精镗6102箱盖凸轮轴孔专用组合机床的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 宁 学 毕业设计 (论文 ) 题目 精镗 6102 箱盖凸轮轴孔专用组合机床的设计 机械工程与自动化学 院 机械电子工程 专业 机电 093班 学生姓 名 学 号 指导教师 (签字 ) 设计 (论文 )工作 自 2013年 2月 27 日至 2013年 6 月 23 日 2013 年 月 日 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 诚 信 承 诺 我谨在此承诺：本人所写的毕业 设计（ 论文 ） 系本人独立完成，没有 抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 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 、 精度高 、 成本低。它由床身 、 立柱 、 工作台 、 及电源一些基本部件及一 些特殊部件，根据不同的工件加工所需而设计的。 在组合机床上可以完成很多工序，但就目前使用的大多数组合机床来说，则主要用于平面加工和孔加工两大类工序。论文主要内容包括四大部分： （ 1）、制定工艺方案 通过了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹紧情况、生产效率及机床的结构特点等，确定在组合机床上完成的工艺内容及加工方法，并绘制被加工零件工序图。 （ 2）、组合机床的总体设计 确定机床各部件之间的相互关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量及机床生产效率、绘制机床的尺寸联系图及加工示意图。 （ 3）、组合机床部件设计 包括专用多轴箱的设计，传动布局合理，轴与齿轮之间不发生干涉，保证传动的平稳性和精确性。专用主轴设计、轴承的选用及电机的选择等。 （ 4）、液压装置的设计 液压滑台、定位夹紧装置均为液压控制。并采用了许多液压控制阀，保证了运动的平衡性，循环性和精确性。 关键词 ： 组合机床；设计；过程；功能 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 of is it or at in of as It is of as to of a of be on in to of to to (1) We,ve of by be be in 2) of in a of (3) 4) It 买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 录 摘 要 . 1 . 录 . 绪论 . 1 题研究意义 . 1 孔专用设备应用 . 1 孔专用设备 . 2 轴头 . 2 轴箱 . 2 轴钻床 . 3 动更换主轴箱机床 . 3 孔专 用设备趋势 . 4 2 组合机床的总体设计 . 5 合机床方案的制定 . 5 定工艺方案 . 5 定组合机床的配置形式和结构方案。 . 5 定切削用量及选择刀具 . 7 定工序间余量 . 7 择切削用量 . 7 定切削力、切削扭矩、切削功率 . 7 择刀具结构 . 8 加工零件工序图 . 9 床尺寸联系总图 . 10 3 镗孔专用机床及夹具设计 . 14 具的初步设计方案 . 14 床的初步设计 . 14 力部件的选择 . 14 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 定切削用量及选择刀具 . 15 定切削力，切削扭矩，切削功率 . 15 具设计的计算 . 17 力计算 . 17 紧力 . 17 床的液压滑台系统的具体设计 . 18 压缸所受的外负载 . 18 定液压系统原理图 . 19 压系统的计算和选择液压元件 . 20 4 主轴箱设 计 . 24 用主轴箱设计 . 24 动系统的设计 . 24 动机的选择 . 24 动机功率的选择 . 24 动系统总传动比的确定及各级分传动比的分配 . 25 轮的设计及参数的确定 . 25 轮的设计 . 26 轮参数的确定 . 28 承的选择 . 31 结 论 . 33 致 谢 . 34 参考文献 . 35 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 1 1 绪论 题研究意义 市场的开放性和全球化使产品的竞争 日趋激烈。而决定产品竞争力的指标是产品的开发时间 (,产品 (成本 (创新能力 (服务 (用户在追求高质量产品的同时，会更多的追求较低的价格和较短的交货周期。美国制造业在 20世纪 50至 40 年代主要以扩大生产规模作为企业竞争力的第一要素，而在 70年代竞争力的第一要素为降低生产成本， 80 年代为提高产品质量， 90 年代为市场响应速度。所以现代企业都期望通过提高自身的科技含量，增强竞争力。 制造业是国家重要的基础工业之一，制造业的基础是。是众多机械 制造的母机，它的发展水平，与制造业的生产能力和制造精度有着直接关系，关系到国家机械工业以至整个制造业的发展水平 械产品的质量、更新速度、对市场的应变能力、生产效率等在很大程度上取决于的效能。因此，制造业对于一个国家经济发展起着举足轻重的作用我国是世界上产量最多的国家 )2000 年统计资料，在主要的生产国家中，中国排名为世界第五位。但是在国际市场竞争中仍处于较低水平 :即使在国内市场也面临着严峻的形势 :一方面国内市场对各类产品有着大量的需求，而另一方面 却有不少国产滞销积压，国外产品充斥市场。 孔专用设备应用 据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的 15%。