數(shù)控車床主軸箱用臥式組合鉆床設(shè)計(jì)
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湖南工學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
課題名稱 CK-Ⅱ型車床主軸箱加工6～Ф17孔兩面臥式組合鉆床
專業(yè)名稱 數(shù)控技術(shù)與應(yīng)用
所在班級(jí) 0401
學(xué)生姓名 蔣明軍
學(xué)生學(xué)號(hào) 2004104154
指導(dǎo)老師 黃開有（副教授）
200 7年 5 月
摘 要
在組合機(jī)床的設(shè)計(jì)中，主軸箱加工工藝是關(guān)鍵?！叭龍D一卡”包括加工零件工序圖,加工示意圖, 機(jī)床總圖,生產(chǎn)效率計(jì)算卡。其中加工零件工序圖是表示一臺(tái)組合機(jī)床對(duì)被加工零件應(yīng)完成的工藝內(nèi)容的示意圖。它包括加工部位尺寸精度,表面粗糙度及技術(shù)要求等內(nèi)容。加工示意圖表明被加工零件在機(jī)床的加工過程,刀具,輔具的位置狀況,工件與夾具,刀具等機(jī)床各零部件間的位置關(guān)系，以及機(jī)床的工作行程和工作循環(huán)等。機(jī)床總圖表示機(jī)床各組成部件相互配合關(guān)系及各零件、部件、標(biāo)準(zhǔn)件、通用件等名稱、代號(hào)、數(shù)量及運(yùn)動(dòng)關(guān)系。以及檢驗(yàn)各部件的相對(duì)位置及尺寸之間聯(lián)系是否滿足加工要求，通用部件是否合適等內(nèi)容。
關(guān)鍵詞：組合機(jī)床 主軸箱 “三圖一卡”
Abstract
In transfer and unit machine design, the headstockprocessing craft is a key. "A three charts card" including processingcomponents working procedure chart, processing schematic drawing,engine bed assembly drawing, production efficiency computation card. Processing components working procedure chart is expressed a aggregatemachine-tool to is processed the craft content schematic drawing whichthe components should complete. It including processing spot sizeprecision, content and so on surface roughness and specification. The processing schematic drawing indicated is processed the componentsin the engine bed processing process, the cutting tool, auxiliaryposition condition, work piece and jig, position relations engine bedvarious spare parts and so on between cutting tool, as well as enginebed power stroke and operating cycle and so on. The engine bed assembly drawing expressed the engine bed eachcomposition part mutually coordinates the relations and variouscomponents, the part, the standard letter, General Work piece and so on thename, the code number, the quantity and the movement relations.Examines various parts between the relative position and the sizerelates whether satisfies the processing request, the general part is whether appropriate and so on the content.
Key words: transfer and unit machine Headstock "a three charts card"
目錄
一、 設(shè)計(jì)任務(wù)書…………………………………………..6
二、 概述…………………………………………………..7
（一） 組合機(jī)床的設(shè)計(jì)內(nèi)容…………………………7
（二）組合機(jī)床的功用及未來的發(fā)展…………………8
三、 組合鉆床的總體設(shè)計(jì)………………………………..10
（一） 工藝過程分析………………………………….10
（二） “三圖一卡”設(shè)計(jì)…………………………….12
1． 被加工零件工序圖…………………………12
2． 加工示意圖………………………………….13
3． 機(jī)床總圖…………………………………….17
4． 生產(chǎn)效率計(jì)算卡…………………………….20
四、 組合機(jī)床的專題設(shè)計(jì)…………………………………23
（一） 組合機(jī)床的主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………..23
（二） 組合機(jī)床多軸箱的設(shè)計(jì)………………………..27
五、 多軸箱補(bǔ)充加工圖……………………………………31
六、 多軸箱CAD系統(tǒng)………………………………………32
七、 設(shè)計(jì)總結(jié)………………………………………………33
八、 參考文獻(xiàn)……………………………………………….34
一、設(shè)計(jì)任務(wù)書
一 設(shè)計(jì)課題：鉆加工CK—Ⅱ型數(shù)控車床主軸箱6-ф17孔兩面臥式組合鉆床
二 任務(wù)書
1 工序圖
2 加工示意圖
3 機(jī)床布置總圖
4 傳動(dòng)系統(tǒng)圖
5 多軸箱總圖
6 CAD零件圖
7 加工效率計(jì)算卡
8 設(shè)計(jì)說明書
生產(chǎn)綱領(lǐng):6萬臺(tái)/年
二、概述
（一） 組合機(jī)床（transfer and unit machine）的設(shè)計(jì)內(nèi)容
組合機(jī)床是按系列化,標(biāo)準(zhǔn)化通用件及按工件的形狀和加工工藝要求設(shè)計(jì)的專用件所組成的高效機(jī)床,組合機(jī)床90%為通用件,10%為專用件,故來加工產(chǎn)品有很大的優(yōu)點(diǎn).
組合機(jī)床的特點(diǎn):
1. 主要用于棱體其零件和雜件的孔面加工.
