1P68F下箱體左主軸箱設計【說明書+CAD】
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本科畢業(yè)設計說明書(論文) 第29頁 共30頁1 引言1.1 概述大學生活已接近尾聲,在這最后我們對大學四年來所學到的基礎知識和專業(yè)知識做了一次系統(tǒng)性的總結與綜合運用畢業(yè)設計。畢業(yè)設計是我們專業(yè)課程只是綜合應用的實踐訓練,也是培養(yǎng)我們分析問題和解決問題能力的良好的機會,而且畢業(yè)設計也是大學教學的最后一個重要環(huán)節(jié)。這是我們從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程。因此,認真踏實地做好這次畢業(yè)設計不僅意味著我們能否順利畢業(yè),而且對今后我們走上工作崗位后能否很出色的做好自己的工作也有十分重要意義。另外,畢業(yè)設計還可以培養(yǎng)我們獨立思考,開發(fā)思維和協(xié)調工作的能力,這對今后踏入社會以后能否盡快地適應社會也有很大的幫助。機械工業(yè)的生產水平是一個國家現代化建設水平的主要標志之一。這是因為工業(yè)、農業(yè)、國防和科學技術的現代化程度,都會通過機械工業(yè)的發(fā)展程度反映出來。人們之所以要廣泛使用機器,是由于機器既能承擔人力所不能或不便進行的工作,又能較人工生產改進產品的質量,特別是能夠大大提高勞動生產率和改善勞動條件。機械工業(yè)肩負著為國民經濟各個部門提供技術裝備和促進技術改造的重要任務,在現代化建設的進程中起著主導和決定性的作用。所以通過大量設計制造和廣泛使用各種各樣先進的機器,就能大大加強和促進國民經濟發(fā)展的力度,加速我國的社會主義現代化建設。 機械加工工藝是實現產品設計,保證產品質量、節(jié)約能源、降低成本的重要手段,是企業(yè)進行生產準備,計劃調度、加工操作、生產安全、技術檢測和健全勞動組織的重要依據,也是企業(yè)上品種、上質量、上水平,加速產品更新,提高經濟效益的技術保證。然而夾具又是制造系統(tǒng)的重要組成部分,不論是傳統(tǒng)制造,還是現代制造系統(tǒng),夾具都是十分重要的。因此,好的夾具設計可以提高產品勞動生產率,保證和提高加工精度,降低生產成本等,還可以擴大機床的使用范圍,從而使產品在保證精度的前提下提高效率、降低成本。當今激烈的市場競爭和企業(yè)信息化的要求,企業(yè)對夾具的設計及制造提出了更高的要求。我們這些即將大學畢業(yè)的機械工程及自動化專業(yè)的學生,要進行對本專業(yè)所學習的知識進行綜合的運用和掌握,為此我們要進行畢業(yè)設計,要自己動手進行思考問題,為社會主義現代化建設的發(fā)展貢獻力量,也要從此邁出展現自己價值的第一步。在大批量生產中為了提高生產率,必須注意縮短加工時間和輔助時間,而且盡可能使輔助時間和加工時間重合,使每個工位安裝多個工件的同時進行多刀加工,實行工序高度集中,因而廣泛采用組合機床。組合機床是用已經系列化、標準化的通用部件和少量專用部件組成的多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的高效專用機床,生產率比通用機床高幾倍至幾十倍,可以進行鉆、鏜、鉸、攻絲、車削、銑削、車孔端面等工序,隨著組合機床的發(fā)展,其工藝范圍日益擴大,如:焊接、熱處理、自動測量和自動裝配、清洗等非切削工序。1911年,美國為加工汽車零部件研制了組合機床。在發(fā)展初期,各機床制造廠都執(zhí)行自己的通用部件標準。為方便用戶使用和維修,提高互換性,確定機床通用部件標準化的原則,并規(guī)定了部件間聯系尺寸。1973年ISO公布了第一批組合機床通用部件標準,它包括了汽車、農業(yè)、紡機和儀表工業(yè)。1978年、1983年又第二次作了增補。目前,我國組合機床的通用部件約占70%90%。組合機床廣泛應用于大批量生產的行業(yè),如:汽車、拖拉機、電動機、內燃機、閥門縫紉機等制造業(yè)。主要加工箱體零件,如汽缸體、變速箱體、汽缸蓋、閥體等,一些重要零件的關鍵加工工序,雖然生產批量不大,但也采用組合機床來保證其加工質量。目前,組合機床的研制正向高效、高精度、高自動化的柔性方向發(fā)展。組合機床是用按系列化、標準化設計的通用部件和按工件的形狀及加工工藝要求設計的專用部件組成的專用機床,屬于一次性設計、一次性制造的單件生產產品。因此,設計量大,設計工作復雜。在當前競爭激烈的市場經濟中,用戶對機床的技術先進性、質量可靠性以及供貨周期都要求很高,而保證這諸多因素的關鍵是設計。過去那種落后的手工設計方法已不能滿足產品設計的要求,采用CAD技術,甩掉圖板,已成為當前技術革命的潮流,勢在必行。國外組合機床CAD技術的研究開始得比較早。70年代初,一些工業(yè)發(fā)達國家首先在多軸箱CAD方面開始研究。尤其是進入90年代以來,隨著計算機技術的發(fā)展,交互式繪圖和數據庫管理系統(tǒng)等的發(fā)展和應用,使組合機床CAD技術日益實用且使用范圍不斷擴大,發(fā)達國家在組合機床設計中已普遍采用了CAD技術。目前,正在向CAD/CAM集成系統(tǒng)發(fā)展。近年來,據我們對美國幾個主要機床廠家(BURGMAST、KINGSBURY、INGERSOLL LAMB、CINCINNATI、MILACRON、CROSS等公司)的了解,其CAD技術已得到普遍應用。