油泵蓋板鉆孔組合機床及工裝夾具設計【說明書+CAD】

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機械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 油泵蓋板 零件名稱 油泵蓋板 車 間 工序號 工序名稱 鉆孔 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 鑄件 1 設備名稱 設備型號 設備編號 組合機床 夾具編號 夾具名稱 切削液 專用夾具 無 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 準終 單件 工步號 工步內(nèi)容 工步設備 主軸轉速(r/min) 切削速度(mm/min) 進給量（mm/r） 背吃刀量（mm） 進給次數(shù) 機動 輔助 1 鑄造毛坯 描 圖 2 時效處理 1 3 按毛坯尺寸檢查 4 粗銑頂面 描 校 5 粗、半精銑底面 650 45-90 0.15-0.30 2-5 1 6 半精銑、磨頂面 650 45-90 0.15-0.30 2-5 1-2 7 銑兩端面 900 30-60 0.10-0.15 1.5-2 底圖號 8 鉆、擴、鉸2×圓柱銷孔Φ8 9 鉆、鉸4×Φ9孔 組合機床 478 47.8 0.10 2 10 鉆、粗、精鏜兩主軸孔Φ20 裝訂號 11 清洗、去毛刺、倒角 12 檢驗 13 入庫 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 設計 日期 審核 日期 標準化日期 會簽 日期 目 錄 摘 要 2 第一章 緒論 4 1.1組合機床簡介 4 1.2組合機床的歷史 4 1.3組合機床加工方式 4 1.4組合機床的部件分類 5 1.5組合機床的發(fā)展 5 1.6組合機床的工藝范圍 5 1.7組合機床的特點 6 第二章 機床設計簡介 6 2.1設計的目的 6 2.2設計內(nèi)容 6 2.3設計要求 7 2.4機床的設計步驟 7 第三章 組合機床的總體設計 8 3.1 組合機床方案的制定 8 3.1.1制定工藝方案 8 3.1.2 確定組合機床的配置形式和結構方案 9 3.2確削用量定切及選擇刀具 10 3.2.1 確定工序間余量 10 3.2.1 選擇切削用量 11 3.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率 11 3.2.4 選擇刀具結構 12 3.3鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制 12 3.3.1 被加工零件工序圖 12 3.3.2 加工示意圖 13 3.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 18 3.3.4 生產(chǎn)率計算卡 21 第四章 多軸箱的設計 23 4.1 繪制多軸箱設計原始依據(jù)圖 23 4.2 齒輪模數(shù)選擇 24 4.3 多軸箱的傳動設計 24 4.4 繪制傳動系統(tǒng)圖 26 4.5 傳動零件的校核 27 總 結 32 參考文獻 34 外文原文 35 英文翻譯 39 摘 要 制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標志著該國家或地區(qū)的經(jīng)濟實力、科技水平、生活水準和國防實力。而制造業(yè)的生產(chǎn)能力主要取決于制造裝備——機床的先進程度。 本文對油泵蓋板連接孔的加工工藝進行了詳細的分析，就其孔的加工提出了“一次裝夾，多工位加工，達到產(chǎn)品圖樣的精度要求”的思路。根據(jù)這一思路設計了鉆孔組合機床設計。 該組合機床由立柱、立柱底座、中間底座、液壓滑臺、動力箱、多軸箱等組成。本文對各部分的設計進行了詳細的計算和論證。 關鍵詞：組合機床,油泵蓋板,主軸箱 Abstract The Manufacture is an important support of economic development in a country or area. Its level of development stands for the economic power, technical and scientific level, living standard and national defensive power of the country or area. While the capability of production in trade of manufacture mostly depends on the advanced producing equipment－machine tool . This paper has carried out detailed analysis for the the oil pump processing technology of gear reducer that joins hole, the processing for its hole have put forward the train of thought of " once pack folder, work position is processed , reach the precision requirement of product pattern ".According to this train of thought , have designed the four-axle first work drilling machine of bit alignment. This paper presents the design and calculating of each part of this machine tool. Keyword: Modular machine tool, Oil pump cover，Clutch plate 第1章 緒論 組合機床，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。