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目 錄?
第一章 緒論…………………………………………… 1
第二章 組合機床介紹
第一節(jié) 加工內(nèi)容及要求……………………………… 2
第二節(jié) 工作循環(huán)……………………………………… 2
第三節(jié) 夾具設(shè)計方案……………………………………2
第四節(jié) 確定切削用量及刀具………………………………… 2
第五節(jié) 確定切削力扭矩、功率及刀具耐用度……………… 3
第六節(jié) 初定主軸直徑………………………………………… 4
第七節(jié) 主軸箱所需動力……………………………………… 5
第三章 組合機床總體設(shè)計……………………………………?? 6
第一節(jié) 三圖一卡設(shè)計…………………………………………?? 6
第二節(jié) 主軸箱輪廓尺寸………………………………………?? 9
第三節(jié) 傳動裝置潤滑…………………………………………? 10
第四節(jié) 機床技術(shù)特性…………………………………………? 10
第五節(jié) 計算生產(chǎn)率……………………………………………? 10
第四章 組合機床主軸箱設(shè)計…………………………………? 12
第一節(jié) 原始依據(jù)圖……………………………………………… 12
第二節(jié) 主軸結(jié)構(gòu)形式及動力計算…… 13 ?????????????????
第三節(jié) 傳動方案?！?4
第四節(jié) 主軸箱的坐標計算………………………………………19?
第五節(jié) 主軸箱的潤滑及手柄軸位置……………………………20
第六節(jié) 繪制裝配圖主軸箱………………………………………21
第五章 總結(jié)…………………………………………………… 30
第六章 參考資料……………………………………………… 31
第一章 緒論
組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動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)濟實用,因而被廣泛應(yīng)用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制,它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件(近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額) ,完成鉆孔、擴孔、鉸孔,加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺,在孔內(nèi)鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多,有大型組合機床和小型組合機床,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)臺式組合機床等;隨著技術(shù)的不斷進步,一種新型的組合機床———柔性組合機床越來越受到人們的青睞,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更換,配以可編程
序控制器( PLC) 、數(shù)字控制(NC) 等,能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng),并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機床。另外,近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機(清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線) 等在組合機床行業(yè)中所占份額也
越來越大。由于組合機床及其自動線是一種技術(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)計的,它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國組合機床組合機床自動線總體技術(shù)水平比發(fā)達國家要相對落后,國內(nèi)所需的一些
高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴大,并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此,市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝,研制新產(chǎn)品,由過去的“剛性”機床結(jié)構(gòu),向“柔性”化方向發(fā)展,滿足用戶需求,真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣踊b備。隨著市場競爭的加劇和對產(chǎn)品需求的提高,高精度、高生產(chǎn)率、柔性化、多品種、短周期、數(shù)控組合機床及其自動線正在沖擊著傳統(tǒng)的組合機床行業(yè)企業(yè),因此組合機床裝備的發(fā)展思路必須是以提高組
合機床加工精度、組合機床柔性、組合機床工作可靠性和組合機床技術(shù)的成套性為主攻方向。一方面,加強數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用,提高組合機床產(chǎn)品數(shù)控化率;另一方面,進一步發(fā)展新型部件,尤其是多坐標部件,使其模塊化、柔性化,適應(yīng)可調(diào)可變、多品種加工的市場需求。從2002 年年底第21 屆日本國際機床博覽會上獲悉,在來自世界10 多個國家和地區(qū)的500 多家機床制造商和團體展示的最先進機床設(shè)備中,超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深
受歡迎。據(jù)專家分析,機床裝備的高速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是提高機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度。該屆博覽會上展出的加工中心,主軸轉(zhuǎn)速10 000～20 000 r/ min ,最高進給速度可達20～60 m/ min ;復(fù)合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時,加工的形狀卻日益復(fù)雜。多軸化控制的機床裝備適合加工形狀復(fù)雜的工件。另外,產(chǎn)品周期的縮短也要求加工機床能夠隨時調(diào)整和適應(yīng)新的變化,滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求。然而更關(guān)鍵的是現(xiàn)代通信技術(shù)在機床裝備中的應(yīng)用,信息通信技術(shù)的引進使得現(xiàn)代機床的自動化程度進一步提高,操作者可以通過網(wǎng)絡(luò)或手機對機床的程序進行遠程修改,對運轉(zhuǎn)狀況進行監(jiān)控并積累有關(guān)數(shù)據(jù);通過網(wǎng)絡(luò)對遠程的設(shè)備進行維修和檢查、提供售后服務(wù)等。在這些方面我國組合機床裝備還有相當大的差距,因此我國組合機床技術(shù)裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調(diào)可變、任意加工性以及通信技術(shù)的應(yīng)用將是今后的發(fā)展方向。
研究本課題的指導(dǎo)思想及要達到的目標
在完成了大學(xué)階段的課程學(xué)習(xí)之后，為了鞏固和深入的學(xué)習(xí)理論知識，系統(tǒng)地掌握并運用這些知識，全面提高我們自身的綜合素質(zhì)，為以后踏上工作崗位，游刃有余的完成各項工作做好準備。通過本次畢業(yè)設(shè)計，我在輔導(dǎo)老師和周圍同學(xué)的幫助下認真的完成本次畢業(yè)設(shè)計課題，在保證完成任務(wù)的前提下還有一定的質(zhì)量水準。讓我實際操作設(shè)計組合機床，親自體會作為工程技術(shù)人員，作為一名工程師應(yīng)具有的理論知識、專業(yè)素養(yǎng)及實際動手操作能力，力爭做一名合格的工科工程師人員
第二章 組合機床總體設(shè)計
1. 概述
底面攻絲組合機床是在工件底面上加工螺紋的一種高效率自動化專用加工設(shè)備。機床的液壓動力滑臺對面布置電動機固定在滑臺上,中間底座上裝有工件定位夾緊裝置。
組合機床的總體設(shè)計通常是根據(jù)與用戶簽定的和同和協(xié)議書，針對具體加工零件，擬訂工藝和結(jié)構(gòu)方案，并進行方案圖樣和有關(guān)技術(shù)文件的設(shè)計。
根據(jù)工藝方案確定機床的型式和總體布局。在選擇機床配置型式時，既考慮到實現(xiàn)工藝方案，保證加工精度、技術(shù)要求及生產(chǎn)率，又考慮到機床操作、維護、修理和排屑的方便性。