其中最引人注目的是INGERSOLL公司具有50個交互式CAD工作站組成的軟、硬件環(huán)境,使其實現了幾乎百分之百的CAD化。國內對組合機床設計采用CAD的認識也比較早。70年代初,大連組合機床研究所就開始了這方面的研究工作。1978年國家把組合機床CAD列為機械工業(yè)重點項目,并責成上海交通大學、大連組合機床研究所、機械部自動化研究所負責,大連理工大學、清華大學、北京工業(yè)大學、上海機電產品研究院等單位參加,對鉆孔組合機床CAD進行了研究,從此揭開了我國組合機床CAD技術的序幕。經過十多年的努力,取得了初步成果。但是,組合機床CAD系統(tǒng)是在VAX-750和Micro VAX上開發(fā)的,硬件投資大,不易于推廣應用。受當時硬件條件及軟件環(huán)境的限制,軟件適用范圍窄,用戶使用不方便。CAD技術是當代電子信息技術的重要組成部分,CAD技術商品化應作為高新技術產業(yè)中重中之重。在支撐軟件和硬件的基礎上,針對不同行業(yè)、不同專業(yè)進行軟件二次開發(fā),開發(fā)出適合本行業(yè)、本專業(yè)的專用商品化軟件,不僅可以取得良好的經濟效益,而且會取得重大的社會效益。“九五”期間國家把汽車工業(yè)作為國民經濟的支柱產業(yè),給汽車工業(yè)提供技術裝備的組合機床行業(yè)得以迅速發(fā)展。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,提高組合機床設計質量、縮短設計周期便成為極其迫切的任務。采用組合機床CAD技術,能縮短設計周期,提高產品設計質量,提高企業(yè)在行業(yè)中的競爭力,給企業(yè)帶來顯著的經濟效益。大連是我國重要的工業(yè)基地,作為組合機床行業(yè)科技開發(fā)中心的大連組合機床研究所,應當發(fā)揮行業(yè)的主導作用,為實現設計自動化、增強企業(yè)技術創(chuàng)新能力和產品競爭能力,推動我國組合機床設計水平,盡快向組合機床行業(yè)廠提供功能強、操作靈活、界面友好、技術含量高的組合機床CAD軟件。隨著微電子技術的發(fā)展,微機的性能有了很大的提高?,F在P已經主導市場,P開始上市,其CPU性能指標已接近幾年前的工作站指標。國外CAD軟件向微機的Window95/98、Windows NT上移植,如Pro/Engineer、-DEAS、CADDS5等。微機的圖形加速卡性能在提高,基本上能進行實體的移動和旋轉。微機CAD是一個發(fā)展方向,相應的硬件比工作站要降低很多。經過幾年的努力,我們利用Windows的SDK軟件開發(fā)技術、Windows環(huán)境下多進程間的動態(tài)數據交換技術(DDE)、數據庫操作技術(ODBC)、圖形軟件二次開發(fā)技術及目標鏈接與嵌入技術(OLE),開發(fā)了集通用機械CAD和組合機床CAD于一體的CAD集成系統(tǒng)。組合機床多軸箱傳動系統(tǒng)是一個多軸、多齒輪、多排次的復雜齒輪傳動系統(tǒng)。我們采取了二軸、三軸齒輪傳動的基本方法,傳動系統(tǒng)的生成就是這兩種基本連接方法的不斷組合、調用。1.2 課題的來源及研究意義本研究課題是以機械集團的1P68F發(fā)動機下箱體右主軸箱為設計對象,目的是對箱體結合面進行鉆孔加工。江蘇林海動力機械集團是集科工貿及金融與大專院校于一體的由60多個成員單位組成的跨行業(yè)、跨地區(qū)的大型企業(yè)集團,機械集團公司的核心企業(yè)。企業(yè)始建于1956年,具有五十年研制和生產小型動力及配套機械的歷史,有專業(yè)生產線和柔性生產線組成的國內一流的生產制造系統(tǒng),有達到國家一級計量水平的計量檢測系統(tǒng),有動力試驗中心和CAD開發(fā)中心組成的研究開發(fā)系統(tǒng)等,具備了強大的產品開發(fā)能力。企業(yè)主要生產摩托車、摩托車發(fā)動機、特種車輛、小型汽油機、小型汽油發(fā)電機組、林業(yè)機械、消防機械等七大類100多種規(guī)格的產品。本次設計將根據企業(yè)的自身要求,以現有的加工設備為基礎,為1P68F發(fā)動機下箱體結合面的鉆孔加工設計專用的雙面鉆專機右主軸箱設計,在滿足生產要求的基礎上提高生產率,并盡量節(jié)約成本。同時通過本次設計,培養(yǎng)學生綜合運用所學基礎理論、專業(yè)知識和各項技能,著重培養(yǎng)設計、計算、分析問題和解決問題的能力,進而總結、歸納和獲得合理結論,進行較為系統(tǒng)的工程訓練,初步鍛煉科研能力,提高論文撰寫和技術表達能力,為實際工作奠定基礎。2 制“三圖一卡”繪制組合機床”三圖一卡”,就是針對具體零件,在選定的工藝和結構法案的基礎上,進行組合機床總體法案圖樣文件設計。內容包括:繪制被加工零件工序圖,加工示意圖,機床聯系尺寸圖和編制生產率計算卡”。本次設計工序是鉆結合面的孔。2.1 加工工序圖2.1.1被加工零件工序圖的作用和要求被加工零件工序圖是根據制定的工序方案,表示所設計的組合機床上完成的工序內容,加工部位的尺寸,精度,表面粗糙度及技術要求,加工用的定位基準,夾壓部位以及被加工零件的材料,硬度和在本機床加工前加工余量,毛坯或半成平情況的圖樣,除了設計研制合同外,它是組合機床設計的具體依據,也是制造,使用,調速和檢驗機床精度的重要文件。2.1.2被加工零件工序圖的內容 (1) 被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸及本工作設計有關部位結構形狀尺寸。