動車用減震器筒體切管機(jī)設(shè)計

III 摘 要 組合機(jī)床是一種高效率專用機(jī)床，有特定的使用條件，不是在任何情況下都可以收到良好的經(jīng)濟(jì)效益，在確定設(shè)計機(jī)床前，應(yīng)該進(jìn)行具體的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析。加工同一個機(jī)械產(chǎn)品的零件，通常會有很多種工藝方案，不同的方案會有不同的經(jīng)濟(jì)效果，影響技術(shù)經(jīng)濟(jì)的因素有很多，有時技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)的方案，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不一定優(yōu)越，因此，需要對技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作綜合評價，綜合多數(shù)的意見，選出優(yōu)化方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效果評價，如果滿意即可決定。 本課題設(shè)計的是筒體切割加工組合機(jī)床。其來源于惠發(fā)特精密機(jī)械有限公司。在設(shè)計中：通過研究被加工零件的特點，對相關(guān)數(shù)據(jù) 進(jìn)行計算，對相關(guān)部件進(jìn)行選擇，從而確定機(jī)床的總體布局。并繪制出被加工零件工序圖，加工示意圖，機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計算卡。在此基礎(chǔ)上擬定了主軸箱的傳動路線，設(shè)計了軸的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了皮帶輪及軸等相關(guān)零件的強(qiáng)度，剛度校核，并繪制出主軸箱總裝圖和相關(guān)零件圖。工件采用三爪卡盤定位，一次裝夾完成不僅保證了孔的加工精度，而且還提高了加工效率，降低了工人的勞動強(qiáng)度。 關(guān)鍵詞 : 筒體切割加工；組合機(jī)床；主軸箱。 IV ABSTRACT Portfolio is a highly efficient machine for machine tools, there are specific conditions of use, is not under any circumstances to receive good economic returns, in determining the design of machine tools, should carry out specific economic and technical analysis. Processing products with a mechanical parts, usually have a variety of programmes, various options have different economic effects, the impact of technological and economic factors are many, sometimes technical indicators advanced programmes, economic indicators do not necessarily superior, therefore, need to On the technical, economic indicators for comprehensive evaluation, comprehensive views of the majority, elected Optimization of economic evaluation, if you satisfied with the decision. This topic is designed to face cylinder pipe cutter machine combinations. Its benefits from the special Precision Machinery Co., Ltd. In the design: The study was part of the processing characteristics of the relevant data, the relevant components of choice to determine the overall layout of machine tools. And the mapping of processes to be processed parts map, diagram processing, machine size map and the associated productivity calculation card. On this basis the development of the spindle box of transmission lines, the design of the shaft structure, a pulley and shaft, and other relevant parts of