畢業(yè)設(shè)計(jì)論文轉(zhuǎn)向蝸桿箱鉆孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)

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1、轉(zhuǎn)向蝸桿箱鉆孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)摘 要組合機(jī)床是根據(jù)工件的加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量的專用部件組成的一種高效專用部件，同時組合機(jī)床自動線是一種專用高效自動化技術(shù)裝備，目前，由于它仍是大批量機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效、 高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備，因而被廣泛應(yīng)用于汽車、內(nèi)燃機(jī)和壓縮機(jī)等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。本次設(shè)計(jì)的是一臺轉(zhuǎn)向蝸桿箱端面鉆孔組合機(jī)床，主要完成組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)和主軸箱的設(shè)計(jì)。根據(jù)轉(zhuǎn)向蝸桿箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度及生產(chǎn)率等要求，確定該機(jī)床為立式組合機(jī)床；為確保加工精度，采用一面兩銷的定位方式；為實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，安全可靠，選擇液壓滑臺；根據(jù)零件的大小及被加工孔的位置確定

2、主軸箱的輪廓尺寸；由加工工藝選擇深溝球軸承，推力球軸承主軸和圓錐滾子軸承，通過計(jì)算確定主軸和傳動軸的直徑；齒輪的模數(shù)通常采用計(jì)算和類比的方法取得，齒輪齒數(shù)和中間傳動軸大的位置是由計(jì)算、作圖和多次試湊相合；計(jì)算主軸，傳動軸的坐標(biāo)并進(jìn)行中心距的驗(yàn)算確定部分軸上采用變位齒輪；軸上的齒輪套、鍵等零件按軸號選擇相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件。關(guān)鍵字：組合機(jī)床，主軸箱，主軸，傳動軸，齒輪1 緒論1.1本課題研究目的通過加工轉(zhuǎn)向蝸桿箱底面鉆孔組合機(jī)床的設(shè)計(jì)，了解組合機(jī)床設(shè)計(jì)的過程和加工工藝的制定方法，切削用量的選擇、刀具的選擇、組合機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)件的正確選擇、以及主軸箱的設(shè)計(jì)過程。轉(zhuǎn)向蝸桿箱鉆孔組合機(jī)床是以通用部件作為基礎(chǔ)，配以按

3、工件特定形狀和加工工藝設(shè)計(jì)的專用夾具，組成的半自動或自動專用機(jī)床。組合機(jī)床多采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用通用機(jī)床高幾十倍，因而對鉆孔組合機(jī)床的設(shè)計(jì)對制造業(yè)生產(chǎn)水平的提高起著舉足輕重的作用和地位，同時通過對轉(zhuǎn)向蝸桿箱鉆孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)也可以使得我們機(jī)械專業(yè)的學(xué)生對組合機(jī)床有了深刻的認(rèn)識了解，畢業(yè)設(shè)計(jì)過程可以讓我們把大學(xué)四年的專業(yè)知識融會貫通，學(xué)以致用，并且可以通過畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們能夠?qū)⑺鶎W(xué)的專業(yè)課知識與社會實(shí)踐緊密相結(jié)合達(dá)到理論充分聯(lián)系實(shí)踐的效果。讓我們得到一個很好的實(shí)際鍛煉機(jī)會。1.2本課題的研究意義我國是發(fā)展中國家，發(fā)展低成本自動化技術(shù)，潛力大，前景廣，投資

4、省，見效快，提高自動化程度，可以收到事半功倍的經(jīng)濟(jì)效果，適合我國現(xiàn)階段的發(fā)展需要和國情。組合機(jī)床與通用機(jī)床和專用機(jī)床相比，有以下特點(diǎn)：（1）組合機(jī)床上的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件約占全部機(jī)床零、部件總量的70%80%，設(shè)計(jì)和制造周期短，經(jīng)濟(jì)效益高。（2）生產(chǎn)效率高。是普通機(jī)床工作效率的十幾倍。（3）組合機(jī)床加工零件對操作工人的技術(shù)水平要求不高，但是可以達(dá)到加工的精度比普通機(jī)床要高很多，可以實(shí)現(xiàn)很精密零件的加工。（4）組合機(jī)床易于連成組合機(jī)床自動線，適合大規(guī)模和自動化生產(chǎn)。組合機(jī)床的以上特點(diǎn)適合我國國情，故得到廣泛應(yīng)用。而且伴隨著現(xiàn)代科技化的大力發(fā)展，組合機(jī)床是時代的需求。轉(zhuǎn)向蝸桿箱是汽車的重要零件，它