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，可減少物料的搬運和占地面積，實現(xiàn)工序集中，提高了生產(chǎn)效率和降低成本。 1.1組合機床簡介 組合機床transfer and unit machine，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(chǎn)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(chǎn)線。組合機床廣泛應用于需大批量生產(chǎn)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(chǎn)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。 1.2組合機床的歷史 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。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。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。 二十世紀70年代以來，隨著可轉位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補償技術的發(fā)展，組合機床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達0.05毫米／1000毫米，表面粗糙度可低達2.5～0.63微米；鏜孔精度可達IT7～6級，孔距精度可達O.03～O.02微米。 專用機床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機床中某些部件因重復使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機床。 1.3組合機床加工方式 組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)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(chǎn)中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產(chǎn)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(nèi)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。 1.4組合機床的部件分類 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，包括各種底座和支架；輸運部件用以輸送工件或主軸箱至加工工位；控制部件用以控制機床的自動工作循環(huán)； 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。 控制部件是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。輔助部件有潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。 1.5組合機床的發(fā)展 為了使組合機床能在中小批量生產(chǎn)中得到應用，往往需要應用成組技術，把結構和工藝相似的零件集中在一臺組合機床上加工，以提高機床的利用率。這類機床常見的有兩種，可換主軸箱式組合機床和轉塔式組合機床。 組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結構、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。 1.6組合機床的工藝范圍 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、拋光等。 1.7組合機床的特點 同通用機床和專用機床相比，組合機床有如下特點： （1）由于組合機床是由70-90%的通用部件組合而成，必要時要進行改裝組成新的機床這就是說組合機床有改進更新的優(yōu)越性，通用部件重復使用。 （2）組合機床可以同時在各個方向采用幾把刀具加工不同的表面。這樣在孔隙加工中能很好的保證各孔之間相互位置精度的準確性，是實現(xiàn)工序集中的最好途徑。也是提高生產(chǎn)率的有效設備。 （3）組合機床是按具體加工對象設計的。因而可以按最合理的工藝規(guī)程進行加工，而在通用機床上很難實現(xiàn)。 （4）多數(shù)組合機床是采用了多軸設計。對箱體類零件或類似于箱體類零件進行加工這樣保證了產(chǎn)品質量、減少了工序間搬運、改善了勞動條件、減少所用設備數(shù)量，同時組合機床占地面積小、能合理應用空間。 （5）由于組合機床大多數(shù)是通用部件，而只有少數(shù)專用部件。這樣可減少機床生產(chǎn)時間和費用，維護和維修也簡單方便。 （6）組合機床通用部件可以組織指定的專門廠家生產(chǎn)。由于采用精密高效設備，有利于提高部件性能、降低成本。 第二章 機床設計簡介 2.1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，培養(yǎng)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。 2.2設計內(nèi)容 (1)運動設計 根據(jù)給定的被加工零件，確定機床的切削用量，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)，并計算主軸的實際轉速與標準的相對誤差。 (2)動力設計 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；計算多軸箱尺寸及設計傳動路線。完成裝配草圖后，要驗算傳動軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi)。還要驗算主軸主件的靜剛度。 (3)結構設計 進行主運動傳動軸系、變速機構、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機構設計。即繪制裝配圖和零件工作圖。 (4)編寫設計說明書 2.3設計要求 評價機床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術—經(jīng)濟指標來判定的。技術先進合理，亦即“質優(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。機床設計的技術—經(jīng)濟指標可以從滿足性能要求、經(jīng)濟效益和人機關系等方面進行分析。 2.4機床的設計步驟 1.調查研究 研究市場和用戶對設計機床的要求，然后檢索有關資料。其中包括情報、預測、實驗研究成果、發(fā)展趨勢、新技術應用以及相應的圖紙資料等。甚至還可以通過網(wǎng)絡檢索技術查閱先進國家的有關資料和專利等。通過對上述資料的分析研究，擬訂適當?shù)姆桨福员ＷC機床的質量和提高生產(chǎn)率，使用戶有較好的經(jīng)濟效益。 2.擬定方案 通?？梢詳M定出幾個方案進行分析比較。每個方案包括的內(nèi)容有：工藝分析、主要技術參數(shù)、總布局、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制操作系統(tǒng)、電系統(tǒng)、主要部件的結構草圖、實驗結果及技術經(jīng)濟分析等。 在制定方案時應注意以下幾個方面： （1） 當使用和制造出現(xiàn)矛盾時，應先滿足使用要求，其次才是盡可能便于制造。要盡量用先進的工藝和創(chuàng)新的結構； （2） 設計必須以生產(chǎn)實踐和科學實驗為依據(jù)，凡是未經(jīng)實踐考驗的方案，必須經(jīng)過實驗證明可靠后才能用于設計； （3） 繼承與創(chuàng)造相結合，盡量采用先進工藝，迅速提高生產(chǎn)力，為實現(xiàn)四個現(xiàn)代化服務。注意吸取前人和國外的先進經(jīng)驗，并在此基礎上有所創(chuàng)造和發(fā)展。 3.工作圖設計 首先，在選定工藝方案并確定機床配置形式、結構方案基礎上，進行方案圖紙的設計。這些圖子包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計算卡，統(tǒng)稱“三圖一卡”設計。并初定出主軸箱輪廓尺寸，才能確定機床各部件間的相互關系。 其次，繪制機床的總裝圖、部分部件裝配圖、液壓系統(tǒng)圖、PLC接線圖和梯形圖。 然后，整理機床有關部件與主要零件的設計計算書，編制各類零件明細表，編寫機床說明書等技術文件。 最后，對有關圖紙進行工藝審查和標準化審查。 第3章 組合機床的總體設計 3.1 組合機床方案的制定 3.1.1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(chǎn)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(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)外有關技術資料，制定出合理的工藝方案。 根據(jù)被加工被零件（油泵蓋板）的零件圖（圖3-1），加工孔的工藝過程。 圖3-1油泵蓋板零件圖 (1) 加工孔的主要技術要求。 加工4個Φ9的孔，滿足最大實體要球，位置度公差為0.5mm，2個Φ20H7的孔，滿足包容要求.。 工件材料為HT200-300，HB160～210。 要求生產(chǎn)綱領為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量10萬件，單班制生產(chǎn) (2) 工藝分析 加工Φ9孔時，孔的位置度公差為0.5mm，表面粗糙度為Ra3μm，根據(jù)組合機床用的工藝方法及能達到的經(jīng)濟精度，可采用如下的加工方案。一次性加工Φ9孔和Φ20孔，孔徑為Φ9和Φ20。 (3) 定位基準及夾緊點的選擇 加工此油泵蓋板的孔，以底面的兩個圓柱銷孔（一面兩孔）限制6個自由度。 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)，由于夾具在本設計中沒有考慮，因此在設計時就認為是人工夾緊。 生產(chǎn)工藝方案： 表3-1生產(chǎn)工藝方案表 工序 工序內(nèi)容 定位基準 1 鑄造毛坯 2 時效處理 3 按毛坯尺寸檢查 4 粗銑頂面 5 粗、半精銑底面 6 半精銑、磨頂面 頂面 7 銑兩端面 頂面 8 鉆、擴、鉸2×圓柱銷孔Φ8 一面兩空 9 鉆、鉸4×Φ9孔 一面兩孔 10 鉆、粗、精鏜兩主軸孔Φ20 一面兩孔 11 清洗、去毛刺、倒角 12 檢驗 13 入庫 3.1.2 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，是制造機床方案的主要依據(jù)。油泵蓋板加工孔的精度要求不高，可采用鉆孔組合機 床，工件各孔間的位置精度為0.5mm,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Ra3μm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)，人工夾緊。被加工零件圖如圖2-1所示。 (2) 被加工零件的特點 這主要指零件的材料、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。此油泵蓋板的材料是HT200-300、硬度HB160-210、孔在整個蓋板上呈對稱分配，孔的直徑為Φ9mm和Φ20mm。