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According to the request of construction features, processing spot, size precision, surface roughness and productivity that diesel engine air cylinder, sets the machine tool for single location horizontal type modular machine tool. Considered to the factor of the size precision, surface roughness, scrap removes and productivity and so on of the work piece, selects the Hard alloy not grind type surface milling cutter. According to work piece size, characteristic and its material choice cutting specifications; Because of the thick mill diesel engine cylinder body two sides, then the jig design use "two sells the localization at the same time", Manual clamps, an attire clamps processes the diesel engine to be mad the cylinder body two sides; according to will work receives the cutting force to calculate clamps the strength; again according to clamps the strength , choose the determination clamp the special-purpose part. During the design, the standard parts are selected as far as possible, to reduced the production cost, increased the economic efficiency. This design may achieve the effects as fowllows: the modular milling machine and the jig can satisfy its the quality requirement at working status,it’s safe, and easy to service. Key word: the modular milling machine; air cylinder; milling cutter; jig 1 前言 組合機床是根據(jù)工件加工要求，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。組合機床的設(shè)計，有以下兩種情況：其一，是根據(jù)具體加工對象的具體情況進行專門設(shè)計。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(jié)自己生產(chǎn)和使用組合機床的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)組合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設(shè)計成通用部件，而且一些行業(yè)的在完成一定工藝范圍的組合機床是極其相似的，有可能設(shè)計為通用機床，這種機床稱為“專能組合機床”。這種組合機床就不需要每次按具體加工對象進行專門設(shè)計和生產(chǎn)，而是可以設(shè)計成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工的零件的具體需要，配以簡單的夾具及刀具，即可組成加工一定對象的高效率設(shè)備。 組合機床是一種專用高效自動化技術(shù)裝備，目前，由于它仍是大批量機械產(chǎn)品實現(xiàn)高效，高質(zhì)量和經(jīng)濟性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備，因而被廣泛應(yīng)用于汽車，拖拉機，內(nèi)燃機和壓縮機等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。其中，特別是汽車工業(yè)，是組合機床和自動線最大的用戶。如德國打眾汽車廠在Salzgitter的發(fā)動機工廠，90年代初所采用的金屬切削機床主要是自動線(60%)，組合機床(20%)，加工中心(20%)。顯然，在大批量生產(chǎn)的機械工業(yè)部門，大量采用的設(shè)備是組合機床和自動線。因此，組合機床的應(yīng)用在很大程度上決定了這些部門的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，也很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競爭力。