箱體類零件鉆削組合機床設計【說明書+CAD】

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箱體類零件鉆削組合機床設計 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 學 生：吳一非 指 導 教 師：任皓 完 成 日 期：2014年5月15日 揚州大學機械工程學院 中文摘要 組合機床是以通用部件為基礎，配以按工件特定外形和加工工藝設計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。 設計組合機床之前需要零件分析?，了解所欲加工零件的加工特點，精度和技術要求。 然后制定工藝方案，必須計算分析被加工零件圖，并深入了解零件的形狀、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，生產率要求等等。最終確定零件在組合機床上完成加工時的定位基準以及零件的加工工藝方案。? 各方面準備做好以后進行組合機床設計——三圖一卡設計，包括零件圖繪制零件工序圖、零件加工示意圖、機床尺寸聯(lián)系圖、制機床生產率計算卡。? 最后根據主軸結構形式和動力設計并設計主傳動系統(tǒng)總體結構?，進行主軸箱設計?，確定齒輪齒數、齒輪直徑、齒輪中心距、軸、軸承等等，繪制主軸箱草圖。 關鍵字：組合機床，工藝，三圖一卡，主軸箱 Abstract Modular machine tool is based on common components, with special components designed according to workpiece specific shape and process and fixture, consisting of semi-automatic or automatic machine tool. Analysis on parts is needed before the design of modular machine tool, understanding to the components processing features, precision and technology. Then the process plan, we must analysis the parts to be machined, and a deeper understanding of parts of the shape, size, material, hardness, stiffness, structural characteristics of processing parts of the machining accuracy, surface roughness, and the positioning, clamping method, technological process, the cutter and cutting parameter, productivity and so on. Ultimately determine the parts processed in modular machine when the locating datum and machining process. All ready to do a good job after lathe design -- the three charts card design, including the parts drawing process map parts, machining sketch, machine size contact map, making machine productivity calculation card. Finally, according to the main structure and dynamic design and structure design of main transmission system, the design of spindle box, determine the number of gear teeth, gear, gear center distance, shaft diameter, bearing, spindle box sketch drawing. Keywords: combination of machine tools, process, three charts card, spindle box 目錄 中文摘要…………………………………………………………………………… ⅠAbstract…………………………………………………………………………… Ⅱ 第一章 概述…………………………………………………………………………1 1.1 組合機床概述…………………………………………………………………… 1 1.2 組合機床的發(fā)展………………………………………………………………… 1 1.3 組合機床的特點………………………………………………………………… 1 1.4 組合機床的設計方法…………………………………………………………… 