汽车变速箱镗孔组合机床设计说明书.docx
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汽车变速箱镗孔组合机床设计说明书
本科毕业设计(论文)
题目汽车变速箱镗孔组合机床设计
学院工业制造学院
专业机械设计制造及其自动化
学生姓名
学号年级
指导教师职称
二0一五年三月二十五日
摘要
本设计介绍了汽车变速箱镇孔组合机床的设计,其中包含了零件加工工艺的确定,设计中首先要了解工件的加工工艺路线及工序的计算,确定镇孔主轴的直径,初步选用电机型号及机床各部分部件。
编制三图一^(被加工零件工序图,加工示意图,机床联系尺寸图,机床生产率计算卡)。
在多轴箱设计中,确定传动系统,计算主轴坐标,传动部件的校核及主轴箱的总图绘制。
本设计将车床和卧式镇床结构有机地结合为一体,降低了机器成本,而且节省了加工时间,提高了工作生产效率。
关键词:
变速箱主轴总图绘制多轴箱
Abstract
ThedesignontheBoxaxleboxmorethanthedesign,whichincludespartsoftheprocessingtechnologyofidentification,designisfirstnecessarytounderstandtheworkpieceintheprocessinglineandprocessofcalculationtodetermineTappingthespindlediameter,theinitialchoiceofmotorModelandsomepartsofthemachine.Figure1ofthethreecards(theprocessingpartsprocessmap,diagramprocessing,machinetoolsContactsizemap,machinetoolproductivitycalculationcard).Inmulti-axleboxdesign,drivesystemestablishedtocalculatecoordinatesspindle,transmissionpartsofthespindleboxandcheckthetotalmapping.
Thisdesignwillbedrilling,tappingcombinationofthetwoasoneandreducethecostofmachinery,processingandsavetime,improvetheworkefficiencyofproduction.
Keywords:
BoxTheCombinationofMachineToolsDesignmulti-axleBoxTapping
摘要1
Abstract3
第一章绪论4
1.1本课题研究的背景及意义4
1.2本课题国内外研究概况6
1.3本论文主要工作及结构9
第二章组合机床总体设计13
2.1组合机床工艺方案拟定16
2.2加工工序图17
2.3加工示意图20
2.4机床联系尺寸图23
2.5机床生产率计算卡25
第三章多轴箱的设计27
3.1多轴箱的组成及表示方法28
3.2多轴箱通用零件29
3.3绘制多轴箱原始依据图30
3.4主轴齿轮确定、动力计算30
3.5多轴箱传动系统设计31
3.6多轴箱坐标检查图32
第四章夹具设计32
4.1组合机床夹具概述33
4.2定位支撑系统33
4.3夹紧机构33
4.4夹紧力计算33
结论34
致谢35
参考文献36
第1章绪论
1.1本课题的研究背景及意义
随着现代化工业技术的快速发展,特别是随着它在自动化领域内的快速发展,组合机床的研究已经成为当今机器制造界的一个重要方向,在现代工业运用中,大多数机器的设计和制造都是用机床大批量完成的。
现代大型工业技术的飞速发展,降低了组合机床的实现成本,软件支持机制也使得实现变得更为简单,因此,研究组合机床的设计具有十分重要的理论意义和现实意义。
在工业高速发展的现代化浪潮中,各种机械设计和制造业中,组合机床的应用越来越广泛,越来越转化为生产力,从这个意义上讲,对组合机床的研究具有重要的现实意义。
组合机床是根据工件加工需要,以通用部件为基础,配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。
组合机床是按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。
由于通用部件已经标准化和系列化,可根据需要灵活配置,从而缩短了设计和制造的周期,因此,组合机床兼有低成本和高效率的优点,在大批、大量生产中得到了广泛的应用,并可用以组成自动生产线。
