卧式双工位液压钻铣组合机床毕业设计说明书

卧式双工位液压钻铣组合机床毕业说明书 卧式双工位液压钻铣组合机床 专 业: 机械制造及自动化 学 生: 指 导 教 师: 张江华 顾惠斌 完 成 日 期: 2014 年 03 月 31 日 扬州大学机械工程学院 总目录 第一部分 毕业设计任务书 第二部分 开报告 第三部分 外文及译文, 第四部分 毕业设计说明书(论文) 第五部分 实习调研报告, 第六部分 附件,图纸,软、硬件成果等, 中文摘要 此次毕业设计的题目是“卧式双工位液压钻铣组合机床设计”。此组合机床需要能够实现铣两端面和钻中心孔的功能，能够实现手动和半自动控制，铣削头能够作10mm的微量调整。本设计的主要内容是:对机床的总体布局进行设计;对机床的进给和传动部分进行设计;机床工作台的夹紧方案的选取和设计;进行机床液压系统的设计;绘制液压系统的原理图;最后根据液压系统的原理图和系统的工作循环过程，对电气控制系统进行设计，并绘制PLC控制程序图。 通过本设计，此机床完全能达到设计要求，与传统的加工机床相比，本机床具有较高自动化程度，较高生产率以及较高精度等优点。 关键词:组合机床，铣削头，工作循环，自动 I Abstract The graduation design topic is "Horizontal double location hydraulic combination of drilling and milling machine tool design". This combination of machine tools need to be able to achieve two face milling and drilling central hole of the function, can realize the manual and automatic control, micro adjustment milling head can make 10mm. The main content of this design is: the overall layout of machine tool design; on the machine feed and transmission parts of the design; and the design of clamping scheme selection of machine tools; design of the hydraulic system schematic drawing; hydraulic system; finally, according to the working cycle diagram and system of hydraulic system, the design of electrical control system, and draw a PLC control program diagram. Through this design, this machine can meet the design requirements, compared with traditional processing machine, this machine has a high degree of automation, high productivity and high precision etc.. Key words: module machine tool,the cutter head,work circulation,automation II 目 录 中文摘要 Abstract 第一章 绪论 .............................................................................................................1 1.1组合机床的研究现状及发展趋势 ................................................................1 1.2 毕业设计的要求 ...........................................................................................1 第二章 组合机床总体方案确定 ........................................................................2 2.1 组合机床方案的拟定 ...........................................................................2 2.1.1组合机床工艺方案的基本原则 ........................................................2 2.1.2零件的结构特点以及技术要求 ........................................................2 2.1.3现场加工设备简介 ............................................................................3 设计结构方案确定 ...............................................................................3 2.2 机床 2.3 液压系统的设计原则和设计依据 ...............................................................4 2.3.1机床液压系统的设计原则 ..................................................................4 2.3.2液压系统的设计依据 ..........................................................................5 2.4组合机床及其自动线电气控制系统方案设计 .............................................5 2.4.1组合机床及其自动线电气控制系统设计依据 ..................................5 2.4.2组合机床及其自动线电气控制系统设计方法................................5 第三章 切削用量的选择和切削力的计算 .....................................................7 3.1 加工工件的工艺及技术要求 ........................................................................7 3.2铣削用量选择及铣削力的计算 .....................................................................7 3.2.1铣削用量选择 ......................................................................................7 3.2.2铣削力的计算 ......................................................................................8 3.3钻削刀具和切削用量选择与钻削力的计算 .................................................9 3.3.1钻削刀具和切削用量选择 ..................................................................9 3.3.1钻削力的计算 ......................................................................................9 III 第四章 料架设计 .................................................................................................. 11 4.1料架的组成及其工作原理 ........................................................................... 11 4.1.1料架的组成 ................................................................................................ 11 4.1.2料架的工作原理 ................................................................................ 11 4.2 V型块的设计 ............................................................................................... 