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1、南京林業(yè)大學(xué)2007屆本科畢業(yè)設(shè)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(cè)8-M8螺紋攻絲機(jī)設(shè)計 1.1.2．題目內(nèi)容及要求 本題目的主要內(nèi)容是設(shè)計一臺能加工的通孔，總共八個孔的右側(cè)面螺紋攻絲機(jī)，機(jī)床類型為臥式單面，液壓驅(qū)動，由PLC控制，一臺機(jī)床年產(chǎn)量為3-6萬件。其余設(shè)計內(nèi)容均自定。 1.1.3．實驗、數(shù)據(jù)及圖紙要求 本設(shè)計完成后必須包括被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖、組合機(jī)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(shè)計說明書需1.5萬字。 1

2、.2．研究目的及意義 目前，組合機(jī)床的需求量很大，國家鼓勵其出口。而國內(nèi)汽車工業(yè)的迅速發(fā)展也勢必導(dǎo)致各類零部件加工量的增大。因此，組合機(jī)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(shè)計就是在攻絲組合機(jī)床的設(shè)計基礎(chǔ)上，將PLC控制技術(shù)和液壓控制技術(shù)應(yīng)用到其中，以便進(jìn)一步提高組合機(jī)床的自動化程度。 1.3．國內(nèi)外同類研究概況 1． 國外研究狀況 1952年美國生產(chǎn)出了第一臺數(shù)控機(jī)床，此后，日本、德國、意大利等國家的一些木工機(jī)床的制造廠家應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，相繼推出了各種先進(jìn)的機(jī)床。目前，螺紋加工機(jī)床已經(jīng)與液壓系統(tǒng)，氣壓系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)結(jié)合生產(chǎn)出了很多先進(jìn)的攻絲機(jī)，例如：西班牙

3、的才CMA攻絲機(jī)系列，等等。 目前，機(jī)床加工正在向復(fù)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(chǎn)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(nèi)研究狀況 我國自改革開放以來，雖然機(jī)床加工機(jī)械的技術(shù)水平及產(chǎn)品質(zhì)量有著顯著的提高，但與先進(jìn)的發(fā)達(dá)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(zhì)量不高，機(jī)床機(jī)械合格率低，遠(yuǎn)低于同類機(jī)械產(chǎn)品的平均合格率。螺紋加工機(jī)床和其他機(jī)床一樣發(fā)展緩慢。 國內(nèi)生產(chǎn)的中檔普及型數(shù)控機(jī)床的功能、性能和可靠性方面已具有較強(qiáng)的市場競力。 但在中、高檔數(shù)控機(jī)床方面，與

4、國外一些先進(jìn)產(chǎn)品相比，仍存在較大差距。螺紋加工的數(shù)控化程度也很低。雖然我國現(xiàn)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(diào)整有利于車床行業(yè)的發(fā)展；第二，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移給車床行業(yè)的發(fā)展帶來了機(jī)遇；第三，下游行業(yè)成長較快；第四，數(shù)控車床消費增長較快。而螺紋加工的攻絲機(jī)只是車床中的一個部分，當(dāng)然也具有很好的發(fā)展前景。目前國內(nèi)有很多的組合機(jī)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(jìn)技術(shù)集成控制來實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，已形成一系列自動化程度較高的生產(chǎn)流水線，大大提高了生產(chǎn)效率和節(jié)省了成本。 2．組合機(jī)床概述 2.

5、1．組合機(jī)床及其特點 組合機(jī)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(jī)床。它能夠?qū)σ环N（或幾種）零件進(jìn)行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機(jī)床上可以完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序，生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。 組合機(jī)床與通用機(jī)床，其他專用機(jī)床比較，具有以下特點： （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，因此設(shè)計和制造的周期短，投資少，經(jīng)濟(jì)效果好。 （2）由于組合機(jī)床用多刀加工，并且自動化程度高，因而比通用機(jī)床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強(qiáng)度低。 （3）組合機(jī)床的通用部件是經(jīng)過周密設(shè)計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又

6、有專門廠成批制造，因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修方便。 （4）在組合機(jī)床上加工零件時，由于采用專用夾具、刀具和導(dǎo)向裝置，加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術(shù)水平要求不高。 （5）當(dāng)被加工產(chǎn)品更新時，采用其他類型的專門機(jī)床時，其大部分部件要報廢。用組合機(jī)床時，其通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件可以重復(fù)利用，不必另行設(shè)計和制造。 （6）組合機(jī)床易于聯(lián)成組合機(jī)床自動線，以適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)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(jī)床。 圖2-1 臥式組合機(jī)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(cè)

