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I 摘 要 本次設(shè)計(jì)從企業(yè)實(shí)際需求出發(fā) 在全面分析被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 尺寸 精度 被加工孔相互之間位置精度 表面粗糙度和技術(shù)要求的基礎(chǔ)上 指出采 用現(xiàn)有設(shè)備不僅工人勞動(dòng)強(qiáng)度大 生產(chǎn)率低 而且零件加工精度難以保證 根 據(jù)實(shí)際需要 研制出了臥式三面單工位組合鉆床 本文首先通過分析比較 確定了臥式三面單工位組合鉆床的配置型式及結(jié) 構(gòu)的最佳方案 遵循機(jī)械設(shè)計(jì)中標(biāo)準(zhǔn)化 通用化 系列化原則 給出機(jī)床的總 體設(shè)計(jì) 按照設(shè)計(jì)組合機(jī)床 三圖一卡 的原則繪制出代表機(jī)床總體設(shè)計(jì)的被 加工零件工序圖 加工示意圖 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計(jì)算卡 由于在本臺(tái) 組合鉆床上需同時(shí)加工三個(gè)部位共 24 個(gè)孔 不僅孔多 間距小 采用常規(guī)方 法排箱無法實(shí)現(xiàn)三個(gè)加工部位孔的工序集中的加工方案 本鉆床的主軸箱傳動(dòng) 系統(tǒng)通過采用變位齒輪和滾珠軸承等結(jié)構(gòu)方面的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 將常規(guī)方法下不能 完成的排箱成為可能 關(guān)鍵詞 組合鉆床 主軸箱 夾具設(shè)計(jì) 傳動(dòng)設(shè)計(jì) II Abstract In view of the actual conditions of enterprises and on the basis of overall analysingworkPiece structure features accuracy of size surface roughness accuracy of distance between drilled holes and other technical requirements this article Points out that the existing equipments used to manufacture work Pieces may result in lower Productivity greater intensity of labor and worse working accuracy Therefore it 15 necessary to develop a new type of 24hole single working Position combination drilling machine Through analysis and comparison the article has determined the best Project ofthestructure and the disposition of the 24 holes combination drilling machine According to the Principle of standardization generalization and serialization in machine design the article offers the master design of the drilling machine the Process drawing of work Piece the working diagram the connection dimensional drawing of The drilling machine and the calculating card of Productivity In some key Parts of the drilling machine there are certain new designs on the structure of the spindle box and the fixture With 24hole drilled simultaneously on the drilling machine in addition to small Spacing between holes and dispersive arrangement of hole Position the 24 holes drilling Program cannot be completed in conventional way In the transmission system of 24 hole drilling machine are used some new structural designs such as Pin bearings and Position 一 changeable gears 50 that the arrangement of hole Position which cannot be finished in conventional way can be accolllPlished The combination drilling machine 15 applied a fast spiral Pinch machinery whose features are not only shortens the time consumed in loading and unloading work Piece but also enhances Productivity Key words Combination drilling machine Spindle box Design of fixture Design of transmission system III 目 錄 摘 要 I Abstract II 第 1章 緒論 1 1 1 論文背景及研究意義 1 1 2 組合機(jī)床發(fā)展概況 1 1 2 1 組合機(jī)床的由來 1 1 2 2 組合機(jī)床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 2 1 3 設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容 3 第 2章 臥式三面組合鉆床總體設(shè)計(jì) 4 2 1 組合鉆床工藝方案的制定 4 2 1 1 工藝過程和加工精度的要求 4 2 1 2 加工零件的特點(diǎn) 4 2 1 3 定位基準(zhǔn)及加壓部位的選擇 4 2 1 4 孔間中心距的影響 4 2 1 5 工件的生產(chǎn)方式 5 2 2 組合鉆床配置形式及結(jié)構(gòu)方案的確定 5 2 2 1 加工精度 5 2 2 2 機(jī)床生產(chǎn)率 5 2 2 3 被加工件的尺寸 形狀 加工部位的特征 5 2 2 4 操作的方便性 5 2 2 5 夾具形式對(duì)機(jī)床方案的影響 5 2 3 主要參數(shù)的計(jì)算 5 2 3 1 確定切削用量 計(jì)算各主軸轉(zhuǎn)速 5 2 3 2 確定切削三要素 7 2 4 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 8 2 4 1 被加工零件工序圖 8 2 4 2 加工示意圖的設(shè)計(jì) 8 2 4 3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的繪制 13 IV 2 4 4 經(jīng)濟(jì)性分析 17 第 3章 主軸箱設(shè)計(jì) 21 3 1 主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù) 21 3 2 主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 21 3 2 1 傳動(dòng)路線擬定思路 23 3 2 2 分配傳動(dòng)比 初定傳動(dòng)軸位置 確定齒輪齒數(shù) 24 3 2 3 修正各主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 27 3 3 主軸箱通用軸類零件選擇 28 3 3 1 確定傳動(dòng)軸的直徑及選材 28 3 3 2 主軸及通用傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)型式的選擇方案 29 3 3 3 通用齒輪及其他通用件 29 3 4 軸和齒輪的校核 29 3 4 1 主軸的力學(xué)計(jì)算模型 