組合專機-氣缸體鉆削加工組合機床總體及多軸箱設(shè)計

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目錄 1 概述 1 1.1 組合機床的特點 1 1.2 組合機床的分類和組成 1 1.3 組合機床的發(fā)展史 2 1.4 組合機床的CAD發(fā)展概況 2 2 組合機床總體設(shè)計 4 2.1 制定組合機床工藝方案 4 2.2 選擇刀具及切削用量 4 2.3 切削力、切削功率的確定 5 2.4 組合機床的總體分析——三圖一卡 6 2.4.1 被加工零件工序圖 6 2.4.2 加工示意圖 6 2.4.3 組合機床聯(lián)系尺寸圖 10 2.4.4 生產(chǎn)率計算卡 14 3 組合機床多軸箱設(shè)計 16 3.1 主軸箱設(shè)計的原始依據(jù) 16 3.2 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇 17 3.3 多軸箱傳動設(shè)計 17 3.3.1 對多軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求 17 3.3.2 傳動系統(tǒng)擬定 18 3.3.3 多軸箱坐標(biāo)計算、繪制坐標(biāo)檢查圖 21 3.4 繪制多軸箱總圖 23 結(jié)論 24 參考文獻(xiàn) 25 1 概述 1.1 組合機床的特點 組合機床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率專用機床。它能夠?qū)σ环N（或幾種）零件進(jìn)行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機床上可以完成鉆孔、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工序，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍，且加工精度十分穩(wěn)定。 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(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進(jìn)給運動，來實現(xiàn)。有的組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運動，也可實現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。 組合機床與通用機床、其他專用機床比較，具有以下特點： 1）組合機床上的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件約占全部機床零、部件總量的70～80%，因此設(shè)計和制造的周期短，投資少，高效率，經(jīng)濟(jì)效果好。 2）由于組合機床采用多刀加工，并且自動化程度高，因此比通用機床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強度低。 3）組合機床的通用部件是經(jīng)過周密設(shè)計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又有廠成批制造，因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工作可靠，使用和維修方便。 4）在組合機床上加工零件時，由于采用專用夾具、刀具和導(dǎo)向裝置等，加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人水平要求不高。 5）當(dāng)被加工產(chǎn)品更新時，采用其他類型的專用機床時，其大部分件要報廢。用組合機床時，其通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件可以重復(fù)利用，不必另行設(shè)計和制造。 6）組合機床易于聯(lián)成組合機床自動線，以適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)需要。組合機床常用的通用部件有：機身、底座、立柱、動力箱、動力滑臺，各種工藝切削頭等。對于一些按循序加工的多工位組合機床，還具有移動工作臺或回轉(zhuǎn)工作臺。動力箱、各種工藝切削頭和動力滑臺是組合機床完成切削主運動或進(jìn)給運動的動力部件。其中還有能同時完成切削主運動和進(jìn)給運動的動力頭。機身、立柱、中間底座等是組合機床的支承部件，起著機床的基礎(chǔ)骨架作用。組合機床的剛度和部件之間的精度保持性，主要是由這些部件保證。 1.2 組合機床的分類和組成 組合機床的通用部件分大型和小型兩大類。大型通用部件是指電機功率為1.5-30千瓦的動力部件及其配套部件。這類動力部件多為箱體移動的結(jié)構(gòu)形式。小型通用部件是指電機功率為1.1-2.2千瓦的動力部件及其配套部件。這類動力部件多為套筒移動的結(jié)構(gòu)形式。用大型通用部件組成的機床稱為大型組合機床。用小型通用部件組成的機床稱為小型組合機床。按設(shè)計的要求本次設(shè)計的機床為大型通用機床。組合機床除分為大型和小型外，按配置形式又分為單工為和多工位機床兩大類。單工位機床又有單面、雙面、三面和四面幾種，多工位機床則有移動工作臺式、回轉(zhuǎn)工作臺式、中央立柱式和回轉(zhuǎn)鼓輪式等配置形式。本次設(shè)計的機床為單工位雙面鉆床。 組合機床部件分類 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。 動力部件是為組合機床提供主運動和進(jìn)給運動的部件。主要有動力箱、切削頭和動力滑臺。 支承部件是用以安裝動力滑臺、帶有進(jìn)給機構(gòu)的切削頭或夾具等的部件，有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。 