4XM16攻螺纹主轴箱设计论文正文之欧阳物创编Word格式.docx
《4XM16攻螺纹主轴箱设计论文正文之欧阳物创编Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4XM16攻螺纹主轴箱设计论文正文之欧阳物创编Word格式.docx（28页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
阀体中间有一柱塞，液体从右端面进入，如果这时柱塞处于闭合状态，那么液体就流不过阀体，起到关闭作用，因此柱塞处要求密封性极高，粗糙度小（Ra=0.8），位置精度高（平行度为1.115，对称度为1.121）等。
等到柱塞往上运动，阀门一开，液体就能通过阀体自由流动了。
而左右两端面的各8个孔，主要用于连接时固定用，本工序要求加工有一定的同轴度，故必须要用靠模来保证其精度，具体方法在机床总体设计中会详细说明。
1.3.2阀体零件主要参数
（1）机床为卧式单面加工组合机床；
（2）材料为HT200；
（3）阀体顶面4个螺纹孔（螺距2.5）中心距为150mm，均匀分布。
（4）端面同时攻4个M16X2.5的螺纹孔（预钻孔直径为Φ13）；
（5）螺纹孔精度需达到H6H7，即螺纹中径6级精度，顶径7级精度；
（6）攻螺纹精度使用丝锥攻丝靠模来保证；
（7）攻螺纹时切削速度V=3.2m/min，主轴转速n=58.1rpm，攻丝进给速度S=2.5mm/r。
生产纲领：
年产量达到10万件（按两班制计算），属于大批量生产，所以要设置专用设备进行加工，提高生产率。
第2章设计方案概述
2.1各种加工设备的性能比较
组合机床的部件，绝大多数是通用部件，这些部件都是经过周密设计、精心制造和长期生产实践考验的，是按标准所规定的名义尺寸、参数、互换尺寸等定型的。
这样，用户可根据被加工零件的尺寸形状和技术要求，选购通用部件，组成不同形式的组和机床，以满足生产需要。
组合机床与万能机床、专用机床相比，具有如下特点：
（1）组合机床上的通用部件和标准件约占全机的70～80%，因此设计和制造的周期短、投资少经济效果好。
（2）由于组合机床采用多刀加工并且自动化程度较高，因而与万能机床相比，不仅生产效率高，而且劳动强度低。
（3）组合机床的通用部件都是经过长期生产实践考验的，因此不但结构稳定、工作可靠，而且使用和维修都很方便。
（4）在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，因而加工质量稳定，对操作工人的技术要求不高。
（5）组合机床便于产品更新，当改变加工对象时，其通用部件和标准件可以重复利用，而不必另进行设计和制造。
（6）用组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。
根据以上特点考虑，要提高阀体加工的生产效率，设计一台组合机床对阀体进行加工，是一种比较经济适用的办法。
2.2通用部件与标准件的选用
组成组合机床常用的通用部件有：
床身（侧底座）、底座（包括中间底座和立柱底座）、立柱、动力箱、主轴箱、动力滑台等等，对一些顺序加工的多工位组合机床，还具有移动的或回转的工作台。
动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削运动或进给运动的动力部件。
而只能完成进给运动的部件称为动力滑台。
固定在动力箱上的主轴箱用来布置工作主轴、并把动力箱驱动轴的旋转运动传递给各个刀具主轴，由于主轴的位置必须根据具体加工零件确定，因此主轴箱不能做成完全通用的，但其组成零件（如主轴、中间轴和齿轮等）很多是通用的。
