減速箱體側(cè)面鉆孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)-加工8XM8孔的臥式雙面鉆床含7張CAD圖
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減速箱體側(cè)面鉆孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)加工8 X M8孔的臥式雙面鉆床設(shè)計(jì)
目 錄
1 引言 4
1.1 組合機(jī)床的特點(diǎn)和分類 2
1.1.1 組合機(jī)床的特點(diǎn) 2
1.1.2 組合機(jī)床的分類 3
1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 3
2 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 4
2.1 組合機(jī)床方案的分析 4
2.1.1 影響組合機(jī)床方案制定的主要因素 4
2.1.2 制定工藝方案應(yīng)考慮的問題 5
2.1.3 確定機(jī)床配置形式及結(jié)構(gòu)方案應(yīng)考慮的問題 5
2.1.4 分析本次設(shè)計(jì)的要求和零件的特點(diǎn) 5
2.2 選擇切削用量 6
2.2.1 組合機(jī)床切削用量選擇的特點(diǎn) 6
2.2.2 確定切削用量應(yīng)注意的問題 6
2.2.3 組合機(jī)床切削用量選擇方法 7
2.3 確定切削力、切削扭矩、切削工具及刀具耐用度 8
2.4 確定刀具 9
3 組合機(jī)床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—三圖一卡 10
3.1 被加工零件工序圖 10
3.1.1 被加工零件工序圖的作用及內(nèi)容 10
3.1.2 繪制被加工零件工序圖的注意事項(xiàng) 11
3.2 加工示意圖 12
3.2.1 加工示意圖的作用及內(nèi)容 12
3.2.2 初定主軸的類型、尺寸、外伸長度和選擇接桿、浮動(dòng)卡頭 13
3.2.3 由多軸箱的所有刀具主軸中找出影響聯(lián)系尺寸的關(guān)鍵刀具 13
3.2.4 確定動(dòng)力部件的工作循環(huán)及工作行程 14
4 夾具設(shè)計(jì) 21
4.1 機(jī)床夾具的基本組成 21
4.2 機(jī)床夾具的類型 21
4.4 專用夾具設(shè)計(jì)步驟 22
4.5 夾具的具體設(shè)計(jì) 23
5 組合機(jī)床多軸箱設(shè)計(jì) 24
5.1 多軸箱的用途、分類及組成 24
5.2 主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇 24
5.3 主軸直徑和齒輪模數(shù)的選擇 24
5.4 多軸箱的動(dòng)力計(jì)算及動(dòng)力箱的選擇 25
5.5 主軸分布類型 26
5.6 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 26
5.7 多軸箱輪廓尺寸及相關(guān)系數(shù) 28
5.8 強(qiáng)度校核 28
6 組合機(jī)床自動(dòng)線簡介 29
6.2 組合機(jī)床及其自動(dòng)線調(diào)整與維護(hù)的重要意義 29
結(jié)束語 31
致 謝 32
參 考 文 獻(xiàn) 33
1 引言
組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，對一種或若干種工件按預(yù)先確定的工序進(jìn)行加工的機(jī)床。它能夠?qū)ぜM(jìn)行多刀、多軸、多面、多工位同時(shí)加工。在組合機(jī)床上可以完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削以及滾壓等工序，隨著組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展，它能完成的范圍日益擴(kuò)大。在組合機(jī)床自動(dòng)線上可以完成一些非切削工序，例如打印、清洗、熱處理、簡單的裝配、試驗(yàn)和再現(xiàn)自動(dòng)檢查等工序。
組合機(jī)床及其自動(dòng)線所使用的通用
部件是具有特定功能，按標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化原則設(shè)計(jì)、制造的組合機(jī)床基礎(chǔ)部件。每種通用部件有合理的規(guī)格尺寸系列，由適用的技術(shù)參數(shù)和完善的配套關(guān)系。組合機(jī)床設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)機(jī)床性能要求配套液壓、氣壓和電控等系統(tǒng)。
許多大型、形狀復(fù)雜的工件，需要的加工工序很多，不可能在一臺機(jī)床上全部加工完成，這就需要用多臺組合機(jī)床加工，按工序加工順序依次排列，組成組合機(jī)床流水線，在組合機(jī)床流水線的基礎(chǔ)上，發(fā)展成組合機(jī)床自動(dòng)線。
1.1 組合機(jī)床的特點(diǎn)和分類
1.1.1 組合機(jī)床的特點(diǎn)
(1) 組合機(jī)床上的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件約占全部機(jī)床部件的70%～80%，因此設(shè)計(jì)和制造周期短，經(jīng)濟(jì)效益好。
(2) 由于組合機(jī)床多采用多刀加工，機(jī)床自動(dòng)化程度高，因此比通用機(jī)床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動(dòng)強(qiáng)度低。
(3) 組合機(jī)床的通用部件是經(jīng)過周密設(shè)計(jì)和長期生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的，又有專門廠家長期生產(chǎn)，它與一般專用機(jī)床相比，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修方便。
(4) 組合機(jī)床加工工件，由于采用專用夾具、組合刀具和導(dǎo)向裝置等，產(chǎn)品加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術(shù)水平要求不高。
(5) 當(dāng)機(jī)床被加工的產(chǎn)品更新時(shí)，專用機(jī)床的大部分部件要報(bào)廢。組合機(jī)床的通用部件是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，并等效于國家標(biāo)準(zhǔn)，因此其通用部件可以重復(fù)使用，不必另行設(shè)計(jì)和制造。
(6) 組合機(jī)床易于聯(lián)成組合機(jī)床自動(dòng)線，以適應(yīng)大規(guī)模和自動(dòng)化生產(chǎn)需要。
1.1.2 組合機(jī)床的分類
(1) 固定式夾具的單工位組合機(jī)床
(2) 移動(dòng)式夾具（多工位）組合機(jī)床
(3) 轉(zhuǎn)塔多軸箱式組合機(jī)床
1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)
本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題主要培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械制造的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和基本技能，設(shè)計(jì)專用組合機(jī)床，用于減速箱體側(cè)面鉆孔的加工，提高學(xué)生分析與解決工程實(shí)際問題的能力和初步科學(xué)研究的能力。主要設(shè)計(jì)要求有：
