減速器箱體臥式鉆孔專用組合機床結構設計【說明書+CAD】

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編號 20120852137 本科生畢業(yè)設計 減速器箱體臥式鉆孔專用組合機床設計 Special combination of horizontal drilling box gear machine tool design 學 生 姓 名 李本天 專 業(yè) 機械電子工程 學 號 0852137 指 導 教 師 陳玲 學 院 機電工程學院 2012年 6 月 - 1 - 長春理工大學光電信息學院本科畢業(yè)設計 摘 要 本文的設計題目是減速器箱體臥式鉆孔專用組合機床結構設計。設計任務是制定減速器箱體結合件的加工工藝、組合鉆孔工序的工裝設計、液壓控制系統(tǒng)設計、組合機床設計。 在工藝制定過程中，通過生產批量的分析確定減速器箱體結合件的加工方案，并尋求最佳的工藝方案，借此說明了工藝在生產過程中的重要性；在組合鉆孔工序的工裝設計過程中，結合實例，介紹了對孔的加工精度進行了探討；在液壓控制系統(tǒng)設計過程中，以三面鉆孔組合機床為對象，依據液壓系統(tǒng)設計的基本原理，擬出合理的液壓系統(tǒng)圖。通過系統(tǒng)主要參數的計算確定了液壓元件的規(guī)格；在組合機床設計過程中，結合具體實例和設計經驗, 闡述了通用件(如液壓滑臺，動力箱等)的選取及專用部件（如主軸箱）的設計計算。使得設計的組合機床達到效率最大化。 關鍵詞：組合機床 工藝方案 鉆孔工序 液壓傳動 I Abstract This topic is the design of gear box special combination of horizontal drilling machine structure design The design task is to develop reducer box with pieces of the processing technology, combined drilling process tooling design, hydraulic control system design, machine design portfolio. In the course of the development process, through the production of bulk analysis reducer box with the processing of the programme and seek the best technology programme, to take this description of the process in the importance of the production process；In the composition of the drilling process tooling design process, with examples, introduced a ixture design methods, especially for precision-processing were discussed；In the hydraulic control system design process, to three drilling machine for the composition of objects, the hydraulic system based on the basic principles of design, to be a reasonable map of the hydraulic system.Through the system of calculating the main parameters determining the specifications of the hydraulic components in the composition of machine design process, with specific examples and design experience, expounded the common parts (such as hydraulic slider, the driving force for me, and so on) select and exclusive parts (such as Multi-axle box) the design and calculation. Key Words: Machine toll;Process plan;Drilling process;Hydraulic 目錄 摘 要 Abstract 緒論…………………………………………………………………………………………………1 第一章 組合機床簡介………………………………………………………………1 1.1組合機床的歷史及發(fā)展情況 1 1.2本文的主要內容及設計步驟 2 第二章 工藝方案的擬定 4 2.1減速器箱體零件的工藝技術分析 4 2.2減速器零件工序圖 5 第三章 組合機床的總體設計 7 3.1組合機床自動線的組成和分類 7 3.2被加工工件工序簡圖 7 3.2.1被加工零件工序簡圖的作用與內容 7 3.2.2 繪制被加工零件圖的規(guī)定及注意事項： 8 3.3 加工示意圖 8 3.3.1 加工示意圖的作用和內容： 8 3.3.2選擇刀具、導向及有關計算 8 3.4合機床通用部件的選用 9 3.4.1動力滑臺的選用 10 3.4.2支撐部件的選用 