四軸頭多工位同步鉆床設(shè)計(jì)修改打印

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1、第1章 機(jī)床的地位及其發(fā)展簡史 1.1 機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)的地位及其發(fā)展簡史 現(xiàn)代社會中，人們?yōu)榱烁咝А⒔?jīng)濟(jì)地生產(chǎn)各種高質(zhì)量產(chǎn)品，日益廣泛的使用各種機(jī)器、儀器和工具等技術(shù)設(shè)備與裝備。為制造這些技術(shù)設(shè)備與裝備，又必須具備各種加工金屬零件的設(shè)備，諸如鑄造、鍛造、焊接、沖壓和切削加工設(shè)備等。由于機(jī)械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法來達(dá)到，特別是形狀復(fù)雜、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在機(jī)床上經(jīng)過幾道甚至幾十道切削加工工藝才能完成。因此，機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備。如果沒有機(jī)床的發(fā)展，如果不具備今天這樣品種繁多、結(jié)構(gòu)完善和性能精良的各種機(jī)床，

2、現(xiàn)代社會目前所達(dá)到的高度物質(zhì)文明將是不可想象的。 機(jī)床是人類在長期生產(chǎn)實(shí)踐中，不斷改進(jìn)生產(chǎn)工具的基礎(chǔ)上生產(chǎn)的，至19世紀(jì)末，車床、鉆床、鏜床、刨床、拉床、銑床、磨床、齒輪加工機(jī)床等基本類型的機(jī)床已先后形成。上世紀(jì)初以來，由于高速鋼和硬質(zhì)合金等新型刀具材料相繼出現(xiàn)，刀具切削性能不斷提高，促使機(jī)床沿著提高主軸轉(zhuǎn)速、加大驅(qū)動功率和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度的方向發(fā)展。與此同時，由于電動機(jī)、齒輪、軸承、電氣和液壓等技術(shù)有了很大的發(fā)展，使機(jī)床的轉(zhuǎn)動、結(jié)構(gòu)和控制等方面也得到相應(yīng)的改進(jìn)，加工精度和生產(chǎn)率顯著提高。此外，為了滿足機(jī)械制造業(yè)日益廣闊的各種使用要求，機(jī)床品種的發(fā)展也與日俱增。 1.2 組合機(jī)床的國內(nèi)、外現(xiàn)

3、狀 世界上第一臺組合機(jī)床于1908年在美國問世，30年代后組合機(jī)床在世界各國得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關(guān)鍵設(shè)備之一。 現(xiàn)代制造工程從各個角度對組合機(jī)床提出了愈來愈高的要求，而組合機(jī)床也在不斷吸取新技術(shù)成果而完善和發(fā)展。 1.2.1 國內(nèi)組合機(jī)床現(xiàn)狀 我國加入WTO以后，制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存、組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)適時調(diào)整戰(zhàn)略，采取了積極的應(yīng)對策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢頭，截至2005年4月份，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)僅組合機(jī)床一項(xiàng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量已達(dá)1000余臺，產(chǎn)值達(dá)3.9個億以上，較2004年同比增長了10%以上，可見行業(yè)企業(yè)運(yùn)營狀況良好。

4、 （1）行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化 組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)主要針對汽車、摩托車、內(nèi)燃機(jī)、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械、化工機(jī)械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設(shè)備，隨著我國加入WTO后與世界機(jī)床進(jìn)一步接軌，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開始向數(shù)控化、柔性化轉(zhuǎn)變。 （2）組合機(jī)床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 組合機(jī)床及其自動線是集機(jī)電于一體是綜合自動化度較高的制造技術(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)用與工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電行業(yè)。我國的傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型的箱體類和軸類零件（近年研制的組合機(jī)床加工連桿、

5、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔等。組合機(jī)床的分類繁多，隨著技術(shù)的不斷是進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來越受人們是親昧，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)動系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。 1.2.2 國外組合機(jī)床現(xiàn)狀 80年代以來，國外組合機(jī)床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎(chǔ)上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機(jī)床的加工精度、多品種加工的柔性以及機(jī)床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床工作程序軟件化、工序高度集