7、底座） 組合機(jī)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(jìn)給運動部件—液壓滑臺、機(jī)械滑臺； （3） 既能實現(xiàn)主運動又能實現(xiàn)進(jìn)給運動的部件—動力頭；為單軸頭變化主軸轉(zhuǎn)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(jī)床完成切削主運動或進(jìn)給運動的動力部件。其中還有能同時完成切削主運動和進(jìn)給運動的動力頭。而只能完成進(jìn)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(zhuǎn)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(guān)，因此主軸箱

8、必須根據(jù)被加工零件設(shè)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(jī)床的支承部件，起著機(jī)床的基礎(chǔ)骨架作用。組合機(jī)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(zhuǎn)的工作臺的重復(fù)定位精度直接影響組合機(jī)床的加工精度。 除了上述主要部件之外，組合機(jī)床還有各種控制部件，主要是控制機(jī)床按順序動作，以保證機(jī)床按規(guī)定的程序進(jìn)行工作。 組合機(jī)床的通用部件，絕大多數(shù)已頒布成國家標(biāo)準(zhǔn)，并按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的名義尺寸、主參數(shù)、互換尺寸等定型，各通用部件之間有配套關(guān)系。 因此，在進(jìn)行本設(shè)計時，主要根據(jù)被加工零件的尺寸、形狀和技

9、術(shù)要求等來完成組合機(jī)床的整體設(shè)計。 2.2．攻絲組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)方案 通用機(jī)床加工螺紋的特點是主運動和進(jìn)給運動之間保持嚴(yán)格的傳動比關(guān)系，即內(nèi)聯(lián)系傳動。攻絲組合機(jī)床也不例外，根據(jù)實現(xiàn)內(nèi)聯(lián)系傳動系統(tǒng)所選用的機(jī)構(gòu)不同，攻絲組合機(jī)床可以分為下列兩大類： 1）采用攻絲動力頭的攻絲組合機(jī)床 攻絲動力頭用于同一方向單純攻絲工序。利用絲杠進(jìn)給，攻絲行程較大，但結(jié)構(gòu)復(fù)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(yīng)用。 2）采用攻絲靠模裝置的組合機(jī)床 用攻絲靠模裝置加工內(nèi)螺紋的特點是，攻絲主軸系統(tǒng)的進(jìn)給運動由攻絲靠模機(jī)構(gòu)得到。靠模機(jī)構(gòu)由靠模螺桿和靠模螺母組成，其螺距應(yīng)等

10、于被加工螺孔的螺距，當(dāng)靠模螺桿每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，則帶動絲錐向前進(jìn)給一個螺距，要求盡量接近。 攻絲靠模應(yīng)用于攻絲裝置中的情況如圖2-2所示。從圖中可見，電機(jī)傳動主軸通過靠模螺桿帶動絲錐回轉(zhuǎn)，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(jìn)給量與絲錐自行引進(jìn)量的補(bǔ)償環(huán)節(jié)。 當(dāng)主軸及靠模螺桿5正轉(zhuǎn)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(jìn)給，攻絲結(jié)束后，主軸反轉(zhuǎn)，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(jī)；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，靠模可以經(jīng)磨制得到較準(zhǔn)確的螺距，由于靠模螺桿帶動絲錐進(jìn)給比較輕巧，同時又有攻絲接桿補(bǔ)償攻絲主軸靠模系統(tǒng)與絲錐自行引進(jìn)的進(jìn)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(jié)構(gòu)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(shù)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(yīng)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(jī)床發(fā)展趨勢 一、提高通用部件

12、的技術(shù)水平； 二、發(fā)展適應(yīng)中、小批生產(chǎn)的組合機(jī)床； 三、采用新刀具； 四、發(fā)展自動檢測技術(shù)； 五、擴(kuò)大工藝范圍。 3．組合機(jī)床總體設(shè)計 3.1．組合機(jī)床方案確定 3.1.1．被加工零件特點 被加工零件在攻絲機(jī)體左側(cè)，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(jī)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(jī)床。 3.1.3．工件定位基準(zhǔn)的確定 由于工件采用底面為定位面，根據(jù)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(zhǔn)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(jìn)給量相同。 根據(jù)《專用機(jī)床設(shè)備設(shè)計》表7-18查得： 高速鋼絲錐攻絲切削速度 查《機(jī)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(jìn)給量 式中：——主軸系統(tǒng)的進(jìn)給量（）； ——絲錐每分鐘自行引進(jìn)量（）； ——絲錐每分鐘轉(zhuǎn)速（）； ——絲錐

14、的螺距，多頭螺紋為導(dǎo)程（）。 ∴ 3.2.2．確定F.P.T 1）切削扭矩的計算 根據(jù)《專用機(jī)床設(shè)備設(shè)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(jù)《專用機(jī)床設(shè)備設(shè)計》表7-24查得： ∴ ∴總功率 考慮到功率損失，∴ 3.3．組合機(jī)床總體設(shè)計——三圖一卡 三圖一卡的內(nèi)容主要包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產(chǎn)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(nèi)容 被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，