(2) 本工序所選用的定位基準,夾緊部位及夾緊方向。(3) 本工序加工表面的尺寸,精度,表面粗糙度,形位公差等級,技術要求以及對上道工序的技術要求。(4) 注明被加工零件的名稱,編號,材料,硬度以及加工部位的余量。2.1.3 編制被加工零件工序圖的注意事項(1) 本機床加工部分的位置尺寸由定位基面標起,尤其在本機床加工,所選用的定位基面與設計基面不一致時,還必須對各孔要求的位置精度進行分析和換算,即把不對稱公差的尺寸換算成對稱公差尺寸。以便在進行夾具鏜??自O計和主軸箱設計時,確定鏜模孔尺寸及主軸位置尺寸,并把各孔位置尺寸改為從定位基面標注。(2) 對孔的加工余量要認真分析,在鏜階梯孔時,其大直徑孔的單邊余量應小于相鄰兩孔半徑之差,以便鏜刀能通過。在加工毛坯孔時,不僅要弄清楚加工余量,還需要注意孔德鑄造偏心及鑄造毛刺大小,以便設計相應尺寸的鏜桿,保證加工能正常進行。為了使被加工零件工序圖清晰明了,能突出本機床加工內容,繪制時對本機床加工部件用粗實線表示,其尺寸打上方框,其余部位用細實線表示,定位基準符號用“”,”表示,夾壓位置符號用表示。2.1.4零件工序簡圖如下圖1所示。圖 12.2 加工示意圖2.2.1 被加工零件示意圖的作用:加工示意圖是在工藝方案和機床總方案初步確定的基礎上繪制的。是表達工藝方案、具體的機床工藝方案圖。它是設計刀具夾具多軸箱和液壓、電氣系統(tǒng)以及選擇動力部件。繪制機床總配合尺寸圖的主要依據,是對機床總體布局和性能的原始要求,也是調整機床刀具所必須的重要技術文件。2.2.2被加工零件示意圖的內容:(1) 機床的加工方法、切削用量、工作循環(huán)和工作行程。(2) 工件、刀具及導向、托架及多軸箱之間的相對位置及其聯系尺寸。(3) 主軸結構類型、尺寸及外伸長度。(4) 刀具類型、數量和結構尺寸、直徑和長度、接桿、浮動卡頭、導向裝置、攻螺紋靠模裝置等結構尺寸。(5) 刀具、導向套間的配合,刀具、接桿主軸之間的連接方式及配合尺寸等。(6) 加工部位結構尺寸、精度及分布情況。(7) 工件名稱、材料、加工余量、切削液及是否需要讓刀等。(8) 工件加工部位向視圖,并在向視圖上編出孔號。2.3 選擇刀具、導向及有關計算2.3.1選擇刀具 選擇刀具應考慮工件材質、加工精度、表面粗糙度、排泄及生產率等要求。只要條件允許,應盡量選用標準刀具??准庸さ毒撸ㄣ@、擴、絞等)的直徑應與加工部位尺寸、精度相適應,其長度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾端離導向套外端面30-50mm,以利排泄和刀具磨損后有一定的向前調整量。本工序為鉆6個8的通孔。工件材料為:特種合金鋁,硬度210-241HBS。精度為10m。初選刀具為硬質合金擴孔鉆。查閱組合機床設計簡明手冊p47表2-7初選切削用量:(1) 加工直徑 d=8mm切削速度 v=40m/min 進給量 f=0.2mm/r 得 主軸轉速 (2) 導向套的選擇 導向套的類型通常分為兩類,一類是固定式導向套,即刀具導向套部分與導套之間既有相對移動又有相對轉動;另一類是旋轉式導向套,刀具導向部分與導套之間只有相對移動而無相對轉動。相對轉動線速度小于20m/min時,通常采用固定式導向套;大于20m/min時,為避免刀桿與導向套摩擦發(fā)熱變形,產生“別勁”現象,應選用旋轉導向。 導向套的數量應根據工件形狀、內部結構、刀具剛性及加工精度等情況決定。通常鉆、擴、絞單層壁小孔,或鏜、擴、絞深度不大的大孔時,采用單個導向套;在工件鑄孔上有擴孔時,為加強刀具導向剛性,采用雙向導套當刀桿懸伸較長或擴、絞孔位置精度要求較高時,有時需要采用長導向套,雙導向套或多導向套加工。 導向套的主要參數通常指:導套的直徑及公差配合,導套的長度及導套到工件端面距離。這些參數根據已確定的導向套類型、工件形狀、公差精度及刀具剛性等確定。固定式導向套的長度取刀具導向部分直徑的24倍,導向套直徑大者取小值,直徑小時取大值。旋轉導向導向套的長度應取導向部分直徑的23倍。 在本設計中,導向套應選用單個固定式,導向套的長度取40mm。 (3) 確定導向套離工件端面的距離 導向套離工件端面的距離一般按h=(0.30.7)d取值,加工鑄鐵時取小值,加工鋼件時取大值。所以導向套離工件端面的距離取h=30mm。(4) 確定主軸類型、尺寸、外伸長度 主軸軸徑尺寸規(guī)格應根據選定的切削用量計算出切削轉矩T 查組合機床設計簡明手冊表3-4 初定主軸軸徑 考慮便于生產管理,適當簡化規(guī)格。綜合考慮加工精度和具體工件條件,查資料組合機床設計簡明手冊,按表3-6和表4-1選定主軸外伸長度L、外徑D和內徑及配套的刀具接桿莫氏錐度號或攻螺紋靠模規(guī)格代號等。 主軸軸徑,主軸外伸尺寸L=115,外伸端為50/36。接桿莫氏圓錐號為1。(5) 確定連桿的規(guī)格和主要尺寸 根據主軸端部的內徑或莫氏錐度,在刀桿的設計標準中選出刀桿的規(guī)格和主要尺寸,其中包括刀桿長度的推薦范圍。主軸選用的連桿: L=260mm.(6) 工作行程長度的確定(a) 工作進給長度。 工作進給長度等于被加工部位的長度與刀具切入長度和切出長度之和,切出長度應取,d為鉆頭直徑;切入長度可根據工件端面誤差確定,一般為510mm,在本設計中工作進給長度為45mm。 (b) 快速退回長度。 一般在固定式夾具的鉆、擴、絞孔機床上,快速推回長度必須保證所有道具都退進夾具導向套內,不影響裝卸工作即可。對于夾具需要回轉和移動的機床,快速退回長度必須把道具、托架、活動鉆模板以及定位銷等都退離到家具運動時間可能碰到的范圍以外,或不影響裝卸工件的距離。 