毕业设计（论文）-钻铣组合机床设计（全套图纸）

I 题 目：钻铣组合机床设计 摘要摘要 本次毕业设计的题目是“液压半自动钻铣组合机床” 。本组合机床要求能实现 钻中心孔和铣两端面，能进行手动和自动控制，铣削头能作 10mm 的微调。本人的设计 的主要内容是：进行了机床总体布局设计；对机床的进给和传动部分进行了设计；机床 料架的夹紧方案的选取和设计；对机床液压系统进行了设计，绘制了液压原理图；最后 根据液压图和系统的工作循环，设计了电气控制系统，并编制了 PLC 程序图。 通过此设计，本机床完全能满足设计要求，与传统的机床相比，本机床具有 自动化程度高，生产率高，精度高等优点。 II 关键词：组合机床；铣削头；工作循环；自动 Abstract The topic of this graduation design is“The Hydraulic Pressure Module Machine Tool of Drilling To design the entering and moving parts of the module machine tool;To design the hydraulic of the machine tool and draw the hydraulic system principle diagram;finally according to the hydraulic diagram and the circulation of the work of the system system, design the electricity control system, and draw up PLC procedure diagram. Passing this designs, this machine tool can satisfy completely the design requests. compared with traditional machine tool, this machine has the III high degree automation and high precision, also the rate of production is high. . Key words: module machine tool； the cutter head ； work circulation ； automation 目 录 摘 要 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 Abstract 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第一章 引 言 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第二章 设计题目简介及总体方案确定 6 2.1 题目简介 6 2.1.1 设计题目 6 2.1.2 题目简介 6 2.1.3 设计参数及性能要求 . 6 2.1.4 现场加工设备简介 . 6 2.2 机床设计方案确定 . 7 IV 2.3 液压系统的设计原则和设计依据 . 8 2.4 组合机床及其自动线电气控制系统设计 9 第三章 铣削用量的选择和铣削力的计算 10 3.1 加工工件简介 . 10 3.2 铣削用量选择及铣削力的计算 . 10 3.3 钻削用量选择及钻削力的计算 . 12 第四章 料架的设计 13 4.1 料架的组成及其工作原理 . 14 4.1.1 料架的组成 14 4.1.2 料架的工作原理 14 4.2 V 型块的设计 . 14 4.2.1 V 型块外形尺寸确定 . 14 4.2.2 V 型块的夹紧力计算 . 15 4.3 左右螺旋丝杠的设计 . 16 4.4 变速器的设计 . 20 4.4.1 变速器传动比分配 . 20 4.4.2 变速器齿轮设计 . 20 4.5 轴的设计 . 21 4.5.1 丝杠螺杆轴的设计 . 21 4.5.2 单叶片摆动液压马达输出轴的设计 . 22 第五章 液压系统的设计计算 22 5.1 动力滑台部分 2 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.1.1 动力和运动参数分析 . 2 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 V 5.1.2 工作负载分析 . 2 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.1.3 负载图和速度图的绘制 24 5.1.4 液压缸主要参数确定 25 5.2 动力钻头部分 . 