特別是近20年來，隨著組合機床的發(fā)展，作為組合機床主要用戶的汽車和內(nèi)燃機等行業(yè)也有很大的變化，起產(chǎn)品市場壽命不斷縮短，品種日益增多且質(zhì)量不斷提高。這些因素同時也有力地推動和激勵了組合機床的不斷發(fā)展。組合機床的發(fā)展主要有以下2點:(1) 組合機床品種的發(fā)展；(2) 組合機床柔性化的發(fā)展。 隨著科學技術(shù)的巨大進步及社會生產(chǎn)力的迅速提高，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。據(jù)國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中，小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85%左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場激烈的競爭。然而，一般企業(yè)仍習慣于大采用傳統(tǒng)的專用夾具。另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，約隔4年就要更新80%左右的專用夾具，面夾具的實際磨損量僅為15%左右。特別是近年來，數(shù)控機床（NC），加工中心（MC），成組技術(shù)（GT），柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新技術(shù)的應(yīng)用，對機床夾具提出了如下新的要求： a.能迅速面方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本。 b.能裝夾一組具有相似性特征的工件。 c.適用于精密加工的高精度機床夾具。 d.適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機床夾具。 e.采用液壓或氣壓夾緊的高效夾緊裝置，以進一步提高勞動生產(chǎn)率。 f.提高機床夾的標準化程度。 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)在以下幾個方面： a.精密化 b.高效化 c.柔性化 d.標準化 本次畢業(yè)設(shè)計的課題是萬向節(jié)滑動叉φ39孔兩端面粗銑組合機床總體及主軸箱設(shè)計。根據(jù)萬向節(jié)滑動叉兩側(cè)面的位置、加工精度等主要的設(shè)計原始數(shù)據(jù)，設(shè)計出技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理和工作上可靠的雙面粗銑的組合機床。本次設(shè)計的組合機床夾具主要對萬向節(jié)滑動叉φ39孔兩端面的粗銑。 本次設(shè)計的組合機床能同時粗銑萬向節(jié)滑動叉φ39孔兩端面，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度，從而降低了零件的加工成本。 2 總體方案論證 設(shè)計的機床要滿足加工要求、保證加工精度；盡可能選用通用件、以降低成本。因此根據(jù)上述要求和柴油機氣缸體的加工特點來確定設(shè)計方案。 2.1 工藝方案設(shè)計 工藝方案的擬訂是組合機床設(shè)計的關(guān)鍵一步。組合機床的總體設(shè)計要注重工件及其加工的工藝分析，只有制定出先進合理的工藝方案,才能設(shè)計出先進合理的組合機床。根據(jù)指定的加工要求,提出若干個工藝方案,擇其佳者。工藝方案確定了,組合機床的結(jié)構(gòu)、性能、運動、傳動、布局等一系列問題也就解決了。所以，工藝方案設(shè)計是組合機床設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。而且工藝方案在很大程度上決定了組合機床的結(jié)構(gòu)配置和使用性能。因此，必須認真分析被加工零件圖紙,深入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)要求及生產(chǎn)率要求等一些因素。 擬定組合機床工藝方案的一般步驟如下: a.分析,研究加工要求和現(xiàn)場工藝，在制訂組合機床工藝方案時，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途及其結(jié)構(gòu)特點、加工部位及其精度、表面粗糙度、技術(shù)要求及生產(chǎn)綱領(lǐng)；其次深入現(xiàn)場調(diào)查分析零件的加工工藝方法、定位夾緊方式、所采用的設(shè)備、刀具及切用量、生產(chǎn)率情況等。 b.定位基準和夾壓部位的選擇組合機床一般為工序集中的多刀加工,不但切削負荷大，而且工件受力方面變化。因此，正確選擇定位基準和夾壓部位是保證加工精度的重要條件。 本道工序主要是加工毛坯,因此,還要對毛坯基準選擇考慮有關(guān)工序加工余量的均勻性。定位夾壓部位的選擇應(yīng)在有足夠的夾緊力下工件產(chǎn)生的變形最小，并且夾具易于設(shè)置導向和能過刀具。 本道工序:萬向節(jié)滑動叉φ39孔兩端面。 