(1) 生產(chǎn)綱領(lǐng)：單班制年產(chǎn)10萬臺
(2) 協(xié)助完成機(jī)床總體設(shè)計(jì)
(3) 完成機(jī)床典型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)
2.1 組合機(jī)床方案的分析
組合機(jī)床是針對被加工零件的特點(diǎn)和工藝要求，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)組合機(jī)床前，首先應(yīng)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)床加工以及采用組合機(jī)床加工是否合理的問題。如果確定零件可以利用感組合機(jī)床加工，那么，為使加工過程順利進(jìn)行，并達(dá)到要求的生產(chǎn)率，必須在掌握大量的零件加工加工工藝資料基礎(chǔ)上，通盤考慮影響制定零件工藝方案、機(jī)床配置類型、結(jié)構(gòu)方案的各種因素以及應(yīng)注意的問題。經(jīng)過分析比較，以確定零件在組合機(jī)床上合理可行的加工方案（包括安排工序及工藝流程，確定工序中的工步數(shù)，選擇加工的定位基準(zhǔn)及夾壓方案等）、確定工序（或工步）間加工余量、選擇合適的切削用量、相應(yīng)的刀具結(jié)構(gòu)、確定機(jī)床配置形式等，這些便是組合機(jī)床方案制定的主要內(nèi)容。
2.1.1 影響組合機(jī)床方案制定的主要因素
(1) 被加工零件的加工精度和加工工序
被加工零件需要在組合機(jī)床上完成的加工工序即應(yīng)保證的加工精度，是制定機(jī)床方案的主要依據(jù)。
(2) 被加工零件的特點(diǎn)
被加工零件的特點(diǎn)主要指零件的材料、硬度、加工部位的結(jié)構(gòu)形狀、零件剛度、定位基準(zhǔn)面的特點(diǎn)等他們對機(jī)床工藝方案的制定有著重要的影響。
(3) 被加工零件的生產(chǎn)批量
零件的生產(chǎn)批量是決定采用單工位、多工位或自動(dòng)線，還是按中小批量生產(chǎn)特點(diǎn)設(shè)計(jì)組合機(jī)床的重要因素。有是從工件外行及輪廓尺寸看，本來可以采取單工位固定式家具的機(jī)床配置形式，但由于生產(chǎn)批量極大，就不得不采用多工位幾機(jī)床方案以使裝卸工件時(shí)間與機(jī)動(dòng)時(shí)間重合。
(4) 機(jī)床使用條件
(a) 車間布置情況
(b) 工藝間的聯(lián)系
(c) 使用廠的技術(shù)能力和自然條件
2.1.2 制定工藝方案應(yīng)考慮的問題
(1) 組合機(jī)床常用工藝方法能達(dá)到的精度及表面粗糙度
(2) 確定工藝方案的原則及注意問題
(3) 定位基準(zhǔn)及夾壓點(diǎn)選擇
2.1.3 確定機(jī)床配置形式及結(jié)構(gòu)方案應(yīng)考慮的問題
根據(jù)被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工要求、工藝過程方案及生產(chǎn)率等，可大體確定采取哪種形式的組合機(jī)床。但由于工藝的安排、動(dòng)力部件的不同配置、零件安裝數(shù)目和工位數(shù)多少等不同，而會產(chǎn)生許多配置方案。不同配置方案對機(jī)床的復(fù)雜程度、通用化程度、結(jié)構(gòu)工藝性、加工精度、機(jī)床重新調(diào)整可能性及經(jīng)濟(jì)效果等，具有不同的影響。因此，確定機(jī)床配置形式及結(jié)構(gòu)方案時(shí)，必須考慮下述問題：不同配置形式機(jī)床的特點(diǎn)及適應(yīng)性、不同配置形式機(jī)床的加工精度、選擇多工位組合機(jī)床方案應(yīng)注意的問題等。
2.1.4 分析本次設(shè)計(jì)的要求和零件的特點(diǎn)
本次設(shè)計(jì)需要從減速箱體側(cè)面鉆孔右面同時(shí)鉆8個(gè)直徑的孔直徑M8。
2.2 選擇切削用量
確定了組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容后，就可以著手選擇切削用量。切削用量選擇是否合理，對組合機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)率、刀具耐用度、機(jī)床的布局形式及正常工作均有很大影響。
2.2.1 組合機(jī)床切削用量選擇的特點(diǎn)
(1) 在大多數(shù)情況下，組合機(jī)床為多軸、多刀、多面同時(shí)加工。因此，所選擇切削用量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)比一般萬能機(jī)床單刀加工低30%左右。
(2) 組合機(jī)床多軸箱上所有刀具共用一個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力滑臺。工作時(shí)，要求所有的刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動(dòng)力滑臺的每分鐘進(jìn)給量。這個(gè)每分鐘進(jìn)給量（mm/min)應(yīng)是適合于所有刀具的平均值。因此，同一多軸箱上的刀具主軸可以設(shè)計(jì)成不同不同轉(zhuǎn)速和選擇不同的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r)與其相適應(yīng)，以滿足于不同直徑工件的加工要求。
2.2.2 確定切削用量應(yīng)注意的問題
(1) 盡量做到合理利用所有刀具，充分發(fā)揮其性能。由于連接動(dòng)力部件的多軸箱上同時(shí)工作的刀具種類不同且直徑大小不等，因此，切削用量選擇也各有特點(diǎn)。如鉆孔要求切削速度高而每轉(zhuǎn)進(jìn)給量??；鉸孔卻要求切削速度低而每轉(zhuǎn)進(jìn)給量大；銑端面則是要求切削速度低而每轉(zhuǎn)進(jìn)給量小…而同一多軸箱上的刀具每分鐘進(jìn)給量是相同的，要使每把刀具都能有合適的切削用量是很困難的。一般情況下，可先按各類刀具選擇較合理的主軸轉(zhuǎn)速n(r/mm)和每分鐘進(jìn)給量f(mm/r),然后進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使各個(gè)刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，皆等于動(dòng)力滑臺的每分鐘進(jìn)給量。這樣，各類刀具都不是按最合理的切削用量而是按一個(gè)中間切削用量工作。假如確實(shí)需要，也可按多數(shù)刀具選擇一個(gè)統(tǒng)一的每分鐘進(jìn)給量，對少數(shù)刀具采取附加機(jī)構(gòu)，使之按各自需要的合理的進(jìn)給量工作，一達(dá)到合理使用刀具的目的。
(2) 選擇合理的切削用量時(shí)，應(yīng)注意零件生產(chǎn)批量的影響。生產(chǎn)率要求不高時(shí)就沒有必要將切削用量選的過高，以免降低刀具耐用性。對于要求生產(chǎn)率高的大批量生產(chǎn)用組合機(jī)床，要首先保證那些耐用度低，刃磨困難，造價(jià)高的所謂“限制性”工序刀具的合理切削用量。但須注意不能影響加工精度，也不能使刀具耐用度降低。對于“非限制性”刀具應(yīng)采取不使刀具耐用度降低的某一極限值，這樣可減少切削功率。組合機(jī)床通常要求切削用量的選擇使刀具耐用度不低于一個(gè)工作班，最少不低于4h。