29 5.2.1 动力和运动参数分析 29 5.2.2 工作负载分析 30 5.2.3 负载图和速度图的绘制 31 5.2.4 钻轴伸缩油缸的设计计算 . 32 5.2.5 钻轴伸缩油缸缸筒的设计计算 . 32 5.3 旋转油缸的设计计算 . 33 第六章 传动部分的设计计算 34 6.1 电机的选择 . 35 6.2 主轴直径的选择 . 35 6.3 主轴箱传动齿轮的设计 . 36 6.3.1 动力运动参数分配 . 36 6.3.2 传动齿轮设计 . 37 第七章 组合机床电气控制系统的设计 44 7.1 概述 . 45 7.2 组合机床液压电气回路及其控制系统的设计 . 45 7.3 机床加工总时间的确定 . 46 参考文献 48 致谢 49 1 第一章第一章 引言引言 对于培养工程技术人才的工科性大学来说， 学生们的实践活动就显得非常重 要。然而，四年的大学生活，我们基本是以书本上的理论学习为主，实习大都以 参观为主，基本上没有什么自己动手操作的机会，所以，提高学生的实践动手能 力和熟悉工程现场的能力是很必要的。而最后的毕业设计，是真正的理论与实践 相结合，综合运用大学四年所学知识解决工程实际问题的过程。所以，我们要充 分珍惜这难得的机会，努力提高自己，为以后的工作打下良好的基础。 本次毕业设计，我和张杰同学选择了液压半自动钻铣组合机床的设计。本次 设计历时一个学期，在尹明老师的知道下，通过我和张杰的认真设计，较为圆满 的完成了该机床的基本设计工作。下面是我们对本组合机床的主要设计内容： 1 机床总体布局方案：根据所给参数和现场条件，确认机床的总体方案；主 轴的驱动及减速方案； 铣销， 钻销的进给方案； 工件夹紧方案； 机床操作方案等。 2 主轴箱设计： （1）主轴箱电机的选取，转速分配； （2）齿轮的设计； （3） 轴的设计； （4）轴承等的选取； （5）钻轴，铣轴的布局等 3 料架的设计： （1）料架夹紧装置设计； （2）料架进给系统设计； （3）相关 齿轮，轴的设计； （4）相关附件的选取 4 液压电气控制系统设计： （1）液压原理设计； （2）液压油缸，油泵的设计 或选取； （3）液压控制元件的选取； （4）电气控制系统原理的设计； （5）以 PLC 程序顺序控制举例设计。 金属切削机床（Metal cutting machine tools）是用切削的方法将金属毛坯加 工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”或“出具 机” ，习惯上简称为机床。 在一般的机械制造工厂中，机床约占机器设备总台数的 50- 70%，它所担负 的工作量约占总劳动量的一半。 组合机床（Modular machine）是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以 少量的专用部件组成的专用机床。它适宜于在大批、大量生产中对一种或几种类 2 似零件的一道或几道工序进行加工。这种机床既具有专用机床的结构简单、生产 率和自动化程度高的特点， 又具有一定的重新调整能力， 以适应工件变化的需要。 组合机床可以对工件进行多面、多主轴加工，一般是半自动的。 组合机床具有以下特点： （1） 组合机床上的通用部件和标准件约占全机的 7080%， 因而设计和制造的周期短、投资少、经济效果好。 （2） 组合机床采用多刀加工并且自动化程度高，不仅生产效 率高，而且劳动强度低。 （3） 组合机床的通用部件都是经过长期的生产实践考验的， 因而不但结构稳定，工作可靠，而且使用和维修方便。 （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，因而加工质量稳定，对操作工人的技术要求不高。 （5） 组合机床便于产品更新，当改过加工对象时，其通用部 件和标准件可以重复使用，而不必另行设计和制造。 （6）用组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模生产需要。 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。 3 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 IT7 6 级，孔距精度可达 0.030.02 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 4 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。 随着电子技术的发展，液压传动和电- 液联合控制技术的深入广泛应用， 根据大批量生产多样化、中小批量多品种生产高效化的要求，以及产品更新加速 的特点，上世纪 70 年代以来发展了新型组合机床柔性组合机床。