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1、南京林业大学2007届本科毕业设计论文共 44 页第 1 页1前言1.1 课题名称及其具体要求1.1.1 课题名称车床主轴箱箱体左侧8-M8 螺纹攻丝机设计1.1.2 题目内容及要求本题目的主要内容是设计一台能加工88M的通孔，总共八个孔的右侧面螺纹攻丝机，机床类型为卧式单面，液压驱动，由PLC控制，一台机床年产量为3-6 万件。其余设计内容均自定。1.1.3 实验、数据及图纸要求本设计完成后必须包括被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图、组合机床多轴箱图、夹具装配总图、液压系统原理图、控制系统原理图各一张，折合A0图纸共 4 张。此外，设计说明书需1.5 万字。1.2 研究目的及意义
2、目前，组合机床的需求量很大，国家鼓励其出口。而国内汽车工业的迅速发展也势必导致各类零部件加工量的增大。因此，组合机床可多刀、多轴、多面、多工位加工的优点就显得犹为突出。 本设计就是在攻丝组合机床的设计基础上，将 PLC 控制技术和液压控制技术应用到其中，以便进一步提高组合机床的自动化程度。1.3 国内外同类研究概况1国外研究状况1952 年美国生产出了第一台数控机床，此后，日本、德国、意大利等国家的一些木工机床的制造厂家应用机电一体化技术，相继推出了各种先进的机床。目前，螺纹加工机床已经与液压系统，气压系统和数控系统结合生产出了很多先进的攻丝机，例如：西班牙的才 CMA 攻丝机系列，等等。目前
3、，机床加工正在向复合化，高速化，精密化，高效能化，智能化，环保化方向发南京林业大学2007届本科毕业设计论文共 44 页第 2 页展而螺纹加工正在向高效率，高自有度， 高生产率， 高自动化， 高定位速度和高切削速度，低成本方向发展。2国内研究状况我国自改革开放以来，虽然机床加工机械的技术水平及产品质量有着显著的提高，但与先进的发达国家相比差距较大，主要存在的问题有：水平低、仿制多、品种少、自动化程度不高，外观质量不高，机床机械合格率低，远低于同类机械产品的平均合格率。螺纹加工机床和其他机床一样发展缓慢。国内生产的中档普及型数控机床的功能、性能和可靠性方面已具有较强的市场竞力。但在中、高档数控机
4、床方面，与国外一些先进产品相比，仍存在较大差距。螺纹加工的数控化程度也很低。虽然我国现在的水平很低不过我们有很好的发展前景：首先，我国的政策调整有利于车床行业的发展；第二，产业转移给车床行业的发展带来了机遇；第三，下游行业成长较快；第四，数控车床消费增长较快。而螺纹加工的攻丝机只是车床中的一个部分，当然也具有很好的发展前景。目前国内有很多的组合机床仍然采用继电器控制，使用不便，且较为落后。而国外同行业则较多采用PLC先进技术集成控制来实现生产自动化，已形成一系列自动化程度较高的生产流水线，大大提高了生产效率和节省了成本。南京林业大学2007届本科毕业设计论文共 44 页第 3 页1234567
5、2组合机床概述2.1 组合机床及其特点组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它能够对一种（或几种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，生产效率高，加工质量稳定。组合机床与通用机床，其他专用机床比较，具有以下特点：（1）组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的%80%70，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。（2）由于组合机床用多刀加工，并且自动化程度高，因而比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。（3）组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践
