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攻丝组合机床设计及夹具设计.rar

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    编号:20181101165908105    类型:共享资源    大小:10.05MB    格式:RAR    上传时间:2019-04-14
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    组合 机床 设计 夹具
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    摘要I摘 要机械制造业是一个国家经济发展的重要支柱。而制造业的生产能力主要取决于制造装备——机床的先进程度。组合机床兼有低成本和高效率的优点,在大批、大量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。本文对离合器压盘螺纹孔的加工工艺进行了详细的分析,就其孔的加工提出了“一次装夹,单工位加工,达到产品图样的精度要求”的思路。根据这一思路设计了四轴头单工位攻丝组合机床。该组合机床由立柱、立柱底座、中间底座、液压滑台、动力箱、多轴箱等组成。本文对各部分的设计进行了详细的计算和论证。关键词 组合机床,离合器压盘,主轴箱,夹具ABSTRACTIIABSTRACTThe 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目录1目 录摘 要 ..................................................................................................................................................IABSTRACT......................................................................................................................................II1 绪论 ...............................................................................................................................................11.1 机床在国民经济的地位及其发展简史 .............................................................................11.2 组合机床的国内、外现状 .................................................................................................21.2.1 国内组合机床现状 ...................................................................................................31.2.2 国外组合机床现状 ...................................................................................................41.3 机床设计的目的、要求 .....................................................................................................51.3.1 设计的目的 .............................................................................................................51.3.2 设计要求 .................................................................................................................52 总体方案设计 ...........................................................................................................................62.1 工艺方案 ..............................................................................................................................62.2 配置形式 .............................................................................................................................62.2.1 确定组合机床的配置形式和结构方案 ...................................................................62.3 “三图一卡”的编制 ...........................................................................................................72.3.1.被加工零件图 ...........................................................................................................72.3.2 加工示意图 ...............................................................................................................82.3.3 绘制加工示意图的有关计算 ...................................................................................82.3.5 机床联系尺寸图 .....................................................................................................122.3.6 生产率卡 .................................................................................................................163. 主轴箱设计 ..............................................................................................................................203.1 绘制主轴箱设计原始依据图 ............................................................................................203.2 主轴结构形式的选择及动力计算 .......................................................................................223.2.1 初步确定齿轮模数 ....................................................................................................223.2.2 主轴箱的动力计算 ....................................................................................................223.3 传动系统的设计与计算 ......................................................................................................233.3.1 传动系统设计 ..........................................................................................................233.3.2 验算各主轴转速 .......................................................................................................243.4 主轴箱的坐标计算 ..............................................................................................................253.4.1 计算各传动轴的坐标 .............................................................................................25目录23.4.2 绘制坐标检查图 ......................................................................................................253.5 主轴箱总图设计 .................................................................................................................263.5.1 主视图和侧视图 .....................................................................................................263.5.2 展开图 .....................................................................................................................273.5.3 主轴和传动轴装配表 ..............................................................................................274 夹具设计 ....................................................................................................................................294.1 机床夹具的概述 ...............................................................................................................294.1.1 机床夹具的组成 .....................................................................................................294.1.2 机床夹具的类型 .....................................................................................................294.2 工件的定位和夹具的定位设计 .......................................................................................294.3 夹紧方案的设计 ...............................................................................................................29结论 ....................................................................................................................................................31参考文献 ...........................................................................................................................................32致谢 ....................................................................................................................................................33附录:论文附全套 CAD 图纸,如下:如需联系作者 QQ 401339828目录31 绪论1.1 机床在国民经济的地位及其发展简史现代社会中,人们为了高效、经济地生产各种高质量产品,日益广泛的使用各种机器、仪器和工具等技术设备与装备。为制造这些技术设备与装备,又必须具备各种加工金属零件的设备,诸如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。由于机械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度,目前主要靠切削加工的方法来达到,特别是形状复杂、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件,往往需要在机床上经过几道甚至几十道切削加工工艺才能完成。因此,机床是现代机械制造业中最重要的加工设备。在一般机械制造厂中,机床所担负的加工工作量,约占机械制造总工作量的 40%~60%,机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性,进而决定着国民经济的发展水平。可以这样说,如果没有机床的发展,如果不具备今天这样品种繁多、结构完善和性能精良的各种机床,现代社会目前所达到的高度物质文明将是不可想象的。一个国家要繁荣富强,必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化,这就需要一个强大的机械制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备,即各种机器、仪器和工具等。然而,一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾。机床工业是机械制造业的“装备部” 、 “总工艺师” ,对国民经济发展起着重大作用。因此,许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高,使本国国民经济的发展建立在坚实可靠的基础上。机床是人类在长期生产实践中,不断改进生产工具的基础上生产的,并随着社会生产的发展和科学技术的进步而渐趋完善。最原始的机床是木制的,所有运动都是由人力或畜力驱动,主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯,它们实际上并不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床,是在18 世纪中叶才开始发展起来的。当时,欧美一些工业最发达的国家,开始了从工场手工业向资本主义机器大工业生产方式的过渡,需要越来越多的各种机器,这就推动了机床的迅速发展。为使蒸汽机的发明付诸实用,1770 年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内孔用的镗床。1797 年发明了带有机动刀架的车床,开创了用机械代替人手控制刀具运动的先声,不仅解放了人的双手,并使机床的加工精度和工效起了一个飞跃,初步形成了现代机床的雏型。续车床之后,随着机械制造业的发绪论1展,其他各种机床也陆续被创制出来。至 19 世纪末,车床、钻床、镗床、刨床、拉床、铣床、磨床、齿轮加工机床等基本类型的机床已先后形成。上世纪初以来,由于高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继出现,刀具切削性能不断提高,促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方向发展。与此同时,由于电动机、齿轮、轴承、电气和液压等技术有了很大的发展,使机床的转动、结构和控制等方面也得到相应的改进,加工精度和生产率显著提高。此外,为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求,机床品种的发展也与日俱增,例如,各种高效率自动化机床、重型机床、精密机床以及适应加工特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世。50 年代,在综合应用电子技术、检测技术、计算技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上发展起来的数控机床,使机床自动化进入了一个崭新的阶段,与早期发展的仅适用于大批大量生产的纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比,它具有很高柔性,即使在单件和小批生产中也能得到经济的使用。综观机床的发展史,它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展,并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的,现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展。我国的机床工业是在 1949 年新中国成立后才开始建立起来的。解放前,由于长期的封锁统治和 19 世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺,我国的工农业生产非常落后,既没有独立的机械制造业,更谈不上机床制造业。至解放前夕,全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂,制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等;1949 年全国机床产量仅 1000 多台,品种不到 10 个。解放后,党和人民政府十分重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢复时期,就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂;在随后开始的几个五年计划期间,又陆续扩建、新建了一系列机床厂。