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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
于汽車方面；AVR系列單片機(jī)：（8位機(jī)）速度快主要用于算法方面；430系列單片機(jī)：（16位機(jī)）速度快且具有PIC的抗干擾能力。這四個(gè)系列的區(qū)別主要在于指令集的區(qū)別，本設(shè)計(jì)中用到的是MCS-51系列的單片機(jī)。
MCS-51單片機(jī)分為總線型單片機(jī)和非總線型單片機(jī)兩大類?？偩€型單片機(jī)分成三類：片內(nèi)數(shù)存RAM有128B，這類單片機(jī)有8051（內(nèi)部電路為TTL門，片內(nèi)4KB ROM）、80C51（內(nèi)部電路為CMOS門，片內(nèi)4KB ROM）、8751（片內(nèi)4KB的EPROM）；片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，這類有8031和80C31；片內(nèi)數(shù)存都是256B，這類有8032（片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器）、8052（片內(nèi)有4KB的ROM和4KB的EPROM），這兩種屬于增強(qiáng)型。非總線型單片機(jī)有89C51，其片內(nèi)有4KB的flash、20MHz。
單片機(jī)的時(shí)序指令周期指完成一條指令所需的全部時(shí)間機(jī)器周期指完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間；時(shí)鐘周期指時(shí)鐘頻率的倒數(shù)。1個(gè)指令周期=幾個(gè)機(jī)器周期，1個(gè)機(jī)器周期=幾個(gè)時(shí)鐘周期。51單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期含12個(gè)時(shí)鐘周期，分為S1、S2、S3、S4、S5、S6 6個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)由2個(gè)時(shí)鐘周期組成，叫做S1P1、S2P2兩個(gè)時(shí)相。根據(jù)時(shí)序，單片機(jī)的指令有單字節(jié)單機(jī)器周期指令、單字節(jié)雙機(jī)器周期指令、雙字節(jié)單機(jī)器周期指令、雙字節(jié)雙機(jī)器周期指令、三字節(jié)雙機(jī)器周期指令、單字節(jié)四機(jī)器周期指令。
51單片機(jī)共有111條指令，分成五大類：數(shù)據(jù)傳遞類指令、算術(shù)運(yùn)算類指令、邏輯操作類指令、控制轉(zhuǎn)移類指令和位操作類指令。
程序設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)有順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)、循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)、選擇結(jié)構(gòu)（分支）程序設(shè)計(jì)和子程序及其調(diào)用。
于汽車方面；AVR系列單片機(jī)：（8位機(jī)）速度快主要用于算法方面；430系列單片機(jī)：（16位機(jī)）速度快且具有PIC的抗干擾能力。這四個(gè)系列的區(qū)別主要在于指令集的區(qū)別，本設(shè)計(jì)中用到的是MCS-51系列的單片機(jī)。
MCS-51單片機(jī)分為總線型單片機(jī)和非總線型單片機(jī)兩大類?？偩€型單片機(jī)分成三類：片內(nèi)數(shù)存RAM有128B，這類單片機(jī)有8051（內(nèi)部電路為TTL門，片內(nèi)4KB ROM）、80C51（內(nèi)部電路為CMOS門，片內(nèi)4KB ROM）、8751（片內(nèi)4KB的EPROM）；片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，這類有8031和80C31；片內(nèi)數(shù)存都是256B，這類有8032（片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器）、8052（片內(nèi)有4KB的ROM和4KB的EPROM），這兩種屬于增強(qiáng)型。非總線型單片機(jī)有89C51，其片內(nèi)有4KB的flash、20MHz。
于汽車方面；AVR系列單片機(jī)：（8位機(jī)）速度快主要用于算法方面；430系列單片機(jī)：（16位機(jī)）速度快且具有PIC的抗干擾能力。這四個(gè)系列的區(qū)
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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)（論文）
摘 要
本設(shè)計(jì)的題目是變速箱殼體專用鏜床設(shè)計(jì)，主要目的是通過設(shè)計(jì)來運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐運(yùn)用以提高自己獨(dú)立分析和解決問題的能力。采用鉆、擴(kuò)、鉸的傳統(tǒng)工藝，不僅效率低，而且穩(wěn)定性差，精度不容易保證，制約了生產(chǎn)的發(fā)展，于是決定自行設(shè)計(jì)一臺(tái)高質(zhì)量的專用機(jī)床。
在全面了解專用鏜床的結(jié)構(gòu)、工作原理的基礎(chǔ)上，合理選用部件，設(shè)計(jì)出鏜床的傳動(dòng)系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。根據(jù)鏜床的工作原理，確定了該鏜床的結(jié)構(gòu)與技術(shù)參數(shù)，給出了該鏜床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。
根據(jù)設(shè)計(jì)方案，本文介紹了專用鏜床的總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和夾具的設(shè)計(jì)。夾具的設(shè)計(jì)是鏜床設(shè)計(jì)中重要的一部分，因此夾具設(shè)計(jì)的好壞，將直接影響被加工零件的精度。本論文所設(shè)計(jì)的機(jī)床是用于鏜孔，在加工生產(chǎn)線上同時(shí)加工3個(gè)孔，這樣能大大提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，從而降低了零件的加工成本。
關(guān)鍵詞 專用鏜床；變速箱殼體；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；夾具設(shè)計(jì)
Abstract
The topic of the paper is the structure design of special boring machine for shell of gearbox. The main purpose is to apply the professional knowledge to practice and improve the ability of analyzing and solving difficult problems. The traditional process which uses drill expands and articulation, not only gains the lower efficiency, moreover, its stability is bad and its precision is not easy to guarantee as well, so it restricted the production development. So we decide to design a high grade special purpose machine independently.