輸送部件是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(zhuǎn)工作臺、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺、分度鼓輪和往復(fù)移動工作臺等。 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。 1.3 組合機床的發(fā)展史 組合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(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機床。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(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。 二十世紀(jì)70年代以來，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補償技術(shù)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(dá)0.05毫米／1000毫米，表面粗糙度可低達(dá)2.5～0.63微米；鏜孔精度可達(dá)IT7～6級，孔距精度可達(dá)0.03～0.02微米。 組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結(jié)構(gòu)、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(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。 1.4 組合機床的CAD發(fā)展概況 計算機輔助設(shè)計簡稱CAD，即利用電子計算機及其外部設(shè)備進(jìn)行工程設(shè)計計算。 國外組合機床CAD技術(shù)研究開始比較早。70年代初，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家首先多軸箱CAD方面開始研究。尤其是進(jìn)入90年代以來，計算機技術(shù)發(fā)展，交互式繪圖和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等發(fā)展和應(yīng)用，使組合機床CAD技術(shù)日益實用且使用范圍不斷擴大，發(fā)達(dá)國家組合機床設(shè)計中已普遍采用了CAD技術(shù)。目前，正向CAD/CAM集成系統(tǒng)發(fā)展。 近年來，美國幾個主要機床廠家(BURGMAST、KINGSBURY、INGERSOLL LAMB、CINCINNATI、MILACRON、CROSS等公司)，其CAD技術(shù)已到普遍應(yīng)用。其中最引人注目是INGERSOLL公司具有50個交互式CAD工作站組成軟、硬件環(huán)境，使其實現(xiàn)了幾乎百分之百CAD化。 國內(nèi)對組合機床設(shè)計采用CAD認(rèn)識也比較早。70年代初，大連組合機床研究所就開始了這方面研究工作。1978年國家把組合機床CAD列為機械工業(yè)重點項目，并責(zé)成上海交通大學(xué)、大連組合機床研究所、機械部自動化研究所負(fù)責(zé)，大連理工大學(xué)、清華大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、上海機電產(chǎn)品研究院等單位參加，對鉆孔組合機床CAD進(jìn)行了研究，從此揭開了我國組合機床CAD技術(shù)序幕。 2 組合機床總體設(shè)計 2.1 制定組合機床工藝方案 1．被加工零件特點 被加工零件是一氣缸體。該零件外形復(fù)雜，尺寸較大。本工序所要加工孔的數(shù)量較多，而且是不同位置處的不同形狀的孔。同時，各孔又有一定的位置度要求。但各孔沒有尺寸精度要求，孔內(nèi)表面粗糙度要求為Ra6.3、Rz50。因此，直接鉆孔即可滿足次精度要求。 該零件材料為銅鉻鉬合金鑄鐵25-47，其硬度為212～285HBS，其質(zhì)量為15kg，其生產(chǎn)類型為中型零件大量生產(chǎn)（生產(chǎn)綱領(lǐng)：70000件/年）。 2．確定工件的定位基準(zhǔn) 加工時，工件以底面（限制三個自由度）、H面（限制二個自由度）和L面（限制一個自由度）定位；并以頂面上的四點夾壓（見工序圖）。 3．本工序內(nèi)容 從工序圖中可以看出：在頂面上鉆6個f 8.7mm孔(圖上編號為12-17)，在底面上鉆2個f 6.7mm孔(圖上編號為1-2)、鉆2個f 8.2mm通孔(圖上編號為3-4)、鉆3個f 5mm孔(圖上編號為5-7)和鉆4個f 5mm通孔(圖上編號為8-11)。各孔沒有尺寸精度要求，但相對2個基準(zhǔn)面有一定的位置度要求。 根據(jù)以上工藝特點，若選用普通機床加工，難以保證各孔的位置度，同時效率也不高。因此，選用單工位的雙面臥式組合鉆床進(jìn)行加工。這樣不僅提高了加工效率，而且多個孔一次走刀即加工成形，能夠較好的保證其位置精度。此外，在組合機床上加工零件時，由于采用專用夾具、刀具和導(dǎo)向裝置等，加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人水平要求也不高。 2.2 選擇刀具及切削用量 本工序加工所需刀具為鉆頭。選擇刀具首先是選擇刀具材料，對于鉆頭來說，常見材料有高速鋼和硬質(zhì)合金兩種。高速鋼鉆頭主要用于切削硬度在250-280HBS的部分結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵；硬質(zhì)合金鉆頭則主要用于加工硬度較高的鋼件。被加工零件的材料為鑄鐵，硬度為212-285HBS。所以，選用高速鋼鉆頭。查《機械加工工藝手冊》(GB/T6135.3-1996) 選擇刀具類型為錐柄麻花鉆，同時查《組合機床設(shè)計簡明手冊》表6-11選擇切削用量并計算主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)給速度，匯總于表2-1。 