6110連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)【含12張CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】

6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)0一、 前 言1.1 組合機(jī)床的發(fā)展及概況 組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專(zhuān)用部件并按工序高度集中的原則設(shè)計(jì)的。它是可以同時(shí)完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、車(chē)端面、車(chē)削和銑削等工序的高效率的專(zhuān)用機(jī)床，它一般采用多軸、多刀、多工序、多面、多工位同時(shí)加工。與萬(wàn)能機(jī)床和專(zhuān)用機(jī)床相比，組合機(jī)床有重新改裝的優(yōu)越性，其通用零、部件可以多次重復(fù)利用。加工過(guò)程中采用多軸對(duì)被加工零件一個(gè)面上的許多孔同時(shí)進(jìn)行加工，這樣不僅較好地保證各孔之間的精度、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少工件工序間的搬運(yùn)、改善勞動(dòng)條件，也減少了機(jī)床占地面積。由于組合機(jī)床大多數(shù)零、部件是同類(lèi)的通用部件，這就縮短了設(shè)計(jì)和制造周期，簡(jiǎn)化了機(jī)床的維護(hù)和修理。必要時(shí)甚至可以更換整個(gè)部件，以提高機(jī)床的維修速度?，F(xiàn)代化的大生產(chǎn)使組合機(jī)床得到了較為廣泛的應(yīng)用, 但也對(duì)組合機(jī)床的使用周期提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),糾其原因主要是機(jī)械行業(yè)特別是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代不斷加快, 生產(chǎn)作業(yè)線(xiàn)日趨柔性化。由于產(chǎn)品生產(chǎn)工藝及流程經(jīng)常變化, 需靈活地改變控制程序, 以使機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程按預(yù)定的條件和順序來(lái)運(yùn)行或執(zhí)行。在控制系統(tǒng)方案中, PLC 已成為當(dāng)今增長(zhǎng)速度最快的工業(yè)控制設(shè)備, 它具備了許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn), 能較好地解決工業(yè)控制領(lǐng)域普遍關(guān)心的可靠性、安全性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性、方便性等問(wèn)題。操作員可以通過(guò)命令監(jiān)控相關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài), 根據(jù)具體的工藝要求, 對(duì)進(jìn)給控制、調(diào)整定時(shí)等進(jìn)行詳細(xì)設(shè)定, 從而實(shí)現(xiàn)“集中管理, 分散控制” 。因此采用了 PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸孔加工用機(jī)床操作過(guò)程的自動(dòng)控制。1.2 組合機(jī)床的工藝范圍及特點(diǎn)組合機(jī)床適宜于各種大中型箱體類(lèi)零件，目前組合機(jī)床主要用于平面加工和孔加工兩類(lèi)工序。其中孔加工包括鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔及倒角、切槽、攻螺紋、锪沉孔、滾壓孔等。隨著自動(dòng)化的發(fā)展，組合機(jī)床的工藝范圍已擴(kuò)展到了車(chē)外圓等工序。組合機(jī)床具有如下特點(diǎn)：1） 主要用于加工箱體類(lèi)零件和雜件的平面和孔。2）生產(chǎn)率高?？啥嗝?、多工位、多軸、多刀同時(shí)自動(dòng)加工。3）加工精度穩(wěn)定?？蛇x用成熟的通用部件、精密夾具來(lái)保證加工精度。4）研制周期短，便于設(shè)計(jì)、制造和使用維護(hù)，成本低。5）自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。6）配置靈活。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)模塊化、組合化，機(jī)床易于改裝；產(chǎn)品或工藝變化時(shí)，通用部件還可以重復(fù)利用。1.3 機(jī)床設(shè)計(jì)的課題來(lái)源、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.3.1 課題來(lái)源1該畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是 6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)，來(lái)源于江蘇高精機(jī)電設(shè)備有限公司，主要為了解決以前工作效率低，加工精度不高，勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在工程技術(shù)人員的帶領(lǐng)下，深入車(chē)間，了解被加工零件的加工特點(diǎn)、精度和技術(shù)要求以及生產(chǎn)率的要求等，確定在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容及其加工方法。我們小組通過(guò)討論，協(xié)調(diào)，既考慮工藝方案的實(shí)現(xiàn)，保證加工精度、技術(shù)要求及其生產(chǎn)效率，又考慮機(jī)床操作、維護(hù)、修理是否方便，排屑情況是否良好，還注意被加工零件的生產(chǎn)批量等。最后確定了機(jī)床各部件間的相互關(guān)系，選擇通用部件和刀具的導(dǎo)向，計(jì)算切削用量等以便使設(shè)計(jì)的組合機(jī)床符合多快好省的要求。1.3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容1）運(yùn)動(dòng)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(guò)分析比較擬定傳動(dòng)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖，確定傳動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù)。2）動(dòng)力設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的工件，初算傳動(dòng)軸的直徑、齒輪的模數(shù)；確定動(dòng)力箱；計(jì)算多軸箱尺寸及設(shè)計(jì)傳動(dòng)路線(xiàn)。完成裝配草圖后，要驗(yàn)算傳動(dòng)軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi)。3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 進(jìn)行主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)軸系、變速機(jī)構(gòu)、主軸部件、箱體、潤(rùn)滑與密封等的布置和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。4）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1.3.3 設(shè)計(jì)要求本次課題所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床總體應(yīng)滿(mǎn)足零件的加工要求，保證加工精度；機(jī)床應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝卸方便、便于維修、調(diào)整；機(jī)床盡量能用通用件以便降低制造成本。