組合機床總體設計

組合機床總體設計,組合,機床,總體,整體,設計 中原工學院畢業(yè)設計（論文） 目 錄 第一章 引言………………………………………………………………… 6 1.1本課題提出的背景及意義………………………………………………… 6 1.2國內研究現(xiàn)狀……………………………………………………………… 6 1.3本論文的主要內容………………………………………………………… 6 第二章 工藝方案的擬定……………………………………………………7 2.1 梳棉機箱體結合件零件的工藝技術分析………………………………… 7 2.2 定位分析、基準選取及制定工藝路線…………………………………… 8 第三章 鉆夾具設計………………………………………………………… 11 3.1 梳棉機箱體結合件鉆孔組合機床夾具分析……………………………… 11 3.2 定位夾緊方案的確定……………………………………………………… 11 3.3 刀具選擇及切削用量的選取……………………………………………… 11 3.4 夾具體設計………………………………………………………………… 13 第四章 組合機床總體設計………………………………………………… 17 4.1 被加工零件工序圖……………………………………………………………17 4.2 加工示意圖……………………………………………………………………18 4.3 機床聯(lián)系尺寸圖……………………………………………………………… 4.4 機床分組……………………………………………………………………… 第五章 液壓系統(tǒng)設計……………………………………………………… 5.1液壓壓緊系統(tǒng)設計…………………………………………………………… 5.2 鉆削進給液壓系統(tǒng)設計……………………………………………………… 第六章 多軸箱——右主軸箱設計………………………………………… 6.1引言………………………………………………………………………… 6.2繪制多軸箱設計原始依據圖…………………………………………………… 第七章 經濟性分析……………………………………………………………… 7.1箱體結合件加工工藝的制定：…………………………………………………… 7.2 夾具定位加緊分析： …………………………………………………………… 7.3組合機床應用分析：……………………………………………………………… 第八章 結論和展望……………………………………………………………… 參考文獻………………………………………………………………………………致謝…………………………………………………………………………………… 附件…………………………………………………………………………………… 主要符號表 符 號 單 位 意 義 M 牛.米 彎矩 F 牛 力 n 轉每分 轉速 Z 齒數(shù) m 模數(shù) d 毫米 直徑 v 米每秒 速度 S 轉每毫米 進給量 L 毫米 長度 P 千瓦 功率 T 牛.米 扭矩 q 升每分 流量 p 帕 壓力 t 秒 時間 第一章 引言 1.1本課題提出的背景和意義 梳棉機是棉紡工藝流程中的關鍵性機臺,被稱為紡紗工藝的“心臟”設備。進入九十年代，我國的梳棉機主要是在吸收國外先進技術的基礎上進行研制，國內梳棉機的科研力量比較薄弱，國外各公司先后推出了具有國際先進水平的梳棉機C50, C51, DK760, DK788, DK803, DK903, CX400, MK5等超高產梳棉機，產量為50-120kgtho 2004年國外又推出了TC03, C60, MK6等超高產梳棉機。在消化吸收并結合我國研究高產梳棉機的經驗基礎上，2004年中國紡機集團清梳機械事業(yè)部推出了JFW1201, 202型高產梳棉機，可以被認為是我國的第四代梳棉機，主要滿足國產清梳聯(lián)的要求。 在第四代梳棉機生產過程中，先進的生產工藝和生產設備被引入。本文針對組合機床在梳棉機制造過程中的應用現(xiàn)狀，以梳棉機箱體結合件的加工為例，闡述了工藝、工裝、組合機床的設計過程及其與經濟效益之間的關系。 1.2國內研究現(xiàn)狀 國內 曾 有 過以下記載:(1)青島紡機廠宮業(yè)全1984年主編的《梳棉機現(xiàn)狀及發(fā)展前景》一書介紹了八十年代以前國內外梳棉機的概況、現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢;(2)由山東紡織工程學會1987年編寫的《高產梳棉機研制工作組三十周年紀念?？方榻B了工作組部分人員的一些研究體會和經驗總結;(3) 2003年青島紡機廠編寫的《梳棉技術發(fā)展與創(chuàng)新文獻匯編》收錄了關于梳理技術方面的較有價值的文章近30篇。其中 資 料 (1)和(2)都是針對某一特定時期內情況進行編寫的，而且主要介紹的是高產梳棉機試驗工作組的研究情況，內容也主要局限于梳棉機的工藝技術理論方面，而對梳棉機加工設備的發(fā)展現(xiàn)狀沒有系統(tǒng)的總結。本文結合前有文章，以梳棉機箱體結合件為例進行了工藝技術及加工設備、裝夾設備的簡單設計。 1.3本論文的主要內容 本文從五個方面即梳棉機箱體結合件的加工工藝、組合鉆孔工序的工裝設計、液壓控制系統(tǒng)設計、組合機床設計對梳棉機箱體結合件的制造做了詳細的闡述，簡要說明了現(xiàn)代制造工藝和制造設備與梳棉機的關系。 