在選擇組合鉆床結(jié)構(gòu)方案時，必須保證穩(wěn)定的加工精度。固定式夾具組合機床能達到的螺紋位置精度最高，采用固定導(dǎo)套一般能有效的減小由于攻絲靠模頭的自重引起的誤差，考慮到操作的方便性，需要合理確定裝料高度
根據(jù)被加工零件的特點,為實現(xiàn)加工精度要求,同時考慮到經(jīng)濟效益和生產(chǎn)率,經(jīng)過反復(fù)論證、分析和計算,我們采用了臥式多軸組合機床的總體設(shè)計方案。
2.總體結(jié)構(gòu)及工作循環(huán)
本機床采用臥式組合機床,變速箱體裝在工作臺的夾具上,這樣便于上、下料。
機床機械部分主要有:底座、中間底座、多軸箱、刀具、夾具、冷卻系統(tǒng);控制部分為PLC 控制系統(tǒng)及液壓傳動系統(tǒng)。
機床的工作循環(huán)為:人工裝上一工件→夾緊油缸夾緊→I 滑臺開始工作循環(huán):快進(冷卻供、主軸轉(zhuǎn)) →工進(死檔鐵停留) →快退至原位(主軸停) 滑臺開始工作循環(huán):快進(冷卻供、主軸轉(zhuǎn)) →工進(死檔鐵停留) →快退至原位(主軸停、冷卻停) ,夾緊油缸松開,防護門自動打開,油缸推出工件,工件到位后油缸退回.(快退→緩?fù)? ,死檔鐵停留,工作循環(huán)結(jié)束
3.組合機床的設(shè)計步驟
一. 擬訂方案階段
指定工藝方案是設(shè)計組合機床最重要的一步。工藝方案制定得好與否，將決定機床能否達到“體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，效率高，質(zhì)量好”的要求。為了使工藝方案制定得合理，先進，必須從認真分析被加工零件圖紙開始，深入現(xiàn)場了解被加工零件的結(jié)構(gòu)特點，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，工藝方法和加工過程中所采用的刀具，輔具，切削用量及生產(chǎn)率等，分析其優(yōu)缺點總結(jié)設(shè)計制造使用單位和操作者豐富的實踐經(jīng)驗，以求理論緊密聯(lián)系實際，從而確定零件在組合機床上完成的工藝內(nèi)容及方法，決定刀具種類，結(jié)構(gòu)類型，數(shù)量及切削用量等。
二．技術(shù)設(shè)計階段
根據(jù)已確定的工藝和結(jié)構(gòu)方案，按照加工示意圖和機床聯(lián)系尺寸圖等開展部件設(shè)計，繪制多軸箱，夾具等裝配圖。
三．工作設(shè)計階段
（1）繪制機床聯(lián)系尺寸總圖。
（2）編制機床說明書，制定機床精度檢驗，調(diào)整，試車規(guī)范等有關(guān)驗收標準。
4.制造工藝的確定
本課題就是要通過實地調(diào)研考察，結(jié)合大學(xué)階段所學(xué)專業(yè)課知識和相關(guān)資料的分析閱讀設(shè)計專用機床（組合機床），來解決上述制造工藝中上端面鉆孔的加工問題。
在設(shè)計時要注意下列幾個問題：
采用先進的加工工藝方案，恰當?shù)卮_定本專機的工序集中度；
選擇合適的配置，合理選擇本專機的通用部件；
合理選擇切削速度，進給量，確定鉆孔所用的刀頭；
設(shè)計合理高效的專用夾具。
影響工藝方案的主要因素。
（1） 兩個零件同時加工。
（2） 材料HT200。
（3） 生產(chǎn)批量：大中批量。
工序間余量的確定：mm。
刀具結(jié)構(gòu)選擇：考慮到加工材料、生產(chǎn)批量和加工精度要求不高，采用通用的細柄機用絲錐。
2.3 變速箱體兩側(cè)面孔攻絲工藝方案的確定
從工藝簡圖中可以看到：要加工的底面12個螺紋孔，攻絲深度為10mm，各螺紋孔之間有位置度要求。根據(jù)加工零件的形狀和加工要求，考慮加工經(jīng)濟精度等因素，確立合理的加工工藝方案。
2.3.1 工藝基準分析
選擇加工工藝基準時應(yīng)遵循一下原則：
應(yīng)盡可能的選擇設(shè)計基準為加工時的定位基準，這樣可以減少累計誤差，有利于保證加工的精度，還有利于工件加工；
選擇定位基準時應(yīng)選用光潔、平整和有足夠大的尺寸面做定位基準，定位時要確保工件的穩(wěn)定，只有不能避免才考慮粗基準；
統(tǒng)一基準原則，這樣可以簡化夾具設(shè)計，減少工件搬動和裝夾次數(shù)；
選擇基準應(yīng)保證定位準確、可靠，夾緊機構(gòu)簡單，操作方便；
工序集中原則，選擇基準時保證在一次裝夾下，盡可能多的加工，便于保證加工的精度要求；
夾緊時要保證不影響加工，夾緊要可靠；
在加工方向上，當所受力較大時要考慮采用輔助夾緊，這樣在加工過程中可以保證定位要求，滿足加工要求。
定位基準和夾緊部位
（4） 定位基準：一面兩銷（5自由度）。
（5） 夾緊部位：零件一側(cè)平面。
2.3.2 機床配置型式的選擇
組合機床是針對被加工零件的特點及工藝要求，按高度集中工序原則設(shè)計的一種高效率專用機床。設(shè)計機床前，首先根據(jù)組合機床完成工藝的一些限制及組合機床各種工藝方法能達到的加工精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，解決零件是否可以利用組合機床加工及采用組合機床加工是否合理的問題。
影響機床配置方案的主要因素有：
被加工零件的加工精度和加工工序，它是制定機床方案的主要依據(jù)；
被加工零件的特點在很大程度上決定了機床采用的配置型式；
被加工零件的生產(chǎn)批量；
機床的使用條件。
本機床采用臥式滑臺式雙件加工的單工位組合機床。
2.3.3 切削用量的選擇
機床要正常工作，必須確定合理的切削速度和進給量。切削速度和進給量選擇適當，將會減少加工時間，延長刀具使用壽命，獲得較高的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。由于該工序采用的是組合機床單面加工雙件12個孔，都是M6的螺紋孔,因此每把刀具的進給量都是相同的。根據(jù)鉆孔加工切削用量參照表，攻絲切削速度為4m/min.由公式n=v∕d×1000可得：主軸轉(zhuǎn)速n=212r/min。進給量f=1mm/r。
有以上數(shù)據(jù)，選擇相應(yīng)的漲套、芯軸、襯套及攻絲靠模、螺桿等，參照大連組合機床研究所的 《組合機床設(shè)計參考圖冊》，加工示意簡圖如圖紙所示。
2.3.3.1 動力部件的選擇
動力部件主要用以實現(xiàn)切削刀具的旋轉(zhuǎn)和進給運動。它們是機床最主要的通用部件，包括液壓滑臺、滑臺側(cè)底座、動力箱。一般主運動采用旋轉(zhuǎn)運動，而進給運動采用液壓傳動。它們的選擇原則應(yīng)遵循下列原則：
（1）進給力和功率應(yīng)滿足加工所需的最大進給力和所需的計算功率（包括切削功率、空轉(zhuǎn)功率、傳動損失等）；
（2）所選擇的快速行程速度應(yīng)小于動力滑臺的規(guī)定的快速行程速度，切削用量的每分鐘工作進給速度應(yīng)大于動力滑臺額定的最小進給量；
（3）多軸箱輪廓尺寸具有一定的限制，不同規(guī)格的動力滑臺要與同規(guī)格的多軸箱配套使用。
切削力
切削轉(zhuǎn)矩
切削功率
綜合以上因素，查《組合機床設(shè)計簡明手冊》表2—14 多軸箱選用1TD16Ⅳ型動力箱驅(qū)動， 驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速600r/min。
圖1 液壓滑臺和滑臺側(cè)底座
3. 三圖一卡設(shè)計
1. 被加工零件工序圖
被加工零件為傳動箱殼體，材料為HT200，工序為箱體底面攻絲，雙件有12個螺紋孔需要攻絲。采用一面兩銷定位，一面為殼體側(cè)面，兩孔為殼體圓柱和內(nèi)孔。采用殼體側(cè)面邊緣夾緊。（如圖所示）
2. 加工示意圖
加工M6的螺紋孔：
采用高速鋼機動絲錐W18Cr4V刀具
箱體右端面工進長度 15mm 快進65 mm 快退65 mm。（如圖所示）
3. 機床聯(lián)系尺寸圖
多軸箱輪廓尺寸 H=400 mm
B=125+2100=325 mm
厚度取325 mm長寬取600400 mm
最低螺紋孔位置154.5 mm
最低主軸高度154.5 mm
（1）尺寸確定 注意：要按照機床加工終了位置繪制。
檢查長寬高三個方向的尺寸鏈要封閉。
中間底座長度的確定：
L=(++2+)-2()
=500mm
（2）機床分組
為便于設(shè)計和組織生產(chǎn)，組合機床各部分和裝置按照不同的功能劃分編組。組號劃分規(guī)定如下：
第1019組——支撐部件。一般由通用的側(cè)底座、立柱及其底座和專用中間底座組成。
第2029組——夾具及其輸送部件。夾具是組合機床的專用的部件，常編為20組，包括定位加緊及導(dǎo)向部分。對于一些獨立性較強的活動鉆模、攻螺紋模板、自動加緊機構(gòu)、自動上下料機構(gòu)常單獨編號。移動工作臺、回轉(zhuǎn)臺等輸送設(shè)備，如果屬于通用設(shè)備，可以納入夾具組，明細表中列出通用部件型號即可，如果專用則單獨成組編號。
第30～39組——電氣設(shè)備，電氣設(shè)計編變?yōu)?0組，包括原理圖、接線圖和安裝圖等設(shè)計，專用操縱臺、控制柜等則另編組號。
