毕业论文-差速器壳体钻、铣加工机床设计20334.docx

摘 要应用组合机床加工大批量零件，快捷高效，生产效率高是机械加工的发展方向。本次设计的任务是针对差速器壳体零件端面加工要求设计专用机床，实现钻铣复合加工。要求结合零件结构设计加工工艺，组合钻铣工装设计，液压控制系统设计，组合机床设计。在工艺定制过程中，通过生产批量的分析确定差速器壳体的加工方案，并寻求最佳的工艺方案，借此说明了工艺在生产工程中的重要性；在组合钻铣工序中，结合差速器外壳特点，设计专业组合机床，结合具体实例和设计经验，阐述通用件的选取及专用部件的设计计算，并采用catia软件进行三维建模；在液压控制系统设计过程中，以立式铣削机床为对象，依据液压系统设计原理，拟出合理的液压系统图，并结合plc系统特点，编写plc液压系统程序，实现机床自动化，高效化。关键词：组合机床 多轴箱 工艺 液压传动 plcabstractthis paper introduces the design of the box joint part of carding machine drill combination machine，which is widely used for its high efficiency.the mission is designed for end-processing differential shell parts designed for machine tools, and drilling milling complex processing.this design task includes four parts: working out processing technology of joint part of differential, design and assemble of main spindle box, design hydraulic control parts, design combination machine tool. during process planning, define the productive process of joint part of differential and find out the best process plan by analyzing production lot, which show process planning is very important in product process;in combination drilling milling processes, with the differential housing characteristics, design the machine professional portfolio, with specific examples and design experience, describe the selection of generic and exclusive parts of the design, use catia three-dimensional modeling software to model the design. in the hydraulic control system design process, with the vertical milling machine, basing on the hydraulic system design principle, draw a reasonable hydraulic system plans，and with plc features, programming hydraulic control for plc,to improve machine antomation and efficient.keywords: combination machine multi-axle box technology hydraulic transmission plc目 录第一章 引言11.1 本课题研究的提出背景和意义11.2国内外发展现状11.2.1世界汽车行业发展现状11.2.2中国汽车行业的发展现状21.3 本论文的主要内容3第二章 工艺方案的拟定42.1基准面的选择42.1.1粗基准的选择42.1.2精基准的选择42.2制订工艺路线4第三章 