粗鏜汽車變速箱體軸承孔組合機床設計【三維PROE】【包含CAD圖紙+PDF圖】

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Combination machine is designed according the fundamental , which highly centralized ,or , more correctly it can process one working procedure or more different working procedures at one time . Combination machine was developed in the end of industrial production compared with traditional machine; combination machine has many advantages , such as high efficiency , high accuracy and low cost . It is composed of some general parts , such as bed ,column ,work able ,power unit ,and some special parts designed according to different work piece machining need. The preface of a lot of works can be completed on the combination machine, but in regard to the majority current usage of combination machine, then and primarily used for the flat surface to process and the bore to process two big work preface. The main part including :(1) Formulating technological plan We,ve learned the characteristic of the part designed ,accuracy and specification ,locating and fixing ,productivity and machining structure by the practice .Then the technological operation and work order can be determined which can be finished in combination machine.(2) Combination machine frame design determines the interrelation of the different part in the machining tool ,select general parts and tool oriented .Then compute cut feed and productivity finally draw a sketch map of the machine .(3) Combination machine parts design including headstock、proper transmission layout 、shaft and gear move freely without interference which ensure the stability and accuracy during transmission ,then design dedicated select bearings and engine etc.Keywords: combination machine ;design ;process ;function目 錄摘 要IIAbstractIII目 錄IV1 緒論11.1 課題研究意義11.2鏜孔專用設備應用11.3 鏜孔專用設備21.3.1多軸頭21.3.2 多軸箱21.3.3多軸鉆床31.3.4 自動更換主軸箱機床31.4 鏜孔專用設備趨勢42 箱體機械加工工藝規(guī)程設計52.1 零件圖分析52.1.1 變速箱體的功能和特點52.1.2 主要加工表面及技術要求52.1.4變速箱體的材料和毛坯62.2 變速箱體加工工藝規(guī)程設計62.2.1定位基準的選擇62.2.2 加工方法的選擇72.2.3 擬定變速箱體的加工工序83 組合機床的總體設計103.1 組合機床方案的制定103.1.1 制定工藝方案103.1.2 確定組合機床的配置形式和結構方案。103.2 確定切削用量及選擇刀具113.2.1 確定工序間余量113.2.2 選擇切削用量113.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率123.2.4 選擇刀具結構143.2.5 被加工零件工序圖143.3加工示意圖153.3.1 加工示意圖的內容和作用153.3.2 繪制加工示意圖的注意事項153.3.3選擇刀具，導向及有關計算163.4 機床尺寸聯(lián)系總圖183.5 多軸箱的傳動系統(tǒng)設計233.6 箱體補充加工圖254 鏜孔夾具設計264.1 夾具的組成264.2 夾具的分類和作用274.3 工件在夾具中的定位284.4 工件在夾具中的夾緊334.5切削力及夾緊力的計算374.6 誤差分析與計算384.7 夾具設計及操作的簡要說明39結 論40致 謝41參考文獻42 1 緒論1.1 課題研究意義市場的開放性和全球化使產品的競爭日趨激烈。