第40~49組——傳動裝置。包括機床中所有的動力部件如動力滑臺、動力箱等通用部件，編號40組，其余須修改部分內(nèi)容或?qū)Ｓ玫膫鲃釉O(shè)備則單獨編租。
第50~59組——液壓和氣動裝置。
第60~69組——刀具、工具、量具和輔助工具等。
第70~79組——多軸箱及其附屬部件。
第80~89組——冷卻、排屑及潤滑裝置。
第90~99組——電氣、液壓、氣動等各種控制擋鐵。
（結(jié)果如圖所示）
采用固定鉆摸板
二、 2.3.5 生產(chǎn)率計算（參照《組合機床設(shè)計》從鳳廷 遲建山 主編）
根據(jù)選定的機床工作循環(huán)所要求的工作行程長度、切削用量、動力部件的快速及工進速度等，就可以計算機床的生產(chǎn)率并編制生產(chǎn)率計算卡，用以反映機床的加工過程、完成每一動作所要的時間、切削用量、機床生產(chǎn)率及機床負載率等。
1.理想生產(chǎn)率
=（件/h）
A：生產(chǎn)綱領(lǐng) K：全年總工時，一般情況下，單班制K取2350h,兩班制K取4600h。
2.實際生產(chǎn)率
（件/h）
——生產(chǎn)一個零件所要的時間（min），由下式計算：
= （min）
，——是刀具第一、第二工作進給長度（mm）。
，——是刀具第一、第二工作進給量（mm/min）。
——通常是指刀具在工件上加工終了位置無進給狀態(tài)下所消耗的時間（min）。
,——動力部件的快退、快進長度（mm）。
——動力部件的快速行程速度。機械動力部件取6~8m/min；液壓動力部件取4~12m/min。
——直線移動或工作臺進行一次工位轉(zhuǎn)換的時間。
——裝卸工件的時間。
如果計算出的>,則必須重新選擇切削用量或修改機床設(shè)計方案。
3.機床負載率
注意：以上的計算結(jié)果在生產(chǎn)率計算卡上。
三 組合機床多軸箱設(shè)計
1.簡述
組合機床多軸箱的設(shè)計計算是組合機床設(shè)計工程中的重要環(huán)節(jié)，是主軸箱零部件設(shè)計的理論基礎(chǔ)，計算稍有不慎，便會導(dǎo)致后期的設(shè)計制造前功盡棄。
依據(jù)總體設(shè)計圖， 對主軸箱進行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計。由于在本機床上需同時加工12個孔，不僅孔多、間距小，而且孔的排列分散，采用通常方案排箱無法實現(xiàn)12孔的工序集中。因此，本鉆床的主軸箱傳動系統(tǒng)在對被加工零件進行了深入、細致分析計算的基礎(chǔ)上，通過采用滾針軸承，將常規(guī)狀況下不能完成的排箱得以實現(xiàn)，而且所設(shè)計的主
軸箱結(jié)構(gòu)緊湊。（該設(shè)計只設(shè)計左半邊多軸箱的結(jié)構(gòu)，右半邊多軸箱類似）依據(jù)組合鉆床總體設(shè)計繪制主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖其內(nèi)容為主軸箱設(shè)計的原始要求和已知條件：
1. 主軸箱輪廓尺寸600mm×400mm；
2. 工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸
3. 工件與主軸箱相對位置尺寸。
2.設(shè)計原則
1) 從面對主軸的方位看去，所有主軸均采用逆時針方向旋轉(zhuǎn)。
2) 在保證轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的前提下，力求用最少的傳動軸和齒輪（數(shù)量和規(guī)格），以減少各類零件的品種。具體措施：采用一根傳動軸同時帶動多根主軸，并將齒輪布置在同一排位置上，當齒輪嚙合中
心距不符合標準時，采用了變位齒輪。
3) 放棄了用主軸帶主軸的方案，這樣避免了增加主軸負荷，不會影響加工質(zhì)量。
4) 為使主軸箱結(jié)構(gòu)緊湊，主軸箱內(nèi)齒輪傳動副的傳動比都在1.0~1.5之間。
5) 為了使主軸上的齒輪不太大，有的在最后一級采用升速傳動。
6) 因鉆削加工切削力大，為了減少主軸的扭曲變形，主軸上的齒輪盡量靠近前支承。
3.按上述設(shè)計原則設(shè)計傳動系統(tǒng)
按所設(shè)計的傳動系統(tǒng)圖合理分配各級傳動比、初定傳動軸位置和確定齒輪齒數(shù)
傳動軸的坐標計算
在擬定主軸箱傳動系統(tǒng)時，傳動軸位置已做了初步確定。為了保證齒輪副的正常嚙合和加工主軸箱上傳動軸支承孔的孔距精度，需要精確計算各傳動軸的坐標尺寸（計算結(jié)果精確到小數(shù)點后3位數(shù)）。
3.1.2.主軸、齒輪的確定及動力計算
（1） 已知主軸轉(zhuǎn)速及驅(qū)動軸到主軸的傳動比。
1），
2）總的傳動比
；
3）確定中間軸位置，并配對各齒輪。（位置如坐標計算圖）
11,12軸為14軸的圓心，其中心距為A=97,取。
有；
同理求得：
、確定中間傳動軸11,12,13,14,15,16,17,18,19的位置，
a：取 =21 ，m=3。由各級傳動比得各個傳動軸的齒數(shù)：
。
4） 驗算各個主軸轉(zhuǎn)速。
；
；
兩組主軸的轉(zhuǎn)速相對損失在以內(nèi)，符合設(shè)計要求。
5） 采用型葉片泵，經(jīng)由8軸經(jīng)過的傳動比傳到20軸所在的葉片泵。
則有：；
在400~800r/min 的范圍內(nèi)，滿足要求。
6） 主軸至蝸桿軸的速比： ；
2.2.3 驗算
驗算根據(jù)坐標計算確定的兩軸坐標中心距A 是
否符合兩軸間嚙合齒輪要求的中心距R ， R 與A 的
差值為δ ，即
δ = R ? A
驗算標準為
δ ≤0.001～ 0.009mm
經(jīng)驗算均符合。
2.3 主軸及通用傳動軸結(jié)構(gòu)型式的選擇方案
主軸結(jié)構(gòu)型式由零件的加工工藝決定，并考慮主軸的工作條件和受力情況，采用長主軸。由于采用螺紋加工主軸，需要錯開各軸以防止各個軸之間的運動干涉，所以優(yōu)選滾針軸承和推力球軸承組合的支承結(jié)構(gòu)，且推力球軸承配置在主軸前端。傳動軸的轉(zhuǎn)速較低，但載荷較小，因此用圓錐滾子軸承。按上述方案配置的主軸和傳動軸，按所選的軸承類型繪制軸承孔檢查圖，發(fā)現(xiàn)有些部位采用此配置因孔間距較小，箱體上的軸承座孔太大，導(dǎo)致箱體強度不夠。因此，這些部位都將原方案改為錯開的推力球軸承與滾針軸承組合的支承結(jié)構(gòu)，以減小徑向尺寸，滿足強度要求，實現(xiàn)合理排箱。
按以上原則設(shè)計的傳動系統(tǒng)，保證了主軸箱的質(zhì)量，提高了主軸箱的通用化程度，使得設(shè)計和制造工作量及成本都大大降低。為實現(xiàn)本機床“體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、效率高、質(zhì)量好”的設(shè)計目標奠定了基礎(chǔ)。
四 專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計
專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計是為加工某些幾何形狀相似、工藝過程和定位夾緊相似的零件而設(shè)計的。設(shè)計時需要選擇合理的定位基準、定位元件；選擇合適的夾緊夾緊元件；設(shè)計好合理的基體件。
1.定位基準與定位元件的選擇
制定設(shè)計方案時需選擇合理的定位基準、定位元件。該零件采用一面兩銷定位，定位基準為零件底面，定位元件為定位銷。任何一個工件在夾具中定位時，要完全限制6個自由度（、、、、、）使工件定位采用6個按一定規(guī)則布置的約束點，可以限制工件的6個自由度，實現(xiàn)完全定位，稱為六點定位原理。
定位裝置實現(xiàn)工件定位準確的標志是：
（1）同一個工件安裝在夾具中，特別是對軸加工表面而言，只能有一個自由度未限制，不能產(chǎn)生欠定位。
（2）同批工件先后安裝在夾具中，特別對被加工表面而言進給系統(tǒng)要求位置一致
2.夾緊元件與夾緊力的選擇
夾緊力的選擇，除夾緊力方向和作用點外，還要使工件產(chǎn)生盡可能小的夾緊變形，這是選擇夾緊元件和夾緊力的主要因素。本設(shè)計采用壓板液壓壓緊， ，夾緊牢靠，工件保持正確位置，既防止了薄壁零件裝夾變形，又滿足了加工的要求。如加工工序圖所示,定位面選擇底面和側(cè)面,限制、一個移動自由度和兩個旋轉(zhuǎn)自由度;最后的兩個自由度由圓柱銷定位。油缸它的作用：是裝上工件把快換墊圈放在工件環(huán)面上啟動液壓裝置，油缸上部進油壓縮拉桿向下運動，夾緊工件。采用這種結(jié)構(gòu)具有敞開性好、工件裝卸方便、結(jié)構(gòu)簡單、夾緊力大。
3.夾具基體的設(shè)計
夾具基體是夾具的基礎(chǔ)，在設(shè)計夾具基體時，除應(yīng)保證結(jié)構(gòu)合理外，還應(yīng)保證夾具基體有足夠的剛度，而且在可能的范圍內(nèi)，力求能加工零件組的全部。對其基體件還應(yīng)根據(jù)相似件形狀、尺寸、精度、毛坯種類及其工藝方法來確定基體件形狀、尺寸，以滿足加工
所有相似件的要求。該基體件與其它夾具元件組成的夾具結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，更換元件容易，可以加工不同產(chǎn)品的相似件.
