本科畢業(yè)設計（論文）題 目 汽車輪輻多孔鉆加工專用設備姓 名 專 業(yè) 學 號 指導教師 鄭州科技學院電氣工程學院二○一六年四月II摘 要根據(jù)設計任務書的要求,本設計說明書針對汽車輪輻機床的設計及專用夾具設計進行說明。要內容包括組合機床工藝方案的制定、組合機床配置型式的選擇、組合機床總體設計以及軸箱設計。全文要包括組合鉆床的總體設計和軸箱設計兩部分。機床總體設計要是在選定工藝方案并確定機床配置形式、結構方案基礎上確定“三圖一卡” ， 主軸箱設計根據(jù)“三圖一卡” ，整理編繪出主軸箱原始依據(jù)圖，重點分析傳動系統(tǒng)，經過各種方案的比較，最后確定最優(yōu)方案。此外，為了提高勞動生產率，降低勞動強度，保證加工質量，需設計專用夾具。關鍵詞：主軸箱；組合機床；夾具IIIAbstractAccording to the design task book requirements, the design specifications for the automotive spoke machine design and special fixture design will be described. To include the development of a combination of the type of machine configuration options, modular machine tool design and overall design of the axle box modular machine tool technology program.Text to include a combination of drilling and the overall design of the axle box design of two parts. If the overall design of the machine according to “three graphics card a“ sorting out the headstock compilation based on the original map, the program focuses on the selected process and to determine the form of machine configurations to determine “three graphics card a“ headstock design based on the structure of the program transmission system, by comparison of the various programs, and finally to determine the optimal solution. In order to improve labor productivity, reduce labor intensity, quality assurance process, the need to design special fixtures.Keywords: headstock; combination machine; fixtureIV目 錄摘 要 IIAbstract.1目 錄 11 緒論 31.1 課題研究意義 31.2 鉆孔專用設備應用 .31.3 鉆孔專用設備 41.3.1 多軸頭 .51.3.2 主軸箱 51.3.3 多軸鉆床 .61.3.4 自動更換軸箱機床 61.4 鉆孔專用設備趨勢 71.5 組合機床總體設計 81.5.1 組合機床的概述 81.5.2 組合機床的技術發(fā)展趨勢 92 汽車輪輻多孔鉆機床總體設計 122.1 機床方案的制定 122.1.1 制定工藝方案 .122.1.2 確定組合機床的配置形式和結構方案 .132.2 確定切削用量及選擇刀具 152.2.1 確定工序間余量 .152.2.2 選擇切削用量 .152.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率 .162.2.4 選擇刀具結構 .172.3 鉆孔組合機床總設計“三圖一卡” 的編制 .172.3.1 被加工零件工序圖 182.3.2 加工示意圖 192.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 .242.3.4 生產率計算卡 .273 主軸箱的設計 293.1 主軸箱的設計 293.1.1 繪制主軸箱設計原始依據(jù)圖 .293.1.2 齒輪模數(shù)選擇 .313.1.3 主軸箱的傳動設計 .313.1.4 繪制傳動系統(tǒng)圖 .343.2 傳動軸的直徑估算 343.2.1 確定各軸轉速 353.2.2 傳動軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 .363.2.3 鍵的選擇 373.3 傳動軸的校核 373.3.1 傳動軸的校核 38V3.3.2 鍵的校核 383.4 各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 393.4.1 齒輪模數(shù)的確定 393.4.2 齒寬的確定 423.4.3 齒輪結構的設計 433.5 齒輪校驗 433.5.1 校核 a 變速組齒輪 .443.5.2 校核 b 變速組齒輪 453.5.3 校核 c 變速組齒輪 .473.6 軸承的選用與校核 493.6.1 各軸軸承的選用 493.6.2 各軸軸承的校核 49結 論 51致 謝 52參考文獻 53汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計11 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(xiàn)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(jù)德國工業(yè)協(xié)會(VD