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畢業(yè)設計 論文 外文資料翻譯 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化專業(yè) 班 級 姓 名 學 號 外文出處 機器人和計算機集成制造 21 2005 368 378 附 件 1 原文 2 譯文 2013 年 3 月 夾具定位規(guī)劃中完整性評估和修訂 CAM 實驗室 機械工程學系 伍斯特理工學院研究院 100 路 伍斯特 碩士 01609 美國 2004 年 9 月 14 日收稿 2004 年 11 月 9 日修訂 2004 年 11 月 10 日發(fā)表 摘 要 幾何約束是夾具設計中最重要的考慮因素之一 確定位置的解析擬訂已發(fā) 達 然而 如何分析和修改在實際夾具設計實踐過程中的一個非確定性的定位 計劃尚未深入研究 在本文中 提出了一種方法來描述在限制約束下的重點夾 具系統的幾何約束狀態(tài) 一種限制約束下狀態(tài) 如果它存在 可以識別給定定 位計劃 可以自動識別工件的所有限制約束下約束狀態(tài)的提案 這有助于改善 逆差定位計劃 并為修訂提供指引 以最終實現確定性的定位 關鍵詞 夾具設計 幾何約束 確定性定位 限制約束 過約束 1 介紹 夾具是用于制造工業(yè)進行工件牢固定位的一種機制 在零件加工過程中規(guī) 劃一個關鍵的第一步 夾具設計需要 以確保定位精度和三維工件的精度 3 2 1原則 在一般情況下 是最廣泛使用的指導原則發(fā)展的位置計劃 V型塊 和銷孔定位原則也常用 一個加工夾具定位方案必須滿足一些要求 最基本的要求是 必須提供工 件確定的位置 這種觀點指出 定位計劃生產的確定位置 工件不能移動 而 至少有一個定位不會失去聯系 這一直是夾具設計的最根本的準則之一 許多 研究人員關于幾何約束狀態(tài)的研究表明 工件在任何定位計劃分為以下三個類 別 1 良好的約束 確定性 工件在一個獨特的位置進行配合 工件表面 與 6 個定位器取得聯系 2 限制約束 不完全約束工件的自由度 3 過約束 工件自由度超過 6 定位的制約 在1985年 淺田 1 提出了滿秩為準則雅可比矩陣的約束方程 基于分析形成 了調研后 確定定位 周等 2 在1989年制定了在確定性定位問題上使用螺旋理 論 結果表明 定位矩陣的定位需要壓力滿秩達到確定的位置 該方法的確定通 過無數的研究 王等 3 考慮定位工件的接觸的影響 而采用點接觸面積 他們 介紹了接觸矩陣 并指出 兩個接觸的機構不應該有平等的 但在接觸點曲率 相反 卡爾森 4 認為 可能沒有足夠的應用 如一些不是非棱柱的表面或相對 誤差近似的非小線性 他提出一個二階泰勒展開 其中也考慮到定位誤差相互 作用 馬林和費雷拉 5 應用周對 3 2 1的位置擬訂 制定若干按照規(guī)則的規(guī)劃 盡管眾多的位置上的確定分析研究很少注意非確定性分析的位置 在淺田的擬定方案中 他們假設工件夾具元件和點之間的聯絡無阻力 理想 的位置q 而應放置工件表面和分片 可微函數是 gi 見圖1 表面函數定義為 gi q 0是確定的 應該有一個獨一無二的解決方案為下列 所有定位方程組 gi q 0 i 1 2 n 1 其中n是定位器的位置與 方向 代表了工件的定位和 方向 只有考慮到目標位置q 附近在 處 淺田表明 2 hi是幾何函數的雅可比矩陣 矩陣式所示 3 確定定位 如果雅可比矩陣滿秩 可滿足要求 2 只有q q 一個解決辦法 3 在1個3 2 1定位計劃中 一個約束方程的雅可比矩陣的滿秩的約束狀態(tài)如 表1所示 如果定位是小于6 工件是限制約束的 即存在至少有一個工件自由 定位議案不受限制的 如果矩陣滿秩 但定位大于6 定位 工件是過約束 這表 明存在至少一個定位等 而幾何約束工件被刪除不影響的狀態(tài) 找出一個模型除 了3 2 1 可以建立基準框架提取等效的定位點 胡等 6 已經發(fā)展出一種系統的方 法 對這個用途 因此 這則能適用于所有的定位方案 圖1 夾具系統模型 表 1 等級 數量的定位 地位 6 過分約束 康等 7 遵循這些方法和他們實施制定的幾何約束分析模塊其自動化的計算機輔 助夾具設計的核查制度 他們的 CAFDV 系統可以計算出雅可比矩陣和它的排 名來確定定位的完整性 它也可以分析工件的位移和靈敏度定位錯誤 熊等人 8 提 出的等級檢查方法的定位矩陣 WL 見附件 他們還介紹了左 右邊的定位矩陣 廣義逆理論 分析了工件的幾何誤差 結果表明 定位及發(fā)展方向誤差 X 和位 置誤差 r 的工件定位相關如下 在受限 X WL r 4 約束 X WTLWL 1WLT r 5 過分約束 X WLT WTLWL 1 r I6 6 WLT WTLWL 1WL 6 是任意一個向量 他們還介紹了從這些矩陣的幾個指標 評價定位配置 其次是通過約束非 線性規(guī)劃的優(yōu)化 然而 他們的研究分析 不涉及非確定性定位的修訂 目前 還沒有就如何處理與提供確定的位置的夾具設計系統的研究 2 定位完整性評價 如果不確定性的位置達到夾具系統設計的要求 設計師知道約束狀態(tài)是什 么 以如何改善設計是非常重要的條件 如果夾具系統是過度約束 是理想定 位需要的不必要的信息 而下約束時 所有有關知識約束工件的議案 可以引 導設計師選擇額外的定位或使得修改定位計劃更有效 的總體戰(zhàn)略定位計劃表 征幾何約束的狀態(tài)描述圖 2 在本文中 定位矩陣秩的幾何約束的施加評價狀態(tài) 見附件為獲得的定位矩 陣 確定需要六個定位器定位提供矩陣的滿秩定位 WL 如圖 3 所示 在給定的定位器數量 n 定位法向量 ai bi ci 和定位的位置 xi yi zi 每一個定位器 i 1 2 n n 6 定位矩陣可以確定如下 7 當等級 WL 6 n 6 時 是工件良好約束 當等級 WL 6 n 6 時 是工件過約束 這意味著 n 6 有不必要的定位在定位方案上 工件將不存在限制 n 6 定位器 這種狀態(tài)的數學表示方法 那就是 n 6 在定位向量矩陣 可表示為 線性組合的其他六行向量 圖 2 幾何約束狀態(tài)描述 圖 3 一個簡化的定位方案 定位方案 提供了確定性的位置 發(fā)達國家的算法使用下列方法確定不必 要的定位 1 找到所有的 n 6 組合定位的 2 為每個組合 從 n 6 定位器確定定位方案 3 重新計算矩陣秩的定位為左六個定位器 4 如果等級不變 被刪除的 n 6 定位器是負責過約束狀態(tài) 這種方法可能會產生多種解決方案 并要求設計師來決定哪一套不必要的 定位應該被刪除以最佳定位性能 當等級 WL 6 工件的限制約束 3 算法的開發(fā)和實施 在這里待開發(fā)的算法 將致力于提供信息的不受限運動工件在不足的約束 狀態(tài) 假設有 n 個定位器之間的關系的工件的位置 定向誤差和定位誤差可以表 示為如下 其中 DX DY DZ AX AY AZ 沿 X Y Z 軸和 X Y Z 軸的旋轉 分 別是位移 直接還原鐵 第 i 個定位器的幾何誤差 WIJ 的定義是正確的廣義逆的定位矩陣 WR WTL WLWTL 為了找出所有未受限運動的工件 V dxi dyi dzi daxi dayi dazi 介紹了 V DX 0 由于 rank X 6 必須存在有非零 V 滿足式 每個非零的解決方案的 V 代 表一個無約束 運動 每學期的 V 代表該運動的一個組成部分 例如 0 0 0 3 0 0 說繞 x 軸的旋轉不約束裝置 0 1 1 0 0 0 工件可以沿著由下式給出的方向向量 0 1 1 有可能是無限的解決方案 解空間 然而 可以構造 6 rank WL 基本的解決方案 致力于以下分析 找出基本的解決方案 示出 Wr 的行向量之間的依賴關系 在特殊情況下 例如 所有 W1J 等于零 V 具有一個明顯的解決方案 1 0 0 0 0 0 表示沿 x 軸的位移還沒有 限制 這是很容易理解 因為 0 在此情況下 這意味著相應的工件的位置誤 差是不依賴任何定位錯誤 因此 相關的動議未約束的定位器 此外 結合動 議不約束 如果是 X 的元素之一 可以作為其他元素的線性組合表示 然而 它 可以移動向量定義的 x 和 y 軸之間的沿對角線 為了找到解決辦法一般情況下 以下策略 1 在定位矩陣消除依賴的行 S 2 計算 6 不正確的修改后的定位矩陣的廣義逆 3 4 規(guī)范的自由運動空間 5 計算未定的 V 6 基于該算法 一個 C 程序的目的是為了查明受限的狀態(tài)下 不受約束的 運動 實施例 1 在一個表面的磨削操作中 位于一個工件的夾具系統上 如示于圖 正常矢量和每個定位器的位置如下 因此 定位矩陣被確定 在有限的定位方案 這種定位系統提供了根據有限的定位因為 rank WL 5 6 該程序 然后計 算 正確的定位矩陣的廣義逆 第一行是公認的依賴行 因為這一行的去除不影響矩陣的秩 其他五排是 獨立的行 發(fā)現根據獨立的行的線性組合規(guī)定下約束狀態(tài)的程序的步驟 5 這 種特殊情況下的解決方案是顯而易見的 所有系數均為零 因此 所述 un 約 束運動的工件可以被確定為 V 100000 這表明 工件可沿 x 方向移動 基于這 個結果 一個額外的定位器應該是采用約束沿 x 軸的工件位移 實施例 2 圖 5 示出了鉸接 3 2 1 定位系統 的法線矢量和每個定位器的位置 在這最初的設計如下 這種配置的定位矩陣是 610 真正的設計修改 修改定位矩陣變?yōu)?