(3) 切削用量的選擇應(yīng)有利于多軸箱的設(shè)計(jì)。若能做到相鄰主軸轉(zhuǎn)速相近、相等，則可使多軸箱傳動(dòng)鏈簡單。刀具帶導(dǎo)向加工，若不便冷卻潤滑，則應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。
(4) 選擇切削用量時(shí)，還必須考慮所選動(dòng)力滑臺的性能。
2.2.3 組合機(jī)床切削用量選擇方法
必須從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)加工精度、工作材料、工作條件、技術(shù)要求等進(jìn)行分析，按照經(jīng)濟(jì)的滿足加工要求的原則，合理的選擇切削用量。一般常用查表法。
因?yàn)榱慵牧蠟殇X合金，所以選擇高速鋼鉆頭刀具鉆孔。
查機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)實(shí)用手冊表15-37得高速鋼鉆鋁合金材料孔時(shí)切削速度為20～50m/min,所以選切削速度V=26.9m/min。根據(jù)要加工的孔的直徑可以確定兩種鉆頭的直徑分別8mm和9mm。根據(jù)V=πDn 式(2.1)
得：nφ8=35r/s=1071r/min,nφ9=40r/s=952r/min。
表2.1 加工鋁及鋁合金的切削用量
加工直徑d(毫米) 切削速度V(米每分)
每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f(毫米每轉(zhuǎn))
純鋁 鋁合金長切屑 鋁合金短切屑
3～8 0.03～0.2 0.05～0.25 0.03～0.1
8～25 20～50 0.06～0.5 0.1～0.60 0.05～0.15
25～30 0.15～0.8 0.2～1.0 0.08～0.36
按機(jī)床說明書（見《工藝手冊》表4.2-18），與1071r/min和952r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為850r/min和1100r/min?，F(xiàn)選取n=1100r/min,如果選n=850r/min則速度損失太大。
所以實(shí)際切削速度Vφ8=27.6m/min，Vφ9=31.09m/min
根據(jù)已知條件得初鉆孔加工的相關(guān)參數(shù)如下:
表2.2 孔加工的相關(guān)參數(shù)
螺孔 φ8孔 φ9孔
加工深度(mm) 19 22
進(jìn)給量(mm/r) 0.25 0.25
轉(zhuǎn)速(r/min) 1071 952
切削速度(m/min) 27.6 31.09
2.3 確定切削力、切削扭矩、切削工具及刀具耐用度
根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度及進(jìn)給量），確定切削力，作為選擇動(dòng)力部件及夾具設(shè)計(jì)的依據(jù)；確定切削扭矩用以確定主軸及其他傳動(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)電機(jī)（一般指動(dòng)力箱電機(jī)）功率；確定刀具耐用度，用以驗(yàn)證所選刀具是否合格。
查工藝手冊高速鋼鉆頭切削鋁表得：Mφ8=1.57N.m Fφ8=392N
Mφ9=1.98N.M Fφ9=439N
Qφ8=4Fφ8.V=0.722kw
Qφ9=4Fφ9.V=0.914kw
當(dāng)確定了切削轉(zhuǎn)矩M以后，便可根據(jù)扭轉(zhuǎn)剛度處定出主軸及傳動(dòng)軸直徑，計(jì)算公式為： d≥BM1/4(cm) 式(2.2)
式中：M—切削轉(zhuǎn)矩（N.cm)
B—系數(shù)，根據(jù)主軸或傳動(dòng)軸在1cm長度上允許最大扭轉(zhuǎn)角,當(dāng)材料的彈性剪切模量G=8.1*104Mpa,剛性主軸[ζ]=0.25度每米,B=2.316；非剛性主軸[ζ]=0.5度每米，B=1.948；傳動(dòng)軸[ζ]=1度每米，B=1.638。
通常,主軸允許最大扭轉(zhuǎn)角為0.5度每米,則B=1.948,傳動(dòng)軸允許最大扭轉(zhuǎn)角可按1度每米選擇，則B=1.638。
dφ8=10.310mm, 由《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表4-7得取主軸最小值20mm；
dφ9=10.926mm，由《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表4-7得取主軸最小值20mm；
由各軸所承受的轉(zhuǎn)矩首先可確定動(dòng)力箱中所有個(gè)軸直徑都為20mm，又因?yàn)殂@四個(gè)Qφ8孔的配對齒輪中心距太小，為了保證輪齒強(qiáng)度，著兩根驅(qū)動(dòng)軸的直徑取15mm。
d=20mm的主軸外伸長度為115mm,內(nèi)徑為20mm，內(nèi)孔長度為77mm；
d=15mm的主軸外伸長度為85mm,內(nèi)徑為16mm，內(nèi)孔長度為74mm。
當(dāng)確定單軸切削功率后，再求出多軸加工的總切削功率N總=N1+N2+…Ni,然后考慮效率，作為選擇主傳動(dòng)用動(dòng)力箱電機(jī)的依據(jù)。
當(dāng)確定了刀具耐用度T后，可據(jù)此檢驗(yàn)切削用量的選擇是否合理。
2.4 確定刀具
根據(jù)工藝要求及加工精度的不同，組合機(jī)床采用的刀具有:簡單刀具（標(biāo)準(zhǔn)刀具）、復(fù)合刀具及特種刀具。選擇刀具結(jié)構(gòu)應(yīng)注意下述主要問題：
(1) 條件允許，為使工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、刃磨容易，應(yīng)盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)刀具或簡單刀具。
(2) 選擇刀具結(jié)構(gòu)時(shí)還需要認(rèn)真分析被加工零件的特點(diǎn)。如加工硬度較高的鑄鐵或鋼件時(shí)，為提高刀具耐用度，減少換刀時(shí)間以采用多刃絞刀或多刃鏜刀頭加工，以及解決斷屑及排屑問題。
(3) 在組合機(jī)床上，為了某種特殊的目的，需選用或設(shè)計(jì)特殊刀具的，可草靠組合機(jī)床設(shè)計(jì)的有關(guān)資料。
參考資料后，我選擇的刀具為高速鋼鉆頭刀具。
查《工藝手冊》表12-27得φ8和φ9鉆孔刀具的耐用度都為2100min。經(jīng)對照，所選刀具符合要求。
3 組合機(jī)床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—三圖一卡
總體方案的圖紙表達(dá)形成—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、聯(lián)系尺寸圖，編制生產(chǎn)率計(jì)算卡。
3.1 被加工零件工序圖
3.1.1 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)床或自動(dòng)線完成的工藝內(nèi)容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求、加工用定位基準(zhǔn)、夾壓部位及被加工的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情況的圖紙。它不能用用戶提供的產(chǎn)品圖紙代替，而需在原零件圖基礎(chǔ)上，突出本機(jī)床及自動(dòng)線的加工內(nèi)容，加上必要的說明而繪制的。它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也使建造、使用、驗(yàn)證和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)文件。圖上應(yīng)表示出：
