方槽輪幅式底板鉆鉸組合機床設(shè)計

方槽輪幅式底板鉆鉸組合機床設(shè)計,方槽輪幅式,底板,組合,機床,設(shè)計 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 1 緒論 1.1 組合機床及其特點 組合機床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效專用機床。它能夠?qū)σ环N（或多種）零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序，生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定。 組合機床與通用機床、其他專用機床比較，具有以下特點： (1)組合機床上的通用部件和標(biāo)準零件約占全部機床零、部件總量的70~80%，因此設(shè)計和制造的周期短，投資少，經(jīng)濟效果好。 (2)由于組合機床采用多刀加工，并且自動化程度高，因而比通用機床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強度低。 (3)組合機床的通用部件是經(jīng)過周密設(shè)計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又有專門廠成批制造，因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工作可靠，使用和維修方便。 (4)在組合機床上加工零件時，由于采用專用夾具、刀具和導(dǎo)向裝置等，加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術(shù)水平要求不高。 (5)當(dāng)被加工產(chǎn)品更新時，采用其他類型的專用機床時，其大部部件要報廢。用組合機床時，其通用部件和標(biāo)準零件可以重復(fù)利用，不必另行設(shè)計和制造。 (6)組合機床易于聯(lián)成組合機床自動線，以適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)需要。 組合機床雖然有很多優(yōu)點，但也還有缺點： (1)組合機床的可變性較萬能機床低，重新改裝時有10%~20%的零件不能重復(fù)利用，而且改裝時勞動量較大。 (2)組合機床的通用部件不是為某一種機床設(shè)計的，它是具有較廣的適應(yīng)性。這樣，就使組合機床的結(jié)構(gòu)較專用機床稍為復(fù)雜些。 1.2 組合機床的分類 組合機床有大型組合機床與小型組合機床兩大類，它們不僅在體積和功率上有大小之別，而且在結(jié)構(gòu)和配置型式等方面也有很大的差異。這里主要說明大型組合機床的配置型式。大型組合機床的配置型式可分為三大類： 1、具有固定式夾具的單工位組合機床 這類組合機床夾具和工作臺都固定不動。動力滑臺實現(xiàn)進給運動，滑臺上的動力箱實現(xiàn)切削主運動。根據(jù)動力箱和多軸箱的安置方式不同，又可分為以下幾種： (1)臥式組合機床（動力箱水平安裝）； (2)立式組合機床（動力箱垂直安裝）； (3)傾斜式組合機床（動力箱傾斜安裝）； (4)復(fù)合式組合機床（動力箱具有上述兩種以上的安裝狀態(tài)）。 2、具有移動式夾具的（多工位）組合機床 這類組合機床的夾具安裝在直線移動工作臺或回轉(zhuǎn)工作臺上，并按照一定的節(jié)拍時間作間歇移動或轉(zhuǎn)動，使工位得到轉(zhuǎn)換。這類機床的配置型式，常見的有以下四種。 (1)具有移動工作臺的機床，這類機床的夾具和工件可作直線往復(fù)移動。 (2)具有回轉(zhuǎn)工作臺的機床，這種機床的夾具和工件可繞垂直軸線回轉(zhuǎn)，在回轉(zhuǎn)工作臺上每個工位通常都裝有工件。 (3)鼓輪式機床，這種機床的夾具和工件可繞水平軸線回轉(zhuǎn)。此種機床一般為臥式單面或臥式雙面，而較少采用三面配置。此外也有輻射式的，它除了安裝臥式動力部件外，還在垂直于鼓輪回轉(zhuǎn)的平面上安裝動力部件。 (4)中央立柱式機床，這種機床具有臺面直徑較大的環(huán)形回轉(zhuǎn)工作臺。在工作臺中央安裝立柱，立柱上安裝動力部件，而在工作臺的周圍還安裝有臥式動力部件，工件和夾具則安裝在回轉(zhuǎn)工作臺上，這種機床一般都是復(fù)合式的。 3、轉(zhuǎn)塔多軸箱式組合機床 轉(zhuǎn)塔多軸箱式組合機床分為兩類：單軸轉(zhuǎn)塔動力頭式組合機床和多軸轉(zhuǎn)塔頭式組合機床。前者轉(zhuǎn)塔頭的每個結(jié)合面可安裝一個剛性主軸。后者轉(zhuǎn)塔頭的每個結(jié)合面可安裝一個多軸箱。這種機床一般配置型式有： (1)轉(zhuǎn)塔式多軸箱只實現(xiàn)切削運動，被加工零件安裝在滑臺上，由滑臺實現(xiàn)進給運動； (2)轉(zhuǎn)塔式多軸箱安裝在滑臺上，轉(zhuǎn)塔式多軸箱既實現(xiàn)切削主運動又實現(xiàn)進給運動。 其中，轉(zhuǎn)塔多軸箱式組合機床可能組成雙面式或三面式，同時對工件的兩、三個平面進行加工。 1.3 組合機床的工藝范圍 組合機床可完成的工藝有銑平面、刮平面、車端面、鉆孔、擴孔、鏜孔、鉸孔、攻絲、倒锪窩、鉆深孔、切槽等。隨著綜合自動化技術(shù)的發(fā)展，組合機床可完成的工藝范圍也在不斷擴大，除了上述工藝外，還可完成車外圓、車錐面、車弧面、切削內(nèi)外螺紋、滾壓孔、拉削內(nèi)外圓柱面和平面、磨削、拋光、珩磨，甚至還可以進行沖壓、焊接、熱處理、裝配、自動測量和檢查等。 