11 3.4.3動力部件的選用 13 第四章 立式多軸箱設計 16 4.1引言 16 4.2主體設計 16 4.2.1多軸箱蓋與箱體的選用 16 4.2.2通用主軸類型的選用 16 4.2.3多軸箱原始設計圖 16 4.3傳動軸、主軸、齒輪的確定 17 4.3.1齒輪模數m的確定 17 4.3.2傳動軸的選用 17 4.3.3主軸的選用 18 4.3.4多軸箱傳動設計 18 4.3.5齒輪的校核 20 4.3.6鍵的校核 21 第五章 液壓系統(tǒng)設計 23 5.1鉆削進給液壓系統(tǒng)設計 23 5.1.1作F-t與V-t圖 23 5.1.2確定液壓系統(tǒng)參數 24 5.1.3擬定液壓系統(tǒng)圖 25 第六章 組合機床PLC控制……………………………………………………………………26 總結 31 參考文獻 32 致 謝 33 附錄 34 Ⅱ 緒論 1.1組合機床的歷史及發(fā)展情況 組合機床是以系列化、標準化的通用部件為基礎，配以少量的專用部件組成的專用機床。它適宜于在大批、大量生產中對一種或幾種類似零件的一道或幾道工序進行加工。這種機床既有專用機床的結構簡單、生產率和自動程度較高的特點，又具有一定的重新調整能力，以適應工件變化的需要。 組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經標準化和系列化，可根據需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產線。 組合機床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時，工件一般不旋轉，由刀具的旋轉運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉，由刀具作進給運動，也可實現某些回轉體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。 二十世紀70年代以來，隨著可轉位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補償技術的發(fā)展，組合機床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達0.05毫米／1000毫米，表面粗糙度可低達2.5～0.63微米；鏜孔精度可達IT7～6級，孔距精度可達0.03～0.02微米。 專用機床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機床中某些部件因重復使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產生了組合機床。 最早的組合機床是1911年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機床制造廠都有各自的通用部件標準。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協商，確定了組合機床通用部件標準化的原則，即嚴格規(guī)定各部件間的聯系尺寸，但對部件結構未作規(guī)定。 通用部件按功能可分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。動力部件是為組合機床提供主運動和進給運動的部件。主要有動力箱、切削頭和動力滑臺。 支承部件是用以安裝動力滑臺、帶有進給機構的切削頭或夾具等的部件，有側底座、中間底座、支架、可調支架、立柱和立柱底座等。 輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉工作臺、環(huán)形分度回轉工作臺、分度鼓輪和往復移動工作臺等。 控制部件是用以控制機床的自動工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺等。輔助部件有潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。 為了使組合機床能在中小批量生產中得到應用，往往需要應用成組技術，把結構和工藝相似的零件集中在一臺組合機床上加工，以提高機床的利用率。這類機床常見的有兩種，可換主軸箱式組合機床和轉塔式組合機床。 近十多年來，組合機床及其自動線在高效、高生產率，柔性化以及采用并行(同步)工程制訂更為合理、更為節(jié)省的方案方面取得了不小的進展。尤其是汽車工業(yè)，為了提高汽車的性能，對零件的加工精度提出了一些新的要求，因此對機床性能的要求也更高了。 近年來隨著數控技術、電子技術、計算機技術等的發(fā)展，組合機床的機械結構和控制系統(tǒng)也發(fā)生了巨大變化。組合機床有了以下的發(fā)展：1、數控化。數控組合機床的出現，不僅完全改變了過去那種由繼電器電路組成的組合機床的控制系統(tǒng)，而目．也使組合機床機械結構乃至通用部件標準發(fā)生了或正在發(fā)生著巨大的變化。2、模塊化。數控加工模塊化極大地豐富了組合機床的通用件，它必將引起組合機床通用件發(fā)生根本性變化。3、高速化。由于高速加工可大大降低零件表面粗糙度及切削力，大大減小切削溫度，提高生產效率，故機床的高速化研究方興未艾，特別是數控機床的主運動和進給運動速度已達到了驚人高速。如美國生產的加工中心，主軸轉速可達15 000—60 000r／min，工作臺快進速度高達90—120m／min 。順應機床高速化的潮流，組合機床的速度也越來越高。