6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)2二、 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)2.1 組合機(jī)床工藝方案的擬訂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(shí)，必須計(jì)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)加工精度，表面粗糙度，以及定位，夾緊方法，工藝過(guò)程，所采用的刀具及切削用量，生產(chǎn)率要求等等。并查閱有關(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（箱體）的零件圖（圖 2-1） ，加工四個(gè)螺紋底孔的工藝過(guò)程。1） 加工孔的主要技術(shù)要求：加工 1 個(gè) Φ32.5 的孔；孔的位置度公差為 Φ0.1mm；工件材料為 HT200，HB170～241；要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量 25 萬(wàn)件，單班制生產(chǎn)。2）工藝分析加工該孔時(shí)，孔的位置度公差為 0.1mm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：一次性加工通孔，孔徑為 Φ32mm3） 定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇選擇定位基準(zhǔn)的原則及應(yīng)注意的問(wèn)題：a)盡量選擇零件設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為組合機(jī)床加工的定位基準(zhǔn)，保證加工精度b)選擇定位基準(zhǔn)應(yīng)確保工件穩(wěn)定定位c)基面統(tǒng)一原則通過(guò)分析，對(duì)該機(jī)體的加工可采用兩種定位方式。一種是“三面定位” （底面、后面、側(cè)面） ，底面限制三個(gè)自由度，右面限制兩個(gè)自由度，后面限制一個(gè)自由度。還有一種是“一面兩孔”定位。在此選三面定位方式為該加工中的主要工藝基準(zhǔn)。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，工件各孔間的位置精度為 0.1mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工時(shí)可以在下一個(gè)安裝工位上對(duì)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。被加工零件圖如圖 2-1 所示：3圖 2－1 被加工零件圖2) 被加工零件的特點(diǎn)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Φ8.5mm。采用多孔同步加工，此零件的加工特點(diǎn)是中心線(xiàn)與定位基準(zhǔn)平面是垂直的，并且定位基準(zhǔn)面是水平的。孔的分布不規(guī)則，工件比較小，可一次鉆完，因而適合選擇立式單工位鉆床。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(dòng)線(xiàn)或按中小批量生產(chǎn)特點(diǎn)設(shè)計(jì)組合機(jī)床的重要因素。按設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為年生產(chǎn)量為 25 萬(wàn)件，從工件外形及輪廓尺寸，為了減少加工時(shí)間，采用多軸頭以提高利用率。綜上所述：通過(guò)對(duì)箱體零件的結(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)四軸頭單工位同步鉆床。根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求：設(shè)計(jì)的組合機(jī)床要滿(mǎn)足加工要求、保證加工精度；盡可能用通用件、以降低成本；各動(dòng)力部件用電氣控制、液壓驅(qū)動(dòng)。因此根據(jù)任務(wù)書(shū)要求和機(jī)體的特點(diǎn)初定兩種設(shè)計(jì)方案：A．臥式組合機(jī)床6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)4圖 2-2 臥式組合機(jī)床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：臥式組合機(jī)床重心低，振動(dòng)小，運(yùn)作平穩(wěn)，加工精度高，占地面積大。B．立式組合機(jī)床 圖 2-3 立機(jī)床結(jié)構(gòu)式組合特點(diǎn)：立式組合機(jī)床重心高，振動(dòng)較大，加工精度高，占地面積小。通過(guò)以上比較，故選用臥式組合機(jī)床。2.2 確定切削用量及選擇刀具2.2.1 選擇切削用量合理地選擇切削用量，即確定合理的切削速度和工作進(jìn)給量，能使組合機(jī)床以最少的停車(chē)損失，最高的生產(chǎn)效率，最長(zhǎng)的刀具壽命和最好的加工質(zhì)量也就是多、快、好、省地進(jìn)行生產(chǎn)。在組合機(jī)床上所有的刀具共用一個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)，因此，同一滑臺(tái)帶動(dòng)的所有刀具每分鐘進(jìn)給量相同，即等于滑臺(tái)的工進(jìn)速度，即n1f1=n2f2=……=nifi=vf (2-1)其中: n 1，n 2，……n i為各主軸轉(zhuǎn)速，r/min ；f1，f 2， ……fi為各主軸進(jìn)給量，mm/s；vf為動(dòng)力滑臺(tái)每分鐘進(jìn)給量， mm/min。本設(shè)計(jì)只需要加工一個(gè)空。按照經(jīng)濟(jì)地選擇滿(mǎn)足加工要求的原則，采用查表的方法查得：5小孔為 Φ32.5mm 的光孔，鉆通，l=32mm。由 d＞30～40，硬度 223～280HBS， 初選 v=81.5m/min,f=0.10mm/r,n 根據(jù)分組齒輪不同分別選擇，在滿(mǎn)足需要的情況下盡量使用低速組。2.2.2 切削力及功率的計(jì)算根據(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(dòng)力部件（滑臺(tái)）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(dòng)件（齒輪，傳動(dòng)軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動(dòng)電動(dòng)（一般指動(dòng)力箱）功率，通過(guò)查文獻(xiàn) 表 2-6 計(jì)算如下：??1布氏硬度：HB =HBmin－ (HBmax－HB min) （2-32）=170－ (241－170)1=146.33切削力： =26 （2-FD8.0f6.HB3）=26×16× ×8.010.643=1313.09N切削扭矩：=10 （2-9.1D8.0f6.HB4）=10× × ×9.1T8.00.6143=6123.90N·mm切削功率： = （2-PD974v?5）=6123.90×12/(9740×3.14×16)=0.15 kw式中：HB——布氏硬度F——切削力，N；D——鉆頭直徑，mm；f——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，mm/r；6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)6T——切削扭矩，N·mm；V——切削速度，m/min；P——切削功率，kw。2.2.3 刀具的選擇 A．確定刀具的耐用度。刀具開(kāi)始切削起，至磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)止的切削時(shí)間稱(chēng)為刀具的耐用度。刀具耐用度反映了刀具磨損的速率，影響刀具耐用度的主要因素有切削用量，工件材料等。