多工位小型組合機床的設(shè)計【說明書+CAD】

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This graduation design thesis mainly elaborated that a bore of many works processes the design method of the small scaled combination tool machine .This kind of combination tool machine is a kind of special form within huge tool machine household .The design of that tool machine is to four in the last yearses of university each theories knowledge that we learn of application and turn deeply, also is to our knowledge that four in the last yearses of university learn of examination .This graduation design can soon graduate to attend the work to provide abundant fulfillment operation experience for us. In this graduation design, I mainly be responsible for the tool machine design of the whole part, still including the design of sign the pillar moreover The design of the design, cooling system and lubricate system of the design, slippery saddle of the slippery pedestal .In that graduation thesis, first, I introduced the purpose- tool machine of the design tool machine to process the work piece to process the craft and technique requests .The next in order, elaborated the advertent technique request that the design tool machine need, the contact size and whole styles of the tool machine .Explained that the tool machine signs the pillar in detail again later on, slippery pedestal and slippery concrete process that saddle design .End , further elaborated the tool machine cooling system and lubricate the system. In recent years, although the our country tool machine design and the manufacturing techniques contain substantial development .But compared with the abroad, still exist the bigger margin on the technique, particularly is at count to control the technique and the calculator techniques at combine applied aspect on the tool machine .Therefore , to want to insure the our country forerunner that science is technical and comprehensive national strengths to strengthen continuously, must speed the technical development of the tool machine design, speed the advanced science technique to design and make the technical application in the tool machine particularly. 3 注： 河南理工大學本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 翻譯部分 材料處理技術(shù)日記 圓筒形磨削程序中多參數(shù)的最佳化和控制 來自中國長春市、吉林大學、機械科學和工程學學院 短文摘要： 這個論文提到的氧化點超過了傳統(tǒng)不敢想象的氧化極限，實驗顯示最適宜策略是允許氧化在粗打磨階段中出現(xiàn)，但是到氧化的最后階段氧化層到底能累計變形到哪里。以最基本的磨削模型為基礎(chǔ)，在這張紙上，多參數(shù)的打磨程序所最需的客觀功能和限制功能被建立，非線性的最適宜磨削控制的參數(shù)已經(jīng)通過計算機模擬被獲得。而且真實的打磨程序已經(jīng)被這些參數(shù)所控制。實驗的結(jié)果證實了最適宜的模型和最適宜的策略可行性的正確。這張紙已經(jīng)在打磨自動化、虛擬打磨和智能打磨系統(tǒng)方面引起了一些新的情況。 1. 簡介： 對傳統(tǒng)的打磨過程眾所周知，打磨氧化被完全禁止，所以研究人員總是專門去尋找提高打磨的效率和控制加工過程中不氧化的方法，因此控制打磨氧化變形，成了提高打磨加工效率必須考慮的因素。這個論文提到的氧化點超過了傳統(tǒng)不敢想象的氧化極限，根據(jù)傳統(tǒng)的多參數(shù)最優(yōu)化的理論，一個客觀的功能模型和系列約束功能模型的建立，和一個多參數(shù)優(yōu)化策略的提前提出，允許了打磨氧化在粗加工階段的出現(xiàn)，但是氧化堆積層能被去除在打磨加工的最后階段。 當要求加工高質(zhì)量系統(tǒng)化令人滿意的加工工件時，平常的最佳化目標是在圓筒形的鉆進打磨中將時間減少到最少。這個時間作為典型的周期在Fig.1中被舉例說明。代表以一個高速范化的橫向進給速度加工的粗加工階段，代表以一個較慢的速度加工時的最后加工階段，t3代表以一個橫向速度加工時的精磨加工階段。系統(tǒng)化參數(shù)在磨削過程中扮演重要角色。精品加工質(zhì)量通常與熱損害、表面粗糙度、尺寸公差和外圓有關(guān)。通常情況下，整個磨削過程能被9個參數(shù)描述。粗橫向進給速度，最后橫向進給速度，粗加工時間,完成加工時間，精磨加工時間，輪子打磨深度，輪子打磨加工長度,輪子的線性速度V和精細加工線性速度v。事實上，最合適的打磨過程能被大大地簡化，輪子到達打磨目的地后能改變打磨路線Sd，但不能改變打磨深度，考慮到打磨安全，輪子速度V作為一個常數(shù)被控制，精細加工速度v常常作為一個不重要的參數(shù)被忽略掉。 2.最佳化模型的建立 根據(jù)上面的分析，打磨參數(shù)影響整個打磨過程，這些參數(shù)包含：，，u，，，，s,V和v,但是與最佳化有關(guān)的獨立變量只有6個：u，u，t,t,t和s。 根據(jù)多參數(shù)的最佳化理論，獲得最短打磨時間的主要函數(shù)被表示為 ￠=t+t+t (1) 對限制的主題有； g=p-p≤0 (不氧化限制) （2） g=z-q≤0 (氧化限制) （3） g=R-R≤0 (粗限制) （4） g=RN-RN≤0 (粗限制) (5) g=r(t+t+t)-△r=0 (尺寸限制) （6） g=u-u≤0, i=1,2 (比較低的進給限制 ) (7) g=u-u≤0, i=1,2 (較高的進給限制) （8） 在以上的式子中，P代表粗打磨階段的動能，和P代表精打磨的氧化點限制。Z代表氧化層 深度，和q代表隨后終結(jié)階段移動的深度（當，z=0時，這個限制轉(zhuǎn)入到不氧化限制）。 R代表表面真實粗糙度和R是允許的最大值。RN是實積的外圓和RN是外圓允許的最大尺寸。r(t+t+t)是整個加工過程的總的橫向加工時間和△r表示徑向經(jīng)打磨余量的外延長度。u高速度極限，當t=1表示粗加工階段和i=2表示最后加工階段。 多參數(shù)優(yōu)化策略包含3個主要情況。