變速箱體組合機床及加工底面4個孔夾具設計【4-φ13孔】,4-φ13孔,變速,箱體,組合,機床,加工,底面,夾具,設計,13 XX大學 畢業(yè)設計(論文) 變速箱體組合機床及加工底面4個孔夾具設計 所在學院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指導老師 年 月 日 摘 要 本課題設計了變速箱箱體鉆孔工位移動工作臺臥式組合機床多軸箱。在設計中，根據被加工的零件圖計算確定了箱體的尺寸大小，通過鉆孔工序切削用量的確定，再計算出鉆孔工序的切削參數，進而計算動力參數，由動力參數選擇了動力箱。然后制定傳動方案。根據傳動方案及設計需求選定所用的軸、軸承、齒輪、油泵和其它與之配套的零件，并計算出主軸和傳動軸的坐標。最后對本設計選用的軸、軸承、齒輪進行了校核。通過本設計實現(xiàn)鉆孔在同一機床上加工，同時使用多把刀具并在幾個方面對工件進行加工，達到較高的工序集中程度，從而獲得較高的生產率。 多軸箱是組合機床的核心部件。它是選用通用零件，按專用要求進行設計的，在組合機床設計的過程中，是工作量較大的部件之一。它是根據工序圖和加工示意圖所確定的工件加工孔的數量和位置，切削用量和主軸類型設計的傳遞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，絞等加工工序。本設計可實現(xiàn)了多孔的一次加工完成，提高了工作效率。 關鍵詞：組合機床；多軸箱；鉆孔；齒輪；軸 Abstract This subject has certain parts design of drilling horizontal combination machine tools moving workbench workstation Multi-axle Box. In the design, according to the calculated by processing components determines the size of the box, through the drilling process of cutting parameter determination, then calculates the cutting parameters of drilling process, and then calculating dynamic parameters of the dynamic parameter selection, power box. Then driving scheme. According to the transmission scheme and design requirements of shaft, selected bearings, gears, pumps and other ancillary components, and calculate transmission shaft and the coordinates. Through the design on the same machine processing drilling tools, use more in aspects of the work piece machining, achieve high concentration process, so as to achieve higher productivity. Multi-axle box is a combination of the core components of machine tools. It is the choice of generic parts, according to specific design requirements, in combination of machine tool design process, is the workload of one of the larger components. It is based on processes and process schematic diagram of the work piece determined by the number and location of holes, cutting consumption and spindle type of design momentum of our campaign to pass the spindle parts. Its power comes from a common power boxes and power boxes are installed on the feed slide units, to be completed by drilling, twisting and other manufacturing processes. This design can be achieved through a porous enough for processing and increase working efficiency. Key words ：Modular machine tool；Multi-axle Box；Drilling；Gear；Axis 目 錄 摘 要 II Abstract 1 1 緒論 4 1前 言 4 1.1 本課題研究現(xiàn)狀、研究目的 4 1.2 國內外狀況 5 1.2 本課題主要研究內容及意義 7 1.3 主要技術指標 7 2.1 組合機床的組成 8 2.2 組合機床的特點 9 2.3 組合機床的工藝范圍 9 2.4 組合機床的配置形式及多工位組合機床 9 2 組合機床的總體設計 11 2.1 組合機床方案的制定 11 2.1.1制定工藝方案 11 2.1.2確定組合機床的配置形式和結構方案 12 2.2 確定切削用量及選擇刀具 