具體設(shè)計見圖。
夾具操作過程：
這個夾具結(jié)構(gòu)比較簡單。裝夾的過程如下：工件對準定位銷裝在定位面上，放入墊圈轉(zhuǎn)動90度，夾緊工件，加工，松開工件，墊圈轉(zhuǎn)動90度（反向），拿出墊圈，卸下工件。如此反復(fù)循環(huán)。
五 PLC控制設(shè)計
1 工作原理及電氣控制要求
雙面鉆孔組合機床是在工件兩相對表面上進行鉆孔的一種高效自動化專用加工設(shè)備,基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。2 個動力滑臺對面布置并安裝在標準側(cè)底座上,刀具電動機M2 ,M3 分別固定在左、右動力
滑臺上,中間底座上裝有工件定位夾緊裝置。
圖1 雙面鉆孔組合機床結(jié)構(gòu)簡圖
該機床采用電動機和液壓系統(tǒng)(未畫出) 相結(jié)合的驅(qū)動方式,其中電動機M2 ,M3 分別帶動左、右主軸箱的刀具主軸提供切削主運動,而左、右動力滑臺和工件定位夾緊裝置則由液壓系統(tǒng)驅(qū)動,M1 為液壓泵的驅(qū)動電動機,M4 為冷卻泵電動機。機床的電氣控制要求為M1 先啟動,只有系統(tǒng)正常供油后,其它控制電路才能通電工作; M2 ,M3在滑臺進給循環(huán)開始時啟動,滑臺退回原位后停機;M4 可手動控制啟停,也可在滑臺工作進給時自動提供油液。其控制過程是典型的順序控制,當把工件裝入夾具后,按下啟動按鈕SB3 ,機床便開始自動循環(huán)的工作過程,見圖2
圖2 雙面鉆孔組合機床工作循環(huán)圖
2 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
雙面鉆孔組合機床的電氣控制屬單機控制, 輸入輸出均為開關(guān)量。根據(jù)實際控制要求,并考慮系統(tǒng)改造成本,在準確計算I/ O 總點數(shù)的基礎(chǔ)上,采用抗干擾強、穩(wěn)定性和可靠性較高的三菱公司生產(chǎn)的FX1N260MR 可編程控制器。該控制系統(tǒng)中所有輸入觸發(fā)信號采用常開觸點接法,所需的24 V 直流電源由PLC 內(nèi)部提供;輸出負載中的所有直流電磁換向閥同樣采用由PLC 內(nèi)部提供的24 V 直流電
源,輸出負載中的4 個交流接觸器線圈則需外接220 V 交流電源.由于雙面鉆孔組合機床中轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕及行開關(guān)較多,為了減少輸入點數(shù),降低費用,對輸入信號作了適當處理,如4 臺電動機的過載保護不作為輸入信號,而直接接入輸出線圈回路中。另外,電磁閥為感性負載并且通斷頻繁,為了保護PLC 的輸出觸點,在每個電磁閥兩端各并上1 個續(xù)流二極管,來吸收反向過電壓。
3.電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
由雙面鉆孔組合機床的控制要求可知,該控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)3 個控制功能: ① 動力滑臺的點動、復(fù)位控制; ②動力滑臺的單機自動循環(huán)控制; ③整機全自動工作循環(huán)控制。具體T型圖見附圖
4.PLC 與PC 的通信
系統(tǒng)工作時,PC 與生產(chǎn)現(xiàn)場的PLC 之間處于實時的交互通狀態(tài)。如果生產(chǎn)規(guī)模大,可采用1 : n 上位鏈接通信方式,用一臺計算機管理多臺機床。上位計算機與PLC 之間有一個RS - 232C/ RS - 485 轉(zhuǎn)換
器,用于鏈接計算機的RS - 232C 串行口和PLC 的RS - 485 通信適配器,可增大通信距離。操作人員根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的需要,在不中斷生產(chǎn)的情況下,可在上位機上實時地對現(xiàn)場參數(shù)進行調(diào)整,使控制系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)。還可在上位機上編程、監(jiān)測設(shè)備運行情況、顯示故障等,對系統(tǒng)進行管理和調(diào)度,使設(shè)備潛力得到
充分發(fā)揮。
本程序經(jīng)模擬調(diào)試,完全符合雙面鉆孔組合機床的電氣控制要求,使用效果良好。在使用過程中,還可根據(jù)不同的控制要求,在不改動接線或改動很少的情況下,通過改變程序來實現(xiàn)不同要求,大大節(jié)省了安裝調(diào)試時間,提高了效率。
5 結(jié)語
本系統(tǒng)經(jīng)過PLC 融入后,運行良好,故障率低。而且組合機床控制系統(tǒng)具有很好的柔性,能適應(yīng)產(chǎn)品的變化,當工藝程序變更時,只需修改程序,就可滿足新的加工要求?？梢妭鹘y(tǒng)的機械設(shè)備融入PLC技術(shù) 后,既能使之成為機電一體化的新產(chǎn)品,適用生產(chǎn)過程的自動控制,又能發(fā)揮原組合機床的效能,而且投資較小,可見,靈活應(yīng)用PLC 是實現(xiàn)組合機床電氣自動化的有效途徑。
六 結(jié)束語
組合機床一般均為專用機床,因此在設(shè)計組合機床時,應(yīng)根據(jù)具體加工對象的具體工藝要求和公司設(shè)備的具體實際情況合理地確定工序集中程度,選擇恰當?shù)臋C床配置型式,合理地選擇組合機床的通用部件,設(shè)計高效的夾具、刀具及主軸箱等。采用先進的加工工藝,制定最佳的設(shè)計方案,達到“精、快、省”的最終目的。
本課題設(shè)計的這臺組合機床，用于加工變速箱體兩側(cè)面16孔的攻絲。在設(shè)計過程中對存在的一些問題進行了解決，順利完成本次畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)。在機床的設(shè)計上采取了一系列的措施，從結(jié)構(gòu)設(shè)計到液壓、電氣設(shè)計完成了對大學(xué)階段學(xué)習(xí)內(nèi)容的全面考察，達到了預(yù)期的效果。主要完成了以下工作：
1. 對零件進行整體分析，明確了該工件加工的技術(shù)和工藝要求；制定了工藝方案，完成總體設(shè)計，完成對被加工工件工序圖、加工示意圖、機床尺寸聯(lián)系圖和生產(chǎn)效率卡的繪制；
2. 合理選用了組合機床設(shè)計中用到的通用部件，使設(shè)計成本明顯降低；
3. 完成對機床多軸箱和夾具裝配圖的設(shè)計；
當然，由于剛剛完成對基本理論的學(xué)習(xí)，知識、經(jīng)驗、時間有限，這次設(shè)計還有許多值得完善的地方。我將在以后的工作學(xué)習(xí)中，更加努力以取得更好的成績。
參考文獻
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16.組合機床小組．《組合機床講義》[M]．北京：國防工業(yè)出版社，1972．
致 謝
本文能夠順利完成首先要衷心地感謝導(dǎo)師崇凱教授給予的精心指導(dǎo)。在設(shè)計的整個過程中，崇老師親自動手參與指導(dǎo)，細心地傳授理論知識。
在我寫此論文期間，崇凱導(dǎo)師在學(xué)習(xí)、科研、生活中給予了多方面的關(guān)心和幫助。在一起做畢業(yè)設(shè)計的日子里，崇老師嚴以律已、寬以待人的人格和對科學(xué)研究的獨到見解、忘我的工作精神以及嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度給我留下了深刻的印象，促使我更加嚴格地要求自己，全身心地投入到學(xué)習(xí)和工作中。
此外，對設(shè)計期間關(guān)心過、幫助過我的所有老師和同學(xué)，致意誠摯的謝意。
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目 錄?