29 3 4 2 齒輪模數(shù)的驗(yàn)算 36 3 5 主軸箱坐標(biāo)的計(jì)算 38 3 5 1 主軸箱坐標(biāo)系原點(diǎn)的確定 38 3 6 變位齒輪設(shè)計(jì) 45 第 4章 夾具設(shè)計(jì) 47 4 1 定位支承系統(tǒng)設(shè)計(jì) 47 4 1 1 定位支承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 47 4 1 2 定位支承元件及其布置 47 4 2 導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì) 48 4 2 1 導(dǎo)向裝置的作用 48 4 2 2 導(dǎo)向裝置的類型選擇 48 4 2 3 固定式導(dǎo)套的設(shè)計(jì) 48 4 3 夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 49 4 3 1 夾緊方案的確定 49 4 3 2 夾緊力的計(jì)算 49 第 5章 專題 52 5 1 確定毛坯的制造形式 52 5 1 1 車橋焊接工藝 52 5 1 2 汽車后橋焊接設(shè)備 52 5 1 3 基準(zhǔn)的選擇 52 V 5 2 工藝路線的擬定 52 5 3 機(jī)械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 53 結(jié)束語 62 致 謝 63 參考文獻(xiàn) 64 附錄 1外文譯文 65 附錄 2外文原文 72 1 第 1章 緒論 1 1論文背景及研究意義 目前 我國中 小型企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都需要有一個(gè)新的提高 但是加工手段卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求 有遠(yuǎn)見的企業(yè)家根據(jù)國情 廠情 都認(rèn)為 只有走技術(shù)改造的道路 按照實(shí)際情況對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行改造 通過 強(qiáng)化自身 以求自我發(fā)展 才是一條捷徑 許多中小型企業(yè)都結(jié)合自己的實(shí)際 設(shè)計(jì) 改裝適合自身特點(diǎn)的機(jī)床 以提高工作效率 降低設(shè)備占用率和人力占 用率 降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度 衡量對(duì)機(jī)床進(jìn)行技術(shù)改造是否合理 唯一的標(biāo)準(zhǔn)是 看能否滿足企業(yè)的實(shí)際需要 滿足企業(yè)的實(shí)際需要 既包含著通過改造以提高 機(jī)床的使用性能和精度 以滿足生產(chǎn)的需要 也包含著技術(shù)上的先進(jìn)性與企業(yè) 投入的可能性相一致 一般來說 企業(yè)加工能力的提高有三條途徑 其一是增 加企業(yè)設(shè)備的擁有量 其二是對(duì)老設(shè)備進(jìn)行更新 其三是進(jìn)行技術(shù)改造 其中 技術(shù)改造具有投資最少 見效最快 容易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn) 汽車后橋上需加工的孔數(shù)量多 間距小 采用普通方法排箱無法完成對(duì)后 橋琵琶孔上的 12 個(gè)螺紋底孔同時(shí)加工 采用變位齒輪和滾珠軸承等創(chuàng)新性的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 把常規(guī)狀況下不能完成的排箱成為可能 使需在多工序完成的鉆削 加工在同一工步完成 每輛汽車上使用后橋一件 目前隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 汽車 的銷量大大提高了 應(yīng)用這臺(tái)三面組合鉆床不僅能提高生產(chǎn)效率和加工精度 降低設(shè)備占用率 減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度 而且還會(huì)為廠家?guī)砜捎^的經(jīng)濟(jì)效益 1 2組合機(jī)床發(fā)展概況 1 2 1組合機(jī)床的由來 組合機(jī)床是按系列化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的通用部件和按被加工零件的形狀及工藝 要求設(shè)計(jì)的專用部件組成的專用機(jī)床 組合機(jī)床是隨著生產(chǎn)的發(fā)展 由萬能機(jī) 床和專用機(jī)床發(fā)展來的 它既有專用機(jī)床效率高結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn) 又有萬能機(jī) 床能夠重新調(diào)整 以適應(yīng)新工件加工的特點(diǎn) 為此 將機(jī)床上帶動(dòng)刀具對(duì)工件 進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng)的部分以及床身 立柱 工作臺(tái)等設(shè)計(jì)制造成通用的獨(dú)立部件 稱為 通用部件 根據(jù)工件加工的需要 用這些通用部件配以部分專用部件 就可組成機(jī)床 這就是組合機(jī)床 當(dāng)加工對(duì)象改變了 用這些通用部件 只將 部分專用部件改造 又可以組成加工新工件的機(jī)床 組合機(jī)床是按工序集中 原則設(shè)計(jì)的 即在一臺(tái)機(jī)床上可以同時(shí)完成許多同種工序或多種不同工序的加 2 工 1 2 2組合機(jī)床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(shù)和 成套工藝裝備 它的特征是高效 高質(zhì) 經(jīng)濟(jì)實(shí)用 因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī) 械 交通 能源 軍工 輕工 家電等行業(yè) 我國傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床 自動(dòng)線主要采用機(jī) 電 氣 液壓控制 它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大 的大中型箱體類和軸類零件 近年研制的組合機(jī)床加工連桿 板件等也占一定 份額 完成鉆孔 擴(kuò)孔 鉸孔 加工各種螺紋 銼孔 車端面和凸臺(tái) 在孔 內(nèi)銼各種形狀槽 以及銑削平面和成形面等 組合機(jī)床的分類繁多 有大型組 合機(jī)床和小型組合機(jī)床 有單面 雙面 三面 臥式 立式 傾斜式 復(fù)合式 還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)式組合機(jī)床等 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步 一種新型的組合機(jī)床 柔性組合機(jī)床越來越受到人們的青睞 它應(yīng)用多位主軸箱 可換主軸箱 編 碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換 配以可編程序控制器 PLC 數(shù)字控制 NC 等 能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的 組合機(jī)床 另外 近年來組合機(jī)床加工中心 數(shù)控組合機(jī)床 機(jī)床輔機(jī) 清洗 機(jī) 裝配機(jī) 綜合測(cè)量數(shù)控組合機(jī)床 試驗(yàn)機(jī) 輸送線 等在組合機(jī)床行業(yè)中 所占份額也越來越大 由于組合機(jī)床及其自動(dòng)線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品 是根 據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計(jì)的 它涉及到加工工藝 刀具 測(cè)量 控制 診斷監(jiān)控 清洗 裝配和試漏等技術(shù) 我國組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平比發(fā) 達(dá)國家要相對(duì)落后 國內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動(dòng)線幾乎都從國外進(jìn) 口 