而決定產品競爭力的指標是產品的開發(fā)時間(Time ),產品(Quality)，成本(Cost)，創(chuàng)新能力(Creation)和服務(Service)。用戶在追求高質量產品的同時，會更多的追求較低的價格和較短的交貨周期。美國制造業(yè)在20世紀50至40年代主要以擴大生產規(guī)模作為企業(yè)競爭力的第一要素，而在70年代競爭力的第一要素為降低生產成本，80年代為提高產品質量，90年代為市場響應速度。所以現代企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量，增強競爭力。制造業(yè)是國家重要的基礎工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎是。是眾多機械制造的母機，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產能力和制造精度有著直接關系，關系到國家機械工業(yè)以至整個制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進制造技術的基本單元載體，機械產品的質量、更新速度、對市場的應變能力、生產效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對于一個國家經濟發(fā)展起著舉足輕重的作用我國是世界上產量最多的國家.根據德國工業(yè)協(xié)會(VD W )2000年統(tǒng)計資料，在主要的生產國家中，中國排名為世界第五位。但是在國際市場競爭中仍處于較低水平:即使在國內市場也面臨著嚴峻的形勢:一方面國內市場對各類產品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產滯銷積壓，國外產品充斥市場。1.2鏜孔專用設備應用據統(tǒng)計，一般在車間中普通機床的平均切削時間很少超過全部工作時間的15%。其余時間是看圖、裝卸工件、調換刀具、操作機床、測量以及清除鐵屑等等。使用數控機床雖然能提高85%，但購置費用大。某些情況下，即使生產率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機床低。故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點，就鉆削加工而言，鏜孔專用設備是一種通過少量投資來提高生產率的有效措施。雖然不可調式多軸頭在自動線中早有應用，但只局限于大批量生產。即使采用可調式多軸頭擴大了使用范圍，仍然遠不能滿足批量小、孔型復雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復雜的鏜孔專用設備更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有15000個20孔，若以搖臂鉆床加工，單單鏜孔與锪沉頭孔就要842.5小時，另外還要劃線工時151.1小時。但若以數控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要171.6小時，劃線也簡單，只要1.9小時。因此，利用數控控制的二個坐標軸，使刀具正確地對準加工位置，結合鏜孔專用設備不但可以擴大加工范圍，而且在提高精度的基礎上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機30種箱形與桿形零件的2000多個鏜孔操作中，有40%可以在自動更換主軸箱機床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少20%的加工時間。1975年法國巴黎機床展覽會也反映了鏜孔專用設備的使用愈來愈多這一趨勢。1.3 鏜孔專用設備鏜孔專用設備是在一次進給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工一個孔。這不僅縮短切削時間，提高精度，減少裝夾或定位時間，并且在數控機床中不必計算坐標，減少字塊數而簡化編程。它可以采用以下一些設備進行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機床心及自動更換主軸箱機床。甚至可以通過二個能自動調節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結合數控工作臺縱橫二個方向的運動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個或幾個工序?，F在就這方面的現狀作一簡介。1.3.1多軸頭從傳動方式來說主要有帶傳動、齒輪傳動與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動三種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結構簡單，后者易于調整軸距。從結構來說有不可調式與可調式二種。前者軸距不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于大批量生產。為了擴大其贊許適應性，發(fā)展了可調式多軸頭，在一定范圍內可調整軸距。它主要裝在有萬向.二種。（1）萬向軸式也有二種:具有對準裝置的主軸。主軸裝在可調支架中，而可調支架能在殼體的T形槽中移動，并能在對準的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圓柱形主軸套。主軸套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進行工作。這種鏜孔專用設備方法，由于鏜孔效率、加工范圍及精度的關系，使用范圍有限。