汽车变速箱上端面钻孔组合机床设计.docx
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汽车变速箱上端面钻孔组合机床设计
汽车变速箱上端面钻孔组合机床设计
毕业设计论文
题目汽车变速箱上端面钻孔组合
机床设计多轴箱部分
姓名陈刘洋
所在学院机械工程学院
专业班级机电一体化2班
学号0520111219
指导教师张道德
日期2008年5月20日
前言
本设计需要综合运用大学三年所学的知识同时还需进一步学习各方面相关的知识发挥创新能力本设计作为一名机械工程学院机电专业学生的毕业设计满足毕业设计的要求难度及工作量适中在内容上力求简明扼要严格精选
本设计论文包括以下几大部分内容中英文摘要绪论第一章机床总体设计第二章多轴箱部件设计第三章多轴箱零件校核及总结和参考文献
本设计全部采用最新的国家标准和技术规范以及标准术语和常用术语
本设计全部由机械工程学院张道德教授指导在设计中承蒙张教授和本设计组中同学的支持和帮助为本人提供了许多宝贵的意见和建议资料在此表示衷心的感谢
由于本人水平有限在设计中难免有错误和不妥之处恳请各位老师批评指正
陈刘洋
2008年5月
目录
前言1
中文摘要Ⅰ
英文摘要Ⅲ
绪论1
第一章组合机床总体设计5
1-1组合机床工艺方案的制定5
1-2组合机床切削用量的选择6
1-3组合机床配置型式的选择6
1-4组合机床的总体方案设计7
第二章多轴箱部件设计13
2-1多轴箱设计13
2-2主轴设计13
2-3齿轮布置13
2-4多轴箱的润滑手柄轴的设置17
第三章多轴箱零件校核19
3-1轴的校核19
3-2齿轮的校核22
3-3轴承的选择与校核24
总结26
参考文献27
摘要
本论文主要说明组合机床设计的基本过程及要求组合机床是按高度集中原则设计的即在一台机床上可以同时完成同一种工序或多种不同工序的加工组合机床发展于工业生产末期与传统的机床相比组合机床具有许多优点效率高Abstract
ThisthesismainlyelucidatesthebasicprocessandrequirementsthatdesignofthecombinationmachineCombinationmachineisdesignedaccordingthefundamentalwhichhighlycentralizedormorecorrectlyitcanprocessoneworkingprocedureormoredifferentworkingproceduresatonetimeCombinationmachinewasdevelopedintheendofindustrialproductioncomparedwithtraditionalmachinecombinationmachinehasmanyadvantagessuchashighefficiencyhighaccuracyandlowcostItiscomposedofsomegeneralpartssuchasbedcolumnworkablepowerunitandsomespecialpartsdesignedaccordingtodifferentworkpiecemachiningneed
TheprefaceofalotofworkscanbecompletedonthecombinationmachinebutinregardtothemajoritycurrentusageofcombinationmachinethenandprimarilyusedfortheflatsurfacetoprocessandtheboretoprocesstwobigworkprefaceThemainpartincluding1FormulatingtechnologicalplanWevelearnedthecharacteristicofthepartdesignedaccuracyandspecificationlocatingandfixingproductivityandmachiningstructurebythepracticeThenthetechnologicaloperationandworkordercanbedeterminedwhichcanbefinishedincombinationmachine2CombinationmachineframedesigndeterminestheinterrelationofthedifferentpartinthemachiningtoolselectgeneralpartsandtoolorientedThencomputecutfeedandproductivityfinallydrawasketchmapofthemachine3Combinationmachinepartsdesignincludingheadstockpropertransmissionlayoutshaftandgearmovefreelywithoutinterferencewhichensurethestabilityandaccuracyduringtransmissionthendesigndedicatedselectbearingsandengineetc4HydraulicpressureequipmentdesignslipwayandlocatingandfixingdeviceareallcontrolledbyhydraulicpressureItadoptsmanyhydrauliccontrolvalveswhichensurethestabilitycirculationandaccuracy
