汽车制动蹄圆柱面专用铣床总体及夹具设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 01339828或 11970985 I 摘 要 专用机床是通过缩小机床的工艺用途来实现高效率的机床。这类机床结构较简单，调整和操作方便，自动化程度较高，易于保证质量并有较高的生产率。适于成批生产。根据制动蹄圆柱面的加工要求，采用专用机床加工该工件比较适合。 根据制动蹄圆柱面的加工要求，本设计的主要任务是制动蹄圆柱面专用铣床的总体及夹具设计。全面的考虑整台机床所需的部件以及各个部件的布局，明确各个部件的作用以及技术要求等。从工件出发，分析及确定加工用量，根据切削用量选择动力部件，设计传动链，选择电机的型号。另一方面，夹具的设计是工件能否在这台机 床上加工的关键。根据工件的技术要求，分析工件的定位，采用定位销、挡板和 支承块定位，限制了工件的六个自由度，保证加工要求。 本设计圆满设计出了一台专门加工制动蹄圆柱面的铣床，解决了工件在车床以及磨床上难加工的问题。另一方面，设计的夹具解决了工件如何定位及夹紧在机床上等问题，从而保证加工稳定，达到加工精度要求。 关键词 专用 ； 总体； 制动；自由度 买文档就送您 01339828或 11970985 is a by of to of s is of to So its to of its a to to of of to a of of of of of of of of its be in is to of to s 6A is is on on to on It of to at 文档就送您 01339828或 11970985 I 目 录 1 绪论 . 1 计意义 . 1 用机床概述 . 1 2 零件分析和加工方案的确定 . 3 件分析 . 3 件介绍 . 3 件的功用 . 3 件的毛坯材料 . 4 工方案的确定 . 4 3 专用机床总体设计 . 6 床设计的步骤 . 6 具与工件相对位置的确定 . 6 定相对位置尺寸 . 6 削后圆柱面的侧母线 . 7 数1L、2. 9 定相对位置尺寸 . 10 削用量的确定 . 10 定制蹄片专用铣床总体方案 . 12 定制动蹄片专用铣床的传动 . 14 速器的类型与选择 . 15 动机的类型与选择 . 15 动装置的总传动比及分配 . 16 算传动装置的运动和动力参数 . 17 轴转速 . 17 轴的输入功率 . 17 轴的输入转矩 . 18 型带的设计与选择 . 18 轮传动设计 . 20 择模数 . 20 的校核 . 22 承的选择与校核 . 24 的校核 . 25 4 专用机床夹具的设计 . 26 买文档就送您 01339828或 11970985 床夹具概述 . 26 件的定位 . 29 件在夹具中定位的基本任务 . 29 动蹄片圆柱面的定位方法及定位元件 . 30 位误差的分析和计算 . 30 动蹄片圆 柱面的夹紧方式分析及计算 . 32 紧机构 . 32 紧机构 . 34 结论 . 36 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 37 附录 . 错误 !未定义书签。 买文档就送您 01339828或 11970985 1 1 绪论 计意义 机械设计与制造是国家工业的基石，提 升一个国家产业链的关键所在，在汽车制造方面，汽车的刹车机构是汽车的重要部件之一，此部件的性能好坏事关人的生命安全，所以此部分设计与制造是机械行业的热点和焦点。 本设计题目是加工制动蹄工件，此工件原来在车床上加工，存在装夹困难，劳动强度大，切削石棉酚醛混合物材料，不易脱落，生产效率低等问题。我们为其设计了一台专用机床，采用旋转铣削法，解决了上述问题。从而一举解决了长期困扰汽车工业的难题。