专业组合机床的设计63.1专业组合机床的历史及优点63.2组合机床设计方案73.3 catia三维软件建模草图93.4钻床部分设计93.4.1 刀具选择93.4.2 切削用量的选取：103.4.3功率和电机计算及确定103.4.4工作行程的确定113.4.5主轴箱设计123.4.6通用钻削主轴133.4.7齿轮的选择133.4.8齿轮、主轴及键的校核133.5铣床部分设计153.5.1铣削头系统设计153.5.2铣削机床传动设计163.5.3电机型号的选择173.5.4带传动设计173.6动力滑台的选取193.6.1液压滑台和机械滑台的特点193.6.2钻削机床滑台与铣削机床滑台19第四章 plc控制液压系统设计214.1铣床液压机构和电器控制设计214.2液压滑台液压机构设计224.3 铣削头让刀机构和加紧机构设计23总结26参考文献27致谢28附录2935第一章 引言1.1 本课题研究的提出背景和意义差速器的作用差速器就是一种将发动机输出扭矩一分为二的装置，允许转向时输出两种不同的转速。当汽车转向时，车轮以不同的速度旋转。在转弯时，每个车轮驶过的距离不相等，即内侧车轮比外侧车轮驶过的距离要短。因为车速等于汽车行驶的距离除以通过这段距离所花费的时间，所以行驶距离短的车轮转动的速度就慢。同时需要注意的是：前轮较之后轮，所走过的路程是不同的。 对于后轮驱动型汽车的从动轮，或前轮驱动型汽车的从动轮来说，不存在这样的问题。由于它们之间没有相互联结，它们彼此独立转动。但是两主动轮间相互是有联系的。因此一个引擎或一个变速箱可以同时带动两个车轮。如果你的车上没有差速器，两个车轮将不得不固定联结在一起，以同一转速驱动旋转。这会导致汽车转向困难。此时，为了使汽车能够转弯，一个轮胎将不得不打滑。对于现代轮胎和混凝土道路来说，要使轮胎打滑则需要很大的外力，这个力通过车桥从一个轮胎传到另一个轮胎，这样就给车桥零部件产生很大的应力。有上述可知，差速器是现在汽车不可或缺的一个重要组成部分。所以汽车工业的发展对差速器的发展有着决定性的影响。1.2国内外发展现状1.2.1世界汽车行业发展现状由于受全球金融危机的影响，北美市场第一次所有汽车公司的销量都出现下滑，整体市场平均下滑26?6%，创下了50年来的最惊人纪录。克莱斯勒、福特、丰田、本田、通用、日产、奔驰、现代、大众、宝马无一幸免。随着金融危机的愈演愈烈，汽车行业所遭遇的不再仅仅是汽车消费信贷的坏账，更糟糕的是，美国汽车市场销售量下滑愈甚，2008年9月的新车销售量相比去年同期减少了26?6%，为美国市场17年来的最低水平。其中，美国三大汽车公司福特汽车、克莱斯勒、通用公司降幅分别为35%、33%、16%。一向表现稳健的丰田、本田也分别下降32%、24%。即使如保持增长的日产和戴姆勒-奔驰，9月也骤降37%和8?4%，现代汽车、大众汽车和宝马汽车的销量也均超过10%的降幅。虽然金融危机对汽车行业的影响较大，但是每一次危机都会促使技术的变革。当今世界汽车呈现四大发展趋势：首先是环保化。据统计，目前汽车尾气排出的二氧化碳占全球二氧化碳排放量的20%-30%；在一些发达国家，汽车排放已占大气污染的30%-60%。因此，新能源化就成为未来汽车技术发展的一大追求。为真正实现零排放，国际间电动车的开发研究方兴未艾，其中最具发展前景的是燃料电池动力电动车。 其次是轻量化。国外研究表明，一般轿车重量减轻10%，可减少6%的燃油消耗。目前，欧洲汽车制造商提出一项环保目标，即实现乘用车平均二氧化碳排放量降低30%，这相当于在目前平均整车重量的基础上降低车重的一半。 其三是安全性能的提高。目前，汽车除了配备abs系统、安全气囊等被动安全系统外，还要求车身具有良好的防碰撞性。如通过发动机舱碰撞时构件材料的变形，吸收主要的碰撞能量，从而达到保护驾驶乘客区的安全。 其四是多品种、少批量化。今后的汽车不再是简单的代步工具，而更注重休闲、个性的人性化设计。为适应这一需求，各大汽车厂商不断推出符合不同消费群体的新车型，目前的大批量生产相对会减少。1.2.2中国汽车行业的发展现状金融危机对国内汽车企业的影响主要表现在两个方面：国内汽车出口的压力增加和国内汽车销售压力增加。在汽车市场为买方市场的情况下，汽车企业只能适应需求的变化，不同的是出口变化是来自国外消费者需求的变化，而内需变化是来自国内消费者需求的变化。在日益全球化的经济中，汽车出口需求和内需表现一致，销量都在下滑。 由于国内金融系统比较封闭，且国内金融机构购买的金融资产占全部资产的份额较低，故金融危机无法通过我国的金融渠道影响到我国的汽车产业：受金融危机影响，美国带动全球经济形势恶化，进而会抑制中国汽车的出口。