變速箱體上端面立式攻絲專用機床設(shè)計（江蘇）

變速箱體上端面立式攻絲專用機床設(shè)計（江蘇）,變速,箱體,上端,立式,專用,機床,設(shè)計,江蘇 分類號 密級： UDC 編號： 學(xué) 位 論 文 變速箱體上端面立式攻絲專用機床設(shè)計 作者姓名： 郭騰 指導(dǎo)教師 范真 副教授 申請學(xué)位級別 學(xué) 士 專業(yè)名稱 機械制造及其自動化 論文提交日期 2007年6月 論文答辯日期 2007年6月20日 學(xué)位授予單位和日期 答辯委員會主席 _______________ 評閱人 ______________ 2007年6月20日 目　錄??????????????????? 　　　　 一、? 前言 …………………………………………… 3 二、 組合機床總體設(shè)計 1、 概述 …………………………………………… 5 2、總體結(jié)構(gòu)及工作循環(huán)……………………………………………… 6 3、三圖一卡設(shè)計 ………………………………………… 7 三 組合機床多軸箱設(shè)計 ……………………………………?? 8 1.簡述 …………………………………………?? 9 2.設(shè)計原則 ………………………………………?? 9 3.按上述設(shè)計原則設(shè)計傳動系統(tǒng) …………………………………………? 10 4 驗算 …………………………………………? 12 5 主軸及通用傳動軸結(jié)構(gòu)型式的選擇方案 ……………………………………………? 12 四 專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計 …………………………………? 12 1.定位基準(zhǔn)與定位元件的選擇……………………………………… 13 2、夾緊元件與夾緊力的擇 ………………………………13 ??????????????? 3.夾具基體的設(shè)計 ………………………………………………13 五 PLC控制設(shè)計 ………………………………………14 六 結(jié)束語 ……………………………15 七 參考資料 ………………………………………15 八 畢業(yè)設(shè)計總結(jié) …………………………………………………… 16 九 致謝 ……………………………………………… 17 一 前言 組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實用,因而被廣泛應(yīng)用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制,它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件(近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額) ,完成鉆孔、擴孔、鉸孔,加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺,在孔內(nèi)鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多,有大型組合機床和小型組合機床,有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式,還有多工位回轉(zhuǎn)臺式組合機床等;隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,一種新型的組合機床———柔性組合機床越來越受到人們的青睞,它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換,配以可編程 序控制器( PLC) 、數(shù)字控制(NC) 等,能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng),并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機床。另外,近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機(清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線) 等在組合機床行業(yè)中所占份額也 越來越大。由于組合機床及其自動線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品,是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計的,它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國組合機床組合機床自動線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國家要相對落后,國內(nèi)所需的一些 高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴大,并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此,市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝,研制新產(chǎn)品,由過去的“剛性”機床結(jié)構(gòu),向“柔性”化方向發(fā)展,滿足用戶需求,真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣踊b備。隨著市場競爭的加劇和對產(chǎn)品需求的提高,高精度、高生產(chǎn)率、柔性化、多品種、短周期、數(shù)控組合機床及其自動線正在沖擊著傳統(tǒng)的組合機床行業(yè)企業(yè),因此組合機床裝備的發(fā)展思路必須是以提高組 合機床加工精度、組合機床柔性、組合機床工作可靠性和組合機床技術(shù)的成套性為主攻方向。