蜗轮箱侧面4×M4孔攻丝组合机床设计蜗轮箱侧面4×M4孔攻丝组合机床设计

前 言组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干中工件按预先确定的工序进行加工的机床。它能够对工件进行多刃多轴多面多工位同时加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及液压等工序，随着组合机床的发展它能完成的工艺范围将日益扩大。组合机床所使用的通用部件具有特定功能，按标准化、系列化、通用化原则设计制造的组合机床基础部件，每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。组合机床与通用机床、其它机床比较具有以下特点：（1）组合机床上的通用部件和特征零件越占全部机床零部件的70%-80%，因此设计和制造周期短，经济效益好。（2）用于组合机床采用多刀加工，机床自动化程度高，因此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，又有专门厂家成批生产，它与一般专用机床比较，其结构稳定，工作可靠，使用和维修容易。（4）组合机床加工工件，采用专用夹具，组合刀具和导向装置等，产品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）当机床被加工的产品更新时，专用机床的大部分的部件报废，组合机床的通用部件是根据国家检验设计的，并等效于国际检验，因此其通用部件可以重复使用，不必另行设计和制造。（6）组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模和自动化生产需要。目前，我国组合机床以广泛用于大批量生产和使用，例如：汽车、拖拉机、柴油机等。摘要：本文以组合机床的设计为主线，针对“三图一卡”，多轴箱设计，夹具设计等展开。“三图一卡”包括工序图、示意图、机床联系尺寸。多轴箱设计要注意各类干涉的问题及齿轮、轴的选择。夹具设计需要用液压控制，不要过于复杂，并且要易于工件安装。关键词：组合机床、液压、攻丝靠模、多轴箱Abstract: The main body of a book give first place to the design constituting a machine tool gleam, “Pursue one card , specifically for three” ,many axle boxes design that, grip design waits to spread out. “Three pictures include working procedure picture one calorie ”, the sketch map , the machine tool contact a dimension. Many axle boxes design the choice needing to pay attention to the problem intervening and gear wheel , axis of all kinds. Workpiece installs grip design that need uses hydraulic pressure to control , complicated, and being more easily than excessively.Keywords: Constitute the machine tool , hydraulic pressure , tapping explorator , many axle boxes.第一章 通用部件简介一.通用部件的分类 通用部件已列为国家标准，并等效为国际标准，设计时应贯彻执行国家标准。我国有些企业有内部标准，但其主要技术参数及部件和联系尺寸必须统一执行国家标准，以实现部件通用化标准。1.动力部件（1）主运动动力部件用来实现组合机床的切削运动。例如：刀具的回转运动。动力箱：1DT121DT25，适用小型组合机床；1 DT321DT80，适用大型组合机床。