床身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件，起着基础骨架作用。
组合机床的刚度及其精度的保持性是由这些部件保证的。
移动的和回转的工作台是多工位组合机床中的主要部件之一，它们起着转换工位和输送工件的作用，因此它们的定位精度直接影响机床的加工精度。
除了上述主要部件之外，组合机床还具有各种控制部件，它们主要起着指挥作用，保证机床按照既定的程序进行工作。
概括而言，通用部件按其功用，可分为以下几类：
1）动力部件：
用于传递动力，实现主运动或进给运动的部件，包括动力箱、各种单轴头和动力滑台。
2）支承部件：
它是组合机床的基础件，包括侧底座、立柱、立柱底座和中间底座等。
3）输送部件：
用于多工位组合机床上完成工件在工位间的输送，其定位精度直接影响多工位机床的加工精度。
它包括回转工作台、移动工作台和回转鼓轮等。
4）控制部件：
用于控制组合机床按预定程序进行工作循环。
它包括可编程序控制器、液压传动装置、分级进给机构等。
5）辅助部件：
它主要包括冷却、润滑、排屑等辅助装置，以及实现自动夹紧的液压或气动装置等。
2.3确定要设计的主要内容
（1）主轴箱设计：
攻丝动力头多轴箱展开图、多轴箱传动系统图。
（2）部件装配图设计：
液压滑台设计、动力箱尺寸联系图。
（3）关键零件图设计：
齿轮、靠模杆、靠模螺母、靠模支承套筒。
（4）液压回路设计：
攻丝调速回路（攻螺纹液压系统原理图）。
第3章机床的总体结构设计
3.1制定工艺方案
这是设计组合机床最重要的一步。
工艺方案的制定的正确与否，决定机床能否达到“体积小、重量轻、结构简单、使用方便，质量好“的要求。
3.1.1组合机床工艺范围
在组合机床上可以完成的工序很多，但就目前使用的大多数组合机床来说，则主要用于箱体类零件的平面加工和孔加工。
前者包括铣平面、车平面和锪平面等，后者包括钻钻、扩、铰、镗孔以及孔口倒角、攻螺纹、锪沉头孔和滚压孔等。
随着组合机床技术的不断发展，其工艺范围也在不断扩大，例如车外圆、磨屑、抛光、冲压等工序也可在组合机床上完成。
此外，组合机床还可以完成焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗和零件分类等非切削工作。
本组合机床加工范围为对阀体零件顶面4-M16X2.5的螺纹孔进行攻丝。
采用丝锥进行螺纹加工。
由于顶面有四个M16X2.5螺纹孔，故采用主轴箱分配动力，使得四根丝锥具有同样的转速和旋向，对零件顶面螺纹孔一次性全部加工完毕。
加工过程中采用攻丝靠模装置保证螺纹孔精度达到H6H7，即螺纹中径精度为6级，顶径为7级精度。
3.1.2工艺方案
为了使工艺方案制定的合理先进，必须从认真分析零件图纸开始，深入现场全面调查了解相关数据。
根据所需加工零件图所示，该零件为铸铁铸造，结构如图1．1所示。
其加工工艺为：
（1）车两个需要进行通孔加工的面及其外圆至图示尺寸，倒角。
（2）用一台组合机床同时加工两个端面每面8个通孔，尺寸精度大约IT11。
（3）装夹两个加工好的面车4个螺纹孔所在顶面和外圆至图示尺寸，钻中间孔。
（4）对中间孔进行粗镗，半精镗，刮孔底面，精镗，倒角。
（5）对顶面需要加工螺纹孔的位置先钻Φ13mm的通孔。
（6）用组合机床对4个Ф16的螺纹孔用丝锥同时进行攻丝加工。
3.1.3工艺分析
本次设计的组合机床主要完成阀体顶面4个M16X2.5的螺纹孔的加工，由于此4个孔中心距相同，但是他们的距离较小，如果从一根轴上同时传出，可能会出现两两主轴相互干涉的现象，所以在排布主轴齿轮的时候，就必须将其两两错开90度。