修改后的定位矩陣是正確的廣義逆 檢查的程序依賴行 每一行是依賴其它五個行 不失概括性的 第一行被視為 依賴行 5 5 改進的逆矩陣 根據第 5 步中 計算五個未確定的 V 條件 該矢量表示的位移的組合定義的自由運動 沿 1 0 1 713 方向結合旋轉 0 0432 0 0706 0 04 要修改這個定位的配置 另一種定位器被添加到限 制這種自由運動的工件 假設定位 L1 刪除在步驟 1 中 該程序可以也算自由 運動的工件 如果一個定位器以外 L1 刪除在步驟 1 中 這提供了多的設計師 的修訂選項 4 總結 確定性的位置是一個重要的要求夾具定位方案設計 分析標準決定性的地 位已經確立 為了進一步研究非確定性狀態(tài) 提出了一種用于檢查幾何約束的 狀態(tài)已經研制成功 該算法可以識別欠約束狀態(tài) 并指示不受限運動的工件 它也承認過約束的狀態(tài)和不必要的定位器 輸出信息 可以幫助設計師來分析 和改進現有的定位方案 參考文獻 1 Asada H By AB 自動重構夾具的柔性裝配夾具的運動學分析 IEEE J 機 器人 autom1985 RA 1 86 93 2 zhou YC Chandru V Barash MM 加工裝置的自動配置的數學方法分析和 綜合 反 ASME J 英工業(yè) 1989 111 299 306 3 Wang MY Liu T Pelinescu DM 夾具運動學分析的基礎上充分接觸剛體模 型 J 制造業(yè) 科學與工程 2003 125 316 24 4 Carlson JS 剛性零件的裝夾和定位計劃的二次靈敏度分析 ASME J 制造 業(yè) 2001 年科學與工程 123 3 462 72 5 Marin R Ferreira P 確定性 3 2 1 定位計劃的運動學分析和綜合加工裝置 ASME J 制造業(yè) 科學與工程 2001 年 123 708 19 6 Hu W 設置規(guī)劃和公差分析 博士論文中 伍斯特理工學院 2001 年 7 Kang Y Rong Y Yang J Ma W 計算機輔助夾具設計驗證 大會 Autom2002 22 350 9 8 Rong KY Huang SH Hou Z 先進的計算機輔助夾具設計 波士頓 愛思唯爾 2005 年 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 攻絲組合機床 學生姓名 楊玉娟 學生學號 200310621051 院 系 機電工程學院 年級專業(yè) 2003 級機制 指導教師 周汝忠教授 二 七年六月 文獻綜述 關于組合機床的綜述 1 前言 組合機床是以系列化 標準化的通用部件為基礎 配以少量的專用部件組 成的專用機床 它適宜于在大批 大量生產中對一種或幾種類似零件的一道或 幾道工序進行加工 這種機床既有專用機床的結構簡單 生產率和自動程度較 高的特點 又具有一定的重新調整能力 以適應工件變化的需要 1 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) 2 2 組合機床發(fā)展歷史 1908 年 美國福持汽車公司率先制造出第一臺組合機床 用于汽車零件 的加工 1928 年 前蘇聯開始生產組合機床 我國的組合機床制造技術是從 一五 計劃期間 汽 洛拖 引進組合機床開始的 1956 年 3 月 當 時的第一機械工業(yè)部第二機器管理局批準成立了第一專業(yè)設計處 即現大連組合 機床研究所的前身 全面引進了前蘇聯的組合機床通用部件和設計指導資料 開始了我國組合機床的創(chuàng)業(yè)階段 并于同年在大連機床廠制造出我國的第一臺 組合機床 1961 年 又制造出我國第一條組合機床自動線 組合機床設計制造 從 一所一廠 起步已發(fā)展到如今 個獨立的配套齊全的行業(yè) 3 我國組合機床制造技術的發(fā)展大體經歷 以下四個階段 1 引進消化 開創(chuàng)我國組合機床技術標準體系 2 普及組合機床技術 發(fā)展形成行業(yè) 3 組織科技攻關 努力擔高組合機床技術水平 4 柔性制造技術的發(fā)展 推動了組合機床傳統制造技術的轉變 3 組合機床的發(fā)展現狀和發(fā)展趨勢 近十多年來 組 機床及其自動線在高效 高生產率 柔性化以及采用并 行 同步 工程制訂更為合理 更為節(jié)省的方案方面取得了不小的進展 尤其是 汽車工業(yè) 為了提高汽車的性能 對零件的加工精度提出了一些新的要求 因此對機床性能的要求也更高了 4 近年來隨著數控技術 電子技術 計算機技術等的發(fā)展 組合機床的機械 結構和控制系統也發(fā)生了巨大變化 5 組合機床有了以下的發(fā)展 1 數控 化 數控組合機床的出現 不僅完全改變了過去那種由繼電器電路組成的組合 機床的控制系統 而目 也使組合機床機械結構乃至通用部件標準發(fā)生了或正 在發(fā)生著巨大的變化 2 模塊化 數控加1 二模塊化極大地豐富了組合機床的 通用件 它必將引起組合機床通用件發(fā)生根本性變化 3 高速化 由于高速加 工可大大降低零件表面粗糙度及切削力 大大減小切削溫度 提高生產效率 故機床的高速化研究方興未艾 特別是數控機床的主運動和進給運動速度已達 到了驚人高速 如美國生產的加工中心 主軸轉速可達15 000 60 000r min 工作臺快進速度高達90 120m min 順應機床高速化的潮流 組合機床的速度也 越來越高 例如德國大眾汽車廠在加工鋁金缸蓋燃燒室側面時 采用PCD銑刀 銑削速度高達3 075m min 進給速度達3 600mm min 而采用安裝有CBN 刀片的新穎鏜刀加工灰鑄鐵時 切削速度達800m min 進給速度達I 500 mm min 6 4 精密化 由于機床實現了數控化 因而機床的加工精度越 來越高 使一些過去看來難以達到的加工精度今天也已經實現了 5 全防護化 全封閉是現在機床的一大特點 不論是單機還是機床生產線 均采用全封閉的 外罩 電器 液壓全部采用空中走線 全封閉防護 不但使機床及其生產線外 形美觀 而且也提高了安全性 可靠性和維修的便利性 4 結語 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的成套性為主攻方向 一方面 加強數控 技術的應用 提高組合機床產品數控化率 另一方面 進一步發(fā)展新型部件 尤其是多坐標部件 使其模塊化 柔性化 適應可調可變 多品種加工的市場 需求 參 考 文 獻 1 黃奇葵 鐘華珍 張福潤 機械制造基礎 2 李慶余 張佳 機械制造裝備設計 機械工業(yè)出版 3 佟璞瑋 中國組合機床市場 1999 中國機電產品市場展望 4 裘愉 從幾個側面看組合機床的發(fā)展動向 組合機床與自動化加工技術 1994年第 11期 5 李明 王合增 張應午 組合機床的發(fā)展趨勢及企業(yè)的對策 機械產品與科技 2002 年第 1 期 6 李如松 組合機床和自動線的技術發(fā)展 組合機床與自動化加工技術 1999 1 5 10 攀枝花學院 Panzhihua University 本科畢業(yè)設計 論文 文獻綜述 院 系 機 電 學 院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 2003 級機制 學生姓名 楊 玉 娟 學 號 200310621051 2007 年 4 月 15 日 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 摘要 I 摘 要 機械制造業(yè)是一個國家經濟發(fā)展的重要支柱 而制造業(yè)的生產能力主要取決 于制造裝備 機床的先進程度 