电机盖双面钻专机总体结构与夹具设计.docx
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电机盖双面钻专机总体结构与夹具设计
中文摘要
本次设计要求对电机盖双面钻专机总体结构与夹具设计,主要由这些部分的内容:
被加工零件工序图、加工示意图、机床尺寸联系总图的绘制,组合机床总体设计,绘制机床总图和液压滑台的设计、说明。
“三图一卡”的绘制,夹具设计。
以“三图一卡”的绘制为基础,根据箱体结构特点、形状特性、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度及生产率等要求,确定机床为卧式双面钻组合机床;为实现无级调速,安全可靠,选择液压滑台;为确保加工精度,采用“一面两销”的定位方案和液动夹紧;根据零件的大小及被加工孔的位置确定主轴箱的轮廓尺寸。
根据零件的大小、形状及被加工孔的位置确定主轴箱的轮廓尺寸和形状。
本次设计实现了通过卧式双面钻组合机床对电机盖双面同时进行多孔钻的技术要求。
在设计的过程中,尽量选用通用零部件,缩短了制造周期,减少了制造成本和工人劳动强度,增加了经济效益。
关键词:
组合机床,钻孔,液压
Abstract
Thedesignofdrillingmachineoverallstructuredesignofthecrankcasedouble-sided,mainlycomposedoftheseparts:
drawnprocessmappartsprocessing,processingsketchmap,machinesizecontactmasterplan,theoveralldesignofmodularmachinetooldesign,machinetool,drawthelayoutandhydraulicslideshow."Amapdrawnthreecards"asthebasis,accordingtothestructuralcharacteristics,theshapecharacteristics,processingsite,sizeprecision,surfaceroughnessandproductivityrequirements,determinethemachineisahorizontaldouble-sidedcombinationdrillingmachine;inordertorealizethesteplessspeedregulation,safeandreliable,selectionofhydraulicslipway;headstockcontoursizeandshapearedeterminedaccordingtothepartsofthesize,shapeandtheholeposition.
Thisdesignrealizedbyhorizontaldouble-sidedcombinationdrillingmachinefordrillingtheporousofcrankcasesimultaneity.Inthedesignprocess,trytousecommonparts,themanufacturingcycleisshortened,andthemanufacturingcostisreducedandthelaborintensityofworkers,increasingeconomicbenefit.
Keywords:
Thecombinationofmachinetools,drilling,hydraulic
中文摘要
Abstract
第一章绪论
机械毕业设计是机械工程类专业学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节,是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。