6、考验的，又有专门厂成批制造，因此结构稳定，工作可靠，使用和维修方便。（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，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。（5）当被加工产品更新时，采用其他类型的专门机床时，其大部分部件要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造。（6）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。图 2-1 表示由通用部件和少量专用部件组成的卧式组合机床。图 2-1 卧式组合机床及其组成部件1中间底座； 2夹具； 3主轴箱； 4动力箱5滑台； 6滑座； 7床身（侧底座）南京林业大学2007届本科毕业设计论
7、文共 44 页第 4 页组合机床常用的通用部件有：动力部件、输送部件、 支承部件、 控制部件和辅助部件。其中动力部件有4 种： （1）主运动动力部件动力箱、多轴箱、单轴头；（2） 进给运动部件液压滑台、机械滑台；（3） 既能实现主运动又能实现进给运动的部件动力头；为单轴头变化主轴转速的跨系列通用部件。动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动或进给运动的动力部件。其中还有能同时完成切削主运动和进给运动的动力头。而只能完成进给运动的动力部件称为动力滑台。固定在动力箱上的主轴箱是用来布置切削主轴，并把动力箱输出轴的旋转运动传递给各主轴的切削刀具，由于各主轴的位置与具体被加工零件有关，
8、因此主轴箱必须根据被加工零件设计， 不能制造成完全通用的部件，但其中有很多零件 （例如：主轴、传动轴、齿轮和箱体等）是通用的。床身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件，起着机床的基础骨架作用。组合机床的刚度和部件之间的精度保持性，主要是由这些部件保证。移动的或回转的工作台的重复定位精度直接影响组合机床的加工精度。除了上述主要部件之外，组合机床还有各种控制部件，主要是控制机床按顺序动作，以保证机床按规定的程序进行工作。组合机床的通用部件，绝大多数已颁布成国家标准，并按标准规定的名义尺寸、主参数、互换尺寸等定型，各通用部件之间有配套关系。因此，在进行本设计时，主要根据被加工零件的尺寸、形状和技术
9、要求等来完成组合机床的整体设计。2.2 攻丝组合机床的结构方案通用机床加工螺纹的特点是主运动和进给运动之间保持严格的传动比关系，即内联系传动。攻丝组合机床也不例外，根据实现内联系传动系统所选用的机构不同，攻丝组合机床可以分为下列两大类：1）采用攻丝动力头的攻丝组合机床攻丝动力头用于同一方向单纯攻丝工序。利用丝杠进给， 攻丝行程较大， 但结构复杂，传动误差大，所以加工螺纹精度较低（一般低于7H 级） ，因此未能得到广泛的应用。2）采用攻丝靠模装置的组合机床用攻丝靠模装置加工内螺纹的特点是，攻丝主轴系统的进给运动由攻丝靠模机构得到。靠模机构由靠模螺杆和靠模螺母组成，其螺距应等于被加工螺孔的螺距工P
10、，当靠模螺南京林业大学2007届本科毕业设计论文共 44 页第 5 页原 位快 进攻 进（ 主 轴 正 转 ）攻 退（ 主 轴 反 转 ）停 止快 退123456杆每转一转时，则带动丝锥向前进给一个螺距杆P，要求杆P尽量接近工P。攻丝靠模应用于攻丝装置中的情况如图2-2 所示。从图中可见，电机传动主轴通过靠模螺杆带动丝锥回转，靠模螺杆5 通过攻丝卡头 6 与丝锥连接，攻丝卡头6 是攻丝主轴靠模系统进给量与丝锥自行引进量的补偿环节。当主轴及靠模螺杆5 正转时，由于靠模螺母 4 的作用，使靠模螺杆按螺母的螺距带动丝锥进给，攻丝结束后，主轴反转，丝锥退回。由于攻丝过程中，只是靠模螺杆5 带动丝图 2
11、-2 攻丝装置原理图锥轴向移动，因此主轴与靠模螺杆连接处轴向1电机； 2多轴箱； 3主轴；可以相对滑动，一般用滑键连接，滑动的最大4靠模螺母；5靠模螺杆；6攻丝卡头距离即攻丝的最大行程，一般不超过mm60。此种攻丝方法，靠模可以经磨制得到较准确的螺距，由于靠模螺杆带动丝锥进给比较轻巧，同时又有攻丝接杆补偿攻丝主轴靠模系统与丝锥自行引进的进给差，因而攻丝时可得到较高的精度。该靠模装置除了具有结构简单、制造成本较低的特点外，还由于每根靠模螺杆都各自具有自己的螺距数值，因此可用一个攻丝装置方便地加工出不同尺寸规格的螺纹，且可各自选用合理的切削用量，目前应用很广泛。综上所述，可知攻丝工序的工作循环如下