組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點 在大批 大量生產中得到廣泛應用 并可用以組成自動生產線 本文對離合器壓盤螺紋孔的加工工藝進行了詳細的分析 就其孔的加工提出 了 一次裝夾 單工位加工 達到產品圖樣的精度要求 的思路 根據這一思路 設計了四軸頭單工位攻絲組合機床 該組合機床由立柱 立柱底座 中間底座 液壓滑臺 動力箱 多軸箱等組 成 本文對各部分的設計進行了詳細的計算和論證 關鍵詞 組合機床 離合器壓盤 主軸箱 夾具 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 ABSTRACT II ABSTRACT The machinery Manufacture is an important pillar of economic development in a country While the capability of production in trade of manufacture mostly depends on the advanced producing equipment machine tool modular machine tools have advantages of high efficiency and low cost It is widely used in large batch production and can be consisted automatic production line This paper analyzes the manufacturing process detail of threading holes of a disc The idea is once clamping the work The accuracy can be satisfied the demand of drawing According above idea the 4 spindle modular machine tool has been designed This paper presents the design and calculating of each part of this machine tool Key words Modular machine tool Clutch plate 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 目錄 1 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1 1 機床在國民經濟的地位及其發(fā)展簡史 1 1 2 組合機床的國內 外現狀 2 1 2 1 國內組合機床現狀 3 1 2 2 國外組合機床現狀 4 1 3 機床設計的目的 要求 5 1 3 1 設計的目的 5 1 3 2 設計要求 5 2 總體方案設計 6 2 工藝方案 6 2 2 配置形式 6 2 2 1 確定組合機床的配置形式和結構方案 6 2 3 三圖一卡 的編制 7 2 3 1 被加工零件圖 7 2 3 2 加工示意圖 8 2 3 3 繪制加工示意圖的有關計算 8 2 3 5 機床聯系尺寸圖 12 2 3 6 生產率卡 16 3 主軸箱設計 20 3 1 繪制主軸箱設計原始依據圖 20 3 2 主軸結構形式的選擇及動力計算 22 3 2 1 初步確定齒輪模數 22 3 2 2 主軸箱的動力計算 22 3 3 傳動系統的設計與計算 23 3 3 1 傳動系統設計 23 3 3 2 驗算各主軸轉速 24 3 4 主軸箱的坐標計算 25 3 4 1 計算各傳動軸的坐標 25 3 4 2 繪制坐標檢查圖 25 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 目錄 2 3 5 主軸箱總圖設計 26 3 5 1 主視圖和側視圖 26 3 5 2 展開圖 27 3 5 3 主軸和傳動軸裝配表 27 4 夾具設計 29 4 1 機床夾具的概述 29 4 1 1 機床夾具的組成 29 4 1 2 機床夾具的類型 29 4 2 工件的定位和夾具的定位設計 29 4 3 夾緊方案的設計 29 結論 31 參考文獻 32 致謝 33 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 緒 論 1 1 緒論 1 1 機床在國民經濟的地位及其發(fā)展簡史 現代社會中 人們?yōu)榱烁咝?經濟地生產各種高質量產品 日益廣泛的使用 各種機器 儀器和工具等技術設備與裝備 為制造這些技術設備與裝備 又必須 具備各種加工金屬零件的設備 諸如鑄造 鍛造 焊接 沖壓和切削加工設備等 由于機械零件的形狀精度 尺寸精度和表面粗糙度 目前主要靠切削加工的方法 來達到 特別是形狀復雜 精度要求高和表面粗糙度要求小的零件 往往需要在 機床上經過幾道甚至幾十道切削加工工藝才能完成 因此 機床是現代機械制造 業(yè)中最重要的加工設備 在一般機械制造廠中 機床所擔負的加工工作量 約占 機械制造總工作量的 40 60 機床的技術性能直接影響機械產品的質量及其 制造的經濟性 進而決定著國民經濟的發(fā)展水平 可以這樣說 如果沒有機床的 發(fā)展 如果不具備今天這樣品種繁多 結構完善和性能精良的各種機床 現代社 會目前所達到的高度物質文明將是不可想象的 一個國家要繁榮富強 必須實現工業(yè) 農業(yè) 國防和科學技術的現代化 這 就需要一個強大的機械制造業(yè)為國民經濟各部門提供現代化的先進技術設備與裝 備 即各種機器 儀器和工具等 然而 一個現代化的機械制造業(yè)必須要有一個 現代化的機床制造業(yè)做后盾 機床工業(yè)是機械制造業(yè)的 裝備部 總工藝師 對國民經濟發(fā)展起著重大作用 因此 許多國家都十分重視本國機床工業(yè)的發(fā)展 和機床技術水平的提高 使本國國民經濟的發(fā)展建立在堅實可靠的基礎上 機床是人類在長期生產實踐中 不斷改進生產工具的基礎上生產的 并隨著 社會生產的發(fā)展和科學技術的進步而漸趨完善 最原始的機床是木制的 所有運 動都是由人力或畜力驅動 主要用于加工木料 石料和陶瓷制品的泥坯 它們實 際上并不是一種完整的機器 現代意義上的用于加工金屬機械零件的機床 是在 18 世紀中葉才開始發(fā)展起來的 當時 歐美一些工業(yè)最發(fā)達的國家 開始了從工 場手工業(yè)向資本主義機器大工業(yè)生產方式的過渡 需要越來越多的各種機器 這 就推動了機床的迅速發(fā)展 為使蒸汽機的發(fā)明付諸實用 1770 年前后創(chuàng)制了鏜削 蒸汽機汽缸內孔用的鏜床 1797 年發(fā)明了帶有機動刀架的車床 開創(chuàng)了用機械代 替人手控制刀具運動的先聲 不僅解放了人的雙手 并使機床的加工精度和工效 起了一個飛躍 初步形成了現代機床的雛型 續(xù)車床之后 隨著機械制造業(yè)的發(fā) 展 其他各種機床也陸續(xù)被創(chuàng)制出來 至 19 世紀末 車床 鉆床 鏜床 刨床 拉床 銑床 磨床 齒輪加工機床等基本類型的機床已先后形成 上世紀初以來 由于高速鋼和硬質合金等新型刀具材料相繼出現 刀具切削 性能不斷提高 促使機床沿著提高主軸轉速 加大驅動功率和增強結構剛度的方 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 緒 論 2 向發(fā)展 與此同時 由于電動機 齒輪 軸承 電氣和液壓等技術有了很大的發(fā) 展 使機床的轉動 結構和控制等方面也得到相應的改進 加工精度和生產率顯 著提高 此外 為了滿足機械制造業(yè)日益廣闊的各種使用要求 機床品種的發(fā)展 也與日俱增 例如 各種高效率自動化機床 重型機床 精密機床以及適應加工 特殊形狀和特殊材料需要的特種加工機床相繼問世 50 年代 在綜合應用電子技 術 檢測技術 計算技術 自動控制和機床設計等各個領域最新成就的基礎上發(fā) 展起來的數控機床 使機床自動化進入了一個嶄新的階段 與早期發(fā)展的僅適用 于大批大量生產的純機械控制和繼電器接觸器控制的自動化相比 它具有很高柔 性 即使在單件和小批生產中也能得到經濟的使用 綜觀機床的發(fā)展史 它總是隨著機械工業(yè)的擴大和科學技術的進步而發(fā)展 并始終圍繞著不斷提高生產效率 加工精度 自動化程度和擴大產品品種而進行 的 現代機床總的趨勢仍然是繼續(xù)沿著這一方向發(fā)展 