工藝裝備的大量進(jìn)口勢(shì)必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大 并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高 因此 市場(chǎng)要求我們不斷開發(fā)新技術(shù) 新工藝 研制新產(chǎn)品 由過去的 剛性 機(jī)床結(jié)構(gòu) 向 柔性 化方向發(fā)展 滿足用戶需求 真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng) 化裝備 隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇和對(duì)產(chǎn)品需求的提高 高精度 高生產(chǎn)率 柔性化 多品種 短周期 數(shù)控組合機(jī)床及其自動(dòng)線正在沖擊著傳統(tǒng)的組合機(jī)床行業(yè)企 業(yè) 因此組合機(jī)床裝備的發(fā)展思路必須是以提高組合機(jī)床加工精度 組合機(jī)床 柔性 組合機(jī)床工作可靠性和組合機(jī)床技術(shù)的成套性為主攻方向 一方面 加 強(qiáng)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用 提高組合機(jī)床產(chǎn)品數(shù)控化率 另一方面 進(jìn)一步發(fā)展新型 部件 尤其是多坐標(biāo)部件 使其模塊化 柔性化 適應(yīng)可調(diào)可變 多品種加工 的市場(chǎng)需求 從 2002 年年底第 21 屆日本國際機(jī)床博覽會(huì)上獲悉 在來自世界 10 多個(gè)國家和地區(qū)的 500 多家機(jī)床制造商和團(tuán)體展示的最先進(jìn)機(jī)床設(shè)備中 3 超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合 多功能 多軸化控制設(shè)備等深受歡迎 據(jù)專家分析 機(jī)床裝備的高速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是提高機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速 和進(jìn)給速度 該屆博覽會(huì)上展出的加工中心 主軸轉(zhuǎn)速 10000 20000r min 最高進(jìn)給速度可達(dá) 20 60m min 復(fù)合 多功能 多軸化控制裝備的前景亦被 看好 在零部件一體化程度不斷提高 數(shù)量減少的同時(shí) 加工的形狀卻日益復(fù) 雜 多軸化控制的機(jī)床裝備適合加工形狀復(fù)雜的工件 另外 產(chǎn)品周期的縮短 也要求加工機(jī)床能夠隨時(shí)調(diào)整和適應(yīng)新的變化 滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求 然而更關(guān)鍵的是現(xiàn)代通信技術(shù)在機(jī)床裝備中的應(yīng)用 信息通信技術(shù)的引進(jìn)使得 現(xiàn)代機(jī)床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高 操作者可以通過網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)對(duì)機(jī)床的程序 進(jìn)行遠(yuǎn)程修改 對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)控并積累有關(guān)數(shù)據(jù) 通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)程的設(shè)備 進(jìn)行維修和檢查 提供售后服務(wù)等 在這些方面我國組合機(jī)床裝備還有相當(dāng)大 的差距 因此我國組合機(jī)床技術(shù)裝備高速度 高精度 柔性化 模塊化 可調(diào) 可變 任意加工性以及通信技術(shù)的應(yīng)用將是今后的發(fā)展方向 1 3 設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容 該機(jī)床是用來鉆削汽車后橋殼體的兩端對(duì)稱的 6 11 5 和 257 圓周上 的 12 8 孔 相比原來在普通鉆床上逐孔加工 工人頻繁忙于裝夾工件 啟 動(dòng)機(jī)床 進(jìn)刀 退刀 停車及卸工件等 不僅工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低了 而且生產(chǎn) 率也提高了 有利于保證產(chǎn)品加工精度 底座 滑臺(tái) 動(dòng)力頭等通用部件的合理選用 主軸箱結(jié)構(gòu)緊湊 夾具部分 定位合理可靠 工件裝夾方便靈活 刀具更換簡便 機(jī)械化程度高 減輕工人 的勞動(dòng)強(qiáng)度是本文研究的主要內(nèi)容 4 第 2章 臥式三面組合鉆床總體設(shè)計(jì) 2 1 組合鉆床工藝方案的制定 制定組合鉆床工藝方案是設(shè)計(jì)組合鉆床最重要的內(nèi)容之一 工藝方案制定 的正確與否 將決定機(jī)床能否達(dá)到 重量輕 體積小 結(jié)構(gòu)簡單 使用方便 效率高 質(zhì)量好 的要求 為了該機(jī)床方案制定的合理 先進(jìn) 在方案設(shè)計(jì)時(shí) 密切聯(lián)系實(shí)際 總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 全面了解被加工零件的加工情況和影響方案制 定的各種因素 主要考慮以下因素 2 1 1工藝過程和加工精度的要求 被加工零件共有 24 孔待加工 將 24 孔集中在一個(gè)工位上可確保相互之間 的位置精度 對(duì)大量生產(chǎn)及順利裝配創(chuàng)造了條件 組合鉆床上鉆孔工序大多是 擴(kuò)孔工序前加工底孔及加工螺紋孔 在鑄件上鉆孔精度一般可達(dá) 6 級(jí) 表面粗 糙度為 6 3 鉆孔位置精度達(dá) 0 2Om 而被加工零件的表面粗糙度和位置精 度要求均在此范圍內(nèi) 故選用組合鉆床滿足被加工零件的要求 2 1 2加工零件的特點(diǎn) 被加工件材料為 16Mn 鋼 工件剛度足夠 由于被加工件為汽車后橋殼體 成品要與其它重要汽車零件裝配 鉆孔時(shí) 從裝配結(jié)合面鉆起 這樣能夠更好 地保證孔的位置精度 因?yàn)殂@孔過程中 中心線可能偏斜 在鉆頭進(jìn)口處的位 置精度比出口處的好 有利于兩個(gè)零件的獎(jiǎng)配 2 1 3定位基準(zhǔn)及加壓部位的選擇 被加工件裝配結(jié)合面為設(shè)計(jì)平面 選用設(shè)計(jì)基面為主定位基準(zhǔn) 這樣減少 了累積誤差 使加工精度得到有利保證 用它定位能使切削力均落在定位平面 之內(nèi) 選用汽車后橋殼體的半軸套管上的固定環(huán)上的外圓表面作為定位面鉆孔 采用兩個(gè)短 V 型塊作為兩端加工部位的定位元件 兩個(gè)短 V 型塊起到的作用相 當(dāng)于一個(gè)長 V 型塊 在 235 內(nèi)孔用定位法蘭定位 夾壓部位為 235 的圓周 和固定環(huán)外圓 2 1 4孔間中心距的影響 在確定組合機(jī)床完成工藝時(shí) 由于主軸箱的主軸結(jié)構(gòu)和設(shè)置導(dǎo)向的需要 以及保證必須的加工精度和工作可靠性的要求 組合機(jī)床鉆孔時(shí) 對(duì)于通用的 5 主軸箱 其主軸最小中心距為 24mm 這時(shí)主軸能鉆 10mm 以下的孔 經(jīng)計(jì)算 被加工件上最小孔間距為 66 5mm 大于 24mm 2 1 5工件的生產(chǎn)方式 由于被加工件屬于中批量生產(chǎn) 將加工 24 孔工序集中于一臺(tái)鉆床 可提 高組合機(jī)床的利用率 2 2 組合鉆床配置形式及結(jié)構(gòu)方案的確定 根據(jù)上述工藝方案確定機(jī)床的型式和總體布局 在選擇機(jī)床配置型式時(shí) 既考慮到實(shí)現(xiàn)工藝方案 保證加工精度 技術(shù)要求及生產(chǎn)率 又考慮到機(jī)床操 作 維護(hù) 修理 排屑的方便性 還注意到被加工零件的生產(chǎn)批量 影響組合 鉆床配置型式和結(jié)構(gòu)方案的主要因素有 2 2 1加工精度 在選擇組合鉆床的結(jié)構(gòu)方案時(shí) 首先必須注意到能否保證穩(wěn)定的加工精度 通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)床配置型式的選擇 固定式夾具組合鉆床能達(dá)到的鉆 孔位置精度最高 采用固定導(dǎo)套一般能達(dá) 0 20mm 當(dāng)嚴(yán)格要求主軸與導(dǎo)向的 