第二章 工藝方案的擬定 2.1 梳棉機箱體結合件零件的工藝技術分析 梳棉機箱體結合件零件如圖1-1： 圖2-l 梳棉機箱體結合件圖 主要技術參數(shù)如下： 2.1.1面： （1） 上下兩平面的光潔度 （2） 兩側面、兩端面及結合面的光潔度 2.1.2 孔： （1）光潔度：軸向中心孔、橫向孔及其余 （2）平行度： （3）同軸度 （4）垂直度 2.1.3 螺紋孔：6-M6-6H M10-6H M12X1.25-6H M12-6H 2.1.4 位置度：一般公差為即可。 2.1.5 技術要求：1）時效處理 2）涂防銹漆 通過對圖上眾多標準及要求分析，可找出此工件上重要的加工表面和孔：底面B、結合面F、端面M、軸向孔φ52、橫向孔φ47、φ62、φ90，這樣在分析選取時就以保證這些部位的技術要求為前提。 2.2 定位分析、基準選取及制定工藝路線 根據生產綱領，該零件屬于大批大量生產，因此采用砂型鑄造的方法來進行毛坯生產。該零件的各個表面均為毛坯面，為加工需要，先加工一基準面為后備工序做準備。該箱體結合件分為箱體和箱蓋兩部分，箱體外形面有側面A、端面M、底面B，依據便于裝夾的原則及利于后續(xù)加工的原則，確定箱體底面B作為多道工序加工的基準面。 有以上分析： 2.2.1 粗基準的選擇： 以F面為粗基準，定位裝夾簡單可靠。 2.2.2 選擇精基準： 從各個表面的精度位置進行分析： 以B面作為精基準。 這樣在后續(xù)加工過中，裝夾方便可靠，又能滿足加工要求。其它各面的加工精度雖然比基準面要高，但與基準面無特殊的形位公差，因此只需一次粗加工即可。 2.2.3 重要工序分析： （1）箱體結合面F的粗糙度為3.2，以B面和A面及端面為定位基準，進行加工。 （2）主軸孔φ52的定位：該孔有同軸度和平行度要求，因此，定位時以基準面B為主定位面，側面A為副定位面，為防止軸向竄動在端部加一定位銷。 (3) 孔φ47、φ62、φ90的定位：此三孔中，φ62、φ90有嚴格的位置要求，這兩孔的加工應以B面為主定位面，端面為輔助定位面，采用臥式組合鏜床進行加工。φ47加工方法類似。 （4）工序前后分配的注意事項：在大批大量生產過程中，粗精加工應分開進行，這樣工件能得到較好的冷卻，減少熱應變及內應力變形的影響，有利于保證加工精度。同時可以避免粗加工產生振動等不利因素，也有利于精加工機床精度的保持。 2.2.4 工藝路線： 基于以上分析，工藝路線制定如下： 0# 鑄造 5# 時效處理 10# 漆底漆 15# 劃線 20# 粗銑箱體底面 25# 粗、精銑箱體結合面 30# 粗、精銑箱蓋結合面 35# 鉆φ5.2光孔，鉸制兩銷孔 40# 鉆φ5.2光孔，攻制6螺釘M6X30螺紋孔 45# 粗、精銑兩側面 50# 粗、精銑兩端面 55# 粗、半精、精鏜φ52孔，刮環(huán)槽φ55 60# 粗、半精、精鏜φ62、φ90孔 65# 粗、半精、精鏜φ47孔，刮環(huán)槽φ49.5 70# 鉆兩端面6Xφ5.2孔，攻制6-M6-6H螺紋孔 75# 鉆、攻制箱體底面螺紋孔 80# 鉆、鉸φ6H12通孔 85# 锪φ20孔，鉆、攻制M10螺紋孔 90# 锪φ25孔，鉆、攻制M12螺紋孔 95# 鉆、攻制側面M12螺紋孔 100# 清洗去毛刺 105# 檢驗 110# 涂防銹漆 注：(1)工藝路線中，45#、50#兩工序采用雙面復合式多工位銑刀，一次加工完成。 （2）鉆孔和攻制螺紋孔的工序建議采用組合機床，可以大大提高加工效率。 （3）鏜孔工序采用多工位鏜刀，一次完成加工。 第三章 鉆夾具設計 3.1 梳棉機箱體結合件鉆孔組合機床夾具分析 3.1.1 根據工件不同的生產條件，可以有各種不同的安裝方法：a)找正安裝法．b)夾具安裝法． 3.1.2 基本定位原理分析： 這里討論6點定位中，6個自由度的消除，以便找出較合適的定位夾緊方案．一個物體在空間可以有6個獨立的運動，即沿X、y、Z軸的平移運動，分別記為 。X1、Y1、Z1；繞X、y、Z軸的轉動，記為x 、y 、z ，習慣上，把上述6個獨立運動稱作6個自由度．如果采用一定的約束措施，消除物體的6個自由度，則物體被完全定位．例如討論長方體工件時，可以在底面布置3個不共線的約束點，在側面布置2個約束點，在端面布置一個約束點，則底面約束點可以限制X2、Y2 、Z2 3個自由度，側面約束點限制X1、Z12個自由度，端面約束點限制y。這個自由度，就完全限制了長方體工件6個自由度． 3.1.3 夾緊力“兩要素”，方向與作用點： 夾緊力方向應朝向定位元件，并使所需的夾緊力最?。_定夾緊力作用點的位置時應不破壞定位．夾緊力作用點的位置應盡可能靠近加工部位，以減小切削力繞夾緊力作用點的力矩，防止工件在加工過程中產生轉動或震動．應保證夾緊變形不影響加工精度．夾緊力作用點數(shù)目應使工件在整個接觸面上受力均勻，接觸變形?。? 3.2 定位夾緊方案的確定 如圖1-1所示，此元件屬于箱體類元件。一般的定位方法有：一面兩銷定位法和兩面一銷定位法。通過比較分析決定采用兩面一銷定位法。在鉆孔加工時，底面和側面采用定位板進行定位，端面采用定位釘來限制工件自由度。通過分析發(fā)現(xiàn)，該工件被完全定位。 