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畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 齒輪減速器箱體精鏜孔專用機(jī)床 多軸箱結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計(jì) 二 一 2015年 5月 日 院 系 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)老師 II 摘 要 本論文主要說明組合機(jī)床設(shè)計(jì)的基本過程及要求 組合機(jī)床是按高度集中原則設(shè)計(jì) 的 即在一臺(tái)機(jī)床上可以同時(shí)完成同一種工序或多種不同工序的加工 組合機(jī)床發(fā)展于工 業(yè)生產(chǎn)末期 與傳統(tǒng)的機(jī)床相比 組合機(jī)床具有許多優(yōu)點(diǎn) 效率高 精度高 成本低 它 由床身 立柱 工作臺(tái) 及電源一些基本部件及一些特殊部件 根據(jù)不同的工件加工所需 而設(shè)計(jì)的 在組合機(jī)床上可以完成很多工序 但就目前使用的大多數(shù)組合機(jī)床來說 則主要用 于平面加工和孔加工兩大類工序 論文主要內(nèi)容包括四大部分 1 制定工藝方案 通過了解被加工零件的加工特點(diǎn) 精度和技術(shù)要求 定位夾 緊情況 生產(chǎn)效率及機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等 確定在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容及加工方法 并繪制被加工零件工序圖 2 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 確定機(jī)床各部件之間的相互關(guān)系 選擇通用部件和刀 具的導(dǎo)向 計(jì)算切削用量及機(jī)床生產(chǎn)效率 繪制機(jī)床的尺寸聯(lián)系圖及加工示意圖 3 組合機(jī)床部件設(shè)計(jì) 包括專用多軸箱的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)布局合理 軸與齒輪之 間不發(fā)生干涉 保證傳動(dòng)的平穩(wěn)性和精確性 專用主軸設(shè)計(jì) 軸承的選用及電機(jī)的選擇等 關(guān)鍵詞 組合機(jī)床 設(shè)計(jì) 過程 功能 III Abstract This paper mainly explains the basic process of combination machine design and requirements Modular machine tool is based on the principle of the design of highly concentrated which can be completed at the same time with a number of different processes or processing procedures on one machine Combination of machine tool development in the late industrial production compared with the traditional tools combination of machine tool has many advantages high efficiency high precision low cost It consists of bed column table and supply some basic components and some special parts designed according to the needs of the workpiece processing The machine can do a lot of procedures but the majority of combination machine tools currently in use mainly for plane and hole machining the two types of processes The main content of this thesis includes four parts 1 the development of technology programs through understanding the processing characteristics precision machining parts and technical requirements structure characteristics of clamping position the production efficiency and machine tools technology and the processing methods determine the combination of machine tool and the processed parts working procedure drawing 2 to determine the overall design of combined machine tool between machine parts select general parts and tool oriented diagram calculate the amount of cutting and production efficiency of machine tools rendering the size of machine tools and processing 3 design combination of machine components design includes a special multi axle transmission reasonable layout no interference between the shaft and the gear to ensure the smooth transmission and accuracy Special design spindle bearing selection and motor selection etc Keywords combination machine design process function IV 目 錄 摘 要 II Abstract III 1 緒論 1 1 1 課題研究意義 1 1 2 鏜孔專用設(shè)備應(yīng)用 1 1 3 鏜孔專用設(shè)備 1 1 3 1 多軸頭 2 1 3 2 多軸箱 2 1 3 3 多軸鉆床 3 1 3 4 自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床 3 1 4 鏜孔專用設(shè)備趨勢(shì) 4 1 5 本論文的主要內(nèi)容 4 2 工 藝 方 案 設(shè) 計(jì) 6 2 1 工藝分析 6 2 1 1 箱 體 的 技 術(shù) 要 求 6 2 1 2 箱 體 零 件 的 毛 坯 和 材 料 6 2 1 3 工 件 生 產(chǎn) 方 式 6 2 2 定位分析 基準(zhǔn)選取 6 2 3 制定工藝路線 7 2 4 組合鏜床切削用量的選擇 8 2 5 組合機(jī)床配置型式的選擇 8 3 組 合 機(jī) 床 總 體 設(shè) 計(jì) 9 3 1 繪制被加工零件工序圖 9 3 1 1 被 加 工 零 件 工 序 圖 的 作 用 與 內(nèi) 容 9 3 1 2 繪 制 被 加 工 零 件 圖 的 規(guī) 定 及 注 意 事 項(xiàng) 9 3 2 加工示意圖 10 3 2 1 加 工 示 意 圖 的 作 用 和 內(nèi) 容 10 3 2 2 選 擇 刀 具 導(dǎo) 向 及 有 關(guān) 計(jì) 算 10 3 3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 12 3 3 1 機(jī) 床 聯(lián) 系 尺 寸 圖 作 用 和 內(nèi) 容 12 3 3 2 繪 制 機(jī) 床 尺 寸 聯(lián) 系 總 圖 之 前 應(yīng) 確 定 的 內(nèi) 容 12 3 4 組合機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 