5、的加工精度直接影響到汽車的轉(zhuǎn)向系的整體機(jī)能，且作為轉(zhuǎn)向蝸桿箱在汽車零部件行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，屬于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。所以，在考慮零件的加工工藝時，應(yīng)采用流水線的加工方式，盡量使加工工序集中，以縮短生產(chǎn)線的長度，減少設(shè)備的投入。綜合考慮以上因素，組合機(jī)床成為流水線布置的首選設(shè)備之一。因而通過這次對鉆孔組合機(jī)床的設(shè)計(jì)雖然是對轉(zhuǎn)向蝸桿箱鉆孔的特別需求，但是這樣一來既可以讓我對轉(zhuǎn)向蝸桿箱有個全方位的了解，更重要的是通過這個鉆孔組合機(jī)床的設(shè)計(jì)可以將各方面的機(jī)械知相結(jié)合，對我們本科生而言是一次很好鍛煉自己的好機(jī)會，有利于提高我們的專業(yè)素養(yǎng)，對我們今后的就業(yè)有著很大的幫助，因而這次轉(zhuǎn)向蝸桿箱鉆孔組合機(jī)床的設(shè)計(jì)

6、和主軸箱的設(shè)計(jì)對我們復(fù)習(xí)和鞏固專業(yè)知識甚至就業(yè)工作都起著很好的引導(dǎo)作用。多軸箱是組合機(jī)床的重要組成部件，用于布置（按所要求的坐標(biāo)位置）機(jī)床工作主軸及其傳動零件和相應(yīng)的附加機(jī)構(gòu)。多軸箱的設(shè)計(jì)是組合機(jī)床設(shè)計(jì)過程中至關(guān)重要的一環(huán)，其多軸箱的內(nèi)部主要包含了鉆孔的動力傳動系統(tǒng)，因而其設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞，將直接影響到組合機(jī)床的設(shè)計(jì)質(zhì)量以及最終孔的加工精度，而且多軸箱的設(shè)計(jì)讓我們進(jìn)一步對箱體內(nèi)部齒輪哦排布，軸的排布分配，傳動比的分配，以及箱體內(nèi)部各齒輪的傳動有了更深的了解。2 工藝方案的擬定 工藝方案的擬定是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，因?yàn)楣に嚪桨冈诤艽蟪潭壬蠜Q定了組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)配置和使用性能。同時工藝方案的制定對

7、零件加工精度有很大的影響，因而要對零件的功效，材料要有很全面的理解。2.1 被加工零件的特點(diǎn)本次加工的零件為轉(zhuǎn)向蝸桿箱，而主要的加工工序?yàn)殂@4xM10的螺紋孔，要求采用一次性加工完成，同時對加工的孔也有精度的要求。 加工部位為：底孔4xM10-2 加工的零件材料為：KTZ45006 加工孔的位置準(zhǔn)確度度為：0.25 加工材料的硬度為：180HBS2.2工藝路線的制定粗基準(zhǔn)選擇的原則：1）如果必須首先保證工件上加工表面與不加工表面之間的位置要求 ，應(yīng)以不加工表面作為粗基準(zhǔn)。如果在工件上有很多不需加工的表面，則應(yīng)以其中與加工面的位置精度要求較高的表面作粗基準(zhǔn)。2）如果必須首先保證工件某重要表面的余

8、量均勻，應(yīng)選擇該表面作粗基準(zhǔn)。3）選作粗基準(zhǔn)的表面，應(yīng)平整，沒有澆口、冒口或飛邊等缺陷，以便定位可靠。4）粗基準(zhǔn)一般只能使用一次，特別是主要定位基準(zhǔn)，以免產(chǎn)生較大的位置誤差。精基準(zhǔn)的選擇的原則：1）用工序基準(zhǔn)作為精基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)“基準(zhǔn)重合”，以免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。2）當(dāng)工件以某一組精基準(zhǔn)定位可以較方便的加工其他各表面時，應(yīng)盡可能在多數(shù)工序中采用此組精基準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)“基準(zhǔn)統(tǒng)一”，以減少工裝設(shè)計(jì)制造費(fèi)用，提高生產(chǎn)率，避免基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。3）當(dāng)精加工或光整加工工序要求余量盡量小而均勻時，應(yīng)選擇加工表面本身作為精基準(zhǔn)，即遵循“自為基準(zhǔn)”原則。該加工表面與其他表面間的位置精度要求由先行工序保證。4）為了獲得