根據(jù)上面已經(jīng)求得的機(jī)床進(jìn)給速度和已經(jīng)知道的工件材料，通過(guò)查文獻(xiàn)[4]中表 2-9，確定刀具的耐用度需要達(dá)到 90-180min。B．確定刀具的類(lèi)型。確定刀具類(lèi)型應(yīng)考慮加工精度、表面粗糙度、排屑及生產(chǎn)率等要求，只要條件允許應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)刀具?？准庸さ毒撸ㄣ@、鏜、鉸等）的直徑應(yīng)與加工部位尺寸、精度相適應(yīng)，其長(zhǎng)度應(yīng)保證加工終了時(shí)刀具螺旋槽尾端離導(dǎo)向套外端 30~50mm，以利排屑和刀具磨損后有一定向前調(diào)整量。刀具錐柄插入接桿孔內(nèi)長(zhǎng)度，在繪制加工示意圖是應(yīng)注意從刀具總長(zhǎng)中減去。 根據(jù)已知條件初步?jīng)Q定選擇復(fù)合刀具。所謂復(fù)合刀具，就是指同時(shí)或先后順序完成兩個(gè)或兩個(gè)以上的加工工序或工步的刀具。復(fù)合刀具之所以在組合機(jī)床上大量使用，是由于它有很多優(yōu)點(diǎn)：a)集中工序，可減少加工工位數(shù)和機(jī)床數(shù)，有時(shí)也就減少了加工工件的機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間，減少機(jī)床占地面積，節(jié)省設(shè)備投資。b)減少工件安裝和夾具轉(zhuǎn)位次數(shù)，在一個(gè)工位上孔進(jìn)行粗精加工，減少精加工余量，提高加工精度，降低粗糙度。c)在一個(gè)工位上同時(shí)加工幾個(gè)加工表面，可以提高加工表面相互間的位置精度。如同一軸線(xiàn)的幾個(gè)孔的同軸度，端面與孔的垂直度等。箱體的布氏硬度在 HB170～241，孔徑 D 為 16mm，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(jiǎn)單、刃磨簡(jiǎn)單，選擇標(biāo)準(zhǔn) Φ16 的麻花鉆。2.3 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)——“三圖一卡”繪制組合機(jī)床“三圖一卡” ，就是針對(duì)具體零件，在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行組合機(jī)床總體方案圖樣文件設(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)系尺寸總圖和編制生產(chǎn)率計(jì)算卡。2.3.1 被加工零件工序圖被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示在一臺(tái)機(jī)床上或一條自動(dòng)線(xiàn)上完成的工藝內(nèi)容、加工部位的尺寸及精度、技術(shù)要求、加工用定位基準(zhǔn)、夾壓部位7以及被加工零件的材料、硬度和在本機(jī)床加工前毛坯情況的圖紙。它是在原有零件圖基礎(chǔ)上，以突出本機(jī)床或自動(dòng)線(xiàn)加工內(nèi)容，加上必要的說(shuō)明繪制的。它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是制造使用時(shí)調(diào)整機(jī)床、檢查精度的重要技術(shù)文件。繪制的被加工零工序圖如圖 2-4 所示。圖 2-4 被加工零件工序圖其原始數(shù)據(jù)其主要內(nèi)容包括：A．被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機(jī)床設(shè)計(jì)有關(guān)部位結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。B．本工序所選用的定位基準(zhǔn)、夾緊部位及夾緊方向。以便根據(jù)此進(jìn)行夾具的支承、定位、夾緊和導(dǎo)向等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。C．本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術(shù)要求以及對(duì)上道工序的技術(shù)要求。D．注明被加工零件的名稱(chēng)、編號(hào)、材料、硬度以及加工部位的余量。a)在圖中注明被加工零件的名稱(chēng)及編號(hào)：7170316KZ 后橋殼；材料：QT590-10；硬度：HB180~260。b)圖中符號(hào), ---為夾緊位置 為定位基準(zhǔn)。為使被加工零件工序圖表達(dá)清晰明了，突出本工序內(nèi)容，繪制時(shí)規(guī)定：應(yīng)按一定的比例，繪制足夠的視圖；本工序加工部位用粗實(shí)線(xiàn)表示，保證的加工部位尺寸及位置尺寸數(shù)值下方畫(huà)“__”粗實(shí)線(xiàn)，其余部位用細(xì)實(shí)線(xiàn)表示。2.3.2 加工示意圖1）加工示意圖的作用和內(nèi)容6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)8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(jī)床上的加工過(guò)程，刀具的布置以及工件、夾具、刀具的相對(duì)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(dòng)力部件的主要依據(jù)，是整臺(tái)組合機(jī)床布局形式的原始要求，也是調(diào)整機(jī)床和刀具所必需的重要文件。圖2－3 為箱體上 4 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(lèi)型，尺寸及外伸長(zhǎng)度；刀具類(lèi)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。2）繪制加工示意圖之前的有關(guān)計(jì)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。 （刀具的選擇前面已有說(shuō)明。 ）2－3 加工示意圖②導(dǎo)向套的選擇 在組合機(jī)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(dǎo)向。因此正確選擇導(dǎo)向裝置的類(lèi)型，合理確定其尺寸、精度，是設(shè)計(jì)組合機(jī)床的重要內(nèi)容。Ⅰ選擇導(dǎo)向類(lèi)型 根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑 d=16mm 和刀具導(dǎo)向的線(xiàn)速度v=12m/min，選擇固定式導(dǎo)向。Ⅱ?qū)蛱椎膮?shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導(dǎo)向裝置，如圖 2－4 所示：固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺寸如表 2-1 所示：9表 2－1 固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺d D D1 D2 L L1 m R d1 d2 L016 26 35 39 36 45 18 22 M16 32 32圖 2－4 固定導(dǎo)向裝置固定裝置的配合如表 2-2：表 2－2 固定裝置的配合導(dǎo)向類(lèi)別 工藝方法 1DD 刀具導(dǎo)向部分外徑固定導(dǎo)向 鉆孔 67nH67gg6③初定主軸類(lèi)型、尺寸、外伸長(zhǎng)度因?yàn)檩S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 2.216，根據(jù)剛性條件計(jì)算主軸的直徑為：d B =2.216× =19.61mm （2-6）?4T490.6123式中：d——軸直徑，mm；T——軸所承受的轉(zhuǎn)矩，N·mm；6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)10B——系數(shù)。