花鍵加工專用設(shè)備設(shè)計.doc

摘要本文介紹了將X62W萬能銑床改造為矩形花鍵軸專用銑床的方法。從理論上分析了該設(shè)計方案用做加工矩形花鍵時的定位精度，并在實踐中得到證實。詳細(xì)闡述了用一種步進(jìn)電機(jī)代替萬能分度頭來實現(xiàn)等分分度，用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)自動進(jìn)給加工的過程及其工藝方案。花鍵加工工藝采用該系統(tǒng)，可以使原來的花鍵加工過程變?yōu)楝F(xiàn)在的:進(jìn)刀銑削、退刀、分度、再進(jìn)刀的自動循環(huán)工藝過程，整個過程無需人工參與，直到一個工件加過完畢后，自動停機(jī)。進(jìn)給工作臺采用液壓動力滑臺，自動循環(huán)過程采用了PLC控制，使得機(jī)電液聯(lián)動控制有機(jī)地相結(jié)合，操作簡單方便，通用性強(qiáng)，分度速度快、精度高，大大降低了勞動強(qiáng)度、提高了生產(chǎn)效率，為在銑床上完成花鍵成型過程創(chuàng)造了一種自動化的條件。關(guān)鍵詞等分分度；液壓；花鍵軸；液壓控制；PLC；自動化；工藝裝備AbstractThepaperintroducesthespecialmethodsofmillmachinewhichcanchangeX62Womnipotencemillingmachinetosplineaxis.Itanalysestheoreticallytheorientationprecisionwhenthedesignisusedtoprocessrectanglesplineandisvalidatedpractically.Italsosetsforthcarefullytheywholecourseanditscraftworkinwhichanelectromotionkniferestreplaceomnipotencedivisionendtorealizepartdivision.Hytheadoptionofthesystemthesplinecraftworkcanturnitsmoldingcoursetoautomationcyclecourseincludingentryswordmilling,quittingsword,partdivision,reentrysword.Andintheprocessnomanualpowerisinvolvedtillaworkpieceisdonewithandthemachinestoppedautomatically.Thedeskadoptshydraulicpressuredriveslipway；theself-motioncyclecourseusesPLCcontrol,whichcombinetheengine-electricity-liquidlinkagetomakeoperationeasierandmoreconvenient,widerandmortpopular,divisionspeedandprecisionhigher,reducelaborintensionandprovideaconditiontoimprovetheefficiency,tocreateaconditionofautomationtofinishthesplinemoldingbythemillingmachine.KeywordsPartdivisionElectromotionSplineaxisHydraulicpressurecontrolPLCautomationC目錄1緒論.11.1工程背景和意義.11.2花鍵加工工藝的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢.11.3設(shè)計本課題的內(nèi)容和方法.21.3.1設(shè)計內(nèi)容.21.3.2設(shè)計方法.31.4本章小結(jié).32花鍵加工工藝裝備的方案設(shè)計.42.1引言.42.2分度裝置方案設(shè)計.42.2.1分度裝置原理分析.42.2.3分度裝置方案之二:液壓油缸分度裝置分析.72.2.4分度裝置方案之三：蝸輪-蝸桿分度裝置分析.82.2.5分度裝置方案之四：電動刀架用作分度機(jī)構(gòu)的原理分析.82.2.6分度方案的選用.102.3機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計.102.3.1傳動系統(tǒng)的要求分析.102.3.2絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動分析.112.3.3滾珠絲杠傳動分析.112.3.4液壓動力滑臺的方案設(shè)計.122.3.5確定進(jìn)給傳動方案.132.4控制系統(tǒng)的方案設(shè)計與分析.142.4.1控制系統(tǒng)的要求.