攻丝刀具一般使用标准丝锥加工，攻丝位置精度需要较高，一般控制在±
0.05mm之内。
加工出的螺纹孔精度需达到H6H7，即螺纹中径精度为6级，顶径为7级精度。
3.2确定机床配置型式和结构方案
根据选定的工艺方案，确定机床配置型式，并定出影响机床总体布局和性能的主要部件的结构方案。
既要考虑能实现工艺方案，以保证零件加工精度、技术要求及生产效率；
又要考虑机床操作可靠方便、易于维修、冷却、排屑情况良好。
3.2.1组合机床配置型式的分类
大型组合机床的配置型式可分为两大类：
具有固定式夹具的（单工位）组合机床和具有移动式夹具的（多工位）组合机床。
（1）具有固定式夹具的（单工位）组合机床
这类组合机床的特点是：
夹具和工作台都是固定不动的。
动力滑台实现进给运动，
滑台上的动力箱（须配多轴箱）实现切削运动。
根据动力箱和主轴箱的安置方式不同，这类机床的配置型式有以下几种：
a）卧式组合机床；
b）立式组合机床；
c）倾斜式组合机床；
d）复合式组合机床
（2）具有移动式夹具的（多工位）组合机床
夹具和工件安装在直线移动的工作台或回转运动的工作台上，并按照一定的节拍时间做间歇的移动或转动，使工位得到转换。
这类机床的配置型式，常见的有以下几种：
a）具有移动工作台的组合机床；
b）具有回转工作台的组合机床；
c）鼓轮式组合机床；
d）中央立柱式组合机床
3.2.2确定机床配置型式
图3．1配置型式示意简图
根据以上选定的工艺方案和前述组合机床配置型式的特点，再考虑到加工因素、工件大小，形状和加工部位、生产率、机床使用条件的影响，我采用具有固定式夹具（单工位）的卧式组合机床作为阀体端面攻螺纹组合机床的配置形式。
如图3.1所示：
3.2.3确定机床大致结构
其组合机床大致结构由图3．2所示（下图只表示相关的加工零件方式及组合机床各部件大致的位置关系，不代表正式的图纸，仅供参考和叙述需要.
图3．2组合机床大致结构
3.3总体设计
所谓总体设计就是针对具体被加工零件，在选定工艺和结构方案的基础上，进行方案图纸的设计。
这些图纸包括：
被加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图和生产率计算卡，统称“三图一卡”设计。
对于有些比较复杂的机床，尚须画出夹具方案草图，才能确定机床各部件间的相互关系
3.3.1被加工零件工序图
被加工零件工序图是表明了被加工零件的形状、尺寸，技术要求以及需在所设计机床上完成的工艺内容、加工用定位基准和夹紧部位的图纸。
它是设计和验收机床的重要依据之一，也是制造和使用时调整机床的重要技术文件。
如图3．3所示：
图3．3被加工零件工序图
（1）被加工零件名称：
Φ60耐磨型柱塞汞阀；
材料HT200；
硬度200～240HBS。
（2）图中尺寸有“
”符号者，由本机床保证，其余尺寸在本机床加工前由使用单位保证。
（3）图中符号“
”为夹紧，“
”为定位基准。
3.3.2加工示意图
加工示意图是根据被加工零件工序图和生产率要求等绘制的机床工艺方案图。
它是设计刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统以及选择动力部件的主要依据；
是机床总体
布局的原始要求；
也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。
4根主轴加工示意图相
同，故只画其中一根的加工示意图即可（如图3．4所示）。
图3．4加工示意图
注：
被加工零件：
耐磨型柱塞汞阀体；
