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目 錄?
第一章 緒論…………………………………………… 1
第二章 組合機(jī)床介紹
第一節(jié) 加工內(nèi)容及要求……………………………… 2
第二節(jié) 工作循環(huán)……………………………………… 2
第三節(jié) 夾具設(shè)計(jì)方案……………………………………2
第四節(jié) 確定切削用量及刀具………………………………… 2
第五節(jié) 確定切削力扭矩、功率及刀具耐用度……………… 3
第六節(jié) 初定主軸直徑………………………………………… 4
第七節(jié) 主軸箱所需動(dòng)力……………………………………… 5
第三章 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)……………………………………?? 6
第一節(jié) 三圖一卡設(shè)計(jì)…………………………………………?? 6
第二節(jié) 主軸箱輪廓尺寸………………………………………?? 9
第三節(jié) 傳動(dòng)裝置潤(rùn)滑…………………………………………? 10
第四節(jié) 機(jī)床技術(shù)特性…………………………………………? 10
第五節(jié) 計(jì)算生產(chǎn)率……………………………………………? 10
第四章 組合機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)…………………………………? 12
第一節(jié) 原始依據(jù)圖……………………………………………… 12
第二節(jié) 主軸結(jié)構(gòu)形式及動(dòng)力計(jì)算…… 13 ?????????????????
第三節(jié) 傳動(dòng)方案?！?4
第四節(jié) 主軸箱的坐標(biāo)計(jì)算………………………………………19?
第五節(jié) 主軸箱的潤(rùn)滑及手柄軸位置……………………………20
第六節(jié) 繪制裝配圖主軸箱………………………………………21
第五章 總結(jié)…………………………………………………… 30
第六章 參考資料……………………………………………… 31
第一章 緒論
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(guó)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、鏜孔、車端面和凸臺(tái),在孔內(nèi)鏜各種形狀槽,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)量機(jī)、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(guó)組合機(jī)床組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國(guó)家要相對(duì)落后,國(guó)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(guó)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(guó)際機(jī)床博覽會(huì)上獲悉,在來自世界10 多個(gè)國(guó)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,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10 000～20 000 r/ min ,最高進(jìn)給速度可達(dá)20～60 m/ 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(guó)組合機(jī)床裝備還有相當(dāng)大的差距,因此我國(guó)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。
研究本課題的指導(dǎo)思想及要達(dá)到的目標(biāo)
在完成了大學(xué)階段的課程學(xué)習(xí)之后，為了鞏固和深入的學(xué)習(xí)理論知識(shí)，系統(tǒng)地掌握并運(yùn)用這些知識(shí)，全面提高我們自身的綜合素質(zhì)，為以后踏上工作崗位，游刃有余的完成各項(xiàng)工作做好準(zhǔn)備。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我在輔導(dǎo)老師和周圍同學(xué)的幫助下認(rèn)真的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，在保證完成任務(wù)的前提下還有一定的質(zhì)量水準(zhǔn)。讓我實(shí)際操作設(shè)計(jì)組合機(jī)床，親自體會(huì)作為工程技術(shù)人員，作為一名工程師應(yīng)具有的理論知識(shí)、專業(yè)素養(yǎng)及實(shí)際動(dòng)手操作能力，力爭(zhēng)做一名合格的工科工程師人員