本設(shè)計(jì)中所有主軸直徑皆取 d=20mm,主軸外伸長(zhǎng)度為：L=115mm，D/ 為1d32/20，內(nèi)孔長(zhǎng)度為：l 1 =77mm.④選擇刀具接桿 由以上可知，多軸箱各主軸的外伸長(zhǎng)度為一定值，而刀具的長(zhǎng)度也是一定值，因此，為保證多軸箱上各刀具能同時(shí)到達(dá)加工終了位置，就需要在主軸與刀具之間設(shè)置可調(diào)環(huán)節(jié)，這個(gè)可調(diào)節(jié)在組合機(jī)床上是通過(guò)可調(diào)整的刀具接桿來(lái)解決的,連接桿如圖 2－5 所示，圖 2－5 可調(diào)連接桿連接桿上的尺寸 d 與主軸外伸長(zhǎng)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 2－3 所示：表 2－3 可調(diào)接桿的尺寸d(h6) D1(h6) d2 d3 L l1 l2 l3螺母厚度20 Tr20×6 莫氏 1 號(hào) 12.061 17 188 46 42 100 12⑤確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸從保證加工終了時(shí)主軸箱端面到工件端面間距離最小來(lái)確定全部聯(lián)系尺寸，加工示意圖聯(lián)系尺寸的標(biāo)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（圖中的尺寸 314mm）,它等于刀具懸伸長(zhǎng)度、螺母厚度、主軸外伸長(zhǎng)度與接桿伸出長(zhǎng)度（可調(diào)）之和，再減去加工孔深度和切出值。⑥工作進(jìn)給長(zhǎng)度的確定 如圖 2-6 工作進(jìn)給長(zhǎng)度 應(yīng)等于工件加工部位長(zhǎng)度工LL 與刀具切入長(zhǎng)度 和切出長(zhǎng)度 之和。切入長(zhǎng) 應(yīng)根據(jù)工件端面誤差情況在1L2L15～10mm 之間選擇，誤差大時(shí)取大值，因此取 =7mm，切出長(zhǎng)度 =1/3d+(3～8)=211+8 9mm,所以 =10+7+8=25mm.5.831??工L⑦快進(jìn)長(zhǎng)度的確定 考慮實(shí)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(dǎo)套內(nèi)而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為 155mm，快退長(zhǎng)度等于快速引進(jìn)與工作工進(jìn)之和，因此快進(jìn)長(zhǎng)度 155－25=130mm.圖 2－6 工作進(jìn)給長(zhǎng)度2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖圖 2－7 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖1）聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)12聯(lián)系尺寸圖用來(lái)表示機(jī)床各組成部件的相互裝配和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以檢驗(yàn)機(jī)床各部件的相對(duì)位置及尺寸聯(lián)系是否滿(mǎn)足要求，通用部件的選擇是否合適，并為進(jìn)一步開(kāi)展主軸箱、夾具等專(zhuān)用部件、零件的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。聯(lián)系尺寸圖也可以看成是簡(jiǎn)化的機(jī)床總圖，它表示機(jī)床的配置型式及總體布局。如圖 2－7 所示，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(hào)、規(guī)格、動(dòng)力部件的運(yùn)動(dòng)尺寸和所用電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)、工件與各部件間的主要聯(lián)系尺寸，專(zhuān)用部件的輪廓尺寸等。2）選用動(dòng)力部件選用動(dòng)力部件主要選擇型號(hào)、規(guī)格合適的動(dòng)力滑臺(tái)、動(dòng)力箱。①滑臺(tái)的選用 通常，根據(jù)滑臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式、所需進(jìn)給力、進(jìn)給速度、最大行程長(zhǎng)度和加工精度等因素來(lái)選用合適的滑臺(tái)。Ⅰ驅(qū)動(dòng)形式的確定 根據(jù)對(duì)液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)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(tái)。Ⅱ確定軸向進(jìn)給力 滑臺(tái)所需的進(jìn)給力 = ∑ =4×1313.09=5252.36N進(jìn)Fi式中： ——各主軸加工時(shí)所產(chǎn)生的軸向力i由于滑臺(tái)工作時(shí)，除了克服各主軸的軸的向力外，還要克服滑臺(tái)移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力。因而選擇滑臺(tái)的最大進(jìn)給力應(yīng)大于 ＝5.30KN。進(jìn)FⅢ確定進(jìn)給速度 液壓滑臺(tái)的工作進(jìn)給速度規(guī)定一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速，對(duì)液壓滑臺(tái)確定切削用量時(shí)所規(guī)定的工作進(jìn)給速度應(yīng)大于滑臺(tái)最小工作進(jìn)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(shí)，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=800×0.1=80mm/min。所以選擇 HY80Ⅲ液壓滑臺(tái)，工作進(jìn)給速度范圍vf4～250mm/min，快進(jìn)速度 4m/min。Ⅳ確定滑臺(tái)行程 滑臺(tái)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。前后備量的作用是動(dòng)力部件有一定的向前后移動(dòng)的余地，以彌補(bǔ)機(jī)床的制造誤差以及刀具磨損13后能向前調(diào)整。本系統(tǒng)前備量為 20mm， HY80Ⅲ液壓滑臺(tái)的工作行程由查表可取250mm，工作行程=快進(jìn)行程+工進(jìn)行程+前備量+后備量，即 250=130+25+20+后備量，所以后備量取 75mm。②由下式估動(dòng)力箱的選用 動(dòng)力箱主要依據(jù)多軸所需的電動(dòng)機(jī)功率來(lái)選用，在多軸箱沒(méi)有設(shè)計(jì)之前， 可算主P＝ ／η （2-主 切7）＝4×0.15／0.8＝0.75KW式中：η——多軸箱傳動(dòng)效率，加工黑色金屬時(shí) η＝0.8～0.9；有色金屬時(shí)η＝0.7～0.8，本系統(tǒng)加工 HT200，取 η＝0.8．動(dòng)力箱的電動(dòng)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(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y100L—6B5 的 1TD16 IA 型動(dòng)力箱，動(dòng)力箱輸出軸至箱底面高度為 125mm。主要技術(shù)參數(shù)如表 2-4：表 2-4 Y90S 電機(jī)的技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)速范圍（r/min）主電機(jī)傳動(dòng)型號(hào)電機(jī)轉(zhuǎn)速 輸出轉(zhuǎn)速主電機(jī)功率（）kw配套主軸部件型號(hào)Y90S-6 910 600 0.751TA32、1TA32M、1TZ32~1TG32③Y 軸液壓滑臺(tái)的選用摩擦系數(shù)：f=0.07～0.12 取 f=0.1F=f·N=0.1mg=0.1×9.156×10=9.156N （2-8）3）確定多軸箱輪廓尺寸本機(jī)床配置的多軸箱總厚度為 220mm，寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取。