(1) 被加工零件的形狀和輪廓尺寸及預(yù)備機(jī)床設(shè)計(jì)有關(guān)的部位的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸。尤其是當(dāng)需要設(shè)置中間導(dǎo)向套時(shí)，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。以便依次進(jìn)行夾具的定位、支承、限位、夾緊、導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)。
(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、重量及加工部位余量等。
3.1.2 繪制被加工零件工序圖的注意事項(xiàng)
(1) 為了使加工零件工序圖清晰明了，一定要突出該機(jī)床的加工內(nèi)容。繪制時(shí)應(yīng)按一定比例；選擇足夠視圖及剖視，突出加工部位（用粗實(shí)線），并把零件輪廓及機(jī)床、夾具設(shè)計(jì)有關(guān)的部位（用細(xì)實(shí)線）表示清楚。
(2) 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(shí)因所選擇定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，則需對加工部位要求的位置精度進(jìn)行分析換算。此外，應(yīng)將零件圖上不對稱位置尺寸公差換成對稱位置尺寸公差,其公差數(shù)值的決定要考慮兩個(gè)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(jī)床能夠加工出來。
(3) 應(yīng)注明零件加工對機(jī)床提出的某些特殊要求。如對多層壁同軸線等直徑孔加工，若要求空表面不留退刀痕跡，則圖紙上應(yīng)注明要求“機(jī)床主軸定位，工件（夾具）讓刀”。
3.2 加工示意圖
3.2.1 加工示意圖的作用及內(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(jī)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(jī)床各部件間的關(guān)系，機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等。因此，加工示意圖是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要圖紙之一，在總體設(shè)計(jì)中占重要地位。它 是刀具、夾具、輔具、多軸箱、液壓電器裝置設(shè)計(jì)及通用部件選擇的主要原始資料，也是整臺組合機(jī)床布局和性能的原始要求，同時(shí)還是調(diào)整機(jī)床、刀具及試車的依據(jù)。其內(nèi)容為：
(1) 應(yīng)反映機(jī)床的加工方法、加工條件及加工過程。
(2) 應(yīng)根據(jù)加工部位特點(diǎn)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），包括鏜削加工時(shí)鏜桿的直徑和長度。
(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)或設(shè)計(jì)專用的接桿、浮動(dòng)卡頭、導(dǎo)向裝置、靠模裝置、刀桿托架等，并決定他們的結(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(jī)床要求的生產(chǎn)率及刀具、材料特點(diǎn)等，合理確定并標(biāo)注各主軸的切削用量。
(7) 決定機(jī)床動(dòng)力部件的工作循環(huán)及工作行程。
3.2.2 初定主軸的類型、尺寸、外伸長度和選擇接桿、浮動(dòng)卡頭
主軸類型主要取決于進(jìn)給抗力和主軸—刀具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的需要。主軸尺寸規(guī)格應(yīng)根據(jù)選定的切削用量計(jì)算出切削扭矩M，查表出定主軸直徑，在綜合考慮加工精度和具體工作條件，查表決定主軸外伸部分尺寸（直徑d1,長度L）及配套的刀具接桿莫氏錐號等。
除剛性主軸外，組合機(jī)床主軸與刀具之間常用兩種連接。一是接桿連接，也稱剛性連接，用于單導(dǎo)向進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸孔及倒角加工。二是浮動(dòng)卡頭連接，也稱浮動(dòng)連接，用于長導(dǎo)向、雙導(dǎo)向和多導(dǎo)向進(jìn)行鏜、擴(kuò)、鉸孔，以及減少主軸位置誤差及主軸徑向跳動(dòng)對加工精度的影響，避免主軸與夾具導(dǎo)向不同軸而產(chǎn)生“別勁”現(xiàn)象。通用的標(biāo)準(zhǔn)浮動(dòng)卡頭有小浮動(dòng)量和大浮動(dòng)量兩種，繪制加工示意圖時(shí)，可根據(jù)有關(guān)的組合機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)選擇。
3.2.3 由多軸箱的所有刀具主軸中找出影響聯(lián)系尺寸的關(guān)鍵刀具
從保證加工終了時(shí)多軸箱端面到工件端面間距離尺寸最小來去確定全部刀具、接桿（卡頭）、導(dǎo)向、刀具托架及工件之間的聯(lián)系尺寸。其中需標(biāo)注主軸端部外徑和內(nèi)孔徑（D/d1)、外伸長度，刀具各段直徑及長度，導(dǎo)向的直徑、長度、配合，工件至夾具間需標(biāo)注共距導(dǎo)套端面的距離。還需標(biāo)注托架與夾具之間的尺寸、工件本身及加工部位的尺寸和精度等。
應(yīng)當(dāng)指出，多軸箱端面與工件端面的距離是加工示意圖上最重要的聯(lián)系尺寸。為了縮短刀具懸伸長度與工作行程長度，要求這一距離尺寸越小越好。它取決于兩個(gè)方面，一是多軸箱上的刀具、接桿（卡頭）、主軸等由于結(jié)構(gòu)和相互連接所需要的最小軸向尺寸，如采用麻花鉆、擴(kuò)孔鉆時(shí)，刀具長度要考慮其螺旋槽尾部離開導(dǎo)套有一段距離，以便排屑和刀具刃磨后有向前調(diào)整的可能。接桿長度的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，各規(guī)格均有可選的范圍，設(shè)計(jì)時(shí)通常先按最小長度選取。二是機(jī)床總布局所要求的聯(lián)系尺寸，這兩個(gè)方面是互相制約的。
3.2.4 確定動(dòng)力部件的工作循環(huán)及工作行程
動(dòng)力部件的工作循環(huán)是指：加工時(shí)動(dòng)力部件從原始位置開始運(yùn)動(dòng)到加工終了位置又返回到原始位置的動(dòng)作過程。一般包括快進(jìn)、工作進(jìn)給、快速退回等動(dòng)作。有時(shí)還有中間停止、多次往復(fù)進(jìn)給、跳躍進(jìn)給、死擋帖停留等特殊要求，這是根據(jù)具體的加工工藝需要確定的。
工作行程長度的確定：
(1) 工作進(jìn)給長度L1應(yīng)等于工件加工部位長度L與刀具切入長度L1和切出長度L2之和，如圖3.2所示:
圖3.2 工作進(jìn)給長度
切入長度L1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(shí)取大值。切出長度L2，在采取一般刀具時(shí)可參考下表
表3.1 切出長度L2的確定
工序名稱 切出長度L2
鉆孔 1/3d+(3～8)
擴(kuò)孔 10～15
鉸孔 10～15
鏜孔 5～10
攻絲 5+L錐
(2) 快速退回長度等于快速引進(jìn)與工件進(jìn)給長度之和。快速引進(jìn)是指動(dòng)力部件把動(dòng)力箱連同刀具從原始位置送到工件進(jìn)給開始位置，其長度按加工具體情況確定。