表2-1 刀具類型 刀具標(biāo)準(zhǔn) 切削速度v(m/min) 進(jìn)給量 f(mm/r) 主軸轉(zhuǎn)速n(r/min) 進(jìn)給速度vf(mm/min) f 6.7mm錐柄麻花鉆 GB/T6135.3-1996 10.1 0.100 480 48 f 8.2mm錐柄麻花鉆 GB/T6135.3-1996 11.6 0.107 450 48 f 5mm錐柄麻花鉆 GB/T6135.3-1996 9.42 0.080 600 48 f 8.7mm錐柄麻花鉆 GB/T6135.3-1996 12.3 0.107 450 48 2.3 切削力、切削功率的確定 根據(jù)選定的切削用量（組要指切削速度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)計的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其他傳動件（齒輪、傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電機功率。 查《組合機床設(shè)計簡明手冊》表6-20，得： 切削力(N): 式中，。 切削扭矩(N.mm): 切削功率(kw): 2.4 組合機床的總體分析——三圖一卡 2.4.1 被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示設(shè)計的組合機床所完成的工藝內(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)、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在機床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設(shè)計研制合同外，它是組合機床設(shè)計的具體依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件。被加工零件工序圖是在被加工零件圖的基礎(chǔ)上，突出本機床或自動線的加工內(nèi)容，并作必要的說明而繪制的。其主要內(nèi)容包括: 1）被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設(shè)計有關(guān)部位結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。尤其是當(dāng)需要設(shè)置中間導(dǎo)向套時，應(yīng)表示出零件內(nèi)部的肋、壁布置及有關(guān)結(jié)構(gòu)的形狀及尺寸。以便檢查工件、夾具、刀具是否發(fā)生干涉。 2）加工用定位基準(zhǔn)、夾壓部位及夾壓方向。以便依此進(jìn)行夾具的定位支承（包括輔助定位支承）、限位、夾緊、導(dǎo)向系統(tǒng)的設(shè)計。 3）本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形狀位置尺寸精度及技術(shù)要求，還包括本道工序?qū)η暗拦ば蛱岢龅囊螅ㄖ饕付ㄎ换鶞?zhǔn)）。 4）必要的文字說明。如被加工零件編號、名稱、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。 為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要突出本機床的加工內(nèi)容。繪制時，應(yīng)按一定比例，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(shè)計有關(guān)的部位（用細(xì)實線）表示清楚。凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應(yīng)在尺寸數(shù)值下方畫粗實線標(biāo)記。加工用定位基準(zhǔn)、機械夾壓位置及方向、輔助支承均須使用規(guī)定的符號表示出來。 加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基準(zhǔn)注起。為便于加工及檢查，尺寸應(yīng)采用直角坐標(biāo)系標(biāo)注，而不采用極坐標(biāo)系。但有時因所選定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合,則需對加工部位要求的位置尺寸精度進(jìn)行分析換算。此外，應(yīng)將零件圖上的不對稱位置尺寸公差應(yīng)換算成對稱尺寸公差，其公差數(shù)值的決定要考慮兩方面，一是要能達(dá)到產(chǎn)品圖紙要求的精度，二是采用組合機床能夠加工出來。 2.4.2 加工示意圖 1．加工示意圖的作用和內(nèi)容 零件加工的工藝方案要通過加工示意圖反映出來。加工示意圖表示被加工零件在機床上的加工過程，刀具、輔具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機床各部件間的相對位置關(guān)系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。因此，加工示意圖是組合機床設(shè)計的主要圖紙之一，在總體設(shè)計中占據(jù)重要地位。它是刀具、輔具、主軸箱、液壓電氣裝置設(shè)計及通用部件選擇的主要原始資料，也是整臺組合機床布局和性能的原始要求，同時還是調(diào)整機床、刀具及試車的依據(jù)。其內(nèi)容為： 1）應(yīng)反映機床的加工方法、加工條件及加工過程。 2）根據(jù)加工部位特點及加工要求，決定刀具類型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)、尺寸（直徑和長度）。 3）決定主軸的結(jié)構(gòu)類型、規(guī)格尺寸及外伸長度。 