2. 生產(chǎn)高,因工序集中,可多共面、多軸、多刀同時(shí)加工.
3. 加工精度穩(wěn)定.
4. 研制周期短、便于設(shè)計(jì)、制造和使用維護(hù),成本低.
5. 自動(dòng)化程度高,勞動(dòng)強(qiáng)度低.
6. 配置靈活,因結(jié)構(gòu)是橫塊化,組合化,可按工件或工序,因大量通用部件和少量部件靈活組成或各種類型的組合機(jī)床及自動(dòng)化.
（二）組合機(jī)床（transfer and unit machine）的功用及未來的發(fā)展
組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。
組合機(jī)床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。
二十世紀(jì)70年代以來，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動(dòng)檢測和刀具自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達(dá)0.05毫米／1000毫米，表面粗糙度可低達(dá)2.5～0.63微米；鏜孔精度可達(dá)IT7～6級(jí)，孔距精度可達(dá)O.03～O.02微米。
專用機(jī)床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機(jī)床中某些部件因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。
最早的組合機(jī)床是1911年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機(jī)床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機(jī)床制造廠協(xié)商，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對(duì)部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。
通用部件按功能可分為動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。動(dòng)力部件是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件。主要有動(dòng)力箱、切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)。
支承部件是用以安裝動(dòng)力滑臺(tái)、帶有進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件，有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。
輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、分度鼓輪和往復(fù)移動(dòng)工作臺(tái)等。
控制部件是用以控制機(jī)床的自動(dòng)工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺(tái)等。輔助部件有潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。
為了使組合機(jī)床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技術(shù)，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺(tái)組合機(jī)床上加工，以提高機(jī)床的利用率。這類機(jī)床常見的有兩種，可換主軸箱式組合機(jī)床和轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床。
組合機(jī)床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。
三、 組合鉆床的總體設(shè)計(jì)
加工對(duì)象 主軸箱箱體
材料 HT200
加工內(nèi)容 鉆6～φ17孔
加工精度 孔位置精度0.1
生產(chǎn)批量 6萬臺(tái)/年
（一）CK-Ⅱ型數(shù)控機(jī)床主軸箱加工工藝過程:
1. 木模:確定造型的分型面,拔模斜度,芯頭芯盒的幾何尺寸,內(nèi)外橫澆口,有澆口的幾何形狀及尺寸;澆片后的素水量等工步.
2. 造型:采用滲加固化劑的膚腩樹脂造型,在造型機(jī)上制造外型與泥芯經(jīng)氯化硬化后進(jìn)行合模,在外模中下泥芯,然后經(jīng)合箱、扣箱工步制造澆杯、冒口杯等.
3. 澆注:先進(jìn)行點(diǎn)火將砂型中有機(jī)物質(zhì)燃燒排氣,將熔化溫度在1400左右的鑄鐵鐵水凈化,待氣孔渣子上浮,清楚干凈后冷卻到1300度左右進(jìn)行澆注.
4. 清砂:鑄件冷卻1～2小時(shí)后開箱送入振動(dòng)落砂機(jī)上清砂.除去鑄件的澆冒口系統(tǒng),并對(duì)坯件進(jìn)行打磨去刺.
5. 退火:清除坯件體凝固的內(nèi)應(yīng)力,加溫在350℃左右,保溫在4～6h并隨爐冷卻.
6. 刷涂料:在需要加工的四周表面上刷上冷卻帶色涂料
7. 鉗:以三大孔為基準(zhǔn),劃四周平面加工線.
8. 龍門銑:找正工件一次粗銑4～5個(gè)主軸箱件的外表面.并在箱體底平面及兩側(cè)平面上留0.5㎜的精刨余量.
9. 龍門銑:精刨工件的底平面及有孔系兩側(cè)平面.
10. 搖臂鉆:以鉆模為夾具,鉆加工φ8的孔并鉆銑2-φK兩銷孔.
11. 粗鏜:以臥式單工位雙面組合鏜床,粗鏜φ100,2-φ60三大孔.并留單邊余量0.5㎜
12. 精鏜:以臥式單工位雙面組合鏜床精鏜上敘三個(gè)大孔至圖式尺寸并倒角1×45°.
13. 以大孔Φ100為基準(zhǔn),采用活動(dòng)鉆模板在單工位臥式組合鉆床加工6-Φ17孔.
14. 鉗:去除機(jī)加工毛刺.
15. 檢驗(yàn):檢驗(yàn)各加工平面與孔的尺寸是否合圖.
16. 鉗:在CK-Ⅱ數(shù)控機(jī)床主軸箱上打印標(biāo)記.
17. 入庫:涂刷防銹劑,分類堆放.
根據(jù)工件主軸箱箱體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),以及考慮定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合原則,必須選用一面A及兩孔Φ100,2-Φ16的銷孔為定位基準(zhǔn).