(3) 動(dòng)力部件總行程長度應(yīng)保證要求的工作循環(huán)工作行程外，還要考慮裝卸和調(diào)整刀具方便，即考慮前后備量。
表3.2 動(dòng)力部件行程
孔 φ8孔 Φ9孔
前備量(mm) 8 8
后備量(mm) 0 9
工作行程(mm) 19 22
總行程(mm) 27 39
根據(jù)上述的分析和計(jì)算得到的有關(guān)數(shù)據(jù)，畫出加工示意圖3.5：
圖3.5 加工刀具圖
3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
3.3.1 聯(lián)系尺寸圖的作用及內(nèi)容
一般來說，組合機(jī)床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用的部件—?jiǎng)恿_、動(dòng)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—多軸箱、刀、輔助系統(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(jī)床各組成部件的相互裝配聯(lián)系的運(yùn)用關(guān)系，以及檢驗(yàn)機(jī)床各部件相對位置及尺寸聯(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)一步開展多軸箱、夾具等專用部件、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化的機(jī)床總圖，它表示機(jī)床的配置形式及總體布局。
聯(lián)系尺寸圖的主要內(nèi)容如下：
(1) 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(jī)床各主要組成部件的外行輪廓及相關(guān)位置，表明機(jī)床的配置形式及總體布局、主視圖的選擇應(yīng)與機(jī)床實(shí)際加工狀態(tài)一致。
(2) 圖上應(yīng)盡量減少不必要的線條。但反映各部件的聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運(yùn)動(dòng)部位的極限位置及行程的尺寸，必須完整齊全。至于各部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)不必畫出，留在具體設(shè)計(jì)部件時(shí)完成。
(3) 為了方便開展部件設(shè)計(jì)，聯(lián)系尺寸圖上應(yīng)注明通用部件的規(guī)格代號，電動(dòng)機(jī)類型、功率及轉(zhuǎn)速，并標(biāo)明機(jī)床部件的分組情況及總行程。
3.3.2 選擇動(dòng)力部件
組合機(jī)床動(dòng)力部件是配置組合機(jī)床的基礎(chǔ)。它主要包括用以實(shí)現(xiàn)刀具主軸旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力箱、各種工藝切削用頭及實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力滑臺。
根據(jù)切削用量計(jì)算出切削功率在考慮傳動(dòng)效率或空載功率損耗，附加功率損耗，作為動(dòng)力箱型號規(guī)格的依據(jù)。初選TD25B
滑臺的選用
液壓動(dòng)力滑臺型號為HY40A，查表得滑臺長800mm,臺面寬度為400mm,行程400mm,滑座長度1240mm,本次設(shè)計(jì)兩個(gè)方向的行程分別為27mm和39mm,所以選用型號是符合的。
3.3.3 選擇通用部件配套
滑臺側(cè)底座選用型號1CC25,其長度為890mm,寬度為450mm,高度為560mm,滑座與側(cè)底座之間有5mm間隙。
立柱選用CL32型，高度為2000mm；立柱側(cè)底座型號為CD25，長800mm，寬500mm，高560mm。
中間底座高560mm，寬1390mm。
機(jī)床裝料高度1060mm（國際標(biāo)準(zhǔn)ISO），夾具底座高500mm。
3.3.4 聯(lián)系尺寸圖的畫法與步驟
(1) 畫主視圖 主視圖的圖形布局一致，并應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)谋壤?
先用雙點(diǎn)劃線或細(xì)實(shí)線畫出被加工零件的長*寬輪廓，以工件兩端面及工件最低孔中心線O1—O1分別為長度與高度方向上的基準(zhǔn)，根據(jù)已確定的機(jī)床各組成部件輪廓尺寸及主要相關(guān)尺寸按順序進(jìn)行畫圖。
以一機(jī)床左面為例，以工件左端面為基準(zhǔn)，根據(jù)前面已經(jīng)確定的工件端面到多軸箱前端面的最小距離為325mm,確定機(jī)床左面多軸箱前端面的軸向位置。再根據(jù)多軸箱最低主軸高度位置尺寸100mm及多軸箱輪廓尺寸畫出多軸箱外廓。多軸箱以其后蓋與動(dòng)力箱定位連接，根據(jù)已選擇的TD25B型動(dòng)力箱的安裝連接尺寸畫出動(dòng)力箱輪廓。動(dòng)力箱以其底面與動(dòng)力滑臺定位連接，在機(jī)床長度方向上，通常動(dòng)力箱后端面應(yīng)與滑臺后端面到滑臺前端面的距離決定。
為了便于機(jī)床的調(diào)整和維修，滑座與側(cè)底座之間須加5mm厚的調(diào)整墊。而滑座與側(cè)底座在機(jī)床長度方向上的相對位置由滑座前端面到側(cè)底座前端面的距離決定。
(2) 畫左視圖 重點(diǎn)在于表示清楚組合機(jī)床各部件在寬度方向上的輪廓尺寸及相關(guān)位置，配合主視圖完成聯(lián)系尺寸圖所要求表達(dá)的內(nèi)容。
(3) 應(yīng)注明工件、夾具、動(dòng)力部件、中間底座對稱中心線間的位置關(guān)系。特別是當(dāng)工件加工部位對工作中心不對稱和有某些具體條件時(shí)，動(dòng)力部件相對夾具，夾具相對中間底座也就不對稱，此時(shí)應(yīng)表明它們相互間偏置的尺寸。
(4) 應(yīng)標(biāo)注電機(jī)的型號、功率、轉(zhuǎn)速及所選標(biāo)準(zhǔn)通用部件的型號規(guī)格和主要輪廓尺寸，并對組合機(jī)床的所有部件進(jìn)行分組編號，作為部件和零件設(shè)計(jì)的原始依據(jù)。
機(jī)床聯(lián)系尺寸圖如圖3.6所示：
(a) A向旋轉(zhuǎn)視圖 (b) 主視圖
圖3.6 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
3.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡
根據(jù)選定的機(jī)床工作循環(huán)所要求的工作行程長度、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)作所需的時(shí)間、切削用量、機(jī)床生產(chǎn)率及機(jī)床負(fù)荷率等。
3.4.1 理想生產(chǎn)率Q1
指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)A（包括備品及廢品率在內(nèi)）所要求的機(jī)床生產(chǎn)率。它與全年總數(shù)K有關(guān)，一般情況下，單班制生產(chǎn)K取2350h,兩班制生產(chǎn)K取4600h,則
Q1=A/K （件每小時(shí)) 式(3.1)
本次實(shí)際中K=2350h,生產(chǎn)綱領(lǐng)10萬臺。
所以Q=42.553 （件每小時(shí))
3.4.2 實(shí)際生產(chǎn)率Q
指所設(shè)計(jì)機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可以生產(chǎn)的零件數(shù)量。
