離合器壓盤連接孔組合機(jī)床多軸箱設(shè)計(jì)【加工4個(gè)M8螺紋底孔】

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Manufacturing production mainly depends on the advanced manufacturing equipment - on the degree of machine tool. Combination machine has the advantages of high efficiency and low cost, widely used in large, large production, and can be used to compose the automatic production line This paper gives a detailed analysis of the clutch pressure plate processing connecting holes, put forward a fixture for processing in the hole, the multi-locations processing requirements, product design to achieve the precision of the method. According to this design thought bore modular machine tool design. The combination of machine tool by the column, column base, intermediate base, hydraulic power sliding table, the power box, box etc. This paper detailed calculation and verification of the design of each part. Keywords: combination machine, clutch pressure plate, a spindle box, clamp 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) II 目 錄 目 錄 .III 第一章 緒論 .1 1.1 機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的地位及其發(fā)展簡(jiǎn)史 .1 1.2 組合機(jī)床的國(guó)內(nèi)、外現(xiàn)狀 .2 1.3 組合機(jī)床多軸箱概述 .5 1.4 通用多軸箱的工作原理和用途 .5 1.5 機(jī)床設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容、要求 .6 1.6 機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟 .6 第二章 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì) .8 2.1 組合機(jī)床方案的制定 .8 2.2 確定切削用量及選擇刀具 .9 2.3 組合機(jī)床總設(shè)計(jì) .11 第三章 多軸箱設(shè)計(jì) .20 3.1 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 .20 3.2 齒輪模數(shù)選擇 .21 3.3 多軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì) .21 3.4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 .23 3.5 傳動(dòng)零件的校核 .24 第四章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) .28 4.1 Z 軸液壓泵的確定 .28 4.2 Y 軸液壓動(dòng)力的確定 .29 4.3 擬定液壓系統(tǒng)圖 .30 第五章 夾具設(shè)計(jì) .32 5.1 機(jī)床夾具概述 .32 5.2 工件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析 .32 5.3 工件定位的設(shè)計(jì) .32 5.4 夾緊方案的設(shè)計(jì) .32 結(jié) 論 .34 參考文獻(xiàn) .36 致 謝 .37 第一章 緒論 1.1 機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的地位及其發(fā)展簡(jiǎn)史 現(xiàn)代社會(huì)中，人們?yōu)榱烁咝?、?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，又必須具備加工 各種金屬零件的設(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(lái)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(guò)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。 在一般的機(jī)械制造廠中，機(jī)床所擔(dān)負(fù)的加工工作量，約占機(jī)械制造總工作量的 40%60%，機(jī)床的技術(shù)性能直接影響機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量及其制造的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而決定著 國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平?？梢赃@樣說(shuō)，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)完善和性能精良的機(jī)床，現(xiàn)代社會(huì)所達(dá)到的高度物質(zhì)文明將是不可想象的。 一個(gè)國(guó)家要繁榮富強(qiáng)，必須實(shí)現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化，這就需 要一個(gè)強(qiáng)大的機(jī)械制造業(yè)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門提供現(xiàn)代化的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備與裝備，即各 種機(jī)器、儀器和工具等。然而，一個(gè)現(xiàn)代化的機(jī)械制造業(yè)必須要有一個(gè)現(xiàn)代化的機(jī)床 制造業(yè)做后盾。機(jī)床工業(yè)是機(jī)械制造業(yè)的“裝備部” 、 “總工藝師” ，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展 起著重大作用。因此，許多國(guó)家都十分重視本國(guó)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展和機(jī)床技術(shù)水平的提 高，使本國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展建立在堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)上。 機(jī)床是人類在長(zhǎng)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，并隨著社會(huì) 生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而漸趨完善。最原始的機(jī)床是木制的，所有運(yùn)動(dòng)都是由 人力或畜力驅(qū)動(dòng)，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它們實(shí)際上并不是一 種完整的機(jī)器。現(xiàn)代意義上的用于加工金屬機(jī)械零件的機(jī)床，是在 18世紀(jì)中葉才開 始發(fā)展起來(lái)的。當(dāng)時(shí)，歐美一些工業(yè)最發(fā)達(dá)的國(guó)家，開始了從工廠手工業(yè)向資本主義 機(jī)器大工業(yè)生產(chǎn)方式的過(guò)渡，需要越來(lái)越多的各種機(jī)器，這就推動(dòng)了機(jī)床的迅速發(fā)展。 