W )2000 年統(tǒng)計資料，在要的生產國家中，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 鉆孔專用設備應用據(jù)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(shù)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，鉆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，大型復雜的鉆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 ψ20 孔，若以搖臂鉆床加工，單單鉆孔與锪沉頭孔就要 842.5 小時，汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計2另外還要劃線工時 151.1 小時。但若以數(shù)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(shù)控控制的二個坐標軸，使刀具正確地對準加工位置，結合鉆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 多個鉆孔操作中，有 40%可以在自動更換軸箱機床中用二軸、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鉆孔專用設備的使用愈來愈多這一趨勢。1.3 鉆孔專用設備鉆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(shù)控機床中不必計算坐標，減少字塊數(shù)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軸箱機床。甚至可以通過二個能自動調節(jié)軸距的軸或主軸箱，結合數(shù)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。現(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。1.3.1 多軸頭從傳動方式來說要有帶傳動、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。它要裝在有萬向.二種。 （1）萬向軸式也有二種:具有對準裝置的軸。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）具有公差的圓柱形軸套。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。這種鉆孔專用設備方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度的關系，使用范圍有限。汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計31.3.2 主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、主軸箱等設計的不可調式主軸箱。有 32 種規(guī)格，加工面積從 300Ｘ300 毫米到600Ｘ1050 毫米，工作軸達 60 根，動力達 22.5 千瓦。Romai 工廠生產的可調主軸箱調整方便，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主軸箱更小的孔距。根據(jù)成組加工原理使用主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(shù)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(xiàn)。1.3.3 多軸鉆床這是一種能滿足鉆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(shù)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)展了自動更換軸箱組合機床。(1) 自動更換軸機床自動更換軸機床頂部是回轉式軸箱庫，掛有多個不可調軸箱?？v橫配線盤予先編好工作程序，使相應的軸箱進入加工工位，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)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。因汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計4為轉塔不宜過大，故它的工位數(shù)一般不超過 4—6 個。且軸箱也不宜過大。當加工對象的工序較多、尺寸較大時，就不如自動更換軸箱機床合適，但它的結構簡單。(3)自動更換軸箱組合機床它由自動線或組合機床中的標準部件組成。不可調主軸箱與動力箱按置在水平底座上，軸箱庫轉動時整個裝置緊固在進給系統(tǒng)的溜板上。軸箱庫轉動與進給動作都按標準子程序工作。換軸箱時間為幾秒鐘。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(shù)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?？讖綖?20 毫米，孔深 180 毫米。采用具有內冷卻管道的麻花鉆，5－7 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(shù)控落地加工。1.4 鉆孔專用設備趨勢鉆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(shù)控技術的發(fā)展，鉆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。