主页 > 案例大全 > 论文方法介绍-一拖大轮拖动力箱体加工组合钻床设计(右多轴箱)

论文方法介绍-一拖大轮拖动力箱体加工组合钻床设计(右多轴箱)

2021-05-07 18:46:40

  组合机床目前已经成为大多数企业在日常生产线进行系统生产的首要选择。其主要原因主要包括了组合机床具有极高的生产效率,同时组合机床的存在使得生产成本在一定程度上有所减少。概括来讲,组合机床是由大量通用零件和较少量的专用零件共同组成的在生产效率方面极大超越传统机床的高效专用机床。它在保持结构简单的同时,又能适用于多种零件的不同的加工方式。本人的毕业设计题目是一拖大轮拖动力轴箱体加工组合钻床设计(右多轴箱)。内容为此多轴箱一次性对位于右侧面的13个螺纹底孔进行加工,由此对加工的速率进行控制与提高。因此多轴箱就成为了快速加工在组合机床上能够进行的核心部件,而对于多轴箱的设计、研究、加工、制造就成为了企业实际生产中的核心项目,故组合机床技术得以快速发展,并以此推动我国制造业的飞黄腾达。

  多轴箱的设计过程中,传动比的合理选择是其难点所在。只有熟知了各个轴的转速和转向等一系列参数,才能确定合适的传动比。在设计过程中若出现不能满足要求的情况,可以通过添加变位齿轮从而使得其结构合理,并且可以得到目标转速和转向。本人通过查阅大量资料文献后,成功完成了这次毕业设计,论文中包含所有相关的设计计算。

  概括来讲,组合钻床是将各种零件按照生产加工所需要求,按部分在通用机床上组装,从而得到的高生产效率机床。组合机床中包括大部分国家通用系列标准零件和少部分由企业自主研发的专用部件。如今,人类的发展和进步都与机械系统的改进与发展息息相关,而机床就是机械系统的典例。机床技术创新和发展的同时,人类对资源的利用也就愈加高效,所以机床技术的进步是需要引起我们足够重视的问题。

  §1.2组合钻床优点

  组合钻床相比于普通钻床优势鲜明,组合钻床不但可以轻松驾驭普通钻床的加工内容,而且可以对专门化程度很高的专用零件进行加工。组合钻床的加工范围更广、更多样化,同时加工效率也更高,减少了工人大量的作业时间并使减少工人由操作失误所带来的安全隐患和加工质量参差不齐的问题得以高效地解决。在智能化方面,组合钻床的操纵系统较传统钻床而言更智能,自动化程度更高。在组合钻床的设计过程中,由于大部分零件采用国家通用零件标准下的通用零件(通用零件大多都由专门化的流水线生产),故其购买成本相对较为低廉,这也使得许多资金不够充足的中小型企业可以采用组合钻床进行加工。在操作系统上,组合钻床同样远超普通钻床,组合钻床拥有及其简洁便利的操作系统和方式。在这种前提下,技术水平不高的工人加工零件时也可以顺利的完成一系列的加工操作,既降低了工人技术水平的门槛,又保证了所加工零件的加工精度。因而组合钻床可以在绝大多数产品的生产流水线上出现,极大的减少了加工零件过程中的时间与资金成本。

  现阶段,组合钻床已经能够胜任镗孔之类的在普通钻床上无法实现的加工工序。由于组合钻床设计过程中的灵活性,它已经更加适合许多特种零件的制造与加工过程,使特种零件摆脱了难以加工的窘境,可以批量进行生产。

  §1.3组合钻床的类型

  组合钻床有多种分类形式,总体来说大致分为立式钻床、卧式钻床、复合式钻床和倾斜式钻床,每种组合钻床都有自身的优势与劣势和适用范围。举例来说:一般钻床都采用立式,以为立式钻床便于排出钻削过程中产生的废弃铁屑。铣削过程一般采用卧式,因为卧式更便于零件的定位与夹紧,减少零件在加工过程中的震动,从而减少零件的加工误差。

  组合钻床的组成部件也有类别之分,主要以零件型号进行分类,非为大型零件和小型零件。各种不同零件使组合钻床的基础,根据国家标准进行加工,主要分为输出动力零部件和辅助功能零部件等。组合钻床得益于生产效率高,成本较为低廉已经成为大部分企业日常大批量加工生产时的首选。