第一章 緒論…………………………………………… 1
第二章 組合機床介紹
第一節(jié) 加工內(nèi)容及要求……………………………… 2
第二節(jié) 工作循環(huán)……………………………………… 2
第三節(jié) 夾具設(shè)計方案……………………………………2
第四節(jié) 確定切削用量及刀具………………………………… 2
第五節(jié) 確定切削力扭矩、功率及刀具耐用度……………… 3
第六節(jié) 初定主軸直徑………………………………………… 4
第七節(jié) 主軸箱所需動力……………………………………… 5
第三章 組合機床總體設(shè)計……………………………………?? 6
第一節(jié) 三圖一卡設(shè)計…………………………………………?? 6
第二節(jié) 主軸箱輪廓尺寸………………………………………?? 9
第三節(jié) 傳動裝置潤滑…………………………………………? 10
第四節(jié) 機床技術(shù)特性…………………………………………? 10
第五節(jié) 計算生產(chǎn)率……………………………………………? 10
第四章 組合機床主軸箱設(shè)計…………………………………? 12
第一節(jié) 原始依據(jù)圖……………………………………………… 12
第二節(jié) 主軸結(jié)構(gòu)形式及動力計算…… 13 ?????????????????
第三節(jié) 傳動方案。………………………………………………14
第四節(jié) 主軸箱的坐標計算………………………………………19?
第五節(jié) 主軸箱的潤滑及手柄軸位置……………………………20
第六節(jié) 繪制裝配圖主軸箱………………………………………21
第五章 總結(jié)…………………………………………………… 30
第六章 參考資料……………………………………………… 31
第一章 緒論
組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動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)濟實用,因而被廣泛應(yīng)用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制,它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件(近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額) ,完成鉆孔、擴孔、鉸孔,加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺,在孔內(nèi)鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多,有大型組合機床和小型組合機床,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)臺式組合機床等;隨著技術(shù)的不斷進步,一種新型的組合機床———柔性組合機床越來越受到人們的青睞,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更換,配以可編程
序控制器( PLC) 、數(shù)字控制(NC) 等,能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng),并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機床。另外,近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機(清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線) 等在組合機床行業(yè)中所占份額也
越來越大。由于組合機床及其自動線是一種技術(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)計的,它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國組合機床組合機床自動線總體技術(shù)水平比發(fā)達國家要相對落后,國內(nèi)所需的一些
高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴大,并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此,市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝,研制新產(chǎn)品,由過去的“剛性”機床結(jié)構(gòu),向“柔性”化方向發(fā)展,滿足用戶需求,真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣踊b備。隨著市場競爭的加劇和對產(chǎn)品需求的提高,高精度、高生產(chǎn)率、柔性化、多品種、短周期、數(shù)控組合機床及其自動線正在沖擊著傳統(tǒng)的組合機床行業(yè)企業(yè),因此組合機床裝備的發(fā)展思路必須是以提高組
合機床加工精度、組合機床柔性、組合機床工作可靠性和組合機床技術(shù)的成套性為主攻方向。一方面,加強數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用,提高組合機床產(chǎn)品數(shù)控化率;另一方面,進一步發(fā)展新型部件,尤其是多坐標部件,使其模塊化、柔性化,適應(yīng)可調(diào)可變、多品種加工的市場需求。從2002 年年底第21 屆日本國際機床博覽會上獲悉,在來自世界10 多個國家和地區(qū)的500 多家機床制造商和團體展示的最先進機床設(shè)備中,超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深
受歡迎。據(jù)專家分析,機床裝備的高速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是提高機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度。該屆博覽會上展出的加工中心,主軸轉(zhuǎn)速10 000～20 000 r/ min ,最高進給速度可達20～60 m/ min ;復(fù)合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時,加工的形狀卻日益復(fù)雜。多軸化控制的機床裝備適合加工形狀復(fù)雜的工件。另外,產(chǎn)品周期的縮短也要求加工機床能夠隨時調(diào)整和適應(yīng)新的變化,滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求。然而更關(guān)鍵的是現(xiàn)代通信技術(shù)在機床裝備中的應(yīng)用,信息通信技術(shù)的引進使得現(xiàn)代機床的自動化程度進一步提高,操作者可以通過網(wǎng)絡(luò)或手機對機床的程序進行遠程修改,對運轉(zhuǎn)狀況進行監(jiān)控并積累有關(guān)數(shù)據(jù);通過網(wǎng)絡(luò)對遠程的設(shè)備進行維修和檢查、提供售后服務(wù)等。在這些方面我國組合機床裝備還有相當大的差距,因此我國組合機床技術(shù)裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調(diào)可變、任意加工性以及通信技術(shù)的應(yīng)用將是今后的發(fā)展方向。
研究本課題的指導(dǎo)思想及要達到的目標
在完成了大學(xué)階段的課程學(xué)習(xí)之后，為了鞏固和深入的學(xué)習(xí)理論知識，系統(tǒng)地掌握并運用這些知識，全面提高我們自身的綜合素質(zhì)，為以后踏上工作崗位，游刃有余的完成各項工作做好準備。通過本次畢業(yè)設(shè)計，我在輔導(dǎo)老師和周圍同學(xué)的幫助下認真的完成本次畢業(yè)設(shè)計課題，在保證完成任務(wù)的前提下還有一定的質(zhì)量水準。讓我實際操作設(shè)計組合機床，親自體會作為工程技術(shù)人員，作為一名工程師應(yīng)具有的理論知識、專業(yè)素養(yǎng)及實際動手操作能力，力爭做一名合格的工科工程師人員
第二章 組合機床總體設(shè)計
1. 概述
底面攻絲組合機床是在工件底面上加工螺紋的一種高效率自動化專用加工設(shè)備。機床的液壓動力滑臺對面布置電動機固定在滑臺上,中間底座上裝有工件定位夾緊裝置。
組合機床的總體設(shè)計通常是根據(jù)與用戶簽定的和同和協(xié)議書，針對具體加工零件，擬訂工藝和結(jié)構(gòu)方案，并進行方案圖樣和有關(guān)技術(shù)文件的設(shè)計。
根據(jù)工藝方案確定機床的型式和總體布局。在選擇機床配置型式時，既考慮到實現(xiàn)工藝方案，保證加工精度、技術(shù)要求及生產(chǎn)率，又考慮到機床操作、維護、修理和排屑的方便性。