13 2.2.1確定工序間余量 13 2.2.2選擇切削用量 13 2.2.3確定切削力、切削扭矩、切削功率 14 2.2.4選擇刀具結構 15 2.3 鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制 15 2.3.1 被加工零件工序圖 15 2.3.2 加工示意圖 16 2.3.3機床聯(lián)系尺寸圖 20 2.3.4生產率計算卡 23 3 多軸箱的設計 25 3.1 繪制多軸箱設計原始依據圖 25 3.2齒輪模數選擇 26 3.3多軸箱的傳動設計 26 3.4繪制傳動系統(tǒng)圖 28 4 傳動元件的校核 30 4.1 驗算傳動軸的直徑 30 4.2 傳動軸的校核及其配件校核 31 4.2.1 軸的彎扭強度校核 31 4.2.2 軸承的校核： 35 4.2.3 齒輪的校核 37 5 夾具設計 41 5.1 研究原始質料 41 5.2 定位、夾緊方案的選擇 41 5.3切削力及夾緊力的計算 41 5.4 誤差分析與計算 47 5.5 夾具設計及操作的簡要說明 49 結 論 50 致謝 51 參考文獻 52 1 緒論 1前 言 1.1 本課題研究現(xiàn)狀、研究目的 組合機床是以大量的通用機床為基礎，配以少量的專用部件所組成的高效專用機床，主軸箱是組合機床主要的傳動部件之一。 我國加入WTO以后 ,制造業(yè)所面臨的機遇與挑戰(zhàn)并存。組合機床行業(yè)企業(yè)適時調整戰(zhàn)略 ,采取了積極的應對策略 ,出現(xiàn)了產、銷兩旺的良好勢頭 ,截至2 0 0 9年 9月份 ,組合機床行業(yè)企業(yè)僅組合機床產品一項 ,據不完全統(tǒng)計產量已達 180 0余臺 ,產值達 10個億以上。 近幾年來，由于國家加大基礎設施的投入，工程機械需求呈現(xiàn)了強勁的增長勢頭，部分生產廠家呈現(xiàn)出一年翻一番的發(fā)展形勢，雖然國家因出現(xiàn)局部經濟過熱而采取對鋼材、建材、電解鋁等行業(yè)進行調控，但許多重點工程都陸續(xù)開工上馬，工程機械雖不會出現(xiàn)去年過熱現(xiàn)象，但今后幾年仍然會維持較大程度的增長態(tài)勢。國內工程機械同進口產品相比，其特點是價位低、產品穩(wěn)定性、可靠性差、零件加工手段落后。隨著國家對世貿承諾的逐步實現(xiàn)，價格的競爭優(yōu)勢也逐漸減少以裝載機為例：目前大多數的主機生產廠及部件配套廠家對變速箱箱體、變矩器殼體前車架、后車架、動臂、驅動橋等關鍵零件，大多采用通用設備加工，這種加工方式的缺點有：生產能力難以擴大，產品質量不穩(wěn)定，在制品積壓嚴重，經濟效益不夠顯著。值得慶幸的是國內比較大的裝載機生產廠家都已逐步認識到這一問題。 組合機床是根據工件加工需要以獨立的系列化、標準話設計的通用部件為基礎，配以部分專用部件組成的專用機床。它適用于大批和大量生產企業(yè)，多用于加工量大的大中型箱體和箱體類工件，完成鉆孔、擴孔、鉸孔、加工各種螺紋、鏜孔、車斷面和凸臺、在空內鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成型面等。組合機床是用總的電氣控制系統(tǒng)將各個部件的工作連成一個統(tǒng)一的循環(huán)。各個部件都設計成獨立存在的，可以按合理的規(guī)格尺寸系列，實現(xiàn)高度系列化、標準化和通用化。組合機床是按自動循環(huán)工作的。通常工件在加工中是不變的，由刀具作主運動和進給運動，則可以保證最大的工藝可能性。這種機床可以同時使用多把刀具，并可以在幾個方面對工件進行加工，達到較高的工序集中程度，從而獲得較高的生產率。 實現(xiàn)加工對象的連續(xù)自動生產，實現(xiàn)優(yōu)化有效的自動生產過程，加快生產投入物的加工變換和流動速度。機械自動化技術的應用與發(fā)展，是機械制造業(yè)技術改造、技術進步的主要手段和技術發(fā)展的主要方向。機械自動化的技術水準，不僅影響整個機械制造業(yè)的發(fā)展，而且對國民經濟各部門的技術進步有很大的直接影響。因此，發(fā)展我國的機械制造業(yè)自動化技術，符合我國社會主義的基本原則，符合我國現(xiàn)代生產的發(fā)展規(guī)律。 組合機床正是考慮到加工的自動化程度和生產效率的提高，采用多軸箱實現(xiàn)多軸同時加工，可以一次性裝夾零件，采用多工位方法實現(xiàn)零件的一些工序加工。減少生產時間，實現(xiàn)高效高質量生產，可以將幾個機床的功能融為一體，實現(xiàn)對零件的加工，大大降低了生產成本和勞動工作量。 多軸箱是組合機床的重要專用部件。它是根據加工示意圖所確定的工件加工孔的數量和位置、切削用量和主軸類型設計的傳遞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 多軸箱的設計主要依據被加工零件上被加工孔的相對位置及被加工零件的材質對傳動件和箱體進行設計。 1.2 國內外狀況 組合機床是根據工件加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。多軸箱是組合機床的重要專用部件，一般具有多根主軸同時對一系列孔系進行加工。它根據加工示意圖所確定的工件加工孔的數量和位置、切削用量和主軸類型設計的傳遞各主軸運動的動力部件。其動力來自通用的多軸箱，與動力箱一起安裝與進給滑臺，可完成鉆、擴、絞、鏜孔等加工工序。 多年來機械產品加工采用萬能機床。但隨著生產的發(fā)展，很多企業(yè)的產品產量越來越大，精度越來越高，如拖拉機，汽車行業(yè)的汽缸體、汽缸蓋、變速箱、后橋等零件，采用萬能機床加工就不能很好的滿足要求。因為在某一臺機床上加工一種工件，使萬能機床的很多部分和機構變得作用不大，工人整天忙于裝夾工件、起動機床、進刀退刀、停車及卸工件等，不僅工人勞動強度很大，而且生產效率也不高，不利于保證產品加工精度。