14 4 組 合 機(jī) 床 多 軸 箱 設(shè) 計(jì) 18 4 1 繪制多軸箱的設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 18 4 2 主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇和動(dòng)力計(jì)算 20 4 4 齒輪的校核及參數(shù)的確定 23 4 5 軸承的選擇 26 4 6 主軸箱附件的說明 29 4 6 1 潤(rùn) 滑 及 潤(rùn) 滑 元 件 29 4 6 2 其 他 附 件 29 V 4 7 箱體或前蓋補(bǔ)充加工圖 29 4 8 繪制多軸箱總圖 30 5 多 軸 箱 箱 體 結(jié) 構(gòu) 及 其 機(jī) 械 加 工 工 藝 設(shè) 計(jì) 32 5 1 多軸箱箱體結(jié)構(gòu) 32 5 2 多軸箱箱體結(jié)構(gòu)加工工藝設(shè)計(jì) 32 5 2 1 定 位 基 準(zhǔn) 的 選 擇 33 5 2 2 加 工 方 法 的 選 擇 33 結(jié) 論 和 展 望 36 參 考 文 獻(xiàn) 37 致 謝 38 1 1 緒論 1 1 課題研究意義 市場(chǎng)的開放性和全球化使產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈 而決定產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的指標(biāo)是產(chǎn)品的開 發(fā)時(shí)間 Time 產(chǎn)品 Quality 成本 Cost 創(chuàng)新能力 Creation 和服務(wù) Service 用 戶在追求高質(zhì)量產(chǎn)品的同時(shí) 會(huì)更多的追求較低的價(jià)格和較短的交貨周期 美國(guó)制造業(yè)在 20 世紀(jì) 50 至 40 年代主要以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模作為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的第一要素 而在 70 年代競(jìng)爭(zhēng) 力的第一要素為降低生產(chǎn)成本 80 年代為提高產(chǎn)品質(zhì)量 90 年代為市場(chǎng)響應(yīng)速度 所以現(xiàn) 代企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量 增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力 制造業(yè)是國(guó)家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一 制造業(yè)的基礎(chǔ)是 是眾多機(jī)械制造的母機(jī) 它的 發(fā)展水平 與制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造精度有著直接關(guān)系 關(guān)系到國(guó)家機(jī)械工業(yè)以至整個(gè) 制造業(yè)的發(fā)展水平 是先進(jìn)制造技術(shù)的基本單元載體 機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量 更新速度 對(duì)市場(chǎng) 的應(yīng)變能力 生產(chǎn)效率等在很大程度上取決于的效能 因此 制造業(yè)對(duì)于一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā) 展起著舉足輕重的作用我國(guó)是世界上產(chǎn)量最多的國(guó)家 根據(jù)德國(guó)工業(yè)協(xié)會(huì) VD W 2000 年統(tǒng) 計(jì)資料 在主要的生產(chǎn)國(guó)家中 中國(guó)排名為世界第五位 但是在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中仍處于較 低水平 即使在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì) 一方面國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)各類產(chǎn)品有著大量的需求 而另一方面卻有不少國(guó)產(chǎn)滯銷積壓 國(guó)外產(chǎn)品充斥市場(chǎng) 1 2 鏜孔專用設(shè)備應(yīng)用 據(jù)統(tǒng)計(jì) 一般在車間中普通機(jī)床的平均切削時(shí)間很少超過全部工作時(shí)間的 15 其余 時(shí)間是看圖 裝卸工件 調(diào)換刀具 操作機(jī)床 測(cè)量以及清除鐵屑等等 使用數(shù)控機(jī)床雖 然能提高 85 但購置費(fèi)用大 某些情況下 即使生產(chǎn)率高 但加工相同的零件 其成本 不一定比普通機(jī)床低 故必須更多地縮短加工時(shí)間 不同的加工方法有不同的特點(diǎn) 就鉆 削加工而言 鏜孔專用設(shè)備是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施 雖然不可調(diào)式 多軸頭在自動(dòng)線中早有應(yīng)用 但只局限于大批量生產(chǎn) 即使采用可調(diào)式多軸頭擴(kuò)大了使用 范圍 仍然遠(yuǎn)不能滿足批量小 孔型復(fù)雜的要求 尤其隨著工業(yè)的發(fā)展 大型復(fù)雜的鏜孔 專用設(shè)備更是引人注目 例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有 15000 個(gè) 20 孔 若以搖臂鉆床加工 單單鏜孔與锪沉頭孔就要 842 5 小時(shí) 另外還要?jiǎng)澗€工時(shí) 151 1 小時(shí) 但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工 鉆锪孔只要 171 6 小時(shí) 劃線也簡(jiǎn)單 只要 1 9 小時(shí) 因 此 利用數(shù)控控制的二個(gè)坐標(biāo)軸 使刀具正確地對(duì)準(zhǔn)加工位置 結(jié)合鏜孔專用設(shè)備不但可 以擴(kuò)大加工范圍 而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效 迅速地制造出原來不易 加工的零件 有人分析大型高速柴油機(jī) 30 種箱形與桿形零件的 2000 多個(gè)鏜孔操作中 有 40 可以在自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床中用二軸 三軸或四軸多軸頭加工 平均可減少 20 的加工 時(shí)間 1975 年法國(guó)巴黎機(jī)床展覽會(huì)也反映了鏜孔專用設(shè)備的使用愈來愈多這一趨勢(shì) 1 3 鏜孔專用設(shè)備 鏜孔專用設(shè)備是在一次進(jìn)給中同時(shí)加工許多孔或同時(shí)在許多相同或不同工 件上各加工一個(gè)孔 這不僅縮短切削時(shí)間 提高精度 減少裝夾或定位時(shí)間 并且在數(shù)控機(jī)床中不必計(jì)算坐標(biāo) 減少字塊數(shù)而簡(jiǎn)化編程 它可以采用以下一 些設(shè)備進(jìn)行加工 立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭 多軸鉆床 多軸組合機(jī)床心及自 動(dòng)更換主軸箱機(jī)床 甚至可以通過二個(gè)能自動(dòng)調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱 結(jié)合 數(shù)控工作臺(tái)縱橫二個(gè)方向的運(yùn)動(dòng) 加工各種圓形或橢圓形孔組的一個(gè)或幾個(gè)工 2 序 現(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡(jiǎn)介 1 3 1 多軸頭 從傳動(dòng)方式來說主要有帶傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動(dòng)三種 這是大 家所熟悉的 前者效率較高 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 后者易于調(diào)整軸距 