9、均勻的加工余量或較高的位置精度，可遵循互為基準(zhǔn)、反復(fù)加工的原則。 該工藝路線符合以上基準(zhǔn)選擇的原則，而且也選用了合適的表面加工方法，加工階段的劃分與工序的組織都很合理。機(jī)械加工工序順序的安排也符合了先基準(zhǔn)面，后其他面，先主要表面，后次要表面，先主要平面，后主要孔，先安排粗加工工序，后安排精加工工序的原則。綜上，其工藝路線如下：工序號工序內(nèi)容01以66端面和92端面互為基準(zhǔn)面粗銑各自端面02以65端面和134端面互為基準(zhǔn)面粗銑各自端面03以134端為定位基準(zhǔn)粗鏜44孔和72孔04半精鏜44孔和72孔05以92端面為定位基準(zhǔn)面粗鏜41孔，54孔, 110孔06利用立式車床倒66，72, 41, 5

10、4, 110孔的倒角07精鏜41孔，54孔08以134端面為精基準(zhǔn)精銑92端面09以134端面為定位基準(zhǔn)鉆26的通孔10以134面為基準(zhǔn)面，在92端面上指定位置鉆4M10的孔并攻絲11以端面92面為基準(zhǔn)，在134端面上指定位置鉆5-M10的孔并攻絲12鉆上端圓柱面凸臺28端面處的孔并攻絲3.三圖一卡的擬定3.1被加工零件工序圖被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示一臺組合機(jī)床或自動線完成的工藝內(nèi)容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求、加工用定位基準(zhǔn)、夾緊部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情況的圖紙。轉(zhuǎn)向蝸桿箱底面鉆4xM10-2孔加工工序圖： 圖3-1

11、轉(zhuǎn)向蝸桿箱底端面鉆4xM10的工序圖上圖中采用了直徑為135mm的大端面為定位基準(zhǔn)面，采用一面兩銷的方案進(jìn)行定位，在該面上有一直徑為110的圓柱孔，可以用一圓柱銷和該面進(jìn)行配合工限制了工件的5個自由度，同時利用一銷邊銷早直徑為13的孔上進(jìn)行定位限制一個自由度，最終整體限制了六個自由度，實(shí)現(xiàn)了工件的完全定位，所選擇的定位基準(zhǔn)面符合設(shè)計(jì)的要求。3.2 加工示意圖 零件加工的工藝方案要通過加工示意圖反映出來。加工示意圖表示被加工零件在機(jī)床上的加工過程，刀具、輔具的布置情況以及工件、夾具、刀具等機(jī)床各部件間的相對位置關(guān)系，機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等。因此，加工示意圖是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要圖紙之一，在總體

12、設(shè)計(jì)中占據(jù)重要地位。它是刀具、輔具、夾具、主軸箱、液壓電器裝置設(shè)計(jì)及通用部件選擇的主要原始資料，也是整臺組合機(jī)床布局和性能的原始要求，同時還是調(diào)整機(jī)床、刀具及試車的依據(jù)。同時加工示意圖應(yīng)該表達(dá)和標(biāo)注的內(nèi)容有；機(jī)床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程；工件，刀具類型，數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸；接桿，浮動卡頭，導(dǎo)向套等等以及主軸之間的連接方式和配合尺寸。3.2.1 刀具的選擇由前面可知，選用的刀具是標(biāo)準(zhǔn)高速錐柄麻花鉆。而刀具的直徑則需要通過加工的螺紋孔的底孔孔徑來確定，本次工序需要孔的直徑為10的螺紋孔，而本次工序只需要鉆孔，因而查表可知道選擇的刀具直徑為8.6mm,刀具總長度為184，莫斯錐度為一號，