12、：2.3 组合机床发展趋势一、提高通用部件的技术水平；二、发展适应中、小批生产的组合机床；三、采用新刀具；四、发展自动检测技术；五、扩大工艺范围。南京林业大学2007届本科毕业设计论文共 44 页第 6 页3组合机床总体设计3.1 组合机床方案确定3.1.1 被加工零件特点被加工零件在攻丝机体左侧， 材料为4020HT， 硬度为241170HB， 攻丝孔径为8M的通孔 8 个，8个孔在 3 个圆上规律分布。被加工零件的外形如图3-1 所示。图 3-1 被加工零件外形图3.1.2 机床布局确定工件底面为主要定位面。因为底面有3 个脚所以用 3 个支承块支撑，用短销和支承钉定位。装夹方便、平稳，故
13、可采用卧式机床。3.1.3 工件定位基准的确定由于工件采用底面为定位面，根据该零件的特点，可采用孔和2 面定位。3.1.4 夹压表面及夹紧方式由于要加工的工件是箱体而且上表面是空的，为了确保工件夹压稳定，为了保证定位基准和定位面的良好接触，采用开口长压板作定位夹紧。南京林业大学2007届本科毕业设计论文共 44 页第 7 页3.2 确定切削用量3.2.1 选择切削用量由于攻丝孔径只有8M一种，所以可以采用同样的主轴和刀具使得所有刀具的每分钟进给量相同。根据专用机床设备设计表7-18 查得：高速钢丝锥攻丝切削速度min/84mV查机械加工工艺手册得：螺纹间距mmf25.1，选min/200 rn
14、切削速度：DnVmin/027.51020083mDnVV满足要求每分钟进给量nfSVf锥式中：fV主轴系统的进给量（min/mm） ；锥S丝锥每分钟自行引进量（min/mm） ；n丝锥每分钟转速（min/r） ；f丝锥的螺距，多头螺纹为导程（mm） 。min/25.01025.12003mnfVf3.2.2 确定 F.P.T 1）切削扭矩T的计算根据专用机床设备设计表7-24 查得：5.14.1195wPDT式中：wP工件螺距（mm） ；D加工直径（mm） 。mmNPDTw707.500825.181951955.14.15 .14.1南京林业大学2007届本科毕业设计论文共 44 页第 8
15、 页2）切削力F的计算DTF2N DTF177.1252 8707.500822总切削力NFF416.10017177.125288总3）切削功率P的计算根据专用机床设备设计表7-24 查得：DTVP 9740kW DTVP103.0 89740027.5707.50089740总功率kWPP832.08103.08总考虑到功率损失，kWP P04.1 8.0832.08.0总实3.3 组合机床总体设计三图一卡三图一卡的内容主要包括：被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡。3.3.1 被加工零件工序图一、被加工零件工序图的作用及内容被加工零件工序图是根据选定的工艺方案
16、，表示一台组合机床或自动线完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求、加工用定位基准、夹压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状况的图纸。因此，它是在原零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明绘制成的。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。图上应表示出：1）被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。尤其是当需要设置中间导向套时，应表示出零件内部的肋、壁布置及有关结构的形状及尺寸。以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。2）加工用定位基准、夹压部位及夹压方向。以便依此进行夹具的定位支承（包括辅南京林业大学2007届本科毕业设计论文共 44 页第 9 页助定位支承）、限位、夹紧、导向系统的设计。3）本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求（主要指定位基准）。4
