毕业设计(论文)-汽车缸套加工工艺及专用镗床夹具设计(全套图纸) .doc
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1、天河学院毕业设计(论文) 汽车缸套专用镗床设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日目 录第1章 绪 论11.1 课题研究意义11.2 课题任务及要求1第2章 缸套专用镗床设总体设计22.1 设计适用对象22.2 缸套的加工工艺22.2.1 缸套类零件内孔加工32.2.2本课题缸套工艺路线的确定62.3 缸套专用镗床总体设计方案8第3章 进给工作台设计93.1进给工作台总体方案93.3 滚珠丝杠副的选择93.3.1滚珠丝杠副的特点93.3.2 滚珠丝杠副的支承形式103.3.3 滚珠丝杠副的设计计算113.3.4 滚珠丝杠副的传动原理113.3.5 滚珠丝杠副的传动特点123.3
2、.6 滚珠丝杠副的结构与调整123.3.7 轴向间隙的调整和加预紧力的方法143.4滚珠丝杠的选择153.4.1滚珠丝杠的精度153.4.2 滚珠丝杠参数的计算153.5伺服电机的选择193.5.1最大切削负载转矩的计算193.5.2负载惯量的计算203.5.3空载加速转矩计算213.6滑动导轨的选择计算213.6.1工作载荷的计算223.6.2额定工作寿命的计算223.6.3距离额定工作寿命的计算223.6.4额定动载荷计算及选型233.7联轴器的选择233.8轴承的选择243.9 滚珠丝杠副的安全使用25第4章 床身的设计26第5章 镗杆传动部分的设计285.1镗杆传动部分功率计算285.
3、2 齿轮部分设计295.3 轴的设计计算33第6章 缸套专用夹具设计356.1 工件在夹具中的定位356.2缸套夹紧设计356.3装配图36结论37参考文献38致 谢39第1章 绪 论1.1 课题研究意义专用机床是一种专用高效自动化技术装备,目前,由于它仍是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备,因而被广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。特别是汽车工业,是专用机床和自动线最大的用户。如德国大众汽车厂在Salzgitter的发动机工厂,90年代初所采用的金属切削机床主要是自动线(60%)、专用机床(20%)和加工中心(20%)。显然,在大批量生产的机械工业部门
4、,大量采用的设备是专用机床和自动线。因此,专用机床及其自动线的技术性能和综合自动化水平,在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构,也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。所以对专用机床的设计研究具有十分重要的意义。全套图纸,加153893706本设计主要是专用镗床的设计,此次设计所涉及的内容包括了缸套的加工工艺设计夹具设计镗床的设计。专用机床及其自动线的技术性能和综合自动化水平,在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构,也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。所以对专用机床的设计研究具有十分重要的意义。1.2 课题任务及要求该课题