6、中、高效短節(jié)拍和多功能知道監(jiān)控。組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢是： (1)發(fā)展柔性技術(shù) 80年代以來,國外對中大批量生產(chǎn),多品種加工裝備采取了一系列的可調(diào)、可變、可換措施,使加工裝備具有了一定的柔性。如先后發(fā)展了轉(zhuǎn)塔動力頭、可換主軸箱等組成的組合機(jī)床;這種結(jié)構(gòu)的變化,既可以實(shí)現(xiàn)多品種加工要求的調(diào)整變化快速靈敏,又可以使機(jī)床配置更加靈活多樣。 (2)發(fā)展綜合自動化技術(shù) 汽車工業(yè)的大發(fā)展,對自動化制造技術(shù)提出了許多新的需求,大批量生產(chǎn)的高效率,要求制造系統(tǒng)不僅能完成一般的機(jī)械加工工序,而且能完成零件從毛坯進(jìn)線到成品下線的全部工序,以及下線后的自動碼垛、裝箱等。 (3)進(jìn)一步提高工序集中程度

7、國外為了減少機(jī)床數(shù)量,節(jié)省占地面積,對組合機(jī)床這種工序集中程度高的產(chǎn)品,繼續(xù)采取各種措施,進(jìn)一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺、多坐標(biāo)通用部件、移動主軸箱、雙頭鏜孔車端面頭等組成機(jī)床或在夾具部位設(shè)置刀庫,通過換刀加工實(shí)現(xiàn)工序集中,從而可最大限度地發(fā)揮設(shè)備的效能,獲取更好的經(jīng)濟(jì)效益。 1.3 機(jī)床設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容、要求 1.3.1 設(shè)計(jì)的目的 機(jī)床設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)，其目的在于通過機(jī)床主運(yùn)動機(jī)械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使我們在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案的分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計(jì)算、編寫技術(shù)文件和查閱資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方

8、法，培養(yǎng)基本的設(shè)計(jì)方法，并培養(yǎng)了自己具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。 1.3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1、運(yùn)動設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的被加工零件，確定機(jī)床的切削用量，通過分析比較擬定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)，并計(jì)算主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)的相對誤差。 2、動力設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的工件，初算傳動軸的直徑、齒輪的模數(shù)；確定動力箱；計(jì)算多軸箱尺寸及設(shè)計(jì)傳動路線。完成裝配草圖后，要驗(yàn)算傳動軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi)。還要驗(yàn)算主軸主件的靜剛度。 3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 進(jìn)行主運(yùn)動傳動軸系、變速機(jī)構(gòu)、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。即繪制裝配圖和零件工作圖。 4、編寫

9、設(shè)計(jì)說明書 1.3.3 設(shè)計(jì)要求 評價機(jī)床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來判定的。技術(shù)先進(jìn)合理，亦即“質(zhì)優(yōu)價廉”才會受到用戶的歡迎，在國內(nèi)和國際市場上才有競爭力。機(jī)床設(shè)計(jì)的技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可以從滿足性能要求、經(jīng)濟(jì)效益和人機(jī)關(guān)系等方面進(jìn)行分析。 第2章 鉆攻柴油機(jī)箱體端面螺紋孔專用機(jī)床總體設(shè)計(jì) 2.1 組合機(jī)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(jī)床的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、總體布局和夾具結(jié)構(gòu)等。所以，在制定工藝方案時，必須計(jì)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)加工精度，表面粗糙度，以及定位，夾緊方法

10、，工藝過程，所采用的刀具及切削用量，生產(chǎn)率要求，現(xiàn)場所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，制定出合理的工藝方案。 根據(jù)被加工被零件（減速箱箱蓋）的零件圖，加工八個螺栓孔的工藝過程。 1．加工孔的主要技術(shù)要求。 加工8個M10的螺紋孔。表面粗糙度Ra3.2um. 孔的位置度公差為Φ0.3mm 工件材料為HT200，HB175～255 2．工藝分析 加工該孔時，除粗糙度要求外（Ra3.2um），孔的位置度公差為0.3mm 根據(jù)組合機(jī)床用的工藝方法及能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，可采用如下的加工方案。 鉆 攻螺紋 返絲 3．定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇

11、 加工此箱蓋的孔，以底面的三個支承點(diǎn)限制和、三個自由度，位于右邊上的兩個支承點(diǎn)限制了和自由度，位于前面上的一個支承點(diǎn)限制一個自由度。這樣工件的6個自由度被完全限制了。 在保證加工精度的情況下，提高生產(chǎn)效率減輕工人勞動量，而工件也是大批量生產(chǎn)，由于夾具在本設(shè)計(jì)中沒有考慮，因此在設(shè)計(jì)時就認(rèn)為是人工夾緊。 2.1.2 確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案。 1．被加工零件的加工精度 被加工零件需要在組合機(jī)床上完成的加工工序及應(yīng)保證的加工精度，是制造機(jī)床方案的主要依據(jù)。箱蓋加工孔的精度要求不高，可采用多工位組合機(jī)床，工件各孔間的位置精度為0.3mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工時可以在下