在選擇組合鉆床結(jié)構(gòu)方案時，必須保證穩(wěn)定的加工精度。固定式夾具組合機床能達到的螺紋位置精度最高，采用固定導(dǎo)套一般能有效的減小由于攻絲靠模頭的自重引起的誤差，考慮到操作的方便性，需要合理確定裝料高度
根據(jù)被加工零件的特點,為實現(xiàn)加工精度要求,同時考慮到經(jīng)濟效益和生產(chǎn)率,經(jīng)過反復(fù)論證、分析和計算,我們采用了臥式多軸組合機床的總體設(shè)計方案。
2.總體結(jié)構(gòu)及工作循環(huán)
本機床采用臥式組合機床,變速箱體裝在工作臺的夾具上,這樣便于上、下料。
機床機械部分主要有:底座、中間底座、多軸箱、刀具、夾具、冷卻系統(tǒng);控制部分為PLC 控制系統(tǒng)及液壓傳動系統(tǒng)。
機床的工作循環(huán)為:人工裝上一工件→夾緊油缸夾緊→I 滑臺開始工作循環(huán):快進(冷卻供、主軸轉(zhuǎn)) →工進(死檔鐵停留) →快退至原位(主軸停) 滑臺開始工作循環(huán):快進(冷卻供、主軸轉(zhuǎn)) →工進(死檔鐵停留) →快退至原位(主軸停、冷卻停) ,夾緊油缸松開,防護門自動打開,油缸推出工件,工件到位后油缸退回.(快退→緩?fù)? ,死檔鐵停留,工作循環(huán)結(jié)束
3.組合機床的設(shè)計步驟
一. 擬訂方案階段
指定工藝方案是設(shè)計組合機床最重要的一步。工藝方案制定得好與否，將決定機床能否達到“體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，效率高，質(zhì)量好”的要求。為了使工藝方案制定得合理，先進，必須從認真分析被加工零件圖紙開始，深入現(xiàn)場了解被加工零件的結(jié)構(gòu)特點，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，工藝方法和加工過程中所采用的刀具，輔具，切削用量及生產(chǎn)率等，分析其優(yōu)缺點總結(jié)設(shè)計制造使用單位和操作者豐富的實踐經(jīng)驗，以求理論緊密聯(lián)系實際，從而確定零件在組合機床上完成的工藝內(nèi)容及方法，決定刀具種類，結(jié)構(gòu)類型，數(shù)量及切削用量等。
二．技術(shù)設(shè)計階段
根據(jù)已確定的工藝和結(jié)構(gòu)方案，按照加工示意圖和機床聯(lián)系尺寸圖等開展部件設(shè)計，繪制多軸箱，夾具等裝配圖。
三．工作設(shè)計階段
（1）繪制機床聯(lián)系尺寸總圖。
（2）編制機床說明書，制定機床精度檢驗，調(diào)整，試車規(guī)范等有關(guān)驗收標準。
4.制造工藝的確定
本課題就是要通過實地調(diào)研考察，結(jié)合大學(xué)階段所學(xué)專業(yè)課知識和相關(guān)資料的分析閱讀設(shè)計專用機床（組合機床），來解決上述制造工藝中上端面鉆孔的加工問題。
在設(shè)計時要注意下列幾個問題：
采用先進的加工工藝方案，恰當?shù)卮_定本專機的工序集中度；
選擇合適的配置，合理選擇本專機的通用部件；
合理選擇切削速度，進給量，確定鉆孔所用的刀頭；
設(shè)計合理高效的專用夾具。
影響工藝方案的主要因素。
（1） 兩個零件同時加工。
（2） 材料HT200。
（3） 生產(chǎn)批量：大中批量。
工序間余量的確定：mm。
刀具結(jié)構(gòu)選擇：考慮到加工材料、生產(chǎn)批量和加工精度要求不高，采用通用的細柄機用絲錐。
2.3 變速箱體兩側(cè)面孔攻絲工藝方案的確定
從工藝簡圖中可以看到：要加工的底面12個螺紋孔，攻絲深度為10mm，各螺紋孔之間有位置度要求。根據(jù)加工零件的形狀和加工要求，考慮加工經(jīng)濟精度等因素，確立合理的加工工藝方案。
2.3.1 工藝基準分析
選擇加工工藝基準時應(yīng)遵循一下原則：
應(yīng)盡可能的選擇設(shè)計基準為加工時的定位基準，這樣可以減少累計誤差，有利于保證加工的精度，還有利于工件加工；
選擇定位基準時應(yīng)選用光潔、平整和有足夠大的尺寸面做定位基準，定位時要確保工件的穩(wěn)定，只有不能避免才考慮粗基準；
統(tǒng)一基準原則，這樣可以簡化夾具設(shè)計，減少工件搬動和裝夾次數(shù)；
選擇基準應(yīng)保證定位準確、可靠，夾緊機構(gòu)簡單，操作方便；
工序集中原則，選擇基準時保證在一次裝夾下，盡可能多的加工，便于保證加工的精度要求；
夾緊時要保證不影響加工，夾緊要可靠；
在加工方向上，當所受力較大時要考慮采用輔助夾緊，這樣在加工過程中可以保證定位要求，滿足加工要求。
定位基準和夾緊部位
（4） 定位基準：一面兩銷（5自由度）。
（5） 夾緊部位：零件一側(cè)平面。
2.3.2 機床配置型式的選擇
組合機床是針對被加工零件的特點及工藝要求，按高度集中工序原則設(shè)計的一種高效率專用機床。設(shè)計機床前，首先根據(jù)組合機床完成工藝的一些限制及組合機床各種工藝方法能達到的加工精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，解決零件是否可以利用組合機床加工及采用組合機床加工是否合理的問題。
影響機床配置方案的主要因素有：
被加工零件的加工精度和加工工序，它是制定機床方案的主要依據(jù)；
被加工零件的特點在很大程度上決定了機床采用的配置型式；
被加工零件的生產(chǎn)批量；
機床的使用條件。
本機床采用臥式滑臺式雙件加工的單工位組合機床。
2.3.3 切削用量的選擇
機床要正常工作，必須確定合理的切削速度和進給量。切削速度和進給量選擇適當，將會減少加工時間，延長刀具使用壽命，獲得較高的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。由于該工序采用的是組合機床單面加工雙件12個孔，都是M6的螺紋孔,因此每把刀具的進給量都是相同的。根據(jù)鉆孔加工切削用量參照表，攻絲切削速度為4m/min.由公式n=v∕d×1000可得：主軸轉(zhuǎn)速n=212r/min。進給量f=1mm/r。
有以上數(shù)據(jù)，選擇相應(yīng)的漲套、芯軸、襯套及攻絲靠模、螺桿等，參照大連組合機床研究所的 《組合機床設(shè)計參考圖冊》，加工示意簡圖如圖紙所示。
2.3.3.1 動力部件的選擇
動力部件主要用以實現(xiàn)切削刀具的旋轉(zhuǎn)和進給運動。它們是機床最主要的通用部件，包括液壓滑臺、滑臺側(cè)底座、動力箱。一般主運動采用旋轉(zhuǎn)運動，而進給運動采用液壓傳動。它們的選擇原則應(yīng)遵循下列原則：
（1）進給力和功率應(yīng)滿足加工所需的最大進給力和所需的計算功率（包括切削功率、空轉(zhuǎn)功率、傳動損失等）；
（2）所選擇的快速行程速度應(yīng)小于動力滑臺的規(guī)定的快速行程速度，切削用量的每分鐘工作進給速度應(yīng)大于動力滑臺額定的最小進給量；
（3）多軸箱輪廓尺寸具有一定的限制，不同規(guī)格的動力滑臺要與同規(guī)格的多軸箱配套使用。
切削力
切削轉(zhuǎn)矩
切削功率
綜合以上因素，查《組合機床設(shè)計簡明手冊》表2—14 多軸箱選用1TD16Ⅳ型動力箱驅(qū)動， 驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速600r/min。
圖1 液壓滑臺和滑臺側(cè)底座
3. 三圖一卡設(shè)計
1. 被加工零件工序圖
被加工零件為傳動箱殼體，材料為HT200，工序為箱體底面攻絲，雙件有12個螺紋孔需要攻絲。采用一面兩銷定位，一面為殼體側(cè)面，兩孔為殼體圓柱和內(nèi)孔。采用殼體側(cè)面邊緣夾緊。（如圖所示）
2. 加工示意圖
加工M6的螺紋孔：
采用高速鋼機動絲錐W18Cr4V刀具
箱體右端面工進長度 15mm 快進65 mm 快退65 mm。（如圖所示）
3. 機床聯(lián)系尺寸圖
多軸箱輪廓尺寸 H=400 mm
B=125+2100=325 mm
厚度取325 mm長寬取600400 mm
最低螺紋孔位置154.5 mm
最低主軸高度154.5 mm
（1）尺寸確定 注意：要按照機床加工終了位置繪制。
檢查長寬高三個方向的尺寸鏈要封閉。
中間底座長度的確定：
L=(++2+)-2()
=500mm
（2）機床分組
為便于設(shè)計和組織生產(chǎn)，組合機床各部分和裝置按照不同的功能劃分編組。組號劃分規(guī)定如下：
第1019組——支撐部件。一般由通用的側(cè)底座、立柱及其底座和專用中間底座組成。
第2029組——夾具及其輸送部件。夾具是組合機床的專用的部件，常編為20組，包括定位加緊及導(dǎo)向部分。對于一些獨立性較強的活動鉆模、攻螺紋模板、自動加緊機構(gòu)、自動上下料機構(gòu)常單獨編號。移動工作臺、回轉(zhuǎn)臺等輸送設(shè)備，如果屬于通用設(shè)備，可以納入夾具組，明細表中列出通用部件型號即可，如果專用則單獨成組編號。
第30～39組——電氣設(shè)備，電氣設(shè)計編變?yōu)?0組，包括原理圖、接線圖和安裝圖等設(shè)計，專用操縱臺、控制柜等則另編組號。
第40~49組——傳動裝置。包括機床中所有的動力部件如動力滑臺、動力箱等通用部件，編號40組，其余須修改部分內(nèi)容或?qū)Ｓ玫膫鲃釉O(shè)備則單獨編租。