11 4.2.1 V型块的外形尺寸确定 .................................................................... 11 4.2.2V型块的夹紧力计算 .........................................................................13 4.3左右螺旋丝杠的设计 ...................................................................................13 4.4变速器设计 ...................................................................................................17 4.4.1变速器传动比分配 ............................................................................17 4.4.2变速箱齿轮设计 ................................................................................17 4.5轴的设计 .......................................................................................................18 4.5.1 丝杠螺杆轴的设计 ...........................................................................18 4.5.2单叶片摆动液压马达输出轴的设计 ................................................19 第五章 液压系统的设计计算...........................................................................19 5.1动力滑台部分 ...............................................................................................20 5.1.1动力和运动参数分析 ........................................................................20 5.1.2工作负载分析 ....................................................................................20 5.1.3液压缸主要参数的确定 ....................................................................22 5.2动力钻头部分 ...............................................................................................26 5.2.1动力和运动参数的分析 ....................................................................26 26 5.2.2负载分析 ............................................................................................ 5.2.3钻轴伸缩油缸设计计算 ....................................................................28 5.2.4钻轴伸缩油缸缸筒的设计计算 ........................................................29 5.3旋转油缸的设计计算 ...................................................................................30 第六章 传动部分设计计算 ...............................................................................32 6.1电机的选择 ...................................................................................................32 IV 6.2主轴直径的选择 ...........................................................................................32 6.3主轴箱传动齿轮设计 ...................................................................................33 6.3.1 动力运动参数分配 ...........................................................................33 6.3.2传动齿轮设计 ....................................................................................34 第七章 组合机床电气控制系统的设计 ........................................................43 7.1 组合机床的电气控制概述 ..........................................................................43 7.2组合机床液压电气回路及其控制系统的设计 ...........................................43 7.3机床加工总时间的确定 ...............................................................................45 总 结 .........................................................................................................................46 致 谢 .........................................................................................................................47 参考文献 .....................................................................................................................48 V 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 第一章 绪论 1.1组合机床的研究现状及发展趋势 组合机床是利用系列化标准化设计的通用部件和被加工零件的形状以及按加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。它是由万能机床和专用机床发展来的，它不仅有专用机床构造简单的特点，而且具有万能机床可以重新调整和适应加工新工件的特性。组合机床是以大量通用部件为基础集机电于一体，并配以少量其他专用部件组成的一种具有综合自动化程度较高专用机械加工装备。它通常用在大批、大量生产中，对一种或多种类似零件的一道或多道工序进行加工。它可以对工件进行多面、多主轴加工，一般是半自动的。组合机床有以下特点:设计和制造的周期短、投资少、经济效果好;多刀加工自动化程度高，生产效率高，劳动强度低;结构稳定，工作可靠，而且使用和维修方便;加工质量稳定，对操作工人的技术要求不高;通用部件和标准件可以重复使用，不必另行设计和制造成本低。随着制造技术的高速发展，组合机床正向着高速化、精密化、高效能、系统化、复合化的趋势发展。 1.2 毕业设计的要求 此设计的要求是设计一台用于各种轴类零件在毛坯锻造后，机加工之前对轴类零件平两个端面并钻销端面中心孔的双工位组合机床，提供后续各种切削加工的条件。因为本设备用于批量生产线上，因此要求装夹简单方便，加工所耗时间短，自动化程度比较较高。 1 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 第二章 组合机床总体方案确定 2.1 组合机床工艺方案的拟定 2.1.1组合机床工艺方案的基本原则 制定工艺方案是组合机床总体设计的关键步骤，因为组合机床的结构配置及使用性能很大程度上取决于工艺方案，所以要根据零件的加工要求及特点，按一定的规则结合组合机床常用工艺方法充分考虑各种因素影响，并通过技术分析后拟定先进、合理、经济、可靠的工艺方案。在制定工艺方案的过程中，通过生产批量的分析确定组合机床箱体结合件的加工方案，并寻求最佳的工艺方案。 在制定工艺方案时要满足以下原则: ? 