在这种大环境下，呈现出良好势头的中国汽车出口也未能幸免。2008年8月，中国汽车出口表现较为低迷，2008年8月中国汽车出口57531辆，环比7月减少18。中国汽车出口销量迎来了近几年来少见的月度负增长。长城汽车宣传部部长商玉贵介绍，长城原定今年出口目标是7万辆，但目前来看能达到6万辆就已经不错。奇瑞汽车总经理助理金弋波也表示，完成全年目标比较困难。造成出口增长放缓的原因之一是俄罗斯市场的表现与预期相差甚远。 虽然金融危机对中国汽车业的影响比较大，但随着居民收入水平的提高, 居民和社会对汽车的需求持续增长, 汽车开始走进千家万户, 汽车工业也逐渐成为我国的支柱产业, 为经济的迅速发展做出了巨大贡献。在发达国家早已步入成熟期的汽车产业，销量年均增速普遍只有2-3%，但在中国汽车产业体现出更多的是产业成长期的快速增长特征。自2001年以来汽车总销量总体上保持了良好的发展势头，至2006年底实现了年均25.01%的增长速度。同期汽车销售收入与利润总额的年均增幅分别达到了53.87%和62.89%，更是远远超过了销量平均增速，其主要原因是销售金额和利润额高的中高档汽车规模扩张速度更快。不过，随着04年宏观调控的实施，产能集中释放下产能利用率下降、价格战频发，汽车产业利润总额在总销量和销售收入环比增加的情况下反而首次下降，不过在06年汽车产业再次步入了一个良性的快速增长期。从2001年至2007年汽车各子行业销量的发展态势来看，随着人均gdp增长的消费升级推动，轿车子行业和大型客车销量总体上保持了较高的增长速度，年均增速分别达到了39.63%和22.64%。改革开放以来, 我国汽车产量世界排名从第八位上升到第四位, 成为重要汽车生产大国; 我国汽车工业增加值占国内生产总值的比重由0.97%上升到1.56%, 成为拉动国民经济增长的支柱产业。又据工业协会统计, 2006 年1 月到7月, 汽车全行业完成工业总产值3723.82 亿元, 同比增长29.44%。汽车行业作为国民经济支柱产业的地位越来越突出, 成为名副其实的领头羊。因此, 汽车行业及其内部企业发展经营绩效的好坏直接影响到国家经济的发展。1.3 本论文的主要内容按照毕业设计题目要求，本文从五个方面即差速器壳体的加工工艺、组合钻削工序的工装设计、液压控制系统设计、组合机床设计对差速器壳体的制造做了详细的阐述，简要说明了现代制造工艺和制造设备与差速器的关系。第二章 工艺方案的拟定差速器外壳材料为qt420-10，球墨铸铁中的石墨呈球状，具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性，其综合性能接近钢，铸性能好，成本低廉，生产方便，工业中广泛应用。由于年产量为1000件，属于中批生产的水平，而且零件轮廓尺寸不大，故可以采用砂型机械造型。 加工差速器壳体的端面及端面上的12个m12.5的孔可以使用普通机床多工位加工也可以使用组合机床进行复合加工。但是在现在汽车行业对差速器精度及加工效率要求越来越高的条件下，使用组合机床可以在保证投资效率的前提下提高加工精度和加工效率。本课题选择设计组合机床加工差速器端面和端面上的12个m12.5的孔以及上端面孔2.1基准面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。2.1.1粗基准的选择按照有关的粗基准选择原则（保证某重要表面的加工余量均匀时，选该表面为粗基准。若工件每个表面都要求加工，为了保证各表面都有足够的余量，应选择加工余量最小的表面为粗基准，若工件必须保证不加工表面与加工表面之间的尺寸或位置要求，如壁厚均匀，先取不加工表面做粗基准）可以取铸件的大端作粗基准加工小端面，再以小端面为基准加工大端面，也可以取铸件的两个凸台作为粗基准，先加工好端面和要求不高的200外圆。2.1.2精基准的选择按照有关的精基准选择原则（互为基准原则；基准统一原则；可靠方便原则），对于本零件，外圆和内圆两组加工表面相互之间有一定的精度要求，内圆粗加工时可以先选择加工好的端面作为加工基准，再以粗加工好的内圆表面为基准粗加工外圆表面，然后以粗加工好外圆表面为基准精加工内圆，最后再以基准精加工好的内圆精加工外圆。后面加工零件肩上的行星轮轴孔可以用夹具以大端面为基准铣出两侧平面，再用专用夹具以端面和平面为基准加工孔。2.2制订工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为中批生产的条件下，考虑采用普通机床配以专用夹具，多用通用刀具，万能量具。