車床主軸箱箱體左側8M8螺紋攻絲機設計正文.doc

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1、南京林業(yè)大學2007屆本科畢業(yè)設計論文 1．前言 1.1．課題名稱及其具體要求 1.1.1．課題名稱 車床主軸箱箱體左側8-M8螺紋攻絲機設計 1.1.2．題目內容及要求 本題目的主要內容是設計一臺能加工的通孔，總共八個孔的右側面螺紋攻絲機，機床類型為臥式單面，液壓驅動，由PLC控制，一臺機床年產量為3-6萬件。其余設計內容均自定。 1.1.3．實驗、數據及圖紙要求 本設計完成后必須包括被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯系尺寸總圖、組合機床多軸箱圖、夾具裝配總圖、液壓系統(tǒng)原理圖、控制系統(tǒng)原理圖各一張，折合A0圖紙共4張。 此外，設計說明書需1.5萬字。 1

2、.2．研究目的及意義 目前，組合機床的需求量很大，國家鼓勵其出口。而國內汽車工業(yè)的迅速發(fā)展也勢必導致各類零部件加工量的增大。因此，組合機床可多刀、多軸、多面、多工位加工的優(yōu)點就顯得猶為突出。本設計就是在攻絲組合機床的設計基礎上，將PLC控制技術和液壓控制技術應用到其中，以便進一步提高組合機床的自動化程度。 1.3．國內外同類研究概況 1． 國外研究狀況 1952年美國生產出了第一臺數控機床，此后，日本、德國、意大利等國家的一些木工機床的制造廠家應用機電一體化技術，相繼推出了各種先進的機床。目前，螺紋加工機床已經與液壓系統(tǒng)，氣壓系統(tǒng)和數控系統(tǒng)結合生產出了很多先進的攻絲機，例如：西班牙

3、的才CMA攻絲機系列，等等。 目前，機床加工正在向復合化，高速化，精密化，高效能化，智能化，環(huán)?；较虬l(fā)展而螺紋加工正在向高效率，高自有度，高生產率，高自動化，高定位速度和高切削速度，低成本方向發(fā)展。 2． 國內研究狀況 我國自改革開放以來，雖然機床加工機械的技術水平及產品質量有著顯著的提高，但與先進的發(fā)達國家相比差距較大，主要存在的問題有：水平低、仿制多、品種少、自動化程度不高，外觀質量不高，機床機械合格率低，遠低于同類機械產品的平均合格率。螺紋加工機床和其他機床一樣發(fā)展緩慢。 國內生產的中檔普及型數控機床的功能、性能和可靠性方面已具有較強的市場競力。 但在中、高檔數控機床方面，與

4、國外一些先進產品相比，仍存在較大差距。螺紋加工的數控化程度也很低。雖然我國現在的水平很低不過我們有很好的發(fā)展前景：首先，我國的政策調整有利于車床行業(yè)的發(fā)展；第二，產業(yè)轉移給車床行業(yè)的發(fā)展帶來了機遇；第三，下游行業(yè)成長較快；第四，數控車床消費增長較快。而螺紋加工的攻絲機只是車床中的一個部分，當然也具有很好的發(fā)展前景。目前國內有很多的組合機床仍然采用繼電器控制，使用不便，且較為落后。而國外同行業(yè)則較多采用PLC先進技術集成控制來實現生產自動化，已形成一系列自動化程度較高的生產流水線，大大提高了生產效率和節(jié)省了成本。 2．組合機床概述 2.

5、1．組合機床及其特點 組合機床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率專用機床。它能夠對一種（或幾種）零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序，生產效率高，加工質量穩(wěn)定。 組合機床與通用機床，其他專用機床比較，具有以下特點： （1）組合機床上的通用部件和標準零件約占全部機床零、部件總量的，因此設計和制造的周期短，投資少，經濟效果好。 （2）由于組合機床用多刀加工，并且自動化程度高，因而比通用機床生產效率高，產品質量穩(wěn)定，勞動強度低。 （3）組合機床的通用部件是經過周密設計和長期生產實踐考驗的，又