2.2 加工設(shè)備方案選擇 在機械制造業(yè)中，金屬切削機床占機械設(shè)備總臺數(shù)的50%～70%，它負擔的工作量約占一半左右，其中有30%～50%的工作量是由組合機床來完成的，同時，機械加工方法是機電產(chǎn)品及零部件生產(chǎn)的主要方法，且機械加工質(zhì)量又是提高整個產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。因此，組合機床的開發(fā)、設(shè)計，是機械制造行業(yè)一項非常重要的工作。組合機床是根據(jù)工件加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床，具有如下特點： a.生產(chǎn)率高； b.加工精度穩(wěn)定； c.研制周期快，便于設(shè)計、制造和使用、維護； d.自動化程度高，勞動強度低； e.配置靈活，可按工件或工序要求靈活組成機床自動線，易于改裝，產(chǎn)品或工藝變化時，通用部件還可以重復利用； f.使用穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊，機床費用低。 由于被加工零件已定型，生產(chǎn)批量較大，加工要求較高，所以必須采用組合機床來進行生產(chǎn)，同時，又是針對雙面加工。因此，采用組合機床來進行加工是較適宜、理想的生產(chǎn)方案。 2.3 確定機床總體布局 根據(jù)上述確定的加工工藝方案，按照工序集中程度和生產(chǎn)批量大小，機床總體布局主要有如下配制型式： a.多工位組合機床 多工位組合機床：主要用于中、小零件加工。生產(chǎn)占地面積大，但生產(chǎn)率高。這種方式若配合工作臺的移動和精確定位，可以組成組合機床自動線，則自動化程度和生產(chǎn)率均很高。 b.單工位組合機床 各種型式的單工位組合機床，通?？砂惭b一個工件，特別適宜于大、中型箱體類零件的加工。根據(jù)配置動力部件的型式和數(shù)量，這類機床可分為單面、多面及復合式。這種方式組成靈活，結(jié)構(gòu)簡單，由于單工位加工，其機動時間與輔助時間不能重合，因而生產(chǎn)率比多工位機床低。 根據(jù)以上所述, 柴油機氣缸體的結(jié)構(gòu)是比較規(guī)則的長方體，從裝夾的角度來看，臥式平放比較方便，采用臥式組合機床加平面，有利于排屑，也減輕了工人的勞動強度。且柴油機氣缸體屬于中型加工零件，在本次設(shè)計中，銑平面工序是主要工序內(nèi)容。因此為了保證銑平面的加工精度和結(jié)合被加工零件加工特點，臥式單工位組合機床是較好的選擇。 臥式單工位組合機床又可分為臥式單面組合機床，臥式多面組合機床等。若采用臥式單面組合機床，加工兩端面需經(jīng)過兩次裝夾，增加輔助時間，成本高，生產(chǎn)效率低，工人勞動強度大。因此，采用臥式雙面組合機床是合理的選擇。其特點：工件安裝在夾具里，工件和夾具裝在銑削工作臺上，刀具相對固定，銑削工作臺實現(xiàn)進給運動。生產(chǎn)占地面積小，加工精度高。 3 切削用量的選擇和計算 3.1 切削刀具的選擇 在生產(chǎn)線上,由于銑削平面的走刀長度一般比孔加工的走刀長度長的多,因此,銑削工序通常是限制性工序。為了提高切削用量應(yīng)采用硬質(zhì)合金不重磨式面銑刀。 由參考文獻[4]，粗齒﹑中齒﹑細齒面銑刀刀片材料為YG6(銑鑄鐵)及YT14(銑鋼)，密齒面銑刀刀片材料為YG6，銑鋁合金面銑刀刀片材料為YT14。 由于本件的材料是鑄鐵，因此選用刀片材料為YG6，又因為本道工序是粗銑,粗糙度要求不高,選中齒銑刀。 齒數(shù)選擇由參考文獻[4]表2-8，得中齒銑刀的齒數(shù)為34。 所以，設(shè)計的組合銑床選擇的刀具為：硬質(zhì)合金不重磨式中齒面銑刀，材料為YG6，齒數(shù)為34。 3.2 切削用量的選擇 在組合機床工藝方案確定過程中，工藝方法和切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度，生產(chǎn)率，刀具耐用度，機床的結(jié)構(gòu)形式及工作可靠性均有較大的影響。 A.組合機床切削用量的選擇特點: a.在大多情況下，組合機床為多軸、多刀、多面同時切削，因此，切削用量比一般萬能機床單刀加工低30%左右。 b.組合機床通常用動力滑臺來帶動刀具進給，由于多軸箱上同時工作的刀具種類不同且直徑大小不同，其切削用量也各有特點。因此，一般先按各刀具選擇較合理的切削速度v(m/min) 和每轉(zhuǎn)進給量f(mm/r),再根據(jù)其中工作時間最長，負荷最重，刃磨較困難的刀具來確定并調(diào)整每轉(zhuǎn)進給量和轉(zhuǎn)速，通常用試湊法來滿足每分鐘進給量相同的要求。參照[1] 即 c.在選擇切削用量時要注意既要保證生產(chǎn)批量要求，又要保證刀具一定的耐用度。 d.選擇切削用量時，還須考慮可選動力滑臺的性能。 B.組合機床切削用量選擇方法 從實際出發(fā)，根據(jù)加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求等進行分析，按照經(jīng)濟地滿足加工要求的原則，合理的選擇切削用量。本次設(shè)計中，采用查表法選擇加工柴油機氣缸體孔的切削用量。 由參考文獻[1]表6-18,查得， 每齒進給量fz=0.2mm/z 切削速度vc=75m/min n===47r/min （3-1） 進給速度vf=fn=fzzn （3-2） =0.2×34×47=320mm/min 3.3 確定切削力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率 根據(jù)選擇的切削用量，確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）及夾具設(shè)計的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其他傳動件的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電機功率。 