采用兩工位多孔同步加工，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) 零件的生產(chǎn)批量 零件的生產(chǎn)批量是決定采用單工位、多工位、自動線或按中小批量生產(chǎn)特點設計組合機床的重要因素。按設計要求生產(chǎn)綱領為年生產(chǎn)量為10萬件，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 使用組合機床對對車間布置情況、工序間的聯(lián)系、使用廠的技術能力和自然條件等一定的要求。在根據(jù)使用戶實際情況來選擇什么樣的組合機床。 綜合以上所述：通過對箱蓋零件的結構特點、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，最終決定設計三軸頭多工位同步鉆床。 3.2確削用量定切及選擇刀具 3.2.1 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(chǎn)中3用查表給出的組合機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他多工位機床上加工下道工序，應適當加大余量，以消除轉、定位誤差的影響。Φ9mm的孔在鉆孔后擴孔，直徑上下工序間余量0.5～1mm；Φ20mm的孔鉆孔后擴孔，直徑上下工序間余量1.5～2.0。 3.2.1 選擇切削用量 確定了在組合機床上完成的工藝內(nèi)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(jīng)驗比一般通用機床單刀加工低30%左右．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） 由于油泵蓋板孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術要求都是相同的，孔的直徑有兩種。按照經(jīng)濟地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：第一種鉆頭直徑D=9mm,鑄鐵HB175～255、進給量f=0.2mm/r。 3.2.3 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(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，通過查表計算如下： 布氏硬度： =160－(210－160) =143.33 切削力：=26 切削扭矩：=10 切削功率：= 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) 3.2.4 選擇刀具結構 油泵蓋板的布氏硬度在HB160～210，孔徑D為9mm和20mm，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Φ9和Φ20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。 3.3鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制 前面對三軸頭多工位同步鉆床工藝方案及配置型式、結構方案確定的有關問題，它是鉆床總體設計的重要內(nèi)容。下面就以鉆床加工箱蓋總體設計的另一個問題，既總體設計方案的圖紙表達形式——“三圖一卡”設計，其內(nèi)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(chǎn)率卡 3.3.1 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、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上，突出本機床的加工的內(nèi)容，加上必要的說明繪制成的。它是組合機床設計的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗和調整機床的重要技術文件。油泵蓋板用鉆孔組合機床的被加工零件工序圖如3－2所示。 圖3-2零件工序圖 附注：1.被加工零件名稱及編號：油泵蓋板 2.材料及硬度：灰鑄鐵 HT200-300 GB4986-85 HB160-210 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。 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(nèi)容。繪制時，應按一定的比例，選擇足夠的視圖及剖視圖，突出加工部位（用粗實線），并把零件輪廓及與機床、夾具設計有關部位（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)值下方面用粗實線標記。如圖3－2中4－Φ9加工用定位基準，機械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號表示出來。 （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，尺寸應采用直角坐標系標出，而不采用極坐標，但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。 3.3.2 加工示意圖 圖3－3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(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3－3為蓋板上4孔立式鉆床加工示意圖。 