從結(jié)構(gòu)來說有不 可調(diào)式與可調(diào)式二種 前者軸距不能改變 多采用齒輪傳動(dòng) 僅適用于大批量 生產(chǎn) 為了擴(kuò)大其贊許適應(yīng)性 發(fā)展了可調(diào)式多軸頭 在一定范圍內(nèi)可調(diào)整軸 距 它主要裝在有萬向 二種 1 萬向軸式也有二種 具有對(duì)準(zhǔn)裝置的主軸 主軸裝在可調(diào)支架中 而可調(diào)支架能在箱體的 T 形槽中移動(dòng) 并能在對(duì)準(zhǔn)的位 置以螺栓固定 2 具有公差的圓柱形主軸套 主軸套固定在與式件孔型相同 的模板中 前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布的工件 如孔組分布在不同 直徑的圓周上 后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產(chǎn)中 剛性較好 孔距精度亦高 但不同孔型需要不同的模板 多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床 上 按鉆床本身所具有的各種功能進(jìn)行工作 這種鏜孔專用設(shè)備方法 由于鏜 孔效率 加工范圍及精度的關(guān)系 使用范圍有限 1 3 2 多軸箱 也象多軸頭那樣作為標(biāo)準(zhǔn)部件生產(chǎn) 美國(guó) Secto 公司標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱 多軸箱 等設(shè)計(jì)的不可調(diào)式多軸箱 有 32 種規(guī)格 加工面積從 300 300 毫米到 600 1050 毫米 工作軸達(dá) 60 根 動(dòng)力達(dá) 22 5 千瓦 Romai 工廠生產(chǎn)的可調(diào)多 軸箱調(diào)整方便 只要先把齒輪調(diào)整到接近孔型的位置 然后把與它聯(lián)接的可調(diào) 軸移動(dòng)到正確的位置 因此 這種結(jié)構(gòu)只要改變模板 就能在一定范圍內(nèi)容易 地改變孔型 并且可以達(dá)到比普通多軸箱更小的孔距 根據(jù)成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的組合機(jī)床很適用于大中批量生產(chǎn) 為了在加工中獲得良好的效果 必需考慮以下數(shù)點(diǎn) 1 工件裝夾簡(jiǎn)單 有足 夠的冷卻液沖走鐵屑 2 夾具剛性好 加工時(shí)不形變 分度定位正確 3 使用二組刀具的可能性 以便一組使用 另一組刃磨與調(diào)整 從而縮短換刀停 機(jī)時(shí)間 4 使用優(yōu)質(zhì)刀具 監(jiān)視刀具是否變鈍 鉆頭要機(jī)磨 5 尺寸超差 時(shí)能立即發(fā)現(xiàn) 3 1 3 3 多軸鉆床 這是一種能滿足鏜孔專用設(shè)備要求的鉆床 諸如導(dǎo)向 功率 進(jìn)給 轉(zhuǎn)速與加工范圍 等 巴黎展覽會(huì)中展出的多軸鉆床多具液壓進(jìn)給 其整個(gè)工作循壞如快進(jìn) 工進(jìn)與清除鐵 屑等都是自動(dòng)進(jìn)行 值得注意的是 多數(shù)具有單獨(dú)的變速機(jī)構(gòu) 這樣可以適應(yīng)某一組孔中 不同孔徑的加工需要 1 3 4 自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床 為了中小批量生產(chǎn)合理化的需要 最近幾年發(fā)展了自動(dòng)更換主軸箱組合機(jī)床 1 自動(dòng)更換主軸機(jī)床 自動(dòng)更換主軸機(jī)床頂部是回轉(zhuǎn)式主軸箱庫 掛有多個(gè)不可調(diào)主軸箱 縱橫配線盤予先 編好工作程序 使相應(yīng)的主軸箱進(jìn)入加工工位 定位緊并與動(dòng)力聯(lián)接 然后裝有工件的工 作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到主軸箱下面 向上移動(dòng)進(jìn)行加工 當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí) 只要調(diào)換懸掛的主軸箱 就能適應(yīng)不同孔型與不同工序的需要 2 多軸轉(zhuǎn)塔機(jī)床 轉(zhuǎn)塔上裝置多個(gè)不可調(diào)或萬向聯(lián)軸節(jié)主軸箱 轉(zhuǎn)塔能自動(dòng)轉(zhuǎn)位 并對(duì)夾緊在回轉(zhuǎn)工作 臺(tái)的工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 通過工作臺(tái)回轉(zhuǎn) 可以加工工件的多個(gè)面 因?yàn)檗D(zhuǎn)塔不宜過大 故 它的工位數(shù)一般不超過 4 6 個(gè) 且主軸箱也不宜過大 當(dāng)加工對(duì)象的工序較多 尺寸較大 時(shí) 就不如自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床合適 但它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 3 自動(dòng)更換主軸箱組合機(jī)床 它由自動(dòng)線或組合機(jī)床中的標(biāo)準(zhǔn)部件組成 不可調(diào)多軸箱與動(dòng)力箱按置在 水平底座上 主軸箱庫轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)整個(gè)裝置緊固在進(jìn)給系統(tǒng)的溜板上 主軸箱庫轉(zhuǎn) 動(dòng)與進(jìn)給動(dòng)作都按標(biāo)準(zhǔn)子程序工作 換主軸箱時(shí)間為幾秒鐘 工件夾緊于液壓 分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 以便加工工件的各個(gè)面 好果回轉(zhuǎn)工作臺(tái)配以卸料裝置 就 能合流水生產(chǎn)自動(dòng)化 在可變生產(chǎn)系統(tǒng)中采用這種裝置 并配以相應(yīng)的控制器 可以獲得完整的加工系統(tǒng) 4 數(shù)控八軸落地鉆床 大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達(dá) 15000 個(gè) 它與支撐板聯(lián)接在一起加工 孔徑為 20 毫米 孔深 180 毫米 采用具有內(nèi)冷卻管道的麻花鉆 5 7 巴壓力 的冷卻液可直接進(jìn)入切削區(qū) 有利于排屑 鉆尖磨成 90 供自動(dòng)定心 它比普 通麻花鉆耐用 且進(jìn)給量大 為了縮短加工時(shí)間 以 8 軸數(shù)控落地加工 1 4 鏜孔專用設(shè)備趨勢(shì) 鏜孔專用設(shè)備生產(chǎn)效率高 投資少 生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短 產(chǎn)品改型時(shí)設(shè)備損 失少 而且隨著我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 鏜孔專用設(shè)備的范圍一定會(huì)愈來愈廣 加工效率也會(huì)不斷提高 4 1 5 本論文的主要內(nèi)容 本文是根據(jù)設(shè)計(jì)要求 結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 以粗鏜箱體軸承孔的加工為 例 闡述了工藝設(shè)計(jì) 組合機(jī)床的設(shè)計(jì)過程及其與生產(chǎn)效率 加工質(zhì)量之間的 關(guān)系 文章主要包括三大方面 1 工藝方案設(shè)計(jì) 通過分析被加工零件的加工特點(diǎn) 精度和技術(shù)要求 定位夾緊情況 生產(chǎn)效率及機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等 確定在組合機(jī)床上完成的工藝 內(nèi)容以及加工方法 并繪制被加工零件工序圖和夾具圖 2 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 確定機(jī)床各部件之間的相互關(guān)系 選擇通用 部件和刀具 計(jì)算切削用量及機(jī)床生產(chǎn)效率 繪制機(jī)床的尺寸聯(lián)系圖及加工示 意圖 3 組合機(jī)床部件設(shè)計(jì) 根據(jù)確定的工藝 