多轴箱：主轴固定多轴箱；主轴可调多轴箱。（2）进给运动部件实现刀具的进给运动。液压滑台：1HY系列液压滑台；1HYA系列长台面型液压滑台；1HYS系列液压十字滑台。机械滑台：1HJ系列机械滑台；1HJC系列机械滑台；NC-1HJ系列交流伺服数机械滑台。（3）既能实现主运动，又能实现进给运动的部件。动力头：1LHJb系列机械滑套式动力头；1LXJB系列箱体移动式机械动力头；LHF系列风动动力头；1LZY系列多轴转塔动力头。（4）为单轴头变化主轴转速的跨系列通用部件：1XG系列传动装置。2.输送部件 输送部件是将工件由一个工位输送到另一个工位的部件：1AHY系列液压回转台工作台；1HYA系列长台面型液压滑台。3.支承部件支承部件是可用来安装组合机床其它部件，它包括1CC系列滑台，侧底座；1CD系列立柱侧底座；1CL系列立柱及中间底座等。4.控制部件 控制部件用来控制组合机床行动循环。5.辅助部件 除上述部件外的部件称辅助部件，主要指用于润滑、冷却和排屑等部件。二.动力滑台与动力箱1.动力滑台是由滑座、滑鞍和驱动装置等组成，是实现组合机床直线进给运动的动力部件。 动力滑台的用途：根据被加工工件的工艺要求，可以在滑台上安装动力箱、钻削头、铣削头和镗孔车端面头等各种部件，以完成对工件的钻孔、扩孔、铰孔、螳孔、倒角、削端面、车端面、铣削及攻丝等工序，有时也作为输送部件使用，配置多工位组合机床。2.1TD系列动力箱的用途 动力箱是将电动机的动力传递给多轴箱的动力部件。动力箱安装在滑台或其它进给部件的结合面上，动力箱前端结合面上安装多轴箱，动力箱的输出轴驱动动力箱的每个主轴及传动轴，使多轴箱完成各种工艺切削运动。 1DT系列动力箱分两种：第一种根据用于配置小型组合机床，其型号为1DT121DT25，本规格的动力箱输出轴有两种传动形式，I型用输出轴安装的平键，齿轮输出转矩；II型用输出轴端面键输出转矩。第二种动力箱用于配置大型组合机床，其规格为1DT321DT80，其输出轴只有平键，齿轮一种输出转矩的形式。三.组合机床支承部件 组合机床支承部件包括中间底座，侧底座，立柱，立柱底座，支架及垫块等。支承部件主要用来安装动力部件及其它工作部件是组合机床的基础部件。支承部件应用于足够的刚度，以保证各部件之间相对位置精度长期正确，从而保证组合机床的加工精度。 组合机床的支承部件采用组合式，例如：卧式组合机床的床身，由中间底座与侧底座装配而成，而立式组合机床的床身由立柱及立柱底座装配而成。此种装配结构优点是加工和装配工艺性好，调整和运输比较方便。但是，组合式结构减弱了床身的整体刚性，这一缺点通常用加强部件之间的连接刚度来补偿。1.1CC系列滑台侧底座1CC系列滑台侧底座用于安装1HY系列液压滑台及各种机械滑台侧底座长度按滑台行程长度分型并与其配套。滑座安装在侧底座上，侧底座与中间底座用螺钉及销（或键）连接成一体，滑台与侧底座之间装有5mm厚的调整垫。采用调整垫铁对机床的制造和维修都方便。因为当滑座导轨磨损后，或重新组装机床时，只须取下滑台将导轨面重新修刮或修磨，再重新更换调整垫厚度，可使机床达到应有精度。 侧底座的顶面具有与滑座结合的平面外在其周围有收集冷却液或润滑油用的沟槽，用管道将油液引回存储槽中，侧底座的另一侧面有电气壁盒，以供安装电器元件用。一般电器壁盒与冷却液存储箱不应靠近，以防电气元件潮湿。 为了便于支承部件及整台机床运输，侧底座应用走丝吊孔或吊环螺钉孔及放入撬杠用的底面凹槽。2.中间底座中间底座用于安装运输部件和夹具等的支承部件。它可以与侧底座支架和立柱等相接。 中间底座在配置组合机床时，往往不能用一种系列满足不同使用要求，因此，中间底座无标准化系列，尚须根据具体情况设计专用的中间底座。 中间底座分为安装固定夹具和安装回转工作台的两种类型。 根据组合机床配置形式的不同，中间底座多种多样。总之，随着组合机床形式不同，中间底座在结构，尺寸方面就有不同的要求。 中间底座的高度为560mm，也可选用630mm或710mm。本次毕业设计我选用560mm的中间底座。第二章 组合机床的总体设计步骤一.组合机床工艺方案的制定 工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到体积小，重量轻，结构简单。