同軸度 減少鉆頭與導(dǎo)套間的間隙 導(dǎo)向裝置靠近工件時(shí) 可達(dá)到 0 15mm 2 2 2機(jī)床生產(chǎn)率 根據(jù)工件的生產(chǎn)類型 完全可以采用單工位固定夾具的機(jī)床型式 2 2 3被加工件的尺寸 形狀 加工部位的特征 被加工工件有三面共 24 孔需要進(jìn)行鉆削 根據(jù)被加工零件的特點(diǎn) 適于 采用單工位三面組合機(jī)床 2 2 4操作的方便性 合理確定裝料高度以使操作方便 在現(xiàn)階段 設(shè)計(jì)組合機(jī)床時(shí) 裝料高度 可視具體情況在 850 l060mm 之間選取 2 2 5夾具形式對(duì)機(jī)床方案的影響 從工件形狀看 似乎可采用復(fù)合式三面組合機(jī)床加工 但是考慮從裝配結(jié) 合面鉆孔的必要性 主定位基面又是選用裝配結(jié)合面 不能改為相對(duì)面 這樣 立式鉆床夾具設(shè)計(jì)比較難 因而采用臥式加工方案 2 3主要參數(shù)的計(jì)算 2 3 1確定切削用量 計(jì)算各主軸轉(zhuǎn)速 組合機(jī)床能否達(dá)到預(yù)定要求與正確的選擇切削用量有很大關(guān)系 切削用量 選用適當(dāng) 能使機(jī)床以最少的停車時(shí)間 最高的生產(chǎn)效率 最長的刀具壽命和 6 最好的加工質(zhì)量進(jìn)行生產(chǎn) 目前 組合機(jī)床切削用量的選則 因是多軸加工不宜采用最大的切削速度 和進(jìn)給量 主要是參照實(shí)際生產(chǎn)中采用切削用量的情況 并根據(jù)多年來積累起 來的一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行 組合機(jī)床切削用量的選則另外一個(gè)特點(diǎn) 就是動(dòng)力頭 工作時(shí)每分鐘的進(jìn)給量只有一種 這樣所有刀具每分鐘的進(jìn)給量是相同的 這 個(gè)進(jìn)給量是適合所有刀具的平均值 但同一動(dòng)力頭每個(gè)刀具的轉(zhuǎn)速可以不一樣 以便選擇合理的刀具的進(jìn)給量 被加工工件的兩端均為 11 5 孔 所以每分 鐘的進(jìn)給量是相同的 為使所有刀具的性能得到充分發(fā)揮 鉆孔時(shí)采用較高的速度和較小的每轉(zhuǎn) 進(jìn)給量 在現(xiàn)有生產(chǎn)率要求下沒必要把切削用量定的太高 以免增加刀具損耗 也可減少所需的切削功率 綜合被加工件的加工精度 加工材料 工作條件 刀具耐用度等因素 初 選動(dòng)力滑臺(tái)的進(jìn)給速度為 4Omm min 初定切削速度 15m min 由計(jì)算公式 2 1 dVn 10 40 2 2 s 式中 n 為各主軸轉(zhuǎn)速 單位 r min V 為主軸切削速度 單位 m min S 為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 單位 mm r d 為各鉆頭直徑 單位 mm 計(jì)算得各主軸轉(zhuǎn)速和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量如表 2 1 所示 加工工件兩端 6 11 5 孔的主軸箱內(nèi)主軸為 61 n 加工后橋中間琵琶孔 12 8 孔的主軸箱內(nèi)主軸為 12 表 2 1 初步計(jì)算的各主軸轉(zhuǎn)速和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 7 n 2 3 2確定切削力 F 切削轉(zhuǎn)矩 M 切削功率 P 根據(jù)選擇的切削用量 確定切削力 作為選擇動(dòng)力部件及夾具設(shè)計(jì)的依據(jù) 確定切削轉(zhuǎn)矩 用以確定主軸及其他傳動(dòng)件 齒輪 傳動(dòng)軸等 的尺寸 確定切 率 用以選擇動(dòng)力箱電機(jī)功率 參考 組合機(jī)床設(shè)計(jì)參考圖冊(cè) 大連組合機(jī)床研究所編 高速鋼鉆頭在灰鑄鐵上鉆孔的計(jì)算公式為 1 F 7 1d s HB 2 3 75 08 6 0 2 M 0 263d sHB 2 4 42 3 P 2 5 3 16dMv 式中 F 軸向切削力 N d 鉆頭直徑 mm s 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 mm r P 切削功率 kw M 扭矩 Nmm HB 零件的布氏硬度 HB 180 220 計(jì)算結(jié)果如表 2 2 所示 各主軸轉(zhuǎn)速 n r min 各主軸刀具進(jìn)給量 s mm r 備注61 n 415 4 0 22 577 0 18 初選切削速度 為 15m min 8 表 2 2 各主軸切削力 切削扭矩 切削功率計(jì)算值 鉆頭直徑 d mm 軸孔號(hào) 軸向切削力 F N 扭矩 M Nmm 切削功率 P kw 11 5 1 6 1130 92 3792 0 5 8 1 12 735 5 1888 0 3 由上表 總切削力為 F 總 6785 52N F 總 8826N12 總切削功率為 P 總 3kw P 總 3 6kw 總切削扭距 M 總 22752Nmm M 總 22656Nmm12 2 4組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)就是針對(duì)被加工零件 在選定的結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上 進(jìn)行 方案圖紙?jiān)O(shè)計(jì) 這些圖紙包括 被加工零件工序圖 加工示意圖 機(jī)床聯(lián)系尺 寸圖 生產(chǎn)率計(jì)算卡 2 4 1被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案 表明零件形狀 尺寸 硬度 以及在所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容和所采用的定位基準(zhǔn) 夾壓點(diǎn)的圖 紙 它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù) 也是制造 驗(yàn)收和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)條 件 被加工零件的加工工序圖見附圖 1 2 4 2加工示意圖的設(shè)計(jì) 零件的加工方案要通過加工示意圖反映出來 加工示意圖表示被加工零件 在機(jī)床上的加工過程 刀具 輔具的布置狀況以及工件 夾具 刀具等機(jī)床各 部件間的相對(duì)位置關(guān)系 機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等 因此 加工示意圖是 組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要圖紙之一 它是刀具 輔具 夾具 主軸箱 電氣裝置設(shè) 計(jì)及通用部件選擇的主要原始資料 也是整臺(tái)組合機(jī)床布局和性能的原始要求 同時(shí)還是調(diào)整機(jī)床 刀具及試車的依據(jù) 其內(nèi)容包括以下幾方面 l 刀具的選擇 根據(jù)被加工工件 24 個(gè)孔的大小 選用 2 種規(guī)格的刀具如表 2 3 所示 9 表 2 4 刀具名稱 標(biāo)準(zhǔn)尺寸及數(shù)量 鉆刀懸伸長度 刀具名稱 鉆頭直徑 刀具總長 L0刀具懸伸長 L1數(shù)量 備注 11 5 206 125 6 GB1439 85直柄麻 花鉆 莫式 1 號(hào) 8 240 160 12 GB1440 85 2 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇 導(dǎo)向類型的確定 根據(jù)刀具導(dǎo)向線速度 v 15m min 故采用固定式導(dǎo)向 刀具在導(dǎo)套內(nèi)既轉(zhuǎn) 動(dòng)又移動(dòng) 這種導(dǎo)向方法精度好 導(dǎo)向數(shù)量的確定 根據(jù)工件形狀 刀具剛度及工作情況采用單導(dǎo)向 導(dǎo)向參數(shù)的確定 導(dǎo)套長度 L 由經(jīng)驗(yàn)公式 L 2 4 d 小直徑時(shí)取大值 大直徑時(shí)取小值 11 具體尺寸及配合見表 2 5 表 2 5 固定導(dǎo)向裝置的尺寸及配合 d F7 D k6 D1 D2 n6 L L1 m GB2268 80 數(shù)量 11 5 034 16 18 012 30 26 028 15 18 28 11 M8 22 6 8 2 03 15 5 02 26 22 08 14 24 9 M6 18 12 10 3 導(dǎo)向到工件端面距離 以不妨礙排屑為原則 兩端選為 15mm 