為了解決這個問題，就創(chuàng)造出了專用機床，專用機床是專門用于加工一種工件或一種工件的一定工序的機床，它可以同時用許多刀具進行切削，機床的輔助動作部分地實現(xiàn)了自動化，結構也比萬能機床簡單，生產效率提高了。但專用機床有一個最大的弱點：就是被加工零件稍有一點變動，它就用不上了，需要另造新的機床，不能適應現(xiàn)代機械工業(yè)技術迅速發(fā)展、產品經常革新的需要，而且這種機床設計制造周期長，造價高。 廣大工人和技術人員在總結生產實踐經驗的基礎上，提出創(chuàng)造這樣的高效率機床：它既有專用機床效率高、結構簡單的特點，又有萬能機床能夠重新調整，以適應新工件加工的特點。為此，將機床上帶動刀具對工件產生切削運動的部分以及床身、立柱、工作臺等設計制造成通用的獨立部件，稱為“通用部件”，根據加工的需要，用這些通用部件配以部分專用部件就可組成機床，這就是組合機床。當工件改變了，還是用這些通用部件，只將部分專用部件改裝，又可以組成加工新工件的機床。 由于組合機床是由70%～90%的通用零，部件組成，在需要的時候，他可以部分或全部的進行改裝，以組成適應新的加工要求的新設。這就是說，組合機床有重新改裝的優(yōu)越性，其通用零，部件可以多次重復利用。 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。 世界科技的發(fā)展日新月異，速度令人目不暇接。隨著我國加入WTO后與世界機床行業(yè)進一步接軌，我國的制造業(yè)所面臨的機遇與挑戰(zhàn)并存。在這種充滿競爭與機遇的大環(huán)境下，組合機床行業(yè)企業(yè)適時自我調整戰(zhàn)略，采取了積極的應對策略。組合機床行業(yè)企業(yè)產品開始向數控化、柔性化轉變。從近兩年的企業(yè)生產情況看，數控機床與加工中心的市場需求量在上升，而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑組合機床則有下降趨勢。 我國組合機床及組合機床自動線總體技術水平比發(fā)達國家要相對落后，國內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致投資規(guī)模的擴大,并使產品生產成本提高。因此,市場要求我們不斷開發(fā)新技術、新工藝,研制新產品,由過去的“剛性”機床結構,向“柔性”化方向發(fā)展,滿足用戶需求,真正成為剛柔兼?zhèn)涞淖詣踊b備。但隨著市場競爭的加劇和對產品需求的提高,高精度、高生產率、柔性化、多品種、短周期、數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的成套性為主攻方向。一方面，加強數控技術的應用，提高組合機床產品數控化率；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 ,適應可調可變、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備中，超高速和超高精度加工技術裝備與復合、多功能、多軸化控制設備等深受歡迎。據專家分析，機床裝備的高速和超高速加工技術的關鍵是提高機床的主軸轉速和進給速度。該屆博覽會上展出的加工中心 ,主軸轉速 10000～20000r/min ,最高進給速度可達0～60m/min；復合、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、數量減少的同時,加工的形狀卻日益復雜。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。然而更關鍵的是現(xiàn)代通信技術在機床裝備中的應用,信息通信技術的引進使得現(xiàn)代機床的自動化程度進一步提高,操作者可以通過網絡或手機對機床的程序進行遠程修改,對運轉狀況進行監(jiān)控并積累有關數據；通過網絡對遠程的設備進行維修和檢查、提供售后服務等。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裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調可變、任意加工性以及通信技術的應用將是今后的發(fā)展方向。 1.2 本課題主要研究內容及意義 在本文中主要介紹了組合機床的總體設計步驟，重點論述了組合機床多軸箱的設計步驟和設計的具體過程。在多軸箱設計過程中，還是采用以人工設計為主，其中包括多軸箱設計的原始依據圖的繪制、傳動路線的設計確定、主軸和傳動軸坐標的計算及坐標檢查圖、裝配圖和展開圖還有部分零件圖的具體繪制。 本課題主要對多軸箱進行設計，滿足所給零件的鉆擴加工。首先要從所加工的零件入手，確定各軸的分布，設計出總體傳動方案，然后對多軸箱的整體布局和輪廓尺寸進行計算，再對各軸和齒輪尺寸進行計算和應力計算。最后對所設計的多軸箱進行經濟性分析并寫出結論。 擬解決的主要問題有： 1） 多軸箱設計原始依據。 2） 多軸箱傳動方案設計分析 3） 確定切削用量、計算切削力、選擇動力箱型號 4） 軸和齒輪強度的校核 5） 裝配圖，展開圖以及主要零件圖、變位齒輪圖的繪制 1.3 主要技術指標 1）鉆盲孔，被加工零件孔的直徑及相對坐標尺寸（見零件示意圖） 2）被加工零件的材料為HT200 4）工件對稱中心線與工作臺中心線重合（鉆孔工位） 5）熟悉組合機床的基本形式形式 6）確定切削用量、計算切削力、選擇動力箱型號 7）設計多軸箱裝配圖及主要零件圖、變位齒輪圖 2.1 組合機床的組成 組合機床是根據工件加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。 以典型的雙面復合式單工位組合機床為例，其組成是：側底座、滑臺、鏜削頭、夾具、多軸箱、動力箱、立柱、墊鐵、立柱底座、中間底座、液壓裝置、電氣控制設備、刀工具等。