近些年来， 随着电子技术、 计算机技术、 信息技术以及激光技术等的发展并应用于机床领域， 使机床的发展进入了一个新时代。 不断提高劳动生产率和自动化程度是机床发展 的方向。80 年代被称为数控机床数控系统发展的时代。现在，中国已成为世界 的制造业基地，与世界先进水平的差距逐步缩小。柔性制造系统（FMS） 和计算机集成制造系统（CIMS）已成为中大批量多品种生产较为理想和效 益较好的设备。组合机床是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高 生产效率和高速发展的必不可少的设备之一。 设计机床的基本要求有以下几点： 1、一定的工艺范围 任何一台机床所能完成的加工零件的类型，零件尺寸，毛坯形式和工艺工序 都是有一定范围的。一般来说，工艺范围越窄，机床结构可较简单，容易实现自 动化，生产率也高。机床的工艺范围过窄，会限制加工工艺和产品的革新；而盲 目扩大机床工艺范围，将使机床的结构趋于复杂，不能充分发挥各部件的性能， 甚至影响机床主要性能的提高，增加机床成本。 2、保证精度与光洁度 机床应保证被加工零件的精度和光洁度 ，并能在长期内保持。工件的精度 和光洁度是由机床，刀具，夹具，切削条件和操作者等方面的因素决定的。就机 床方面来说，要保证被加工零件的精度和光洁度，机床本身就必须具备一定的几 何精度，传动精度和动态精度。 一般情况下，机床刚度越大则动态精度越高。机床的刚度包括结构刚度和接 触刚度，机床的结构刚度取决于构件本身的材料性质，抗扭抗弯截面的大小，壁 5 厚， 筋板布置和窗口影响等。 机床的接触刚度不仅与接触材料接触面的几何尺寸， 硬度有关，而且还与接触面的光洁度，几何精度，加工方法，相对方向接触面间 的介质，预压力有关。 切削过程中机床的振动降低了加工精度，工件表面质量和刀具耐用度，影响 了生产效率的提高，加速了机床的损坏。机床抵抗振动的能力称为抗振性。机床 的抗振性和机床的结构刚度，阻尼特性，固有频率有关。 机床长时间保持其合格精度的性能称为机床精度保持性。 机床按精度可分为 普通精度机床，精密机床，高精度机床和精密母机床。 3、有足够高的生产率和自动化程度 生产率的要求根据生产纲领决定， 常用单位时间内机床所能加工的零件数量 表示。要提高机床的生产效率，必须缩短加工一个工件的平均时间，其中包括缩 短切削加工时间，辅助时间以及分摊到每一个工件上的准备和结束时间。采用先 进刀具提高机床的切削速度，采用大切深，大进给，多刀多刃和成型刀具等都可 以缩短切削加工时间，提高生产效率。同时，缩短辅助时间，例如：空行程快进， 夹紧用气压或液压卡盘，从而减少辅助时间，提高生产率。 为了提高机床的生产率和自动化程度，就要在保证工件加工质量的前提下， 以最经济的方法，合理的利用刀具，最大限度的缩短机动时间和辅助时间。机床 的自动化可减少人对加工的干预，从而保证加工的一致性，即被加工零件的精度 稳定性。还具有提高生产率和减轻工人劳动强度的优点。 4、操作维修方便，使用安全可靠 机床的操纵，观察，调整，装卸工件和工具应方便省力。机床维护须简单， 部件便于拆装，易于查找故障进行修理，并便于安装和运输。 使用安全包括操作者的安全，误操作的防止，超载的保护，有关动作的互锁 以及对故障或废品的报警。 5、提高三化程度 三化是指机床品种系列化，零部件通用化和零件标准化。提高三化程度对发 展机床品种，规格，数量和质量，对于机床的制造，使用和修理，对于新产品的 设计和老产品的革新等方面都有十分重要的意义。 6、噪声小 6 由于机床切削速度的提高，功率的增加，自动化功能的增多和机床变速范围 的扩大，机床噪声问题已经成为机床设计中必须考虑的一个问题。 7、成本低 在保证实现机床的性能要求的同时，也要注意使机床具有很高的经济效益。 对于机床生产厂的经济效益来说， 机床成本尤为重要。 机床的成本不仅包括材料， 加工制造费用，还包括研制和管理费用，必须十分重视和努力降低机床的成本。 8、可靠性 机床的工作可靠性也是一项重要的技术经济指标。 随着自动化水平的不断提 高，需要许多机床，仪表，控制系统和辅助装置协同工作。它们对机床的可靠性 指标的要求是相当高的。 第二章第二章 设计题目简介及总体方案确定设计题目简介及总体方案确定 2.1 题目简介题目简介 2.1.1 设计题目：设计题目：液压半自动化钻铣组合机床 2.1.2 题目简介：题目简介：本题目要求设计一种用于各种轴类零件在毛坯锻造后，机 加工前对轴类平两端面并钻销中心孔的双工位组合机床， 为后续各切削加工做好 准备。故本设备用于批量生产线上，要求装夹方便， ，加工时间短，自动化程度 较高。 2.1.3 设计参数及性能要求：设计参数及性能要求： 1 零件直径：mm200150 长度：mm20001500 2 零件长度公差：mm1+ 平行度：mm2 . 0 3 零件材料为调质中碳钢，硬度HBS350 4 加工时间：每件不超过20分钟 5 能进行程序控制工作和手动单一动作调整。 