为了使工艺方案制定得合理，先进，必须认真分析被加工零件图纸开始，深入现场全面了解被加工零件的结构特点，加工部位，尺寸精度，表面粗糙度和技术要求，定位、夹紧要求，工艺方法和加工过程所采用的刀具、辅具，切削用量及生产率要求等，分析优缺点。 1.零件的工艺分析 被加工零件是材料为HT150的涡轮箱，加工侧面攻丝，需分多次加工完成，因此需在组合机床上加工，并要保证它们之间的粗糙度和位置精度要求。2.工艺方案的制定 以下端面为基准，粗铣左端面，作为粗基准。采用三面的定位方案：先钻孔后攻丝，余量为3.5和0.5，使4的螺纹孔之间的公差为0.25。3.夹紧方案的制定 夹紧机构由夹紧动力，中间传动机构，夹紧元件三部分组成，夹紧动力用于产生力源，并将作用力传给中间传动机构。采用中间传动机构可改变作用力的大小和方向，同时能产生的锁作用，以保证在加工过程中，当力源消失时，工件在切削力或振动作用下仍能可靠夹紧。夹紧元件刚用以承受由中间传动机构传递的夹紧力。并与工件直接接触而执行夹紧动作。工件夹紧时，夹紧装置应重点解决下列问题：（1）夹紧装置在对工件夹紧时，不应破坏工件的定位应正确选择夹紧力的方向及着力点。（2）夹紧力的大小应可靠，适当。要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损坏不能超过允许的范围。（3）结构简单合理，夹紧动作迅速，操作方便，省力，安全。（4）夹紧力或夹紧行程在一定范围内可调整或补偿。 二.确定切削用量及选择刀具 切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具的耐用度、机床的布局及正常工作均有很大的影响。组合机床切削用量的选择特点：1.在大多数情况下，组合机床为多轴，多刀，多面同时加工，因此切削用量，根据经验应比一般万能机床单刀加工低30%左右。2.组合机床多轴箱下，所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，工作时，要求所以的刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的分钟进给量。由于工件材料：HT150 HBS：200260 查组合机床设计 攻丝切削速度查得：铸铁：v=48m/min.取v=4m/min组合机床设计参考图侧表6-20，可得：切削扭矩：M=0.06(公斤*米)切削功率：刀具耐用度：三.组合机床总体设计三图一卡1.被加工零件工序图 被加工零件的工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床或自动线完成的工艺内容，加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用定位基准，夹紧符号及被加工零件的材料、硬度、重量等表示。不能用客户提供的图纸，而需在原零件图的基础上，突出被加工的内容，加上必要的说明绘制而成的，它是组合机床设计的主要依据，也是制造，使用，检验和调整机床的重要技术元件，图上应表示出：（1）被加工零件的形状和轮廓尺寸及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，夹紧部位及夹紧方向，以便依此进行夹具的定位支承，限位，夹紧，导向装置的设计。（3）本道工序加工部位尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求。（4）必要的文字说明，如被加工零件的编号名称，硬度，重量，加工余量等。 涡轮箱的工序图见图1。2.加工示意图1.加工示意图的作用和内容 零件的加工工艺方案要通过加工示意图反映出来，加工示意图表示被加工零件在机床尚的加工过程，刀具辅具的布置状况以及工件，夹具，刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一。在总体设计中占据重要地位。它是刀具，辅具，夹具，多轴箱，液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料；也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床刀具及成车的依据，其内容为：（1）应反映机床的加工方法，加工条件及加工过程。