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汽车制动蹄圆柱面专用铣床旋转机构及床身部件设计

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软件简介

   本设计目的就是设计一台可以加工制动蹄蹄片的专用铣床,此工件原来在车床上加工,切削的蹄片材料是石棉酚醛混合物,存在工人劳动强度大,装卸和夹紧困难,由于材料的特殊性、表面不连续性、以及其结构的复杂性等原因。存在切削时材料不宜脱落,生产效率低等缺陷。为克服以前采用车削加工时所产生的问题,设计了此专用铣床,采用旋转铣削法加工,成功解决了上述问题。
   专用机床是通过缩小机床的工艺用途来实现高效率的机床。这类机床结构较简单,调整和操作方便,自动化程度较高,易于保证质量并有较高的生产率。适于成批生产。
本设计的主要内容为机床的旋转机构和床身部件,床身部件包括减速器,滑台和箱体。减速器采用结构简单的双级圆柱齿轮传动,其整体内置于床身内部,减小了机床的整体结构;通过皮带传动将电动机功率输入其内,其输出端连接机床的旋转机构。旋转机构采用涡轮涡杆传动,控制加工台的旋转。调整机构用于调整铣削头与工件之间的位置关系,以保证工件的加工精度;其结构采用可垂直相对运动的十字滑台结构,运动靠丝杠螺母机构实现并采用了可靠的锁紧结构,既能保证机床结构参数的调整又能保证在加工过程中保持位置不变,可使加工过程顺利进行。
   
关键词:专用铣床;减速器;旋转机构;十字滑台
   专用机床是一种专门适用于特定零件和特定工序加工的机床,而且往往是组成自动生产线式生产制造系统中,不可缺的机床品种。比如数控车床由于改为专用设计,这台数控车床则不用原机床型号,而采取编专用机床号的办法。由于专用机床是一种《量体裁衣》产品,具有高效自动化的优点,是大批量生产企业的理想装备。随着制造技术的进步,数控技术的普及,专用机床的数控化发展也很快,专用机床在生产实践中占有一定的比重。据有关资料介绍,日本2001年专用机床产值占机床产值的比达到8.8%;我国台湾省这一数字达到6.9%;而我国仅为0.67%。所以,在当前产品结构调整中,发展专用机床是行业发展中的一个值得注意的问题。
   专用机床适用于单件中、小批量生产的小型零件的加工.它是由已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成的高效专用机床,便于更换受损部件,因此提高了工件加工的整体效率。目前,在汽车,拖拉机,柴油机,电机,仪表,军工等等重,轻工业大批大量生产中获得了广泛应用。一些中小批量生产的企业,如机床,机车,工程机械等制造业中业已广泛应用。专用机床可以用来完成轴套类,轮盘类,叉架类以及盖板类零件的部分工序的加工。专用机床主要由调整机构,动力头,夹具,动力箱,底座以及控制部件和辅助部件等组成。