2.1.4 现场加工设备简介现场加工设备简介 在工作现场完成上述工艺过程是在不同工序不同机床上进行的， 在现场调研时的 主要设备是完成火车轴生产加工的铣两端面的组合机床，由料架和两铣削头组 成，采用卧式双面单工位结构，料架固定，铣削头由双电机滚珠丝杠驱动在轨道 7 上移动。车轴夹持装置由气压传动控制的齿轮杠杆夹紧机构组成。 根据现场工人介绍中心孔加工是在车床进行的需要多次定夹紧和掉头加工， 装夹定位不方便，并且耗时。 2.2 机床设计方案确定机床设计方案确定 机床总体方案图 根据现场条件以及给定的设计参数和性能要求确定机床总体方案。 如果要完 成上述要求设计的组合机床可以是工件移动，也可以是铣头移动。一般来说，铣 削时铣头固定工件移动的方式比铣头移动，工件固定的铣削方式加工精度要稳 定。因为，铣头固定时，铣头在工件的不同位置上，机床刚度变化小。 工件的移动和主轴箱的移动都是在滑台上进行的，滑台按驱动方式的不同， 可以分为液压滑台和机械滑台。 机械滑台是经过丝杠螺母来实现被带动滑台体的 进给运动。液压滑台的组合机床需要单独的液压油源，有利于实现机床整体的自 动化。液压滑台容易实现快速启动，制动和频繁换向，采用电- 液联合的行程控 8 制，可以实现滑台的快进，工进，快退等动作。机械滑台需由工进电机和快速电 机联合驱动来实现，使得滑台结构大，本设计不宜采用。同时由于在钻孔加工过 程中存在快进，工进，快退等，料架夹紧等，采用液压驱动较为容易实现。 料架及夹紧机构的方案确定： 对于本次设计来说，料架部分可以采用齿轮杠杆夹紧机构和 V 型块式螺旋 传动定心夹紧机构。 对于齿轮杠杆夹紧机构来说，它的工作原理是：当齿轮转动时，两齿条同时 向外或向里运动，实现工件的夹紧或松开。以后简称 A 方案。 对于 V 型块螺旋自动定心机构来说，它的工作原理是：利用等螺距的左右 丝杠带动两个滑座等速移动来夹紧或松开工件。以后简称 B 方案。 由于 A 方案的 V 型块是垂直布置的， 导致了它的垂直方向的定位误差较小， 但是水平方向的定位误差较大。而 B 方案的 V 型块是水平布置的，它的水平方 向的定位误差较小，而垂直方向的定位误差较大。本次毕业设计要求的是水平方 向的定位误差较小，因而，采用 B 方案。 2.3 液压系统的设计原则和设计依据液压系统的设计原则和设计依据 机床系统的设计原则是：从实际出发，注意吸收国内外先进技术，力求设计 出重量轻，体积小，成本低，效率高，结构简单，性能良好，操作方便的液压装 置来。 为了贯彻执行上述原则，在确定主机传动方式的过程中，必须反复研究各种 传动方式的优缺点和使用场合，通过分析对比，选出最合理的方案。当一种传动 方式不能满足设计要求时，应考虑是否可与别种方式结合，综合发挥出各自的优 点，形成合理的方案。只有在主机的传动方案决定采用液压传动之后，液压系统 的设计任务才会被提出来。 液压系统的设计依据是： （1）主机的用途，主要结构，总体布局；主机对液压系统执行元件在位置 布置和空间尺寸上的限制。 （2）主机的工作循环，液压执行元件的运动方式（移动，转动或摆动）及 其工作范围。 （3）液压执行元件的负载和运动速度的大小及其变化范围。 9 （4）对液压系统工作性能（如工作平稳性，转换精度等） ，工作效率，自动 化程度等方面的要求。 （5）主机对各液压执行元件的动作顺序或互锁要求。 （6）液压系统的工作环境和工作条件，如周围介质，环境温度，湿度，尘 埃情况，外界冲击震动等。 （7）其他方面的要求，如液压装置在重量，外形尺寸，经济性等方面的规 定或限制。 2.4 组合机床及其自动线电气控制系统设计组合机床及其自动线电气控制系统设计 一设计依据 电气控制系统设计依据是电器设备设计任务书， 电气人员在进行设计前要深 入了解任务书的要求，并特别注意以下问题： （1）详细了解机床的工作循环及其互锁要求； （2）熟悉组合机床或自动线的各通用及专用部件的动作过程及其对电气控 制系统的要求； （3）了解机床及自动线中各辅助设备的工作情况； （4）对液压系统要有一定的了解，同时要掌握电磁阀的性质，有关数据及 电磁铁，压力继电器等液压元件的接通表。 二设计方法 在接到电气设备设计任务书及液压系统图后， 首先必须深入地了解机床的工 作循环，对机床的总体方案应该做到心中有数。然后制定电气控制方案，进行设 计。 在制定出电气控制系统总体方案后，首先进行各个环节的设计，最后加以综 合，综合时应注意以下两点： （1）要注意检查各个控制信号的“准确性” ，及主令信号的“单一性” 。所 谓“准确性”是指要求每一个控制信号，只能代表一个明确的概念，不允许有一 个以上的解释。如加工完成不能与向后信号混为一谈。所谓主令信号的单一性是 指主令信号只能在一特定的条件下，对某一特定装置（部件）起作用。主令信号 的单一性，保证了系统的可靠性。 （2）必须注意互锁的严密性 10 控制线路设计的严密而合理，实际就是互锁条件的严密而合理。因此，互锁 条件对电气控制系统原理设计来说关系极大。所谓互锁的严密性有两层意义：一 方面是互锁信号要合乎客观实际需要， 即通过互锁信号来实现各运动部件之间的 相互制约；另一方面，每一个互锁信号应具有明确的概念，这与控制信号的准确 性是一个意思。 第三章第三章 切削用量的选择和切削力的计算切削用量的选择和切削力的计算 3.1 加工工件简介加工工件简介： 50钢的综合力学性能较好,热塑性、加工性和切削加工性较佳，冷变形能 力和焊接性中等。多在调制或正火状态下使用，还可用于表面淬火处理以提高零 件的疲劳性能和表面耐磨性。屈服极限MPa s 375 强度极限MPa b 630 短试棒求得的伸长率%14 5 断面收缩率%40 冲击吸收功(冲击功)J31Ak 密度 7.807.85 3 cmg 加工要求：要求端面表面粗糙度 Ra=1.6，车轴直径 150200mm 3.2 铣削用量选择及铣削力的计算：铣削用量选择及铣削力的计算： p a 背吃刀量（铣削深度 mm） e a 侧吃刀量（铣削宽度 mm） f 每转进给量 mm/r z f 每齿进给量 mm/z f v 进给速度 mm/s 刀具选用镶齿套式端面铣刀 GB 1129- 85 250D = 45B = 50d = 20Z = 236D1= 37B1= 11 铣削面宽度:mm1800ae= 切削深度:mm5ap= 主轴转速 n: 0 1000 d v n c = 切削速度: min/m11460s/m9 . 10 . 1vc= 经计算得: 主轴转速为:min/ r2 .1454 .76n= 取min/ r100n = 实际切削速度 s/m31 . 1 min/m 5 . 78vc= 进给量 z/mm15 . 0 08 . 0 fz= 取 r /mm4 . 2z/mm12 . 0 fz= 12 进给速度 min/mm3001252012 . 0 nzfv zf = 铣削力 : KN69 . 6 6010025020512 . 0 18082581 . 9 60ndzafa82581 . 9 Fz 2 . 02 . 03 . 10 . 175 . 0 1 . 1 2 . 02 . 0 3 . 1 0 0 . 1 p 75 . 0 z 1 . 1 e = = = 铣削功率: KW76 . 8 31 . 1 69. 6vFP czm = 铣削力矩的确定 根据上述铣削功率 KW76 . 8 Pm= 则 铣削力矩为:：NM 4 . 836 100 76 . 8 9550 n P9550 T= = 铣刀所受圆周力为： N6691 2/250 1000 4 . 836 R T F= = 3.3 钻削刀具和切削用量选择与钻削力的计算钻削刀具和切削用量选择与钻削力的计算 刀具：GB6078- 85 选择 A 型不带护锥的中心钻 钻削用量： 1 表 1 中心孔直径 D(mm) 原料端部最 小直径 Do(mm) 轴料原料最 大直径 工件的最大 重量（Kg） 6.3 25 120180 1500 （8） 30 180220 2000 13 10 35 220240 2500 钻孔直径 钻头的转速 切削速度 钻头直径 进给量 背吃刀量 LLLLLLL LLLLLLL LLLLLL LLLLLL LLLLLLL LLLLL D n v d f a c o p 孔深 mm 2 . 239 2 . 14lll 21 =+=+= 选择切削用量及背吃刀量 mm 6 . 10 2 20.21 2 D ap= 进给量查表得 47. 039. 0f= 由于 l/d=23.2/21.2=1.09 取 45. 0f = s/m26. 0vc = 计算主轴转速： min/ r 3 . 234s/ r91 . 3 20.2114 . 3 26 . 0 1000 d v1000 n 0 c = = = 取 min/r250n = 实际切削速度 s/m277 . 0 min/m64.16vc= 计算钻削力和钻削力矩及钻削效率 轴向力 F XFXF F kfDCF = 式中 89 . 0 735 k 7 . 0Y 85.833C 75 . 0 b F F F = = = = 故 KN00 . 9 89 . 0 45 . 0 20.2185.833F 7 . 01 = 钻轴所受的切削扭矩： KN 3 . 581045 . 0 20.2164.33310kfDCM 38 . 09 . 13 M YMXM M = 14 第四章第四章 料架设计料架设计 4.1 料架的组成及其工作原理料架的组成及其工作原理 4.1.1 料架的组成：料架的组成： 料架由工件夹紧部分和料架横移进给部分组成。 其中工件夹紧部分由夹紧转 动油缸变速器，带有左右螺旋的丝杠及滑座等组成；料架横移进给部分由进给油 缸，滑座和滑台体三个部分组成。 