1.5 組合機床總體設計1.5.1 組合機床的概述組合機床（transfer and unit machine）是以系列化和標準化的通用部件為基礎，配以少量專用部件對一種或多種工件按預先確定的工序進行切削加工的機床。兼有萬能機床和專用機床的優(yōu)點。通用零部件通常占整個機床零部件的 70％～90％，只需要根據(jù)被加工零件的形狀及工藝改變極少量的專用部件就可以部分或全部進行改裝，從而組成適應新的加工要求的設備。由于在組合機床上可以同時從幾上方向采用多把刀具對一個或數(shù)個工件進行加工，所以可減少物料的搬運和占地面積，實現(xiàn)工序集中，改善勞動條件，提高生產效率和降低成本。將多臺組合機床聯(lián)在一起，就成為自動生產線。組合機床廣泛應用汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計5于需大批量生產的零部件，如汽車等行業(yè)中的箱體等。另外在中小批量生產中也可應用成組技術將結構和工藝相似的零件歸并在一起，以便集中在組合機床上進行加工。組合機床一般可完成的工藝范圍有：銑平面、刮平面、車端面、車錐面、鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、倒角、切槽、以及加工螺紋、滾壓、拉削、磨削、拋光工序。組合機床一般采用多軸、多刀、多序、多面或多工位同時加工的方式，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產線。組合機床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時，工件一般不旋轉，由刀具的旋轉運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉，由刀具作進給運動，也可實現(xiàn)某些回轉體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。組合機床的通用部件按功能分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件 5 類。動力部件為機床提供主運動和進給運動，主要有動力箱（將電動機的旋轉運動傳遞給主軸箱） 、切削頭（裝在各個主軸上，用于各單一工序的加工） 、動力滑臺（用于安裝動力箱或切削頭，以實現(xiàn)進給運動） ；支承部件用以安裝動力滑臺、帶有進給機構的切削頭或夾具等的部件，有側底座、中間底座、支架、可調支架、立柱和立柱底座等；輸運部件用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉工作臺、環(huán)形分度回轉工作臺、分度鼓輪和往復移動工作臺等；控制部件用以控制機床的自動工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺等；輔助部件包括潤滑、冷卻和排屑裝置等。根據(jù)配置型式，組合機床可分為單工位和多工位兩大類。其中單工位組合機床按被加工面的數(shù)量又有單面、雙面、三面和四面 4 種，通常只能對各個加工部位同時進行一次加工；多工位組合機床則有回轉工作臺式、往復工作臺式、中長立柱式和回轉鼓輪式 4 種，能對加工部位進行多次加工。通用部件按功能可分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計61.5.2 組合機床的技術發(fā)展趨勢最早的組合機床于 1911 年在美國制成，用于加工汽車零件。1953 年，美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協(xié)商，確定了組合機床通用部件標準化的原則。1973 年，國際標準化組織（ISO）公布了第一批組合機床通用部件標準。1975 年，中國第一機械工業(yè)部頒布了中國的第一批組合機床通用部件標準。組合機床現(xiàn)代發(fā)展的方向主要有以下幾個特點：a、組合機床品種的發(fā)展重點。在組合機床這類專用機床中，回轉式多工位組合機床和自動線占有很重要的地位。因為這兩類機床可以把工件的許多加工工序分配到多個加工工位上，并同時能從多個方向對工件的幾個面進行加工，此外，還可以通過轉位夾具(在回轉工作臺機床上)或通過轉位、翻轉裝置(在自動線上)實現(xiàn)工件的五面加工或全部加工，因而具有很高的自動化程度和生產效率，被汽車、摩托車和壓縮機等工業(yè)部門所采用。b、自動線節(jié)拍時間進一步縮短。目前，以大批量生產為特征的轎車和輕型載貨車，其發(fā)動機的年產量通常為 60 萬臺左右，實現(xiàn)這樣大的批量生產，回轉式多工位組合機床和自動線在三班運行的情況下，其節(jié)拍時間一般為20～30 秒，當零件生產批量更大時，機床的節(jié)拍時間還要更短些。自動線的短節(jié)拍，主要是通過縮短基本時間和輔助時間來實現(xiàn)的。縮短基本時間的主要途徑是采用新的刀具材料和新穎刀具，以通過提高切削速度和進給速度來縮短基本時間?？s短輔助時間主要是縮短包括工件輸送、加工模塊快速引進以及加工模塊由快進轉換為工進后至刀具切入工件所花的時間。為縮短這部分空行程時間，普遍采用提高工件(工件直接輸送)或隨行夾具的輸送速度和加工模塊的快速移動速度。目前，隨行夾具的輸送速度可達 60m/min 或更高些，加工模塊快速移動速度達 40m/min。c、組合機床柔性化進展迅速。十多年來，作為組合機床重要用戶的汽車工業(yè)，為迎合人們個性化需求，汽車變型品種日益增多，以多品種展開競爭已成為汽車市場競爭的特點之一，這使組合機床制造業(yè)面臨著變型多品種生產的挑戰(zhàn)。為適應多品種生產，傳統(tǒng)以加工單一品種的剛性組合機床和自動線必須提高其柔性。組合機床的柔性化主要是通過采用數(shù)控技術來實現(xiàn)的。開發(fā)柔性組合機床和柔性自動線的重要前提是開發(fā)數(shù)控加工模塊，而有著較長發(fā)展歷史的加工中心技術為開發(fā)數(shù)控加工模塊提供了成熟的經驗。