我國的機床工業(yè)是在 1949 年新中國成立后才開始建立起來的 解放前 由 于長期的封鎖統治和 19 世紀中葉以后帝國主義的侵略和掠奪 我國的工農業(yè)生 產非常落后 既沒有獨立的機械制造業(yè) 更談不上機床制造業(yè) 至解放前夕 全 國只有少數城市的一些規(guī)模很小的機械廠 制造少量簡單的皮帶車間 牛頭刨床 和砂輪等 1949 年全國機床產量僅 1000 多臺 品種不到 10 個 解放后 黨和人民政府十分重視機床工業(yè)的發(fā)展 在解放初期的三年經濟恢 復時期 就把一些原來的機械修配廠改建為專業(yè)廠 在隨后開始的幾個五年計劃 期間 又陸續(xù)擴建 新建了一系列機床廠 經過 50 多年的建設 我國機床工業(yè) 從無到有 從小到大 現在已經成門類比較齊全 具有一定實力的機床工業(yè)體系 能生產 5000 多種機床通用品種 數控機床 1500 多種 不僅裝備了國內的工業(yè) 而且每年還有一定數量的機床出口 我國機床行業(yè)的發(fā)展是迅速的 成就是巨大的 但由于起步晚 底子薄 與 世界先進水平相比 還有較大差距 為了適應我國工業(yè) 農業(yè) 國防和科學技術 現代化的需要 為了提高機床產品在國際市場上的競爭能力 必須深入開展機床 基礎理論研究 加強工藝試驗研究 大力開發(fā)精密 重型和數控機床 使我國的 機床工業(yè)盡早躋身于世界先進行列 1 2 組合機床的國內 外現狀 世界上第一臺組合機床于 1908 年在美國問世 30 年代后組合機床在世界各 國得到迅速發(fā)展 至今 它已成為現代制造工程 尤其是箱體零件加工 的關鍵 設備之一 現代制造工程從各個角度對組合機床提出了愈來愈高的要求 而組合機床也 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 緒 論 3 在不斷吸取新技術成果而完善和發(fā)展 1 2 1 國內組合機床現狀 我國加入 WTO 以后 制造業(yè)所面臨的機遇與挑戰(zhàn)并存 組合機床行業(yè)企業(yè) 適時調整戰(zhàn)略 采取了積極的應對策略 出現了產 銷兩旺的良好勢頭 截至 2005 年 4 月份 組合機床行業(yè)企業(yè)僅組合機床一項 據不完全統計產量已達 1000 余臺 產值達 3 9 個億以上 較 2004 年同比增長了 10 以上 另外組合機 床行業(yè)增加值 產品銷售率 全員工資總額 出口交費值等經濟指標均有不同程 度的增長 新產品 新技術較去年年均有大幅度提高 可見行業(yè)企業(yè)運營狀況良 好 行業(yè)企業(yè)產品結構的變化 組合機床行業(yè)企業(yè)主要針對汽車 摩托車 內燃機 農機 工程機械 化工 機械 軍工 能源 輕工及家電行業(yè)提供專用設備 隨著我國加入 WTO 后與世 界機床進一步接軌 組合機床行業(yè)企業(yè)產品開始向數控化 柔性化轉變 從近兩 年是企業(yè)生產情況來看 數控機床與加工中心的市場需求量在上升 而傳統的鉆 鏜 銑組合機床則有下降趨勢 中國機床工具工業(yè)學會的 機床工具行業(yè)企業(yè)主 要經濟指標報表 是統計數據顯示 僅從幾個全國大型重點企業(yè)生產情況看 2003 年生產數控機床 890 臺 產值 16187 萬元 生產加工中心 148 臺 產值 5770 萬元 2004 年生產數控機床 985 臺 產值 25838 萬元 生產加工中心 159 臺 產值 7099 萬元 而 2005 年 截至 4 月份 數控機床 加工中心 產值已接 近 2003 年全年水平 故市場在向數控 高精制造技術和成套工藝裝備方面發(fā)展 行業(yè)企業(yè)的快速轉變 九五 后期 在組合機床行業(yè)企業(yè)的 50 多家組合機床分會會員中 僅有 兩家企業(yè)實行了股份改造 一家企業(yè)退出國有轉為民營 其余的都是國有企業(yè) 而從 2001 至 2002 年 不到兩年的時間 就先后有十幾家企業(yè)實行股份制改造 一些小廠幾乎全部退出國有轉為民營 現在一些國家重點國有企業(yè)也在醞釀股份 制改造 轉制已勢不可檔 民營經濟在經歷了從被歧視 被藐視到不可小視和 現在高度重視 4 個階段后 煥發(fā)勃勃生機 組合機床行業(yè)企業(yè)正在以股份制 民營化等多種形式快速發(fā)展 組合機床技術裝備現狀與發(fā)展趨勢 組合機床及其自動線是集機電于一體是綜合自動化度較高的制造技術和成套 工藝裝備 它的特征是高效 高質 經濟實用 因而被廣泛應用與工程機械 交 通 能源 軍工 輕工 家電行業(yè) 我國的傳統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批量比較大的大中型的 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 緒 論 4 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 在孔內鏜各種形狀 槽 以及銑削平面和成型面等 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 復合式 還有多工位回轉 臺組合機床等 隨著技術的不斷是進步 一種新型的組合機床 柔性組合機床 越來越受人們是親昧 它應用多位主軸箱 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 數字控制 NC 等 能任意改變工作 循環(huán)控制和驅動系統 并能靈活適應多種加工的可調可變的組合機床 另外 近 年來組合機床加工中心 數控組合機床 機床輔機等在組合機床行業(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綜合性很高的高技術專用產品 是根據 用戶特殊要求而設計的 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 我國組合機床及其組合機床自動線總體技術水平比發(fā)達 國家相對落后 國內所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口 工 藝裝備的大量進口勢必導致投資規(guī)模的擴大 并使產品生產成本提高 因此 市 場要求我們不斷開發(fā)新技術 新工藝 研制新產品 由過去的 剛性 機床結構 向 柔性 化方向發(fā)展 滿足用戶需要 真正成為剛柔兼?zhèn)涞淖詣踊b備 1 2 2 國外組合機床現狀 80 年代以來 國外組合機床技術在滿足精度和效率要求的基礎上 正朝著綜 合成套和具備柔性的方向發(fā)展 組合機床的加工精度 多品種加工的柔性以及機 床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進展 實現了機床工作程序軟件化 工序 高度集中 高效短節(jié)拍和多功能知道監(jiān)控 組合機床技術的發(fā)展趨勢是 廣泛應用數控技術 國外主要的組合機床生產廠家都有自己的系列化完整的數控組合機床通用部 件 在組合機床上不僅一般動力部件應用數控技術 而且夾具的轉位或轉角 換箱 裝置的自動分度與定位也都應用數控技術 從而進一步提高了組合機床的工作可靠 性和加工精度 廣州標致汽車公司由法國雷諾公司購置的缸蓋加工生產線 就是由 三臺自動換箱組合機床組成的 其全部動作均為數控 包括自動上下料的交換工作 臺 環(huán)形主軸箱庫 動力部件和夾具的運動 其節(jié)拍時間為 58 秒 發(fā)展柔性技術 80 年代以來 國外對中大批量生產 多品種加工裝備采取了一系列的可調 可 變 可換措施 使加工裝備具有了一定的柔性 如先后發(fā)展了轉塔動力頭 可換主 軸箱等組成的組合機床 同時根據加工中心的發(fā)展 開發(fā)了二坐標 三坐標模塊化 的加工單元 并以此為基礎組成了柔性加工自動線 FTL 這種結構的變化 既可以 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 緒 論 5 實現多品種加工要求的調整變化快速靈敏 又可以使機床配置更加靈活多樣 發(fā)展綜合自動化技術 汽車工業(yè)的大發(fā)展 對自動化制造技術提出了許多新的需求 大批量生產的高 效率 要求制造系統不僅能完成一般的機械加工工序 而且能完成零件從毛坯進線 到成品下線的全部工序 以及下線后的自動碼垛 裝箱等 德國大眾汽車公司 KASSEL 變速箱廠 1987 年投入使用的造價 9000 