12、一個安裝工位上對所有孔進(jìn)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(jī)床原始制造精度和工件定位基準(zhǔn)精度并減少夾壓變形等措施就可以了。為此，機(jī)床通常采用尾置式齒輪動力置進(jìn)給采用液壓系統(tǒng)，人工夾緊。 2.被加工零件的特點(diǎn) 這主要指零件的材料、硬度加工部位的結(jié)構(gòu)形狀，工件剛度定位基準(zhǔn)面的特點(diǎn)，它們對機(jī)床工藝方案制度有著重要的影響。此箱蓋的材料是HT200、硬度HB175-255、孔在長度方向的距離是100mm、在寬度方向的距離是190mm、孔的直徑為Φ10mm。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(jì)。 此零件的加工特點(diǎn)是中心線與定

13、位基準(zhǔn)平面是垂直的，并且定位基準(zhǔn)面是水平的。孔的分布范圍是直線形狀，工件比較長，一次鉆完，多軸箱體積較大，采用兩工位以減小多軸箱的體積，使整個鉆床瘦身，因而適合選擇立式多工位鉆床。 3.機(jī)床使用條件 通過對箱蓋零件的結(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，并定出影響機(jī)床的總體布局和技術(shù)性能等方面的考慮，最終決定設(shè)計(jì)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(jìn)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(chǎn)中常用查表給出的組合機(jī)床對孔加工的工序余量，由于在本鉆床上鉆孔后重新安裝或在其

14、他多工位機(jī)床上加工下道工序，應(yīng)適當(dāng)加大余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。Φ10mm的孔在鉆孔后攻螺紋，直徑上工序間余量1.0～1.5mm。 2.2.2 選擇切削用量 確定了在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。多軸主軸箱上所有刀具共用一個進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動力滑臺，工作時，要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進(jìn)給量（mm/min）應(yīng)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(shè)計(jì)成不同轉(zhuǎn)速和不同的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足不同直徑的加需要，即：·=·=…=·= 式中：… ——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min） … ——各主軸進(jìn)給量（

15、mm/r） ——動力滑臺每分鐘進(jìn)給量（mm/min） 由于箱蓋孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求都是相同的。按照經(jīng)濟(jì)地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：鉆頭直徑D=Φ9mm,鑄鐵HB175～255、進(jìn)給量f=0.1mm/r、切削速度v=15m/min. 2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率 根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度v及進(jìn)給量f）確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）及夾具設(shè)計(jì)的依據(jù)；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(jì)算如下：

16、 布氏硬度：HB =HBmin－(HBmax－HBmin) =255－(255－175) =228.33 切削力：=26 =26×9×× =1071.79 N 切削扭矩：=10 =10×91.9×× =3274.45 N·mm 切削功率：= =3274.45×15/(9740×3.14×9) =0.164 kw 式中：HB——布氏硬度 F——切削力（N

17、） D——鉆頭直徑（mm） f——每轉(zhuǎn)進(jìn)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(jié)構(gòu) 箱蓋的布氏硬度在HB175～255，孔徑D為10mm，刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W18Cr4V），為了使工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、刃磨簡單，選擇標(biāo)準(zhǔn)Φ9的麻花鉆。孔加工刀具的長度應(yīng)保證加工終了時刀具螺旋槽尾端與導(dǎo)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

18、的向前的調(diào)整量。 2.3 四軸頭多工位同步鉆床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制 “三圖一卡”設(shè)計(jì)，其內(nèi)容包括： 繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖、編制生產(chǎn)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(nèi)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(jī)床完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位基準(zhǔn)、夾具部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或成品狀況的圖紙，它不能用用戶提供的圖紙代替，而是在原零件圖基礎(chǔ)上，突出本機(jī)床的加工的內(nèi)容，加上必要的說明繪制成的。它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是制造、使

19、用、檢驗(yàn)和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)文件。箱蓋用四軸頭多工位組合機(jī)床的被加工零件工序圖如2－2所示。 圖上主要內(nèi)容： （1）被加工零件的形狀，主要外廓尺寸和本機(jī)床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技術(shù)要求，以及對上道工序的技術(shù)要求等。 （2）本工序所選定的定位基準(zhǔn)、夾緊部位及夾緊方向。 （3）加工時如需要中間向?qū)В瑧?yīng)表示出工件與中間向?qū)в嘘P(guān)部位結(jié)構(gòu)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。 2.3.2 加工示意圖 1、加工示意圖的作用和內(nèi)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