Based on the comprehensive understanding of the structure and working principle of the special boring machine, Reasonable selection of parts, Determine the boring machine's structure and technical parameters, given the structural design of the boring machine according to the working principle.
According to the design, this paper introduces a special boring machine's overall design, structural design, and fixture design. Fixture design is an important part of the boring machine design, Therefore the Fixture design is good or bad, Will directly affect the precision of machining parts. In the paper, the machine tool we designed is used for drilling hole, and it could process 3 holes in the production line simultaneously. So we enhance the production efficiency greatly, reduce the labor intensity, and reduce the components processing cost.
Key words The Special Boring Machine; Shell of Gearbox; Structure Design; Fixture Design
-II-
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒 論 1
1.1 課題背景 1
1.2 研究目的及意義 1
1.3 國內(nèi)外組合機(jī)床發(fā)展趨勢 1
1.4 組合機(jī)床概述 4
1.5 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、方法和預(yù)期成果 6
第2章 殼體加工方案分析 7
2.1 工件加工要求 7
2.2 工藝方案制定 7
2.3 確定切削用量及選擇刀具 8
2.3.1 確定工序間余量 8
2.3.2 選擇切削用量 8
2.3.3 選擇刀具結(jié)構(gòu) 9
2.4 確定切削力、切削扭矩、切削功率 9
2.5 通用部件的選用 11
2.6 本章小結(jié) 12
第3章 機(jī)床總體設(shè)計(jì) 13
3.1 被加工零件工序圖 13
3.2 加工示意圖 13
3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 15
3.3.1 夾具輪廓尺寸的確定 16
3.3.2 機(jī)床裝料高度H的確定 16
3.3.3 中間底座輪廓尺寸 17
3.3.4 主軸箱輪廓尺寸 17
3.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 18
第4章 多軸箱設(shè)計(jì) 21
4.1 多軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù)圖 21
4.2 主軸的型式與直徑的確定 21
4.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22
4.3.1 擬定傳動(dòng)路線 23
4.3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算 23
4.4 三維模型 25
4.5 多軸箱的潤滑 25
4.6 校核傳動(dòng)軸5軸 27
4.7 軸承壽命計(jì)算 30
4.8 繪制多軸箱總圖及零件圖 31
4.9 本章小結(jié) 31
第5章 夾具設(shè)計(jì) 32
5.1 定位方案 32
5.2 導(dǎo)向裝置 32
5.3 夾緊裝置 33
5.4 本章小結(jié) 33
結(jié)論 34
致謝 35
參考文獻(xiàn) 36
附錄1 37
附錄2 42
千萬不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行
-IV-
第1章 緒論
1.1 課題背景
隨著我國的汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，更快的提供生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等箱體類零件的生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方法，這是參與競爭、及時(shí)贏得客戶訂貨的關(guān)鍵。變速箱殼體零件的孔系加工是汽車、拖拉機(jī)生產(chǎn)過程中經(jīng)常碰到的工藝難題。因受到毛坯生產(chǎn)工藝的制約，預(yù)制孔的余量不容易控制，經(jīng)常使后續(xù)加工變得困難。由于產(chǎn)品的使用性能對(duì)變速箱殼體孔系加工的尺寸精度、形位精度和表面質(zhì)量都提出了較高要求，同時(shí)企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本，工藝設(shè)計(jì)時(shí)又需要簡化工藝、減少工序，因此開發(fā)高精度、高效率、低成本的變速箱殼體孔系加工機(jī)床非常重要。變速箱殼體是變速箱最重要的零件之一，變速箱殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工序多而且工藝性差，使之成為變速箱加工中的難點(diǎn)[1]。