提高了整体组件的生产率，同时还降低了成本，本设计题目对汽车制造业有一定的推动作用。所以转动蹄圆柱面专 用旋转机构及床身部件设计有利于企业，又利于国民。 用机床概述 机床是对金属或其他材料的坯料或工件进行加工，使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机器。机械产品的零件通常都是用机床加工出来的。机床是制造机器的机器，也是能制造机床本身的机器，这是机床区别于其他机器的主要特点，故机床又称为工作母机或工具机。 机床的分类方法很多，按通用程度可分为通用机床、专门化机床和专用机床。 1）通用机床 通用机床工艺范围很宽，可完成多种类型零件不同工序的加工，如卧式车床、万能外圆磨床及摇臂钻床等。通用机床的 辅助运动机构主要靠人工操作，生产率低，加工质量也不稳定。 2）组合机床 为了克服专用机床的缺点，人们分析了专用机床的构造，将其划分为若干个具有一定功能的独立的工作部件，对其中一些能在各种专用机床上互相通用的工作部件，进行了标准化、系列化和通用化设计，并预先组织成批生产，供设计和制造机床时选用。这种主要由通用部件组合而成的专用机床就叫做组合机床。它 配以少量按工件特定形状或加工工艺设计的专用部件组成的自动或半自动机床 。概括地说，组合机床是一种专用机床，但它与一般的专用机床不同，是由很多通用部件组成。它时 对一种或 几种零件 进行 加工，按工序先后安排一系列机床，并配以自动上下料装置和机床与机床间的工件自动传递装置，这样组成的一列机床群称为切削加工自动生产线。柔性制造系统是由一组数字控制机床和其他自动化工艺装备组成的，用电子计算机控制，可自动地加工有不同工序的工件，能适应多品种生产。 3） 专门化机床和专用机床 买文档就送您 01339828或 11970985 2 专门化机床和专用机床都是通过缩小机床的工艺用途来实现高效率的机床。专用化程度较低的机床叫专门化机床，如车轮车床、中心孔钻床、凸轮磨床等。这类机床结构较为简单，调整和操作方便，自动化程度也比较高，易于保证质量并且有较高 的生产率。适于成批生产。 专用机床是为加工某一种零件而设计制造的机床。专用机床的优点是可多刀、多面、多工位同时加工，调整机床和装卸工件简单、迅速，故生产率很高，使用于成批生产；结构简单（与加工该零件无关的装置和机构都可省去），所以设备费用低，占用厂房面积小；由于工作循环不变，故易于实现自动化，产品质量稳定，易于保证加工精度，对工人技术水平要求较低。专用机床的缺点有：由于是使用单位专门设计制造的，因而设计制造周期长，批量小，制造费用高；产品改型时需要重新设计和制造新的专用机床，故而不是很经济。 买文档就送您 01339828或 11970985 3 2 零件分析和加工方案的确定 件分析 件介绍 汽车制动器中有两种形式，鼓式制动器和盘式制动器。鼓式制动器是最早形式的汽车制动器，当盘式制动器还没有出现前，它已经广泛用于各类汽车上。 典型的鼓式制动器主要由底板、制动鼓、制动蹄、轮缸（制动分泵）、回位弹簧、定位销等零部件组成。底板安装在车轴的固定位置上，它是固定不动的，上面装有制动蹄、轮缸、回位弹簧、定位销，承受制动时的旋转扭力。每一个鼓有一对制动蹄，制动蹄上有摩擦衬片。制动鼓则是安装在轮毂上，是随车轮一起旋转的部 件，它是由一定份量的铸铁做成，形状似园鼓状。当制动时，轮缸活塞推动制动蹄压迫制动鼓，制动鼓受到摩擦减速，迫使车轮停止转动 。 前（后）制动蹄片在制动系统中起着重要的作用。其中，制动蹄片上的外圆柱面是系统中的主要工作表面，因此，其表面的精度要求直接影响到整个系统的工作性能。本设计要加工的前（后）制动蹄片其材料为石棉酚醛混合物，基本尺寸为厚度 15圆半径为柱面高度为 125件具体结构见图 2 图 2（后）制动蹄 片 件的功用 前（后）制动蹄片都是成对的使用的，当机构处于非制动的情况下，两制动蹄片受弹簧力的作用，向中心靠紧；当机构要制动时，两制动蹄片受中间机构的作用，向外顶开，两制动蹄片的外圆柱面即要加工的面就刨紧轮毂，对轮毂产生摩擦力的作用，从而起到制动的作用。