箱體連接孔加工組合機床設計                                   專     業：機械設計制造及其自動化  學     生：      王      毅  指導老師：      張      帆  完成日期：   2014 年 6 月 2 日      揚州大學廣陵學院     I 中文摘要  隨著自動化生產能力的提高，現代工廠中出現需要組合機床的場合越來越多，組合機床是以通用部件為基礎，配以工件特定外形和加工工藝設計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。它一般采用多軸，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合系列化，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點，在大批量生產中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產線。  本課題針對箱體前斷面上的 4 個螺紋孔鉆削這一特定工序而設計的一臺專用立式組合機床。  本設計中，在充分數據計算的基礎上對標準通用零件做了仔細選擇，并依據被加工零件的結構特點，加工部位的尺寸精度，表面粗糙度要求，以及定位夾緊方式，工藝方法和加工過程中所采用的刀具，生產率，切削用量情況等設計了結構合理的多軸箱。  關鍵詞： 組合機床，多軸箱，工藝流程，鉆削         II Abstract With the improvement of automation production capacity, the modern factories in need of modular machine tool more and more occasions, combination machine tools is based on common components, with the specific shape of the part and process design of special components and fixture, consisting of a special semi-automatic or automatic machine tools. It usually USES the multiple spindle, knife, working procedure, polyhedral or transfer processing ways at the same time, the production efficiency is higher than general machine tools several times or more. Because general parts have standard combined seriation, can according to need to be flexible configuration, can shorten the design and manufacturing cycle. Therefore, both the advantages of low cost and high efficiency of combined machine tool, widely used in mass production, and can be used to form an automatic production line. This topic for the hole and four of beforethe end of the threaded hole drilling this specific process and design of a dedicated vertical combination machine tools. In this design, on the basis of sufficient data for standard parts common careful selection, and according to the structure characteristics of the processed parts, machining parts size accuracy and surface roughness requirements, as well as the positioning clamping way, process method and tool adopted by the machining process, productivity, and cutting dosage situation such as reasonable structure of the spindle box is designed. Key words: combination machine tools, spindle box, technological process, drilling   III 目錄  中文摘要 . I Abstract . II 目錄  . III 第一章   緒論 . 1 1.1 組合機床概述  . 1 1.2 國內外該研究技術現狀  . 1 1.3 該課題研究的目的和意義  . 4 1.4 本課題主要研究解決的難點問題和擬采用的辦法  . 