the strength and stiffness Verification, and spindle box assembly to map out plans and related spare parts plans. Tool Guide to achieve a ball screw feed. Workpiece positioning using three jaw chuck blocks, a fixture not only guarantee the completion of the hole processing precision, but also improve the processing efficiency and reduce the labor intensity of the workers. Key words: cylinder pipe cutter； combination machine； Headstock。 V 目 錄 摘 要 . III Abstract . IV 目 錄 . V 1 緒論 . 1 1.1 惠發(fā)特精密機(jī)械有限公司簡介 . 1 1.2 本次設(shè)計任務(wù)簡介 . 1 1.3 本次設(shè)計任務(wù)相關(guān)要求 . 1 2 總體設(shè)計 . 2 2.1 幾種切管方式的比較 . 2 2.2 總體的布局 . 3 2.3 切削力的確定和電機(jī)的選擇 . 3 2.4 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的確定 . 4 2.5 冷卻系統(tǒng)的選用 . 4 3 主軸箱設(shè)計 . 6 3.1 主軸箱的原理依據(jù)和要求 . 6 3.1.1 使用要求 . 6 3.1.2 工藝要求與潤滑 . 6 3.2 主軸的結(jié)構(gòu) . 7 3.2.1 主軸的構(gòu)造 . 7 3.2.2 主軸的材料和熱處理 . 7 3.2.3 主軸的技術(shù)要求 . 8 3.2.4 主動軸的設(shè)計 . 8 3.2.5 按彎矩合成力校核軸的強(qiáng)度 . 9 3.2.6 軸承的選用 . 12 3.2.7 軸承壽命計算與潤滑 . 13 3.3 傳動系統(tǒng)設(shè)計 . 14 3.3.1 計算并選擇電機(jī) . 14 3.3.2 V 帶傳動的設(shè)計計算 . 15 3.3.3 齒輪傳動的設(shè)計計算與潤滑 . 18 3.3.4 從動軸幾何尺寸計算 . 22 3.3.5 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計 . 28 3.3.6 導(dǎo)軌形式的確定 . 28 3.3.7 其它零部件 . 29 4 床身的設(shè)計 . 31 4.1 材料和路線選擇 . 31 4.2 主軸箱箱體的結(jié)構(gòu)和材料 . 31 4.2.1 各部位及附屬零件的名稱和作用 . 31 VI 4.2.2 機(jī)體結(jié)構(gòu) . 32 5 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 . 36 5.1 長度的調(diào)節(jié) . 36 5.2 徑向的調(diào)節(jié) . 37 6 改進(jìn)方案的設(shè)計 . 38 6.1 控制電器與執(zhí)行電器的選擇 . 38 6.2 線路的設(shè)計 . 38 7 結(jié)論與展望 . 40 致謝 . 41 參考文獻(xiàn) . 42 動車用減震器筒體切換機(jī)設(shè)計 1 1 緒論 1.1 惠發(fā)特精密機(jī)械有限公司簡介 無錫惠發(fā)特精密機(jī)械有限公司 ,位于風(fēng)景秀麗的太湖之濱 ,無錫市郊著名的吳文化公園西側(cè) ,距無錫市十三公里 ,水陸交通十分便利 . 該 公司生產(chǎn)工藝先進(jìn) ,設(shè)備齊全 ,技術(shù)力量雄厚 ,專門從事各種系列和型號液壓機(jī)的生產(chǎn) .其各項性能指標(biāo)均已達(dá)到國外同類產(chǎn)品的水平 ,產(chǎn)品已通過 ISO9001:2000 質(zhì)量體系認(rèn)證 ,為各種內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)電器、汽車、摩托車、粉末冶金、軸承等的良好組配創(chuàng)造了條件 .同時還生產(chǎn)專用組合機(jī)床、數(shù)控專用組合機(jī)床及三棍輪、二棍輪精密校直機(jī)。 該 公司設(shè)計和生產(chǎn)的產(chǎn)品已為國內(nèi)外幾十家生產(chǎn)廠家配套 .該 公司除對現(xiàn)有產(chǎn)品精益求精外 ,還可根據(jù)用戶需要專業(yè)設(shè)計 ,制造特殊的產(chǎn)品 . 1.2 本次設(shè)計任務(wù)簡介 本次畢業(yè)設(shè)計題目為“動車用減震器筒體切管機(jī)設(shè)計”，本設(shè)計的專題為切管機(jī)設(shè)計。課題來源于無錫市惠發(fā)特精密機(jī)械有限公司。本課題系機(jī)動車減震器筒體加工的專用機(jī)床設(shè)計，對于摩托車及其他一些機(jī)動車的減震器加 工均有一定的參考價值，在減震器行業(yè)的技術(shù)更新中起到了相當(dāng)?shù)淖饔谩?1.3 本次設(shè)計任務(wù)相關(guān)要求 此次畢業(yè)設(shè)計任務(wù)要求機(jī)床功能得到進(jìn)一步的完善，能夠提高零件的加工精度和加工效率，能夠降低加工成本。