第一個是關(guān)于在不氧化階段的傳統(tǒng)不氧化過程，加工的能量要比氧化點處的能量低許多在整個打磨階段，和從（2）-（8）的全部函數(shù)出（3）外。 第二個是在臨界氧化階段要求不等式應(yīng)該使g=0。最后一個是在粗加工下的氧化過程中，這個過程包含了函數(shù)（3）-（8）的全部，不等式g是指在加工最后階段，氧化層厚度的總計，因為打磨所需的能量要比整個打磨過程產(chǎn)生的能量高的多，因此打磨技術(shù)必須大大地提高。 2.1整個磨削過程的實際橫向進給 根據(jù)獲得的最高量綱的精確性，知道計算整個磨削過程實際橫向進給量，和用實際橫向進給量r(t)來代替粗加工階段的控制橫向進給量u t，用r(t+t)代替在最后加工階段的ut+ut是非常重要的。外部圓筒形進給磨削系統(tǒng)能被作為以下面方程式的形式描述出來。如： （9） · 是整個打磨系統(tǒng)的常量和是與磨輪有關(guān)的系數(shù)。實際進給率， 是控制進給率，在整個粗加工階段=u,在最后加工階段=u,整個熱加工階段 =u=0,。在粗加工階段，EQ.（9）能被表示成： （10） 從上面的方程式可以看出，由在粗加工階段整個打磨加工時間t實際進給量r(t)和打磨深度△（t） 如下面所示： （11） 其中n是精加工過程的旋轉(zhuǎn)速度。因此，當粗加工階段結(jié)束時，實際橫向進給和打磨深度 在加工時間為t時能表示為 （12） 在最后加工階段 ，EQ.(9)轉(zhuǎn)換成： （13） 這時整個實際橫向進給和打磨深度在整個完成階段能被表示為 （14） 這樣最后階段完成時，實際橫向進給量和打磨深度在時間t+t中能被表示成 （15） 在熱加工階段，整個磨削系統(tǒng)方程式是： （16） 這時在完成階段實際橫向進給量和磨削深度能被表示成： （17） 實際橫向進給量 和整個加工進程的磨削深度能被表示為： （18） 在限制函數(shù)的(6)中的實際橫向進給量日r(t+t+t),準確的空間位置能被輕易的解決。 2.2磨削動力 在多參數(shù)優(yōu)化進程中，磨削動力是最重要的要素， （19） 參數(shù)￡是一個完全根據(jù)經(jīng)驗得到的指數(shù)，k是系統(tǒng)規(guī)定參數(shù)，b是打磨加工寬度， W是磨削中間研磨劑的加入時間間隔，d=(d+d)/dd,是平均均方直徑，d是精加工直徑，和d是輪直徑。 以Eqs.（11）、（14）和（17）計算打磨深度后，第一階段的磨削動能被計算出來在Eq.(19)在最適宜的工藝過程中，粗加工階段的動能能被計算出來在EQS.(12)和（19）。下一步，根據(jù)熱傳遞理論和磨削經(jīng)驗，氧化臨界出能量根據(jù)下面的式子能被計算出來， （20） 在這里，控制函數(shù)能解決不氧化這類問題。 2.3在粗加工階段的氧化層深度和在完成階段的移動深度 在完成階段的移動總量q能在式子Eqs.(12)和（15）中計算出了 （21） 粗加工階段中在氧化過程中的氧化深度有下面的經(jīng)驗公式： （22） 式子中的是精加工中的經(jīng)驗參數(shù)，是熱發(fā)射系數(shù)，是弧的聯(lián)絡(luò)長度，和 是精加工的熱溫度。這樣限制函數(shù)就能被建立。 2.4在熱加工中的精品粗糙度 通過方程式（18）計算出打磨深度后，磨削最后的粗糙度能被計算出來根據(jù)[5]： （23） 這個式子中，K，m都是經(jīng)驗常數(shù)，和d是磨平磨具的直徑，這時系統(tǒng)函數(shù)能被建立。 2.5在熱加工中的精品粗糙度 根據(jù)Ref.[6]和方程式（17）中的進給量，精品在熱加工中的圓柱度能被計算出來： （24） 這里RN≈2.4,RN≈0.98。這時系統(tǒng)要素函數(shù)能被建立。 3多參數(shù)最優(yōu)化模型 在最優(yōu)化方程式的基礎(chǔ)上，這張紙已經(jīng)設(shè)計出了在MATLAB軟件上對整個磨削過程的模型。優(yōu)化模型的結(jié)果是能提前用來控制實際磨削過程。 3.1優(yōu)化價值的獲得 建立模型的程序是MATLAB正版軟件的基本功能，為了建立一個固定的最適宜價值通過反復(fù)計算，一個延遲操作系統(tǒng)被建立表格1顯示了模型磨削加工的情形和經(jīng)過。表格2顯示了對3種情況下的，模型表現(xiàn)情況。 當3個優(yōu)化階段能被得到在執(zhí)行加工過程中，輸入模型加工過程的磨削情況和表面情況，可得出6個非線性的控制參數(shù)。表格3列出了多參數(shù)最優(yōu)化的結(jié)果，表格4列出了規(guī)范炒操作過程的好處優(yōu)點。 表格1 磨削情況 d (mm) 400 k(kg/mm) 165 d(mm) 59 b(mm) 25 V(m/s) 30.044 n(rpm) 150 v(m/s) 0.02 a(mm) 0.015 0.8 1.0163 C 120 m 0.5 0.5 0.5 K 0.05 (KJ/(m2h)) 42 ( ) 950 (kg/m3) 7800 d(mm) 0.25 18.1 表格 2 原始狀態(tài) Case1 Case2 Case3 △r(mm) 0.25 0.25 0.25 u(mm/s) 0.025 0.035 0.045 u(mm/s) 0.00 0.00 0.00 R(m) 0.7 0.7 0.7 RN(m) 0.6 0.6 0.6 表格3 最佳的價值尺寸 Case1 Case2 Case3 16.7995 14.0976 9.4000 9.9995 4.7 3.7000 5.0000 4.2711 3.5000 0.0125 0.0287 0.0358 0.0020 0.002 0.0021 0.1351 0.1031 0.0661 31.799 23.0687 16.6 列表4 控制價值尺寸 Case1 Case2 Case3 -0.8760 -0.0015 NA NA -0.0220 -0.0000 -0.0350 -0.0000 -0.0000 -0.0473 -0.0215 -0.0564 -0.0000 -0.0000 -0.0000 3.5模型的確認 根據(jù)實際橫向進給模型，3個階段的橫向進給量能被計算出來，模型曲線表在Fig.2被描述出，3個最佳狀態(tài)的磨削時間內(nèi)的動能能通過函數(shù)（19）計算出來磨削加工動能，這樣第三階段氧化層的深度就也能被算出，對磨削動能和氧化深度的模擬結(jié)果能在Fig.3中被描述出來。 Fig.2顯示出了第三階段的磨削加工是最短的，但是第一階段是最長的。 接下來，因為考慮到在整個控制模型中的輪磨，對于在熱加工中橫向進給量在第一種情況下能全部達到控制的尺寸，因為在最優(yōu)化多參數(shù)進程中輪狀磨削的影響能被合計出來，和空間的準確性能被保證。 對在Fig.3中第三種情況在粗加工階段開始時，磨削氧化由于地磨削能的原因不會出現(xiàn)，但是隨著磨削加工深度的增加，磨削氧化會迅速的出現(xiàn)，氧化層厚度在最后階段被計算出來，在最后加工階段的精細加工表面不會出現(xiàn)氧化。 Fig.2. 在三種最佳情況下的橫向加工尺寸 Fig.3.磨削動能，氧化的最佳化深度 4.實驗的落實 根據(jù)各種各樣的優(yōu)化模型、優(yōu)化策略和優(yōu)化模型結(jié)論，優(yōu)化控制經(jīng)驗被應(yīng)用在最佳化的模型中在實驗中軟件被應(yīng)用在實際磨削過程中。 Fig.4.磨削控制系統(tǒng)圖表 4.1 優(yōu)化控制的經(jīng)驗原則一個分階 最優(yōu)化策略被應(yīng)用到一個MMB1320型號的半自動化磨床上，磨床上裝有一個分階馬達橫向傳動推進力?？刂葡到y(tǒng)被舉例說明在Fig.4中。 在實驗中，控制系統(tǒng)調(diào)用了Xiaom和Malkin[6]多參數(shù)控制模型主要輔助程序，輔助程序回復(fù)了一些優(yōu)化控制參數(shù)，這樣控制系統(tǒng)通過PC7505配電盤和分階控制馬達推助器來控制分階馬達，同時用分階馬達進給方案來代替最初的水力馬達。一個電子顯示儀能在線測量出馬達的主要運轉(zhuǎn)動能和精確快捷的完成刀具的調(diào)刀。一個現(xiàn)代電子旋轉(zhuǎn)感應(yīng)器能在線測量出光線的大小、尺寸和圓周度。信號通過電子感應(yīng)原件可以輸入到計算機上，依靠一個PC7423轉(zhuǎn)換器進行抽樣，計算機控制系統(tǒng)完成磨削信號和模型的計算。 Fig.5.對第三種情況的實驗和模擬結(jié)果 4.2對第三種情況的實驗結(jié)果 Fig.5顯示的對第三種情況模擬和試驗對比結(jié)果，在多參數(shù)優(yōu)化的粗加工階段，精細加工的表面一定會被氧化，但是在最后階段氧化層被迅速的移動了，這樣在熱加工中在上面那種情況下。 精細加工過程就不會被氧化，和磨削效益也會在兩級并聯(lián)下得到提高。 5.