制动原理见图 2 买文档就送您 01339828或 11970985 4 图 2动蹄片制动原理图 件的毛坯材料 在机械制造企业中，采用各种机械加工方法将毛胚加工成零件，再将这些零件装备成机器。为了使上述工艺 过程满足“优质、高产、低成本”得要求，首先必须制定零件得机械加工工艺规程和机器得装配工艺规程，然偶按照所制定得工艺规程来进行机械加工得 装配。 毛胚的选择包括选择毛胚得种类和确定毛胚的制造方法两个方面。常用的毛胚种类有铸件、锻件、型材、焊接件等。毛胚的制造方法越先进，毛胚精度越高，其形状和尺寸越接近于成品零件，这就使机械加工得劳动量大为减少，材料的消耗也低，使机械的加工成本降低。 考虑到零件的材料及力学性能和生产类型，根据制动蹄在实际中的用途，制动蹄外圆柱面的毛坯材料选择石棉酚醛混合物，该材料摩擦系数为 1 5 2 11 . 2 1 0 /vK m N，具有良好的制动性能。 工方案的确定 图 2工方案分析 如图 2据工件结构，尺寸要求分析，可以采取车削、磨削以及铣削的加工方法来满足工件的精度要求。以下对各种加工方案进行分析比较： 买文档就送您 01339828或 11970985 5 （ 1）采用车外圆的方法。车床工作时，工件作旋转的主运动，刀具作直线或曲线的进给运动。车外圆是车床的主要工作之一。车削应用范围广泛，适合于加工各种形状的内外回转面。它对于工件的材质、结构、加工精 度和表面粗糙度以及生产批量的适应性都较强，因而得到广泛的应用。加工精度高，表面粗糙小。车刀是刀具中最简单的一种，制造、刃磨和安装均较方便，有利于提高加工质量。具有较高的生产率。从以上车床的特点分析可知，车削加工的方法能满足工件的精度要求和生产率，但唯一的不足是，考虑到工件的外形尺寸比较大，在车床上加工 圆柱面，存在装夹困难，劳动强度大；切削石棉酚醛混合物材料，不易脱落，生产效率低等问题。 （ 2）采用磨削的加工方法来磨削 床是以砂轮作为刀具的金属切削机床。磨削不仅可以对外圆面 、孔、平面、螺纹、齿轮和各种成形面进行加工，而且可以加工一般金属切削刀具难于加工的硬质合金等高硬度材料。磨削加工能经济地获得高的加工精度和低的表面粗糙度，因此用作精加工。砂轮是磨削用的刀具，它是用结合剂把磨料粘结在一起，经过焙烧而成的疏松物体，因此砂轮的表面有好多高低不平的凹坑，加工石棉酚醛混合物的时候难于脱落，会粘到砂轮的凹坑里，这严重影响了加工的效率还有工件的精度要求。 （ 3）采用铣削加工的方法铣削 削加工是金属切削加工的重要组成部分，是一种加工范围广、生产效率较高的加工方法。铣削 加工的精度也较高，其经济加工精度一般为 、表面粗糙度为 削时铣刀高速旋转，铣刀刀齿之间间距比较大，当加工石棉酚醛混合物这种难以脱落的材料的时候，并不会粘在刀具上，即对加工不会产生影响，而且能满足工件的加工精度要求。另一方面，在卧式铣床上，可以很容易把工件加紧，达到加工的要求。 综上分析比较可得，采用铣削的加工方法比较适合，更能满足加工的精度要求还有生产率也比较高。从经济上考虑，专门设计一台专用铣床来加工工件，更能实现低成本和高效率。 买文档就送您 01339828或 11970985 6 3 专用机床总 体设计 床设计的步骤 (1) 调查研究 研究市场和用户对机床的具体要求、目前使用的加工方法，收集并分析国内外同类型机床的现壮、发展趁势以及有关的科技方向；调查机床制造厂的设备条件、技术能力和生产经验等。由于条件限制，通过上网对制动蹄片的有关资料进行了了解。 （ 2）拟定方案 分析工件的加工工艺，提出总体设计方案，其中包括：工艺方案、主要参数、机床总体布局、传动系统、电气系统、液压系统、主要部件的结构草图、试验结果及技术经济分析报告等。