4 第二章   組合機床總體方案設計  . 5 2.1 加工零件分析  . 5 2.1.1、零件加工的技術要求  . 5 2.2 定位分析、基準選取及制定工藝路線  . 5 2.2.1 定位基準的選擇  . 6 2.2.2 重要工序分析：  . 6 2.3 確定機床的配置形式  . 7 2.4 不同配置形式組合機床的加工精度  . 7 2.5 選擇機床配置形式應注意的問題  . 7 2.5.1、適當提高工序集中程度  . 7 2.5.2、夾具形式對 機床配置形式的影響  . 8 2.6 機床總體布置方案確定  . 8 第三章   鉆夾具設計  . 9 3.1 箱體連接孔加工組合機床夾具分析  . 9 3.1.1、基本定位原理分析  . 9 3.1.2、夾緊力“兩要素”  . 9 3.1.3、加工工藝技術分析  . 10 3.1.4、工作行程的確定  . 10   IV 第四章   組合機床總體設計（三圖一卡）  . 11 4.1 被加工零件工序圖  . 11 4.1.1、被加工零件工序圖的作用與內容  . 11 4.1.2、繪制工序圖的規定及注意事項  . 11 4.2 加工示意圖  . 12 4.2.1、加工示意圖的作用和內容  . 12 4.2.2 選擇刀具、導向及有關計算  . 12 4.3 組合機床切削用量  . 14 4.3.1、組合機床切削用量的選擇特點  . 14 4.3.2、確定切削用量應注意的問題  . 14 4.3.3、組合機床切削用量選擇及計算  . 14 4.4、機 床聯系尺寸圖  . 16 4.4.1 機床聯系尺寸圖作用和內容  . 16 4.4.2 機床聯系尺寸  . 17 4.5、生產率計算卡  . 17 第五章   多軸箱設計  . 20 5.1 主軸箱設計的原始依據  . 20 5.2 主軸結構型式的選擇  . 21 5.3 多軸箱傳動設計  . 21 5.3.1 對多軸箱傳動系統的一般要求  . 21 5.4 擬定多軸箱傳動的基本方法  . 22 5.5 傳動系統的設計計算  . 23 5.5.1 各齒輪參數的設計計算  . 23 5.5.2 繪制傳動系統圖  . 23 結論和展望  . 24 致謝  . 25 參考文獻  . 26 王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   1 第一章   緒論  1.1 組合機床概述  制造技術是各國經濟競爭的重要支柱之一，經濟的成功在很大程度上得益于先進的制造技術，而機床是機械制造技術重要的載體，它標志著一個國 家的生產能力和技術水平。 比如 ,我們傳統的通用機床 ,由于它為了適應各種零件的通用加工 ,強調了加工范圍的廣泛性 ,使其萬能性增大 ,隨之帶來的便是機床結構復雜 ,并且在加工某一零件的某些加工表面時 ,使機床不能完全發揮出全部效能 。 為了克服通用機床的弊端 ,工程技術人員便相應地推出了專用機床 。 但由于專用機床是根據某一工藝要求專門設計制造的 ,且它的組成部件均是專門設計制造的 ,因此 ,相對于通用機床而言 ,專用機床的造價昂貴 ,設計 、 制造周期長 ,特別是在飛速發展的變化之中 ,一旦產品更新換代產品  變型 ,原有的專用機床將不能滿足新產品加 工工藝的要求 ,更有甚者是原專用機床完全不能加工新產品而變成一堆廢鐵 ,失去了機床應有的作用 。 為了使產品在市場中立于不敗之地 ,工程技術人員不得不重新花費時間 ,設計 、 制造新的專用機床 。 由此可見 ,專用機床在一定程度上阻礙著產品的更新換代 。 為了解決以上通用機床與專用機床之間的矛盾 ,同時盡可能地兼顧通用機床與專用機床的優越性 ,于是 ,組合機床便在通用機床與專用機床的夾縫中悄然興起 ,并得到了越來越廣泛的應用 。  1.2 國內外該研究技術現狀  我國組合機床事業是從無到有 ,逐漸發展起來的。從 1956年開始自行設計、制造了組合機床并 得到很大發展。如北京、上海、遼寧、山東、江蘇等發展很快 ,西北、西南地區也又新的發展。國家又重點安排了一批工廠 ,如大連機床廠、常州機床廠、大河機床廠、長沙機床廠、上海第十機床廠等 20多個工廠生產組合機床通用部件 ,為全國各地機械加工部門用組合機床自己武裝自己創造了非常有利的條件。許多工廠在大搞技術改造、設備更新、質量翻新的熱潮中 ,制造了大量的組合機床及其自動線 ,成倍地提高了勞動生產率 ,保證了產量和質量 ,降低了成本。目前 ,我國大多數省、市、自治區都能設計并制造組合機床及其自動線 ,產量、質量和技術水平都在不斷提高。我國組合機床及其自動線已占有一定數量 ,特別是在汽車制造行業已有了大量的組合機床及其自動線 ,生產能力也在不斷提高。用我國自行設計與制造的組合機床及其自動線武裝起來的第二汽車制造廠 ,經投產后證明具有規模、效率高 ,具有較高的自動王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   2 化程度特點物理從工藝方案和布局 ,還是從加工精度和質量方面看 ,這些組合機床及組合機床自動線都已達到國際先進水平。  近幾年來 ,組合機床在汽車、拖拉機、柴油機、電機、儀器、儀表、縫紉機、自行車、閥門、礦山機械、冶金、航空、紡織機械及軍工等部門已獲得廣泛的應用，由于組合機床具有的一系列優點 ,因此在 我國機械加工工業中廣泛推廣使用組合機床已成為多、快、好、省地發展我國機械加工工業的一條重要途徑 ,繼續發展和提高組合機床及自動線技術水平 ,是當前機械加工工業的一項重要任務。  