通過控制系統(tǒng)，在兩次裝缷工件間隔時間內完成一個自動工作循環(huán)。組合機床的各個部件都是具有一定獨立功能的部件，并且大都已經系列化、標準化和通用化的通用部件。通常夾具、中間底座和多軸箱是根據工件的尺寸形狀和工藝要求設計的專用部件，但其中的絕大多數零件如定位夾壓元件、傳動件等也都是標準件和通用件。 通用部件是組合機床的基礎。用來實現(xiàn)機床切削和進給運動的通用部件，如單軸工藝切削頭（即鏜削頭、鉆削頭、銑削頭等）、傳動裝置（驅動切削頭）、動力箱（驅動多軸箱）、進給滑臺（機械或液壓滑臺）等為動力部件。用以安裝動力部件和通用部件如側底座、立柱、立柱底座等支撐部件。 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。 動力部件是用于傳遞動力，實現(xiàn)工作運動的通用部件。它為刀具提供主運動和進給運動，使組合機床及其自動線的主要通用部件。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。它是組合機床的基礎部件，機床上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。主要有分度回轉工作臺、環(huán)行分度回轉工作臺、分度鼓輪和往復移動工作臺等，通常具有較高的定位精度。 控制部件用來控制具有運動動作的各個部件，以保證實現(xiàn)組合機床工作循環(huán)。它包括可編程序控制器、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。 輔助部件包括定位、夾緊、潤滑、冷卻、排屑以及自動線的清洗機等各種輔助裝置。 2.2 組合機床的特點 1.主要用于棱體類零件和雜件的孔面加工。 2.生產率高。因為工序集中，可多面，多工位，多軸，多刀同時自動加工。 3.加工精度穩(wěn)定。因為工序固定，可選用成熟的通用部件，精密夾具和自動工作循環(huán)來保證加工精度的一致性。 4.研制周期短，便于設計、制造和使用維護，成本低。因為通用化，系列 化、標準化程度高，通用零件占70%—90%，通用件可組織批量生產進行預制或外購。 5.自動化程度高，勞動強度低。 6.配置靈活。因為結構模塊化，組合化?？砂垂ぜ蚬ば蛞螅么罅客? 用部件和少量專用部件靈活組成各種類型的組合機床及自動線；機床易于改裝；產品或工藝變化時，通用部件一般還可以重復利用。 2.3 組合機床的工藝范圍 目前，組合機床主要用于平面加工和孔加工兩類工序。平面加工包括銑平面，刮平面，車端面；孔加工包括鉆.，擴，鉸，鏜孔以及倒角，切槽，攻螺紋，滾壓孔等。隨著綜合自動化 的發(fā)展，其工藝范圍正擴大到車外圓，行星銑削，拉削，推削，磨削等工序。此外，還可以完成焊接，熱處理，自動裝配和檢測，清洗和零件分類幾打印等非切削工作。 組合機床在汽車，拖拉機，柴油機，電機，儀器儀表及軍工及縫紉機，自行車等輕工業(yè)大批大量生產中已得到廣泛應用；一些中小批量生產的企業(yè)，如機床，機車，工程機械等制造業(yè)中也已推廣應用。組合機床最適宜于加工各種大中型箱體類零件，如汽缸蓋，汽缸體，變速箱體，電機座及儀表殼等零件；也可用來完成軸套類，輪盤類，叉架類和蓋板類零件的部分或全部工序的加工。 2.4 組合機床的配置形式及多工位組合機床 組合機床的通用部件分大型和小型兩大類。用大型通用部件組成的機床稱為大型組合機床。用小型通用部件組成的機床稱為小型組合機床。大型組合機床和小型組合機床在結構上有較大的差別。 多工位組合機床按刀具對工件的加工順序可以分為：平行順序加工和平行加工與順序加工相結合。按配置形式分：回轉輸送方式（分度回轉工作臺、鼓輪式、中央立柱式或環(huán)形回轉工作臺）和直線輸送方式（移動工作臺） 在多工位組合機床回轉輸送方式中，分度回轉工作臺主要通過工作臺的回轉分度，將裝在工作臺上的工件順次送往各工位進行加工。動力部件可以立式、臥式或傾斜式安裝。工作臺臺面直徑一般在1600mm以下，工位數2~12。這種工作臺主要適用范圍：各種中、小工件復雜形狀的孔、精密孔及面。通常只從一個方向進行加工。除雙工位回轉工作臺式機床外，通常設有單獨的上下料工位，生產效率較高。每個工位分別采用獨立的動力部件形式，適用于大型工件的加工，也可用于幾個方向的同時加工。 鼓輪式工件裝夾在鼓輪的棱面或端面上，通過鼓輪的分度回轉，將工件順次送往各個工位進行加工，通用部件通常都是臥式安裝。鼓輪外徑通常在1000mm以內，工位數3~8。這種工作臺的適用范圍：各種中小件復雜形狀孔、精密孔及面，甚至大型工件。特別適用于有相互垂直要求的復雜工件。一般設有單獨的上下料工位。 中央立柱式或環(huán)形回轉工作臺的機床帶有環(huán)形分度回轉工作臺，通過工作臺的回轉分度將工件順次送往各工位進行加工?？稍谥醒胫喜贾昧⑹絼恿Σ考?，可在工作臺周圍布置臥式或傾斜式動力部件，不用中央立柱時也可以在中央布置臥式動力部件。環(huán)形工作臺外徑通常在3000mm以內，工位數4~10.這種工作臺的適用范圍：各種中小型復雜形狀孔、精密孔及面，甚至大型工件。特別適用于有相互垂直要求的孔和面的復雜工件。一般設有單獨的上下料工位。 2 組合機床的總體設計 2.1 組合機床方案的制定 2.1.1制定工藝方案 零件加工工藝將決定組合機床的加工質量、生產率、總體布局和夾具結構等。所以，在制定工藝方案時，必須計算分析被加工零件圖，并深入現(xiàn)場了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛度，加工部位的結構特點加工精度，表面粗糙度，以及定位，夾緊方法，工藝過程，所采用的刀具及切削用量，生產率要求，現(xiàn)場所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國內外有關技術資料，制定出合理的工藝方案。 根據被加工零件（汽車變速箱）的零件圖（圖2.1），加工7個孔的工藝過程： (1) 加工孔的要技術要求。 