6、有專門廠成批制造，因此結構穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修方便。 （4）在組合機床上加工零件時，由于采用專用夾具、刀具和導向裝置，加工質量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術水平要求不高。 （5）當被加工產品更新時，采用其他類型的專門機床時，其大部分部件要報廢。用組合機床時，其通用部件和標準零件可以重復利用，不必另行設計和制造。 （6）組合機床易于聯成組合機床自動線，以適應大規(guī)模的生產需要。 圖2-1表示由通用部件和少量專用部件組成的臥式組合機床。 圖2-1 臥式組合機床及其組成部件 1—中間底座；2—夾具；3—主軸箱；4—動力箱 5—滑臺；6—滑座；7—床身（側

7、底座） 組合機床常用的通用部件有：動力部件、輸送部件、支承部件、控制部件和輔助部件。其中動力部件有4種：（1）主運動動力部件—動力箱、多軸箱、單軸頭；（2） 進給運動部件—液壓滑臺、機械滑臺； （3） 既能實現主運動又能實現進給運動的部件—動力頭；為單軸頭變化主軸轉速的跨系列通用部件。 動力箱、各種工藝切削頭和動力滑臺是組合機床完成切削主運動或進給運動的動力部件。其中還有能同時完成切削主運動和進給運動的動力頭。而只能完成進給運動的動力部件稱為動力滑臺。固定在動力箱上的主軸箱是用來布置切削主軸，并把動力箱輸出軸的旋轉運動傳遞給各主軸的切削刀具，由于各主軸的位置與具體被加工零件有關，因此主軸箱

8、必須根據被加工零件設計，不能制造成完全通用的部件，但其中有很多零件（例如：主軸、傳動軸、齒輪和箱體等）是通用的。 床身、立柱、中間底座等是組合機床的支承部件，起著機床的基礎骨架作用。組合機床的剛度和部件之間的精度保持性，主要是由這些部件保證。移動的或回轉的工作臺的重復定位精度直接影響組合機床的加工精度。 除了上述主要部件之外，組合機床還有各種控制部件，主要是控制機床按順序動作，以保證機床按規(guī)定的程序進行工作。 組合機床的通用部件，絕大多數已頒布成國家標準，并按標準規(guī)定的名義尺寸、主參數、互換尺寸等定型，各通用部件之間有配套關系。 因此，在進行本設計時，主要根據被加工零件的尺寸、形狀和技

9、術要求等來完成組合機床的整體設計。 2.2．攻絲組合機床的結構方案 通用機床加工螺紋的特點是主運動和進給運動之間保持嚴格的傳動比關系，即內聯系傳動。攻絲組合機床也不例外，根據實現內聯系傳動系統(tǒng)所選用的機構不同，攻絲組合機床可以分為下列兩大類： 1）采用攻絲動力頭的攻絲組合機床 攻絲動力頭用于同一方向單純攻絲工序。利用絲杠進給，攻絲行程較大，但結構復雜，傳動誤差大，所以加工螺紋精度較低（一般低于7H級），因此未能得到廣泛的應用。 2）采用攻絲靠模裝置的組合機床 用攻絲靠模裝置加工內螺紋的特點是，攻絲主軸系統(tǒng)的進給運動由攻絲靠模機構得到。靠模機構由靠模螺桿和靠模螺母組成，其螺距應等

10、于被加工螺孔的螺距，當靠模螺桿每轉一轉時，則帶動絲錐向前進給一個螺距，要求盡量接近。 攻絲靠模應用于攻絲裝置中的情況如圖2-2所示。從圖中可見，電機傳動主軸通過靠模螺桿帶動絲錐回轉，靠模螺桿5通過攻絲卡頭6與絲錐連接，攻絲卡頭6是攻絲主軸靠模系統(tǒng)進給量與絲錐自行引進量的補償環(huán)節(jié)。 當主軸及靠模螺桿5正轉時，由于靠模螺 母4的作用，使靠模螺桿按螺母的螺距帶動絲 錐進給，攻絲結束后，主軸反轉，絲錐退回。 由于攻絲過程中，只是靠模螺桿5帶動絲 圖2-2 攻絲裝置原理圖 錐軸向移動，因此主軸與靠模螺桿連接處軸向 1—電機；2—多軸箱；3—主軸； 可以