切削功率選擇: 由vc=75m/min，工件材料:鑄鐵HBS250，ap=4mm，fz=0.2mm/z，vf=320mm/min，由參考文獻[4]表3.24，得pc=15.9KW 電動機選擇： 由pc=15.9KW，由參考文獻[9]表20-3得，電動機型號：Y180L-6同步轉(zhuǎn)速：1000r/min，滿載轉(zhuǎn)速：975r/min，P電機=18.5KW 銑削切削力的計算 由參考文獻[10]表1-2-9, P=490×t1.0×Sz0.74×D-1.0×B0.90×z （3-3） 式中 P-銑削力(N)； t-銑削削深度(mm)； Sz-每齒進給量(mm/z)； D-銑刀直徑(mm)； B-銑削寬度(mm)； z-銑刀的齒數(shù)。 由前面計算的切削用量得， t=4mm； Sz=0.2mm/z； D=512mm； B=425mm； z=34。 將上述數(shù)值代入式（3-3）得 P=490× t1.0×Sz0.74×D-1.0×B0.90×z =490× 41.0×0.20.74×512-1.0×4250.90×34 =9398.1(N) 4 組合機床通用部件的選擇 通用部件是按標準化、系列化、通用化原則設(shè)計制造的組合機床基礎(chǔ)部件。我國通用部件不僅具有完整的國家標準，并已貫徹了國際標準，許多標準與國際標準等效。 通用部件按其尺寸大小，可分為大型和小型通用部件；按驅(qū)動和控制方式的不同，可分為機械驅(qū)動、液壓驅(qū)動、風動或數(shù)控通用部件；按單機和自動線的不同，可分為組合機床和組合機床自動線通用部件；按其功能不同，可分為動力部件、支承部件、控制部件、輔助部件。 4．1 進給動力部件選擇 進給動力部件主要為刀具或工件提供進給運動。最新動力部件共有液壓滑臺、機械滑臺、數(shù)控滑臺、長臺面液壓滑臺、十字滑臺、銑削工作臺、回轉(zhuǎn)盤等九個品種。 對于組合銑床來說，進給動力部件主要是銑削工作臺，其上通常安裝夾具或工件。銑削工作臺與1TX系列銑削頭，1XS系列床身組成銑削組合機床，可用于大走刀強力銑削和高效高精度銑削。 由于待加工的工件的外形尺寸，由參考文獻[2]表7.9選取1XG63Ⅰ型銑削工作臺，銑削工作臺的聯(lián)系尺寸如下表4-1: 表4-1 銑削工作臺聯(lián)系尺寸 型號 B A（臺長） C（行程） L L1 B1 L2 1XG63Ⅰ型 630 1600 1600 3180 584 808 888 由表7.8查得，1XG63Ⅰ型銑削工作臺與傳動裝置配套及其性能如下表： 表4-2 1XG63Ⅰ型銑削工作臺與傳動裝置配套及其性能 型號 傳動裝置 快進功率(kW) 快進速度(m/min) 工進功率(kW) 工進速度(mm/min) 許用切削功率(kW) 1XG63 F41 4 9.2 3 200-2500 37 1XG銑削工作臺還具有以下特點： a.剛性好 導軌與底座鑄成一體，底座采用封閉式的箱體結(jié)構(gòu)，采用“米”字形斜肋等，大大提高其結(jié)構(gòu)剛性。 采用一個V形導軌和一個平導軌導向，通常銑削力壓向?qū)к壝妗＿@種導軌可以提高導向精度和導向剛度，從而保證機床加工精度，提高機床的切削抗振性。例如1XG63銑削工作臺，大走刀強力銑削功率達到40KW，仍能保證切削平穩(wěn)。 b.精度高 由于結(jié)構(gòu)剛性好，可以使導軌達到較高的加工精度，并且工作臺臺面較長，以是V形導軌導向，從而保證機床的加工粗度，接近平面磨床的水平。 c.生產(chǎn)率高 從性能表可以看出，最大進給速度為2500mm/min。實踐證明：當進給速度為2080mm/min時，進行大走刀強力銑削和高效高精度銑削，切削性能良好。 傳動效率高 采用雙螺母可調(diào)隙的滾珠絲杠，傳動效率比滑動絲杠高一倍，節(jié)能效果顯著。另外由于間隙可調(diào)，可保證切削平穩(wěn)。 4．2 主運動動力部件選擇 主運動部件用來實現(xiàn)組合機床的主運動—切削運動。它安在滑臺或其他進給部件的結(jié)合面上，通常主軸部件（或多軸箱專用部件）和主運動驅(qū)動裝置組成的。 4.2.1 主運動驅(qū)動裝置 主運動驅(qū)動裝置主要有兩大類：一類是與通用主軸部件配套使用的主運動傳動裝置；另一類是與多軸箱(專用部件)相配的動力箱。 由于1NG系列主運動裝置具有通用化程度高,選配靈活,便于生產(chǎn)管理等優(yōu)點.因此本組合機床采用的是：1NG系列主運動傳動裝置。它的聯(lián)系尺寸符合JB3557-83標準。 1NG系列主運動傳動裝置主要有1Nga、1NGb、1NGc、1NGd等四種,特點與用途如下： a．1Nga型帶傳動裝置 它采用聚氨脂同步齒形帶傳動及交換帶輪方式變速，具有傳動平穩(wěn)、噪聲小、傳動準確及傳動效率高等優(yōu)點。適用于轉(zhuǎn)速要求高的場合，如與鏜銷頭配套,適宜對各種工件的半精鏜和精鏜。 b．1NGb型頂置式齒輪傳動裝置 它適用于中，低速加工場合，如臥式配置時的粗、精鏜孔。一般適用于臥式配置。 c．1NGc型尾置式齒輪傳動裝置 它適用于中、低速加工，不經(jīng)常變速的場合，一般配置成立式機床。 d．