結(jié)構(gòu)方案和 三圖 多軸 箱裝配圖設(shè)計(jì) 其中包括多軸箱的輪廓尺寸的確定以及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 最終完 成多軸箱的繪制 另外 本文還涉及到大量的設(shè)計(jì)和計(jì)算 包括 1 主軸的選擇和傳動(dòng)布置 以保證加工過程中被加工零件的精度 2 主軸 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)和校核 保證軸的剛度滿足生產(chǎn)要求 3 齒輪的設(shè)計(jì) 計(jì)算 對(duì)齒輪的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行校核 5 2 工 藝 方 案 設(shè) 計(jì) 2 1 工藝分析 組合鏜床用于減速器箱體上的 3 個(gè)軸承孔 并且要達(dá)到其加工精度 為了 滿足其加工精度的要求 我們首先要對(duì)加工的零件進(jìn)行工藝方案的分析 制定 組合機(jī)床工藝方案是設(shè)計(jì)組合機(jī)床最重要的步驟之一 工藝方案制定的正確與 否 將決定機(jī)床能否達(dá)到 重量輕 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 效率高 質(zhì)量好 的要求 2 1 1 箱 體 的 技 術(shù) 要 求 1 箱體底面和對(duì)合面的任意 100mmX100mm 范圍內(nèi)平面度公差為 0 04mm 2 箱體對(duì)合面與底面的平行度公差為 100 0 05 3 軸承孔的尺寸精度為 IT7 圓柱度公差為 0 05 各孔軸線對(duì)其公共軸線 的同軸度公差為 0 04 各孔外側(cè)面對(duì)其公共軸線的垂直度為 0 1mm 4 軸承孔間中心距公差為 0 1mm 5 軸承孔和主要的表面粗糙度不大于 1 6um 2 1 2 箱 體 零 件 的 毛 坯 和 材 料 箱體鑄件的毛坯材料為 HT200 硬度為 169 229HBS 2 1 3 工 件 生 產(chǎn) 方 式 大批量生產(chǎn) 車間內(nèi)專用機(jī)床設(shè)備按零件加工工藝先后順序排列 采用流 水線生產(chǎn)的組織形式 2 2 定位分析 基準(zhǔn)選取 根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng) 該零件屬于大批大量生產(chǎn) 因此采用砂型鑄造的方法來進(jìn) 行毛坯生產(chǎn) 該零件的各個(gè)表面均為毛坯面 為加工需要 先加工一基準(zhǔn)面為 后備工序做準(zhǔn)備 確定箱體底面作為多道工序加工的基準(zhǔn)面 鏜軸承孔采用的 是 一面兩銷 定位 定位平面的平面度允差一般為 0 05 0 08 mm 表面粗 糙度一般為 6 3 2um 箱體零件如圖 2 1 6 圖 2 1 箱體零件圖 2 3 制定工藝路線 0 鑄造 5 人工時(shí)效處理 10 非加工面涂漆處理 15 粗銑箱體底面 20 粗 精銑箱體結(jié)合面 25 粗 精銑箱蓋結(jié)合面 30 鉆箱體 箱蓋結(jié)合面螺紋孔 35 合箱 40 粗 半精 精鏜 3 個(gè)軸承孔 45 粗銑兩側(cè)面凸臺(tái)和兩端面凸臺(tái) 50 鉆其他面上的孔 55 去毛刺 60 檢驗(yàn) 7 2 4 組合鏜床切削用量的選擇 組 合 機(jī) 床 的 正 常 工 作 與 合 理 地 選 用 切 削 用 量 即 確 定 合 理 的 切 削 速 度 工 作 進(jìn) 給 量 和 切 削 深 度 有 很 大 關(guān) 系 切 削 用 量 選 擇 適 當(dāng) 能 使 組 合 機(jī) 床 以 最 少 的 停 車 損 失 最 高 的 生 產(chǎn) 效 率 最 長(zhǎng) 的 刀 具 壽 命 和 最 好 的 加 工 質(zhì) 量 也 就 是 確 保 組 合 機(jī) 床 能 夠 更 快 更 省 時(shí) 地 進(jìn) 行 生 產(chǎn) 鏜 150 軸承孔 切削用量的選取可采用查表法 查 組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 表 6 15 鏜 孔切削用量可知 工件材料為 HT200 HBS 為 170 220 選擇硬質(zhì)合金鋼鏜刀 其粗鏜速度為 35 50m min 走刀量為 0 4 1 5mm r 于是選擇鏜削速度為 46 8m min 走刀 量為 0 6mm r 主軸轉(zhuǎn)速的選擇 根據(jù)確定切削用量 通過公式 可得D10nc 主軸的轉(zhuǎn)速為 196r min 鏜 90 軸承孔 選擇鏜銷速度為 47 3m min 走刀量為 0 6mm r 根據(jù)公式 10nc 可以算出 90 主軸的轉(zhuǎn)速為 235 2r min 2 5 組合機(jī)床配置型式的選擇 我們?cè)谶x擇機(jī)床配置方案時(shí) 反對(duì)貪大求全 應(yīng)正確處理先進(jìn)性和可靠性 的關(guān)系 選擇符合最適宜對(duì)該工序進(jìn)行生產(chǎn)加工的組合機(jī)床設(shè)計(jì)方案 現(xiàn)有立式和臥式兩種方案可供選擇 其優(yōu)勢(shì)比較如下 主要比較指標(biāo) 1 加工精度 立式加工精度比臥式高 2 排除鐵屑的方便性 臥式較好 3 夾具形式的影響 考慮到加工工藝要求 應(yīng)選用立式 4 占地面積 立式占地面積更小 5 立式剛性更好 其余指標(biāo) 如 機(jī)床生產(chǎn)率 機(jī)床使用方便性和自動(dòng)化程度 機(jī)床結(jié)構(gòu)的 復(fù)雜程度等 兩種方案之間相差不大 綜合考慮 應(yīng)選用立式單工位組合機(jī)床 8 3 組 合 機(jī) 床 總 體 設(shè) 計(jì) 3 1 繪制被加工零件工序圖 3 1 1 被 加 工 零 件 工 序 圖 的 作 用 與 內(nèi) 容 被加工零件工序圖是在被加工零件圖基礎(chǔ)上 突出本機(jī)床及其自動(dòng)線的加 工內(nèi)容 并作必要說明而繪制的 其主要內(nèi)容包括如下 1 被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及本機(jī)床設(shè)計(jì)相關(guān)部位結(jié)構(gòu)形狀 和尺寸 2 本工序選用的定位基準(zhǔn) 夾緊部位及方向 3 本工序加工表面的尺寸 精度 表面粗糙度 形位公差等技術(shù)要求以及 上 道工序的技術(shù)要求 4 注明加工零件的名稱 編號(hào) 材料 硬度以及加工部位的余量 箱體軸承孔組合組合機(jī)床的被加工零件工序圖如圖 3 1 所示 圖 3 1 被加工零件工序圖 3 1 2 繪 制 被 加 工 零 件 圖 的 規(guī) 定 及 注 意 事 項(xiàng) 1 繪制被加工零件工序圖的規(guī)定 為使被加工零件工序圖表達(dá)清晰明了 突出本工序內(nèi)容 繪制被加工零件工序圖時(shí)規(guī)定 按一定比例 繪制足夠的視 圖以及剖面視圖 本工序加工部位用粗實(shí)線表示 其余部位用細(xì)實(shí)線表示 定 位基準(zhǔn)符號(hào)用 并標(biāo)注消除自由度的數(shù)目 9 2 繪制被加工零件工序圖注意事項(xiàng) 1 本工序加工部位的位置尺寸應(yīng)與定位基準(zhǔn)直接發(fā)生關(guān)系 2 對(duì)工件毛坯應(yīng)有要求 對(duì)孔的加工余量應(yīng)認(rèn)真分析 3 當(dāng)本工序有特殊要求時(shí)必須注明 3 2 加工示意圖 3 2 1 加 工 示 意 圖 的 作 用 和 內(nèi) 容 加工示意圖是在工藝方案和機(jī)床整體方案初步確定的基礎(chǔ)上繪制的 是表 達(dá)工藝方案具體內(nèi)容的機(jī)床工藝方案圖 它是設(shè)計(jì)刀具 輔具 夾具 多軸箱 和液壓 電氣系統(tǒng)以及選擇動(dòng)力部件 繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù) 是對(duì) 機(jī)床總體布局和性能的原始要求 也是對(duì)調(diào)整機(jī)床和刀具所必需的重要技術(shù)文 件 加工示意圖應(yīng)表達(dá)和標(biāo)注的內(nèi)容有 機(jī)床的加工方法 切削用量 工作循 環(huán)和工作行程 工件 刀具及導(dǎo)向 托架及多軸箱之間的相對(duì)位置及其聯(lián)系尺 寸 主軸結(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 浮 