2 1.5 組合機床設計的目的、要求…………………………………………………… 3 1.5.1 設計的目的…………………………………………………………………… 3 1.5.2 設計要求……………………………………………………………………… 3 1.6 本課題任務的內容和要求……………………………………………………… 4 第二章 組合機床方案的制定……………………………………………………5 2.1制定工藝方案…………………………………………………………………… 5 2.1.1被加工零件的特點…………………………………………………………… 5 2.1.2被加工零件的加工精度……………………………………………………… 5 2.1.3加工孔的主要技術要求……………………………………………………… 5 2.1.4定位基準及夾緊點的選擇…………………………………………………… 5 2.1.5確定工藝方案的原則及注意問題…………………………………………… 5 2.1.6零件的生產批量……………………………………………………………… 7 第三章 確定切削用量及選擇刀具…………………………………………… 9 3.1選擇切削用量…………………………………………………………………… 9 3.2確定切削力、切削扭矩、切削功率…………………………………………… 10 3.3選擇刀具結構…………………………………………………………………… 11 第四章 鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制……………………… 13 4.1被加工零件工序圖……………………………………………………………… 13 4.1.1被加工零件工序圖的作用及內容………………………………………… 13 4.2加工示意圖……………………………………………………………………… 14 4.2.1加工示意圖的作用和內容…………………………………………………… 14 4.2.2繪制加工示意圖之前的有關計算…………………………………………… 14 4.3機床聯(lián)系尺寸圖………………………………………………………………… 17 4.3.1聯(lián)系尺寸圖的作用和內容…………………………………………………… 17 4.3.2選用動力部件………………………………………………………………… 17 4.3.3配套支承部件的選用………………………………………………………… 19 4.3.4確定裝料高度………………………………………………………………… 20 4.3.5確定多軸箱輪廓尺寸………………………………………………………… 20 4.4生產率計算卡…………………………………………………………………… 21 第五章 多軸箱的設計………………………………………………………… 19 5.1　主軸箱的設計步驟和內容…………………………………………………… 24 5.1.1 主軸箱所需動力的計算…………………………………………………… 24 5.1.2 主軸箱傳動設計…………………………………………………………… 25 5.1.3 擬定主軸箱傳動系統(tǒng). …………………………………………………… 26 5.2 軸的具體設計……………………………………………………………………28 5.3傳動零件的校核………………………………………………………………… 31 5.4繪制傳動系統(tǒng)圖………………………………………………………………… 35 第六章 工作總結和展望……………………………………………………… 36 參考文獻……………………………………………………………………………38致 辭……………………………………………………………………………… 39 附 錄…………………………………………………………………………………40 IV 吳一非 箱體類零件鉆削組合機床設計 第一章 概述 1.1 組合機床概述 組合機床是以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。其中大量通用部件包括：單軸工藝切削頭、傳動裝置、動力箱、進給滑臺等動力部件，以及用以安裝動力部件的支撐部件如側底座、中間底座等。 1.2 組合機床的發(fā)展 最早的組合機床是1911年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機床制造廠都有各自的通用部件標準。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床制造廠協(xié)商，確定了組合機床通用部件標準化的原則，即嚴格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對部件結構未作規(guī)定。 在我國，組合機床發(fā)展已有28年的歷史，其科研和生產都具有相當的基礎，應用也已深入到很多行業(yè)，是當前機械制造業(yè)實現產品更新，進行技術改造，提高生產效率和高速發(fā)展必不可少的設備之一。組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質、經濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔、加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉臺式組合機床等。 