粗精加工分开原则 在进行粗加工时，切削量大，工件所受切削力、夹紧力大，发热量多，以及加工表面有较显著的加工硬化现象，工件内部存在着较大的内应力，如果粗、精加工连续进行，则精加工后的零件精度会因为应力的重新分布而很快丧失。对于某些加工精度要求高的零件。在粗加工之后和精加工之前，还应安排低温退火或时效处理工序来消除内应力。 ? 工序集中原则 采用工序集中有利于采用高效率的专用设备和数控机床，提高生产率;减少工序数目，缩短工艺路线，简化生产计划和生产组织工作;减少机床数量、操作人员数和占地面积;减少工件装夹次数，不仅保证了加工表面的相互位置精度，而且减少了夹具数量和装夹工件的辅助时间 2.1.2零件的结构特点以及技术要求 1) 零件直径:150~200mm 长度:1500~2000mm 2) 零件的长度公差:+0.1mm 平行度:0.2mm 3) 零件材料为调质中碳钢，硬度?350HBS 4) 加工时间:每件不超过20分钟 5) 可以进行程序的控制工作和手动单一动作调节。 2 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 2.1.3现场加工设备简介 在工作现场调研时完成上述工艺过程的不同工序是在不同机床上进行的，主要设备是铣削车轴两端面的组合机床，其由料架和两个铣削头组成，采用卧式双面单工位机床结构，料架固定不动，通过双电机滚珠丝杠驱动铣削头在轨道上移动。由气压传动控制的齿轮杠杆夹紧机构组成车轴夹持装置。 根据工人介绍两端中心孔的是在车床通过多次定夹紧和掉头进行加工的，，装夹定位不方便，并且耗时长。 2.2 机床设计结构方案确定 根据给定的设计参数以及性能要求和现场条件确定机床总体方案如图2-1所示: 机床总体方案图图2-1 机床总体方案图 想要完成上述要求的组合机床设计无论是工件移动，还是铣头移动都是可以实现的。一般而言，因为铣头固定时，铣头在工件的不同位置上，机床刚度变化比较小，所以铣削时铣头移动工件固定的铣削方式没有铣头固定工件移动的方式加工精 3 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 度要稳定。 工作台的移动和主轴箱的移动都是在滑台上实现的，滑台根据其驱动方式的不同可以分为机械滑台和液压滑台。机械滑台是通过丝杠螺母的转动来带动滑台体进给运动的。液压滑台的组合机床需要有单独的液压油源来实现机床整体的自动化。液压滑台便于实现快速启动、频繁换向和制动。并通过电液联合的行程控制来实现滑台的快进、工进和快退等动作。机械滑台的运动需由工进电机和快速电机联合驱动才能实现，使得滑台体积大，因而此设计不宜采用。并且因为在钻孔加工过程中存在快进、工进、快退等动作以及料架夹紧等，采用液压驱动滑台比较为容易实现。 料架以及夹紧机构装置的方案确定: 1) 针对此设计来而言，料架装置可以采用齿轮杠杆夹紧机构和V型块式螺旋传 动定心夹紧机构; 2) 针对齿轮杠杆夹紧机构来而言，其工作原理:当齿轮转动时，两齿条同时向 外或向里运动，实现工件的夹紧或松开工件，以后简称方案A; 3) 针对V型块螺旋自动定心机构来而言，其工作原理:利用等螺距的左右丝杠 带动两个滑座等速移动来夹紧或松开工件，以后简称方案B; 4) 由于方案A的V型块是垂直布聚的，使其在垂直方向的定位误差较小，而 水平方向的定位误差较大。而方案B的V型块是水平布局的，其水平方向的定 位误差较小，但垂直方向的定位误差较大。本次设计要求的是水平方向的定位 误差较小，因此选择方案B。 2.3 液压系统的设计原则和设计依据 2.3.1机床液压系统的设计原则 从实际出发，注意吸收国内外先进技术，力求设计出体积小，质量轻，成本低，效率高，结构简单，性能良好，操作方便的液压装置来。在确定主机传动方式的过程中，我们需要不断研究各种传动方式的优缺点和使用场合并通过分析对比，选出最合理的传动方案。当某种传动方式不能达到所需设计要求时，可以考虑是否能与其他传动方式结合发挥出各自的优点，形成复合要求的传动方案。只有在确定主机 4 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 的传动方案采用液压系统后，才会提出液压系统的设计任务。 2.3.2液压系统的设计依据 1) 主机的总体布局和工艺要求，包括采用液压传动所完成的主机运动种类、机械设计时提出可能用的液压执行元件的种类和型号、执行元件的位置及其空间的尺寸范围、要求的自动化程度等; 2) 主机的工作循环、执行机构的运动方式(移动、转动或摆动)，以及完成的工作范围; 3) 液压执行元件的运动速度、调速范围、工作行程、载荷性质和变化范围; 4) 主机各部件的动作顺序和互锁要求，以及各部件的工作环境与占地面积等; 5) 液压系统的工作性能.如工作平稳性、可靠性、换向精度、停留时间和冲出量等方面的要求。 2.4组合机床及其自动线电气控制系统方案设计 2.4.1组合机床及其自动线电气控制系统设计依据 电气控制系统设计依据是电器设备设计任务书，电气人员在进行设计前要深入了解任务书的要求，并特别注意以下问题: (1)详细了解机床的工作循环及其互锁要求; (2)熟悉组合机床或自动线的各通用及专用部件的动作过程及其对电气控制系统的要求; (3)了解机床及自动线中各辅助设备的工作情况; (4)对液压系统要有一定的了解，同时要掌握电磁阀的性质，有关数据及电磁铁，压力继电器等液压元件的接通表。 2.4.2组合机床及其自动线电气控制系统设计方法 在接到电气设备设计任务书及液压系统图后，首先需要深入地了解机床的工作 5 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 循环过程，并且对机床的总体方案应具有一定的构想。然后再制定电气控制方案并进行设计。 在制定出电气控制系统总体设计方案后，首先要进行各个环节的设计，最后加以整合，整合时应注意以下两点: (1)注意检查各个控制信号的“准确性”以及主令信号的“单一性”。“准确性”是指要求每一个控制信号，只能代表一个明确的概念，不允许有其他的解释。如加工完成不能与向后信号混为一谈。主令信号的单一性是指主令信号只能在一特定的条件下，对某一特定装置(部件)起作用。主令信号的单一性，保证了系统的可靠性。 (2)必须注意互锁的严密性 控制线路设计的严密而合理，实际就是互锁条件的严密而合理。因此，互锁对电气控制系统原理设计而言关系极大。互锁的严密性有两层意义:一方面是指互锁信号要符合客观实际需要，即通过互锁信号来实现各运动部件之间的相互制约;另一方面，每一个互锁信号应具有明确的概念，这与控制信号的准确性是同一含义。 6 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 第三章 切削用量的选择和切削力的计算 3.1 加工工件的工艺及技术要求 ,50钢的综合力学性能较优，其热塑性、加工性和切削加工性比较好，冷变形能力和焊接性中等。常使用在调制或正火状态下，还可以通过表面淬火处理来提高零件的疲劳性能和表面耐磨性能。其屈服极限:σ?375MPa，强度极限:σ?630MPa，sb短试棒求得的伸长率:δ?14% ，断面收缩率Ψ?40% ，冲击吸收功(冲击功):5 3A?31J，密度7.80,7.85g/cm k 工件加工要求:端面和表面的粗糙度Ra=1.6，车轴直径:150mm ?D?200mm。 3.2铣削用量选择及铣削力的计算 3.2.1铣削用量选择 A:背吃刀量(铣削深度)mm a:侧吃刀量(铣削宽度)mm pe F:每转进给量 mm/r f:每齿进给量 mm/z z V:进给速度 mm/s f 刀具选择:选用镶齿套式端面铣刀(GB 1129-85)，如图3-1所示: 7 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 图3-1 镶齿套式端面铣刀 D=250 B=45 d=50 Z=20 D=236 B=37 11 3.2.2铣削力的计算 铣削宽度: 铣削深度: a,5mma,0~180mmpe 1000vc主轴转速n: 切削速度: n,v,1.0~1.9m/s,60~114m/mincπd0 经计算可得: n,76.4~145.2r/minn,100r/min主轴转速为:，取 实际切削速度: v,1.0~1.9m/s,60~114m/minc 进给量:，取 f,0.08~0.15mm/zf,0.12mm/z,2.4mm/rzz 进给速度: v,f，z，n,0.12，20，125,300mm/minfz 1.10.751.0,1.3,0.2,0.2铣削力: Fz,9.81，825，a，f，a，z，d，n，60ezp0 1.10.751.0,1.3,0.2,0.2,9.81，825，180，0.12，5，20，250，100，60 ,6.69KN 铣削功率:P,F，v,6.69，1.31,8.76KW mzc 铣削力矩的确定: 根据上述铣削功率: P,8.76KW m 9550P9550，8.76T,,,836.4NM则铣削力矩为: n100 T836.4，1000F,,,6691N铣刀所受圆周力为: R250/2 8 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 3.3钻削刀具和切削用量选择与钻削力的计算 3.3.1钻削刀具和切削用量选择 刀具选择:选用A型不带护锥的中心钻，钻削用量如图3-2所示，钻削工件参数如表3-1所示，选用GB6078-85刀具 1 图3-2 钻削用量图示 表3-1 钻削工件参数 原料端部最小 工件的最大 中心孔直径D(mm) 轴料原料最大直径 直径Do(mm) 重量(Kg) 6.3 25 >120,180 1500 8 30 >180,220 2000 10 35 >220,240 2500 a:背吃到量 f:进给量 d:钻头直径 po v:切削速度 n:主轴转速 D:中心孔直径 c 3.3.1钻削力的计算 孔深:l,l，l,14.2，9,23.2mm 12 D21.20a,,,10.6mm选择切削用量及背吃刀量: p22 f,0.39~0.47进给量查表得: l/d,23.2/21.2,1.09f,0.45vc,0.26m/s由于，取， 9 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 1000v1000，0.26c计算主轴转速:， n,,,3.91r/s,234.3r/min,d3.14，21.200 n,250r/min取 实际切削速度:。 