在圖上應標注的內(nèi)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(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、主軸之間的連接方式，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(chǎn)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(nèi)容，也是繪制加工示意圖時必須解決的內(nèi)容。 1）選擇導向類型 根據(jù)刀具導向部分直徑d=10mm和刀具導向的線速度v=10m/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，如圖2－4所示： 圖3－4 固定導向裝置 固定導向裝置的標準尺寸如下表： 表3－2 固定導向裝置的標準尺 d D D1 D2 L l1 m R d1 d2 l0 9 15 22 26 28 36 13 19 M6 12 12 固定裝置的配合如下表： 表3－3 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） g6 固定導向裝置的布置如圖3－5所示 導向裝置的布置如表2－3所示： 表3－4 導向裝置的參數(shù)(mm) 尺寸 項目 l1 l2 l3 與直徑d的關系 (2～3)d 加工鑄鐵 d d/3+(3～8) 計算值1 3×d=27 9 9/3+8=11 圖3－5 固定導向裝置的布置 （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（）／m,所以B取2.316， 根據(jù)剛性條件計算主軸的直徑為： B=2.316×=17,80mm 式中：d——軸直徑（mm） T——軸所承受的轉矩（N·mm） B——系數(shù) 本設計中主軸直徑取d=20mm,主軸外伸長度為：L=115mm，D/為32/20，內(nèi)孔長度為：l1 =77mm. （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3－6所示， 圖3－6 可調連接桿 連接桿上的尺寸d與主軸外伸長度的內(nèi)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2－4所示： 表3－5 可調接桿的尺寸 d(h6) D1(h6) d2 d3 L l1 l2 l3 螺母 厚度 20 Tr20×2 莫氏1號 12.065 21.1 188 46 40 100 12 （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3－3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（圖中的尺寸333mm）,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3－7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。切入長應應根據(jù)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)=+(3~8) =6~11mm,所以=9+7+9=25mm （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(nèi)而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為156mm，快退長度等于快速引進與工作工進之和，因此快進長度156－25=131mm. 圖3－7 工作進給長度 3.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 圖3－8 機床聯(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——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(jù)。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。 如圖3－8所示，機床聯(lián)系尺寸圖的內(nèi)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(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 =∑=4×1270.11=5080.44N 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給力應大于＝5.08KN。 3）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(nèi)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=47.8mm/min。所以選擇HY25IA液壓滑臺，工作進給速度范圍32～800mm/min，快進速度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，這是取40mm,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＞156+20+40=236mm，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)多軸所需的電動機功率來選用，在多軸箱沒有設計之前，可算 ＝／η ＝（4×1270.11）／0.8 ＝0.635KW 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HT200-300 GB4986-85，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Y100L—6B5的1TD25IA型動力箱，動力箱輸出軸至箱底面高度為125mm。