1.3.2 多軸箱也象多軸頭那樣作為標準部件生產。美國Secto公司標準齒輪箱、多軸箱等設計的不可調式多軸箱。有32種規(guī)格，加工面積從300300毫米到6001050毫米，工作軸達60根，動力達22.5千瓦。Romai工廠生產的可調多軸箱調整方便，只要先把齒輪調整到接近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調軸移動到正確的位置。因此，這種結構只要改變模板，就能在一定范圍內容易地改變孔型，并且可以達到比普通多軸箱更小的孔距。根據成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的組合機床很適用于大中批量生產。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數點：（1）工件裝夾簡單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。（2）夾具剛性好，加工時不形變，分度定位正確。（3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調整，從而縮短換刀停機時間。（4）使用優(yōu)質刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機磨。（5）尺寸超差時能立即發(fā)現。1.3.3多軸鉆床這是一種能滿足鏜孔專用設備要求的鉆床。諸如導向、功率、進給、轉速與加工范圍等。巴黎展覽會中展出的多軸鉆床多具液壓進給。其整個工作循壞如快進、工進與清除鐵屑等都是自動進行。值得注意的是，多數具有單獨的變速機構，這樣可以適應某一組孔中不同孔徑的加工需要。1.3.4 自動更換主軸箱機床為了中小批量生產合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動更換主軸箱組合機床。(1) 自動更換主軸機床自動更換主軸機床頂部是回轉式主軸箱庫，掛有多個不可調主軸箱?？v橫配線盤予先編好工作程序，使相應的主軸箱進入加工工位，定位緊并與動力聯(lián)接，然后裝有工件的工作臺轉動到主軸箱下面，向上移動進行加工。當變更加工對象時，只要調換懸掛的主軸箱，就能適應不同孔型與不同工序的需要。(2)多軸轉塔機床轉塔上裝置多個不可調或萬向聯(lián)軸節(jié)主軸箱，轉塔能自動轉位，并對夾緊在回轉工作臺的工件作進給運動。通過工作臺回轉，可以加工工件的多個面。因為轉塔不宜過大，故它的工位數一般不超過46個。且主軸箱也不宜過大。當加工對象的工序較多、尺寸較大時，就不如自動更換主軸箱機床合適，但它的結構簡單。(3)自動更換主軸箱組合機床它由自動線或組合機床中的標準部件組成。不可調多軸箱與動力箱按置在水平底座上，主軸箱庫轉動時整個裝置緊固在進給系統(tǒng)的溜板上。主軸箱庫轉動與進給動作都按標準子程序工作。換主軸箱時間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉工作臺，以便加工工件的各個面。好果回轉工作臺配以卸料裝置，就能合流水生產自動化。在可變生產系統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應的控制器可以獲得完整的加工系統(tǒng)。(4) 數控八軸落地鉆床大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達15000個，它與支撐板聯(lián)接在一起加工。孔徑為20毫米，孔深180毫米。采用具有內冷卻管道的麻花鉆，57巴壓力的冷卻液可直接進入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成90供自動定心。它比普通麻花鉆耐用，且進給量大。為了縮短加工時間，以8軸數控落地加工。1.4 鏜孔專用設備趨勢鏜孔專用設備生產效率高，投資少，生產準備周期短，產品改型時設備損失少。而且隨著我國數控技術的發(fā)展，鏜孔專用設備的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。2 箱體機械加工工藝規(guī)程設計2.1 零件圖分析2.1.1 變速箱體的功能和特點 變速箱是汽車等傳動系統(tǒng)的主要部件，而變速箱箱體是變速箱的主要零件，它的主要作用是支承各種傳動軸，是典型的箱體類零件。它把變速箱中的軸類和齒輪等相關的零件和機構聯(lián)接為一個大的整體，并使這些零件和機構保持在相對正確的位置行使它們功用，使其零件和機構更好的協(xié)調地發(fā)揮作用。變速箱體的加工質量直接影響變速器的裝配，從而影響產品的使用性能和壽命。 變速箱體屬于平面型（非回轉體型）薄壁殼體零件，尺寸較大，結構復雜，其上有若干個精度要求較高的平面和孔系，以及較多的聯(lián)接螺紋孔。2.1.2 主要加工表面及技術要求 變速箱體底座：表面粗糙度Ra 12.5um； 變速箱體表面粗糙度 Ra 6.3um，平面度0.08mm，相對于和的公共軸線的垂直度誤差為0.12mm，N面和R面的尺寸偏差為-0.3mm；前端面上110H7/100H7 同軸孔為 輸入、輸出軸軸孔,62/90 同軸孔為中間軸軸孔,后端面上30孔為倒擋齒輪軸軸孔。2.1.4變速箱體的材料和毛坯 變速箱體的材料是HT150。由于灰鑄鐵具有鑄造性能好、可切削性能好、有較好的耐磨性、減震性和價格便宜等優(yōu)點，所以它是箱體類零件廣泛采用的材料。2.2 變速箱體加工工藝規(guī)程設計 工藝方案的擬定是組合機床設計的關鍵一步。因為工藝方案在很大程度上決定了組合機床的結構配置和使用性能。因此，應根據工件的加工要求和特點，按一定的原則、結合組合機床常用工藝方法、充分考慮各種影響因素，并經技術經濟后擬訂出先進、合理、經濟可靠的工藝方案。