v,16.64m/min,0.277m/sc 计算钻削力和钻削力矩及钻削效率: XFYF轴向力:F,CDfk FF 0.75,,,b式中: C,833.85，Y,0.7，k,,0.89,,FFF735,, 10.7故 F,833.85，21.20，0.45，0.89,9.00KN钻轴所受的切削扭矩: XMYM,31.90.8,3 M,CDfk，10,333.64，21.20，0.45，10,58.3KNMM 10 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 第四章 料架设计 4.1料架的组成及其工作原理 4.1.1料架的组成 在组合机床中由工件夹紧部分和料架横移进给部分组成了料架结构。其中夹紧转动油缸变速器和带有左右螺旋的丝杠及滑座等组成工件夹紧部分;进给油缸，滑座和滑台体三个部分组成了料架横移进给部分。 4.1.2料架的工作原理 料架夹紧机构采用V型块式螺旋自动定心装置对工件进行夹紧，该机构通过单叶片摆动油缸驱动等螺距的左右螺旋带动两个滑座等速移动，向中间靠近时，夹紧工件，向外分开时，则松开工件。此机构在转动油缸和丝杠中间装有变速器，增加了滑座的行程更有利于工件的安装。料架横移进给部分仿造了液压滑台，液压缸固定在滑座上。工件夹紧装置固定在液压滑台上随滑台一起运动。并采用电液联合的行程控制方式控制液压滑台。 4.2 V型块的设计 4.2.1 V型块的外形尺寸确定 工件在V型块定位如图4-1所示: 11 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 δ 图4-1 工件在V型块定位 由已知数据可知所加工的工件直径在150~200mm内，则V型块基面到定位圆心 H,h，0.707D,0.5B的距离: V型块的开口尺寸: B,2(h，0.707D,0.5B) DB常用V型块的工作角度有三种α=60?、90?、120?。其中最常用的是90?的 H,h，,2sin,/22tan,/2 DBD由公式:H,h，,，B,2tan,/2，(h，,H)2sin,/22tan,/22sin,/2 DB,2tan,/2，(h，,H)D,d,y,由夹持工件的尺寸不同引起的定位误差: 2sin,/22sin,/2 δD双V型块定位时的误差: ?D(A)=0，?D(B)=?D(C)= 2当各自夹持最大直径D 和最小直径D 时: maxmin H=h+0.707D,0.5B maxmax H=h+0.707D,0.5B minmin H=H+0.707(D,D)maxminmaxmin 其中，D=200mm，D=150mm maxmin 故，H=H+35.35=h+0.707×200,0.5B maxmin 而，H,h>0 min B<2121mm同时B>1414mm 取h=95mm，B=180mm，T=80-100mm，L=B+10=190mm H=95+0.707×200,0.5×180=146.4mm max H,h=146.4,95=51.4mm D/2=200/2=100mm 12 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 采用V型块式左右螺旋自动定心定位装置的夹紧行程为: L?D/2,(H,h)=100,51.4=48.6mm 4.2.2V型块的夹紧力计算 工件采用V型块定位并且夹紧，为了防止工件在切削转矩T(NM)的作用下转 KTsin,/2动所需夹紧力:Q,(其中f是工件圆周方向与V型块间的摩擦系数) 112Rf1 KPsin,/2为防止工件在轴向力P的作用下轴向移动所需的夹紧力为:Q,(f222f2为工件轴向与V型块间的摩擦系数) 切削转矩的计算: KTsin,/2d200T,F，,6691，,669.1NQ,铣削过程:， 1222Rf1 其中K为安全系数，K=2.5~3，取K=2.8;α为V型块开口角度，α=90?;R 为工件半径，R=100mm;f为摩擦系数，f=0.4~0.5，取f=0.46 111 52.8，6.69，10，sin45:4Q,,1.44，10N则有:，取Q=15KN 112，100，0.46 KPsin,/22.8，9000，0.7073轴向力: Q,,,19.4，10N22f2，0.462 综上可得夹紧力Q=20KN 4.3左右螺旋丝杠的设计 (1)材料的选择: #45钢调质处理，硬度:HBS 217~256，最大抗拉强度:δ=650MPa，屈服极 B限:δ=360MPa，弯曲疲劳极限σ=275MPa，剪切疲劳极限τ=155MPa S-1-1(2)传动方式采用滑动螺旋传动，并采用梯形螺纹。 V型块上所受的夹紧力Q=20KN 13 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 F d0.8,2,[P] 其中，F为轴向力;[P]为许用压强，[P]=12MPa;υ为整体螺母，取1.2 320，10所以，，取单线螺纹，公称直径d=48mm，螺距d,0.8,29.8mm21.2，12 p=12mm，其中，d=42mm，d=35mm 23 1(3)驱动转矩: M,M,dFtan(,，,')qt122 1120.15 ,，42，20000，tan(arctan，arctan) ,2，42cos15: 5 ,1.05，10Nmm 取 M=110NM q (4)螺母基本尺寸及压强: 螺母高度: H,,d,1.2，42,2.5，42,50.4,105mm2 H,80mm取 H80m,,,6.67,10,12旋合圈数: P12 基本牙型高度: H,0.5P,6mm1 F20000耐磨性: P,,,3.79MPa,12MPa,dHm3.14，42，6，6.6721 由计算可知满足条件 (5)螺杆强度: M4F22t1,,()，3()当量应力为: 23,d0.2d33 4，2000011000022,()，3() 233.14，350.2，35 ,30.4MPa σ,340~360MPa s 14 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 [,],0.2,0.33,,0.25，340~0.25，360,85~90MPas 取 [,],85MPa 由计算可知满足条件 (6)螺纹牙强度: b,0.65P,0.65，12,7.8mm剪切强度: 螺杆a:对钢来说，， [,],0.6[,],0.6，85,51MPa显然可得螺杆满足条件 3FH3，20000，61螺杆弯曲强度: ,,,,8.07MPab22,dbm3.14，35，7.8，6.673 [,],(1.0~1.2)[,],85~102MPab 取 [,],90MPab 显然可得螺杆满足条件 (7)螺杆刚度: 54E,2.15，10MPaG,8.5，10MPa对于钢弹性模量，剪切弹性模量 ? 轴向载荷使导程产生变形，其变形量为:δ F 4FP4，20000，12,4δ,,,1.16，10mm F2523.14，2.15，10，35πEd3 ,? 转矩使每个螺纹导程产生的变形，其变形量为: T 2216TP16，110000，12,4,,,,2.02，10mm T424423.14，8.5，10，35,Gd3 ,? 每个螺纹导程总变形量: ,4,4,4 ,,,，,,1.16，10，2.02，10,3.18，10mmFT ? 单位长度的变形量: , ,4,3.18，10,5,,,,2.65，10mm P12 15 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 ,5许用 ,,,,5.6，10mm 因为，，所以，刚度满足要求。 ,,,,, (8)螺杆稳定性 ,L4,L4，1，200WW? 柔度 ,r,,,,22.86id353 式中::长度系数，两端铰支，=1 ,, d3,i I:危险截面的惯性半径， 4 L:螺杆的最大工作长度,L=200mm ww 2,d23,E2,EA4,,? 临界载荷: F022,,rr 353，2.15，10，35,, 24，22.86 8,1.37，10N 8F1.37，100,,685,2.5~4 F20000 ,,lSP,,(9)螺杆行程计算: 2,2, 其中， ,为螺母的转角，S为螺母的导程，P为螺距在此螺旋夹紧装置中，通过V型块的设计尺寸以及工件的基本尺寸，从而确定 l,48.6mm单个V型块的夹紧行程及滑座的行程: l,50mm因此取夹紧行程 ，则驱动此行程的的螺杆转角: l，255，360:,,,,1650:, S12 16 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 4.4变速器设计 4.4.1变速器传动比分配 单叶片摆动油缸为夹紧元件的驱动源，其摆角为270? 