一方面,加強數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用,提高組合機床產(chǎn)品數(shù)控化率;另一方面,進(jìn)一步發(fā)展新型部件,尤其是多坐標(biāo)部件,使其模塊化、柔性化,適應(yīng)可調(diào)可變、多品種加工的市場需求。從2002 年年底第21 屆日本國際機床博覽會上獲悉,在來自世界10 多個國家和地區(qū)的500 多家機床制造商和團(tuán)體展示的最先進(jìn)機床設(shè)備中,超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深 受歡迎。據(jù)專家分析,機床裝備的高速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是提高機床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。該屆博覽會上展出的加工中心,主軸轉(zhuǎn)速10 000～20 000 r/ min ,最高進(jìn)給速度可達(dá)20～60 m/ min ;復(fù)合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時,加工的形狀卻日益復(fù)雜。多軸化控制的機床裝備適合加工形狀復(fù)雜的工件。另外,產(chǎn)品周期的縮短也要求加工機床能夠隨時調(diào)整和適應(yīng)新的變化,滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求。然而更關(guān)鍵的是現(xiàn)代通信技術(shù)在機床裝備中的應(yīng)用,信息通信技術(shù)的引進(jìn)使得現(xiàn)代機床的自動化程度進(jìn)一步提高,操作者可以通過網(wǎng)絡(luò)或手機對機床的程序進(jìn)行遠(yuǎn)程修改,對運轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)控并積累有關(guān)數(shù)據(jù);通過網(wǎng)絡(luò)對遠(yuǎn)程的設(shè)備進(jìn)行維修和檢查、提供售后服務(wù)等。在這些方面我國組合機床裝備還有相當(dāng)大的差距,因此我國組合機床技術(shù)裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調(diào)可變、任意加工性以及通信技術(shù)的應(yīng)用將是今后的發(fā)展方向。 組合機床還被廣泛應(yīng)用于大、中批量零部件如汽車、拖拉機、摩托車等行組合機床被廣泛應(yīng)用于大、中批量零部件如汽車、拖拉機、摩托車等行業(yè)的汽缸體、汽缸蓋、變速箱殼體、后橋等的生產(chǎn)加工領(lǐng)域。下面介紹變速箱體上端面立式攻絲專用機床的設(shè)計過程。 二 組合機床總體設(shè)計 1. 概訴 立式攻功絲組合機床是在工件表面上進(jìn)行攻絲的一種高效率自動化專用加工設(shè)備。組合機床的總體設(shè)計通常是根據(jù)與用戶簽定的和同和協(xié)議書，針對具體加工零件，擬訂工藝和結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行方案圖樣和有關(guān)技術(shù)文件的設(shè)計。 根據(jù)工藝方案確定機床的型式和總體布局。在選擇機床配置型式時，既考慮到實現(xiàn)工藝方案，保證加工精度、技術(shù)要求及生產(chǎn)率，又考慮到機床操作、維護(hù)、修理和排屑的方便性。 在選擇組合攻絲機床結(jié)構(gòu)方案時，必須保證穩(wěn)定的加工精度。固定式夾具組合鉆床能達(dá)到的鉆孔位置精度最高，采用固定導(dǎo)套一般能達(dá)( ± 0.20)mm。考慮到操作的方便性，需要合理確定裝料高度 為使組合攻絲機床在溫度過高時工作性能穩(wěn)定，而且由于被加工件不需多次進(jìn)給，故選用機械通用部件配置機床。 根據(jù)被加工零件的特點,為實現(xiàn)加工精度要求,同時考慮到經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)率,經(jīng)過反復(fù)論證、分析和計算,我們采用了立式組合機床的總體設(shè)計方案。 2.總體結(jié)構(gòu)及工作循環(huán) 本機床采用多工位立式組合機床,變速箱體裝在工作臺的夾具上,這樣便于上、下料。 機床機械部分主要有:底座、多軸箱、刀具、夾具、冷卻系統(tǒng);控制部分為PLC 控制系統(tǒng)及液壓傳動系統(tǒng)。 機床的工作循環(huán)為:裝上一工件,定位銷插銷定位→夾緊油缸夾緊→I 滑臺開始工作循環(huán):動力部件快進(jìn)(冷卻供、主軸瞬時針旋轉(zhuǎn)) → 動力部件攻進(jìn)(死檔鐵停留) →動力部件攻退（逆時針旋轉(zhuǎn)）→快退至原位(主軸停) ,定位銷拔出,夾緊油缸松開,防護(hù)門自動打開,油缸推出工件,工件到位后油缸退回.(快退→緩?fù)? ,死檔鐵停留,工作循環(huán)結(jié)束。 3. 三圖一卡設(shè)計 1. 被加工零件工序圖 被加工零件為變速箱體，材料為HT250，工序為箱體上端面攻絲孔，上端面為9個10孔進(jìn)行攻絲。采用一面兩孔定位，一面為箱體側(cè)面，兩孔為底面上的長邊上的兩對角線孔。采用箱體頂面夾緊。 2. 加工示意圖 加工10的孔：刀具的選擇要求考慮工件加工尺寸精度，切削的排除，及生產(chǎn)率要求等因素。，選擇M10的高速鋼絲錐外伸長度為110mm 。