結(jié)論 這張紙呈現(xiàn)出了一個當對對圓筒形磨削加工時間要求較低并保證部分加工質(zhì)量時該加工過程的優(yōu)化系統(tǒng)。同時對比上述的系統(tǒng)，呈現(xiàn)出了一個較為逼真的位置比較完整的系統(tǒng)化參數(shù)，同時也考慮了時間的因素，模擬模型和實驗證明了優(yōu)化模型的精確和優(yōu)化策略的可行性。優(yōu)化控制系統(tǒng)實行產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)大大減少了磨削加工時間。 13 注： 河南理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 組合機床整體設(shè)計 摘 要 21世紀的鐘聲剛剛響過，和平與發(fā)展是當今時間發(fā)展的主體，但霸權(quán)主義和強權(quán)政治仍然存在。國與國之間的競爭更加激烈，隨著知識經(jīng)濟和科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，國與國之間綜合國力的競爭主要體現(xiàn)在了科學技術(shù)的競爭。組合機床的設(shè)計、制造和應(yīng)用水平是一個國家科學技術(shù)水平的重大體現(xiàn)。因此，近年來組合機床的設(shè)計和制造水平在我國得到了飛速的發(fā)展，組合機床的應(yīng)用在我國得到的廣泛的提高。 這篇畢業(yè)設(shè)計論文主要闡述了多工位孔加工小型組合機床的設(shè)計方法。這種組合機床是龐大機床家族中的一種特殊形式。該機床的設(shè)計是對大學四年來我們所學各理論知識的應(yīng)用和深化，也是對我們大學四年來所學知識的檢驗。這次的畢業(yè)設(shè)計可以為我們即將畢業(yè)參加工作提供豐富的實踐操作經(jīng)驗。 在本次畢業(yè)設(shè)計中，我主要負責機床整體部分的設(shè)計，另外還包括立柱的設(shè)計 滑臺的設(shè)計、滑鞍的設(shè)計、冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的設(shè)計。在該畢業(yè)論文中，首先，我介紹了設(shè)計機床的目的——機床加工工件的加工工藝和技術(shù)要求。其次，闡述了設(shè)計機床所需注意的技術(shù)要求，機床的聯(lián)系尺寸和整體樣式。隨后又詳細地說明了機床立柱、滑臺和滑鞍設(shè)計的具體過程。最后，進一步闡述了機床冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)。 近年來，雖然我國機床設(shè)計及制造技術(shù)有了長足的發(fā)展。但與國外相比，在技術(shù)上仍然存在較大的差距，尤其是在數(shù)控技術(shù)和計算機技術(shù)在組合機床上的應(yīng)用方面。因此，要想確保我國科學技術(shù)的先進性和綜合國力不斷增強，就必須加快機床設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，尤其加快先進科學技術(shù)在機床設(shè)計和制造技術(shù)的應(yīng)用。 Abstract 21 centuries of bell just led loudly , the peace and developments are the corpuses of time development nowadays, but the hegemonism and power politicses still exist .The competition between state-to-state is more vigorous, along with the technical fast fierce development of knowledge-based economy and sciences, a competition that synthesizes the national strength main body now technical competition of science .Combine the design, manufacturing and the application levels of the tool machine are a national science techniques levels of important body now .Therefore , combined the design and the manufacturing levels of the tool machine to get the development fly soon in the our country in recent years, the application of the combination tool machine at extensive exaltation that our country get. This graduation design thesis mainly elaborated that a bore of many works processes the design method of the small scaled combination tool machine .This kind of combination tool machine is a kind of special form within huge tool machine household .The design of that tool machine is to four in the last yearses of university each theories knowledge that we learn of application and turn deeply, also is to our knowledge that four in the last yearses of university learn of examination .This graduation design can soon graduate to attend the work to provide abundant fulfillment operation experience for us. In this graduation design, I mainly be responsible for the tool machine design of the whole part, still including the design of sign the pillar moreover The design of the design, cooling system and lubricate system of the design, slippery saddle of the slippery pedestal .In that graduation thesis, first, I introduced the purpose- tool machine of the design tool machine to process the work piece to process the craft and technique requests .The next in order, elaborated the advertent technique request that the design tool machine need, the contact size and whole styles of the tool machine .Explained that the tool machine signs the pillar in detail again later on, slippery pedestal and slippery concrete process that saddle design .End , further elaborated the tool machine cooling system and lubricate the system. In recent years, although the our country tool machine design and the manufacturing techniques contain substantial development .But compared with the abroad, still exist the bigger margin on the technique, particularly is at count to control the technique and the calculator techniques at combine applied aspect on the tool machine .Therefore , to want to insure the our country forerunner that science is technical and comprehensive national strengths to strengthen continuously, must speed the technical development of the tool machine design, speed the advanced science technique to design and make the technical application in the tool machine particularly. 