11、相對滑動，一般用滑鍵連接，滑動的最大 4—靠模螺母；5—靠模螺桿；6—攻絲卡頭 距離即攻絲的最大行程，一般不超過。 此種攻絲方法，靠?？梢越浤ブ频玫捷^準確的螺距，由于靠模螺桿帶動絲錐進給比較輕巧，同時又有攻絲接桿補償攻絲主軸靠模系統(tǒng)與絲錐自行引進的進給差，因而攻絲時可得到較高的精度。該靠模裝置除了具有結構簡單、制造成本較低的特點外，還由于每根靠模螺桿都各自具有自己的螺距數值，因此可用一個攻絲裝置方便地加工出不同尺寸規(guī)格的螺紋，且可各自選用合理的切削用量，目前應用很廣泛。 綜上所述，可知攻絲工序的工作循環(huán)如下： 2.3．組合機床發(fā)展趨勢 一、提高通用部件

12、的技術水平； 二、發(fā)展適應中、小批生產的組合機床； 三、采用新刀具； 四、發(fā)展自動檢測技術； 五、擴大工藝范圍。 3．組合機床總體設計 3.1．組合機床方案確定 3.1.1．被加工零件特點 被加工零件在攻絲機體左側，材料為，硬度為，攻絲孔徑為的通孔8個，個孔在3個圓上規(guī)律分布。 被加工零件的外形如圖3-1所示。 圖3-1 被加工零件外形圖 3.1.2．機床布局確定 工件底面為主要定位面。因為底面有3個腳所以用3個支承塊支撐，用短銷和支承釘定位。裝夾方便、平穩(wěn)，故可采用臥式機床。 3.1.3．工件定位基準的確定 由于工件采用底面為定位面，根據該零件的特點，可

13、采用孔和2面定位。 3.1.4．夾壓表面及夾緊方式 由于要加工的工件是箱體而且上表面是空的，為了確保工件夾壓穩(wěn)定，為了保證定位基準和定位面的良好接觸，采用開口長壓板作定位夾緊。 3.2．確定切削用量 3.2.1．選擇切削用量 由于攻絲孔徑只有一種，所以可以采用同樣的主軸和刀具使得所有刀具的每分鐘進給量相同。 根據《專用機床設備設計》表7-18查得： 高速鋼絲錐攻絲切削速度 查《機械加工工藝手冊》得： 螺紋間距， 選 切削速度： ∴ ∴滿足要求 每分鐘進給量 式中：——主軸系統(tǒng)的進給量（）； ——絲錐每分鐘自行引進量（）； ——絲錐每分鐘轉速（）； ——絲錐

14、的螺距，多頭螺紋為導程（）。 ∴ 3.2.2．確定F.P.T 1）切削扭矩的計算 根據《專用機床設備設計》表7-24查得： 式中：——工件螺距（）； ——加工直徑（）。 ∴ 2）切削力的計算 ∴ ∴總切削力 3）切削功率的計算 根據《專用機床設備設計》表7-24查得： ∴ ∴總功率 考慮到功率損失，∴ 3.3．組合機床總體設計——三圖一卡 三圖一卡的內容主要包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯系尺寸總圖和編制生產率計算卡。 3.3.1．被加工零件工序圖 一、被加工零件工序圖的作用及內容 被加工零件工序圖是根據選定的工藝方案，

15、表示一臺組合機床或自動線完成的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求、加工用定位基準、夾壓部位及被加工零件的材料、硬度、重量和本道工序加工前毛坯或半成品狀況的圖紙。因此，它是在原零件圖基礎上，突出本機床或自動線的加工內容，加上必要的說明繪制成的。它是組合機床設計的主要依據，也是制造、使用、檢驗和調整機床的重要技術文件。圖上應表示出： 1）被加工零件的形狀和輪廓尺寸及與本機床設計有關的部位的結構形狀及尺寸。尤其是當需要設置中間導向套時，應表示出零件內部的肋、壁布置及有關結構的形狀及尺寸。以便檢查工件、夾具、刀具是否發(fā)生干涉。 2）加工用定位基準、夾壓部位及夾壓方向。以便依此進行