5、首先对目前缸套类零件加工工艺与装备的国内外发展状况进行分析,展望缸套类零件加工工艺与装备设计的方向和发展趋势,然后简述缸套类零件加工工艺与装备设计的关键技术问题。最后提出自己的设计方案。主要完成:1、完成缸套零件加工工艺与装备设计的综述,外文资料的翻译(2000字符);2、完成缸套粗加工工艺路线的拟定(生产类型为大批);完成粗镗镗床的草图。3、根据拟定的缸套粗镗镗床草图,完成所有参数、尺寸的计算、查表和确定。校核主要零件的强度和刚度。35第2章 缸套专用镗床总体设计第2章 缸套专用镗床设总体设计2.1 设计适用对象本课题拟定的是对如下图所示的一种代表性质的缸套进行专用镗床设计。2.2 缸套的加
6、工工艺缸套类零件加工的主要工艺问题是如何保证其主要加工表面(内孔和外圆)之间的相互位置精度,以及内孔本身的加工精度和表面粗糙度要求。尤其是薄壁、深孔的缸套零件,由于受力后容易变形,加上深孔刀具的刚性及排屑与散热条件差,故其深孔加工经常成为缸套零 件加工的技术关键。缸套类零件的加工顺序一般有两种情况:第一种情况为:粗加工外圆粗、精加工内孔最终精加工外圆。这种方案适用于外圆表面是最重要表面的缸套类零件加工第二种情况为:粗加工内孔粗、精加工外圆最终精加工内孔。这种方案适用于内孔表面是 最重要表面的缸套类零件加工。缸套类零件的外圆表面加工方法,根据精度要求可选择车削和磨削。内表面加工方法的选择则需考虑
7、零件的结构特点、孔径大小、长径比、材料、技术要求及生产类型等多种因素。2.2.1 缸套类零件内孔加工 内孔是缸套类零件的主要加工表面,加工方法选择的原则具体根据孔的大小,深度,精度,结构形状等面定。当孔径较小时(50mm宜采用钻扩,较方案孔较大时采用钻孔后镗或直接镗孔箱体上孔多采用精镗,浮动镗,缸筒件用精镗,珩磨,滚压淬硬缸套,宜采用磨孔精密孔用高精度磨削,研磨,珩磨或抛光等孔的加工方法:钻孔扩孔 铰孔 镗孔拉孔 磨孔、珩孔,研磨孔(一)、钻孔钻孔是在实心材料上加工孔的第一道工序。它主要用于精度要求较高孔的预加工或精度低于IT11级的孔的终加工。钻孔刀具常用麻花钻。由于麻花钻具有宽而深的容屑槽
8、、钻头顶部有横刃及钻头只有两条很窄的螺旋棱带与孔壁接触等结构特点,因而钻头的刚性差、导向性能差,钻孔时容易引偏,易出现孔径扩大现象,孔壁加工质量较差。措施:加工前先加工孔的端面,采用工件回转方式或先钻引导锥等使用范围:孔径75mm,当孔径35mm时分两次钻,第一次钻孔的直径为所需孔径的1/2-7/10。第二次钻到所需孔径,这时横刃不参加切削,轴向抗力小,切削较轻小。(二)、扩孔扩孔是用扩孔钻对工件上已钻出、铸出或锻出孔作进一步加工的方法。扩孔加工有如下特点:1、加工精度比钻孔高:切深小,钻头无横刃,刀体刚度大,导向作用好IT1110,Ra6.33.22、扩孔能纠正原孔轴线的歪斜3、生产率高,由
9、于余量小(1/8)扩孔齿数较多,f=0.4-2mm/r4、孔径100的孔,多用镗孔而不用扩孔(三)、铰孔铰孔是未淬硬的中小尺寸孔进行精加工的一种方法,加工的孔径范围一般为380mm.铰孔的工艺特点:1、 铰孔精度主要取决于铰刀精度。2、 铰孔比镗孔容易保证尺寸精度和形状精度,且生产率较高。一般IT7IT8,手铰达IT6。Ra1.60.2。3、 适应性差,一种铰刀只能加工一种尺寸和一种精度的孔。4、 不能校正原孔轴线的偏斜。(四)、镗孔镗孔是常用的孔的加工方法,可作为粗加工,也可以作精加工。其主要工艺特点:1、加工范围广,非标孔、大直径孔、短孔以及盲孔、有色金属孔及孔系等加工。2、获得较高的精度
10、与低表面粗糙度,IT8IT6,Ra1.60.4用金刚镗则更低3、修正前道工序的孔轴线的偏斜和不直,生产率较低4、可在车,铣,镗及数控机床上进行(五)、磨孔磨孔是单件小批生间中常用的孔精加工方法,它特别适宜于加工淬硬的孔,表面精度断续的孔和长度很短的精密孔。对于中小型回转零件,磨孔在内圆磨床或万能磨床上进行对于大型薄零件,可采用无心内圆磨削。内圆磨削的工艺特点:1、砂轮直径D受到工件孔径刀的限制(D=0.50.9D),砂轮尺寸小,损耗快,经常要更换影响效益2、磨削速度低因此,磨削精度较难控制3、砂轮轴受孔径与长度限制,刚性差,易弯曲,振动,影响加工精度与表面粗糙度4、砂轮与工件内切,接触面积大,