   专用机床及其自动化生产线的制造,与大量生产汽车等性质不一样,也与普通机床的制造性质不一样,它具有两个极其鲜明的特征:一是集成性。用户订购专用机床都是要求交钥匙工程,它集加工工艺(含工艺方法及工艺参数),机床、夹具、工具(包含辅助)的开发设计与选择,检验测量(包括进入机床前的毛坯检验、加工中及成品的检验测量)物流的输送,切屑和冷却液的防护与处理等于一体。它不仅仅解决其中的某一问题,而是要解决好涉及较宽的技术领域可能遇到的每一个问题。二是单一性。专用机床几乎都是单台性生产,要根据用户提出的要求,进行一次性开发,一次性制造,而且还要保证一次性成功。
   根据对专用机床及其自动生产线等相关资料的研读,我将专用机床制造业的工作归纳为以下五个特点:
   1)是技术难度大。由于它是集中加工工艺、机床、夹具、辅具、刀具、检验测量、物流等于一体,实现交钥匙工程,从而涉及技术领域宽且复杂,又是一次性制造,要保证一次成功,所以技术难度大。
   2)是经营风险率高。专用机床(或自动线)根据用户订单“量体裁衣”制造的,不可能有试制探索过程,要确保一次成功,有相当大的技术风险。由于技术方案不当,造成局部或整体报废的情况屡见不鲜;由于一次性制造,在制造调试过程中难保不出现问题,解决这些问题总是需要时间,从而按期交货也有一定的风险;由于装备是专门为某一用户订做的,当该用户因种种原因不能如期付款、甚至无力付款时,势必造成制造企业的损失;在现行的金融制造还无法约束对方,产品无法转让他人的情况下,经营显而易见。
   3)是协作困难大。由于是一次性制造,它不像汽车零部件那样大量生产,也不像通用设备那样批量生产,找协作厂家很困难。条件一般的企业,很难保证一次性制造出合格的产品;条件好的企业,又不愿当配角,对这种委托协作看不上。
   4)是技术依赖性强。专用机床及其自动线从设计、工艺编制、生产制造到装配调试的全过程,都需要一批有经验的技术人员、管理人员和技术工人。
   5)是技术成长期长。专用机床的设计制造涉及专业面广,要具备较丰富的工艺知识,要比较熟悉用户的制造工艺,要保证一次成功,培养一名熟练的主管设计师,要花几年时间,才能做出好的产品设计、好的制造工艺,生产出好的产品,技术成长期要长。
   五个特点,五种原因,既相互关联,又各具特性,但确实是影响我国专用机床制造业发展的重要方面。今天,我们要调整机床工业的产业结构,发展专用机床是一项十分重要的工作。
3 零件分析与加工方案确定
3.1 零件分析
3.1.1 零件的用途
   此零件是汽车制动机构的制动蹄部件,它的作用是实现汽车的制动。汽车的刹车机构是汽车的重要部件之一,此部件的性能好坏事关人的生命安全,需要对其工艺性能及其机械性能进行深入研究与分析。
3.1.2 零件的工艺分析
   本设计题目是加工制动蹄工件,切削石棉酚醛混合物材料。由于制动蹄圆柱表面其材料的特殊性、表面不连续以及其结构的特殊性,此工件原来在车床上加工,存在装夹困难,劳动强度大,用常规的车削加工难以保证其加工精度和表面质量,切削时不易脱落,致使采用车削加工很难得到要求,而且生产成本也很高。
 