1NGd型手柄變速傳動裝置 它采用手柄操縱滑移齒輪變速，適用于經(jīng)常變速場合，一般組成臥式配置的給合機床，加工小批量生產(chǎn)，多品種零件，如粗、精鏜孔。 由于本組合銑床采用臥式配置形式，因此選用第二種類型—1NGb型頂置式齒輪傳動裝置。 1NGb型頂置式齒輪傳動裝置結(jié)構(gòu)大體為:通用主軸部件的主軸尾部伸入到傳動裝置的空心軸V內(nèi)，以花鍵連接。傳動裝置以軸V左端法蘭的外圓與主軸部件殼體尾端的內(nèi)止口配合定位，用四個螺釘緊固.旋轉(zhuǎn)運動由電動機軸1經(jīng)聯(lián)軸器，軸2、3、4、5及其上的齒輪傳動主軸。根據(jù)2、3軸間的齒輪傳動比的不同配置，1NGb型傳動裝置分為A(低速級)和B型(高速級)，每組又可通過3、4軸間齒輪的不同，得到8級轉(zhuǎn)速。潤滑泵由軸2通過一對齒輪傳動，對傳動裝置中的傳動件及軸承進行潤滑。 4.3 通用主軸部件選擇 主軸部件又稱單軸頭或工藝切削頭，其端部安裝刀，尾部連接傳動裝置就可進行切削，如進行銑削，鏜削，鉆削及攻螺紋等加工工序。每種主軸部件均采用剛性主軸結(jié)構(gòu)。在加工時，刀桿（或刀具）一般不需要導向裝置，加工精度主要由主軸部件本身以及滑臺（或工作臺）的精度來保證。 主軸部件與相應(yīng)規(guī)格的主運動傳動裝置（跨系列）配套使用。主軸部件配上傳動裝置安裝在動力滑臺上，可以組成立式或臥式組合機床。這類機床不設(shè)導向裝置，夾具結(jié)構(gòu)較簡單，機床配置靈活。 主軸部件種類較多，對于組合銑床來說，主要采用1TX系列銑削頭。1TX系列銑削頭與1XG系列銑削工作臺等進給動力部件配套，可組成各種類型的銑削組合機床。 由切削功率pc=15.9KW，由參考文獻[1]表5-13，選型號1TX50。 1TX50銑削頭主軸端部尺寸如下表： 表4-4 1TX50銑削頭主軸端部尺寸 型號 d(h5) d1 d2 d3 d4 D±0.3 b(h5) l1 l2 1TX50 φ221.44 φ107.95 M24 M30 M20 φ117.8 25.4 119 45 1TX50銑削頭主要性能及參數(shù)如下表： 表4-5 1TX50銑削頭主要性能及參數(shù) 型號 b1 L1 d L2 b2 d1 h 功率(kw) 1TX50 500 800 φ221.44 200 450 M16 250 15;18.5;22 由于所設(shè)計的組合銑床選用頂置式齒輪傳動,所以銑削頭聯(lián)系尺寸如下表： 表4-6 銑削頭聯(lián)系尺寸 型號 B B1 B2 L L1 L2 L3 L4 L5 H H1 H2 H3 1TX50 500 450 470 800 200 275 126 665 94 250 468 911 500 5 組合機床總體設(shè)計 組合機床總體設(shè)計,通常是根據(jù)與用戶簽訂的合同和技術(shù)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)文件設(shè)計。并且在選取定加工方法和機床總體布局結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上繪制組合機床“三圖一卡”。其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖，機床聯(lián)系尺寸圖和進行機床生產(chǎn)率的計算。 繪制給合機床三圖一卡，就是針對具體零件，在先定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進行總體方案圖樣文件設(shè)計.其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖﹑加工示意圖﹑機床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產(chǎn)效率計算卡等。 5.1 被加工零件工序圖 本次設(shè)計的組合機床主要對柴油機氣缸體兩端面的粗銑。在實踐中，在大多數(shù)情況下，工件的一個平面，在夾具中不是支承在三個點上，而是支承在四個或者更多一些的支承點上，有時放在兩條長的支承板上，這樣可以提高“機床-夾具-刀具-工件”系統(tǒng)的剛性，避免夾壓力和切削力超出支承點，引起工件的彈性變形，這種變形不僅影響加工精度，還會引起振動,嚴重時造成刀具的折斷。 A.由于本次的加工的工序是要加工好柴萬向節(jié)滑動叉底面的情況下進行的，因此被加工零件的頂,底面是較光滑的，因此采用萬向節(jié)滑動叉的下底面作為定位基準。 a.被加工零件圖是在用戶提供的產(chǎn)品圖樣的基礎(chǔ)上，選定的工藝方案，定本機床的加工內(nèi)容，加上必要的說明而繪制的，它是組合機床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造﹑使用﹑檢驗和調(diào)整機床的重要技術(shù)文件。它的要求如下： b.被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸及與本機床設(shè)計有關(guān)的部位的結(jié)構(gòu)開頭及尺寸。 c.加工用定位基準﹑夾壓部位及夾壓方向，以便依次進行夾具定位支承﹑夾緊﹑導向裝置的設(shè)計。 d.本道工序加工部位的尺寸﹑精度﹑表面粗糙度﹑形狀位置尺寸精度及技術(shù)要求，還包括本道工序?qū)η暗拦ば蛱岢龅囊蟆? e.要有必要的文字說明。 