動(dòng)卡頭 導(dǎo)向裝置 刀具 導(dǎo)向套間的配合 刀具 接桿 主軸之間的連接方 式及配合尺寸 3 2 2 選 擇 刀 具 導(dǎo) 向 及 有 關(guān) 計(jì) 算 1 刀具的選擇 工件材料為 HT50 粗鏜軸承孔 選用硬質(zhì)合金鏜刀 2 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇 采用固定式導(dǎo)向 在每一個(gè)主軸上布置一個(gè) 位置應(yīng)在靠近工件上端面 3 確定主軸類型 尺寸 外伸長(zhǎng)度以及接桿 由于加工切削轉(zhuǎn)矩較小 根據(jù)加工孔徑 鏜桿直徑 浮動(dòng)卡頭規(guī)格 主軸 直徑的順序 逐步選定主軸直徑 在這里只是初步選擇主軸直徑 最終確定詳 見多軸箱設(shè)計(jì)部分 當(dāng)鏜孔直徑為 50 70 時(shí) 鏜桿直徑為 40 50 當(dāng)鏜孔直 徑為 70 90 時(shí) 鏜桿直徑為 50 65 查 組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 表 3 6 得 知鏜床選用的主軸類型為滾錐式短主軸 外伸長(zhǎng)度為 60mm 鏜 150 孔徑時(shí)選 擇鏜桿直徑為 50mm 鏜 90 孔徑選擇的鏜桿直徑為 45mm 查 組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 第八章表 8 2 選用 36 3 的浮動(dòng)卡頭 根據(jù)rT 選定的浮動(dòng)卡頭確定主軸外伸尺寸為 50 36 4 標(biāo)注各部位聯(lián)系尺寸 5 標(biāo)注每根主軸的切削用量 各主軸的切削用量應(yīng)標(biāo)注在相應(yīng)主軸后端 其內(nèi)容包括 主軸轉(zhuǎn)速 相應(yīng) 刀具的切削速度 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 10 6 動(dòng)力部件工作循環(huán)及行程的確定 動(dòng)力部件的工作循環(huán)是指加工時(shí) 動(dòng)力部件從原始位置開始運(yùn)動(dòng)到終了位 置 又返回到原位的動(dòng)作過程 包括快速進(jìn)給 工作進(jìn)給和快速退回等動(dòng)作 1 工作進(jìn)給長(zhǎng)度 的確定L 35 16 9 60mm 12 切入長(zhǎng)度 加工長(zhǎng)度 切出長(zhǎng)度 L1 L2 2 快速引進(jìn)長(zhǎng)度的確定 快速引進(jìn)是指動(dòng)力部件把刀具送到工作進(jìn)給位置 其長(zhǎng)度由具體情況確定 本工序選取快速引進(jìn)長(zhǎng)度為 100mm 3 快速退回長(zhǎng)度的確定 快速退回長(zhǎng)度是快速引進(jìn)長(zhǎng)度和工作進(jìn)給長(zhǎng)度之 和 本工序?yàn)?160mm 4 動(dòng)力部件總行程的確定 動(dòng)力部件總行程為快退行程和前后備量之和 總行程為 400mm 前備量為 40mm 后備量為 200mm 圖 4 2 所示為箱體軸承孔的加工示意圖 11 圖 3 2 箱體軸承孔的加工示意圖 3 3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 3 3 1 機(jī) 床 聯(lián) 系 尺 寸 圖 作 用 和 內(nèi) 容 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù) 并按初步選 定的主要通用部件以及確定的專用部件總體結(jié)構(gòu)而繪制的 是用來表示機(jī)床的 配置形式 主要構(gòu)成及各部件安裝位置 相互關(guān)系 運(yùn)動(dòng)關(guān)系和操作方位的總 體布局圖 機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖表達(dá)的內(nèi)容 1 表示機(jī)床的配置形式和總布局 2 完整齊全的反映各部件之間的主要裝配關(guān)系和聯(lián)系尺寸 專用部件的主 要輪廓尺寸 運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)極限位置及滑臺(tái)工作循環(huán)總的工作行程和前后備 量尺寸 3 標(biāo)注主要通用部件的規(guī)格代號(hào)和電動(dòng)機(jī)型號(hào) 功率及轉(zhuǎn)速 并標(biāo)出機(jī)床 分組編號(hào)及組件名稱 全部組件應(yīng)包括機(jī)床全部通用及專用零部件 3 3 2 繪 制 機(jī) 床 尺 寸 聯(lián) 系 總 圖 之 前 應(yīng) 確 定 的 內(nèi) 容 1 選擇動(dòng)力部件 動(dòng)力部件的選擇主要是確定動(dòng)力箱和動(dòng)力滑臺(tái) 根據(jù)已定 的工藝方案和機(jī)床配置形式并結(jié)合使用及修理因素 確定機(jī)床為立式單工位液 壓傳動(dòng)組合機(jī)床 選用配套的動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)多軸箱主軸進(jìn)行鏜孔 動(dòng)力箱規(guī)格要與滑臺(tái)匹配 其驅(qū)動(dòng)功率主要依據(jù)多軸箱所傳遞的切削功率 來選用 機(jī) 床 多 軸 箱 電 動(dòng) 機(jī) 功 率 計(jì) 算 零 件 材 料 HT200 HBS163 229 刀 具 標(biāo) 準(zhǔn) 鏜 頭 150mm 1 個(gè) 90mm 2 個(gè) 切 削 用 量 n 196r min 150 f 0 6mm r n 235 2r min 90 f 0 5mm r N197026 344 5 07505 07 1 HBfaFpZ 5 225 DT 74 8 KN mm N1754205 34 14 51 75 07 2 HBfaFpZ 0 62DT 55 1 KN mm 12 4 83kw 90 384P 1 62 52 36 471605108 9211 kFzvwPNHBfaFpX 5 276 51 51 0 1 52 65 02 43 83FX 注 1 公式中 表示圓周力 表示軸向力 z 2 公式中 切削速度 m f 進(jìn)給量 mm 切削深度v1min 1 rpa mm D 加工直徑 mm Z 刀具齒數(shù) minax31maxHBBH 根據(jù)計(jì)算所得 選用 1TD40 V 型動(dòng)力箱 480r min 電動(dòng)機(jī)選 n Y132 6 型 功率為 5 5kW 2M 由于滑臺(tái)工作時(shí) 除了克服各主軸的軸的向力外 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 1453N 進(jìn)F 查 組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 表 5 1 1HY 液壓滑臺(tái)的主要技術(shù)參數(shù) 我們 可以確定液 壓 動(dòng) 力 滑 臺(tái) 選 用 1HY40IA 其 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) 臺(tái) 面 寬 度 400mm 臺(tái) 面 長(zhǎng) 度 800mm 行 程 400mm 最 大 進(jìn) 給 力 20000N 工 進(jìn) 速 度 12 5 500mm min 快速進(jìn)給速度 8m min 2 確定機(jī)床裝料高度 H 裝料高度是指工件安裝基面至地面的垂直距離 考慮機(jī)床結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸的限制和剛度要求 功能和使用要求等因素選取計(jì) 算 根據(jù)總行程的前后備量 立柱和立柱底座的高度確定多軸箱離地面的高度 為 1339mm 參照加工示意圖可以知道加工的最低孔徑離多軸箱的高度為 13 389mm 夾具體高度為 350mm 從夾具圖可以知道加工孔徑和夾具的低端的距 離為 25 工件離夾具體低端的高度為 55mm 鏜套高出夾具體 15mm H 1339 389 275 55 15 745mm 3 確 定 多 軸 箱 輪 廓 尺 寸 多 軸 箱 最 大 輪 廓 尺 寸 根 據(jù) 動(dòng) 力 箱 和 工 序 圖 初 選 630 500 由 主 軸 箱 或 其 它 油 源 輸 出 的 壓 力 油 經(jīng) 分 油 器 分 別 輸 送 至 導(dǎo) 軌 各 