計(jì)算時(shí)，多軸箱的寬度 B 和高度 H 可確定為：B=600mm H=860mm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=600 mm×860 mm。2.3.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)14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(guò)程、動(dòng)作時(shí)間、切削用量、生產(chǎn)率、負(fù)荷率等技術(shù)文件，通過(guò)生產(chǎn)率計(jì)算卡，可以分析擬定的方案是否滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)生產(chǎn)率及負(fù)荷率的要求。1)理想生產(chǎn)率理想生產(chǎn)率 Q(件/小時(shí))是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng) A（包括備品及廢品率）所要求的機(jī)床生產(chǎn)率。根據(jù)文獻(xiàn) 第 51 頁(yè)??1Q=A/tk (2-9)式中，t k——全年工時(shí)總數(shù)，h；A——年生產(chǎn)綱領(lǐng)，件。一年按 250 個(gè)工作日、兩班制，則全年工時(shí)為 4600 小時(shí)，年制造 105000 臺(tái)機(jī)床（每臺(tái)車(chē)床需一個(gè)主軸箱） ，加上 5%的備品及廢品率，則年生產(chǎn)綱領(lǐng) A 為 110000件，所以：Q= 110000/4600=24(件/小時(shí))2)實(shí)際生產(chǎn)率實(shí)際生產(chǎn)率 Q(件/小時(shí))是指所設(shè)計(jì)的機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。根據(jù)文獻(xiàn)[1]第 51 頁(yè)Q=60/ (2-10)T單式中： ——生產(chǎn)一個(gè)零件所需時(shí)間（ min） ，可按下式計(jì)算：T單(2-11)T??輔單 機(jī)式中： ——機(jī)加工時(shí)間（ min） ， ——輔助時(shí)間（ min） ，可按下式計(jì)算：機(jī) 輔(2-12)IVL工 進(jìn)工 進(jìn)機(jī)(2-13)裝 卸快 快 退快 進(jìn)輔 TT??式中： —刀具工作進(jìn)給長(zhǎng)度，mm；L工 進(jìn)—?jiǎng)恿︻^快進(jìn)行程長(zhǎng)度，mm；快 進(jìn)—?jiǎng)恿︻^快退行程長(zhǎng)度，mm；快 退—刀具工作進(jìn)給速度，mm/min；V工 進(jìn)—?jiǎng)恿︻^快進(jìn)、快退速度，mm/min；快—工件裝卸、定位、夾緊的時(shí)間，min；T裝 卸—死擋鐵停留時(shí)間， min。I（1）機(jī)加工時(shí)間 機(jī)根據(jù)公式（2-17） ，計(jì)算鉆孔的 ：T機(jī)15T 機(jī) =50/80+0.05=0.63min（2）輔助加工時(shí)間 輔根據(jù)公式（2-18） ，計(jì)算鉆孔的 ：輔T 輔 =（100+150）/3000+1.5=1.57min由此可算得單件工時(shí) T 單=（T 總+T 輔）=（0 .63+1.57）/4=0.56 分/件Q=60/ =60/0.56=107(件/小時(shí))單3)機(jī)床負(fù)荷率計(jì)算根據(jù)文獻(xiàn) 第 51 頁(yè)得：負(fù)荷率為??1=83% (2-14) 1Q?負(fù)?4)機(jī)床的生產(chǎn)率計(jì)算卡由上面的計(jì)算可以繪制出鉆孔的生產(chǎn)率計(jì)算卡,如圖 2-5 所示。表 2－5 生產(chǎn)率計(jì)算卡圖號(hào) 毛坯種類(lèi) 鑄件名稱(chēng) 箱體 毛坯重量被加工零件材料 HT200 JB297-62 硬度 HB170-241工序名稱(chēng) 鉆壓盤(pán)連接孔 工序號(hào) 工時(shí)/min序號(hào)工步名稱(chēng)工作行程/mm切速/（m·min -1）進(jìn)給量/（mm·r -1）進(jìn)給量/（mm·min -1）工進(jìn)時(shí)間輔助時(shí)間1 按卸工件 12 夾 緊 10 0.0023 快 進(jìn) 100 3000 0.0334 鉆 孔 50 81.5 0.1 80 0.6255 死檔鐵停留 0.056 快 退 150 3000 0.057 卸下工件 10 0.5累計(jì) 0.758 1.502單件總工時(shí) 2.26/4=0.56分/件機(jī)床生產(chǎn)率 107 件/h備注1、主軸轉(zhuǎn)速 706r/min2、一次安裝加工完一個(gè)工件理論生產(chǎn)率 128.2 件/h6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)16負(fù)荷率 83%三、主軸箱設(shè)計(jì)主軸箱是組合機(jī)床的重要專(zhuān)用部件，它是根據(jù)機(jī)床總體設(shè)計(jì)所確定的工件加工孔的數(shù)量、切削用量等加工要求，安排各主軸位置，將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)遞給各工作主軸，使之得到要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的動(dòng)力部件。其動(dòng)力來(lái)自通用的動(dòng)力箱，與動(dòng)力箱一起安裝于進(jìn)給滑臺(tái)，完成鉆、擴(kuò)、鏜、攻絲等加工工序。其特點(diǎn)是按專(zhuān)用要求設(shè)計(jì)，由通用部件組成，靠夾具的導(dǎo)向裝置來(lái)保證孔加工的位置精度。本人的主軸箱部分設(shè)計(jì)是連桿鉆小頭孔組合機(jī)床主軸箱的設(shè)計(jì)。由總體設(shè)計(jì)部分可知，需設(shè)計(jì)的主軸箱輪廓尺寸為 600mm 220mm；該類(lèi)型的主軸箱結(jié)構(gòu)典型，能?利用通用的箱體和傳動(dòng)件；采用標(biāo)準(zhǔn)主軸，借助導(dǎo)向套引導(dǎo)刀具來(lái)保證被加工孔的位置精度。本課題中主軸箱由箱體、前蓋和側(cè)蓋三個(gè)部分組成。箱體材料為 HT200，前蓋等材料為 HT200；箱體的標(biāo)準(zhǔn)厚度為 35mm，前蓋厚度為 10mm，側(cè)蓋厚度為 15mm。主軸的類(lèi)型為圓錐滾子軸承長(zhǎng)主軸，主軸材料采用 40Cr 鋼，熱處理 C42。通用傳動(dòng)軸一般用 45 鋼，調(diào)質(zhì) T235。 通用齒輪有傳動(dòng)齒輪、動(dòng)力箱齒輪和電動(dòng)機(jī)齒輪三種。在主軸箱箱體內(nèi)腔，可安排三排齒輪；箱體后壁與后蓋之間安排一排齒輪。通用主軸箱設(shè)計(jì)的順序是：繪制主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖；確定主軸結(jié)構(gòu)、軸徑及模數(shù)；擬訂傳動(dòng)系統(tǒng)；計(jì)算主軸、傳動(dòng)軸坐標(biāo)，繪制坐標(biāo)檢查圖；繪制主軸箱總圖，零件圖及編制組件明細(xì)表。具體內(nèi)容如下所示。3.1 繪制主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖，是根據(jù)“三圖一卡”整理編繪出來(lái)的，其內(nèi)容包括主軸箱設(shè)計(jì)的原始要求和已知條件。（1）主軸箱輪廓尺寸 600×220mm。（2）機(jī)體對(duì)輪廓尺寸以及每個(gè)孔的位置尺寸。（3）機(jī)體對(duì)與主軸箱相對(duì)位置尺寸。17根據(jù)這些數(shù)據(jù)可編制出主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)如圖 3-1 所示。