能使学生全面了解和掌握一些机械设备方面的知识,为毕业后走上工作岗位打下一个良好的基础。
同时通过认真的设计,可以提高学生分析和解决问题的能力,以便更好的适应社会。
本设计是对电机盖双面钻专机总体结构与夹具设计。
本次设计的主要内容是:
组合机床的概述、组合机床的类型、组合机床“三图一卡”的绘制、组合机床总体设计与组合机床总体夹具的设计。
本设计以保证加工精度为前提,以提高生产率为目的,以比较充足的专业知识为基础,结合设计任务书,在参考大量资料后,在指导老师的指导下完成。
本次设计基本做到了:
图纸的绘制符合国家标准,布局合理,图纸能够正确的、完整的、清晰的表达出零件的形状和尺寸。
计算说明书的条理比较清晰,语言通顺,图表和公式的编辑也符合本科毕业设计撰写规范。
在这次设计过程中,张教授和顾教授给予了我很大的帮助。
在他们的指导下,解决各种难题,本次毕业设计才能顺利完成。
由于本人水平有限,且缺少实践经验,设计过程中难免会有错误和不当之处,恳请各位老师的批评指正。
1.1概述
组合机床是依据被加工零件的加工需要,用大量标准化、系列化的通用部件,再配合少量的专用部件,能够对一种或多种工件进行预定的加工的高效的专用机床。
组合机床能够对多工件同时进行多刀、多轴、多工位的加工,同时可以完成钻孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削、车孔端面等加工工序。
随着组合机床的发展,其工艺范围也在日益扩大,如:
焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。
组合机床主要应用于大批量生产的行业如汽车、电动机、拖拉机等制造业。
组合机床主要加工汽缸体、汽缸盖、变速箱体、阀体等箱体类零件。
部分重要零件的关键工序,为了保证其加工精度及质量,虽然批量不大,但也会采用组合机床。
目前,组合机床的研制方向正朝着高效、高自动化、高精度的柔性发展。
1.2组合机床的组成
组合机床是根据被加工零件的加工需求,通过使用大量的通用零部件,配以少量的专用部件组成的高效专用机床[1]。
单工位双面复合组合机床主要由滑台、镗削头、夹具、多轴箱、动力箱、支柱、支柱底座、中间底座、以及控制部件和辅助部件等组成。
其中夹具和多轴箱是按加工对象设计的专用部件,其余均为通用部件,且专用部件中的绝大多数零件(为70%~90%)也是通用零件。
加工时,刀具由电动机通过动力箱、多轴箱驱动作旋转主运动,并通过各自的滑台带动作直线进给运动。
1.3组合机床的类型
根据所选用的通用部件的规格的不同以及结构和配制形式的不同,将组合机床分为大型机床和小型机床两大类。
通常滑台台面宽度大于或等于250mm的为大型机床,滑台小于250mm的为小型机床。
通过大型组合机床配制形式的不同,可分成具有固定夹具的单工位机床、具有移动夹具的多工位机床和转塔式组合机床三类。
1.3.1具有固定夹具的单工位机床
单工位组合机床主要用于对大型或中型箱体类零件的加工。
在加工循环中,夹具和工件都是固定不动的,通过动力部件让刀具从单面、双面或多面进行加工。
单工位机床加工精度比较高,但生产率低。
比较适合小批量、高精度要求的零件加工。
单工位组合机床又可分为卧式组合机床、立式组合机床、倾斜式组合机床和复合式组合机床四类[2]。
1.3.2具有移动夹具的多工位机床
多工位机床的夹具和工件可按事先预定的工作循环,做间歇的移动,以便按次序在不同工位上进行不同工序的加工。
此类机床虽然工精度不如单工位机床,但生产率得到了显著提高,多用于对中小型零件的大批量生产。
1.3.3转塔式组合机床
转塔式组合机床的特点是几个多轴箱安装在转塔回转工作台上,各个多轴箱一次转到加工位置对工件进行加工。