第二章 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)
1. 概述
底面攻絲組合機(jī)床是在工件底面上加工螺紋的一種高效率自動(dòng)化專用加工設(shè)備。機(jī)床的液壓動(dòng)力滑臺(tái)對(duì)面布置電動(dòng)機(jī)固定在滑臺(tái)上,中間底座上裝有工件定位夾緊裝置。
組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)通常是根據(jù)與用戶簽定的和同和協(xié)議書，針對(duì)具體加工零件，擬訂工藝和結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行方案圖樣和有關(guān)技術(shù)文件的設(shè)計(jì)。
根據(jù)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)、修理和排屑的方便性。
在選擇組合鉆床結(jié)構(gòu)方案時(shí)，必須保證穩(wěn)定的加工精度。固定式夾具組合機(jī)床能達(dá)到的螺紋位置精度最高，采用固定導(dǎo)套一般能有效的減小由于攻絲靠模頭的自重引起的誤差，考慮到操作的方便性，需要合理確定裝料高度
根據(jù)被加工零件的特點(diǎn),為實(shí)現(xiàn)加工精度要求,同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)率,經(jīng)過反復(fù)論證、分析和計(jì)算,我們采用了臥式多軸組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)方案。
2.總體結(jié)構(gòu)及工作循環(huán)
本機(jī)床采用臥式組合機(jī)床,變速箱體裝在工作臺(tái)的夾具上,這樣便于上、下料。
機(jī)床機(jī)械部分主要有:底座、中間底座、多軸箱、刀具、夾具、冷卻系統(tǒng);控制部分為PLC 控制系統(tǒng)及液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。
機(jī)床的工作循環(huán)為:人工裝上一工件→夾緊油缸夾緊→I 滑臺(tái)開始工作循環(huán):快進(jìn)(冷卻供、主軸轉(zhuǎn)) →工進(jìn)(死檔鐵停留) →快退至原位(主軸停) 滑臺(tái)開始工作循環(huán):快進(jìn)(冷卻供、主軸轉(zhuǎn)) →工進(jìn)(死檔鐵停留) →快退至原位(主軸停、冷卻停) ,夾緊油缸松開,防護(hù)門自動(dòng)打開,油缸推出工件,工件到位后油缸退回.(快退→緩?fù)? ,死檔鐵停留,工作循環(huán)結(jié)束
3.組合機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟
一. 擬訂方案階段
指定工藝方案是設(shè)計(jì)組合機(jī)床最重要的一步。工藝方案制定得好與否，將決定機(jī)床能否達(dá)到“體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，效率高，質(zhì)量好”的要求。為了使工藝方案制定得合理，先進(jìn)，必須從認(rèn)真分析被加工零件圖紙開始，深入現(xiàn)場(chǎng)了解被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工部位，尺寸精度，表面粗糙度和技術(shù)要求，定位夾緊方式，工藝方法和加工過程中所采用的刀具，輔具，切削用量及生產(chǎn)率等，分析其優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)設(shè)計(jì)制造使用單位和操作者豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以求理論緊密聯(lián)系實(shí)際，從而確定零件在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容及方法，決定刀具種類，結(jié)構(gòu)類型，數(shù)量及切削用量等。
二．技術(shù)設(shè)計(jì)階段
根據(jù)已確定的工藝和結(jié)構(gòu)方案，按照加工示意圖和機(jī)床聯(lián)系尺寸圖等開展部件設(shè)計(jì)，繪制多軸箱，夾具等裝配圖。
三．工作設(shè)計(jì)階段
（1）繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖。
（2）編制機(jī)床說明書，制定機(jī)床精度檢驗(yàn)，調(diào)整，試車規(guī)范等有關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
4.制造工藝的確定
本課題就是要通過實(shí)地調(diào)研考察，結(jié)合大學(xué)階段所學(xué)專業(yè)課知識(shí)和相關(guān)資料的分析閱讀設(shè)計(jì)專用機(jī)床（組合機(jī)床），來解決上述制造工藝中上端面鉆孔的加工問題。