20、加工零件在機(jī)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(guān)系，機(jī)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(shè)計(jì)選擇動力部件的主要依據(jù)。圖2－3為箱蓋上8孔立式鉆床加工示意圖。 在圖上應(yīng)標(biāo)注的內(nèi)容： （1）機(jī)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(jié)構(gòu)類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸、接桿、導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)尺寸；刀具與導(dǎo)向置的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式，刀具應(yīng)按加工終了位置繪制。 2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 1、聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容 一般來說，組合機(jī)床是

21、由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件——動力箱、動力滑臺、立柱、立柱底座加上專用部件——多軸箱、刀、輔具系統(tǒng)、夾具、液、電、冷卻、潤滑、排屑系統(tǒng)組合而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機(jī)床各組成部件的相互裝配和運(yùn)動關(guān)系，以檢驗(yàn)機(jī)床各部件的相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足要求，聯(lián)系尺寸圖也可以看成是簡化的機(jī)床總圖，它表示機(jī)床的配置型式及總體布局。 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的內(nèi)容包括機(jī)床的布局形式，通用部件的型號、規(guī)格、動力部件的運(yùn)動尺寸和所用電動機(jī)的主要參數(shù)、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。 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(jù)滑臺的驅(qū)動方式、所

22、需進(jìn)給力、進(jìn)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(qū)動形式的確定 根據(jù)對液壓滑臺和機(jī)械滑臺的性能特點(diǎn)比較，并結(jié)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(jìn)給力 滑臺所需的進(jìn)給力 =∑=4×1071.79=4287.16N 式中：——各主軸加工時所產(chǎn)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(chǎn)生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進(jìn)給力應(yīng)大于＝4.29KN。 3）確定進(jìn)給速度 液壓滑臺的工作進(jìn)給速度規(guī)定一定范圍內(nèi)無級調(diào)速，對液壓滑臺確定切削用量時所規(guī)定的工作進(jìn)給速度應(yīng)大于滑臺最小工作進(jìn)

23、給速度的0.5～1倍;液壓進(jìn)給系統(tǒng)中采用應(yīng)力繼電器時，實(shí)際進(jìn)給速度應(yīng)更大一些。本系統(tǒng)中進(jìn)給速度=n·f=47.8mm/min。所以選擇HY25IA液壓滑臺，工作進(jìn)給速度范圍32～800mm/min，快速速度12m/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(yīng)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(bǔ)機(jī)床的制造誤差以及刀具磨損后能向前調(diào)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，這是取40mm,所以滑臺總行程應(yīng)大于工作行程，前備量，后備量之和。 即：行程L＞156+20+40=236mm，

24、取L＝250mm。綜合上述條件，確定液壓動力滑臺型號HY25IA。 （2）由下式估動力箱的選用 動力箱主要依據(jù)多軸所需的電動機(jī)功率來選用，在多軸箱沒有設(shè)計(jì)之前，可算 ＝／η ＝4×0.164／0.8 ＝0.82KW 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(jī)功率應(yīng)大于計(jì)算功率，并結(jié)合主軸要求的轉(zhuǎn)速大小選擇。因此，選用電動機(jī)型號為Y100L—6B5的1TD25IA型動力箱，電動機(jī)功率1.5KW，驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速為520r/min,動力箱輸出軸至箱底面高度為125mm。 （3）Y軸液壓

25、滑臺的選用 工件質(zhì)量計(jì)算 V=420×240×10＋(2×160＋2×340)×10×30 =1.308×10-3m3 m = ρv=7.0×103×1.308×10-3 =9.156kg 磨擦系數(shù)：f=0.07～0.12取f=0.1 F=f·N=0.1mg=0.1×9.156×10=9.156N 由于工作臺和夾具還未設(shè)計(jì)，初選滑臺時進(jìn)給力大于9.156N，由于工件長×寬為420×240mm,選擇液壓滑臺HY32IA型． 2、配套支承部件的選用 立柱1CL25型，立柱底座1CD25 3、

26、確定裝料高度 裝料高度指工件安裝基面至機(jī)床底面的垂直距離，在現(xiàn)階段設(shè)計(jì)組合機(jī)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976mm。 4、中間底座輪廓尺寸 中間底座的輪廓尺寸要滿足Y軸滑臺在其上面聯(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(cè)底座1CC32。 5、確定多軸箱輪廓尺寸 本機(jī)床配置的多軸箱總厚度為301mm，寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取。計(jì)算時，多軸箱的寬度B和高度H可按下式確定： B=b+2b1=190+2×100=390mm H=h+h1+b1=100+100+100=300mm 式中：b——工件在寬度方向