注:①加工精度的影響:從表4-1中看出,當(dāng)工件的加工精度要求高時(shí),應(yīng)采用具有固定夾具的單工位組合機(jī)床.因?yàn)閷?duì)孔的位置精度要求較高,所以采用單工位臥式組合機(jī)床.
②工件的大小形狀和加工部位特點(diǎn)影響:因工件尺寸較大,所以采用單工位機(jī)床.又因被加工孔的中心線與定位基準(zhǔn)平行,且需從兩個(gè)方向同時(shí)加工,故采用臥式組合鉆床,同時(shí)臥式組合鉆床排屑方便.
（二）“三圖一卡”的設(shè)計(jì):
1． 所謂“三圖一卡”是指加工零件工序圖,加工示意圖, 機(jī)床總圖,生產(chǎn)效率計(jì)算卡.
1.被加工零件工序圖:
1.1被加工零件工序圖的工藝方案,表示一臺(tái)組合機(jī)床對(duì)被加工零件應(yīng)完成的工藝內(nèi)容的示意圖.它包括加工部位尺寸精度,表面粗糙度及技術(shù)要求等內(nèi)容.它不能用產(chǎn)品的零件圖代替,其內(nèi)容包括:
1) 表示出被加工零件的形狀和輪廓尺寸及本機(jī)床設(shè)計(jì)相關(guān)的部位的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸.
2) 表示出加工用定位基準(zhǔn),夾緊部位及夾緊方向.以便進(jìn)行夾具的定位支承,限位,夾緊及導(dǎo)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì).
3) 表示出本道工序加工部位的尺寸,尺寸精度,表面粗糙度,形狀位置精度及技術(shù)要求.另外還應(yīng)該表示出本道工序?qū)η暗拦ば蛱岢龅囊?
4) 表示出必要的文字說明.如被加工零件的編號(hào),名稱,材料硬度,重量及加工部位的余量等.
1.2繪制被加工零件工序圖注意事項(xiàng):
5) 繪制時(shí)按一定比例,選擇足夠的視圖和剖視圖突出加工部位,并把零件的輪廓及機(jī)床,夾具設(shè)計(jì)有關(guān)部位表示清楚.
6) 應(yīng)注明零件加工對(duì)機(jī)床提出的某些特殊要求.
7) 對(duì)工件毛坯應(yīng)有要求,對(duì)孔的加工余量要認(rèn)真分析.
8) 當(dāng)本工序有特殊要求應(yīng)注明.
1.3如下圖是主軸箱箱體工序圖（其余部分見圖紙）
2.加工示意圖
2.1 加工示意圖的作用和內(nèi)容:
表明被加工零件在機(jī)床的加工過程,刀具,輔具的位置狀況,工件與夾具,刀具等機(jī)床各零部件間的位置關(guān)系.以及機(jī)床的工作行程和工作循環(huán)等.
內(nèi)容有:
1) 反映機(jī)床加工部位的特點(diǎn)及加工要求決定道具等類型。
2) 根據(jù)加工部位的特點(diǎn)及加工要求決定道具等類型。
3) 決定主軸的結(jié)構(gòu)類型規(guī)格尺寸及外伸長度。
4) 選擇標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)專用接桿，浮動(dòng)卡頭，導(dǎo)向裝置，攻絲靠模裝置，刀桿托架等。
5) 表明主軸，接桿，夾具與工件之間的聯(lián)系尺寸，配合及精度。
6) 根據(jù)機(jī)生效率及刀具和工件的材料等，合理并標(biāo)注各主軸的切削用量。
7) 決定機(jī)床動(dòng)力部件的工作行程及工作循環(huán)。
2.2加工示意圖的畫法及注意事項(xiàng)
1） 加工示意圖的繪制順序：先按比例用細(xì)實(shí)線繪出工件加工部位和局部結(jié)構(gòu)的展開圖，然后用粗實(shí)線繪出加工表面。
2） ㎜在加工示意圖上，主軸的分布可不按其真實(shí)距離繪制
3） 主軸應(yīng)從主軸箱端面畫起，刀具畫在加工位置。
2.3選擇刀具，導(dǎo)向裝置及有關(guān)計(jì)算
1) 刀具選擇
因加工孔的直徑為17mm，選直徑D＝17mm的高速鋼鉆頭在硬度為HBS170～200的零件上鉆孔深40mm。
① 首先確定切削用量，查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》
表3-7
取v＝24m/min f＝0.2mm/r
軸向力F＝26Df0.8HB0.6
＝26×17×0.20.8×2000.6
＝2930N
F=6×2930＝17580N
扭矩：M=10D1.9f0.8HB0.6
=10×171.9×0.20.8×2000.6
=14431N·mm
M總＝6M=6×14431＝86586N·mm
功率： N切＝M×V/（9740×3.14×D）
＝14431×24/（9740×3.14×17）＝0.67 KW
P電＝N切/K功＝0.67/0.8＝0.8375KW
P總＝6 P電＝6×0.8375＝5.03KW
查表中的電機(jī)為：ITD40 IY132S－4型
滑臺(tái)：IHY40 ZA型
側(cè)底座：ICC401
∵用45正火鋼，于非剛性主軸
∴取[Ф]=1/v 則B＝6.2
故：d＝B(M/100)1/4
=6.2×(14431/100)1/4
=21.5
取d＝25 mm
⑵導(dǎo)向裝置的選擇：
組合機(jī)床加工時(shí)，采用非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(dǎo)向裝置來保證的。在組合機(jī)床上使用鉆頭為標(biāo)準(zhǔn)刀具時(shí)，通常采用可以調(diào)節(jié)軸向尺寸的搖桿和卡頭等中間夾具安裝在主軸孔中。