第50~59組——液壓和氣動裝置。
第60~69組——刀具、工具、量具和輔助工具等。
第70~79組——多軸箱及其附屬部件。
第80~89組——冷卻、排屑及潤滑裝置。
第90~99組——電氣、液壓、氣動等各種控制擋鐵。
（結(jié)果如圖所示）
采用固定鉆摸板
二、 2.3.5 生產(chǎn)率計算（參照《組合機床設(shè)計》從鳳廷 遲建山 主編）
根據(jù)選定的機床工作循環(huán)所要求的工作行程長度、切削用量、動力部件的快速及工進速度等，就可以計算機床的生產(chǎn)率并編制生產(chǎn)率計算卡，用以反映機床的加工過程、完成每一動作所要的時間、切削用量、機床生產(chǎn)率及機床負載率等。
1.理想生產(chǎn)率
=（件/h）
A：生產(chǎn)綱領(lǐng) K：全年總工時，一般情況下，單班制K取2350h,兩班制K取4600h。
2.實際生產(chǎn)率
（件/h）
——生產(chǎn)一個零件所要的時間（min），由下式計算：
= （min）
，——是刀具第一、第二工作進給長度（mm）。
，——是刀具第一、第二工作進給量（mm/min）。
——通常是指刀具在工件上加工終了位置無進給狀態(tài)下所消耗的時間（min）。
,——動力部件的快退、快進長度（mm）。
——動力部件的快速行程速度。機械動力部件取6~8m/min；液壓動力部件取4~12m/min。
——直線移動或工作臺進行一次工位轉(zhuǎn)換的時間。
——裝卸工件的時間。
如果計算出的>,則必須重新選擇切削用量或修改機床設(shè)計方案。
3.機床負載率
注意：以上的計算結(jié)果在生產(chǎn)率計算卡上。
三 組合機床多軸箱設(shè)計
1.簡述
組合機床多軸箱的設(shè)計計算是組合機床設(shè)計工程中的重要環(huán)節(jié)，是主軸箱零部件設(shè)計的理論基礎(chǔ)，計算稍有不慎，便會導(dǎo)致后期的設(shè)計制造前功盡棄。
依據(jù)總體設(shè)計圖， 對主軸箱進行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計。由于在本機床上需同時加工12個孔，不僅孔多、間距小，而且孔的排列分散，采用通常方案排箱無法實現(xiàn)12孔的工序集中。因此，本鉆床的主軸箱傳動系統(tǒng)在對被加工零件進行了深入、細致分析計算的基礎(chǔ)上，通過采用滾針軸承，將常規(guī)狀況下不能完成的排箱得以實現(xiàn)，而且所設(shè)計的主
軸箱結(jié)構(gòu)緊湊。（該設(shè)計只設(shè)計左半邊多軸箱的結(jié)構(gòu)，右半邊多軸箱類似）依據(jù)組合鉆床總體設(shè)計繪制主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖其內(nèi)容為主軸箱設(shè)計的原始要求和已知條件：
1. 主軸箱輪廓尺寸600mm×400mm；
2. 工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸
3. 工件與主軸箱相對位置尺寸。
2.設(shè)計原則
1) 從面對主軸的方位看去，所有主軸均采用逆時針方向旋轉(zhuǎn)。
2) 在保證轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的前提下，力求用最少的傳動軸和齒輪（數(shù)量和規(guī)格），以減少各類零件的品種。具體措施：采用一根傳動軸同時帶動多根主軸，并將齒輪布置在同一排位置上，當齒輪嚙合中
心距不符合標準時，采用了變位齒輪。
3) 放棄了用主軸帶主軸的方案，這樣避免了增加主軸負荷，不會影響加工質(zhì)量。
4) 為使主軸箱結(jié)構(gòu)緊湊，主軸箱內(nèi)齒輪傳動副的傳動比都在1.0~1.5之間。
5) 為了使主軸上的齒輪不太大，有的在最后一級采用升速傳動。
6) 因鉆削加工切削力大，為了減少主軸的扭曲變形，主軸上的齒輪盡量靠近前支承。
3.按上述設(shè)計原則設(shè)計傳動系統(tǒng)
按所設(shè)計的傳動系統(tǒng)圖合理分配各級傳動比、初定傳動軸位置和確定齒輪齒數(shù)
傳動軸的坐標計算
在擬定主軸箱傳動系統(tǒng)時，傳動軸位置已做了初步確定。為了保證齒輪副的正常嚙合和加工主軸箱上傳動軸支承孔的孔距精度，需要精確計算各傳動軸的坐標尺寸（計算結(jié)果精確到小數(shù)點后3位數(shù)）。
3.1.2.主軸、齒輪的確定及動力計算
（1） 已知主軸轉(zhuǎn)速及驅(qū)動軸到主軸的傳動比。
1），
2）總的傳動比
；
3）確定中間軸位置，并配對各齒輪。（位置如坐標計算圖）
11,12軸為14軸的圓心，其中心距為A=97,取。
有；
同理求得：
、確定中間傳動軸11,12,13,14,15,16,17,18,19的位置，
a：取 =21 ，m=3。由各級傳動比得各個傳動軸的齒數(shù)：
。
4） 驗算各個主軸轉(zhuǎn)速。
；
；
兩組主軸的轉(zhuǎn)速相對損失在以內(nèi)，符合設(shè)計要求。
5） 采用型葉片泵，經(jīng)由8軸經(jīng)過的傳動比傳到20軸所在的葉片泵。
則有：；
在400~800r/min 的范圍內(nèi)，滿足要求。
6） 主軸至蝸桿軸的速比： ；
2.2.3 驗算
驗算根據(jù)坐標計算確定的兩軸坐標中心距A 是
否符合兩軸間嚙合齒輪要求的中心距R ， R 與A 的
差值為δ ，即
δ = R ? A
驗算標準為
δ ≤0.001～ 0.009mm
經(jīng)驗算均符合。
2.3 主軸及通用傳動軸結(jié)構(gòu)型式的選擇方案
主軸結(jié)構(gòu)型式由零件的加工工藝決定，并考慮主軸的工作條件和受力情況，采用長主軸。由于采用螺紋加工主軸，需要錯開各軸以防止各個軸之間的運動干涉，所以優(yōu)選滾針軸承和推力球軸承組合的支承結(jié)構(gòu)，且推力球軸承配置在主軸前端。傳動軸的轉(zhuǎn)速較低，但載荷較小，因此用圓錐滾子軸承。按上述方案配置的主軸和傳動軸，按所選的軸承類型繪制軸承孔檢查圖，發(fā)現(xiàn)有些部位采用此配置因孔間距較小，箱體上的軸承座孔太大，導(dǎo)致箱體強度不夠。因此，這些部位都將原方案改為錯開的推力球軸承與滾針軸承組合的支承結(jié)構(gòu)，以減小徑向尺寸，滿足強度要求，實現(xiàn)合理排箱。
按以上原則設(shè)計的傳動系統(tǒng)，保證了主軸箱的質(zhì)量，提高了主軸箱的通用化程度，使得設(shè)計和制造工作量及成本都大大降低。為實現(xiàn)本機床“體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、效率高、質(zhì)量好”的設(shè)計目標奠定了基礎(chǔ)。
四 專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計
專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計是為加工某些幾何形狀相似、工藝過程和定位夾緊相似的零件而設(shè)計的。設(shè)計時需要選擇合理的定位基準、定位元件；選擇合適的夾緊夾緊元件；設(shè)計好合理的基體件。
1.定位基準與定位元件的選擇
制定設(shè)計方案時需選擇合理的定位基準、定位元件。該零件采用一面兩銷定位，定位基準為零件底面，定位元件為定位銷。任何一個工件在夾具中定位時，要完全限制6個自由度（、、、、、）使工件定位采用6個按一定規(guī)則布置的約束點，可以限制工件的6個自由度，實現(xiàn)完全定位，稱為六點定位原理。
定位裝置實現(xiàn)工件定位準確的標志是：
（1）同一個工件安裝在夾具中，特別是對軸加工表面而言，只能有一個自由度未限制，不能產(chǎn)生欠定位。
（2）同批工件先后安裝在夾具中，特別對被加工表面而言進給系統(tǒng)要求位置一致
2.夾緊元件與夾緊力的選擇
夾緊力的選擇，除夾緊力方向和作用點外，還要使工件產(chǎn)生盡可能小的夾緊變形，這是選擇夾緊元件和夾緊力的主要因素。本設(shè)計采用壓板液壓壓緊， ，夾緊牢靠，工件保持正確位置，既防止了薄壁零件裝夾變形，又滿足了加工的要求。如加工工序圖所示,定位面選擇底面和側(cè)面,限制、一個移動自由度和兩個旋轉(zhuǎn)自由度;最后的兩個自由度由圓柱銷定位。油缸它的作用：是裝上工件把快換墊圈放在工件環(huán)面上啟動液壓裝置，油缸上部進油壓縮拉桿向下運動，夾緊工件。采用這種結(jié)構(gòu)具有敞開性好、工件裝卸方便、結(jié)構(gòu)簡單、夾緊力大。
3.夾具基體的設(shè)計
夾具基體是夾具的基礎(chǔ)，在設(shè)計夾具基體時，除應(yīng)保證結(jié)構(gòu)合理外，還應(yīng)保證夾具基體有足夠的剛度，而且在可能的范圍內(nèi)，力求能加工零件組的全部。對其基體件還應(yīng)根據(jù)相似件形狀、尺寸、精度、毛坯種類及其工藝方法來確定基體件形狀、尺寸，以滿足加工
所有相似件的要求。該基體件與其它夾具元件組成的夾具結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，更換元件容易，可以加工不同產(chǎn)品的相似件.