中間選為 8mm 以四個(gè)定位塊保證 間距 實(shí)現(xiàn)主定位 4 確定主軸直徑及各主軸外伸長度 主軸直徑 d B 2 6 410M 式中 d 軸的直徑 mm M 主軸承受的轉(zhuǎn)矩 Nmm B 系數(shù) 當(dāng)材料的剪切彈性模量 G 8 1 104N mm 時(shí) 非剛性主軸取 11 傳動(dòng)軸為 9 2 為使軸的強(qiáng)度足夠 主軸材料均采用合金鋼 結(jié)果如表 2 6 表 2 6 主軸選材及參數(shù)選擇結(jié)果 主軸外伸尺寸軸號(hào) 材料 主軸直 徑 D d1 L 備注 1 6 20Gr 20 30 20 115 1 12 40Gr 20 30 20 115 非剛性 主軸 11 5 接桿的選擇 主軸箱各主軸的外伸長度為一定值 而且刀具長度也為一定值 因此 為 保證主軸箱上各刀具能同時(shí)到達(dá)加工極限位置 就需要在主軸與刀具之間設(shè)置 一中間可調(diào)環(huán)節(jié) 刀具接桿 由于接桿上的尺寸 D 與主軸外伸長度上的內(nèi)孔 dl 配合 可根據(jù) dl 尺寸及 刀具分別為莫氏 1 號(hào)和莫氏 2 號(hào) 選用接桿 T0635 01 查得 d 20mm 的主軸用 3 號(hào)接桿 A 型 長度范圍 215 500mm 6 確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸 最重要的尺寸是主軸箱端面到工件端面之間的距離 如圖 2 1 所示 圖 2 一 1 加工示意圖的聯(lián)系尺寸計(jì)算圖 該尺寸為 L L 十 L L B L L 2 7 12354 式中各符號(hào)意義 L 主軸外伸長度 L 鉆刀懸伸長度2 L 接桿伸出長度 可調(diào) 3 L 加工孔深4 L 刀具的切出值5 12 B 螺母及墊總厚度 經(jīng)計(jì)算調(diào)整后 選擇接桿標(biāo)記如表 2 7 所示 表 2 7 與主軸刀具配合的接桿號(hào) 刀具直徑 接桿號(hào) 11 5 3 250 T0635 41 8 3 215 T0635 41 7 動(dòng)力頭工作循環(huán)及其行程的確定 此臺(tái)組合鉆床根據(jù)被加工件為淺孔 循環(huán)過程包括 快速引進(jìn) 工作進(jìn)給 和快速退回 工作進(jìn)給長度的確定 工進(jìn)長度 L 等于被加工孔深 L 與刀具的切入長度 L 與切出長度 L 之和 7465 如圖 2 2 所示 圖 2 2 工作進(jìn)給長度 即 L L L L 2 8 7456 13 加工部位孔深 L 分別為 11mm 和 13mm L 一般取為 5 10mm 4 6 L 取 0 3d 3 8 據(jù)此 工進(jìn)長度 L 定為為 32mm 5 7 快速引進(jìn)長度 L 的確定8 快速引進(jìn)是動(dòng)力頭把刀具送到工作進(jìn)給的位置 為了不影響裝卸工件 兩 端加工快速引進(jìn)長度定為 L 250mm 中間加工快速引進(jìn)長度 L 150mm8 8 快速退回長度 L9 其為工進(jìn)與快進(jìn)之和 即 L L L 2 9 978 L 分別選取 282mm 和 182mm 9 因?yàn)槭枪潭ㄊ綂A具鉆孔的機(jī)床 動(dòng)力頭快退的行程 只要把所有刀具都退 到導(dǎo)套內(nèi) 不影響工件的裝卸即可 根據(jù)以上分析計(jì)算確定的數(shù)據(jù) 汽車加工 示意圖見附圖 2 快進(jìn) 250 150 工進(jìn) 32 快退 282 182 工作循環(huán)圖 2 4 3機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的繪制 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖是用來表示機(jī)床的配置型式 機(jī)床各部件之間相對(duì)位置關(guān) 系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的總體布局圖 它是進(jìn)行主軸箱 夾具等專用部件設(shè)計(jì)的重要依 據(jù) 1 選用動(dòng)力部件 14 主要指選擇型號(hào) 規(guī)格合適的滑臺(tái)和動(dòng)力箱 滑臺(tái)的選用 滑臺(tái)滑臺(tái)選用主要取決于驅(qū)動(dòng)方式 所需進(jìn)給力 進(jìn)給速度 最大行程長 度和加工精度等因素 A 驅(qū)動(dòng)方式的確定 根據(jù)具體的加工要求 使用條件 選用機(jī)械滑臺(tái) B 確定軸向進(jìn)給力 由表 2 2 知總切削力為 F 總 4293N F 總 13571 04N 由于滑臺(tái)工作時(shí) 12 除了克服各主軸的軸向力外 還要克服滑臺(tái)移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力 因而所選 滑臺(tái)的最大進(jìn)給力應(yīng)大于 F 總 F 總 12 C 滑臺(tái)進(jìn)給速度的確定 據(jù)被加工件的實(shí)際要求 考慮刀具的耐用度 選滑臺(tái)的進(jìn)給速度為 40mm min D 確定滑臺(tái)行程 滑臺(tái)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 作用是使動(dòng)力部件有一定的向前移動(dòng)的余地 以彌補(bǔ)機(jī)床的制造誤差以及刀具 磨損后能向前調(diào)整 前備量取為 40mm 后備量的作用是使動(dòng)力部件有一定的 向后移動(dòng)的余地 以方便裝卸刀具 取為 50mm 工作行程為分別為 282mm 和 182mm 故滑臺(tái)的總行程長度為 372mm 和 272mm E 精度的選擇 根據(jù)加工要求 選用普通精度級(jí) 結(jié)合以上因素 在滿足設(shè)計(jì)要求前提下 以減少組合機(jī)床通用部件規(guī)格的 選用 均選用 HJ4OB 機(jī)械滑臺(tái) 其主要性能指標(biāo) 臺(tái)面寬 400mm 滑臺(tái)臺(tái)面長 800mm 行程長 400mm 滑臺(tái)及滑座總高為 320mm 允許最大進(jìn)給力 20000N 工作進(jìn)給電動(dòng)機(jī) O 75KW 轉(zhuǎn)速 1390r min 工作進(jìn)給速度范圍 9 62 425 8mm min 快速行程電動(dòng)機(jī) 1 5KW 轉(zhuǎn)速 1400r min 快速移動(dòng)速度 6 3m min 機(jī)械滑臺(tái)支承總長 1240mm 滑臺(tái)確定后 與之配套的支承部件選為 ICC631 側(cè)底座 總長 1370mm 高 56Omm 總寬 6O0mm 滑臺(tái)與側(cè)底座之間用調(diào)整墊 這樣可以保證最低主軸 中心與最低被加工孔在垂直方向上等高 動(dòng)力箱的選用 15 動(dòng)力箱主要依據(jù)主軸箱所需的電動(dòng)機(jī)功率來選用 根據(jù)公式 P P 1 30 2 10 主 切 式中 P 為切削用總功率 由表 2 2 得 P 3kw切 1 P 3 6kw 2 為主軸箱傳動(dòng)效率 取 0 9 計(jì)算得 P 主分別為 3 3kw 和 4kw 當(dāng)動(dòng)力箱適配大型組合機(jī)床時(shí) 其規(guī)格為 ITD32 ITD80 選用 ITD40 電動(dòng)機(jī)功 7 5kw 電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y132M 4 轉(zhuǎn)速 1440r min 輸出軸轉(zhuǎn)速 720r min 動(dòng)力箱與機(jī)械動(dòng)力滑臺(tái)結(jié)合面尺寸 長 500mm 寬 400mm 動(dòng)力箱與 主軸箱結(jié)合面尺寸 寬 500mm 高 400mm 動(dòng)力箱輸出軸距離主軸箱底面高度為 160mm 2 確定裝料高度 H 裝料高度 H 指工件安裝基面至機(jī)床底面的距離 一般在 850 1060mm 之間 選取 具體尺寸取決于最低主軸中心至主軸箱底面的高度 h1 滑臺(tái)與側(cè)底座 之間的調(diào)整墊 h 滑臺(tái)高度 h 側(cè)底座高度 h 即234 H h h h h 2 11 1234 式中 HJ40B 機(jī)械滑臺(tái) h 32Omm ICC4OI 側(cè)底座高度 h 560mm 4 為求 h1 需先確定主軸箱輪廓尺寸 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定臥式主軸箱總厚度為 325mm 寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列選取 主軸箱的寬度 