3.3 刀具選擇及切削用量的選取 3.3.1 技術分析： 孔的類型：螺紋孔M6 精度等級：6H 材料： 灰鑄鐵 硬度： HB190 左端面為通孔 加工深度L=10mm 右端面為盲孔 加工深度L=15mm 3.3.2 刀具選擇： 一般的鉆頭類型決定于加工性質，被加工孔的位置，工件材料，生產批量及經濟性等。此工序中的螺紋孔無特別加工要求，屬于直徑小、深度淺、生產批量大、材料為常用鑄鐵。參考《組合機床設計》P500所述，推薦使用標準高速錐柄麻花鉆。但采用這種鉆頭，由于其倒錐度大，鉆頭與鉆套間隙也較大，股組合機床上的位置精度較低，大約0.2左右。若想提高精度，可采用以下幾項措施： （1） 適當選取導向套到工件表面距離及導套長度。 （2） 減少導向套和鉆頭間隙。 （3） 減少鉆頭的制造公差和倒錐度。 此外，還可采用硬質合金錐柄锪直柄麻花鉆，這可提高鉆頭的耐用度，但其切削速度要提高，走刀量也比高速鋼鉆頭低。 3.3.3 切削用量的選?。? 由于組合機床有大量刀具同時工作，為了使機床正常工作，不經常停車換刀，而達到較高的生產率。所選擇的切削用量比一般通用機床的切削用量要低一些?？傮w上說：在采用多軸加工的組合機床的切削用量和切削速度要低一些。根據現(xiàn)有組合機床使用情況，多軸加工的切削用量比通用機床單刀加工的切削用量約30%左右。 查閱《組合機床設計》P47表2-7 加工直徑：d=5.2mm 切削速度：v=12m/min n=732r/min 進給量： f=0.1mm/r 鉆頭的實際參數(shù)，查閱《金屬機械加工工藝人員手冊》P838表10-22續(xù)： 3.3.4 工作行程的確定和鉆模板的設計 （1）鉆模板設計： 鉆模是用來保證工件孔系的位置精度的。他應有足夠的強度和剛度，避免因變形而影響鉆套的導向精度。在組合機床孔加工工序中，除采用剛性主軸加工方法外，多數(shù)情況下多數(shù)情況下都讓切削刀具在導向裝置中工作。在本道孔加工工序中因主軸為非剛性主軸，故采用鉆模導向裝置，其作用是： 1）保證刀具對工件的正確位置。 2）保證各刀具相互間的正確位置。 3）提高刀具系統(tǒng)的支承剛度。 已知鉆頭直徑d=5.2mm，參照《組合機床設計》P221表3-3，選擇鉆模板厚度為L=22mm。鉆模板形式為固定式鉆模板，鉆套采用可換式鉆套，這樣便于磨損后可以快速更換。鉆套、襯套、鉆套螺釘其具體參數(shù)具體參數(shù)《機床夾具設計手冊》 P298：可換鉆套 圖2-1-46 P308：鉆套用襯套 圖2-1-85 內徑:d=12mm ；外徑：D=16mm P310：鉆套用螺釘 圖2-1-60 M6 鉆模板與被加工零件之間的距離不宜過大，取4mm。 （3） 工作行程的確定： 在本道工序加工過程中，采用組合機床進行加工，各動力頭工作情況一樣，故其工作循環(huán)也一樣： 由于被加工孔無特殊要求，故采用圖示工作循環(huán)方式： 圖3-1 工作行程圖 設計過程中注意的因素： 1） 工件為大批大量生產，加工效率要求很高，要求每次加工耗時少，因此?？爝M距離不宜過長。 2） 鉆孔過程中，無需考慮孔內壁是否有直線痕或螺旋痕。 3） 每次鉆孔前至少在加工表面前3mm處開始工進。 從而確定： 工進距離 考慮到大批量生產、導向原因等因素取 快退距離 3.3.5 主軸尺寸類型及接桿選擇： 主軸尺寸詳見第五章主軸箱設計。 接桿：查《組合機床簡明設計手冊》P174 表8-2，采用特長可調接桿。 3.4 夾具體設計： 3.4.1 定位支撐的選擇： 根據前面所述，本工序采用兩面一銷的定位方式，即底面限制三個自由度；側面為一窄長平面限制兩個自由度；端面為一定位銷限制一個自由度。 結合實際生產情況：批量大，生產率高。這樣的話，加工過程中，會頻繁的移動工件位置，對定位表面產生摩擦，定位精度減低，夾具體使用壽命減低?；谶@種情況，在實際過程中，采用面支撐板代替底面定位支撐。這樣更換較方便，成本較低，同樣側面用以支撐板代替，端面仍是用定位銷定位。 選用支撐板及銷的情況如下圖： 圖3-2 定位元件 支撐板的選用參照《機床夾具設計手冊》P272圖2-1-10 支撐釘?shù)倪x用參照《機床夾具設計手冊》P271圖2-1-9 3.4.2 夾具結構設計及尺寸確定： （1）設計原則： 由于此工件為大批大量生產，需滿足以下幾點要求： 1） 安裝方便，夾緊迅速可靠 2） 結構剛度好 3） 夾具設計誤差小最好采用一體結構。 （2）方案確定 圖 3-3 鉆孔工序的定位與夾緊示意圖 基于以下設計原則及定位夾緊情況，結合實際生產活動中所使用的組合夾具情況，采用箱式夾具體結構，并采用液壓夾緊機構： 結構特點： 1） 各定位面之間的位置精度好: 由于夾具采用箱體式結構，個面之間的精度要求可通過后期加工來保證，可消除分散機構因裝配產生的裝配誤差。 2） 結構簡單： 采用這種結構，鉆模板可以直接安裝在箱壁上；液壓壓緊裝置置于頂部，向下壓緊工件，操作方便。 3） 尺寸的確定： 由上述可知，箱體側壁與工件加工表面之間的距離為4mm，具體結構如下： 圖 3-4 夾具結構圖 箱體壁厚：經驗值推薦25-30mm，由于箱體頂部承受工件壓緊力反作用力，選用26mm壁厚來保證其強度。兩側厚度根據鉆模板類型選取25mm壁厚，被保證其強度要求采用加強肋板結構。 液壓缸的選取詳見第五章。 第四章 組合機床總體設計 機床的總體設計就是繪制組合機床“三圖一卡”，就是針對具體零件，在選定的工藝和結構方案的基礎上，進行組合機床總體方案圖樣設計。其內容包括：繪制加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和繪制生產功率計算卡等。 