查表得切削用量 n=212r/min v=4 m/min f=1mm/r =12 mm/min 箱體上端面工進(jìn)長度10 mm 快進(jìn)40 mm 箱體上端面工退長度10 mm 快退40 mm 初定主軸類型、尺寸、外伸長度和選擇接桿主軸形式主要取決于進(jìn)給力和主軸－刀具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的需要。主軸尺寸規(guī)格應(yīng)根據(jù)選定的切削用量計算出切削轉(zhuǎn)矩， 由d=M10 查表3-5得：確定主軸直徑d=30mm。 3. 機床聯(lián)系尺寸圖 上端面：9根主軸 多軸箱輪廓尺寸 H=168+121.5+100=389.5 mm B=300+2100=500 mm 厚度取325 mm長寬取500400 mm 最低孔位置144 mm 最低主軸高度127.5 mm 軸向力==709.2N 轉(zhuǎn)矩 ==2.4Nm 功率 ==0.1kw 5=0.5kw 5=3546 根據(jù)以上計算所得 選取液壓動力滑臺1HY25-IA 動力箱1TD25-IA （1.5kw）電機 Y100L-6 4. 機床生產(chǎn)效率計算卡 1. 理想生產(chǎn)率 ==13.04件/h 2. 實際生產(chǎn)率 =27件/h 3. 機床負(fù)荷率 =0.9 三 組合機床多軸箱設(shè)計 1.簡述 組合機床多軸箱的設(shè)計計算是組合機床設(shè)計工程中的重要環(huán)節(jié)，是主軸箱零部件設(shè)計的理論基礎(chǔ)，計算稍有不慎，便會導(dǎo)致后期的設(shè)計制造前功盡棄。 依據(jù)總體設(shè)計圖， 對主軸箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計。由于在本機床上需同時加工9個孔，不僅孔多、間距小，而且孔的排列集中。因此，本機床的主軸箱傳動系統(tǒng)在對被加工零件進(jìn)行了深入、細(xì)致分析計算的基礎(chǔ)上，通過采用滾針軸承，將常規(guī)狀況下不能完成的排箱得以實現(xiàn)，而且所設(shè)計的主軸箱結(jié)構(gòu)緊湊。依據(jù)組合鉆床總體設(shè)計繪制主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖其內(nèi)容為主軸箱設(shè)計的原始要求和已知條件： 1. 主軸箱輪廓尺寸500mm×400mm； 2. 工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸 3. 工件與主軸箱相對位置尺寸。 2.設(shè)計原則 1) 從面對主軸的方位看去，所有主軸均采用逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 2) 在保證轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的前提下，力求用最少的傳動軸和齒輪（數(shù)量和規(guī)格），以減少各類零件的品種。具體措施：采用一根傳動軸同時帶動多根主軸，并將齒輪布置在同一排位置上，當(dāng)齒輪嚙合中 心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時，采用了變位齒輪。 3) 為使主軸箱結(jié)構(gòu)緊湊，主軸箱內(nèi)齒輪傳動副的傳動比都在1.0~1.5之間。 4) 由于攻絲傳動比較大而個孔之間距離緊湊，所以使用先降速后升速的傳動方案。 5) 因鉆削加工切削力大，為了減少主軸的扭曲變形，主軸上的齒輪盡量靠近前支承。 3.按上述設(shè)計原則設(shè)計傳動系統(tǒng) 按所設(shè)計的傳動系統(tǒng)圖合理分配各級傳動比、初定傳動軸位置和確定齒輪齒數(shù) 主軸r/min 驅(qū)動軸=520 r/min 總傳動比 i= 各軸傳動比分配： ==1.90 ======1.41 ==0.94 確定中間軸9以及中間軸9，12與5，6，7，8，10，15，21軸聯(lián)接的個齒輪規(guī)格 m=3 =24 驗算轉(zhuǎn)速 ： =273.4 r/min =195.5 r/min =208.1 r/min 轉(zhuǎn)速相對損失在5%以內(nèi)，符合設(shè)計要求。 采用R12-L型葉片泵 有中間傳動軸8經(jīng)一對齒輪=24/24 = =682.5 r/min 在400-800 r/min范圍內(nèi)滿足要求。 在擬定主軸箱傳動系統(tǒng)時，傳動軸位置已做了初步確定。為了保證齒輪副的正常嚙合和加工主軸箱上傳動軸支承孔的孔距精度，需要精確計算各傳動軸的坐標(biāo)尺寸（計算結(jié)果精確到小數(shù)點后3位數(shù)）。 4 驗算 驗算根據(jù)坐標(biāo)計算確定的兩軸坐標(biāo)中心距A 是 否符合兩軸間嚙合齒輪要求的中心距R ， R 與A 的 差值為δ ，即 δ = R ? A 驗算標(biāo)準(zhǔn)為 δ ≤0.001～ 0.009mm 經(jīng)驗算均符合。 5 主軸及通用傳動軸結(jié)構(gòu)型式的選擇方案 主軸結(jié)構(gòu)型式由零件的加工工藝決定，并考慮主軸的工作條件和受力情況，采用長主軸。由于采用鉆削加工主軸，需承受較大的單向軸向力，所以優(yōu)選向心球軸承和推力球軸承組合的支承結(jié)構(gòu)，且推力球軸承配置在主軸前端。傳動軸的轉(zhuǎn)速較低，但載荷較大，因此用圓錐滾子軸承。按上述方案配置的主軸和傳動軸，按所選的軸承類型繪制軸承孔檢查圖，發(fā)現(xiàn)有些部位采用此配置因孔間距較小，箱體上的軸承座孔太大，導(dǎo)致箱體強度不夠。因此，這些部位都將原方案改為推力球軸承與滾針軸承組合的支承結(jié)構(gòu)，以減小徑向尺寸，滿足強度要求，實現(xiàn)合理排箱。 按以上原則設(shè)計的傳動系統(tǒng)，保證了主軸箱的質(zhì)量，提高了主軸箱的通用化程度，使得設(shè)計和制造工作量及成本都大大降低。