個(gè) 潤(rùn) 滑 點(diǎn) 進(jìn) 行 潤(rùn) 滑 3 3 3 機(jī)床分組 為了便于設(shè)計(jì)和組織生產(chǎn) 組合機(jī)床各部件和裝置按不同功能劃分編組 本機(jī)床編組如下 1 第 10 組 左側(cè)床身 2 第 20 組 夾具 3 第 11 組 右側(cè)床身 4 第 12 組 中間底座 5 第 30 組 電氣裝置 6 第 40 組 傳動(dòng)裝置 7 第 50 組 潤(rùn)滑裝置 8 第 60 組 刀具 9 第 61 組 工具 10 第 71 組 左多主軸箱 11 第 72 組 右多主軸箱 3 4 組合機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 根據(jù)選定的機(jī)床工作循環(huán)所要求的工作行程長(zhǎng)度 切削用量 動(dòng)力部件的 14 快進(jìn)及工進(jìn)速度等 就可以計(jì)算機(jī)床的生產(chǎn)率并編制生產(chǎn)率計(jì)算卡 生產(chǎn)率計(jì) 算卡反映機(jī)床生產(chǎn)節(jié)拍或?qū)嶋H生產(chǎn)率和切削用量 動(dòng)作時(shí)間 生產(chǎn)綱領(lǐng)及負(fù)荷 等關(guān)系的技術(shù)文件 它是用戶驗(yàn)收機(jī)床生產(chǎn)效率的重要依據(jù) 1 理想生產(chǎn)率 Q 理想生產(chǎn)率 Q 單位為件 h 是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng) A 60000 件 包括備品及 廢品率 所要求的機(jī)床生產(chǎn)率 它與全年工時(shí)總數(shù) 有關(guān) 一般情況下 單班kt 制 取 2350h 兩班制 取 4600h 則kt kt h5 2306 ktAQ 2 實(shí)際生產(chǎn)率 1 實(shí)際生產(chǎn)率 單位為件 h 是指所設(shè)計(jì)的機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可生產(chǎn)的零件 數(shù)量 即 160TQ 單 式中 T 生產(chǎn)一個(gè)零件所需要的時(shí)間 min 可按下式計(jì)算 tLtLt fk T 式 中 分 別 為 刀 具 的 第 I 第 II 工 作 進(jìn) 給 長(zhǎng) 度 單 位 1L2 為 mm 60mm 0 12L 分 別 為 刀 具 第 I 第 II 工 作 進(jìn) 給 量 單 位 為 1f 2f mm min 117 6mm min 0 f 2f 當(dāng) 加 工 沉 孔 止 孔 倒 角 光 整 表 面 時(shí) 滑 臺(tái) 在 死 擋 鐵 上 的 t 停 留 時(shí) 間 通 常 指 刀 具 在 加 工 終 了 是 無 進(jìn) 給 狀 態(tài) 下 旋 轉(zhuǎn) 5 10 轉(zhuǎn) 所 需 要 的 時(shí) 間 單 位 為 min 0 05min t 快 進(jìn) 長(zhǎng) 度 100mm L L 快 退 長(zhǎng) 度 160mm 15 動(dòng) 力 部 件 快 速 行 程 速 度 用 液 壓 動(dòng) 力 部 件 取 3 10m min fk 這 里 選 擇 8m min fk 直 線 移 動(dòng) 或 回 轉(zhuǎn) 工 作 臺(tái) 進(jìn) 行 一 次 工 位 轉(zhuǎn) 換 消 耗 的 時(shí) 間 t 0 1min 工 件 裝 卸 包 括 定 位 或 撤 消 定 位 夾 緊 或 松 開 清 理 基 面 或 t 切 屑 及 吊 運(yùn) 工 件 等 時(shí) 間 它 取 決 于 裝 卸 自 動(dòng) 化 程 度 工 件 重 量 大 小 裝 卸 是 否 方 便 及 工 人 的 熟 練 程 度 1min t 綜上所述 零件的單件工時(shí) 為 T t LtLt fk T min985 1 081605 617 39 1 TQ 3 機(jī)床負(fù)荷率 當(dāng) Q 時(shí) 機(jī)床負(fù)荷率為二者之比 即1Q 8530 2Q1 組合機(jī)床的負(fù)荷率一般為 0 75 0 90 自 動(dòng) 線 負(fù) 荷 率 為 0 6 0 7 典 型 的 鉆 鏜 攻 螺 紋 類 組 合 機(jī) 床 按 其 復(fù) 雜 程 度 參 照 3 8 確 定 對(duì) 于 精 密 度 較 高 自 動(dòng) 化 程 度 高 或 加 工 多 品 種 組 合 機(jī) 床 宜 適 當(dāng) 降 低 負(fù) 荷 率 表 3 8 組 合 機(jī) 床 允 許 最 大 負(fù) 荷 率 機(jī) 床 復(fù) 雜 度 單 面 或 雙 面 加 工 主 軸 數(shù) 15 16 40 41 80 負(fù) 荷 率 0 90 0 90 0 86 0 86 0 80 16 組 合 機(jī) 床 生 產(chǎn) 率 計(jì) 算 卡 如 表 3 9 所 示 圖 號(hào) 毛 坯 種 類 鑄 件 名 稱 箱 體 毛 坯 重 量被 加 工 零 件 材 料 HT200 硬 度 169 229HRC 工 序 名 稱 鏜 三 個(gè) 軸 承 孔 工 序 號(hào) 工 時(shí) min 序 號(hào) 工 步 名 稱 被 加 工 零 件 數(shù) 量 加 工 直 徑 mm 加 工 長(zhǎng) 度 m m 工 作 行 程 mm 切 削 速 度 m min 每 分 鐘 轉(zhuǎn) 數(shù) r min 進(jìn) 給 量 mm r 進(jìn) 給 速 度 mm min 機(jī) 加 工 時(shí) 間 輔 助 時(shí) 間 共 計(jì) 1 裝 卸 工件 1 1 1 多 軸 箱 工 進(jìn) 鏜 孔 1 150 16 60 47 8 196 0 6 117 6 0 51 鏜 孔 2 90 16 60 48 2 235 2 0 5 117 6 滑 臺(tái) 快 進(jìn) 100 0 125 0 125 快 退 160 0 2 0 2 停 留 0 05 0 05 移 動(dòng) 0 1 0 1 總 計(jì) 1 985min 單 件 工 時(shí) 1 985min 機(jī) 床 生 產(chǎn) 率 30 件 h 備 注 裝 卸 工 件 時(shí) 間 取 于 操 作 者 的 熟 練 程 度 本 機(jī) 床 計(jì) 算 時(shí) 取 1min 機(jī) 床 負(fù) 荷 率 85 17 4 組 合 機(jī) 床 多 軸 箱 設(shè) 計(jì) 多 軸 箱 是 組 合 機(jī) 床 的 重 要 部 件 之 一 它 關(guān) 系 到 整 個(gè) 組 合 機(jī) 床 質(zhì) 量 的 好 壞 具 體 設(shè) 計(jì) 時(shí) 要 熟 悉 多 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 和 研 究 零 件 的 加 工 部 位 工 藝 要 求 確 定 多 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 來 說 明 多 軸 箱 設(shè) 計(jì) 的 主 要 內(nèi) 容 4 1 繪制多軸箱的設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 多 軸 箱 的 設(shè) 計(jì) 原 始 依 據(jù) 圖 是 是 根 據(jù) 三 圖 一 卡 整 理 編 繪 出 來 的 其 內(nèi) 容 包 括 多 軸 箱 設(shè) 計(jì) 的 原 始 要 求 和 已 知 條 件 在 編 制 此 圖 時(shí) 從 三 圖 一 卡 中 已 知 1 多 軸 箱 的 輪 廓 尺 寸 為 630 500mm 2 工 件 輪 廓 尺 寸 的 及 各 孔 的 位 置 尺 寸 3 工 件 與 多 軸 箱 的 相 對(duì) 位 置 根 據(jù) 這 些 數(shù) 據(jù) 可 編 制 出 多 軸 箱 設(shè) 計(jì) 原 始 依 據(jù) 圖 見 圖 5 1 和 附 表 18 圖 5 1 原 始 依 據(jù) 圖 附 表 a 被 加 工 零 件 名 稱 箱 體 材 料 HT200 硬 度 169 229HBS b 主 軸 外 伸 尺 寸 及 切 削 用 量 c 動(dòng) 力 部 件 1TD40 IA 型 動(dòng) 力 箱 電 動(dòng) 機(jī) 為 Y132 6 型 功 率 P 5 5kW M 轉(zhuǎn) 速 為 n 960r min 輸 出 軸 轉(zhuǎn) 速 為 480r min 