  §1.4组合钻床的设计方案

  随着当前钻床加工技术蒸蒸日上,组合钻床已不再拘泥于普通零件的加工,还可以进行许多特殊零件的加工,加工方式更加灵活,加工范围更广,更多元化,同时加工效率也更高,极大地减少了工人的人工作业时间,很大程度上使日常生产过程中由于工人操作不当所带来的安全问题以及加工精度和质量问题得到了有效的解决。所以组合钻床的设计和改进就是我们所需要钻研的问题,这不仅意味着机床产业的进步,更是为人类更加高效利用资源,社会的发展与进步提供了新思路、新方案。

  组合钻床设计过程分为多方面内容和步骤,如总体设计与多轴箱设计,都是组合钻床设计过程中不可或缺的重要部分。其中,总体设计的依据主要是所需加工零件的尺寸及精度要求,总体设计的步骤与设计内容相比于专用机床基本一致,但普通钻床的工序相对来说较为单一,所以人们便研发出了比专用钻床加工效率更高且操作方法更便捷的万能机床。从某种意义上来说,组合钻床就是万能钻床和普通钻床的结合体,它在吸收了专用钻床多刀、多轴、多面、多工序、多工位同时加工的特点的同时,兼顾了万能钻床固定工件的特点,所以绝大部分零件都可以采用组合钻床进行加工。组合钻床因其加工成本低廉,加工效率极高的优势甚至抢占了部分大型国企的市场。由此可见其在发展中国家的市场中有着不可或缺的地位和竞争力。

  第2章多轴箱

  §2.1多轴箱的简介

  总的来说,多轴箱有两种类型:专用多轴箱和通用多轴箱两大类,对比而言,通用型多轴箱在生产过程中更加常见,其主要优点为:各种通用零件都可以进行安装。因此机床工作过程中的稳定性得到了极大的提高,机床检修过程中的效率也得到了极大提升,从而减轻了人工排查检测所需的时间。在本次设计中,选用通用型零部件应贯穿整个设计过程,通过这种方法,减轻工人工作时间和压力。

  在多轴箱的设计过程中,将多轴箱主轴的动力按要求传递至各个零件汇总到滑台上的过程尤为重要。主轴、中间轴、每根轴的尺寸和位置都要根据相关要求和齿轮位置安排要求进行设计,保证传递过程精准。多轴箱的设计过程就是根据零件图的所需加工的位置设计出可以一次性加工所有位置的零部件。

  §2.2基本结构

  多轴箱设计中总图设计主要分为主视图和展开图。主视图上主要表达了各个主轴之间的位置相互关系和齿轮传动系统以及齿轮之间的排列顺序和尺寸联系,还有润滑系统等辅助系统。总之,主视图在绘制时不可或缺的一点即在主视图上清楚明了地表达出各个轴的各项系数和各个系统。

  展开图需要表达轴与轴上零件之间的匹配程度和装配关系。包括了主轴、驱动轴、手柄轴和油泵,以及传动轴及传动轴的轴承、轴套,油泵和齿轮之间的相对位置。所有主要尺寸都需要按照规定的比例画出,标明齿轮的排数、各个轴的轴径尺寸和国标编号。直径一致的轴可以只具体展现一根,并在其左端标出轴号,其他轴可以省略简化。若设计了变位齿轮,则需要画出变位齿轮的补充加工图。

  在多轴箱箱体内,箱体零件共有五种,除去箱体零件后,还需传动部件和起润滑作用的零件,如:传动轴、齿轮、油泵等。设计多轴箱中轴的过程中,必须注意轴间间距,并根据轴间间距选择合适的轴承来安装,以避免轴承之间产生干涉。

  齿轮的位置安排同样是非常重要的设计项目。一般情况下,箱体内可安排两排32毫米宽的齿轮或者三排24毫米宽的齿轮,若不够,可酌情加一排齿轮,最多增加两牌,设计时需要注意,严禁把齿轮安装在后盖里同时齿轮体积要适当不可太打,否则容易发生干涉现象。在以上设计过程完成后,必须进行二次验算,排除首次计算的误差,进一步避免发生干涉的可能。

  §2.3多轴箱的零件设计

  多轴箱包含多种零件,其中主要包括:前盖、后盖、上盖和侧盖。本次毕业设计中,箱体材料使用HT250多轴箱采用卧式设计,尺寸为的箱体,前盖选取55mm,后盖的尺寸为90mm,中间箱体的尺寸采用180mm。