為實現(xiàn)本機床“體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、效率高、質(zhì)量好”的設(shè)計目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。 　 四 專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計 專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計是為加工某些幾何形狀相似、工藝過程和定位夾緊相似的零件而設(shè)計的。設(shè)計時需要選擇合理的定位基準(zhǔn)、定位元件；選擇合適的夾緊夾緊元件；設(shè)計好合理的基體件。 1.定位基準(zhǔn)與定位元件的選擇 制定設(shè)計方案時需選擇合理的定位基準(zhǔn)、定位元件。該零件采用一面兩孔定位，定位基準(zhǔn)為零件底面，定位元件為定位銷。 2.夾緊元件與夾緊力的選擇 夾緊力的選擇，除夾緊力方向和作用點外，還要使工件產(chǎn)生盡可能小的夾緊變形，這是選擇夾緊元件和夾緊力的主要因素。本設(shè)計采用壓板液壓壓緊， ，夾緊牢靠，工件保持正確位置，既防止了薄壁零件裝夾變形，又滿足了加工的要求。 3.夾具基體的設(shè)計 夾具基體是夾具的基礎(chǔ)，在設(shè)計夾具基體時，除應(yīng)保證結(jié)構(gòu)合理外，還應(yīng)保證夾具基體有足夠的剛度，而且在可能的范圍內(nèi)，力求能加工零件組的全部。對其基體件還應(yīng)根據(jù)相似件形狀、尺寸、精度、毛坯種類及其工藝方法來確定基體件形狀、尺寸，以滿足加工 所有相似件的要求。該基體件與其它夾具元件組成的夾具結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，更換元件容易，可以加工不同產(chǎn)品的相似件. 具體設(shè)計見附圖。 五 PLC控制設(shè)計 1 　工作原理及電氣控制要求 頂面專用攻絲機床是在工件頂面上進(jìn)行公司的一種高效自動化專用加工設(shè)備,基本結(jié)構(gòu)如圖所示。2動力滑臺對面布置并安裝在標(biāo)準(zhǔn)側(cè)立失機床座上,刀具電動機M分別固定在動力滑臺上,中間底座上裝有工件定位夾緊裝置。 該機床采用電動機和液壓系統(tǒng)(未畫出) 相結(jié)合的驅(qū)動方式,其中電動機帶動主軸箱的刀具主軸提供切削主運動,而動力滑臺和工件定位夾緊裝置則由液壓系統(tǒng)驅(qū)動,M1 為液壓泵的驅(qū)動電動機,M4 為冷卻泵電動機。機床的電氣控制要求為M1 先啟動,只有系統(tǒng)正常供油后,其它控制電路才能通電工作; M2 ,M3在滑臺進(jìn)給循環(huán)開始時啟動,滑臺退回原位后停機;M4 可手動控制啟停,也可在滑臺工作進(jìn)給時自動提供油液。其控制過程是典型的順序控制,當(dāng)把工件裝入夾具后,按下啟動按鈕SB3 ,機床便開始自動循環(huán)的工作過程 2 　電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 雙面鉆孔組合機床的電氣控制屬單機控制, 輸入輸出均為開關(guān)量。根據(jù)實際控制要求,并考慮系統(tǒng)改造成本,在準(zhǔn)確計算I/ O 總點數(shù)的基礎(chǔ)上,采用抗干擾強、穩(wěn)定性和可靠性較高的三菱公司生產(chǎn)的FX1N260MR 可編程控制器。該控制系統(tǒng)中所有輸入觸發(fā)信號采用常開觸點接法,所需的24 V 直流電源由PLC 內(nèi)部提供;輸出負(fù)載中的所有直流電磁換向閥同樣采用由PLC 內(nèi)部提供的24 V 直流電 源,輸出負(fù)載中的4 個交流接觸器線圈則需外接220 V 交流電源.由于雙面鉆孔組合機床中轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕及行開關(guān)較多,為了減少輸入點數(shù),降低費用,對輸入信號作了適當(dāng)處理,如4 臺電動機的過載保護(hù)不作為輸入信號,而直接接入輸出線圈回路中。另外,電磁閥為感性負(fù)載并且通斷頻繁,為了保護(hù)PLC 的輸出觸點,在每個電磁閥兩端各并上1 個續(xù)流二極管,來吸收反向過電壓。 　3.電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 由雙面鉆孔組合機床的控制要求可知,該控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)3 個控制功能: ① 動力滑臺的點動、復(fù)位控制; ②動力滑臺的單機自動循環(huán)控制; ③整機全自動工作循環(huán)控制。具體T型圖見附圖 4.PLC 與PC 的通信 系統(tǒng)工作時,PC 與生產(chǎn)現(xiàn)場的PLC 之間處于實時的交互通狀態(tài)。如果生產(chǎn)規(guī)模大,可采用1 : n 上位鏈接通信方式,用一臺計算機管理多臺機床。上位計算機與PLC 之間有一個RS - 232C/ RS - 485 轉(zhuǎn)換 器,用于鏈接計算機的RS - 232C 串行口和PLC 的RS - 485 通信適配器,可增大通信距離。操作人員根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的需要,在不中斷生產(chǎn)的情況下,可在上位機上實時地對現(xiàn)場參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,使控制系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)。還可在上位機上編程、監(jiān)測設(shè)備運行情況、顯示故障等,對系統(tǒng)進(jìn)行管理和調(diào)度,使設(shè)備潛力得到充分發(fā)揮。 