2.2.1定位基準的選擇 粗基準的選擇：粗加工時的切削負荷較大，切削產生的熱變形、較大夾壓力引起的工件變形以及切削振動等，對精加工工序十分不利，影響加工尺寸精度和表面粗糙度。因此粗基準的選擇至關重要。根據機械制造工藝學上闡述的粗基準的選取原則，再結合專用機床設計與制造中講的箱體加工工藝過程分析，變速箱體的裝配基準面和主軸承孔支撐面都是很重要的表面，所以保證這些面的技術要求至關重要。對主軸孔支撐面的要求較高，可以作為粗基準；若從表面尺寸大小來看，則裝配基準面也可以作為粗基準。為了進一步確定粗基準，可以從變速箱體的作用及箱體毛坯的制造情況來加以分析。一般來說，在箱體的鑄造過程中很可能由于砂芯的偏移而造成澆注后各主軸孔中心線與箱體個平面的相對位置度誤差。若以裝配基準面為粗基準加工孔及其它平面，然后在以其他平面為精基準加工裝配基準面，這樣雖然可以保證各個平面之間、孔與平面之間的相對位置精度，但對箱體內部的不加工表面及箱體內壁不均勻的誤差則無法修正，甚至會因為偏差過大而造成裝配時零件與箱體內壁相碰的現象。因而，一般對比較復雜的箱體加工，大多數以主軸孔支撐面(N面)為粗基準。 精基準的選擇：采用一面兩銷定位，即變速箱體的裝配基準面和裝配基準面上的兩個工藝孔作為精精基準。這樣可以直接保證主軸孔中心相對此基準面的尺寸和平行度等的精度要求。2.2.2 加工方法的選擇 變速箱體平面加工方法的選擇 根據專用機床設計與制造里介紹箱體主要表面加工工藝分析可知，箱體平面的粗加工和半精加工一般是在刨床或者銑床上進行的，有時也可在臥式或立式車床上進行。一般來說，對狹長平面宜采用刨削，寬平面宜采用銑削。為了提高箱體平面加工的生產效率，在大批生產條件小，可采用多件、多工位的加工。 組合銑床加工表面的平行度、垂直度和平面度一般可以達到0.02/300mm，表面粗糙度可以達到Ra1.6um，所以變速箱體的底面、N、R、G和Z面都可以采用銑削加工。 變速箱體止口加工方法的選擇 止口的加工一般采用車削或者鏜削，因為加工面位置很特殊，所以加工的時候也要需要特殊處理。車銷是為了保證加工精度，必須做專門的夾具保證車床的回轉中心線與箱體的中心線重合。而鏜削加工是也要專門制造鏜桿和夾具。所以箱體止口的加工可以選擇車削或者鏜削。 變速箱體孔系加工方法的選擇 對箱體上的軸空表面加工，經常采用的是鉆、擴、絞、鏜等方法。對在箱體的實體上加工孔，必須首先進行鉆孔，若鉆孔后質量達不到圖紙要求時，則還需要在鉆孔的基礎上進行擴孔和絞孔。對已經鑄造出的孔和直徑尺寸大的孔，往往收到刀具結構和切削條件的限制，很少采用絞孔，而往往采用鏜孔加工。2.2.3 擬定變速箱體的加工工序 當加工粗、精定位基準確定后，工序可初步確定。一般來說，在大批量生產中變速箱的加工順序為：加工精基準面主要表面粗加工次要表面加工主要表面精加工鉆孔、攻螺紋。3 組合機床的總體設計3.1 組合機床方案的制定3.1.1 制定工藝方案零件加工工藝將決定組合機床的加工質量、生產率、總體布局和夾具結構等。所以，在制定工藝方案時，必須計算分析被加工零件圖，并深入現場了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛度，加工部位的結構特點加工精度，表面粗糙度，以及定位，夾緊方法，工藝過程，所采用的刀具及切削用量，生產率要求，現場所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國內外有關技術資料，制定出合理的工藝方案。(1) 加工孔的主要技術要求。如圖所示為汽車變速箱體零件圖，前端面上110H7/100H7 同軸孔為 輸入、輸出軸軸孔,62/90 同軸孔為中間軸軸孔,后端面上30孔為倒擋齒輪軸軸孔。工件材料為HT150，HB170-241HBS要求生產綱領為（考慮廢品及備品率）年產量2萬件，單班制生產(2) 工藝分析加工該孔時，孔的位置度公差為0.05mm。(3) 定位基準及夾緊點的選擇加工此零件上的孔，以上表面限制三個自由度和右端面限制三個自由度，位于中間的孔通過螺桿起到了很好的夾緊作用。在保證加工精度的情況下，提高生產效率減輕工人勞動量，由于工件是大批量生產，因此在設計時就認為是人工夾緊。3.1.2 確定組合機床的配置形式和結構方案。(1)被加工零件的加工精度被加工零件需要在組合機床上完成的加工工序及應保證的加工精度，是制造機床方案的主要依據。鏜鏜孔的精度要求較高，可采用鏜孔組合機床。為了加工出表面粗糙度為Ra1.6um的孔，采取提高機床原始制造精度和工件定位基準精度并減少夾壓變形等措施就可以了。為此，機床通常采用尾置式齒輪動力裝置，被加工零件圖如圖2.1所示 (2) 被加工零件的特點這主要指零件的材料、硬度加工部位的結構形狀，工件剛度定位基準面的特點，它們對機床工藝方案制度有著重要的影響。此鏜的材料是HT150、硬度HB170241、孔的直徑為43mm。采用同步加工，零件的剛度足夠，工件受力不大，振動，及發(fā)熱變形對工件影響可以不計。一般來說，孔中心線與定位基準面平行且需由一面或幾面加工的箱體宜用臥式機床，立式機床適宜加工定位基準面是水平的且被加工孔與基準面垂直的工件，而不適宜加工安裝不方便或高度較大的細長工件。對大型箱體件采用單工位機床加工較適宜，而中小型零件則多采用多工位機床加工。此零件的加工特點是中心線與定位基準平面是垂直的，并且定位基準面是水平的，工件較小，其孔分布較密集，多軸箱體積較大，一次鏜孔。(3) 零件的生產批量零件的生產批量是決定采用單工位、多工位、自動線或按中小批量生產特點設計組合機床的重要因素。按設計要求生產綱領為年生產量為2萬件，從工件外形及輪廓尺寸，為了減少加工時間，采用多軸頭，為了減少機床臺數，此工序盡量在一臺機床上完成，以提高利用率。(4) 機床使用條件根據使用組合機床對車間布置情況、工序間的聯(lián)系、技術能力和自然條件等的要求來選擇適合的組合機床。