所以快速退回長度取120。 (c) 快速引進長度。 快速引進是動力部件把刀具快速送到工作進給開式的位置,本設計中應等于快退長度減去工進長度,取其為75 (d) 動力部件總行程長度。 動力部件總行程長度除必須滿足工作循環(huán)剛做行程要求外,還要考慮調整和裝卸刀具的要求,即考慮前備量和后備量。前備量是指刀具磨損和補償安裝制造誤差,動力部件可以喜愛那個前調整的距離。后備量是指刀具連同接桿一起從主軸上取出時,保證刀具退離導套外的距離大于接桿插入主軸孔內的長度。 取前備量30mm,備量180mm .(7) 其它應注意的問題(a)加工示意圖上應有足夠的聯系尺寸,并標注恰當,如主軸端部尺寸、刀具結構尺寸、導向尺寸、工件至夾具的尺寸,工件本身以及加工部件的尺寸等。(b)應有足夠的說明,如被加工零件的圖號、材料、硬度、加工余量、工件是否有讓刀運動,以及是否采用冷卻。(c)加工部位的示意圖,需要將工件各面的形狀和加工孔的位置用縮小比例畫出,并標注孔號。(d)相鄰兩孔中心距小的主軸,須在展開圖上按照比例畫出,以便檢查主軸、接桿、導向及浮動頭是否相碰。(e)加工示意圖是按照加工終了狀態(tài)繪制。3 機床聯系尺寸圖3.1 被加工零件聯系尺寸圖的作用:(1) 機床聯系尺寸圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據。(2) 按初步選定的主要通用部件以及確定的主用部件的總體結構而繪制的。(3) 可用來表示機床的配置型式、主要構成及各部件安裝位置、相互聯系運動關系能否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適。(4) 它為多軸箱、夾具等專用部件設計提供重要依據,它可以看成是機床總體外觀簡圖。3.2 被加工零件聯系尺寸圖的內容:(1) 表明機床的配置型式與總布局。已適當數量的視圖,用同一比例畫出主要部件的外廓形狀和相關位置,表明機床基本型式及操作位置等。(2) 完整齊全的反應各部件間的主要裝配關系和聯系尺寸,專用部件的主要聯系尺寸、運動部件的機械極限位置幾、及各滑臺工作循環(huán)總的工作行程和前后行程備量尺寸。(3) 標注主要通用部件的規(guī)格代號和電動機的型號、功率及轉速,并標出機床分組編號及組件名稱,全部組件包括機床全部通用及專用零部件。(4) 標明機床驗收標準及安裝規(guī)程。3.3 動力部件的選擇動力部件的選擇主要是確定動力箱和動力滑臺。 由加工示意圖得:D=20mm 軸向力: 切削功率 總軸向力 總切削功率 由組合機床設計簡明手冊得: 左右多軸箱選1TD25-型動力箱 驅動軸轉速,n=900r/min; 電動機選Y100L-4型,功率為2.2kw; 選1HJc25-型滑臺,最大行程400mm,滑臺臺面寬度為B=250mm;快速進給速度為8m/min;由表5-2選滑臺附件,過渡箱為 1HJ25-F51,導軌防護裝置為1HJ25-F81,滑臺側底座為1CC252M3.4 組合機床其它尺寸的確定(1) 確定機床裝料高度H裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離。據國家標準,裝料高度取H=895mm(2) 確定床身尺寸床身的輪廓尺寸,在長寬方向應滿足夾具的安裝需要。這里選2200560560JB1529-79(3) 確定多軸箱輪廓尺寸標準通用鉆鏜類多軸箱的厚度是一定的。臥式為325mm,因此確定多軸箱尺寸,主要是確定多軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度h1。 B=b+2b1 H=h+h1+b1其中 b工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離,此圖中為236mm b1最邊緣主軸中心至箱體外壁距離(為保證多軸箱內有足夠空間安排齒輪,這里取100mm) h工件在高度方向相距最遠的兩孔距離,此圖為165mm h1最低主軸高度 多軸箱最低主軸高度h1必須考慮工件最低孔位置h2,機床裝料高度H、滑臺總高h3、底座高度h4等尺寸確定 h2=40mm H=895mm h3=250mm h4=560mmh1、H、B的計算如下: h1=h2+H-(0.5+h3+h4) =40+895-(0.5+250+560) =124.5mm滑臺與底座之間有h5=5mm的調整墊故h1=h2+H-(0.5+h3+h4+h5) =40+895-(0.5+250+560+5) =119.5mm H=h1+h+b1 =119.5+40+100 =259.5mm B=b+b1 =250+2100 =450mm按通用多軸箱箱體系列尺寸標準,選定多軸箱輪廓尺寸BH=320*300(4) 繪制機床聯系尺寸總圖 其中長、寬方向的尺寸鏈要封閉長度方向從工件中心到夾具、多軸箱、滑臺、再由滑臺返回到滑臺前端、側底座、中間底座、工件中心 封閉:230+113+1217=1194+48+318高度方向從中心底座、夾具底座、支承塊、最低主軸高度到主軸箱、滑臺、調整墊、側底座封閉:560+275+60+40=120+250+5+5603.5 機床聯系尺寸圖簡圖:如下圖3所示圖34 生產率計算卡4.1 機床生產率的計算機床理想生產率是指機床在百分百負荷情況下每小時的生產能力。這里僅考慮加工一個工件所需的機動時間()和輔助時間()。輔助時間是指機床空運行程(動力頭快進和快退、工作臺的回轉或移動、電氣和液壓元件的轉換動作等)和工件的裝卸、定位、夾壓及清楚定位面上切屑所需的時間。