4個直徑均為Φ13mm。 工件材料為HT200，HB170-241HBS 要求生產綱領為（考慮廢品及備品率）年產量6萬件， 假設2班制生產，每班6小時，每年工作300天。 (2) 工藝分析 加工該孔時，孔的位置度公差為0.05mm。 根據組合機床的工藝方法及能達到的精度，可采用如下的加工方案： 一次性加工通孔，孔徑為Φ13mm。 (3) 定位基準及夾緊點的選擇 加工此零件上的孔，以上表面限制三個自由度和右端面限制三個自由度，位于中間的孔通過螺桿起到了很好的夾緊作用。 在保證加工精度的情況下，提高生產效率減輕工人勞動量，由于工件是大批量生產，因此在設計時就認為是液壓夾緊。 2.1.2確定組合機床的配置形式和結構方案 (1)被加工零件的加工精度 被加工零件需要在組合機床上完成的加工工序及應保證的加工精度，是制造機床方案的要依據。汽車變速箱鉆孔的精度要求較高，可采用鉆孔組合機床。為了加工出表面粗糙度為Ra1.6um的孔，采取提高機床原始制造精度和工件定位基準精度并減少夾壓變形等措施就可以了。為此，機床通常采用尾置式齒輪動力裝置，進給采用液壓系統(tǒng)，被加工零件圖如圖2.1所示 圖2.1 汽車變速箱 (2) 被加工零件的特點 這要指零件的材料、硬度加工部位的結構形狀，工件剛度定位基準面的特點，它們對機床工藝方案制度有著重要的影響。此汽車變速箱的材料是HT200、硬度HB170～241、孔的直徑為Φ13mm。采用多孔同步加工，零件的剛度足夠，工件受力不大，振動，及發(fā)熱變形對工件影響可以不計。 一般來說，孔中心線與定位基準面平行且需由一面或幾面加工的箱體宜用臥式機床，立式機床適宜加工定位基準面是水平的且被加工孔與基準面垂直的工件，而不適宜加工安裝不方便或高度較大的細長工件。對大型箱體件采用單工位機床加工較適宜，而中小型零件則多采用多工位機床加工。 此零件的加工特點是中心線與定位基準平面是垂直的，并且定位基準面是水平的，工件較小，其孔分布較密集，多軸箱體積較大，一次鉆孔，選擇鉆床。 (3) 零件的生產批量 零件的生產批量是決定采用單工位、多工位、自動線或按中小批量生產特點設計組合機床的重要因素。按設計要求生產綱領為年生產量為5萬件，從工件外形及輪廓尺寸，為了減少加工時間，采用多軸頭，為了減少機床臺數，此工序盡量在一臺機床上完成，以提高利用率。 (4) 機床使用條件 根據使用組合機床對車間布置情況、工序間的聯(lián)系、技術能力和自然條件等的要求來選擇適合的組合機床。 綜合以上所述：通過對汽車變速箱零件的結構特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術要求、定位、夾緊方式、工藝方法，并定出影響機床的總體布局和技術性能等方面的考慮，最終決定設計臥式鉆床。 2.2 確定切削用量及選擇刀具 2.2.1確定工序間余量 為使加工過程順利進行并穩(wěn)定的保證加工精度，必須合理地確定工序余量。生產中常用查表給出的組合機床對孔加工的工序余量，以消除轉、定位誤差的影響。Φ13mm的孔在鉆孔時，直徑上工序間余量均為0.2mm。 2.2.2選擇切削用量 確定了在組合機床上完成的工藝內容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設計的組合機床為多軸同步加工在大多數情況下，所選切削用量，根據經驗比一般通用機床單刀加工低30%左右．多軸軸箱上所有刀具共用一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺，工作時，要求所有刀具的每分鐘進給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進給量（mm/min）應是適合有刀具的平均值。因此，同一軸箱上的刀具軸可設計成同轉速和同的每轉 進給量（mm/r）與其適應。以滿足直徑的加需要，即： …………………………………2.1 式中： … ——各軸轉速（r/min） ——各軸進給量（mm/r） ——動力滑臺每分鐘進給量（mm/min） 由于汽車變速箱鉆孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術要求等，按照經濟地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：孔鉆頭直徑D=13mm，進給量f=0.2mm/r、切削速度v=17m/min 2.2.3確定切削力、切削扭矩、切削功率 根據選定的切削用量（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）；確定切削扭矩，用以確定軸及其它傳動件（齒輪，傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇傳動電動（一般指動力箱）功率，通過查表計算如下： 切削力： =26…………………………2.2 =26×13×× =4372N 切削扭矩： =10………………………2.3 =10××× =30463.4N·mm 切削功率： =……………………………2.4 =30463.4×17/(9740×3.14×13) =0.717kw 式中： HB——布氏硬度 F——切削力（N） D——鉆頭直徑（mm） f——每轉進給量（mm/r） T——切削扭矩(N·mm) V——切削速度（m/min） P——切削功率(kw) 2.2.4選擇刀具結構 汽車變速箱的布氏硬度在HB170-241，孔徑D為13mm刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W17Cr4V），為了使工作可靠、結構簡單、刃磨簡單，選擇標準Φ13mm的麻花鉆。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的距離，以便排出切屑和刀具磨損后有一定的向前的調整量。 