為使蒸汽機(jī)的發(fā)明付諸實(shí)用，1770 年前后創(chuàng)制了鏜削蒸汽機(jī)汽缸內(nèi)孔用的鏜床 1。 1797年發(fā)明了帶有機(jī)動(dòng)刀架的車床，開創(chuàng)了用機(jī)械代替人手控制刀具運(yùn)動(dòng)的先聲，不 僅解放了人的雙手，并使機(jī)床的加工精度和工效有了一個(gè)新的飛躍，初步形成了現(xiàn)代 機(jī)床的雛型。繼車床之后，隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，其他各種機(jī)床也陸續(xù)被創(chuàng)制出來(lái)。 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。 自上世紀(jì)初以來(lái)，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(dòng)功率和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度的方向發(fā)展。 與此同時(shí)，由于電動(dòng)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 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 轉(zhuǎn)動(dòng)、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 2。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，例如， 各種高效率自動(dòng)化機(jī)床、重型機(jī)床、精密機(jī)床以及適應(yīng)加工特殊形狀和特殊材料需要 的特種加工機(jī)床相繼問(wèn)世。50 年代，在綜合應(yīng)用電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、自 動(dòng)控制和機(jī)床設(shè)計(jì)等各個(gè)領(lǐng)域最新成就的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的數(shù)控機(jī)床，使機(jī)床自動(dòng)化 進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，與早期發(fā)展的僅適用于大批大量生產(chǎn)的純機(jī)械控制和繼電器 接觸器控制的自動(dòng)化相比，它具有很高的柔性，即使在單件和小批生產(chǎn)中也能得到經(jīng) 濟(jì)的使用。 縱觀機(jī)床的發(fā)展史，它總是隨著機(jī)械工業(yè)的擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展，并始 終圍繞著不斷提高生產(chǎn)效率、加工精度、自動(dòng)化程度和擴(kuò)大產(chǎn)品品種而進(jìn)行的，現(xiàn)代 機(jī)床總的趨勢(shì)仍然是繼續(xù)沿著這一方向發(fā)展。 我國(guó)的機(jī)床工業(yè)是在 1949年新中國(guó)成立后才開始建立起來(lái)的。解放前，由于長(zhǎng) 期的封鎖統(tǒng)治和 19世紀(jì)中葉以后帝國(guó)主義的侵略和掠奪，我國(guó)的工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常 落后，既沒有獨(dú)立的機(jī)械制造業(yè)，更談不上機(jī)床制造業(yè)。至解放前夕，全國(guó)只有少數(shù) 城市的一些規(guī)模很小的機(jī)械廠，制造少量簡(jiǎn)單的皮帶車間、牛頭刨床和砂輪等，1949 年全國(guó)機(jī)床產(chǎn)量?jī)H 1000多臺(tái)，品種不到 10個(gè)。 解放后，黨和人民政府十分重視機(jī)床工業(yè)的發(fā)展。在解放初期的三年經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時(shí) 期，就把一些原來(lái)的機(jī)械修配廠改建為專業(yè)廠，在隨后開始的幾個(gè)五年計(jì)劃期間，又 陸續(xù)擴(kuò)建、新建了一系列機(jī)床廠。經(jīng)過(guò) 50多年的建設(shè)，我國(guó)機(jī)床工業(yè)從無(wú)到有，從 小到大，現(xiàn)在已經(jīng)成為門類比較齊全，具有一定實(shí)力的機(jī)床工業(yè)體系，能生產(chǎn) 5000 多種機(jī)床通用品種，數(shù)控機(jī)床 1500多種，不僅裝備了國(guó)內(nèi)的工業(yè)，而且每年還有一 定數(shù)量的機(jī)床出口 3。 我國(guó)機(jī)床行業(yè)的發(fā)展是迅速的，成就是顯著的。但由于起步晚、底子薄，與世界 先進(jìn)水平相比，還有較大差距。為了適應(yīng)我國(guó)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的 需要，為了提高機(jī)床產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，必須深入開展機(jī)床基礎(chǔ)理論研究， 加強(qiáng)工藝試驗(yàn)研究，大力開發(fā)精密、重型的數(shù)控機(jī)床，使我國(guó)的機(jī)床工業(yè)盡早躋身于 世界先進(jìn)行列。 1.2 組合機(jī)床的國(guó)內(nèi)、外現(xiàn)狀 世界上第一臺(tái)組合機(jī)床于 1908年在美國(guó)問(wèn)世，30 年后組合機(jī)床在世界各國(guó)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(gè)角度對(duì)組合機(jī)床提出了愈來(lái)愈高的要求，而組合機(jī)床也在不 斷吸取新技術(shù)成果來(lái)完善和發(fā)展。 1.2.1 國(guó)內(nèi)組合機(jī)床現(xiàn)狀 我國(guó)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(shí)調(diào) 整戰(zhàn)略，采取了積極的應(yīng)對(duì)策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢(shì)頭，截至 2005年 4月 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 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(tái)，產(chǎn)值 達(dá) 3.9個(gè)億以上，較 2004年同比增長(zhǎng)了 10%以上，另外組合機(jī)床行業(yè)增加值、產(chǎn)品銷 售率、全員工資總額、出口交費(fèi)值等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有不同程度的增長(zhǎng)，新產(chǎn)品、新技術(shù) 較去年年均有大幅度提高，可見行業(yè)企業(yè)運(yùn)營(yíng)狀況良好。 （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(duì)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(guó)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。