毕业论文设计重型汽车零件加工专用机床设计说明

1、 . PAGE23 / NUMPAGES25 . 毕业设计题 目 重型汽车零件加工专用机床设计学 院 机械工程学院专 业机械工程与自动化 班 级 机自0707 学 生 曾垂敏 学 号指导教师 立英 二一一 年 五 月 二十三 日1 前言1.1 专用机床概述机床一般主要由原动机部分、传动部分、执行部分等基本部分构成，并辅以控制系统和润滑、照明等辅助系统，专用机床也是如此，不过专用机床是由特定的专用部件（如专用夹具，专用刀具，专用主轴箱）和一些通用部件组成的，适用于特定零件的特定工序加工的机床。专用机床的通用部件，绝大多数已由机械工业部门颁布成国家标准，并按标准所规定的名义尺寸、主参数、互换尺寸等

2、定型，各种通用部件之间有配套关系。由于专用机床是根据特定工艺要求而专门设计、制造和使用的，所以其加工精度高，生产率高，操作简单，是企业大批量生产零件的理想装备。随着制造技术的进步，数控技术的普与，专用机床的数控化发展也很快。专用机床在生产实践中占有一定的比重，据相关资料介绍，2001年日本专用机床产值占机床产值的比例达到8.8%；我国省这一数字达到了6.9%;而我国仅为0.67%。可见专用机床在我国机床总体发展的情况下属于偏低水平。据2004年统计数据表明，我国机床的进出口水平存在较大的逆差。我国进口的机床已经由通用机床向专用机床、自动化生产线和高档机床转变1。目前专用机床的发展程度已成为我国

3、机床行业发展的瓶颈。而且由于专用机床的缺陷也导致了部分难加工零件的加工精度难以进一步提高。所以，在当前产品结构调整中，发展专用机床是行业发展中的一个值得注意的问题2。1.2 专用机床的特点专用机床具有以下优点(1) 高效率专用机床采用了专门设计的夹具和刀具（多刀），所以缩短了工人装夹工件时间和零件的加工时间，生产率有明显提高，这也是专用机床最大优点。（2）高精度专用机床采用了专门设计的夹具和主轴箱等专用部件，定位精度高，零件夹紧可靠，刀具进给精确，加工出的零件质量比普通机床上的精度高，质量稳定性好。（3）操作，维修简便专用机床的结构比普通机床结构简单，操作维修简单，采用专用夹具、刀具和导向装置

4、等，加工质量考工艺装备保证，对炒作工人的技术水平要求不高，减轻了工人的劳动强度和对工人的技术要求3。专用机床具有以下的缺点（1）功能单一 专用机床是针对某一零件某一工序专门设计和制造的，其加工功能是单一的。所以只适用于某一零件或某一工序的大批量的加工场所中。（2）柔性差 专用机床是针对某一零件某一工序专门设计和制造的，其部件的功能是确定的，专用机床一旦出厂，其很难被改造成用于其它用途的机床4。1.3 课题分析专用机床对多孔钻削加工具有较大的优势，它按孔的坐标分布位置实行一次加工，这种加工方法保证了孔的坐标位置尺寸精度。作为专用机床的主轴箱，有成熟固定的设计模式：标准的主轴箱体、前后侧盖、主轴、

5、传动轴、齿轮、轴承、挡圈等，以与成熟的传动、布局、结构设计方法可供选用。这是专用机床设计制造的长处5。但是，如何根据组配件的要求与制造工艺技术，在设计上灵活应用并能做到有所创新，以更好地适应被加工工件的需要，是专用机床设计人员面对的一个重要的课题。在大学毕业前夕，我对专用机床领域进行初探，选取了重型汽车刹车器上盖加工专用机床设计的毕业设计题目。其设计步骤分为：总体设计、专用夹具设计和多轴箱设计三个主要部分。2 专用机床的总体设计2.1 拟定方案2.1.1 加工零件概述（1）被加工零件的加工工序和加工精度加工分布在刹车器盖上对称分布的大小一样的四个孔，孔的直径为7mm，深度为10mm,公差等级I