Q=60/T單（件每小時(shí)) 式(3.2)
式中：T單—生產(chǎn)一個(gè)零件所需要的時(shí)間（min),它可以根據(jù)下式計(jì)算：
T單=T切+T輔=(L1/Vf1+L2/Vf2+t停)+L快進(jìn)+L快退/Vfk+t移+t裝卸(min) 式(3.3)
式中：L1，L2—分別為刀具的第I、第II工作進(jìn)給行程長度(mm)；
Vf1,vf2—分別為刀具的第I、第II工作進(jìn)給量(mm/min)；
t停—當(dāng)加工沉孔、止口、倒角、光整表面時(shí)，動(dòng)力滑臺在死擋鐵上停留的時(shí)間，通常指刀具在加工終了時(shí)無進(jìn)給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)5r～10r所需時(shí)間(min)；
L快進(jìn)+L快退—分別為動(dòng)力部件快進(jìn)、快退行程長度(mm)；
Vfk—?jiǎng)恿Σ考焖傩谐趟俣取２捎脵C(jī)械動(dòng)力部件取6m/min～8m/min；液壓動(dòng)力部件取4m/min～12m/min；
t移—直線移動(dòng)或回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行一次工位轉(zhuǎn)移的時(shí)間，一般可取0.1min；
t裝卸—工件裝卸（包括定位、夾壓以及清除鐵屑等）時(shí)間，它取決于工作重量大小、裝卸是否方便及工人的熟練的程度。根據(jù)各類組合機(jī)床的統(tǒng)計(jì)，一般取0.5min～1.5min。
根據(jù)計(jì)算T=1.187min,所以得到Q=50.55（件每小時(shí))，Q＞Q1，所以符合條件。
3.4.3 機(jī)械負(fù)荷率η負(fù)
當(dāng)Q＞Q1時(shí)，計(jì)算二者的比值即為負(fù)荷率
η負(fù)=Q1/Q=42.553/50.547=84.19% 式(3.4)
表3.3 組合機(jī)床允許最大負(fù)荷率
機(jī)床復(fù)雜程度 主軸數(shù) 負(fù)荷率η負(fù)
單面或雙面 15 ≈0.90
16～40 0.90～0.86
41～80 0.86～0.80
三面或四面 15 ≈0.86
16～40 0.86～0.80
41～80 0.80～0.75
根據(jù)組合機(jī)床的使用經(jīng)驗(yàn)，適宜的機(jī)床負(fù)荷率為η負(fù)=0.75～0.90，設(shè)計(jì)時(shí)可按機(jī)床復(fù)雜程度參照上表確定。故所得機(jī)床負(fù)荷率合理。
3.4.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡
它是按一定規(guī)格要求編制的反映零件在機(jī)床上的加工過程、工作時(shí)間、機(jī)床生產(chǎn)率、機(jī)床負(fù)荷率的簡明表格。
4 夾具設(shè)計(jì)
夾具是機(jī)床和工件之間的聯(lián)結(jié)裝置，可以使工件相對于機(jī)床或刀具獲得正確位置。機(jī)床夾具的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度，所以機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是裝備設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的工作，是加工過程中最活躍的因素之一。
4.1 機(jī)床夾具的基本組成
組合機(jī)床夾具的組成：
(1) 定位元件及定位裝置
(2) 夾緊元件及夾緊裝置
(3) 導(dǎo)向元件
(4) 對刀元件及定向元件
(5) 夾具體
(6) 其他元件及裝置
4.2 機(jī)床夾具的類型
4.2.1 按夾具的通用特性分
(1) 通用夾具
一般不需要調(diào)整就可以適用于相當(dāng)廣泛的一類工件的加工，稱為通用夾具。例如車床上的卡盤，銑床上的平口鉗等。它們不僅廣泛應(yīng)用于單件小批量生產(chǎn)中，在大批量生產(chǎn)中也常采用。
(2) 專用夾具
這類夾具是指專為某個(gè)零件的某一道工序?qū)ｉT設(shè)計(jì)的。專用夾具的設(shè)計(jì)和制造，
工作量大，而且它的結(jié)構(gòu)隨著產(chǎn)品的更新而更新，因此，是一項(xiàng)周期長、投資較大的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。
(3) 可調(diào)夾具
可調(diào)夾具是指通過調(diào)節(jié)或更換裝在通用夾具基礎(chǔ)件上的某些可調(diào)或可換元件，達(dá)到能適應(yīng)加工若干不同種類工件的一類夾具。在中小批量生產(chǎn)中，使用可調(diào)夾具往往會獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。
(4) 成組夾具
成組夾具是根據(jù)成組加工工藝的原則，針對一組形狀相近、工藝相似的零件而設(shè)計(jì)。也是具有通用基礎(chǔ)件和可更換調(diào)整元件組成的夾具。
(5) 組合夾具
這類夾具是由預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件和部件，按照工序加工的要求組合裝配起來的。使用完成可拆卸存放，其元件和部件可以重復(fù)使用。適用于新產(chǎn)品試制或小批量生產(chǎn)。但尺寸過小或過大的工件還沒有相應(yīng)的組合夾具標(biāo)準(zhǔn)件。位置精度要求過高的工作也不宜采用組合夾具。
(6) 隨行夾具
這是一類在自動(dòng)線和柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。它既要完成工件的定位和夾緊，又要作為運(yùn)載工具將工件在機(jī)床間進(jìn)行輸送，輸送到下一道工序的機(jī)床后，隨行夾具應(yīng)在機(jī)床上準(zhǔn)確地定位和可靠地夾緊。
4.2.2 按所使用的機(jī)床劃分
機(jī)床夾具也可按使用的機(jī)床來劃分。如車床夾具、銑床夾具、鏜床夾具、磨床夾具和鉆床夾具等。
4.3 工件的定位
在制定工件的工藝規(guī)程時(shí)，已經(jīng)初步考慮了加工工藝基準(zhǔn)問題，有時(shí)還繪制了工序簡圖。設(shè)計(jì)夾具時(shí)原則上應(yīng)該選擇該工藝基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)。無論是工藝基準(zhǔn)還是定位基準(zhǔn)，均符合六點(diǎn)定位原理。
六點(diǎn)定位原理是采用六個(gè)按一定規(guī)則布置的約束點(diǎn)，限制工件的六個(gè)自由度，使工件實(shí)現(xiàn)完全定位。每個(gè)點(diǎn)都必須起到限制一個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度的作用，而絕不能用一個(gè)以上的點(diǎn)來限制同一個(gè)自由度。因此，這六個(gè)點(diǎn)絕不能任意布置。
在加工中，有時(shí)為了使定位元件幫助承受切削力、加勁力，為了保證一批工件進(jìn)給長度一致，減少機(jī)床的調(diào)整和操作，常常會對無位置尺寸要求的自由度也加以限制，只要這種定位方案符合六點(diǎn)定位原理，是允許的，有時(shí)也是必要的。
4.4 專用夾具設(shè)計(jì)步驟
4.4.1 明確設(shè)計(jì)任務(wù)與搜集設(shè)計(jì)資料
4.4.2 擬訂夾具總體方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖
(1) 確定工件的定位方案，計(jì)算定位誤差。
(2) 確定刀具的對刀或?qū)蚍绞健?