（2）根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型，数量，结构，尺寸（直径和长度），包括镗削加工是膛杆直径和长度。（3）决定主轴的结构类型，规格尺寸及外伸长度。（4）选择标准或设计专用的接杆，浮动卡头，导向装置，攻丝靠模装置，刀杆托架等，并决定它们的结构参数及尺寸。（5）标明主轴，接杆，夹具（导向）与工件之间的联系尺寸，配合及精度。（6）根据机床要求的生产率及刀具，材料特点等，合理正确定并标注各主轴的切削用量。2.加工示意图零件的选择（1）刀具的选择刀具的选择要求考虑工件加工尺寸精度，切削的排除，及生产率要求等因素。 由机械加工工艺设计手册表11.29选择：丝锥： mm mm （2）初定主轴类型、尺寸、外伸长度和选择接杆主轴形式主要取决于进给力和主轴刀具系统结构的需要。主轴尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削转矩， 由d=M4 查表3-5得：确定主轴直径d=10mm. 取d=15mm。（3）选攻丝靠模规格为：T0281图2-11 1号。接杆莫氏圆锥号：1号。（4）丝锥用弹簧涨套：T0631-51 图3-3 。（5）除刚性主轴外，组合机床主轴与刀具之间常用两种连接：一是接杆连接，也称刚性连接，用于单导向进行钻、扩、铰及倒角加工；二是浮动卡头连接，也称浮动连接，用于长导向、双导向和多导向进行镗、扩、铰孔，以减少主轴位置误差及主轴径向跳动对加工精度的影响。 由图3-5 选接杆号1： T0635-01 A型。（6）大型组合机床用攻丝卡头： T0637-03 图3-5 卡头号：1号。涡轮箱的加工示意图见图2。3.影响联系尺寸的关键刀具 保证加工终了时，多轴箱端面到工件端面之间的尺寸最小，来确定全部刀具，接杆，导向，刀具托架及工件之间的联系尺寸。其中，须标注主轴端部外径和内孔径，外伸长度，刀具各段直径及长度，导向的直径，长度配合，工件至夹具之间须标注工件距离导套端面的距离，还需标注刀具托架与夹具之间的尺寸，工件本身及加工部位的尺寸和精度等。4.动力部件的工作循环动力部件的工作循环是指：加工时，动力部件从原始位置开始到加工终了位置又返回到原始位置的动力过程。一般包括快速引进，工作进给，快速退回等动作，有时还有中间停止，多次往复进给，跳跃进给，死挡铁停留等特殊要求，这是根据具体的加工工艺需要确定的。5.动力部件的工作行程（1）工作进给长度L应等于工件加工部位长度与刀具切入长度和切出长度之和。参考组合机床设计表317得：切入长度 =5mm. mm,由于加工盲孔，所以。因此，L= =23mm。 (2)快速退回和攻退长度之和等于快速引进和攻进长度之和。其长度按加工具体要求而定。快进取110mm；攻进取23mm；攻退取23mm；快退取110mm。（3）动力部件总行程长度除了应保证要求的工作循环工作过程外，还要考虑装卸调整刀具方便，及考虑前后备量。前备量取20mm;后备量取120mm.3.尺寸联系图一般来说，组合机床是由标准的通用部件动力滑台、动力箱、各种工艺、切削头、侧底座、立柱底座及中间底座加上专用部件多轴箱、刀具、辅具系统、夹具、液电、冷却、润滑、排屑系统组合装配而成的。联系尺寸图的主要内容为：（1）以适当数量的视图按同一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相关位置，表明机床的配置型式及总体布局，主视图的选择应与机床实际加工状态一致。（2）图上应尽量减少在必要的线条及尺寸应标注，但反映部件的联系，专用部件及主要轮廓尺寸，运动部件的极限位置及行程尺寸必须完全。（3）为便于开展局部设计，联系尺寸图上应标注通用部件的规格，代号，电动机型号，功率及转速，并说明机床部件的分组情况及总行程。组合机床的动力部件是配置组合机床的基础，它主要包括用以实现刀具主轴旋转主运动的动力箱，各种工艺切削用量及进给运动的运功动滑台。影响动力部件选择的主要因素为：切削功率，进给力，进给速度，行程，多轴箱轮廓，尺寸，动力滑台的精度和导轨材料，综合这些因素，根据具体加工要求正确合理选择动力部件动力滑台和动力箱，并以其为基础进行通用部件配置。