13、孔加工刀具的直徑應(yīng)與加工部位尺寸、精度相適應(yīng)，其長度應(yīng)保證加工終了時刀具螺旋槽尾端離導(dǎo)向套外斷面3050mm，以利排屑和刀具磨損后有一定的向前調(diào)整量。3.2.2 導(dǎo)向套的選擇導(dǎo)向裝置的作用是：保證刀具相對于工件的正確位置，保證各刀具相互間的正確位置，提高刀具系統(tǒng)的支撐剛度，從而保證加工孔的位置精度，達(dá)到設(shè)計(jì)的最終要求。1,選擇導(dǎo)向類型、形式和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向裝置有兩大類，即固定式導(dǎo)向和旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向，在加工孔徑不大于40毫米或摩擦表面的線速度小于20m/min的時候，一般選用固定式刀具，而加工的孔徑較大或者線速度大于20m/min,一般采用旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向裝置，于是按照上式方法通常根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑d和刀具轉(zhuǎn)

14、速n折算出導(dǎo)向的線速度v 其中n=590r/min 再結(jié)合加工部位尺寸精度、精度、工藝方法及刀具的具體工作條件來選擇導(dǎo)向類型、形式和結(jié)構(gòu)利用上公式可知v=15.4m/min由于v=15.4m/min1.5根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，0軸傳動采用模數(shù)為m=3而其他的傳動模數(shù)采用m=2;4.3 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算4.3.1擬定傳動路線把主軸1-4作為一組同心圓，在其圓心上布置中心傳動軸。把主軸1-4作為一組同心圓，在其圓心上布置中心傳動軸5。油泵軸由埋頭傳動軸7驅(qū)動，手柄軸由傳動軸5驅(qū)動。最后將傳動軸5與驅(qū)動軸連接起來，形成多軸想的傳動系統(tǒng)圖如下:4.3.2確定驅(qū)動軸、主軸位置驅(qū)動軸的高度由動力箱聯(lián)系尺寸圖中查出：

15、距離箱體底面為124.5mm。根據(jù)多軸箱原始依據(jù)圖算出驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)值，見表4-2.坐標(biāo)左削孔驅(qū)動軸主軸1主軸2主軸3主軸4x-1750-32.5-32.532.532.5y094.5163.5.5228.5228.5163.5表4-2 多軸箱主軸、驅(qū)動軸坐標(biāo)值4.3.3確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)1）確定傳動軸5,分別與主軸1、2、3,4間的齒輪副齒數(shù)傳動軸5的位置為主軸1-4同心圓的圓心，由于主軸1-4是一個直徑92的圓上，所以傳動軸5的坐標(biāo)為： X=0 Y=201 (由作圖和相關(guān)計(jì)算得出最終結(jié)果)由上面數(shù)據(jù)可知，傳動軸5與主軸1-4之間的中心距都為46，而傳動軸與主軸1-4間的傳動比都是i

16、=1傳動，而且其模數(shù)m=2，根據(jù)其數(shù)據(jù)可的到其齒輪齒數(shù)均為z=23。傳動軸和各主軸轉(zhuǎn)速均為590r/min。2）驅(qū)動軸與5軸齒輪間齒輪副齒數(shù)驅(qū)動軸與傳動軸5的軸心距通過計(jì)算得：D=76.5mm驅(qū)動軸與傳動軸之間的傳動比為：i=520/590=1/1.13由于：D=m/2 *(z0+z5)=76.5mm 而且m=3 那么查表選擇標(biāo)準(zhǔn)的齒數(shù)和知道： Z0=27 Z5=243）確定手柄軸上與傳動軸的相互嚙合的齒輪的齒數(shù)和相關(guān)的傳動參數(shù)根據(jù)油泵軸轉(zhuǎn)速的需要，確定手柄與傳動軸之間的傳動比也為i=1，而且手柄軸與傳動軸5之間的中心距為72mm,傳動軸5驅(qū)動手柄軸的齒輪模數(shù)為m=3,而齒輪的安排在第四排區(qū)域

17、布置安裝。那么手柄軸上與傳動軸5相互嚙合的齒輪齒數(shù)和模數(shù)也就得到了確定，m=3,z=24其中手柄軸的位置坐標(biāo)為： X=-72mmY= 201mm通過他們之間的傳動可以知道手柄軸的轉(zhuǎn)速n=590r/min 4）確定手柄軸與埋頭傳動軸之間齒輪的位置和相關(guān)的模數(shù)的選取根據(jù)油泵軸安裝位置與埋頭傳動軸之間有比較合適的位置，以至于不會發(fā)生干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生，于是查表確定埋頭傳動軸與手柄軸之間的中心距為d=60mm,讓彼此之間有合適的裝配空間，但是同時也要考慮到傳動比不能過大，而油泵軸的轉(zhuǎn)速大致為610r/min，因而采用先將手柄軸的速度降速到埋頭傳動軸上，然后再由埋頭傳動軸升速到油泵軸上，同時也要合理分配傳動