前 言……………………………………………………6 第一章機床總體方案設(shè)計的依據(jù)…………… ………8 1 .1概述 …………………………………………………8 1 .2 設(shè)計工件 … ……………………………………..…. ..9 1 .3 本次畢業(yè)設(shè)計任務(wù) ………………………………11 第二章工件的加工工藝分析………………………………………13 2.1 工藝方法對鉆床結(jié)構(gòu)和性能的影響………………………13 2.2工件夾具設(shè)計對機床加工精度的影響 ……………15 2.3 鉆床的運動 ……………………………………24 2.4繪制加工示意圖 ………………………………………………27 第三章 機床的總體布局……………………………28 3 .1總體布局 ……………………………………………………………28 3 .2 運動的分配 ……………………………………29 3 .3提高加工精度………………………………………………………30 3.4縮小機床占地面積 ………………………………………………30 3.5機床的傳動形式……………………………………………………30 3.6 機床的支承形式 …………………………………………………31 3.7 立柱的設(shè)計 ………………………………………………………35 3.8機床導軌的設(shè)計……………………………………………………41 3.9動力部件的驅(qū)動部分——動力滑臺………………………43 3 .10 工作臺的設(shè)計……………………………………………………47 第四章導軌的潤滑………………………………………………………49 結(jié)束語 …………………………………………………………………………51致謝………………………………………………………………………………52 參考文獻 ……………………………………………………………………53 前 言 畢業(yè)設(shè)計是對大學期間所學知識的一次總的檢驗和鞏固，是一次很好的理論聯(lián)系實際的鍛煉，相比以前的幾次課程設(shè)計，畢業(yè)設(shè)計對所學基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的涉及面更加廣泛，是知識與實踐的有機結(jié)合。做好本次畢業(yè)設(shè)計可以為以后的工作打下堅實的基礎(chǔ)和積累豐富的經(jīng)驗，因此本次畢業(yè)設(shè)計具有很重要的意義。 本次畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)是設(shè)計用于減振器活塞支承座上活塞孔的加工組合機床.。因此《畢業(yè)設(shè)計說明書》對活塞孔的加工組合機床做了系統(tǒng)的設(shè)計與介紹?；钊椎募庸そM合機床主要部分是主軸箱、工件夾具和工作臺液壓傳動系統(tǒng)，它在機床加工過程中起著關(guān)鍵部位和有著非常重要的作用，應(yīng)用范圍相當廣泛。設(shè)計活塞孔的加工組合機床計時，在保證得到所要求孔在加工的同時，其安全性、精確性和機床的效率也是至為重要。在這次設(shè)計中，我查閱了大量的參考資料，在畢業(yè)實習中對多家工廠進行了參觀學習，并請教老師和現(xiàn)場的技術(shù)工人，積累了一些雙面活塞孔的加工組合機床設(shè)計方面的知識，并在此基礎(chǔ)上盡量做到優(yōu)化設(shè)計。 組合機床的設(shè)計,目前基本上有兩種情況：其一,根據(jù)具體加工對象的具體情況進行專門設(shè)計,這是當前最普遍的一種,其二,隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛應(yīng)用,一些工人根據(jù)自己生產(chǎn)和使用組合機床的經(jīng)驗,發(fā)明了具有通用部件的組合機床,叫做“專能組合機床”。這次的雙面活塞孔的加工組合機床就是屬于前一種。 畢業(yè)設(shè)計的基本要求是： ㈠ 工件設(shè)計要求 1 對減振器活塞支撐座的孔粗加工 3 減振器活塞支撐座表面均勻分布8個大孔直徑3mm 均勻分布8個小孔直徑2.5mm。 4 加工工件材料：一級鑄鐵及易切削鋼。 5 批量條件：大批量生產(chǎn)。 6 制造條件：一般制造條件，中型工廠生產(chǎn)。 ㈡ 設(shè)計內(nèi)容 1 設(shè)計方案的選擇與計算。 2 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，成套圖紙及說明書。 ㈢設(shè)計關(guān)鍵 1 選擇合適的加工工藝方法、主軸及主軸箱、合適的夾具和工作臺的液壓轉(zhuǎn)動裝置。 2 設(shè)計適合中型工廠生產(chǎn)的零部件。 3 必須保證產(chǎn)品的精度和經(jīng)濟性。 第一章機床總體方案設(shè)計的依據(jù) 1.1 概述： 設(shè)計機床的第一步，是確定總體方案。即在調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上，提出所設(shè)計機床的工藝方法、運動和布局、傳動和控制、結(jié)構(gòu)和性能等的初步方案。 總體方案是部件和零件的設(shè)計依據(jù)，對整個機床設(shè)計的影響較大。因此，在擬定總體方案的過程中，必須綜合地考慮，使所定方案技術(shù)上先進，經(jīng)濟效果好。確定機床的總體方案，包括下列內(nèi)容： （1）調(diào)查研究 包括調(diào)查和分析工件、了解使用要求和制造條件、調(diào)查研究現(xiàn)有同類型機床等。 （2）工藝分析 包括確定機床上的工藝方法、運動等。 （3）機床總體布局 一般包括：工件加工方式、分配運動、選擇傳動形式和支承形式、安排手柄等操作件的位置、擬定從布局上改善機床性能和技術(shù)經(jīng)濟指標的措施等。最后，繪制機床的總聯(lián)系尺寸圖，以表達所采用的總體布局，規(guī)定聯(lián)系尺寸，并確定主要技術(shù)參數(shù)。 （4）參考同類機床設(shè)計：如下 H5-3型立式鉆床，Z5125型立式鉆床，Z540-S型立式鉆床。 另外，當機床的傳動和控制較復(fù)雜時，須擬定機床傳動系統(tǒng)的草圖。對于不同類型的機床，擬定總體方案的側(cè)重點也是不同的。通用機床的工藝比較定型，一般是側(cè)重于機床的系列化工作、對現(xiàn)有同類型機床的調(diào)查分析以及新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。 此次畢業(yè)設(shè)計所設(shè)計的機床以雙面10工位16軸的小型組合機床為基型，為提高其生產(chǎn)效率，以及為了利用液壓傳動的優(yōu)點，工作臺的旋轉(zhuǎn)采用了液壓傳動的方式驅(qū)動。 1.2 工件 設(shè)計組合機床總體方案的主要依據(jù)包括：工件類型、同類型機床、有關(guān)的科研成果、使用要求以及生產(chǎn)條件和工廠加工技術(shù)設(shè)備情況等。 工件是機床的工作對象，是機床總體方案設(shè)計的主要依據(jù)。因此，必須明確工件的特點和加工要求，如：被加工孔的尺寸精度、加工表面各個孔之間的相互位置精度、孔的加工深度等。 選擇典型工件進行分析: （見圖1－1） 圖1－1 減振器活塞支承座工件 在一圓盤上鉆大孔Φ3mm,內(nèi)孔中Φ3mm的表面粗糙度為Ra=3.2μm, 圓盤上鉆小孔Φ2.5mm,表面粗糙度也為Ra=3.2μm，大小孔的加工深度均為10mm，圓盤總厚度22mm。大小孔的內(nèi)表面粗糙度要求不高，所以不在加工設(shè)計要求范圍，正常情況都可以達到。 零件材料為45號鋼，考慮到零件的用途及在工作中受力不很大的情況，我們可以利用鑄件（砂型鑄造），然后再利用調(diào)質(zhì)、熱處理過程，以達到零件的技術(shù)要求：HRC35—40。 ① 此生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，應(yīng)盡量提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。此加工工件的重量較輕，可采用手動裝卸。 ②由于此工件要求的加工精度不高，故采用一次成型加工，不需經(jīng)過鉆孔、擴孔、鏜孔等過程。 1.2.1 使用要求 將所設(shè)計立式雙面10工位16軸的小型組合機床列入自動線或流水線內(nèi)時，須與線內(nèi)其他的機床有相同的節(jié)拍（工作循環(huán)時間）和裝料高度，并盡可能采用統(tǒng)一的夾具和輸送裝置，以便于自動輸送和裝卸工件。 1.2.2 制造條件 了解制造條件和技術(shù)水平： 如：工件的鑄造過程 工件的熱加工條件 工件的機械加工條件 工件的裝配條件 工件的材料及外協(xié)情況 在擬定組合機床床身整體結(jié)構(gòu)的過程中，要隨時考慮到制造的可能性和經(jīng)濟合理性，使設(shè)計方案落到實處，使所設(shè)計鉆床好用、好造、好修。對生產(chǎn)批量大，生產(chǎn)率要求高時，機床布局應(yīng)有下特點：機床的主軸和工作臺的設(shè)計更有利于工件的裝卸和加工。 1.3 本次畢業(yè)設(shè)計任務(wù) 本次畢業(yè)設(shè)計是在普通組合鉆床的基礎(chǔ)上設(shè)計一臺加工減振器活塞支承座的立式10工位16軸的小型組合機床。主要是為了提高加工該工件的效率，使加工更專門化、分工更精細、勞動效率更高。 什么是組合機床？組合機床是用按系列化標準化設(shè)計的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求設(shè)計的專門部件組成的專用機床。組合機床根據(jù)加工零件的不同，可以分為專用機床和通用機床兩大類。 本次畢業(yè)設(shè)計設(shè)計的是用來專門加工減振器活塞支承座的專用多工位加工組合機床。由于加工工件尺寸比較小，一次加工使多個軸承之間間隔較小，易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，不利于提高工件的質(zhì)量和壽命，故采用多工位加工，由于需加工8個大孔和8個小孔，所以采用了10工位16軸的小型孔加工組合機床，其中每個工位加工兩個大孔或兩個小孔。中間還有一個裝卸工位和一個空工位。 在這種機床的加工作用下，各個動力頭每向下工加工一次后，工作臺就在液壓傳動作用下旋轉(zhuǎn)36°，使各個加工工件移動到下一個加工工位的位置，進行下一步的加工，如此不間斷的進行加工，有利于提高生產(chǎn)效率，節(jié)省各個工件裝卸時間，縮短工件的加工工時。 另外：由于本次設(shè)計加工的工件要求加工孔的加工精度不高，故機床設(shè)計過程中只要設(shè)計了各個孔的定位精度，而對各個孔的加工采用了一次鉆成型加工。 所以本次畢業(yè)設(shè)計要在傳統(tǒng)立式鉆床的基礎(chǔ)上設(shè)計一臺專用式立式鉆床，以便提高加工精度和工件生產(chǎn)率。 第二章 工件的加工工藝分析 2.1 工藝方法對鉆床結(jié)構(gòu)和性能的影響 機床上的工藝方法是多種多樣的。按工種可分為車、銑、刨、鉆、鏜、磨、研磨、電加工、超聲波加工以及激光加工等；每一工種還可細分，如鉆加工工藝有鉆孔、擴孔、鉸孔、锪孔、攻螺紋等加工；按加工精度和表面光潔度可分為粗加工、半精加工、精加工、提高光潔度加工等；按工序集中程度可分為單刀、多刀、單工件、多工件、單工位、多工位等；按作業(yè)形式可分為平行作業(yè)、順序作業(yè)、平行及順序作業(yè)等；按刀具結(jié)構(gòu)可分為簡單刀具、復(fù)合刀具等。 由于工藝方法的多樣性，加工同一工件可以有多種不同的工藝方法。而且工件的加工還分一定的工序，如本次加工的減振器活塞支承座工件，就先后經(jīng)歷了： 毛坯鑄造——調(diào)質(zhì)處理——熱處理——各個面粗加工——表面精加工——活塞孔的加工過程。 ①其中的毛坯鑄造采用45號鋼鑄造加工是由于考慮到零件的用途及在工作中受力不是很大的情況，鑄造后利用調(diào)質(zhì)、熱處理過程，就可以達到零件的技術(shù)要求。 ②調(diào)質(zhì)處理和熱處理是為了增加工件的強度和韌性，提高工件的加工工藝和應(yīng)用質(zhì)量。 ③各個表面的粗加工和精加工是工件表面尺寸的精確化，是工件成型加工，它的加工有利于下一步工序孔加工的進行。 ④工件的孔加工的最后一道加工工序，也是成型工序，也是最重要的一道工序。 根據(jù)工件的加工要求（前面已經(jīng)講過了），所設(shè)計的機床采用了10工位16軸的加工工藝，如下圖所示的工件加工編號圖和左右動力頭工作循環(huán)圖： 圖2-1 工件加工編號 圖2-2 左右動力頭工作循環(huán) 其中工作臺回轉(zhuǎn)方向為順時針方向。 由以上兩圖可以看出：機床共有8加工工位II、III、IV、V、VII、VIII、IX、X，一個裝卸工位I和一個空工位VI，機床配有兩個立式動力頭，每個動力頭都裝有跨4個工位的主軸箱。每個工件都要經(jīng)過8個加工工位才能完成全部空的加工，這樣是為了避免該加工零件的尺寸過小，孔與孔之間的間距過小的限制。 2.2工件夾具設(shè)計對機床加工精度的影響 鉆床夾具在結(jié)構(gòu)上主要是有下列全部或部分元件和部件組成：定位元件、夾緊元件、導向裝置——鉆套及其鉆模板，輔助裝置（如分度轉(zhuǎn)臺）、夾具體。 2.2.1 鉆床通用夾具： 特點：ⅰ通用程度高，適應(yīng)性強，一般無需調(diào)整或稍加調(diào)整（包括稍作補充加工和配換少數(shù)零、部件），就可加工不同工件，故可減少專用夾具的品種； ⅱ結(jié)構(gòu)、尺寸已典型化、規(guī)格化，可預(yù)先生產(chǎn)出成品或半成品以供選用，故選用此夾具能縮短生產(chǎn)準備時間。 鉆床通用夾具適用于多品種、中小批量生產(chǎn)，也適用于單一品種的大量生產(chǎn)。 2.2.2該機床所選取得夾具 該工件的位置加工精度是小于0.15mm和大于—0.15mm，由此可見位置加工精度要求也不是太高，只用專門設(shè)計一個工件夾具，就可以很容易的達到要求。 （1） 夾具設(shè)計方案的初步設(shè)定：如下圖 圖2-3 工件定位 圖2-4 工件定位 從以上設(shè)計可以看出，工件定位圖2-3的設(shè)計是結(jié)合工件機構(gòu)的特點采用一面一孔的定位方案來限制工件的5個自由度。同時，為了確保夾具和孔的配合以及便于工件的裝卸，決定采用碟形彈簧片來夾緊心軸（如：工件定位圖2-4所示） （2）夾具具體方案設(shè)計 在組合機床上加工時，工件依靠夾具上的定位支撐系統(tǒng)，獲得刀具及其導向的正確相對位置，還要依靠夾具上的加緊機構(gòu)，來消除工件因受切削力和工件自重的作用而產(chǎn)生的位移或震動，使工件在加工過程中能繼續(xù)保持定位所得到的正確位置。 加緊機構(gòu)通常由三個部分組成：加緊動力部分、中間傳動機構(gòu)和加緊元件。這三部分起著不同的作用：加緊力部分用于產(chǎn)生力源，并將作用力傳給中間傳動機構(gòu)；中間傳動機構(gòu)能夠改變作用力的方向和大小，即作為增力機構(gòu)，同時能產(chǎn)生自鎖作用，以保證在加工過程中，當力源消失時，工件在切削力或震動作用下仍能可靠加緊；加緊元件則用以承受由中間傳動機構(gòu)傳遞的加緊力，并與工件直接接觸而執(zhí)行加緊動作。 但是，并非全部加緊機構(gòu)都具備上述三部分，有時可能缺少其中的某一部分，例如手動機構(gòu)往往就很簡單。 組合機床夾具的加緊機構(gòu)，就其加緊特性而言，可以分為直接加緊機構(gòu)和自鎖加緊機構(gòu)兩大類。如果按加緊動力的來源區(qū)分，可以分為手動加緊機構(gòu)和自動加緊機構(gòu)，在自動加緊中，又有氣動加緊、液壓加緊、自動扳手加緊和彈簧加緊等機構(gòu)。 設(shè)計夾具機構(gòu)時，應(yīng)滿足的要求如下： 1 保證加工精度 加緊機構(gòu)應(yīng)能保證工件可靠地接觸相應(yīng)的定位基面，加緊后不破壞工件的正確位置。加緊后工件在加工削過程中，不應(yīng)由于切削力的作用而產(chǎn)生位移和晃動。為此，必須保證加緊機構(gòu)能產(chǎn)生足夠的加緊力，同時還要求具有較高的剛性。由于組合機床通常都是多面多刀同時加工的，夾具往往在較大的切削力作用下工作，提高加緊機構(gòu)的剛性，是十分重要的。加緊工件時，不應(yīng)破壞工件的以加工表面，也不應(yīng)引起工件過大的變形，加緊機構(gòu)應(yīng)力求使工件加緊穩(wěn)定和變形較小，為此，應(yīng)當正確的選擇加緊部位和設(shè)置輔助支撐等。 