材料为HT200；
硬度为200～240HBS。
该图反映出本机床加工时刀具用导向靠模，各主轴上的刀具对工件进行的攻丝工序；
主轴箱、刀具、夹具和工件之间的相对位置尺寸及其联系配合尺寸。
例如，工件端面至多轴箱端面间的距离，刀具刀尖至多轴箱端面之间的距离等；
刀具、导向和刀具接杆的结构形式及其与主轴的连接方式；
机床的切削用量、工作循环过程及其工作行程；
机床的使用条件等。
3.3.3机床尺寸联系图
机床尺寸联系图表示机床各部件间相互尺寸联系和运动关系。
它是进行专用部件设计，确定机床占地面积的技术文件，可用来确定、检验专用部件的尺寸轮廓尺寸和机床的主要联系尺寸，以及检查所选择的通用部件是否合适等。
尺寸联系图见如图3.5所示：
图3．5机床尺寸联系图
装料高度一般指工件安装基面至地面的距离。
组合机床标准中推荐装料高度为1060mm，但根据所设计的具体请夸奖能够也可在850～1060mm范围内选取。
本机床选取H安装=950mm。
夹具底座的高度，视夹具的结构尺寸和装料高度而定，为了便于布置定位元件以及使其具有足够的刚度等，一般取300mm左右，本机床中取夹具底座高度为364mm。
夹具厚度一般取150～200mm，但为了补偿铸件的误差以及考虑到它在中间底座上的固定等问题，长度尺寸要适当加常，本机床取其厚度为240mm。
中间底座长度L=2X（223/2+568+60+180+187）-（223+568+60+180+187）=995mm。
取1000mm。
确定中间底座长度L后，还需要检查夹具底座与中间底座外缘见的距离a，使用冷却液时a值一般取70～100mm，本机床中由于结构条件限制取a=448mm，满足要求。
为使加工铸铁时冷却液有足够的沉淀时间，中间底座高度取为500mm，底座具有3～5倍冷却液泵的流量。
最低主轴至多轴箱距离h，要保证多轴箱内润滑油不至于从主轴衬套中泄露出去，一般推荐h≥85～140mm，一般主轴外伸直径较小时，取小值，反之则取大值。
本机床h=123mm。
故满足要求。
动力部件总行程等于向前备量、工作行程和向后备量之和。
向后备量一般不得小于40～50mm，取向后备量为40mm，向前备量为30mm。
则动力部件总行程L=40+142+30=212mm。
动力滑台长度根据需要选择为630mm，则动力滑台型号为HY40B/630-Ⅱ型。
第4章组合机床主轴箱设计
4.1组合机床主轴箱概述
主轴箱是组合机床的主要部件之一，按专用要求进行设计，由通用零件组成。
其主要作用是，根据被加工零件的加工要求，将动力和运动由电机和动力部件传给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向。
4.2主轴箱的设计步骤和内容
主轴箱是组合机床的重要部件之一，它关系到整台组合机床质量的好坏。
具体设计时，除了要熟悉主轴箱设计本身的一些规律和要求外，还须依据“三图一卡”，仔细分析研究零件的加工部位，工艺要求，确定主轴箱与被加工零件、机床其他部分的相互关系。
因此进行主轴箱设计的依据是“三图一卡”。
4.2.1绘制主轴箱设计原始依据图
主轴箱原始依据图是根据“三图一卡”整理编绘出多轴箱设计的原始要求和已知条件。
编制此图时，从“三图一卡”中已知：
（1）各孔位置关系尺寸。
（2）工件对称放在主轴箱对面零件顶面孔中心线与主轴箱中心线重合。
（3）最低主轴孔7高度为128mm。
（4）箱体轮廓尺寸：
宽X高为480X422和400X387。
（5）主轴箱通过TD32A动力箱与HY40B型滑台连接。
根据这些数据，可编绘出主轴箱设计原始依据图。