1.3 組合機床的特點 組合機床與一般專用機床相比較,具有如下特點: （1）組合機床自動化程度高,便于維修,通用的易耗易損件可以提前準備,必要時甚至可以改換整個通用部件。 （2）設計與制造周期短。這是因為組合機床的通用化程度高,通用部件、通用零件和標準件約占70~90％,其中許多是預先制造好的,在制造新機床時可以根據需要選用。需要設計、制造的只是少量專用零部件。 （3）組合機床的通用零部件,是經過生產實踐考驗多次反復修改定型的,因而結構的可靠性和工藝性較好,使用性能較穩(wěn)定,有利于穩(wěn)定地保證加工質量。 （4）組合機床的通用零部件都己標準化、系列化,因而可以組織成批生產,這樣不僅可提高制造精度,而且可以降低機床的成本,加快專用機床制造的速度。 （5）便于產品更新。當改變加工對象時,通用部件可以重新利用,改裝成新的專用機床。但由于組合機床的通用部件不是為某一種機床設計的,具有較廣的適應性,而且規(guī)格也有限,這樣就使組合機床的結構較一般專用機床稍為復雜。組合機床改裝時,約有10%～20％的零件不能利用,改裝勞動量也較大。 圖1-1表示由通用部件和少量專用部件組成的臥式組合機床。 圖1-1 臥室組合機床及其組成部件 1-中間底座；2-夾具；3-主軸箱；4-動力箱 5-滑臺；6-滑座；7-床身（側底座） 1.4 組合機床的設計方法 組合機床的設計，目前基本上有兩種情況：其一，是根據具體加工對象的具體情況進行專門設計，這是當前最普遍的做法。其二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人總結自己生產和使用組合機床的經驗，發(fā)現組合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設計成通用部件。而且一些行業(yè)的或完成一定工藝范圍的組合機床是極其相似的，有可能設計為通用的組合機床，這種機床稱為“專能組合機床”。這種專能組合機床就不需要每次按具體加工對象進行專門設計和生產，而是可以設計為通用品種，組織成批生產，然后按被加工零件的具體需要，配以簡單的夾具及刀具，即可組成加工一定對象的高效設備。 組合機床的設計步驟： （1）制定工藝方案。要深入現場，了解被加工零件的加工特點、精度和技術要求、定位夾壓情況以及生產率的要求等。確定在組合機床上完成的工藝內容及其加工方法。這里要確定加工工步數，決定刀具的種類和型式。 （2）機床結構方案的分析和確定。根據工藝方案確定機床的型式和總體布局。在選擇機床配置型式時，既要考慮實現工藝方案，保證加工精度、技術要求及生產效率；又要考慮機床操作、維護、修理是否方便，排屑情況是否良好；還要注意被加工零件的生產批量，以便使設計的組合機床符合多快好省的要求。 （3）組合機床總體設計。這里要確定機床各部件間的相互關系，選擇通用部件和刀具的導向，計算切削用量及機床生產率。繪制機床的總聯(lián)系尺寸圖及加工示意圖等。 （4）組合機床的部件設計和施工設計。制定組合機床流水線的方案時，與一般單個的組合機床方案有所不同。在流水線上由于工序的組合不同，機床的型式和數量都會有較大的變化。因此，這是應按流水線進行全面考慮，而不應將某一臺或幾臺機床分裂開來設計。即使暫時不能全面地進行流水線設計，制定方案時也應該綜合研究，才能將工序組合得更為合理，更可靠地滿足工件的加工要求，用較少的機床完成較多的工作，也為進一步發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。 1.5 組合機床設計的目的、要求 1.5.1 設計的目的 機床設計畢業(yè)設計，其目的在于通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)的結構設計，使我們在擬定傳動和變速的結構方案過程中，得到設計構思、方案的分析、結構工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術文件和查閱資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設計思想，掌握基本的設計方法，并培養(yǎng)了自己具有初步的結構分析、結構設計和計算能力。 1.5.2 設計要求 評價機床性能的優(yōu)劣，主要是根據技術經濟指標來判定的?！百|優(yōu)價廉”才會受到用戶的歡迎，在國內和國外市場上才有競爭力。機床設計的技術經濟指標可以從滿足性能要求、經濟效益和人機關系等方面進行分析。 1.6 本課題任務的內容和要求 本課題研究的內容是汽車傳動殼體螺紋攻絲組合機床設計，包括：工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖的設計，機床生產率計算卡的制定，主軸箱結構設計。 圖1-2 加工圖 第二章 組合機床的工藝方案制定 2.1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，生產率要求等等。并查閱有關技術資料，制定出合理的工藝方案。 