4.1.2 料架的工作原理：料架的工作原理： 工件夹紧部分采用 V 型块式螺旋自动定心装置，该机构利用单叶片摆动油 缸驱动的等螺距的左右螺旋带动两个滑座等速移动向中间夹紧工件向外分开时， 则松开工件，为增加滑座的行程有利于工件的安装，在转动油缸和丝杠中间装有 变速器。料架横移进给部分则仿于液压滑台，液压缸固定在滑座上。工件夹紧部 分固定在液压滑台上随滑台一起移动。液压滑台采用电- 液联合的行程控制。 4.2 V 型块的设计型块的设计 4.2.1 V 型块的外形尺寸确定型块的外形尺寸确定 15 由已知的原始数据，所加工的工件直径在 150- 200mm 内，则根据公式，V 型块 基面到定位圆心的距离 B5 . 0D707. 0hH+= V 型块的开口尺寸 )B5 . 0D707 . 0 h(2B+= 常用 V 型块的工作角度为 =60、90、120三种。其中，最常用的是 90的那种。 通式 )H 2/sin2 D h(2/tan2B 2/tan2 B 2/sin2 D hH += += 由于夹持工件的尺寸变化引起的定位误差 2/sin2 dD y = 双 V 型块定位时的误差： 2 D )C(D)B(D 0)A(D = = 当分别夹持最大直径 Dmax 和最小直径 Dmin 时： min)DmaxD(707 . 0 minHmaxH B5 . 0minD707 . 0 hminH B5 . 0maxD707 . 0 hmaxH += += += 其中， mm150minD mm200maxD = = 故，B5 . 0200707. 0h35.35minHmaxH+=+= 而，0hminH mm 4 . 141Bmm 1 . 212B 取夹紧行程 mml50= ，则驱动它的螺杆转角 = = =1650 12 36055 S 2l 4.4 变速器变速器设计设计 4.4.1 变速器传变速器传动动比分配比分配 夹紧元件的驱动源为单叶片摆动油缸，摆角为 270 则，变速器的传动比为： 11 . 6 270 1650 i= = 按等强度分配原则，47 . 2 ii 21 = 4.4.2 变速箱齿轮变速箱齿轮设计设计 1 材料选择 大小齿轮均选用 20CrMnTi 渗碳淬火，硬度 56- 62HRC 2 齿轮设计 （1）两齿轮为硬齿面，按弯曲疲劳强度设计 21 3 FP 2 1 FS1 dZ YKT 6 . 12m MPa 9 . 5051 7 . 1 2430 Y S Y N limF STlimF FP = = = （2）小齿轮名义转矩 NM50MT 1 t = （3）选取载荷系数 K 取 K=1.6 （4）初步选定齿轮参数 25Z1= 622547 . 2 iZZ 12 = 5 . 0 d = 48 . 2 25 62 u= （5）确定复合齿形系数 FS Y 查得，08 . 4 YFS= 则， mm62 . 1 506255 . 0 22 . 4 506 . 1 6 . 12m 3 2 = 取标准模数mm2m = 则，中心距 mm104 2 )7430(2 2 )ZZ(m a 21 = + = + = mm50252mZd 11 = mm124622mZd 22 = mm25505 . 0db 1d2 = mm3530)105(25)105(bb 21 =+=+= 取 mm30b1= 3 校核齿面的接触强度 22 MPa 8 . 876 48 . 2 5025 ) 148 . 2 (506 . 1 8 . 189109 ubd ) 1u(KT Z109 22 1 1 EH = + = + = 取4 . 1S limH = 1ZN= 1ZW= 则，MPa107111 4 . 1 1500 ZZ S WN limH limH HP = = HPH ，满足要求。 4.5 轴轴的设计的设计 4.5.1 丝丝杠杠螺螺杆轴杆轴的设计的设计 采用 45 调质处理，其机械性能为： 剪切疲劳极限- 1=155MPa 抗拉强度极限B=640MPa 抗拉屈服极限S=355MPa 弯曲疲劳极限- 1=275MPa 按扭转强度估算轴径 mm 8 . 24 9550 110 110 n P Cd 33 = 取mm30d = 采用深沟球轴承 GB/T276- 1994 选用 6206 型轴承，基本尺寸为： mm30d = mm55D = mm13B = 安装尺寸 mm36d mina = mm50D maxa = 4.5.2 单叶片摆单叶片摆动液压动液压马达输出轴马达输出轴的设计的设计 材料选用 45 钢，传动的转矩为NM67211. 6110= 扭转强度估算最小轴径 mm19 9550 672 110 n P Cd 33 = 取mm20d = 23 采用深沟球轴承 GB/T276- 1994 选用 6204 型轴承，基本尺寸为： mm20d = mm42D = mm12B = 第四章第四章 液压系统的设计计算液压系统的设计计算 组合机床采用的传动方式有液压电气传动， 机械电气传动或气动液压传动等 多种方式。