從近兩年的企業(yè)生產(chǎn) 情況來(lái)看，數(shù)控機(jī)床與加工中心的市場(chǎng)需求量在上升，而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑組合機(jī)床 則有下降趨勢(shì)，中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)學(xué)會(huì)的機(jī)床工具行業(yè)企業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)報(bào)表統(tǒng) 計(jì)數(shù)據(jù)顯示，僅從幾個(gè)全國(guó)大型重點(diǎn)企業(yè)生產(chǎn)情況看，2003 年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床 890臺(tái)， 產(chǎn)值 16187萬(wàn)元，生產(chǎn)加工中心 148臺(tái)，產(chǎn)值 5770萬(wàn)元；2004 年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床 985 臺(tái)，產(chǎn)值 25838萬(wàn)元，生產(chǎn)加工中心 159臺(tái)，產(chǎn)值 7099萬(wàn)元；而 2005年，截至 4月 份，數(shù)控機(jī)床、加工中心、產(chǎn)值已接近 2003年全年水平，故市場(chǎng)在向數(shù)控、高精制 造技術(shù)和成套工藝裝備方面發(fā)展 4。 （2）行業(yè)企業(yè)的快速轉(zhuǎn)變 “九五”后期，在組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)的 50多家組合機(jī)床分會(huì)會(huì)員中，僅有兩家 企業(yè)實(shí)行了股份改造，一家企業(yè)退出國(guó)有轉(zhuǎn)為民營(yíng)，其余的都是國(guó)有企業(yè)。而從 2001 至 2002年，不到兩年的時(shí)間，就先后有十幾家企業(yè)實(shí)行股份制改造，一些小廠幾乎 全部退出國(guó)有轉(zhuǎn)為民營(yíng)，現(xiàn)在一些國(guó)家重點(diǎn)國(guó)有企業(yè)也在醞釀股份制改造，轉(zhuǎn)制已勢(shì) 不可檔，民營(yíng)經(jīng)濟(jì)在經(jīng)歷了從被歧視，被藐視，到不可小視和現(xiàn)在高度重視 4個(gè)階段 后，煥發(fā)勃勃生機(jī)。組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)正在向股份制、民營(yíng)化等多種形式快速發(fā)展。 （3）組合機(jī)床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(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)用于工程機(jī)械、交通、 能源、軍工、輕工、家電行業(yè)。我國(guó)的傳統(tǒng)組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、 電、氣、液壓控制，它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型的箱體類零件和軸 類零件（近年研制的組合機(jī)床加工連桿、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、車端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和 成型面等。組合機(jī)床的分類繁多，有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床，有單面、雙面、 三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)組合機(jī)床等；隨著技術(shù)的不 斷進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床柔性組合機(jī)床越來(lái)越受到歡迎，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(dòng)更換，配以可編程控制器（PLC） 、數(shù)字控制 （NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)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。另外，近年來(lái)組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)等在組合機(jī) 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 床行業(yè)中所占份額也越來(lái)越大。 由于組合機(jī)床及其自動(dòng)線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶 特殊要求而設(shè)計(jì)的，它涉及到加工工藝、刀具、測(cè)量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配 和試漏等技術(shù) 5。我國(guó)組合機(jī)床及其組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家落后， 國(guó)內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動(dòng)線幾乎都從國(guó)外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢(shì) 必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場(chǎng)要求我們不斷開發(fā)新技 術(shù)、新工藝、研制新產(chǎn)品，由過(guò)去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu)向“柔性”化方向發(fā)展，滿足 用戶需要，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備。 1.2.2 國(guó)外組合機(jī)床現(xiàn)狀 80年代以來(lái)，國(guó)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，工序高度集中，高 效短節(jié)拍和多功能監(jiān)控。組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是： （1）廣泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù) 國(guó)外主要的組合機(jī)床生產(chǎn)廠家都有自己的系列化完整的數(shù)控組合機(jī)床通用部件, 在組合機(jī)床上不僅一般動(dòng)力部件應(yīng)用數(shù)控技術(shù),而且夾具的轉(zhuǎn)位或轉(zhuǎn)角、換箱裝置的 自動(dòng)分度與定位也都應(yīng)用數(shù)控技術(shù),從而進(jìn)一步提高了組合機(jī)床的工作可靠性和加工 精度。廣州標(biāo)致汽車公司從法國(guó)雷諾公司購(gòu)置的缸蓋加工生產(chǎn)線,就是由三臺(tái)自動(dòng)換 箱組合機(jī)床組成的,其全部動(dòng)作均為數(shù)控,包括自動(dòng)上下料的交換工作臺(tái)、環(huán)形主軸箱 庫(kù)、動(dòng)力部件和夾具的運(yùn)動(dòng),其節(jié)拍時(shí)間為 58秒。 （2）發(fā)展柔性技術(shù) 80年代以來(lái),國(guó)外對(duì)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(dòng)力頭、可換主軸箱等 組成的組合機(jī)床。同時(shí)根據(jù)加工中心的發(fā)展,開發(fā)了二坐標(biāo)、三坐標(biāo)模塊化的加工單 元,并以此為基礎(chǔ)組成了柔性加工自動(dòng)線(FTL)。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。 （3）發(fā)展綜合自動(dòng)化技術(shù) 汽車工業(yè)的不斷發(fā)展,對(duì)自動(dòng)化制造技術(shù)提出了許多新的需求,大批量生產(chǎn)的組合 機(jī)床,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(dòng)碼垛、裝箱等。德國(guó)大眾汽車公司 KASSEL變速 箱廠 1987年投入使用的造價(jià) 9000萬(wàn)馬克的齒輪箱和離合器殼生產(chǎn)線,就是這種綜合 自動(dòng)化制造系統(tǒng)的典范 6。該系統(tǒng)由兩條相似對(duì)稱布置的自動(dòng)線組成,三班制工作,每 條線日產(chǎn) 2000件,節(jié)拍時(shí)間為 40秒。