总体方案的设计主要包括制定工艺方案(确定零件在组合机床上完成工艺内容及加工方法,选择定位基准和夹紧部位,决定工步和刀具种类及其结构形式,选择切削用量等)、确定机床配置形式、制订影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。
总体方案的拟定是设计组合机床最关键的一步。
方案制定得正确与否,将直接影响机床能否达到合同要求,保证加工精度和生产率,并且结构简单、成本较低和使用方便。
对于同一加工内容,有各种不同的工艺方案和机床配置方案,在最后决定采用哪种方案时,必须对各种可行的方案作全面分析比较,根据工件的加工要求和特点,按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素,并经技术经济分析后拟订出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。
在组合机床诸多零件中,多轴箱和夹具与组合机床密切相关,是组合机床的重要组成部件。
它是选用通用零件"按专用要求设计的,所以是组合机床设计过程中工作量较大的零部件,就多轴箱设计来说,工作量主要集中在传动系统的设计上,轴的设计必须保证各轴的转速、旋向、强度和刚度,而且应当考虑有无让刀,有无调位机构等。
夹具是组合机床的重要组成部件,是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。
它是用于实现被加工零件的准确定位,夹压,刀具的导向,以及装卸工件时的限位等作用的。
组合机床夹具和一般夹具所起的作用看起来好象很接近,但是其结构和设计要求却有着很显著的甚至是很根本的区别。
组合机床夹具的结构和性能,对组合机床配置方案的选择,有很大的影响。
因此,本课题基于使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好提出的要求,着重选择最佳的工艺方案,合适地确定机床工序集中程度,合理地选择组合机床的通用部件,恰当的组合机床的配置型式,合理地选择切削用量,以及设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱就是本次设计主要内容。
具体的工作就是要制定工艺方案,进行机床结构方案的分析和确定,进行组合机床总体设计,组合机床的部件设计和施工设计,使其具有工程意义,实现其在实际应用中的价值。
1.2本课题国内外研究概况
近20年来,组合机床自动线技术取得长足进步,自动线在加工精度、生产效率、利用率、柔性化和综合自动化等方面的巨大进步,标志着组合机床自动线技术发展达到了高水平。
自动线的技术发展,刀具、控制和其他相关技术的进步,特别是CNC空制技术发展对自动线结构的变革及其柔性化起着决定性的作用。
随着市场需求的变化,柔性将愈来愈成为抉择设备的重要因素。
因此,组合机床自动线将面临由高速加工中心组成的FMS的激烈竞争。
组合机床是一种专用高效自动化技术装备,目前,由于它仍是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备,因而被广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。
其中,特别是汽车工业,是组合机床最大的用户。
如德国大众汽车厂在Salzgitter的发动机工厂,在大批量生产的机械工业部门,大量采用的设备是组合机床。
因此,组合机床的技术性能和综合自动化水平,在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构,也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。
现代组合机床和自动线作为机电一体化产品,它是控制、驱动、测量、监控、刀具和机械组件等技术的综合反映。
近20年来,这些技术有长足进步,同时作为组合机床主要用户的汽车和内燃机等行业也有很大的变化,其产品市场寿命不断缩短,品种日益增多且质量不断提高。
这些因素有力地推动和激励了组合机床的不断发展。
组合机床是由大量的通用部件和少量的专用部件组成且工序集中的高效专用机床.由万能机床和专用机床发展而来.由于组合机床工序的高度集中,即在一台机床上可同时完成一种或几种不同工序加工,因此适应了产量大、精度高的生产要求,并且克服了万能机床结构复杂、劳动强度大、生产效率低、精度不易保
证的缺点,以及专用机床通用性差、不适应现代技术迅速发展、产品经常更新的要求.所以,组合机床及其自动线已广泛应用到汽车、柴油机、电动机、仪器仪表以及军工产品等的生产上,并显示出巨大的优越性。
1.3本论文的主要工作及结构
本次设计的题目是汽车变速箱镗孔组合机床的设计(箱体正面的'80_0.013
和M2O0°.O35孔)。
因此,目的是使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好。