由數(shù)控加工模塊組成汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計7的柔性組合機床和柔性自動線，可通過應用和改變數(shù)控程序來實現(xiàn)自動換刀、自動更換多軸箱和改變加工行程、工作循環(huán)、切削參數(shù)以及加工位置等，以適應變型品種的加工。組合機床自動線柔性化的迅速發(fā)展和節(jié)拍時間的日益縮短，充分顯示了CNC 技術和刀具技術給組合機床自動線帶來的巨大技術進步，使柔性自動線在多品種、大批量生產中成為重要的技術裝備。但在這里必須指出，在組合機床和自動線實現(xiàn)柔性化發(fā)展的同時，加工中心高速化發(fā)展異常迅速。加工中心與組合機床的競爭日趨激烈。d、加工精度日益提高。特別自 80 年代中期以來，汽車制造業(yè)為增強其汽車的競爭力，不斷地加嚴其發(fā)動機的關鍵件的制造公差，并通過計算機輔助測量和分析方法，以及通過設備能力檢驗來提高其產品的質量。這無疑是對組合機床和自動線提出了更高的要求。組合機床制造廠為了滿足用戶對工件加工精度的高要求，除了進一步提高主軸部件、鏜桿、夾具(包括鏜模)的精度，采用新的專用刀具，優(yōu)化切削工藝過程，采用刀具尺寸測量控制系統(tǒng)和控制機床及工件的熱變形等一系列措施外，目前，空心工具錐柄(HSK)和過程統(tǒng)計質量控制(SPC)的應用已成為自動線提高和監(jiān)控加工精度的新的重要技術手段。e、綜合自動化程度日益提高。近十年來，為進一步提高工件的加工精度和減少工件在生產過程中的中間儲存、搬運以及縮短生產流程時間，將工件加工流程中的一些非切削加工工序(如工序間的清洗、測量、裝配和試漏等)集成到自動線或自動線組成的生產系統(tǒng)中，以實現(xiàn)工件加工、表面處理、測量和裝配等工序的綜合自動化。f、其它技術的應用動向。在工業(yè)發(fā)達國家的組合機床行業(yè)中，下列技術得到了較為廣泛的應用。組合機床設計普及 CAD 技術在國外許多公司中，組合機床設計已普遍采用 CAD 工作站，在設計室?guī)缀鹾茈y見到傳統(tǒng)的繪圖板。CAD除應用于繪圖工作外，并在構件的剛度分析(有限元方法)、組合機床及自動線設計方案比較和選擇，以及方案報價等方面均已得到廣泛應用，從而顯著地提高了設計質量和縮短了設計周期。加之國外許多公司在組合機床和自動線組成模塊方面的系列化和通用化程度很高(一般達 90%以上)，使組合機床和自動線的交貨期進一步縮短。汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計82 汽車輪輻多孔鉆機床總體設計2.1 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(xiàn)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(xiàn)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。根據(jù)被加工零件（汽車輪輻）的零件圖（圖 2.1） ，加工 5 個孔的工藝過程：(1) 加工孔的要技術要求。5 個直徑均為 Φ12mm。工件材料為 20 鍛鋼，HB170-241HBS要求生產綱領為（考慮廢品及備品率）年產量 5 萬件，2 班制生產，每班6 小時，每年工作 300 天。(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 Φ12mm。 (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。2.1.2 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，是制造機床方案的要依據(jù)。汽車輪輻鉆孔的精度要求較高，可采用鉆孔組合機床。汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計9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 汽車輪輻(2) 被加工零件的特點這要指零件的材料、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。此汽車輪輻的材料是 20 鍛鋼、硬度 HB170～241、孔的直徑為 Φ12mm。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，并且定位基準面是汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計10水平的，工件較小，其孔分布較密集，主軸箱體積較大，一次鉆孔，選擇鉆床。(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 5 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：通過對汽車輪輻零件的結構特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術要求、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性能等方面的考慮，最終決定設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。Φ12mm 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(shù)情況下，所選切削用量，根據(jù)經驗比一般通用機床單刀加工低 30%左右．多軸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，同一軸箱上的刀具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：…………………………………2.112.inffnfv??