本程序經(jīng)模擬調(diào)試,完全符合攻絲組合機床的電氣控制要求,使用效果良好。在使用過程中,還可根據(jù)不同的控制要求,在不改動接線或改動很少的情況下,通過改變程序來實現(xiàn)不同要求,大大節(jié)省了安裝調(diào)試時間,提高了效率。 5 　結(jié)語 本系統(tǒng)經(jīng)過PLC 融入后,運行良好,故障率低。而且組合機床控制系統(tǒng)具有很好的柔性,能適應(yīng)產(chǎn)品的變化,當(dāng)工藝程序變更時,只需修改程序,就可滿足新的加工要求?？梢妭鹘y(tǒng)的機械設(shè)備融入PLC技術(shù) 后,既能使之成為機電一體化的新產(chǎn)品,適用生產(chǎn)過程的自動控制,又能發(fā)揮原組合機床的效能,而且投資較小,可見,靈活應(yīng)用PLC 是實現(xiàn)組合機床電氣自動化的有效途徑。 六 結(jié)束語 本組合機床較好地解決了大批量攻絲變速箱上端面孔的問題。不但保正加工質(zhì)量,而且大為提高了工效,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用價值。圓滿的完成了任務(wù)書中的各項要求 七 參考資料 1、《組合機床設(shè)計》沈陽工業(yè)大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、大連鐵道學(xué)院主編　上海出版社出版　1985年9月 2、《組合機床設(shè)計》　大連組合機研究所編　　機械工業(yè)出版社　1975年6月 3、《金屬切削加工工藝人員手冊》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 4、《金屬切削機床設(shè)計參考圖冊》　機械工業(yè)出版社 5、《金屬切削機床設(shè)計》　大連工學(xué)院　戴曙主編　機械工業(yè)出版　　1985年12月 6、《組合機床液壓滑臺圖冊》　機械工業(yè)出版社 7、《機械設(shè)計手冊》　　遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 8、《機床設(shè)計手冊》　機械工業(yè)出版社　1978年12月 9、《組合機床設(shè)計參考圖冊》　大連組合機床研究所編　機械工業(yè)出版社 八 畢業(yè)設(shè)計總結(jié) 轉(zhuǎn)眼間完成了大學(xué)四年的機械設(shè)計專業(yè)的各門課程，在理論上對機械設(shè)計和機械制造的知識有了初步認(rèn)識。經(jīng)過一個學(xué)期的努力，在老師和同學(xué)的幫助下終于完成了大學(xué)最后一門課程——畢業(yè)設(shè)計。通過近3個月的學(xué)習(xí)和摸索，使我對機械設(shè)計的過程和方法有了教深刻的認(rèn)識，把平時課堂上所學(xué)到的東西運用到實際中。特別是在組合機床的設(shè)計方面。因為畢業(yè)設(shè)計所選擇的題目使我對組合機床的設(shè)計和開發(fā)有了全方面的了解，也初步掌握了組合機床的設(shè)計技巧和設(shè)計方法。這為我以后步入社會，盡快的適應(yīng)工作崗位的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。這是我第一次獨立的完成組合機床設(shè)計和開發(fā)，難免有很多不足和錯誤之處，希望老師指正 九 致　　　謝 本次畢業(yè)設(shè)計能夠順利完成首先要衷心地感謝導(dǎo)師范真教授給予的精心指導(dǎo)。在設(shè)計的整個過程中，范老師耐心指導(dǎo)我完成了很多讓我困惑很久的問題，毫不厭煩的幫我在各種資料上查找組合機床設(shè)計的數(shù)據(jù)和資料。帶我們參加認(rèn)識實習(xí)，使我對機械設(shè)計知道有了十分深刻的認(rèn)識。 還有感謝那些在畢業(yè)設(shè)計中幫助過我的那些老師和同學(xué)們。 郭騰 2007年6月17日 多功能組合機床綜述報告 對于多功能組合機床，工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)有很多稱呼來形容它，如“多任務(wù)處理裝置”、“多功能機床”、“多程序生產(chǎn)系統(tǒng)”等，它確實可稱為加工領(lǐng)域的新星，可降低成本，簡化配置，并一直保持在美國本土生產(chǎn)。過去只有使用多機操作才能完成的任務(wù)，現(xiàn)在可以集中到一臺機床上加工完成。 由于市場需求的不斷變化，產(chǎn)品的生命周期在不斷縮短，今天的市場更加強烈需求多任務(wù)處理裝置概念。在整個生產(chǎn)環(huán)境中推行精益管理時，沒有比把零件加工集中到一臺機器上完成更精益的了。一些傳統(tǒng)的制造業(yè)廠商認(rèn)為多功能組合機床過于復(fù)雜，很難找到合適的操作人員也就不足為金屬加工基本原理及在生產(chǎn)車間現(xiàn)場有關(guān)新機床使用中難題創(chuàng)新解決方面的培訓(xùn)。 設(shè)備采用“帶走熱量”式設(shè)計，有床身、鋼制直線滾動導(dǎo)軌、鋼制轉(zhuǎn)塔刀架、設(shè)備上使用的不同材料，所有這些組合到一起建造成一臺機床。這些都與導(dǎo)熱系數(shù)、體積膨脹相關(guān)。所有不同尺寸的東西都會以不同的速度生長。由于這個原因，需要制造熱友好機床，以便知道發(fā)熱的薄弱點在哪里，可以通過合理的機床設(shè)計來補償。元件是全程運動。機床滑動產(chǎn)生摩擦并轉(zhuǎn)化為熱。切削加工產(chǎn)生的熱屑掉到不同地方，在整個過程中冷卻液會混合在其中。在切削刀具上會持續(xù)出現(xiàn)很多不同的溫度區(qū)域，所以也會有很多東西對熱穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。切削刀具技術(shù)把多功能組合機床變成了具備銑削和切削能力的“全能 機器”。 