从而选择最佳的工艺方案,合适地确定机床工序集中程度,合理地选择组合机床的通用部件,恰当的组合机床的配置型式,合理地选择切削用量,以及设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱就是本次设计主要内容。
具体的工作就是要制定工艺方案,进行机床结构方案的分析和确定,进行组合机床总体设计,组合机床的部件设计和施工设计。
摘要部分,指出了本课题的研究概况,本课题的研究方法,第1章是绪论,主要介绍了本课题的研究背景及意义,指出本课题在国内外的研究概况,并给出了本论文的主要工作及结构。
第2章是本论文的主体部分,主要给出了本次课题研究即镗箱体8^0.013
和12000.035孔两孔的卧式镗孔组合机床的总体设计。
第2章组合机床的总体设计
2.1组合机床工艺方案的拟定
工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步。
因为工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。
因此,应根据工件的加工要求和特点,按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素,并经技术经济分析后拟出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。
2.1.1确定组合机床工艺方案的基本原则
2..1.1.1组合机床工艺方案的基本原则
[1]粗精加工分开原则粗加工的切削负荷较大,切削产生的热变形、较大
夹压力引起的工件变形以及切削振动等,对精加工工序十分不利,影响加工尺寸精度和表面粗糙度。
因此,在拟订工件一个连续的多工序工艺过程时,应选择粗
精加工工序分开的原则。
[2]工序集中原则组合机床运用多刀集中在一台机床上完成一个或多个工件的不同表面的复杂过程,从而有效的提高生产率。
因此,在拟订工艺方案时,
在保证加工质量和操作维修方便的情况下,应适当提高工序集中程度,以便减少
机床台数、占地面积和节省人力,取得理想的效益。
本机床由于所需镗孔的直径比较大,精度较高,要求主轴和机床刚度较好,所以工序应集中,并且两个孔的相对位置精度要求较高所以工序集中加工。
通过两组镗刀对两个100H9孔进行
一次性加工,从而保证精度,质量,生产率。
2.1.1.2备注
镗孔机床都是借助电动机正转进行镗孔,加工完了电动机反转使镗刀退出工件。
电动机的反向和停止是由镗孔行程控制机构来操纵的。
为了确保镗孔电动机
的可靠反向和停止,在电气控制系统设计上,除了一般动作控制信号外,还必须增设互锁保险开关。
为了在镗刀退回原位电动机能及时停止,不因惯性转动造成镗刀超程,破坏镗孔机构的原位状态,在电动机停转时,一般应采用刹车机构以制动。
当一个主轴箱上镗孔主轴少于8根时可以不用。
对特大的镗孔主轴箱有时还应设置两个或更多的刹车机构,以确保可靠的制动。
本设计的主轴箱的主轴只有3根,所以不需要刹车机构。
2.1.2组合机床工艺方案的拟订
2.1.2.1分析、研究加工要求和现场工艺
根据分析、研究被加工零件,80_0.013和12000.035在箱体上一起加工,技术要求及生产纲领。
深入现场调查分析零件(或同类零件)的加工工艺方法,定位和加紧,所采用的设备、刀具及切削用量,生产率情况及工作条件等方面的现行工艺资料,以便制定出切合实际的合理工艺方案。
2.1.2.2定位基准和夹压部位的选择
[1]由于实行多刀加工,切削负荷大,工件受力方向变化,加工零件为箱体,
所以采用一面两销定位,上面夹紧。
[2]组合机床的工艺方法及所能获得的加工精度;表面粗糙度和形位精度。
表1-1所列是组合机床镗孔加工的典型工艺过程
表1-1镗孔加工典型工艺过程
镗孔类别
工艺过程
一般精度内孔
粗镗
较咼精度内孔
粗镗、半精镗、精镗
在镗孔前最好在孔口倒角,以使镗刀容易进入空中,有利于准确的保证镗孔深度。
镗孔一般都采用一个工步一次加工出需要的深度。
但当内孔较深时,可以
利用二次进给的方法来镗孔。
第一次攻到一段距离后,镗刀反转退回,但不全部退出工件,然后镗刀又正转攻进,一直到需要的深度。
这样可以减少因切削阻塞使扭力矩增大,甚至使镗刀折断。
这种分两次镗孔的进给运动,也是通过特殊的镗孔行程控制机构自动控制的。
其工作原理与通用的镗孔行程控制机构类似。
亦可以在通用的镗孔行程控制机构上增加两个行程开关和挡铁来实现。
2.1.3确定组合机床配置型式及结构方案应考虑的问题
根据工件的特点、工艺要求、生产率要求及工艺方案等,可大体确定采用哪种基本配置型式的机床。
配置方案不同对机床的复杂程度、通用化程度、结构工艺性、加工精度、机床重新调整的可能以及经济性等都有不同的影响。
因此,确定机床配置型式和结构方案时应考虑以下主要问题。
在确定机床配置型式和结构
方案时,首先要考虑如何稳定地保证零件的加工精度。
