位通常都装有工件 3 鼓轮式机床这种机床的夹具和工件可绕水平轴线回转此种机床一般为卧式单面或卧式双面而较少采用三面配置此
16、外也有辐射式的它除了安装卧式动力部件外还在垂直于鼓轮回转的平面上安装动力部件 4 中央立柱式机床这种机床具有台面直径较大的环形回转工作台在工作台中央安装立柱立柱上安装动力部件而在工作台的周围还安装有卧式动力部件工件和夹具则安装在回转工作台上这种机床一般都是复合式的3转塔多轴箱式组合机床转塔多轴箱式组合机床分为两类单轴转塔动力头式组合机床和多轴转塔头式组合机床前者转塔头的每个结合面可安装一个刚性主轴后者转塔头的每个结合面可安装一个多轴箱这种机床一般配置型式有 1 转塔式多轴箱只实现切削运动被加工零件安装在滑台上由滑台实现进给运动 2 转塔式多轴箱安装在滑台上转塔式多轴箱既实现切削主运动又实现进给
17、运动其中转塔多轴箱式组合机床可能组成双面式或三面式同时对工件的两三个平面进行加工三组合机床的工艺范围 组合机床可完成的工艺有铣平面刮平面车端面钻孔扩孔镗孔铰孔攻丝倒锪窝钻深孔切槽等随着综合自动化技术的发展组合机床可完成的工艺范围也在不断扩大除了上述工艺外还可完成车外圆车锥面车弧面切削内外螺纹滚压孔拉削内外圆柱面和平面磨削抛光珩磨甚至还可以进行冲压焊接热处理装配自动测量和检查等四组合机床的发展方向 近几年组合机床在汽车拖拉机柴油机电机仪器缝纫机自行车阀门矿山机械冶金航空纺织机械及军工等部门已获得广泛的使用一些中小批量生产部门也开始推广使用我国在组合机床及其自动线上将获得较快的发展其发展方向为1提
18、高通用部件的水平 衡量通用部件水平的主要标准是品种规格齐全动静态性能参数先进工艺性好精度高和精度保持性好目前应注意开发适应强力铣削的大功率动力滑台高精度镗削头和高精度滑台以及适应中小批生产的快调速换动力部件和支承部件机械驱动的动力部件具有性能稳定工作可靠等优点目前机械驱动的动力部件应用了交流变频调速电机和直流伺服电机等使机械驱动的动力部件增添了新的竞争能力动力部件采用镶钢导轨滚珠丝杠静压导轨静压轴承齿形皮带等新结构支承部件采用焊接结构等由于提高了部件的精度和动静态性能因而使被加工的工件精度明显提高表面粗糙度减小2提高生产率 目前组合机床及其自动线的生产率不断提高循环时间一般是12分钟有的只用1
19、030秒提高生产率的主要方法是改善机床布局增加同时加工的刀具减少加工余量提高切削用量提高工作可靠性以及缩短辅助时间等为了减少自动线的停车损失提高自动线的柔性采用电子计算机进行自动线的管理3扩大工艺范围 现在组合机床及其自动线一般已不是完成一个工件的某几道工序而常常是用于完成工件的全部加工工序除过去完成平面铣削钻孔扩孔锪孔攻丝粗镗孔外现在已扩大到能完成车削磨削拉削精镗以及非切削加工如检查自动装配清洗试验以及打印分类等工序4提高加工精度 现在在组合机床及其自动线上又纳入了很多精加工工序如进行1级精镗保证孔加工位置度在002毫米为了使自动线能稳定地保证加工精度已广泛采用自动测量和刀具自动补偿技术保证
20、调刀不停车5提高自动化程度 目前组合机床及其自动线发展十分迅速越来越多的组合机床用于组成自动线组合机床本身则是全自动方向发展的为此重点是解决工件夹压自动化和装卸自动化6提高组合机床及其自动线的可调性 为了提高中小批生产的一些箱体件的生产率近几年来发展了可调的多工序多刀具的组合机床及其自动线它们大多采用数字程序控制除早期发展的多品种成组加工的组合机床及其自动线外还创造了自动换刀和自动更换多轴箱的组合机床还有用于加工中小批生产箱体零件的可自动更换对多轴箱的组合机床用一台这样的机床就能完成一种工件的全部工序加工能起到一条流水线的作用特别是数字程序控制的发展为发展这种机床创造了更有利的条件7创制超小型
21、组合机床 为了适应仪器仪表工业小箱体加工需要创制超小型组合机床是必需的这种机床多由超小型气动液压头配置而成体积小效率高并能达到高的加工精度8发展专用组合机床及其自动线 随着组合机床技术的发展过去一直被认为需按具体加工对象专门设计而是可以作为通用品种进行成批生产的用户根据自己加工产品的需要配上刀具及工艺装备即可组成加工一定对象的高效机床组合机床总体设计 1 加工工序和加工精度被加工零件需要在组合机床上完成的工序及加工精度是制定机床工艺方案的主要依据本组合机床为钻孔8个孔孔的精度10H6 2 被加工零件特点工件硬度HB 170220材料HT 150铸件 3 工件生产方式被加工零件的生产批量的大小对