B 和高 H 按下式計(jì)算 B b 2b 2 12 21 H h h b 1 2 13 16 式中 b 邊緣主軸中心到主軸箱外壁之間距離 一般取1 b1 70 100mm b h 分別為工件在寬度和高度方向上相距最遠(yuǎn)兩加工孔的中2 心距 h 最低主軸中心到主軸箱底面之間的距離 1 由被加工零件知 兩端主軸箱 b 133mm h 115mm 2 中間主軸箱 b 257mm h 248mm 經(jīng)計(jì)算根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 及零件加工部位的特點(diǎn)兩端的主軸箱及中間的主軸箱均 應(yīng)取 B H 500 500mm 厚度由主軸箱箱體 前蓋 后蓋 三層尺寸構(gòu)成 主 軸箱體厚 180mm 前蓋臥式為 55mm 后蓋厚 90mm 因此主軸箱總厚度為 325mm 因?yàn)橹鬏S箱是安裝在動(dòng)力箱上的 故選擇主軸箱上左定位銷中心孔為坐標(biāo) 原點(diǎn) 取左定位銷孔中心至箱體左側(cè)面間距離 E 25mm 距下底面距離 h 30mm 經(jīng)計(jì)算最低主軸位置 h 170mm 1 由以上計(jì)算分析可得出裝料高度 H h h2 h h 170 5 320 560 1055 mm 134 3 初定夾具輪廓尺寸 繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸圖時(shí) 應(yīng)先初步確定夾具輪廓尺寸 工件輪廓尺寸 形 狀以及導(dǎo)向結(jié)構(gòu)是確定夾具輪廓尺寸的依據(jù) 夾具是用于定位和夾緊工件的 所以應(yīng)以工件的輪廓尺寸和形狀確定夾具 的輪廓尺寸 在掌握了工件寬度 工件和鉆模架間的距離以及鉆模架的厚度尺 寸后 就可以確定夾具體的總長尺寸 夾具體長度選為 1450mm 根據(jù)工件的 大小和占用面積夾具的寬度定為 400mm 夾具底座的高度應(yīng)視夾具大小而定 既要保證有足夠的剛度 又要考慮工件的裝料高度 本夾具選 400mm 4 中間底座尺寸的確定 中間底座的輪廓尺寸要滿足夾具在其上面聯(lián)接安裝的需要 中間底座長度 尺寸根據(jù)所選的動(dòng)力部件 滑臺(tái) 滑座 及配套部件 側(cè)底座 的位置關(guān)系確 17 定 同時(shí)應(yīng)考慮多軸箱處于終了位置時(shí) 多軸箱于夾具體之間應(yīng)有的適當(dāng)距離 以便于機(jī)床調(diào)整 維修 另外中間底座周邊應(yīng)有不小于 70 100mm 的排屑或冷 卻液回流槽 中間底座長度方向尺寸 L 要根據(jù)所選動(dòng)力部件和夾具安裝要求 來確定 一般可按下式計(jì)算 L 2 14 2 31321 llL 右左 式中 加工終了位置時(shí) 主軸箱端面到工件端面的距離 mm 1 主軸箱厚度 mm 2L 工件長度 mm 3 滑臺(tái)與主軸箱重合長度 mm 1l 加工終了位置時(shí) 滑臺(tái)前端到滑座端面間的距離和前備量2 之和 mm 滑座前端與側(cè)底座端面距離 mm 3l 經(jīng)計(jì)算 中間底座長度 L 1780 mm 總上所述 所設(shè)計(jì)的組合鉆床聯(lián)系尺寸圖見附圖 3 2 4 4生產(chǎn)率計(jì)算卡 生產(chǎn)率計(jì)算卡是反映所設(shè)計(jì)機(jī)床的工作循環(huán)過程 動(dòng)作時(shí)間 切削用量 生產(chǎn)率 負(fù)荷率等的技術(shù)文件 通過生產(chǎn)率計(jì)算卡 可以分析所擬訂的方案能 否滿足用戶對(duì)生產(chǎn)率的要求 機(jī)床的理想生產(chǎn)率按下式計(jì)算 2 15 輔切單 TQ 601 式中 單件工時(shí)單 min 18 機(jī)加工時(shí)間 min 包括動(dòng)力部件工作進(jìn)給死擋鐵停留切T 時(shí)間 即停t 2 16 停切 tvfLT 21 分別為刀具的第 第 工作進(jìn)給行程長度 mm 1L2 分別為刀具的第 第 工作進(jìn)給量 mm min vf 死擋鐵停留時(shí)間 一般為在動(dòng)力部件進(jìn)給停止?fàn)顟B(tài)下 刀具停t 旋 轉(zhuǎn) 5 10 轉(zhuǎn)所需的時(shí)間 min 輔助時(shí)間 mm 包括快進(jìn)時(shí)間 快退時(shí)間 工作臺(tái)移動(dòng)或轉(zhuǎn)輔T 位 時(shí)間 裝卸工件時(shí)間 即移t裝t 2 17 裝移輔 tvfkLT 43 分別為動(dòng)力部件快進(jìn)行程長度 快退行程長度 mm 3L4 動(dòng)力部件的快速移動(dòng)速度 mm min vfk 工作臺(tái)移動(dòng)或轉(zhuǎn)位時(shí)間 min 一般為 0 05 0 13min移t 裝卸工件時(shí)間 min 一般為 0 5 1 5min裝 19 機(jī)床負(fù)荷率按下式計(jì)算 2 18 AtQk 1 式中 機(jī)床理想生產(chǎn)率 件 h Q 年生產(chǎn)綱領(lǐng) 件 A 年工作時(shí)間 h 單班制工作時(shí)間 1950h 兩班制kt kt 3900h 機(jī)床負(fù)荷率一般以 65 75 為宜 機(jī)床復(fù)雜時(shí)取小值 反之取大值 生產(chǎn)率計(jì)算卡列于表 2 9 20 表 2 9 生產(chǎn)率計(jì)算卡 圖號(hào) 毛坯種類 焊接件 名稱 汽車后橋殼體 毛坯重量被加工 零件 材料 16Mn Q235 硬度 HB180 220 工序名稱 三面鉆削 工序號(hào) 工時(shí) min 序 號(hào) 工步 名稱 加工 直徑 mm 加工 長度 mm 工作 行程 mm 切削速度 m min 進(jìn)給量 mm r 機(jī)動(dòng)時(shí)間 輔助時(shí)間 1 安裝工件 0 5 2 工件定位夾緊 0 05 3 左右鉆頭快進(jìn) 250 0 031 4 左右鉆頭工進(jìn) 11 5 11 32 15 0 2 0 5 5 死擋鐵停留 0 01 6 左右鉆頭快退 282 0 05 7 中間鉆頭快進(jìn) 150 0 031 8 中間鉆頭工進(jìn) 8 5 13 32 15 0 18 0 5 9 死擋鐵停留 0 01 10 中間鉆頭快退 182 0 05 11 工件松開 0 05 21 12 卸下工件 0 5 累計(jì) 1 126 1 12 單件工時(shí) 2 246 機(jī)床生產(chǎn)率 26 71 件 h 理論生產(chǎn)率 23 23 件 h 備 注 本機(jī)床裝夾一次 同時(shí)進(jìn)行兩面鉆削 然后進(jìn)行第三面鉆削 負(fù)荷率 87 2 根據(jù)機(jī)床使用經(jīng)驗(yàn) 最適宜的機(jī)床負(fù)荷率為 0 75 0 90 由生產(chǎn)率計(jì)算卡 可見計(jì)算出的機(jī)床實(shí)際生產(chǎn)率能夠滿足理想生產(chǎn)率要求 故方案制定的合理可 行 第 3章 主軸箱設(shè)計(jì) 主軸箱是組合機(jī)床的重要組成部件 它是選用通用零件 按專用要求進(jìn)行 設(shè)計(jì)的 在本組合鉆床設(shè)計(jì)過程中 是工作量最大的部件 由于在本機(jī)床上需 要加工三個(gè)部位共 24 個(gè)孔 因此本鉆床的主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)在對(duì)被加工零件進(jìn) 行了深入分析計(jì)算的基礎(chǔ)上 通過采用滾珠軸承主軸 對(duì)主軸箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了 創(chuàng)新設(shè)計(jì) 使所設(shè)計(jì)的主軸箱結(jié)構(gòu)緊湊 實(shí)現(xiàn)了需在多工序完成的鉆削加工 現(xiàn)用同一工步完成的設(shè)計(jì)構(gòu)思 為實(shí)現(xiàn)本機(jī)床 結(jié)構(gòu)簡單 使用方便 效率高 質(zhì)量好 的設(shè)計(jì)目標(biāo)奠定了基礎(chǔ) 3 1 主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù) 依據(jù)第二章組合鉆床總體設(shè)計(jì)繪制主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 其內(nèi)容包括主 軸箱設(shè)計(jì)的原始要求和已知條件 1 主軸箱輪廓尺寸 500 500mm 2 工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸 3 工件與主軸箱相對(duì)位置尺寸 根據(jù)這些數(shù)據(jù) 