在設(shè)計(jì)時(shí)要注意下列幾個(gè)問題：
采用先進(jìn)的加工工藝方案，恰當(dāng)?shù)卮_定本專機(jī)的工序集中度；
選擇合適的配置，合理選擇本專機(jī)的通用部件；
合理選擇切削速度，進(jìn)給量，確定鉆孔所用的刀頭；
設(shè)計(jì)合理高效的專用夾具。
影響工藝方案的主要因素。
（1） 兩個(gè)零件同時(shí)加工。
（2） 材料HT200。
（3） 生產(chǎn)批量：大中批量。
工序間余量的確定：mm。
刀具結(jié)構(gòu)選擇：考慮到加工材料、生產(chǎn)批量和加工精度要求不高，采用通用的細(xì)柄機(jī)用絲錐。
2.3 變速箱體兩側(cè)面孔攻絲工藝方案的確定
從工藝簡(jiǎn)圖中可以看到：要加工的底面12個(gè)螺紋孔，攻絲深度為10mm，各螺紋孔之間有位置度要求。根據(jù)加工零件的形狀和加工要求，考慮加工經(jīng)濟(jì)精度等因素，確立合理的加工工藝方案。
2.3.1 工藝基準(zhǔn)分析
選擇加工工藝基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)遵循一下原則：
應(yīng)盡可能的選擇設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為加工時(shí)的定位基準(zhǔn)，這樣可以減少累計(jì)誤差，有利于保證加工的精度，還有利于工件加工；
選擇定位基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)選用光潔、平整和有足夠大的尺寸面做定位基準(zhǔn)，定位時(shí)要確保工件的穩(wěn)定，只有不能避免才考慮粗基準(zhǔn)；
統(tǒng)一基準(zhǔn)原則，這樣可以簡(jiǎn)化夾具設(shè)計(jì)，減少工件搬動(dòng)和裝夾次數(shù)；
選擇基準(zhǔn)應(yīng)保證定位準(zhǔn)確、可靠，夾緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；
工序集中原則，選擇基準(zhǔn)時(shí)保證在一次裝夾下，盡可能多的加工，便于保證加工的精度要求；
夾緊時(shí)要保證不影響加工，夾緊要可靠；
在加工方向上，當(dāng)所受力較大時(shí)要考慮采用輔助夾緊，這樣在加工過程中可以保證定位要求，滿足加工要求。
定位基準(zhǔn)和夾緊部位
（4） 定位基準(zhǔn)：一面兩銷（5自由度）。
（5） 夾緊部位：零件一側(cè)平面。
2.3.2 機(jī)床配置型式的選擇
組合機(jī)床是針對(duì)被加工零件的特點(diǎn)及工藝要求，按高度集中工序原則設(shè)計(jì)的一種高效率專用機(jī)床。設(shè)計(jì)機(jī)床前，首先根據(jù)組合機(jī)床完成工藝的一些限制及組合機(jī)床各種工藝方法能達(dá)到的加工精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，解決零件是否可以利用組合機(jī)床加工及采用組合機(jī)床加工是否合理的問題。
影響機(jī)床配置方案的主要因素有：
被加工零件的加工精度和加工工序，它是制定機(jī)床方案的主要依據(jù)；
被加工零件的特點(diǎn)在很大程度上決定了機(jī)床采用的配置型式；
被加工零件的生產(chǎn)批量；
機(jī)床的使用條件。
本機(jī)床采用臥式滑臺(tái)式雙件加工的單工位組合機(jī)床。
2.3.3 切削用量的選擇
機(jī)床要正常工作，必須確定合理的切削速度和進(jìn)給量。切削速度和進(jìn)給量選擇適當(dāng)，將會(huì)減少加工時(shí)間，延長(zhǎng)刀具使用壽命，獲得較高的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。由于該工序采用的是組合機(jī)床單面加工雙件12個(gè)孔，都是M6的螺紋孔,因此每把刀具的進(jìn)給量都是相同的。根據(jù)鉆孔加工切削用量參照表，攻絲切削速度為4m/min.由公式n=v∕d×1000可得：主軸轉(zhuǎn)速n=212r/min。進(jìn)給量f=1mm/r。
有以上數(shù)據(jù)，選擇相應(yīng)的漲套、芯軸、襯套及攻絲靠模、螺桿等，參照大連組合機(jī)床研究所的 《組合機(jī)床設(shè)計(jì)參考圖冊(cè)》，加工示意簡(jiǎn)圖如圖紙所示。
2.3.3.1 動(dòng)力部件的選擇
動(dòng)力部件主要用以實(shí)現(xiàn)切削刀具的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它們是機(jī)床最主要的通用部件，包括液壓滑臺(tái)、滑臺(tái)側(cè)底座、動(dòng)力箱。一般主運(yùn)動(dòng)采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用液壓傳動(dòng)。它們的選擇原則應(yīng)遵循下列原則：