1650:则，变速器的传动比为: i,,6.11 　270:　 按等强度分配原则， i,i,2.4712 4.4.2变速箱齿轮设计 1) 材料选择 经过分析齿轮均选用20CrMnTi渗碳淬火，硬度56~62HRC 2) 齿轮设计 ? 两齿轮为硬齿面，按弯曲疲劳强度设计 KTY1FS m,12.632,dZ,1FP Y,430，2FSTlim,Y,，1,505.9MPa ,FPNS1.7limF T,M,50NM? 小齿轮名义转矩: t1 ? 选取载荷系数:K=1.6 ? 初步选定齿轮参数: Z,25 Z,iZ,2.47，25,62 121 62u,,2.48,,0.5 d25 Y? 确定复合齿形系数: FS 1.6，50，4.223m,12.6,1.62mmY,4.08查手册得，，则 FS20.5，25，506 m,2mm取标准模数则，中心距 17 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 m(Z，Z)2，(30，74)12 a,,,104mm22 d,mZ,2，25,50mm11 d,mZ,2，62,124mm22 b,,d,0.5，50,25mm2d1 b,b，(5,10),25，(5,10),30,35mm12 取 b,30mm1 校核齿面的接触强度: KT(u，1)1.6，50，(2.48，1)1 ,,109Z,109，189.8，,876.8MPaHE2225，50，2.48bdu1 取，Z,1，Z,1 S,1.4NWHlim ,1500Hlim则，,,ZZ,，1，1,1071MPa HPNWS1.4Hlim 综上计算有，满足要求 ,,,HHP 4.5轴的设计 4.5.1 丝杠螺杆轴的设计 #丝杠螺杆轴材料采用45钢调质处理，机械性能为:剪切疲劳极限:τ=155MPa;-1 抗拉强度极限:σ=640MPa;抗拉屈服极限:σ=355MPa;弯曲疲劳极限:σBS=275MPa，按扭转强度估算轴径 -1 P11033d,C,110，,24.8mm n9550 d,30mm取 采用深沟球轴承:GB/T276-1994 18 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 d,30mmD,55mmB,13mm选用6206型轴承，基本尺寸为:，， 安装尺寸:， d,36mmD,50mmaminamax 4.5.2单叶片摆动液压马达输出轴的设计 110，6.11,672NM单叶片摆动液压马达输出轴材料选用45钢，传动的转矩为， P67233d,20mmd,C,110，,19mm扭转强度估算最小轴径:，取 n9550 采用深沟球轴承:GB/T276-1994 d,20mmD,42mmB,12mm选用6204型轴承，基本尺寸为:，， 第五章 液压系统的设计计算 组合机床采用的传动方式有液压电气传动，机械电气传动或气动液压传动等多种方式。但组合机床采用液压电气传动较多，因为液压传动有如下的优点: 1) 液压传动可以输出大的推力或大转矩，可实现低速大吨位运动，这是其它传动方式所不能比的突出优点; 2) 液压传动能很方便地实现无级调速，调速范围大，且可在系统运行过程中调速; 3) 在相同功率条件下，液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑。液压元件之间可采用管道连接、或采用集成式连接，其布局、安装有很大的灵活性，可以构成用其它传动方式难以组成的复杂系统; 4) 液压传动能使执行元件的运动十分均匀稳定，可使运动部件换向时无换向冲击。而且由于其反应速度快，故可实现频繁换向; 5) 操作简单，调整控制方便，易于实现自动化。特别是和机、电联合使用时，能方便地实现复杂的自动工作循环; 6) 液压系统便于实现过载保护，使用安全、可靠。由于各液压元件中的运动件均在油液中工作，能自行润滑，故元件的使用寿命长; 7) 液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造、维修和推广使用。 19 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 因此本组合机床采用液压传动。 5.1动力滑台部分 5.1.1动力和运动参数分析 本组合机床采用 “快进——工进——快进——停留——快退——停止” 的工 作循环过程 d,200mmD,250mm铣削轴径: 刀具直径: Z,20齿数: 切削深度 a,5mmp n,100r/min主轴转速: 进给量: f,0.12mm/zz 快进行程: l,240mml,100mm31 工进行程: l,260mm2 动力滑台往复运动加、减速的时间不能够超过0.2S，快进、快退v,v,6m/min14 采用平面导轨，静摩檫因数为:f,0.2，动摩檫因数为:f,0.1 sd5.1.2工作负载分析 (1)工作负载 F,2F,2，6.69,13.38KN tZ )惯性负载 (2 ,v6F,m,1500，,750N m,t60，0.2 (3)阻力负载 F,0.2，1500，9.81,2943N 静摩檫力 fs F,0.1，1500，9.81,1472N 动摩檫力 fd 液压系统在各工况的负载如表5-1所示， 20 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 表5-1 液压系统各工况负载 工况 负载 负载值 推力 F,F启动 2943 3270 fs F,F，F加速 2222 2468.9 fdm F,F快进 1472 1635 fd F,F，F工进 14852 16502 fdt F,Ffd快退 1472 1635 按以上数据绘制负载图如图5-1所示， 图5-1 液压系统工作负载图 速度已知数据绘制速度图如图5-2所示; v,v,v,6m/minl,100mml,260mm 13412l,240mml,l，l，l,600mm 34123 v,nZf,100，20，0.12,240mm/min工进速度: 2z 21 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 图5-2 速度图 5.1.3液压缸主要参数的确定 液压缸各参数标示如图5-3所示， 图5-3 液压缸参数标示 滑台进给系统的执行元件的工作压力可以按不同载荷或者按不同机械常用的系统工作压力两种不同方式选取:不同载荷下的工作压力如表5-2所示，不同机械常用的系统工作压力如表5-3所示; 22 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 表5-2 不同载荷下的工作压力 载荷机 5~1010~2020~3030~50,50,5 (KN) 工作压 1.5~22.5~33~44~5,5,1.5~2 力(MPa) 表5-3 不同机械常用的系统工作压力 机械 磨组合 龙门 拉床 农业机械 液压机 类型 床 机床 刨床 工作压力 0.8~23~52~88~1010~1820~32 (MPa) 5组合机床的动力滑台液压系统的最大负载为16500N，选取，选P,30，10Pa1 ,,4q4qqqvv,,v,,,v,, 液压缸为单杆式，在快进时作差动连接:12vv222A,DA,(D,d)12 q,4qvv,,,差动 3v2A,A,d12 D,2d当v,v时， 23 P铣削加工时，采用出口节流调速方式，因此液压缸的回油路必须具有背压，2 5。由于，油管中存在压降，无杆腔的压力必须小于有杆腔，估算可P,8，10Pa,P2 555，10Pa,P,5，10Pa取，快退时，回油腔中为背压，仍按计算，由工进时的推力 APF12APAPAP,,,, 1122112,m F ,165022mA,,,6347mm 1P852(30,)，10P,122 4A4，63471D,,,89.9mm ,3.14 23 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 d,0.707D,0.707，89.9,63.6mm 根据GB/T 2348-1993 ，圆整直径，得: D,90mmd,63mm 122 A,,D,63.59cm14 1222A,,(D,d),32.43cm 24 l,600mm活塞杆的有效行程 活塞杆的强度计算: #选用中碳钢45钢调质处理，机械性能如下: 2,s,340MPa，， ,,600MPa[,],400N/mmb 活塞杆的强度: 6,F，1016502,,,,5.30MPa,[,] ,,22d，6344 由以上计算可知强度满足要求 活塞杆弯曲稳定性验算: 26,EI，10Pk1P,P, ， 1k22nKLkB E52式中， E,,1.80，10N/mm1(1，a)(1，b) 4,d4,84I,,0.049d,1.94，10m 64 K,0.5 L,1500mm,1.5m B 2586,,，1.8，10，1.94，10，103P,,61.2，10N k220.5，1.5 n,3.5~6 k 24 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 P3k ,17.48,10.2，10Nnk 由上可得满足要求 2222合成应力: ,,,，3,,6.6248，3，2.264,7.7MPan ,s ， [,],n,1.2~2.5,n, 缸筒与缸底焊接时焊缝应力: F16502 ,,,,7.27MPa,,2222(D,d),(90,63)，0.744 ,bn,5,,[]， n 根据以上条件D和d的值，可以粗略计算液压缸动力滑台在不同工作阶段中的 压力、流量和功率如表5-4所示: 表5-4 液压缸动力滑台在不同工作阶段中的压力、流量和功率关系 进油腔输入 输入 回油腔压压力流量负载功率工况 计算式 q/(l/min)力 P/MPaP/MPaP/KW(F/N) 21 启______ P,0 3270 1.68 2F，A,P2动 p,1A,A12快加______ 2469 1.43 P,P，,P21q,(A,A)v121进 速 ,P,0.5MPa 恒P,pq 11635 1.16 18.66 0.36 速 F，pA22p,1A1工进 16502 0.8 3.00 0.75 0.038 q,Av 12 25 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 P,pq1 启 ______ P,03270 1.01 2F，pA21动 p,1A2快加 ______2469 0.5 1.74 q,Av23退 速 恒 P,pq1 1635 1.48 19.46 0.48 速 5.2动力钻头部分 5.2.1动力和运动参数的分析 钻头主轴主要实现“快进——工进——快退——停止”的工作循环。 