但组合机床采用液压电气传动较多，因为液压传动有如下的优点： （1）在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生更大的动力，因为液压 系统中的压力可以比电枢磁场中的磁力大出 30- 40 倍。在同等功率的情况下，液 压装置的体积小，重量轻，结构紧凑。液压马达的体积只有同等功率电动机的 12%左右。 （2）液压装置工作比较平稳。由于重量轻，惯性小，反映快，液压装置易 于实现快速启动，制动和频繁换向。 （3）液压装置能在大范围内实现无级调速，还可以在液压装置运行的过程 中进行调速。 （4）液压传动容易实现自动化，因为它对液体的压力，流量或流动方向进 行调节或控制，操作十分方便。 （5）液压装置容易实现过载保护。液压缸和液压马达都能在失速状态下工 作而不会发热，这是电气装置和机械传动装置无法实现的。液压件能自行润滑， 使用寿命较长。 （6）由于液压元件都实现了标准化，系列化和通用化，液压系统的设计， 制造和使用都比较方便。液压元件的排列布置也具有较大的机动性。 （7）用液压传动来实现直线运动远比用机械传动简单。 因而，本组合机床采用液压传动。 5.1 动力动力滑台部分滑台部分 5.1.1 动力和动力和运运动参数动参数分析分析 24 采用 “快进工进快进停留快退停止” 的工作循环 铣削轴径 mm200d = 刀具直径 mm250D = 齿数 20Z = 切削深度 mm5ap= 主轴转速 min/ r100n = 进给量 z/mm12 . 0 fz= 快进行程 mm100l1= mml240 3 = 工进行程 mm260l2= 往复运动加速、减速时间不希望超过 0.2S，快进、快退min/m6vv 41 =采 用平导轨，静摩檫系数为 2 . 0fs=，动摩檫系数为 1 . 0fd= 5.1.2 工作负载分析工作负载分析 （1）工作负载 KN38.1369 . 6 2F2F Zt = （2）惯性负载 N750 2 . 060 6 1500 t v mFm= = = （3）阻力负载 静摩檫力 N294381 . 9 15002 . 0Ffs= 动摩檫力 N147281 . 9 15001 . 0Ffd= 工况 负载 负载值 推力 启动 fs FF = 2943 3270 加速 mfd FFF+= 2222 2468.9 快进 fd FF = 1472 1635 工进 tfd FFF+= 14852 16502 快退 FfdF = 1472 1635 5.1.3 负载图负载图和和速度图速度图 25 负载图按以上数据绘制，速度图已知数据： min/m6vvv 431 = mm100l1= mm260l2= mm240l3= mm600llll 3214 =+= 工进速度 min/mm24012 . 0 20100nZfv z2 = 负载图： 速度图： 26 5.1.4 液压液压缸主缸主要参数的确定要参数的确定 滑台进给系统的执行元件的工作压力可以按以下两种方式选取： 按载荷选择工作压力 27 载 荷机 （KN） 5 工 作压力 （MPa） 18 . 0 25 . 1 35 . 2 43 54 5 各种机械常用的系统工作压力 机 械类型 磨床 组 合机床 龙 门刨床 拉 床 农业机 械 液压机 工 作压力 （MPa） 28 . 0 53 82 108 1810 3220 组合机床的动力滑台液压系统的最大负载为 16500N，选取Pa1030P 5 1 =， 选液压缸为单杆式，在快进时作差动连接 )dD( q4 A q v D q4 A q v 22 v v 2 2 2 v v 1 1 = = 差动 v 2 21 v 3 d q4 AA q v = = 32 vv =时，d2D = 铣削时，采用出口节流调速，故液压缸回油路必须具有背压 2 P ， Pa108P 5 2 =。由于，油管中有压降 P 存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔， 估算可取Pa105P 5 =，快退时，回油腔中为背压，仍按Pa 5 105计算。 由工进时的推力 2 PA PAPAPA F 21 112211 m = 28 2 5 2 1 m 1 mm6347 10) 2 8 30( 16502 2 P P F A= = = mm 9 . 89 14 . 3 63474A4 D 1 = = = mm6 .639 .89707. 0D707. 