3.2 確定切削用量及選擇刀具3.2.1 確定工序間余量為使加工過程順利進行并穩(wěn)定的保證加工精度，必須合理地確定工序余量。生產中常用查表給出的組合機床對孔加工的工序余量，以消除轉、定位誤差的影響。3.2.2 選擇切削用量確定了在組合機床上完成的工藝內容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設計的組合機床為多軸同步加工在大多數情況下，所選切削用量，根據經驗比一般通用機床單刀加工低30%左右多軸主軸箱上所有刀具共用一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺，工作時，要求所有刀具的每分鐘進給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進給量（mm/min）應是適合有刀具的平均值。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設計成同轉速和同的每轉 進給量（mm/r）與其適應。以滿足直徑的加需要，即： 2.1式中： 各主軸轉速（r/min） 各主軸進給量（mm/r） 動力滑臺每分鐘進給量（mm/min）由于鏜孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術要求等，按照經濟地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：進給量f=0.18mm/r、切削速度v=18m/min3.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率鏜孔的切削功率由文獻3，圖1-7知：硬質合金鏜刀加工：鏜孔時切削深度：切削圓周力： （2-6）切削軸向力： （2-7）扭矩： （2-8）切削功率： （2-9）1） 對于62的孔： 已知：加工的主軸箱主軸: （2-10）2）對于90的孔：3）對于100的孔：4）對于110的孔5）對于30的孔：加工的主軸箱主軸: 3.2.4 選擇刀具結構根據加工精度、工件材料、工件條件、技術要求等進行分析，按照經濟地滿足加工要求的原則，合理地選擇刀具。只要所選工藝方案可以采用剛性較好的鏜桿，還是采用鏜削方法，這是因為鏜刀制造簡單，刃磨方便。當被加工孔直徑在40mm以上時，組合機床上多采用鏜削加工，其加工精度可高達1-2級。直徑小于40mm時，選用鉆削方法，鉆頭選用高速鋼修磨棱帶及橫刃鉆頭。鏜孔選用合金鏜刀頭。直徑大于40mm時，選用鏜削方法，刀具材料為硬質合金。當加工階梯孔時，選用階梯桿，由于多刀加工，扭矩較大，所以要選用強度較好的刀桿材料：41Gr。3.2.5 被加工零件工序圖A被加工零件工序圖的作用和內容被加工零件工序圖是根據制定的工藝方案，表示所設計的組合機床上完成的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求，加工用的定位基準、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設計研制合同外，它是組合機床設計的重要依據，也是制造、使用、調整和檢驗機床精度的重要文件。被加工零件工序圖是在被加工零件的基礎上，突出本機床或自動線的加工內容，并作必要的說明而繪制的。其主要內容包括：a.被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設計有關部位結構形狀和尺寸。b.本工序所選用的定位基準、夾壓部位及夾緊方向。c.本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術要求以及對上道工序的技術要求。d.注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量。 B. 繪制被加工零件工序圖的規(guī)定及注意事項a.繪制被加工零件工序圖的規(guī)定 應按一定的比例，繪制足夠的視圖以及剖面；本工序加工部位用粗實線表示；定位用定位基準符號表示，并用下標數表明消除自由度符號；夾緊用夾緊符號表示，輔助支承用支承符號表示。b.繪制被加工零件工序圖注意事項a) 本工序加工部位的位置尺寸應與定位基準直接發(fā)生關系。b) 對工件毛坯應有要求，對孔的加工余量要認真分析。c) 當本工序有特殊要求時必須注明。圖2-1所示為被加工零件工序圖。3.3加工示意圖3.3.1 加工示意圖的內容和作用 加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎上繪制的。是表達工藝方案具體內容的機床工藝方案圖。它是設計刀具，輔具，夾具，多軸箱和液壓，電器系統(tǒng)以及選擇動力部件，繪制機床總聯(lián)系尺寸圖的主要依據；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調整機床和刀具所必須的重要技術文件。 加工示意圖應表達和標注的內容有：機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程；工件，刀具及導向，托架及多軸箱之間的相對位置及其聯(lián)系尺寸；主軸結構類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數量和結構尺寸；接桿（包括鏜桿），浮動卡頭，導向裝置，攻螺紋靠模裝置等結構尺寸；刀具，導向套間的配合，刀具，接桿，主軸之間的連接方式及配合尺寸等。3.3.2 繪制加工示意圖的注意事項 加工示意圖應繪制成展開圖。按比例用細實線畫出工件外形，加工部位，加工表面畫粗實線。必須使工件和加工方位與機床布局相吻合，為簡化設計，同一多軸箱上結構尺寸完全相同的主軸只畫一根，但必須在主軸上標注與工件孔號相對應的軸號。