我國的組合 機床 以及他的總體技術相比其他國家來說還是相對落后的， 國內所需的一些高水平組合機床幾乎都從國外進口。 在零部件一體化程度不斷提高、數量減少的同時，加的形狀卻日益復雜。多軸化控制的機床裝備適合加工形狀復雜的工件。另外，產品周期的縮短也要求加工機床能夠隨時調整和適應新的變化，滿足各種各樣產品的加工需求。  國外組合 機床 技術在滿足精度和效率 要求的基礎上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發展。組合機床的加工精度、多品種加工的柔性以及機床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進展，實現了機床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節拍和多功能知道監控。組合機床技術的發展趨勢是：（ 1）廣泛應用數控技術  國外主要的組合機床生產廠家都有自己的系列化完整的數控組合機床通用部件 ,在組合機床上不僅一般動力部件應用數控技術 ,而且夾具的轉位或轉角、換箱裝置的自動分度與定位也都應用數控技術 ,從而進一步提高了組合機床的工作可靠性和加工精度。廣州標致汽車公司由法國雷諾公司購置的缸 蓋加工生產線 ,就是由三臺自動換箱組合機床組成的 ,其全部動作均為數控 ,包括自動上下料的交換工作臺、環形主軸箱庫、動力部件和夾具的運動 ,其節拍時間為 58秒。 (2)發展柔性技術 80年代以來 ,國外對中大批量生產 ,多品種加工裝備采取了一系列的可調、可變、可換措施 ,使加工裝備具有了一定的柔性。如先后發展了轉塔動力頭、可換主軸箱等組成的組合機床 ；同時根據加工中心的發展 ,開發了二坐標、三坐標模塊化的加工單元 ,并以此為基礎組成了柔性加工自動線 (FTL)。這種結構的變化 ,既可以實現多品種加工要求的調整變化快速靈敏 ,又可以使機床 配置更加靈活多樣。 (3)發展綜合自動化技術汽車工業的大發展 ,對自動化制造技術提出了許多新的需求 ,大批量生產的高效率 ,要求制造系統不僅能完成一般的機械加工工序 ,而且能完成零件從毛坯進線到成品下線的全部工序 ,王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   3 以及下線后的自動碼垛、裝箱等。德國大眾汽車公司 KASSEL變速箱廠 1987年投入使用的造價 9000萬馬克的齒輪箱和離合器殼生產線 ,就是這種綜合自動化制造系統的典范。該系統由兩條相似對稱布置的自動線組成 ,三班制工作 ,每條線日產 2000件 ,節拍時間為 40秒。全線由 12臺雙面組合機床、 18臺三坐標加工單元、空架機 器人、線兩端的毛坯庫和三坐標測量機組成 ,可實現 3種零件的加工。空架機器人完成工件下線的碼垛裝箱工作。隨著綜合自動化技術的發展 ,出現了一批專門從事裝配、試驗、檢測、清洗等裝備的專業生產廠家 ,進一步提高了制造系統的配套水平。 (4)進一步提高工序集中程度國外為了減少機床數量 ,節省占地面積 ,對組合機床這種工序集中程度高的產品 ,繼續采取各種措施 ,進一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺、多坐標通用部件、移動主軸箱、雙頭鏜孔車端面頭等組成機床或在夾具部位設置刀庫 ,通過換刀加工實現工序集中 ,從而可最大限度地發揮設備的效能 ,獲取更好的經濟效益  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、更為節省的方案方面取得了不小的進展。尤其是汽車工業，  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 .4近年來隨著數控技術、電子技術、計算機技術等的發展，組合機床的機械結構和控制系統也發生了巨大變化。 5組合機床有了以下的發展： 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，而目也使組合機床機械結構乃至通 用部件標準發生了或正在發生著巨大的變化。 2、 模塊化 。數控加 1二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。 64、 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王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   4 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。  1.3 該課題研究的目的和意義  傳統機床只能對一種零件進行單刀，單工位，單軸，單面加工，成產效率低且加工精度不穩定，組合機床能夠對一種（或幾種）零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、銑削磨削等工序，生產效率高，加工精度穩定。本課題針對箱體設計專用軸孔加工組合機床，不僅有利于提高大批量生產的箱體的生產效率，提高加工精度穩定性，還可以在不生產該箱體后只需稍改進就可以繼續使用機床，節約社會資源。  1.4 本課題主要研究解決的難點問題和擬采用的辦法  1) 根據選定的切削用量（主要指切 削速度 v 及進給量 f）確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）及夾具設計的依據；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動件（齒輪，傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電動（一般指動力箱）功率。