例如德國大眾汽車廠在加工鋁金缸蓋燃燒室側面時，采用PCD銑刀，銑削速度高達3 075m／min，進給速度達3 600mm／min，而采用安裝有CBN刀片的新穎鏜刀加工灰鑄鐵時， 切削速度達800m／min，進給速度達I 500 mm／min。4、精密化。由于機床實現了數控化，因而機床的加工精度越來越高，使一些過去看來難以達到的加工精度今天也已經實現了。5、全防護化。全封閉是現在機床的一大特點，不論是單機還是機床生產線，均采用全封閉的外罩， 電器、液壓全部采用空中走線。全封閉防護，不但使機床及其生產線外形美觀，而且也提高了安全性、可靠性和維修的便利性。 組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結構、縮短生產節(jié)拍；采用數字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等[2]。 1.2本文的主要內容及設計步驟 本文對減速器箱體的加工工藝、組合鉆孔工序的工裝設計、液壓控制系統(tǒng)設計、組合機床設計及臥式和立式的多軸箱設計、組合機床的總體裝備進行了介紹。 組合機床的設計步驟： （1）制定工藝方案 要深入現場，了解被加工零件的加工特點，精度和技術要求、定位夾壓情況以及生產率的要求等。確定在組合機床上完成的工藝內容及其加工方法。這里要確定加工工步數，決定刀具的種類和型式。 （2）機床結構方案的分析和確定 根據工藝方案確定機床的型式和總體布局。在選擇機床配置形式時，既要考慮實現工藝方案，保證加工精度、技術要求及生產效率；又要考慮機床操作、維護、修理是否方便，排屑情況是否良好；還要注意被加工零件的生產批量，以便使設計的組合機床符合多快好省的要求。 （3）組合機床總體設計 這里要確定機床各部件間的相互關系，選擇通用部件和刀具的導向，計算切削用量及機床生產率。繪制機床的總聯系尺寸圖及加工示意圖等。 （4）組合機床的部件設計和施工設計 制定組合機床流水線的方案時，與一般單個的組合機床方案有所不同。在流水線上由于工序的組合不同，機床的型式和數量都會有較大的變化。因此，這時應按流水線進行全面考慮，而不應將某一臺或幾臺機床分裂開來設計。即使暫時不能全面地進行流水線設計，制定方案時也應綜合研究，才能將工序組合得更為合理，更可靠地滿足工件的加工要求，用較少的機床完成較多的工作，也為進一步發(fā)展創(chuàng)造了有利條件[3]。 以上談到的組合機床的設計，將會在下面的部分中進行詳細的說明。 第2章 工藝方案的擬定 2.1減速器箱體零件的工藝技術分析 減速器箱體零件圖 如圖2-1 圖2-1減速器箱體零件圖 減速器零件三維視圖 如圖2-2 圖2-2 減速器零件三維視圖 加工孔：該工件需要加工3個平面上的共計22個孔 1）上表面兩個同心圓上陣列著12個孔。 2）左側六個呈矩形排列6個孔。 3）右側圓形陣列4個孔。 加工孔技術要求： 1）表面粗糙度：6.3 2）位置度：一般公差為即可。 2.2減速器零件工序圖 序號 工序名稱 工序內容 表面粗糙度 加工方法 機床及其型號 1 銑箱體下側面 6.3 銑 2 銑箱體上側面 6.3 銑 3 鏜上表面孔內表面 3.2 鏜 4 鏜下表面孔內表面 3.2 鏜 5 銑前孔端面 6.3 銑 6 銑后端面 6.3 銑 7 鏜前孔內表面 3.2 鏜 8 鏜后孔內表面 3.2 鏜 9 銑上表面兩孔锪平臺 6.3 銑 10 銑后孔锪平臺 6.3 銑 11 三面鉆孔、攻絲 鉆上表面6XM12、6XM6，前面4XM6后面6XM6螺紋孔并攻絲 6.3 鉆 專用組合鉆床 12 鉆上表面锪平臺螺紋孔、攻絲 鉆上表面锪平臺8XM6螺紋孔并攻絲 3.2 鉆 專用組合鉆床 13 鉆下表面螺紋孔、攻絲 鉆下表面8XM6 4XM8螺紋孔并攻絲 3.2 鉆 專用組合鉆床 14 鉆后孔锪平臺螺紋孔、攻絲 鉆后孔锪平臺4XM6螺紋孔并攻絲 3.2 鉆 專用組合鉆床 圖2-3 減速器零件工序圖 第3章 組合機床的總體設計 3.1組合機床自動線的組成和分類 機床的總體設計就是繪制組合機床“三圖一卡”，就是針對具體零件，在選定的工藝和結構方案的基礎上，進行組合機床總體方案圖樣設計。其內容包括：繪制加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯系尺寸圖和繪制生產功率計算卡等[4]。 組合機床的設計，目前基本上有兩種情況：其一，是根據具體加工對象的具體情況進行專門設計，這是當前最普遍的做法。其二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人總結自己生產和使用機床的經驗，發(fā)現組合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設計成通用部件。 有些零件由于結構復雜，加工工序比較多，在一臺組合機床上不能完成全部加工，這時往往將幾臺組合機床按照合理的工藝路線布置成流水線[5]。如果吧流水線中各臺組合機床實現單機自動化，并且把他們和各種輔助設備通過工件自動線傳送裝置聯系起來，統(tǒng)一控制，機床和所有機構按照規(guī)定的動作順序和節(jié)奏自動進行工作，就成了組合機床自動線。 組合機床自動線由組合機床（和少量專用機床），零件傳輸裝置、轉位裝置、排削裝置及電器和液壓控制設備等組成。采用組合機床自動線，可以明顯地改善勞動強度、提高生產率；能減少占地面積和操作工人，并利于保證產品質量和減少次品。但自動線可調性差，投資大，要求上線工件的結構和工藝相對穩(wěn)定，毛坯材質要均勻，尺寸偏差要小。而且自動線裝置復雜，調整環(huán)節(jié)多，一處有故障往往引起全線停車。因此是否采用自動線應作全面分析。 本工件符合選用組合機床的條件，故選用組合自動線來加工。 組合機床自動線按被加工零件的傳輸方式分別為直接輸送和間接輸送兩大類。 