根據被加工被零件（箱體）的才（圖2-1），加工四個螺紋底孔的工藝過程。 2.1.1被加工零件的特點 此箱體的材料是HT200、硬度HB170-241，孔的位置分配不規(guī)則，孔的直徑為Φ5mm。采用多孔同步加工，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?？椎姆植疾灰?guī)則，工件比較小，可一次鉆完，因而適合選擇臥式雙工位鉆床。 2.1.2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，工件各孔間的位置精度為0.15mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工時可以在下一個安裝工位上對所有孔進行最終精加工。為了加工出表面粗糙度為Ra3.2um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。被加工零件圖如圖2-1所示。 2.1.3加工孔的主要技術要求： 加工8個M5螺紋底孔的孔； 孔的位置度公差為Φ0.15mm； 工件材料為HT200，HB170～241； 要求生產綱領為（考慮廢品及備品率）年產量7萬件，單班制生產。 2.1.4定位基準及夾緊點的選擇 加工此箱體的孔，以底面的兩個對角楞來限制X、Y方向上的自由度。 由于夾具的使用在本設計中沒有考慮，因此在設計時就認為是人工夾緊。 2.1.5確定工藝方案的原則及注意問題 加工該孔時，孔的位置度公差為0.15mm 根據組合機床用的工藝方法及能達到的經濟精度，可采用如下的加工方案：一次性加工螺紋底孔，孔徑為Φ5 ① 粗、精加工工序的安排 必須根據零件的生產批量、加工精度、技術要求進行全面分析，按照經濟地滿足加工要求的原則，合理解決粗加工和精加工工序的安排。不要不分具體情況而一律粗、精加工工序合并的做法。 一般在大批大量生產中，確定工藝流程宜、精工序分開進行，其優(yōu)點是： a）工件能得到較好的冷卻，有利于減少熱變形及內應力變形的影響，對精度要求高的零件，更需要如此安排。 b）可避免粗加工振動對于精度、表面粗糙度的影響。 c）有利于精加工機床保持持久的精度。 d）使機床機構簡單，便于維修、調整。 但是，粗、精加工工序分開，將使機床臺數增多。當工件生產批量不大時，由于機床負荷率低，則經濟性不好。因此，在能夠保證加工精度前提下，有時也采取粗、精加工合并在同一臺機床上進行的工藝方案。但須采取措施，盡量減少由此而帶來的不利影響。例如使大量切除余量和有鑄造黑皮的第一道工序與最后一道精加工工序不同的夾壓力；若工件一次安裝，也應使粗、精加工工序分別具有不同夾壓力。 ② 工序集中與分散的處理 工序集中是機械加工近代的主要發(fā)展方向之一。組合機床也正是基于工序集中的工藝原則發(fā)展起來的，即運用多種不同刀具，采用多面、多工位和復合刀具等方法，在一臺機床上對一個或幾個零件完成復雜的工藝過程，從而有效地提高生產率，取得更好的技術經濟效果。 但也應當看到，工序集中程度的提高也會帶來下述一些問題： ① 工序過分集中會使機床結構復雜，刀具數量增加，機床大而笨重，調整使用不便，可靠性降低，反而影響生產率的提高。 ② 工序過分集中導致切削負荷加大，往往由于工件剛性不足及變形等影響加工精度。 因此，提高工序集中程度時，應注意： （a）適當考慮單一工序。即把相同工序內容的工序集中在同一臺機床或同一工位上加工。例如，通常把箱體零件上的大量螺孔攻絲工序集中在一臺攻絲機床上，而不與大量鉆、鏜工序集中在同一個多軸或同一臺機床上進行，這樣會使機床更為簡單合理。 （b）相互間有位置精度要求的工序應集中在同一個工位或同一臺機床上加工。例如，箱體零件各面上的孔，相互間有位置精度要求時，其孔的精加工應集中在同一臺機床上一次安裝并完成加工。一般來說，對這些孔的粗加工也應集中在一臺機床上進行，這可以使得精加工余量分布均勻，以利于保證加工精度 （c）大量的鉆、鏜工序最好分開，不要集中在同一個多軸箱完成。這是因為，鉆孔與鏜孔直徑不一樣，主軸轉速也就相差很大，導致多軸箱的傳動鏈復雜和設計困難。同時，大量鉆孔會產生很大軸向力，有可能使工件變形而影響鏜孔精度；而且，粗鏜孔振動較大又會影響鉆孔，甚至會造成小鉆頭的損壞和折斷。 （d）確定工序集中時，必須充分考慮零件是否會因剛性不足而較大的切削力、夾壓力下變形對加工精度帶來不利影響。 （e）工序集中時，必須考慮前述粗、精加工工序的合理安排及由于多軸箱結構及設置導向的需要。主軸排列不宜過密，否則會造成機床、刀具調整不便、加工精度、可靠性及生產率低的不良后果。 2.1.6零件的生產批量 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7萬件，從工件外形及輪廓尺寸，為了減少加工時間，采用多軸頭以提高利用率。 綜上所述：通過對箱體零件的結構特點、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單工位同步鉆床。 圖2-1 零件圖 第三章 確定切削用量及選擇刀具 3.1選擇切削用量 多軸主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，同一主軸箱上的刀具主軸可設計成不同轉速和不同的每轉進給量（mm/r）與其適應。