據(jù)資料介紹，最顯著的特點是這些機床整體上更具直覺性。防撞保護(hù)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在某些情況下，即使采用手動操作模式，也能避免碰撞的發(fā)生。由于控制軟件有很好的直覺性，用戶操作友好程度也在不斷提高。相信多功能組合機床會以其生存能力遍布于更多不同的加工現(xiàn)場。離線編程優(yōu)化和NC自動控制系統(tǒng)的形成已經(jīng)使這一技術(shù)更容易接受，因此當(dāng)將程序用在機床上時，不必花很多時間去調(diào)整程 序和確認(rèn)某一元件沒有問題。如果一個零件需要配備上下兩個轉(zhuǎn)塔刀架同時進(jìn)行粗加工，這種情況下編程是比較困難的，因為它需要兩個轉(zhuǎn)塔刀架同時進(jìn)刀。AdMac系統(tǒng)可以實現(xiàn)對這些同時進(jìn)刀的刀架的自動編程，并能使正確的主軸速度、正確的進(jìn)給速度等所有參數(shù)實現(xiàn)同步。Okuma公司的防撞系統(tǒng)設(shè)計基于實際加工工況的防撞模擬，因此，如果操作者安裝了錯誤的刀具或設(shè)定了錯誤的參數(shù)，控制系統(tǒng)會檢測出來并阻止機床進(jìn)入加工狀態(tài)。 通過與西門子公司合作，INDEX公司現(xiàn)在可以提供3D模式的“虛擬機床”，按照某一特定型號的機床定制。結(jié)果表明，模擬加工出來的成品零件不只是與實際成品相似，簡直就是一對一的拷貝。直覺式控制界面、模擬以及其他軟件技術(shù)進(jìn)步，更多的生產(chǎn)車間向多功能組合機床敞開了大門，但如果沒有相應(yīng)的知識培訓(xùn)和解決問題的創(chuàng)造力，制造商也很難體會到和充分利用先進(jìn)機床柔順性方面的優(yōu)勢。對機器所做的工作越多，機器就會越復(fù)雜，也相應(yīng)地需要具備更強技能的人 才能操縱它。 假如一個機械師過去一天操作3臺機床，那么現(xiàn)在他有這樣一臺多功能的機床，就可以生產(chǎn)出更多的零件。更為重要的是，他可以借助軟件的幫助使生產(chǎn)效率更高，對于轉(zhuǎn)換加工零件的準(zhǔn)備，也可以編制加工工藝計劃。因為更換零件需要降下3個主軸，因此在更換零件之前，車間應(yīng)加工盡可能多的零件。對于多功能機床，轉(zhuǎn)換零件速度非?？欤a(chǎn)批次間隔時間更短，庫存更低，生產(chǎn)效率更高。能夠充分利用多功能機床的一些車間，很快就會發(fā)現(xiàn)崗位功能的統(tǒng)一?，F(xiàn)在，一個車間可以只用一個操作人員、一個調(diào)整工和一個編程師，將來這3項工作完全可以由一個人來做。傳統(tǒng)崗位描述中機械師將過 渡成為一個調(diào)整工程師，如果該工程師還熟悉零件加工編程，那 就更理想了。對于這樣的轉(zhuǎn)換，培訓(xùn)就比較簡單了，只要培訓(xùn)1個 人就行，而不是3個人。從長遠(yuǎn)觀點看，這將提供給人們更高的崗位滿意度。當(dāng)調(diào)整工程師負(fù)責(zé)加工編程并且親自關(guān)注零件加工的整個過程時，他就完全成了這個零件的主宰者。除此之外，還應(yīng)該在刀具選 擇和編程方面做更多的努力，要使任何型號的多功能組合機床都 成功，車間需要配備熟練的機械師，有能力并靈活地完成多種操 作。因此，橫向培訓(xùn)比過去任何時候都重要了。把銑削和車削加 工視為不同學(xué)科的觀點一去不復(fù)返了。 對于編程人員來說，這是屬于他們的時代。對于會編程的人員，懂機床并控制它，這是他們能力的體現(xiàn)。 調(diào)研報告 組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實用,因而被廣泛應(yīng)用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制,它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件(近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額) ,完成鉆孔、擴孔、鉸孔,加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺,在孔內(nèi)鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多,有大型組合機床和小型組合機床,有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式,還有多工位回轉(zhuǎn)臺式組合機床等;隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,一種新型的組合機床———柔性組合機床越來越受到人們的青睞,它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換,配以可編程 序控制器( PLC) 、數(shù)字控制(NC) 等,能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng),并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機床。另外,近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機(清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線) 等在組合機床行業(yè)中所占份額也 越來越大。