4.1 被加工零件工序圖 4.1.1 被加工零件工序圖的作用與內容 被加工零件工序圖是在被加工零件圖基礎上，突出本機床或自動線的加工內容，并作必要說明而繪制的。其主要內容包括如下： （1） 被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本機床設計有關部位結構形狀和尺寸。 （2） 本工序選用的定位基準、夾緊部位及方向。 （3） 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上道工序的技術要求。 （4） 注明加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量。 鉆梳棉機箱體結合件兩端面孔的被加工零件工序圖如圖3-1所示. 圖4-1 被加工零件工序圖 4.1.2 繪制被加工零件圖的規(guī)定及注意事項： （1）繪制被加工零件工序圖的規(guī)定 為使被加工零件工序圖表達清晰明了，突出本工序內容，繪制時規(guī)定；應按一定比例，繪制足夠的視圖以剖面；本工序加工部位用粗實線表示，其余部位用細實線表示；定位基準符號用，并下標數(shù)表明消除自由度量。 （2）繪制被加工零件工序圖注意事項： 1）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。 2）對工件毛坯應有要求，對孔的加工余量應認真分析。 3）當本工序有特殊要求時必須注明。 4.2 加工示意圖 4.2.1 加工示意圖的作用和內容： 加工示意圖是在工藝方案和機床整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。它是繪制機床聯(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需的重要技術文件。 4.2.2選擇刀具、導向及有關計算 （1）刀具的選擇： 工件材料為HT200，鉆孔加工，選用錐柄麻花鉆。 （2）導向結構的選擇： 夾具選用可換鉆套，軸采用剛性軸來保證孔的位置精度。 （3）確定主軸類型、尺寸、外伸長度（見第五章主軸箱設計） （4）選擇接桿 除剛性主軸外，，組合機床主軸與刀具間常用接桿連接。根據選用原則選取特長可調接桿。 （5） 標注聯(lián)系尺寸 （6）標注切削用量： 各主軸的切削用量應標注在相應主軸后端。其內容包括：主軸轉速、相應刀具的切削速度、每轉進給量。 （7）動力部件工作循環(huán)及行程的確定 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終了位置，又返回到原位的動作過程。 1) 工作進給長度的確定 =18mm ：工作進給長度 ：切入長度 ：加工長度 ：切出長度 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，其長度由具體情況確定。本工序選取快速引進長度為30mm。 3）快速退回長度的確定：快速退回長度是快速引進長度和工作進給長度之和。本工序為48mm。 4）動力部件總行程的確定：動力部件總行程為快退行程和前后備量之和?？傂谐虨?15mm前備量為30mm，后備量為137mm。 圖 4-2 加工示意圖 4.3 機床聯(lián)系尺寸圖 4.3.1 機床聯(lián)系尺寸圖作用和內容： 機床聯(lián)系尺寸圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據，并按初步選定的主要通用部件以及確定專用部件的總體結構而繪制的。是用來表示機床的配置形式、主要構成及各部件安裝位置、相互關系、運動關系和操作方位的總體布局圖。 機床聯(lián)系尺寸總圖表示的內容： 1）表示機床的配置形式和總布局。 2）完整齊全的反映各部件之間的主要裝配關系和聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運動部件的運動極限位置及滑臺工作循環(huán)總的工作行程和前后備量尺寸。 3）標注主要通用部件的規(guī)格代號和電動機型號、功率及轉速，并標出機床分組編號及組件名稱，全部組件應包括機床全部通用及專用零部件。 4)標明機床驗收標準及安裝規(guī)程。 4.3.2 繪制機床尺寸聯(lián)系總圖之前應確定的內容： （1）選擇動力部件 動力部件的選擇主要是確定動力箱和動力滑臺。根據已定的工藝方案和機床配置形式并結合使用及修理因素，確定機床為臥式單工位液壓傳動組合機床，選用配套的動力箱驅動多軸箱鉆孔。 動力箱規(guī)格與滑臺要匹配，其驅動功率主要依據是根據多軸箱所傳遞的且學功率來選用。本機床左右多軸箱均采用TD25-B型動力箱（=785r/min;電動機選Y100L1-4型，功率為2.2KW 根據選定的切削用量，計算總的進給力，根據所需的最小進給速度、工作行程、結合多軸箱輪廓尺寸，考慮工作穩(wěn)定性，選用HY25B-I 型液壓滑臺，以及相配套的側底座（1CC251型）。查《組合機床簡明設計手冊》P91表5-1 滑鞍寬度：w=250mm 滑鞍長度：L1=500mm 行 程：S=250mm 滑座長度：L2=790mm 高 度：H=250mm 工進速度：32-800mm/min 快進速度：12m/min （2）確定機床裝料高度H 裝料高度是指工件安裝基面至地面的垂直距離?？