一些參數可查組合機床簡明手冊。  2) 選擇刀具，應考慮工藝要求與加工尺寸精度、工件材質、表面粗糙度及生產率的要求。為了提高工序集中程度或滿足精度要求，可以采用復合刀具。孔加工刀具的長度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾端與導向套之間有 30 50mm距離，以便于排出切削和刀具磨損后又一定的向前調整量。  王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   5 第二章   組合機床總體方 案設計  2.1 加工零件分析    零件的工藝分析，就是通過對零件圖紙的分析研究，判斷該零件的結構和技術要求是否合理，是否符合工藝性要求。找出主要技術要求和加工關鍵，研究零件加工過程中可能出現的問題及需要采取的措施，對圖紙的完整性、技術要求的合理性提出意見，對不合理的部分提出修改意見，以保證能用經濟合理的方法制造出符合質量要求的零件。通過對零件圖的重新繪制，知原圖樣的視圖正確、完整，尺寸、公差及技術要求齊全。總體來說，這個零件的工藝性較好。  本課題主要是加工 箱體前斷面上的 4個 M10螺紋孔，該 4個螺紋孔在箱體毛 胚時為 4個直徑為 8的孔，上三個為沉孔，最下面一個為通孔。 具體尺寸如圖 2-1所示 :  圖 2-1 被加工零件尺寸  2.1.1、零件加工的技術要求  1）保證箱體直徑為 132mm 孔的的中心位置，保證后軸孔的面粗糙度在 3.2以內。  2）保證箱體后軸孔的中心位置，在水平位置與基準面和在垂直位置與基準面的位置偏差在 0.5之內。保證后軸孔的面粗糙度在 1.6以內。  2.2 定位分析、基準選取及制定工藝路線  根據生產綱領，該 零件 屬于大批大量生產，因此采用砂型鑄造的方法來進行毛坯生產。該零件的各個表面均為毛坯面，為加工需要，先 加工一基準面為后備工序做準備。該箱體結合件分為箱體和箱蓋兩部分，箱體外形面有兩側面側面、前后待加工端面和安裝底面，依據便于裝夾的原則及利于后續加工的原則，確定箱體安裝底面作為多道工序加工的基準面。  王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   6 2.2.1 定位基準的選擇  選擇定位基準的原則及應注意的問題：  1) 應盡量選擇零件設計基準作為組合機床加工的定位基準。這樣可以減少基準不符的誤差，以保證加工精度，但在某些情況下，卻必須選用其他作為定位基準。  2) 選擇定位基準應確定工件定位穩定。盡量采用已加工較大平面作為定位基準，這對于加工尤為重要。  3) 統一基準原則。即在各臺 機床上采取共同的定位基面來加工零件不同表面的孔或對同一表面上的孔完成不同的工序。這對工序多的箱體類尤為重要。   圖 2-2 待加工零件定位基準面確立  根據以上選擇定位基準的要定，現選定箱體的底面為定位基準，如圖 2-2所示，定位裝夾簡單可靠。  2.2.2 重要工序分析：  工藝分析是設計組合機床最重要的一步，必須認真分析被加工零件的工藝過程。深入現場全面了解被加工零件的結構特點，加工部位，夾緊方式，工藝方法和加工過程所用的刀具，切削用量及生產率等。  選擇單工位，單面組合機床，使機床結構簡單，工件可靠，更符合多，快 ，好，省的要求。  為了在加工過程中能夠滿足精度的要求，由于加工孔相對于中心的位置度要求比較高，因此采用單工位方法一次定位，可以減少定位誤差。  由于被加工的箱體零部件特點以及加工部位特點，被加工的孔為與定位基準平行，且零部件需要雙面加工等，一般來說，被加工的孔中心線與定位基面平行時宜采用臥式機床。正因為這些特點在很大的程度上決定本次設計采用臥式機床。該臥王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   7 式組合機床的左主軸箱是鉆 4個直徑為 10mm 的螺紋孔，精度要求為 b8，加工直徑為132mm 的孔，其粗糙度為 3.2；右主軸箱是鉆 1個直徑為 74mm 的軸孔，表面粗糙 度為1.6。由于右軸加工的軸孔尺寸較大，需要設計一個玉米刀盤來滿足設計要求。  2.3 確定機床的配置形式  通常根據工件的結構特點，加工要求，生產率和工藝過程方案等，大體上就可以確定應采用哪種基本形式的組合機床。但在基本形式的基礎上，由于工藝的組織，動力頭的不同配置方法，零件安裝數目和工位數多少等具體安排不同，而具有多種配置方案。它們對機床的結構復雜程度，通用化程度，結構工藝性能，重新調整的可能性以及經濟效果，還有維修操作是否方便等，都具有不同的影響。另外，還必須看到，就是在有些情況下，對于工藝過程方案做不大的 更改或重新安排，往往會使機床簡單，工作可靠，結構緊湊，更符合多快好省的要求。  2.4 不同配置形式組合機床的加工精度  在組合機床上影響加工精度的因素很多，一般分為與切削負荷無關的誤差（如機床原始誤差，工件安裝誤差，夾具與刀具的誤差，其它偶然性誤差等）和與切削負荷有關的誤差（如夾壓變形，熱變形，刀具磨損所引起的誤差和其他偶然性誤差）。組合機床加工精度通常是靠夾具來保證的，我們也可以把影響加工精度的因素分為加工誤差和夾具誤差兩大類。那么現在的問題在于確定夾具誤差和加工誤差的比例，這個問題的解決通常是根據經驗數據來 進行機床配置形式的選擇。