以滿足不同直徑的加需要，即：·=·=…=·= 式中：… ——各主軸轉速（r/min） … ——各主軸進給量（mm/r） ——動力滑臺每分鐘進給量（mm/min） 表3.1 鉆孔切削速度 加工材料 鑄鐵 剛及其合金 鋁及其合金 切削速度v(m/min) 16-24 18-25 20-50 表3.2鉆孔進給量 加工材料 鑄鐵 剛及其合金 鋁及其合金 進給量f(m/min) 0.07-0.12 0.05-0.1 0.03-0.2 表3.3加工孔的加工精度和表面粗糙度 項目 加工工序 鉆孔 擴孔 走刀次數 1 1 加工條件 事先未加工的孔 表面粗糙度Ra(μm) 6.3～12.5 6.3～12.5 孔的精度等級 H12 H11 孔中心對名義位置的偏移量（mm） 0.15～0.25 0.10～0.15 對基準面的平行度和垂直度（mm） 0.10 0.08 對其他孔中心線的垂直度（mm） 0.20 0.16 注：平行度和垂直度對于鉆孔、擴孔和鉸孔是指100mm長度上的。 根據對我國使用組合機床的調查，加工鑄鐵件的某些主要工序所能達到的精度和表面粗糙度如： 鉆孔 加工直徑在Φ40mm以下，一般為實心鑄件擴、鉸工序之前鉆削底孔或螺紋底孔，精度可達到IT10～IT11,表面粗糙度Ra6.3～12.5μm. 由于箱體孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術要求都是相同的。按照經濟地選擇滿足加工要求的原則，見P130表6-11由查表的方法查得：鉆頭直徑D=5mm,鑄鐵HB175～255、進給量f=0.07mm/r、切削速度v=12m/min、轉速n=764r/min 3.2確定切削力、切削扭矩、切削功率 根據選定的切削用量（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）及夾具設計的依據；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： 布氏硬度：HB = HBmax－(HBmax－HBmin) =200－(200－160) =186.67 切削力：=26 =356.96N 切削扭矩：=10 =584.48N·mm 切削功率：= =584.48×24/(9740×3.14×5) =0.092 kw 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) 3.3選擇刀具結構 根據工藝要求及加工精度不同，組合機床采用的刀具有：一般簡單刀具（標準刀具）、復合刀具及特種刀具。選擇刀具結構應注意一些問題： （1）只要條件允許，為使工作可靠，結構簡單、應盡量選擇標準刀具和簡單刀具。采用此類刀具的特點是加工一個零件所需要的工位數或機床臺數多。 （2）為提高工序集中程度或保證加工精度，采用先后加工或同時加工兩個或兩個以上表面的復合刀具。 (3) 選擇刀具結構時，還必須認真分析被加工零件材料特點。如加工硬度較高的鑄鐵或剛件時，為提高刀具耐用度，減少換刀時間，宜采用多刃鉸刀或多刃鏜刀頭加工，以解決斷屑及排屑問題。 根據上述要求選取鉆孔刀具。 箱體的布氏硬度在HB170～241，孔徑D為5mm，刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W18Cr4V），為了使工作可靠、結構簡單、刃磨簡單，選擇標準Φ5的麻花鉆。如圖3-1 圖3-1 麻花鉆 第四章 鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制 “三圖一卡”是指被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和生產率卡。 4.1被加工零件工序圖 4.1.1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，是制造、使用、檢驗和調整機床的重要技術文件。 圖上主要內容： 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加工時如需要中間向導，應表示出工件與中間向導有關部位結構和尺寸，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉。 ④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。 為了使被加工零件工序圖清晰明了，繪制時，應按一定的比例，選擇足夠的視圖。箱體用鉆孔組合機床的被加工零件工序圖如2－2所示。 圖4－1工序圖 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、多軸箱、電氣和液壓系統(tǒng)設計選擇動力部件的主要依據，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。 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、刀具及多軸箱端面之間的距離等。 ③主軸的結構類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數量和結構尺寸、接桿、導向裝置的結構尺寸。 