本組合機床選用簡介輸送的結構，本設計主要設計組合機床部分，自動線部分由其他設計。 3.2被加工工件工序簡圖 3.2.1被加工零件工序簡圖的作用與內容 被加工零件工序圖是在被加工零件圖基礎上，突出本機床或自動線的加工內容，并作必要說明而繪制的。其主要內容包括如下： 被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本機床設計有關部位結構形狀和尺寸。 本工序選用的定位基準、夾緊部位及方向。 本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術要求以及上道工序的技術要求。 注明加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量[6]。 減速器箱體結合件兩端面孔的被加工零件剖面圖如圖3-1所示. 圖3-1 被加工零件剖面圖 3.2.2 繪制被加工零件圖的規(guī)定及注意事項： （1）繪制被加工零件剖圖的規(guī)定 為使被加工零件剖圖表達清晰明了，突出本工序內容，繪制時規(guī)定；應按一定比例，繪制足夠的視圖以剖面；本工序加工部位用粗實線表示，其余部位用細實線表示；定位基準符號下標數表明消除自由度量。 （2）繪制被加工零件工序圖注意事項： 1）本工序加工部位的位置尺寸應與定位基準直接發(fā)生關系。 2）對工件毛坯應有要求，對孔的加工余量應認真分析。 3）當本工序有特殊要求時必須注明[7]。 3.3 加工示意圖 3.3.1 加工示意圖的作用和內容： 加工示意圖是在工藝方案和機床整體方案初步確定的基礎上繪制的。是表達工藝方案具體內容的機床工藝方案圖。它是繪制機床聯系尺寸圖的主要依據；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調整機床和刀具所必需的重要技術文件[8]。 3.3.2選擇刀具、導向及有關計算 （1）刀具的選擇： 工件材料為HT200，鉆孔加工，選用錐柄麻花鉆。 （2）導向結構的選擇： 夾具選用可換鉆套，軸采用剛性軸來保證孔的位置精度。 （3）確定主軸類型、尺寸、外伸長度（主軸箱設計） （4）選擇接桿 除剛性主軸外，，組合機床主軸與刀具間常用接桿連接。根據選用原則選取特長可調接桿。 （1） 標注聯系尺寸 （6）標注切削用量： 各主軸的切削用量應標注在相應主軸后端。其內容包括：主軸轉速、相應刀具的切削速度、每轉進給量。 （7）動力部件工作循環(huán)及行程的確定 動力部件的工作循環(huán)是指加工時，動力部件從原始位置開始運動到終了位置，又返回到原位的動作過程。 1) 工作進給長度的確定 =18mm ：工作進給長度 ：切入長度 ：加工長度 ：切出長度 2）快速引進長度的確定：快速引進是指動力部件把刀具送到工作進給位置，其長度由具體情況確定。本工序選取快速引進長度為30mm。 3）快速退回長度的確定：快速退回長度是快速引進長度和工作進給長度之和。本工序為48mm。 4）動力部件總行程的確定：動力部件總行程為快退行程和前后備量之和?？傂谐虨?25mm前備量為30mm，后備量為147mm。 3.4合機床通用部件的選用 通用部件是具有特定功能、按標準化、系列化、通用化原則設計制造的組合機床基礎部件。它有統(tǒng)一的聯系尺寸標準，結構合理、性能穩(wěn)定。組合機床的通用化程度是衡量其技術水平的重要標志[9]。 通用部件按其功能通常分為五大類： 動力部件 動力部件是用于傳遞動力，實現工作運動的通用部件。它為刀具提供主運動和進給運動，是組合機床的主要通用部件。它包括動力滑臺、動力箱、具有各種工藝性能的動力頭等。 支撐部件 支撐部件是用于安裝動力部件、輸送部件等的通用部件。它包括側底座、中間底座、立柱、立柱底座、支架等。它是組合機床的基礎部件，機床省各部件之間的相對位置精度、機床的剛度等主要依靠它來保證。 輸送部件 輸送部件是具有定位和夾緊裝置、用于安裝工件并運送到預定工位的通用部件。它包括回轉工作臺、移動工作臺和回轉鼓輪等。通常具有較高的定位精度。 控制部件 控制部件用來控制具有運動動作的各個部件，以保證實現組合機床工作循環(huán)。它包括可編程序控制器（PC）、液壓傳動裝置、分級進給機構、自動檢測裝置及操縱臺電柜等。 輔助部件 輔助部件包括定位、夾緊、潤滑、冷卻、排削以及自動線的清洗機等各種輔助裝置[10]。 3.4.1動力滑臺的選用 動力滑臺是由滑座、滑鞍和驅動裝置組成、實現直線進給運動的動力部件。根據被加工零件的工藝要求，在滑鞍上安裝動力箱（用以配多軸箱）或切削頭（如鉆削頭、鏜削頭、銑削頭、攻螺紋頭等主抽部件配以傳動裝置），可以完成鉆、擴、鉸、鏜孔、倒角、掛端面、銑削及攻螺紋等工序，滑臺還可以當移動工作臺用。滑臺本身可以安裝在側底座上、立柱上或傾斜的底座上，組成各種形式的組合機床。 根據驅動方式和控制方式的不同，滑臺可以分為液壓滑臺、機械滑臺和數控滑臺三種類型。 根據液壓滑臺和機械滑臺的優(yōu)缺點比較，從中選取適合的。如表3-1 表3-1 液壓滑臺與機械滑臺的優(yōu)缺點 液壓滑臺 機械滑臺 優(yōu)點 1. 在相當大的范圍內進給量可以無級調速。 2. 可以獲得較大的進給力 3. 由于液壓驅動，零件磨損小，使用受命長 4. 工藝上要求多次進給時，通過液壓換向閥，很容易實現。 5. 過載保護簡單可靠。 6. 由行程調速閥來控制滑臺的快速工進，轉換精度高，工作可靠。 1. 進給量穩(wěn)定，慢速無爬行，高速無震動，可以降低加工工件表面粗糙度。 2. 具有較好的抗沖擊能力，斷續(xù)銑削、鉆頭鉆通孔時，不會因沖擊而損壞刀具。 3. 運行安全可靠，易發(fā)現故障，調整維修方便。 4. 沒有液壓驅動的管路、泄漏、噪聲和液壓站占地方的問題。 