輸 出 軸 距 箱 底 面 距 離 為 159 5mm 其 他 尺 寸 可 查 動(dòng) 力 箱 聯(lián) 系 尺 寸 圖 軸 號(hào) 工 序 內(nèi) 容 主 軸 直 徑 主 軸 外 伸 直 徑 mm V m min n f f 1 3 鏜 150 孔 30mm 50 36 46 8 196 0 6 117 6 2 鏜 90 孔 30mm 50 36 47 3 235 2 0 5 117 6 單 位 n r min f mm r v mm min 19 4 2 主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇和動(dòng)力計(jì)算 4 2 1 主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇 主 軸 結(jié) 構(gòu) 形 式 由 零 件 加 工 工 藝 決 定 并 考 慮 主 軸 的 工 作 條 件 和 受 力 情 況 軸 承 形 式 是 主 軸 部 件 結(jié) 構(gòu) 的 主 要 特 征 該 機(jī) 床 是 進(jìn) 行 鏜 削 加 工 的 主 軸 需 要 承 受 較 大 的 徑 向 力 和 軸 向 力 因 此 選 用 圓 錐 滾 子 軸 承 前 后 支 撐 這 種 支 撐 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 裝 配 方 便 立 式 鏜 床 選 擇 短 主 軸 短 主 軸 采 用 浮 動(dòng) 卡 頭 與 刀 具 連 接 以 固 定 導(dǎo) 套 導(dǎo) 向 主 軸 軸 頭 用 圓 柱 孔 與 刀 具 連 接 用 單 鍵 傳 遞 轉(zhuǎn) 矩 如 圖 5 2 滾 錐 主 軸 所 示 固 定 螺 釘 作 軸 向 定 位 圖 5 2 滾 錐 主 軸 4 2 2 齒輪模數(shù)的初定 初定驅(qū)動(dòng)軸直徑一般在編制 三圖一卡 時(shí)進(jìn)行 初定模數(shù)一般可由下式 進(jìn)行估算 再通過類比確定 53 24801 31 znPm 式中 P 齒輪傳遞的功率 kW z 一對(duì)齒輪中小齒輪的齒數(shù) n 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)速 r min 目前大型組合機(jī)床的通用多軸箱中常見的齒輪模數(shù)為 2 2 5 3 3 5 4 等幾種 為了方便生產(chǎn) 在同一多軸箱中齒輪的模數(shù)最好不多于兩種 綜合考 慮 我驅(qū)動(dòng)軸的模數(shù)選用 m 3 與之配合的齒輪模數(shù)相同 其他的都選用模數(shù) 為 2 的齒輪 4 2 3 多軸箱的動(dòng)力計(jì)算 多軸箱的動(dòng)力計(jì)算 包括計(jì)算多軸箱的所需功率和進(jìn)給力兩項(xiàng) 20 多軸箱所需要的功率 應(yīng)包括切削功率 空載消耗功率及與負(fù)載成正比的附 加功率之和 即 5 1 P 式中 多軸箱的功率 P 各主軸切削功率之和 各軸空載消耗功率之和 各軸附加功率的總和 P 式 5 1 中的 參照第三章計(jì)算所得 4 6kW 的確定 可查 組合 P 機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 表 4 4 得知 0 042 3 0 128kW 與負(fù)載成正比的附加功 率 一般為傳遞功率的 1 的計(jì)算都是在傳動(dòng)結(jié)構(gòu)確定以后進(jìn)行的 P kW56 40 128 3 4P 進(jìn)給力由第三章算出 N15 F 4 3 多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 3 1 傳 動(dòng) 比 分 配 主 軸 箱 內(nèi) 的 傳 動(dòng) 比 最 佳 為 1 1 5 在 主 軸 箱 后 蓋 內(nèi) 的 齒 輪 傳 動(dòng) 比 根 據(jù) 需 要 其 傳 動(dòng) 比 可 以 取 大 些 但 一 般 不 超 過 3 3 5 齒 輪 模 數(shù) 一 般 取 2 2 5 3 或 3 5 齒 數(shù) 一 般 在 17 70 齒 寬 b 取 32mm 或 24mm 在 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 中 最 后 一 級(jí) 采 用 升 速 傳 動(dòng) 為 了 使 主 軸 上 的 齒 輪 不 過 大 4 3 2 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 1 驅(qū) 動(dòng) 軸 傳 動(dòng) 軸 6 m 3 A 69m 取Z驅(qū) 21 21 25 60 u 取 40 63mm 75mm 6zd驅(qū) 6d 21 480r min 403 2r min n驅(qū) 6 2 傳 動(dòng) 軸 6 主 軸 2 m 3 A 95mm 35 60 u 手 柄 軸 取 35 60 6z 403 2r min 235 2r min n 3 傳 動(dòng) 軸 6 傳 動(dòng) 軸 4 m 3 A 83mm 35 48 6 u 取 35 48 6z 403 2r min 294r min n 傳 動(dòng) 軸 6 和 傳 動(dòng) 軸 5 與 其 一 樣 4 傳 動(dòng) 軸 4 主 軸 1 m 3 A 75mm 30 45 14 u 30 45 4z1 294r min 196r min n 傳 動(dòng) 軸 4 和 主 軸 3 與 其 一 樣 5 驅(qū) 動(dòng) 軸 0 油 泵 軸 m 3 A 55 5mm 21 16 0u 21 16 Z驅(qū) z 480r min 630r min n驅(qū) 轉(zhuǎn) 速 相 對(duì) 損 失 在 5 以 內(nèi) 符 合 設(shè) 計(jì) 要 求 圖 5 3 所 示 為 三 主 軸 多 軸 箱 傳 動(dòng) 圖 22 圖 5 3 三 主 軸 多 軸 箱 傳 動(dòng) 圖 4 3 3 軸 的 尺 寸 的 確 定 本套傳動(dòng)系統(tǒng)中有三根主軸 一根驅(qū)動(dòng)軸 三根傳動(dòng)軸 其中一根既是傳動(dòng) 軸也是手柄軸 以及一根油泵軸 序 號(hào) 軸 徑 mm 齒 輪 層 數(shù) 轉(zhuǎn) 速 r min 0 40 1 480 1 30 1 196 2 30 1 235 2 3 30 1 196 4 25 2 294 5 25 2 294 6 30 4 403 2 油 泵 軸 20 1 630 4 4 齒輪的校核及參數(shù)的確定 我們就以軸 0 和軸 10 嚙合的一對(duì)齒輪為例 4 4 1 齒輪的材料 精度和齒數(shù)的選擇 因傳遞功率不大 轉(zhuǎn)速不高 材料都采用 45 鋼 鍛造毛坯 大齒輪正火處 理 小齒輪調(diào)質(zhì) 均用軟齒面 齒輪精度用 8 級(jí) 輪齒表面粗糙度為 Ra1 6 軟齒面閉式傳動(dòng) 失效形式為點(diǎn)蝕 考慮傳動(dòng)平穩(wěn)性 齒數(shù)宜取多些 取 z 29 則與其嚙合的齒數(shù) 嚙 合Z30 1 iz 23 4 4 2 設(shè)計(jì)計(jì)算 1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1231 dHEt KTZd 4 12 mNnPT 738409605 7 105 961 4 13 選取材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為 MPaH580lim1 MaH5lim2 選取材料的彎曲疲勞極限應(yīng)力為 F23li1 PF30li2 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 由下式計(jì)算 N1 60n1at 60 960 1 16 300 8 2 23x109 4 14 則 N2 N1 u 2 23x109 1 03 2 16x109 選取接觸疲勞壽命系數(shù) 121 NZ 選取彎曲疲勞壽命系數(shù) Y 選取接觸疲勞安全系數(shù) 彎曲疲勞安全系數(shù) 又 minHS 4 1min FS0 2stY 選取 1 3tK 按下式求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力 MPaZSNH58011minl11 4 15 aSNH58012minl22 4 16 MPaYSNFst 3284 1minl11 4 17 24 MPaYSNFst302minl22 4 18 