4.2.2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。選擇錐柄麻花鉆頭。 ②導向套的選擇 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。 Ⅰ選擇導向類型 根據刀具導向部分直徑d=5mm和刀具導向的線速度v=24m/min，選擇固定式導向。 Ⅱ導向套的參數 根據刀具的直徑選擇固定導向裝置，如圖4－2所示： 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 D D1 D2 L l1 D3 l 5 10 15 18 20 3 M6 8 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 刀具導向部分外徑 固定導向 鉆孔 H7/h6 H7/h6 g6 圖4－2固定導向裝置 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,所以B取2.316， 根據剛性條件計算主軸的直徑為： T=584.48 N·mm dB==11.4mm 式中：d——軸直徑（mm） T——軸所承受的轉矩（N·mm） B——系數 本設計中所有主軸直徑皆取d=32mm,主軸外伸長度為：L=115mm，D/為32/20 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4－3所示， 圖4－3連接桿 連接桿上的尺寸d與主軸外伸長度的內孔D配合，因此，根據接桿直徑d選擇刀具接桿參數如表2－3所示： 表2－3 可調接桿的尺寸 d(h6) D1(h6) d2 L4 l1 l2 l3 20 Tr20×1.5 莫氏1號 12.065 188 40 46 75 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,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）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與刀具切入長度和切出長度之和。切入長應根據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=7mm，切出長度=1/3d+(3～8)=1/3*5 +8 9mm,所以=10+16+9=35mm. 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155mm，快退長度等于快速引進與工作工進之和，因此快進長度155－35=120mm. 圖4－4 工作進給長度 綜上圖4－5為箱體上8孔臥式鉆床加工示意圖 圖4－5加工示意圖 4.3機床聯(lián)系尺寸圖 4.3.1聯(lián)系尺寸圖的作用和內容 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，并為進一步開展主軸箱、夾具等專用部件、零件的設計提供依據。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。 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主要參數、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。 4.3.2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。 Ⅰ驅動形式的確定 根據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。 Ⅱ確定軸向進給力 滑臺所需的進給力 =∑=4×356.96=1426.38N 式中：——各主軸加工時所產生的軸向力 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生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進給力應大于＝1.5KN Ⅲ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=764×0.07=53.50mm/min。所以選擇1HY25IA液壓滑臺。 Ⅳ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。前后備量的作用是動力部件有一定的向前后移動的余地，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， 1HY25IA液壓滑臺的工作行程由查表可取250mm，工作行程=快進行程+工進行程+前備量+后備量，即250=120+35+20+后備量，所以后備量取75mm。 ②由下式估動力箱的選用 動力箱主要依據多軸所需的電動機功率來選用，在多軸箱沒有設計之前，可算 ＝／η ＝4×0.092／0.8 ＝0.46KW 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大于計算功率，并結合主軸要求的轉速大小選擇。因此，選用電動機型號為Y90S-4的1TD16 IB型動力箱。