（1）進(jìn)給力和功率應(yīng)滿足加工所需的最大進(jìn)給力和所需的計(jì)算功率（包括切削功率、空轉(zhuǎn)功率、傳動(dòng)損失等）；
（2）所選擇的快速行程速度應(yīng)小于動(dòng)力滑臺(tái)的規(guī)定的快速行程速度，切削用量的每分鐘工作進(jìn)給速度應(yīng)大于動(dòng)力滑臺(tái)額定的最小進(jìn)給量；
（3）多軸箱輪廓尺寸具有一定的限制，不同規(guī)格的動(dòng)力滑臺(tái)要與同規(guī)格的多軸箱配套使用。
切削力
切削轉(zhuǎn)矩
切削功率
綜合以上因素，查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2—14 多軸箱選用1TD16Ⅳ型動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)， 驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速600r/min。
圖1 液壓滑臺(tái)和滑臺(tái)側(cè)底座
3. 三圖一卡設(shè)計(jì)
1. 被加工零件工序圖
被加工零件為傳動(dòng)箱殼體，材料為HT200，工序?yàn)橄潴w底面攻絲，雙件有12個(gè)螺紋孔需要攻絲。采用一面兩銷定位，一面為殼體側(cè)面，兩孔為殼體圓柱和內(nèi)孔。采用殼體側(cè)面邊緣夾緊。（如圖所示）
2. 加工示意圖
加工M6的螺紋孔：
采用高速鋼機(jī)動(dòng)絲錐W18Cr4V刀具
箱體右端面工進(jìn)長(zhǎng)度 15mm 快進(jìn)65 mm 快退65 mm。（如圖所示）
3. 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
多軸箱輪廓尺寸 H=400 mm
B=125+2100=325 mm
厚度取325 mm長(zhǎng)寬取600400 mm
最低螺紋孔位置154.5 mm
最低主軸高度154.5 mm
（1）尺寸確定 注意：要按照機(jī)床加工終了位置繪制。
檢查長(zhǎng)寬高三個(gè)方向的尺寸鏈要封閉。
中間底座長(zhǎng)度的確定：
L=(++2+)-2()
=500mm
（2）機(jī)床分組
為便于設(shè)計(jì)和組織生產(chǎn)，組合機(jī)床各部分和裝置按照不同的功能劃分編組。組號(hào)劃分規(guī)定如下：
第1019組——支撐部件。一般由通用的側(cè)底座、立柱及其底座和專用中間底座組成。
第2029組——夾具及其輸送部件。夾具是組合機(jī)床的專用的部件，常編為20組，包括定位加緊及導(dǎo)向部分。對(duì)于一些獨(dú)立性較強(qiáng)的活動(dòng)鉆模、攻螺紋模板、自動(dòng)加緊機(jī)構(gòu)、自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)常單獨(dú)編號(hào)。移動(dòng)工作臺(tái)、回轉(zhuǎn)臺(tái)等輸送設(shè)備，如果屬于通用設(shè)備，可以納入夾具組，明細(xì)表中列出通用部件型號(hào)即可，如果專用則單獨(dú)成組編號(hào)。
第30～39組——電氣設(shè)備，電氣設(shè)計(jì)編變?yōu)?0組，包括原理圖、接線圖和安裝圖等設(shè)計(jì)，專用操縱臺(tái)、控制柜等則另編組號(hào)。
第40~49組——傳動(dòng)裝置。包括機(jī)床中所有的動(dòng)力部件如動(dòng)力滑臺(tái)、動(dòng)力箱等通用部件，編號(hào)40組，其余須修改部分內(nèi)容或?qū)Ｓ玫膫鲃?dòng)設(shè)備則單獨(dú)編租。
第50~59組——液壓和氣動(dòng)裝置。
第60~69組——刀具、工具、量具和輔助工具等。
第70~79組——多軸箱及其附屬部件。
第80~89組——冷卻、排屑及潤(rùn)滑裝置。
第90~99組——電氣、液壓、氣動(dòng)等各種控制擋鐵。
（結(jié)果如圖所示）
采用固定鉆摸板
二、 2.3.5 生產(chǎn)率計(jì)算（參照《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》從鳳廷 遲建山 主編）
根據(jù)選定的機(jī)床工作循環(huán)所要求的工作行程長(zhǎng)度、切削用量、動(dòng)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)率并編制生產(chǎn)率計(jì)算卡，用以反映機(jī)床的加工過程、完成每一動(dòng)作所要的時(shí)間、切削用量、機(jī)床生產(chǎn)率及機(jī)床負(fù)載率等。
1.理想生產(chǎn)率
=（件/h）
A：生產(chǎn)綱領(lǐng) K：全年總工時(shí)，一般情況下，單班制K取2350h,兩班制K取4600h。
2.實(shí)際生產(chǎn)率
（件/h）
——生產(chǎn)一個(gè)零件所要的時(shí)間（min），由下式計(jì)算：
= （min）
，——是刀具第一、第二工作進(jìn)給長(zhǎng)度（mm）。