圖 3-1 主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)3.2 確定主軸、齒輪及動(dòng)力計(jì)算3.2.1 主軸結(jié)構(gòu)型式和直徑、齒輪模數(shù)的確定主軸的型式和直徑，主要取決于工藝方法，刀具主軸連接結(jié)構(gòu)、刀具進(jìn)給抗力和切削轉(zhuǎn)矩。如鉆孔時(shí)常采用滾珠軸承主軸，擴(kuò)、鏜孔等工序常采用滾錐軸承主軸；主軸間距較小是常采用滾針軸承主軸。齒輪模數(shù) （單位 mm）一般用類(lèi)比法確定，也可按文獻(xiàn)[1]公式估算，即m（3-1）3(0~2)Pzn?式中， —齒輪所傳遞的功率， kw；P—一對(duì)嚙合齒輪中的小齒輪齒數(shù)；Z—小齒輪的轉(zhuǎn)速，r/min。N主軸箱中的齒輪模數(shù)常用 2、2.5、3、3.5、4 幾種。為了便于生產(chǎn)，同一主軸箱中的模數(shù)規(guī)格不要多于兩種。由于本主軸箱為鉆孔主軸箱，主軸轉(zhuǎn)速誤差較小，且加工孔的位置比較集中，可以根據(jù)實(shí)際需要選出齒輪模數(shù)為 2、3、4 三種。3.2.2 主軸箱所需動(dòng)力的計(jì)算6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)18主軸箱的動(dòng)力計(jì)算包括主軸箱所需要的功率和進(jìn)給力兩項(xiàng)。 （3-2）PP??切 削 損 失主 軸 箱 空 轉(zhuǎn)式中， ——切削功率，kw；P切 削——空轉(zhuǎn)功率，kw；空 轉(zhuǎn)——與負(fù)荷成正比的功率損失，kw。損 失根據(jù)文獻(xiàn) 表 4-6 得??6=0.018kw空 轉(zhuǎn)=1188w P切 削=1188ｘ1%=11.88 w 損 失所以可得到 = 0.018 +1.188+0.01188=1.218kw主 軸 箱主軸箱所需進(jìn)給力 （單位 N）可按式 3-3 計(jì)算F主 軸 箱（3-3）1niF??主 軸 箱式中： ——各主軸所需的軸向切削力，單位為 N；iF=3765N。主 軸 箱3.3 主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是根據(jù)動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸位置和轉(zhuǎn)速、各主軸位置及其轉(zhuǎn)速要求，設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈，把驅(qū)動(dòng)軸和各主軸連接起來(lái)，使各主軸獲得預(yù)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。3.3.1 對(duì)主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的一般要求對(duì)主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般要求有：A.在保證主軸的強(qiáng)度﹑剛度﹑轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求的前提下，力求使傳動(dòng)軸和齒輪為最少；B.主軸﹑傳動(dòng)軸和齒輪的規(guī)格要盡可能少；C.最佳傳動(dòng)比為 1～1.5；D.盡可能避免升速傳動(dòng)。3.3.2 擬定主軸箱系統(tǒng)的基本方法主軸的分布通?？梢苑譃椋和膱A分布、直線(xiàn)分布和任意分布三種。擬定多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的基本方法是：先把全部主軸中心盡可能分布在幾個(gè)同心圓上，在各個(gè)同心圓的圓心上分別設(shè)置中心傳動(dòng)軸，非同心圓分布的一些主軸也宜設(shè)置中間傳動(dòng)軸（如一根傳動(dòng)軸帶兩根或三根主軸） ，然后根據(jù)已選定的各中心傳動(dòng)軸再作同心圓，并用最少的傳動(dòng)軸帶動(dòng)這些中心傳動(dòng)軸，最后通過(guò)合攏傳動(dòng)軸與動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸使之連接起來(lái)。19（1）根據(jù)工序圖，采用任意分布；（2）驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)置驅(qū)動(dòng)軸直接帶動(dòng)的軸數(shù)不能超過(guò)兩根，以免給裝配帶來(lái)困難。驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)方向可任意選擇；動(dòng)力箱與多軸箱連接時(shí)，應(yīng)注意驅(qū)動(dòng)軸中心一般設(shè)置于多軸箱箱體寬度的中心線(xiàn)上，其中心高度則決定于所選動(dòng)力箱的型號(hào)規(guī)格。3.3.3 確定傳動(dòng)軸的位置及齒輪齒數(shù)傳動(dòng)方案擬訂之后，通過(guò)“計(jì)算、作圖和多次試湊”相結(jié)合的方法，確定齒輪齒數(shù)和中間傳動(dòng)軸的位置及轉(zhuǎn)速。由各主軸幾驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速求驅(qū)動(dòng)軸到各主軸之間的傳動(dòng)比主軸 n 8=n9=……=n19=800r/min驅(qū)動(dòng)軸 970r/min470/minor?各主軸總傳動(dòng)比 i =800/970=0.825為使結(jié)構(gòu)緊湊，主軸箱體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)副的最佳傳動(dòng)比為 1～1.5；另外，主軸與驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)向相同時(shí)，經(jīng)過(guò)偶數(shù)個(gè)傳動(dòng)副。3.3.4 擬訂主軸箱傳動(dòng)路線(xiàn)該主軸箱有 7 根主軸，由傳動(dòng)軸 0 傳動(dòng)。具體傳動(dòng)路線(xiàn)見(jiàn)圖 3-2。圖 3-2 傳動(dòng)樹(shù)形圖6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)203.4 各零件的設(shè)計(jì)選用與校核主軸箱零件校核：a）軸承校核：設(shè)計(jì)中所用的所有重要軸承都要經(jīng)過(guò)壽命校核。在滿(mǎn)足尺寸和強(qiáng)度要求的情況下，盡可能地選用國(guó)產(chǎn)軸承。b）軸的校核：設(shè)計(jì)中所用的所有較重要的軸都要經(jīng)過(guò)強(qiáng)度校核和剛度校核。c）齒輪校核：設(shè)計(jì)中所用的所有齒輪都要經(jīng)過(guò)強(qiáng)度校核。d）鍵及花鍵：設(shè)計(jì)中所用的所有較重要的鍵及花鍵都要經(jīng)過(guò)強(qiáng)度校核。e）銷(xiāo)與螺釘：設(shè)計(jì)中所用的所有較重要的銷(xiāo)與螺釘都要經(jīng)過(guò)強(qiáng)度校核。3.4.1 主軸箱中軸的強(qiáng)度校核A.軸系零件的軸向固定為使軸和軸上零件在機(jī)器中有正確的位置，防止軸系軸向竄動(dòng)和正確傳遞軸向力，軸系零件應(yīng)予軸向固定。常見(jiàn)的軸向固定方式有三種：a)兩端單向固定的支承結(jié)構(gòu)；b)一端雙向固定，一端游動(dòng)的支承結(jié)構(gòu)；c)兩端游動(dòng)的支承結(jié)構(gòu)。軸系零件不論采取哪種固定方式，都是根據(jù)具體情況通過(guò)選擇軸承的內(nèi)圈與軸，外圈與軸承座孔的固定方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。軸承內(nèi)外圈的周向固定主要由配合來(lái)保證，軸承內(nèi)圈和軸的軸向固定，其原則及方法與一般軸系的軸向固定方式基本相同，外圈與軸承座孔的軸向固定形式主要是利用軸承蓋、孔用彈性墊圈、套孔的凸肩以及軸承座孔的凸肩。具體選擇時(shí)要考慮軸向載荷的大小，方向，轉(zhuǎn)速高低，軸承的類(lèi)型，支承的固定型式等情況。