查表5-38主要技術參數 如表2-4 主電機傳動型號 轉速范圍（r/min） 主電機功率（） 電機轉速 輸出轉速 Y90S-4 1400 920 1.1 綜上數據選擇如圖4-6所示數據關系及其標準件的選擇： 圖4-6動力部件及其滑臺 4.3.3配套支承部件的選用 滑臺側底座1CC251各尺寸見圖4-7 圖4-7滑臺側底座 4.3.4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810mm。如圖4-8 圖4-8裝料高度 4.3.5確定多軸箱輪廓尺寸 多軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關，可按下式確定： B=b+2b1=40+2*100=240mm h1=h2+H-(0.5+h3+h4)=11+810-(0.5+250+560)=10.5mm H=h+h1+b1=50+10.5+100=160.5mm 多軸箱寬度和高度按標準尺寸中選取。計算時，多軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=320mm H=320mm 根據上述計算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定主軸箱輪廓尺寸B×H=320 mm×320 mm。如圖4-9 圖4-9多軸箱 綜上圖4-10為機床聯(lián)系尺寸圖 圖4-10機床聯(lián)系尺寸圖 4.4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、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 = 35/53.5＋15/764 =0.67 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狀態(tài)下，刀具旋轉5～15 r所需要時間。這里取15r 輔助時間 T輔 = +t裝 = （155+120）/12000+1.5 = 1.50min 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裝 ——裝卸工件時間（min）一般為0.5～1.5min,取1.5min 機床生產率 Q1 = 60/T單 = 60/（T切+T輔） =60/（0.8+1.5） =26.09 件/h 機床負荷率按下式計算 η= Q1/Q×100% = Q1tk/A×100% =26.09×1950/70000×100% =72.7% 式中：Q——機床的理想生產率（件/h） A——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 被加工 零件 圖號 毛坯種類 鑄件 名稱 箱體 毛坯重量 材料 HT200 JB297-62 硬度 HB170-241 工序名稱 殼體螺紋底孔鉆削 工序號 工時/min 序號 工步 名稱 工作行程/mm 切速/（m·min-1） 進給量/（mm·r-1） 進給量/（mm·min-1） 工進時間 輔助時間 1 按裝工件 0.5 2 工件定位夾緊 0.25 3 Z軸快下 120 12 0.011 4 Z軸工進 35 0.07 53.5 0.67 5 Z軸暫停 0.03 6 Z軸快退 155 12 0.013 7 工件松開 0.25 8 卸下工件 0.5 備注 1、主軸轉速764r/min 2、一次安裝加工完一個工件 累計 0.67 1.554 單件總工時 2.22 機床生產率 26.09件/h 理論生產率 35.90件/h 負荷率 72.7% 第五章 多軸箱的設計 5.1　主軸箱的設計步驟和內容 （1）主軸結構形式的選擇 可參考組合機床設計簡明手冊表主軸聯(lián)系尺寸軸的直徑為15mm。 （2）齒輪模數m（單位為㎜）一般用類比法確定，也可按公式估算，即： ?。?-32）=2 式中 P——齒輪所傳遞的功率，單位為KW； Z——一對嚙合齒輪中的小齒輪齒數； n——小齒輪的轉速，單位為r/min。 主軸箱中的齒輪模數常用2、2.5、3、3.5、4幾種。為便于生產，同一主軸箱中的模數規(guī)格最好不要多于兩種。 由計算并選擇m＝2；動力箱過來與主軸嚙合的那對齒輪模數取3。 5.1.1 主軸箱所需動力的計算 主軸箱的動力計算包括主軸箱所需要的功率和進給力兩項。 傳動系統(tǒng)確定之后，主軸箱所需功率P主軸箱按下列公式計算： P主軸箱= P切削+ P空轉+ P損失 式中 P切削——切削功率，單位為KW； P空轉——空轉功率，單位為KW； P損失——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；每根軸上的功率損失，一般可取所傳遞的1%。 主軸箱所需的進給力F主軸箱（單位為N）可按下式計算： 式中 Fi——各主軸所需的軸向切削力，單位為N。 兩側計算如下： 光孔切削力：F=26Df0.8HB0.6=26x5x0.10.8x2000.6=493.4N 螺紋底孔：F=26Df0.8HB0.6=26x4.9x0.10.8x2000.6=483.56N ∑F左=493.4+483.56x4=2427.7N 實際上，為克服滑臺移動引起的摩擦阻力，動力滑臺的進給力應大于F主軸箱。 