被加工零件圖號毛坯種類名稱毛坯重量材料硬度工序名稱工序號序號工步名稱被加工零件數加工直徑(毫米)加工長度(毫米)工作行程(毫米)切削速度(米分)每分鐘轉數(轉分)進刀量工時(分)每轉(毫米轉)每分鐘(毫米分)機動時間輔助時間共計裝卸工件111刀頭動快進750.230.23工進828454015920.2318.40.030.03快退0.230.23總計1.49 分單件工時機床生產率機床負荷率5 多軸箱左主軸箱設計5.1 多軸箱的基本結構多軸箱是組合機床的重要專用部件。他是根據加工示意圖所確定的工件加工孔數和位置、切削用量和主軸類型設計的傳動各主軸運動的動力部件。其動力來自通用的動力箱,與動力箱一起安裝于進給滑臺,可完成鉆、擴、鉸、鏜孔等加工工序。 多軸箱一般具有多根主軸同時對一列孔進行加工。但也有單獨的,用于鏜孔居多。多軸箱按結構特點分為通用(即標準)多軸箱和專用多軸箱兩大類。前者結構典型,能利用通用的箱體和傳動件;后者結構特殊,往往需要加強主軸系統(tǒng)剛性,而使主軸及某些傳動件必須專門設計,故專用多軸箱通常指“剛性主軸箱”,即采用不需刀具導向裝置的剛性主軸和用精密滑臺導軌來保證被加工孔的位置精度。通用多軸箱則采用標準主軸,借助導向套引導刀具來保證被加工孔的位置精度。多軸箱的通用箱體材料為HT200,前、后、側蓋等材料為HT150。多軸箱體基本尺寸系列標準(GB3668.183)規(guī)定,9種名義尺寸用相應滑臺的滑鞍寬度表示,多軸箱體寬度和高度是根據配套滑臺的規(guī)定按規(guī)定的系列尺寸選擇。多軸箱后蓋與動力箱法蘭尺寸可查表,其結合面上聯結螺孔、定位銷孔及其位置與動力箱聯系尺寸相適應。多軸箱的標準厚度為180mm;用于臥式多軸箱的前蓋厚度為55mm,用于立式的因兼作油池用,故加厚到70mm;基型后蓋的厚度為90mm,變型后蓋厚度為50mm、100mm、125mm三種,應根據多軸箱傳動系統(tǒng)安排和動力部件與多軸箱的連接情況合理選用。如只有電機軸安排排或排齒輪,可選用厚度為50mm或100mm的后蓋,此時,后蓋窗口應按齒輪外廓加以擴大。5.2 通用多軸箱設計目前,多軸設計有一般設計法和電子計算機輔助設計法兩種。計算機設計多軸箱,由人工輸入原始數據,按事先編制的程序,通過人機交互方式,可迅速、準確地設計傳動系統(tǒng),繪制多軸箱總圖、零件圖和箱體補充加工圖,打印出軸孔坐標及組件明細表。一般設計法的順序是:繪制多軸箱設計原始依據圖;確定主軸結構、軸徑及齒輪模數;擬訂傳動系統(tǒng);計算主軸、傳動軸(也可用計算機計算和驗算箱體軸孔的坐標尺寸),繪制坐標檢查圖;繪制多軸箱總圖,零件圖及編制組件明細表。具體內容和方法簡述如下。5.2.1繪制多軸箱設計原始依據圖多軸箱設計原始依據圖是根據“三圖一卡”繪制的。其主要內容及注意事項如下:(a) 根據機床聯系尺寸圖,繪制多軸箱外形圖,并標注輪廓尺寸及動力箱驅動軸的相對位置尺寸。(b) 根據機床聯系尺寸圖和加工示意圖,標注所有主軸位置尺寸及工件與主軸、主軸與驅動軸的相關位置尺寸。在繪制主軸位置時,要特別注意:主軸和被加工零件在機床上是面對面安放的,因此,多軸箱主視圖上的水平方向尺寸與零件工序圖上的水平方向尺寸正好相反;其次,多軸箱上的坐標尺寸基準和零件工序圖上的基準經常不重合,應根據多軸箱與加工零件的相對位置找出統(tǒng)一基準,并標出其相對位置關系尺寸,然后根據零件工序圖各孔位置尺寸,算出多軸箱上各主軸坐標植。(c) 根據加工示意圖標注各主軸轉速及轉向,主軸逆時針轉向(面對主軸看)可不標,只注順時針轉向。(d) 列表標明各主軸的工序內容、切削用量及主軸外伸尺寸等。(e)標明動力部件型號及其性能參數等。下圖所示為雙面臥式鉆床組合機床左主軸箱設計原始依據圖。較簡單的多軸箱可不畫原始依據圖。如下圖4所示。圖4 多軸箱設計原始數據圖 表5.2.1 主軸外伸尺寸及切削用量軸號主軸外伸尺寸(mm) 切 削 用 量備注D/dL工序內容n(r/min)v(m/min)f(mm/r)1、2、3、4、5、630/2275鉆8孔1592400.2注:(1) 被加工零件編號及名稱:1P68F下箱體。材料及硬度,特種合金鑄鐵,210HBS。(2) 動力部件1TD25-A,1HY-40,P=2.2KW,n=1620r/min。5.2.2 主軸、齒輪的確定及動力運算(1) 主軸型式和直徑、齒輪模數的確定 主軸的型式和直徑,主要取決與工藝方法、刀具主軸聯接機構、刀具的進給抗力和切削轉矩。如鉆孔時常采用滾珠軸承主軸;擴、鏜、鉸孔等工序工序常采用滾錐軸承主軸;主軸間距較小時常選用滾針軸承主軸。設計時,盡可能不選用15mm直徑的主軸和滾針主軸,因為滾針軸承精度低、結構剛度及裝配工藝性都較差,既不便于制造又不便于維修。 主軸直徑按加工示意圖所示主軸類型及外伸尺寸可初步確定。傳動軸的直徑也參考主軸直徑大小初步選定。待齒輪傳動系統(tǒng)設計完成后再驗算某些關鍵軸徑。齒輪模數m(單位為mm)一般用類比法確定,也可按公式估算,即:式中 P齒輪所傳遞的功率,單位為kM; z一對嚙合齒輪中的小齒輪齒數; n小齒輪的轉速,單位為rmin.多軸箱中的齒輪模數常用2、2.5、3、3.5、4幾種。為便于生產,同一多軸箱中的模數規(guī)格最好不要多于兩種。首先,根據切削用量,查組合機床設計參考圖冊由計算公式計算扭矩: D鉆頭直徑 f每轉進給量已知 D=6.8mm f=0.13mm/r得 T=1932N.mm從組合機床設計簡明手冊P43表3-4計算軸徑d=13mm,由組合機床設計簡明手冊P56表4-1選取主軸直徑d=15mm滿足設計要求。