见图4．1：
主轴箱箱体；
材料：
HT200；
硬度:
200～240HBS。
（2）主轴外伸尺寸及切削用量如下表：
轴号
主轴外伸尺寸
切削用量
备注
D/d
L
工序内容
n，rpm
v,m/min
f,mm/r
4～7
46/26
65
攻丝M16X2.5
58.1
3.2
2.5
（3）动力部件TD32A，HY40B-Ⅱ，动力箱电机功率2.2KW，转速470rpm。
图4．1多轴箱设计原始依据图
4.2.2主轴结构形式选择及动力计算
（1）主轴结构形式选择
主轴直径已经在编制“三图一卡”时确定，这里只选择主轴的结构型式（主要是支承结构形式）。
轴承型式是主轴部件结构的主要特征，主轴结构型式应根据工件的加工工艺，并考虑主轴的工作条件和受力情况等确定。
本课题中机床在攻丝加工时由于主轴进退方向都要进行切削。
此时，选用前后支承均为圆锥滚子轴承的主轴，采取反装方式，以便承受两个方向的轴向力。
这种支承可承受较大的径向力和不大的轴向力，且结构简单，轴承个数少，装配调整比较方便。
主轴结构型式的选择，除了轴承之外应考虑轴头结构。
攻丝主轴因靠模杆在主轴孔内要作轴向移动，为了获得良好的导向性，一般采用双键结构，不用轴向定位。
（2）主轴直径和齿轮模数的初步确定
初选主轴直径一般在编制“三图一卡”时进行。
初选模数主要采用类比法，目前大型组合机床通用主轴箱中常用的齿轮模数有2、2.5、3、3.5、4等几种，为了便于组织生产，在同一主轴箱中齿轮模数最好不多于两种。
（3）主轴箱的动力计算
传动系统确定前可以初步估算主轴箱所需要的功率，即：
N主=N切/η=1.88/0.9=2.09KW。
式中：
N切为各主轴切削功率总和N切=0.47X4=1.88KW；
η为组合机床主轴箱传动效率，加工黑色金属时取η=0.8∽0.9，主轴轴数多，传动复杂时取小值，反之取大值，故取η=0.9。
由此得出动力箱满足主轴功率需要。
4.2.3传动系统的概述与要求
主轴箱的传动系统设计，就是通过一定传动链把驱动轴传进来的动力和转速按要求分配到各主轴。
传动系统的好坏，将直接影响到主轴箱的质量，通用化程度、设计和制造工作量的大小以及成本的高低。
因此，应十分重视这一设计环节，对各种传动方案要充分讨论，分析比较，从中选出最佳方案。
对多轴箱传动系统的一般要求为：
设计传动系统时应在保证主轴强度、刚度、转速和转向的前提下，力求使主要传动件（主轴、传动轴、齿轮等）的规格少，数量少，体积小；
以达到整个主轴箱的体积小，重量轻，质量好和效率高的指标。
因此，在设计传动系统时，要注意下面几点：
（1）在保证各主轴的强度、刚度以及所需转速和转向的前提下，力求使传动轴和齿轮的规格、数量为最少。
因此要尽可能用一根传动轴同时带动多根主轴，并将齿轮不止在同一排上。
（2）尽量避免用主轴兼作传动轴，否则将增加主轴的负荷，影响加工质量。
（3）多轴箱内传动副的传动比一般要大于1/2，最佳传动比为1～1：
1.5。
拟定主轴箱传动系统的主要矛盾是，在既定的条件下，用较少的传动件，使数量较多的主轴获得预定的转速和转向。
因此，仅用计算或者作图的方法往往难以拟订出所要求的传动系统，故一般都采用“计算、作图和多次试凑”的方法来拟定。
4.2.4主轴分布类型及传动系统的设计
组合机床上所加工的零件多种多样的，结构各有不同，但被加工零件上孔的分布，大体可以归纳成下述的几种类型:
（a）同心圆分布（b）直线分布（c）任意分布。
根据零件端面4螺纹孔均布情况分析，本次设计中主轴的位置分布采用同心圆分布方式。
如图4．2所示。
该传动方式使得主轴分布类型尽可能为圆形，用一根中间传动轴3就能带动四根主轴，充分满足了主轴箱传动系统的要求。