11、散热条件差,易烧伤,宜用较砂轮5、切削液不易进入磨削区,排屑困难。内孔磨削方法:中心圆磨:用于中小型工件,在万能磨,内圆磨床上进行磨削方法行星式内圆磨:用于重量大,形状不对称的内孔,用行星或磨床无心内圆磨:用于直径短套孔。(五)、拉孔:拉孔是拉刀在拉床上对已预加工的孔进行半精加工或精加工的方法拉孔方法的特点:1、尺寸精度高,表面质量好IT79,Ra1.60.12、不能纠正轴线的偏斜3、拉刀结构复杂,成本高,制造周期长4、一把拉刀只拉一种规格尺寸的孔,要求工件材质均匀。薄壁孔,盲孔,阶梯孔,深孔,大直径孔和很小的孔及淬硬孔不宜拉。拉削范围为10100三、孔的精密加工当缸套类零件内孔的加工精度和表
12、面粗糙度要求很高时,则精加工后还需进行精密加工。孔的精密加工方法 研磨,珩磨(一)、精细镗滚压精细镗是由于最初使用金刚石作镗刀材料而得名。精细镗的工艺特点:1、用精度高,刚度大,高转速的金刚镗床(转速高达500r/min)切铸铁100m/min,钢200 m/min,铝300 m/min2、削用量小,切削刀热小,加工精度高3、生产率高加工范围广(二)、珩磨珩磨是用若干细粒度磨条组成的珩磨头进行内孔光整加工的方法,通常在磨削或精镗后进行。1、珩磨工作原理2、珩磨孔的工艺特点:(1)加工范围广(2)磨头与主轴浮动联接(3)精度高,IT6,Ra0.80.025能修正几何误差交叉网纹有利于油膜形成。1
13、、影响珩磨质量和生产率的因素(1)珩磨的圆周速度VP和往复速度Vw的因素VP 、Vw质量好效率高,但磨损、热、易堵塞VP/ Vw的比值影响网纹交叉角 =4060(2)珩磨头行程L与越程量aL=Lk+2a-Ls式中Lk:被加工表面长度Ls:磨条长度但磨条不宜过长(3)珩磨压力。FF磨损切削能力(4)冷却与润滑。(三)研磨略(四)滚压2.2.2本课题缸套工艺路线的确定经过上节介绍进行比较,得出综合考虑缸套内孔加工的工艺性和经济性,内孔采用镗孔加工。套筒类零件由于其功用、结构形状、尺寸、材料及热处理等的不同,其工艺差别很大。就结构形状而言,可分为短套筒与长套筒两类,这两类套筒在装夹与加工方法上有很大
14、的差别。下面分别分析其工艺特点。如图为某气缸零件图,由于L/D3,属短套。内孔G是重要表面,其加工工艺过程如下:气缸套零件加工工艺工序号工序名称工 序 内 容定位夹紧010铸造毛坯020人工时效030粗镗内孔镗内孔至118mm。外圆040粗车外圆粗车各级外圆内孔 气压胀胎夹具050热处理正火060半精车半精车法兰凸台端面及外圆内孔气压胀胎夹具070半精镗半精镗内孔119mm及总长270mm。外圆法兰凸台端面及外圆080精 车精车法兰凸台端面,外圆割槽内孔气压胀胎夹具090去氧化皮用圆弧车刀R10车外圆并用靠模样板100半精车半精车密封槽外圆法兰凸台端面及外圆110精 镗镗精内孔120mm外圆法
15、兰凸台端面及外圆120精 车精车外圆141.5mm,140mm内孔气压胀胎夹具130粗 珩粗珩磨内孔120外圆法兰凸台端面及外圆140精珩精珩磨内孔120外圆法兰凸台端面及外圆(公差加上)2.3 缸套专用镗床总体设计方案1、动力头通过齿轮传导给丝杠然后通过丝杠带动工作台(或另外动力机)。2、通过动力头把转速传导给镗杆,注意进给和速度相互配合和各方面的数据参数。3、缸套装夹部分的设计.。第3章 进给工作台设计3.1进给工作台总体方案由于本课题设计的镗床只需要单方向进给运动,故本课题只讨论一个方向的进给工作台设计。系统控制框图如下:图31 工作台系统控制框图1电机 2 减速装置 3 支承装置 4