主要技術參數(shù)如下表： 表3-6 動力箱計術參數(shù)表 主電機傳動型號 轉速范圍（r/min） 主電機功率（） 配套主軸部件型號 電機轉速 輸出轉速 Y100L-6B5 1430 706 1.5 1TA32、1TA32M、1TZ32~1TG32 （3）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700mm。 （4）、確定夾具輪廓尺寸 主要是確定夾具底座的長、寬、高尺寸。工件的輪廓尺寸和形狀是確定夾具底座輪廓尺寸的基本依據(jù)。具體要考慮布置工件的定位、限位、夾緊機構、刀具導向裝置以及夾具底座排屑和安裝等方面的空間和面積需要。加工示意圖中已經(jīng)確定了加工方向的工件與導向間距離以及導向套的尺寸。主要是合理確定設置導向的鏜模架尺寸，它在加工方向的尺寸一般不小于導向長度，通常取150~300mm，這里取300mm；至于寬度尺寸可根據(jù)導向分布尺寸及工件限位元件安置需要確定。確定上述尺寸后，夾具底座的上方支架面積尺寸基本確定。夾具底座的高度尺寸，一方面要保證其有足夠的剛度，同時要考慮機床的裝料高度、中間底座的剛度、排屑的方便性和便于設置定位、夾緊機構。高度一般不小于240mm，這里取290mm （5）、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，中間底座采用側底座1CC32。 ()、確定多軸箱輪廓尺寸 本機床配置的多軸箱總厚度為301mm，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=200 H=200 根據(jù)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=160×160mm。 3.3.4 生產(chǎn)率計算卡 生產(chǎn)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(chǎn)率、負荷率等技術文件，通過生產(chǎn)率計算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產(chǎn)率及負荷率的要求。計算如下： 切削時間： T切= L/vf+t停 = 2×25/47.8＋2×15/47.8 =1.151 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移+t裝 = （150＋176）×2/12000+0.1+1.5 = 1.654min 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 機床生產(chǎn)率 Q1 = 60/T單 = 60/（T切+T輔） =60/（1.151+1.654） =21.39 件/h 機床負荷率按下式計算 η= Q1/Q×100% = Q1tk/A×100% =21.39×1950/60000×100% =70% 式中：Q——機床的理想生產(chǎn)率（件/h） A——年生產(chǎn)綱領（件） tk——年工作時間，單班制工作時間tk =1950h 表3－7 生產(chǎn)率計算卡 被加工 零件 圖號 毛坯種類 鑄件 名稱 油泵蓋板 毛坯重量 材料 HT200-300 GB4986-85 硬度 HB160-210 工序名稱 鉆蓋板孔 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 131 12000 0.013 4 Z軸工進 25 32 0.1 47.8 0.544 5 Z軸暫停 0.03 6 Z軸快上 156 12000 0.015 7 Y軸前進 100 10000 0. 01 8 Y軸暫停 0.09 9 Z軸快下 131 12000 0.013 10 Z軸工進 25 47.8 0.544 11 Z軸暫停 0.03 12 快退 156 12000 0.015 13 工件松開 0.25 14 卸下工件 0.5 備注 1、主軸轉速706r/min 2、一次安裝加工完一個工件 累計 1.088 1.716 單件總工時 2.804 機床生產(chǎn)率 21.39 件/h 理論生產(chǎn)率 30.77件/h 負荷率 70% 第四章 多軸箱的設計 4.1 繪制多軸箱設計原始依據(jù)圖 多軸箱設計原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的如圖4－1所示: 圖4-1 鉆孔組合機床多軸箱原始依據(jù)圖 圖中多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。主軸部為逆時針旋轉（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4-1 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 12 0.1 47.8 注：1．被加工零件編號及名稱：蓋板；材料：HT200-300 GB4986-85；硬度: HB160-210 2． 動力部件型號：1TD25IA動力箱，電動機型號Y100L-6；功率P＝1.5kw。 4.2 齒輪模數(shù)選擇 本組合機床主要用于鉆孔，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——小齒輪的轉速（r/min） 表4-2機床齒輪模數(shù)選用表 齒輪種類 寬度（mm） 齒 數(shù) 模數(shù)（mm） 孔徑（mm） 驅動軸齒輪 24 32 16～50連續(xù) 16～70 2、2.5、3 2、2.5、3、4 15、20、30、35、40 25、30、35、40、50 傳動軸齒輪 44（B型） 52 2 25、30、40、50 輸出軸齒輪 32 36 3 18、22、28、32、36 多軸箱輸入齒輪模數(shù)取m1=3，其余齒輪模數(shù)取m2=2。 4.3 多軸箱的傳動設計 （1）根據(jù)原始依據(jù)圖（圖4-1），畫出驅動軸、主軸坐標位置。