6、T11，对基准面的垂直度0.1mm，表面粗糙度Ra6.3m，与对称中心线的平行度为0.20mm。（2）被加工零件的特点 该零件采用ZL110。硬度为HB8590。材料硬度小，加工余量不是很大，不用考虑采用多工步进行加工。同时该零件也不属于大型薄壁类零件，因此不用考虑防止共振的问题。零件经前工序加工后在本工序中经一次加工即可达到加工要求。（3）加工批量要求单班六小时工作制，年生产纲领为40000件。2.1.2 拟定工艺方案机床的生产过程是将原材料转变为成品的过程。在生产过程中，凡是改变生产对象的的形状、尺寸、位置和性质等，使之成为成品或半成品的过程称为工艺过程。仅列出主要工序名称与其加工顺序的简

7、略工艺过程，称为工艺路线。工艺路线方案的制定是否合理，对生产效率和产品质量有着重大的影响。刹车器上盖的工艺路线大致为：铸造毛坯热处理车削上部的外圆柱面车削底部端面铣底部型槽加工四个孔。本机床的工艺过程为加工零件上对称分布的四个光孔。并且对加工孔的精度有一定的要求。加工孔的工艺方案有以下几种：（1）特种加工 激光加工：激光加工具有：加工材料围广、精度高、效率高、便于自动化控制和加工形状复杂的零件的特点，但加工费用比机加工高很多，一般情况下很少使用。电火花加工：电火花加工适用于加工形状复杂的导电材料，与材料的硬度无关，便于自动化，但加工效率极低，电极消耗大。 （2）机械加工 钻削加工，单孔加工效率

8、一般，但是在利用专用机床多孔同时加工时可以明显提高加工效率，加工精度达到IT10IT11，并且加工成本比较低。综合经济，技术，环境，毛坯以与生产实情，机械加工是最理想和现实的加工方法。制定工艺方案时，应首先分折生产类型，生产类型是衡量生产规模大小的标志，生产类型不同其工艺特点就不同，生产类型可分成三种不同的生产类型：单件生产，批量生产，大批量生产。生产类型的划分依据是产品或零件的年产量，生产类型与年产量的关系见表2.1：表2.1 生产类型与生产纲领关系图零件的年生产纲领（件年）生产类型重型零件中型零件小型零件单件生产5103005005000汽车刹车器盖属于小型零件，年产量40000件，据上表

9、可知其生产类型为大批量生产，大批量工艺特点为：（1）毛坯：铸件广泛采用金属模机器造型，锻件广泛采用模锻；毛坯精度高，加工余量小；（2）机床设备：专用生产线、自动生产线、柔性制造生产线或专用机床；（3）夹具：广泛采用高生产率夹具，专用夹具。（4）刀具：广泛采用高生产率刀具（如多刀，高速切削刀具）。（5）工人要求：对操作工人的要求低，对生产线维护人员要求高素质。所以本工序的工艺方案为：采用专门设计的夹具进行定位夹紧，多刀同时进行加工的专用机床加工，即工件以车削的盖体底端面和铣削的型槽为定位基准，采用机械压力对上端口进行压紧，四刀同时钻削加工四孔。毛坯选用的是金属模机器造型的铸铝件。2.1.3 确定

10、机床的配置形式和结构方案由于该工序是单工位加工，加工余量不大，并且工件体积小，重量轻，并且该零件属于大批量生产(单班六小时工作制，年加工40000件)，为提高生产率，提高孔的加工精度，同时便于装卸工件，所以一般采用卧式专用钻床即可满足规定的加工要求。立式专用机床由于主轴竖直悬垂，所以多适用大型零件的加工，立式专用机床占地面积较少，但不宜于装卸工件和加工细长工件。由于工件是大批量生产，工件单工位加工，所以专用机床上可安装专用固定式夹具，这样可以达到较高的加工精度又缩短了工件的装夹时间， 2.2 确定切削用量与选择刀具2.2.1 选择切削用量切削用量是切削时各运动参数的总称，包括切削速度、进给量和