(3) 確定夾具的夾緊方案，計(jì)算夾緊力。
(4) 確定夾具其他部分的結(jié)構(gòu)方案。
(5) 確定夾具體結(jié)構(gòu)形式和夾具的總體結(jié)構(gòu)。
根據(jù)夾具設(shè)計(jì)原理，進(jìn)行各部分和總體的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，最后繪出夾具結(jié)構(gòu)草圖。為了便于分析比較，應(yīng)多考慮幾個(gè)總體結(jié)構(gòu)方案，分別繪出結(jié)構(gòu)草圖，從中選擇最佳方案。
4.4.3 繪制夾具零件圖
4.5 夾具的具體設(shè)計(jì)
設(shè)定本次課題夾具的鉆模板厚度為30mm，裝料高度為1060mm。本課題工件定位采用一面兩銷定位，限制6個(gè)自由度。右箱體的左側(cè)面已經(jīng)經(jīng)過銑床加工，可作為基準(zhǔn)面，限制3個(gè)自由度，其作用是使工件減少平面度引起的誤差，方便清理切削，其他自由度由圓柱銷（限制2個(gè)自由度）和菱形銷（限制1個(gè)自由度）。菱形銷是為了補(bǔ)償工進(jìn)的定位基準(zhǔn)與夾具定位元件之間的實(shí)際尺寸誤差，消除過定位而采用的，其短銷只能限制一個(gè)自由度。
5 組合機(jī)床多軸箱設(shè)計(jì)
5.1 多軸箱的用途、分類及組成
5.1.1 組合機(jī)床多軸箱的用途及分類
多軸箱是組合機(jī)床的重要部件之一，按專用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，由通用零件組成。其主要作用是，根據(jù)被加工零件的加工要求，安排各主軸位置，并將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)由電機(jī)或動(dòng)力部件船給各個(gè)主軸，使之得到要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。
5.1.2 多軸箱的組成
通用多軸箱主要由箱體、主軸、傳動(dòng)軸、齒輪、軸套的零件和通用（專用）的附加機(jī)構(gòu)組成。
5.2 主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇
主軸結(jié)構(gòu)形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。軸承形式是主軸部件結(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，而用向心推力軸承承受徑向力。又因鉆削時(shí)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，軸向切削力小，但不能忽略。有時(shí)由于工藝要求，主軸進(jìn)退都要切削，兩個(gè)方向都有切削力，一般選用前后支撐均為圓錐滾子軸承的主軸結(jié)構(gòu)。這種軸承可承受較大的軸向力和徑向力，且結(jié)構(gòu)簡單，軸承個(gè)數(shù)少，裝配調(diào)整很方便，廣泛用于擴(kuò)孔、鏜孔、鉸孔等加工，上述兩種主軸結(jié)構(gòu)的徑向尺寸較大，如主軸孔間距較小，只好用滾針軸承和推力球軸承組成前后支承，此種結(jié)構(gòu)無論架構(gòu)剛度、軸承本身精度和裝配工藝性都較差，除非必要，一般最好不選用。主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇，除了軸承外，還應(yīng)考慮軸頭結(jié)構(gòu)。故本次設(shè)計(jì)采用了深溝球軸承和推力軸承。
5.3 主軸直徑和齒輪模數(shù)的選擇
初定主軸直徑一般在編制“三圖一卡”時(shí)進(jìn)行的。初選模數(shù)可由下式估算，再通過類比確定：
m≥(30～32)(p/z*n)1/3(mm) 式(5.1)
式中：P—齒輪傳遞功率（KW）
Z—一對齒輪中小齒輪的齒數(shù)
N—小齒數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)（r/mm)
目前大型組合機(jī)床通用多軸箱中常用的齒輪模數(shù)有2、2.5、3、3.5、4等幾種，為了方便組織生產(chǎn)，在同一多軸箱中齒輪模數(shù)最好不多于兩種。
本次設(shè)計(jì)我取m=2和2.5
5.4 多軸箱的動(dòng)力計(jì)算及動(dòng)力箱的選擇
多軸箱所需的功率，應(yīng)等于切削功率、空載消耗功率及負(fù)載成正比的附加功率之和，即：
P主=P切+P空+P附 式(5.2)
式中：P主—多軸箱總功率
P切—各主軸切削功率的總和
P空—各軸空載消耗功率的總和
P附—各軸附加功率的總和
上式中P切已在切削用量計(jì)算中的到P切= 1.635kw，P空和P附的計(jì)算都須在傳動(dòng)結(jié)構(gòu)確定以后才能進(jìn)行。
傳動(dòng)系統(tǒng)確定前可按下式初步估算多軸箱所需功率P主
P主=P切/η 式(5.3)
式中：P切—各主軸切削功率的總和
Η—組合機(jī)床多軸箱傳動(dòng)效率
加工黑色金屬時(shí)取η=0.8～0.9；加工有色金屬時(shí)取η=0.7～0.8。當(dāng)主軸軸數(shù)多，傳動(dòng)復(fù)雜時(shí)取小值，反之取大值。
本次設(shè)計(jì)中取η=0.87，所以P主=P切/η= 1.88kw
根據(jù)上面的計(jì)算得到多軸箱功率選擇電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力箱。查表得選擇動(dòng)力箱型號為TD20B型,電動(dòng)機(jī)功率為2.2kw，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1420轉(zhuǎn)每分,驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為785轉(zhuǎn)每分，驅(qū)動(dòng)軸直徑為30mm，驅(qū)動(dòng)軸外伸長為45mm，驅(qū)動(dòng)軸高度為100mm，動(dòng)力箱名義尺寸為250mm，長度尺寸為320mm，高度為325mm，寬度為320mm，電動(dòng)機(jī)型號為Y100L1—4。
5.5 主軸分布類型
組合機(jī)床加工的零件是多種多樣的，結(jié)構(gòu)也各不相同，但零件上孔的分布大體可歸納為幾種類型。所以，多軸箱中主軸的分布也可分為下列幾種類：
(1) 圓分布
(2) 直線分布
(3) 任意分布
在設(shè)計(jì)中盡可能使之形成同心圓分布，用同一根中間傳動(dòng)軸帶多根主軸。
5.6 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
多軸箱的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就是通過一定的傳動(dòng)鏈把動(dòng)力箱輸出軸（亦稱多軸箱驅(qū)動(dòng)軸）傳進(jìn)來的動(dòng)力和轉(zhuǎn)速按要求分配到各主軸。傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，將直接影響多軸箱的質(zhì)量、通用化強(qiáng)度、設(shè)計(jì)和制造工作量的大小以及成本的高低。
設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)在保證主軸強(qiáng)度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的前提下，力求使主要傳動(dòng)件（主軸、傳動(dòng)軸、齒輪等）的規(guī)格少，數(shù)量少，體積??；因此，在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，要注意下面幾點(diǎn)：