  选用轴承时,通常选用滚珠轴承,但在实际的设计中,由于多轴箱中两轴间距较小的缘故,滚珠轴承不能满足需求,故本人选用了一对滚针轴承。经过不同方面的考虑,最终我考虑选择40Cr作为制造主轴的材料。最后就是多轴箱中的齿轮选择,齿轮选用原则主要根据多轴箱的总体尺寸以及传动系统的安排和路线进行选择。通过对比多轴箱尺寸,前盖的齿轮选用了模数为2宽度为24mm,动力头宽度为32mm的齿轮;在箱体中分布的中间齿轮选用模数为2宽为24mm的齿轮。

  第3章多轴箱的设计过程

  §3.1多轴箱的总体设计

  §3.1.1分析工艺方式

  1.被加工零件的原始数据分析

  被加工零件材料:

  被加工零件材料硬度:

  本工序有13个螺纹底孔(此面上共有27个孔)进行加工

  2.所需加工内容及数量

  上平面共需要加工6个螺纹底孔;

  右侧面共需要加工13个螺纹底孔;

  左侧面共需要加工8个孔;

  具体加工情况如下所示:

  上平面:钻出M8.5,孔深度15mm的螺纹底孔,数量6个;

  右侧面:钻出M10,孔深度17.5mm的螺纹底孔,数量8个;

  钻出M12,孔深度21.5mm的螺纹底孔,数量5个;

  左侧面:钻出直径为13mm,孔深度18mm,粗糙度为Ra6.25的通孔,数量8个。

  3.制定工艺

  根据《组合机床设计简明手册》初步拟定的两种工艺方案如下:

  工艺方案1:

  1)铸坯

  2)淬火

  3)回火

  4)退火

  5)漆底漆

  6)精铣端面

  7)粗镗Φ40孔

  8)精镗孔

  9)粗镗Φ100孔

  10)精镗孔

  11)粗镗孔

  12)精镗

  13)检测

  14)钻右端面螺纹底孔

  15)钻后端面螺纹底孔

  16)钻左端面孔

  17)攻螺纹

  18)总检

  19)入库

  工艺方案2:

  1)铸坯

  2)退火

  3)漆底漆

  4)精铣左端面

  5)精铣后端面

  6)精铣右端面

  7)粗精镗孔

  8)倒角

  9)检测

  10)钻右端面、左后端面孔

  11)攻螺纹

  12)总检

  13)入库

  经过斟酌,方案1和方案2,得出结论,工艺方案2更加精炼且工艺方案1需要的工序比工艺方案二更多,操作步骤和操作难度上工艺方案1更复杂,生产效率上工艺方案1较低,即工艺方案1不适合当前企业生产环境和战略的大批量生产计划,综上所述工艺方案2更为合适。

  §3.1.2定位基准的选择

  通过大三学习的《机械制造技术基础》中,我们学习过常用的定位方式主要有两种:分别为一面两销式和三平面式。现对上述两种定位方式进行理论分析,详述如下:

  一面两销式定位特点:

  一面两销式定位方式简化了夹具;共限制了工件6个自由度,不存在发生过定位的情况;加工过程中,采用一面两销定位加工的工序较为集中,能够有效提高被加工面上的孔的位置精度。

  三平面式定位特点:

  通过这种定位方式,能够使得被加工零件的两个表面同时被机床进行加工,大大减少了工序分散所带来的弊端,且最大限度地发挥了工序集中的优势,还可以对工件的全部自由度进行限制。

  通过之前的计算结过可以看出,动力输出箱体参数较大,不适合三平面式定位,而一面两销式定位的定位件体积小,占用空间不大且仍能满足定位需求,故一面两销式更为合适,左侧面被选为定位基准以保证被加工零件的全部自由度被限制。

  §3.2选择多轴箱参数及初拟原始依据图

  §3.2.1初步计算箱体尺寸

  通过初步设计计算,多轴箱的理论箱体尺寸计算结果为,但在后续的计算与图纸绘制的过程中发现,尺寸的多轴箱并不能完美地分配多轴箱内的多种零部件,并且轴间有发生干涉的风险,经过多次的分析、比较、重新排布,决定改用尺寸的多轴箱箱体,便可以解决上述问题。

  §3.2.2切削用量的计算

  轴1至轴8,所加工螺纹底孔的直径为8.5mm,螺纹底孔深度为18mm。由于轴的直径要求,且轴的硬度需大于,查阅参考文献《组合机床设计简明手册》中表7-18选取切削速度;进给量。所加工螺纹底孔,本毕业设计中选取切削速度,进给量,则由公式:

  得:

  轴9至轴13,所加工的螺纹底孔直径为10.2mm,螺纹底孔深度为22mm,由于轴的直径要求,且轴的硬度需大于,查阅参考文献《组合机床设计简明手册》中表6-11选取切削速度。所加工螺纹底孔,本毕业设计中选取切削速度,进给量,则由公式:

  可得

  §3.2.3原始依据图

  图3-1原始依据图

  §3.3主轴直径及动力箱所需动力计算

  §3.3.1确定并计算切削用量参数

  通过查阅参考文献《组合机床设计简明手册》,查表7-18可得钻孔时的切削力、扭矩和切削功率的计算公式分别为:

  通过查阅被加工零件图,故计算得。

  并进行钻右侧面上各孔计算过程如下:

  (1)钻孔,孔深度为20mm

  将参数代入式计算

  将参数代入式计算

  再将上述参数代入式

  (2)钻孔,孔深度为22mm。

  将参数代入式计算

  将参数代入式计算

  再将上述参数代入式

  §3.3.2主轴直径选择

  轴1至轴8:通过以上计算过程中的数据,,通过查找参考文献《组合机床设计简明手册》中表3-4初步确定主轴轴径为,选取为主轴轴径。再根据查阅参考文献《组合机床设计简明手册》中表3-6对主轴外伸尺寸进行确定,最终确定为Φ32/Φ20。并查表确定本步骤应使用滚珠长主轴,再查阅表7-5,可得主轴的伸出长度。

  轴9至轴13:通过以上计算过程中的数据,,通过查找参考文献《组合机床设计简明手册》中表3-4初步确定主轴轴径为,选取为主轴轴径。再根据d=20mm查阅参考文献《组合机床设计简明手册》中表5-7对主轴外伸尺寸进行确定,最终确定为。并查表根据实际情况确定本步骤应使用滚珠长主轴,再查阅表2-5,可得主轴的伸出长度L=115mm。

  §3.3.3动力箱的选择

  电动机功率是确定动力箱参数的必不可少的原始数据,且其由切削功率、空转功率、损失功率三部分组成,依此求出,,并得出:

  。

  由以上计算过程得出电动机的功率

  根据计算数据查阅相关文献,对标准动力箱型号进行筛查,使用作为本次设计的动力箱,Y132S-4作为本次设计的电动机,具体参数如下:

  动力箱电动机功率,

  标准输出转速,

  总电动机转速标准数值为。

  §3.4多轴箱传动路线的确定

  §3.4.1确定各轴齿轮齿数及各主轴的坐标

  主轴的转速和转向等参数和主轴的位置参数经过筛选后,下一步进行齿轮模数的确定,经过齿轮模数的设计计算和使用试凑法,拟定具体的齿轮齿数方案如下图所示:

  由于驱动轴上齿轮齿数有所限制,限制范围在21-26之间,齿轮模数m选取范围在3-4之间。驱动轴齿轮齿数选取为z=22,模数取m=3,故有两轴间齿轮啮合公式:

  A==mm

  式中:

  m——齿轮模数

  Z——从动轮齿轮数

  Z——主动轮齿轮数

  ——齿数和

  确定各级传动比

  设,则:

  ,则:

  ,则:

  设,则:

  ,则:

  故,总传动比,各级传动比确定为:,,,,。

  §3.4.2传动轴的坐标

  通过作图法来对传动轴的具体位置坐标进行初步确定,再结合实际情况查找标准转速,最终确定为本设计使用参数。

  §3.5多轴箱设计装配图及补充加工图

  多轴箱设计中总图设计主要分为主视图和展开图。

  主视图上主要表达了各个主轴之间的位置相互关系和齿轮传动系统以及齿轮之间的排列顺序和尺寸联系,还有润滑系统等辅助系统。总之,主视图在绘制时不可或缺的一点即在主视图上清楚明了地表达出各个轴的位置、具体参数及与其他机构之间的关系。

  各个轴之间的匹配程度和主轴、套筒、轴承、轴承圈、垫圈之间的位置关系需要展示在展开图上。本次毕业设计中考虑到多轴箱的实际尺寸,故装配图和零件图都采用1:2的尺寸比例进行绘制,并在装配图的展开图部分将各个齿轮的排数、轴的编号及直径标注出来。直径一致的轴可以只具体展现一根,并在其左端标出轴号,其他轴可以省略简化。