4）選擇標(biāo)準(zhǔn)的或設(shè)計專用的接桿、浮動卡頭、導(dǎo)向裝置、攻絲靠模裝置、刀桿托架等，并決定它們的結(jié)構(gòu)、參數(shù)及尺寸。 5）標(biāo)明主軸、接桿（卡頭）、夾具（導(dǎo)向）與工件之間的聯(lián)系尺寸、配合及精度。 6）根據(jù)機床要求的生產(chǎn)率及刀具、被加工零件材料特點等，合理確定并標(biāo)注各主軸的切削用量。 7）決定機床動力部件的工作行程及工作循環(huán)。 本設(shè)計中，工件的底面是朝左安裝的，距離機床中心線向左100mm處是工件的底面，向右101.15mm處是工件的頂面，加工部位的分布情況參照加工時意圖中的M、N向視圖所示。工件的兩面布置刀具，左多軸箱有11根主軸，右多軸箱有6根主軸，每根主軸上均有相應(yīng)的鉆頭，用來加工與其相對應(yīng)的孔。 2．加工示意圖的畫法及注意事項 1）加工示意圖的繪制順序是：先按比例用細(xì)實線繪出工件加工部位和局部結(jié)構(gòu)的展開圖，加工表面用粗實線畫。為簡化設(shè)計，相同加工部位的加工示意（指對同一規(guī)格的孔加工，所用刀具、導(dǎo)向、主軸、接桿等的規(guī)格尺寸、精度完全相同），允許只表示其中之一，亦即同一主軸箱上結(jié)構(gòu)尺寸相同的主軸可只畫一根。但必須在主軸上標(biāo)注軸號（與工件孔號相對應(yīng)）。 2）一般情況下，在加工示意圖上，主軸分布可不按真實距離繪制。當(dāng)被加工孔間距很小或需設(shè)置徑向結(jié)構(gòu)尺寸較大的導(dǎo)向裝置時，相鄰主軸必須嚴(yán)格按比例繪制，以便檢查相鄰主軸、刀具、輔具、導(dǎo)向是否干涉。 3）主軸應(yīng)從主軸箱端面畫起。刀具畫加工終了位置（攻絲加工則應(yīng)畫開始位置）。標(biāo)準(zhǔn)的通用結(jié)構(gòu)只畫外形輪廓，但須加注規(guī)格代號。對一些專用結(jié)構(gòu)，為顯示其結(jié)構(gòu)而必須剖視，并標(biāo)注尺寸、精度及配合。 4)當(dāng)軸數(shù)較多時，加工示意圖可縮小比例，用細(xì)實線畫出工件加工部位分布情況簡圖（向視圖），并在孔旁標(biāo)注相應(yīng)號碼，以便于設(shè)計和調(diào)整機床。 3．導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇 組合機床加工孔時，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的導(dǎo)向裝置來保證的。由于要加工的孔徑較小且其線速度（切削速度）12.3m/min<20m/min，因此，選用固定式導(dǎo)向裝置。 根據(jù)所要加工孔的直徑，參考《組合機床設(shè)計簡明手冊》表8-4與表8-6選擇長型導(dǎo)向裝置，其主要尺寸及配合如表2-2。 表2-2 通用導(dǎo)套的尺寸規(guī)格（mm） D(G7) D() D1() D2 L l+l1 f 5 14 20 22 20 11 f 6.7 14 20 22 20 11 f 8.2 16 22 26 20 11 f 8.7 16 22 26 25 11 4．確定主軸及其配件尺寸 初定主軸直徑D 根據(jù)已選擇的切削用量，由《組合機床設(shè)計簡明手冊》表3-4公式計算得： 取，，，，并帶入公式（）驗算： 均滿足要求，即主軸軸頸合適 根據(jù)主軸軸頸d，查《組合機床設(shè)計簡明手冊》表3-6，得： 主軸外伸尺寸 。 根據(jù)主軸參數(shù)，選擇接桿為可調(diào)接桿，查《組合機床設(shè)計簡明手冊》表8-1，選擇接桿型號為Tr141.5，錐度為莫氏0號，類型為B型—長接桿； Tr202，錐度為莫氏1號，類型為A型—短接桿。查表8-5選擇相應(yīng)的夾緊螺母型式及尺寸。 5．確定動力部件的工作循環(huán)及工作行程 動力部件的工作循環(huán)是指加工時，動力部件從原始位置開始運動到加工終了位置，又返回到原位的動作過程。一般包括快速引進(jìn)、工作進(jìn)給和快速退回等動作。 （1）工作進(jìn)給長度 工作進(jìn)給長度應(yīng)等于加工部位長度與刀具切入長度和切出長度之和，即 式中，——加工長度； ——切入長度，應(yīng)根據(jù)工件端面的誤差情況在5～10mm之間選擇，誤差大時取大值； ——切出長度, 一般為。 圖2-1 工作進(jìn)給長度 根據(jù)圖2-1所示選擇計算工作進(jìn)給長度并匯總于表2-3 表 2-3 加工直徑 加工長度 工作行程 左主軸箱 f 5 mm 16.5 mm 28 mm f 6.7 mm 22 mm f 8.2 mm 9 mm 右主軸箱 f 8.7 mm 31.6 mm 38 mm （2）快進(jìn)、快退長度 按加工具體情況而定，保證加工所有刀具均退至夾具套內(nèi)，不影響工件裝卸，因此取左主軸箱快進(jìn)長度為152mm，快退長度為180 mm；右主軸箱快進(jìn)長度為142mm，快退長度為180 mm。 （3）動力部件總行程長度 動力部件的總行程除應(yīng)保證要求的工作循環(huán)行程外，還要考慮裝卸和調(diào)整刀具方便，即考慮前、后備量。前備量是指因刀具磨損或補償制造、安裝誤差，動力部件尚可向前調(diào)節(jié)的距離。后備量是指考慮刀具從接桿中或接桿連同刀具一起從主軸孔中取出所需要的動力部件尚能向后退的距離。理想情況是保證刀具退離夾具導(dǎo)套外端面的距離大于接桿插入主軸孔內(nèi)（或刀具插入接桿孔內(nèi)）的長度。 因此，動力部件的總行程為快退行程長度與前后備量之和。 ∴ 以此作為選擇標(biāo)準(zhǔn)動力滑臺及設(shè)計專用動力部件的依據(jù)。 2.4.3 組合機床聯(lián)系尺寸圖 1．