⑶確定主軸類型、尺寸、外伸長度：
因?yàn)榈毒吲c主軸是剛性連接，且用于組合雙面鉆床上，由《畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》中表4－8選主軸為長軸，且軸端的外徑為內(nèi)徑的38/26，外伸長為115，接桿材料為45鋼，莫氏圓錐度為2，即2-240-7635-01 A類。
D1=24mm D2＝38mm 圓螺母B＝12mm，L=240mm
采用接桿連接，且D·t＝26×2
刀具切出長度：L2＝1/3dQ+（3～8）＝1/3×17+（3～8）
＝8mm
動(dòng)力部件的工作進(jìn)給長度：
L工進(jìn)＝L工件+L1+L2
＝40+10+8＝58mm
L快進(jìn)＝142mm
L快退＝L工進(jìn)+ L快進(jìn)=58+142=200MM
因動(dòng)力部件的快速退回長度L快退須保證所有刀具均至夾具的導(dǎo)套內(nèi)，而不影響工件的裝卸。
L前備＝30mm L后備＝170mm
L總＝L2+ L前備+ L后備＝20+30+170
＝400mm
用鉆孔Ф17活動(dòng)鉆套為Ф27與鉆頭的配合為H7/g6的間隙配合，固定鉆套為Ф35H7/g6與活動(dòng)鉆套為過盈配合，活動(dòng)導(dǎo)向板與工件的距離為10mm，活動(dòng)鉆套伸出長為5mm，總長為34mm，活動(dòng)鉆模板為24mm。
2.4如下圖是多軸箱中間體加工圖（其余部分見圖紙）
3. 機(jī)床總圖
3.1總圖的作用和內(nèi)容：
表示機(jī)床各組成部件相互配合關(guān)系及各零件、部件、標(biāo)準(zhǔn)件、通用件等名稱、代號(hào)、數(shù)量及運(yùn)動(dòng)關(guān)系。以檢驗(yàn)各部件的相對(duì)位置及尺寸之間聯(lián)系是否滿足加工要求，通用部件是否合適，其內(nèi)容有：
⑴以適當(dāng)數(shù)量視圖，按一定比例畫出機(jī)床所有部件、零件、通用件、標(biāo)準(zhǔn)件等完整表明裝配關(guān)系。
⑵運(yùn)動(dòng)零件的極限位置及行程開關(guān)，應(yīng)在圖中表示且完整。
3.2選擇動(dòng)力部件：
影響動(dòng)力部件選擇的主要因素有切削功率、進(jìn)給力、進(jìn)給速度、行程、主軸輪廓尺寸、動(dòng)力滑臺(tái)導(dǎo)軌形式等。
查《組合機(jī)床簡明手冊》表5-39可得.
電機(jī)型號(hào) IY132S-4 功率5.5KW L3＝395mm
n電＝1440r/min n出＝720r/min
⑴動(dòng)力滑臺(tái)查《畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表4-11
HY40 IA型
⑵配套通用件： 底層座 CC401
⑶機(jī)床的架料高度； H＝200+320+560＝1080mm
3.3總裝圖的技術(shù)要求
⑴本機(jī)床為批量生產(chǎn)CK-Ⅱ型數(shù)控車床主軸床。
⑵ 本機(jī)床安裝調(diào)試時(shí)，其導(dǎo)軌水平面度控制在0.5％mm以內(nèi)，如鉆一安裝在多軸箱的定位導(dǎo)柱中心線的同軸度控制在±0.05mm以內(nèi)。
⑶本機(jī)床的夾具和工作臺(tái)進(jìn)給液壓系統(tǒng)采用25-8MPa/m壓力，工作進(jìn)給速度為125-500mm/min，但不小4mm/min，以免油路系統(tǒng)產(chǎn)生爬行，影響產(chǎn)品質(zhì)量。
⑷本機(jī)床用20#-40#機(jī)油潤滑，每三年定期更換一次。
⑸本機(jī)床內(nèi)表面涂上紅色硝基防銹漆，其外表面涂遍油漆膩?zhàn)雍偷灼徇M(jìn)行，次打磨，一次水磨拋光，烘干后進(jìn)行噴漆烘干，主色為翠綠色。
⑹本機(jī)床一件產(chǎn)品所需時(shí)間3.297min，年產(chǎn)6萬臺(tái)。
3.4總圖中液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：
⑴動(dòng)力滑臺(tái)控制的液壓原理圖：
動(dòng)力滑臺(tái)控制的液壓系統(tǒng)是一種以速度變換為主、最高工作壓力不超過6.3MPa的中壓系統(tǒng)。
⑵液壓夾緊元件示意圖：
液壓夾緊力的計(jì)算：
油缸壓力 F油＝P(s活+s桿)
＝18×（60-30）
＝540
作用在工件上的正壓力P2
F油l1 = P（l1+l2）
p2 = F油l1/（l1+l2）
= 540×1.5/(1.5+1.8)
= 246 N
l1. l2 由上圖知
l1=1.5mm
l2=1.8mm
顛覆力矩:
2× P2× p/2>F切消力 X h
2×246×300/2>2930×200
即:73800>58460
4. 生產(chǎn)效率計(jì)算卡:
根據(jù)選定的機(jī)床工作循環(huán)所要求的工作行程長度,切削用量,功力部件的快速及工進(jìn)速度等,就可以計(jì)算機(jī)床的生產(chǎn)效率計(jì)算卡,用以反映機(jī)床的加工過程.完成每一次動(dòng)作所需時(shí)間,切削用量,機(jī)床生產(chǎn)率及機(jī)床效率,機(jī)床負(fù)荷率.