(2) 多軸箱所需動力計算多軸箱的動力計算包括多軸箱所需要的功率和進給力兩項。傳動系統(tǒng)確定之后,多軸箱所需要的功率按下列公式計算:式中 切削功率,單位為KW; 空轉功率,單位為KW; 與負荷成正比的功率損失,單位為KW。每根主軸的切削功率,由選定的切削用量按公式計算或查圖表獲得;每根主軸的空轉功率按組合機床設計簡明手冊P62表4-6確定;每根主軸上的功率損失,一般取所傳遞功率的1%。 根據組合機床設計參考圖冊功率計算公式得主軸切削功率: T扭矩V切削速度D鉆頭直徑則有 空轉功率: 由于主軸直徑為15mm,根據組合機床設計簡明手冊P62表4-6:轉速: n=630r/min ,軸徑為15mm時:;軸徑為20mm時:; 而主軸轉速為n=1592r/min,根據插值法:因此:功率損失:每根軸上的功率損失,一般可取所傳遞功率的1%因此:=1.17+0.32+0.012=1.502kW多軸箱所需的進給力(單位為N)可按下式計算:式中 各主軸所需的軸向切削力,單位為N。D鉆頭直徑 f每轉進給量已知 D=6.8mm S=0.13mm/r F=857.12N 實際上,為克服滑臺移動引起的摩擦阻力,動力滑臺的進給力應大于。5.2.3 多軸箱傳動設計多軸箱傳動設計,是根據動力箱驅動軸位置和轉速、各主軸位置及其轉速要求,設計傳動鏈,把驅動軸和主軸聯系起來,使各主軸獲得預定的轉速和轉向。對多軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求(1)在保證主軸的強度、剛度、轉速和轉向的條件下,力求傳動軸和齒輪規(guī)格、數量為最少。為此,應盡量用一根中間傳動軸帶動多根主軸,并將齒輪布置在同一排上。當中心距不符合標準時,可采用變位齒輪或略微改變傳動比的方法解決。(2)盡量不用主軸帶動主軸的方案,以免增加主軸負荷。遇到主軸較密時,布置齒輪的空間受到限制或主軸負荷較小、加工精度要求不高,也可用一根強度較高的主軸帶動12根主軸的傳動方案。(3)為使結構緊湊,多軸箱內齒輪副的傳動比一般要大于1/2(最佳傳動比為111.5),后蓋內齒輪齒輪傳動比允許至1/313.5,盡量避免用升速傳動。當驅動軸轉速較低時,允許先升速然后再降一些,使傳動鏈前面的軸、齒輪轉矩較小,結構緊湊,但空轉功率損失隨之增加,故要求升速傳動比小于等于2;為使主軸上的齒輪不過大,最后一級經常采用升速傳動。(4)用于精加工主軸上的齒輪,應盡可能設置在第排,以減少主軸的扭轉變形;精加工主軸上的齒輪,應設置在第排,以減少主軸端的彎曲變形。(5)驅動軸直接帶動的轉動軸數不能超過兩根,以免給裝配帶來困難。擬定多軸箱傳動的基本方法擬定多軸箱傳動系統(tǒng)的基本方法是:先把全部主軸中心盡可能分布在幾個同心圓上,在各個同心圓的圓心上分別設置中心傳動軸;非同心圓分布的一些主軸,也宜設置中間傳動軸(如一根傳動軸帶二根或三根主軸);然后根據已經選定的中心傳動軸再取同心圓,并用最少的傳動軸帶動這些中心傳動軸;最后通過合攏傳動軸與動力箱驅動軸連接起來。(1) 將主軸劃分為各種分布類型:被加工零件上加工孔的位置分布是多種多樣的,但大致可歸納為:同心圓分布、直線分布和任意分布三種類型。因此,多軸箱上主軸分布相應分為這三種類型。(a) 同心圓分布:對這類主軸,可在同心圓處分別設置中心傳動軸,由其上的一個或幾個(不同排數)齒輪來帶動各主軸。(b) 直線分布:對此類主軸,可在兩軸中心連線的垂直平分線上設傳動軸,由其上一個或幾個齒輪來帶動各主軸。(c) 任意分布:對此類主軸可根據“三點共圓”原理,任意分布可以看作是同心圓和直線的混合分布形式。 (2) 確定驅動軸轉速轉向極其在多軸箱上的位置:驅動軸的轉速按動力箱型號選定;當采用動力滑臺時,驅動軸旋轉方向可任意選擇;動力箱與多軸箱連接時,應注意驅動軸中心一般設置于多軸箱箱體寬度的中心線上,其高度則決定于所選動力箱的型號規(guī)格。驅動軸中心位置在機床聯系尺寸圖中已經確定。(3) 用最少的傳動軸及齒輪副把驅動軸和各主軸連接起來:在多軸箱設計原始依據圖中確定了各主軸的位置、轉速和轉向的基礎上,首先分析主軸位置,擬訂傳動方案,選定齒輪模數(估算或類比),再通過“計算、作圖和多次試湊”相結合的方法,確定齒輪齒數和中間傳動軸的位置及轉速。 (a) 齒輪齒數 傳動軸轉速的計算公式式中 u嚙合齒輪副傳動比; 嚙合齒輪副齒數比; 、分別為主動和從動齒輪齒數;,、分別為主動和從動齒輪轉速,單位為rmin;A齒輪嚙合中心距,單位為mm;m齒輪模數,單位為mm。(b) 傳動路線設計方法:當主軸數少且分散時即中心距較大,且驅動軸上齒輪參數規(guī)定為:=2126,m=3或4,如用一對齒輪傳動滿足了軸間距A的要求,卻不能滿足的要求,此時可用增設中間軸的方法解決;當主軸數量較多且分散時,可將比較接近的主軸分成幾組,然后從各組主軸開始選取不同的中間傳動軸,分別帶動各組主軸,再通過合攏軸將各中間軸和驅動軸聯系起來。在排列齒輪時,要注意先滿足轉速最低及主軸間距最小的那組主軸的要求。還應注意中間軸轉速盡量高些,這樣扭矩小,且使驅動軸和其它傳動軸連接的傳動比不致太大。多軸箱一般設手柄軸,用于對刀、調整或裝配檢修時檢查主軸精度。手柄軸轉速盡量高些,其周圍應有較大空間。傳動零件的校核傳動系統(tǒng)擬訂后,應對總體設計和傳動設計中選定的傳動軸頸和齒輪模數進行驗算,校核是否滿足工作要求。 (1)驗算傳動軸的直徑:按下式計算傳動軸所承受的總轉矩:式中 作用在第n個軸上的轉矩,單位為Nm; 傳動軸至第n個主軸之間的傳動比。