影响加工精度的主要因素有夹具误差和加工误差两方面。
夹具误差:
一般精加工的夹具公差为零件公差的1/3〜1/5。
固定式夹具单工位组合机床可达到的加工精度很高。
2.1.4工艺规程
工序40:
粗、精铣G面。
曲2乜.027
工序50:
钻、扩、铰2-0工艺孔。
工序60:
以G面为基准,粗铣T1、T2侧平面,表面见光即可。
工序70:
以G面为基准,粗铣T3、T4左右平面,表面见光即可。
工序80:
钻T1面4-M10底孔©8.5,攻M10牙。
120亠0.035
工序90:
以G面为基准,粗镗孔0,8^0.013留余量1-2MM。
工序100:
以G面为基准,镗孔30至尺寸。
工序110:
以G面为基准,精铣T3、T4左右平面,保证宽度尺寸365_0.025
到位
工序120:
以G面为基准,精铣T1、T2侧平面,保证宽度尺寸264到位。
工序130:
以T1面为基准,铣倒车齿轮轴孔内端面。
工序140:
精铣G面,保证平面度不大于0.15MM0
工序150:
以G面为基准,精镗孔1200.035,8^0.013至尺寸。
工序160:
钻、攻T1面上13-M10螺纹孔。
工序170:
钻、攻T2面上6-M10螺纹孔。
工序180:
钻、攻T3面上8-M10螺纹孔。
工序190:
钻为8直孔。
工序200:
钻30直孔攻M32螺纹孔
工序210:
钻、攻T3面上8-M10螺纹孔。
2.2加工工序图
被加工零件工序图具有直观的作用,此外,它还具有一些特定的要求。
被加工零件工序图是根据选定的工艺方案,表示在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容,加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹压部以及被加工零件的材料、硬度和在本机床上加工前毛坯情况的图纸。
它是在原有的工件图基础上,以突出本机床或自动线加工内容,加上必要的说明绘制的。
它是组合机床设计的主要依据。
也是制造使用时调整机床,检查精度的重要技术文件。
被加工零件工序图应包括下列内容:
[1]在图上应表示出被加工零件的形状,尤其是要设置中间导向时,应表示
出工件内部筋的布置和尺寸,以便检查工件装进夹具是否相碰,以及刀具通过的可能性。
[2]在图上应表示出加工用基面和夹压的方向及位置,以便依此进行夹具的
支承,定位及夹压系统的设计。
[3]在图上应表示出加工表面的尺寸、精度、光洁度,位置尺寸及精度和技术条件(包括对上道工序的要求及本机床保证的部分)。
[4]图中还应注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及被加工部位的余量。
此外,为了使被加工零件工序图清晰明了,能突出本机床的加工内容,绘制
时对本机床加工部位用粗实线表示,其尺寸打上方框,其余部位用细实线表示。
本设计中,我设计的是镗'80_0.013和12000.035内孔的夹具,采用箱体的G面进行定位,通过压板对箱体的左右经过精铣后的凸台精定位实现定位。
由于利
用工件的G面作为基面,为了使夹紧可靠以及部件配置合理,采用对工件的左右两个凸台进行夹紧。
要求加工之后能满足尺寸的公差范围之内。
整体的定位及夹
紧的位置可见下图所示。
2.3加工示意图
加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一,在机床总体设计中占有重要地位。
它是设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料,同时也是调整机床和刀具的依据。
加工示意图,要反映机床的加工过程和加工方法,刀具尺寸及加工尺寸,主轴尺寸及伸出长度,主轴、刀具、工件间的联系尺寸等,根据机床要求的生产率及刀具特点,合理地选择刀削用量,决定动力头的工作循环。
加工示意图应绘制成展开图,其绘制顺序是:
首先按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图,加工示意图还要绘制出工件加工部位的图形。
加工示意图还要考虑一些特殊要求(如工件抬起、主轴定位、危险区等)。
决定动力头的工作循环及行程。
最后,选择切削用量及附加必要的说明。
综合考虑以上各种注意事项,可以看出加工示意图的绘制方法可以分为几个步骤,即刀具的选择、工序间余量的确定等。
2.3.1技术分析
•80_0.013精度等级:
7H
材料:
1#灰1#灰铸铁硬度:
HB190
通孔加工深度L=19mm
2.3.2刀具的选择
刀具的类型的选择决定于所镗内孔的性质、所镗内孔在工件上的位置、工件
的构造与尺寸及生产的批量。
查[10]P899表10-49
选用细柄机用镗刀H3GB3464-83。
2.3.3镗孔靠模装置选择
在组合机床上镗内孔多采用镗孔靠模装置。