15、表示一臺組合機(jī)床或自動線完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求、加工用定位基準(zhǔn)、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(chǔ)上，突出本機(jī)床或自動線的加工內(nèi)容，加上必要的說明繪制成的。它是組合機(jī)床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)文件。圖上應(yīng)表示出： 1）被加工零件的形狀和輪廓尺寸及與本機(jī)床設(shè)計有關(guān)的部位的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸。尤其是當(dāng)需要設(shè)置中間導(dǎo)向套時，應(yīng)表示出零件內(nèi)部的肋、壁布置及有關(guān)結(jié)構(gòu)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(zhǔn)、夾壓部位及夾壓方向。以便依此進(jìn)行

16、夾具的定位支承（包括輔助定位支承）、限位、夾緊、導(dǎo)向系統(tǒng)的設(shè)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(shù)要求，還包括本道工序?qū)η暗拦ば蛱岢龅囊螅ㄖ饕付ㄎ换鶞?zhǔn)）。 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(jī)床的加工內(nèi)容。繪制時，應(yīng)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(jī)床、夾具設(shè)計有關(guān)的部位（用細(xì)實線）表示清楚。凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應(yīng)在尺寸數(shù)值下方畫粗實線標(biāo)記。加工用定位基準(zhǔn)、機(jī)

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(yīng)由定位基準(zhǔn)注起。為便于加工及檢查，尺寸應(yīng)采用直角坐標(biāo)系標(biāo)注，而不采用極坐標(biāo)系。但有時因所選定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合,則需對加工部位要求的位置尺寸精度進(jìn)行分析換算。此外，應(yīng)將零件圖上的不對稱位置尺寸公差應(yīng)換算成對稱尺寸公差，其公差數(shù)值的決定要考慮兩方面，一是要能達(dá)到產(chǎn)品圖紙要求的精度，二是采用組合機(jī)床能夠加工出來。 3）應(yīng)注明零件加工對機(jī)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(nèi)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(jī)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(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)計的主要圖紙之一，在總體設(shè)計中占據(jù)重要地位。它是刀具、輔具、主軸箱、液壓電氣裝置設(shè)計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)。其內(nèi)容為： 1）應(yīng)反映機(jī)床的加工方法、加工條件及加工過程。 2）根據(jù)加工部位特點及加工要求，決定刀具類型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)、尺寸（直徑和長度）。 3）決定主軸的結(jié)構(gòu)類型、規(guī)格尺寸及外伸長度。 4）選擇標(biāo)準(zhǔn)的或設(shè)計專用的接桿、浮動卡頭、導(dǎo)向裝置、攻絲靠模裝置、刀桿托架等，并決定它們的結(jié)構(gòu)、參數(shù)

19、及尺寸。 5）標(biāo)明主軸、接桿（卡頭）、夾具（導(dǎo)向）與工件之間的聯(lián)系尺寸、配合及精度。 6）根據(jù)機(jī)床要求的生產(chǎn)率及刀具、被加工零件材料特點等，合理確定并標(biāo)注各主軸的切削用量。 7）決定機(jī)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(xì)實線繪出工件加工部位和局部結(jié)構(gòu)的展開圖，加工表面用粗實線畫。為簡化設(shè)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(dǎo)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(jié)構(gòu)尺寸相同的主軸可只畫一根。但必須在主軸上標(biāo)注軸號（與工件孔號相對應(yīng)）。當(dāng)軸數(shù)較多時，可

20、縮小比例，用細(xì)實線畫出工件加工部位的外形簡圖，并在孔旁標(biāo)注孔號，以便設(shè)計和調(diào)整機(jī)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(dāng)被加工孔間距很小或需設(shè)置徑向結(jié)構(gòu)尺寸較大的導(dǎo)向裝置時，相鄰主軸必須嚴(yán)格按比例繪制，以便檢查相鄰主軸、刀具、輔具、導(dǎo)向是否干涉。 3）主軸應(yīng)從主軸箱端面畫起。刀具畫加工終了位置（攻絲加工則應(yīng)畫開始位置）。標(biāo)準(zhǔn)的通用結(jié)構(gòu)只畫外形輪廓，但須加注規(guī)格代號。對一些專用結(jié)構(gòu)，為顯示其結(jié)構(gòu)而必須剖視，并標(biāo)注尺寸、精度及配合。 三、刀具選擇 根據(jù)攻絲孔的深度及直徑大小，并結(jié)合加工條件及要求，根據(jù)《機(jī)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(jié)構(gòu)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(jù)《專用機(jī)床設(shè)備設(shè)計》表7-29（攻螺紋主軸直徑的確定）查得： 當(dāng)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(shù)），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(jié)構(gòu)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