(1) 盡量用一根中間傳動(dòng)軸帶動(dòng)多根主軸。當(dāng)齒輪嚙合中心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可用變位齒輪或略變傳動(dòng)比的方法解決，
(2) 一般情況下，盡量不采用主軸帶動(dòng)主軸的方案，因?yàn)檫@會增加主動(dòng)主軸的負(fù)荷。如遇到主軸分布密集而切削負(fù)荷又不大時(shí)，為了減少中間軸，也可用一根主軸帶動(dòng)1-2根或更多主軸的傳動(dòng)方案。
(3) 為使結(jié)構(gòu)緊湊，多軸箱體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)副的最佳傳動(dòng)比為1～1.5，在多軸箱后蓋內(nèi)的第四排（或第五排）齒輪，根據(jù)需要，其傳動(dòng)比可以大一些，但一般不超過3～3.5。
(4) 根據(jù)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩成反比的道理，一般情況下如驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速較高時(shí)，可采用逐步降速齒輪；如驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速較低時(shí)，可使速度升高一點(diǎn)再降速；這樣可使傳動(dòng)鏈前面幾根軸、齒輪等在高轉(zhuǎn)速下工作，結(jié)構(gòu)可小些。組合機(jī)床多軸箱的傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)與普通機(jī)床差異較大，其一是由于傳動(dòng)鏈較短，難分前后；另外，經(jīng)常是以中間傳動(dòng)軸帶多根主軸。所以，合理安排結(jié)構(gòu)往往成為設(shè)計(jì)的主要矛盾。如為了使主軸上的齒輪不過大，最后一級經(jīng)常使用伸速傳動(dòng)。
(5) 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。
(6) 齒輪排數(shù)可這樣安排：不同軸上齒輪不相碰，可放在箱體內(nèi)同一排上；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；齒輪與軸相碰，可放在后蓋內(nèi)。
根據(jù)已知條件，驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n驅(qū)=785r/min,所以i總=0.553，下面舉例說明計(jì)算過程：
i1=0.87,取m=2.5和2,選小齒輪齒數(shù)z1=33
所以z2=z1/i1=38
根據(jù)分度圓直徑計(jì)算公式：d=mz
所以d1=82.5mm,d2=95mm
根據(jù)中心距公式a=m(z1+z2)/2(mm) 式(5.4)
又已知i2=0.66,所以同理，z3=47,d3=94mm，z4=31,d4=62mm,中心距a1=88.75mm,a2=78mm,a3=83mm,a4=68.75mm,a5=46mm
由于布局，傳動(dòng)比稍做適當(dāng)調(diào)整，Φ9兩孔的傳動(dòng)比i1=0.57,另外兩孔的傳動(dòng)比 i2=0.745,Φ9四個(gè)孔的傳動(dòng)比i3=0.717
齒輪排布圖如圖5.1所示：
(a) 主視圖 (b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
圖5.1 齒輪排布圖
5.7 多軸箱輪廓尺寸及相關(guān)系數(shù)
動(dòng)力部件的選擇確定了多軸箱外形輪廓尺寸為320×250mm，根據(jù)動(dòng)力箱輸出軸高度為100mm，故多軸箱主軸高度為100mm，又根據(jù)工件定位的設(shè)計(jì)結(jié)果，工件定位中心到滑臺距離為100mm。
5.8 強(qiáng)度校核
本次設(shè)計(jì)的強(qiáng)度校核主要包括軸的校核和齒輪的校核。
(1) 軸的校核：鉆孔主軸的扭矩為1.57N.m和1.98N.m查表得直徑15mm和20mm的軸能承受以上扭矩，所以能保證安全。主軸承受的扭矩為14.2N.m,在鉆孔主軸校核安全的前提下，因?yàn)槠渌S的直徑也為20 mm，所以也能保證安全。
(2) 齒輪的校核：根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》中的齒輪強(qiáng)度校核的方法來計(jì)算。在鉆孔加工中，最大扭矩產(chǎn)生在鉆孔主軸上的齒輪和與之相嚙合的齒輪之間。
σh=ZEZHZεZβ(2KT1/bd12)1/2(μ±1/μ)≤[σ]H Mpa 式(5.5)
μ=Z1/Z2=33/38=0.87 式(5.6)
對于鑄鐵和鑄鐵齒輪的嚙合，取彈性系數(shù)ZE=189.9Mpa，查表得斷面重合度系數(shù)εa1=0.809,εa2=0.7685,對于壓力角為20度的直齒輪，εb=0。故εa=εa1+εa2=1.578重合度Zε=1.061，ZH=2.5。
又K=KAKVKαKβ 式(5.7)
其中KA=1.0;KV=1.05;Kα=1.2;Kβ=1.1。則K=1.386。根據(jù)上面σh的公式得：σh=803.88Mpa
接觸疲勞許用應(yīng)力[σ]H=σhLimZn/SH 式(5.8)
循環(huán)次數(shù)NH=60ηh,齒輪的轉(zhuǎn)速為135轉(zhuǎn)/分。同側(cè)齒面嚙合次數(shù)r=2,齒輪總工作時(shí)間th=4600小時(shí)。Nh=6.8448×107次，ZH=1.1。又已知接觸疲勞強(qiáng)度極限σhLim=120Mpa，接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)SH=1.25。得[σ]H=1071Mpa，而σh=803.88Mpa，所以σh＜[σ]H，故齒輪安全。
因?yàn)樗x校核的齒輪是負(fù)荷最大的,所以可只同種材料的其他齒輪也安全。
6 組合機(jī)床自動(dòng)線簡介
為了進(jìn)一步改善工作條件、提高生產(chǎn)率、減少占地面積、減少操作工人數(shù)量、保證產(chǎn)品質(zhì)量，將幾臺實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的組合機(jī)床和輔助裝置用自動(dòng)傳送裝置聯(lián)系起來，統(tǒng)一控制，按規(guī)定的程序和預(yù)定的節(jié)拍自動(dòng)完成某個(gè)工件的部分或全部工藝過程，加工出符合要求的工件，稱為自動(dòng)生產(chǎn)線，簡稱自動(dòng)線。
6.1 組合機(jī)床自動(dòng)線常用的分類方法如下：
6.1.1 按加工對象分類
(1) 轉(zhuǎn)體零件加工自動(dòng)線 用于加工軸、盤、環(huán)、套、筒、輪等件。
(2) 箱體和殼體零件加工自動(dòng)線 用于加工箱體類零件和短圓柱體零件。
(3) 雜加加工自動(dòng)線 用于加工閥體、支架、連桿、拔叉等零件。
6.1.2 按工件輸送方式分類
(1) 直接輸送的自動(dòng)線 這種自動(dòng)線，工件由輸送帶直接帶動(dòng)，一次輸送到各共位，輸送帶基面就是工件上的某一表面?？煞滞ㄟ^式和非通過式兩種。
(2) 帶隨行夾具的自動(dòng)線 這種自動(dòng)線是將工件安裝在隨行夾具上，由輸送帶將隨行夾具依次傳送到各共位，隨行夾具的返回方式有水平返回、上方返回和返回三種。
(3) 懸掛輸送和托盤輸送的自動(dòng)線 懸掛輸送裝置設(shè)在機(jī)床上方，一般用機(jī)械手把工件從一個(gè)工位送到下一個(gè)工位。托盤輸送裝置固定在輸送帶上，托盤隨輸送帶將工件從一個(gè)工位送到下一個(gè)工位的夾具上，然后托盤再返回原位。
6.1.3 按自動(dòng)線中有無貯料裝置分類
(1) 剛
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