機床聯(lián)系尺寸圖的作用與內(nèi)容 一般來說，組合機床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件——動力滑臺、動力箱、各種工藝切削頭、側(cè)底座、立柱、立柱底座及中間底座加上專用部件——主軸箱、輔具系統(tǒng)、夾具、液、電、冷卻、潤滑、排屑系統(tǒng)組合裝配而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運動關(guān)系，以檢驗機床各部件的相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求，通用部件的選擇是否合適，并為進(jìn)一步開展主軸箱、夾具等專用部件、零件的設(shè)計提供依據(jù)。聯(lián)系尺寸圖也可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。 聯(lián)系尺寸圖的主要內(nèi)容如下： 1）以適當(dāng)數(shù)量的視圖（一般為主、左、右視圖）按同一比例畫出機床各主要組成部件的外形輪廓及相對位置，表明機床的配置型式及總體布局，主視圖的選擇應(yīng)與機床實際加工狀態(tài)一致。 2）圖上應(yīng)盡量減少不必要的線條及尺寸，但反映各部件的聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運動部件的極限位置及行程尺寸，必須完整齊全。各部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)不必畫出，留在具體設(shè)計部件時完成。 3）為便于部件設(shè)計，聯(lián)系尺寸圖上應(yīng)標(biāo)注通用部件的規(guī)格代號、電動機型號、功率及轉(zhuǎn)速，并注明機床部件的分組情況及總行程。 2．動力部件的選擇 動力滑臺選擇液壓滑臺，原因如下：液壓滑臺在相當(dāng)大的范圍內(nèi)進(jìn)給量可實現(xiàn)無級調(diào)速；可以獲得較大的進(jìn)給力；由于液壓驅(qū)動，零件磨損小，使用壽命長；過載保護(hù)簡單可靠；由行程調(diào)速閥來控制滑臺的快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，轉(zhuǎn)換精度高，工作可靠。 進(jìn)給力： 進(jìn)給速度： 根據(jù)進(jìn)給力及進(jìn)給速度，查《組合機床設(shè)計簡明手冊》表5-1，并考慮進(jìn)給過程中的摩擦力及進(jìn)給速度的平穩(wěn)性，選擇左右液壓滑臺均為1HY32ⅠA型液壓滑臺，其最大進(jìn)給力為12500N，最小進(jìn)給速度為20mm/min。因為，所以能夠保證平穩(wěn)進(jìn)給。 根據(jù)液壓滑臺的參數(shù)，查表5-3，配置1CC321Ⅰ型滑臺側(cè)底座。 計算電機功率： 式中，η——多軸箱傳動效率，加工黑色金屬時取0.8～0.9，主軸數(shù)多，轉(zhuǎn)動復(fù)雜時取小值，反之取大值。（式中取η=0.8） 動力箱規(guī)格要與動力滑臺相匹配，根據(jù)電機功率，滑臺滑鞍尺寸630320，初選1TD32Ⅰ型動力箱，電機型號為Y100 L1-4，電機功率為2.2KW，電機轉(zhuǎn)速為1430r/min，輸出軸轉(zhuǎn)速為715r/min。 3．裝料高度的確定 機床裝料高度是指機床上工件的安裝基面到地面的垂直距離。為提高通用部件及支承部件的剛度并考慮自動線設(shè)計時中間底座內(nèi)要安裝夾具輸送裝置、冷卻排屑裝置，新頒布的組合機床標(biāo)準(zhǔn)推薦裝料高度，與國際標(biāo)準(zhǔn)一致。在現(xiàn)階段設(shè)計組合機床時，裝料高度可根據(jù)具體情況在之間選取。 由于受工件最低孔位置、多軸箱最低主軸高度和所選通用部件、中間底座、夾具高度等尺寸的限制的限制，再考慮到工人操作的方便性和機床的共度要求，本設(shè)計的機床裝料高度取。 4．初定中間底座尺寸 中間底座的輪廓尺寸要滿足夾具在其上面安裝連接的需要。根據(jù)選定的動力箱滑臺、側(cè)底座等標(biāo)準(zhǔn)的位置關(guān)系，并考慮到毛坯誤差和裝配偏移，中間底座支承夾具底座的空余邊緣尺寸，算出的長度應(yīng)圓整，并按優(yōu)選數(shù)系選用。應(yīng)使空余邊緣尺寸不小于。 由《金屬切削機床》組合機床部分的內(nèi)容可知：中間底座的高度優(yōu)先選取630mm，還可以選取710mm和560mm。據(jù)此選定中間底座高度為630mm。 中間底座長度方向尺寸可按下式確定： 式中：——加工終了位置，多軸箱端面至工件端面間的距離，本設(shè)計中； ——主軸箱厚度，本設(shè)計中； ——工件沿機床長度方向的尺寸，本設(shè)計中； ——機床長度方向上，主軸箱與動力滑臺的重合長度，本設(shè)計??； ——加工終了位置，滑臺前端面至滑座前端面的距離，對于通用的標(biāo)準(zhǔn)動力滑臺，尺寸的最大范圍為。本設(shè)計?。? ——滑座前端面至側(cè)底座前端面的距離，本設(shè)計取。 ∴ 根據(jù)，查《組合機床設(shè)計簡明手冊》表2-5（中間底座主要尺寸）： 選定中間底座長為 又根據(jù)被加工零件的寬度為，以及其他聯(lián)系尺寸，選定中間底座寬度為。 ∴中間底座的長寬為。 5．多軸箱輪廓尺寸的確定 標(biāo)準(zhǔn)通用多軸箱的厚度是一定的，臥式為，立式為。因此，確定多軸箱尺寸，主要是確定多軸箱寬度和高度及最低主軸高度。多軸箱寬度、高度的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關(guān)，可按下式確定： 式中：——工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（）。 ——最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（）。 ——工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（）。 ——最低主軸高度（）。 為保證多軸箱有排布齒輪的足夠空間，推薦。 主軸箱最低主軸高度須考慮到與工件最低孔位置（）、機床裝料高度（）、滑臺滑座總高（）、側(cè)底座高度（）等尺寸之間的關(guān)系而確定。