16、丝杠 5 托板图32 工作台结构示意图3.3 滚珠丝杠副的选择3.3.1滚珠丝杠副的特点1.传动效率高 效率高达90%95%,耗费的能量仅为滑动丝杠的1/3。2.运动具有可逆性 即可将回转运动变为直线运动,又可将直线运动变为回转运动,且逆传动效率几乎与正传动效率相同。3.系统刚度好 通过给螺母组件内施加预压来获得较高的系统刚度,可满足各种机械传动要求,无爬行现象,始终保持运动的平稳性和灵敏性。4.传动精度高 经过淬硬并精磨螺纹滚道后的滚珠丝杠副本身就具有和高的制造精度,又由于摩擦小,丝杆副工作时温升和热变形小,容易获得较高的传动精度。5.使用寿命长 滚珠是在淬硬的滚道上作滚动运动,磨损极小,长
17、期使用后仍能保持其精度,因而寿命长,且具有很高的可靠性。其寿命一般比滑动丝杠高56倍。6.不能自锁 特别是垂直安装的丝杠,当运动停止后,螺母将在重力作用下下滑,故常需设置制动装置。7.制造工艺复杂 滚珠丝杠和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高,制造成本高。由于滚珠丝杠副独特的性能而受到极高的评价,因而已成为数控机床,精密机械,各种省力机械设备及各种机电一体化产品中不可缺少的传动机构。3.3.2 滚珠丝杠副的支承形式支承应限制丝杠的轴向窜动.较短的丝杠或垂直安装的丝杠,可以一端固定,一端无支承.水平安装丝杠较长时, 可以一端固定,一端游动;对于精密和高精度机床的滚珠丝杠副,为了提高丝杠的拉压刚
18、度,可以两端固定.为了补偿热膨胀和减少丝杠下垂,两端固定丝杠时还可以进行预拉伸。一般情况下,应以固定端作为轴向定位基准,从固定端起计算丝杆杠副的长度误差.此外,应尽可能固定端作为驱动端。考虑到本设计的结构与要求,我们决定采用一端固定一端游动(F-S)的支承形式, 如图1.1所示。一端固定一端游动(FS)。固定端采用深沟球轴承2和双向推力球轴承4,可分别承受径向和轴向负载,螺母1、挡圈3、轴肩、支撑座5台肩、端盖7提供轴向限位,垫圈6可调节推力轴承4的轴向预紧力。游动端需径向约束,轴向无约束。采用深沟球轴承8,其内圈由挡圈9限位,外圈不限位,以保证丝杠在受热变形后可在游动端自由伸缩。滚珠丝杠固定
19、方式图(一端固定一端游动支承)这种支承形势有以下一些特点: 1.需保持螺母与两端支撑同轴,故结构较复杂,工艺较困难。2.丝杠的轴向刚度较高。3.压杆稳定性和临界转速较高。4.丝杠有热膨胀的余地。5.适用于较长的卧式安装丝杠。3.3.3 滚珠丝杠副的设计计算机床进给机构的进给运动,由进电机的转动,然后带动机床丝杠传动。在数控机床上的丝杠传动,可以用普通的丝杠传动,也还有应用滚珠丝杠来转动。原因是普通丝杠传动摩,但总是不太稳定。 所以,在机床上要擦系数大,效率低,传动中有间隙。虽然传动中的间隙可以用一些办法来补偿,修正采用滚珠丝杠传动。滚珠丝杠传动有一系列的优点,但制造工艺较为复杂,成本高,在某些
20、应用上受到一定的限制,但随着数控机床的发展,它的使用将会更加广泛。 滚珠丝杠传动都使用防护罩,以防止空气中的尘土和其它杂物等进入。 滚珠丝杠和滚珠螺母组成滚珠丝杠螺母副,它是把步进电机的转动角位移,变换成数控机床进给机构的的直线位移。 滚珠丝杠螺母副,也简称为滚珠丝杠副,是一种新的传动机构,它是在丝杠和螺母的螺旋槽之间装有滚珠,以此作为中间元件的一种传动机构。3.3.4 滚珠丝杠副的传动原理丝杠和螺母上都有圆弧形的螺旋槽,这两个圆弧形的螺旋槽对合起来就形成螺旋线的滚道,在滚道内装有许多滚珠.当丝杠旋转时,滚珠相对于螺母上的滚道滚动,因此丝杠与螺母之间滚道的摩擦为滚动摩擦.为防止滚珠从螺母中吊出
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