1.4組合機床的發(fā)展方向 近幾年組合機床在汽車、拖拉機、柴油機、電機、儀器、縫紉機、自行車、閥門、礦山機械、冶金、航空、紡織機械及軍工等部門已獲得廣泛的使用，一些中小批量生產(chǎn)部門也開始推廣使用。我國在組合機床及其自動線上將獲得較快的發(fā)展，其發(fā)展方向為： 1、提高通用部件的水平 衡量通用部件水平的主要標(biāo)準是：品種規(guī)格齊全，動、靜態(tài)性能參數(shù)先進，工藝性好，精度高和精度保持性好。 目前應(yīng)注意開發(fā)適應(yīng)強力銑削的大功率動力滑臺，高精度鏜削頭和高精度滑臺，以及適應(yīng)中、小批生產(chǎn)的快調(diào)、速換動力部件和支承部件。 機械驅(qū)動的動力部件具有性能穩(wěn)定，工作可靠等優(yōu)點。目前，機械驅(qū)動的動力部件應(yīng)用了交流變頻調(diào)速電機和直流伺服電機等，使機械驅(qū)動的動力部件增添了新的競爭能力。 動力部件采用鑲鋼導(dǎo)軌、滾珠絲杠、靜壓導(dǎo)軌、靜壓軸承、齒形皮帶等新結(jié)構(gòu)，支承部件采用焊接結(jié)構(gòu)等。由于提高了部件的精度和動、靜態(tài)性能，因而使被加工的工件精度明顯提高，表面粗糙度減小。 2、提高生產(chǎn)率 目前組合機床及其自動線的生產(chǎn)率不斷提高，循環(huán)時間一般是1~2分鐘，有的只用10~30秒。提高生產(chǎn)率的主要方法是改善機床布局，增加同時加工的刀具，減少加工余量，提高切削用量，提高工作可靠性以及縮短輔助時間等。為了減少自動線的停車損失，提高自動線的柔性，采用電子計算機進行自動線的管理。 3、擴大工藝范圍 現(xiàn)在組合機床及其自動線一般已不是完成一個工件的某幾道工序，而常常是用于完成工件的全部加工工序。除過去完成平面銑削、鉆孔、擴孔、锪孔、攻絲、粗鏜孔外，現(xiàn)在已擴大到能完成車削、磨削、拉削、精鏜以及非切削加工（如檢查、自動裝配、清洗、試驗以及打印分類等）工序。 4、提高加工精度 現(xiàn)在在組合機床及其自動線上又納入了很多精加工工序，如進行1級精鏜，保證孔加工位置度在0.02毫米。為了使自動線能穩(wěn)定地保證加工精度，已廣泛采用自動測量和刀具自動補償技術(shù)，保證調(diào)刀不停車。 5、提高自動化程度 目前組合機床及其自動線發(fā)展十分迅速，越來越多的組合機床用于組成自動線，組合機床本身則是全自動方向發(fā)展的。為此，重點是解決工件夾壓自動化和裝卸自動化。 6、提高組合機床及其自動線的可調(diào)性 為了提高中小批生產(chǎn)的一些箱體件的生產(chǎn)率，近幾年來發(fā)展了可調(diào)的多工序多刀具的組合機床及其自動線，它們大多采用數(shù)字程序控制。除早期發(fā)展的多品種、成組加工的組合機床及其自動線外，還創(chuàng)造了自動換刀和自動更換多軸箱的組合機床，還有用于加工中小批生產(chǎn)箱體零件的可自動更換對多軸箱的組合機床。用一臺這樣的機床就能完成一種工件的全部工序加工，能起到一條流水線的作用。特別是數(shù)字程序控制的發(fā)展，為發(fā)展這種機床創(chuàng)造了更有利的條件。 7、創(chuàng)制超小型組合機床 為了適應(yīng)儀器儀表工業(yè)小箱體加工需要，創(chuàng)制超小型組合機床是必需的。這種機床多由超小型氣動液壓頭配置而成，體積小，效率高，并能達到高的加工精度。 8、發(fā)展專用組合機床及其自動線 隨著組合機床技術(shù)的發(fā)展，過去一直被認為需按具體加工對象專門設(shè)計，而是可以作為通用品種進行成批生產(chǎn)的，用戶根據(jù)自己加工產(chǎn)品的需要，配上刀具及工藝裝備，即可組成加工一定對象的高效機床。 2 組合機床的總體設(shè)計 2.1 組合機床方案的制定 2.1.1 制定工藝方案 零件加工工藝將決定組合機床的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、總體布局和夾具結(jié)構(gòu)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(xiàn)場了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛度，加工部位的結(jié)構(gòu)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(chǎn)率要求，現(xiàn)場所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，制定出合理的工藝方案。 根據(jù)被加工零件（方槽輪幅式底板）的零件圖（圖2.1），加工6個孔的工藝過程： (1) 加工孔的主要技術(shù)要求。 4個孔直徑為Φ20mm，2個孔直徑為Φ24mm。 工件材料為HT200，HB170-241HBS 要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量2萬件，單班制生產(chǎn) (2) 工藝分析 加工該孔時，孔的位置度公差為0.05mm。 根據(jù)組合機床的工藝方法及能達到的精度，可采用如下的加工方案： 一次性加工通孔，孔徑為Φ20mm，其中2個然后擴孔Φ24。 (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(chǎn)效率減輕工人勞動量，由于工件是大批量生產(chǎn)，因此在設(shè)計時就認為是人工夾緊。 