根据前面算的再查组合机床设计表214选1DT12动力箱，电机型号:AO7124-A3d,电动机功率：P=0.75KW,电动机转速：n=1400r/min,驱动轴转速：n=950r/min.附表7，选L=160mm,H=125, B=160,动力箱输出轴距底面高度为63mm。由表23结合附表1:选液压动力滑台型号：1HY25，台面宽:B=250mm，台面长:500mm，行程长:H250mm，导轨为铸铁材料，滑台及滑座总高:250mm，滑座长:250mm；允许最大进给力:8000N，快速行程速度:12mm，工进速度32800mm/min。配套通用部件：滑台侧底座，附表18:其型号：1CC251,高度h=560mm，宽度=450mm，长度L900mm计算多轴箱轮廓尺寸标准的通用钻，镗类多轴箱的厚度有两种尺寸规格，卧式为325mm，立式为340mm，由零件图可知，取卧式325mm。绘制机床联系尺寸图时，重要确定的尺寸是多轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度：B=b+ H=h+式中：b工件再宽度方向相距最远的两孔距离（mm） 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（mm） h工件在高度方向相距最远的两孔距离（mm） 最低主轴高度。为保证多轴箱有排布齿轮的足够空间，推荐b170-100 mm，取b1=100mm，=15mm,H=985mm,h3=250mm,h4=560mm,h7=5mm,推荐85140 mm。 =h2+H-(0.5+h3+h7+h4)15985(0.5+250+5+560)=179.5mm B=b+2b1=59+1002=259mm H=h+b1=34+179.5+100=313.5mm根据上述计算值，按多轴箱轮廓尺寸系列标准最后确定多轴箱轮廓尺寸由P012表41，取B*H=320320mm。动力箱以及底面与动力滑台定位连接，在机床长度方向上，通常动力箱后端面应与滑台后端面平齐安装。动力滑台与滑座在机床长度方向的相对位置由加工终了时滑台前端面到滑座前面的距离决定，是在机床长度方向上各部件联系尺寸的可调环节；对于通用的标准动力滑台，尺寸的最大范围为50mm，是动力滑台，滑座本身结构决定的滑台前端面到滑台前端面的最小距离与前备量两者之和。前者通常不应小于1520mm，后者用补偿刀具重磨后轴向可调的尺寸并用于弥补机床制造和安装误差前备量取20mm；刚202040mm。为便于机床的调整和维修，滑台与侧底座在机床长度方向上的相对位置由滑座前端面到侧底座前端面的距离决定。若采用的侧底座为标准型，则可由组合机床通用部件联系尺寸标准中查得；若不能采用标准型侧底座则可根据具体情况而定，取110mm。中间底座轮廓尺寸其长度方向尺寸安下式确定： 因为不是双面的，所以可取L=1064mm 。4.机床生产率计算卡 机床负荷率等。根据选定得机床工作循环所需要的工作行程长度，切削用量，动力部件的速度及工进速度等；就可以计算机床的生产率并编制生产率计算卡；用以反映机床的加工过程；完成每一动作所需的时间，切削用量，机床生产率等1.理想生产率Q1指定成年生产纲领A（包括备量及废品率在内）所需求的机床生产率。它与全年工时总数有关，一般情况下，单班制生产K取2350h，两班制生产取4600h，则Q1=（件/h）单班： Q1 =8.51(件/h)2.实际生产率Q指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量,Q=60/求出：生产一个零件所需的时间（min）=t切+t辅=（L1/Vf1+L2/Vf2+T停）+（L顺进/Vfk+L快退/Vfk+T移+t卸装）第一进给行程长度（mm）。刀具第，第工作进给量（mm/min）。当加工孔时，动力滑台在死挡铁口的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转510r所需的时间（min）。分别为动力部件快进、快退行程长度。动力部件快速行程速度 =68m/min(液压动力部件)。直线移动或回转工作台一次工位转换的时间 =0.206+1.028=1.234(min)Q=60/=60/1.234=48.62（件/h）3.