142.4.2控制系統(tǒng)方案分析一：繼電接觸器控制系統(tǒng)分析.142.4.3控制系統(tǒng)方案分析二：微機(jī)控制系統(tǒng)分析.142.4.4控制系統(tǒng)方案分析三：PLC控制系統(tǒng)分析.152.4.5選定控制系統(tǒng)方案可編程控制器控制系統(tǒng).1525本課題采用的方案特點分析.152.5.1分度裝置的特點分析.162.5.2進(jìn)給系統(tǒng)的特點分析.162.5.3控制系統(tǒng)的特點分析.162.6本章小結(jié).173分度機(jī)構(gòu)的設(shè)計.183.1引言.183.2選用步進(jìn)電機(jī).183.3蝸輪蝸桿計算.183.3.1蝸輪-蝸桿設(shè)計輸入?yún)?shù).183.3.2蝸輪-蝸桿基本參數(shù).183.4蝸輪軸設(shè)計.223.4.1軸的直徑與長度的確定.223.4.2軸的校核.223.4.3蝸輪與軸的聯(lián)接設(shè)計.263.5箱體的設(shè)計.263.6其他.274液壓系統(tǒng)設(shè)計.294.1引言.294.2液壓系統(tǒng)的要求與工況分析.294.2.1液壓系統(tǒng)的要求.294.2.2液壓系統(tǒng)的工況分析.294.2.3液壓系統(tǒng)的動力分析.294.2.4液壓缸的負(fù)載循環(huán)圖.314.3液壓系統(tǒng)原理圖的說明.314.4確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù).314.4.1液壓缸的設(shè)計計算.324.4.2活塞桿計算與連接方式.324.4.3液壓缸的工作行程.354.4.4液壓缸的流量.354.4.5缸筒的設(shè)計.364.4.6缸蓋的設(shè)計.384.4.7活塞的設(shè)計.384.5導(dǎo)向環(huán)、導(dǎo)向套的選取.394.5.1導(dǎo)向環(huán).394.5.2導(dǎo)向套.394.6密封和防塵.394.6.1密封方式的選擇.394.6.2防塵圈的選擇.394.7液壓泵的確定與所需功率的計算.404.7.1液壓泵的確定.404.7.2確定驅(qū)動液壓泵的功率.404.7.3選擇電動機(jī).404.8閥類元件的選擇.414.8.1選擇依據(jù).414.8.2閥體元件型號確定.414.8.3閥的安裝.414.9管道的設(shè)計.414.9.1油管類型的選擇.414.9.2油管尺寸的確定.424.9.3管接頭的選擇.424.10油箱的設(shè)計.434.11液壓系統(tǒng)的性能驗算.444.11.1系統(tǒng)壓力損失的驗算.444.11.2系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗算.444.12本章小結(jié).455控制系統(tǒng)的設(shè)計.465.1引言.465.2工藝條件和控制要求.475.2.1手動控制的要求.475.2.2自動循環(huán)控制要求.485.3用戶輸入/輸出設(shè)備.485.4PLC的選用及其電氣控制元件的主參數(shù)設(shè)計.485.4.1PLC的選用.485.4.2電源引入開關(guān)選用.485.4.3熱繼電器的選擇.485.4.4熔斷器的選用.495.4.5接觸器選用.495.4.6控制變壓器的選用.495.5編制T形圖和指令表.495.6輸入程序并聯(lián)機(jī)調(diào)試.505.7本章小結(jié).50結(jié)論.51致謝.52參考文獻(xiàn).53附錄.541緒論1.1工程背景和意義花鍵是機(jī)械制造業(yè)中的關(guān)鍵傳動零部件和機(jī)械要素，其制造工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量直接影響各類機(jī)械的總成質(zhì)量。我國目前有成批花鍵產(chǎn)品加工能力的饑餓機(jī)械廠約1000余家，其中大中型企業(yè)（職工人數(shù)500人以上）占半數(shù)以上。這些企業(yè)分屬航空、航天、兵器、船舶、電子、紡織、石化、交通、鐵道、輕工、汽車、摩托車、工程機(jī)械、冶金礦山、機(jī)床、工具、儀器、儀表、建筑機(jī)械、通用機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械、農(nóng)機(jī)、印刷等幾十個行業(yè)。這些企業(yè)行政隸屬關(guān)系復(fù)雜，但是花鍵的制造技術(shù)和裝備又具有極大的共性。通常外花鍵材料為40Cr，要求心部硬度要求為HRC2832，花鍵齒表面硬度要求為HRC4855，結(jié)合零件的尺寸精度和形狀位置精度要求，確定該零件的加工工藝流程。按照外花鍵大徑磨削加工工藝方案，花鍵齒部高頻感應(yīng)淬火后對外花鍵大徑進(jìn)行磨削，以確?