2.1.2 確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)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(yīng)保證的加工精度，是制造機床方案的主要依據(jù)。方槽輪幅式底板鉆孔的精度要求較高，可采用鉆孔組合機床。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，進給采用液壓系統(tǒng)，被加工零件圖如圖2.1所示 圖2.1 方槽輪幅式底板 (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(jié)構(gòu)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。此方槽輪幅式底板的材料是HT200、硬度HB170～241、孔的直徑為Φ20 Φ24mm。采用多孔同步加工，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，一次鉆孔，選擇立式鉆床。 (3) 零件的生產(chǎn)批量 零件的生產(chǎn)批量是決定采用單工位、多工位、自動線或按中小批量生產(chǎn)特點設(shè)計組合機床的重要因素。按設(shè)計要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為年生產(chǎn)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(shù)，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(jù)使用組合機床對車間布置情況、工序間的聯(lián)系、技術(shù)能力和自然條件等的要求來選擇適合的組合機床。 綜合以上所述：通過對方槽輪幅式底板零件的結(jié)構(gòu)特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術(shù)要求、定位、夾緊方式、工藝方法，并定出影響機床的總體布局和技術(shù)性能等方面的考慮，最終決定設(shè)計四軸頭多工位同步鉆床。 2.2 確定切削用量及選擇刀具 2.2.1 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(chǎn)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(zhuǎn)、定位誤差的影響。Φ20mm的孔在鉆孔時，直徑上工序間余量均為0.2mm。 2.2.2 選擇切削用量 確定了在組合機床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設(shè)計的組合機床為多軸同步加工在大多數(shù)情況下，所選切削用量，根據(jù)經(jīng)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(biāo)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(yīng)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(shè)計成同轉(zhuǎn)速和同的每轉(zhuǎn) 進給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足直徑的加需要，即： …………………………………2.1 式中： … ——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min） ——各主軸進給量（mm/r） ——動力滑臺每分鐘進給量（mm/min） 由于方槽輪幅式底板鉆孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求等，按照經(jīng)濟地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：孔鉆頭直徑D=20，D=24mm，進給量f=0.18mm/r、切削速度v=18m/min 2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率 根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度v及進給量f）確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動件（齒輪，傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電動（一般指動力箱）功率，通過查表計算如下： 切削力： =26…………………………2.2 =26×24×× =3654.5N 切削扭矩： =10………………………2.3 =10××× =12979N·mm 切削功率： =……………………………2.4 =9979×18/(9740×3.14×24) =0.65kw 式中： HB——布氏硬度 F——切削力（N） D——鉆頭直徑（mm） f——每轉(zhuǎn)進給量（mm/r） T——切削扭矩(N·mm) V——切削速度（m/min） P——切削功率(kw) 2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 方槽輪幅式底板的布氏硬度在HB170-241，孔徑D為20 24mm刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W18Cr4V），為了使工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、刃磨簡單，選擇標(biāo)準Φ20 24mm的麻花鉆?？