v,16.64m/min加工为10mm的中心孔，加工深度为23.2mm，主轴钻削速度，, n,250r/min主轴转速为，加工每转进给量，钻削主轴的轴向进给速f,0.39~0.47 M,50KGv,97.5~117.5度，机床钻削过程可动部分的重量为，快进和快退的速f v,v,6m/min度为:，快进行程长度，取，工进行程l,50~100mml,80mm1311 f,0.2长度23.2 mm，往复运动的加、减速时间不希望超过0.2S，静摩檫系数，动s f,0.1摩檫系数 d 5.2.2负载分析 F,9000N(1)工作负载: t ,v6F,M,50，,25N(2)惯性负载: m,t0.2，60 (3)阻力负载: 9734F,0.2，,78N 静摩檫力: fs50/2 26 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 9734 动摩檫力: F,0.1，,39Nfd50/2 液压系统各工况下的负载如表5-5，图5-4所示， 表5-5 液压系统各工况下的负载 工况 负载 负载值 推力 F,F启动 fs78 87 F,F，F加速 64 71.1 fdm F,F 快进 39 43.3 fd F,F，F工进 9039 10043.3 fdt F,F 快退 39 43.3 fd 已知速度数据的如下:， ， v,v,6m/minl,75mml,23.2mm1312 快退行程 l,l，l,98.2mm312 工进速度 v,100mm/min2 由已知数据的各工况速度如图5-5所示: 图5-4液压系统各工况下的负载 27 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 图5-5 各工况下速度 5.2.3钻轴伸缩油缸设计计算 5采用出口节流调速方式，在快进时采用差动连接，在工进时需背压 P,8，10Pa2 AF1,AP,AP,AP,P 1122112,2m F ,1004332mA,,,8.37，10mm 1P852(16,)，10P,122 34A4，8.37，10D,,,103.3mm则， ,3.14 取标准液压缸 D,100mmd,70mm 11222A,,D,，3.14，100,7850mm 144 1122222A,,(D,d),，3.14，(100,70),4004mm 244 活塞杆的有效行程为100mm，通过计算检验可知活塞杆的强度和稳定性均满足 28 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 要求。 5.2.4钻轴伸缩油缸缸筒的设计计算 (1)缸筒材料用HT200， ,,220MPab PD1.6，3，100y,,,,5.45mm则， 02202[,]2，5 ,,,，c，c012 式中， ,:缸筒材料强度要求的厚度最小值，c:缸筒外径公差余量，c:腐蚀余量012 ,,8mm 取 )液压缸盖固定螺栓直径 (2 5.2KF5.2，1.5，10043 d,,,7.60mm3360,Z[,]3.14，3，2.5 取 d,8mm 3 (3)缸筒、缸底厚度 缸筒、缸底材料亦选用HT200 ,bn,3,,[],,220MPa bn PD100,163max2 ,,,,8.49mm2202[,]2 3 ,,8.5mm取 根据上述设计计算获得的参数，估算各个工作阶段的压力、流量和功率如表5-6 所示， 表5-6 各个工作阶段的压力、流量和功率 29 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 进油腔输入输入流量 回油腔压压力负载功率q/(l/min)工况 计算式 力 P/MPaP/MPaP/KW(F/N) 21 启 ______ P,087 0.023 2动 F，A,P2p,1A,A快12加 ______71.1 0.539 进 速 q,(A,A)vP,P，,P12121 ,P,0.5MPa P,pq1 恒 43.3 0.532 23.08 0.205 速 F，pA22p,1A1工进 10043. 0.8 1.69 0.79 0.022 q,Av12 P,pq1 启______ P,0 87 0.022 2F，pA21动 p, 1A2快加______ 71.1 1.00 q,Av 23退 速 0.5 恒P,pq 143.3 0.99 24.02 0.396 速 5.3旋转油缸的设计计算 工件夹持机构是双V型块自动定心左右螺旋装置，为防止工件在轴向滑动以及 20KN110NM切削力的作用下转动，所需的夹紧力为，夹具驱动转矩为 30 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 T,110i,110，6.11,672NM采用单叶片摆动液压油缸，摆角270?，输出转矩， P,3MPa根据主机类型和负载工况，取， M672max其排量: q,,,1.48L/r,1480ml/r33159P,，10159，3，0.95，10m 由摆动油缸的力学模型简化得: R M= (P,,P)rLdr,r r:油缸转轴半径;R:油缸的缸筒半径;l:油缸叶片长度;P:工作其中， 压力;,P:背压力; l,67.5mm取叶片长度: r,13mm估算: 32M2，672，1022 R,，r,，13,28.8mm(P,,P)l2.5，67.5 取油缸内径:60mm，则需要设计的单叶片摆动作用液压油缸的基本参数: P,3MPa工作压力 油缸内径 60mm 转轴直径 25mm 叶片长度67.5mm 摆动角度 270? 2222D,d270:60,25q,，,，l，,，3.14，67.5，0.75,1319mm/r排量 4360:4 31 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 第六章 传动部分设计计算 6.1电机的选择 电机功率确定: P,P/,切电 η机床总效率，对于主运动为旋转运动的机床，取 ,,0.7~0.85,,0.82 P电,8.76/0.82,10.7KW则， 根据机械电机手册，查得选用铣削电动机为:Y160-M型交流三相异步电动机，其额定功率为 11KW，转速1456r/min,额定电流为7.0A，额定转矩为2.2NM。 表6-1 部分电机参数 功率转速堵转转最大转转动惯量 型号 净重Kg KW r/min 矩N?m 矩N?m Kg?? Y90S,4 1.1 1400 2.2 2.2 22 0.0021 Y100L,4 2.2 1430 2.2 2.2 34 0.0054 1 Y160M,4 11 1460 2.2 2.2 123 0.0747 钻削电动机选用Y90L-6型交流三项异步电动机，其额定功率为1.1KW，转速为910r/min。 6.2主轴直径的选择 1) 主轴的前后轴径的选用 根据资料统计可知，主轴的前轴径D,100~115mmD,100mm，取 11 D,80mm后轴径D,(0.7~0.85)D,70~85mm ，取 221 D，D12D,,90mm主轴的平均直径 2 2) 主轴内径d (d、D为内孔 主轴的平均直径) dd,49.5~54mmD,90mm,0.55,0.6，， D 32 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 3) 主轴前端悬伸量a aa,0.6，100~1.5，100,60~150mm初选 ,0.6~1.5D1 a,100mm取 4) 两支撑主轴的支撑跨距 L,250mm取支撑跨距 6.3主轴箱传动齿轮设计 主轴箱传动系统结构，如图6-1所示， ?? 11η8润滑泵电机η1 ? η2732η1 ? η254η1 ? η2 6 图6-1 主轴箱传动系统结构 6.3.1 动力运动参数分配 1460i,,14.6(1)总传动比: 100 i,2.90i,2.10i,2.40分配各级传动比:，， 312 (2)各轴的转速、功率和转矩分配: n,1460r/min转速: ? n1460?n,,,695.2r/min ?i2.101 33 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 n695.2? n,,,289.67r/min?i2.402 n289.67? n,,,100r/min?i2.93 功率: P,11KW? P,P,,11，0.97,10.67KW??1 2 P,P,,,9.94KW??21 P,P,,,9.45KW??31 P11?转矩: T,9550,9550，,71.95NM?n1460? P10.67? T,9550,9550，,146.6NM?n695.2? P9.94? T,9550,9550，,327.7NM?n289.67? P9.45? T,9550,9550，,902.5NM?n100? 