考虑到降速比不易过大，所以使用两级齿轮传动减速，再由一根轴带动4根主轴的转动。
这样一共形成了4排齿轮传动，传动系统简图如图4．3所示：
初定齿轮模数如下：
第一排29/75，模数m=2
第二排24/64，模数m=2.5
第三排23/27，模数m=3
第四排23/27，模数m=3
图4．2主轴位置按同心圆分布
4.2.5确定主轴箱基本设计参数
（1）齿轮模数
在主轴箱设计原始依据图中，已给出了各主轴的位置和转速，又通过上述主轴的位置分析，当按类比法或凭经验定出齿轮的模数后，便可按“计算、作图和多次试凑”的方法来确定齿轮的齿数，中间传动轴的位置和转速。
主轴是同心圆分布，由一根传动轴带动4根主轴。
为了避免主轴齿轮在传动中相互干涉，中间传动轴上齿轮数设定为2个，每个齿轮带动2根主轴。
为了保证齿轮的强度，齿轮齿槽底部与内孔键槽顶部之间应有一定厚度，因而所选齿轮的齿数不能太少，但为了减少齿轮的数量，相对两主轴的齿轮应设置在同一排上，而他们的中心距较小，所以齿轮的齿数又不可取的太多。
经上述考虑，确定主轴4、5、6、7上的齿轮齿数为Z7=Z8=Z9=Z10=27
（2）中间传动轴位置、直径和转速
中间传动轴上的齿数不能够取的过多，否则会使降速传动比过大，且会致使主轴箱的结构尺寸增大。
但是，中间传动轴3上的齿轮数也不能取的过少，这是因为它要带动四根主轴工作，承受的扭矩较大，轴径相应要大些，亦即齿轮的直径要大一些。
经过上
述分析，并通过“计算，作图和多次试凑”，最后得出动力箱传动的两级减速轴上的齿轮齿数。
轴1上齿轮Z1=29，则它的转速为动力箱TD32A，输出转速已知为470rpm。
轴2上齿轮Z2=75，Z3=24，则它的转速为n2=n1XZ1/Z2=470X29/75=181.7rpm。
轴3上齿轮Z4=64，Z5=Z6=23，则它的转速为n3=n2XZ3/Z4=181.7X24/64=68.1rpm。
中间传动轴的齿轮齿数确定了，其位置也就定了。
所需要的只是待传动系统拟定后，通过坐标计算来精确的确定它的位置。
各中间传动轴直径根据其承受的扭矩进行查表选择。
轴3后部分M3=2M主轴=3738.63X2=7477.26N.mm。
故取D=40mm。
轴3前部分因为用花键与后半部分连接，所以为了强度要求选择直径D=50mm。
轴2的M2=M3Xi=7477.26X24/64=2803.97N.mm。
故取D=35mm。
轴1为动力头伸出端，已选动力头为TD32A，所以D=30mm。
4.2.6验算主轴转速和齿轮模数
验算主轴4、5、6、7的转速n4=n5=n6=n7=n3XZ5/Z8=68.1X23/27=58.0rpm
计算结果与要求的转速基本一致，符合要求。
齿轮模数验算，一般只对主轴箱中承受载荷最大、最薄弱的齿轮进行接触强度和弯曲强度的验算，具体内容见后面的关键零件设计部分。
根据传动比前密后疏的原则，所以前面传动比要大一点。
多轴箱两级变速传动比为i=n3/n1=68.1/470=1：
6.9。
多轴箱主轴传动比为i=n7/n3=58.0/68.1=1：
1.17。
多轴箱总传动比为i总=n7/n1=58.0/470=1：
8.10
4.3主轴箱的坐标计算
当主轴箱传动系统设计完后，在齿轮分布置图上只知道主轴的坐标（因它取决于加工零件），而中间轴的坐标位置还不知道。
坐标计算就是根据已知的驱动轴和主轴的位置以及传动关系，计算出中间轴轴线的坐标，以便在绘制主轴箱体零件加工图时，将各孔的坐标尺寸完整地标注出来，并用以绘制坐标检查图，作为对前一段设计工作的
升级会员 