該零件屬動車減震器用，其材料為鑄鋁，要求單班制大批量生產(chǎn)，班產(chǎn) 2000 件。此次畢業(yè)設(shè)計從 2012 年 11 月開始，至 2013 年 5月結(jié)束。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 總體設(shè)計 2.1 幾種切管方式的比較 （ 1） 滾切法 將管子置于滾切刀與兩個支承輪之間，使刀片、支承輪與管子做相對的圓周運動與徑向走刀運動，管子受剪切擠壓直至 被切斷。 圖 2.1 滾切法裝置示意圖 （ 2） 特行刀剪切切斷法 采用特行刀剪切切斷法，刀具在氣缸帶動下做徑向進(jìn)給運動，刀尖先插入管壁成一小孔，然后順著刀具的兩圓弧切削刃將管子切斷。此方法為有屑切斷法，管子的斷口微有變形，是一種較新的切斷方法。切斷過程中管子不旋轉(zhuǎn)，可使用盤料。 （ 3） 圓環(huán)刀漸近切斷法 是使用圓環(huán)刀切管時在切斷過程中的各個瞬間位置。 圖 2.2 圓環(huán)刀漸近切斷法示意圖 動車用減震器筒體切換機(jī)設(shè)計 3 根據(jù)加工零件的特點選用滾切法。 2.2 總體的布局 由于無縫管的定尺有 6 米，且在一定 長度和外徑范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。故總體的布局如圖所示 圖 2.3 總體布局圖 2.3 切削力的確定和電機(jī)的選擇 （ 1） 切管機(jī)輸出轉(zhuǎn)速 出n110r/min，切削力 1F ； FcZcYXpF KvfaCF FcFcFcc 81.91 (2.1) 查金屬加工工藝及工裝設(shè)計得 NF 44421 （ 2） 步進(jìn)電機(jī)的運動是由輸入 的電脈沖信號控制的，每當(dāng)電機(jī)繞組接收一個脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的角度。其角位移量與輸入脈沖的個數(shù)嚴(yán)格成正比，在時間上與輸入脈沖同步。因而，只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率和電機(jī)繞組的相序，即可得到所需轉(zhuǎn)動的速度和方向。 步進(jìn)電機(jī)有反應(yīng)式、永磁式和混合式三種類型。 步進(jìn)電機(jī)有其獨特的優(yōu)點，歸納起來主要有：步矩值不受各種干擾因素的影響；誤差不長期積累；控制性能好 用作自動控制裝置中執(zhí)行元件的微特電機(jī)。又稱執(zhí)行電動機(jī)。其功能是將電信號換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度 。 表 2-1 步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的區(qū)別 步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng) 伺服電機(jī)系統(tǒng) 力矩范圍中小力矩（一般在20Nm 以下） 小、中、大，全范圍 速度范圍 低（一般在2000RPM 以下，大力矩電機(jī)小于 1000RPM） 高（可達(dá) 5000RPM） ,直流伺服電機(jī)更可達(dá) 12 萬轉(zhuǎn) /分 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 續(xù) 表 2-1 控制方式 主要是位置控制 多樣化智能化的控制方式，位 置 /轉(zhuǎn)速 /轉(zhuǎn)矩方式 步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng) 伺服電機(jī)系統(tǒng) 平滑性 低速時有振動（但 用細(xì)分型驅(qū)動器則可明顯改善） 好，運行平滑 精度 一般較低，細(xì)分型驅(qū)動時較高 高 矩頻特性 高速時，力矩下降快 力矩特性好，特性較硬 過載特性 過載時會失步 可 310 倍過載（短時） 反饋方式 大多數(shù)為開環(huán)控制，也可接編碼器，防止失步 閉環(huán)方式，編碼器反饋 編碼器類型 光電型旋轉(zhuǎn)編碼器（增量型 /絕對值型） 旋轉(zhuǎn)變壓器型 旋轉(zhuǎn)變壓器型 一般 快 溫升 運行溫度高 一般 維護(hù)性 基本可以免維護(hù) 較好 價格 低 較高 所以考慮到這次設(shè)計的要求，為了在不影響工作精度條件下，我選擇了步進(jìn)電 機(jī)。 2.4 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的確定 無縫鋼管直徑有從 mmmm 10050 ，長度從 150mm 400mm 之間變動。直徑的變化可以用三爪卡盤來控制；長度的大小可以用擋板控制。 圖 2.4 活動擋板簡圖 2.5 冷卻系統(tǒng)的選用 切削液的使用方法： (1) 澆注法 切削加工時，切削液以澆注法使用最多。這種方法使用方便，設(shè)備簡單，但流速慢、動車用減震器筒體切換機(jī)設(shè)計 5 壓力低。難于直接滲透入最高溫度區(qū)。 （ 2） 高 壓冷卻法 高壓冷卻法是利用最高切削液直接作用于切削區(qū)周圍進(jìn)行冷卻潤滑并沖走切削，效果比澆注法好的多。深孔加工的切削液常用高壓冷卻法。 （ 3） 噴霧冷卻法 噴霧冷卻法是以 MPa6.03.0 的壓縮空氣，通過噴霧裝置是切削液霧化，高速噴射到切削區(qū)。高速氣流帶著霧化成小液滴的切削液，滲透到切削區(qū)，在高溫下迅速汽化，吸收大量熱，從而獲得良好的冷卻效果。 根據(jù)零件的加工特點選擇澆注法。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 3 主軸箱設(shè)計 3.1 主軸箱的原理依據(jù)和要求 主 軸箱是機(jī)床的主要部件之一，按專用要求進(jìn)行設(shè)計由通用零件組成其主要作用是根據(jù)被加工零件的加工要求，安排主軸位置，并將動力和運動由電機(jī)或動力部件傳給工作主軸，使之得到要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。 機(jī)床主軸箱不僅要能保證較高的生產(chǎn)率和一定的加工質(zhì)量，操作方便省力，同時主軸箱的制造和裝配工作也都要容易，檢修方便，成本低等。也就是說，主軸箱必須滿足使用和工藝兩個方面要求。 3.1.1 使用要求 （ 1）運動特性 機(jī)床主軸箱必須滿足在擬定機(jī)床轉(zhuǎn)動系統(tǒng)時所決定的運動特性，并且轉(zhuǎn)速誤差不超過允許值 （ 2）剛度和強(qiáng)度 耐磨和抗震；為保證 主軸箱的零件能夠正常的運轉(zhuǎn)和達(dá)到加工質(zhì)量方面的要求。各類零件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，必要的剛度和抗震性能。同時為延長機(jī)床的使用期限。也要具有良好的耐磨性能或在磨損后能夠調(diào)整補(bǔ)償，這時除了選擇適當(dāng)?shù)膫鲃訖C(jī)件和材料外，也應(yīng)該注意變速箱的整體構(gòu)造，以便可使受力合理分布，減少受力變形以提高剛度，以及注意選擇便于補(bǔ)償磨損的構(gòu)造。 （ 3）高效率 隨著現(xiàn)代機(jī)床的功率日益加大，提高主軸箱的傳動效率，以減少損失的意義將格外重大，這除了可以在設(shè)計變速箱時注意采用高效率的傳動機(jī)件，提高零件加工和裝配質(zhì)量外，縮短傳動路線尤其是高速的傳動 路線和減少空轉(zhuǎn)零件也是提高效率的有效方法。 （ 4）運動平穩(wěn)和無噪音 主軸箱的零件運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可以提高工件的加工質(zhì)量，這可以由采用運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)的零件，如傳動帶等傳動方式和提高零件的加工和裝配質(zhì)量得到。 （ 5）便于操作和安全 （ 6）便于觀察、調(diào)整和檢修 （ 7）防塵、防漏 3.1.2 工藝要求與潤滑 （ 1） 構(gòu)造簡單 結(jié)構(gòu)的簡單帶來很多優(yōu)點，可以提高加工的精度和光度，便于使用和維護(hù)以及節(jié)省材料和降低成本，為此少用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)件和減少零件的數(shù)量 （ 2） 容易加工 主軸箱的各種零件，尤其是比較復(fù)雜的箱體應(yīng)使其容易加工，例如竟 可能使軸孔同心，以便于從一側(cè)加工，但是在成批生產(chǎn)而利用專用機(jī)床時，箱體外表的突出部分最好位于一個平面上以便于同時加工孔內(nèi)有槽或螺紋都不便于加工，應(yīng)盡可能的避免 （ 3） 采用標(biāo)注通用零件 動車用減震器筒體切換機(jī)設(shè)計 7 應(yīng)盡量減少專用件而采用標(biāo)準(zhǔn)件或通用件。同時配合直徑，螺紋種類，齒輪模數(shù)也應(yīng)限制到最少的種類。 （ 4） 便于裝配 應(yīng)盡可能的減少裝配的勞動量 （ 5） 主軸箱采用飛濺潤滑：用 35 號或 40 號潤滑油。 圖 3.1 主軸箱總裝圖 3.2 主軸的結(jié)構(gòu) 3.2.1 主軸的構(gòu)造 主軸的構(gòu)造和形狀主要決定主軸上所安裝的刀具 、 所裝零件的尺寸 、 傳動件 、軸承等零件的種類、位置、數(shù)量和安裝方法等。設(shè)計時還需要 考慮主軸加工 的工藝性及 裝配 的工藝性；主軸基本 為空心階梯軸， 尾部的徑向尺寸要最小， 前端 的 徑向尺寸 最 大，中間 的徑向尺寸逐漸減小 。 3.2.2 主軸的材料和熱處理 軸的材料應(yīng)根據(jù)載荷特點 、耐磨性要求、熱處理方法和熱處理后變形情況選擇。普通機(jī)床定心軸頸或定心錐面等部位進(jìn)行局部高頻淬硬。以提高其耐磨性。只有載荷大和有沖擊時，或精密機(jī)床需要見效熱處理后的變形時，或有其它特殊要求時，才考慮選用合金鋼。當(dāng)支承為滑動軸承，則軸頸也許淬硬，以提高耐磨性。 