一般從固定式夾具組合機床的加工精度和移動式夾具組合機床的加工精度來考慮。固定式夾具單工位組合機床加工精度最高。這種機床由于零件采用固定導向的位置度可以達到0.2mm。可見這種形式的組合機床加工此零件能穩定的保證加工精度。  2.5 選擇機床配置形式應注意的問題  2.5.1、適當提高工序集中程度  在確定機床的配置形式和結構方案時，要合理解決工序集中程度的問題。在一個動力頭上安裝多軸，同時加工多孔來集中工序，是組合機床最基本的方法，在一臺機床主軸數量有達 200根左右的。但是，也不應無限制地增 加主軸數量，要考慮到動力頭及主軸箱的性能和尺寸，并保證調整和更換刀具的方便性。這些在以后的設計中藥得以解決。  王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   8 2.5.2、夾具形式對機床配置形式的影響  選擇機床 配置 形式時要注意考慮夾具結構的實現可能性和工作的可靠性，在決定加工一個工件的成套流水線上個機床的型式時，還應注意，是機床與夾具的型式盡量一致，尤其是粗加工機床。這樣不僅有利于保證加工精度，而且便于設計，制造和維修，也提高了機床之間的通用化程度。  2.6 機床總體布置方案確定  機床的總體布置 方案 如圖 2-3所示，該箱體連接孔加工 組合機床是由      組成的 。   圖 2-3 箱體連接孔加工組合機床布置方案圖  王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   9 第三章   鉆夾具設計  3.1 箱體連接孔加工組合機床夾具分析  3.1.1、基本定位原理分析  這里討論 6點 定位 中， 6個自由度的消除，以便找出較合適的定位夾緊方案。一個物體在空間可以有 6個獨立的運動，即沿 X、 y、 Z軸的平移運動，分別記為  。 X1、Y1、 Z1；繞 X、 y、 Z 軸的轉動，記為 x 、 y 、 z 。習慣上，把上述 6個獨立運動稱作 6個自由度如果采用一定的約束措施，消除物體的 6個自由度，則物體被完全定位。  針對課題中被 加工 的工件為箱體，其依靠箱體底部的 4個孔安 裝，箱體的加工及定位都是依據這一基準進行的，所以本次設計的組合機床也可以參照這一基準，如圖 3-1所示。   圖 3-1 箱體定位示意圖  3.1.2、夾緊力“兩要素”  夾緊力的“兩要素”為方向與作用點。夾緊力方向應朝向定位元件，并使所需的夾緊力最小。確定夾緊力作用點的位置時應不破壞定位。夾緊力作用點的位置應盡可能靠近加工部位，以減小切削力繞夾緊力作用點的力矩，防止工件在加工過程中產生轉動或震動，保證夾緊變形不影響加工精度。夾緊力作用點數目應使工件在整個接觸面上受力均勻，接觸變形小。  因為本次設計的組合機床一次性 需要加工正面的 4 個 M10 的螺紋孔和一個直徑為 134mm的軸孔，同時加工箱體后面的一個直徑為 74mm的軸孔，為防止箱體在加工中產生震動而降低加工精度，需在箱體的上部增加一個作用力用來固定箱體。通過分析發現，該工件被完全定位。  王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   10 3.1.3、加工工藝技術分析  孔的類型：螺紋孔 M10       精度等級： 6H 材料：     灰鑄鐵          硬度：     HB190 左端面為通孔、孔徑為 134mm、加工深度 L=16mm 右端面為通孔、孔徑為 74mm、加工深度 L=98mm 3.1.4、工作行程的確定  在本道工 序加工過程中，采用組合機床進行加工，各動力頭工作情況一樣，故其工作循環也一樣：  由于被加工孔無特殊要求，故采用圖 3-2所示的工作循環方式：   圖 3-2 工作行程圖   設計過程中注意的因素：  工件為大批大量生產，加工效率要求很高，要求每次加工耗時少，因此。快進距離不宜過長。  鉆孔過程中，無需考慮孔內壁是否有直線痕或螺旋痕。  每次鉆孔前至少在加工表面前 4mm處開始工進。  從而確定：左主軸箱的工進距離   1 6 4 2 0L m m左 工 = + = 。  考慮到大批量生產、導向原因等因素取 30L mm左 快 = 。  綜上所述，可以求出快退距離 50L mm左 退 = 。  右主軸箱的工進距離   9 8 4 1 0 2L m m右 工 = + = 。  考慮到大批量生產、導向原因等因素取 30L mm右 快 = 。  綜上所述，可以求出快退距離 132L mm右 退 = 。  王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   11 第四章   組合機床總體設計（三圖一卡）  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。  4.1 被加工零件工序圖  4.1.1、被加工零件工序圖的作用與內容  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。 中文摘要  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。  鉆梳棉機箱體結合件兩端面孔的被加工零件工序圖如圖 4-1所示。   