全線由 12臺(tái)雙面組合機(jī)床、18 臺(tái)三坐標(biāo)加工單 元、空架機(jī)器人、線兩端的毛坯庫(kù)和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)組成,可實(shí)現(xiàn) 3種零件的加工?？?架機(jī)器人完成工件下線的碼垛裝箱工作。隨著綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一批專 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 門從事裝配、試驗(yàn)、檢測(cè)、清洗等裝備的專業(yè)生產(chǎn)廠家,進(jìn)一步提高了制造系統(tǒng)的配 套水平。 （4）進(jìn)一步提高工序集中程度 國(guó)外為了減少機(jī)床數(shù)量,節(jié)省占地面積,對(duì)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(tái)、多坐標(biāo)通用部件、 移動(dòng)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(kù),通過(guò)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組合機(jī)床多軸箱概述 1.3.1 多軸箱的組成 大型通用多軸箱由通用零件如箱體、主軸、傳動(dòng)軸、齒輪和附加機(jī)構(gòu)等組成。 1.3.2 通用箱體類零件 多軸箱的通用箱體類零件箱體材料為 HT200，前、后、側(cè)蓋等材料為 HT150。多 軸箱基本尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)（GB3668.1-83）規(guī)定，9 種名義尺寸用相應(yīng)滑臺(tái)的滑鞍寬度表 示，多軸箱寬度和高度是根據(jù)配套滑臺(tái)的規(guī)格按規(guī)定的系列尺寸選擇。 1.3.3 通用主軸 （1）通用鉆床類主軸 按支承型式可分為三種：滾錐軸承主軸；滾珠軸承主軸；滾針軸承主軸。 按與刀具的連接是浮動(dòng)還是剛性連接，又可分為短主軸和長(zhǎng)主軸。 （2）攻螺紋類主軸 按支承型式可分為兩種：前后支承均為圓錐滾子軸承主軸；前后支承均為推力球 軸承和無(wú)內(nèi)環(huán)滾針內(nèi)軸承的主軸。 主軸材料一般采用 40Cr鋼，熱處理 C42；滾針軸承主軸用 20Cr鋼，S0.5C59 。 1.3.4 通用傳動(dòng)軸 通用傳動(dòng)軸按用途和支承型式分為六種。它們分別為：圓錐軸承傳動(dòng)軸；滾針軸 承傳動(dòng)軸；埋頭傳動(dòng)軸；手柄軸；油泵傳動(dòng)軸；攻螺紋用蝸桿軸 傳動(dòng)軸一般采用 45 鋼，調(diào)質(zhì) T235；滾針軸承傳動(dòng)軸用 20Gr 鋼。熱處理 S0.5C59.。 1.3.5 通用齒輪和套 多軸箱用通用齒輪有：傳動(dòng)齒輪、動(dòng)力箱齒輪和電動(dòng)機(jī)齒輪三種。 1.4 通用多軸箱的工作原理和用途 通用多軸箱是組合機(jī)床中的一個(gè)重要的部件，在多軸箱中通過(guò)傳動(dòng)軸和傳動(dòng)齒輪 的傳動(dòng)，將動(dòng)力箱中的電動(dòng)機(jī)軸的動(dòng)能傳遞給主軸，主軸帶動(dòng)刀具加工工件。通過(guò)對(duì) 齒輪嚙合的調(diào)整可得到不同的傳動(dòng)比，因此主軸就可以獲得不同的轉(zhuǎn)速。多軸箱可安 裝多個(gè)不同的主軸，這樣就可以用多個(gè)主軸對(duì)同一個(gè)工件進(jìn)行不同的加工。多軸箱與 動(dòng)力箱一起安裝于進(jìn)給滑臺(tái)，可完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔等加工工藝。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 1.5 機(jī)床設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容、要求 1.5.1設(shè)計(jì)的目的 本畢業(yè)設(shè)計(jì)，其目的在于通過(guò)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使我們 在擬定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)方案過(guò)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。 1.5.2 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)，并計(jì)算主軸的實(shí)際 轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)誤差。 （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。完成裝配草圖后，要驗(yàn)算傳動(dòng)軸的直徑，齒輪 模數(shù)是否在允許范圍內(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(dòng)傳動(dòng)軸系、變速機(jī)構(gòu)、主軸主件、箱體、潤(rùn)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）編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1.5.3 設(shè)計(jì)要求 評(píng)價(jià)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(lái)判定的。技術(shù)先進(jìn)合理，亦 即“質(zhì)優(yōu)價(jià)廉”才會(huì)受到用戶的歡迎，在國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)上才有競(jìng)爭(zhēng)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。 1.6 機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟 1.6.1調(diào)查研究 研究市場(chǎng)和用戶對(duì)設(shè)計(jì)機(jī)床的要求，然后檢索有關(guān)資料。其中包括情報(bào)、預(yù)測(cè)、 實(shí)驗(yàn)研究成果、發(fā)展趨勢(shì)、新技術(shù)應(yīng)用以及相應(yīng)的圖紙資料等。甚至還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò) 檢索技術(shù)查閱先進(jìn)國(guó)家的有關(guān)資料和專利等，通過(guò)對(duì)上述資料的分析研究，擬訂適當(dāng) 的方案，以保證機(jī)床的質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，使用戶有較好的經(jīng)濟(jì)效益。 1.6.2 擬定方案 通常可以擬定出幾個(gè)方案進(jìn)行分析比較。每個(gè)方案包括的內(nèi)容有：工藝分析、主 要技術(shù)參數(shù)、總布局、傳動(dòng)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(jié) 構(gòu)草圖、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等。 在制定方案時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面： （1）當(dāng)使用和制造出現(xiàn)矛盾時(shí)，應(yīng)先滿足使用要求，其次才是盡可能便于制造， 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 要盡量用先進(jìn)的工藝和創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)。 （2）設(shè)計(jì)必須以生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，凡是未經(jīng)實(shí)踐考驗(yàn)的方案，必須 經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明可靠后才能用于設(shè)計(jì)。 （3）繼承與創(chuàng)造相結(jié)合，盡量采用先進(jìn)工藝，迅速提高生產(chǎn)力，為實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn) 代化服務(wù)，注意吸取前人和國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上有所創(chuàng)造和發(fā)展。 1.6.3 工作圖設(shè)計(jì) 首先，在選定工藝方案并確定機(jī)床配置形式、結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上，進(jìn)行方案圖紙的 設(shè)計(jì)。這些圖紙包括：被加工零件圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計(jì)算卡， 統(tǒng)稱“三圖一卡”的設(shè)計(jì)。并初定出主軸箱輪廓尺寸，確定機(jī)床各部件間的相互關(guān)系 7。 其次，繪制機(jī)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(jī)床有關(guān)部件與主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算書，編制各類零件明細(xì)表，編寫 機(jī)床說(shuō)明書等技術(shù)文件。 最后，對(duì)有關(guān)圖紙進(jìn)行工藝審查和標(biāo)準(zhǔn)化審查。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第二章 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 主軸箱是組合機(jī)床的重要部件之一，它關(guān)系到整臺(tái)組合機(jī)床質(zhì)量的好壞。 具體設(shè)計(jì)時(shí)，除了要熟悉主軸箱本身的一些設(shè)計(jì)規(guī)律和要求外，還需依據(jù)“三圖 一卡” ，仔細(xì)分析研究零件的加工部件，工藝要求，確定主軸箱與被加工零件、機(jī)床 其他部分的相互關(guān)系。下面按設(shè)計(jì)步驟說(shuō)明組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。 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(shí)，必須計(jì)算分析被加工零件圖，并深入現(xiàn)場(chǎng)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，現(xiàn)場(chǎng)所采用的環(huán)境和 條件等，并收集國(guó)內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，制定出合理的工藝方案。 根據(jù)被加工零件（離合器壓盤）的零件圖，加工 4個(gè)螺栓孔的工藝過(guò)程。 （1）加工孔的主要技術(shù)要求 加工 4個(gè) M8螺紋底孔的孔?？椎奈恢枚裙顬?0.1mm，與 12 孔同心。工件 材料為 HT2140，HB170241。要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量 6萬(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。一次性加工螺紋底孔，孔徑為 6.5。 （3）定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇 加工此離合器壓盤的孔，以地面兩個(gè)支撐點(diǎn)限制 、 和 、 四個(gè)自由度位于XY 中間的芯軸起到很好的定位作用。 在保證加工精度的前提下，提高生產(chǎn)效率減輕工人勞動(dòng)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(shí)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)。離合器壓盤孔加工的精度要求不高，可采用鉆孔組合機(jī)床，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 7。為了加工出表面粗糙度為 Ra3.2m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(dòng)力裝置，進(jìn)給采用液壓系統(tǒng)，人工夾緊。 （2）被加工零件的特點(diǎn) 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 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(duì)機(jī)床工藝方案制度有著重要的影響。此離合器壓盤的材料是 HT2140、硬度 HB170241、孔在整個(gè)壓盤上呈 90o均勻分配，孔的直徑為 6.5mm，采用多孔同步 加工，零件的剛度足夠大，工件受力不大，振動(dòng)，及發(fā)熱變形對(duì)工件影響可以不計(jì)。 一般來(lái)說(shuō)，孔中心線與定位基準(zhǔn)面平行且需由一面或幾面加工的箱體宜用臥式機(jī) 床，立式機(jī)床適宜加工定基準(zhǔn)面是水平的且被加工孔與基準(zhǔn)面垂直的工件，而不適宜 加工安裝不方便或高度較大的細(xì)長(zhǎng)工件。對(duì)大型箱體件采用單工位機(jī)床加工較適宜， 而中小型零件則多采用多工位機(jī)床加工。 此零件的加工特點(diǎn)是中心線與定位基準(zhǔn)平面是垂直的，并且定位基準(zhǔn)面是水平的。 孔的分布范圍是直線形狀，工件比較長(zhǎng)，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(gè)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(dòng)線或按中小批量生產(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 6萬(wàn)件，為了減少加工時(shí)間， 采用多軸頭，為了減少機(jī)床臺(tái)數(shù)，此工序盡量在一臺(tái)機(jī)床上完成，以提高利用率 8。 （4） 機(jī)床使用條件 使用組合機(jī)床對(duì)車間布置情況、工序間的聯(lián)系、使用廠的技術(shù)能力和自然條件等 有一定的要求。在根據(jù)使用戶實(shí)際情況來(lái)選擇什么樣的組合機(jī)床。 綜上所述：通過(guò)對(duì)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、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 確定工序余量 為使加工過(guò)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(duì)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(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。 6.5mm 的孔在鉆孔后擴(kuò)孔，直徑上工序間余量 0.51mm。 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，就可以著手選擇切削用量了。因?yàn)樗O(shè)計(jì) 的組合機(jī)床為多軸同步加工，大多數(shù)情況下，所選切削用量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)比一般通用機(jī) 床單刀加工低 30%左右。多軸主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(tái)，工作時(shí)，要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且動(dòng)力滑臺(tái)的每分鐘進(jìn)給量 （mm/min）應(yīng)是適合所有刀具的平均值。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。 由于離合器壓盤孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求都是相同的。