27、相距最遠(yuǎn)的兩孔的距離 b1——最邊緣主軸中心距箱外壁的距離，一般取b170～100mm h——工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離 h1——最低主軸高度h1>85～140mm。取h1=100mm 根據(jù)上述計(jì)算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定主軸箱輪廓尺寸B×H=400×320mm。 2.3.4 生產(chǎn)率計(jì)算 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、動作時間、切削用量、生產(chǎn)率、負(fù)荷率等技術(shù)文件，通過生產(chǎn)率計(jì)算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產(chǎn)率及負(fù)荷率的要求。計(jì)算如下： 切削時間： T切= L/vf+t停

28、 = 2×26/47.8＋2×15/478 =1.151 min 式中：T切——機(jī)加工時間（min） L——工進(jìn)行程長度（mm） vf—— 刀具進(jìn)給量（mm/min） t?！罁蹊F停留時間。一般為在動力部件進(jìn)給停止?fàn)顟B(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)5～15 r所需要時間。這里取15r 輔助時間 T輔 = +t移+t裝 = （150＋176）×2/12000+0.1+1.5 = 1.654min 式中：L3、L4 ——分別為動力

29、部件快進(jìn)、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0.1 min t裝 ——裝卸工件時間（min）一般為0.5～1.5min,取1.5min 機(jī)床生產(chǎn)率 Q1 = 60/T單 = 60/（T切+T輔） =60/（1.151+1.654） =21.39 件/h 機(jī)床負(fù)荷率按下式計(jì)算 η= Q1/Q×100%

30、 = Q1tk/A×100% =21.39×1950/60000×100% =70% 式中：Q——機(jī)床的理想生產(chǎn)率（件/h） A——年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件） tk——年工作時間，單班制工作時間tk =1950h 2.4 多軸箱的設(shè)計(jì) 2.4.1 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖

31、是根據(jù)“三圖一卡”繪制的如圖2－7所示 圖中多軸箱的兩定位銷孔中心連線為橫坐標(biāo)，工件加工孔對稱，選擇箱體中垂線為縱坐標(biāo)，在建立的坐標(biāo)系中標(biāo)注輪廓尺寸及動力箱驅(qū)動軸的相對位置尺寸。主軸部為逆時針旋轉(zhuǎn)（面對主軸看）。 主軸的工序內(nèi)容，切削用量及主軸尺寸及動力部件的型號和性能參數(shù)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(nèi)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Φ9 478 15 0.1 47.8 2.4

32、.2 主軸、齒輪模數(shù)的選擇 本組合機(jī)床主要用于鉆孔，因此采用滾珠軸承主軸。 齒輪模數(shù)m可按下式估算： m=(30～32)=32×=1.76 式中：m——估算齒輪模數(shù) P——齒輪所傳遞率（kw） Z——對嚙合齒中的小齒輪數(shù) N——小齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min） 多軸箱輸入齒輪模數(shù)取m1=3，其余齒輪模數(shù)取m2=2 2.4.3 多軸箱的傳動設(shè)計(jì) （1）擬定傳動路線 將主軸1、4作為一組，看成直線分布，在兩主軸中心連線的垂直平分線上布置中心傳動

33、軸5,同樣把主軸2、3作為一組,由轉(zhuǎn)動軸6帶動。油泵軸7用中心傳動軸5驅(qū)動。然后，將傳動軸6、7與驅(qū)動軸O連接起來，形成多軸箱的傳動系統(tǒng)如圖2－10所示。 （2）畫出驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)位置。如下表： 表2—7 驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)值 坐標(biāo) 銷O1 驅(qū)動軸O 主軸1 主軸2 主軸3 主軸4 X －175 0 －95 95 95 －95 Y 0 94.5 180 180 80 80 （3）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù) 1）最小齒數(shù)的確定 為保證齒輪齒根強(qiáng)度，應(yīng)使齒根到孔壁或鍵槽的厚度a2m,驅(qū)動軸的直徑為d=30mm,有《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》知，齒輪t

34、=33.3mm,當(dāng)m1=3時。驅(qū)動軸上最小齒輪齒數(shù)為： 2（t/m1+2+1.25）－d0/m1 =2×(33.3/3+2+1.25)－30/3 =18.9 所以驅(qū)動軸齒數(shù)要大于等于19。 為減小傳動軸的種類，所有傳動軸的直徑取30mm. 當(dāng)m2=2，d=20時，齒輪t=23.3mm。主軸上最小齒輪齒數(shù)為： 2（t/m2+2+1.25）－d0/m2 =2×（23.3/2+2+1.25）－20/2