11、背吃刀量（切削深度）三要素，它们是调整机床运动的依据。切削用量的选择对加工质量、切削效率、刀具寿命和经济性都有重要的意义，例如背吃刀量（切削深度）和进给量增大，都会使切削力增大，工件变形增大，并可引起振动，从而降低加工精度；切削速度提高。切削力减小，并可减小或避免积屑瘤的形成。在大多数情况下，专用机床为多轴、多刀、多面同时加工，根据经验，专用机床所选切削用量应比一般万能机床单刀加工低30%左右,工作时，所有刀具的每分钟进给量一样，且等于动力滑台的每分钟进给量。刀具每分钟进给量应是适合所有刀具的平均值。因此，同一多轴箱上的刀具可以设计成不同的转速和选择不同的每转进给量与其相适应，以满足不同直径工

12、件的加工需要。即：n1.f1=n2.f2=.ni.fi=Vf式中：n1,n2,.,ni各主轴转速（r/min）；f1,f2,.,fi每转进给量（mm/r）；Vf滑台每分钟进给量（mm/min）；由于本要加工的四孔为一样要求的孔，所以各主轴采用一样的转速和一样的每转进给量。因此各刀具利用将更加合理，更能充分发挥各刀具的性能。钻孔相对来说属于粗加工，为提高加工精度往往要求切削速度高而每转进给量小。由于刹车器盖年产量为40000件，属于大批量生产，所以生产率对机床有一定的要求。查组合机床设计表37，并从实际出发，根据加工尺寸和精度、工件材料硬度、生产率等要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，

13、取：v=20m/min（为800转/分钟），f=0.10mm/r。2.2.2 刀具的选择刀具材料应满足以下基本要求：（1）高硬度；（2）高耐磨性；（3）足够的强度和韧度；（4）高耐热性；（5）良好的工艺性；由于被加工工件材料的硬度较低，加工过程中的产生的热量小。综合加工孔的材料、尺寸等要求和刀具的加工工艺性，刀具选用高速钢材质的麻花钻即可满足要求。为使工作可靠，结构简单，刀刃易磨，制造方便故先用标准高速钢麻花钻刀具。钻头长度可按下列公式确定：L切=LI+L钻+（3050mm） （2.1）= L入+L件+L出（L定位板）+L钻+（3050mm）= L入+L件+d/3+（38mm）+L钻+（305

14、0mm）LI：钻头工作进给长度 LI= L入+ +L出；L入：钻头切入长度 视工件端面误差而定，在510mm之间选取；L件：工件的孔深 L件=10mm；L出：钻头切出长度 L出= d/3+（38mm）取L出=8mm；d：钻头直径 d=8mm；L钻：钻模板长度 取L钻=30mm；3050mm 加工终了时，刀具的预留量。所以：L切=8+10+8+30+40=96由金属切削工艺人员手册据GB1438-76选用切削部分长度102mm的7钻头，其锥柄莫氏锥度1号。 2.2.3 确定切削力、切削转矩、切削功率与刀具耐用度根据选定的切削用量（v=20m/min，f=0.10mm/r），确定切削力，作为选择动

15、力部件与夹具体设计的依据；确定切削转矩，用以确定主轴与其他传动件（齿轮、传动轴等）的尺寸；确定切削功率用以选择电动机（一般指动力箱电机）功率; 确定刀具耐用度，用以验证所选的刀具是否合理。人们根据生产实践与实验结果已经整理出不同材料工件进行钻、扩、铰、镗与攻丝加工的切削力F, 切削转矩M, 切削功率P, 刀具耐用度T的经验公式.用高速钢刀具在铸铝上钻孔的经验公式如下： F=26Df0.8HB0.6 （2.2） M=10D1.9f0.8HB0.6 （2.3）P=MV/(9740D) （2.4）T=9600D0.25/(Vf0.55HB1.3)8 （2.5）F切削轴向力（N）； D钻头直径（mm）