圖 4-1 被加工零件工序圖  4.1.2、繪制工序圖的規定及注意事項  繪制被加工零件工序圖的規定及注意事項：  繪制被加工零件工序圖的規定：為使被加工零件工序圖表達清晰明了，突出本王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   12 工序內容，繪制時規定；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；定位基準符號用 ，并下標數表明消除自由度量。  繪制被加工零件工 序圖注意事項：  本工序加工部位的位置尺寸應與定位基準直接發生關系。  對工件毛坯應有要求，對孔的加工余量應認真分析。  當本工序有特殊要求時必須注明。  4.2 加工示意圖  4.2.1、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。  4.2.2 選擇刀具、導向及有關計算  （一）  刀具的選擇：  工件材料為 HT200，軸孔加工與螺紋孔加工，選用玉 米刀盤和螺紋絲錐。  （二）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，由以上可知，多軸箱各主軸的外伸長度為一定值，而刀具的長度也是一定值，因此，為保證多軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，就需要在主軸與刀具之間設置可調環節，這個可調節在組合機床上是通過可調整的刀具接桿來解決的，連接桿如圖 4-2所示，   圖 4-2 可調連接桿  連接桿上的尺寸 d 與主軸外伸長度的內孔 D 配合，因此，根據接桿直徑 d 選擇刀具接桿參數如表 4-1所示：  王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   13 表 4-1 可調接桿的尺寸  d(h6) D1(h6) d2 3 L 1 2 l3 螺母  厚度  20 Tr20 6 莫氏 1 號  12.061 7 188 6 0 100 12 （三）  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。  動力部件工作循環及行程的確定  動力部件的工作循環是指加工時，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。  工作進給長度 L工 的確定                =+L L L L1 工 0=  L ：工作進給總長度  L1 ：切入長度即快進長度  L工 ：工作進給長度  0L ：切出長度即快速退回長度  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。本工序的左 主軸箱的快速退回長度為 50mm，右主軸箱的快速退回長度為 132mm。  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。本設計的組合機床前備量為 30mm，后備量為 100mm，左主軸箱的總行程為 180mm，右主軸箱的總行程為 262mm。加工示意圖如圖 4-2 所示。   圖  4-2 加工示意圖  王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   14 4.3 組合機床切削用量  選擇切削用量是否合理對組合機床的加工精度，生產線，刀具耐用度，機床的形式及工作穩定性都有很大的影響。  4.3.1、組合機床切削用量的選擇特點  在大多數情況下，組合機床為多軸，多刀，多 面同時加工。因此，所選用的切削用量，根據經驗應比一般萬能機床單刀加工低 30%左右。  組合機床多軸箱上所有刀具共用一個進給系統，通常為標準動力滑臺。工作時要求所有刀具每分鐘進給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進給量。這個每分鐘進給量應是適合于所有刀具的平均值。因此，同一多軸箱上的刀具主軸可設計成不同轉速和選擇不同的每轉進給量與其相適應，以滿足不同直徑的加工需要。  4.3.2、確定切削用量應注意的問題  盡量做到合理利用所有刀具，充分發揮其性能。由于本設計所加工孔工藝要求相同，所以選擇同一數據即可。  復合刀具切削用 量的選擇，應考慮刀具的使用壽命。進給量通常按復合刀具最小直徑選擇，切削速度按復合刀具的最大直徑選擇。  選擇切削用量時，應注意零件生產批量的影響。  切削用量選擇應有利于多軸箱設計。  選擇切削用量時，還應考慮所選動力滑臺的性能尤其是當采用液壓動力滑臺時，所選擇的每分鐘進給量一般應比動力滑臺可實現的最小進給量大 50%左右。否則，會由于溫度和其他原因導致進給量不穩定，影響加工精度，甚至造成機床不能正常工作。  4.3.3、組合機床切削用量選擇及計算  本次設計的組合機床所涉及到的加工孔有螺紋孔和軸孔，加工方式即有攻螺紋又有擴孔。本論文對后端面的擴孔進行計算。  切削力 F，切削轉矩 T，切削功率 P的計算公式：由組合機床設計表 6-20 組合機床切削用量計算圖中推薦的切削力、轉矩、機功率。  表 4-2 擴孔切削力、轉矩及功率  王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   15  可知擴孔的計算公式如下：            6.02.14.02.9 HBafF p                   （ 4-1）            6.08.075.06.31 HBfDT                  （ 4-2）            9740TVP                           （ 4-3）      式中： F 切削軸向力（ N）； D 鉆頭直徑（ mm）；            f 每轉進給量（ mm r）； T 切削轉矩（ N.mm）；            P 切削功率（ KW）；            v 切削速度（ m min）；             pa 切削深度（ mm）            HB 零件的布氏硬度值， 通常給出一個范圍。  