35、 =19.8 所以主軸齒數(shù)要大于等于20。 2）確定傳動軸5、6與主軸1、4；2、3間的齒輪副齒數(shù) 在設(shè)計(jì)齒輪傳動裝置時，常采用的傳動比分配原則有：等效傳動慣量最小原則、質(zhì)量最小原則和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則三種。對于鉆床要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、啟動頻繁和動態(tài)性能好的降速傳動鏈，可按等效傳動慣量最小原則設(shè)計(jì)。 由于主軸1、4；2、3關(guān)于Y軸對稱，傳動軸在主軸1、4的連線的中垂線上，取傳動軸5的坐標(biāo)為（－65，130），則驅(qū)動軸與傳動軸5的軸心距為A0-5=A0-6==74.062mm,傳動軸5與主軸1、2的軸心距為A5-1=A5-2==58.31mm，A6-2=A6-3=A5-1。

36、 總傳動比：i總=520/478=1.088 根據(jù)等效傳動慣量最小原則 則： A0-5=m1/2×(Z0+Z5) Z5/Z0=1.19 解得： Z0=23 Z5=27 又因?yàn)閆從=2A/m2-Z主，m2=2，所以傳動軸5與主軸1或4間傳動軸副的齒數(shù)和為58，i5-1=i總/i0-5=1.088/1.19=0.914 Z5+Z1=58 Z1/Z5=0.914 解得： Z1=28 Z5=30 3) 確定油泵軸7的確定 油泵軸7直接由傳動軸5上

37、的30齒的齒輪驅(qū)動。R12－1A液壓泵推薦轉(zhuǎn)速為n=550～800r/min,中心傳動軸轉(zhuǎn)速n5=i5-1·n1=0.914×478=436.892r/min.因此傳動軸比i5-7=436.892/(550～800)=0.546～0.794. 則：油泵軸齒輪齒數(shù)為 Z7=Z5·i5-7=30×（0.546～0.794）=17～23 取Z7=20 油泵的理論轉(zhuǎn)速為 n7=n5·Z5/Z7=436.892×30/20=655.338r/min 油泵軸7與傳動軸5的軸距為 A5-7=m(Z5＋Z7)/2=2×(30+20)/2=50mm 液壓泵軸也安排在中心軸1、4的連線的中

38、垂線上，與傳動軸5、6在同一截面，則液壓泵軸7的坐標(biāo)軸為（－15，130）。 各傳動軸的坐標(biāo)見表2－8所示 表2－8 傳動軸的坐標(biāo)值 傳動軸編號 軸5 軸6 軸7 （Xi,Yi） (－65,130) (65,130) (－15,130) 各傳動副的中心距及其齒輪齒數(shù)見表2－9 表2－9 傳動副的中心距（mm）及其齒輪齒數(shù) 軸距代號 A0-5、A0-6 A5-1、A5-4、A6-2、A6-3 A5-7 中心距值 74.06 58.31 50 主動輪 Z 23 30 30 ξ 0 0.155 0.155 從動輪 Z 27 2

39、8 20 ξ －0.313 0 0 各傳動齒輪的尺寸如表2－10所示 表2－10 各齒輪的尺寸(單位mm) 齒數(shù)Z 齒底圓直徑df 分度圓直徑d 齒頂圓直徑da 第Ⅰ排 Z5、6 30 55.62 60 64.62 Z1、2、3、4 28 51 56 60 Z7 20 35 40 44 第Ⅱ排 ZO 23 61.5 69 75 Z5、6 27 71.622 81 85.124 注：所有傳動齒輪寬度為37mm 4）驗(yàn)算主軸的轉(zhuǎn)速 使各主軸轉(zhuǎn)速的相對轉(zhuǎn)速損失在5%以內(nèi)。 n1、2、3、4=520××=

40、474.6r/min 2.4.4 繪制傳動系統(tǒng)圖 傳動系統(tǒng)圖是表示傳動關(guān)系是示意圖，即用以確定的傳動軸將驅(qū)動軸和各主軸連接起來，繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動示意圖 圖中多軸箱箱體內(nèi)只排放一排37mm寬的齒輪，離箱體前壁4.5mm，離箱體后壁9.5mm，傳動軸齒輪和驅(qū)動軸齒輪為第Ⅱ排。在圖中標(biāo)出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、變位系數(shù)，以校核驅(qū)動軸是否正確。另外，應(yīng)檢查同排的非嚙合齒輪是否齒頂干涉；還畫出主軸直徑和軸套直徑，以避免齒輪和相鄰的主軸軸套相碰。 2.4.5 傳動零件的校核 （1）驗(yàn)算傳動軸的直徑 校核傳動軸以承受的總扭矩最大傳動軸5，由它驅(qū)動的有主軸1、4和液壓泵軸7。 主軸扭矩：T

41、1=T4=3274.45N·mm 液壓泵軸的扭矩：查得R12-1A液壓泵的最高壓力為0.3MPa、排量為5.88ml/r。假設(shè)在理想無泄漏狀態(tài)， 即：P·q=T·ω 式中：P——液壓泵的壓力N/㎡ q——液壓泵的排量m3/s T——輸入扭矩N·m ω——輸入角速度rad/s 單位換算：P=0.3MPa=0.3×106Pa n =655.338r/min=10.9223r/s q=5.88×10.9223=64.22ml/r=64.22×10-6m3/s ω=2πn/60=2×3.