萬馬克的齒輪箱和離合器殼生產 線 就是這種綜合自動化制造系統的典范 該系統由兩條相似對稱布置的自動線組 成 三班制工作 每條線日產 2000 件 節(jié)拍時間為 40 秒 全線由 12 臺雙面組合機床 18 臺三坐標加工單元 空架機器人 線兩端的毛坯庫和三坐標測量機組成 可實 現 3 種零件的加工 空架機器人完成工件下線的碼垛裝箱工作 隨著綜合自動化 技術的發(fā)展 出現了一批專門從事裝配 試驗 檢測 清洗等裝備的專業(yè)生產廠家 進 一步提高了制造系統的配套水平 進一步提高工序集中程度 國外為了減少機床數量 節(jié)省占地面積 對組合機床這種工序集中程度高的產 品 繼續(xù)采取各種措施 進一步提高工序集中程度 如采用十字滑臺 多坐標通用 部件 移動主軸箱 雙頭鏜孔車端面頭等組成機床或在夾具部位設置刀庫 通過換 刀加工實現工序集中 從而可最大限度地發(fā)揮設備的效能 獲取更好的經濟效益 1 3 機床設計的目的 要求 1 3 1 設計的目的 機床設計畢業(yè)設計 其目的在于通過機床主運動機械變速傳動系統的結構設 計 使我們在擬定傳動和變速的結構方案過程中 得到設計構思 方案的分析 結構工藝性 機械制圖 零件計算 編寫技術文件和查閱資料等方面的綜合訓練 樹立正確的設計思想 掌握基本的設計方法 培養(yǎng)基本的設計方法 并培養(yǎng)了自 己具有初步的結構分析 結構設計和計算能力 1 3 2 設計要求 評價機床性能的優(yōu)劣 主要是根據技術 經濟指標來判定的 技術先進合理 亦即 質優(yōu)價廉 才會受到用戶的歡迎 在國內和國際市場上才有競爭力 機床 設計的技術 經濟指標可以從滿足性能要求 經濟效益和人機關系等方面進行分 析 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 總體方案設 計 6 2 總體方案設計 2 工藝方案 根據工件示意圖 工件材料 HT20 40 HB170 241 該零件主要是在工件單 面進行多孔加工 屬大批量的中 小零件加工 因為是只完成攻絲工序 所以選 擇單工位組合機床 工件安裝在機床的固定夾具里 夾具和工件都固定不動 因 為被加工零件直徑較大 厚度卻較小 所以選擇立式機床 機床工作循環(huán)如下 上料 工件夾緊 滑臺快進 滑臺鎖緊 主軸啟動 攻絲靠模帶 動絲錐工進 主軸反轉 進給滑臺快退 絲錐后退 滑臺快退 工件 松開 下料 本設計是攻絲這一單一工序 2 2 配置形式 零件加工工藝方案將決定組合機床的加工質量 生產率 總體布局和夾具結 構等 考慮到被加工的零件是鉆 4 個 M8 螺孔 而且這 4 個螺孔是沿 301 圓周 方向性三等分平均分布 并針對零件的形狀 大小 材料 硬度 剛性 加工部 位的結構特點 加工精度 表面粗糙度以及定位 夾緊方法 工藝過程 所采用 的刀具及切削用量 現場的環(huán)境和條件 生產率要求等 由于此設計是對 4 個 孔攻絲 用一個工位完成 制定工藝方案 1 裝卸 夾緊 2 攻絲 2 2 1 確定組合機床的配置形式和結構方案 通常 在確定工藝方案的同時 也就大體上確定了組合機床的配置形式和結構 方案 但是還要考慮下列因素的影響 加工精度的影響 工件的加工精度要求 往往影響組合機床的配置形式和結構方案 例如 加工精度要求高時 應采用固定夾具的單工位組合機床 加工精度要求低時 可 采用移動夾具的多工位組合機床 工件各孔間的位置精度要求高時 應采用在同 一工位上對各孔同時精加工的方法 工件各孔同軸度要求高時 應單獨采用精加 工等 工件結構狀況影響 工件的形狀 大小和加工部位的結構特點 對機床的結構方案也有一定的影響 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 總體方案設 計 7 例如 對于外形尺寸和重量較大的工件 一般采用固定夾具的單工位組合機床 對多工序的中小型零件 則宜采用移動夾具的多工位組合機床 對于大直徑的 深孔加工 宜采用具有剛性主軸的立式組合機床等 生產率的影響 生產率往往是決定采用單工位組合機床 多工位組合機床還是組合機 床自動線的重要因素 例如 從其他因素考慮應采用單工位組合機床 但由于 滿足不了生產率的要求 就不得不采用多工位組合機床 甚至自動線來進行加 工 而在多工位組合機床時 還要考慮 工位數不超過 2 3 個 并能滿足生產 率要求時 應選用移動工作臺式組合機床 工位數超過 4 個時才選用回轉工作 臺或鼓輪式組合機床 現場條件的影響 使用組合機床的現場條件對組合機床的結構方案也有一定的影響 例如使 用單位的氣候炎熱 車間溫度過高 使用液壓傳動機床不夠穩(wěn)定 則宜采用機 械傳動的結構形式 使用單位刃磨刀具 維修 調整能力以及車間布置得情況 都將影響組合機床的結構方案 2 3 三圖一卡 的編制 編制 三圖一卡 的工作內容包括 繪制被加工零件圖 加工示意圖 機床 聯系尺寸圖 編制生產率計算卡 三圖一卡 是組合機床總體方案的具體體現 2 3 1 被加工零件圖 被加工零件圖是根據選定的工藝方案 表明零件的形狀 尺寸 硬度 以 及在所設計的組合機床上完成的工藝內容和所采用的定位基準 夾壓點的圖紙 是組合機床設計的主要依據 也是制造 驗收和調整機床的重要技術條件 在被加工零件圖上標注的內容有 a 加工零件的形狀 主要輪廓尺寸和本機床要加工部位的尺寸 精度 表面粗 燥度 形位精度等技術要求 以及對上道工序的技術要求等 b 本工序所選定的定位基準 夾緊部位及夾緊方向 c 被加工零件的名稱 編號 材料 硬度及被加工部位的加工余量等 遵循繪制被加工零件圖的規(guī)定畫出零件圖見圖 2 1 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 總體方案設 計 8 圖 2 1 2 3 2 加工示意圖 加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖案上的反應 表示被加工零件在機床 上的加工過程 刀具的布置以及工件 夾具 刀具的相對位置關系 機床的工作 行程及工作循環(huán)等 使刀具 夾具 多軸箱 電氣和液壓系統設計選擇動力部件 的主要依據 是整臺組合機床布局形式的原始要求 也是調整機床和刀具所必需 的重要技術文件 在加工示意圖在標注的內容有 機床的加工方法 切削用量 工作循環(huán)和工作行程 工件 夾具 刀具及多軸箱之間的相對位置及其聯系尺寸 主軸的結構類型 尺寸及外伸長度 刀具類型 數量和結構尺寸 導向裝置 攻螺紋靠模裝置的結構尺寸 刀具與導向裝置的配合 刀具 主軸之間連接方式 2 3 3 繪制加工示意圖的有關計算 刀具的選擇 選擇刀具 應考慮工藝要求與加工尺寸精度 工件材質 表面粗糙度及生產 率的要求 只要條件允許應盡量選用標準刀具 為了提高工序集中程度或滿足精 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 總體方案設 計 9 度要求 可以采用復合刀具 孔加工刀具的長度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾 端與導向套之間有 30 50mm 距離 以便于排出切削和刀具磨損后又一定的向前 調整量 所以 根據零件要加工的孔是 4 個 M8 螺孔 參照以上要求 依據加工 M8 螺 孔選擇 M8 絲錐 導向套的選擇 a 選擇導向類型 組合機床加工孔時 除采用剛性主軸加工方案外 零件上孔的位置精度主要 靠刀具的導向裝置來保證 因此 正確選擇導向裝置的類型 合理確定其尺寸 精度 是設計組合機床的重要內容 也是繪制加工示意圖時必須解決的問題 導 向裝置有兩大類 即固定式導向和旋轉式導向 在加工孔徑不大于 40mm 或摩擦 表面線速度小于 20m min 時 一般采用固定式導向 刀具或刀桿的導向部分 在 導向套內即轉動又作軸向移動 固定導向裝置一般由中間套 可換導套華人壓套 螺釘組成 中間套的作用是在可換導套磨損后 可較為方便的更換 不會破壞鉆 模體上的孔的精度 所以本設計選擇固定式導向套 b 確定導向數量 選擇導向參數 導向數量應根據刀件形狀 內部結構 刀具剛性 加工精度及具體加工情況 決定 通常對于小孔加工用單個導向加工 導向的主要參數包括 導套的直徑及公差配合 導套的長度 導套離工件端 面的距離等 導套的直徑為 8mm 導套長度 為 2 4 16 32 取 161ldm 導套到工件端面的距離 8 工件材料為鑄鐵時 m2ldm 初定切削用量 查表 2 1 攻絲切削速度 表 2 1 加工材料 鑄鐵 鋼及其合金 鋁及其合金 切削速度 米 分 v2 5 5 1 5 5 5 15 