由于組合機床及其自動線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品,是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計的,它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國組合機床及組合機床自動線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國家要相對落后,國內(nèi)所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴大,并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此,市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝,研制新產(chǎn)品,由過去的“剛性”機床結(jié)構(gòu),向“柔性”化方向發(fā)展,滿足用戶需求,真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣踊b備。 這次畢業(yè)設(shè)計我的題目是多軸箱上端面攻絲專用組合機床的設(shè)計，為了更好的認(rèn)識和了解組合機床的工作原理和組成方式，范真老師帶領(lǐng)我們參觀了揚州柴油機廠。在揚柴，我看到了我要設(shè)計的機床。專用攻絲組合機床的工作原理，動力布置，工件定位和加緊都有了一定的認(rèn)識，為我以后的設(shè)計打好了基礎(chǔ)。 郭騰 2007年5月3日 漸減的凹模拉可使有裂縫的自由薄鋼板起皺 R. Narayanasamy a,*, C. Sathiya Narayanan b a Department of Production Engineering, National Institute of Technology, Tiruchirappalli 620 015, Tamilnadu, India b Department of Production Engineering, J.J. College of Engineering and Technology, Tiruchirappalli 620 009, Tamilnadu, India Received 4 January 2005; accepted 8 July 2005 Available online 2 September 2005 摘要： 起皺是通常以在深的拖拉操作期間的薄金屬板的形式觀察的一種失敗的方式。關(guān)于通過圓錐形和等切面曲線的凹模使有裂縫的自由鋼板起皺的一項實驗研究 將在這篇文章討論。有裂縫的自由鋼板的機械特性和可紡性參數(shù)被確定并且他們與起皺的行為相關(guān)。這些薄鋼板的限制拉比率(LDR)與薄鋼板的厚度有關(guān)， 打孔機直徑和薄鋼板厚度的比率， 正常的各向異性和非空間的參數(shù)(包括打孔機直徑，薄鋼板厚度，正常的各向異性和應(yīng)變硬化指數(shù))。上述起皺行為的研究被進(jìn)行在名義上潤滑的和非潤滑的兩不同狀況下，并將他們進(jìn)行比較。在此研究中，很清楚地知道LDR可能與上述參數(shù)有關(guān)。 ----2005 Elsevier Ltd. 版權(quán)所有 關(guān)鍵字：有裂縫的自由鋼板；起皺；圓錐形的凹模模子；等切面曲線的凹模模子 1. 介紹 經(jīng)常能在金屬板成型過程中觀察到皺紋。皺紋的存在不能被最后的產(chǎn)品所接受。在近幾年，為了降低在操作期間形成的產(chǎn)品的重量和皺紋，使用了有高力量的更薄的線規(guī)薄板。研究人員目的是在薄金屬板形成期間避免這樣的皺紋。希爾[1]的bifurication 標(biāo)準(zhǔn)能用來預(yù)知皺紋的形成。起皺的凸緣的進(jìn)攻被Needleman[2]通過使用的迅速的杯子測試進(jìn)行了分析。幾個理論和實驗作品已經(jīng)被關(guān)于在不同的條件下的不同的材料的起皺的行為進(jìn)行了研究。金和其兒子 [3]對各向異性的薄片的起皺限制圖解(WLD) 進(jìn)行了數(shù)值分析的評價。Joao Pedro de Magalhaes Correia 和Gerard Ferron [4]調(diào)查了塑料的各向異性對起皺進(jìn)攻的影響。Narayanasamy和Sowerby [5]檢查了304 等級的、雙階段鋼和斷開拖曳的鋁的高品質(zhì)的不銹鋼的起皺行為。在這個工作中，對有裂縫間的自由的厚度為0.6毫米的、涂上和沒有涂上0.85毫米的、0.9, 1.2 和1.6 毫米的鋼使用一雙重行動能力2000 kN的水壓機的使用圓錐形凹模模子和等切面曲線的凹模模子的起皺行為進(jìn)行了研究。最近發(fā)展的有裂縫的自由鋼板有非常少數(shù)額的碳和氮。但是，鋁合金用于汽車應(yīng)用是由于他們的質(zhì)量輕，而且可以節(jié)省燃料，車輛安全的需求使用戶更喜歡用這一材料增加汽車本身的質(zhì)量和車輛的絕對重量 [6,7 ]。最近發(fā)現(xiàn)的有裂縫的自由鋼板有一些極好的特性。他們適于galvanneal 薄層，此薄層需要汽車身體工作時在別處給予。有裂縫的自由鋼板在晶界沒有碳化物沉淀[8]。 因此，他們有極好的可使用性和機械特性(由于象錳和硅那樣的成合金元素的存在)。有裂縫的自由鋼板是鈦、鈮趨于穩(wěn)定，而且他們有好的可紡性[9]。在近幾年， 很多工作已經(jīng)被進(jìn)行發(fā)展有裂縫的自由鋼板， 通過理解微結(jié)構(gòu)方面來提高特性，這就象在別處解釋的那樣控制有裂縫的自由鋼板的變形行為 [10,11 ]。在目前的工作里，在使用圓錐型和等切面曲線的凹模模子的試驗工作的幫助下，研究了在潤滑和非潤滑情況下有裂縫的自由鋼板的起皺的行為和他們在拖曳過程中的適宜性。 術(shù)語 LDR 限制拉比率 實際壓力 實際張力 力系數(shù) 環(huán)張力 徑向應(yīng)變 應(yīng)變硬化指數(shù) 常態(tài)各向異性 打孔機直徑 初始薄片厚度 有裂縫的自由鋼板 塑性應(yīng)變增量比率 2. 