按 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 照經(jīng)濟(jì)地選擇滿足加工要求的原則，通過(guò)查閱機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) 8查得 P335表 10-8查得，鉆頭直徑 D=6.5mm,鑄鐵 HB175255，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、進(jìn)給量 f及被吃刀量 ap）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)查閱機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) 8 P335表 4-11查得： 布氏硬度：HB =HBmin (HBmaxHB min) 31 (2-1) =170 (241170)31 =146.33 切削力： =26 (2-2) FD8.0f6.HB =266.5 8.010.643 =535.16 N 切削扭矩： =10 (2-3)T9.1D8.0f6.HB =10 .5.0.6143 =2452.26Nmm 切削功率： = (2-4)P9740v =2452.2615/(97403.1410) =0.123 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） ； T 切削扭矩(Nmm)； V 切削速度（m/min） ； P 切削功率(kw)。 2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 離合器壓盤的布氏硬度在 HB170241，孔徑 D為 6.5mm，刀具的材料選擇高速鋼 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 鉆頭（W18Cr4V） ，為了使工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、刃磨簡(jiǎn)單，選擇 6.5 的麻花鉆?？?加工刀具的長(zhǎng)度應(yīng)保證加工終了時(shí)刀具螺旋槽尾端與導(dǎo)向套之間有 3050mm 的距離， 以便排出切屑和刀具磨損后有一定的向前的調(diào)整量。 2.3 組合機(jī)床總設(shè)計(jì) 前面對(duì)四軸頭多工位同步鉆床工藝方案及配置型式、結(jié)構(gòu)方案確定的有關(guān)問(wèn)題， 它是鉆床總體設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。下面就鉆床加工箱蓋總體設(shè)計(jì)的另一個(gè)問(wèn)題，即總體 設(shè)計(jì)方案的圖紙表達(dá)形式“三圖一卡”的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，其內(nèi)容包括： 繪制被加工零件圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖、編制生產(chǎn)率卡。 2.3.1 被加工零件圖 （1）被加工零件圖的作用及內(nèi)容 被加工零件圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示一臺(tái)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(shuō) 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、使用、檢驗(yàn)和調(diào)整機(jī)床的重 要技術(shù)文件。離合器壓盤用鉆孔組合機(jī)床的被加工零件工序圖如圖 21 所示。?2凸 臺(tái) 4個(gè) 均布 孔?10均布位置 準(zhǔn)確度.2 孔 ?12位 置準(zhǔn) 確 度 0. 圖 2-1 被加工零件圖 由圖 2-1可見： 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 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 糙度、形位精度等技術(shù)要求，以及對(duì)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(shí)如需要中間向?qū)?，?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(hào)、材料、硬度及被加工部位的加工余量等。 （2）繪制被加工零件圖的注意事項(xiàng) 1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要圖出被本機(jī)床的加工內(nèi)容。繪制時(shí)， 應(yīng)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(shí)線） ，并把零件 輪廓及與機(jī)床、夾具設(shè)計(jì)有關(guān)部位（用細(xì)實(shí)線）表達(dá)清楚，凡本道工序保證的尺寸、 角度等，均應(yīng)在尺寸數(shù)值下方用粗實(shí)線標(biāo)記 9。如圖 2-2中 12 的加工用定位基準(zhǔn)， 機(jī)械夾壓位置及方向、輔助支承均須用規(guī)定的符號(hào)表示出來(lái)。 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)出，而不采用極坐標(biāo)，但有時(shí)因所選定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，則須對(duì)加 工部位要求位置尺寸精度進(jìn)行分析換算。 2.3.2 加工示意圖 圖 主 軸 多 軸 箱 端 面 2-2 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 23 為箱蓋上 4孔立式鉆床加工示意圖。 在圖上應(yīng)標(biāo)注的內(nèi)容如下： 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。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 3）主軸的結(jié)構(gòu)類型，尺寸及外伸長(zhǎng)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）繪制加工示意圖之前的有關(guān)計(jì)算 1）刀具的選擇 選擇刀具需考慮加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生 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(dǎo)向套的選擇 在組合機(jī)床上加工孔，除了采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，也是繪制加工示意圖時(shí)必須解決的問(wèn)題。 a.選擇導(dǎo)向類型 根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑 d=10mm和刀具導(dǎo)向的線速度 v=15m/min，選擇固定式導(dǎo)向。 b.導(dǎo)向套的參數(shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導(dǎo)向裝置，如圖 2-3所示。 圖 2-3 固定導(dǎo)向裝置 固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺寸見表 2-1。 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 l0 6.5 12 22 30 28 38 13 18 M8 16 16 固定裝置的配合見表 2-2。 表 2-2 固定裝置的配合 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 導(dǎo)向 類別 工藝 方法 D D D1 刀具導(dǎo)向 部分外徑 固定 導(dǎo)向 鉆孔 G7（或 F8） 6 7gHjs g6 導(dǎo)向裝置的布置見表 2-3。 