式中： … ——各軸轉速（r/min）1、 2、 i汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計11——各軸進給量（mm/r）12,.iff——動力滑臺每分鐘進給量（mm/min）vf由于汽車輪輻鉆孔的加工精度、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：孔鉆頭直徑 D=12mm，進給量 f=0.2mm/r、切削速度 v=18m/min2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率根據(jù)選定的切削用量（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 …………………………2.2FD8.0f6.HB=26×12× ×8.02.=4372N切削扭矩： =10 ………………………2.3T9.18.0f6.B=10× × ×9.120.8.2=30463.4N·mm切削功率： = ……………………………2.4P/74TvD?=30463.4×18/(9740×3.14×12)=0.717kw式中： HB——布氏硬度F——切削力（N）D——鉆頭直徑（mm）f——每轉進給量（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 選擇刀具結構汽車輪輻的布氏硬度在 HB170-241，孔徑 D 為 12mm 刀具的材料選擇高速鋼汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計12鉆頭（W18Cr4V） ，為了使工作可靠、結構簡單、刃磨簡單，選擇標準 Φ12mm的麻花鉆?？准庸さ毒叩拈L度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾端與導向套之間有 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整量。2.3 鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制總體設計方案的圖紙表達形式——“三圖一卡”設計，其內容包括：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上，突出本機床的加工的內容，加上必要的說明繪制成的，是組合機床設計的要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗和調整機床的重要技術文件。汽車輪輻鉆孔組合機床的被加工零件工序圖如 2.2 所示。圖上要內容：（1）被加工零件的形狀，要外廓尺寸和本機床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技術要求，以及對上道工序的技術要求等。（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容。繪制時，應按一定的比例，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、夾具設計有關粗實線標記。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，均應在尺寸數(shù)值下方面用表示出來。汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計13圖 2.2 汽車輪輻工序圖（2）加工部位的位置尺寸應由定位基準注起，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、刀具的相對位置關系，機床的工作行程及工作循環(huán)等，是刀具、夾具、主軸箱、電氣和液壓系統(tǒng)設計選擇動力部件的要依據(jù)，是整臺組合機床布局形式的原始要求，也是調整機床和刀具所必需的重要文件。圖 2.3 為汽車輪輻鉆孔的加工示意圖汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計14圖 2.3 加工示意圖在圖上應標注的內容：（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、刀具及主軸箱端面之間的距離等。（3）軸的結構類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數(shù)量和結構尺寸、接桿、導向裝置的結構尺寸；刀具與導向置的配合，刀具、接桿、軸之間的連接方式，刀具應按加工終了位置繪制。2、繪制加工示意圖之前的有關計算（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）導向套的選擇 在組合機床上加工孔，除用剛性軸的方案外，工件的尺寸、位置精度要取決于夾具導向。因此正確選擇導向裝置的類型，合理確定其尺寸、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解決的內容。汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計151）選擇導向類型 根據(jù)刀具導向部分直徑和刀具導向的線速度v=18m/min，選擇固定式導向。2）導向套的參數(shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導向裝置固定導向裝置的標準尺寸如下表：表 2.1 固定導向裝置的標準尺d d1 D D1 D2 l l1 l2 l3 l4 L512 12 40 30 34 150 40 12 12 17 46固定裝置的配合如下表：表 2.2 固定裝置的配合導向類別工藝方法 D D D1刀具導向部分外徑固定導向鉆孔 G7（或 F8） H7/g6 H7/n6 g6固定導向裝置的布置如圖 2.4 所示圖 2.4 固定導向裝置的布置（3）初定軸類型、尺寸、外伸長度因為軸的材料為 40Cr，剪切彈性模量 G=81.0GPa,剛性軸取 ψ＝1／4（ 0）／m,所以 B 取 2.316，根據(jù)剛性條件計算軸的直徑為：d B ……………………………………2.59?4T式中： d——軸直徑（mm） （24.65）T——軸所承受的轉矩（N·mm）B——系數(shù)汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計16本設計中軸直徑 d=12mm,軸外伸長度為：L=115mm，D/ 為 40/28。