，——是刀具第一、第二工作進(jìn)給量（mm/min）。
——通常是指刀具在工件上加工終了位置無進(jìn)給狀態(tài)下所消耗的時(shí)間（min）。
,——?jiǎng)恿Σ考目焱?、快進(jìn)長(zhǎng)度（mm）。
——?jiǎng)恿Σ考目焖傩谐趟俣?。機(jī)械動(dòng)力部件取6~8m/min；液壓動(dòng)力部件取4~12m/min。
——直線移動(dòng)或工作臺(tái)進(jìn)行一次工位轉(zhuǎn)換的時(shí)間。
——裝卸工件的時(shí)間。
如果計(jì)算出的>,則必須重新選擇切削用量或修改機(jī)床設(shè)計(jì)方案。
3.機(jī)床負(fù)載率
注意：以上的計(jì)算結(jié)果在生產(chǎn)率計(jì)算卡上。
三 組合機(jī)床多軸箱設(shè)計(jì)
1.簡(jiǎn)述
組合機(jī)床多軸箱的設(shè)計(jì)計(jì)算是組合機(jī)床設(shè)計(jì)工程中的重要環(huán)節(jié)，是主軸箱零部件設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，計(jì)算稍有不慎，便會(huì)導(dǎo)致后期的設(shè)計(jì)制造前功盡棄。
依據(jù)總體設(shè)計(jì)圖， 對(duì)主軸箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。由于在本機(jī)床上需同時(shí)加工12個(gè)孔，不僅孔多、間距小，而且孔的排列分散，采用通常方案排箱無法實(shí)現(xiàn)12孔的工序集中。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、細(xì)致分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過采用滾針軸承，將常規(guī)狀況下不能完成的排箱得以實(shí)現(xiàn)，而且所設(shè)計(jì)的主
軸箱結(jié)構(gòu)緊湊。（該設(shè)計(jì)只設(shè)計(jì)左半邊多軸箱的結(jié)構(gòu)，右半邊多軸箱類似）依據(jù)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)容為主軸箱設(shè)計(jì)的原始要求和已知條件：
1. 主軸箱輪廓尺寸600mm×400mm；
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。
2.設(shè)計(jì)原則
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) 在保證轉(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
心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，采用了變位齒輪。
3) 放棄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1.0~1.5之間。
5) 為了使主軸上的齒輪不太大，有的在最后一級(jí)采用升速傳動(dòng)。
6) 因鉆削加工切削力大，為了減少主軸的扭曲變形，主軸上的齒輪盡量靠近前支承。
3.按上述設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)
按所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)圖合理分配各級(jí)傳動(dòng)比、初定傳動(dòng)軸位置和確定齒輪齒數(shù)
傳動(dòng)軸的坐標(biāo)計(jì)算
在擬定主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，傳動(dòng)軸位置已做了初步確定。為了保證齒輪副的正常嚙合和加工主軸箱上傳動(dòng)軸支承孔的孔距精度，需要精確計(jì)算各傳動(dòng)軸的坐標(biāo)尺寸（計(jì)算結(jié)果精確到小數(shù)點(diǎn)后3位數(shù)）。
3.1.2.主軸、齒輪的確定及動(dòng)力計(jì)算
（1） 已知主軸轉(zhuǎn)速及驅(qū)動(dòng)軸到主軸的傳動(dòng)比。
1），
2）總的傳動(dòng)比
；
3）確定中間軸位置，并配對(duì)各齒輪。（位置如坐標(biāo)計(jì)算圖）
11,12軸為14軸的圓心，其中心距為A=97,取。
有；
同理求得：
、確定中間傳動(dòng)軸11,12,13,14,15,16,17,18,19的位置，
a：取 =21 ，m=3。由各級(jí)傳動(dòng)比得各個(gè)傳動(dòng)軸的齒數(shù)：
。
4） 驗(yàn)算各個(gè)主軸轉(zhuǎn)速。
；
；
兩組主軸的轉(zhuǎn)速相對(duì)損失在以內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。
5） 采用型葉片泵，經(jīng)由8軸經(jīng)過的傳動(dòng)比傳到20軸所在的葉片泵。