在拟定方案时要注意尽可能采用先进的工艺和结构，尽量采用先进技术，设 计方案必须以生产实践和科技实验为依据。 分析制动蹄片的结构及加工要求，提出了总体设计方案，具体详见下一节。 （ 3）技术设计 根据总体设计方案，绘制机床总图、部件装配图、液压与电气装配图，并进行运动计算和动力计算。 进行零件图设计并编写各种技术文件。 具与工件相对位置的确定 定相对位置尺寸 工件装夹在盘形工作台上，该机床每次对称装夹两个零件加工。因为，旋转铣削加工出的圆柱面的母线不是直线，为了保证圆柱面与 A(图 3的平行度不超过 须合理确定工件与刀具之间的位置。 图 3动蹄片 如图 3铣刀轴线与零件外圆柱面的轴心线（铣削时，工件回转轴线）错移距离为1L,刀尖运动平面与零件外圆柱面轴心线平行且距离为2L,铣刀半径为 r,在零件宽度方向（垂直于纸面）上，铣刀轴线与零件对称面等高，1L、2的大小和精度直接影响工件的精度，因此应根据零件的精度，合理确定1L、2L、 01339828或 11970985 7 围。 序图 削后圆柱面的侧母线 （ 1） 建立坐标系 设工件位于坐标系 ，取工件的外圆柱面轴心为 Z 轴， X 轴位于工件宽度对称面内；设端铣刀位于坐标系1取 坐标系的关系为： 轴。根据运动相对性原理，可把加工运动看成工件不动，刀尖绕坐标系1 y 轴转并随1坐标系 （ 2） 已加工面的方程 设初始位置时， 轴，当坐标系1轴转动任意角 ，刀尖在坐标系坐标系1 时，设刀尖在坐标系 (X， Y， Z） 。 由以上分析计算可得出，刀尖的运动轨迹，亦即工件一加工面的方程见式（ 21c o s ( s i n ) s i ns i n ( s i n ) c o sc o L r 式（ 式中 1L 表示 端铣刀轴线与零件外圆柱面的轴心线（工件回转轴线）错移距离 ； 2L 表示 刀尖运动平面与零件外圆柱面轴心线平行且距离 ； r 表示 铣刀半径； 表示坐标系 1O 轴转动任意角； 表示 刀尖在坐标系坐标系 1O （ 3） 已加工面的侧母线方程见式（ 在已加工面式 (，令 Y=0，得侧母线方程 买文档就送您 01339828或 11970985 8 2221( s i n )c o L 式（ 亦就是刀尖在运动过程中，通过 面依次位置。由式 (知，侧母线左右 对称于 下对称于 面，下面仅考查 X 0， Z 0的部分。 （ 4）侧母线上极值点 对式 (导得式（ 12221( s i n )( s i n )0r c t L 令 ， 得式（ 1）驻点 a（图 3 在上式中 若 1 s 式（ 有 2（ 221aZ r L 式（ 2）驻点 b（图 3上式中 若 0 有 2221() L r 式（ 0 3）端点 c（图 3工件高为 H，根据加工原理，此加工为对称铣削，选硬质合金刀具直径 d=2r= 因 12（ 式中 H 工件高度。 所以 1 c o /2 式（ 1c o s 2 1 代入式 ( 2221( 0 . 8 3 ) L r 式（ 由此可以得到：在 X0， Z 0内考查侧母线时， 三个几极限点的 关系为： 能满足要求。 定制蹄片专用铣床总体方案 根据对工件的分析，结合工件与刀具之间相对位置以及铣削用量的确定，为了实现工件的加工，该专用铣床应包括以下几部分：夹具、旋转机构、减速器、调整机构、动力部件及床身。各部件的布局具体如图 3 图 3动蹄片圆柱面专用铣床的总体布局 以 下为各部件的具体作用： 受工件外形的限制，夹具的设计有一定的难度，从图 3要限制工件的 、 五个自由度就可以满足加工要求，但实际加工中，还得限制工件 的 Z 自由度才能加工工件。为实现各个自由度的限制，设计了以下夹具，结构如图 3 买文档就送您 01339828或 11970985 13 由度分析图 图 3具 工件的定位方案及各定位元件的布置详见 第 4 章夹具设计。 