16、夾具的定位支承（包括輔助定位支承）、限位、夾緊、導向系統(tǒng)的設計。 3）本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形狀位置尺寸精度及技術要求，還包括本道工序對前道工序提出的要求（主要指定位基準）。 4）必要的文字說明。如被加工零件編號、名稱、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。 二、繪制被加工零件工序圖的注意事項 1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要突出本機床的加工內容。繪制時，應按一定比例，選擇足夠的視圖及剖視圖，突出加工部位（用粗實線），并把零件輪廓及與機床、夾具設計有關的部位（用細實線）表示清楚。凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應在尺寸數值下方畫粗實線標記。加工用定位基準、機

17、械夾壓位置及方向、輔助支承均須使用規(guī)定的符號表示出來。 2）加工部位的位置尺寸應由定位基準注起。為便于加工及檢查，尺寸應采用直角坐標系標注，而不采用極坐標系。但有時因所選定位基準與設計基準不重合,則需對加工部位要求的位置尺寸精度進行分析換算。此外，應將零件圖上的不對稱位置尺寸公差應換算成對稱尺寸公差，其公差數值的決定要考慮兩方面，一是要能達到產品圖紙要求的精度，二是采用組合機床能夠加工出來。 3）應注明零件加工對機床提出的某些特殊要求。 3.3.2．加工示意圖 一、加工示意圖的作用和內容 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床上的加工過程，刀具、輔

18、具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機床各部件間的相對位置關系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。因此，加工示意圖是組合機床設計的主要圖紙之一，在總體設計中占據重要地位。它是刀具、輔具、主軸箱、液壓電氣裝置設計及通用部件選擇的主要原始資料，也是整臺組合機床布局和性能的原始要求，同時還是調整機床、刀具及試車的依據。其內容為： 1）應反映機床的加工方法、加工條件及加工過程。 2）根據加工部位特點及加工要求，決定刀具類型、數量、結構、尺寸（直徑和長度）。 3）決定主軸的結構類型、規(guī)格尺寸及外伸長度。 4）選擇標準的或設計專用的接桿、浮動卡頭、導向裝置、攻絲靠模裝置、刀桿托架等，并決定它們的結構、參數

19、及尺寸。 5）標明主軸、接桿（卡頭）、夾具（導向）與工件之間的聯系尺寸、配合及精度。 6）根據機床要求的生產率及刀具、被加工零件材料特點等，合理確定并標注各主軸的切削用量。 7）決定機床動力部件的工作行程及工作循環(huán)。 二、加工示意圖的畫法及注意事項 1）加工示意圖的繪制順序是：先按比例用細實線繪出工件加工部位和局部結構的展開圖，加工表面用粗實線畫。為簡化設計，相同加工部位的加工示意（指對同一規(guī)格的孔加工，所用刀具、導向、主軸、接桿等的規(guī)格尺寸、精度完全相同），允許只表示其中之一，亦即同一主軸箱上結構尺寸相同的主軸可只畫一根。但必須在主軸上標注軸號（與工件孔號相對應）。當軸數較多時，可

20、縮小比例，用細實線畫出工件加工部位的外形簡圖，并在孔旁標注孔號，以便設計和調整機床。 2）一般情況下，在加工示意圖上，主軸分布可不按真實距離繪制。當被加工孔間距很小或需設置徑向結構尺寸較大的導向裝置時，相鄰主軸必須嚴格按比例繪制，以便檢查相鄰主軸、刀具、輔具、導向是否干涉。 3）主軸應從主軸箱端面畫起。刀具畫加工終了位置（攻絲加工則應畫開始位置）。標準的通用結構只畫外形輪廓，但須加注規(guī)格代號。對一些專用結構，為顯示其結構而必須剖視，并標注尺寸、精度及配合。 三、刀具選擇 根據攻絲孔的深度及直徑大小，并結合加工條件及要求，根據《機械加工工藝手冊》，選擇的刀具為絲錐，其直徑分別為。 絲錐

21、的具體結構和尺寸如圖3-2所示： ) 圖3-2 絲錐外形圖 四、初定主軸類型、尺寸和外伸長度 根據《專用機床設備設計》表7-29（攻螺紋主軸直徑的確定）查得： 當螺紋為，扭矩時，主軸直徑 再查表7-30（通用攻絲主軸的系列參數），確定主軸類型為： 前后支承均為圓錐滾子軸承的主軸 確定主軸直徑： 攻絲靠模規(guī)格代號：2 具體結構如圖3-3所示： 圖3-3 主軸外伸圖 附錄一：PLC程序控制指令表 共44頁第12頁