其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高 85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言， 镗孔 专用设备是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用 可调式多轴头扩大了使用范围，仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随着工业的发展，大型复杂的 镗孔 专用设备更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管板有15000个 20孔，若以摇臂钻床加工，单单 镗孔 与锪沉头孔就要 外还要划线工时 若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔只要 时，划线也简单，只要 此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加工位置，购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 2 结合 镗孔 专用设备不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易 加工的零件。有人分析大型高速柴油机 30 种箱形与杆形零件的 2000多个 镗孔 操作中，有 40%可以在自动更换主轴箱机床中用二轴、三轴或四轴多轴头加工，平均可减少 20%的加工时间。 1975年法国巴黎机床展览会也反映了 镗孔 专用设备的使用愈来愈多这一趋势。 孔专用设备 镗孔 专用设备是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立钻或摇臂钻上装多轴头、多轴 钻床、多轴组合机床心及自动更换主轴箱机床。甚至可以通过二个能自动调节轴距的主轴或多轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运动，加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。 轴头 从传动方式来说主要有带传动、齿轮传动与万向联轴节传动三种。这是大家所熟悉的。前者效率较高，结构简单，后者易于调整轴距。从结构来说有不可调式与可调式二种。前者轴距不能改变，多采用齿轮传动，仅适用于大批量生产。为了扩大其赞许适应性，发展了可调式多轴头，在一定范围内可调整轴距。它主要装在有万向 1）万向轴式也有二种 :具有对准装置的主轴。主轴装在可调支架中，而可调支架能在壳体的 能在对准的位置以螺栓固定。（ 2）具有公差的圆柱形主轴套。主轴套固定在与式件孔型相同的模板中。前一种适用于批量小且孔组是规则分布的工件（如孔组分布在不同直径的圆周上）。后一种适用于批量较大式中小批量的轮番生产中，刚性较好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多轴头可以装在立钻式摇臂钻床上，按钻床本身所具有的各种功能进行工作。这种 镗孔 专用设备方法，由于 镗孔 效率、加工范围及精度的关系，使用范围有限。 轴箱 也象多轴头那样作为标准部件生产。美国 司标准齿轮箱、多轴箱等设计的不可调式多轴箱。有 32种规格，加工面积从 300 300毫米到 600 1050 毫米，工作购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 3 轴达 60 根，动力达 瓦。 厂生产的可调多轴箱调整方便，只要先把齿轮调整到接近孔型的位置，然后把与它联接的可调轴移动到正确的位置。因此，这种结构只要改变模板，就能在一定范围内容易地改变孔型，并且可以达到比普通多轴箱更小的孔距。 根据成组加工原理使用多轴箱或多轴头的组合机床很适用于大中批量生产。为了在加工中获得良好的效果，必需考 虑以下数点：（ 1）工件装夹简单，有足够的冷却液冲走铁屑。（ 2）夹具刚性好，加工时不形变，分度定位正确。（ 3）使用二组刀具的可能性，以便一组使用，另一组刃磨与调整，从而缩短换刀停机时间。（ 4）使用优质刀具，监视刀具是否变钝，钻头要机磨。（ 5）尺寸超差时能立即发现。 轴钻床 这是一种能满足 镗孔 专用设备要求的钻床。诸如导向、功率、进给、转速与加工范围等。巴黎展览会中展出的多轴钻床多具液压进给。其整个工作循坏如快进、工进与清除铁屑等都是自动进行。值得注意的是，多数具有单独的变速机构，这样可以适应某一组孔 中不同孔径的加工需要。 动更换主轴箱机床 为了中小批量生产合理化的需要，最近几年发展了自动更换主轴箱组合机床。 (1) 自动更换主轴机床 自动更换主轴机床顶部是回转式主轴箱库，挂有多个不可调主轴箱。纵横配线盘予先编好工作程序，使相应的主轴箱进入加工工位，定位紧并与动力联接，然后装有工件的工作台转动到主轴箱下面，向上移动进行加工。当变更加工对象时，只要调换悬挂的主轴箱，就能适应不同孔型与不同工序的需要。 (2)多轴转塔机床 转塔上装置多个不可调或万向联轴节主轴箱，转塔能自动转位，并对夹紧在回转工作台的工件作进给运动。通过工作台回转，可以加工工件的多个面。因为转塔不宜过大，故它的工位数一般不超过 4 6 个。且主轴箱也不宜过大。当加工对象的工序较多、尺寸较大时，就不如自动更换主轴箱机床合适，但它的结构简单。 (3)自动更换主轴箱组合机床 它由自动线或组合机床中的标准部件组成。不可调多轴箱与动力箱按置在水平底购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 4 座上，主轴箱库转动时整个装置紧固在进给系统的溜板上。主轴箱库转动与进给动作都按标准子程序工作。换主轴箱时间为几秒钟。工件夹紧于液压分度回转工作台，以便加工工件的各个面。好果回转工作台配以卸料装置，就能 合流水生产自动化。在可变生产系统中采用这种装置，并配以相应的控制器可以获得完整的加工系统。 (4) 数控八轴落地钻床 大型冷凝器的水冷壁管板的孔多达 15000 个，它与支撑板联接在一起加工。孔径为 20 毫米，孔深 180 毫米。采用具有内冷却管道的麻花钻， 5 7 巴压力的冷却液可直接进入切削区，有利于排屑。