試驗工作 使用上述上述薄片，單軸的抗拉的試驗通過準(zhǔn)備樣品在, 以及 對來自使用Hounsfield tensometer的每個薄片的滾動方向的定向被處理。從這些測試中可獲得外延數(shù)據(jù)的負(fù)載。重要的參數(shù)即應(yīng)變硬化指數(shù)(n),塑性應(yīng)變比率(R)，以及力系數(shù)(K)沿著上述的3個方向被象解釋在[5]里的那樣從抗拉的試驗中查明 。正常的各向異性（）和刨床各向異性()由沿著上述的3 個方向使用在下面給的用來確定R值計算： 在實驗中使用的圓錐形和等切面曲線凹模模子分別如圖1和2所示。使用這些凹模模子時，探究了不同潤滑條件。 圖1.拉模沖模 圖2.等切面曲線凹模模子 為了確定限制的直徑，對給定的薄片厚度，圓的空白的直徑在連續(xù)的試驗過程中被逐漸增加直到皺紋出現(xiàn)。在拖曳操作期間，一根柵欄環(huán)繞圖案被在空白上打印來測量徑向應(yīng)變()以及環(huán)張力()。 3. 結(jié)果和討論 這里研究的鋼板的正常的各向異性和應(yīng)變硬化指數(shù)值在表一給出。當(dāng)薄片在拉模上被拖曳時的限制拉比率和限制直徑在表格二給出。當(dāng)薄片在等切面曲線模上被拖曳時的限制拉比率和限制直徑在表格三給出。 表一：正規(guī)各向異性和應(yīng)變硬化指數(shù)值 金屬片 初始厚度（mm） 平均應(yīng)變硬化指數(shù)值 平均各向異性值 無涂層有裂縫的自由鋼板 0．85 0．3443 1．8770 有涂層有裂縫的自由鋼板 0．85 0．2919 1．9726 有裂縫的自由鋼板 0．6 0．2828 1．3208 有裂縫的自由鋼板 0．9 0．3008 1．1488 有裂縫的自由鋼板 1．2 0．2671 0．9704 有裂縫的自由鋼板 1．6 0．3315 1．2347 表二：使用拉模的限制拉伸比率值 材料情況 初始厚度（mm） 限制直徑（mm） LDR 無涂層有裂縫的自由鋼板 0.85 105 2.100 有涂層有裂縫的自由鋼板 0.85 100 2.000 無潤滑有裂縫的自由鋼板 0.6 80 1.600 有潤滑有裂縫的自由鋼板 0.9 85 1.700 無潤滑有裂縫的自由鋼板 1.2 100 2.000 有潤滑有裂縫的自由鋼板 1.2 85 1.700 有潤滑有裂縫的自由鋼板 1.6 125 2.500 表三:使用等切面曲線拉模的限制拉比率值 材料情況 初始厚度（mm） 限制直徑（mm） LDR 有裂縫的自由鋼板 0.6 80 1.600 有裂縫的自由鋼板 0.9 90 1.800 有涂層有裂縫的自由鋼板 0.85 95 1.900 無涂層有裂縫的自由鋼板 0.85 105 2.100 有裂縫的自由鋼板 1.2 110 2.200 有裂縫的自由鋼板 1.6 130 2.600 在拉動拉模時,帶有薄片厚度的有裂縫的自由鋼板的限制拉比率的的變化如圖三所示。 在拉動等切面曲線的模子時,帶有薄片厚度的有裂縫的自由鋼板的限制拉比率的的變化如圖四所示。以上兩種情況下，限制拉比率隨著薄片厚度的增加而增加。圖五顯示了薄片在拉模中拉動時限制拉比率隨著的變化情況。圖六顯示了薄片在等切面曲線模子中拉動時限制拉比率隨著的變化情況。這兩種情況下，限制拉比率都隨著的增加而減小。圖七顯示了在拉模中限制拉比率隨著正規(guī)各向異性的變化情況。圖八顯示了在等切面曲線模子中限制拉比率隨著正規(guī)各向異性的變化情況。當(dāng)拉動拉模時，限制拉比率隨著正規(guī)各向異性值的增加而增加。圖九顯示了限制拉比率隨著包括拉模的鉆床直徑、初始厚度、正規(guī)各向異性和應(yīng)變硬化指數(shù)的非維參數(shù)變化情況。圖十顯示了限制拉比率隨著包括等切面曲線模子的鉆床直徑、初始厚度、正規(guī)各向異性和應(yīng)變硬化指數(shù)的非維參數(shù)變化情況。限制拉比率隨著以上非維參數(shù)值的增加而減小。不過，上述結(jié)果顯示：當(dāng)在等切面曲線模子中拉動時，有裂縫的自由鋼板的限制拉比率更大。圖十一顯示了拉動拉模時有裂縫的自由鋼板的塑性應(yīng)變增加比率的變化，拉動等切面曲線模子時有裂縫的自由鋼板的塑性應(yīng)變增加比率的變化情況在圖十二。塑性應(yīng)變增加比率在拉模的情況下線性增加，而在等切面曲線模子的情況中變化不不清楚。圖十三顯示了有預(yù)加應(yīng)變的有裂縫的自由鋼板薄片的塑性應(yīng)變增加比率的變化情況。這也顯示了塑性應(yīng)變增加比率隨著值的增加而增加的本性。 圖三：在拉模中限制拉比率隨薄片厚度的變化 圖四：在等切面曲線模子中限制拉比率隨薄片厚度的變化 圖五：在拉模中限制拉比率隨的變化 圖六：在等切面曲線模子中限制拉比率隨的變化 圖七：在拉模中限制拉比率隨正規(guī)各向異性值的變化 圖八：在等切面曲線模子中限制拉比率隨正規(guī)各向異性值的變化 圖九：在拉模中限制拉比率隨著包括拉模的鉆床直徑、初始厚度、正規(guī)各向異性和應(yīng)變硬化指數(shù)的非維參數(shù)的變化 圖十：在等切面曲線模子中限制拉比率隨著包括拉模的鉆床直徑、初始厚度、正規(guī)各向異性和應(yīng)變硬化指數(shù)的非維參數(shù)的變化 圖十一：在拉模中塑性應(yīng)變增加比率隨的變化 圖十二：在等切面曲線模子中塑性應(yīng)變增加比率隨的變化 圖十三：預(yù)加應(yīng)變情況下，在等切面曲線模子中塑性應(yīng)變增加比率隨的變化 4. 結(jié)論 據(jù)上述結(jié)果，得出下列結(jié)論。限制拉比率隨著厚度增加而增加，也隨著塑性應(yīng)變增加值增加而增加。限制拉比率隨著 和包括鉆床直徑、初始厚度，正規(guī)各向異性值和應(yīng)變硬化指數(shù)的非維參數(shù)值的增加而減少。此性質(zhì)是在兩重模子里共有的。比較拉模和等切面曲線模子，限制拉比率在等切面曲線模子中拉動時更大一些。 參考文獻(xiàn): [1] Hill R. 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