机床的旋转部件的主要作用是实现工件的旋转运动 ,它的具体结构是由蜗杆涡轮组成的传动带动转台，然后转台带动安装在转台上的夹具，从而带动工件转动。 调整机构安装在床身上，而调整机构上安装着动力部件，即铣削头。一方面，调整机构把铣削头跟床身连接在一起；另一方面，调整机构起到调节的作用，调整铣削头在 个方向的位置，从而调整了铣刀相对于工件的位置，保证工件加工的精度要求，因此，此机构对于该机床来说，是必要的。此机构在市场上有各种各样的产品，但对于该 机床来说，设计一种比较合理。 动力部件根据刀盘直径 250及转速选择 号的铣削头。铣削头的作用是完成铣削运动。型号的选择很重要，选择的型号要求满足加工要求，能够提供加工所买文档就送您 01339828或 11970985 14 须的转速。 减速器在传动过程中起到减速的作用，它联系着电机及工件，决定了整个传动链的传动比，传动比的准确性很到程度上由减速器来决定，工件的转速也很大程度上靠减速器来保证。因此，减速器的传动比设计很关键。 由图 3身占了整台机床的一般空间，它起到的作用也是相当 的大，是整台机床的框架，床身上安装了调整机构、动力部件及减速器，很明显，床身支撑了整台机床。 定制动蹄片专用铣床的传动 机器一般由原动机、传动装置和工作机三部分组成。传动装置在原动机与工作机之间传递运动和动力，并籍以改变运动得形式、速度大小和转矩大小。传动装置一般包括传动件（齿轮传动、带传动、蜗杆传动、链传动等）和支承件（轴、轴承、机体等）两部分。它的重量和成本在机器中占很大比重，其性能和质量对机器的工作影响也很大。因此合理设计传动方案具有重要意义。 传动方案用机构运动简图表达，它能简单明了的表 示运动和动力得传递方式和路线以及各部件的组成和联接关系。 满足工作机性能要求的传动方案，可以由不同传动传动机构类型以不同的组合形式和布置顺序构成。合理的方案应保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护便利。一种方案要同时满足这些要求往往是困难的。因此要保证重点要求。 为了实现该机床的运转以及保证加工要求的稳定性，设计了以下的传动路线。传动路线总体分为三个部分。第一，根据工件的加工要求，工件的转速比较低，为了实现低转速的转变，采用了蜗杆涡轮的传动来降低转速。第二，为保证电机 与蜗杆涡轮的传动连接，实现给定的传动比，因而还设计了减速器。最后，确定电机的型号。这样，整个传动路线就出来了，具体的传动原理如图 3 图 3动原理 买文档就送您 01339828或 11970985 15 速器的类型与选择 传动装置中广泛采用减速器，它具有固定传动比、结构紧凑、机体封闭并由较大刚度、传动可靠等特点。一些类型的减速器已经有系列标准，并由专业厂生产，如圆柱齿轮减速器（ 、普通圆柱蜗杆减速器（ Q/、 。一般情况下应尽量选用标准减速器，在传动布置、结构尺寸、功率、传动比等由特殊要求，由标准不能选出时，才需要自行设计制造。 减速器是一种常见的减速机构，它有许多种类，可分展开式，整体式两大类。展开式可分水平分箱面式，斜面式两种。其特点：下体箱底凸缘抬高，可以减小减素箱中心高度，减小了油池容积，但下箱体加工时比较困难，一般为用露天环境下，而且是大功率的情况下，整体式特点：箱体结构简单，加工方便，但装配比较困难，轴和齿轮的配合，轴承和箱体的配合都比前面的几种要松一些，对承受冲击能力和传动精度有不 利影响。一般用于封闭的空间里，受力不大的情况，由以上分析，选择整体式的减速器是比较合适的 动机的类型与选择 电动机是专门工厂批量生产的标准部件，实际时要选出具体型号以便购置。选择电动机包括确定类型、结构、容量（功率）和转速，并在产品目录中查出其型号和尺寸。 电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源，结构比较复杂，价格较高，维护比较不便，因此无特殊要求时不宜采用。 