准庸さ毒叩拈L度應(yīng)保證加工終了時刀具螺旋槽尾端與導(dǎo)向套之間有30～50mm的距離，以便排出切屑和刀具磨損后有一定的向前的調(diào)整量。 2.3 鉆孔組合機床總設(shè)計“三圖一卡”的編制 總體設(shè)計方案的圖紙表達形式——“三圖一卡”設(shè)計，其內(nèi)容包括： 繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖、編制生產(chǎn)率卡。 2.3.1 被加工零件工序圖 1、被加工零件工序圖的作用及內(nèi)容 被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示一臺組合機床完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位基準、夾具部位及被加工零件的材料、硬度等狀況的圖紙。它是在原零件圖基礎(chǔ)上，突出本機床的加工的內(nèi)容，加上必要的說明繪制成的，是組合機床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗和調(diào)整機床的重要技術(shù)文件。方槽輪幅式底板鉆孔組合機床的被加工零件工序圖如2.2所示。 圖上主要內(nèi)容： （1）被加工零件的形狀，主要外廓尺寸和本機床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技術(shù)要求，以及對上道工序的技術(shù)要求等。 （2）本工序所選定的定位基準、夾緊部位及夾緊方向。 （3）被加工零件的名稱、編號、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。 2、繪制被加工零件工序圖的注意事項 （1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要圖出被本機床的加工內(nèi)容。繪制時，應(yīng)按一定的比例，選擇足夠的視圖及剖位視圖，突出加工部位（用粗實線），并把零件輪廓及與機床、夾具設(shè)計有關(guān)粗實線標(biāo)記。如圖2.2中定位基準，機械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號部（用細實線）表清楚，凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應(yīng)在尺寸數(shù)值下方面用表示出來。 圖2.2方槽輪幅式底板工序圖 （2）加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基準注起，為便于加工及檢查，有時因所選定位基準與設(shè)計基準不重合，則須對加工部位要求位置尺寸精度進行分析換算。 2.3.2 加工示意圖 1、加工示意圖的作用和內(nèi)容 加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖樣上的反映，表示被加工零件在機床上的加工過程，刀具的布置以及工件、夾具、刀具的相對位置關(guān)系，機床的工作行程及工作循環(huán)等，是刀具、夾具、多軸箱、電氣和液壓系統(tǒng)設(shè)計選擇動力部件的主要依據(jù)，是整臺組合機床布局形式的原始要求，也是調(diào)整機床和刀具所必需的重要文件。圖2.3為方槽輪幅式底板鉆孔的加工示意圖 圖2.3加工示意圖 在圖上應(yīng)標(biāo)注的內(nèi)容： （1）機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。 （2）工件、夾具、刀具及多軸箱端面之間的距離等。 （3）主軸的結(jié)構(gòu)類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸、接桿、導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)尺寸；刀具與導(dǎo)向置的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式，刀具應(yīng)按加工終了位置繪制。 2、繪制加工示意圖之前的有關(guān)計算 （1）刀具的選擇 刀具選擇考慮加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素。刀具的選擇前已述及，此處就不在追述了。 （2）導(dǎo)向套的選擇 在組合機床上加工孔，除用剛性主軸的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取決于夾具導(dǎo)向。因此正確選擇導(dǎo)向裝置的類型，合理確定其尺寸、精度，是設(shè)計組合機床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時必須解決的內(nèi)容。 1）選擇導(dǎo)向類型 根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑和刀具導(dǎo)向的線速度v=18m/min，選擇固定式導(dǎo)向。 