4.1 理想生產(chǎn)率Q
Q=A/K =6×104/4600 =13.04件/時(shí)
4.2 實(shí)際生產(chǎn)率Q1
Q1=60/T單
T單 生產(chǎn)一個(gè)零件所需時(shí)間.
T單=t切+t輔=(L/Vt+力停)+(L快速+L快退/V+K+力停+T裝卸)
L1、L2 分別為刀具第Ⅰ、Ⅱ工作進(jìn)行形程長度
L1=40
Ut1=24m/min
Uf1=6m/min
T移=0.1min
大裝卸0.8min
T單=(40/24+8×60/720)+(142+200)×10-3/6+0.1+0.8
=1.67+0.67+0.057+0.1+0.8
=3.297min
所以Q1=60/t單=60/3.297=18.19/件
Q1>Q
所以 切削刀量與機(jī)床設(shè)計(jì)方案合理
4.3 負(fù)荷率Y負(fù)
y=Q/Q1=13.04/18.19=0.72
4.4 機(jī)床的生產(chǎn)效率計(jì)算卡
被加工零件
圖號(hào)
A3
毛坯種類
鑄 件
名稱
CK-Ⅰ型數(shù)控車床主軸箱箱體
毛坯重量
材料
HT200
毛坯硬度
HBS170-240
工序名稱
鉆６－?17孔
工序號(hào)
13
序
號(hào)
工步
名稱
被加工零件數(shù)量
加工直徑（
mm
)
加工長度
mm
工作行程
mm
切削速度
m/
min
轉(zhuǎn)
速
進(jìn)刀量
工時(shí)（min）
mm/r
mm/
min
機(jī)動(dòng)時(shí)間
輔
助
時(shí)
間
共
計(jì)
1
裝卸工件
1
0.9
0.9
動(dòng)力部件
滑臺(tái)快進(jìn)142
0.024
0.024
鉆6個(gè)?17孔
17
40
24
720
0.20
89.9
2.34
2.34
滑臺(tái)快退
0.033
0.033
備
注
1. 雙班制：8.37萬件每年，滿足6萬件/年的要求。
2．裝卸工件時(shí)間取決于操作者的熟練程度，對(duì)本機(jī)床，計(jì)算時(shí)取3min生產(chǎn)一件。
總計(jì)
3.297min
單件工時(shí)
3.297min
機(jī)床生產(chǎn)率
18.19件/h
機(jī)床負(fù)荷率
72%
四、組合鉆床的專題設(shè)計(jì)
（一）組合機(jī)床的主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
主軸箱的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是通過一定的傳動(dòng)鏈把動(dòng)力箱輸出軸傳來的力分配到各主軸.