部分采用专用刀具和专一量具。并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。综合考虑工艺路线制定如下表2-1工艺路线序号工序名称加工内容表面精度加工方法加工机床1铸造2热处理 退火3铣工件上端面12.5铣4镗上端面孔6.3钻5上端面倒角12.56车外侧表面6.3车7钻两侧面孔m223.2钻 专业机床8小孔外圆倒角6.39车底面上端面3.2车10铣底面6.3铣专业机床11钻底面 12孔m12.5钻专业机床12镗工件内部孔m501.6精镗专业机床13钻内部小孔m4钻14空腔内部倒角12.515底部内圆倒角12.516车上端面外圆1.6车第三章 专业组合机床的设计3.1专业组合机床的历史及优点专用设备之组合机床组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。 由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米1000毫米，表面粗糙度可低达2.50.63微米；镗孔精度可达it76级，孔距精度可达o.03o.02微米。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。 最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。 控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。3.2组合机床设计方案经过查找相关资料及讨论后，组合机床的可行性设计方案如下图方案一：方案二：方案三：方案评价：方案一：优点: 每个工位完成一道工序的加工，互不干扰，液压进给系统较灵活。 缺点：所需零件较多，三道工序有三条传动链。方案二：优点：传动链较少，相应零件较少，液压进给系统较灵活。缺点：钻床工位同时完成两道工序的加工，定位精度要求较高。方案三： 优点：系统传动链全部由机械结构完成，减少了液压控制系统的设计。 缺点：涡轮蜗杆传动效率较低，电机较多，缺乏柔性。通过对上述三种方案的评价分析，结合差速器壳体的具体要求，经综合考虑，选择方案二。1. 3工位旋转工作台 2. 铣削机床3. 钻削机床 遵循先面后孔加工。3.3 catia三维软件建模草图图3-1 机床总体布局图1铣床铣削头 2卧式液压滑台 3卧式导轨 4底座 5钻床多轴箱 6立式液压滑台 7立式导轨 8立柱 9立柱侧底座 图3-2铣削头内部齿轮3.4钻床部分设计3.4.1 刀具选择技术分析孔的类型：螺纹孔m12.5 精度等级h6 光孔d40 精度等级 h6材料：灰铸铁 硬度：hb156-197加工深度 =8mm =37.5mm刀具选择：一般的钻头类型决定于加工的性质，被加工孔的位置，工件材料，生产批量及经济性。螺纹孔工序中的孔加工无特别要求，属于直径小、深度浅、生产批量大、材料为常用铸铁。光孔工序中的孔也无特殊要求，直径中等升度中等、生产批量大、材料为常用铸铁。参考组合机床手册所述，两工序都推荐使用标准高速锥柄麻花钻。但采用这种钻头，由于其倒锥度大，钻头与钻套间隙也较大，组合机床的位置精度较低，大约0.2左右。若想提高精度，可采用以下几项措施：1）适当选取导向套到工件表面距离及导套长度。2）减少导向套和钻头间隙。3）减少钻头的制造公差和倒锥度。此外，还可采用硬质合金锥柄锪直柄麻花钻，这可提高钻头的耐用度，但其切削速度要提高，走刀量也比高速钢钻头低。3.4.2 切削用量的选取：由于组合机床有大量刀具同时工作，为了使机床正常工作，不经常停车换刀，而达到较高的生产率。所选择的切削用量比一般通用机床的切削用量要低一些。总体上说：在采用多轴加工的组合机床的切削用量和切削速度要低一些。根据现有组合机床使用情况，多轴加工的切削用量比通用机床单刀加工的切削用量约30%左右。