按多轴箱是否进给运动,可将这类机床分为只实现主运动的转塔式多轴箱组合机床和既可实现主运动又可随滑台作进给运动的转塔式多轴箱组合机床两类。
1.4组合机床工艺范围及加工精度
组合机床主要用于平面和孔的加工。
平面加工有铣平面、锪平面和车端面;而孔的加工则有钻、扩、铰、镗及倒角、锪沉孔、切槽、攻螺纹、滚压孔等。
随着自动化的发展,组合机床的工艺范围正扩大到车外圆、拉削、行星铣削、磨削、推削、珩磨以及抛光、冲压等。
组合机床在汽车、柴油机、拖拉机、电机、仪器仪表、军工和缝纫机等领域的大批量生产中已得到广泛应用,在机床、机车等中小批量生产制造业中也有推广应用。
组合机床最适合加工大中型箱体类零件,也可以用来完成轮盘类、轴套类、叉架类以及盖板类零件的一部分加工。
组合机床的加工精度如下:
在铰孔和精镗孔时,孔的加工精度可达H6级,表明粗糙度Ra=1.6μm,孔的圆度公差在孔径公差的一半以内。
在加工有色金属时,用精密夹具,经3~4次加工,其精度可以稳定达到H6级,表面粗糙度为Ra=.08μm~0.4μm。
从两面多轴同时加工,孔的同轴度通常为0.05mm.从一面进行精镗,并采用固定夹具,镗刀刀杆两端都有精密的导向装置,在夹具精度良好的情况下,长度1000mm以内几个孔的同轴度可达到0.015mm~0.03mm。
孔和孔之间的平行度及孔对加工基面的平行度,长度1000mm内可达0.02mm~0.05mm。
在固定夹具的机床上镗孔时,孔间距离及孔与基面的位置精度可稳定在±0.025mm~±0.05mm。
组合机床上加工平面平直度能够达到长度1000mm内偏差为0.02mm~0.05mm,表面粗糙度Ra3.2μm。
定位基面的平行度在0.05mm内,到定位基面的距离尺寸公差能够保证在0.05mm内。
在多轴加工时,运用动力滑台在死挡铁上停留,加工精度可达0.15mm~0.25mm;在单轴加工时,运用特殊结构,在加工到终点时,使挡块顶在被加工工件表面,一般精度能够达到0.08mm~0.10mm。
如果条件良好,精度能够保证在0.02mm~0.045mm内。
1.5组合机床的发展
组合机床及其自动线是基于机电一体会的综合自动程度较高的制造技术和成套的工艺装备。
它有着高质量、高效率、经济实用的特点,因此在机械、交通、军工、家电等行业得到广泛的应用。
我过传统的组合机床主要采用机、电、齐、液压控制、加工对象主要是批量生产的大中型箱体类和轴类零件。
组合机床是当前机械制造业实现更新产品,技术改进,提高生产率不可缺少的设备。
现阶段组合机床向着超高速和超高精度加工技术装备和复合、多功能、多轴化控制发展。
现代通信技术在机床中也得到了广泛的应用,通信技术使得机床的自动化程度更高,操作者可以远程修改程序代码,对机床进行远程控制。
因此,组合机床将向着高速、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工以及通信技术的应用的方向发展[2]。
第二章绘制“三图一卡”
编制组合机床“三图一卡”的主要内容包括:
被加工零件工序图,加工示意图及机床联系尺寸图和生产率计算卡。
“三图一卡”的绘制是组合机床总体方案的具体表现。
本次设计是对电机盖双面钻孔。
2.1被加工零件工序图
2.1.1工序图的作用和要求
被加工零件工序图是根据事先拟定的工序方案,表示需在所设计的机床上完成的工序内容,表明加工零件的形状、尺寸、表面粗糙度及精度和技术要求,被加工零件的硬度和材料,夹紧部位及定位基准,加工前余量,毛坯或半成品的图样,除了设计合同外,它是组合机床设计的主要依据,同时也的制造,使用,验收和调整机床精度的重要技术要求[3]。
2.1.2被加工零件工序图的标注内容
(1)被加工零件的形状及主要外廓尺寸和要加工部位的尺寸、表面粗造度、形位公差、精度等技术要求和对上道工序的要求等。
(2)本工序选择定位基准,夹紧部位以及夹紧方向。
(3)如果需要中间向导,应注明中间向导与工件的结构尺寸,方便检查保证夹具、刀具和工件之间互不干涉。