16、；f 每转进给量（mm/r）；M切削转矩（Nmm）；P 切削功率（kW）；T刀具耐用度（min）；V切削速度（m/min）根据钻孔深度L 考虑修正系数Kv，V=V公称Kv；HB工件的布氏硬度；已知V公称=20m/min ，f=0.10mm/r由L/D=10/8=1.25查组合机床设计表314可取Kv=1,则:V=V公称Kv=20m/min计算硬度HB=90-90/85=88.94由以上公式得：切削轴向力F=26Df0.8HB0.64=2670.100.888.940.64=1948（N）；切削转矩M=10D1.9f0.8HB0.6=1071.90.100.888.940.64=4868（Nmm

17、）；切削功率P=MV/(9740D)=486820/(97403.147)= 0.40（KW）；刀具耐用度T=9600D0.25/(vf0.55HB1.3)8=960070.25/(200.100.55；88.941.3)8=4075863（min）（刀具足够耐用）。2.3 绘制三图一卡2.3.1 被加工零件的工序图（1）工序图的主要容被加工零件的工序图是根据选定的工艺方案，表示一台机床的工艺容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度与技术要求、加工用定位基准、夹压部位与被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情况的图纸，。必须在原零件的基础上突出本机床的加工容，加上必要的文字说明而

18、绘制的。详细容见图纸6。该图纸必须在原零件图的基础傻瓜，突出本机床的加工容，加上必要的说明二绘制的。（2）工序图的作用加工工序图是专用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文件。（3）工序图上应表示出以下容：被加工零件的形状和轮廓尺寸与与本机床设计有关的部位的结构形状与尺寸。加工用定位基准、夹紧部位与夹紧方向。本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度与技术要求。必要的文字说明。2.3.2 工序加工示意图（1）加工示意图容:反映机床的加工方法、加工条件与加工过程；根据加工部位特点与加工要求，决定刀具的类型数量结构尺寸(直径和长度)；决定主轴的结构类型、规格

19、尺寸与外伸长度；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，并决定他们的结构、参数与尺寸；表明主轴、接杆、夹具与工件之间的尺寸联系、配合与精度；根据机床的生产率与刀具材料特点等，合理确定并标注各主轴的切削用量；决定机床动力部件的工作行程和工作循环。（2）加工示意图的作用零件加工的工艺方案要通过加工示意图反应出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置情况以与工件、夹具、刀具等机床各部件的相对位置关系，机床的的工作行程与工作循环等。因此，加工示意图是专用机床的主要图纸之一，在总体设计中占据重要位置7。它是刀具、辅具夹具、多轴向、液压电气装置设计与通

20、用不见选择的主要原始资料，也是整台专用机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具与试车的依据。（3）本零件加工示意图的容:反映机床的加工方法为四轴同时钻削、加工条件与加工过程见图纸。刀具的类型为高速钢麻花钻，数量为四把，结构尺寸(直径为7mm和长度102mm)；钻套的选择;由于刀具的导向部分和与夹具导套之间既有相对移动又有相对转动，并且导向的线速度为V=(dn)/1000=0.628m/min2922N。 (3.1)3.4 夹具在机床上的安装为了保证工件的尺寸精度和位置精度，工艺系统各环节之间必须具有正确的几何位置关系。一批工件通过其定位基准面和夹具定位表面的接触或配合，具有一致的、确定

21、的位置，这是满足上述加工要求的一个方面。夹具的定位表面相对于机床工作台和导轨或主轴轴线具有正确的位置关系，是满足上述要求另一个极其重要的条件。只有同时满足这两方面的要求，才能使夹具定位表面以与工件加工表面相对刀具切削成形运动处于理想位置轨迹。夹具在平面工作台上的连接定位是用安装面与定向键来定位的。为丁保证夹具安装面与工作台面有良好的接触，夹具安装面的结构形式与加工精度都应有一定的要求。除夹具安装面之外还通过两个定向键与工作台上的T型槽配合。以限制夹具在定位时所应限制的自由度，并承受部分切削力矩，增强夹具在工作过程中的稳定性。为了提高定向精度，定向键与T型槽应有良好的配合(一般采用H7k6，H7