注意上式中不包括對于只有一排傳動齒輪的轉矩計算,這是因為傳動軸上只有一排齒輪時,其承受的轉矩理論上等于零。對于這種傳動軸,一般按其所承受的彎矩來驗算??傓D矩算出后,按組合機床設計簡明手冊P43表3-4、3-5公式驗算所選用的傳動軸直徑是否滿足要求。 (2)齒輪模數的驗算:一般只對多軸箱中承受載荷最大、最薄弱的齒輪進行接觸強度和彎曲強度的驗算,驗算公式參見機床課程設計指導5.3 多軸箱的傳動設計方案5.3.1傳動設計方案分析 上圖為此次設計的多軸箱傳動系統(tǒng)傳動方案圖:由驅動軸同時帶動四根傳動軸轉動,再分別設置傳動軸帶動主軸轉動.因為所鉆孔距離較大,如果只設置一根傳動軸帶動主軸鉆孔,齒輪齒數規(guī)格較大且所鉆孔孔距又較小,各孔模數可選2,電動機軸模數可選3.1、6,4、5軸可分別經G02,G03軸傳動,2、3軸可分別設計G01、G04軸傳動,便可滿足傳動要求。5.3.2傳動系統(tǒng)的設計計算(1) 各齒輪參數的設計計算: 已知:主軸轉速 n=1592r/min,主軸直徑 d=20mm,主軸齒輪模數 m=2.5,齒數=20;驅動軸轉速n=900r/min。設驅動軸0齒輪齒數z=36,m=1.75;主軸1、2 、3、4、5、6齒輪齒數z=20;傳動軸G01和G04齒輪齒數z=20,m=2.5; 傳動軸G02齒輪齒數z=31,m=2.5; 傳動軸G03齒輪齒數z=27,m=2.5.由于它們是作為過渡齒輪存在,只要其尺寸結構不影響其他軸及齒輪,其齒輪可以任意選取。因此: 已知:所取動力箱型號1TD25,電動機轉速1420r/min,驅動軸轉速900r/min。與原始依據圖的要求基本一致,轉速相對損失在5%以內符合設計要求。根據各主軸實際轉速,對加工示意圖中的切削用量進行修正。(2) 軸徑尺寸的確定:本套傳動系統(tǒng)中有六根主軸,四根傳動軸,。 各傳動軸的計算結果如下:軸G01: 查組合機床設計P607表5-10:選取直徑d=15mm,為了提高軸的剛度,并減小傳動件的規(guī)格,選取軸徑d=20mm。軸G02: 軸G03:軸G04:同上 選取軸徑d=20mm。軸0:此軸為主傳動軸,由其傳遞的扭矩是由動力箱輸出的,扭矩大,此外,該軸還是手柄軸,根據組合機床設計簡明手冊表7-19,選取軸徑 d=30mm。表5.3.2 各軸軸徑及齒輪參數軸徑齒數扭矩轉速11520378162021520378 162031520378 162041520378 162051520378 162061520378 1620G012020378 1620G022031378 1080G032027378 1200G04202037816203036756.9003036756 900(3) 校驗:(a) 齒輪模數校核分析:傳動過程中,齒輪嚙合會產生很大的彎曲疲勞強度,在所有齒輪嚙合過程中,以動力頭齒輪和、V上的齒輪嚙合產生的應力最大。因此選取動力頭齒輪進行模數計算:查機械設計P209,公式10-5 有: 公式中: 為載荷系數 :使用系數,查P201 ,表10-2,取=1.25 :動載系數,查P202 ,圖10-8,取=1.25 :齒間載荷分布系數,查P203 ,表10-3,取=1.0 :齒間載荷分布系數, 查P204 ,表10-4,取=1.117T:傳遞扭矩; 因為傳遞的功率較小,選取, 、查P209,表10-5 查P216,圖表10-20c,=427由于齒輪模數大小取決于彎曲強度所決定的承載能力。m=31.22,完全滿足疲勞強度要求。因此所取齒輪模數滿足使用及性能要求。(b) 軸的強度校核:從上述可知,各軸所能承受的扭矩:軸16 d=15mm M=378Kg*mm軸G01G04 d=20mm M=378Kg*mm通過計算各軸所承受載荷的情況:軸16 M=378Kg*mm軸G01G04 d=20mm M=378Kg*mm軸O: d=30mm M=756Kg*mm由此可以得出,各軸實際承受的扭矩遠遠小于軸所能承受的扭矩最大值。因此其強度完全滿足要求。5.4 制多軸箱總圖及零件圖5.4.1 總圖設計 通用多軸箱總圖設計包括繪制主視圖、展開圖,編制裝配表,制定技術條件等四部分。 (1)主視圖 主要表明多軸箱主軸位置及齒輪傳動系統(tǒng),齒輪齒數、模數及所在排數,潤滑系統(tǒng)等。因此,繪制主視圖就是在設計的傳動系統(tǒng)圖上標出各軸編號,畫出潤滑系統(tǒng),標注主軸、油泵軸、驅動軸的轉向及坐標尺寸、最低主軸高度尺寸及箱體輪廓尺寸等。并標注部分件號。(2)展開圖 其特點是軸的結構圖形多。各主軸和傳動軸上的零件大多是通用化的,且是有規(guī)則排列的。一般采用簡化的展開圖并以裝配表相配合,表明多軸箱各軸組件裝配結構。繪制的具體要求如下: (a)展開圖主要表示各軸及軸上零件的裝配關系。包括主軸、傳動軸、驅動軸、受柄軸、油泵軸及其上相應的齒輪、隔套、防油套、軸承或油泵等機件形狀和安裝的相對位置。圖中各零件的軸向尺寸和徑向尺寸(齒輪除外)要按比例畫出,軸向距離和展開順序可以不按傳動關系繪制,但必須注明齒輪排數、軸的編號及直徑規(guī)格。對近距離軸往往要求按實際間距繪制相關軸的成套組合件,以便能直觀地檢查有否碰撞現象。 (b) 對結構相同的同類型主軸、傳動軸可只畫一根,在軸端注明相同軸的軸號即可。對于軸向裝配結構基本相同,只是齒輪大小及排列位置不同的兩根或兩組軸,可以合畫在一起,即軸心線兩邊各表示一根或一組軸。 (c) 展開圖上應完整標注多軸箱的三大箱體厚度尺寸及箱壁和內腔有關聯系尺寸、主軸外伸長度等。 總圖上還應有局部剖視表明動力箱與后蓋及前后蓋與箱體間的定位結構。