2）導(dǎo)向套的參數(shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導(dǎo)向裝置 固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準尺寸如下表： 表2.1 固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準尺 d d1 D D1 D2 l l1 l2 l3 l4 L5 24 24 22 30 34 150 40 14 12 17 46 固定裝置的配合如下表： 表2.2 固定裝置的配合 導(dǎo)向 類別 工藝 方法 D D D1 刀具導(dǎo)向 部分外徑 固定 導(dǎo)向 鉆孔 G7（或F8） H7/g6 H7/n6 g6 固定導(dǎo)向裝置的布置如圖2.4所示 圖2.4 固定導(dǎo)向裝置的布置 （3）初定主軸類型、尺寸、外伸長度 因為軸的材料為40Cr，剪切彈性模量G=81.0GPa,剛性主軸取ψ＝1／4（0）／m,所以B取2.316， 根據(jù)剛性條件計算主軸的直徑為： dB……………………………………2.59 式中： d——軸直徑（mm）（24.65） T——軸所承受的轉(zhuǎn)矩（N·mm） B——系數(shù) 本設(shè)計中主軸直徑d=25mm,主軸外伸長度為：L=115mm，D/為40/28。 （4）選擇刀具接桿 由以上可知，多軸箱各主軸的外伸長度為一定值，而刀具的長度也是一定值，因此，為保證多軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，就需要在主軸與刀具之間設(shè)置可調(diào)環(huán)節(jié)，這個可調(diào)節(jié)在組合機床上是通過可調(diào)整的刀具接桿來解決的,連接桿如圖2.5所示， 圖2.5 可調(diào)連接桿 連接桿上的尺寸d與主軸外伸長度的內(nèi)孔D配合，因此，根據(jù)接桿直徑d選擇刀具接桿參數(shù)如表2.3所示： 表2.3 可調(diào)接桿的尺寸 d D1(h6) d2 d3 L l1 l2 l3 螺母 厚度 28 Tr28×2 莫氏1號 12.061 36 145 51 42 50 12 （5）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸 從保證加工終了時主軸箱端面到工件端面間距離最小來確定全部聯(lián)系尺寸，加工示意圖聯(lián)系尺寸的標(biāo)注如圖2.3所示。其中最重要的聯(lián)系尺寸即工件端面到多軸箱端面之間的距離（圖中的尺寸321mm）,它等于刀具懸伸長度、螺母厚度、主軸外伸長度與接桿伸出長度（可調(diào)）之和，再減去加工孔深度和切出值。 （6）工作進給長度的確定 如圖2.6工作進給長度應(yīng)等于工件加工部位長度L與刀具切入長度和切出長度之和。切入長應(yīng)應(yīng)根據(jù)工件端面誤差情況在5～10mm之間選擇，誤差大時取大值，因此取=8mm，切出長度=1/3d+(3～8)= x14+712mm，所以=8+12+12=32mm. （7）快進長度的確定 考慮實際加工情況，在未加工之前，保證工件表面與刀尖之間有足夠的工作空間，也就是快速退回行程須保證所有刀具均退至夾具導(dǎo)套內(nèi)而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為120mm，快退長度等于快速引進與工作工進之和，因此快進長度120-45=75mm. 圖2.6 工作進給長度 2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 圖2.7 機床聯(lián)系尺寸圖 1、聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容 一般來說，組合機床是由標(biāo)準的通用部件——動力箱、動力滑臺、立柱、立柱底座加上專用部件組合而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配和運動關(guān) 系，以檢驗機床各部件的相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足要求，通用部件的選擇是否合適，并為進一步開展主軸箱、夾具等專用部件、零件的設(shè)計提供依據(jù)。聯(lián)系尺寸圖也可以看成是簡化的機床總圖，它表示機床的配置型式及總體布局。 如圖2.7所示，機床聯(lián)系尺寸圖的內(nèi)容包括機床的布局形式，通用部件的型號、規(guī)格、動力部件的運動尺寸和所用電動機的主要參數(shù)、工件與各部件間的主要聯(lián)系尺寸，專用部件的輪廓尺寸等。 2、選用動力部件 選用動力部件主要選擇型號、規(guī)格合適的動力滑臺、動力箱。 （1）滑臺的選用 通常，根據(jù)滑臺的驅(qū)動方式、所需進給力、進給速度、最大行程長度和加工精度等因素來選用合適的滑臺。 1）驅(qū)動形式的確定 根據(jù)對液壓滑臺和機械滑臺的性能特點比較，并結(jié)合具體的加工要求，使用條件選擇HY系列液壓滑臺。 2）確定軸向進給力 滑臺所需的進給力 =∑=6×3654.5N =21927N 式中： ——各主軸加工時所產(chǎn)生的軸向力 由于滑臺工作時，除了克服各主軸的軸的向力外，還要克服滑臺移動時所產(chǎn)生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進給力應(yīng)大于＝21.9KN。 