3.4.3功率和电机计算及确定按下表高速钢钻头切削用量表（出自组合机床设计手册）差速器外壳硬度为hb156197 加工直径为12.5mm和40mm综合考虑选用进给量f=0.4mm/r v=1624m/min表3-1 高速钢钻头切削用量按下表组合机床切削用量计算途中推荐切削力和转矩及功率表（出自组合机床设计手册）表3-2 组合机床切削用量计算途中推荐切削力和转矩及功率表由 f=26df0.8hb0.6 （3-1）t=10d1.9f0.8hb0.6 （3-2）得到=13137n.mm =119491.7n.mm按 p=tv/9740d （3-3） =0.7213kw =2.05016kw p总=12*+=10.70576kw初选电机y160l-6功率11kw电动机转速n=970r.min-1 由z1=60 z2=28 ，功率损耗系数为0.15 ，空载转动系数为0.1计算出传动轴转速v=21 满足v=16243.4.4工作行程的确定在本道工序加工过程中，采用组合机床进行加工，各动力头工作情况一样，故其工作循环也一样：由于被加工孔无特殊要求，故采用图示工作循环方式： 图3-3 工作行程图 设计过程中注意的因素：1） 工件为大批大量生产，加工效率要求很高，要求每次加工耗时少，因此。快进距离不宜过长。2） 钻孔过程中，无需考虑孔内壁是否有直线痕或螺旋痕。3） 每次钻孔前至少在加工表面前3mm处开始工进。 从而确定： 工进距离 l工=8+3=11mm 考虑到大批量生产、导向原因等因素取 快退距离 l退=41mm3.4.5主轴箱设计多轴箱是组合机床的重要专用部件。他是根据加工示意图所确定的工件加工孔数和位置、切削用量和主轴类型设计的传动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，可完成钻、扩、铰、镗孔等加工工序。标准通用主轴箱箱体材料为ht200,前、后 、侧盖等材料为ht150.按多轴箱体基本尺寸西类标准（gb3668.1-83）本设计使用的尺寸为400*400型，标准厚度180mm，由于立式的兼作油池用，前盖的厚度为70mm，后盖厚度为90mm。多轴箱的传动设计，是根据动力箱驱动位置和转速、各主轴位置及其转速要求，设计传动链，把驱动轴与各主轴连接起来，是各主轴获得预定的转速和转向。多轴箱传动系统的一般要求：1）在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下，力求使传动轴和齿轮的规格、数量为最少。为此，应尽量用一根中间传动轴带动多跟主轴，并将齿轮布置在同一排上。当中心距不符合标准时，可采用变位齿轮或略微改变传动比的方法解决。2）尽量不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴符合，影响加工质量。遇到主轴分布较密，布置齿轮的空间受到限制活主轴符合较小、加工精度要求不高时，也可用一根强度较高的主轴带动1-2跟主轴的传动方案。3）为使结构紧凑，多周详内齿轮副的传动比一般不要大于1/2，后盖内齿轮传动比允许取至1/31/3.5；尽量避免用升速传动。当驱动轴转速较低时，允许先升速后在降一些，使传动链前面的轴、齿轮转矩较小，结构紧凑，但空转功率损失增加，故要求升速传动比小于等于2；为使主轴上的齿轮不过大，最后一级通常采用升速传动。 4）用于粗加工主轴上的齿轮，应尽可能设置在第一排，以减少主轴的扭转变形；精加工主轴上的齿轮，应设置在第二排，以减少主轴端的弯曲变形。5）多轴箱的内具有粗精加工主轴时，最好从动力箱驱动轴齿轮传动开始，就分两条传动线路，以免影响加工精度。6）驱动轴直接带动转动轴数不能超过两跟，以免给装配带来困难。3.4.6通用钻削主轴按支承型式可分为三种1）滚锥轴承主轴：前后支承均为圆锥滚子轴承。这种支承可承受较大的径向和轴向力，且结构简单，装配调整方便。2）滚珠轴承主轴：前支承为推力球轴承和向心球轴承，后支承为向心球轴承或圆锥滚子轴承 。因推力球轴承设置在前端，能承受单一方向的轴向力，适用于钻孔主轴。3）滚针轴承主轴：前后支承均为无内环滚针轴承和推力球轴承。当主轴间距较小时采用。结合本次设计的主轴箱，由于中心传动轴受两个方向的轴向力，因此选用滚锥轴承主轴d1=35mm。其他12个转动轴选用适于钻孔的滚珠轴承主轴d2=15mm。3.4.7齿轮的选择由于钻床部分主要针对的主要是齿轮的选择，而对传动比和功率要求不高。在标准齿轮表中选取的任意组齿轮都会造成小齿轮之间的齿顶圆干涉。所以需要将12个主轴分为2组，齿轮分为两层。3.4.8齿轮、主轴及键的校核1）齿轮模数校核：分析：传动过程中，齿轮啮合会产生很大的弯曲疲劳强度，在所有齿轮啮合过程中，以传动轴齿轮和主轴齿轮啮合产生的应力最大。因此选取动力头齿轮进行模数计算：初选m=3 =23 =63校核 （3-4） 公式中： 为载荷系数 ：使用系数，查取资料，取=1.25 ：动载系数，查取资料，取=1.25 ：齿间载荷分布系数，查取资料，取=1.0 ：齿间载荷分布系数, 查取资料，取=1.217t：传递扭矩； t1=95.5*105*p/n=95.5*105*11/970=108299n.mm （3-5） 选取齿宽系数 =1 、查表选为 经查表得 =100mpa m2.56 由于齿轮模数大小取决于弯曲强度所决定的承载能力。