∵n0=720r/min
又∵n主=u.1000/π.D
=24×1000/（3.14×17）=449 r/min
∵n0×（Z1/Z2）×（Z0/ Z0,）=ni
Mi(Z1+Z1,/2)=DL/2
取:Z0=24,M=3,M,=2,ΦL=150
Z1=45.Z1,=30
∵ Z0,=720×4×Z1/（Z1,×49）=57.7≈57
2. 驗(yàn)算
A=∣n實(shí)-n理/n理∣<5%
N主=720×（24/57）×（45/30）=454.73 r/min
N主=449r/min
A=（454.73-449）/49
=1.23%<5%
經(jīng)驗(yàn)算合理
Z0=24 M=3 D0=72
Z0,=57 M=3 D0=171
Z1=45 M=2 D1=90
Z1,=30 M,=2 D1,=60
3.主軸傳動(dòng)軸上齒輪強(qiáng)度效核
效核小齒輪 Z0=24 M0=3
大齒輪 Z0,=57 M=3
按《機(jī)械設(shè)計(jì)》為指導(dǎo)校核齒輪的模數(shù)齒厚.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì).其公式為:
m≥｛2×KT1×（YFa×Ysa/[δ]F）/ФdZ12｝1/2
=2.94 ∴m=3
1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值:
① 10-20d查得大小齒輪Z1.Z0.彎曲疲勞強(qiáng)度
δFE1=δFE2=680Mpa
②由圖10-19查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；KFN1=0.88
KFN2=0.9
③ 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力:
取彎曲疲勞強(qiáng)度S=114.由式(10-12)得
[δ]F1=KFN1×δFN1/S=0.88×680=427.4MPa
[δ]F2=KFN2×δFN2/S=0.9×680=437.14MPa
④ 計(jì)算載荷系數(shù)K
K=K-KA-KV·KαKFe
查表10-8.得KV=1.12
查表10-2.得KA=1
由圖10-13.得KFe=1.37
故:K=KA·KV·Kα·KFe
=1×1.12×1.1×1.37=1.69
⑤ 查取齒形系數(shù)
由表10-5得YFα1=2.65 YFα2=2.226
⑥ 查應(yīng)力校正系數(shù)
由表10-5得YSα1=1.58 YSα2=1.764
⑦ 計(jì)算兩齒輪的YFα YSα并加以比較
YFα1·YSα1/[δ]F1=2.65×1.58/427.4=0.0098
小齒齒輪的數(shù)值大
2）設(shè)計(jì)計(jì)算
m≥[2×1.69×3.98×1.5×0.0098/（0.9×242）]1/3=2.94
∴m=3
3）幾何尺寸計(jì)算
①∵d=Zm
則d0=Z0·m0=24×3=72
d1=Z1·m1=57×3=171
②計(jì)算中心距
a=（d0+ d1）/2=（72+171）/2=71.5mm
③計(jì)算齒輪厚度
b=фd·d0=0.4×72=28.8 取整B2=28 B0=33
計(jì)算Z0齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
T0=95.5×105Pa/n0=95.5×105×4.02×Z1/（720×24）
=1.26×105N·mm
驗(yàn)算：Ft=2T0/d0=2×1.26×105/72=3500N
則 KA·Ft/b=1×3500/28=125N/mm>100N/mm
∴合理
4. 潤滑系統(tǒng)齒輪的傳動(dòng)鏈的齒數(shù)、模數(shù)計(jì)算
由于所設(shè)計(jì)的中等尺寸的主軸箱，可來用一個(gè)潤滑泵系統(tǒng)，參考《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》P97，應(yīng)采用R12-2型葉片泵潤滑泵的齒輪布置在第Ⅰ排，葉片泵的轉(zhuǎn)速范圍一般為400-800r/min，葉片泵的中心線離油面的高度不應(yīng)大于400-500mm，采用閥號(hào)為78642的齒輪泵，該轉(zhuǎn)速為925r/min，輸油量為2.2r/min，則有：
n0×（Z0/Z1）×（Z1/Z4）×（Z5/Z5,）=925=n主
即：720×（24/57）×（57/Z4）×（Z5/17）=925
取Z5=23 Z4=25
則：左=935=n主,
故：Δ=（n主,- n主）/ n主
=（935-925）/925=1.08%
∴ Z5=23 Z4=25 Z5,=17 m均為2
上圖為多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)圖
(二)組合機(jī)床多軸箱的設(shè)計(jì)
⑴主軸外形的結(jié)構(gòu)尺寸
主軸結(jié)構(gòu)形式主要根據(jù)工件的加工工藝，并考慮主軸的工作條件和受力等確定。因主軸為鉆削，需承受徑向與軸向力，而采用推力球軸承。以承受軸向力，且推力球軸承配置在主軸的前端。
采用Z205滾珠軸承以承受徑向力。所有軸承都采用潤滑脂潤滑，參考《機(jī)械零件課程設(shè)計(jì)》
載荷的校定，在進(jìn)行軸承壽命計(jì)算時(shí)，必須把實(shí)際載荷轉(zhuǎn)換為與確定基本額定載荷的載荷條件相一致，當(dāng)量動(dòng)載荷P=（XR+YA）×fp
主軸承受的軸向力 A=2930N
徑向力 R=（M/d/2）=14431/17/2=1697.76N
則：A/R=2930/1697.76=3.45
而查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表13-5有e=0.37
A/R >e
則查得：X=0.56 Y=1.2
查表13-6得載荷系數(shù)fp=1.1
故：P=1.1×（0.56×1697.76+1.2×2930）=4913.4N
又：Lh=106×（C/P）3/（60×n）