(3) 主軸和傳動軸裝配表把多軸箱中每根軸(主軸、傳動軸、油泵軸)上齒輪套等基本零件的型號規(guī)格、尺寸參數和數量及標準件、外購件等,按軸號配套,用裝配表表示。這樣使圖表對照清晰易看,節(jié)省設計時間,方便裝配。(4) 多軸箱技術條件 多軸箱總圖上應注明多軸箱部裝要求。即:(a) 多軸箱制造和驗收技術條件:多軸箱按ZBJ58011-89組合機床多軸箱制造技術條件進行制造,按ZBJ58012-89組合機床多軸箱驗收技術條件進行驗收。 (b) 主軸精度:按JB3043-82組合機床多軸箱精度標準(詳見組合機床設計簡明手冊P148表7-12)進行驗收。5.4.2 多軸箱零件設計 多軸箱總圖設計中,大多數零件是選用通用件、標準件和外購件;對于變位齒輪、專用軸等零件,則應設計零件圖;對于多軸箱體類通用件,必須繪制補充加工圖。 (1)專用零件工作圖 如變位齒輪、專用軸和套等零件,可按一般零件工作圖規(guī)定。參照同類通用零件圖,結合專用要求設計繪圖。 (2)補充加工圖 多軸箱體、前蓋、后蓋等通用零件,應根據多軸箱總圖要求,繪制出需補充加工的部位,(如多軸箱體主軸承孔、傳動軸承孔、油泵及其軸孔,定位銷孔、后蓋窗口擴大部位結構等),通常習慣用粗實線畫出補充加工部位的結構,其尺寸、形位公差、表面粗糙度等均按機械制圖國際規(guī)定格式標記;通用鑄件的原有部分的輪廓等一律用細實線表示。結束語 本設計為針對1P68F上發(fā)動機下箱體雙面鉆孔作為設計思路。設計以提高生產效率,降低生產成本,滿足年生產綱領為核心,根據加工對象的外行特點制定了合理的夾緊方案和加工方法。充分利用了1P68F上箱體雙面鉆鉆床的加工特點,避免了通用鉆床存在的各種加工缺陷,節(jié)約了勞動力和勞動成本,為生產線的設計提供合理方案。主軸箱設計合理,且安裝卸載工件方便、快速,加工全過程只需一位操作工人就可完成加工工作。在較好的符合了預想的同時,也不得不承認設計中存在著不足之處。首要問題,通用性是該箱體的最大缺陷。面對市場經濟時代,產品的改型,設計的優(yōu)化都會對加工中使用的鉆機提出要求,而過于針對單一產品的夾具必然會在今后的生產中因無法用于新產品的加工而被迫報廢,這對企業(yè)而言就是損失,無形中提高了生產加工的成本。同時,為了給新產品設計新的模式,又迫使企業(yè)需要投入更多的資源用于設計開發(fā),延長了新產品的生產周期,為新產品迅速占領市場增添了阻礙。所以,在設計之初就應充分考慮設計的可延續(xù)性,設計是否能在新產品的生產中再次發(fā)揮作用。當然,不可否認的是這樣的設計思路確實也存在著許多問題,對于設計人員也提出了更高的要求,但是面對困難如何去解決,更是一個設計人員應該去努力的。在設計的同時,許多新的想法也一一出現。自動裝卸工件,自動清理切屑以保證工件安裝定位的準確,更甚至是全自動的生產線等等。雖然暫時還沒有能力進行獨立的設計,但是創(chuàng)新的思想將為今后的工作指點新的方向。本文是在郭國偉老師的悉心指導下完成的。在學習期間,郭老師給予了親切關懷、熱忱鼓勵和精心指導。郭老師在繁重的科研工作之余,為我們創(chuàng)造了良好的學習條件和研究環(huán)境,并提供了豐富的研究資料;郭老師承擔了大部分具體的指導工作,以其深厚的專業(yè)知識和豐富的實際經驗,為論文的選題和具體的研究內容花費了許多時間和精力。由于郭老師的關心和精心指導,本文才得以順利完成,借此機會,學生我向郭老師表示最誠摯的謝意。致 謝經過半年的忙碌和工作,本次畢業(yè)設計已經接近尾聲,作為一個本科生的畢業(yè)設計,由于經驗的匱乏,難免有許多考慮不周全的地方,如果沒有導師的督促指導,以及一起學習的同學們的支持,想要完成這個設計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導師郭國偉老師。郭老師平日里工作繁多,但在我做畢業(yè)設計的每個階段,從查閱資料到設計草案的確定和修改,中期檢查,后期詳細設計,裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣,但是郭老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩郭老師的專業(yè)水平外,他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣,并將積極影響我今后的學習和工作。 其次要感謝我的同學對我無私的幫助,特別是在軟件的使用方面,正因為如此我才能順利的完成設計,我要感謝我的母校南京理工大學泰州科技學院,是母校給我們提供了優(yōu)良的學習環(huán)境;另外,我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師,是你們教會我專業(yè)知識。在此,我再說一次謝謝!謝謝大家!參 考 文 獻1 李秀敏. 組合機床行業(yè)現狀與發(fā)展思考D. 大連: 大連組合機床研究所,2004.2 胡亞波, 吳玉文. 我國組合機床的狀況與發(fā)展D. 湖北: 湖北交通職業(yè)技術學院,2004.3 周延佑. 組合機床發(fā)展新趨勢與我國相應的對策D. 廣西: 廣西職業(yè)技術學院,2001.4 李靜. 組合機床主軸箱CAD/CAM 開發(fā)D. 河北: 河北農業(yè)大學,2007.5 賴阿福. 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