1d（4）選擇刀具接桿 由以上可知，主軸箱各軸的外伸長度為一定值，而刀具的長度也是一定值，因此，為保證主軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，就需要在軸與刀具之間設置可調環(huán)節(jié)，這個可調節(jié)在組合機床上是通過可調整的刀具接桿來解決的,連接桿如圖 2.5 所示， 圖 2.5 可調連接桿連接桿上的尺寸 d 與軸外伸長度的內孔 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 36 125 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)系尺寸的標注如圖 2.3 所示。其中最重要的聯(lián)系尺寸即工件端面到主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、軸外伸長度與接桿伸出長度（可調）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 應等于工件加工部位長度 L 與刀具切入長度工L和切出長度 之和。切入長應 應根據(jù)工件端面誤差情況在 5～10mm 之間1L21選擇，誤差大時取大值，因此取 =8mm，切出長度 =1/3d+(3～8)= 2x12+7 12mm，所以 =8+12+12=32mm.3??工L汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計17（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套內而不影響工件裝卸。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.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容一般來說，組合機床是由標準的通用部件——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，并為進一步開展軸箱、夾具等專用部件、零件的設計提供依據(jù)。聯(lián)汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計18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要參數(shù)、工件與各部件間的要聯(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= ∑ =5×4372=34976N進Fi式中： ——各軸加工時所產生的軸向力i由于滑臺工作時，除了克服各軸的軸的向力外，還要克服滑臺移動時所產生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進給力應大于 ＝34.976KN。進F3）確定進給速度 液壓滑臺的工作進給速度規(guī)定一定范圍內無級調速，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)中采用應力繼電器時，實際進給速度應更大一些。本系統(tǒng)中進給速度 =n·f=18mm/min。所以選擇 1HY32ⅡA 液壓滑臺，vf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 動力箱要依據(jù)多軸所需的電動機功率來選用，在主軸箱沒有設計之前， 可算主P汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計19＝ ／η……………………………2.6主P切＝8*0.717／0.8＝7.1 KW式中：η——主軸箱傳動效率，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 20 鍛鋼，取 η＝0.8．動力箱的電動機功率應大于計算功率，并結合軸要求的轉速大小選擇。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。要技術參數(shù)如下表：表 2.4 電機型號及參數(shù)轉速范圍（r/min）電機傳動型號電機轉速 輸出轉速電機功率（）kw配套軸部件型號D50 Y160M-6 970 470 7.51HY32ⅡA,1CC321,1CD3213、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，中間底座采用側底座 1CD321。6、確定主軸箱輪廓尺寸本機床配置的主軸箱總厚度為 630mm，寬度和高度按標準尺寸中選取。計算時，主軸箱的寬度 B 和高度 H 可確定為：B=630，H=400根據(jù)上述計算值，按軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定軸箱輪廓尺寸B×H=630×400mm。2.3.4 生產率計算卡生產率計算卡是反映所設計機床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計20生產率、負荷率等技術文件，通過生產率計算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產率及負荷率的要求。計算如下：切削時間： T 切 = L/vf+t 停 ……………………………2.7 = 45/74.7＋10/415=0.612 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 停 ——死擋鐵停留時間。