一般主軸的分布不受真實距離的限制。當主軸彼此間很近或需設置結構尺寸較大的導向裝置時，必須以實際中心距嚴格按比例畫，以便檢查相鄰主軸，刀具，輔具，導向等是否相互干涉。主軸應從多軸箱端面畫起；刀具畫加工終了位置,攻螺紋則應畫加工開始位置。對采用浮動卡頭的鏜孔刀桿，為避免刀桿退出導向時下垂，常選用托架支撐退出的刀桿。這時必須畫出托架并標注聯(lián)系尺寸。常用標準通用結構只畫外輪廓，但須加注規(guī)格代號；對一些專用結構，如專用的刀具，導向，刀桿托架，專用接桿或浮動卡頭等，須用剖視圖表示其結構，并標注尺寸，配合及精度。3.3.3選擇刀具，導向及有關計算C. 刀具的選擇 選擇刀具應考慮工件材質，加工精度，表面粗糙度，排屑及生產率等要求。只要條件允許，應盡量選用標準刀具，為提高工序集中程度或滿足精度要求，可以采用復合刀具?？准庸さ毒叩闹睆脚c加工部位尺寸，精度相適應，其長度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾端離導向套外端面30-50mm，以利于排屑和刀具磨損后有一定的向前調整量。D. 導向結構的選擇 組合機床加工孔時，除采用剛性主軸加工方案外，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的導向裝置來保證的。因此，正確選擇導向結構和確定導向類型，參數，精度，是設計組合機床的重要內容，也是繪制加工示意圖時必須考慮的問題。E. 確定主軸類型，尺寸，外伸長度 主軸類型主要依據工藝方法和刀桿與主軸的聯(lián)結結構進行確定。主軸軸頸及軸端尺寸主要取決于進給抗力和主軸-刀具系統(tǒng)結構。如與刀桿有浮動聯(lián)接，主軸則有短懸伸鏜孔主軸和長懸伸鏜孔主軸。主軸軸頸尺寸規(guī)格應按照選定的切削用量計算切削轉矩F. 選擇接桿，浮動卡頭 除剛性主軸外，組合機床主軸與刀具間常用接桿連接和浮動卡頭連接，在鉆擴鉸，锪孔及倒角等加工小孔時，通常都采用接桿。因多軸箱各主軸的外伸長度和刀具長度都為定值，為保證多軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，須采用軸向可調整的接桿來協(xié)調各軸的軸向長度，以滿足同時加工完各孔的要求。為使工件端面至多軸箱端面為最小距離，首先應按加工部位在外壁，加工孔深最淺，孔徑又最大的主軸選定接桿，由此選用其他接桿。接桿已標準化，通用標準接桿號可根據刀具尾部結構和主軸頭部內孔直徑選取 為提高加工精度，減少主軸位置誤差和主軸振擺對加工精度的影響，在采用長導向或雙導向進行鏜，擴，鉸孔時，一般孔的位置精度靠夾具保證。為避免主軸與夾具導套不同軸而引起的刀桿別勁現象而影響加工精度，均可采用浮動卡頭連接 加工螺紋時，常采用攻螺紋靠模裝置和攻螺紋卡頭及相配套的攻螺紋接桿，絲錐用相應的彈簧夾頭裝在攻螺紋接桿上。G. 標注聯(lián)系尺寸 首先從同一多軸箱上所有刀具中找出影響聯(lián)系尺寸的關鍵刀具，使其接桿最短，以獲得加工終了時多軸箱前端面到工件端面之間所需最小距離，并據此確定全部刀具，接桿，導向托架及工件之間的聯(lián)系尺寸。多軸箱端面到工件端面之間的距離是加工示意圖上最重要的聯(lián)系尺寸，為使所設計的機床結構緊湊，應盡量縮小這一距離。這一距離取決于兩方面：一是多軸箱上刀具，接桿，主軸等結構和相互聯(lián)系所需的最小軸向尺寸；二是機床總布局所需求的聯(lián)系尺寸。兩方面是相互制約的H. 標注切削用量 各主軸切削用量應標注在相應主軸右端。其內容包括：主軸轉速NI，相應刀具的切削速度VI，每轉進給量fi和每分鐘進給量fm.同一多軸箱上各主軸的每分鐘進給量是相等的，等于動力滑臺的工進速度VfI. 動力部件工作循環(huán)及行程確定 動力部件的工作循環(huán)是指加工時，動力部件從原始位置開始運動到加工終了位置，又返回到原位的動作過程。一般包括快速引進，工作進給和快退等動作。有時還有中間停止，多次往復進給，跳躍進給，死檔鐵停留等特殊要求、1 工作進給長度L的確定，組合機床上有第一工作進給和第二工作進給之分。前者用于鉆，擴，鉸和鏜孔等工序；后者常用于鉆或擴孔之后需要進行锪平面，倒大角等工序。工作進給長度等于加工部位長度與刀具切入，刀具切出長度之和。2 快速引進長度的確定 快速引進是指動力部件把刀具送到工作進給位置，其長度按具體情況確定。在加工雙層或多層的同軸孔系時，可采用跳躍進給循環(huán)進行加工，既在加工完一層壁厚，動力部件再次快速引進到位，再加工第二層壁孔，以縮短循環(huán)時間。3 快速退回長度的確定 快速退回的長度等于快速引進和工件進給長度之和。一般在固定式夾具鉆孔或擴孔的機床上，動力部件快速退回的行程，只要把所有刀具都退回至導套內，不影響工作的裝卸就行。但對于夾具需要回轉或移動的機床，動力部件快速退回行程必須把刀具，托架，活動鉆模板及定位銷都推離到夾具運動可能碰到的范圍之外。4 動力部件總行程的確定 動力部件的總行程除了滿足工作循環(huán)向前和向后所需的行程外，還要考慮因刀具磨損或補償制造，安裝誤差，動力部件能夠向前調節(jié)的距離和刀具裝卸以及刀具從接桿中或接桿連同刀具一起從主軸孔中取出時，動力部件需后退的距離。動力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。8 其他應注意的問題1） 加工示意圖與機床實際加工狀態(tài)一致。表示出工件安裝狀態(tài)機主軸加工的方法2） 圖中尺寸應標注完整，尤其是從多軸箱端面至刀尖的軸向尺寸鏈應齊全，以便于檢查行程和調整機床。圖中應表示出機床動力部件的工作循環(huán)圖及各行程長度。注意攻螺紋循環(huán)絲錐提前退出工件后，動力部件才能開始退回。3） 加工示意圖應有必要的說明加工示意圖CAD3.4 機床尺寸聯(lián)系總圖A. 