2 保證生產(chǎn)率 加緊機構(gòu)應(yīng)當具有適當?shù)淖詣踊潭?，加緊動作要力求迅速。 3 保證工作可靠 具有自鎖功能 ， 加緊機構(gòu)除了應(yīng)當能產(chǎn)生足夠的加緊力外，通常還要求具有自鎖性能，以保證它的工作可靠性。 4 結(jié)構(gòu)緊湊簡單 在保證加工精度、滿足生產(chǎn)率要求和工作可靠性的原則下，加緊力應(yīng)越小越好，這樣可以避免使用龐大而復(fù)雜的加緊機構(gòu)和減小加壓變形。 5 操作方便，使用安全 由于組合機床生產(chǎn)率高，操作比較頻繁，因此加緊機構(gòu)應(yīng)當操作方便省力，采用手動加緊機構(gòu)時操作力通常不應(yīng)超過8~10公斤。 鑒于以上設(shè)計加緊機構(gòu)的要求，考慮到所夾工件太小，不適合自動加緊，因此采用手動加緊的方式。 （3）夾具體方案設(shè)計 夾具體時夾具的基礎(chǔ)件，它既要包夾具的各種元件、機構(gòu)、裝置連接成一個整體，而且，還要考慮工件裝卸方便以及夾具與機床的連接方式。因此，夾具體的形狀和尺寸，主要取決于夾具各組成件的分布位置，工件的外形輪廓尺寸以及加工的條件等。在設(shè)計夾具時應(yīng)滿足以下一些基本要求： ① 應(yīng)有足夠的剛度和強度。加工工件時，為了防止在切削力、夾緊力等外力的作用下，夾具產(chǎn)生不允許的變形和振動，夾具體應(yīng)具有足夠的壁厚，剛性不足處可適當增加加強筋。 ② 力求結(jié)構(gòu)簡單、重量輕。夾具體的外形一般尺寸較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且各表面間的相互位置精度要求高，應(yīng)特別注意其結(jié)構(gòu)工藝性。 ③ 應(yīng)便于排除切屑。加工過程中為了防止切屑聚積，影響工件的正確定位和夾具的正常操作，因才在設(shè)計夾具體時應(yīng)考慮切屑的排除問題。 ④ 在機床上的安裝應(yīng)穩(wěn)定可靠。對于固定在機床上的夾具，應(yīng)該使重心盡量低；對于不固定在機床上的夾具，則重心和切削力作用點應(yīng)落在夾具體的作用范圍之內(nèi)，重心越高夾具支承面積越大。為了使夾具安裝穩(wěn)定可靠，夾具體底面中部通常挖空。對于翻轉(zhuǎn)或移動式夾具體，應(yīng)在夾具體上設(shè)置手柄或手扶部件，以便于操作。對于大型夾具，在夾具體上應(yīng)設(shè)置吊環(huán)螺栓或者起重孔，以便于吊運。 ⑤ 應(yīng)具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和經(jīng)濟性。夾具體上有三個重要的表面，直接影響夾具的裝配精度，即夾具體底面，固定定位元件和引導裝置的表面，以及夾具安裝時的校正基面。在加工這些表面時，通常是以夾具底面作為定位基準，因此在考慮夾具體的結(jié)構(gòu)時，應(yīng)便于達到這些表面的加工要求。在夾具體上供安裝各種元件的表面，一般應(yīng)鑄出3～5mm的凸臺，以便于減少加工面積。 綜合以上考慮和分析，結(jié)合鉆孔的要求，具體夾具設(shè)計如下所示： ` 由夾具草圖分析，要使工件易于裝卸工件和夾具的定位部分應(yīng)當采用間隙配合的原則，當卸工件時只要將旋轉(zhuǎn)螺母便可減少碟形彈簧片的變形，從而撤銷對工件的定位，就可以很容易的將工件取下，當裝工件時由于工件和定位系統(tǒng)采用的是間隙配合，很容易將工件裝到夾具上，這是旋轉(zhuǎn)螺母使壓緊套壓緊碟形彈簧片，使彈簧片徑向脹開從而將工件定心并加緊。 （4）夾具的具體設(shè)計步驟： 通過對工件的具體分析和夾具加緊的要求，工件在加工時要承受刀具旋轉(zhuǎn)所帶來的扭矩的作用，為了實現(xiàn)對工件的加緊，必須施加一定的軸向力的作用，通過以上的分析可知，工件所受到的扭矩的大小為M=594.4N·mm,為了傳遞這樣大的扭矩，根據(jù)碟形彈簧片的計算公式得需要施加的軸向力Q為： 式中 M——所需傳遞的轉(zhuǎn)矩（N）； D——工件定位基面的直徑（mm）； μ——裝夾表面的摩擦因數(shù)； β——碟形彈簧片錐面半角（°）; K——安全系數(shù)； 現(xiàn)取安全系數(shù)K=1.5。 裝夾表面的摩擦系數(shù)μ=0.3 工件定位基面的直徑D=12mm。 則根據(jù)公式計算得： 根據(jù)以上計算初選碟形彈簧片的數(shù)量和尺寸如下表所示： 形式和 序號 d (mm) D (mm) d1 （mm） D1 (mm) β t (mm) A (mm) B (mm) a (mm) α 1 6 12 7 11 9° 0.5 10 10 1 30° 根據(jù)尺寸可畫出彈簧片的具體圖如下所示： 通過對夾具受力的分析根據(jù)力的大小現(xiàn)計算夾具的最小直徑： 選擇夾具材料為45鋼。根據(jù)查表可知45鋼的許用應(yīng)力大小為[δ]=216MP 根據(jù)公式δ=N/A[δ]得A 現(xiàn)根據(jù)工件所承受的轉(zhuǎn)矩進行計算： 已知工件的許用剪切力為[τ]=128 根據(jù)公式求 根據(jù)公式可知所要求的夾具的最小直徑相當小在這里為了適應(yīng)工藝的要求并考慮到實際的情況，我們選擇工件最小的直徑為4mm。 現(xiàn)對工件的具體設(shè)計如下： 心軸體： 壓緊套： 支撐環(huán)： （5）定位誤差分析 在批量生產(chǎn)中是采用調(diào)整法加工，在不考慮磨損、多次換刀誤差及工藝系統(tǒng)受力變形和熱變形的情況下，可以認為加工表面的位置是不變的。因此，定位誤差實際上是由于工序基準的位置變化引起的，即定位誤差是工序基準在加工尺寸方向上的位置變動量（）。 定位誤差太小，說明定位精度高，加工要求容易保證，但會提高定位基準和定位元件的制造精度，并會增加組裝困難，所以定位誤差應(yīng)合理。一般情況下，定位誤差與相應(yīng)尺寸應(yīng)滿足下面不等式： 因為所加工工件是在板狀工件上加工均布的10個大孔φ3和10個小孔φ2.5,工件以底平面及定心和定位孔為定位基準。 孔的孔是由刀具尺寸保證的，加工的工序基準是工件孔的軸線，因為是用定心與工件中心孔配合實現(xiàn)在和方向上的定位，定心也是定位基準。盡管工序基準與定位基準重合，但因中心孔和定心的直徑都有制造誤差，所以工序基準在和方向的位置仍然是變化的，其起最大變動量即為工件的定位誤差，即 所以工件定位良好 2.3 鉆床的運動 由前述可見，不同的工藝方法所要求的機床運動的類別和數(shù)目是不一樣的。因此，與分析工藝的同時，還必須分析機床上的運動。 2.3.1 按運動的功能分類 為了完成工件加工表面的加工，機床上需要設(shè)置各種運動，各個運動的功能是不同的，可以分成形運動和非成形運動。 ①成形運動：凡形成表面所必需的工件或刀具的運動，稱為表面形成運動（或稱基本運動）。他直接影響被加工表面的精度和光潔度。 它又分為?。褐鬟\動：凡在消耗切削動力和產(chǎn)生切削速度方面起主要作用的運動，稱為主運動。它的功能是切除加工表面上多余的金屬材料，在鉆床上便是鉆頭切削刃沿中心線的旋轉(zhuǎn)，因此運動速度高，消耗了機床大部分動力。 ②非成形運動：除表面形成運動以外的運動，都屬于非表面形成運動（或稱輔助運動）。非表面形成運動包括刀具（或工件）的移近、退回、工件的夾緊、分度等，它們并不參加表面形成過程，但對過程起著不可缺少的輔助作用。 2.3.2 按組成可分為簡單運動和復(fù)合運動 為了完成工件加工表面的加工，機床上需要設(shè)置各種運動，各個運動的功能是不同的，可以分成形運動和非成形運動。 ①成形運動：凡形成表面所必需的工件或刀具的運動，稱為表面形成運動（或稱基本運動）。他直接影響被加工表面的精度和光潔度。 它又分為ⅰ：主運動：凡在消耗切削動力和產(chǎn)生切削速度方面起主要作用的運動，稱為主運動。它的功能是切除加工表面上多余的金屬材料，在鉆床上便是鉆頭切削刃沿中心線的旋轉(zhuǎn)，因此運動速度高，消耗了機床大部分動力。 ②非成形運動：除表面形成運動以外的運動，都屬于非表面形成運動（或稱輔助運動）。非表面形成運動包括刀具（或工件）的移近、退回、工件的夾緊、分度等，它們并不參加表面形成過程，但對過程起著不可缺少的輔助作用。 2.3.2 按組成可分為簡單運動和復(fù)合運動 只包含一個單元運動的運動，稱為簡單運動。有兩個或兩個以上的單元運動組成的運動，稱為復(fù)合運動。 鉆床上的單元運動，為鉆頭的回轉(zhuǎn)運動和軸向進給運動，因為實現(xiàn)這些運動的結(jié)構(gòu)簡單。 其運動分配可把主軸箱和工作臺分別沿立柱上下移動。 2.3.3此次設(shè)計機床上的運動 此次設(shè)計機床上的運動屬于復(fù)合運動，其中有主軸箱上的各個軸的運動屬于主運動，而工作臺的回轉(zhuǎn)運動和主軸箱的上下移動都屬于非形成運動。 