钻尖磨成 90供自动定心。它比普通麻花钻耐用，且进给量大。为了缩短加工时间，以 8轴数控落地加工。 孔专用设备趋势 镗孔 专用设备生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术 的发展， 镗孔 专用设备的范围一定会愈来愈广，加工效率也会不断提高。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 5 2 组合机床的总体设计 合机床方案的制定 定工艺方案 零件加工工艺将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，加工部位的结构特点加工精度，表面粗糙度，以及定位，夹紧方法，工艺过程，所采用的刀具及切削用量，生产率要求，现场所采用的环境和条件等等。并收集国内外有关技术资料，制定出合理的工艺方案。 根据被加工零 件（ 镗 6102箱盖凸轮轴 ）的零件图（图 加工 5个 43孔的工艺过程： (1)加工孔的主要技术要求。 加工 5个 43孔 工件材料为 求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量 2万件，单班制生产 (2) 工艺分析 加工该孔时，孔的位置度公差为 (3) 定位基准及夹紧点的选择 加工此零件上的孔， 以上表面限制三个自由度和右端面限制 三 个自由度， 位于中间的 孔通过螺杆 起到了很好的 夹紧 作用。 在保证加工精度的情况下，提高生产效率减轻工人劳动量，由于工件是大批量生产，因 此在设计时就认为是人工夹紧。 定组合机床的配置形式和结构方案。 (1)被加工零件的加工精度 被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制造机床方案的主要依据。 镗 6102 箱盖凸轮轴 镗孔 的精度要求较 高，可采用 镗孔 组合机床。为了加工出表面粗糙度为 取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度并减少夹压变形等措施就可以了。为此，机床通常采用尾置式齿轮动力装置，进给采用液压系统，被加工零件图如图 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 6 (2) 被加工零件的特点 这 主要指零件的材料、硬度加工部位的结构形状，工件刚度定位基准面的特点，它们对机床工艺方案制度有着重要的影响。此 镗 6102 箱盖凸轮轴 的材料是 度241、孔的直径为 43用同步加工，零件的刚度足够，工件受力不大，振动，及发热变形对工件影响可以不计。 一般来说，孔中心线与定位基准面平行且需由一面或几面加工的箱体宜用卧式机床，立式机床适宜加工定 位 基准面是水平的且被加工孔与基准面垂直的工件，而不适宜加工安装不方便或高度较大的细长工件 。对大型箱体件采用单工位机床加工较适宜，而中小型零件则多 采用多工位机床加工。 此零件的加工特点是中心线与定位基准平面是 垂直 的，并且定位基准面是 水平 的，工件较小，其孔分布较密集， 多轴箱体积较大， 一次 镗孔 。 (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、自动线或按中小批量生产特点设计组合机床的重要因素。按设计要求生产纲领为年生产量为 2万件，从工件外形及轮廓尺寸，为了减少加工时间，采用多轴头，为了减少机床台数，此工序尽量在一台机床上完成，以提高利用率。 (4) 机床使用条件 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 7 根据使用组合机床对车间布置情况、工序间的联系、技术能力和自然条件等的要求来选 择适合 的组合机床。 定切削用量及选择刀具 定工序间余量 为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量。生产中常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量，以消除转、定位误差的影响。 择切削用量 确定了在组合机床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。因为所设计的组合机床为多轴同步加工在大多数情况下，所选切削用量，根据经验比一般通用机床单刀加工低 30%左右多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相 同，且等于动力滑台的每分钟进给量（ mm/是适合有刀具的平均值。 因此，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成同转速和 同的每转 进给量（ mm/r）与其适应。 以满足 直径的加需要，即： 1 1 2 2 . f n f n f v f 中： 各主轴转速（ r/ 12, , . if f f 各主轴进给量（ mm/r） 动力滑台每分钟进给量（ mm/ 由于 镗 6102 箱盖凸轮轴镗孔 的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等，按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表的方法查得： 孔钻头直径 D=43给量f=r、切削速度 v=18m/ 确定切削力、切削扭矩、切削功率 根据文献 9的 134 页表 6公式计算钻孔 （ 2 （ 2 9740（ 2 根据文献 9的 134 页表 6公式计算镗孔 （ 2 （ 2 p （ 2 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 8 61200（ 2 式中， F、 N） ； N）； m/mm/r）； 钻头）直径（ 得23。 