其原理仍然是“自引法”镗孔。
这种镗孔装置的进给运动,直接由靠模螺杆、螺母得到。
常用的靠模装置有:
TO281型镗孔靠模装置和TO282型靠模装置。
本设计中采用了通用的TO281型镗孔靠模装置
TO281型镗孔靠模
这种靠模装置有镗孔靠模和镗孔卡头配合组成,并由镗孔装置配置成镗孔组合机床。
动力由镗孔主轴通过双键传到镗孔靠模杆,再经平键传递给镗孔卡头上的镗刀。
靠模螺母通过结合子和弹簧装在套筒内,套筒由压板压在靠模板谁上。
镗孔时,靠模杆边转动边向前移动,其进给量与镗刀引进量相同。
压板的压力要适当,以保证镗刀遇到故障不能前进,扭力增大,靠模杆与靠模螺母同时转动,停止进给,避免破坏传动件或扭转镗刀。
这种装置易于调整,只要松开压板,则可方便的将镗孔靠模取出,且在变动加工螺孔规格时,易装卸调换。
234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流右。
查阅[2]P51表2-17镗孔切削速度
加工材料为1#灰铸铁切削速度:
v=4〜8m/min
查[10]P1142表14-90
x1.2
由公式计算得V=害耗=蔦62:
8“。
.9=(299m/min
tpy30汉1.25
取v=8m/min
进给量为镗刀的导程f=1.25mm/r
由公式:
v=ndn得:
主轴转速n=318/r/min
2.3.5确定主轴类型、尺寸、外伸长度
主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联结结构进行确定。
主轴轴颈及
轴端尺寸主要取决于进给抗力和主轴——刀具系统结构。
通用镗孔主轴有两种
(1)滚锥轴承镗孔主轴
(2)滚针轴承镗孔主轴。
2.3.5.1主轴类型
查[9]表4-2
选用滚锥轴承镗孔主轴
2.3.5.2主轴尺寸
根据公式:
d=6.2410T(2-2)
可算出本设计中镗孔主轴的大致直径
式中:
d主轴直径(mrh
t――转矩(n•m
加工1#灰铸铁时T=0.195D1.4P1.5
(2-3)
由于本设计中D=5mmP=1.25mn,所以
查[9]中表3-5镗孔主轴直径的确定,得螺纹M5的主轴直径d=17mm转矩
T=5N-m
查[9]表3-6和4-2主轴直径d=20mm
外伸尺寸L=120mm
2.3.6选择接杆、浮动卡头
加工内孔时,常采用镗孔靠模装置和镗孔卡头及相配套的镗孔接杆,镗刀用
相应的弹簧夹头装在镗孔接杆上。
查[9]中图8-1
选用用于夹持M6-M30的机用镗刀弹簧夹头。
查[9]中图8-6选用镗孔卡头及镗孔接杆。
2.3.7动力部件工作循环及行程的确定
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运动到加工终了位置,又返回到原位的动作过程。
(主觥轴
MIit
«
2.3.7.1工作进给长度L工的确定
L工=L1+LL2
L工=55+8=63mm
切入长度一般为5~10mm,取8mm。
切出长度为0。
2.3.7.2快速引进长度确定
快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置,其长度由具体情况确定。
本工序选取快速引进长度为80mm。
2.3.7.3动力部件总行程的确定
动力部件总行程为快退行程和前后备量之和。
总行程为630mm前备量为63mm,后备量为487mm。
2.4机床联系尺寸图
2.4.1机床联系尺寸图作用和内容
机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据,并按初步选定的主要通用部件以及确定专用部件的总体结构而绘制的。
是用来表示机床的配置形式、主要构成及各部件安装位置、相互关系、运动关系和操作方位的总体布局图。
机床联系尺寸总图表示的内容:
[1]表示机床的配置形式和总布局。
[2]完整齐全的反映各部件之间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及滑台工作循环总的工作行程和前后备量尺寸。
[3]标注主要通用部件的规格代号和电动机型号、功率及转速,并标出机床分组编号及组件名称,全部组件应包括机床全部通用及专用零部件。
[4]标明机床验收标准及安装规程。
2.4.2绘制机床尺寸联系总图之前应确定的内容
2.4.2.1选择动力部件
动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。
根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理因素,确定机床为卧式双面单工位液压传动组合机床,液压滑台实现工作进给运动,选用配套的动力箱驱动多轴
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