對于臥式組合機床，要保證潤滑油不致從主軸襯套處泄露，通常推薦： ∴ ∴ 根據(jù)上述計算值，按多軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定多軸箱輪廓尺寸為 6．機床分組 為了便于設(shè)計和組織生產(chǎn)，組合機床各部件和裝置按不同的功能劃分編組。組號劃分規(guī)定為： 1）第10～19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。 2）第20～29組——夾具及輸送設(shè)備。夾具是組合機床主要的專用部件，常編為20組，包含工件定位加緊及固定導(dǎo)向部分。對一些活動性較強的活動鉆模板、攻螺紋末模板、自動夾壓機構(gòu)、自動上下料裝置等常單獨編組。移動工作臺?；剞D(zhuǎn)臺等輸送設(shè)備，如果屬于通用部件，則可納入夾具組，明細(xì)表中列出通用部件即可，如果專用則單獨成組編號。 3）第30～39組——電氣設(shè)備。電氣設(shè)計常編為30組，包括原理圖、接線圖和安裝圖等設(shè)計，專用操縱臺、控制柜等則另遍組號。 4）第40～49組——傳動裝置。包括機床中所有動力部件如動力滑臺、動力箱等通用部件，編號40組，其余須修改部分內(nèi)容或?qū)Ｓ玫膫鲃釉O(shè)備則單獨編組。 5）第50～59組——液壓和氣動裝置。 6）第60～69組——刀具、工具、量具和輔助工具等。 7）第70～79組——多軸箱及其附屬部件。 8）第80～89組——冷卻、排屑機潤滑裝置。 9）第90～99組——電氣、液壓、氣動等各種控制擋鐵。 2.4.4 生產(chǎn)率計算卡 1. 理想生產(chǎn)率 理想生產(chǎn)率指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)（包括備品及廢品率在內(nèi)）所要求的機床生產(chǎn)率。它與全年工時總數(shù)有關(guān)，一般情況下，單班制生產(chǎn)取，則 件／h 2、 實際生產(chǎn)率 實際生產(chǎn)率指所設(shè)計機床每小時實際可以生產(chǎn)的零件數(shù)量。 式中：——生產(chǎn)一個零件所需的時間（），它可以根據(jù)下式計算： 式中：、——分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進(jìn)給行程長度（）； 、——分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進(jìn)給速度（）； ——當(dāng)加工沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時，動力滑臺在死擋鐵上的停留時間，通常指刀具在加工終了時無進(jìn)給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)所需的時間（）； 、——分別為動力部件快進(jìn)、快退行程長度（）； ——動力部件快速行程速度。采用機械動力部件取，液壓動力部件取； ——直線移動或回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行一次工位轉(zhuǎn)換的時間，一般可??； ——工件裝、卸（包括定位、夾壓及清除鐵屑等）時間，它取決于工件重量大小、裝卸的方便性及工人的熟練程度。根據(jù)各類組合機床的統(tǒng)計，一般取。 ∴ ∴ 3、 機床負(fù)荷率 當(dāng)時，計算二者的比值即為負(fù)荷率。 ∴ 根據(jù)組合機床的使用經(jīng)驗，適宜的機床負(fù)荷率為。 所以該負(fù)荷率滿足要求。 3 組合機床多軸箱設(shè)計 多軸箱是組合機床的重要部件之一，它關(guān)系到整臺組合機床質(zhì)量的好壞。 具體設(shè)計時，除了要熟悉多軸箱本身的一些設(shè)計規(guī)律和要求外，還須依據(jù)“三圖一卡”，仔細(xì)分析研究零件的加工部位，工藝要求，確定多軸箱與被加工零件、機床其他部分的相互關(guān)系。 本機床有左、右兩個主軸箱，它們的結(jié)構(gòu)基本相同，只是主軸的數(shù)量和位置不同?，F(xiàn)以右主軸箱為例，說明其設(shè)計方法。 3.1 主軸箱設(shè)計的原始依據(jù) 多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖，是依據(jù)“三圖一卡”整理編繪出來的，其一般應(yīng)包括下列內(nèi)容： 1）所有主軸的位置尺寸及工件與多軸箱的相關(guān)尺寸。在標(biāo)注主軸的位置及相關(guān)尺寸時，首先要注意多軸箱和被加工零件在機床上是面對面擺放的，因此多軸箱橫截面上的水平方向尺寸應(yīng)與被加工零件工序圖的水平尺寸方向相反。其次，多軸箱上的坐標(biāo)尺寸基準(zhǔn)和被加工零件工序圖的尺寸基準(zhǔn)常不相重合，應(yīng)根據(jù)多軸箱和被加工零件的相對位置找出統(tǒng)一基準(zhǔn)，并標(biāo)注出其相對位置關(guān)系尺寸。 2）在圖中標(biāo)注主軸轉(zhuǎn)向。由于標(biāo)準(zhǔn)刀具多為右旋，因此要求主軸一般為逆時針旋轉(zhuǎn)，逆時針轉(zhuǎn)向可不標(biāo)，只注順時針轉(zhuǎn)向。 3）圖中應(yīng)標(biāo)出多軸箱的外形尺寸。 4）列表標(biāo)明各主軸的工序內(nèi)容，主軸外伸部分尺寸和切削用量等。 5）注明動力箱型號，功率，轉(zhuǎn)速和其它主要參數(shù)。 圖3-1 多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖 注：1.該零件為汽缸體，材料為銅鉻鉬合金鑄鐵25-47，其硬度為212～285HBS。 2. 主軸外伸尺寸及切屑用量： 軸號 主軸外伸尺寸（mm） 切 屑 用 量 備注 工序內(nèi)容 n(m/min) v(mm/min) f(mm/r) 1-6 鉆f 8.7 450 12.3 0.107 3.