生产单位一般用三相交流电源，因此无特殊要求时都应选用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。异步 电动机有笼型和绕线型两种，其中以普通笼型异步电动机应用最多。我国新设计的 结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求得机械上，如金属切削机床、运输机、风机、叫搅拌机等，由于起动性能良好，也适用于某些要求起动转矩较高的机械，如压缩机等。在经常起动、制动和反转的场合（如起重机等），要求电动机转动惯量小和过载能力大，应选用及冶金用三相异步电动机 型）或 线型）。电动机除按功率、转速排成系列之外， 为适应不同的输出轴要求和安装需要，电动机机体又有几种安装结构型式。根据不同防护要求，电动机结构还有开启式、防护式、封闭式和防爆式等区别。电动机得额定电压一般为 380V。 电动机类型要根据电源种类（交流或直流），工作条件（温度、环境、空间位置尺寸等），载荷特点（变化性质、大小和过载情况），起动性能和起动、制动、反转的频繁程度，转速高低和调速性能要求等条件来确定。 电动机得容量（功率）选的合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。容量小于工作要求，就不能保证电动机的正常工作，或使电动机长期过载而过早损坏；容量过 大则电动机价格高，能力又不能充分利用，由于经常不满载运行，效率和功率因数都较低，增买文档就送您 01339828或 11970985 16 加电能消耗，造成很大浪费。 电动机得容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。电动机得发热与其运行状态有关。运行状态有三种。即长期连续运行、短时运行和重复短时运行。变载下长期运行的电动机、短时运行得电动机（工作时间短、停歇时间长）和重复短时运行得电动机（工作时间和停歇时间都不长）的容量要按等效功率法计算并校验过载能力和起动转矩，其计算方法可参看有关电力拖动的书籍。此类设计一般为设计不变（或变化较小）载荷下长期连续运行得机械，只 要所选电动机的额定功率动机在工作时就不会过热，通常可以不必校验发热和起动力矩。 （ 1）工作机所需功率 工作机所需功率9550np （ 式中 P 工作机所需功率 P，单位为 有蜗轮和蜗杆的计算结果可知 T=576Nm，1r/576 31/9550= 2）电动机的输出功率动机输出的功率 （ 式中的 为从电动机至工作机主轴之间 12 n 式（ 这里圆柱齿轮、 承、联轴器机械传递效率分别为 所以 = 230 . 9 7 0 . 9 6 0 . 9 9 0 . 9 9 = （ 3）选择电动机的速度 同一类型、功率相同的电动机具有多种转速。经过对成本，重量、价格的比较分析得出同步转速为 1000r/合适。 查表 20械设计基础课程设计）得出电动机的型号为 定功率为 动装置的总传动比及分配 买文档就送您 01339828或 11970985 17 计算总 传动比，由电动机的满载转速 工作主轴转速 确定传动装置应有的总传动比为 （ i =94031=动装置应有的总传动比是各级传动比的连乘积，即 12 ni i i i式（ 合理分配传动比，各级转动比如何分配，在机械设计中是一个关键的问题，分配转动比要考虑 : 1）应使各级传动的结构尺寸协调、匀称。 2）应使传动装置外轮廓尺寸紧凑、重量轻。 3）在减速器设计中常使各级大齿轮直径相近，以使大齿轮有相接近的浸油深度。 4) 应避免传动零件之间发生碰撞。 在设计两级卧式减速器时，为使两级的大齿轮有相接近的浸油深度，高速级传动比 1i 和低速级 2i 的传动比可为 初设 1i=i=i