因為加工材料是鑄鐵 所以初選 v 為 3 米 分 由 計算出 119 37 10dn minr 12ifff fv 各主軸轉速 轉 分 i 各主軸進給量 毫米 轉 f 絲錐每分進給量 毫米 分 v 得到 119 37 fv min 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 總體方案設 計 10 切削功率 9746TvPD 查 組合機床設計 書表 3 19 3 20 3 21 3 22 得 加工 M8 螺紋 被 加工材料是鑄鐵時 攻絲主軸的直徑是 17 扭矩是 5000mNm 由此得 0 1929746TvPD kw 初定主軸類型 尺寸 外伸長度和選擇接桿 浮動卡頭 a 主軸類型 主軸型式主要取決于進給抗力和主軸 刀具系統結構上的需要 主軸尺寸規(guī) 格應根據選定的切削用量計算出切削扭矩 M 查 組合機床設計 書表 3 19 3 20 3 21 3 22 得 加工 M8 螺紋 被加工材料是鑄鐵時 攻絲主軸的直徑是 17mm 扭矩是 5000 主軸類型為前后支承均為圓錐滾子軸承的主軸 攻絲Nm 靠模規(guī)格為 1 主軸外伸選長主軸 接桿莫氏圓錐130 5104DLmd 號為 1 b 接桿連接 選擇接桿主要是決定其號數 應根據刀具莫氏錐號和主軸外伸部分的內孔直 徑 d1而定 選擇接桿 1 接桿 1 L T0635 41 螺母 23 T0642 41 墊 22 T0654 41 平鍵 4 20 GB1096 72 121D 0 3 B L854 l c 攻絲卡頭和攻絲靠模裝置 攻絲卡頭主要型式 絲錐超前進給的單向補償攻絲卡頭和主軸超前進給的單 向補償攻絲卡頭 選主軸超前進給的攻絲卡頭 攻絲靠模裝置的原理是 自引法 攻絲 選通用的 TO281 型攻絲靠模裝置 這種裝置易于調整 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 總體方案設 計 11 圖 2 2 攻絲靠模裝置 如圖 2 2 所示 攻絲靠模裝置由靠模桿 1 靠模螺母 7 及支承套筒 2 等元件 組成 絲錐通過心桿和攻絲卡頭 8 裝在靠模桿 1 的前端 靠模桿的中部支承在襯 套 4 上 并與靠模螺母 7 相嚙合 靠模桿的尾部與攻螺紋主軸相連接 攻螺紋主 軸借助雙鍵將主運動傳給靠模桿 靠模桿隨著轉動可在主軸孔內移動一段距離 即攻螺紋靠模的工作行程 套筒裝在靠模頭前壁上 并用兩個壓板 3 固定 兩個 壓板之連的布置角度決定于多軸箱的主軸數和主軸的分布情況 靠模螺母借助結 合子 6 與套筒相連接 當靠模桿回轉時 因靠模螺母固定不動而迫使靠模桿向前 進給 并推動絲錐切人工件 帶絲錐遇故障使靠模桿不能前進時 轉矩增大導致 壓板打滑靠模螺母跟隨靠模桿同步回轉而停止進給 避免機構或絲錐損壞 所以 裝配時壓板的壓力要適當 為了保證絲錐穩(wěn)定可靠地攻入工件 又不干擾絲錐的自行引進 應使靠模桿 每轉進給量與絲錐的自行引進量一致 即保證靠模桿螺距與絲錐螺距名義尺寸相 同 而靠模螺距和絲錐螺距的制造誤差 可以通過套筒 2 內壓簧 5 和配用攻螺紋 卡頭的方法進行補償 確定動力部件的工作循環(huán)及工作行程 動力部件的工作循環(huán)是指 加工時動力部件從原始位置開始運動到加工終了 位置又返回到原始位置的動作過程 工作進給長度 應等于工件加工部位長度 與刀具切人長度 和切出長度1LL1L 之和 因為是盲孔 所以 0 5 10 10 12 4 8 再多加2L21mm 上一部分余量 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 總體方案設 計 12 得工件進給長度 181Lm 快退長度等于快速引進與工件進給長度之和 快速引進是指動力部件把主軸 箱連同刀具從原始位置送進到工作進給開始位置 其長度按加工具體情況確定 快退 138 120 18 動力部件總行程長度除了應保證要求的工作循環(huán)工作行程外 還要考慮裝卸 和調整刀具方便 即前后備量 總行程 138 82 220m 圖 2 3 加工示意圖 2 3 5 機床聯系尺寸圖 一般來說 組合機床是由標準的通用部件 動力滑臺 動力箱 各種工藝 切削頭 側底座 立柱 立柱底座及中間底座加上專用部件 主軸箱 刀 輔 具系統 夾具 液 電 冷卻 潤滑 排屑系統組合裝配而成 聯系尺寸圖用來 表示機床各組成部件的相互裝配聯系和運動關系 以檢驗機床各部件相對位置及 尺寸聯系是否滿足加工要求 通用部件的選擇是否合適 并為進一步開張主軸箱 夾具設計提供依據 動力滑臺的選擇 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 總體方案設 計 13 通常根據滑臺的驅動方式所需進給力 進給速度 最大行程長度和加工精度 等因素來選用合適的滑臺 初選 1HY 型液壓滑臺 a 選擇動力滑臺及附屬部件 根據動力滑臺中 液壓滑臺與機械滑臺的優(yōu)缺點的比較 快進轉工進時 轉 換位置精度較低且考慮到過載保護方面的原因 選擇液壓滑臺 根據前面計算得 到的動力滑臺每分鐘進給量應比滑臺的最小進給量大 50 選擇 1HY25 型系列 液壓滑臺 具體液壓滑臺的主要技術參數見下表 2 2 表 2 2 型號 臺面寬 臺面長 行程 進給力 快進速度 最小進給量 1HY25 250 m500 400m10000N10 min25 in 根據 1HY25 系列液壓滑臺 選擇該系列滑臺的附屬部件 支承部件以及配套 設施部件 經過查 組合機床設計簡明手冊 可知 如下表 2 3 所示 表 2 3 部件 型號 立柱 滑臺側底座 立柱側底座 1HY25 1HY25M 1HY25G A B A B 250 400 1CL25 1CL25M 1CC251 1CC252 1CC251M 1CC252M 1CD251 1CD252 1CD251M 1CD252M 由于該機床所選擇的加工方式是立式單面 則該液壓滑臺的配置型式為立式 其具體配置時聯系尺寸以及相關部件的位置關系根據 組合機床設計簡明手冊 中表 5 3 來確定 相關的圖紙亦見參考書 b 確定進給速度 液壓滑臺是靠液壓系統中變量葉片泵供油 進口節(jié)流調速來實現液壓滑臺的 工作進給速度在一定范圍內的無級調節(jié) 液壓在確定刀具的切削用量是所規(guī)定的 工作進給速度應大于滑臺最小進給速度 1HY 型滑臺為無級變速 工作進給速度 為 4 800 范圍內快速移動速度為定值 則選取滑臺的型號為 1HY25 型 min c 確定滑臺進程 由于滑臺的行程除保證足夠的工作行程外還應留有前備量和后備量 前備量 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 總體方案設 計 14 的作用是使動力部件有一定的向前移動的余地 以彌補機床的制造誤差及刀具磨 損后能向前調整 前備量一般取值范圍為 10 20 本設計取前備量為m 20 后備量的作用是使動力部件有一定的向后移動的余地以方便裝卸刀具 m 后備量一般不小于 40 50 本設計取為 50 所以總行程為 m 工作行程 前備量 后備量 138 20 62 220 動力箱的選用 動力箱主要依據主軸箱所需的電動機功率來選用 主軸箱所需的電動機功率 為 主 切 空 附P 切 4 4 0 192 0 768pkw 空 可根據軸的直徑及轉速查資料 得 0 008P 附 是所傳功率的 1 得 P 主 0 784 估算 主 0 90 切 0 7685 查組合機床設計簡明手冊 選擇 1TD40 型動力箱 電動機型號 Y100L 6 電動機功率 3 0 電動機轉速 960 驅動軸轉速為 480 動力箱kw minr minr 輸出軸至箱底面高度為 170 確定裝料高度 裝料高度是指及穿個上工件的定位基準面到地面的垂直距離 我國過去設計 組合機床一般取裝料高度 H 850 為提高通用部件及支撐部件的剛度并考慮 自動線設計時中間底座內襖安裝夾具輸送 冷卻排屑裝置 新頒布的組合機床標 準推薦裝料高度 H 1060 與國際標準 ISO 一致 在現階段 設計組合機m 床時 裝料高度視具體情況在 H 850 1060 之間選取 本機床裝料高度取m H 935 m 確定夾具輪廓尺寸 根據工件尺寸和形狀 考慮工件的定位件 夾緊機構 刀桿導向裝置的要 求空間 并應滿足排屑和安裝的需要 夾具底座的輪廓尺寸由與之配合的滑臺底座輪廓尺寸 工件的輪廓尺寸形 狀 具體結構為 底座直徑為 700 高為 356 m 中間底座輪廓尺寸 中間底座的輪廓尺寸要滿足夾具在其上面安裝連接的需要 其長度方向尺寸 要根據所選動力部件 滑臺和滑座 及其配套部件 側底座 的位置關系 