故選取HY25滑臺，其最大進給力是8000N，是符合條件的。主軸的工序內容，切削用量及主軸尺寸及動力部件的型號和性能參數如表 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 內容 切削用量 D/d L N （r/min） V (m/min) f (mm/r) Vf (mm/min) 1、2、3、4 32/20 115 鉆Φ5 764 12 0.07 53.50 注：1．被加工零件編號及名稱：箱體；材料：HT200 JB297-62；硬度: HB170-241 2．動力部件型號：1TD16 IB動力箱，電動機型號Y90S-4的；功率P＝1.1 kw。 5.1.2 主軸箱傳動設計 主軸箱傳動設計，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，把驅動軸與各主軸連接起來，使各主軸獲得預定的轉速和轉向。 （1）對主軸箱傳動系統(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，力求使傳動軸和齒輪的規(guī)格、數量為最少。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。當中心距不符合標準時，可采用變位齒輪或略微改變傳動比的方法解決。 ② 盡量不用主軸帶動主軸的方案，以免增加主軸負荷，影響加工質量。遇到主軸分布較密，齒輪的空間受到限制或主軸負荷較小、加工精度不夠要求時，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，主軸箱內齒輪副的傳動比一般要大于1/2（最佳傳動比為1～1/1.5），后蓋內齒輪傳動比允許取至1/3～1/3.5；盡量避免用升速傳動。當驅動軸轉速較低時，允許先升速后再降一些，使傳動鏈前面的軸、齒輪轉矩較小，結構緊湊，但空轉功率損失隨之增加，故要求升速傳動比小于等于2；為使主軸上的齒輪不過大，最后一級經常采用升速傳動。 ④ 用于粗加工主軸上的齒輪，應盡可能設置在第Ⅰ排，以減少主軸的扭轉變形；精加工主軸上的齒輪，應設置在第Ⅲ排，以減少抓后端的彎曲變形。 ⑤ 主軸箱內具有粗精加工主軸時，最好從動力箱驅動軸齒輪傳動開始，就分兩條傳動路線，以免影響加工精度。 ⑥ 剛性鏜孔主軸上的齒輪，其分度圓直徑要盡可能大于被加工孔的孔徑，以減少振動，提高運動平穩(wěn)性。 ⑦ 驅動軸直接帶動的轉動軸數不能超過兩根，以免給裝配帶來困難。 5.1.3 擬定主軸箱傳動系統(tǒng). 1.原始依據圖 圖5-1 原始依據圖 2.傳動方案的確定. (1)主軸1,2,3,4 用同一根傳動軸8來帶動,呈四根主軸同心圓的排列形式. 總傳動比: i=n電/n軸=920/764=1.2 根據中心距公式A =mz總/2 得 z總=31 選取主軸上得齒輪齒數為13 驅動軸上齒輪得齒數為18 模數都為2 (2)電機軸上齒輪的確定 根據電機軸和傳動軸的中心距120mm 選取配對的齒輪數分別為15和25,模數都為3. (3)油泵軸得安排 油泵軸的位置要盡可能的靠近油池,油泵的轉速可在400-800r/min的范圍內選取. 選取油泵軸上齒輪的齒數為18數為3,齒輪與驅動軸上的齒輪嚙合. (4) 手柄軸的確定. 手柄軸上的齒輪與主軸2上的齒輪嚙合,齒數為22,模數為2. 綜上 一共有兩排齒輪 . 各軸在多軸箱里的排布如下圖所示: 圖 5-2 各軸的位置關系圖 綜上： 使各主軸轉速的相對轉速損失在5%以內。由公式：V= 知： n=n=n=n=764r/min 總傳動比: i=n電/n軸=920/764=1.2 4.5.3.2各齒輪的基本數據 Z1=Z2=Z3=Z4=13 Z0=15 Z5=22 Z6=25 Z7=18 Z8=18 d1=d2=d3=2*13=26mm d0=3*15=45mm d5=2*22=44mm d6=3*25=75mm d7=3*18=54mm d8=2*18=36mm 5.2 軸的具體設計 (1) 主軸1,2,3,4的相關尺寸如下圖和下表所示: 圖5-3 主軸的相關尺寸圖 表3.1 主軸配套零件 序號 1 2 3 4 5 6 軸徑 15 套 鍵 毛襯圈 螺母 15×18 15×30 15×30 4×24 22 M×1.25　. 序號 7 8 9 10 11 12 軸徑 15 單向推力球軸承 滾子 滾針環(huán) 15×28×9 15×28×9 2×16 2×16 25×5 25×5 (2) 手柄軸5的相關尺寸如下圖和下表所示: 圖 5-4手柄軸 表3.2 手柄軸配套零件 序號 1 2 3 4 5 6 軸徑 15 套 鍵 毛襯圈 螺母 15×18 15×30 15×30 4×24 22 M×1.25　. 序號 7 8 9 10 11 12 軸徑 15 單向推力球軸承 滾子 滾針環(huán) 15×28×9 15×28×9 2×16 2×16 25×5 25×5 (3) 傳動軸8的相關尺寸如下圖和下表所示: 圖 5-5傳動軸 表3.3 傳動軸配套零件 序號 1 2 3 4 5 6 7 軸徑 15 螺母 套 單向推力球軸承 M12×1.25 M12×1.25 15×22 15×30 15×30 15×18 12×28　　×9 序號