=106×（1990×9.8/4913.4）3/（60×449）
=2020.2h
取整Lh=2021h
⑵主軸上套筒尺寸的確定
① 軸1、3、5裝套長度
L1=180-10-24-5-15-15×2-4.5=101.5
查《機(jī)械設(shè)簡明計(jì)手冊》表7-7
有：套1 25×22T0732-68
套2 25×60T0732-62
套3 25×19.5T022-61
套總長=22+60+19.5=101.5= L1
故：合理
② 軸2、4、6裝套長度
L2=180-10-5-24-15-15×2-2×2=101
查《機(jī)械設(shè)計(jì)簡明手冊》表7-7
套1 25×22T0722-65
套2 25×60T0721-61
套3 25×19.5T022-61
套總長=26+29.5+19.5=101= L2
故：合理
③ 軸7同理可得
套1、2 35×15T023-61
套4、5 35×14T0723-64
套3 35×24T0721-68
④ 軸8有
套1 30×21.5T022-61
套2 30×20T0723-64
套3 30×30.5T0722-63
⑶軸承外圈的外徑與軸承座的公差配合選擇
軸承內(nèi)圈的內(nèi)徑與主軸軸徑的公差配合選擇及外圈的外徑與軸承
座的配合采用基軸制間隙配合，軸承內(nèi)圈則為基孔制過盈配合。
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)簡明手冊》表7-8
主軸組件的聯(lián)系尺寸及配合：d（js6） D（f7） d1（H7） d2（js7）
d4（H7/h6） d5（H8/h7） d6（H8/t7）
⑷多軸箱潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
潤滑油泵安排在油泵軸的位置要盡可能靠近油池，離油面高度大
于400-500mm，油泵軸的轉(zhuǎn)速根據(jù)工作條件而定，主軸數(shù)目多，油泵軸的
轉(zhuǎn)速可在400-800r/min范圍內(nèi)選擇，箱體寬度為400mm，采用一個(gè)油泵。
為了方便維修，油泵齒輪最好布置在第Ⅰ排
另外，油泵的安置要使回轉(zhuǎn)方向保證進(jìn)油口到排油口轉(zhuǎn)速270°。
⑸主軸因切削產(chǎn)生的扭矩及傳動(dòng)齒輪產(chǎn)生的扭矩及其強(qiáng)度校核、扭矩圖
通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸的主要尺寸、軸上零件的位置以及載荷和
支承反力的作用、位置均已確定，軸上的載荷可以求得，因而可按彎矩扭
矩合成強(qiáng)度條件對(duì)軸型進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。
① 主軸的計(jì)算簡圖：
軸上受力零件的載荷并將其水平分力和垂直分力求出
水平反力RH=軸向力Fα=2930N
垂直分力RY=Mc=14431N
水平分力RX=3Vc=3×14431/17/2=5093.3N
② 根據(jù)①中簡圖，分別按水平和垂直面計(jì)算各產(chǎn)生的彎矩，并按
計(jì)算結(jié)果分別作出水平方向的彎矩MH圖和垂直方向的彎矩MY圖，而在設(shè)計(jì)過程中可簡化為一個(gè)平面內(nèi)的合成彎矩圖。
MH =Fα×d/2=2930×17/2=24904.8N?mm
MV=3Mc=3×14431=43293 N?mm
則：M=（MH2+ MV2）1/2=（24904.82+432932）1/2
=49945 N?mm
③ 作出扭矩圖
④ 作出計(jì)算彎矩圖
有Mc?=（M2+4T2）1/2
式中?是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應(yīng)力循環(huán)特性差異的
系數(shù)，因通常由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)力，而扭
矩產(chǎn)生的彎矩應(yīng)力則常常為不對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)力，故在計(jì)算彎矩
時(shí)，必須計(jì)算這種循環(huán)特性差異影響，故取?=0.3
而 T=95.5×105×P0/n0 P0=P出=5.03KM
=95.5×105×5.03/720
=6.67×104 N?mm
故Mc?=（M2+4T2）1/2
=[499452+4（6.67×104）2]1/2=53.7503N·m
⑤ 軸的強(qiáng)度校核
бc?= Mc?/ω≈0.1×d3=0.1×253=1562.5mm2
式中ω為抗彎抗扭截面系數(shù)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表15-4
ω=Л·d3/32≈0.1×d3=0.1×253=1562.5mm2
故бc?= Mc?/ω=53.7503×103/1562.5
=34.40Mpa
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表15-1得
40Cr許用彎曲應(yīng)力[б-1]=70 Mpa > 34.4 Mpa
故 合理
⑥ 軸載荷分析示圖
五、 多軸箱補(bǔ)充加工圖
主軸箱體一般為鑄件，但由于加工對(duì)象有所不同，需要在通用鑄件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行補(bǔ)充加工。用粗實(shí)線畫出補(bǔ)充加工部件的結(jié)構(gòu)。其尺寸、形位公差、表面粗糙度等均按機(jī)械制圖國際規(guī)格標(biāo)記。通用鑄件的原有部分的輪廓等一律用細(xì)實(shí)線表示。
主軸坐標(biāo)計(jì)算
1． 主軸坐標(biāo)原點(diǎn)選至主軸箱的定位銷孔的原點(diǎn)
2． 主軸坐標(biāo)的確定 （ X=175+75cos60o Y=202.5+75cos3o）
軸１． X=212.550 Y=267.450
2． X=250.000 Y=202.500