則有：；
在400~800r/min 的范圍內(nèi)，滿足要求。
6） 主軸至蝸桿軸的速比： ；
2.2.3 驗(yàn)算
驗(yàn)算根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算確定的兩軸坐標(biāo)中心距A 是
否符合兩軸間嚙合齒輪要求的中心距R ， R 與A 的
差值為δ ，即
δ = R ? A
驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)為
δ ≤0.001～ 0.009mm
經(jīng)驗(yàn)算均符合。
2.3 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決定，并考慮主軸的工作條件和受力情況，采用長(zhǎng)主軸。由于采用螺紋加工主軸，需要錯(cuò)開各軸以防止各個(gè)軸之間的運(yùn)動(dòng)干涉，所以優(yōu)選滾針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)速較低，但載荷較小，因此用圓錐滾子軸承。按上述方案配置的主軸和傳動(dòng)軸，按所選的軸承類型繪制軸承孔檢查圖，發(fā)現(xiàn)有些部位采用此配置因孔間距較小，箱體上的軸承座孔太大，導(dǎo)致箱體強(qiáng)度不夠。因此，這些部位都將原方案改為錯(cuò)開的推力球軸承與滾針軸承組合的支承結(jié)構(gòu)，以減小徑向尺寸，滿足強(qiáng)度要求，實(shí)現(xiàn)合理排箱。
按以上原則設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)，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。為實(shí)現(xiàn)本機(jī)床“體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)。
四 專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是為加工某些幾何形狀相似、工藝過程和定位夾緊相似的零件而設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)時(shí)需要選擇合理的定位基準(zhǔn)、定位元件；選擇合適的夾緊夾緊元件；設(shè)計(jì)好合理的基體件。
1.定位基準(zhǔn)與定位元件的選擇
制定設(shè)計(jì)方案時(shí)需選擇合理的定位基準(zhǔn)、定位元件。該零件采用一面兩銷定位，定位基準(zhǔn)為零件底面，定位元件為定位銷。任何一個(gè)工件在夾具中定位時(shí)，要完全限制6個(gè)自由度（、、、、、）使工件定位采用6個(gè)按一定規(guī)則布置的約束點(diǎn)，可以限制工件的6個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)完全定位，稱為六點(diǎn)定位原理。
定位裝置實(shí)現(xiàn)工件定位準(zhǔn)確的標(biāo)志是：
（1）同一個(gè)工件安裝在夾具中，特別是對(duì)軸加工表面而言，只能有一個(gè)自由度未限制，不能產(chǎn)生欠定位。
（2）同批工件先后安裝在夾具中，特別對(duì)被加工表面而言進(jìn)給系統(tǒng)要求位置一致
2.夾緊元件與夾緊力的選擇
夾緊力的選擇，除夾緊力方向和作用點(diǎn)外，還要使工件產(chǎn)生盡可能小的夾緊變形，這是選擇夾緊元件和夾緊力的主要因素。本設(shè)計(jì)采用壓板液壓壓緊， ，夾緊牢靠，工件保持正確位置，既防止了薄壁零件裝夾變形，又滿足了加工的要求。如加工工序圖所示,定位面選擇底面和側(cè)面,限制、一個(gè)移動(dòng)自由度和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度;最后的兩個(gè)自由度由圓柱銷定位。油缸它的作用：是裝上工件把快換墊圈放在工件環(huán)面上啟動(dòng)液壓裝置，油缸上部進(jìn)油壓縮拉桿向下運(yùn)動(dòng)，夾緊工件。采用這種結(jié)構(gòu)具有敞開性好、工件裝卸方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、夾緊力大。
3.夾具基體的設(shè)計(jì)
夾具基體是夾具的基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)夾具基體時(shí)，除應(yīng)保證結(jié)構(gòu)合理外，還應(yīng)保證夾具基體有足夠的剛度，而且在可能的范圍內(nèi)，力求能加工零件組的全部。對(duì)其基體件還應(yīng)根據(jù)相似件形狀、尺寸、精度、毛坯種類及其工藝方法來確定基體件形狀、尺寸，以滿足加工
所有相似件的要求。該基體件與其它夾具元件組成的夾具結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，更換元件容易，可以加工不同產(chǎn)品的相似件.