(4)被加工零件的名称、材料、硬度、编号和加工余量等。
2.1.3编制被加工零件工序图的注意事项
(1)本机床加工部分尺寸位置应由定位基面所确定,当定位基面与设计基面不重合时,需要对各个孔的位置精度进行分析、换算,把所有不对称公差尺寸换成对称公差尺寸。
方便在进行夹具模孔设计以及主轴箱设计时,确定模孔的尺寸以及主轴的位置尺寸,并把各个孔的位置尺寸改成从定位基面标注。
(2)要认真分析孔的加工余量,镗阶梯孔时,大径孔的单边余量应不大于相邻两孔半径之差,这样镗刀才能顺利通过。
在对毛坯孔进行加工时,不仅要清楚加工余量,还需注意孔的铸造偏心和铸造毛刺大小,这样设计出相应尺寸的镗杆,可以保证加工的正常进行。
(3)对于精镗机床必须注明是否允许有退刀痕,如果允许,则需要说明退刀痕形状。
为使被加工零件工序图能够清晰明了,体现出机床加工的各个内容,在绘图时对需要加工的部件用粗实线表示,其余部位均用细实线表示,定位基准符号用“
”配合数字表示,夹压位置符号用“↓”表示[4]。
2.2加工示意图
2.2.1被加工零件示意图的作用
被加工零件示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定后,在它们的基础上绘制出来的,是用来表达机床工艺方案的图形。
它是后面设计刀具、夹具、多轴箱、液压或电气系统和滑台以及绘制机床总体装配图的主要依据。
2.2.2被加工零件示意图的内容
(1)机床的主要加工方法、切削用量、工作循环以及工作行程。
(2)工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。
(3)主轴的结构尺寸以及外伸长度。
(4)刀具类型、数量和结构尺寸、直径和长度、接杆、浮动卡头、导向装置等结构尺寸。
(5)刀具、导向套间的配合,刀具、接杆主轴之间的连接方式及配合尺寸等。
(6)加工部位结构尺寸、精度及分布情况。
(7)工件名称、材料、加工余量、切削液以及是否需要让刀等。
(8)工件加工部位向视图,并在向视图上编出孔号。
2.2.3选择刀具、导向及有关计算
(1)刀具选择
在选择刀具的时候,我们应该考虑工艺要求和加工尺寸的精度以及工件的材质,表面粗糙度和生产效率等要求。
使用复合刀具可以满足更高的精度要求,也可以提高工序的集中程度。
但只要条件许可,应该尽可能的选用标准刀具。
在进行孔加工的时候应该保证刀具的长度,加工结束时刀具螺旋槽尾端与导向套之前应该留有20mm~30mm的距离,用于排出切屑和刀具磨损后的调整量。
在加工示意图的绘制过程中,我们要注意从刀具总长中减去刀具锥柄插入秸秆空里面的长度[5]。
本工序为钻5个Φ5盲孔,2个Φ5通孔,3个Φ6通孔和一个Φ8.5通孔。
工件材料为镁合金,硬度90HBS-110HBS,精度为0.01mm,初选刀具为硬质合金扩孔钻。
(2)导套的选择
导向套的类型通常分为两类,一类是固定式导向套,即刀具导向套部分与导套之间既有相对移动又有相对转动;另一类是旋转式导向套,刀具导向部分与导套之间只有相对移动而无相对转动。
相对转动线速度小于20m/min时,通常采用固定式导向套;大于20m/min时,为避免刀杆与导向套摩擦发热变形,产生“别劲”现象,应选用旋转导向。
导向套的数量应根据工件形状、内部结构、刀具刚性及加工精度等情况决定。
通常钻、扩、绞单层壁小孔,或镗、扩、绞深度不大的大孔时,采用单个导向套;在工件铸孔上有扩孔时,为加强刀具导向刚性,采用双向导套当刀杆悬伸较长或扩、绞孔位置精度要求较高时,有时需要采用长导向套,双导向套或多导向套加工。
导向套的主要参数通常指:
导套的直径及公差配合,导套的长度及导套到工件端面距离。
这些参数根据已确定的导向套类型、工件形状、公差精度及刀具刚性等确定。
固定式导向套的长度取刀具导向部分直径的2~4倍,导向套直径大者取小值,直径小时取大值。
旋转导向导向套的长度应取导向部分直径的2~3倍。