3． X=212.550 Y=137.550
4． X=137.550 Y=137.550
5． X=100.000 Y=202.550
6． X=137.550 Y=267.450
7． X=175.000 Y=202.500
8． X=67.325 Y=267.450
9． X=51.325 Y=325.750
10． X=350.00 Y=0
六、組合機(jī)床多軸箱CAD系統(tǒng)
運(yùn)行環(huán)境：組合機(jī)床多軸箱CAD系統(tǒng)是在Windows?95/98/2000/NT?4.0環(huán)境下開發(fā)的刀具CAD軟件。該軟件以世界上最流行的微機(jī)CAD系統(tǒng)?AutoCAD?R14/2000為基礎(chǔ)，以多軸箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)資料1T07和T07為技術(shù)基礎(chǔ)，結(jié)合我國組合機(jī)床多軸箱設(shè)計(jì)特點(diǎn)而開發(fā)的，為工程設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)多軸箱提供極為方便、高效的軟件工具。
軟件技術(shù)基礎(chǔ)：本軟件綜合利用Windows環(huán)境下的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)（DDE）、目標(biāo)連接與嵌入技術(shù)(OLE)、數(shù)據(jù)庫操作技術(shù)(ODBC、DAO、ADO)、圖形軟件二次開發(fā)技術(shù)(ARX)，用Visual?C++語言開發(fā)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)與參數(shù)化設(shè)計(jì)相結(jié)合的組合機(jī)床多軸箱CAD系統(tǒng)。
軟件內(nèi)容：該系統(tǒng)可以用于鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、攻絲以及鉆攻復(fù)合的組合機(jī)床多軸箱的設(shè)計(jì)。交互選擇傳動(dòng)模型進(jìn)行齒輪排列，傳動(dòng)軸坐標(biāo)計(jì)算，各種幾何干涉校核，傳動(dòng)部件的強(qiáng)度校核；自動(dòng)生成多軸箱裝配總圖，箱體補(bǔ)充加工圖，前、后、側(cè)蓋補(bǔ)充加工圖，專用零件圖；整理打印多軸箱零部件明細(xì)表。
軟件應(yīng)用情況：本軟件已在山東華源萊動(dòng)內(nèi)燃機(jī)有限公司、上海市柴油機(jī)股份公司、江蘇恒力組合機(jī)床股份有限公司、無錫柴油機(jī)廠、無錫威孚集團(tuán)、常州柴油機(jī)股份公司、揚(yáng)州動(dòng)力機(jī)械廠、湖北光華組合機(jī)床股份有限公司、保定第二機(jī)床廠、大連專用機(jī)床廠等企業(yè)應(yīng)用，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
六、總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是一次培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用三年來所學(xué)機(jī)械制造知識(shí)的大考驗(yàn)，也是學(xué)生融會(huì)貫通各學(xué)科知識(shí)提升自己的實(shí)際設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手能力的大好機(jī)會(huì)。通過本次設(shè)計(jì)，自覺得在獨(dú)立解決專業(yè)技術(shù)問題、創(chuàng)造設(shè)計(jì)工程及樹立正確的設(shè)計(jì)思想等方面，得到很好的鍛煉，而且樹立了較硬派、干練、全面的工作作風(fēng)。
在前面數(shù)次課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)一般零件的設(shè)計(jì)加工及機(jī)床設(shè)計(jì)的過程有一定程度的了解和把握。
十分幸運(yùn)，在設(shè)計(jì)過程得到了老師細(xì)心的指導(dǎo)和幫助及同學(xué)的良好建議。但由于時(shí)間較短且任務(wù)較大，故問題難免存在一些，希望老師指正，在此謝過！
敬祝老師
身體健康、家庭幸福、生活愉快！
2007年5月
七、參考書目
1． 華中理工大學(xué)出版社《畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》
2． 機(jī)械工業(yè)出版社《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊》
3． 沈陽工業(yè)大學(xué)《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》
4． 天津大學(xué)出版社《液壓傳動(dòng)控制教程》
5． 高等教育出版社《機(jī)械原理》
6． 上海機(jī)械高專《金屬切削機(jī)床概論》
7． 機(jī)械工業(yè)出版社《切削用量簡明手冊》
8． 上海機(jī)械高?！督饘偾邢鞯毒摺?
9． 機(jī)械工業(yè)出版社《公差與測量》
10． 機(jī)械工業(yè)出版社《機(jī)械工程材料》
11． 化學(xué)工業(yè)出版社《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》
12． 機(jī)械工業(yè)出版社《機(jī)械制造工藝學(xué)》
13． 浙江大學(xué)《機(jī)械零件課程設(shè)計(jì)》
14． 高等教育出版社《金屬工藝學(xué)》
15． 華中理工大學(xué)出版社《機(jī)械夾具設(shè)計(jì)》
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