缺點 1. 進給量由于載荷的變化和溫度的影響而不夠穩(wěn)定。 2. 液壓系統(tǒng)漏油影響工作環(huán)境，浪費能源。 3. 調整維修比較麻煩。 1. 只能有級變速，變速比較麻煩。 2. 一般沒有可靠的過載保護。 3. 快速加工時，轉換位置精度較低。 根據上述滑臺優(yōu)缺點的比較，我選用液壓滑臺。 液壓滑臺的結構特點： 1） 采用雙矩形導軌結構形式，以單導軌兩側面導向，導向的長寬比較大，導向性好。 2） 滑座體為箱形框架結構，滑座低面中間增加了結合面，結構剛度高。 3） 導軌淬火，硬度高，使用受命長。 4） 液壓缸活動和后蓋上分別裝有雙向單閥和緩沖裝置，可減輕滑臺換向和退至終點時的沖擊。 5） 滑臺分普通級、精密級和高精度級三個精度級別，可按要求選用，提高經濟性。 工作循環(huán)的確定： 液壓滑臺的工作循環(huán)分很多種，根據工件的加工方式，我們選擇一次工作進給方式。 這種工作循環(huán)主要用于對工作進給速度要求不變的情況下，如鉆孔、擴孔、鏜孔等。當孔的加工深度要求較高精度時，可采用死鐵停留來保證[11]。 3.4.2支撐部件的選用 1.中間底座 中間底座其頂面安裝夾具或輸送部件，側面可與側底座或立柱底座相連接，并通過端面鍵或定位銷定位。根據機床配置形式不同，中間底座有多種形式，如雙面臥式組合機床的中間底座，兩側面都安裝側底座；立式回轉工作臺式組合機床，除安裝立柱外，還需安裝回轉工作臺?？傊虚g底座的結構、尺寸需根據工件的大小、形狀一級組合機床的配置形式等來確定。 中間底座主要尺寸如表3-2所示 表3-2 中間底座主要尺寸 中間底座長 中間底座寬 800 500 560 630 710 800 900 ---- 1000 ---- ---- 630 710 800 900 1000 1250 ---- ---- ---- 710 800 900 1000 >1250 ---- ---- ---- 710 800 900 1000 根據工件的工作臺尺寸選取中間底座，由于工作臺尺寸為900*1200，在表3-2中選取中間底座尺寸為1250*1000mm，高度710mm。 2.側底座 側底座用于臥式組合機床，其上面安裝滑臺，側面與中間底座相連接時可用鍵或錐銷定位。側底座的長度應與滑臺相適應，即滑臺行程有集中規(guī)格。它的高度有560、630mm兩種。當需要更低的高度時，其高度可按4500mm設計。本機床選用630mm。 側底座：1CC801 3.立柱及立柱側底座 立柱用于安裝立式布置的動力部件。立柱安裝在立柱側底座（1CD系列）上，根據主軸與工件間的距離要求，也可在立柱及其底座之間增加調整墊。 根據工作臺尺寸及中間底座尺寸選取立柱及立柱底座。 立柱：1CL63 立柱側底座：1CD631 4.組合機床三維視圖[12] 圖3-2 組合機床三維視圖  3.4.3動力部件的選用 動力部件的選擇主要事確定動力箱（或各種工藝切削頭）和動力滑臺。本組合機床共有3各動力部件，其中一個裝在立柱的滑臺上，另兩個裝在兩側滑臺上。液壓滑臺實現工作進給運動，選用配套的動力箱驅動多軸箱鉆孔[13]。 動力箱規(guī)格要與滑臺匹配，其驅動功率主要依據多軸箱所需傳遞的切削功率來選用。在不需要精確計算多軸箱功率或多軸箱尚未設計出來之前，可按照下列簡化公式進行估算： 式中 ――消耗于各主軸的切削功率的總和，單位為KW； ――多軸箱的傳動效率，加工黑色金屬時取0.8-0.9，加工有色金屬時取0.7-0.8。 高度剛鉆頭切削用量如表3-3高速鋼鉆頭切削用量 表3-3 高速鋼鉆頭切削用量 加工 材料 加工直徑d（mm） 切削速度v （m/min） 進給量f （mm/r） 切削速度v （m/min） 進給量f （mm/r） 切削速度v （m/min） 進給量f （mm/r） 鑄鐵 160~200HBS 200~241HBS 300~400HBS 1~6 16~24 0.07~0.12 10~18 0.05~0.1 5~12 0.03~0.08 6~12 0.12~0.2 0.1~0.18 0.08~0.15 12~22 0.2~0.4 0.18~0.25 0.15~0.20 22~50 0.4~0.8 0.25~0.4 0.20~0.30 鋼件 σ=52~70（鋼35、45） σ=70~90（15Cr、20Cr） σ=100~110（含金鋼） 1~6 18~25 0.05~0.1 12~20 0.05~0.1 8~15 0.03~0.08 6~12 0.1~0.2 0.1~0.2 0.08~0.15 12~22 0.2~0.3 0.2~0.3 0.15~0.25 22~50 0.3~0.6 0.3~0.45 0.25~0.35 鋁件 純鋁 鋁合金（長切屑） 鋁合金（短切屑） 3~8 20~50 0.03~0.2 20~50 0.05~0.25 20~50 0.03~0.1 8~25 0.06~0.5 0.1~0.60 0.05~0.15 25~50 0.15~0.8 0.2~1.0 0.08~0.36 在圖3-2中選取 1）立式滑臺動力箱的選用 由于立式多軸箱有2種鉆頭 ＝6（mm） ＝16～24（m/min） ＝0.12（mm/r） ＝12（mm） ＝16～24（m/min） ＝0.2（mm/r） 取在0.8～0.9之間 ＝0.85 對組合機床切削用量計算 參照組合機床切削用量計算切削力、轉矩功率 切削功率P（kW）： 切削轉矩T（N·mm）： ＝ ＝10×30.09×0.183×24.02 ＝1322.79（N·mm） ＝ ＝10×112.31×0.276×24.02 ＝7446.39（N·mm） ＝1322.79×6＝7936.74（N·mm） ＝7446.39×6＝44678.34（N·mm） ==1.038(kW) ==2.922(kW) =1.038+2.922=3.960(kW) ==4.66(kW) 