22、机床工艺方案制定也有影响变速箱的粗加工 1 采用一面二孔定位方法选择底面C为工艺基面 2 夹紧面为顶面非加工侧的边缘部分2加工工艺的分析加工精度6级加工余量扩孔20毫米刀具选择标准钻头3切削用量的选择钻孔加工直径为10切削用量的选取可采用查表法从附录一的切削用量表1可知工件材料为HT150HB为170220其切削速度为1624米分走刀量为0204毫米转对各主轴转速的选取当取切削速度V为163米分时8根主轴的转速均为对走刀量的选取考虑到工件系灰铸铁件材质较差可选用较低的数值即取f为020毫米转对切削深度的选取因在实体上钻孔故其数值均为加工孔径的一半即取t为05D1-2组合机床切削用量的选择组合机
23、床的正常工作与合理地选用切削用量即确定合理的切削速度 1 尽量做到合理利用所有刀具充分发挥其性能 2 复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用寿命 3 选择切削用量时应注意零件生产批量的影响 4 切削用量选择应有利于多轴箱设计 5 选择切削用量时还必须考虑所选动力滑台的性能1-3组合机床配置型式的选择我们在选择机床配置方案时反对贪大求全应正确处理先进性和可靠性的关系选择符合多快好省的机床方案现有立式和卧式两种方案比较如下主要比较指标 1 加工精度立式加工精度较卧式高 2 排除铁屑的方便性卧式较好 3 夹具形式的影响考虑到加工工艺要求应选用立式 4 占地面积立式较好其余指标如机床生产率机床使用方便性
24、和自动化程度机床结构的复杂程度和通用化程度等两种方案之间相差不大 综合考虑应选用立式单工位组合机床1-4组合机床的总体方案设计组合机床的总体设计就是针对具体的被加工零件在选定的工艺和结构方案的基础上进行方案图纸设计这些图纸包括被加工零件工序图加工示意图生产率计算卡片机床联系尺寸图1被加工零件工序图被加工零件工序图是根据选定的工艺方案表示在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容加工部分的尺寸及精度技术要求加工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毛坯情况的图纸它是组合机床设计的主要依据也是制造使用时调整机床检查精度的重要技术文件被加工零件工序图应包括下列内容 1 被加工零件的形
25、状和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸 2 加工用定位基准夹压部位及夹压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导向系统的设计 3 本道工序加工部位的尺寸精度 4 必要的文字说明如被加工零件编号 1 刀具的选择 如下图 标准钻头10mm 2 工序间余量的确定钻孔后留20mm的加工余量 3 导向结构的选择如下图采用固定式导向在每一个主轴上布置一个位置应在靠近工件上端面距离为15mm 4 动力箱工作循环及其行程的确定根据加工尺寸要求确定工作进给长度为20mm快速进给可定为200mm考虑到加工多层壁上的孔工作循环应如下 3组合机床生产率的计算根据选定的机床工作循环所要求的
26、工作行程长度n 5191转每转进刀量f 02mmr进给长度L 20mm所以工进时间T工为辅助时间T辅为T辅 T空T移T装T停式中T空动力头空程快进及快退时间其值为T空 L1L2L3V空其中L1第一次快进长度L1 200mm L2第二次快进长度L2 0mm L3快退长度 L3 230mm V空动力头空程速度V空 5米分故T移零件送进及移出时间其值为T移 01分T装零件的装卸时间其值为T装 1分T停 005分综上述零件的单件工时T单为T单 030086011005 1536分 2 机床生产率的计算 3 编写机床生产率计算卡机床生产率计算卡见下页被加工零件图号毛坯种类铸件名称汽车变速箱上端面钻孔毛坯