Inadditionthethesisdealswithamountofcomponentsdevicesandcalculationsincluding1Choiceofthemainshaftanddisposaloftransmissionbydoingsotoensuretheaccuracyofcomponentsmachininginprocesswhenthemainshaftrotating2Thedeviceandcheckofthetransmissionshaftsoitcanassuretherigidityoftheshaftisallowable3GeardeviceandcalculationschecktheperformanceinthestrengthandrigidityofitheadstockisaveryimportantpartinthisthesisthedesignofitherenotonlyensurestherationalityequipoiseandstabilityofthemotionoftheslipwaybutalsosatisfiestherequirementsofdifferentworkenvironmentSomanydesignandcalculationsaboutitinthisthesissuggeststhissystemfullymeetstherequirementsindesignandworktheoretically
Keywords
combinationmachinedesignprocessfunction
绪论
一组合机床及其特点
组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效专用机床它能够对一种或多种零件进行多刀多轴多面多工位加工在组合机床上可以完成钻孔扩孔铰孔镗孔攻丝车削铣削磨削及滚压等工序生产效率高加工精度稳定
组合机床与通用机床其他专用机床比较具有以下特点
1组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零部件总量的7080因此设计和制造的周期短投资少经济效果好
2由于组合机床采用多刀加工并且自动化程度高因而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成批制造因此结构稳定工作可靠使用和维修方便
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等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当被加工产品更新时采用其他类型的专用机床时其大部部件要报废用组合机床时其通用部件和标准零件可以重复利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的生产需要
组合机床虽然有很多优点但也还有缺点
1组合机床的可变性较万能机床低重新改装时有1020的零件不能重复利用而且改装时劳动量较大
2组合机床的通用部件不是为某一种机床设计的它是具有较广的适应性这样就使组合机床的结构较专用机床稍为复杂些
二组合机床的分类
组合机床有大型组合机床与小型组合机床两大类它们不仅在体积和功率上有大小之别而且在结构和配置型式等方面也有很大的差异这里主要说明大型组合机床的配置型式大型组合机床的配置型式可分为三大类
1具有固定式夹具的单工位组合机床
这类组合机床夹具和工作台都固定不动动力滑台实现进给运动滑台上的动力箱实现切削主运动根据动力箱和多轴箱的安置方式不同又可分为以下几种
1卧式组合机床动力箱水平安装
2立式组合机床动力箱垂直安装
3倾斜式组合机床动力箱倾斜安装
4复合式组合机床动力箱具有上述两种以上的安装状态
2具有移动式夹具的多工位组合机床
这类组合机床的夹具安装在直线移动工作台或回转工作台上并按照一定的节拍时间作间歇移动或转动使工位得到转换这类机床的配置型式常见的有以下四种
1具有移动工作台的机床这类机床的夹具和工件可作直线往复移动
2具有回转工作台的机床这种机床的夹具和工件可绕垂直轴线回转在回转工作台上每个工位通常都装有工件
3鼓轮式机床这种机床的夹具和工件可绕水平轴线回转此种机床一般为卧式单面或卧式双面而较少采用三面配置此外也有辐射式的它除了安装卧式动力部件外还在垂直于鼓轮回转的平面上安装动力部件
4中央立柱式机床这种机床具有台面直径较大的环形回转工作台在工作台中央安装立柱立柱上安装动力部件而在工作台的周围还安装有卧式动力部件工件和夹具则安装在回转工作台上这种机床一般都是复合式的
3转塔多轴箱式组合机床
转塔多轴箱式组合机床分为两类单轴转塔动力头式组合机床和多轴转塔头式组合机床前者转塔头的每个结合面可安装一个刚性主轴后者转塔头的每个结合面可安装一个多轴箱这种机床一般配置型式有
1转塔式多轴箱只实现切削运动被加工零件安装在滑台上由滑台实现进给运动
2转塔式多轴箱安装在滑台上转塔式多轴箱既实现切削主运动又实现进给运动