故选取m=32.56，完全满足疲劳强度要求。因此所取齿轮模数满足使用及性能要求。2）轴的强度校核： 从上述可知，各轴所能承受的扭矩：轴1-12 d=10 =13137n.mm轴13 d=30 =277135n.mm经查材料的许用应力=60mpa计算各轴所承受载荷的情况：根据公式可得轴1-12 =11775n.mm主轴 =317925n.mm由此可以得出，各轴实际承受的扭矩远远小于轴所能承受的扭矩最大值。因此其强度完全满足要求。3）主动轴上键的校核键长l=20 键宽b=10 键高 h=8 承受扭矩t=13137n.mm （3-6）经校核，键满足强度要求，满足使用要求。3.5铣床部分设计3.5.1铣削头系统设计经过查阅组合机床设计手册机械设计课程设计组合机床图册等资料，设计铣削头如下图。 图3-6 铣削头内部结构我设计的是滑套式铣削头。铣削头由主轴及轴承、滑套移动机构、滑套夹紧机构和液压让刀机构四部分组成。主轴通过两个双列向心圆柱滚子轴承支撑在滑套内。在前支承还安装有双向推力球轴承，用于承受左右两个方向的轴向力。这种主轴不仅刚性好、轴承间隙容易调整、易于保持精度、而且因推力轴承较接近主轴前端面，后轴承可轴向游动，故当主轴以推力轴承为支点向前和向后热伸长时，对铣削精度影响小。为防止刀具刮伤已加工完成的工件表面及刀具后面的磨损，铣削头在加工完毕时返回时，可以有液压自动让刀机构是铣刀后退实现让刀。让刀时，通过液压缸拉动法兰盘使滑套和主轴一起后退，实现让刀。滑套轴向移动时，加紧机构松开，当滑套移动完成时，加紧机构进行加紧，防止在加工时主轴因受力发生偏移。3.5.2铣削机床传动设计 图3-7 铣削头外观图由于铣床为立式，所以选择传动装置类型为1ng型尾治式齿轮传动装置如上图。由图3-7可以看出 标准立式铣床的传动方式为电机带传动（过载保护）齿轮啮合铣削头主轴3.5.3电机型号的选择由下表硬质合金面铣刀切削用量出自组合机床设计手册表3-3 硬质合金面铣刀切削用量差速器壳体硬度为hb156197在表中选取每齿进给量为f=0.2mm/z切削速度vmax=115m/min由下表组合机床切削用量计算推荐切削力 切削转矩和功率推荐表出自组合机床设计手册。表3-4 组合机床切削用量计算推荐切削力 切削转矩和功率推荐表计算得p工=3.98kwv带传动效率0.95 闭式齿轮传动效率0.99 损失效率0.15 空载效率0.1pn=p工*（1+0.15+0.1）/（0.95*0.99） =5.3kw （3-7）从机械设计手册中查找选用y132m-6电机 p=5.5kw n=960r/min i=1.53.5.4带传动设计在铣削头的设计中带传动是十分必要的，这主要是因为摩擦性带具有弹性，可以缓冲和吸震，传动平稳；过载打滑，可以防止其他零件损坏，具有过载保护的功能。1.确定设计功率pd pd=kap (3-8) 由查表的 ka=1.2 工作环境为每天工作1216小时 pd=kap=1.2*5.5kw=6.6kw2.选择v带型号 根据pd和n1 查图选取a型v带3.选择带轮d1 ,d2查表可知，查取a型v带dmin=75mm，应使d1d2 。考虑小带轮转速不是很高，结构尺寸又无特别限制。 d1=100mm验算带速v v=*d*n/60*1000=5.024m/s 带速在525m/s之间，也不过低，d1选择合适。 d2=id1=150mm参考资料给出的带轮基准直径系列，取d2=150。确定中心距a和带长ld初选中心距a0,由下式0.7（d1+d2）a02(d1+d2)得 175mma0500mm初选 a0=200带长ld2a0+*( d1+d2)/2+（d1-d2）2/4a0=795mm (3-9)查表 取ld=800mm中心距aa0+(ld-ld)/2=202mm (3-10)验算保角有公式a1180。-（d1-d2）/a*57.3.=165.8.120.合适确定v带跟数z按公式 z=pd/(p0+p0)kakl (3-11)查表的 p0=1.14kw p0=0.10kw ka=0.96 kl=0.85带入公式 (3-11) 得z=6.02取z=6 符合推荐的轮槽数综上所述 带传动设计结果为 小带轮d1=100mm 大带轮d2=150mm v带长度 l=800 带轮槽数 z=6齿轮设计同多轴箱齿轮设计两齿轮模数m=2 z1=54 z2=36铣削头齿轮校核同多轴箱齿轮校核m1.9 m=2符合要求。