機(jī)床主軸 的 常用材料和熱處理要求 見下表 3.6 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 表 3-1 主軸常用 的材料和 熱處理要求 3 鋼 材 熱 處 理 用 途 45 調(diào)質(zhì) 22 28HRC 高頻淬硬 為 50 55HRC 一般 為 機(jī)床 的主軸和 傳動軸 45Cr 淬硬 40 50HRC 載荷要求大或表面 較硬的主軸 20Cr 滲碳、淬硬 56 62HRC 中等載荷、轉(zhuǎn)速很高、沖 擊較大的主軸 38CrMoA1A 氮化處理 850 1000HV 精密和高精密機(jī)床主軸 65Mn 淬硬 52 58HRC 高精度機(jī)床主軸 對于高速、高效、高精度機(jī)床的主 要部件，熱變形及振動等一直是國內(nèi)外研究的重點課題，特別是對高精度、超高精密加工機(jī)床的主軸。據(jù)資料介紹，目前出現(xiàn)一種叫玻璃陶瓷材料，又稱微晶玻璃的新材料，其線膨脹系數(shù)幾乎接近于零，是制作高精度機(jī)床主軸的理想材料。 3.2.3 主軸的技術(shù)要求 主軸的技術(shù)要求，應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)項目制定。首先制定出滿足主軸旋轉(zhuǎn)精度所必需的技術(shù)要求，如主軸前后軸承軸頸的同軸度，錐孔相對于前后軸頸中心連線的徑向圓跳動，定心軸頸及其定位軸肩相對于前后軸頸中心連線的徑向圓跳動和端面圓跳動等。再考慮其它性能所需的要求，如表面粗糙度，表 面硬度等。主軸的技術(shù)要求要滿足設(shè)計要求 、工藝要求、檢測方法的要求，應(yīng)盡量做到設(shè)計、工藝、檢測的基準(zhǔn)相統(tǒng)一。 主軸各部位的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度和表面硬度等具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床的類型、規(guī)格、精度等級及主軸軸承的類型來確定 。 3.2.4 主動軸的設(shè)計 初步確定軸的最小直徑，選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機(jī)械設(shè)計 P370表 15-3， 115A0 ，于是得： mm2.33nPd 300030m i n 齒帶齒帶iinPAA (3.1) 當(dāng)軸截面上開有鍵槽時，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強(qiáng)度的消弱。對于直徑100mmd 的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大 5% 7%；有兩個鍵槽時，應(yīng)增大 10% 15%。然后將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。 則 mm9.3405.12.33d mi n 選取直徑 mm35d1 輸入軸的最小端是安裝在聯(lián)軸器處的直徑，使所選擇的軸徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，所以 需 要同時選擇 聯(lián)軸器型號 聯(lián)軸器 ： 計算轉(zhuǎn)矩 TKTaca 查表 14-1，因轉(zhuǎn)矩變化小，故取 3.1aK mNTKTaca 6.3181.2453.1 (3.2) 按照轉(zhuǎn)矩caT要小于聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩 。查表 17-4 選用 LT7 型彈性套柱銷聯(lián)軸器，軸動車用減震器筒體切換機(jī)設(shè)計 9 孔 L=112mm， L1=84mm， 軸徑 35mmd min 圖 3.2 主軸簡圖 擬定軸上零件裝配方案 A 段取其長度為 48mm B 段臺階取該段長度為 48mm C 段臺階：安裝深溝球軸承 ,B=19 取 L=48mm D 段為齒輪寬度， L=52mm E 段軸承與箱體內(nèi)壁之間 5mm，齒輪端面與箱體內(nèi)壁之間間隔 15mm，取 L=26mm F 段臺階：由于軸承配合，因此取軸承寬度為 L=19mm 軸承支承跨度距： L=19+26+52+48-19 2 =107mm 3.2.5 按彎矩合成力校核軸的強(qiáng)度 （ 1） 繪出軸的受力簡圖 計算直齒輪的圓周力徑向力和軸向力 圖 3.3 軸受力簡圖 mm107L AB mm522/5226L BC 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 mm5552107L AC 圓周力 mNdT 15.2086525424022F t (3.3) 徑向力 mNFt 3.75920ta nF r (3.4) 由于為直齒輪，軸向力 mN 0Fa 圖 3.4 水平面受力圖 （ 2） 水平面支承 05215.2 0 8 61 0 7MB AHCBtAH RLFLR (3.5) AHR =1014N NRFRFRRAHtBHtBHAH 15.1 0 7 21 0 1 415.2 0 8 60F (3.6) 水平面彎矩 mNLRMACAHCH 5 5 7 7 0551014 (3.7) （ 3） 垂直面 圖 3.5 力矩平衡式 0523.759107MVB AvCBrA RLFLR (3.8) NR Av 369 NRFRAVBV 3.3903693.7590Y r (3.9) 動車用減震器筒體切換機(jī)設(shè)計 11 垂直面彎矩 NLRMNLRMBCBVCVACAVCV2 0 2 9 6523.3902 0