由 d 22度大于 190择 v=10f r,又 d=定第一次进给 r,则 d 1000=1000 3 =157r/ 取 r 由以上公式可得： 90128 9740 择刀具结构 根据加工精度、工件材料、工件条件、技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理地选择刀具。只要所选工艺方案可以采用刚性较好的镗杆，还是采用镗削方法，这是因为镗刀制造简单，刃磨方便。 当被加工孔直径在 40上时，组合机床上多采用镗削加工，其加工精度可高达 1。 直径小于 40，选用钻削方法，钻头选用高速钢修磨棱带及横刃 钻头。镗孔选用合金镗刀头。 直径大于 40，选用镗削方法，刀具材料为硬质合金。当加工阶梯孔时，选用阶梯杆，由于多刀加工，扭矩较大，所以要选用强度较好的刀杆材料： 41 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 9 加工零件工序图 A被加工零件工序图的作用和内容 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、毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床 设计的重要依据，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的基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括： 压部位及夹紧方向。 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。 号、材料、硬度以及加工部位的余量。 B. 绘制被加工零件工序图的规定及注意事项 加工零件工序图的规定 应按一定的比例，绘制足够的视图以及剖面；本工序加工部位用粗实线表示；定位用定位基准符号表示，并用下标数表明消除自由度符号；夹紧用夹紧符号表示，辅助支承用支承符号表示。 a) 本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。 b) 对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析。 c) 当本工序有特殊要求时必须注明。 图 2示为被加工零件工序图。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 10 床尺寸联系总图 A. 选择动力部件 根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，按文献 9的 62页公式 多轴箱 计算。 式 中， 各主轴所需的 向切削力，单位为 N。 则 主轴箱： 5 2 3 4 5 2 4 5 2 1 4 2 7 多 主 轴 箱 实际上 ,为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于 F。又考虑到所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的稳定性，由文献 9的 91 页表 5、右、后面分别选用机械滑台 A 型、 面宽 400面长 800台及滑座总高为 320许最大进给力为 20000N；其相应的侧底座型号分为 111 由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和 切削P ，根据文献 9的 47 页公式计算： 切削多轴箱式中 , 切削P 消耗于各主轴的切削功率的总和（ ； 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 11 多轴箱的传动效率 ,加工黑 色金属时取 工有色金属时取 轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。本课题中，被加工零件材料为灰铸铁，属黑色金属，又主轴数量较多、传动复杂，故取 5。 右主轴箱： 0 . 8 5 6 1 . 2 7 6 0 . 9 6 8 2 0 . 7 1 9 4 . 5 3 8P K W 切削 则 4 . 5 3 8 5 . 3 30 . 8 5P K W多主箱 根据液压滑台的配套要求，滑台额定功率应大于电机功率的原则，查文献 9的115114 页表 5的型号 ,见表 2 表 2力箱及电动机的型号 动力箱型号 电动机型号 电 动 机 功 率(电动机转速(r/输 出 轴 转 速(r/后主轴箱 1100 1440 720 侧底座 1高度 H=560度 B=600度 L=1350 B. 确定机床装料高度 H 装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。本课题中，工件最低孔位置 ，主轴箱最低主轴高度 ，所选滑台与滑 座总高 20，侧底座高度 60 ，夹具底座高度 45 ，中间底座高度 00 ，综合以上因素，该组合机床装料高度取 H=1005。 确定夹具轮廓尺寸 夹具是用于定位和夹紧工件的，所以工件轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据，由于加工示意图中对工件和靠模杆的距离，以及导套尺寸都作了规定，掌握了以购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 12 上尺寸后，确定夹具总长尺寸 A， A=590 具底座高度应视夹具大小而定，既要求保证有足够的刚性，又要考虑工件的装料高度，一般夹具底座高度不小于 240据具体情况，本夹具底座取高度为 345 确定中间底座尺寸 在加工示意图中，已经确定了工件端面至主轴箱在加工终了时距离： 650 =800 根据选定的动力部件及其配套部件的位置关系，并考虑动力头的前备量因素，通过尺寸链就可确定中间底座尺寸 L L=2（ 23） L 1+ L 2+ L 3） 其中 于动力头支承凸台端面到滑座端面最小尺寸和动力头向前备量组成。 到床身端面距离取 L=585 确定中间底高度尺寸时，应考