同時(shí)由總體設(shè)計(jì) 編制出表 3 1 并繪出主軸箱設(shè)計(jì)原始 依據(jù)圖 3 1 表 3 1 各主軸外伸尺寸及切削用量 22 主軸外伸尺 寸 切削用量主 軸 D d1L 工序 轉(zhuǎn)速 切削 速度 切削 用量 1 6 30 20 115 鉆 11 5 415 15 0 2 1 12 30 20 115 鉆 8 577 15 0 18 3 2主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是通過一定的傳動(dòng)鏈把動(dòng)力箱輸出軸 即主軸箱 驅(qū)動(dòng)軸 傳來的動(dòng)力和轉(zhuǎn)速按要求分配到各主軸 三面臥式組合鉆床兩端的主 軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中采取以下措施 1 從面對(duì)主軸的方位看去 所有主軸均采用逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) 2 保證轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的前提下 力求用最少的傳動(dòng)軸和齒輪 數(shù)量和規(guī)格 以減少各類零件的品種 具體措施采用一根傳動(dòng)軸同時(shí)帶動(dòng)多根主軸 并將齒 輪布置在同一排位置上 當(dāng)齒輪嚙合中心距不符和標(biāo)準(zhǔn)時(shí) 采用了變位齒輪 3 避開了用主軸帶主軸的方案 這樣避免了增加主軸負(fù)荷 不會(huì)影響加 工質(zhì)量 4 為使主軸箱結(jié)構(gòu)緊湊 主軸箱內(nèi)齒輪傳動(dòng)副的傳動(dòng)比都在 1 1 5 之間 5 由于加工部位的孔均勻分布在同一圓周上 所以按照主軸箱設(shè)計(jì)原則 在 圓周的圓心位置設(shè)置一根傳動(dòng)軸帶動(dòng)六根主軸 中間加工部位也按相同 原則設(shè)計(jì) 6 因鉆削加工切削力大 為了減少主軸的扭曲變形 主軸上的齒輪盡量 安 排靠前支承 采取上述方法設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng) 不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)加工部位的工序集中 而且 保證了主軸箱的質(zhì)量 提高了主軸箱的通用化程度 使得設(shè)計(jì)和制造工作量及 成本都大大降低 23 圖 3 1 兩端主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 圖 3 2 中間主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 3 2 1傳動(dòng)路線擬定思路 通過對(duì)加工部位的相對(duì)位置進(jìn)行分析 為保證主軸箱結(jié)構(gòu)緊湊 擬定以下 傳動(dòng)路線 兩端加工部位孔的分布相同 均是分布在 133 圓周上的六個(gè)孔 所以在 133 的圓心處設(shè)置一根傳動(dòng)軸 動(dòng)力箱輸出軸帶動(dòng)此傳動(dòng)軸以及油泵軸 傳 動(dòng)軸帶動(dòng) 6 根主軸 其中一根主軸帶動(dòng)手柄軸 用于停機(jī)是調(diào)整主軸 中間加工部位孔的分布和兩端加工部位孔的分布相似 均是分布在 257 圓周上的 12 個(gè)孔 所以在 257 圓心處設(shè)置一根傳動(dòng)軸 動(dòng)力箱輸出軸帶動(dòng) 此傳動(dòng)軸以及油泵軸 傳動(dòng)軸帶動(dòng) 12 根主軸 其中一根主軸帶動(dòng)手柄軸 具 體傳動(dòng)方案由傳動(dòng)樹形圖表示 傳動(dòng)樹形圖是一種用簡單線條來描述主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的圖形 傳動(dòng)樹形圖 中的 樹梢 表示各個(gè)主軸 樹根 表示驅(qū)動(dòng)軸 各分叉點(diǎn)為傳動(dòng) 樹枝 以定向邊表示各軸之間的傳動(dòng)副 并以箭頭表示傳動(dòng)順序 根據(jù)定向邊的箭頭 就可以清楚地看出系統(tǒng)的傳動(dòng)路線 由于中間主軸箱內(nèi)傳動(dòng)系統(tǒng)和兩端主軸箱 24 的傳動(dòng)系統(tǒng)相似 只是孔分布的圓周直徑有所區(qū)別 所以用一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)樹形 圖表示 擬定的系統(tǒng)傳動(dòng)樹形圖如圖 3 3 所示 圖 3 3 傳動(dòng)樹形圖 3 2 2合理分配各級(jí)傳動(dòng)比 初定傳動(dòng)軸位置 確定齒輪齒數(shù) 傳動(dòng)基本公式 3 1 主從從主 NZ mAZ2 從主 式中 主動(dòng)輪齒數(shù)主 從動(dòng)輪齒數(shù)從 主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速主N 從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速從 中心距A 25 齒輪模數(shù)m 初選模數(shù)由下式估算 再通過類比法確定 3 2 3 2 0 znp 式中 齒輪模數(shù) mm 齒輪傳遞功率 kw p 小齒輪的齒數(shù)z 小齒輪的轉(zhuǎn)速 r min n 兩端主軸箱內(nèi)主軸轉(zhuǎn)速均相同 由第二章計(jì)算得知 415r min 電機(jī)輸n 出軸轉(zhuǎn)速 n 720r min 主軸齒輪模數(shù)用類比法取 m 2 電機(jī)輸出軸齒輪模數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)為 m 3 4 取 m 3 主軸與傳動(dòng)軸的中心距 A 66 5mm 電機(jī)輸出軸與 傳動(dòng)軸中心距 A 90mm 總傳動(dòng)比 i 1 75 經(jīng)查組合機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 主 軸箱內(nèi)最佳傳動(dòng)比為 1 1 5 后蓋內(nèi)最大傳動(dòng)比為 2 最小為 1 2 并且盡量避 免升速傳動(dòng) 以減少功率損失 分配傳動(dòng)比及確定齒輪齒數(shù)如下 1 75 1 由 5 62 21 mAz1 26 得 321 z 所以兩端主軸箱內(nèi)主軸上的齒輪齒數(shù)為 33 于其嚙合的傳動(dòng)軸上的齒輪 上的齒數(shù)也為 33 由 6039 43 mAz75 143 得 2 83z 所以兩端主軸箱后蓋內(nèi)電機(jī)輸出軸上的齒輪齒數(shù)為 22 符合組合機(jī)床主 軸箱設(shè)計(jì)準(zhǔn)則電機(jī)輸出軸齒輪為 21 24 的標(biāo)準(zhǔn) 于其嚙合的傳動(dòng)軸上的齒輪 齒數(shù)為 38 中間主軸箱內(nèi)主軸轉(zhuǎn)速均相同 由第二章計(jì)算得知 577r min 電機(jī)輸n 出軸轉(zhuǎn)速 n 720r min 主軸齒輪模數(shù)用類比法取 m 2 電機(jī)輸出軸齒輪模數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)為 m 3 4 取 m 3 主軸與傳動(dòng)軸的中心距 A 128 5mm 電機(jī)輸出軸與 傳動(dòng)軸中心距 A 75mm 總傳動(dòng)比 i 1 27 分配傳動(dòng)比及確定齒輪齒數(shù)如下 1 27 1 27 由 5 128 2 1 mAz 12z 得 642 所以中間主軸箱內(nèi)主軸上的齒輪齒數(shù)為 64 于其嚙合的傳動(dòng)軸上的齒輪 上的齒數(shù)也為 64 由 50372 43 mAz 143 得 2 83 z 所以兩端主軸箱后蓋內(nèi)電機(jī)輸出軸上的齒輪齒數(shù)為 22 符合組合機(jī)床主 軸箱設(shè)計(jì)準(zhǔn)則電機(jī)輸出軸齒輪為 21 24 的標(biāo)準(zhǔn) 于其嚙合的傳動(dòng)軸上的齒輪 齒數(shù)為 28 3 2 3修正各主軸轉(zhuǎn)速 n 切削速度 V 主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 S 根據(jù)上面分配的各級(jí)傳動(dòng)比及各級(jí)嚙合的齒輪齒數(shù) 計(jì)算得各主軸實(shí)際轉(zhuǎn) 速 切削速度及主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量如表 3 2 所示 表 3 2 