紤]上述剛度結構功能和使用要求等因素選取計算： 側底座高度：560mm 滑臺高度：250 主軸箱的最低主軸高度為：275mm 工件最低孔中心距底面距離：92.5mm H=560+250+275-92.5=992.5mm (3)確定夾具輪廓尺寸 參照夾具設計。 （4）確定中間底座尺寸 中間底座尺寸在長度和寬度上滿足夾具的安裝要求。他在加工方向上的尺寸，實際已由加工示意圖確定。由此根據選定的動力箱、滑臺、側底座等標準的位置關系計算長度為974mm,裝料高度和夾具底座高度確定后，中間底座高度已確定為560mm。 （5）確定多軸箱輪廓尺寸 標準通用鉆類多軸箱厚度是一定的、臥式325mm。因此，確定多軸箱，主要是確定多軸箱的寬度和高度及最低主軸高度。如圖3-3所示 圖 4-3多軸箱輪廓尺寸確定 被加工零件輪廓以點化線表示，多軸箱輪廓以粗實線表示。查《組合機床簡明設計手冊》，P135表7-1選取多軸箱體規(guī)格尺寸400*400. 4.4 機床分組 為了便于設計和組織生產，組合機床各部件和裝置按不同功能劃分編組。本機床編組如下： （1） 第10組 左側床身 （2） 第20組 夾具 （3） 第11組 右側床身 （4） 第12組 中間底座 （5） 第30組 電氣裝置 （6） 第40組 傳動裝置 （7） 第50組 潤滑裝置 （8） 第60組 刀具 （9） 第61組 工具 （10） 第71組 左多主軸箱 （11） 第72組 右多主軸箱 圖4-4 機床聯(lián)系尺寸圖 第五章 液壓系統(tǒng)設計 5.1液壓壓緊系統(tǒng)設計 5.1.1作F-t與V-t圖 1、 計算壓緊力 鉆鑄鐵孔時鑄件受到軸向切削力和扭矩作用，查看《機床專用夾具手冊》P34: 根據公式： 公式中符號的意義： D——鉆頭直徑 S——每轉進給量 Kp——修正系數(shù) 已知 D=5.2mm S=0.1mm/r Kp==1 得 M=900N.mm F=345.3N 進行受力分析： 兩組鉆頭同時工作時，因為兩組鉆頭對稱分布軸向力相互抵消。而此工件的扭矩作用的結果并不產生軸向力，因此工件總體受力較小。 隨著行程增加，工進10mm處，右側鉆頭開始空轉，即對工件無進給力作用，左側繼續(xù)工進，產生力和力矩作用，力的大小如下： Fc Fc 圖 5-1 鉆頭受力分析 左圖可視做某一時刻徑向力的作用情況， 因此： 即主切削力為173N。假如只考慮向上的力的作用，那么三根主軸的合力： 查閱《機床夾具設計設計手冊》P354表2-3-32，考慮到更為安全的夾緊狀態(tài)，選用雙向作用法蘭式小型液壓缸： 工作行程：l=40mm 推力： F=1448N 活塞直徑： D=60mm 2、計算夾緊和松開時間 夾緊和松開時液壓缸速度 ； 夾緊時間 ： s, 松開時間 ： s 3、根據上述數(shù)據繪液壓缸F-t 與V-t圖 t t 519 F/N t2 V mm/s v1 t1 t2 t1 圖 5-2 圖 5-3 5.1.2 確定液壓系統(tǒng)參數(shù) 1、初選液壓缸工作壓力 由工況分析中可知，夾緊階段壓力最大，所以，液壓缸的工作壓力按此負載力計算，根據液壓缸與負載的關系，選P1=0.2MPa 2、液壓缸尺寸 液壓缸取標準直徑 D=60mm 5.1.3 擬定液壓系統(tǒng)圖 1、選擇液壓回路 （1）調速方式：由工況可知該液壓系統(tǒng)功率小，工作負載變化小，采用單向閥和二位四通閥。 （2）液壓泵形式的選擇：根據工況要求選用變量葉片泵適宜。 5.2 鉆削進給液壓系統(tǒng)設計 5.2.1 作F-t與V-t圖 1、計算切削力 鉆鑄鐵孔時，其軸向力的切削力 根據公式： 公式中符號的意義： D——鉆頭直徑 S——每轉進給量 Kp——修正系數(shù) 已知 D=5.2mm S=0.1mm/r Kp==1 得 M=0.9N/m F=345.5N 2、 計算摩擦阻力 靜摩擦阻力： 動摩擦阻力： 3、 計算慣性阻力： 4、 計算工進速度 工進速度按加工φ5.2的切削用量計算，即： 5、 根據以上分析計算各工況負載 如表4-1 表5-1 液壓缸負載的計算 工 況 計算公式 液壓缸負載F/N 液壓缸驅動力F0/N 啟 動 980 1090 加 速 740 825 快 進 490 545 工 進 1526 1695 反向啟動 980 1090 加 速 740 825 快 退 490 545 制 動 240 270 其中，取液壓缸機械效率 6、計算快進、工進和快退時間 快進： 工進： 快退： 7、根據上述數(shù)據描繪液壓缸F--t 與V-t圖 t t F/N t2 V mm/s v1 t1 t2 t1 t3 1526 t3 圖 5-4 圖 5-5 5.2.2 確定液壓系統(tǒng)參數(shù) 1、初選液壓缸工作壓力 由工況分析中可知，工進階段的負載力最大，所以，液壓缸的工作壓力按此負載力計算，根據液壓缸與負載的關系，選。本機床是鉆孔組合機床，為防止鉆通時發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸回油腔應有背壓，設背壓 ，為使快進，快退速度相等，選用的差動液壓缸，假定快進、快退的回油壓力損失為 2、計算液壓缸尺寸 由式得： 液壓缸直徑： 取標準直徑： D=70mm 5.2.3 擬定液壓系統(tǒng)圖 1、選擇液壓回路 （1）調速方式：由工況圖知，該液壓系統(tǒng)功率小，工作負載變化小，可用進油路節(jié)流調速，為防止鉆通孔時的前沖現(xiàn)象，在回油路上加背壓閥。 （2）液壓泵形式的選擇：通過工況分析選用變量葉片泵比較適宜。 （3）速度換接方式：因鉆孔工序對位置精度及工作平穩(wěn)性要求不高，可選用行程調速閥和電磁換向閥。 2、組成系統(tǒng) 圖5-6 液壓系統(tǒng)圖 5.2.4 選擇液壓元件 1、選擇液壓泵和電動機 （1）確定液壓泵的工作壓力：前面已確定液壓缸的最大工作壓力為 ，選取進油管路壓力損失 ，其調整壓力比系統(tǒng)最大壓力大，所以泵的工作壓力 。 （2）液壓泵的流量： 由圖4-6可知，快進時的流量最大，其值為26L/min，工進時最小，為0.26L/min,根據《液壓技術》公式9-20，取，則： （3）選取電動機： P=0.8KW 2、選擇其他元件 圖5-7 液壓元件選擇表 3、確定管道尺寸（略） 4、確定油箱容量 油箱容量可按經驗公式估算，取 。 第六章 多軸箱——右主軸箱設計 6.1 引言 多軸箱是組合機床的重要專用部件。他是根據加工示意圖所確定的工件加工孔數(shù)和位置、切削用量和主軸類型設計的傳動各主軸運動的動力部件。其動力來自通用的動力箱，與動力箱一起安裝于進給滑臺，可完成鉆、擴、鉸、鏜孔等加工工序。 多軸箱一般具有多根主軸同時對一列孔進行加工。但也有單獨的，用于鏜孔居多。 多軸箱的通用箱體材料為HT200，前、后、側蓋等材料為HT150。多軸箱體基本尺寸系列標準（GB3668.1——83）規(guī)定，9種名義尺寸用相應滑臺的滑鞍寬度表示。目前，多軸設計有一般設計法和電子計算機輔助設計法兩種。 6.2 繪制多軸箱設計原始依據圖 多軸箱設計原始依據圖是根據“三圖一卡”繪制的。其主要內容及注意事項如下： 圖6-1 主軸位置關系尺寸圖 6.2.1根據機床聯(lián)系尺寸圖，繪制多軸箱外形圖，并標注輪廓尺寸及動力箱驅動軸的相對位置尺寸。 6.2.2根據聯(lián)系尺寸圖和加工示意圖，標注所有主軸位置尺寸及工件與主軸、主軸與驅動軸的相關位置尺寸。 6.2.3根據加工示意圖標注各主軸轉速及轉向主軸逆時針轉向。 6.2.4列表標明各主軸的工序內容、切削用量及主軸外伸尺寸 6.2.5 標明動力件型號及其性能參數(shù) 表6-1主軸外伸尺寸及切削用量 軸號 主軸外伸尺寸（mm） 切 削 用 量 備注 D/d L 工序內容 n(r/min) v(m/min) f(mm/r) 1 30/20 115 鉆φ5.2孔 732 13 0.1 2 30/20 115 鉆φ5.2孔 732 13 0.1 3 32/25 115 鉆φ5.2孔 732 13 0.1 注：1、被加工零件編號及名稱：ZFA211-3600-7箱體結合件，。材料及硬度，鑄鐵，200HBS 2、動力部件1TD25-A，1HY-25，N=2.2KW，n=1420 圖6-2 多軸箱設計原始數(shù)據圖 6.2.6 主軸、齒輪的確定及動力運算 （1）主軸型式和直徑 主軸的型式和直徑，主要取決與工藝方法、刀具主軸聯(lián)接機構、刀具的進給抗力和切削轉矩。如鉆孔時常采用滾珠軸承主軸；擴、鏜、鉸孔等工序工序常采用滾錐軸承主軸；主軸間距較小時常選用滾針軸承主軸。設計時，盡可能不選用15mm直徑的主軸和滾針主軸，因為滾針軸承精度低、結構剛度及裝配工藝性都較差，既不便于制造又不便于維修。 首先，根據切削用量，查《機床夾具手冊》P34表1-2-7由計算公式計算扭矩： D——鉆頭直徑 S——每轉進給量 已知 D=5.2mm S=0.1mm/r 得 M=900N.mm 從表5-10可選擇軸徑d=12mm，由《組合機床設計簡明手冊》P56表4-1選取主軸直徑d=20mm滿足設計要求。 （2）多軸箱所需動力計算 多軸箱的動力計算包括多軸箱所需要的功率和進給力兩項。 傳動系統(tǒng)確定之后，多軸箱所需要的功率按下列公式計算： 式中 ——切削功率，單位為KW ——空轉功率，單位為KW ——與負荷成正比的功率損失，單位為KW 每根主軸的切削功率，由選定的切削用量按公式計算或查圖表獲得；每根主軸的空轉功率按《組合機床設計簡明手冊》P62表4-6確定；每根主軸上的功率損失，一般取所傳遞功率的1%。 根據《機床夾具設計手冊》功率計算公式得 主軸切削功率： M——扭矩 V——切削速度 D——鉆頭直徑 則有 空轉功率： 由于主軸直徑為20mm、25mm，根據《組合機床設計簡明手冊》P62表4-6： 轉速： n=630r/min ,軸徑為20mm時：;軸徑為25mm時： n=1000r/min, 軸徑為20mm時：；軸徑為25mm時： 而主軸轉速為n=732r/min，根據插值法： 因此： 功率損失： 每根軸上的功率損失，一般可取所傳遞功率的1% 因此： =0.203+0.356+0.006=0.565KW 多軸箱所需的進給力可按下式計算： 式中 ——各主軸所需的軸向切削力，單位為N D——鉆頭直徑 S——每轉進給量 Kp——修正系數(shù) 已知 D=5.2mm S=0.1mm/r Kp==1 F=345.3N 6.2.7 多軸箱傳動設計 多軸箱傳動設計，是根據動力箱驅動軸位置和轉速、各主軸位置及其轉速要求，設計傳動鏈，把驅動軸和主軸聯(lián)系起來，使各主軸獲得預定的轉速和轉向。 