在通用動力箱中選取1TD40動力箱，對立式滑臺上選用1TD40動力箱 電動機轉速 960（r/min） 輸出軸轉速 480（r/min） 2）左右滑臺動力箱的選用 d=6(mm) v=16~24(mm) f=0.12(mm/r) 取在0.8～0.9之間 ＝0.85 切削功率P（kW）： 切削轉矩T（N·mm）： = =10×30.09×0.183×34.02 =1322.79（N·mm） ＝4×T＝1322.79×4＝5291.16（N·mm） ＝6×T＝1322.79×6＝7936.74（N·mm） 由公式可得： ＝＝0.69（kW） ＝＝1.04（kW） 對左側滑臺動力箱選用1TD16－Y90S-6 電動機轉速 900（r/min） 輸出軸轉速 600（r/min） 右側滑臺動力箱選用1TD16－Y90S-4 電動機轉速 1400（r/min） 輸出軸轉速 920（r/min） 第4章 立式多軸箱設計 4.1引言 多軸箱是組合機床的重要專用部件。他是根據加工示意圖所確定的工件加工孔數和位置、切削用量和主軸類型設計的傳動各主軸運動的動力部件。其動力來自通用的動力箱，與動力箱一起安裝于進給滑臺，可完成鉆、擴、鉸、鏜孔等加工工序。 多軸箱一般具有多根主軸同時對一列孔進行加工。但也有單獨的，用于鏜孔居多。 多軸箱的通用箱體材料為HT200，前、后、側蓋等材料為HT150。多軸箱體基本尺寸系列標準（GB3668.1——83）規(guī)定，9種名義尺寸用相應滑臺的滑鞍寬度表示。 4.2主體設計 4.2.1多軸箱蓋與箱體的選用 多軸箱的標準厚度為180mm；用于臥式多軸箱的前蓋厚度為55mm，用于立式的因兼作油池用，故加厚到70mm；基型后蓋的厚度為90mm，變形后蓋厚度為50mm、100mm和125mm三種。 對此多軸箱箱體選用180mm，前蓋70mm，后蓋50mm。 選用630mm×630mm類型多軸箱。 4.2.2通用主軸類型的選用 通用鉆削類主軸按支承型式可以分成三種 1） 滾錐軸承主軸：前后支承均為圓錐滾子軸承。這種支承受較大的徑向和軸向力，且結構簡單、裝配調整方便，廣泛用于擴、鏜、鉸孔和攻螺紋等加工；當主軸進退兩個方向都有軸向切削力時常用此種結構。 2） 滾珠軸承主軸：前支承為推力球軸承和向心球軸承、后支承為向心球軸承或圓錐滾子軸承。因推力球軸承設置在前端，能承受單方向的軸向力，適用于鉆孔主軸。 3） 滾針軸承主軸：前后支承均為無內環(huán)滾針軸承和推力球軸承。當主軸間距較小時采用。 該機床為鉆孔類機床，故選用滾珠軸承主軸。 主軸材料一般采用40Cr剛，滾針軸承主軸用20Cr剛。 4.2.3多軸箱原始設計圖 多軸箱原始設計圖如圖4-1 圖4-1 多軸箱原始設計圖 4.3傳動軸、主軸、齒輪的確定 4.3.1齒輪模數m的確定 齒輪模數m一般用類比法確定，也可按公式估算，即： 式中 P－齒輪所傳遞的功率，單位為kW； z－一對嚙合齒輪中的小齒輪齒數； n－小齒輪的轉速，單位為r/min。 多軸箱中的齒輪模數常用2、2.5、3、3.5、4幾種。 該多軸箱中齒輪選用m＝4. 4.3.2傳動軸的選用 通用傳動軸按用途和支承型式分為六種。一般用45鋼，調質T235；滾針軸 承傳動軸用20Cr鋼。如圖4-2用傳動軸系列參數及其型號標記 傳動軸類型 傳動軸直徑d（mm） 種數 型號標記 ZD27 ZD27-1 ZD27-2 滾錐軸承傳動軸 20 25 30 35 40 50 60 14 dT0731-41 dT0731-42 d-1T0731-41 d-1T0731-42 滾針軸承傳動軸 20 25 30 --- 40 --- --- 8 dT0733-41 dT0733-42 dT0733-41A dT0733-42A d-1T0733-41 d-1T0733-42 埋頭傳動軸 --- 25 30 35 40 --- --- 8 dT0731-41 dT0731-42 d-1T0731-41 d-1T0731-42 手柄軸 --- --- 30 --- 40 50 --- 6 dT0735-41 dT0736-42 d-1T0735-41 d-1T0736-42 油泵傳動軸 20 --- --- --- --- --- --- 1 T0738-41 1T0738-41 攻螺紋用蝸桿軸 --- 25 --- --- --- --- 2 T0738-41 T0739-42 T0738-41A T0739-42A 1T0738-41 1T0739-42 圖4-2用傳動軸系列參數及其型號標記 選用滾錐軸承傳動軸，傳動軸直徑d＝30mm，型號為dT0731－41。 4.3.3主軸的選用 首先，根據切削用量，由計算公式計算扭矩： D——鉆頭直徑 S——每轉進給量 根據公式選擇兩根主軸 ＝20mm 型號為20－1T0731－14 ＝25mm 型號為25－1T0731－42 4.3.4多軸箱傳動設計 多軸箱傳動設計，是根據動力箱驅動軸位置和轉速、各主軸位置及其轉速要求，設計傳動鏈，把驅動軸和主軸聯系起來，使各主軸獲得預定的轉速和轉向。 1、對多軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求 （1）在保證主軸的強度、剛度、轉速和轉向的條件下，力求傳動軸和齒輪規(guī)格、數量為最少。為此，應盡量用一根中間傳動軸帶動多根主軸，并將齒輪布置在同一排上。 （2）盡量不用主軸帶動主軸的方案，以免增加主軸負荷。遇到主軸較密時，布置齒輪的空間受到限制或主軸負荷較小、加工精度要求不高，也可用一根強度較高的主軸帶動1-2根主軸的傳動方案。 （3）為使結構緊湊，多軸箱內齒輪副的傳動比一般要大于1/2，后蓋內齒輪齒輪傳動比允許至1/3，盡量避免用升速傳動。當驅動軸轉速較低時，允許先升速然后再降一些。 （4）驅動軸直接帶動的轉動軸數不能超過兩根，以免給裝配帶來困難。 2、擬定多軸箱傳動的基本方法 擬定多軸箱傳動系統(tǒng)的基本方法是：先把全部主軸中心盡可能分布在幾個同心圓上，在各個同心圓的圓心上分別設置中心傳動軸；非同心圓分布的一些主軸，也宜設置中間傳動軸；然后根據已經選定的中心傳動軸再取同心圓，并用最少的傳動軸帶動這些中心傳動軸；最后通過合攏傳動軸與動力箱驅動軸連接起來。 立式多軸箱的動力箱為： 對立式滑臺上選用1TD40動力箱 電動機轉速 960（r/min） 輸出軸轉速 480（r/min） 對該工件上方所鉆12孔呈兩排圓形陣列，第一個圓形陣列離傳動軸的中心距為120mm， 整理得： ＝＝1273.8（r/min） 第二個陣列圓的中心距為166mm。 ＝＝636.94（r/min） 根據齒輪、傳動軸轉速的計算公式： 式中： u――嚙合齒輪副傳動比； ――嚙合齒輪副齒數和； 、――分別為主動和從動齒輪齒數； 、――分別為主動和從動齒輪轉速，單位為r/min ； A――齒輪嚙合中心距，單位為mm； m――齒輪模數，單位為mm。 經計算可得： 1） 中心距為120mm ＝48 ＝12 2） 中心距為166mm ＝50 ＝33 傳動齒輪選擇齒寬為32mm，根據齒輪大小可選擇630mm×630mm的多軸箱[14]。 4.3.5齒輪的校核 由于其中有一對齒輪有限于多軸箱和工件的尺寸，選用的非通用件，固對此齒輪進行校核。 1）校核相關系數 　　齒形做特殊處理 Zps=特殊處理 　　齒面經表面硬化 Zas=不硬化 　　齒形 Zp=一般 　　潤滑油粘度 V50=120(mm^2/s) 　　小齒輪齒面粗糙度 Z1R=Rz＞6μm(Ra≤1μm) 　　載荷類型 Wtype=對稱循環(huán)載荷 　　齒根表面粗糙度 ZFR=Rz≤16μm (Ra≤2.6μm) 　　刀具基本輪廓尺寸 圓周力 Ft=2344.167(N) 　　齒輪線速度 V=3.199(m/s) 使用系數 Ka=1.100 　　動載系數 Kv=1.131 　　齒向載荷分布系數 KHβ=1.000 綜合變形對載荷分布的影響 Kβs=1.000 　　安裝精度對載荷分布的影響 Kβm=0.000 　　齒間載荷分布系數 KHα=1.243 　　節(jié)點區(qū)域系數 Zh=2.495 　　材料的彈性系數 ZE=189.800 　　接觸強度重合度系數 Zε=0.897 　　接觸強度螺旋角系數 Zβ=1.000 　　重合、螺旋角系數 Zεβ=0.897 　　接觸疲勞壽命系數 Zn=1.30000 　　潤滑油膜影響系數 Zlvr=0.95000 　　工作硬化系數 Zw=1.00000 　　接觸強度尺寸系數 Zx=1.00000 　　齒向載荷分布系數 KFβ=1.000 　　齒間載荷分布系數 KFα=1.381 　　抗彎強度重合度系數 Yε=0.724 　　抗彎強度螺旋角系數 Yβ=1.000 　　抗彎強度重合、螺旋角系數 Yεβ=0.724 　　壽命系數 Yn=2.50000 　　齒根圓角敏感系數 Ydr=1.00000 　　齒根表面狀況系數 Yrr=1.00000 　　尺寸系數 Yx=1.00000 　　齒輪1復合齒形系數 Yfs1=4.98899 　　齒輪1應力校正系數 Ysa1=1.47343 　　齒輪2復合齒形系數 Yfs2=4.00222 齒輪2應力校正系數 Ysa2=1.70536 2）校核數據 　　齒輪1接觸強度極限應力 σHlim1=594.4(MPa) 　　齒輪1抗彎疲勞基本值 σFE1=465.6(MPa) 　　齒輪1接觸疲勞強度許用值 [σH]1=734.1(MPa) 　　齒輪1彎曲疲勞強度許用值 [σF]1=831.4(MPa) 　　齒輪2接觸強度極限應力 σHlim2=427.1(MPa) 　　齒輪2抗彎疲勞基本值 σFE2=311.1(MPa) 　　齒輪2接觸疲勞強度許用值 [σH]2=527.5(MPa) 　　齒輪2彎曲疲勞強度許用值 [σF]2=555.5(MPa) 　　接觸強度用安全系數 SHmin=1.00 　 彎曲強度用安全系數 SFmin=1.40 　　接觸強度計算應力 σH=729.6(MPa) 　　接觸疲勞強度校核 σH≤[σH]=滿足 　　齒輪1彎曲疲勞強度計算應力 σF1=113.7(MPa) 　　齒輪2彎曲疲勞強度計算應力 σF2=91.2(MPa) 　　齒輪1彎曲疲勞強度校核 σF1≤[σF]1=滿足 齒輪2彎曲疲勞強度校核 σF2≤[σF]2=滿足 4.3.6鍵的校核 在整個多軸箱中軸受的扭矩最大，所以只需要校核此軸上的鍵的強度就足夠了，此軸掛鍵槽的軸徑為20，鍵的規(guī)格為6×6×22，鍵的受力如下圖4-3所示： 圖4-3鍵的受力圖 首先校核鍵槽的剪切強度。將平鍵眼n-n截面分成兩部分，并把n-n以下部分和軸作為一個整體來考慮如圖所示，因為假設在n-n截面上的剪切力均勻分布，所以n-n截面上的剪切力為，對軸心取矩，由平衡方程，得 所以有 ， 因為 所以可見平鍵滿足剪切強度。 其次校核鍵的擠壓強度?？紤]鍵在n-n截面以上部分的平衡，在n-n截面上的剪力，投影水平方向，由平衡方程得 因此求得： 所以平鍵也滿足擠壓強度條件[15]。 第5章 液壓系統(tǒng)設計 5.1鉆削進給液壓系統(tǒng)設計 5.1.1作F-t與V-t圖 1.切削力 鉆鑄鐵孔時，其軸向力的切削力 根據公式： 公式中符號的意義： D——鉆頭直徑 S——每轉進給量 Kp——修正系數 已知 D=6mm S=0.1mm/r Kp==1 得 M=1.198N/m F=398.2N 2.擦阻力 靜摩擦阻力： 動摩擦阻力： 3.