6.3.2传动齿轮设计 (一)齿轮1，2的设计 1) 选择齿轮材料，确定许用极限应力 ~齿轮1，2均选用45钢，表面淬火，硬度4050HRC，弯曲疲劳极限应力 ,,360MPa,,1180MPa，接触疲劳极限应力 FlimHlim 3KTY?FS2) 按弯曲疲劳强度设计: m,12.612,z,d1FP ,? 确定许用弯曲应力 FP 34 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 9取，，则 N,60nat,60，1460，1，300，8，10,2.1，10Y,2S,1.6STFlim 式中:n:齿轮转速，单位:r/min a:齿轮每转一圈时，轮齿与侧齿面啮合次数 t:为齿轮总工作时间，单位:h 故，取寿命系数 Y,1N ,Y360，2FlimST ,,Y,，1,450MPaFP1NS1.6Flim ,:试验齿轮齿根的弯曲疲劳极限Flim Y:试验齿轮的应力修正系数ST Y:弯曲疲劳强度计算的寿命系数，一般取YN,1N S:弯曲强度的最小安全系数。这里，取为1.6Flim K,1.6? 选取载荷系数: ? 初步选定齿轮参数: 52z,25，z,iz,2.10，25,52.5，取z,52，i,,2.08,,0.5 121121d25? 确定复合齿形系数Y FS1 因为两个齿轮所选的材料及热处理方式相同，则,是相同的，故设计时按小齿FP Y,4.23轮的复合齿形系数设计，查机械设计手册得，则 FS1 31.6，71.95，4.23m,12.6,1.91 120.5，25，450 取标准模数 m,2.5mm 1 ? 计算几何尺寸: 11a,m(z，z),，2.5，(25，52),96.25mm11222 d,mz,2.5，25,62.5mm 11 d,mz,2.5，52,130mm22 b,,d,0.5，62.5,31.25mm21 b,35mm，则 b,b，(5,10),40,45mm，取 b,40mm取 2121 35 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 3) 校核齿面的接触强度 KTi，1，，11 ,,112Z,,HEHP12bdi211 ? 齿面许用接触应力 ,HP ,1180Hlim ,,ZZ,，1，1,1072.72MPaHPNWS1.1Hlim :接触强度的最小安全系数，取S,1.1SlimHlimH Z:寿命系数，Z,1 式中: NN Z:工作硬化系数，两齿轮均为硬齿面，Z,1WW ? 两个齿轮均为钢制，取弹性系数 Z,189.8MPaE 1.6，71.95，2.08，1，，,,112，189.8,750.6MPa,, HHP235，62.5，2.08 故齿面接触强度足够 (二)齿轮3，4的设计 1) 选择齿轮材料，确定许用极限应力 ~齿轮3，4均选用45钢，表面淬火，硬度4050HRC，弯曲疲劳极限应力 ，接触疲劳极限应力 ,,360MPa,,1180MPaFlimHlim2) 按弯曲疲劳强度设计 3KTY?FS m,12.622,z,d3FP ,? 确定许用弯曲应力 FP 9N,60nat,60，695.2，1，300，8，10,1.0，10Y,2取S,1.6，，则 STFlim 式中:n:齿轮转速，单位r/min a:齿轮每转一圈时，轮齿与侧齿面啮合次数 t:齿轮总工作时间，单位h Y,1故取寿命系数 N 36 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 ,Y360，2FlimST ,,Y,，1,450MPaFP1NS1.6Flim ,:试验齿轮齿根的弯曲疲劳极限Flim Y:试验齿轮的应力修正系数ST Y:弯曲疲劳强度计算的寿命系数，一般取YN,1N S:弯曲强度的最小安全系数。这里，取为1.6Flim K,1.6? 选取载荷系数 ? 初步选定齿轮参数: z,25，z,iz,2.40，25,60，,,0.53423d? 确定复合齿形系数Y FS1 因为两个齿轮所选的材料及热处理方式相同，则是相同的，故设计时按小齿,FP 轮的复合齿形系数设计，查机械设计手册得，则 Y,4.23FS1 31.6，146.6，4.23m,12.6,2.42mm 220.5，25，450 取标准模数 m,2.5mm2 ? 计算几何尺寸: 11a,m(z，z),，2.5，(25，60),106.25mm23422 d,mz,2.5，25,62.5mm 33 d,mz,2.5，60,150mm44 b,,d,0.5，62.5,31.25mm43 b,35mm，则 b,b，(5,10),40,45mm，取 b,40mm取 4343 3) 校核齿面的接触强度 KTi，1，，?2,,112Z,, HEHP22bdi432 ,? 齿面许用接触应力 HP 37 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 ,1180Hlim ,,ZZ,，1，1,1072.72MPaHPNWS1.1Hlim :接触强度的最小安全系数，取S,1.1SlimHlimH Z:寿命系数，Z,1式中: NN Z:工作硬化系数，两齿轮均为硬齿面，Z,1WW? 两个齿轮均为钢制，取弹性系数 Z,189.8MPaE 1.6，146.6，2.40，1，，,,112，189.8,1048.0MPa,, HHP2235，62.5，2.4 故齿面接触强度足够 (三)齿轮5，6的设计 1) 选择齿轮材料，确定许用极限应力 ~齿轮5，6均选用45钢，表面淬火，硬度4050HRC，弯曲疲劳极限应力 ，接触疲劳极限应力 ,,360MPa,,1180MPaFlimHlim 2) 按弯曲疲劳强度设计 3KTY?FS m,12.632,z,d5FP ,? 确定许用弯曲应力 FP 8N,60nat,60，289.67，1，300，8，10,4.2，10Y,2取，，则 S,1.6STFlim 式中:n:齿轮转速，单位r/min a:齿轮每转一圈时，轮齿与侧齿面啮合次数 t:齿轮总工作时间，单位h Y,1故取寿命系数 N Y360，2,limFST,Y,，1,450MPa ,1FPNS1.6limF 38 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 ,:试验齿轮齿根的弯曲疲劳极限Flim Y:试验齿轮的应力修正系数ST 式中， Y:弯曲疲劳强度计算的寿命系数，一般取YN,1N S:弯曲强度的最小安全系数。这里，取为1.6Flim K,1.6? 选取载荷系数 ? 初步选定齿轮参数: 75 z,26,z,iz,2.9，26,75.4,取z,75,i,,2.88,,0.5563563d26 ? 确定复合齿形系数 YFS3 因为两个齿轮所选的材料及热处理方式相同，则是相同的，故设计时按小齿,FP 轮的复合齿形系数设计，查机械设计手册得Y=4.20，则 FS3 31.6，327.7，4.20m,12.6,2.96mm 320.5，26，450 取标准模数 m,3mm3 ? 计算几何尺寸: 11a,m(z，z),，3，(26，75),151.5mm35622 d,mz,3，26,78mm 55 d,mz,3，75,225mm66 b,,dd,0.5，78,39mm65 b,40mm，则 b,b，(5,10),45,50mm，取 b,45mm取 65653) 校核齿面的接触强度 KT，，i，1?3,,112Z,, HEHP32bdi653 ,? 齿面许用接触应力 HP ,1180Hlim,,ZZ,，1，1,1072.72MPa HPNWS1.1Hlim 39 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 :接触强度的最小安全系数，取S,1.1SlimHlimH Z:寿命系数，Z,1式中: NN Z:工作硬化系数，两齿轮均为硬齿面，Z,1WW? 两个齿轮均为钢制，取弹性系数 Z,189.8MPaE 1.6，327.7，2.88，1，，,,112，189.8,1040.2MPa,, HHP240，78，2.88 故齿面接触强度足够 (四)钻头主轴箱齿轮9，10的设计 1) 选择齿轮材料，确定许用极限应力 ~齿轮9，10均选用45钢，表面淬火，硬度4050HRC，弯曲疲劳极限应力 ，接触疲劳极限应力 ,,360MPa,,1180MPaFlimHlim2) 按弯曲疲劳强度设计 3KTY1FS m,12.642,z,d1FP ? 确定许用弯曲应力, FP 9N,60nat,60，910，1，300，8，10,1.31，10取Y,2，，则 S,1.6STFlim 式中:n:齿轮转速，单位r/min a:齿轮每转一圈时，轮齿与侧齿面啮合次数 t:齿轮总工作时间，单位h Y,1故取寿命系数 N ,Y360，2FlimST,,Y,，1,450MPa FP1NS1.6Flim ,:试验齿轮齿根的弯曲疲劳极限Flim Y:试验齿轮的应力修正系数ST 式中: Y:弯曲疲劳强度计算的寿命系数，一般取YN,1N S:弯曲强度的最小安全系数。这里，取为1.6Flim K,1.6? 选取载荷系数 40 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 ? 初步选定齿轮参数: 87 z,24,z,iz,3.64，24,87.36,取z,87,i,,3.63,,0.5910910d24? 