1、對多軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求 （1）在保證主軸的強度、剛度、轉速和轉向的條件下，力求傳動軸和齒輪規(guī)格、數(shù)量為最少。為此，應盡量用一根中間傳動軸帶動多根主軸，并將齒輪布置在同一排上。 （2）盡量不用主軸帶動主軸的方案，以免增加主軸負荷。遇到主軸較密時，布置齒輪的空間受到限制或主軸負荷較小、加工精度要求不高，也可用一根強度較高的主軸帶動1-2根主軸的傳動方案。 （3）為使結構緊湊，多軸箱內齒輪副的傳動比一般要大于1/2，后蓋內齒輪齒輪傳動比允許至1/3，盡量避免用升速傳動。當驅動軸轉速較低時，允許先升速然后再降一些。 （4）驅動軸直接帶動的轉動軸數(shù)不能超過兩根，以免給裝配帶來困難。 2、擬定多軸箱傳動的基本方法 擬定多軸箱傳動系統(tǒng)的基本方法是：先把全部主軸中心盡可能分布在幾個同心圓上，在各個同心圓的圓心上分別設置中心傳動軸；非同心圓分布的一些主軸，也宜設置中間傳動軸；然后根據已經選定的中心傳動軸再取同心圓，并用最少的傳動軸帶動這些中心傳動軸；最后通過合攏傳動軸與動力箱驅動軸連接起來。 （1）主軸分布類型 圖 6-3 主軸分布示意圖 單組圓周分布，但各軸心間距較小。 （2）根據此種類型設計出三種傳動聯(lián)系方案： 圖6-4 設計方案圖 第一種傳動設計方案分析： 第一種傳動設計方案十分符合主軸箱設計的各項原則： a. 傳動軸、齒輪數(shù)最少，用一根傳動軸帶動多根主軸 b. 主軸齒輪規(guī)格相同。 從理論上來說是一種經濟有效的傳動方案。但在進一步設計時發(fā)現(xiàn)該傳動方案有以下缺陷：主軸直徑d=20mm中心傳動軸軸線與最下軸軸心線距離為32.5mm若兩軸真的實現(xiàn)傳動，兩軸所配套軸承的外徑尺寸D=47mm，然而，為使兩軸承間安裝不發(fā)生沖突，其間距最少為47mm而32.5<47mm，軸承不能進行安裝。 第二種傳動方案分析： 第二種傳動方案采用了一種完全不同的方法，避免了第一種傳動方案的結構沖突，滿足傳動要求。但該傳動方案并不適合于該工序：本工序加工扭矩小，因此在傳動過程中負載小，對軸和齒輪的要求不高，傳動方式應盡求簡單；而該傳動方案形式復雜，齒輪選擇多坐標確立煩瑣不適于設計。 第三種傳動方案分析： 此方案采用對稱分布，其中4、3兩傳動軸無論軸還是齒輪規(guī)格均相同。此種結構結構緊湊，相對位置關系容易確立，與方案2相比還減少了軸和齒輪的數(shù)量和規(guī)格。但該方案把一根主軸同時做傳動軸，向另外兩主軸傳動動力，增加了負荷。 通過比較，方案1結構不合理，不能采用。方案2、3符合設計要求。然而，通過進一步比較發(fā)現(xiàn)，方案3更合理一些： 在結構布局和成本方面方案3都是合理的，但它與設計原則中：通過主軸傳動帶動主軸將增加主動主軸的負荷；通過計算： 每根主軸實際切削扭矩： M=90kg.mm，軸徑為20mm，查《組合機床設計》p607表5-10知軸徑 d=20mm的軸能承受的扭矩為M=1100kg.mm而本傳動系統(tǒng)中只有三根主軸，設其中兩根從動主軸與主動主軸之間有扭矩損失5%，那么：主動軸所能承受的全部扭矩為 279<<1100kg.mm 即所受負荷遠在其所承受的范圍之內，或者說，所增加負荷對其運行或特性沒有半點影響，因此滿足設計要求。所以在小扭矩作用下，方案3是合理的?！? 3、傳動系統(tǒng)的設計計算： （1）各齒輪參數(shù)的設計計算： 已知：主軸轉速 n=732r/min，主軸直徑 d=20mm，主軸齒輪模數(shù) m=2 設主軸齒輪齒數(shù)Z=25，即 ;傳動軸小齒輪齒數(shù) ，m=2;動力頭齒輪 ，m=3;對于傳動軸齒輪、由于它們是作為過渡齒輪存在，只要其尺寸結構不影響其他軸及齒輪，其齒輪可以任意選?。涸O ，m=2 因此： 已知：所取動力箱型號1TD25，電動機轉速1420r/min，驅動軸轉速785r/min。 則： m=3 (2) 軸徑尺寸的確定： 本套傳動系統(tǒng)中有三根主軸，三根傳動軸，其中一根主軸也起傳動作用。 各傳動軸的計算結果如下： 軸3： 查《組合機床設計》P607表5-10：選取直徑d=15mm，為了提高軸的剛度，并減小傳動件的規(guī)格，選取軸徑d=20mm。 軸4: 同上 選取軸徑d=20mm。 軸5： 查表 選取軸徑d=20mm；但此軸既是主軸又是傳動軸，負荷較大，為提高軸的剛度，取軸徑d=25mm。 軸6： 此軸為主傳動軸，由其傳遞的扭矩是由動力箱輸出的，扭矩大，此外，該軸還是手柄軸，根據《組合機床設計簡明手冊》表7-19，選取軸徑 d=30mm。 表 6-2 各軸軸徑及齒輪參數(shù) 軸徑 齒數(shù) 扭矩 轉速 1 20 25 90 732 2 20 25 90 732 3 20 30 96 610 4 20 30 96 610 5 25 25 250 732 6 30 40 400 458 7 30 36 400 458 4、校驗： (1)齒輪模數(shù)校核： 分析：傳動過程中，齒輪嚙合會產生很大的彎曲疲勞強度，在所有齒輪嚙合過程中，以動力頭齒輪和齒輪7嚙合產生的應力最大。