；ㄦI大徑的尺寸、形狀和位置精度，由于花鍵齒部采用高頻感應(yīng)淬火的熱處理方式變形量較小，因此，在確定磨削余量時可以不考慮尺寸變形情況，僅考慮有足夠的磨量即可。一般情況下，在采用花鍵軸銑床加工外花鍵時，花鍵小徑、鍵側(cè)直接加工到設(shè)計尺寸，花鍵大徑單邊留有0.150.2mm的磨削余量即可1。在長期的生產(chǎn)過程中，有關(guān)花鍵的成型工藝一直是采用粗車后在X62W和X52K銑床上進(jìn)行銑削加工。如加工六齒或八齒的花鍵軸，采用的是下面的工序過程來完成花鍵軸的齒形加工。裝在萬能分度頭上的三爪卡盤夾持工件一端，手用頂尖頂住另一端，銑削一齒，退刀后松開頂尖(消除蝸輪的軸向力)，手工分度，再頂緊，如此循環(huán)六次或八次。這種加工方式具有以下特點:第一，加工工序時間長，如該廠花鍵傳統(tǒng)銑削外徑32.5加工長度為106mm單件大約需要1分15秒。第二，齒內(nèi)纖維不連續(xù)，鍵齒強(qiáng)度比冷擠壓加工差，但設(shè)備成本較低。第三，分度精度主要由分度頭的精度決定。依靠計算分度手柄轉(zhuǎn)過圈數(shù)確定分度值，工人在操作時，如出現(xiàn)計算錯誤，直接產(chǎn)生不可修復(fù)的廢品。第四，工人勞動強(qiáng)度大，效率低下。成批生產(chǎn)中，工人為追求產(chǎn)量，常常會在分度之前忽略松開頂尖的步驟，分度時旋轉(zhuǎn)的蝸輪承受軸向力，加劇分度頭蝸輪一蝸桿副的磨損，分度頭的精度下降快，壽命短(實際生產(chǎn)中為35個月)。1.2花鍵加工工藝的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢花鍵制造技術(shù)復(fù)雜，制造裝備精度高，價格昂貴，是機(jī)床中最復(fù)雜、最貴重的設(shè)備。在機(jī)床總臺數(shù)中齒輪螺紋花鍵機(jī)床的數(shù)量雖只占到4%，但其投資額則要占到10%以上，因此了解該類機(jī)床及其加工方式的發(fā)展趨勢，對設(shè)計花鍵成型專用機(jī)床或是工藝裝備具有很大的指導(dǎo)意義。機(jī)床的發(fā)展是以制造技術(shù)的發(fā)展為前提的。花鍵在機(jī)械產(chǎn)品上的應(yīng)用范圍總的趨勢是在減少，其原因是數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用和內(nèi)裝式電機(jī)的技術(shù)成熟，使行業(yè)內(nèi)采用的齒輪件越來越少，與齒輪配套使用的花鍵的數(shù)量也相應(yīng)在減少?；ㄦI制造業(yè)作為常規(guī)的機(jī)械行業(yè)有正在被高新技術(shù)所逐漸取代的趨勢，它的應(yīng)用領(lǐng)域日益縮少。因此如何降低花鍵制造的成本，提高花鍵生產(chǎn)的效率，是當(dāng)今花鍵制造者首先應(yīng)該考慮的問題。今后半個世紀(jì)花鍵的應(yīng)用從世界范圍看將逐漸減少，但不會消亡，對于中國這樣的發(fā)展中國家花鍵的需求量，特別是農(nóng)用機(jī)械上的花鍵還將有適度增長。就花鍵成型而言，目前主要的成型方式主要有以下幾種方式:花鍵冷滾軋工藝2:目前國內(nèi)外采用的一種先進(jìn)的花鍵冷成型加工方法，與傳統(tǒng)切削加工相比，花鍵的產(chǎn)品性能提高了3個等級精度，原材料節(jié)省10%，效率比滾齒工藝提高30倍(每件約1520秒)，工件承載能力比切削件提高40%，粗糙度達(dá)Ra0.4以下。實踐應(yīng)用表明，其運(yùn)行狀態(tài)、承載能力、配合精度、耐磨性能和噪音均達(dá)到國際同類產(chǎn)品水平。但加工直徑小，成本較高。EmstGrob公司采用C6和C9系列冷軋機(jī)軋制同M3.5的齒輪和花鍵軸，并可軋制斜齒輪。更換程序時間0.5min，更換軋頭時間3min，更換夾具時間2min到10min。由于調(diào)整時間短，即使是2030件的小批量生產(chǎn)也是十分經(jīng)濟(jì)的。C6和C9的改進(jìn)型12/14NC和KRM12/14NC具有更高的生產(chǎn)效率、精度及可調(diào)性。可用于軋制從棒料到有內(nèi)外齒的自動變速箱離合器罩殼的全過程。軋制X320的這個零件只需1.5min/件。用ZSM10軋機(jī)可在25秒內(nèi)將薄壁管軋制成轉(zhuǎn)向器的高精度齒條。實體磨削:Edgetek公司的CNC磨床采用電鍍或陶瓷結(jié)合劑CBN成形砂輪，從棒料上直接磨制出花鍵軸、汽輪機(jī)葉片根部或其他型面。Klingelnberg公司的HNC35S蝸桿磨床可從棒料上直接用砂輪強(qiáng)力磨出螺紋或蝸桿。磨-珩聯(lián)合工藝：Reishauer公司的RZF環(huán)面蝸桿砂輪成形磨削一外晰工藝聯(lián)線，可在1.5min/件左右時間里磨出五級精度的低噪聲齒輪，每臺RZF的年生產(chǎn)率可達(dá)15萬件齒輪，特別適用于轎車變速箱齒輪3。車銑中心:Traub