具體設(shè)計(jì)見圖。
夾具操作過程：
這個(gè)夾具結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。裝夾的過程如下：工件對(duì)準(zhǔn)定位銷裝在定位面上，放入墊圈轉(zhuǎn)動(dòng)90度，夾緊工件，加工，松開工件，墊圈轉(zhuǎn)動(dòng)90度（反向），拿出墊圈，卸下工件。如此反復(fù)循環(huán)。
五 PLC控制設(shè)計(jì)
1 工作原理及電氣控制要求
雙面鉆孔組合機(jī)床是在工件兩相對(duì)表面上進(jìn)行鉆孔的一種高效自動(dòng)化專用加工設(shè)備,基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。2 個(gè)動(dòng)力滑臺(tái)對(duì)面布置并安裝在標(biāo)準(zhǔn)側(cè)底座上,刀具電動(dòng)機(jī)M2 ,M3 分別固定在左、右動(dòng)力
滑臺(tái)上,中間底座上裝有工件定位夾緊裝置。
圖1 雙面鉆孔組合機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
該機(jī)床采用電動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)(未畫出) 相結(jié)合的驅(qū)動(dòng)方式,其中電動(dòng)機(jī)M2 ,M3 分別帶動(dòng)左、右主軸箱的刀具主軸提供切削主運(yùn)動(dòng),而左、右動(dòng)力滑臺(tái)和工件定位夾緊裝置則由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng),M1 為液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī),M4 為冷卻泵電動(dòng)機(jī)。機(jī)床的電氣控制要求為M1 先啟動(dòng),只有系統(tǒng)正常供油后,其它控制電路才能通電工作; M2 ,M3在滑臺(tái)進(jìn)給循環(huán)開始時(shí)啟動(dòng),滑臺(tái)退回原位后停機(jī);M4 可手動(dòng)控制啟停,也可在滑臺(tái)工作進(jìn)給時(shí)自動(dòng)提供油液。其控制過程是典型的順序控制,當(dāng)把工件裝入夾具后,按下啟動(dòng)按鈕SB3 ,機(jī)床便開始自動(dòng)循環(huán)的工作過程,見圖2
圖2 雙面鉆孔組合機(jī)床工作循環(huán)圖
2 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
雙面鉆孔組合機(jī)床的電氣控制屬單機(jī)控制, 輸入輸出均為開關(guān)量。根據(jù)實(shí)際控制要求,并考慮系統(tǒng)改造成本,在準(zhǔn)確計(jì)算I/ O 總點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上,采用抗干擾強(qiáng)、穩(wěn)定性和可靠性較高的三菱公司生產(chǎn)的FX1N260MR 可編程控制器。該控制系統(tǒng)中所有輸入觸發(fā)信號(hào)采用常開觸點(diǎn)接法,所需的24 V 直流電源由PLC 內(nèi)部提供;輸出負(fù)載中的所有直流電磁換向閥同樣采用由PLC 內(nèi)部提供的24 V 直流電
源,輸出負(fù)載中的4 個(gè)交流接觸器線圈則需外接220 V 交流電源.由于雙面鉆孔組合機(jī)床中轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕及行開關(guān)較多,為了減少輸入點(diǎn)數(shù),降低費(fèi)用,對(duì)輸入信號(hào)作了適當(dāng)處理,如4 臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)不作為輸入信號(hào),而直接接入輸出線圈回路中。另外,電磁閥為感性負(fù)載并且通斷頻繁,為了保護(hù)PLC 的輸出觸點(diǎn),在每個(gè)電磁閥兩端各并上1 個(gè)續(xù)流二極管,來吸收反向過電壓。
3.電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
由雙面鉆孔組合機(jī)床的控制要求可知,該控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)3 個(gè)控制功能: ① 動(dòng)力滑臺(tái)的點(diǎn)動(dòng)、復(fù)位控制; ②動(dòng)力滑臺(tái)的單機(jī)自動(dòng)循環(huán)控制; ③整機(jī)全自動(dòng)工作循環(huán)控制。具體T型圖見附圖
4.PLC 與PC 的通信
系統(tǒng)工作時(shí),PC 與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的PLC 之間處于實(shí)時(shí)的交互通狀態(tài)。如果生產(chǎn)規(guī)模大,可采用1 : n 上位鏈接通信方式,用一臺(tái)計(jì)算機(jī)管理多臺(tái)機(jī)床。上位計(jì)算機(jī)與PLC 之間有一個(gè)RS - 232C/ RS - 485 轉(zhuǎn)換