18、比，使得結(jié)構(gòu)和傳動方案得到執(zhí)行。而通過計(jì)算確定由手柄軸傳動到埋頭傳動軸之間采用降速處理，傳動比i=1/1.44,相互嚙合的兩個齒輪都采用模數(shù)m=2，通過計(jì)算處理后，手柄軸與埋頭傳動軸之間的中心距確定為d=61mm,那么安裝在手柄軸上的傳動齒輪m=2,z=25,安排在第一排傳動。而埋頭傳動軸上的傳動齒輪m=2,z=36.那么埋頭傳動軸的轉(zhuǎn)速n=590/1.44=409r/min埋頭傳動軸的位置坐標(biāo)通過作圖和計(jì)算可以得知： X=-93.235mm Y=258.412mm 5）確定油泵軸與手柄軸之間齒輪副齒數(shù)以及油泵軸的位置油泵軸由埋頭傳動軸帶動，選取R12-1A液壓泵推薦轉(zhuǎn)速為550-800r/m

19、in,因而，傳動比為：而埋頭傳動軸的轉(zhuǎn)速n=409r/min,而油泵軸的轉(zhuǎn)速初步選擇為n=610r/min,并且油泵軸與埋頭傳動軸之間的中心距為d=60mm,于是可以得知傳動比i=1.5, 就可以達(dá)到傳動的要求那么可以得知 油泵軸的模數(shù)和齒數(shù)得知：m=2,z=24 同樣油泵軸的坐標(biāo)值也就得到準(zhǔn)確的確定： X=-50.7mm Y=300.7mm6）驗(yàn)算各主軸的轉(zhuǎn)速，使個主軸轉(zhuǎn)速的相對轉(zhuǎn)速損失在以內(nèi)。N1=n2=n3=n4=520x27/24=585r/min其相對損失為：a=(590-585)/590=0.0084 因而符合主軸轉(zhuǎn)速的要求。4.4繪制多軸箱總圖傳動系統(tǒng)圖是表示傳動關(guān)系的是以圖，即

20、用已確定的傳動件將驅(qū)動軸和各主軸連接起來，繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動示意圖。組合機(jī)床主軸數(shù)量多，為使傳動系統(tǒng)圖傳動路線清晰可辨，必須標(biāo)出傳動齒輪在多軸箱體內(nèi)的軸向位置。一般情況下，多軸箱箱體內(nèi)腔可排放兩排32mm寬或24mm寬的齒輪。本工序選用24mm寬的齒輪。傳動軸5與驅(qū)動軸嚙合，液壓泵與埋頭傳動軸嚙合，驅(qū)動軸與傳動軸5相互嚙合的齒輪安排在第四排；手柄軸與傳動軸齒輪的嚙合排在第四排；手柄軸與埋頭傳動軸齒輪嚙合排在第一排；埋頭傳動軸與油泵軸齒輪嚙合放在第一排，傳動軸5 與主軸1,2齒輪嚙合放在三排。而傳動軸5與主軸3，4齒輪嚙合放在第二排，根據(jù)圖4-3所示，同排的非嚙合齒輪之間沒有干涉，軸與齒輪

21、間也沒有任何干涉現(xiàn)象產(chǎn)生，所有齒輪與相鄰的主軸套也不相碰。完全符合設(shè)計(jì)的相關(guān)要求。 圖4-3多軸箱總圖參考文獻(xiàn)1 曾正明主編. 機(jī)械工程材料手冊金屬手冊（第六版）. 機(jī)械工業(yè)出版社，20032 孟少農(nóng)主編. 機(jī)械加工工藝手冊第三卷. 機(jī)械工業(yè)出版社，19923 沈陽工業(yè)大學(xué) 大連鐵道學(xué)院 吉林工學(xué)院編. 組合機(jī)床設(shè)計(jì). 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，19854 孟少農(nóng)主編. 機(jī)械加工工藝手冊第二卷. 機(jī)械工業(yè)出版社，19915 李慶余 張佳主編. 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì). 機(jī)械工業(yè)出版社，20036 徐鴻本主編. 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊. 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，20047 謝家瀛主編. 組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊. 機(jī)械工業(yè)出版社，1992