其中转塔多轴箱式组合机床可能组成双面式或三面式同时对工件的两三个平面进行加工
三组合机床的工艺范围
组合机床可完成的工艺有铣平面刮平面车端面钻孔扩孔镗孔铰孔攻丝倒锪窝钻深孔切槽等随着综合自动化技术的发展组合机床可完成的工艺范围也在不断扩大除了上述工艺外还可完成车外圆车锥面车弧面切削内外螺纹滚压孔拉削内外圆柱面和平面磨削抛光珩磨甚至还可以进行冲压焊接热处理装配自动测量和检查等
四组合机床的发展方向
近几年组合机床在汽车拖拉机柴油机电机仪器缝纫机自行车阀门矿山机械冶金航空纺织机械及军工等部门已获得广泛的使用一些中小批量生产部门也开始推广使用我国在组合机床及其自动线上将获得较快的发展其发展方向为
1提高通用部件的水平衡量通用部件水平的主要标准是品种规格齐全动静态性能参数先进工艺性好精度高和精度保持性好
目前应注意开发适应强力铣削的大功率动力滑台高精度镗削头和高精度滑台以及适应中小批生产的快调速换动力部件和支承部件
机械驱动的动力部件具有性能稳定工作可靠等优点目前机械驱动的动力部件应用了交流变频调速电机和直流伺服电机等使机械驱动的动力部件增添了新的竞争能力
动力部件采用镶钢导轨滚珠丝杠静压导轨静压轴承齿形皮带等新结构支承部件采用焊接结构等由于提高了部件的精度和动静态性能因而使被加工的工件精度明显提高表面粗糙度减小
2提高生产率目前组合机床及其自动线的生产率不断提高循环时间一般是12分钟有的只用1030秒提高生产率的主要方法是改善机床布局增加同时加工的刀具减少加工余量提高切削用量提高工作可靠性以及缩短辅助时间等为了减少自动线的停车损失提高自动线的柔性采用电子计算机进行自动线的管理
3扩大工艺范围现在组合机床及其自动线一般已不是完成一个工件的某几道工序而常常是用于完成工件的全部加工工序除过去完成平面铣削钻孔扩孔锪孔攻丝粗镗孔外现在已扩大到能完成车削磨削拉削精镗以及非切削加工如检查自动装配清洗试验以及打印分类等工序
4提高加工精度现在在组合机床及其自动线上又纳入了很多精加工工序如进行1级精镗保证孔加工位置度在002毫米为了使自动线能稳定地保证加工精度已广泛采用自动测量和刀具自动补偿技术保证调刀不停车
5提高自动化程度目前组合机床及其自动线发展十分迅速越来越多的组合机床用于组成自动线组合机床本身则是全自动方向发展的为此重点是解决工件夹压自动化和装卸自动化
6提高组合机床及其自动线的可调性为了提高中小批生产的一些箱体件的生产率近几年来发展了可调的多工序多刀具的组合机床及其自动线它们大多采用数字程序控制除早期发展的多品种成组加工的组合机床及其自动线外还创造了自动换刀和自动更换多轴箱的组合机床还有用于加工中小批生产箱体零件的可自动更换对多轴箱的组合机床用一台这样的机床就能完成一种工件的全部工序加工能起到一条流水线的作用特别是数字程序控制的发展为发展这种机床创造了更有利的条件
7创制超小型组合机床为了适应仪器仪表工业小箱体加工需要创制超小型组合机床是必需的这种机床多由超小型气动液压头配置而成体积小效率高并能达到高的加工精度
8发展专用组合机床及其自动线随着组合机床技术的发展过去一直被认为需按具体加工对象专门设计而是可以作为通用品种进行成批生产的用户根据自己加工产品的需要配上刀具及工艺装备即可组成加工一定对象的高效机床
组合机床总体设计
1加工工序和加工精度
被加工零件需要在组合机床上完成的工序及加工精度是制定机床工艺方案的主要依据
本组合机床为钻孔8个孔
孔的精度Φ10H6
2被加工零件特点
工件硬度HB170220
材料HT150
铸件
3工件生产方式
被加工零件的生产批量的大小对机床工艺方案制定也有影响变速箱的粗加工1采用一面二孔定位方法
选择底面C为工艺基面
2夹紧面为顶面非加工侧的边缘部分
2加工工艺的分析
加工精度6级
加工余量扩孔20毫米
刀具选择标准钻头
3切削用量的选择
钻孔加工直径为Φ10
切削用量的选取可采用查表法从附录一的切削用量表1可知工件材料为HT150HB为170220其切削速度为1624米分走刀量为0204毫米转
对各主轴转速的选取当取切削速度V为163米分时8根主轴的转速均为
对走刀量的选取考虑到工件系灰铸铁件材质较差可选用较低的数值即取f为020毫米转
对切削深度的选取因在实体上钻孔故其数值均为加工孔径的一半即取t为05D
1-2组合机床切削用量的选择
组合机床的正常工作与合理地选用切削用量即确定合理的切削速度1尽量做到合理利用所有刀具充分发挥其性能
2复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用寿命
3选择切削用量时应注意零件生产批量的影响
4切削用量选择应有利于多轴箱设计
5选择切削用量时还必须考虑所选动力滑台的性能
1-3组合机床配置型式的选择
我们在选择机床配置方案时反对贪大求全应正确处理先进性和可靠性的关系选择符合多快好省的机床方案
现有立式和卧式两种方案比较如下
主要比较指标
1加工精度立式加工精度较卧式高
2排除铁屑的方便性卧式较好
3夹具形式的影响考虑到加工工艺要求应选用立式
4占地面积立式较好
其余指标如机床生产率机床使用方便性和自动化程度机床结构的复杂程度和通用化程度等两种方案之间相差不大
综合考虑应选用立式单工位组合机床
1-4组合机床的总体方案设计
组合机床的总体设计就是针对具体的被加工零件在选定的工艺和结构方案的基础上进行方案图纸设计这些图纸包括被加工零件工序图加工示意图生产率计算卡片机床联系尺寸图
1被加工零件工序图