器,用于鏈接計(jì)算機(jī)的RS - 232C 串行口和PLC 的RS - 485 通信適配器,可增大通信距離。操作人員根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的需要,在不中斷生產(chǎn)的情況下,可在上位機(jī)上實(shí)時(shí)地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,使控制系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)。還可在上位機(jī)上編程、監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況、顯示故障等,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理和調(diào)度,使設(shè)備潛力得到
充分發(fā)揮。
本程序經(jīng)模擬調(diào)試,完全符合雙面鉆孔組合機(jī)床的電氣控制要求,使用效果良好。在使用過程中,還可根據(jù)不同的控制要求,在不改動(dòng)接線或改動(dòng)很少的情況下,通過改變程序來實(shí)現(xiàn)不同要求,大大節(jié)省了安裝調(diào)試時(shí)間,提高了效率。
5 結(jié)語
本系統(tǒng)經(jīng)過PLC 融入后,運(yùn)行良好,故障率低。而且組合機(jī)床控制系統(tǒng)具有很好的柔性,能適應(yīng)產(chǎn)品的變化,當(dāng)工藝程序變更時(shí),只需修改程序,就可滿足新的加工要求?？梢妭鹘y(tǒng)的機(jī)械設(shè)備融入PLC技術(shù) 后,既能使之成為機(jī)電一體化的新產(chǎn)品,適用生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制,又能發(fā)揮原組合機(jī)床的效能,而且投資較小,可見,靈活應(yīng)用PLC 是實(shí)現(xiàn)組合機(jī)床電氣自動(dòng)化的有效途徑。
六 結(jié)束語
組合機(jī)床一般均為專用機(jī)床,因此在設(shè)計(jì)組合機(jī)床時(shí),應(yīng)根據(jù)具體加工對(duì)象的具體工藝要求和公司設(shè)備的具體實(shí)際情況合理地確定工序集中程度,選擇恰當(dāng)?shù)臋C(jī)床配置型式,合理地選擇組合機(jī)床的通用部件,設(shè)計(jì)高效的夾具、刀具及主軸箱等。采用先進(jìn)的加工工藝,制定最佳的設(shè)計(jì)方案,達(dá)到“精、快、省”的最終目的。
本課題設(shè)計(jì)的這臺(tái)組合機(jī)床，用于加工變速箱體兩側(cè)面16孔的攻絲。在設(shè)計(jì)過程中對(duì)存在的一些問題進(jìn)行了解決，順利完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)。在機(jī)床的設(shè)計(jì)上采取了一系列的措施，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到液壓、電氣設(shè)計(jì)完成了對(duì)大學(xué)階段學(xué)習(xí)內(nèi)容的全面考察，達(dá)到了預(yù)期的效果。主要完成了以下工作：
1. 對(duì)零件進(jìn)行整體分析，明確了該工件加工的技術(shù)和工藝要求；制定了工藝方案，完成總體設(shè)計(jì)，完成對(duì)被加工工件工序圖、加工示意圖、機(jī)床尺寸聯(lián)系圖和生產(chǎn)效率卡的繪制；
2. 合理選用了組合機(jī)床設(shè)計(jì)中用到的通用部件，使設(shè)計(jì)成本明顯降低；
3. 完成對(duì)機(jī)床多軸箱和夾具裝配圖的設(shè)計(jì)；
當(dāng)然，由于剛剛完成對(duì)基本理論的學(xué)習(xí)，知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、時(shí)間有限，這次設(shè)計(jì)還有許多值得完善的地方。我將在以后的工作學(xué)習(xí)中，更加努力以取得更好的成績(jī)。
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致 謝
本文能夠順利完成首先要衷心地感謝導(dǎo)師崇凱教授給予的精心指導(dǎo)。在設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，崇老師親自動(dòng)手參與指導(dǎo)，細(xì)心地傳授理論知識(shí)。
在我寫此論文期間，崇凱導(dǎo)師在學(xué)習(xí)、科研、生活中給予了多方面的關(guān)心和幫助。在一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的日子里，崇老師嚴(yán)以律已、寬以待人的人格和對(duì)科學(xué)研究的獨(dú)到見解、忘我的工作精神以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度給我留下了深刻的印象，促使我更加嚴(yán)格地要求自己，全身心地投入到學(xué)習(xí)和工作中。
此外，對(duì)設(shè)計(jì)期間關(guān)心過、幫助過我的所有老師和同學(xué)，致意誠(chéng)摯的謝意。
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