本組合機床以柴油機氣缸體為加工對象進行設(shè)計，對工序圖簡要說明及與本機床B.設(shè)計有關(guān)的技術(shù)指標如下： a.定位方法： b.零件材料：HT250； c.硬度：187—255HBS； d.方框內(nèi)尺寸及相應(yīng)粗糙度為本機床所保證，其余尺寸及相應(yīng)光潔度為前序保證； e.單邊加工余量：4mm。 本工件的被加工零件工序圖如下： 圖5-1 被加工零件工序圖 5.2 加工示意圖 零件的加工方案要通過加工示意圖反映出來，加工示意圖表示被加工零件在機床上的加工過程﹑工件﹑夾具﹑刀具等機床各部件間的相對位置關(guān)系。因此，加工示意圖是組合機床設(shè)計的主要圖樣之一。在總體設(shè)計中占據(jù)重要地位。其主要內(nèi)容為： a.反映機床的加工方法,切削用量及工作循環(huán)。 b.決定刀具類型﹑數(shù)量﹑結(jié)構(gòu)﹑尺寸。 c.決定主軸的結(jié)構(gòu)類型，規(guī)格尺寸及外伸長度。 d.選擇標準或設(shè)計專用的接桿，浮動卡頭，導向裝置，刀桿托架等。 e.標明主軸﹑接桿﹑夾具與工件之間的聯(lián)系尺寸,配合及精度。 加工示意圖的畫法如下： a.加工示意圖的繪制順序是：先按比例用細實線繪出工作加工部位和局部結(jié)構(gòu)的展開圖。加工表面用粗實線畫。為簡化設(shè)計，相同加工部位的加工示意圖只需表示其中之一，亦即同一多軸箱上結(jié)構(gòu)尺寸相同的主軸可只畫一根。 b.一般情況下，在加工示意圖上，主軸分布可不按真實距離繪制。 c.主軸應(yīng)從多軸箱端面畫起。刀具應(yīng)處于加工終了位置。標準的通用結(jié)構(gòu)只畫外輪廓，但需加注規(guī)格代號。 本組合機床加工示意圖如下： 圖5-2 機床加工示意圖 5.3 機床總聯(lián)系尺寸圖 機床總聯(lián)系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運動關(guān)系，可用以檢驗：機床各部件相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求；通用部件的選擇是否合適；并為進一步開展多軸箱，夾具等專用部件的設(shè)計提供依據(jù)?？偮?lián)系尺寸圖，它表示機床的配置型式及總體布局。 A.繪制總聯(lián)系尺寸圖的要求： a.以適當數(shù)量的視圖按同一比例畫出機床各主要組成部件的外形輪廓及相關(guān)位置，表明機床的配置型式及總體布局，主視圖應(yīng)與機床實際加工狀態(tài)一致。 b.圖上應(yīng)盡量減少不必要的線條及尺寸，但反映各部件的聯(lián)系尺寸，專用部件的主要輪廓尺寸，運動部件的極限位置及行程尺寸，必須完整齊全，至于各部件的詳細結(jié)構(gòu)不必畫出，留在具體設(shè)計部件時完成。 c.為便于開展部件設(shè)計,聯(lián)系尺寸圖上應(yīng)標注通用部件的規(guī)格代號，電動機型號，功率及轉(zhuǎn)速，并注明機床部件的分組情況及總行程。 確定機床的裝料高度H 裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離?？紤]剛度，結(jié)構(gòu)要功能和使用要求等因素，新頒國家標準裝料高度為1060mm，與國際標準ISO一致。實際設(shè)計時常在850~1060之間選取。 由于銑削工作臺高度為700mm，夾具體高度為220mm，支承板高度為47.5mm，則裝料高度為 H=700mm+220mm+47.5mm=967.5mm。 確定側(cè)床身 側(cè)床身為XS10B型號，其高度H=950mm，寬度B=470mm，長度L=930mm。 圖5-3 機床總聯(lián)系尺寸圖 5.4 機床生產(chǎn)率計算卡 根據(jù)加工示意圖所確定的工作循環(huán)及切削用量等，就可以計算出機床生產(chǎn)率度編制生產(chǎn)率計算卡。組合機床生產(chǎn)率計算卡是按一定格式要求編制的，反映零件在機床上的加工過程，工作時間,機床生產(chǎn)率，機床負荷率的簡明表格。它是用戶驗收機床生產(chǎn)效率的重要依據(jù)。 a.理想生產(chǎn)率Q 理想生產(chǎn)率Q（單件為件/h）是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)A（包括備品及廢品率）所要求的機床生產(chǎn)率。它與全年工時總數(shù)tk有關(guān)，一般情況下，單班制取2350h,兩班制取4600h,則 Q= （5-1） 有已知條件知，A=65000件，tk=4600h 則 由式（5-1）得 Q==14.13（件） b.實際生產(chǎn)率Q1 實際生產(chǎn)率（單位為件/h）是指所設(shè)計機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。則 Q1 = （5-2） 式中，T單—生產(chǎn)一個零件所需時間（min），可按下式計算： T單=t切+t輔=(++t停)+（+ t移+t裝卸） （5-3） 式中 L1﹑L2—分別為刀具第Ⅰ﹑第Ⅱ工作進給長度，單位為mm； vf1﹑vf2—分別為刀具第Ⅰ﹑第Ⅱ工作進給量，單位為mm/min； t停—當加工沉孔﹑止口﹑锪窩﹑倒角﹑光整表面時，滑臺在死擋鐵上的停留時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)5~10轉(zhuǎn)所需的時間，單位為min； L快進﹑L快退—分別為動力部件快進，快退行程長度，單位為mm； vfk—動力部件快行程速度。