2.3 鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制 總體設計方案的圖紙表達形式——“三圖一卡”設計，其內容包括： 繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖、編制生產率卡。 2.3.1 被加工零件工序圖 1、被加工零件工序圖的作用及內容 被加工零件工序圖是根據選定的工藝方案，表示一臺組合機床完成的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求，加工用的定位基準、夾具部位及被加工零件的材料、硬度等狀況的圖紙。它是在原零件圖基礎上，突出本機床的加工的內容，加上必要的說明繪制成的，是組合機床設計的要依據，也是制造、使用、檢驗和調整機床的重要技術文件。汽車變速箱鉆孔組合機床的被加工零件工序圖如2.2所示。 圖上要內容： （1）被加工零件的形狀，要外廓尺寸和本機床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技術要求，以及對上道工序的技術要求等。 （2）本工序所選定的定位基準、夾緊部位及夾緊方向。 （3）被加工零件的名稱、編號、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。 2、繪制被加工零件工序圖的注意事項 （1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要圖出被本機床的加工內容。繪制時，應按一定的比例，選擇足夠的視圖及剖位視圖，突出加工部位（用粗實線），并把零件輪廓及與機床、夾具設計有關粗實線標記。如圖2.2中定位基準，機械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號部（用細實線）表清楚，凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應在尺寸數值下方面用表示出來。 圖2.2汽車變速箱工序圖 （2）加工部位的位置尺寸應由定位基準注起，為便于加工及檢查，有時因所選定位基準與設計基準不重合，則須對加工部位要求位置尺寸精度進行分析換算。 2.3.2 加工示意圖 1、加工示意圖的作用和內容 加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖樣上的反映，表示被加工零件在機床上的加工過程，刀具的布置以及工件、夾具、刀具的相對位置關系，機床的工作行程及工作循環(huán)等，是刀具、夾具、多軸箱、電氣和液壓系統(tǒng)設計選擇動力部件的要依據，是整臺組合機床布局形式的原始要求，也是調整機床和刀具所必需的重要文件。圖2.3為汽車變速箱鉆孔的加工示意圖 圖2.3加工示意圖 在圖上應標注的內容： （1）機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。 （2）工件、夾具、刀具及多軸箱端面之間的距離等。 （3）軸的結構類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數量和結構尺寸、接桿、導向裝置的結構尺寸；刀具與導向置的配合，刀具、接桿、軸之間的連接方式，刀具應按加工終了位置繪制。 2、繪制加工示意圖之前的有關計算 （1）刀具的選擇 刀具選擇考慮加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生產率要求等因素。刀具的選擇前已述及，此處就不在追述了。 （2）導向套的選擇 在組合機床上加工孔，除用剛性軸的方案外，工件的尺寸、位置精度要取決于夾具導向。因此正確選擇導向裝置的類型，合理確定其尺寸、精度，是設計組合機床的重要內容，也是繪制加工示意圖時必須解決的內容。 1）選擇導向類型 根據刀具導向部分直徑和刀具導向的線速度v=17m/min，選擇固定式導向。 2）導向套的參數 根據刀具的直徑選擇固定導向裝置 固定導向裝置的標準尺寸如下表： 表2.1 固定導向裝置的標準尺 d d1 D D1 D2 l l1 l2 l3 l4 L5 13 13 40 30 34 150 40 13 12 17 46 固定裝置的配合如下表： 表2.2 固定裝置的配合 導向 類別 工藝 方法 D D D1 刀具導向 部分外徑 固定 導向 鉆孔 G7（或F7） H7/g6 H7/n6 g6 固定導向裝置的布置如圖2.4所示 圖2.4 固定導向裝置的布置 （3）初定軸類型、尺寸、外伸長度 因為軸的材料為40Cr，剪切彈性模量G=71.0GPa,剛性軸取ψ＝1／4（0）／m,所以B取2.316， 根據剛性條件計算軸的直徑為： dB……………………………………2.59 式中： d——軸直徑（mm）（24.65） T——軸所承受的轉矩（N·mm） B——系數 本設計中軸直徑d=13mm,軸外伸長度為：L=115mm，D/為40/27。 （4）選擇刀具接桿 由以上可知，多軸箱各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，就需要在軸與刀具之間設置可調環(huán)節(jié)，這個可調節(jié)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2.5所示， 圖2.5 可調連接桿 連接桿上的尺寸d與軸外伸長度的內孔D配合，因此，根據接桿直徑d選擇刀具接桿參數如表2.3所示： 表2.3 可調接桿的尺寸 d D1(h6) d2 d3 L l1 l2 l3 螺母 厚度 27 Tr27×2 莫氏1號 12.061 36 135 51 42 50 12 （5）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸 從保證加工終了時軸箱端面到工件端面間距離最小來確定全部聯(lián)系尺寸，加工示意圖聯(lián)系尺寸的標注如圖2.3所示。