具體設(shè)計見圖。
夾具操作過程：
這個夾具結(jié)構(gòu)比較簡單。裝夾的過程如下：工件對準定位銷裝在定位面上，放入墊圈轉(zhuǎn)動90度，夾緊工件，加工，松開工件，墊圈轉(zhuǎn)動90度（反向），拿出墊圈，卸下工件。如此反復(fù)循環(huán)。
五 PLC控制設(shè)計
1 工作原理及電氣控制要求
雙面鉆孔組合機床是在工件兩相對表面上進行鉆孔的一種高效自動化專用加工設(shè)備,基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。2 個動力滑臺對面布置并安裝在標準側(cè)底座上,刀具電動機M2 ,M3 分別固定在左、右動力
滑臺上,中間底座上裝有工件定位夾緊裝置。
圖1 雙面鉆孔組合機床結(jié)構(gòu)簡圖
該機床采用電動機和液壓系統(tǒng)(未畫出) 相結(jié)合的驅(qū)動方式,其中電動機M2 ,M3 分別帶動左、右主軸箱的刀具主軸提供切削主運動,而左、右動力滑臺和工件定位夾緊裝置則由液壓系統(tǒng)驅(qū)動,M1 為液壓泵的驅(qū)動電動機,M4 為冷卻泵電動機。機床的電氣控制要求為M1 先啟動,只有系統(tǒng)正常供油后,其它控制電路才能通電工作; M2 ,M3在滑臺進給循環(huán)開始時啟動,滑臺退回原位后停機;M4 可手動控制啟停,也可在滑臺工作進給時自動提供油液。其控制過程是典型的順序控制,當把工件裝入夾具后,按下啟動按鈕SB3 ,機床便開始自動循環(huán)的工作過程,見圖2
圖2 雙面鉆孔組合機床工作循環(huán)圖
2 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
雙面鉆孔組合機床的電氣控制屬單機控制, 輸入輸出均為開關(guān)量。根據(jù)實際控制要求,并考慮系統(tǒng)改造成本,在準確計算I/ O 總點數(shù)的基礎(chǔ)上,采用抗干擾強、穩(wěn)定性和可靠性較高的三菱公司生產(chǎn)的FX1N260MR 可編程控制器。該控制系統(tǒng)中所有輸入觸發(fā)信號采用常開觸點接法,所需的24 V 直流電源由PLC 內(nèi)部提供;輸出負載中的所有直流電磁換向閥同樣采用由PLC 內(nèi)部提供的24 V 直流電
源,輸出負載中的4 個交流接觸器線圈則需外接220 V 交流電源.由于雙面鉆孔組合機床中轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕及行開關(guān)較多,為了減少輸入點數(shù),降低費用,對輸入信號作了適當處理,如4 臺電動機的過載保護不作為輸入信號,而直接接入輸出線圈回路中。另外,電磁閥為感性負載并且通斷頻繁,為了保護PLC 的輸出觸點,在每個電磁閥兩端各并上1 個續(xù)流二極管,來吸收反向過電壓。
3.電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
由雙面鉆孔組合機床的控制要求可知,該控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)3 個控制功能: ① 動力滑臺的點動、復(fù)位控制; ②動力滑臺的單機自動循環(huán)控制; ③整機全自動工作循環(huán)控制。具體T型圖見附圖
4.PLC 與PC 的通信
系統(tǒng)工作時,PC 與生產(chǎn)現(xiàn)場的PLC 之間處于實時的交互通狀態(tài)。如果生產(chǎn)規(guī)模大,可采用1 : n 上位鏈接通信方式,用一臺計算機管理多臺機床。上位計算機與PLC 之間有一個RS - 232C/ RS - 485 轉(zhuǎn)換
器,用于鏈接計算機的RS - 232C 串行口和PLC 的RS - 485 通信適配器,可增大通信距離。操作人員根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的需要,在不中斷生產(chǎn)的情況下,可在上位機上實時地對現(xiàn)場參數(shù)進行調(diào)整,使控制系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)。還可在上位機上編程、監(jiān)測設(shè)備運行情況、顯示故障等,對系統(tǒng)進行管理和調(diào)度,使設(shè)備潛力得到
充分發(fā)揮。
本程序經(jīng)模擬調(diào)試,完全符合雙面鉆孔組合機床的電氣控制要求,使用效果良好。在使用過程中,還可根據(jù)不同的控制要求,在不改動接線或改動很少的情況下,通過改變程序來實現(xiàn)不同要求,大大節(jié)省了安裝調(diào)試時間,提高了效率。
5 結(jié)語
本系統(tǒng)經(jīng)過PLC 融入后,運行良好,故障率低。而且組合機床控制系統(tǒng)具有很好的柔性,能適應(yīng)產(chǎn)品的變化,當工藝程序變更時,只需修改程序,就可滿足新的加工要求?？梢妭鹘y(tǒng)的機械設(shè)備融入PLC技術(shù) 后,既能使之成為機電一體化的新產(chǎn)品,適用生產(chǎn)過程的自動控制,又能發(fā)揮原組合機床的效能,而且投資較小,可見,靈活應(yīng)用PLC 是實現(xiàn)組合機床電氣自動化的有效途徑。
六 結(jié)束語
組合機床一般均為專用機床,因此在設(shè)計組合機床時,應(yīng)根據(jù)具體加工對象的具體工藝要求和公司設(shè)備的具體實際情況合理地確定工序集中程度,選擇恰當?shù)臋C床配置型式,合理地選擇組合機床的通用部件,設(shè)計高效的夾具、刀具及主軸箱等。采用先進的加工工藝,制定最佳的設(shè)計方案,達到“精、快、省”的最終目的。
本課題設(shè)計的這臺組合機床，用于加工變速箱體兩側(cè)面16孔的攻絲。在設(shè)計過程中對存在的一些問題進行了解決，順利完成本次畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)。在機床的設(shè)計上采取了一系列的措施，從結(jié)構(gòu)設(shè)計到液壓、電氣設(shè)計完成了對大學(xué)階段學(xué)習(xí)內(nèi)容的全面考察，達到了預(yù)期的效果。主要完成了以下工作：
1. 對零件進行整體分析，明確了該工件加工的技術(shù)和工藝要求；制定了工藝方案，完成總體設(shè)計，完成對被加工工件工序圖、加工示意圖、機床尺寸聯(lián)系圖和生產(chǎn)效率卡的繪制；
2. 合理選用了組合機床設(shè)計中用到的通用部件，使設(shè)計成本明顯降低；
3. 完成對機床多軸箱和夾具裝配圖的設(shè)計；
當然，由于剛剛完成對基本理論的學(xué)習(xí)，知識、經(jīng)驗、時間有限，這次設(shè)計還有許多值得完善的地方。我將在以后的工作學(xué)習(xí)中，更加努力以取得更好的成績。
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致 謝
本文能夠順利完成首先要衷心地感謝導(dǎo)師崇凱教授給予的精心指導(dǎo)。在設(shè)計的整個過程中，崇老師親自動手參與指導(dǎo)，細心地傳授理論知識。
在我寫此論文期間，崇凱導(dǎo)師在學(xué)習(xí)、科研、生活中給予了多方面的關(guān)心和幫助。在一起做畢業(yè)設(shè)計的日子里，崇老師嚴以律已、寬以待人的人格和對科學(xué)研究的獨到見解、忘我的工作精神以及嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度給我留下了深刻的印象，促使我更加嚴格地要求自己，全身心地投入到學(xué)習(xí)和工作中。
此外，對設(shè)計期間關(guān)心過、幫助過我的所有老師和同學(xué)，致意誠摯的謝意。
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