用機械動力部件時取5~6m/min；用液壓動力部件時取3~10m/min； t移—直線移動或回轉(zhuǎn)工作臺進行一次工位轉(zhuǎn)換時間，一般取0。1min； t裝卸—工件裝﹑卸（包括定位或撤消定位﹑夾緊或松開﹑清理基面或切屑及吊運工件等）時間。它取決于裝卸自動化程度﹑工件重量大小﹑裝卸是否方便及工人的熟練程度。通常取0.5~1.5min。 由已知條件知， L1=320mm+250mm=570mm； vf1=320mm/min； t停=0； L快進=300mm； t移=0.1min； L快退=320mm+822mm=1122mm； vfk=9.2m/min=9200mm/min； t移=0.1min； t裝卸=1.5min。 所以，由式（5-3）得， T單=++0.1+1.5=3.53（min） 則，由式（5-2）得， Q1===17（件/h） 由于Q1>Q，即機床實際生產(chǎn)率滿足理想生產(chǎn)率，則所選擇的切削用量符合機床設(shè)計。 c.機床負荷率?負 I當Q1>Q，機床負荷率為二者之比。即 ?負===0.83 6 組合機床主軸箱設(shè)計 6.1主軸箱設(shè)計的原始依據(jù) 主軸箱設(shè)計的原始依據(jù)圖,是根據(jù)三圖一卡整理編繪出來的,其內(nèi)容包括主軸箱設(shè)計的原始要求和已知條件 在編輯此圖時從三圖一卡中一已之 1） 主軸箱輪廓尺寸500500mm。 2） 工件位置尺寸及連桿大小頭中心位置尺寸。 3） 工件與主軸箱位置尺寸。 根據(jù)這些數(shù)據(jù)可編制出主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖。 6.2 運動參數(shù)和動力參數(shù)的確定 6.2.1 傳動系統(tǒng)傳動比分配 本機床主軸箱采用三級傳動： 傳動比為3.765 根據(jù)所提供數(shù)據(jù)估算各對齒輪齒輪數(shù)及傳動比： 第一對：=22 =32 其傳動比 ： i=1.45 第二對： =26 =38 其傳動比 ： i=1.46 第三對： =32 =57 其傳動比 ： i=1.78 按任務(wù)書的要求，本機床要同時粗銑兩端面。因被加工零件兩端面所要達到的各級參數(shù)都完全相同，故設(shè)計成相互對稱的傳動系統(tǒng)。 6.2.2 計算傳動裝置的運動和設(shè)計參數(shù) （1） 推算出各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 1． 各軸的轉(zhuǎn)速： 2． 各軸輸入功率分別為齒輪傳動效率 3． 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 6.2.3齒輪模數(shù)的估算及其叫校核 （1） 估算 齒輪彎曲疲勞的估算 齒面點蝕的估算 其中為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速，A為齒輪的中心距，由中心距A 及齒數(shù)Z1、Z2求其摸數(shù) 根據(jù)估算所得和中較大的值選取相近的標準摸數(shù)對于第一對齒輪： 第二對齒輪： mm =2.76mm 取摸數(shù)m為3 第二對齒輪： =2.4mm mm 取摸數(shù)m為3 第三對齒輪： 取摸數(shù)m 為3 （2） 齒輪模數(shù)計算及強度校核 1． 選定齒輪類型、精度、材料及齒數(shù) 1） 按照所示的傳動方案選用直齒圓拄齒輪傳動 2） 組合機床為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度 3） 材料選擇：選用小齒輪材料40，硬度為280HBS，大齒輪材料為45號鋼硬度為240HBS，二者材料硬度為40HBS 4） 選小齒輪齒數(shù)Z1=22 大齒輪齒數(shù)Z2=32 2． 按齒面接觸強度設(shè)計 由設(shè)計計算公式機械設(shè)計第七版進行試算，所涉及的公式到《機械設(shè)計》的第七版得。 1 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1） 試選擇載荷系數(shù) 2 ） 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 3 ） 由表中可得選取齒寬系數(shù)為1 4） 由表中可查材料彈性系數(shù) 5） 由圖可知 按齒輪面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限大齒輪的接觸疲勞強度極限 6 ）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7 ）由圖可知 查得接觸疲勞壽命系數(shù) 8） 計算接觸疲勞強度許用應(yīng)力 取失效概率為1% 安全系數(shù)S=1 則有： [ [ （3） 計算 （1） 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值： 由于大于等于58.286毫米，故取為66毫米。 （2） 計算摸數(shù) （4） 按齒輪彎曲強度設(shè)計 由公式得彎曲強度的設(shè)計公式為： 1． 由圖則有小齒輪的彎曲強度疲勞強度極限，大齒輪的彎曲疲勞強度極限 2． 