其中最重要的聯(lián)系尺寸即工件端面到多軸箱端面之間的距離（圖中的尺寸321mm）,它等于刀具懸伸長度、螺母厚度、軸外伸長度與接桿伸出長度（可調）之和，再減去加工孔深度和切出值。 （6）工作進給長度的確定 如圖2.6工作進給長度應等于工件加工部位長度L與刀具切入長度和切出長度之和。切入長應應根據工件端面誤差情況在5～10mm之間選擇，誤差大時取大值，因此取=7mm，切出長度=1/3d+(3～7)= x13+712mm，所以=7+12+12=32mm. （7）快進長度的確定 考慮實際加工情況，在未加工之前，保證工件表面與刀尖之間有足夠的工作空間，也就是快速退回行程須保證所有刀具均退至夾具導套內而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為120mm，快退長度等于快速引進與工作工進之和，因此快進長度120-45=75mm. 2.3.3機床聯(lián)系尺寸圖 圖2.7 機床聯(lián)系尺寸圖 1、聯(lián)系尺寸圖的作用和內容 一般來說，組合機床是由標準的通用部件——動力箱、動力滑臺、立柱、立柱底座加上專用部件組合而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配和運動關 系，以檢驗機床各部件的相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足要求，通用部件的選擇是否合適，并為進一步開展軸箱、夾具等專用部件、零件的設計提供依據。聯(lián)系尺寸圖也可以看成是簡化的機床總圖，它表示機床的配置型式及總體布局。 如圖2.7所示，機床聯(lián)系尺寸圖的內容包括機床的布局形式，通用部件的型號、規(guī)格、動力部件的運動尺寸和所用電動機的要參數、工件與各部件間的要聯(lián)系尺寸，專用部件的輪廓尺寸等。 2、選用動力部件 選用動力部件要選擇型號、規(guī)格合適的動力滑臺、動力箱。 （1）滑臺的選用 通常，根據滑臺的驅動方式、所需進給力、進給速度、最大行程長度和加工精度等因素來選用合適的滑臺。 1）驅動形式的確定 根據對液壓滑臺和機械滑臺的性能特點比較，并結合具體的加工要求，使用條件選擇HY系列液壓滑臺。 2）確定軸向進給力 滑臺所需的進給力 =∑=4×4372=34976N 式中： ——各軸加工時所產生的軸向力 由于滑臺工作時，除了克服各軸的軸的向力外，還要克服滑臺移動時所產生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進給力應大于＝34.976KN。 3）確定進給速度 液壓滑臺的工作進給速度規(guī)定一定范圍內無級調速，對液壓滑臺確定切削用量時所規(guī)定的工作進給速度應大于滑臺最小工作進給速度的0.5～1倍;液壓進給系統(tǒng)中采用應力繼電器時，實際進給速度應更大一些。本系統(tǒng)中進給速度=n·f=17mm/min。所以選擇1HY32ⅡA液壓滑臺，工作進給速度范圍20～650mm/min，快速速度10m/min。 4）確定滑臺行程 滑臺的行程除保證足夠的工作行程外，還應留有前備量和后備量。前備量的作用是動力部件有一定的向前移動的余地，以彌補機床的制造誤差以及刀具磨損后能向前調整。本系統(tǒng)前備量為20mm，后備量的作用是使動力部件有一定的向后移動的余地，為方便裝卸刀具，這里取70mm,所以滑臺總行程應大于工作行程，前備量，后備量之和。 即：行程L＞120+20+70=220mm，取L＝630mm。綜合上述條件，確定液壓動力滑臺型號1HY32ⅡA,以及相配套的滑臺底座（1CC321型）。 （2）由下式確定動力箱的選用 動力箱要依據多軸所需的電動機功率來選用，在多軸箱沒有設計之前，可算 ＝／η……………………………2.6 ＝4*0.717／0.7 ＝7.1 KW 式中：η——多軸箱傳動效率，加工黑色金屬時η＝0.7～0.9；有色金屬時η＝0.7～0.7，本系統(tǒng)加工HT200，取η＝0.7． 動力箱的電動機功率應大于計算功率，并結合軸要求的轉速大小選擇。因此，選用電動機型號為Y132M1-6的1TD32I型動力箱，動力箱輸出軸至箱底面高度為170mm。要技術參數如下表： 表2.4電機型號及參數 電機傳動型號 轉速范圍（r/min） 電機功率（） 配套軸部件型號 電機轉速 輸出轉速 D50 Y160M-6 970 470 7.5 1HY32ⅡA,1CC321,1CD321 3、配套支承部件的選用 立柱底座1CD322。 4、確定裝料高度 裝料高度指工件安裝基面至機床底面的垂直距離，在現(xiàn)階段設計組合機床時，裝料高度可視具體情況在H＝570～1060mm之間選取，本系統(tǒng)取裝料高度為700mm。 5、中間底座輪廓尺寸 中間底座的輪廓尺寸要滿足滑臺在其上面聯(lián)接安裝的需要，又考慮到與立柱底座相連接。因此，中間底座采用側底座1CD321。 6、確定多軸箱輪廓尺寸 本機床配置的多軸箱總厚度為630mm，寬度和高度按標準尺寸中選取。計算時，多軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=630，H=400 根據上述計算值，按軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定軸箱輪廓尺寸B×H=630×400mm。 2.3.4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(huán)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： T切= L/vf+t?！?.7 = 45/74.7＋10/415 =0.613 min 式中： T切——機加工時間（min） L——工進行程長度（mm） vf—— 刀具進給量（mm/min） t?！罁蹊F停留時間。