一般為在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具旋轉 5～10 r 所需要時間。這里取 10r輔助時間 T 輔 = +t 移 +t 裝 ……………………2.8fkvL43?= （75＋120）/1000+0.13+2= 2.312min式中： L 3、L 4 ——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 mint 裝 ——裝卸工件時間（min）一般為 0.5～1.5min,本例取2min機床生產率 Q1 = 60/T 單 …………………………………2.9= 60/（T 切 +T 輔 ）=60/（0.612+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——機床的理想生產率（件/h ）汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計21A——年生產綱領（件） tk——年工作時間，單班制工作時間 tk =1950h表 2.5 生產率計算卡汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計13 主軸箱的設計3.1 主軸箱的設計3.1.1 繪制主軸箱設計原始依據(jù)圖主軸箱設計原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的如圖 3.1 所示:圖 3.1 鉆孔組合機床主軸箱圖中主軸箱的兩定位銷孔中心連線為橫坐標，工件加工孔對稱，選擇箱體中垂線為縱坐標，在建立的坐標系中標注輪廓尺寸及動力箱驅動軸的相對位置尺寸。軸部為逆時針旋轉（面對軸看） 。軸的工序內容，切削用量及軸尺寸及動力部件的型號和性能參數(shù)如表 3.1所示：表 3.1 軸外尺寸及切削用量軸外伸尺寸 切削用量軸號D/d L工序內容 N V f Vf汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計2（r/min） (m/min) (mm/r) (mm/min)1、2、3、45、67、840/28 115 鉆 Φ12 415 18 0.18 74.7注：1．被加工零件編號及名稱：箱體材料：20 鍛鋼 JB297-62；硬度: HB170-241，前、后、側蓋等材料為 HT1502．動力部件型號：1TD32I 動力箱，電動機型號 Y160M-6；功率P＝7.5kw。3.1.2 齒輪模數(shù)選擇本組合機床要用于鉆孔，因此采用滾珠軸承軸。齒輪模數(shù) m 可按下式估算：m=(30～32) =32× ≈3.146……………2.113)/(ZNP3)4158/(.7?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——小齒輪的轉速（r/min）為了模數(shù)計算還需要滿足中心距的關系主軸箱輸入齒輪模數(shù)取 m=4。取 m=4 齒輪分配可以圓整3.1.3 主軸箱的傳動設計（1）根據(jù)原始依據(jù)圖（圖 3.2） ，畫出驅動軸、軸坐標位置。如下表：表 3.2 驅動軸、軸坐標值坐標 銷 O1 驅動軸 O 軸 1 軸 2 軸 3 軸 4X －175 0 37 37 -37 -37Y 0 86.5 103.5 129.5 129.5 103.5（2）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計3圖 3.2 齒輪的 最小壁厚2）傳動軸 2 為軸1，2，3，4 都各自在同一同心圓上。主軸箱的齒輪模數(shù)按驅動軸齒輪估算………………………2.12??30~2Pmzn?主軸箱輸入齒輪模數(shù)取 m=4。軸 1，2，3，4 要求的轉速一致且較高，所以采用降速傳動。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)。傳動軸的轉速為 :0.18x=…………………………2.15735/minr?由于前面選取了軸直徑為 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計題目需要由于傳動軸轉速是 ，則驅動軸至傳動軸735/inr的傳動比為:……………………………2.167351i?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。驅動軸的直徑為 40mm，由《組合機床簡明設計手冊》查得知：t=33.3mm,當 m=3 時，驅動軸上的齒數(shù)為：Zmin≥ ………2.1303.2(1.5)2(1.25).8dmt??????7去驅動齒輪齒數(shù) Z=24。汽車輪輻專用多頭鉆加工專用設備畢業(yè)設計4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）驅動軸齒輪 243217～50 連續(xù)17～702、2.5、32、2.5、3、415、20、30、35、4012、30、35、40、50傳動軸齒輪 44（B 型） 21-24 3 12、30、35、40、50輸出軸齒輪 32 21-24 3 18、22、28、32、36計算各軸轉速使各軸轉速的相對轉速損失在 5%以內，由公式：V= 知：±.140Dnn1=n2=n3=n4=18x1000/3.12/12=415r/min…………………2.183.1.4 繪制傳動系統(tǒng)圖傳動系統(tǒng)圖是表示傳動關系是示意圖，即用以確定的傳動軸將驅動軸和各軸連接起來，繪制在主軸箱輪廓內的傳動示意圖，如圖 3.3 所示圖 3.3 鉆孔主軸箱傳動系統(tǒng)圖圖中傳動軸齒輪和驅動軸齒輪為第Ⅰ排。在圖中標出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、變位系數(shù)，以校核驅動軸是否正確。另外，應檢查同排的非嚙合齒輪是否齒頂