動力部件1TD32Ⅰ,1HY32ⅠA,P=2.2kw,n=1430r/min 3.2 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇 主軸結(jié)構(gòu)型式由零件加工工藝決定，并應(yīng)考慮主軸的工作條件和受力情況。軸承型式是主軸部件結(jié)構(gòu)的主要特征，如進(jìn)行鉆削加工的主軸，軸向切削力較大，最好用推力球軸承承受軸向力，而用向心球軸承承受徑向力。又因鉆削時軸向力是單向的，因此推力球軸承在主軸前端安排即可。進(jìn)行鏜削加工的主軸，軸向切削力較小，但不能忽略。有時由于工藝要求，主軸進(jìn)退都要切削，兩個方向都有切削力，一般選用前后支承均為圓錐滾子軸承的主軸結(jié)構(gòu)。 本設(shè)計中的工序內(nèi)容為鉆f 8.7，故選用滾珠軸承主軸：前支承為推力球軸承和向心球軸承、后支承為向心球軸承。 3.3 多軸箱傳動設(shè)計 多軸箱的傳動系統(tǒng)設(shè)計，就是通過一定的傳動鏈把動力箱輸出軸傳進(jìn)來的動力和轉(zhuǎn)速按要求分配到各主軸。傳動系統(tǒng)設(shè)計的好壞，將直接影響多軸箱的質(zhì)量、通用化程度、設(shè)計和制造工作量的大小以及成本的高低。 3.3.1 對多軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求 1）在保證主軸強度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的前提下，力求使主要傳動件的規(guī)格少，數(shù)量少，體積小。因此，在設(shè)計傳動系統(tǒng)時，盡量用一根中間轉(zhuǎn)動軸帶動多根主軸并將齒輪布置在同一排上。當(dāng)齒輪嚙合中心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時，可用變位齒輪或略微改變傳動比的方法解決。 2）一般情況下，盡量不采用主軸帶動主軸的方案，因為這會增加主動主軸的負(fù)荷。 3）為使結(jié)構(gòu)緊湊，多軸箱體內(nèi)的齒輪傳動副的最佳傳動比為1-1.5,在多軸箱后蓋內(nèi)的第4排齒輪，根據(jù)需要，其傳動比可以取大些，但一般不超過3-3.5。 4）粗加工切削力大，主軸上的齒輪應(yīng)盡量安排靠近前支承，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形。 5）多軸箱內(nèi)具有粗精加工主軸時，最好從動力箱驅(qū)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直徑，以減少振動，提高運動平穩(wěn)性。 7）驅(qū)動軸直接帶動的軸數(shù)不能超過兩根，以免給裝配帶來困難。 齒輪排數(shù)可按下面方法安排 1）不同軸上齒輪不相碰，可放在箱體內(nèi)同一排上。 2）不同軸上齒輪與軸或軸套不相碰，可放在箱體內(nèi)不同排上。 3）齒輪與軸或軸套相碰，可放在后蓋內(nèi)。 3.3.2 傳動系統(tǒng)擬定 1．?dāng)M定傳動路線 如圖所示把主軸3、4、5、6視為一組同心圓主軸，在其圓心處設(shè)中心傳動軸7；把主軸1、2視為一組直線分布主軸，在兩軸中心連線的垂直平分線上設(shè)中心傳動軸8；在中心傳動軸7、8中心連線的垂直平分線上設(shè)合攏軸9，再將軸9與驅(qū)動軸O連接起來；泵軸11由傳動軸10傳動，中心軸10則由合攏軸9與驅(qū)動軸O之間的公用齒輪Z9帶動。 圖3-2 多軸箱傳動樹形圖 2．根據(jù)原始依據(jù)圖3-2算出驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)尺寸，如表3-1所示。 表3-1 驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)值 坐標(biāo) 銷 驅(qū)動軸O 主軸1 主軸2 主軸3 主軸4 主軸5 主軸6 X 0.000 175.000 130.000 220.000 130.000 220.000 130.000 220.000 Y 0.000 94.500 230.000 230.000 145.000 145.000 60.000 60.000 3．確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù) （1）確定傳動軸的7位置及其與主軸3-6間的齒輪副齒數(shù) 從圖中量得中心距，并取，，安《組合機床設(shè)計簡明手冊》公式（4-3）、公式（4-6）求得： ，取 （設(shè)在第Ⅲ排） （2）確定傳動軸的8位置及主軸1、2齒輪齒數(shù) 軸8與主軸1、2之間傳動比取， 即取， （設(shè)在第Ⅲ排） 則，取，則 （3）確定合攏傳動軸9的位置 驅(qū)動軸O與中心傳動軸7、8之間總傳動比分別為： 根據(jù)總傳動比，考慮軸O與軸7、8間的距離及排列齒輪等因素，經(jīng)計算和作圖，取。則 驅(qū)動軸上齒輪齒數(shù)取，模數(shù)取，則 （設(shè)在第Ⅳ排） 根據(jù)原始依據(jù)圖及傳動樹形圖量得， 安《組合機床設(shè)計簡明手冊》公式（4-5）、公式（4-1）求得： ，取 （設(shè)在第Ⅰ排） ，取 ，取 （設(shè)在第Ⅱ排） （3）確定傳動軸10及泵軸11的位置 取，則 （設(shè)在第Ⅳ排） 取，模數(shù)取，則 （設(shè)在第Ⅰ排） （4）計算主軸及泵軸的實際轉(zhuǎn)速 主軸轉(zhuǎn)速相對損失在5%以內(nèi)，符合設(shè)計要求。潤滑泵轉(zhuǎn)速也符合設(shè)計要求。 最后將主軸的實際轉(zhuǎn)速匯總于表3-2，并將傳動設(shè)計的全部齒輪齒數(shù)、模數(shù)及所在排數(shù)，標(biāo)注在圖3-3傳動系統(tǒng)圖中（與原始依據(jù)圖的要求基本一致）。 