慣性阻力： 4.算工進速度 工進速度按加工φ6切削用量計算，即： 5.根據以上分析計算各工況負載 工 況 計算公式 液壓缸負載F/N 液壓缸驅動力F0/N 啟 動 980 1090 加 速 740 825 快 進 490 545 工 進 1526 1695 反向啟動 980 1090 加 速 740 825 快 退 490 545 制 動 240 270 圖5-1 液壓缸負載的計算 其中，取液壓缸機械效率 6、計算快進、工進和快退時間 快進： 工進： 快退： 7、根據上述數據描繪液壓缸F--t 與V-t圖 t t F/N t2 V mm/s v1 t1 t2 t1 t3 1526 t3 圖5-2 液壓缸F--t 與V-t圖 5.1.2確定液壓系統(tǒng)參數 1、初選液壓缸工作壓力 由工況分析中可知，工進階段的負載力最大，所以，液壓缸的工作壓力按此負載力計算，根據液壓缸與負載的關系，選。本機床是鉆孔組合機床，為防止鉆通時發(fā)生前沖現象，液壓缸回油腔應有背壓，設背壓 ，為使快進，快退速度相等，選用的差動液壓缸，假定快進、快退的回油壓力損失為 2、計算液壓缸尺寸 由式得： 液壓缸直徑： 取標準直徑： D=70mm 5.1.3擬定液壓系統(tǒng)圖 1、選擇液壓回路 （1）調速方式：由工況圖知，該液壓系統(tǒng)功率小，工作負載變化小，可用進油路節(jié)流調速，為防止鉆通孔時的前沖現象，在回油路上加背壓閥。 （2）液壓泵形式的選擇：通過工況分析選用變量葉片泵比較適宜。 （3）速度換接方式：因鉆孔工序對位置精度及工作平穩(wěn)性要求不高，可選用行程調速閥和電磁換向閥。 2、組成系統(tǒng) 圖5-3電磁鐵動作順序表 圖5-3電磁鐵動作順序表 如圖5-4 液壓系統(tǒng)圖 圖5-4 液壓系統(tǒng)圖 第6章 組合機床PLC控制 1. 工作原理 該專用組合機床主要分為水平移動工作臺(簡稱工作臺, 帶動工件移動) 和垂直移動工作 臺(簡稱滑臺, 帶動主軸作進給移動)。其中工作臺有4 個工位, 滑臺有3 個工位, 通過電磁閥來控制其移動, 而電磁閥又受繼電器控制, 繼電器受PLC 控制。其工作循環(huán)示意圖如圖1 所示。在此只介紹精鏜專機。 　　 圖1 工作循環(huán)示意圖 　圖1 中, YV 為電磁閥代號, SQ 為行程開關代號, SP 為壓力繼電器代號, é 工位為裝卸工件位, ê、?、ì 工位為加工工位。 2. PLC 控制系統(tǒng)硬件組成 (1) 主機　主機采用日本光洋公司產SZ4 可編程序控制器。該機為模塊式結構, 共用: 16 點輸入模塊3 塊, 16 點輸出模塊3 塊, 8 點輸出模塊2 塊?？傒斎朦c48 點, 輸出點64 點,可以滿足控制系統(tǒng)輸入輸出需要?？煽刂?56點I/O,程序容量2560語，最高處理速度1.0μs/指令帶有4個模擬量微調旋鈕。(2) 輸入信號　將所有按鈕, 工作方式轉換開關, 熱繼電器觸點信號, 限位開關, 壓力繼電器等作為輸入信號, 共46 點。 (3) 輸出信號　將所有控制設備, 如控制電動機運轉的交流接觸器, 液壓電磁閥, 控制主軸制動的交流接觸器, 作為工況顯示用的中間繼電器等作為輸出信號, 共58 點。主機安裝于PLC 控制柜中, 控制柜采用抽屜式結構, 造形美觀別致, 對PLC 操作方便。為便于操作, 還在專機的前側裝有一個加工小巧精致的按鈕站。 3. PLC 電氣控制系統(tǒng)的功能和特點 (1) 兩地控制　系統(tǒng)設有兩地控制和操作,加工人員操作方便。 (2) 抗干擾　為提高系統(tǒng)的抗干擾及PLC的使用壽命, PLC 電源采用了隔離變壓器, 強 電線和弱電線分開走; 輸入信號線采取了屏蔽措施, 所有電磁閥都加了電阻與二極管組成的 吸收電路; PLC 輸入模塊用電源還采用了穩(wěn)壓措施。 (3) 自動?手動　設有自動?手動兩種工作方式。手動時, 按工藝要求設有點動及點按單步動作進行一個工位一個工位地加工(此種方式在調整時使用)。自動時, 當工作臺點動快進至 ì 工位插好芯棒后, 只要按下自動按鈕, 系統(tǒng)就會按工藝要求一工位一工位連續(xù)加工, 直至工件加工完畢。 (4) 互鎖功能　控制系統(tǒng)設有多種互鎖功能。例如, 工件不夾緊, 工作臺不能移動; 臺面不 鎖緊, 不能進行加工; 滑臺不在原位, 工作臺就不能移動; 反靠插銷沒有拔出, 工作臺就不能快進等。另外有可能出現嚴重機械事故的地方除軟件互鎖外, 還設有硬件互鎖。 (5) 急停按鈕　系統(tǒng)設有急停按鈕。一旦出現緊急情況, 在兩地都可緊急停車, 并將急停按 鈕的常閉觸點接至PLC 的輸入模塊。這樣如觸點接觸不良, 便自動停車, 不致于出現緊急情況不能及時停車的嚴重事故。 (6) 信號顯示　所有輸出點的動作在操作臺和按鈕站上均有信號燈顯示。對較嚴重的故 障還設有聲光雙提示, 便于觀察和檢測故障。 4. PLC 控制系統(tǒng)編程方式 以各輸出量為中心, 根據控制要求, 采用梯形圖語言編程。由于篇幅所限, 只就兩個控制程序簡單說明。(1) 自動加工程序　ì 工位芯棒插好后, 快退至ê 工位的自動加工程序如圖2 所示。工作臺正靠在ì 工位( I20) , 芯棒已插好 圖2　快退至ê 工位的自動加工程序 ( I32) , 按下自動起動按鈕( I55) 后, 內部線圈M 22接通, 內部輸出線圈Q 2、Q 10接通, 工作臺快退,快退至ê 工位自動停止(M 5)。完全停止后輸出線圈Q 12接通進行插銷, 反靠插銷插好且壓力繼電器動作( I34、I40 ) 后, 內部輸出線圈Q 41 接通, 則內部輸出線圈Q 2 復又接通, 工作臺自動緩退至ê 工位反靠。靠停好后T 7 延時(Q