如下表： 表4-3 驅動軸、主軸坐標值 坐標 銷1 銷2 驅動軸O 主軸3 主軸4 主軸5 主軸6 X －19 19 0 －27 -35 35 27 Y -33 33 -67.5 27 -20 20 -27 （2）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù) 圖4-2 齒輪的最小壁厚 1）最小齒數(shù)的確定 為保證齒輪齒根強度，應使齒根到孔壁或鍵槽的厚度a2m,驅動軸的直徑為d=20mm,有《機械零件設計手冊》知，如圖3－10所示齒輪t=23.3mm,當m1=3時。驅動軸上最小齒輪齒數(shù)為： 2（t/m1+2+1.25）－d/m1 =2×(23.3/3+2+1.25)－20/3 =15.4 所以驅動軸齒數(shù)要大于等于16。 為減小傳動軸的種類，所有傳動軸的直徑取30mm. 當m2=2，d=30時，齒輪t=23.3mm。主軸上最小齒輪齒數(shù)為： 所以加工Φ9孔的主軸齒數(shù)要大于等于20 2）各軸齒數(shù)的確定 輸入軸通過傳動軸齒輪與加工Φ9孔的主軸齒輪嚙合，該主軸轉速要求為478r/min，電機輸出轉速，則有，Φ9孔位置度誤差為0.5mm，則可認為4孔到中心的距離都為39mm，則可在中間加一根傳動軸，可取傳動軸齒數(shù)=18，主軸上的齒數(shù)，則傳動比，那么輸入軸與傳動軸間的齒輪傳動比，則輸入軸齒輪齒數(shù)，傳動軸齒輪齒數(shù). 3） 各軸實際轉速計算 電機輸出轉速，輸入軸與傳動軸之間實際傳動比，則傳動軸轉速為。傳動軸小齒輪直徑，有兩主軸與傳動軸的中心距為， 則實際轉速為； 另外兩主軸與傳動軸中心距為， 則實際轉速為。 理想轉速為n=478r/min，可以使各主軸轉速的相對轉速損耗在±5%范圍內(nèi)，以上兩轉速都在范圍內(nèi)，滿足條件。 4）齒輪種類的選取 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表4-2選用 4.4 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主軸連接起來，繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動示意圖，如圖4-3所示 圖4-3 箱蓋鉆孔多軸箱傳動系統(tǒng)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，傳動軸齒輪和驅動軸齒輪為第Ⅱ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。 4.5 傳動零件的校核 （1）驗算傳動軸的直徑 校核傳動軸以承受的總扭矩最大傳動軸，由它驅動的有加工Φ9孔的兩主軸和液壓泵軸。 主軸扭矩：T=3529.29N·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=2×3.14×655.338/60 =68.56rad/s 代入公式：P·q=T·ω 64.22×10-6×0.3×106=68.56T 解得：T=280N·mm T5=T1/i5-1+T4/i5-4+T7/i5-7 =2×3529.29/0.914+280/0.667 =8142.53N·mm 根據(jù) d=B=2.316×=22.0mm<30mm 因此傳動軸是符合要求的。 （2）齒輪模數(shù)的驗算 對多軸箱中承受載荷最大、最薄弱的軸上的齒輪進行接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度的驗算。 齒輪的材料為45鋼，表面淬火，布氏硬度HB=229～286，平均值240HB。設使用壽命10年。齒輪Z5=18、Z1=20、寬度B=37mm，傳動比i5-1=1.11,工作時間比1.088/2.804=0.39。 注：在校核計算的過程中所要見的表和圖在《機械設計》一書中，濮良貴等編著，2006年 高等教育出版社。 校核計算： 接觸疲勞極限бHlim 由圖10-21d得 бHlim =550MPa 齒輪5的圓周速度v5 v5===1.00m/s 精度等級 選9級精度 使用系數(shù)KA 由表10-2 KA=1.1 動載系數(shù)KV 由圖10-8 KV=1.0 齒間載荷分配系數(shù) Ft=2T5/d5=2×8142.53/40=407.13N KAFt/b=1.1×407.13/20=20.39N/mm<100N/mm εα=[1.88－3.2×(+)]cosβ (β=0) =1.88－3.2×(+) =1.54 ===0.906 由此得KHα===1.22 齒向載荷分布系數(shù)KHβ =A+B[1+0.6·（）·2]（）·2+C·10-3b =1.17+0.16×[1+0.6×(20/40)×2] ×(20/40)×2+0.61×10-3×20 =1.43 載荷系數(shù)K K=KAKVKHαKHβ =1.1×1.0×1.22×1.43 =1.92 彈性系數(shù)ZE 由表10-6 ZE=189.8 節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH 由圖12.16 （X1X2）/(Z1Z2)=0.005 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 接觸壽命系數(shù)ZN 由圖12.18 ZN1=1.14 ZN2=1.24 許用接觸應力[σH] [σH1]= ==373.92MPa [σH2]= ==406.7MPa 驗算 σH=ZE·ZH·Zε =189.8×2.62×0.90× =301.95MPa<373.92 MPa 計算表明：接觸疲勞強度是合適是，齒輪尺寸無須調整。 齒根彎曲疲勞強度驗算 重合度系數(shù)Yε Yε= 0.25+0.75/εα=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 由圖12.14 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 YFα2=2.