42、14×655.338/60 =68.56rad/s 代入公式：P·q=T·ω 64.22×10-6×0.3×106=68.56T7 解得：T7=280N·mm T5=T1/i5-1+T4/i5-4+T7/i5-7 =2×3274.45/0.914+280/0.667 =7584.89N·mm 根據(jù) d=B=2.316×=21.6mm<30mm 因此傳動軸5、6是符合要求的。 （2）齒輪模數(shù)的驗(yàn)算 對多軸箱中承受載荷最大、最薄弱的軸5上的齒輪進(jìn)行接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度的

43、驗(yàn)算。 齒輪的材料為45鋼，表面淬火，布氏硬度HB=229～286，平均值240HB。設(shè)使用壽命10年。齒輪Z5=30、Z1=28、寬度B=37mm，傳動比i5-1=0.914,工作時間比1.088/2.804=0.39。 注：在校核計(jì)算的過程中所要見的表和圖在《機(jī)械設(shè)計(jì)》一書中，邱宣懷等編著，2003年高等教育出版社。 校核計(jì)算： 接觸疲勞極限бHlim 由圖12.17c得 бHlim =410MPa 齒輪5的圓周速度v5 v5===1.37m/s 精度等級 選9級精度 使用系數(shù)KA 由表12.9 KA=1.1 動載系數(shù)KV

44、 由圖12.9 KV=1.24 齒間載荷分配系數(shù)KHα 由表12.10先求 Ft=2T5/d5=2×7584.89/60=252.83N KAFt/b=1.1×252.83/37=7.52N/mm<100N/mm εα=[1.88－3.2×(+)]cosβ (β=0) =1.88－3.2×(+) =1.67 Zε===0.88 由此得KHα===1.29 齒向載荷分布系數(shù)KHβ 由表12.11知 KBβ=A+B[1

45、+0.6·（）·2]（）·2+C·10-3b =1.17+0.16×[1+0.6×(37/60)×2] ×(37/60)×2+0.61×10-3×37 =1.28 載荷系數(shù)K K=KAKVKHαKHβ =1.1×1.24×1.29×1.28 =2.25 彈性系數(shù)ZE 由表12.12 ZE=189.8 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH 由圖12.16 （X1X2）/(Z1Z2)=0.00

46、5 ZH=2.62 接觸最小安全系數(shù)SHmin 由表12.14 SHmin=1.25 總工作時間th th=10×365×8×0.39=11481.6h 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL1=60γn5th = 60×3×436.892×11481.6 =9.03×108 NL2=60γn1th =60×1×478×11481.6 =3.2×108

47、 接觸壽命系數(shù)ZN 由圖12.18 ZN1=1.14 ZN2=1.24 許用接觸應(yīng)力[σH] [σH1]= ==373.92MPa [σH2]= ==406.7MPa 驗(yàn)算 σH=ZE·ZH·Zε =189.8×2.62×0.88× =301.95MPa<373.92 MPa 計(jì)算表明：接觸疲勞強(qiáng)度是合適是，齒輪尺寸無須調(diào)整。 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 重合度系數(shù)Yε Yε= 0.25+0.75/εα

48、=0.25+0.75/1.67=0.7 齒間載荷分配系數(shù)KFα 由表12.10 KFα=1/Yε=1/0.7=1.43 齒向載荷分配系數(shù)KFβ b/h=37/(2.25×2)=8.22 KFβ =1.2 載荷系數(shù)K K=KAKVKFαKFβ =1.1×1.24×1.43×1.2 =2.34 齒形系數(shù)YFα 由圖12.21 YFα1=2.37

49、 YFα2=2.56 應(yīng)力修正系數(shù)YSα 由圖12.22 YSα1=1.68 YSα2=1.62 彎曲疲勞極限σFlim 由圖12.23c σFlim=380MPa 彎曲最小安全系數(shù)SFmin 由表12.14 SFmin=1.25 應(yīng)力循環(huán)系數(shù)NL NL1=60γn5th=9.03×108 NL2=60γn1th =3.2×108 彎曲壽命系數(shù)YN 由圖12.24 YN1=0.98