選擇動力部件a.動力滑臺型號的選擇根據選定的切削用量計算得到的單根主軸的進給力，按文獻9的62頁公式 計算。 式中，Fi各主軸所需的 向切削力，單位為N。則 主軸箱：實際上,為克服滑臺移動引起的摩擦阻力，動力滑臺的進給力應大于F。又考慮到所需的最小進給速度、切削功率、行程、主軸箱輪廓尺寸等因素，為了保證工作的穩(wěn)定性，由文獻9的91頁表5-1，左、右、后面分別選用機械滑臺HJ40A型、HJ40A型、HJ40A型，臺面寬400mm，臺面長800mm，滑臺及滑座總高為320mm，允許最大進給力為20000N；其相應的側底座型號分為1CC401M、1CC401M、1CC401。b.動力箱型號的選擇由切削用量計算得到的各主軸的切削功率的總和，根據文獻9的47頁公式計算： 式中, 消耗于各主軸的切削功率的總和（Kw）；多軸箱的傳動效率,加工黑色金屬時取0.80.9，加工有色金屬時取0.70.8；主軸數多、傳動復雜時取小值，反之取大值。本課題中，被加工零件材料為灰鑄鐵，屬黑色金屬，又主軸數量較多、傳動復雜，故取5。右主軸箱：則根據液壓滑臺的配套要求，滑臺額定功率應大于電機功率的原則，查文獻9的頁表5-38得出動力箱及電動機的型號,見表2-1。表 2-1 動力箱及電動機的型號 動力箱型號電動機型號電動機功率(Kw)電動機轉速(r/PM)輸出軸轉速(r/min)后主軸箱1TD40-IY100-L821440720c.配套通用部件的選擇側底座1CC401型號，其高度H=560mm，寬度B=600mm，長度L=1350mm。B. 確定機床裝料高度H裝料高度是指機床上工件的定位基準面到地面的垂直距離。本課題中，工件最低孔位置h2=70.52，主軸箱最低主軸高度h1=145.02，所選滑臺與滑座總高h3=320，側底座高度h4=560，夾具底座高度h5=345，中間底座高度h6=600，綜合以上因素，該組合機床裝料高度取H=1005。確定夾具輪廓尺寸夾具是用于定位和夾緊工件的，所以工件輪廓尺寸和形狀是確定夾具輪廓尺寸的依據，由于加工示意圖中對工件和靠模桿的距離，以及導套尺寸都作了規(guī)定，掌握了以上尺寸后，確定夾具總長尺寸A，A=590 mm。夾具底座高度應視夾具大小而定，既要求保證有足夠的剛性，又要考慮工件的裝料高度，一般夾具底座高度不小于240mm。根據具體情況，本夾具底座取高度為345mm。確定中間底座尺寸在加工示意圖中，已經確定了工件端面至主軸箱在加工終了時距離：L1左=650mm，L2右=800mm 根據選定的動力部件及其配套部件的位置關系，并考慮動力頭的前備量因素，通過尺寸鏈就可確定中間底座尺寸LL=2（L1左+L2右+2L2+L3）-2（L 1+ L 2+ L 3）其中 L1-動力頭支承凸臺尺寸。L2-動力頭支承凸臺端面到滑座前端面加工完了時距離，由于動力頭支承凸臺端面到滑座端面最小尺寸和動力頭向前備量組成。L3-滑座前端面到床身端面距離取L=585mm。確定中間底高度尺寸時，應考慮鐵屑的儲存及排除電氣接線安排，中間底座高度一般不小于540mm。本機床確定中間底座高度為600mm。 確定主軸箱輪廓尺寸主要需確定的尺寸是主軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度h1。主軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關，可按文獻9的49頁公式計算： B=b+2b1 H=h+h1+b1式中，b工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（）；b1最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（）；h工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（）；h1最低主軸高度（）。其中，h1還與工件最低孔位置（h2=70.52）、機床裝料高度（H=1005）、滑臺滑座總高（h3=320）、側底座高度（h4=560）等尺寸有關。對于臥式組合機床， h1要保證潤滑油不致從主軸襯套處泄漏箱外，通常推薦h185-140，本組合機床按文獻9的50頁公式h1=h2+H-(0.5+h3+h4) 計算，得： h1=150.52。b=212.33,h=186.48,取b1=100，則求出主軸箱輪廓尺寸： B=b+2b1=212.33+2100=412.33 H=h+h1+b1=186.48+150.52+100=437根據上述計算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標準，主軸箱輪廓尺寸都預定為BH=500500。3.5 多軸箱的傳動系統(tǒng)設計 多軸箱傳動設計是根據動力箱驅動軸的位置和轉速、各主軸位置及其轉速要求，設計傳動鏈，把驅動軸與主軸連接起來，使各主軸獲得預定的轉速和轉向。 1.多軸箱設計的一般要求 a.在保證主軸的強度剛度轉速和轉向的條件下，力求使傳動軸和齒輪的規(guī)格數量為最少。為此盡量用一根中間傳動軸帶動多根主軸，并將齒輪布在同一排上。當中心矩不符合要求時，可采用變位齒輪或略微改變傳動比的方法解決。 b.盡量不采用主軸帶動主軸的方案，以免增加主軸的負荷，影響加工質量。 c.為了使結構緊湊，主軸箱內齒輪副的傳動比一般要大于1/2（最佳傳動比為11/1.5），后蓋內齒輪傳動副傳動比允許取至1/31/3.5；盡量避免用升速傳動，當驅動軸轉速較低時，允許先升速再降一些使傳動鏈前面的軸齒輪轉矩較小，結構緊湊，但空轉功率損升隨之增加，故要求升速傳動比小于等于2；為了使主軸上的齒輪不過大，最后一級常采用升速傳動。 d.剛性鏜孔主軸上的齒輪，其分度圓直徑要盡可能大于被加工孔的孔徑，以減少振動，提高運動的平穩(wěn)性。 e.驅動軸直接帶動的傳動軸數不能超過兩根以免給裝配帶來困難。