22、n6)。4 多轴箱设计4.1 多轴箱概述4.1.1 简述多轴箱(又叫主轴箱)是专用机床的重要专用部件。它足根据加工示意图所确定的工件加工孔的数量和位置、切削用量和主轴类型设计的传递各主轴运动的动力部件。专用机床的动力电机与多轴箱一起安装于进给滑台，可完成钻、扩、铰、镗孔等加工工序。多轴箱一般具有多根主轴同时对多工位同时进行加工。但也有单轴的，用于镗孔居多。多轴箱按结构特点分为通用(即标准)多轴箱和专用多轴箱两大类。前者结构典型，能利用通用的箱体和传动件；后者结构特殊，往往需要加强主轴系统刚性，因而主轴与某些传动件必须专门设计，故专用多轴箱通常指“刚性多轴箱”，即采用不需刀具导向装置的刚性主轴和

23、用精密沿台导轨来保证加工孔的位置精度。通用多轴箱则采用标准主轴，借助导向套引导刀具来保证被加工孔的位置精度。通用多轴箱又分为大型多轴箱和小型多轴箱11。多轴箱的主要作用是，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。4.1.2 设计数据依据原始设计数据可以绘制成原始依据图，原始依据图是根据之前的“三图一卡”整理编绘出来的，其容包括多轴箱设计的原始要求和已知条件，原始依据图如图4.1所示。图4.1 主轴箱原始依据图根据“三图一卡”得以下原始设计数据：被加工零件的名称：汽缸盖；材料：ZL110；硬度：HB85-90；主轴外伸尺寸

24、115mm与切削用量0.1mm/r；动力部件：电动机Y90S-4，功率P=1.1kw 转速1400r/min,最大转矩2.2，质量34kg；多轴箱的轮廓尺寸为320320mm，主轴转速800r/min,总传动比为：1400/800=1.754.2 多轴箱的设计容4.2.1 主轴结构型式的选择与动力计算（1）主轴结构型式的选择主轴结构型式由零件加工工艺决定,并应考虑主轴的工作条件和受力情况。轴承型式是主轴部件结构的主要特征，钻削类主轴，轴向切削力较大，选用推力球轴承承受轴向力，而齿轮传动有径向力，而用向心球轴承承受径向力12。钻削时轴向力是单向的，因此推力球轴承只在主轴前端安排；长主轴其轴头孔较

25、长，可增大与刀具尾座的接触面，因为增大刀具与主轴的刚性连接，减少刀具下垂；故主轴的前端用推力球轴承和向心球轴承支撑，主轴后端用向心球支撑。主轴轴头与刀具用接杆连接，由于轴的速度比较高，选用弹性联轴器。（2）主轴直径和齿轮模数的初步确定主轴直径在编制“三图一卡”时初定主轴直径为20mm。齿轮模数得初定：M（30-32）（mm） （4.1）=(30-32) =1.15可取齿轮模数为2。为了便于组织生产，多轴箱所有齿轮模数都取可（3）多轴箱的动力计算多轴箱的动力计算包括计算多轴箱的所需功率和进给力两项多轴箱所需的功率 P主=P切+P空+P附 （4.2）P主多轴箱总功率；P切各主轴切削功率总和；P空各

26、轴空载消耗功率的总和；P附各轴附加功率的总和；P附取所传递功率的1%；P主=0.40+0.0744+0.074+0.105=0.875(KW)； 表4.1 轴的空转功率P空转速（r/min）轴径（mm）1520253040506075250.0010.0020.0030.0040.0070.0120.0170.026400.0020.0030.0050.0070.0120.0180.0270.042630.0030.0050.0070.0100.0190.0290.0410.0661000.0040.0070.0120.0170.0300.0460.0670.1041600.0070.0120

27、.0180.0270.0470.0740.1070.1662500.0100.0180.0280.0670.0740.1160.1660.2604000.0170.0300.0460.0670.1180.1850.2660.4166300.0260.0460.0730.1050.1860.2910.4200.65610000.0420.0740.1160.1660.2960.4620.6661.04016000.0660.1130.1850.2260.4730.7491.0661.665多轴箱的所需进给力，既是动力滑台所需的进给力，也就是各主轴切削时的总切削力，F=6720N。4.2.2 传动