表 2-3 導(dǎo)向裝置的參數(shù)(mm) 尺寸 項(xiàng)目 l1 l2 l3 與直徑 d的關(guān)系 (23)d 加工鑄鐵 d d/3+(38) 計(jì)算值 3d=30 254 25.4/3+8=16.5 固定導(dǎo)向裝置的布置如圖 2-4所示 圖 2-4 固定導(dǎo)向裝置的布置 3）初定主軸類型、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,所以 B取 2.316。 根據(jù)剛性條件計(jì)算主軸的直徑為： d B =2.316 =17.52mm (2-5)4T45.327 式中： d 軸直徑（mm） ； T 軸所承受的轉(zhuǎn)矩（Nmm） ； B 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 32/20，1d 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 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 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)見表 2-4。 表 2-4 可調(diào)接桿的尺寸 d(h6) D1(h6) d2 d3 L l1 l2 l3 螺母 厚度 20 Tr206 莫氏 1號(hào) 12.061 17 188 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(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 333mm）,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 工作進(jìn)給長(zhǎng)度 L 應(yīng)等于工件加工部位長(zhǎng)度 L與刀具切入長(zhǎng)度 L1和切出長(zhǎng)度 L2之 和。切入長(zhǎng)應(yīng) L1應(yīng)根據(jù)工件端面誤差情況在 510mm 之間選擇，誤差大時(shí)取大值，因 此取 L2=7mm，切出長(zhǎng)度 L2=1/3d+(38)= +8 9mm,所以103 L =10+7+9=26mm。 7)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 156mm，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 130mm。 2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 60 275 2460603601305 1TD25320976301505 1820102C3 250100.54HYIA CD25CL25 上20上5 上7416 圖 2-6 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(lái)說(shuō)，組合機(jī)床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件動(dòng)力箱、動(dòng)力滑臺(tái)、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(rùn)滑、排屑系統(tǒng)組合 而成。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)系是否滿足要求，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(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 2-6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)。 a.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 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 加工要求，選擇 HY系列液壓滑臺(tái)。 b.確定軸向進(jìn)給力 滑臺(tái)所需的進(jìn)給力 = =41071.79=4287.16N (2-6)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 4.29KN。進(jìn)F c.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)的無(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 0.51 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 =nf=47.8mm/min。所以選擇 HY25IA液壓滑臺(tái)，工作進(jìn)給速度范圍為vf 32800mm/min，快進(jìn)速度為 12m/min。 d.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。前備量的作用是動(dòng)力部件有一定的向前移動(dòng)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 10。本系統(tǒng)前備量為 20mm，后備量的作用是使動(dòng)力部件有 一定的向后移動(dòng)的余地，為方便裝卸刀具，這是取 40mm,所以滑臺(tái)總行程應(yīng)大于工作 行程、前備量、后備量三者之和。 即：行程 L156+20+40=236mm，取 L250mm。綜合上述條件，確定液壓動(dòng)力滑 臺(tái)型號(hào) HY25IA。 2）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 有設(shè)計(jì)之前， 可算主P (2-7)主 切P 40.1230.8 0.615KW 式中： 多軸箱傳動(dòng)效率，加工黑色金屬時(shí) 0.80.9；有色金屬時(shí) 0.70.8，本系統(tǒng)加工 HT21-40 JB307-62，取 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 Y100L6B5的 1TD25IA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)見表 2-5。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 表 2-5 動(dòng)力箱技術(shù)參數(shù)表 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) Y100L-6B5 1430 706 1.5 1TA32、1TA32M、1TZ32 、1TG32 3)Y軸液壓滑臺(tái)的選用 工件質(zhì)量計(jì)算 V=42024010(21602340)1030 =1.30810-3m3 m = v=7.010 31.30810-3 =9.156kg 磨擦系數(shù) f=0.070.12 取 f=0.1 F=fN=0.1mg=0.19.15610=9.156N （2）配套支承部件的選用 立柱 1CL25型，立柱底座 1CD25。 （3）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(shí)，裝 料高度可視具體情況在 H5801060mm 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(tái)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(shí)， 多軸箱的寬度 B和高度 H可確定為：B=500 H=500。 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 BH=500500mm。 2.3.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡 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)荷率等的技術(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足用戶對(duì)生產(chǎn) 率及負(fù)荷率的要求。計(jì)算如下： （1）切削時(shí)間 切削時(shí)間 T 切 = L/vf+t 停 (2-8) = 226/47.8215/478 =1.151 min 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 式中： T 切 機(jī)加工時(shí)間（min） ； L 工進(jìn)行程長(zhǎng)度（mm） ； vf 刀具進(jìn)給量（mm/min） 。 