(3)确定切削要素
首先要确定切削量,在选择切削量时,应该尽量使相邻的主轴转速相近,这样可以使多轴箱的的传动链简单一些。
为了保证能稳定进给,在使用液压滑台时,所选的的每分钟进给量一般比滑台的最小进给量大50%[6]。
其次确定切削转矩可以确定主轴及其他传动件的尺寸,确定轴向切削力则可以选择滑台和设计夹具,切削功率则是选择动力箱驱动电动机的依据。
通过公式:
公式(2-1)
公式(2-2)
公式(2-3)
公式(2-4)
式中F—轴向切削力(N)
D—钻头直径(mm)
f—每转进给量(mm/r)
T—切削转矩(N.mm)
n—主轴转速(r/min)
查表可得:
由公式2-1~2-4可以计算出:
钻Φ5孔:
切削速度V=50m/min,进给量f=0.15mm/r,轴向力F=460.35N,切削转矩T=1.13N.m,主轴转速n=3184r/min,切削功率P=0.38kw。
钻Φ6孔:
切削速度V=50m/min,进给量f=0.15mm/r,轴向力F=552.43N,切削转矩T=1.63N.m,主轴转速n=2654r/min,切削功率P=0.45kw。
钻Φ8.5孔:
切削速度V=45m/min,进给量f=0.25mm/r,轴向力F=1177.66N,切削转矩T=4.91N.m,主轴转速n=1686r/min,切削功率P=0.96kw。
(4)计算主轴直径
强度条件下45钢质主轴的直径为
公式(2-5)
按刚度条件计算时,主轴直径为
公式(2-6)
式中d—主轴直径(mm)
T—主轴所承受的转矩(N.mm)
τ—许用切应力(MPa),45钢τ=31MPa
B—系数
—允许的最大单位长度扭转角。
当材料的剪切弹性模量G=8.1×
MPa,钢性主轴/m,B=2.316;非钢性主轴/m,B=1.984;传动轴/m,B=1.638。
根据以上参数本设计中所有主轴直径均为d=20mm,主轴外伸长度L=115mm,内径D=20(H7)mm,内孔长度l1=77mm。
(5)选择接杆
在钻、扩加工小孔时,一般都采用接杆。
因多轴箱各主轴外伸长度和刀具长度都为定值,采用轴向可以调整的接杆来协调轴向长度,可以保证多轴箱各刀具能同时到达加工终了位置,满足同时加工完成各孔的要求。
通用标准的接杆可以根据刀具尾部结构和主轴头部内孔直径按《组合机床简明设计手册》表8.1、表8.2选取。
(6)标注联系尺寸
先从同一多轴箱找出影响联系尺寸的关键刀具,使其接杆最短,以获得加工终了时多轴箱到端面之间的最小距离。
并根据此来订其他全部刀具、接杆及工件之间的联系尺寸。
多轴箱至工件端面的距离应尽可能缩短,可以使设计的机床紧凑。
此距离主要取决于两方面。
一是多轴箱上刀具、接杆等结构相互间的最小轴向联系尺寸,二是机床总体布局尺寸,如夹具尺寸[6]。
(7)注意事项
加工示意图应与机床实际加工状态一致,表示工件安装状态及加工方法;工件非加工部位用细实线绘制,其余按机械制图标准绘制;加工示意图应有必要说明,如被加工零件的名称和一些特殊的工艺要求等等。
2.3机床联系尺寸图
机床联系尺寸图如图2.1所示:
图2.1机床联系尺寸图
(1)绘制机床尺寸
在选用滑台时,通常根据滑台的驱动方式、所需要进给力、进给的速度以及最大的行程长度和加工精度等方面进行选择。
在确定驱动方式的时候,通过对液压滑台和机械滑台的性能比较,结合具体加工要求以及使用条等要求,本次设计选用了1HYT系列液压滑台。
在确定轴向进给力时,根据滑台所需的进给力可按下式计算:
公式(2-7)
式中Fi---各主轴加工时所产生的轴向进给力(N)
在滑台工作时,需要克服主轴的轴向力和滑台移动时的摩擦力,所以最大进给力应大于F进。
在选择液压滑台时,确定刀具切削用量时,滑台的最小工作进给速度应当是刀具切削进给速度的1~2倍;当液压进给系统中采用压力继电器时,实际进给速度还应更大一些。
本次设计选用1HYT32液压滑台工作进给速度为50mm/min。