3）確定進給速度 液壓滑臺的工作進給速度規(guī)定一定范圍內(nèi)無級調(diào)速，對液壓滑臺確定切削用量時所規(guī)定的工作進給速度應(yīng)大于滑臺最小工作進給速度的0.5～1倍;液壓進給系統(tǒng)中采用應(yīng)力繼電器時，實際進給速度應(yīng)更大一些。本系統(tǒng)中進給速度=n·f=18mm/min。所以選擇1HY32ⅡA液壓滑臺，工作進給速度范圍20～650mm/min，快速速度10m/min。 4）確定滑臺行程 滑臺的行程除保證足夠的工作行程外，還應(yīng)留有前備量和后備量。前備量的作用是動力部件有一定的向前移動的余地，以彌補機床的制造誤差以及刀具磨損后能向前調(diào)整。本系統(tǒng)前備量為20mm，后備量的作用是使動力部件有一定的向后移動的余地，為方便裝卸刀具，這里取80mm,所以滑臺總行程應(yīng)大于工作行程，前備量，后備量之和。 即：行程L＞120+20+80=220mm，取L＝630mm。綜合上述條件，確定液壓動力滑臺型號1HY32ⅡA,以及相配套的滑臺底座（1CC321型）。 （2）由下式確定動力箱的選用 動力箱主要依據(jù)多軸所需的電動機功率來選用，在多軸箱沒有設(shè)計之前，可算 ＝／η……………………………2.6 ＝6*0.43／0.8 ＝3.225KW 式中：η——多軸箱傳動效率，加工黑色金屬時η＝0.8～0.9；有色金屬時η＝0.7～0.8，本系統(tǒng)加工HT200，取η＝0.8． 動力箱的電動機功率應(yīng)大于計算功率，并結(jié)合主軸要求的轉(zhuǎn)速大小選擇。因此，選用電動機型號為Y132M1-6的1TD32I型動力箱，動力箱輸出軸至箱底面高度為180mm。主要技術(shù)參數(shù)如下表： 表2.4電機型號及參數(shù) 主電機傳動型號 轉(zhuǎn)速范圍（r/min） 主電機功率（） 配套主軸部件型號 電機轉(zhuǎn)速 輸出轉(zhuǎn)速 D50 Y132M1-6 960 470 4 1HY32ⅡA,1CC321,1CD321 3、配套支承部件的選用 立柱底座1CD322。 4、確定裝料高度 裝料高度指工件安裝基面至機床底面的垂直距離，在現(xiàn)階段設(shè)計組合機床時，裝料高度可視具體情況在H＝580～1060mm之間選取，本系統(tǒng)取裝料高度為800mm。 5、中間底座輪廓尺寸 中間底座的輪廓尺寸要滿足滑臺在其上面聯(lián)接安裝的需要，又考慮到與立柱底座相連接。因此，中間底座采用側(cè)底座1CD321。 6、確定多軸箱輪廓尺寸 本機床配置的多軸箱總厚度為340mm，寬度和高度按標(biāo)準尺寸中選取。計算時，多軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=320，H=250 根據(jù)上述計算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準，最后確定主軸箱輪廓尺寸B×H=320×250mm。 2.3.4 生產(chǎn)率計算卡 生產(chǎn)率計算卡是反映所設(shè)計機床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產(chǎn)率、負荷率等技術(shù)文件，通過生產(chǎn)率計算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產(chǎn)率及負荷率的要求。計算如下： 切削時間： T切= L/vf+t?！?.7 = 45/74.7＋10/415 =0.625 min 式中： T切——機加工時間（min） L——工進行程長度（mm） vf—— 刀具進給量（mm/min） t?！罁蹊F停留時間。一般為在動力部件進給停止?fàn)顟B(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)5～10 r所需要時間。這里取10r 輔助時間 T輔 = +t移+t裝……………………2.8 = （75＋120）/1000+0.13+2 = 2.325min 式中： L3、L4 ——分別為動力部件快進、快退長度（mm） vfk ——快速移動速度（mm/min） t移 ——工作臺移動時間（min）,一般為0.05～0.13min,取0.13 min t裝 ——裝卸工件時間（min）一般為0.5～1.5min,本例取2min 機床生產(chǎn)率 Q1 = 60/T單…………………………………2.9 = 60/（T切+T輔） =60/（0.625+3.295） =15.3 件/h 機床負荷率按下式計算 η = Q / Q1×100%…………………………2.10 = A / Q1tk×100% =20000/15.3×1950×100% =67.04% 式中：Q——機床的理想生產(chǎn)率（件/h） A——年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件） tk——年工作時間，單班制工作時間tk =1950h 表2.5 生產(chǎn)率計算卡 2.4 多軸箱的設(shè)計 2.4.1 繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖 多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的如圖2.8所示: 圖2.8 鉆孔組合機床多軸箱 圖中多軸箱的兩定位銷孔中心連線為橫坐標(biāo)，工件加工孔對稱，選擇箱體中垂線為縱坐標(biāo)，在建立的坐標(biāo)系中標(biāo)注輪廓尺寸及動力箱驅(qū)動軸的相對位置尺寸。