经过 50 多年的建设,我国机床工业从无到有,从小到大,现在已经成门类比较齐全,具有一定实力的机床工业体系,能生产 5000 多种机床通用品种,数控机床 1500 多种;不仅装备了国内的工业,而且每年还有一定数量的机床出口。我国机床行业的发展是迅速的,成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄,与世界先进水平相比,还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要,为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力,必须深入开展机床基础理论研究,加强工艺试验研究,大力开发精密、重型和数控机床,使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列。绪论21.2 组合机床的国内、外现状世界上第一台组合机床于 1908 年在美国问世,30 年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今,它已成为现代制造工程(尤其是箱体零件加工)的关键设备之一。现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求,而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。1.2.1 国内组合机床现状我国加入 WTO 以后,制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略,采取了积极的应对策略,出现了产、销两旺的良好势头,截至2005 年 4 月份,组合机床行业企业仅组合机床一项,据不完全统计产量已达1000 余台,产值达 3.9 个亿以上,较 2004 年同比增长了 10%以上,另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长,新产品、新技术较去年年均有大幅度提高,可见行业企业运营状况良好。⑴行业企业产品结构的变化组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备,随着我国加入 WTO 后与世界机床进一步接轨,组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看,数控机床与加工中心的市场需求量在上升,而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势,中国机床工具工业学会的《机床工具行业企业主要经济指标报表》是统计数据显示,仅从几个全国大型重点企业生产情况看,2003 年生产数控机床 890 台,产值 16187 万元,生产加工中心 148 台,产值5770 万元;2004 年生产数控机床 985 台,产值 25838 万元,生产加工中心 159台,产值 7099 万元;而 2005 年,截至 4 月份,数控机床、加工中心、产值已接近 2003 年全年水平,故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。⑵行业企业的快速转变“九五”后期,在组合机床行业企业的 50 多家组合机床分会会员中,仅有两家企业实行了股份改造,一家企业退出国有转为民营,其余的都是国有企业。而从 2001 至 2002 年,不到两年的时间,就先后有十几家企业实行股份制改造,一些小厂几乎全部退出国有转为民营,现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造,转制已势不可档, “民营经济在经历了从被歧视,被藐视到不可小视和现在高度重视 4 个阶段后,焕发勃勃生机。 ”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。绪论3⑶组合机床技术装备现状与发展趋势组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型的箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额) ,完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种形状槽,以及铣削平面和成型面等。组合机床的分类繁多,有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有多工位回转台组合机床等;随着技术的不断是进步,一种新型的组合机床——柔性组合机床越来越受人们是亲昧,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换,配以可编程序控制器(PLC) 、数字控制(NC)等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多种加工的可调可变的组合机床。另外,近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品,是根据用户特殊要求而设计的,它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后,国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大,并使产品生产成本提高。因此,市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品,由过去的“刚性”机床结构,向“柔性”化方向发展,满足用户需要,真正成为刚柔兼备的自动化装备。1.2.2 国外组合机床现状80 年代以来,国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上,正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展,实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势是:⑴广泛应用数控技术国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为 58 秒。绪论4⑵发展柔性技术80 年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展, 开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。⑶发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL 变速箱厂 1987 年投入使用的造价 9000 万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产 2000 件,节拍时间为 40 秒。全线由 12 台双面组合机床、18 台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现 3 种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。⑷进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。1.3 机床设计的目的、要求1.3.1 设计的目的机床设计毕业设计,其目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计,使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中,得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练,树立正确的设计思想,掌握基本的设计方法,培养基本的设计方法,并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。1.3.2 设计要求评价机床性能的优劣,主要是根据技术—经济指标来判定的。技术先进合理,亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎,在国内和国际市场上才有竞争力。机床设计的技术—经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分绪论5析。2 总体方案设计2.1 工艺方案根据工件示意图,工件材料 HT20~40,HB170~241。该零件主要是在工件单面进行多孔加工,属大批量的中、小零件加工,因为是只完成攻丝工序,所以选择单工位组合机床。工件安装在机床的固定夹具里,夹具和工件都固定不动。因为被加工零件直径较大,厚度却较小。所以选择立式机床。机床工作循环如下:上料——工件夹紧——滑台快进——滑台锁紧——主轴启动——攻丝靠模带动丝锥工进——主轴反转——进给滑台快退——丝锥后退——滑台快退——工件松开——下料本设计是攻丝这一单一工序。2.2 配置形式零件加工工艺方案将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。考虑到被加工的零件是钻 4 个 M8 螺孔,而且这 4 个螺孔是沿 φ301 圆周方向性三等分平均分布,并针对零件的形状、大小、材料、硬度、刚性、加工部位的结构特点、加工精度、表面粗糙度以及定位、夹紧方法、工艺过程、所采用的刀具及切削用量、现场的环境和条件、生产率要求等。 由于此设计是对 4 个孔攻丝,用一个工位完成。制定工艺方案1)装卸、夹紧;2)攻丝。2.2.1 确定组合机床的配置形式和结构方案通常,在确定工艺方案的同时,也就大体上确定了组合机床的配置形式和结构方案。但是还要考虑下列因素的影响。⑴. 加工精度的影响工件的加工精度要求,往往影响组合机床的配置形式和结构方案,例如,加工精度要求高时,应采用固定夹具的单工位组合机床,加工精度要求低时,可
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