根據(jù)上面的要求，結(jié)合本設(shè)計(jì)情況，主軸箱內(nèi)的軸系零件的軸向固定方式采用兩端單向固定的支承結(jié)構(gòu)。B.軸的結(jié)構(gòu)軸的結(jié)構(gòu)主要取決于：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上零件的類(lèi)型，尺寸及配置，定位和固定方式；載荷的性質(zhì)，大小，方向及分布情況；軸的加工和裝配工藝性等。由于影響軸結(jié)構(gòu)的因素較多，其結(jié)構(gòu)隨具體條件不同而靈活變化，所以軸一般并無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。但不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)均須滿(mǎn)足：足夠的強(qiáng)度和剛度；軸和裝在軸上的零件應(yīng)有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)該具有良好的制作工藝性。 C. 計(jì)算各軸扭矩，確定各軸直徑 為設(shè)計(jì)計(jì)算方便，將各根軸分別編號(hào)為 0、1、2、3……6。根據(jù)主軸位置和轉(zhuǎn)速要求，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。已知驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為 970r/min，則可通過(guò)各齒輪的嚙合關(guān)系求出各軸的轉(zhuǎn)速:n0=970r/minn1=970*32/45=689.8r/minn2=689.8*45/45=689.8r/minn3=689.8*38/46=569.8r/min21n4=569.8*45/23=1114.9r/minn5=1114.9*40/43=1037.1r/min根據(jù)文獻(xiàn) 第 66 頁(yè)??1(3-4)nUTT???21總 Nm41.910.986323 ????總根據(jù)文獻(xiàn)[2]表 5-10 選 d1=d2=……d7=25mm同樣通過(guò)計(jì)算查表 5-10 選得d0=55mm,d1=50mm,d2=50mm,d3=60mm.d4=60mm,d5=d6=110mmd.軸的校核根據(jù)裝配圖上各軸的受載情況知，軸 0 在所有軸種受到的載荷最大，所以校核軸 0。根據(jù)文獻(xiàn) 公式 7-6 輪齒的受力大小可算得：??82ｘ 9141.41/40=457.07N307.8.5tTFNd???總tg =457.07×tg20°=166.36Nrt?/cos =457.07/cos20°=486.40Nnt?457.07ｘ40/2=9141.4Nmm708.5203782tHFDMN??486.40ｘ40/2=9728N mm14.9.165.nV?166.36ｘ40/2=3327.2Nmm257.8.4.92rFm??6400.8 Nmm126.VVMN?=9362.81 NmmH??Wcac???P1??根據(jù)文獻(xiàn)[8]表 10-5 抗彎截面系數(shù)(3-5)31.0dW?MPaca 47.)3(1.089623?????6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)22根據(jù)文獻(xiàn) 表 10-1 軸的許用彎曲應(yīng)力表可得 45 號(hào)正火鋼的 。??8 1[]5MPa???1[]ca???因此，該軸的強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。3.4.2 主軸箱中齒輪的校核計(jì)算一般只對(duì)主軸箱中承受載荷最大，最薄弱的齒輪進(jìn)行接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算。由于軸 2 上的小齒輪和軸 3 上的大齒輪嚙合，軸 3 上的小齒輪又和軸 4 上的模數(shù)更大的齒輪嚙合，所以軸 2 上的小齒輪承受的扭矩最大，故校核軸 2 與軸 3 上嚙合的模數(shù) m 為 3 的一對(duì)齒輪。(1)齒輪的材料、精度和齒數(shù) 因傳遞功率不大，轉(zhuǎn)速不高，材料按文獻(xiàn)[8]表 7-1 選取，都采用 45 鋼，鍛造毛坯，大齒輪正火處理，小齒輪調(diào)質(zhì)，均用軟齒面。齒輪精度用 8 級(jí)，輪齒表面粗糙度為 =1.6。軟齒面閉式傳動(dòng)，失效形式為點(diǎn)蝕，考慮傳動(dòng)平穩(wěn)性，齒數(shù)宜取多aR些，取 =38， Z2=46。1Z(2)校核計(jì)算(a)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。(b)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 已知 32479.8MNm?4 201453.6i Nm???根據(jù)文獻(xiàn) 圖 7-6 齒面接觸疲勞極限選取材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為??8MPaPaHH60li2lim1??，根據(jù)文獻(xiàn) 圖 7-7 選取的彎曲疲勞極限應(yīng)力為：??MFF1230limli ??，應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 根據(jù)文獻(xiàn) 公式（7-3）計(jì)算??888121 1024.6./09./ 96)3(26???uatn則根據(jù)文獻(xiàn) 圖 7-8 查得接觸疲勞壽命系數(shù) 。??8 2.5NZ，根據(jù)文獻(xiàn) 圖 7-9 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 。1Y，根據(jù)文獻(xiàn) 表 7-2 查得接觸疲勞安全系數(shù) ，彎曲疲勞安全系數(shù)?? minHS?又 試選 。min1.4FS?2.0STY1.3tK?根據(jù)文獻(xiàn)[8]式（7-1） 、 （7-2）求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力：23???? MPaYSPaZSNFTFNH304.1208.3695802minl21il12minl21il1 ???????smdv /.6.31061??sz /23.0/4.2/1 ??根據(jù)文獻(xiàn) 圖 7-10 得 ；??81vK根據(jù)文獻(xiàn) 表 7-3 查得 ；A根據(jù)文獻(xiàn) 表 7-4 查得 ；??.8?取 則 。，1??K1.0.3????V根據(jù)文獻(xiàn) 表 7-6 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) =3mm ；??8m根據(jù)文獻(xiàn) 表 7-5，得彈性影響系數(shù) 。8.9EZMPa又 b=24mm,K=1.1, mm16dz(3-6)???21)(bdKTEH??=2.5×188.9×0.9× 64.1)(253.??=276.1MPa][limH??因此，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。(3)校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度根據(jù)文獻(xiàn) 圖 7-18 查得 ， ，取??814.2FSY?.0FS.7Y??根據(jù)文獻(xiàn) 式（ 7-12）校核大小齒輪的彎曲強(qiáng)度(3-7)MPamZKTFSdF .35.0.22131 ??????][.1MPa??][74.12.432122 FFSF PaY?????6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)24因此，此齒輪適合要求3.4.3 主軸箱中軸承的校核計(jì)算因主軸上的軸承承受的軸向力最大，且承受的扭矩也較大，故校核主軸 1 上的一對(duì)軸承。已知 。2384.aFN?（1）計(jì)算軸承所受徑向力主軸 1 上的受力情況如圖 3-3 所示。圖 3-3 主軸 1 的受力圖根據(jù)文獻(xiàn) 公式 7-6 主軸 1 上輪齒的受力大小可算得??8(3-8)12063.54.tTFNd???tg =354.4×tg20=129N (3-9) rt?