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分的尺寸及精度技术要求加工定位基准夹压部位以及被加工零件的材料硬度和在本机床加工前毛坯情况的图纸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被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸
2加工用定位基准夹压部位及夹压方向以便依此进行夹具的定位支承包括辅助定位支承限位夹紧导向系统的设计
3本道工序加工部位的尺寸精度4必要的文字说明如被加工零件编号1刀具的选择如下图
标准钻头Φ10mm
2工序间余量的确定
钻孔后留20mm的加工余量
3导向结构的选择如下图
采用固定式导向在每一个主轴上布置一个位置应在靠近工件上端面距离为15mm
4动力箱工作循环及其行程的确定
根据加工尺寸要求确定工作进给长度为20mm快速进给可定为200mm
考虑到加工多层壁上的孔工作循环应如下
3组合机床生产率的计算
根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度n5191转每转进刀量f02mmr进给长度L20mm所以工进时间T工为
辅助时间T辅为
T辅T空T移T装T停
式中
T空动力头空程快进及快退时间其值为
T空L1L2L3V空
其中L1第一次快进长度L1200mm
L2第二次快进长度L20mm
L3快退长度L3230mm
V空动力头空程速度V空5米分故
T移零件送进及移出时间其值为
T移01分
T装零件的装卸时间其值为
T装1分
T停005分
综上述零件的单件工时T单为
T单0300860110051536分
2机床生产率的计算
3编写机床生产率计算卡
机床生产率计算卡见下页
被
加
工
零
件图号毛坯种类铸件名称汽车变速箱上端面钻孔毛坯重量材料HT150硬度170220HRC工序名称钻8个孔工序号序
号工
步
名
称被
加
工
零
件
数
量加
工
直
径
mm加
工
长
度
mm工
作
行
程
mm切
削
速
度mmin每
分
钟
转
数
rmin进
给
量
mmr工时min机
动
时
间辅
助
时
间共
计1装卸工件1112Ⅰ快进2000040．04Ⅰ工进Ф1020301635191020303移动10101停留0．050．05快退2300．0460．046备注装卸工件时间取于操作者的熟练程度本机床计算时取1min总单件工时1536机床生产率39件时机床负荷率82
4Ф10mm8个
切削用量n5191转分f02mmr
多轴箱动力计算
P030382424KW
F1861067814888536N
电动机功率N主
N主N切η
按照主轴箱机械传动效率η0809当主轴数少于15时取大值即取η09
N主N切η2424092693KW
2机床有关部件及尺寸的确定
动力部件用以实现切削刀具的旋转和进给运动是机床最主要的通用部件
组合机床动力部件有多种结构型式和不同的传动方式该组合机床的主无能运动旋转运动采用机械传动由动力箱上的电动机通过齿轮传递运动和动力进给运动采用液压驱动即液压动力
据电机功率N主为2693千瓦可选用封闭式三相异步电动机YIP44
型号Y132S-6额定功率3KW
额定转速960rmin
动力箱选用1TD40Ⅲ见图1驱动轴转速n0480rmin
液压动力滑台选用1HY40ⅠA其主要技术参数台面宽度400mm台面长度800mm
行程400mm最大进给力20000N
工进速度125500mmmin
快速移动速度8mmin
图11TD40Ⅲ
多轴箱最大轮廓尺寸根据动力箱和工序图初选500Х500立式主轴箱
导轨由主轴箱或其它油源输出的压力油经分油器分别输送至导轨各个润滑点进行润滑
滑台的工作循环采用电气Ф10的孔根据主轴直径和加工孔的关系查经验手册取工作主轴直径d25mm主轴隔套外径30mm
2-3齿轮布置
1传动比分配
主轴箱内的传动比最佳为115在主轴箱后盖内的齿轮传动比根据需要其传动比可以取大些但一般不超过335齿轮模数一般取2253或35齿数一般在1770齿宽b取32mm或24mm在传动系统中最后一级采用升速传动为了使主轴上的齿轮不过大
2传动系统设计
驱动轴传动轴Ⅰm3A92mm取21u2140
4063mm120mm
480rmin252rmin
2传动轴Ⅰ主轴3m3A1151792mmu520252
取2651153mm
78mm252rmin520rmin
主轴456均与主轴3相同由传动轴Ⅰ带动
3主轴1传动轴Ⅱm3A9675mm21u4321
4363mm129mm
520rmin254rmin
主轴2与主轴1一样
传动轴Ⅲ和主轴7与8之间的传动与其一样
4传动轴Ⅱ传动轴Ⅰm3A125mmu4043
4043120mm129mm
252rmin234rmin
5驱动轴手柄轴m3A92mmu2140
120mm63mm
2140480rmin252rmin
6传动轴Ⅳ油泵轴m2A70mmu206
244648mm92mm480rmin232rmin
7手柄轴传动轴Ⅳm2A70mmu09246
4284mm92mm
252rmin232rmin
轴9是驱动轴轴10是传动轴I
轴11是传动轴II轴12是传动轴III
3传动轴直径计算经过公式简单计算可得各传动轴直径均取30mm
4多轴箱坐标计算
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