50、 YN2=1.0 尺寸系數(shù)Yx 由圖12.25 Yx=0.85 許用彎曲應(yīng)力[σF] [σF1] = =380×0.98×0.85/1.25 =253.25MPa [σF2]= =380×1×0.85/1.25 =258.4MPa 驗(yàn)算 σf1=YFα1 YSα1Yε =×2.37×1.63×0.7

51、 =21.62MPa<[σf1] σf2=σf1 =21.62× =22.52MPa<[σf2] 傳動無嚴(yán)重過載，故不做靜強(qiáng)度校核。 2.5 確定機(jī)械重塊平衡機(jī)構(gòu) （1）計(jì)算Z軸液壓滑臺滑鞍的質(zhì)量 V1=500×55.5×250×+2×500×44.68×40 =8.72×10-3m3 m1=ρV=7.8×103×8.27×10-3 =68.016Kg （2）查得1TD25IA動力箱的質(zhì)量m2=12

52、0Kg （3）計(jì)算多軸箱的質(zhì)量 a、箱體的質(zhì)量 Va=400×(90×320－57×264+141×320－51×260+70×320－5 ×260)+(57×264×28+51×260×30+5×260×10) =26.685×10-3+1.61×10-3 =28.345×10-3m3 ma=ρVa=7×103×28.345×10-3 =198.415Kg b、主軸的質(zhì)量 Vb=4×[115×+(141+70)×] =0.32×10-3 m3 mb=ρVb=7.8×103×0.32×10-3 =2.

53、5㎏ c、傳動軸的質(zhì)量 Vc=2×(141+57)× =0.28×10-3 m3 mc=ρVc=7.8×103×0.28×10-3 =2.2㎏ d、齒輪的質(zhì)量 Vd=32×(3.14×282×4+3.14×302×2+3.14×34.52+3.14×40.52 ×2+3.14×202) =0.99×10-3m3 md=ρVd=7.8×103×0.24×10-3 =7.722㎏ e、查表R12-1A的質(zhì)量 me=5.5㎏ f、連桿的質(zhì)量 Vf=3.14×102×188×4

54、=0.24×10-3m3 mf=7.8×103×0.24×10-3 =1.9㎏ g、麻花鉆的質(zhì)量 Vg=4×3.14×52×128 =0.04×10-3m3 mg=7.8×103×0.04×10-3 =0.312㎏ m總=m1+m2+ma+mb+mc+md+me+mf+mg =68.016+120+198.415+2.5+2.2+7.722+5.5+1.9+0.312 =406.57㎏ 考慮到套筒和潤滑油未計(jì)算，總

55、質(zhì)量就略取大些，取m總 =420㎏ 平衡塊的重量應(yīng)等于移動部件總質(zhì)量的75～85%，其余未平衡的15～25%重量是由導(dǎo)軌的摩擦力和滑輪軸承上的以及繞在滑輪的鋼絲的阻力來補(bǔ)償?shù)摹? 則：平衡塊的重量m塊=m總85% =420×85% =357㎏ 目錄 第1章 機(jī)床的地位及其發(fā)展簡史 1.1 機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)的地位及其發(fā)展簡史 1.2 組合機(jī)床的國內(nèi)、外現(xiàn)狀 1.2.1 國內(nèi)組合機(jī)床現(xiàn)狀 1.2.2 國外組合機(jī)床現(xiàn)狀 1.3 機(jī)床設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容、

56、要求 1.3.1 設(shè)計(jì)的目的 1.3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.3.3 設(shè)計(jì)要求 第2章 鉆攻柴油機(jī)箱體端面螺紋孔專用機(jī)床總體設(shè)計(jì) 2.1 組合機(jī)床方案的制定 2.1.1 制定工藝方案 2.1.2 確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案。 2.2 確定切削用量及選擇刀具 2.2.1 確定工序間余量 2.2.2 選擇切削用量 2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率 2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 2.3 四軸頭多工位同步鉆床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制 2.3.1 被加工零件工序圖 2.3.2 加工示意圖 2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 2.3.4 生產(chǎn)率計(jì)算 2.4 多軸箱的設(shè)計(jì) 2.4.1 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 2.4.2 主軸、齒輪模數(shù)的選擇 2.4.3 多軸箱的傳動設(shè)計(jì) 2.4.4 繪制傳動系統(tǒng)圖 2.4.5 傳動零件的校核 2.5 確定機(jī)械重塊平衡機(jī)構(gòu)