根據(jù)力矩平衡關(guān)系可知 NFrr12921??03.7(03.746)rr??經(jīng)計(jì)算得 =39.64N， =89.36N。12r根據(jù)力矩平衡關(guān)系可知 NFtH.521??03.7(03746)t??經(jīng)計(jì)算得 =108.9N， =245.5N12H可得2221108.93.6415.9RrFN????25H?（2）計(jì)算派生軸向力對(duì) 30204 型軸承，根據(jù)文獻(xiàn)[9]表 7-2-79，有 e=0.35，Y=1.7。則(3-10) NYFRS 1.347.2951????25NYFRS 84.76.122????（3）計(jì)算軸承所收的軸向載荷 =76.84Nsa 5.21.3.1??2SF故軸承 1 有被“放松”的趨勢(shì)，軸承 2 有被“壓緊”的趨勢(shì)，于是=2418.5N?2AF1SaFS1=34.1N（4）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷已查得 e=0.35，故eRA??29.015/.34/1F?6282再根據(jù)文獻(xiàn) 表 7-2-79，有 = 1、 =0、 =0.4、 =1.7；又根據(jù)文獻(xiàn)??9XY2X2Y表 11-8 得 =1.2～1.8，取中央值 =1.5。軸承的當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷為??8pf pfNYXPAR 85.739.5.)(111 ?????NFfp 9.632).4126140(222 ???（5）計(jì)算軸承壽命根據(jù)文獻(xiàn) 表 11-6 得 =0.95，根據(jù)文獻(xiàn)[9]表 7-2-79 得 =28200N。又??8tf rCε=10/3。得hPCfnLrth 63/1011 8.9)85.7290(86)(67 ??????frth ).()( 3/1022?故軸承 1 的壽命為 ，軸承 2 的壽命為 。這對(duì)軸承的工作壽命69.810h?9h為 。根據(jù)組合機(jī)床的壽命要求，此對(duì)軸承滿(mǎn)足要求。3903.5 多軸箱坐標(biāo)計(jì)算（1） 選擇加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系 X0Y主軸箱是安裝在動(dòng)力頭上的，坐標(biāo)原點(diǎn)放在靠近主軸箱左側(cè)的定位銷(xiāo)上，如圖3-4 所示：6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)26圖 3-4 基準(zhǔn)坐標(biāo)系定位銷(xiāo)的尺寸是距離主軸箱側(cè)面 E=50mm，距主軸箱底邊 H=30.5mm。下面分別計(jì)算各主軸及傳動(dòng)軸的坐標(biāo)。（2）計(jì)算每根軸的坐標(biāo)主軸 0 的坐標(biāo)已知為 =0mm， =0mm；1X1Y計(jì)算傳動(dòng)軸坐標(biāo)時(shí)，先算出與主軸有直接傳動(dòng)關(guān)系的傳動(dòng)軸坐標(biāo)，然后計(jì)算其它傳動(dòng)軸坐標(biāo)。根據(jù)文獻(xiàn) 第 71 頁(yè)圖 4-25，其計(jì)算方法如下，結(jié)合圖 3-5:??6jiA123B 1JC0ILabc(,)R圖 3-5 主軸和傳動(dòng)軸坐標(biāo)關(guān)系設(shè) ABX??27ABY??則 2L???21IRJI??因?yàn)?00siniaBcL?Ao所以 LBJAIcJI????00231 sincoB????asin還原到 X0Y 坐標(biāo)系中去，則 c 點(diǎn)坐標(biāo)：LAJBIYXA????1各主軸、傳動(dòng)軸及驅(qū)動(dòng)軸的坐標(biāo)如下表所示。表 3-1 各主軸、傳動(dòng)軸及驅(qū)動(dòng)軸的坐標(biāo)坐 標(biāo) X（mm） Y(mm)軸 0 0.000 0.000軸 1 -72.826 -94.838軸 2 -39.046 -230.457軸 3 63.403 -311.204軸 4 0.000 -436.918軸 5 -150.000 -520.790軸 6 150.000 -520.790軸 7 88.000 35.791軸 8 250.000 154.210軸 9 -275.000 -630.7903.6 繪制軸坐標(biāo)檢查圖3.6.1 坐標(biāo)檢查圖的主要內(nèi)容6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)28(1)通過(guò)齒輪嚙合，檢查坐標(biāo)位置是否正確，檢查主軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向；(2)進(jìn)一步檢查各零件間有無(wú)干涉現(xiàn)象；(3)查潤(rùn)滑油泵、分油器等附加機(jī)構(gòu)的位置是否合適。3.6.2 坐標(biāo)檢查圖繪制的順序及要求繪出多軸箱輪廓尺寸和坐標(biāo)系 XOY。按計(jì)算出的坐標(biāo)值繪制各主軸、傳動(dòng)軸軸心位置及及主軸外伸部分直徑，并注明軸號(hào)及主軸、驅(qū)動(dòng)軸、液壓泵軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向等。用點(diǎn)劃線(xiàn)繪制各齒輪的分度圓、注明各齒輪齒數(shù)、模數(shù)、所處排數(shù)及變位齒輪的變位量。為了醒目和易于檢查，可用不同顏色細(xì)線(xiàn)條畫(huà)出 。29四、PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 裝置簡(jiǎn)介參照設(shè)計(jì)圖紙，本組合機(jī)床需要完成鉆削、快進(jìn)、工進(jìn)、快退、液壓?jiǎn)⑼?、冷卻啟停等操作，其中最主要的是滑臺(tái)需要完成如圖 4-1 所示的運(yùn)動(dòng)。圖 4-1 滑臺(tái)需要完成的工作示意圖機(jī)床的控制及工作過(guò)程如下：（1）原始狀態(tài)下，按下液壓?jiǎn)?dòng)按鈕，液壓泵開(kāi)始工作；（2）按下冷卻排屑系統(tǒng)開(kāi)按鈕，冷卻排屑系統(tǒng)啟動(dòng)；（3）按下主軸旋轉(zhuǎn)按鈕，主軸電機(jī)啟動(dòng)；（4）按下快進(jìn)開(kāi)始按鈕，控制滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的電機(jī)啟動(dòng)并加速；（5）滑臺(tái)運(yùn)行壓倒行程開(kāi)關(guān) SQ1，滑臺(tái)開(kāi)始工進(jìn)；（6）滑臺(tái)運(yùn)行壓倒行程開(kāi)關(guān) SQ2，滑臺(tái)開(kāi)始快退；（7）滑臺(tái)運(yùn)行壓倒行程開(kāi)關(guān) SQ3，滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)；（8）按下主軸停止按鈕，主軸停止運(yùn)動(dòng)；該機(jī)床還設(shè)有緊急停止按鈕、主軸與進(jìn)給停止按鈕、點(diǎn)動(dòng)快進(jìn)按鈕、點(diǎn)動(dòng)快退按鈕、進(jìn)給停止按鈕、液壓停止按鈕、冷卻排屑系統(tǒng)停止按鈕，該機(jī)床還配有照明燈及其開(kāi)關(guān)、控制顯示燈等。4.2 輸入/輸出分析（1）輸入信號(hào)為 14 個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)，分別是：主軸旋轉(zhuǎn)、緊急停止、主軸停止、快進(jìn)開(kāi)始、SQ1、SQ2、SQ3、點(diǎn)動(dòng)快進(jìn)、點(diǎn)動(dòng)快退、液壓?jiǎn)?dòng)、進(jìn)給停止、主軸與進(jìn)給停止、冷卻排屑開(kāi)和冷卻排屑關(guān)。（2）輸出信號(hào)為 6 個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)，分別是 KM0、KM1、KM2、KM3、KM4、KM5。4.3 用戶(hù)程序容量估計(jì)分析系統(tǒng)控制要求，控制用的程序估計(jì)較短。