由表上則有彎曲的疲勞強度壽命系數(shù) 3． 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由書中的公式有： 4． 計算載荷系數(shù)K K=1X1.12X1.2X1.35=1.814 5． 查取齒形系數(shù) 6． 查取應(yīng)力系數(shù) 7． 計算大，小齒輪的并加以比較： 大齒輪的計算值大。 （2） 設(shè)計計算 對比計算結(jié)果，取，則有： 這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。 此時關(guān)于幾何計算 1 計算分度圓的直徑： 2 計算中心距： 3 計算齒輪寬度：通過查閱《組合機床手冊》得 （3） 第二對齒輪的計算，經(jīng)校核有： （4）第三對齒輪的計算，經(jīng)校核有： 6.2.4 軸各參數(shù)估算及強度校核 一、傳動軸的估算 （1）估算軸的最小直徑，按扭轉(zhuǎn)強度條件計算，先按照下列初步估算的最小直徑，選取軸的材料45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。 式中： —扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位兆帕 T —軸所受的扭矩 —軸的抗扭截面系數(shù) n —軸的轉(zhuǎn)速 p—軸的傳遞的功率 d —計算截面處軸的直徑 —許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 由以上公式可得軸的直徑； 取 取 ..取 取 二 主軸的強度校核 對傳遞動力軸滿足強度條件是最基本的要求。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計初步確定出軸的尺寸后，根據(jù)受載情況進行軸的強度校核計算。 首先作出軸的計算圖。如果軸上零件的位置已知，即已知外載荷及支反力的作用位置。將齒輪帶輪等級裝配寬度的分布簡化為集中力，并視為作用在輪轂寬度的中點上；略去軸和軸上的自重；略去軸上產(chǎn)生的拉壓應(yīng)力；把軸看成鉸鏈支承，支反力作用在軸承上，其作用點的位置可用如下圖所示確定。則將雙支點軸當作受集中力的簡支梁進行計算，然后繪制彎矩圖和扭矩圖，并進行軸的強度校核。 1、 求出輸出軸的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。 設(shè)，分別為齒輪傳動軸承的傳動效率 =0.97， =0.98 則 ==5.5=4.54 KW 又 =/==255 r/m 于是 =9550000=172580 nmm 2、 求作用在齒輪上的力 因已知低速大齒輪的分度圓直徑 ==357=171mm 而：===2018.5 N ==2018.5 =734.7 N 式中： ——主軸上大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為Nmm ——主軸上大齒輪的節(jié)圓直徑，對標準齒輪即為分度圓直徑。單位為mm ——嚙合角。對標準齒輪= 3、 求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（見主軸箱圖）作出計算簡圖。在確定軸承的支點位置時，應(yīng)從手冊中查得a值。對于7216E型圓錐滾子軸承，由手冊中查得a=22。對于7220E型圓錐滾子軸承，由手冊中查得a=29mm。因此，作為簡支梁的軸的軸承跨距+=119.5mm+93.45mm=212.94mm。 圖3-1 主軸箱圖 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算截面C處的、及M的值 ①確定支座處的約束力（水平H） 由=0和=0可求得： += ① -(+)=0 ② 其中=119.5mm =93.45 mm =2018.5 N 因此： =885.8 N =1132.7 N 又由=885.8 N，=119.5mm可求得： ==885.8119.5=105853.1 Nmm ②確定支座處垂直約束力 由=0和=0可求得 += ① -(+)=0 ② 其中=119.5mm =93.45mm =734.7 N 因此 =322.4 N =412.3 N 由上式可求得：==322.4119.5=38526.5 Nmm =172580 Nmm 由①②可求得M===112646.3 Nmm 4、 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面） 強度。 由式== 式中：——軸的計算應(yīng)力。單位為Mpa M——軸所受的彎矩。單位為Nmm T——軸所受的扭矩。單位為Nmm W——軸的抗彎截面系數(shù)。單位為 對于圓環(huán)形截面，W= 0.1 其中 ===0.31 查表得=0.6 因此：== = Mpa =1.16 Mpa 前已選定軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表查得 =60 Mpa 因此〈 ，故安全滿足要求。 三、軸Ⅲ的強度校核 1、 求軸Ⅲ上的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 設(shè)，分別為齒輪傳動，軸承傳動的效率 =0.97 ，=0.98 ==5.39=4.87 kw 又 ===454 r/min 于是：=9550000=101990 N mm 2、 求作用在齒輪上的力 因已