 图3-1 工件简图
   根据工件结构,尺寸要求分析,可以采取车削、磨削以及铣削的加工方法来满足工件的精度要求。以下对各种加工方案进行分析比较:
   1)采用车外圆的方法。车床工作时,工件作旋转的主运动,刀具作直线或曲线的进给运动。车外圆是车床的主要工作之一。车削应用范围广泛,适合于加工各种形状的内外回转面。它对于工件的材质、结构、加工精度和表面粗糙度以及生产批量的适应性都较强,因而得到广泛的应用。加工精度高,表面粗糙小。车刀是刀具中最简单的一种,制造、刃磨和安装均较方便,有利于提高加工质量。具有较高的生产率。从以上车床的特点分析可知,车削加工的方法能满足工件的精度要求和生产率,但唯一的不足是,考虑到工件的外形尺寸比较大,在车床上加工R210mm的圆柱面,存在装夹困难,劳动强度大;切削石棉酚醛混合物材料,不易脱落,生产效率低等问题。
   2)采用磨削的加工方法来磨削R210mm的圆柱面。磨床是以砂轮作为刀具的金属切削机床。磨削不仅可以对外圆面、孔、平面、螺纹、齿轮和各种成形面进行加工,而且可以加工一般金属切削刀具难于加工的硬质合金等高硬度材料。磨削加工能经济地获得高的加工精度和低的表面粗糙度,因此用作精加工。砂轮是磨削用的刀具,它是用结合剂把磨料粘结在一起,经过焙烧而成的疏松物体,因此砂轮的表面有好多高低不平的凹坑,加工石棉酚醛混合物的时候难于脱落,会粘到砂轮的凹坑里,这严重影响了加工的效率还有工件的精度要求。
   3)采用铣削加工的方法铣削R210mm的圆柱面。铣削加工是金属切削加工的重要组成部分,是一种加工范围广、生产效率较高的加工方法。铣削加工的精度也较高,其经济加工精度一般为IT9—IT8级、表面粗糙度为Ra12.5—Ra1.60mm。铣削时铣刀高速旋转,铣刀刀齿之间间距比较大,当加工石棉酚醛混合物这种难以脱落的材料的时候,并不会粘在刀具上,即对加工不会产生影响,而且能满足工件的加工精度要求。另一方面,在卧式铣床上,可以很容易把工件加紧,达到加工的要求。
   综上分析比较可得,采用铣削的加工方法比较适合,更能满足加工的精度要求还有生产率也比较高。从经济上考虑,专门设计一台专用铣床来加工工件,更能实现低成本和高效率。
3.2 工艺方案的确定
   由于本次设计只需要加工石棉酚醛混合物曲面,可以采用一次装夹,加工完成的方式,这样大大提高了劳动生产率。但由于使用盘状铣刀,采用旋转铣削方法,所加工的线条均为曲线,理论上不能实现加工要求,但是在实践上,只要控制加工曲线的直线度的公差,使其在一定范围,就可以得到我们的加工要求。要想得到设计要求,就需要理论求证,确定机床的主要参数,从而实现理论向实践的转化。
   本设计思路就是在这一点作为突破点并进一步展开的,由于使用的是使用铣削头,其方案如下:首先是通过建立工件—铣床的工作坐标系,经过数学分析,得到刀尖的运动方程和侧母线的方程,要是工件的误差在允许范围内,用数学函数来表达即是求其侧母线的一阶导数,得到其极点,极点的位置即是工件直线度的误差范围的边沿,只要保证极点的位置在允许的公差范围内,此专用铣床就能满足加工的要求。
   当极点的存在范围被确定后,即可根据所写的函数表达式来确定其他重要的机车参数,通过对函数方程的求解,可以确定铣刀回转轴线与零件工件回转轴线错移距离的大小,刀尖回转平面至工件回转轴线距的大小,和刀盘的标准直径,从而是机床的设计在理论得到了证明,也使设计工作有了可操作性,能够进行具体的和整体设计。并最终完成整个专用铣床的设计。
目  录
1 绪论 1
1.1 前言 1
2 专用机床概述 2
3 零件分析与加工方案确定 4
3.1 零件分析 4
 3.1.1 零件的用途 4
 3.1.2 零件的工艺分析 4
3.2 工艺方案的确定 5
4 机床设计参数的确定 7
4.1 机床参数设定 7
4.2 铣削后圆柱面的侧母线 7
4.3 参数a、b值大小及精度 9
4.4 机床参数确定 10
4.5 铣削用量的确定 11
4.6确定制动蹄片专用铣床总体方案 12
4.7确定制动蹄片专用铣床的传动 14
5 减速器的设计 15
5.1 减速器的类型与选择 15
5.2 电动机的类型与选择 15
5.3 传动装置的总传动比及其分配 16
5.4 计算传动装置的运动和动力参数 17
 5.4.1 各轴转速 17
 5.4.2 各轴输入功率 17
 5.4.3 各轴输入转矩 18
5.5 V型带的设计与选择 18
5.6 齿轮传动设计 19
5.6.1 选择模数 19
5.6.2 齿面接触强度的校核 20
5.7 轴的校核 21
5.8 轴承的选择与校核 24
5.9 键的校核 24
6 滑台的设计 26
6.1 导轨的确定 26
 6.1.1 导轨的选择与设计 26
 6.1.2 导轨的截面形状与组合 26
 6.1.3 导轨间隙的调整 27
6.2 丝杠的选择 27
6.3 滑台的联结 28
7 旋转机构的设计 29
7.1 旋转机构的设定 29
7.2 旋转机构的作用及工作原理 29
7.3 旋转机构的确定 30
结  论 31
致 谢 32
参考文献 33
附录 34

齿轮和轴.dwg
传动原理.dwg
滑台617.dwg
减速器.dwg
蜗杆.dwg
蜗轮.dwg
箱体.dwg
转动蹄片.dwg
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