2. 擬定多軸箱傳動系統(tǒng) 首先確定驅動軸的轉速及位置，驅動軸的轉速按動力箱型號選定，驅動軸的位置也由選定的多軸箱定下來。用最少的傳動軸及齒輪副把驅動軸和各主軸連接起來，在多軸箱設計原始依據圖中確定了各主軸的位置、轉速和轉向的基礎上，首先分析主軸的位置，擬定傳動方案，選定齒輪模數，再通過“計算、作圖和多次試湊相結合的方法，確定齒輪齒數和中間傳動軸的位置及轉速。”由于我加工的三個孔的加工方法不同，其中兩個鏜的孔直徑相差不是很大，要求的轉速差不多，而第三個孔的直徑較小，主軸轉速也相對小得多，所以選用兩條傳動路線分別驅動兩個鏜孔主軸和鉸孔主軸。由于鏜孔主軸的轉速較高且相差不多，考慮到盡量用一根傳動軸帶動多根主軸，我用了兩級傳動來驅動兩根鏜孔軸。而由于鉸孔軸的轉速較低，驅動它的傳動路線的總的傳動比較大，初步估算可達到8左右，根據前面提到的多軸箱內齒輪副的傳動比要求，我用四級傳動來滿足其轉速、轉向要求。其中動力箱輸出軸（0 軸）同時帶動兩根傳動軸。由于動力箱齒輪是標準齒輪，由表2-5,選用模數為3，齒數為21的動力箱齒輪。 表2-5 齒輪選用表模數齒數zD（mm）3216322662369247242184228823922496 第一條傳動路線（到兩鏜孔主軸）： 我先用1/1.5的傳動比帶動軸4（手柄軸），可得: 得： ?。?（2-14）則中心距 從中間傳動4軸到1軸和2軸的傳動,我選用的傳動比分別為1/1.12和1/1.25。根據金屬切削機床設計表2-1，選定兩傳動副的齒輪齒數和為91，各齒輪齒數分別為43/48和40/51，模數都選用2。則4軸和1軸、2軸的中心距分別為： 軸1的轉速為： 軸2的轉速為： 第二條傳動路線（到鉸孔主軸） 在該傳動路線的四級傳動中，我分別采用了1/2.5、1/1.5、1/1.4、1/1.5的傳動比。由0軸（動力箱輸出軸）帶動5軸采用了較大的傳動比，因為這是第四排齒輪，按照前面所提到的要求可以適當取大一點的傳動比，另外一個原因就是該傳動路線的總傳動比較大，如都采用最佳傳動比，勢必要增加中間傳動齒輪，綜合考慮各方面因素，就選用該傳動比。按這個傳動比，我選用的傳動副的齒輪齒數為21/52，模數為3。從5軸到6軸，6軸到7軸，7軸到3軸按以上定的傳動比，其傳動副齒輪齒數分別選用30/45、30/42、30/45，模數都為2。中心距分別是： 6、7、3軸的轉速分別為： 在確定主軸和各傳動軸空間位置的時候，我是根據軸與軸之間的中心距來確定的，而各中心距又是根據各傳動副的齒輪齒數和模數計算出來的，所以各個傳動副齒輪間不存在變位問題。3.6 箱體補充加工圖主軸箱一般為鑄件，材料為HT200，為通用鑄件，但由于加工對象不同，需要在通用鑄件的基礎上進行加工，如圖2-4所示： 根據設計的不同要求，需要在箱體鑄件的兩個地方修改模型或鉆孔。 在繪制中凡需要補充的部分用粗實線劃出，通用鑄件原有部分的輪廓一律用細實線劃出。 安裝軸承外徑的孔公差去K7。 圖2.6 箱體補充加工圖4 鏜孔夾具設計4.1 夾具的組成(1) 定位元件 定位元件保證工件在夾具中處于正確的位置。如圖3-2所示，鉆后蓋上的10孔，其鉆夾具如圖3-3所示。夾具上的圓柱銷5、菱形銷9和支承板4都是定位元件，通過它們使工件在夾具中占據正確的位置。(2) 夾緊裝置 夾緊裝置的作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在加工過程中受到外力(切削力等)作用時不離開已經占據的正確位置。圖3-3中的螺桿8(與圓柱銷合成一個零件)、螺母7和開口墊圈6就起到了上述作用。(3) 對刀或導向裝置 對刀或導向裝置用于確定刀具相對于定位元件的正確位置。如圖3-3中鉆套l和鉆模板2組成導向裝置，確定了鉆頭軸線相對定位元件的正確位置。銑床夾具上的對刀塊和塞 尺為對刀裝置。 (4) 連接元件 連接元件是確定夾具在機床上正確位置的元件。如圖3-3中夾具體3的底面為安裝基面，保證了鉆套1的軸線垂直于鉆床工作臺以及圓柱銷5的軸線平行于鉆床工作臺。因此，夾具體可兼作連接元件。車床夾具上的過渡盤、銑床夾具上的定位鍵都是連接元件。 (5) 夾具體 夾具體是機床夾具的基礎件，如圖3-3中的件3，通過它將夾具的所有元件連接成一個整體。 (6) 其它裝置或元件 它們是指夾具中因特殊需要而設置的裝置或元件。4.2 夾具的分類和作用（1）按專業(yè)程度劃分1）通用夾具 通用夾具是指已經標準化的，在一定范圍內可用于加工不同工件的夾具。例如，車床上三爪卡盤和四爪單動卡盤，銑床上的平口鉗、分度頭和回轉工作臺等。這類夾具一般由專業(yè)工廠生產，常作為機床附件提供給用戶。其特點是適應性廣，生產效率低，主要適用于單件、小批量的生產中。 2）專用夾具 專用夾具是指專為某一工件的某道工序而專門設計的夾具。其特點是結構緊湊，操作迅速、方便、省力，可以保證較高的加工精度和生產效率，但設計制造周期較長、制造費用也較高。當產品變更時，夾具將由于無法再使用而報廢。只適用于產品固定且批量較大的生產中。 3）通用可調夾具和成組夾具 其特點是夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調整，以適應不同零件的加工。用于相似零件的成組加工所用的夾具，稱為成組夾具。通用可調夾具與成組夾具相比，加工對象不很明確，適用范圍更廣一些。 4）組合夾具 組合夾具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的標準元件和部件組裝而成的夾具。由專業(yè)廠家制造，其特點是靈活多變，萬能性強，制造周期短、元件能反復使用，特別適用于新產品的試制和單件小批生產。 5）隨行夾具 隨行夾具是一種在自動線上使用的夾具。該夾具既要起到裝夾工件的作用，又要與工件成為一體沿著自動線從一個工位移到下一個工位，進行不同工序的加工。 （2）按使用的機床分類