27、重量材料HT150硬度170220HRC工序名称钻8个孔工序号序号工步名称被加工零件数量加工直径mm加工长度mm工作行程mm切削速度mmin每分钟转数rmin进给量mmr工时min机动时间辅助时间共计1装卸工件1112快进200004004工进1020301635191020303移动10101停留005005快退23000460046备注装卸工件时间取于操作者的熟练程度本机床计算时取1min总单件工时1536机床生产率39件时机床负荷率82410mm8个切削用量n 5191转分 f 02mmr多轴箱动力计算P 03038 2424 KWF 18610678 14888536 N电动机功率N主
28、N主 N切按照主轴箱机械传动效率 0809当主轴数少于15时取大值即取 09N主 N切 242409 2693 KW2机床有关部件及尺寸的确定动力部件用以实现切削刀具的旋转和进给运动是机床最主要的通用部件组合机床动力部件有多种结构型式和不同的传动方式该组合机床的主无能运动旋转运动采用机械传动由动力箱上的电动机通过齿轮传递运动和动力进给运动采用液压驱动即液压动力据电机功率N主为2693千瓦可选用封闭式三相异步电动机YIP44型号Y132S-6额定功率3 KW额定转速960rmin动力箱选用1TD40见图1驱动轴转速n0 480rmin液压动力滑台选用1HY40A其主要技术参数台面宽度400mm台
29、面长度800mm行程400mm最大进给力20000N工进速度125500mmmin快速移动速度8mmin图1 1TD40多轴箱最大轮廓尺寸根据动力箱和工序图初选500500立式主轴箱导轨由主轴箱或其它油源输出的压力油经分油器分别输送至导轨各个润滑点进行润滑 滑台的工作循环采用电气10的孔根据主轴直径和加工孔的关系查经验手册取工作主轴直径d 25mm主轴隔套外径 30mm2-3齿轮布置1传动比分配主轴箱内的传动比最佳为11 5在主轴箱后盖内的齿轮传动比根据需要其传动比可以取大些但一般不超过335齿轮模数一般取2253或35齿数一般在1770齿宽b取32mm或24mm在传动系统中最后一级采用升速传
30、动为了使主轴上的齿轮不过大2传动系统设计 驱动轴传动轴m 3A 92mm取21u 2140 40 63mm 120mm 480rmin 252rmin2传动轴主轴3m 3A 1151792mmu 520252 取 26 51 153mm 78mm 252rmin 520rmin 主轴456均与主轴3相同由传动轴带动3主轴1传动轴m 3A 9675mm 21u 4321 43 63mm 129mm 520rmin 254rmin 主轴2与主轴1一样传动轴和主轴7与8之间的传动与其一样4传动轴传动轴m 3A 125mmu 4043 40 43 120mm 129mm 252rmin 234rmin
31、5驱动轴手柄轴m 3A 92mmu 2140 120mm 63mm 21 40 480rmin 252rmin6传动轴油泵轴m 2A 70mmu 206 24 46 48mm 92mm 480rmin 232rmin7手柄轴传动轴m 2A 70mmu 092 46 42 84mm 92mm 252rmin 232rmin轴9是驱动轴轴10是传动轴I轴11是传动轴II轴12是传动轴III3传动轴直径计算经过公式简单计算可得各传动轴直径均取30mm4多轴箱坐标计算该多轴箱安装在动力箱上坐标原点靠近主轴箱左侧对着多轴箱正面看的定位销孔上其尺寸是距多轴箱侧边E 25mm距多轴箱低边H 30mm下面分别
32、计算并验算各主轴及传动轴的坐标轴1x1 645y1 132轴2x2 645y2 312轴3x3 1715y3 120轴4x4 1715y4 324轴5x5 2785y5 120轴6x6 2785y6 324轴7x7 3855y7 132轴8x8 3855y8 312轴9轴10 y10 222轴14 y14 4945轴13 x13 225轴11轴12 x12 166 y12 335主轴箱坐标验算主轴及传动轴的坐标验算是按齿轮布置图的齿轮啮合关系验算中心距按表一列出坐标验算表表中A实是按坐标算出的中心距A是按传动齿轮节径算出的中心距A是两者之差值验算标准为中心距允许差00010009mm当A不满足