對于公式（ 2-1） （ 2-3）取最大值。  用直徑 D=74mm 的高速鋼擴孔刀擴孔深度為 98mm，根據刀具直徑和工件，刀具材料，由表 4-3（用高速鋼鉆頭加工鑄件的切削用量）  表 4-3 擴孔切削用量（高速鋼擴孔鉆）   選取 D=74mm，  v=15m min， f=0.4mm r。  由于材料硬度 HB=180 220 硬度計算公式為：   1 6 031 8 02 2 01 8 03m i nm a xm i n HBHBHBHB  王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   16  由公式 4-1得  NF 32829160984.02.9 6.02.14.0    由公式 4-2得  )/(6.1 3 5 3 1 31604.0746.31 6.08.075.0 mmNT   由公式 4-3得   KWP 2 1 09 7 4 0 156.1 3 5 3 1 3  初定主軸轉速  m in4.26514.318 151 0 00181 0 00 rvn  滑臺每分鐘進給量的計算  fvfn     式中： n 主軸轉速（ r min）          f 主軸進給量（ mm r）          fv 滑臺每分鐘進給量（ mm min）  m i n )/(16.1 0 64.04.2 6 5 mmfnv f  主軸直徑的確定  由組合機床設計表 3-19軸能承受的扭矩計算：            41)100(MBd  式中： d 軸的直徑（ mm）；        T 軸所傳遞的轉矩（ N.mm）；        B 系 數。 B與扭矩角 有關，當為剛性主軸時， B=7.3 mmMBd 3.44)1006.135313(3.7)100( 25.025.0      取 d=45mm 4.4、機床聯系尺寸圖  4.4.1 機床聯系尺寸圖作用和內容  機床聯系尺寸圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據，并按初步選定的主要通用部件以及確定專用部件的總體結構而繪制的。是用來表示機床的配置形式、主要構成及各部件安裝位置、相互關系、運動關系和操作方位的總體布局圖。   機床聯系尺寸總圖表示的內容：  王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   17 表示機床的配置形式和總布局 ； 完整齊全的反映 各部件之間的主要裝配關系和聯系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運動部件的運動極限位置及滑臺工作循環總的工作行程和前后備量尺寸 ； 標注主要通用部件的規格代號和電動機型號、功率及轉速，并標出機床分組編號及組件名稱，全部組件應包括機床全部通用及專用零部件 ； 標明機床驗收標準及安裝規程。  4.4.2 機床聯系尺寸  為了便于設計和組織生產，組合機床各部件和裝置按不同功能劃分編組。本機床編組如下：    圖 4-4 機床聯系尺寸圖  4.5、生產率計算卡  生產率計算卡是反映所設計機床的工作循環過程、動作時間、切削用量、生產率、 負荷率等技術文件，通過生產率計算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產率及負荷率的要求。計算如下：  切削時間：   停切 tVLT                 （公式 4-4）  式中： 切T 機加工時間（ min）  L 工進行程長度（ mm）        V  刀具進給量（ mm/min）  王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   18       停t 死擋鐵停留時間。一般為在動力部件進給停止狀態下，刀具旋轉5 15 r 所需要時間。這里取 15r 根據公式 4-4，  ssmmmmtvLT 601523.0)m i n(106)(98 停切  暫定機床的輔助時間為 輔助T =3min 機床生產率   5146 0 /TT6 0 /6 0 / T Q  1 輔助單單  機床負荷率按下式計算       %75.48%1006 0 0 0 01 9 5 051%100Q%100QQ 11 AtQ k 式中： Q 機床的理想生產率（件 /h）                              A 年生產綱領（件）約為 60000 件         kt 年工作時間，單班制工作時間 kt  =1950h 王毅   箱體連接孔加工組合機床設計   19 表 2 5   生產率計算卡  被加工  零件  圖號   毛坯種類  鑄件  名稱  箱體  毛坯重量   材料  鑄鐵  硬度  HB180-220 工序名稱  鉆壓盤連接孔  工序號  工時 /min 序號  工步  名稱  工作行程 /mm 切速 /（ m min-1）  進給量 /（ mm r-1）  進給量 /（ mm