2.4繪制加工示意圖 加工示意圖的作用是表明機床所采用的工藝方法和刀具，規(guī)定工件、刀具、以及機床執(zhí)行部件（如主軸箱、工作臺、刀架等）的運動速度、行程以及主要聯(lián)系尺寸，并可檢查它們之間是否會發(fā)生干涉。（見下圖2-5） 圖2-5 加工示意圖 第三章 機床的總體布局 3．1總體布局 機床是由部件裝配而成，每個部件在機床中占有一定的位置。選擇機床的型式，分配運動以及安排各部件和手柄等在整臺機床中的位置，叫做機床的總體布局。 合理的總體布局應(yīng)滿足的基本要求是： (1).保證工藝方法所要求的工件和刀具的相對位置和相對運動； (2).保證機床具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度和的抗振性； (3).便于觀察加工過程；便于操作、調(diào)整和修理機床；便于輸送、裝卸工件和排除切屑，并須保證工作安全； 經(jīng)濟性好，如節(jié)省材料，減少機床占地面積等。 機床總體設(shè)計的一般步驟是，首先根據(jù)工藝分析，分配機床部件的運動，選擇傳動形式和支承形式；然后，安排手柄等操作件的位置，并擬定從布局上改善機床性能和技術(shù)經(jīng)濟指標的措施。上述各步驟之間有著密切的聯(lián)系，必要時可以互相穿插或同時并進。 根據(jù)我已查的資料和跟本組其他成員的討論，最后選取下面樣式的機床作為本次設(shè)計的組合機床布局： 圖3-1 雙面立式機床的整體布局 機床設(shè)計所依據(jù)的內(nèi)容在第一章機床總體方案設(shè)計的依據(jù)中已有所說明，下面在進行機床整體布局設(shè)計的詳細敘述。 3.2 運動的分配 機床上的工藝方法確定后，刀具和工件在切削加工時的相對運動亦隨著被規(guī)定了。但是，這相對運動可分配給刀具，也可分配給工件，或者由工件和刀具共同來完成。機床上的運動分配，是由刀具和工件的重量和尺寸、工藝方法的特點等多方面的因素決定的。 由于此機床加工的零件與采用多工位加工，故采用了鉆頭工件的加工和進給運動都有鉆頭來完成，另外，為了簡化裝卸和提高生產(chǎn)效率滿足多工位加工在同一臺機床上進行，采用了通過液壓系統(tǒng)帶動工作臺作順時針旋轉(zhuǎn)運動，同時主軸箱體部分也采用液壓控制多個鉆頭上下移動。 3.3提高加工精度 由第一章的介紹，可知被加工工件的位置要求公差不大，而孔加工精度沒作要求，故，本機床設(shè)計了專門的夾具來控制各個孔的相對位置（在第二章有詳細的介紹）。 3.4縮小機床占地面積 本次設(shè)計的10工位16軸孔加工小型組合機床，是立式加工機床，其主要占地面積是由工作臺的大小決定的，而工作臺的尺寸主要是由負責主要加工部分的兩個主軸箱尺寸決定的。機床底座采用了一般機床型底座，其高度設(shè)計為850mm,寬度為工作臺直徑稍大的尺寸，長度選用工作臺直徑加兩倍立柱尺寸。由于該機床設(shè)計為小型號機床，所以占地面積不會太大。 3.5機床的傳動形式 機床的傳動，有機械、液壓、機械—液壓、氣動、氣動—液壓、電氣等多種形式。其中最常見的是機械傳動和液壓傳動。 液壓傳動具有機械結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)自動化和無級變速、吸振性能好、過載保護簡單以及能自身潤滑等優(yōu)點，在機床中得到了日益廣泛的應(yīng)用。 因此，本次設(shè)計工作臺的回轉(zhuǎn)和主軸箱的進給運動都采用了液壓裝置，工作臺的旋轉(zhuǎn)是自動控制裝置，只要主軸箱上升到最高位置，液壓系統(tǒng)自動執(zhí)行通過液壓缸帶動工作臺主軸自動旋轉(zhuǎn)36°，把每個工件移動到它需要加工的下一道工部處。 如下圖所示工作臺的液壓驅(qū)動裝置： 圖3-2 工作臺的液壓驅(qū)動裝置 該組合鉆床的傳動形式確定后，可進行傳動部件的布局。組合鉆床一經(jīng)確定加工鉆頭傳動和工作臺的回轉(zhuǎn)運動采用液壓驅(qū)動，則鉆床應(yīng)具備驅(qū)動主軸和工作臺的液壓傳動裝置。其中主軸箱的液壓驅(qū)動裝置設(shè)置在立柱內(nèi)，工作臺的液壓驅(qū)動裝置設(shè)計在底座內(nèi)。 3.6 機床的支承形式 機床中常用的支承件有床身、底座、立柱、橫梁、橫臂、刀架及工作臺等。這些支承件，或單獨使用，或組合使用。 此雙面組合鉆床的支承形式可設(shè)計采用“U”形（柱形）支承，支承件是立柱，或立柱與底座的組合。具有這種支承形式的機床，稱為雙面立式組合機床。此雙面立式鉆床為中小型普通機床，與臥式機床相比，立式機床占地面積較??；尤其是本次設(shè)計的專用組合鉆床，機床的加工工件的尺寸較小，工作臺的尺寸也不是太大，這就決定了次機床得占地面積不會太大。 機床支承件應(yīng)滿足的基本要求： ①應(yīng)具有足夠的剛度和較高的剛度——質(zhì)量比。 ②應(yīng)具有較好的動態(tài)特性，包括較大的位移阻抗和阻尼，整 機的低 階頻較高，若階頻不致引起結(jié)構(gòu)共振，不會因薄壁振動而產(chǎn)生噪聲。 ③熱穩(wěn)定性要好，熱變形對機床加工精度的影響較小。 ④排屑暢通，吊運安全，并具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。 由于支承件的結(jié)構(gòu)形狀十分復(fù)雜，受力條件也很復(fù)雜，所以對支承件主要是進行近似的工程技術(shù)計算，用近似的技術(shù)計算結(jié)果，來和已有的經(jīng)過生產(chǎn)實踐考驗的同類型支承件的計算結(jié)果進行比較，進而評價所設(shè)計的支承件。 3.6.1 支承件的設(shè)計分析 首先，在簡化支承系統(tǒng)中做出計算簡圖時，假定： (1).各支承件都是規(guī)則的幾何形狀； (2).其基壁及加入的隔板、筋條的厚度相等，且其間的距離也相等； (3). 支承件是薄壁構(gòu)件，它們工作條件可看成是鉸支梁或在彈性基礎(chǔ)上的； 其次，支承件的受力變形分析： 一下所述均是一個主軸箱對半個工作臺和一個立柱的受力分析： 分析條件， 承受載荷：軸向鉆削力Px和鉆削扭矩Md以相等數(shù)值和相反方向分別通過主軸箱和工作臺作用在床身上、下兩處。 支承條件：床身可看作下端固定、上端自由的立柱型的懸臂梁，主軸箱和工作臺可看作是一端固定在床身上，另一端自由的懸臂梁。 1. 載荷分析： 床身、工作臺、主軸箱：作用在x-y面的載荷簡圖： 圖3-2示 載荷計算：桿：Px My=Px(L+Yc) 床身、工作臺：作用在yz面的載荷簡圖 載荷計算：桿1：Myz=Md Md——鉆削扭矩 Px——代表了一個主軸箱帶動的4個軸的鉆削力之和； L——代表周的中心距到立柱的距離， Yc——代表立柱的邊到中心的距離。 Myz——鉆削力通過主軸箱對立柱的和工作臺使床身在H段內(nèi)承受拉伸和彎曲力矩。 Md——代表4個鉆削力和力的總扭矩。 Myx使床身在垂直面內(nèi)發(fā)生彎曲，主軸箱及其與床身導軌接合面將在Px作用下產(chǎn)生彎曲和傾斜，這些將引起主軸軸線與工作臺臺面的垂直度產(chǎn)生偏差，降低機床的工作精度。工作臺和主軸箱對床身的水平扭矩Myz，使床身發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，這項變形使鉆孔中心線偏移，但由于本次加工的工件位置加工公差要求不高，孔加工粗糙度沒有要求，所以這些對加工精度的影響很下的作用力不影響加工質(zhì)量。 3.6.2 支承件結(jié)構(gòu)的剛度 支承件受力后變形如超過允許范圍，就會破壞機床的原始精度。故在設(shè)計支承件時，應(yīng)考慮如何減少其受力后的變形，而減少變形最主要的手段是提高支承件本身抵抗變形的能力，即從支承件本身結(jié)構(gòu)著手來提高其剛度。 (1).支承件的結(jié)構(gòu)形式： 從受力分析中得知，支承件主要是受扭矩和彎矩，因而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)和彎曲變形。由材料力學可知： ⅰ：空心截面的慣性矩比實心的大。在相同截面積的條件下，加大輪廓尺寸，減少壁厚，可以大大提高剛度。因此，設(shè)計支承件時應(yīng)使壁厚在工藝可能的前提下盡量薄一些。 ⅱ：方形截面的抗彎剛度比圓形的大，此鉆床支承件所承受的彎矩大于扭矩，則截面形狀以選擇方形或矩形為佳。 ⅲ：不封閉的截面比封閉的截面剛度顯著下降。因此，在可能條件下，應(yīng)盡量把支承件的截面做成封閉的框形。 所以，正確合理地選擇截面形狀，是支承件設(shè)計的重要任務(wù)。采用加大橫斷面輪廓尺寸而減小壁厚的方法，可提高支承件剛度故一般采用空心截面，并使質(zhì)量遠離形心。在支承件內(nèi)壁合理地布置加強筋，可有效地提高其剛度。 (2).