28、系统的设计与计算多轴箱的传动系统设计，就是通过一定的传动链把电机输出轴传进来的动力和转速按要求分配到各轴。传动系统设计的好坏，将直接影响多轴箱的质量、通用化程度、设计和制造工作量的大小与成本的高低13。设计传动系的一般要：保证主轴强度、刚度转速和转向的前提下，力求使主要传动件的规格少，数量少，体积小。本系统为用一根中间轴带动四根主轴（即带动四把刀具同时工作），此时齿轮中心距不符合标准，故采用了变位修正。即传动方案是经过一级齿轮减速后，再通过一根中间传动轴带动四根主轴实行提速，使一根传动轴带动四根主轴的同时也使四根主轴以所需要的转速运转。 该多轴箱四个轴3，4，5，6可以看做同心圆分布，他们通过

29、一根传动轴2传动，再由一根传动轴1与电机驱动轴相连。已知各主轴的转速为：n3= n4= n5= n6=800r/minn1=1400 r/min传动比分配：传动装置的总传动比为：n=1400/800=1.75，由于要求主轴上齿轮不过大，所以取二级传动取升速，取i2=0.75，一级传动轴上取降速，传动比为i1=2.3。确定轴2和轴1的位置并配对各对齿轮由于3，4，5，6轴在同心圆分布，用作图法找出轴2的位置，量出半径R，根据半径R配对各齿轮，即d3+d2=44d=zm;m=2d3/d2=0.75由以上各式得d2=25，d3=19同理d4=d5=d6=19取z2=50，z3=z4=z5=z6=38

30、齿宽取为b=d*d2=25mm已知电机的高度为90mm由画图法知d2+d1=126 d2/d1=2.3d2=88d1=38齿宽取为 b=d*d1=25.6mm (4.3)齿宽取为25.6mm演算各轴速度 轴1为n1=1400r/min轴2为n2=604.5 r/min轴3，4，5.，6为n3= n4= n5= n6=795.5r/min转速损失率为(800-795.5)/800*100%=0.625%转速相对损失在5%之，符合设计要求。4.2.3 多轴箱的坐标运算为便于绘制多轴箱体零件加工图，将各孔的坐标尺寸完整的标注出来，并用以绘制坐标检查图，作为对传动系统的全面检查，就需要根据已知的驱动轴

31、和主轴的位置与传动关系计算它们的坐标。采用平面直角坐标系，选定原点进行计算.4.3 多轴箱的总图设计通用多轴箱总图的设计包括绘制主视图、展开图、侧视图和编列装配表以与制定技术条件。主视图主要用以表明多轴箱的传动系统，齿轮排列的位置，附加机构与润滑点的位置，手柄轴的位置和各轴的编号。因此，只要在原来设计的传动系统图基础上，加上润滑系统，轴的编号即可。画出主轴箱轮廓，住上主轴箱联系尺寸等，便构成主视图。展开图主轴表示各轴装配关系，主轴、传动轴、齿轮、隔套轴承等形状和轴向位置。图中的各零件尺寸均按比例画出；各轴径向可不按传动关系和展开顺序来画。图中必须注明齿轮排数，轴的编号直径和规格。对结构一样的主

32、轴和传动轴只须画出一根，在轴头上注明一样轴的轴号即可。对于轴向装配结构基本一样，只是齿轮大小与排列位置不同的肉根轴，可以合画在一起，即轴心线两边各表示一根轴。这种简便画法可以提高组合机床设计速度。展开图上应完整标注多轴箱的厚度尺寸和与厚度尺寸有关的尺寸，主轴外伸部分长度和、外径13。多轴箱的技术条件，包括多轴箱制造技术要求；主轴精度等级；加入多轴箱的润滑油种类，数量。多轴箱中的零件大多是通用件、标准件和外购件。需要设计的零件图只有变位齿轮、专用轴套以与箱体补充加工图。此外还要编制多轴箱零件明细表。5 结 论本次重型汽车零件加工专用机床的设计主要是针对专用夹具、多轴箱、机床的的总体配置进行的设计，并对一些通用部件进行合理的改装后加以利用。本机床适用于大批量、高效率的生产场合，能满足零件的加工要求与年产量。该机床的特点具有：（1）采用多工位同时加工，减少了工