主軸部為逆時針旋轉(zhuǎn)（面對主軸看）。 主軸的工序內(nèi)容，切削用量及主軸尺寸及動力部件的型號和性能參數(shù)如表 2.6所示： 表2.6 主軸外尺寸及切削用量 軸號 主軸外伸尺寸 工序 內(nèi)容 切削用量 D/d L N （r/min） V (m/min) f (mm/r) Vf (mm/min) 1、2、 3、4 40/28 115 鉆Φ20 24 415 18 0.18 74.7 注：1．被加工零件編號及名稱：箱體材料：HT200 JB297-62；硬度: HB170-241， 前、后、側(cè)蓋等材料為HT150 2．動力部件型號：1TD32I動力箱，電動機型號Y112M-6；功率P＝2.2kw。 2.4.2 齒輪模數(shù)選擇 本組合機床主要用于鉆孔，因此采用滾珠軸承主軸。 齒輪模數(shù)m可按下式估算： m=(30～32)=32×≈2.1……………2.11 式中：m——估算齒輪模數(shù) P——齒輪所傳遞的功率（kw） Z——對嚙合齒中的小齒輪數(shù) N——小齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min） 多軸箱輸入齒輪模數(shù)取m=2.5。 2.4.3 多軸箱的傳動設(shè)計 （1）根據(jù)原始依據(jù)圖（圖2.8），畫出驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)位置。如下表： 表2.7 驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)值 坐標(biāo) 銷O1 驅(qū)動軸O 主軸1 主軸2 主軸3 主軸4 X －175 0 37 37 -37 -37 Y 0 86.5 103.5 149.5 149.5 103.5 （2）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù) 圖2.9 齒輪的最小壁厚 1）最小齒數(shù)的確定 為保證齒輪齒根強度，根據(jù)《組合機床簡明設(shè)計手冊》可知，驅(qū)動軸齒數(shù)要在21-24之間。 2）傳動軸2為主軸1，2，3，4都各自在同一同心圓上。 多軸箱的齒輪模數(shù)按驅(qū)動軸齒輪估算 ………………………2.14 多軸箱輸入齒輪模數(shù)取m=2.5。主軸1，2，3，4要求的轉(zhuǎn)速一致且較高，所以采用降速傳動。主軸齒數(shù)選取Z=21，傳動齒輪采用z=22齒的齒輪，變位系數(shù)。傳動軸的轉(zhuǎn)速為: …………………………2.15 由于前面選取了主軸直徑為40，顯然傳動軸直徑都選取40，這樣為了減少傳動軸種類和設(shè)計題目需要由于傳動軸轉(zhuǎn)速是，則驅(qū)動軸至傳動軸的傳動比為: ……………………………2.16 所以選擇兩級傳動，且傳動比分配為：一級為1.0×1.0;二級為1.4×1.0。 驅(qū)動軸的直徑為40mm，由《組合機床簡明設(shè)計手冊》查得知：t=33.3mm,當(dāng)m=3時，驅(qū)動軸上的齒數(shù)為： Zmin≥………2.17 去驅(qū)動齒輪齒數(shù)Z=24。 通用的齒輪有三種，即傳動齒輪、動力箱齒輪和電機齒輪。材料均為45鋼，熱處理為齒部高頻淬火G54。本機床齒輪的選用按照下表選用 表2.8齒輪種類及參數(shù) 齒輪種類 寬度（mm） 齒 數(shù) 模數(shù)（mm） 孔徑（mm） 驅(qū)動軸齒輪 24 32 17～50連續(xù) 17～70 2、2.5、3 2、2.5、3、4 15、20、30、35、40 25、30、35、40、50 傳動軸齒輪 44（B型） 21-24 3 25、30、35、40、50 輸出軸齒輪 32 21-24 3 18、22、28、32、36 計算各主軸轉(zhuǎn)速 使各主軸轉(zhuǎn)速的相對轉(zhuǎn)速損失在5%以內(nèi)，由公式：V= 知： n1=n2=n3=n4=18x1000/3.14/14=415r/min…………………2.18 2.4.4 繪制傳動系統(tǒng)圖 傳動系統(tǒng)圖是表示傳動關(guān)系是示意圖，即用以確定的傳動軸將驅(qū)動軸和各主軸連接起來，繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動示意圖，如圖2.10所示 圖2.10 鉆孔多軸箱傳動系統(tǒng)圖 圖中傳動軸齒輪和驅(qū)動軸齒輪為第Ⅰ排。在圖中標(biāo)出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、變位系數(shù)，以校核驅(qū)動軸是否正確。另外，應(yīng)檢查同排的非嚙合齒輪是否齒頂干涉；還畫出主軸直徑和軸套直徑，以避免齒輪和相鄰的主軸軸套相碰。 2.4.5 傳動零件的校核 （1）驗算傳動軸的直徑 校核傳動軸以承受的總扭矩最大傳動軸5，由它驅(qū)動的有主軸1、2、3、4 主軸扭矩：T1=T2=T3=T4=9979N·mm 油泵軸的扭矩：查得R12-1A油泵的最高壓力為0.3MPa、排量為5.88ml/r。