支承件的結(jié)構(gòu)工藝性 設(shè)計支承件時，在保證剛度的前提下，要求節(jié)約金屬材料，易于制造，為便于運輸和安裝，床身上要鑄出起吊鉤。 (3).支承件材料 支承件立柱和導軌是做成一體的，可選用鑄鐵，鑄鐵成本低，有良好的減振性和耐磨性，易于鑄造和切削加工。 3.7 立柱的設(shè)計 (1). 由上面所述原因，鉆床的支承件采用立柱形式。 立柱由于支承件條件不利并承受復(fù)雜載荷，所以斷面形狀一般均為閉式矩形或雙矩形，或方形。高度或斷面尺寸大時，立柱內(nèi)部要布置加強筋，立柱選材為鑄鐵。 立柱截面形狀見圖3-3 圖3－3 立柱斷面形狀 立柱截面形狀主要由剛度要求決定。此截面形狀用于載荷作用于立柱的對稱面且載荷較大的場合。輪廓尺寸最有利的比例（厚度與寬度之比）為h/b=2-3。 立柱的厚度應(yīng)盡量均勻，以避免因厚度不均在厚處產(chǎn)生縮孔，床身壁厚與導軌厚度不可能相同，則應(yīng)均勻過渡，避免沖突。這是機床的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)布置加強筋也可有效地提高連接部分的剛度。 閉式斷面結(jié)構(gòu)，當尺寸大而壁薄時，在其內(nèi)部安置筋板，可減少其局部變形和斷面形狀的畸變。 立柱肋板能使大件立柱外壁的局部載荷傳遞給其他壁板，使它們均衡地承擔載荷，并將外壁的彎曲變形轉(zhuǎn)化為立柱肋板的拉伸和壓縮變形，由于這類變形的值很小，因此，可阻止外壁的彎曲變形。立柱肋板可大大地加強大件的四壁作為一個整體的作用，在承受扭矩時，可減少形狀的畸變。 (2). 隔板和肋 對于受有空間載荷而又比較高的立柱，必須有橫向隔板或環(huán)形肋以便于減輕截面形狀的畸變。橫向的環(huán)形肋可看作是有大孔的隔板。能保證實際上不發(fā)生截形畸變的最大隔板間距約等于立柱受力點至固定點之間距離的三分之二。橫向隔板上開孔，如孔的面積不超過隔板面積的20－30％，則對剛度基本上無影響。如果孔太大（或環(huán)形筋的高度太?。﹦t截形剛度將急劇降低。但是，即使筋的高度小到等于截面邊長的5－10％，比之無筋仍能提高截形剛度30－40％。十字形的縱向隔板對減少截形畸變效果不大。它的主要作用是把壁板聯(lián)接起來。 面積較大的隔板，內(nèi)部最好加肋，以避免薄壁振動。筋的形狀可以是縱向的，橫向的，井字形的或米字形的肋于肋之間的面積 不應(yīng)大于400*400。加筋后，構(gòu)件的整體自身剛度也提高了，但提高量一般不超過10－15％。詳看下圖立柱剖面圖3-4 (3). 立柱外形設(shè)計 粗步估計主軸箱的寬度為300mm，則立柱截面設(shè)計為300*300mm的方形。根據(jù)估計的進給箱及工作臺的高度及進程，初步估計立柱總高度為1150mm，如圖(CLZ-02) 立柱與底座裝配時用螺栓互相聯(lián)接成為整體，為保證立柱的聯(lián)接剛度，設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點： 1. ①重要的固定接合面的光潔度，應(yīng)規(guī)定得適應(yīng)，一般不低于Ra1.6 2. ②固定螺栓的直徑應(yīng)足夠大，以期有足夠的抗拉剛度，數(shù)量須充分，一般用4個，布置在接合部分的整個四周。 3. ③聯(lián)接部位應(yīng)選擇適應(yīng)的結(jié)構(gòu)。 聯(lián)接的剛度與聯(lián)接用的螺栓數(shù)量及螺栓的位置有關(guān)。 故立柱與底座聯(lián)接用8個M20的螺栓,即六角頭全螺紋螺栓,A級(GB5783-86)，由圖知，立柱底部還有加強肋板：40mm寬，高20mm。 (4). 外壁上窗孔 為了安裝電機,電器和各種機件,以及為了清砂, 立柱上往往需要開窗孔.窗孔對剛度的影響決定于它們的大小和位置。 圖3－4 立柱主視圖 立式鉆床方形截面立柱在前后壁上開窗孔,窗孔的寬度應(yīng)盡量不超過立柱空腔寬度的70%.最大高度約為空腔寬度的1至1.2倍。 窗孔在工作時加蓋,并用螺釘上緊,可補償一部分剛度的損失。 在設(shè)計可、立式機床床身選用立柱時，還要計算平衡重。平衡重是用來平衡動力部件移動部分的重量，減少導軌及絲杠的磨損，同時消除立式機床調(diào)整時的前傾問題。通用立柱的平衡重裝置是由一個固定平衡重和多塊附加平衡中組成，3、4、5、號立柱的最大平衡重量分別為1041、1568、2618公斤當需用高度超過通用立柱最大高度或要求平衡重大于立柱最大平衡重時，可采用通用立柱加墊塊的方法來解決。 由初步可知，動力部件的重量達不到2618公斤，故不用加專用墊板了，只用平衡塊就可平衡動力部件的重量。另外為便于安裝主軸箱的平衡重立柱上方開口,為150X200mm的長方形窗口如圖立柱剖面圖3-4。 為便于箱體內(nèi)的冷卻液及冷卻泵的散熱,在立柱上部開一個150mmX200mm的散熱窗,如圖立柱整理裝配圖所示 因立柱內(nèi)部要安裝冷卻泵,以對工件在鉆孔時冷卻,故在立柱下部要開窗孔,用來安裝冷卻泵,初步估計為200X200mm的窗孔見，也有利與平時的檢查漏油情況，如圖3-5.， 另外立柱上還要開些小的窗口,用來安裝冷卻管,潤滑管及照明設(shè)備等，同時立柱下半部分安裝開關(guān)有利于操作，故專業(yè)開了一個控制開關(guān)窗口，再蓋上蓋子裝上電路板，并用螺釘固緊，作為安裝機床各控制按鈕使用，詳見下圖3-5 圖3-5立柱外觀 查資料知: 箱體開孔面積小于側(cè)壁面積的10%時, 不會顯著地降低箱體的剛度; 當開孔面積達30%左右時,與未開孔的箱體比較,扭轉(zhuǎn)剛度下降至20%-10%,且扭轉(zhuǎn)固有頻率也下降至1/3-1/4,當在閉式斷面的大件開長窗孔后,用蓋板覆蓋,并用螺釘固緊,大件剛度比不加蓋板的稍有提高。 故為安裝冷卻泵而開的窗口要加蓋板，并用螺釘固緊，初選螺釘為： GB 67-85-M8*25,為標準件四個及達到要求了。 在立柱上有電路板，以安裝冷卻泵電動機開關(guān)、照明燈開關(guān)、電路開關(guān)、主軸箱升降的液壓開關(guān)等，為了便于控制，由不降低立柱剛度，也采用了上面已提到過的辦法，窗口加裝的蓋板可以加上電路板，安裝窗口與開關(guān)窗口分開，這樣有利于機床的維修與檢查工作，能達到合理設(shè)計的要求。 另外，帶動機床主軸箱上下移動的液壓系統(tǒng)也安裝在了立柱內(nèi)，不過是上部橫梁部分，可采用散熱窗口處安裝。本次設(shè)計的雙面多工位加工孔機床，設(shè)計成兩個立柱式，不過兩個立柱的設(shè)計都采用了標準化，大部分設(shè)計都是一樣的，只是右邊部分沒有開關(guān)電路板窗口的設(shè)計。 由上面的3-4.3-5圖以看出，機床的立柱內(nèi)側(cè)還專門設(shè)計了安裝液壓缸部分滑座，它是用來固定液壓缸的專門裝置。 3.8機床導軌的設(shè)計： 導軌的功用是導向和承載。在導軌副中，運動的一方叫做動導軌，不動的一方叫做支承導軌。動導軌相對于支承導軌只能有一個自由度的運動。 導軌按摩擦性質(zhì)分為：滑動導軌和滾動導軌。 此次設(shè)計的雙面立式鉆床可采用普通滑動導軌。它的優(yōu)點是：構(gòu)造簡單，制造方便，接觸剛度高和抗振性好。其缺點是：摩擦阻力大，磨損快。 采用滑動導軌，金屬對金屬的運動精度可選高的精度，承載能力較大，面接觸剛度高，抗振性好，結(jié)構(gòu)簡單，制造及維護容易，成本低。 3.8.1 導軌的材料 對導軌材料的基本要求是：耐磨性好、工藝性好和成本低等。 故導軌的材料一般選用鑄鐵-鑄鐵。 鑄鐵成本低，有良好的減振性和耐磨性，易于鑄造和切削加工。此導軌材料可選應(yīng)用最多的灰鑄鐵，其牌號是HT20-40,即HT200(GB 5675-85)，其在潤滑與防護較好的條件下有一定的耐磨性。 灰鑄鐵導軌在加工完畢裝配時硬度應(yīng)符合JB2278-78的規(guī)定：長度在2.5米以下的其硬度值應(yīng)符合180HBS，在同一導軌面上的硬度不均勻性不得超過25HBS,為了使導軌面質(zhì)量好些，澆鑄時應(yīng)讓導軌面處于最低部位。 圖3－6 U型導軌 3.8.2. 導軌的形狀 直線運動導軌截面的基本形狀主要有四種：三角形、矩形、T形導軌、燕尾形和圓柱形，每種之中還有凸凹之分。 選取U形導軌，如圖3－7，是為了方便與液壓缸的連接，這種形式最有利于控制動力部件的移動路線。高度較小，接觸面較大，可以承受顫震力矩，剛性較好，能承受較大的受力，層次多，上下導軌加工方便，有利于增加固定部件剛度，移動部件裝配方便。 3.8.3導軌的潤滑與防護 對導軌進行潤滑的目的是：減少摩擦，提高機械效率；減少磨損，延長壽命；降低溫度，改善工作條件和防止生銹。 對此次設(shè)計的鉆床，主要是主軸的進給運動，導軌經(jīng)常使用，而且為中速的中小型機床導軌。因此潤滑方式應(yīng)該采取自動潤滑方式，即用潤滑泵輸送潤滑油自動潤滑。 此為中等載荷（比壓大于0.2N/mm）、中低速豎