表3-2 各主軸實際轉(zhuǎn)速 主軸實際轉(zhuǎn)速 主軸1 主軸2 主軸3 主軸4 主軸5 主軸6 n(r /min) 450 450 448 448 448 448 圖3-3 傳動系統(tǒng)圖 3.3.3 多軸箱坐標(biāo)計算、繪制坐標(biāo)檢查圖 1．選擇加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系 為便于加工多軸箱體，設(shè)計時必須選擇基準(zhǔn)坐標(biāo)系。通常采用直角坐標(biāo)系XOY。 本設(shè)計中以定位銷孔為坐標(biāo)系原點建立直角坐標(biāo)系。 2．驗算中心距誤差 多軸箱體上的孔是按計算的坐標(biāo)加工的，而裝配要求兩軸間齒輪能正常嚙合。因此，必須驗算根據(jù)坐標(biāo)計算確定的實際中心距A,是否符合兩軸間齒輪嚙合要求的標(biāo)準(zhǔn)中心距R，R與A的差值δ為：δ=R-A。 驗算標(biāo)準(zhǔn)：中心距允差。 繪圖并測量得： 以上無中心距誤差。 中心距誤差為： 當(dāng)δ>0.009時，實際中心距不符合嚙合要求，此時需采用變位齒輪湊中心距來滿足測量正常嚙合要求。因此，軸9與軸8、軸7與軸2-6間的齒輪均需采用變位齒輪，變位量、（其數(shù)值用標(biāo)記在圖3-4中）。 3．繪制坐標(biāo)檢查圖（圖3-4） 在坐標(biāo)計算完成后，要繪制坐標(biāo)及傳動關(guān)系檢查圖，用以全面檢查傳動系統(tǒng)的正確性。 （1）坐標(biāo)檢查圖的主要內(nèi)容 1）通過齒輪嚙合，檢查坐標(biāo)位置是否正確；檢查縱軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。 2）進(jìn)一步檢查各零件間有無干涉現(xiàn)象。 3）檢查液壓泵、分油器等附加機構(gòu)的位置是否適合。 （2）坐標(biāo)檢查圖繪制的順序及要求 坐標(biāo)檢查圖好按1:1比例繪制，其繪制順序及要求是： 1）繪出多軸箱輪廓尺寸和坐標(biāo)系XOY。 2）繪制個主軸、傳動軸軸心位置及外伸部分尺直徑，并注明軸號及主軸、驅(qū)動軸、液壓泵軸的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向等。 3）用點劃線繪制出各齒輪的分度圓，注明各齒輪齒數(shù)、模數(shù)、所在排數(shù)及變位齒輪的變位量。 4）為了醒目和易于檢查，可用不同顏色細(xì)線條畫出軸承、隔套、主軸防油套的外徑、附加機構(gòu)的外廓及其相鄰軸的螺母外徑。 檢查圖繪好后，根據(jù)各零件在空間的相對位置逐排（軸）檢查有無碰撞干涉現(xiàn)象，并再次復(fù)查主軸與被加工孔的位置是否一致。若相鄰非嚙合齒輪間、齒輪及軸套間間隙很小似碰非碰時，須畫出齒頂圓作細(xì)致檢查，甚至作必要的計算，以檢驗是否發(fā)生干涉現(xiàn)象。當(dāng)某一軸上的齒輪或位置修改后，須對有關(guān)聯(lián)的軸作相應(yīng)的修改，并再次檢查主軸位置、工件尺寸與鉆模板孔的位置是否一致。 圖3-4 坐標(biāo)檢查圖 3.4 繪制多軸箱總圖 多軸箱總圖包括主視圖、展開圖及局部剖視圖（表示動力箱與后蓋及前后蓋與箱體間的定位結(jié)構(gòu)）。 （1） 主視圖 主要表明多軸箱主軸位置及齒輪傳動系統(tǒng)，齒輪齒數(shù)、模數(shù)及所在排數(shù)，潤滑系統(tǒng)等。因此，繪制主視圖就是在設(shè)計的傳動系統(tǒng)圖上標(biāo)出個軸號，畫出潤滑系統(tǒng)，標(biāo)注主軸、油泵軸、驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速、油泵軸轉(zhuǎn)向、驅(qū)動軸轉(zhuǎn)向機坐標(biāo)尺寸、最低主軸高度尺寸及箱體輪廓尺寸等。并標(biāo)注部分件號。 （2） 展開圖 其特點是軸的結(jié)構(gòu)圖形多。各主軸和傳動軸及軸上的零件大多是通用化的，且是有規(guī)則排列的。一般采用簡化的展開圖并以裝配表相配合，表明多軸箱各軸組件的裝配結(jié)構(gòu)。 結(jié)論 本次設(shè)計所作的主要工作是組合鉆床的總體設(shè)計及其多軸箱設(shè)計。在這二個月的設(shè)計過程中，主要進(jìn)行了資料收集、零件工藝分析確定加工方案、組合機床總體設(shè)計即“三圖一卡”部分、多軸箱設(shè)計、論文撰寫等工作。在設(shè)計的過程中，遇到了不少困難。但在老師和各位同學(xué)的積極幫助下，許多問題都得以順利解決。 以下是本設(shè)計的一些優(yōu)缺點： 優(yōu)點： 本組合機床類型為單工位雙面臥式鉆孔組合機床，加工效率較高，且多個孔一次走刀即加工成形，能夠較好的保證其位置精度。主軸箱、滑臺側(cè)底座、中間底座等均為標(biāo)準(zhǔn)件，可反復(fù)多次利用。 缺點： 因沒有進(jìn)行過實地的工廠參觀，各類通用部件也因沒見過實物而沒有一個整體的印象，所以在進(jìn)行中間底座、側(cè)底座等方面的選擇時，有選擇型號過大而造成浪費的現(xiàn)象出現(xiàn)。希望在以后的工作中，能多加改進(jìn)，以設(shè)計出更合理、更實用、更簡便的產(chǎn)品。 參考文獻(xiàn) 1．謝家瀛．《進(jìn)組合機床設(shè)計簡明手冊》．北京：機械工業(yè)出版社，1998年10月 2．勞動社會保障部和中國就業(yè)培訓(xùn)技術(shù)指導(dǎo)中心．《組合機床操作工（基礎(chǔ)知識 初級技能）》．北京：中國勞動社會保障出版社，2001年7月 3．吳國華．《金屬切削機床》．北京：機械工業(yè)出版社，1999年9月 4．于駿一．《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》．北京：機械工業(yè)出版社，2004年1月 5．王伯平．《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》．北京：機械工業(yè)出版社，2004年4 月 6．王美蘭．《機械制圖》．北京：高等教育出版社，2005年4月 25