照顧 各部件聯系尺寸的合理性來確定 非常重要的是 一定要保證加工終了位置時 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 總體方案設 計 15 工件端面至主軸箱前端面的距離不小于加工示意圖上要求的距離 同時 要考慮 動力部件處于加工終了位置時 主軸箱與夾具輪廓間應有便于機床調整 維修的 距離 為便于切屑及冷卻液回收 中間底座周邊須有足夠寬度的溝槽 因此 中 間底座采用側底座 1CC32 初步確定多軸箱輪廓尺寸 標準中規(guī)定立式配置的多軸箱總厚度為 340 寬度和高度按標準尺寸系列m 表選取 通用主軸箱箱體的前蓋厚度為 70 基型后蓋厚度為 90 其余三種后 蓋厚度為 50 100 125 繪制機床聯系尺寸圖時 著重要確定的尺寸是主軸箱的 寬度 B 和高度 H 及最低主軸高度 主軸箱寬度 B 高度 H 的大小主要與被加工1h 零件孔的分布位置有關 可按下式確定 B b 2b1 H hb 式中 b 工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離 m 最邊緣主軸中心距箱外壁的距離 1 工件在高度方向相距最遠的兩孔距離 h 最低主軸高度 1 m b 和 h 為已知尺寸 為保證主軸箱由排布齒輪的足夠空間 取 100 1bm 主軸箱最低主軸高度 須考慮到與工件最低孔位置 機床裝料高度 H 900 1h 滑臺滑座總高 250 側底座高度 560 滑座與側底座之間m3 m 調整墊高度 5 等尺寸之間的關系來確定 對于該組合機床 要保證潤滑1h 不致從主軸襯套處泄漏箱外 則 85 1401hm 對于本組合機床的設計為 1501 若取 100 毫米 則可求出主軸箱輪廓尺寸為 1b B b 2 305 2 100 5151b m H h 305 150 100 550 5h 根據上述計算值 按主軸箱輪廓尺寸系列標準 最后確定主軸箱輪廓尺寸為 B H 630 630 m 機床聯系尺寸圖的畫法和步驟 a 畫主視圖 主視圖的圖形布置應與實際機床工作位置一致 并應選擇 適當的比例 b 畫左 右 視圖 重點在于表示清楚組合機床各部件在寬度方向的輪 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 總體方案設 計 16 廓尺寸及相關位置 配合知識圖完成聯系尺寸圖所要求表達的內容 c 在聯系尺寸圖上標注尺寸 具體的要求是 完整 恰當地標注機床各主要組成部件的輪廓尺寸及相關 聯系尺寸 應使機床在長 寬 高三個方向的尺寸鏈封閉 應表示清楚運動部件的原位 終點狀態(tài)及運動過程情況 可用工作循環(huán)圖表示 以確定機床最大輪廓尺寸 應注明工件 夾具 動力部件 中間底座對稱中心線間的 位置關系 應注明電動機的型號 功率 轉速及所選標準通用部件的 型號規(guī)格和其主要輪廓尺寸 并對組成機床的所有部件進行分組編號 作為部件 和零件設計的原始依據 在機床各組成部件的設計完成之后 以聯系尺寸圖為基礎進行細化 填加必 要的電氣 液壓控制裝置 潤滑 冷卻 排屑裝置等 并加注技術要求等文字說 明 便成為機床總圖 2 3 6 生產率卡 理想生產率 Q 指完成年生產綱領 包括備品及廢品率在內 所要求的機床生產率 它與A 全年工時數 有關 一般情況下 單班制生產 取 2350h 兩班制生產 取KKK 4600h 則本機床的生產率 30 43 件 小時 Q1406 實際生產率 1 指所設計機床每小時實際可以生產的零件數量 件 小時 1單T0 式中 生產一個零件所需要的時間 min 它可根據下式計算 單 單 切t輔 1fvL2f停t 裝 卸移快 退快 進 tvLkf min 式中 分別為刀具第 第 工作進給行程長度 12 分別為刀具第 第 工作進給量 fvf i 當工件沉孔 止口 锪窩 倒角 光整表面時 動力滑臺停t 在死擋鐵上的停留時間 通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉 5 10 轉所需時間 min 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 總體方案設 計 17 圖 2 4 機床聯系尺寸圖 分別為動力部件快進 快退行程長度 快 退快 進 L m 動力部件快速行程速度 采用機械動力部件取kfv 5 6 液壓動力部件取 3 10 min min 直線移動或回轉工作臺進行一次工位轉換的時間 一般可移t 取 0 1 i 工件裝 卸 包括定位 夾壓及清除鐵屑等 時間 它取裝 卸t 決于工件重量大小 裝卸是否方便及工人的熟練程度 根據各類組合機床的統計 一般取 0 5 1 5 min 則 單T切t輔 1fvL2f停t 裝 卸移快 退快 進 tvLkf 1f2f停t 裝 卸移快 退快 進 tkf 8 0138 9 37 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 總體方案設 計 18 1 2866min 經過計算得 46 631Q60 28 經過計算比較 本機床的設計生產率滿足理想生產率要求 1Q 機床負荷率 負 當 時 計算二者的比值為負荷率1 根據下表 2 3 進行比較所得 表 2 3 機床復雜程 度 主軸數 負荷率 負 15 0 901 16 40 0 90 0 86單面或雙面 41 80 0 80 0 75 15 0 86 16 40 0 86 0 80三面或四面 41 80 0 80 0 75 本機床的負荷率為 0 65負 1Q30 46 根據組合機床的使用經驗 適宜的機床負荷率為 0 65 0 75 負 4 生產率計算卡 它是按一定格式編制 反映該零件在機床上加工過程 工作時間 機床生產 率 機床負荷率的簡明表格 表 2 4 為該零件加工雙面鉆組合機床生產率計算卡 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 總體方案設 計 19 輔助時間 0 5 0 05 0 02 0 5 鑄件 HB17 0 241 工時 分 機動時 間 0 15 1 286646 6330 430 65 每分鐘進給 量 毫米 分 119 37 每轉進給量 毫米 轉 1 毛坯種類 毛坯重量 硬度 工序號 每分鐘轉速 轉 分 119 37 單件總工時 機床實際生產率 機床理論生產率 負荷率 切削速度 米 分 3 工作進程 毫米 132 18 150 加工直徑 毫米 離合器壓盤 HT21 40攻螺紋 被加工零 件 個 1 圖號 名稱 材料 工步名 稱 裝人工 件 工件定 位夾緊 動力部 件快進 動力部 件工進 死擋鐵 停留 動力部 件快退 松開工 件 卸下工 件 本機床裝卸工件時間取 1分 被 加 工 零 件 工序名稱 序 號 1 2 3 4 5 6 7 8 備 注 表 2 4 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 主軸箱設計 20 3 主軸箱設計 主軸箱是組合機床的主要部件之一 按專用要求進行設計 由通用零件組成 其主要作用是 根據被加工零件的加工要求 安排各主軸位置 并將動力和運動 由電動機或者動力部件傳給各工作主軸 使之得到要求的轉速和轉向 主軸箱按 結構大小分為大型主軸箱和小型主軸箱 按結構特點分為通用 標準 和專用主 軸箱 1 通用零件選擇 本設計選用通用主軸箱 被加工零件最大直徑 305 所以選擇m 500 500T0711 11 立式 動力箱型號 1TD40A 2 箱體類零件 主軸箱箱體標準厚度為 180 立式的前蓋厚度為 70 兼作油池 基型后蓋m 厚度為 90 變型后蓋厚度為 50 100 125 三種 可根據主軸箱內傳動 系統安排等合理選用 3 軸類零件 a 攻絲主軸 選擇前后支承均為圓錐滾子軸承的主軸 組合機床設計 pg83 主軸材料為 40Cr 鋼 熱處理 C42 b 傳動軸 選擇攻螺紋用蝸桿軸 傳動軸材料為 45 鋼 調質處理 T215 c 齒輪 通用齒輪有三種 傳動齒輪 動力箱齒輪和電機齒輪 材料均為 45 鋼 熱處理為齒部高頻淬火 G54 查通用齒輪的系列參數表 通用的齒輪有三種 即傳動齒輪 動力箱齒輪和電機齒輪 材料均為 45 鋼 熱處理為齒部高頻淬火 G54 本機床齒輪的選用按照下表 3 1 選用 3 1 繪制主軸箱設計原始依據圖 主軸箱是組合機床的重要部件之一 它關系到整個組合機床質量的好壞 主軸箱設計原始依據圖 是根據 三圖一卡 整理編繪出來的 其內容包 括主軸箱設計的原始要求和已知條件 本組合機床主軸箱設計的原始依據圖應包 括的主要內容如下 在編制下圖時從 三圖一卡 中已知 