33、中心距允差范围时该啮合齿轮应做成变位齿轮坐标验算由此可知两轴相啮合的齿轮须做成变位齿轮2-4主轴箱的润滑手柄轴的设置1润滑大型标准主轴箱采用叶片润滑油泵进行润滑油泵打出的油经分油器分向各润滑部分轴承采用油润滑齿轮用油润滑由分油器分出的油管润滑2手柄轴的设置组合机床主轴箱上一般都有较多的刀具为了便于更换和调整刀具或是装配和维修时检查主轴精度一般每个主轴箱上都要设置一个手柄轴以便于手动回转主轴选择轴13为手柄轴3油泵轴的确定叶片泵用来润滑时转速n泵应在400800转分范围之内而轴13的转速n13 252转分故根据需要再加一级传动第三章 78mmB 12d 30mm 1求齿轮上作用力的大小方向齿轮上
34、作用力的大小 2 求轴承的支反力水平面上支反力 2 14268462 713423N垂直面上支反力 -67 134 -25159178252734167 134 190446N 67 134 25159178252734167 134 336895N 3 画弯矩图 剖面C处的弯矩 水平面上的弯矩 Mc 67 47799Nm 垂直面上的弯矩 67 12760 Nm 67 127598829812049 22572 Nm 合成弯矩 49473 Nm 52861 Nm 4 画转矩图 55647 Nm 5 画当量弯矩图因单向回转视转矩为脉动循环 则 5998 0602剖面C处的当量弯矩 59748 N
35、m 602582 Nm 6 判断危险剖面并验算强度已知 62582 Nm 59 40052 3-2 材料预期齿轮寿命5年每天工作12小时工作载荷为轻微冲击则查机械设计基础图得2 接触应力为3许用弯曲应力弯曲疲劳强度的最小安全系数取则由上述计算可知均满足要求3-3 右端轴承30205型 2求轴承受的径向力见图4图43求轴承受的轴向力Fa查表知圆锥滚子轴承产生的轴向力查手册 19N 34N 25Nn 520rmin动载荷系数 1530305型 44800Ne 03Y 2轴承内部的轴向力 S 2Y 194 475N 2Y 344 85轴承的轴向载荷因轴承II被压紧故 475N 2975N4求轴承的当
36、量动负荷P 轴承I 47519 025 e 3 1519 285N 轴承II 297534 0875 e 查有关设计手册X 04Y 16 XY 15 0434162975 918N同轴的结构要求两端选择同样尺寸轴承而且 以作为轴承寿命计算的依据求轴承的实际寿命已知滚子轴承 103所选轴承合适总 结 锲而不舍朽木不折锲而不舍金石可镂经过二个多月的马拉松式的紧张设计随着这份设计说明书的收笔也即将告捷回想起设计的过程酸甜酸苦辣一言难尽虽然时间的紧迫和就业的压力始终徘徊在设计的过程中但毕竟收获的喜悦还是胜过了工作的幸劳非常庆幸能在毕业之际交上一份令自己满意的答卷本次毕业设计课题内容覆盖面广涉及到机械1
37、 章宏甲黄谊主编液压传动 北京机械工业出版社19932 谢家瀛主编组合机床设计简明手册北京机械工业出版社19943 大连组合机床研究所编组合机床设计第一册北京机械工业出版社19754李天无主编简明机械工程师手册 北京北京机械工业出版社19845 大连组合机床研究所编组合机床参考图册北京机械工业出版社19756 彭文生等主编机械设计华中理工大学出版社20017 唐增宝等主编机械设计课程设计华中理工大学出版社19998 上海第二工业大学液压教研室编液压传动与控制 上海科学技术出版社19759沈阳工学院等编组合机床设计 上海 上海科学技术出版社198510 大连组合机床研究所编组合机床设计第二册北京机械工业出版社197511孟少农主编机械加工工艺手册第3卷 北京机械工业出版社199212黄鹤汀金属切削机床设计 上海上海科学技术文献出版社198613李铁尧主编金属切削机床 下册 北京机械工业出版社1990毕业设计论文专用纸223工进30快进20062582Nm59748Nm52861Nm49473 Nm22572Nm12760Nmc 垂直面的受力和弯矩图d 合成弯矩图e 转矩图f 当量弯矩图47799Nm6767CBA a 受力简图b 水平面的受力和弯矩图