3.6动力滑台的选取3.6.1液压滑台和机械滑台的特点液压滑台机械滑台优点1.在相当大的范围内进给量可以无忌调速2.可以获得较大的进给力3.由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长4.工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现5.过载保护简单可靠6.由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠1.进给量稳定，慢速无爬行，高速无震动，可以降低加工工件的表面粗糙度。2.具有较好的抗冲击能力，断续铣削、钻头钻通孔将要出口时，不会因冲击而损坏刀具3.运行安全可靠，易发现故障，调整维修方便4.没有液压驱动的管路、泄露、噪声和液压占地的问题缺点1.进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定2.液压系统漏油影响工作环境，浪费资源3.调整维修比较麻烦1.只能有级变速，变速比较麻烦2.一般没有可靠的过载保护3.快进转工进时，转换位置精度较低动力滑台是有滑座、滑鞍和驱动装置等组成、实现直线进给运动的动力部件。分为液压滑台和机械滑台两类。液压滑台与机械滑台由于采用的传动装置不同，因而在性能、使用及维修等方面各有特点。目前，这两种滑台都得到广泛的应用。下表是两种滑台的优缺点：通过比较选取液压滑台为钻床和铣床的动力滑台。3.6.2钻削机床滑台与铣削机床滑台钻削机床滑台表3-5 液压滑台型号 性能 尺寸表通过查阅1hy系列液压滑台主要技术性能 通过比较 台面宽度 台面长度 行程最大进给力 工进速度 最后选取1hy32型台面宽度 320mm 台面长度 630mm 形成ii型 630mm 最大进给力12500n 工进速度23650mm/min 快速移动速度10m/min。通过液压滑台型号可以选出液压滑台立柱和液压滑台侧底座型号分别为1cl32和1cd321。铣削机床滑台通过1hy系列液压滑台主要性能，选取1hy 32型台面宽度320 台面长度630 行程ii型600最大进给力12500n 工进速度23650mm/min 快速移动速度10m/min。通过液压滑台型号选取卧式液压滑台底座为1cc321第四章 plc控制液压系统设计4.1铣床液压机构和电器控制设计由于本设计机床的目的是实现加工过程的自动化，高效化。本设计通过使用plc配合液压机构实现加工自动化。plc控制的优点：1、控制方式上看：电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而plc软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。2、工作方式上看：电器控制并行工作，而plc串行工作，不受制约。3、控制速度上看：电器控制速度慢，触点易抖动；而plc通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。4、定时、记数看：电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；plc时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。5、可靠、维护看：电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠、维护性能差；plc无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。设计实现工作循环如图4-1启动机床，铣削头快进，到工进位置转换速度工进。加工完成到达终点，铣削头内部夹紧机构松开，铣削头上升，实现让刀。滑台快退，到达初位移处，铣削头下降，夹紧机构进行加紧。实现一个循环过程。 图4-2 液压工作台液压工作原理图4.2液压滑台液压机构设计为实现滑台 快速前进、工作进给、死挡块停留、快速退回、四种运动方式特设计液压结构图4-2。1 快速前进按下启动按钮，电磁铁1dt通电，使液动换向阀4在控制油路的压力作用下以其左位接入系统，变量泵1输出的压力油经单向阀11，换向阀4，行程阀9，进入液压缸左腔，液压缸右腔的油则经过换向阀4，单向阀12，行程阀9也进入液压缸左腔，实现差动连接。由于快进时组合机床不进行切削加工，滑台负载小，液压系统的工作压力较小，故顺序阀3关闭，变量泵的低压控制下输出最大流量，是滑台快速前进。