因此選取動力頭齒輪進行模數(shù)計算： 查《機械設計》P209，公式10-5 有： 公式中： 為載荷系數(shù) ：使用系數(shù)，查P201 ，表10-2，取=1.25 ：動載系數(shù)，查P202 ，圖10-8，取=1.25 ：齒間載荷分布系數(shù)，查P203 ，表10-3，取=1.0 ：齒間載荷分布系數(shù), 查P204 ，表10-4，取=1.117 T：傳遞扭矩； 因為傳遞的功率較小，選取，， 、查P209，表10-5 查P216，圖表10-20c，=427 由于齒輪模數(shù)大小取決于彎曲強度所決定的承載能力。m=3>2.52，完全滿足疲勞強度要求。因此所取齒輪模數(shù)滿足使用及性能要求。 （2）軸的強度校核： 從上述可知，各軸所能承受的扭矩： 軸1、2、3、4 d=20 軸5 d=25 通過計算各軸所承受載荷的情況： 軸1、2 軸3、4 軸5 由此可以得出，各軸實際承受的扭矩遠遠小于軸所能承受的扭矩最大值。因此其強度完全滿足要求。 第七章 經濟性分析 任何一個較為復雜的機械零件，都有不同的加工工藝方案，特別是一個新產品，從開發(fā)設計，試制，小批量投產到產品發(fā)展和成熟時期的大批量生產，都要經歷不同的生產批量過程。作為組成這一產品的機械零件必須根據生產批量來確定其工藝方案，現(xiàn)以梳棉機箱體結合件為例，說明在不同生產批量情況下，如何合理選擇定位基準，采用適宜的生產設備和工藝手段，以保證加工質量可靠，滿足市場的需求。達到生產批量的能力，同時投資小，見效快，成本低，從而獲得企業(yè)的最大經濟效益。 7.1 箱體結合件加工工藝的制定： 對箱體的加工，以前采用的是分散加工法，人工操作復雜，單件加工耗時時間長，占用機床，勞動強度大。目前，采用組合加工工藝，一次裝夾，可加工多個部位，既保證了加工精度，還大大提高了生產效率，節(jié)省了加工時間。 例如以下工藝路線： 40# 鉆φ5.2光孔，攻制6螺釘M6X30螺紋孔 65# 粗、半精、精鏜φ47孔，刮環(huán)槽φ49.5 70# 鉆兩端面6Xφ5.2孔，攻制6-M6-6H螺紋孔 55# 粗、半精、精鏜φ52孔，刮環(huán)槽φ55 60# 粗、半精、精鏜φ62、φ90孔 85# 锪φ20孔，鉆、攻制M10螺紋孔 90# 锪φ25孔，鉆、攻制M12螺紋孔 95# 鉆、攻制側面M12螺紋孔 大大節(jié)省了裝夾時間、換刀時間、對正時間，降低了單位時間成本。 7.2 夾具定位加緊分析： 初步設計時有兩種方案，或者說是兩種類型的夾具代表： （1） 整體鑄造： 采用箱體鑄造樣式，液壓夾緊裝置。這種夾緊方案成本較高，加工精度高，裝夾方便。 （2） 組合結構： 各部分單獨設計，單獨制造，最后裝配。本次夾具設計中，壓塊與液壓缸之間及壓塊與工件之間就是采用組合結構。這種設計方案成本低，但由于通過螺栓聯(lián)接。加工過程中的振動容易產生松動，定位精度較低。 7.3 組合機床應用分析： 以鏜φ52孔為例：共有粗、半精、精鏜φ52孔，刮環(huán)槽φ55等加工步驟。如果單獨采用多步驟鏜削，必須經過16次鏜削，假設每次的鏜削成本為5元，共計80元每加工完一個零件。如果采用組合機床，組合機床設計制造成本為8萬元，每件加工成本以10元計。年產量按10000件計算，則每年減少加工成本70萬元?？鄢M合機床的制造成本，每年節(jié)省60萬元。 通過以上分析可以得出，在本次設計中，組合機床的廣泛應用大大減少生產了成本；生產批量決定工藝方案，工藝方案決定經濟效益；合理選擇定位基準可以降低加工時間。 第八章 結論和展望 由本文的論述，我們了解到，通過對梳棉機箱體結合件加工設備及工藝的研究與應用，在機床、夾具、刀具、工藝流程等方面進行合理設計和選擇，有效提高了加工效率和產品質量，擴大了加工適應范圍，提高了可靠性，具備一定的先進性，取得了良好的經濟效益和社會效益，為解決此類多孔同時加工問題舉了一件實例。 本成果設計制造的機床為六軸鉆孔雙面臥式組合機床。我們將鉆削主軸設為機械傳動，而進給系統(tǒng)為液壓控制，使在滿足使用要求的前提下降低了成本。作為關鍵部件的液壓滑臺采用國產通用部件。以比較簡單的方式完成旋轉運動和直線運動的同步進行，非常實用。 本機床所用夾具的通用性強，工件采用液壓定位夾緊，快速方便。定位采用兩面一銷的定位方式，夾緊采用液壓加緊，采用這種方式完全能夠滿足精度要求。而且簡易方便，制造成本低，通用性好。 在刀具方面，由于所加工孔的尺寸精度和表面粗糙度要求都不算高，采用麻花鉆。這種鉆頭采購比較方便，而且價格比深孔鉆頭也要便宜。在刀具的幾何角度方面，麻花鉆頭的螺旋角即是其軸向前角。當加工工件時，切削力和切削熱隨鉆頭螺旋角的增大而減小(減 少)，切削輕快，刀具耐用度高。為此，我們選取鉆頭螺旋角為32，在保證強度的前提下，有效降低了切削力和切削溫度，提高了刀具使用壽命和生產效率。 通過本成果的實施，進排氣搖臂的深孔加工質量和生產效率得到較大幅度提高，經濟和社會效益顯著。而且加工精度也完全能夠滿足設計要求。則在直接經濟效益方面，節(jié)省了大量加工工時。 參考文獻 [1] 孟少農主編.機械加工工藝手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1992 [2] 候世增主編.裝配圖的畫法機械制圖. 北京：高教出版社，1989 [3] 陳隆德主編.互換性與測量技術基礎.北京：高教出版社，1988 [4] 樊瑞，李建華主編.液壓技術.北京：中國紡織出版社，1999 [5] 李天無主編.簡明工程師手冊.昆明：云南科技出版社，1992 [6]