0d= 根据 GB/T 2348- 1993 ，圆整直径，得： mm90D = mm63d = 22 1 cm59.63D 4 1 A= 222 2 cm43.32)dD( 4 1 A= 活塞杆的有效行程 mml600= 活塞杆的强度计算 选用中碳钢 45 钢调质处理，机械性能如下： MPa600 b = MPa340s = 2 mm/N400= 活塞杆的强度 MPa30 . 5 63 4 16502 d 4 10F 22 6 = = = 强度满足要求。 活塞杆弯曲稳定性验算： k k 1 n P P 2 B 2 6 1 2 k LK 10IE P = 式中， 25 1 mm/N1080 . 1 )b1)(a1 ( E E= + = 484 4 m1094 . 1 d049 . 0 64 d I = = 5 . 0K = 29 m5 . 1mm1500LB= N10 2 . 61 5 . 15 . 0 101094 . 1 108 . 1 P 3 22 6852 k = = 65 . 3nk= N10 2 . 1048.17 n P 3 k k = 满足要求。 合成应力 MPa7 . 7264 . 2 36248 . 6 3 2222 n =+=+= = n s 5 . 22 . 1n= 缸筒与缸底焊接时焊缝应力： MPa27 . 7 7 . 0)6390( 4 16502 )dD( 4 F 2222 = = = n b = 5n = 根据上述 D 和 d 的值，可估算液压缸动力滑台在各个工作阶段中的压力、 流量和功率。 工况 负载 （F/N） 回油 腔压力 MPa/P2 进 油 腔 压 力 MPa/P1 输 入 流 量 min)/ l/(q 输 入 功 率 KW/P 计算式 快进 启 动 3270 0P2= 1.68 _ _ 21 2 1 AA PAF p + = 121 v)AA(q= qpP 1 = 加 速 2469 MPa5 .0P PPP 12 = += 1.43 _ _ 恒1635 1.16 18.66 0.36 30 速 工进 16502 0.8 3.00 0.75 0.038 1 22 1 A ApF p + = 21v Aq = qpP 1 = 快退 启 动 3270 0 2 =P 1.01 _ _ 2 12 1 A ApF p + = 32v Aq = qpP 1 = 加 速 24 69 0.5 1.74 _ _ 恒 速 16 35 1.48 19.46 0.48 5.2 动力钻动力钻头部分头部分 5.2.1 动力和动力和运运动参数的动参数的分析分析 钻头主轴实现 快进工进快退停止 的工作循环。 加工 为 10mm 的中心孔， 加工深度为 23.2mm ，主轴钻削速度 min/m64.16v =，主轴钻速为min/ r250n =，加工每转进给量47. 039. 0f=， 钻削主轴的轴向进给速度 5 . 117 5 . 97vf=，机床钻削过程可动部分的重量为 KG50M =，快进和快退的速度为： min/m6vv 31 =，快进行程长度mm10050l1=，取mm80l1=，工进行 程长度 23.2 mm， 往复运动的加、 减速时间不希望超过 0.2S， 静摩檫系数2 . 0fs=， 动摩檫系数1 . 0fd= 5.2.2 负载分析负载分析 （1）工作负载 N9000Ft= （2）惯性负载 N25 602 . 0 6 50 t v MFm= = = 31 （3）阻力负载 静摩檫力 N78 2/50 9734 2 . 0Ffs= 动摩檫力 N39 2/50 9734 1 . 0Ffd= 工况 负载 负载值 推力 启动 fs FF = 78 87 加速 mfd FFF+= 64 71.1 快进 fd FF = 39 43.3 工进 tfd FFF+= 9039 10043.3 快退 fd FF = 39 43.3 5.2.3 负载图负载图和和速度图速度图的的绘绘制制 速度图按已知数据： min/m6vv 31 = mm75l1= mm 2 . 23l2= 快退行程 mm 2 . 98lll 213 =+= 工进速度 min/mm100v2= 32 5.2.4 钻钻轴伸缩油缸轴伸缩油缸设计计算设计计算 采用出口节流调速，在快进时采用差动连接，在工进时需背压Pa108P 5 2 = 2 1 112211 m P 2 A PAPAPA F = 23 5 2 1 m 1 mm1037 . 8 10) 2 8 16( 10043 2 P P F A= = = 则，mm 3 . 103 14 . 3 1037 . 8 4A4 D 3 = = = 取标准液压缸 mm100D = mm70d = 222 1 mm785010014 . 3 4 1 D 4 1 A= 22222 2 mm4004)70100(14 . 3 4 1 )dD( 4 1 A= 活塞杆的有效行程为 100mm,经检验，活塞杆的强度和稳定性均满足要求。 5.2.5 钻钻轴伸缩油缸缸筒轴伸缩油缸缸筒的设计计算的设计计