机床负荷率负当Q1Q时，计算二者的比值即为负荷率h负=Q1/Q则h负=8.51/48.62=0.175=17.5%。 故满足负荷要求。4.机床生产率计算卡机床生产率计算卡 见表1。第三章 组合机床多轴箱设计1.概述多轴箱是组合机床的主要部件之一，按专用要求进行设计，由通用零件组成。其主要作用是根据被加工零件的加工要求，安排各主轴位置，并将动力和运动由电机或动力部件传给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向。多轴箱按其结构大小，可分为大型多轴箱和小型多轴箱两类。大型又分为通用多轴箱和专用多轴箱两种。通用多轴箱主要由箱体，主轴，传动轴，齿轮，轴套等零件和通用（专用）的附加机构组成。在多轴箱体前后壁之间可安排厚度为24mm的齿轮三排或32mm的齿轮两排；在多轴箱体后壁之间可安排一或两排齿轮。通用多轴箱体厚度为180mm，用于卧式的多轴箱前盖厚度为55mm（基型），用于立式的多轴箱前盖并作油池，加厚为70mm，基型后盖厚度为90mm，其余三种厚度的后盖（50，100，125mm),可根据多轴箱内传动系统安排动力部件与多轴箱的具体连接情况而定。2.多轴箱的设计多轴箱是组合机床的重要部件之一，它关系到整台组合机床质量的好坏。具体设计时，需根据“三图一卡”，仔细分析研究零件的加工部件，工艺要求，确定多轴箱与被加工零件，机床其它部分的相互关系。1.绘制多轴箱设计原始依据图根据“三图一卡”整理编汇，内容包括多轴箱设计的原始要求和已知条件。在编制此图时从“三图一卡”中已知：（1）多轴箱轮廓尺寸320mm320mm（2）工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸（3）工件与多轴箱相对位置尺寸多轴箱图一般应包括以下内容:（1）所有主轴的位置尺寸及工件与多轴箱的相对尺寸,在标注主轴的位置及相关尺寸时,首先要注意多轴箱和被加工零件在机床上是面对面摆放的,因此多轴箱横截面上的水平方向尺寸因与被加工零件工序图的水平方向相反;其次,多轴箱上的坐标尺寸基准和被加工零件工序图的尺寸基准相常不相重合,应根据多轴箱和被加工零件的相对位置找出统一基准,并标注出其相对位置关系尺寸.（2）在图中标注主轴转向由于标注刀具多为右旋,因此要求主轴一般为逆时针旋转。（3）图中应标出多轴箱的外形尺寸.（4）列表标明工件材料,加工表面要求,并标出各主轴的工序内容,主轴外伸部分尺寸和切削用量等.（5）注明动力箱型号,功率P,转速机和其它主要参数.2.主轴直径和齿轮模树的初步确定m(30-32) （mm）3.主轴的动力计算4.传动系统的设计与计算（1）对传动系统的一般要求1) 尽量用一根中间轴带动很多根主轴,当齿轮齿合中心距不符合标准时,可用变位齿轮或略变传动比的方法解决.2) 一般情况下,尽量不采用主轴带动主轴的方案,因为会增加主动轴的负荷,如遇到主轴分布密集而切削负荷又不大时,为了减少中心轴,也可用一根主轴带1-2根或更多根主轴的传动方案.3) 为使结构紧凑多轴箱体的齿轮传动副的最佳传动比为1-1.5,在多轴箱后盖内的第IV排(或第V排)齿轮,根据需要,其传动比可以取大些,但一般不超过33.5。4) 根据转速与转距成反比的道理，一般情况下如驱动轴转速较高时，可采用逐步降速传动，如驱动轴转速较低时可先使速度升高一点再降速，这样可使传动链前面几根轴齿轮上的齿轮应尽量安排靠近前支承，以减少主轴的扭转变形。5）粗加工切削力大，主轴上的齿轮应尽量安排靠近前支承，以减少主轴的扭转变形。6）齿轮安排数可按下面方法安排：不同轴上齿轮不相碰，可放在箱体内同一排上。不同轴上齿轮与轴或轴套不相碰，可放在箱体内不同排上。齿轮与轴相碰，可放在后盖内。2 计算主轴和传动轴的齿数驱动轴上齿数有一定限制（2126） 取21，m=3由总传动比： 驱动轴：(1)I轴1）由于22,大于或等于均要跟主轴相碰。故设 =20, =22，m=2则： =42 ，i=22/20=1.1 中间传动轴 令= 19，则=41,i=19/22=0.863 24,20 则=44,i=20/24=0.8333 27,23 则=50,i=23/27=0.85