min-1）  工進時間  輔助時間  1 按裝工件       0.5 2 工件定位夾緊       0.25 3 Z 軸快進  30   12000  0.013 4 Z 軸工進  120 15 0.4mm 106 1  5 Z 軸暫停       0.03 6 Z 軸快退  150   12000  0.015 13 工件松開       0.25 14 卸下工件       0.5 備注  1、主軸轉速 265r/min 2、一次安裝加工完一個工件  累計         單件總工時  4min       機床生產率  15 件 /h       理論生產率  20.2 件 /h       負荷率  48.75%                              20 第五章   多軸箱設計  多軸箱是組合機床的重要部件之一，它關系到整臺組合機床質量的好壞。  具體設計時，除了要熟悉多軸箱本身的一些設計規律和要求外，還須依據“三圖一卡”，仔細分析研究零件的加工部位，工藝要求，確定多軸箱與被加工零件、機床其他部分的相互關系。  本機床有左、右兩個主軸箱，它們的結構基本相同，只是主軸的數量和位置不同。現以左主軸箱為例，說明其設計方法。  5.1 主軸箱設計的原始依據  多軸箱設計原始依據圖，是依據“三圖一卡”整理編繪出來的，其一般應包括下列內容：  1）所 有主軸的位置尺寸及工件與多軸箱的相關尺寸。在標注主軸的位置及相關尺寸時，首先要注意多軸箱和被加工零件在機床上是面對面擺放的，因此多軸箱橫截面上的水平方向尺寸應與被加工零件工序圖的水平尺寸方向相反。其次，多軸箱上的坐標尺寸基準和被加工零件工序圖的尺寸基準常不相重合，應根據多軸箱和被加工零件的相對位置找出統一基準，并標注出其相對位置關系尺寸。  2）在圖中標注主軸轉向。由于標準刀具多為右旋，因此要求主軸一般為逆時針旋轉，逆時針轉向可不標，只注順時針轉向。  3）圖中應標出多軸箱的外形尺寸。  4）列表標明各主軸的工序 內容，主軸外伸部分尺寸和切削用量等。  5）注明動力箱型號，功率，轉速和其它主要參數。   圖 5-1  多軸箱設計原始依據圖    21 5.2 主軸結構型式的選擇  主軸結構型式由零件加工工藝決定，并應考慮主軸的工作條件和受力情況。軸承型式是主軸部件結構的主要特征，如進行鉆削加工的主軸，軸向切削力較大，最好用推力球軸承承受軸向力，而用向心球軸承承受徑向力。又因鉆削時軸向力是單向的，因此推力球軸承在主軸前端安排即可。進行鏜削加工的主軸，軸向切削力較小，但不能忽略。有時由于工藝要求，主軸進退都要切削，兩個方向都有切削力，一般選 用前后支承均為圓錐滾子軸承的主軸結構。  本設計中的工序內容為鉆直徑為 132mm 的孔和 M10 的螺紋孔，故選用滾珠軸承主軸。前支承為向心球軸承、后支承也為向心球軸承。  5.3 多軸箱傳動設計  多軸箱的傳動系統設計，就是通過一定的傳動鏈把動力箱輸出軸傳進來的動力和轉速按要求分配到各主軸。傳動系統設計的好壞，將直接影響多軸箱的質量、通用化程度、設計和制造工作量的大小以及成本的高低。  5.3.1 對多軸箱傳動系統的一般要求  在保證主軸強度、剛度、轉速和轉向的前提下，力求使主要傳動件的規格少，數量少，體積小。因此，在設計傳 動系統時，盡量用一根中間轉動軸帶動多根主軸并將齒輪布置在同一排上。當齒輪嚙合中心距不符合標準時，可用變位齒輪或略微改變傳動比的方法解決。  一般情況下，盡量不采用主軸帶動主軸的方案，因為這會增加主動主軸的負荷。  為使結構緊湊，多軸箱體內的齒輪傳動副的最佳傳動比為 11.5,如果在多軸箱后蓋內的齒輪傳動鏈中超過 4排，那么根據需要，第四排齒輪其傳動比可以取大些，但一般不超過 33.5。  粗加工切削力大，主軸上的齒輪應盡量安排靠近前支承，以減少主軸的扭轉變形。  多軸箱內具有粗精加工主軸時，最好從動力箱驅動軸齒輪傳動 開始，就分兩條傳動路線，以免影響加工精度。  剛性鏜孔主軸上的齒輪，其分度圓直徑要盡可能大于被加工孔的直徑，以減少振動，提高運動平穩性。    22 驅動軸直接帶動的軸數不能超過兩根，以免給裝配帶來困難。  齒輪排數可按下面方法安排：  不同軸上齒輪不相碰，可放在箱體內同一排上 . 不同軸上齒輪與軸或軸套不相碰，可放在箱體內不同排上 . 齒輪與軸或軸套相碰，可放在后蓋內。  5.4 擬定多軸箱傳動的基本方法  擬定多軸箱傳動系統的基本方法是：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。   圖 5-2 多軸箱傳動方案  每根主軸實際切削扭矩：  M=90kg.mm，軸徑為 20mm，查組合機床設計 p607表 5-10 知軸徑 d=20mm 的軸能承受的扭矩為 M=1100kg.mm。而本傳動系統中有四根主軸，設其中兩根從動主軸與主動主軸之間有扭矩損失 5%，那么主動軸所能承受的全部扭矩為               2 9 0 5 % 2 9 0 9 0 2 7 9 .k g m m               279<<1100kg.mm 即所受負荷遠在其所承受的范圍之內，或者說，所增加負荷對其運行或特性沒有半點影響，因此滿足設計要求。    23 5.5 傳動系統的設計計算  5.5.1 各齒輪參數的設計計算  已知：主軸轉速  n=265r/min，主軸直徑  d=20mm，主軸齒輪模數  m=2 設主軸 1傳動到其他四個主軸的傳動比為 1，即主軸 1與其他主軸的齒數相同。為設計方便和設計可靠，所以選擇中間軸也與主軸一樣有相同