一般為在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具旋轉5～10 r所需要時間。這里取10r 輔助時間 T輔 = +t移+t裝……………………2.7 = （75＋120）/1000+0.13+2 = 2.313min 式中： L3、L4 ——分別為動力部件快進、快退長度（mm） vfk ——快速移動速度（mm/min） t移 ——工作臺移動時間（min）,一般為0.05～0.13min,取0.13 min t裝 ——裝卸工件時間（min）一般為0.5～1.5min,本例取2min 機床生產率 Q1 = 60/T單…………………………………2.9 = 60/（T切+T輔） =60/（0.613+3.295） =15.3 件/h 機床負荷率按下式計算 η = Q / Q1×100%…………………………2.10 = A / Q1tk×100% =20000/15.3×1950×100% =67.04% 式中：Q——機床的理想生產率（件/h） A——年生產綱領（件） tk——年工作時間，單班制工作時間tk =1950h 表2.5 生產率計算卡 3 多軸箱的設計 3.1 繪制多軸箱設計原始依據圖 多軸箱設計原始依據圖是根據“三圖一卡”繪制的如圖3.1所示: 圖3.1 鉆孔組合機床多軸箱 圖中多軸箱的兩定位銷孔中心連線為橫坐標，工件加工孔對稱，選擇箱體中垂線為縱坐標，在建立的坐標系中標注輪廓尺寸及動力箱驅動軸的相對位置尺寸。軸部為逆時針旋轉（面對軸看）。 軸的工序內容，切削用量及軸尺寸及動力部件的型號和性能參數如表3.1所示 表3.1 軸外尺寸及切削用量 軸號 軸外伸尺寸 工序 內容 切削用量 D/d L N （r/min） V (m/min) f (mm/r) Vf (mm/min) 1、2、 3、4 5、6 7、7 40/27 115 鉆Φ13 415 17 0.17 74.7 注：1．被加工零件編號及名稱：箱體材料：HT200 JB297-62；硬度: HB170-241， 前、后、側蓋等材料為HT150 2．動力部件型號：1TD32I動力箱，電動機型號Y160M-6；功率P＝7.5kw。 3.2齒輪模數選擇 本組合機床要用于鉆孔，因此采用滾珠軸承軸。 齒輪模數m可按下式估算： m=(30～32)=32×≈2.13……………2.11 式中：m——估算齒輪模數 P——齒輪所傳遞的功率（kw） Z——對嚙合齒中的小齒輪數 N——小齒輪的轉速（r/min） 為了模數計算還需要滿足中心距的關系 多軸箱輸入齒輪模數取m=2.5。取m=2.5齒輪分配可以圓整 3.3多軸箱的傳動設計 （1）根據原始依據圖（圖3.2），畫出驅動軸、軸坐標位置。如下表： 表3.2 驅動軸、軸坐標值 坐標 銷O1 驅動軸O 軸1 軸2 軸3 軸4 X －175 0 37 37 -37 -37 Y 0 76.5 103.5 139.5 139.5 103.5 （2）確定傳動軸位置及齒輪齒數 圖3.2 齒輪的最小壁厚 2）傳動軸2為軸1，2，3，4都各自在同一同心圓上。 多軸箱的齒輪模數按驅動軸齒輪估算 ………………………2.13 多軸箱輸入齒輪模數取m=2.5。軸1，2，3，4要求的轉速一致且較高，所以采用降速傳動。軸齒數選取Z=25，傳動齒輪采用z=25齒的齒輪，變位系數。傳動軸的 由于前面選取了軸直徑為40，顯然傳動軸直徑都選取40，這樣為了減少傳動軸種類和 所以選擇兩級傳動，且傳動比分配為：一級為1.0×1.0;二級為1.4×1.0。 驅動軸的直徑為40mm，由《組合機床簡明設計手冊》查得知：t=33.3mm,當m=3時，驅動軸上的齒數為： Zmin≥………2.17 去驅動齒輪齒數Z=24。 通用的齒輪有三種，即傳動齒輪、動力箱齒輪和電機齒輪。材料均為45鋼，熱處理為齒部高頻淬火G54。本機床齒輪的選用按照下表選用 表2.7齒輪種類及參數 齒輪種類 寬度（mm） 齒 數 模數（mm） 孔徑（mm） 驅動軸齒輪 24 32 17～50連續(xù) 17～70 2、2.5、3 2、2.5、3、4 15、20、30、35、40 13、30、35、40、50 傳動軸齒輪 44（B型） 21-24 3 13、30、35、40、50 輸出軸齒輪 32 21-24 3 17、22、27、32、36 計算各軸轉速 使各軸轉速的相對轉速損失在5%以內，由公式：V= 知： n1=n2=n3=n4=17x1000/3.13/13=415r/min…………………2.17 3.4繪制傳動系統(tǒng)圖 傳動系統(tǒng)圖是表示傳動關系是示意圖，即用以確定的傳動軸將驅動軸和各軸連接起來，繪制在多軸箱輪廓內的傳動示意圖，如圖3.3所示 圖3.3 鉆孔多軸箱傳動系統(tǒng)圖 圖中傳動軸齒輪和驅動軸齒輪為第Ⅰ排。在圖中標出齒輪的齒數、模數、變位系數，以校核驅動軸是否正確。另外，應檢查同排的非嚙合齒輪是否齒頂干涉；還畫出軸直徑和軸套直徑，以避免齒輪和相鄰的軸軸套相碰。 4 傳動元件的校核 4.1 驗算傳動軸的直徑 按下式計算傳動軸所承受的總轉矩： = T1U1+T2U2+···+TnUn (7-1-1) 式中----作用在第n個主軸上的轉矩，單位為N·m。 ----傳動軸至第n個主軸之間的傳動比 注意上式中不包括對于只有一排傳動齒輪的轉矩的計算，這是因為傳動軸上只有一排齒輪時，其承受的轉矩理論上等于零。對于這種傳動軸，一般按其承受的彎矩來計算?？傓D矩算出來后按照《組合機床簡明設計手冊》P65表3-4公式驗算所選的傳動軸直徑是否滿足要求。 本次設計中各個主軸的轉速和傳動比在以上的計算中已經知道，由公式 = T1U1+T2U2+···+TnUn可以算得每個傳動軸所承受的轉矩，轉速相同的軸計算其中一個。 此次設計中各個主軸的轉速和傳動比在以上的計算中已經知道，由公式可以算得每個傳動軸所承受的轉矩，轉速相同的軸計算其中一個。傳動軸13,14,上都只有一排齒輪，其承受的轉矩理論上等于零。按其承受的彎矩來計算。 T13=3×5.86=17.58