將有關(guān)值代入下式得 4 31 21 dtHEt TKZd 19 m3 203 17843 15809 2 58 97mm 則 4 20 sndvt 94 2106 54 16 4 smsZ 87 0294 1 21 選取 1 12 選取 1 25 選取 1 05 取 1 則 VKA K 1 12 1 25 1 05 1 1 47 4 22 H A 修正 4 mdt 4 63 179 583 1471 23 4 mZm0 2 61 24 選取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m 3mm 3 計(jì)算幾何尺寸 mmzd872931 02 mzma5 821 4 25 db71 4 26 25 取 90mm2b m101 4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 選取 4 35 4 1 0 71FSY2FS Y 由下式校核大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度 Mpa 7 035429178 1321 mZKTFSdF 4 27 30 13MPa MPaF81 MPaPaYFFS 304 2935 4102122 4 28 所以 合適 4 5 軸承的選擇 目前在剛性主軸設(shè)計(jì)中對(duì)滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承都有采用 但多數(shù)情況下是 采用滾動(dòng)軸承 因?yàn)闈L動(dòng)軸承具有尺寸小 轉(zhuǎn)速高 壽命長(zhǎng) 裝配簡(jiǎn)單 密封 和潤(rùn)滑也較簡(jiǎn)單 而且可以直接從樣本中選用等優(yōu)點(diǎn) A 類型的選擇 在剛性主軸設(shè)計(jì)中 采用滾動(dòng)軸承的種類很多 根據(jù)主軸所受載荷的大小 方向和轉(zhuǎn)數(shù)的不同而不同 常用的滾動(dòng)軸承有以下幾種 單列向心球軸承 單 列向心推力球軸承 單列圓錐滾子軸承 雙列向心短圓柱滾子軸承 3182100 型 單向推力球軸承 單列向心短圓柱滾子軸承等 軸承的徑向剛性 以 3182100 系列軸承為最高 這類軸承滾柱數(shù)量較多 所以剛性高 承載能力大 這類軸承的滾道制造精密 而且滾柱配合精密 徑 向間隙又可以調(diào)整 所以精度較高 另外 這種軸承還具有磨損小 輪廓尺寸 小的優(yōu)點(diǎn) 由于這類軸承具有上述優(yōu)點(diǎn) 目前較多的用于剛性主軸的前支承 有時(shí)前 后支承都采用它 特別是對(duì)一些要求精度較高的鏜削主軸 應(yīng)用更為普遍 由于主軸的轉(zhuǎn)速不十分高 而且軸向力較大 要求軸向剛性比較高 所以 本設(shè)計(jì)采用了 3182100 系列雙列短圓柱滾子軸承和推力球軸承配合使用 B 固定方式 用兩個(gè)螺母把推力球軸承的軸向間隙和 3182100 系列軸承的徑向間隙 分 開來調(diào)整 前螺母用于調(diào)整推力球軸承的軸向間隙 后螺母用于調(diào)整 3182100 軸承的徑向間隙 這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是 當(dāng)調(diào)整 3182100 軸承間隙時(shí) 不致于使 26 推力軸承的滾道產(chǎn)生印痕現(xiàn)象 C 軸承的調(diào)整 軸承的間隙是影響主軸剛度和旋轉(zhuǎn)精度的重要因素 減少軸承的間隙 可 以提高主軸部件的精度 但是 軸承間隙過小又會(huì)引起軸承過熱 調(diào)整軸承時(shí) 就是要選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)拈g隙 使其在這間隙下 軸承工作時(shí) 既不發(fā)熱 指在 允許的范圍內(nèi) 又能保證所要求的旋轉(zhuǎn)精度 向心推力球軸承和我們使用的圓 錐滾子軸承的徑向間隙都是可調(diào)的 圓錐滾子軸承的間隙 通常是用隔套和螺 母來進(jìn)行調(diào)整的 a 主軸支承軸承選用 主軸支承系統(tǒng)的剛度直接影響剛性主軸的工作 主軸本身引起的變形占 2 3 以上 而支承部分引起的變形也占到了將近 1 3 因此對(duì)支承系統(tǒng)的剛度應(yīng)引起重視 主軸的支承通常采用 滑動(dòng)軸承和滾 動(dòng)軸承兩種 鑒于有以上兩種情況 我們對(duì)它們進(jìn)行比較 選用有效 合理的支承方式 滑動(dòng)軸承特點(diǎn) 抗振性好 工作平穩(wěn) 徑向尺寸小 裝配 潤(rùn)滑 密封等 技術(shù)要求嚴(yán)格 滾動(dòng)軸承特點(diǎn) 軸承尺寸小 轉(zhuǎn)速高 壽命長(zhǎng) 裝配密封和潤(rùn)滑比較簡(jiǎn)單 并可以直接選用 鑒于組合機(jī)床的大負(fù)荷 高轉(zhuǎn)速和高精密的要求 普通的主軸雙聯(lián)軸承結(jié) 構(gòu)已滿足不了要求 大多采用角接觸軸承組合設(shè)計(jì) 因?yàn)榻墙佑|軸承可以同時(shí) 承受徑向和一個(gè)方向的軸向載荷 允許的極限轉(zhuǎn)速較高 軸承選用和配置形式對(duì)主軸剛度也有較大的影響 軸承本身的剛度除取決 于軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu) 滾動(dòng)體的數(shù)量與尺寸外 還取決于軸承的安裝精度以及軸承 的軸向間隙與徑向間隙的調(diào)整 本主軸支承軸承選用角接觸軸承的成對(duì)使用 成對(duì)軸承的配置安裝形式及代號(hào) 角接觸軸承的裝置的方式不同 其支承剛性也不同 a b c 圖 3 7 成對(duì)軸承的配置安裝 軸承外圈窄邊相對(duì) 其接觸壓力線沿軸方向收斂 因而支承剛性減弱 如 圖 3 7a 27 軸承外圈寬邊相對(duì) 其接觸壓力線沿軸方向擴(kuò)散 因而支承剛性增強(qiáng) 如 圖 3 7b 軸承的寬邊和軸承的窄邊靠著 即 平行 安裝 軸承接觸壓力線的方向 一致 這種成對(duì)安裝結(jié)構(gòu)可承受單方向的軸向力 如圖 3 7c 所示 700C 系列角接觸球軸承的性能 特點(diǎn)和適用場(chǎng)合 表 3 4 角接觸球軸承的性能 負(fù)荷方向 允許偏位角 210 極 限 轉(zhuǎn) 速 比 高 性能特點(diǎn) 可同時(shí)承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷 也承受純軸向負(fù)荷 適用場(chǎng)合幾舉例 適用于剛性較大 跨距不大的軸 在工作中調(diào)整游隙 時(shí) 常用于蝸桿減速器 離心機(jī) 電機(jī) 穿孔機(jī)等 所以在此鏜削頭主軸支承軸承的安裝方式為 主軸前端軸承 兩角接觸軸承的 平行 安裝 主軸后端軸承 兩角接觸軸承的成對(duì)使用 軸承外圈窄邊相對(duì) 采用兩個(gè)角接觸球軸承背靠背組配 使支承點(diǎn)向外的擴(kuò)展 縮短了主軸頭 部的懸伸 大大地減少了主軸端部的撓曲變形 提高了主軸剛度 主軸軸承的預(yù)緊 鎖緊螺母作主軸軸承軸向限位 如圖 3 6 所示 來保 證螺母端面與軸心線有較高的垂直度 b 主軸軸承的強(qiáng)度設(shè)定 一般機(jī)械中運(yùn)轉(zhuǎn)的滾動(dòng)軸承的主要失效形式是滾動(dòng)體和座圈滾道表面產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕或 疲勞剝落 所以 大多數(shù)滾動(dòng)軸承的尺寸選擇應(yīng)以保證滾動(dòng)軸承在規(guī)定的使用期限內(nèi) 不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕或疲勞剝落為計(jì)算依據(jù) 按照接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算亦即根據(jù)動(dòng)態(tài)承載能 力來選擇軸承的尺寸 型號(hào) 滾動(dòng)軸承的動(dòng)態(tài)承載能力計(jì)算就是保證運(yùn)轉(zhuǎn)軸承在規(guī)定的使用壽命期限內(nèi) 不發(fā)生超過規(guī)定概率的疲勞失效的前提下 通過計(jì)算 選擇出尺寸 型號(hào)合適 的軸承 或在已知軸承尺寸 型號(hào)時(shí) 計(jì)算出不在發(fā)生超過允許疲勞失效概率 28 的前提下軸承所具有的壽命 稱預(yù)測(cè)壽命 因此 滾動(dòng)軸承的動(dòng)態(tài)承載能力計(jì)