确定滑台行程。
滑台的行程除应该保证工作行程外,还应留有足够的前备量以及后备量[7]。
留有前备量是让动力部件能有一定的向前移动的余量,这样可以在道具磨损等情况下能有向前调整的空间,前备量一般10mm~20mm。
本次设计前备量为20mm。
留有后备量是让滑台能有一定的向后移动的余量,方便刀具的装卸[7]。
本次设计后备量为180mm。
选用动力箱时,主要考虑的是多轴箱所需要的电动机功率。
多轴箱所需要的电动机功率P切左动力箱P=8×0.38=3.04kw;右动力箱P=0.45×2+0.96=1.86kw。
结合各主轴所要求的转速,动力箱的电动机实际功率应略大于计算出功率,再合理地选定动力箱的电动机功率和型号。
据此选用电动机的型号为Y12M-4的1TD32Ⅲ型动力箱,电动机功率为4kw驱动转速为720r/min;动力箱输出轴至箱底面高度为131mm。
(2)确定装料高度
装料高度指的是工件安装基面到机床地面的垂直距离[8]。
在组合机床的标准中,推荐的装料高度为1060mm,但根据实际情况,比如运送工件的滚道高度、多轴箱最低轴的高度等因素,可在850mm~1060mm的范围内选取。
本次设计选用的高度为900mm。
(3)确定夹具轮廓尺寸
工件的形状、尺寸是用来确定夹具底座尺寸的重要依据。
确定夹具底座尺寸时,应因应考虑工件定位件、夹紧机构、导向装置的需求空间,并且应该满足排泄和安装的需求。
通常,加工示意图中已确定工件至导套端面的距离和导套的尺存。
本次设计主要是确定钻模板的厚度和夹具体底座的尺寸。
钻模厚度不小于最小导向长度,本次设计中左钻模板的厚度是40mm,右钻模板的厚度是40mm,夹具体底座长度是400mm。
(4)中间底座轮廓尺寸
中间底座轮廓尺寸的确定需要满足夹具的安装。
中间底座的长度尺寸需要根据所选滑台及相配套侧底座的位置关系来定。
同时应考虑到多轴箱处于终了位置时,在多轴箱和夹具体之间应有保留一段距离,用于机床的调整和维修。
此外中间底座的周边还应该留有70mm~100mm的排屑槽或切削液的回流槽。
中间底座长度方向尺寸要根据所选用的的滑台和夹具的安装要求来确定,一般可以按照下式计算:
L=(L1左+2L2+L1右+L3)-2(l1+l2+l3)公式(2-8)
式中L1---在加工终了位置,多轴箱端面至工件端面的距离(mm)
本次设计中
;
l2---多轴箱厚度(mm),本次设计多轴箱用90mm后盖,L2=325mm;
L3---工件长度(mm),本次设计L3=65mm;
l1--滑台与多轴箱的重合长度,本次设计l1=70mm;
l2--在加工终了位置,滑台前端面至滑座端面之间的距离和前备量之和(mm),本设计l2=80mm;
l3--滑座前端面与侧底座端面距离(mm)l3=80mm,则中间底座长度为L=660mm
当中间底座的长度确定后,多轴箱端面到工件端面的距离就确定了,因此,刀具接杆的长度也就此确定。
中间底座高度按照标准选取560mm,在确定中间底座的高度时,必须考虑切削的存储和清理及电气接线盒的安排。
若使用切削液,还应该考虑能够容纳3~5min冷却泵流量的切削液。
(5)确定多轴箱轮廓尺寸
按照标准规定:
卧式配置的多轴箱的总厚度为325mm;宽和高按标准尺寸系列选取。
在计算多轴箱的宽度B和高度H时,可按下式计算
B=b2+2b1H=h1+b1+h公式(2-9)
式中b1---最边缘主轴中心至多轴箱外壁之间的距离(mm)一般取70mm~100mm
b2、h---分别为工件在宽度和高度方向上相距最远的二加工孔中心距(mm)
h1--最低主轴高度(mm)
取B=154+2×100=354mm
H=900mm,h2=49mm,h3=250mm,h4=5mm,h5=560mm,h6=0.5mm。
所以h1=133.5mm,H=348
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