假設(shè)在理想無泄漏狀態(tài)， 即： P·q=T·ω 式中：P——油泵的壓力N/㎡ q——油泵的排量m3/s T——輸入扭矩N·m ω——輸入角速度rad/s 單位換算： P=0.3MPa=0.3×106Pa n =550r/min=9.17r/s…………………………………2.19 q=5.88×9.17=53.92ml/r=53.92×10-6m3/s…………………2.20 ω=2πn/60=2×3.14×550/60………………………………2.21 =57.57rad/s 代入公式： P·q=T·ω…………………………………………………2.22 53.92×10-6×0.3×106=57.57T6 解得：T6=281N·mm T5=T1/i5-1+T2/i5-2+T3/i5-3+T4/i5-4+T6/i5-6……………………………2.23 =4×9979/0.914+281/0.667 =44093.06N·mm 根據(jù) d=B=2.316×=33.6mm<35mm 因此傳動軸4是符合要求的。 結(jié)論 本課題開發(fā)研制的鉆孔組合機床，用于加工方槽輪幅式底板的6個孔。在開發(fā)過程中，針對加工過程中存在的難點進行了攻關(guān)。在鉆床的設(shè)計上采取了一系列的措施，保證了被加工孔的加工精度。主要完成了以下工作： 1、對方槽輪幅式底板的6個孔的加工工藝進行了分析研究，明確了6個孔加工的技術(shù)要求和工藝要點。 2、恰當(dāng)?shù)剡x擇了機床的切削參數(shù)，動力頭及液壓滑臺驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 3、采用液壓滑臺驅(qū)動動力頭和多軸箱實現(xiàn)進給，驅(qū)動工件實現(xiàn)兩工位運動。制定了液壓滑臺的進給工作循環(huán)。經(jīng)分析證明可以滿足工藝要求。 4、設(shè)計了穩(wěn)定可靠的多軸箱和鉆模板，從而保證了被加工孔的精度要求。 5、根據(jù)通用、經(jīng)濟的原則，選擇了刀具，滿足了工藝的需要。 設(shè)計的鉆孔組合機床，保證了加工孔的生產(chǎn)質(zhì)量，提高工效3倍以上，加工成本大幅下降。 本項工作還有許多值得完善的地方，例如：裝夾、定位由人工完成，效率較低；自動化程度有待提高等問題。這些問題通過改進設(shè)計、完善工藝、現(xiàn)場的不斷實踐、總結(jié)，必將會得到進步的提高。 · 致 謝 “鍥而不舍，朽木不折；鍥而不舍，金石可鏤?！苯?jīng)過二個多月的馬拉松式的緊張設(shè)計，隨著這份《設(shè)計說明書》的收筆也即將告捷?；叵肫鹪O(shè)計的過程，酸甜酸苦辣一言難盡。雖然時間的緊迫和就業(yè)的壓力始終徘徊在設(shè)計的過程中，但畢竟收獲的喜悅還是勝過了工作的幸勞。非常慶幸能在畢業(yè)之際交上一份令自己滿意的答卷。 本次畢業(yè)設(shè)計課題內(nèi)容覆蓋面廣。涉及到機械、液壓、電氣控制等多門主干課程，通過認真實習(xí)、調(diào)查、分析、研究、查閱大量參考資料，順利地完成了此次的畢業(yè)設(shè)計。這次的設(shè)計中，我也發(fā)現(xiàn)自己在基礎(chǔ)課和專業(yè)課上存在的缺陷，在張老師的悉心指導(dǎo)和同組同學(xué)的幫助下，我也逐漸地彌補自己的缺陷，努力將自己的設(shè)計做好。 通過此次畢業(yè)設(shè)計，我了解和掌握了組合機床設(shè)計的基本要求、步驟、方法及應(yīng)考慮的有關(guān)問題，并鞏固和深化了大學(xué)三年中幾乎所有專業(yè)知識，培養(yǎng)了科學(xué)的思維、工作方式和理論聯(lián)系實際的能力，更是體會到了相互協(xié)作的工作精神，給即將踏上工作崗位的我們起到一次很好地實戰(zhàn)練兵演習(xí)，為將來的工作打下基礎(chǔ)。 在本次設(shè)計中，全部由XX教授指導(dǎo)，張老師工作細致，嚴謹治學(xué)，不僅在設(shè)計中給予我極大的幫助，指導(dǎo)我完成工作，還教給我許多做人的道理：“多讀書，求甚解”，“活到老，學(xué)到老”，我感受很深，不懂不可怕，重要努力去弄懂。張老師作為一位碩士生導(dǎo)師，教給我們這些做人做事的道理，在以后的生活工作中都是非常有用的，在此表示深沉地謝意！同時，借此機會謹向教誨過我的老師們表示深深地謝意；向在身后一如既往地支持我的父母表示深深地謝意；向在設(shè)計過程中關(guān)心和幫助我的同學(xué)表示深深地謝意！ 由于本人設(shè)計經(jīng)驗不足，不妥之處在所難免，水平亦有限，懇請各位老師批評指正。 · 參考文獻 [1] 章宏甲.黃誼主編．液壓傳動. 北京:機械工業(yè)出版社.1993 [2] 謝家瀛主編．組合機床設(shè)計簡明手冊．北京:機械工業(yè)出版社.1994 [3] 大連組合機床研究所編.組合機床設(shè)計第一冊．北京:機械工業(yè)出版社.1975 [4]李天無主編.簡明機械工程師手冊. 北京:北京機械工業(yè)出版社.1984 [5] 大連組合機床研究所編.組合機床參考圖冊.北京:機械工業(yè)出版社.1975 [6] 彭文生等主編．機械設(shè)計．華中理工大學(xué)出版社.2001 [7] 唐增寶等主編．機械設(shè)計課程設(shè)計．華中理工大學(xué)出版社.1999 [8] 上海第二工業(yè)大學(xué)液壓教研室編．液壓傳動與控制. 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.1975 [9]沈陽工學(xué)院等編.組合機床設(shè)計. 上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.1985 [10] 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