1 主軸箱輪廓尺寸 630 630m 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 根據這些數據可編制出主軸箱設計原始依據圖 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 主軸箱設計 21 表 3 1 齒輪種類 寬度 m齒 數 模數 m孔徑 m數量 傳動齒輪 24 32 16 50 連 續(xù) 16 70 2 2 5 3 2 2 5 3 4 15 20 30 35 40 25 30 35 40 50 395 507 動力箱齒 輪 84 A 型 44 B 型 21 26 3 4 25 30 40 50 40 電機齒輪 79 21 26 3 18 22 28 32 36 20 附表 a 被加工零件 名稱 離合器壓盤 材料 HT21 40 硬度 HB170 241 b 主軸外伸尺寸及切削用量 見表 3 2 c 動力部件 1TD40 型動力箱 電機功率 3 0 轉速 940 驅動軸轉速kw minr 480 驅動軸到滑臺表面距離為 170 其他尺寸可查動力箱裝配圖 minr 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 主軸箱設計 22 表 3 2 軸 號 工 序 內 容 加工直 徑 mm 主軸 直徑 d mm 主軸外伸 尺寸 D mm1 L 85 mm m minV n r min f mm r fv mm min 1 2 3 4 攻 M8 螺 紋 8 20 30 14 3 119 37 1 119 37 3 2 主軸結構形式的選擇及動力計算 3 2 1 初步確定齒輪模數 初選模數 由下式估算 再通過類比確定 30 32 m3nZN m 式中 齒輪傳遞功率 Nkw 一對齒輪中小齒輪的齒數 Z 小齒輪的轉數 n ir 由于目前大型組合機床通用的主軸箱中常用的齒輪模數有 2 2 5 3 3 5 4 等幾種 為了便于組織生產 本機床主軸箱中齒輪模數選 2 m 3 2 2 主軸箱的動力計算 主軸箱的動力計算 應包括計算主軸箱所需功率和進給力兩項 主軸箱所需要的功率 應等于切削功率 空載消耗功率及與負載成正比的功 率損失之和 即 主N切 空 損 式中 主軸箱總功率 主 各主軸切削功率的總和 切 各軸空載消耗功率的總和 空 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 主軸箱設計 23 各軸損失功率的總和 損N 式中 根據各主軸的切削用量查 組合機床切削力及功率計算圖 得到 切 的確定可查表 4 4 與負載成正比的功率損失 取所傳遞功率的 1 空 損N 和 的計算在傳動結構確定以后才進行 空 損 傳動系統確定前按照下式初步估算主軸箱所需功率 主 主N 切 式中 各主軸切削功率總和 切 組合機床主軸箱傳遞效率 由于在加工黑色金屬時取 0 8 0 9 加工有色金屬時 取 0 7 0 8 所以取 0 8 所以 0 768 0 8 0 96kw主N 切 取 1主 kw 主軸箱所需的進給力 就是動力滑臺所需的進給力 按下式計算 進P N 進P 12nP 式中 各主軸切削時產生的軸向力 實際上動力滑臺的進給12 力 應大于各主軸切削產生的軸向力的總和 這是因為還要克服滑臺移動引起的進 摩擦阻力的緣故 3 3 傳動系統的設計與計算 3 3 1 傳動系統設計 已知各主軸轉速及驅動軸到主軸之間的傳動比 主軸 119 37 轉 分1234nn 驅動軸 480 轉 分o 各主軸總傳動比 41 234i 809 7 各軸傳動比分配 可以將傳動比分配為 4 2 2 即傳動比為 21oi 2 234 采用兩根主軸 11 進行轉速的傳遞 驅動軸到中間傳動軸 11 的傳動比及齒輪分配 21oi 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 主軸箱設計 24 經過初步排齒輪 取驅動軸到中間傳動軸 11 的距離為 172 5 Y 方向距m 離 172 5 172 5 2Rm 代入公式 A 2 z 得 172 5 z 21oi 1OZ 解得 66 則 132 齒1O 11 軸同時作為手柄軸 中間傳動軸 11 到各攻絲主軸的傳動比及齒輪分配 21 234i R 152 5 2m 代入公式 A z 得 152 5 z 21 234i 1 234Z 解得 102 齒 51 齒1 234 3 3 2 驗算各主軸轉速 480 120 轉 分1234nn 65320 轉速相對損失約為 0 5 在 5 以內 符合設計要求 由于潤滑器件的位置度沒有較高的要求 所以在設計時就不需要和傳動軸 中間軸齒輪那樣設計 該組合機床采用 R12 2 型葉片泵 由中間軸 12 經過一對 齒輪傳遞給葉片泵 其具體的配對形式為 480 360 轉 分 泵n 651320 3 4 主軸箱的坐標計算 坐標計算是組合機床主軸箱設計中的一個特殊問題 就是根據已知的驅動軸 和主軸的位置及傳動關系 計算出中間傳動軸的坐標 以便在繪制主軸箱體零件 加工圖時 將各孔的坐標尺寸完整地標注出來 并用以繪制坐標檢查圖 作為對 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 主軸箱設計 25 傳動系統設計的全面檢查 3 4 1 計算各傳動軸的坐標 加工基準坐標架的選擇及確定各軸坐標 坐標架的橫軸 X 軸 選在箱體的底面 縱軸 Y 軸 通過定位銷釘孔 繪出各主軸及驅動軸的坐標 坐標原點確定以后 根據主軸箱設計依據原始圖 在基準坐標架 XOY 上繪出 各主軸及驅動軸的坐標 主軸坐標計算精度要求到小數點后第三位 如果被加工 零件孔距尺寸要求帶有公差 則需要把公差考慮進去 使主軸的名義尺寸恰好在 公差帶的中央 而本組合機床加工的零件的大部分尺寸不帶公差 即使帶公差也 是正負公差 所以不需要考慮公差 該主軸箱各主軸坐標見圖及下表 3 1 表 3 1 0 銷 10 銷 1 軸 X Y X Y X Y 0 0 580 0 397 5 419 5 2 軸 3 軸 4 軸 X Y X Y X Y 182 5 419 5 182 5 204 5 397 5 204 5 軸1O11 軸 12 軸 X Y X Y X Y 290 140 290 312 5 290 392 5 3 4 2 繪制坐標檢查圖 繪制坐標檢查圖及傳動關系檢查圖 用以檢查傳動系統設計的正確性 通過 齒輪嚙合 檢查坐標位置是否正確 檢查各零件有無碰撞現象 檢查附加機構的 位置是否合適等 根據計算得出的各軸坐標 建立箱體坐標 在圖上畫出各軸所在位置按 1 2 畫出 畫出齒輪的分度圓 標明各齒輪的排數 齒數 模數 繪圖順序為 1 畫出選定的外輪廓尺寸 并根據坐標計算選定的基準坐標架 畫出箱體 的橫縱坐標 按計算的坐標值 在圖上標出各軸的位置 注明軸號 轉速等 畫出各軸上的齒輪的分度圓 注明各齒輪齒數 模數等 經過檢查檢查圖 可以得出 該傳動系統的設計正確 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 主軸箱設計 26 3 5 主軸箱總圖設計 主軸箱總圖的設計包括繪制主視圖 展開圖 側視圖以及編制裝配表和制定 技術條件 3 5 1 主視圖和側視圖 主視圖重要用以表明主軸箱的傳動系統 齒輪排列位置 附加機構及潤滑油 泵的位置 潤滑點的配置和各軸的編號 其實只要在原來的傳動系統圖的基礎上 加上潤滑系統 軸的編號即可 畫出主軸箱輪廓 注上主軸箱聯系尺寸等 便完 成了主視圖 本組合機床的主軸箱總裝圖見下圖 圖 3 1 多軸箱主視圖 3 5 2 展開圖 組合機床通用主軸箱與普通機床變速箱相比 一方面主軸多 齒輪嚙合關 系比較復雜 另一方面主軸箱中各主軸和傳動軸及其上的零件大多通用化 且排 列是有規(guī)律的 因此除很簡單的主軸箱外 一般采用簡化的展開圖并配合裝配表 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 論文 主軸箱設計 27 來表達主軸箱的裝配結構 具體的內容包括 1 展開圖主要表示各軸裝配關系 主軸 傳動軸 齒輪 隔套 防油套 軸承等的形狀和相對位置 圖中各零件的軸向尺寸按照比例畫出 各軸徑向可不 按傳動關系和展開順序畫 注明齒輪排數 軸的編號 直徑和規(guī)格 2 對于結構相同的同類型主軸和傳動軸 可以只畫一根 在軸頭上注明相 同軸的編號即可 7 8 9 10 軸和 11 軸就是屬于此種情況 所以只畫出一根軸 來表示 3 展開圖上完整標注主軸箱的厚度尺寸和與厚度有關的尺寸 主軸外伸部 分長度及內 外徑 具體的圖見下圖 3