t 停個(gè) 死擋鐵停留時(shí)間。一般為在動(dòng)力部件進(jìn)給停止?fàn)顟B(tài)下，刀具旋 轉(zhuǎn) 515 r 所需要時(shí)間。這里取 15r。 （2）輔助時(shí)間 輔助時(shí)間 T 輔 = +t 移 +t 裝 fkvL43 (2-9) = （150176）2/12000+0.1+1.5 = 1.654min 式中：L 3、L 4 分別為動(dòng)力部件快進(jìn)、快退長(zhǎng)度（mm） ； vfk 快速移動(dòng)速度（mm/min） ； t 移 工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)間（min）,一般為 0.050.13min,取 0.1 min。 t 裝 裝卸工件時(shí)間（min）一般為 0.51.5min,取 1.5min。 （3）機(jī)床生產(chǎn)率 機(jī)床生產(chǎn)率 Q1 = 60/T 單 (2- 10) = 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 = Q 1/Q100% = Q1tk/A100% =21.391950/60000100% =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(shí)間，單班制工作時(shí)間 tk =1950h。 表 2-6 生產(chǎn)率計(jì)算卡 圖號(hào) 1601A-093 毛坯種類 鑄件 名稱 離合器壓盤 毛坯重量被加工 零件 材料 HT21-40 JB297-62 硬度 HB170-241 工序名稱 鉆壓盤連接孔 工序號(hào) 工時(shí)/min 序 號(hào) 工步 名稱 工作行 程/mm 切速 /（mmin 進(jìn)給量 /（mmr - 進(jìn)給量 /（mmmin - 工進(jìn) 時(shí)間 輔助 時(shí)間 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 -1） 1） 1） 1 按裝工件 0.5 2 工件定位夾緊 0.25 3 Z軸快下 150 12000 0.013 表 2-6 生產(chǎn)率計(jì)算卡 續(xù)表 4 Z軸工進(jìn) 26 32 0.1 47.8 0.544 5 Z軸暫停 0.03 6 Z軸快上 176 12000 0.015 7 Y軸前進(jìn) 100 10000 0. 01 8 Y軸暫停 0.09 9 Z軸快下 150 12000 0.013 10 Z軸工進(jìn) 26 47.8 0.544 11 Z軸暫停 0.03 12 快退 176 12000 0.015 13 工件松開 0.25 14 卸下工件 0.5 累計(jì) 1.088 1.716 單件總工時(shí) 2.804 機(jī)床生產(chǎn)率 21.39 件/h 備 注 1.主軸轉(zhuǎn)速 706r/min 2.一次安裝加工完一個(gè)工件 理論生產(chǎn)率 30.77件/h 第三章 多軸箱設(shè)計(jì) 3.1 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 多軸箱的設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的。如圖 2-7所示。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 如圖 2-7 鉆孔組合機(jī)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(biāo)，工件加工孔對(duì)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(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸的相對(duì)位置尺寸。主軸為 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（面對(duì)主軸看） 。 主軸的工序內(nèi)容、切削用量、主軸尺寸及動(dòng)力部件的型號(hào)和性能參數(shù)見表 2-6。 表 2-7 主軸外尺寸及切削用量 主軸外伸尺寸 切削用量 軸號(hào) D/d L 工序 內(nèi)容 N（r/min） V (m/min) f (mm/r) Vf (mm/min) 1、2 、3、 20/12 115 鉆 6.5 478 15 0.1 47.8 注：1被加工零件編號(hào)及名稱：箱蓋；材料：HT21-40 JB297-62；硬度: HB170-241。 2動(dòng)力部件型號(hào)：1TD25IA 動(dòng)力箱，電動(dòng)機(jī)型號(hào) Y100L-6；功率 P1.5kw。 3.2 齒輪模數(shù)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=(3032) =32 =1.76 (2-11）3)/(ZNP3)47819/(5. 式中： m 估算齒輪模數(shù)； P 齒輪所傳遞率（kw） ； Z 對(duì)嚙合齒中的小齒輪數(shù)； 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 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。 3.3 多軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì) （1）根據(jù)原始依據(jù)圖如圖 2-7所示，畫出驅(qū)動(dòng)軸、主軸坐標(biāo)位置見表 2-8。 表 2-8 驅(qū)動(dòng)軸、主軸坐標(biāo)值 坐標(biāo) 銷 O1 驅(qū)動(dòng)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 （2）確定傳動(dòng)軸位置及齒輪齒數(shù) 圖 2-8 齒輪的最小壁厚 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 a 2m,驅(qū)動(dòng)軸的直徑為 d=30mm,由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) 8 P256 表 10-1查得，如圖 2-8所示齒輪,t=33.3mm, 當(dāng) m1=3時(shí)。驅(qū)動(dòng)軸上最小齒輪齒數(shù)為： Zmin 2（t/m 1+2+1.25）d0/m 1 （2- 12） =2(33.3/3+2+1.25)30/3 =18.9 所以驅(qū)動(dòng)軸齒數(shù)要大于等于 19。 為減小傳動(dòng)軸的種類，所有傳動(dòng)軸的直徑取 30mm。 當(dāng) m2=2，d=20 時(shí)，齒輪 t=23.3mm。主軸上最小齒輪齒數(shù)為： Zmin 2（t/m 2+2+1.25）d 0/m2 （2-13） =2（23.3/2+2+1.25）20/2 =19.8 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 所以主軸齒數(shù)要大于等于 20。 2）傳動(dòng)軸 11為主軸 1，2，3 ，4 都在同一同心圓上。 多軸箱的齒輪模數(shù)按驅(qū)動(dòng)軸出輪估算 多軸箱輸入輪模數(shù)取 m1=3，其余齒輪模數(shù)取 m2=2。主軸 1，2，3 要求的轉(zhuǎn)速一致 且較高，所以采用升速傳動(dòng)。主軸齒數(shù)選取 z=45，傳動(dòng)齒輪采用 z=45的齒輪，變位 系數(shù) 。傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速為:0.18x=10/.4in706/inrr= 由于前面選取了主軸直徑為 30，顯然傳動(dòng)軸直徑都選取 20，這樣為了減少傳動(dòng) 軸種類和設(shè)計(jì)題目需要傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速是 ，則驅(qū)動(dòng)軸至傳動(dòng)軸的傳動(dòng)比為:/mi7610.42i 所以選擇兩級(jí)傳動(dòng)，且傳動(dòng)比分配為：一級(jí)為 1.21.2;二級(jí)為 1.41.0。 驅(qū)動(dòng)軸的直徑為 30mm，t=33.3m