确定复合齿形系数 YFS 因为两个齿轮所选的材料及热处理方式相同，则是相同的，故设计时按小齿,FP 轮的复合齿形系数设计，查机械设计手册得=4.25，则 YFS 31.6，11.54，4.25m,12.6,1.06mm 20.5，24，450 取标准模数 m,1.25mm3 ? 计算几何尺寸: 11a,m(z，z),，1.25，(24，87),69.4mm91022 d,mz,1.25，24,30mm 99 d,mz,1.25，87,108.75mm1010 b,,dd,0.5，30,15mm109 取 b,20mm，则 b,b，(5,10),25,30mm，取 b,25mm1091053) 校核齿面的接触强度 KTi，1，，1,,112Z,, HEHP2bdi109 ,? 齿面许用接触应力 HP ,1180Hlim,,ZZ,，1，1,1072.72MPa HPNWS1.1Hlim :接触强度的最小安全系数，取S,1.1SlimHlimH Z:寿命系数，Z,1式中: NN Z:工作硬化系数，两齿轮均为硬齿面，Z,1WW? 两个齿轮均为钢制，取弹性系数 Z,189.8MPaE 1.6，11.54，3.63，1，，,,112，189.8,768.9MPa,, HHP220，30，3.63 41 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 故齿面接触强度足够 42 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 第七章 组合机床电气控制系统的设计 7.1 组合机床的电气控制概述 组合机床的电气控制系统是根据预定的工作循环过程而设计的，他是由若干个电气控制环节所构成的顺序控制系统。组合机床通常被用于加工一个品种或几个品种零件的高效专用机床。因而机床的工作循环是固定不变的或在一定范围内微小变化的。因为循环时间在数分钟，所以采用继电—接触控制一般可以满足机床对电气控制系统的寿命和可靠性的要求。 可编程控制器(PLC)是在上世纪70年代发展起来的新的工业控制装置，它的核心部件为微处理器。它将传统的继电器控制系统与计算机技术相结合，具有较高可靠性、灵活性、易于编程、使用方便等特点，所以近年来，在机械工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面可编程控制器得到了普遍应用。 PLC在国际电工委员会(IEC)于1987年的定义如下: PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计算和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按易于工业控制系统形成一体，易于扩展其功能的原则设计。PLC具有可靠性好，功能完善，编程简单，在线编程，安装容易，体积小，重量轻，功耗低，价格越来越便宜等特点。 7.2组合机床液压电气回路及其控制系统的设计 此组合机床由电动机的启动与停止;工件的夹紧回路;滑台速度换接回路;钻轴伸缩速度换接回路四部分组成了液压电气回路控制系统。这里，着重讨论电机的起停控制。 1) 单电机的启动电路: 在本组合机床由电动机M4拖动冷却泵实现冷却系统循环。此线路只有一个接触器KM4和用作为启动，停止的控制按钮SB3和SB4。其工作原理是:按动启动按 43 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 钮SB4，KM4接电并自锁，其主回路内的动合点接通电机，电机启动旋转;当要切断电机时，则按停止按钮SB3，KM4断电，电机立即停转。 2) 多电机同时启动的电路: 组合机床中的左右主轴电动机以及液压电动机是同时工作的，并且对这三台电机驱动的部件需要独自进行调整，这样就要求多台电机可以同时启动并且能够单独调整。其线路的工作原理如图7-1所示:按启动按钮SB2，接触器KM1,KM3同时接电并自锁，三台电机同时启动旋转。按钮开关SA1,SA3可以分别对KM1,KM3所控制的动力部件做单独的调整。如对KM1所控制的动力部件要做单独调整，而不需KM2、KM3所控制的动力部件动作时，可以调节SA2，SA3，使其动断触点打开，动合触点闭合，按下SB2，则只有KM1接电自锁，使KM1所控制的动力部件动作，从而达到了单独调整的目的。按上述方法可相应调整KM2和KM3所控制的动力部件。 停止1 启动2 停止3 启动4 图7-1 组合机床线路的工作原理 根据以上设计可以绘制出相应的液压原理图以及电气控制图，然后根据电气控制原理，即断电行程控制原理图以及欧姆龙生产的PLC为例编制出其自动顺序控制 44 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 梯形图。 7.3机床加工总时间的确定 m/min铣削工件时，快进行程总共340，快进速度为6，时间为0.057，mmmin m/min工进行程为260，工进速度为0.24，时间为1.083，快退行程为mmmin m/min600，速度为6，时间为0.1。 mmmin m/min钻削时，快进行程为80，快进速度为6，时间为0.013，工进行mmmin m/min程为23.2，工进速度为0.1，时间为0.232，快退时，快退速度为mmminm/min6，快退行程为103.2，时间为0.0172。 mmmin 工人装夹工件的时间为5，卸下工件需3。 minmin m/min工件夹紧行程为100，速度为0.1，时间为1。 mmmin 加工总时间为5+3+0.0172+0.232+0.013+0.1+1.083+0.057+1=10.4。 min 45 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 总 结 毕业设计结束了，作为毕业前的最后一份答卷，它对我们来说是受益菲浅的，通过此次毕业设计使我们不再是只知道纸上谈兵，只了解纯理论的书呆子，而是将理论和实践相结合在一起，将3年所学和实际牢牢地结合在一起，使我们不仅巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用已有资源，更加熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为们踏入即将到来的社会实践打下了良好的基础。通过这次毕业设计，使自己对工艺人员所从事的工作有了亲身的体验，学会了查图表、资料、手册等工具书。通过实例对工艺规程的编制和切削用量的选择计算等做了一次练习。 毕业设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此同学们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了好多，也非常珍惜学院给我们的这次设计的机会，它将是们设计完成的更出色的关键一步。 46 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 致 谢 在这毕业设计即将进入尾声之际，首先们要感谢指导老师悉心教导。在近几个月时间的毕业设计是大学生活中忙碌而又充实一段时光。这里有治学严谨而又亲切的老师，有互相帮助的同学，更有积极、向上、融洽的学习生活氛围。短短的时间里，们学到了很多的东西。不仅在理论知识方面扩展了知识面，提高了自己的实际操作能力;而且学会了如何去更加自主的去吸收和学习新的知识，学会了在面对困难和挑战之时，学会团结合作，互助互利。借此向所有帮助、关心、支持的老师、朋友同学，表达最真诚的谢意。 首先感谢指导老师。本论文是在老师耐心指导下多次修改完成的。在此，对他们的耐心指导和帮助表达最真诚的谢意，感谢他们在这几个月来所付出的努力。在这段时间里，从他们身上，不仅学到了许多的专业知识，更感受到了他们工作中的兢兢业业，生活中的平易近人的精神。此外，他们们的严谨治学态度和忘的工作精神值得去学习。在此，请允许们由衷的说一声:“老师，您辛苦了～”。 非常感谢我们的同学们。当在毕业设计过程中遇到问题和困难时，是他们给提出许多关键性的和建议，使对整个毕业设计的思路有了总体的把握，并耐心的帮解决了许多实际问题，使获益良多。 同时，感谢三年来传授知识的老师们，更要感谢的家人及朋友对学业上的支持和鼓励，感谢所有关心、帮助过的人。同时感谢的大学，感谢计算机学院。不会忘记你们。 总之，在以后的学习、工作、生活中将更加努力，用自己的行动回报社会、学校、老师及同学。 47 张明明 卧式双工位液压钻铣组合机床 参考文献 【1】李益民 主编，机械制造工艺设计简明手册 机械工业出版社，1994. 【2】田萍 主编，数控机床加工工艺及设备 北京:电子工业出版社，2005.3 【3】顾熙棠 等编，金属切削机床，上、下册 上海:上海科学技术出版社，1993 【4】黄如林 主编，切削加工简明实用手册 北京:高等教育出版社，2002 【5】齐蓉 主编，最新可编程控制器教程第1版 北京:化学工业出版社，2004 【6】齐从谦 等编，PLC技术及应用理与应用 北京:国防工业出版社，1996 【7】顾战松 等编，可编程控制器原计 上海:上海科学技术文献出版社，1985 【8】彭文生 等编，机械设计 西安:西北工业大学出版社，2000 【9】章宏甲 等编，液压传动 北京:机械工业出版社，1999 【10】毛信理 等编，液压传动和液力传动 北京:冶金工业出版社，1993 【11】隋秀凛、高安邦 主编，实用机床设计手册 北京:机械工业出版社，2010 【12】李朝阳 单片机原理及接口技术 北京:北京航天航空大学 2005 【13】周永强 高等学校毕业设计指导[M] 北京:中国建材工业出版社 2002 【14】吴宗泽 机械设计师手册(上册、下册) 北京:机械工业出版社 2002 48