2工作进给当滑台快速前进到预定位置时，液压挡块压下行程阀9，切断直通油路，这是压力油须经调速阀6，二位二通电磁阀8才能进入液压缸左腔。由于液压泵供油压力提高。顺序阀3被打开，液压缸右腔的油经过换向阀4、顺序阀3和背压阀2流回油箱，这样就使滑台转换成工作进给运动，其速度大小由调速阀6的开工量决定。3死挡块停留当滑台工作进给终了碰上死挡块时，滑台不再前进，停留在死挡块处。4快速退回滑台碰上死挡块时，液压泵还在继续供油，因此系统压力进一步升高。当液压缸左腔压力升高到某一定值时，压力继电器yj发出信号，通过时间继电器使电磁铁1dt断电、2dt通电，电磁阀5和液动阀4换向，他们的右位接入系统，压力油经过单向阀11，换向阀4，进入液压缸右腔，而左腔的油则经过单向阀10、换向阀4排回油箱，液压缸快速后退。因为有杆腔的有效面积约为无杆腔的一半，所以快退速度与快进速度大致相等。由于快退时滑台负载小，系统压力较低，变量泵的流量又自动增大，故满足了滑台快退的需要。5原位停止当滑台快速退回到原位时，电气当块压下终程开关，发出信号，使用电磁铁1dt,2dt,3dt断电，换向阀4处于中位置，液压缸两腔油路封闭，滑台停止运动。这时液压泵输出的油经过单向阀11、换向阀4排回油箱，在地压下运行。4.3 铣削头让刀机构和加紧机构设计 图4-3 铣削头内部让刀机构和夹紧机构液压原理图如图4-3，为了使液压缸在任意位置上停止及防止其停止后窜动，采用锁紧回路。在液氧缸的两油路上串接液控单向阀，活塞可以在行程的任何位置被锁紧。其锁紧精度只受液压缸内较小量的内泄影响，因此精度比较高。现场电气内部等效继电器说明输入st1st2st3st4400401402403液压滑台工作终了位移触电铣削头内部上位移触点液压滑台工作起始位移触点铣削头内部下位移触点输出ya1ya2ya3ya44314324334347dt5dt4dt6dt 现场电器与plc内部等效继电器对照表 plc与现场器件的连接当液压滑台带动铣削头到达工进终了位置时，滑台触动位移终止触点st1,400闭合，输出继电器431得电，铣削头加紧机构液压缸放开铣削头套筒，5秒钟后，延时开关450闭合，继电器100和432通电，铣削头加紧机构液压缸停止保持状态，同时，铣削头退刀机构液压缸拉动铣削头整体上移，当铣削头内了螺杆螺母机构触发铣削头内部上位移触点时2st，404接通，继电器101接通，101常闭开关断开，让刀液压缸保持状态。在以上过程工作时，铣削滑台必须保持不动，这就需要将滑台运动延时开关设置一个合理数值，当铣削头运动完成时，滑台快速退回。当液压滑台带动铣削头到达滑台起始位置时，滑台触动位移起始触点3st,常开触点402闭合，继电器433闭合，铣削头让刀机构使铣削头向下移动，当铣削头内螺杆螺母机构触动铣削头内部下位移触点时4st，403闭合，继电器434启动，铣削头加紧机构加紧铣削头。5秒钟后 451闭合，继电器102通电，常闭开关102断开。液压缸保持状态。机床整体进入下一次循环。 plc控制梯形图总结由本文的论述，我们了解到，通过对差速器壳体的加工设备及工艺的研究与应用。在机床、刀具、夹具、工艺流程等方面进行合理的设计和选择，有效提高的加工效率和产品的质量，扩大了加工的适应范围，提高了可靠性，具备一定的先进性。特别是铣削头结构的设计，通过内部设计让刀机构和加紧机构大大的简化了立式铣床侧立柱的结构，节省了大量的金钱，简化了机床设计，这种模块化的设计也方便故障的检查。将钻削主轴设为机械传动，而进给系统为液压控制，使在满足使用要求的前提下降低了成本。作为关键部件的液压滑台采用国产通用部件。以比较简单的方式完成旋转运动和直线运动的同步进行，非常实用。通过使用plc和液压滑台的编程控制，实现的铣削、钻削的自动化，大大节省了人力成本，提高生产效率，实现全自动加工。在刀具方面，由于所加工孔的尺寸精度和表面粗糙度要求都不算高，采用麻花钻。这种钻头采购比较方便，而其价格比深孔钻头也要便宜。在刀具的几何角度方面，麻花钻的螺旋角即是其轴向角。当加工工件时，切削力和切削热随钻头螺旋角的增大而减少，切削轻快，刀具耐用度高。虽然随着数控技术的进步，数控机床的使用越来越普遍，但是组合机床凭借其专业性强，加工效率高，成本低。特别是在加工多要求工件时，由于采用统一的定位基准，加工的精度高。同时组合机床的设计由于经验丰富，针对动力部件、进给部件、切削部件，都可以采取模块化的设计，提高设计效率，和组合机床实用性。应用微机处理技术和plc控制大幅提高组合机床的自动化程度，使组合机床具有了新的应用潜力。参考文献1濮良贵，纪名刚