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度及每轉(zhuǎn)進(jìn)給量修正表 軸號(hào) 轉(zhuǎn)速 r min 切削速度 m min 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 mm r 1 6 411 42 14 92 0 2 1 12 566 15 08 0 18 28 3 3主軸箱通用軸類零件選擇 兩端和中間主軸箱內(nèi)主軸直徑根據(jù)公式 d B 3 3 410M 得出兩端主軸箱和中間主軸箱內(nèi)主軸直徑 d 均為 20mm 詳細(xì)內(nèi)容見第 二章 3 3 1確定傳動(dòng)軸的直徑及選材 計(jì)算傳動(dòng)軸直徑按式 410MBd 3 4 i2 式中 d 軸的直徑 mm M 主軸承受的轉(zhuǎn)矩 Nmm B 系數(shù) 當(dāng)材料的剪切彈性模量 G 8 1 104N mm 時(shí) 非剛性主軸取 11 傳動(dòng)軸為 9 2 傳動(dòng)效率 M 軸承受的轉(zhuǎn)矩 Nmm 經(jīng)計(jì)算得兩端主軸箱和中間主軸箱內(nèi)的傳動(dòng)軸直徑均為 30mm 選用圓錐 滾子軸承傳動(dòng)軸 材料選 45 鋼 手柄軸的直徑按標(biāo)準(zhǔn)選取為 30mm 油泵軸 直徑按標(biāo)準(zhǔn)選取為 20mm 并且手柄軸和油泵軸均采用 45 鋼 3 3 2主軸及通用傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)型式的選擇方案 主軸結(jié)構(gòu)型式由零件的加工工藝 并考慮主軸的工作條件和受力情況 采 用長主軸 因是鉆削加工主軸 需承受較大的單向軸向力 所以優(yōu)選深溝球軸 承和推力球軸承組合的支承結(jié)構(gòu) 且推力球軸承配置在主軸前端 傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn) 29 速較低 但載荷較大 因此用圓錐滾子軸承 3 3 3通用齒輪及其他通用件 齒輪包括動(dòng)力箱齒輪和傳動(dòng)齒輪 為提高齒輪強(qiáng)度 大多采用的材料為 20CrMnTi 動(dòng)力頭齒輪和受載較小的齒輪采用 45 鋼 主軸箱上除上述通用件外 還有隔套 鍵套 防油套 定位銷及鎖緊螺母 放松墊圈等 均參照組合機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)按標(biāo)準(zhǔn)選取確定 3 4 軸和齒輪的校核 3 4 1主軸的力學(xué)計(jì)算模型 1 A B 刀M刀aF rAF1nFrBFaBF 圖 3 一 4 理想的滾珠主軸力學(xué)計(jì)算模型 受力分析 在第二章依據(jù)選定的切削用量 計(jì)算出了刀具加工時(shí)受到的扭矩 M 及軸刀 向力 由經(jīng)驗(yàn)公式 刀aF 刀M刀 D HB S 3 5 30 D HB S 3 6 刀aF刀 式中 刀具工作時(shí)受到的轉(zhuǎn)矩 刀M 刀具工作時(shí)受到的軸向力 刀aF 為刀具切削處直徑 D 切削用量 S 布氏硬度刀 刀 HB 的函數(shù) 根據(jù)圖 3 4 得 3 7 刀M12tFd 式中 F 承載齒輪所受的圓周力 1t d 承載齒輪的分度圓直徑 1 對(duì)圖 3 4 而言 軸向載荷為 B 點(diǎn)支承處推力球軸承所受到的軸向力 D HB S 3 8 aF刀 B 點(diǎn)支承處深溝球軸承所受到的軸向力 3 9 aBs A B 支承處深溝球軸承的徑向載荷 的求法 rAFrB 徑向載荷由力的平衡方程得 3 10 01 OBnArL 3 11 ArBF 31 求得 3 12 ABOnrLF1 3 13 ABnr1 式中 F 齒輪工作時(shí)所受到的法向力 1n 軸承工作的當(dāng)量動(dòng)載荷 對(duì)于工作時(shí)受軸向載荷的深溝球軸承而言 當(dāng)量動(dòng)載荷為 3 14 arprYFXfP 對(duì)于受純徑向載荷的深溝球軸承 滾針軸承 當(dāng)量動(dòng)載荷為 3 15 r 對(duì)于受純軸向載荷的推力球軸承 當(dāng)量動(dòng)載荷為 3 16 FPa 式中的 取 1 2 1 5 pf 在按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和估算選好的主軸各參數(shù)后 為確定主軸剛性 有時(shí)還要根 據(jù)受力情況 進(jìn)行驗(yàn)算 一般來說 主軸只要其剛度能滿足 強(qiáng)度大多是足夠 的 主軸剛度的驗(yàn)算 主要是驗(yàn)算在受力時(shí)的彎曲變形 既主軸前端的撓度 X 和前支撐的傾角 取其許用 X 0 0002L mm 0 001 rad 3 17 5 0 3122 MLaCLQaPEjX 3 18 2L 式中 E 主軸材料的彈 32 性模量 kg mm 鋼的模量 E kg mm 4102 J 前支承處的截面慣性矩 實(shí)心軸 J R 經(jīng)計(jì)算兩端主軸箱內(nèi)的主軸及中間主軸箱內(nèi)的主軸的撓度和傾角均符 合要求 2 中間主軸箱傳動(dòng)軸校核 由于兩端主軸箱和中間主軸箱結(jié)構(gòu)原理相似 而中間主軸箱內(nèi)的傳動(dòng)軸所 帶動(dòng)的主軸較多 故只校核中間主軸箱內(nèi)的傳動(dòng)軸即可 由彎矩圖知 C 處的彎矩最大 校核該截面強(qiáng)度 截面 C 處的當(dāng)量彎矩 可得 mNMVHe 36822 6 09851 b 校核結(jié)果 2331 0 dWEe C 截面強(qiáng)度足夠 2159 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)和彎矩圖及轉(zhuǎn)矩圖可見 C C 截面為危險(xiǎn)截面 故校核 此截面 查附表 14 1 按漸開線花鍵查得 47 1 59 K 1 查附表 14 6 得尺寸系數(shù) 89 0 2 查附表 14 4 得表面質(zhì)量系數(shù) 0 93 3 查附表 14 7 得鋼的 21 0 34 4 查附表 14 8 許用安全系數(shù) 5 s 5 彎曲應(yīng)力幅 23 1 26mNWMea 6 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅 23 0TCa 33 7 只考慮彎矩作用時(shí)的安全系數(shù) 95 601 932581 mtKS 8 只考慮轉(zhuǎn)矩作用時(shí)的安全系數(shù) 4 392 089 304711 mtS 9 安全系數(shù) 滿足強(qiáng)度要求2 S 5 1 65 S g f e d c b a FrCFtCF FrCFrBFtB 35 中間主軸箱傳動(dòng)軸彎矩 轉(zhuǎn)矩圖 3 齒輪疲勞強(qiáng)度校核 兩端主軸箱齒輪校核 主軸箱內(nèi)齒輪的設(shè)計(jì)是按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式 3 19 1FFQbmYsak 3 20 yA 式中 工作情況系數(shù) 取 1 25 Ak 動(dòng)載系數(shù) 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取 1 17 V Vk 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取 1 k k 載荷分配不均系數(shù) 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取 1 4 k 得 05 2417 251 k 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取 6 SaFaY 得 b 24 m 2NdTt 8 由于 KN Slim 其中 KN 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查取 1 2 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取 450limli S 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取 S 1 4 36 得 aMP3854 102 代入以上公式 F 5 24 6 12 31 17 385 aP 所以合格 中間主軸箱齒輪校核 系數(shù)的選取為 1 25 1 25 1 1 4AkVk k 得 2 1875 y 58 1 6 2SaFaY b 24 m 2NdTt 4 7 經(jīng)計(jì)算 17 486 FaMP385 經(jīng)校核 該齒輪合格 3 4 2齒輪模數(shù)的驗(yàn)算 齒