1.2 研究目的及意義
本次設(shè)計(jì)題目為變速箱殼體專用鏜床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用鉆、擴(kuò)、鉸的傳統(tǒng)工藝，不僅效率低，而且穩(wěn)定性不好，精度不容易保證。經(jīng)討論決定設(shè)計(jì)一臺(tái)專用機(jī)床。以滿足變速箱殼體孔系加工對(duì)尺寸精度、形位精度和表面質(zhì)量等的高要求，同時(shí)也為簡化工藝、減少工序的工藝設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，可在一定程度上提高企業(yè)的競爭力。鏜床為較常用機(jī)床，本次設(shè)計(jì)使我們對(duì)所學(xué)的機(jī)械學(xué)、力學(xué)等知識(shí)得到綜合應(yīng)用，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力得到訓(xùn)練，有效的提高分析問題、解決問題的能力。
1.3 國內(nèi)外組合機(jī)床發(fā)展趨勢
組合機(jī)床的優(yōu)劣，直接影響投資規(guī)模、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)有的組合機(jī)床大多沿襲傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，即采用動(dòng)力頭+滑臺(tái)+底座框架+液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷成熟和推廣應(yīng)用以及數(shù)控與電氣控制的協(xié)調(diào)行，組合機(jī)床幾乎所有的運(yùn)動(dòng)形式的控制均可采用數(shù)控部件來替代，尤其是要求運(yùn)動(dòng)精度、定位精度高的場合[2]。
1) 發(fā)展適應(yīng)中、小批量生產(chǎn)的組合機(jī)床
在機(jī)械制造工業(yè)中，中、小批量生產(chǎn)約占80%。在某些中批量生產(chǎn)的企業(yè)（如機(jī)床、閥門行業(yè)等）中，其關(guān)鍵工序用組合機(jī)床，因此產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，技術(shù)效果顯著。所以發(fā)展具有可調(diào)、快調(diào)、裝配靈活、適應(yīng)多品種加工特點(diǎn)的組合機(jī)床十分迫切。轉(zhuǎn)塔主軸箱式組合機(jī)床、可換主軸箱式組合機(jī)床以及自動(dòng)換刀數(shù)控組合機(jī)床可使用于中、小批量生產(chǎn)。但這類組合機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。帶轉(zhuǎn)塔主軸箱的組合機(jī)床，由于轉(zhuǎn)塔不能制造得太大，安裝的主軸數(shù)量有限，因此只適應(yīng)工序不多、形狀不太復(fù)雜的零件加工?？蓳Q主軸箱式組合機(jī)床設(shè)有專用的貯刀庫安裝在轉(zhuǎn)塔刀架上方，用機(jī)械手自動(dòng)更換刀具，這種組合機(jī)床一般用單刀加工，加工精度較高，但生產(chǎn)率較低。
2) 發(fā)展自動(dòng)檢測技術(shù)
自動(dòng)檢測包括對(duì)毛坯尺寸和工件硬度、鉆孔深度、刀具折斷、精加工尺寸和幾何形狀的檢查等。檢查方法分為主動(dòng)檢查和被動(dòng)檢查。主動(dòng)檢查是將不合格的工件剔除，使它不會(huì)往下一個(gè)工位輸送。被動(dòng)檢查則是發(fā)現(xiàn)不合格的工件時(shí)發(fā)出停機(jī)信號(hào)。目前主動(dòng)檢查應(yīng)用日趨廣泛。由于電子元件迅速發(fā)展，集成控制器、微處理機(jī)的應(yīng)用，使自動(dòng)檢測技術(shù)更加可靠。自動(dòng)檢測工位要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)計(jì)算以及打印出有關(guān)數(shù)據(jù)或作數(shù)字顯示。自動(dòng)檢測技術(shù)的發(fā)展可以把被加工零件的實(shí)際尺寸控制在比規(guī)定公差更小的范圍之內(nèi)。還可以把加工后的工件按公差大小進(jìn)行分組，以便按分組的公差帶裝配。實(shí)踐表明，采用分組裝配法提高的精度要比采用單純提高設(shè)備精度的方法更為經(jīng)濟(jì)。
3) 采用新型刀具
近年來出現(xiàn)了多種新型刀具，如具有鍍層的硬質(zhì)合金刀片、立方氮化硼刀具、金剛石刀具、各種可轉(zhuǎn)位的密齒銑刀、噴吸鉆頭和鑲有可轉(zhuǎn)位刀片的“短鉆頭”等。一般情況下，采用先進(jìn)刀具的工時(shí)為原工時(shí)的1/2~1/4。由于提高了刀具的耐用度，大大縮短了多刀組合機(jī)床停機(jī)換刀時(shí)間，提高了組合機(jī)床的經(jīng)濟(jì)效益。
4) 提高通用部件的水平
應(yīng)開發(fā)適應(yīng)強(qiáng)力銑削的大功率動(dòng)力滑臺(tái)、高精度鏜削頭和高精度滑臺(tái)，以及適應(yīng)中、小批量生產(chǎn)的快調(diào)、快換動(dòng)力部件和支承部件。機(jī)械驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力部件應(yīng)采用交流變頻調(diào)速電機(jī)和直流伺服電機(jī)等，使機(jī)械驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力部件增添新的競爭力。組合機(jī)床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。
5) 擴(kuò)大工藝范圍
除完成切削加工等工序的組合機(jī)床外，還應(yīng)逐步設(shè)計(jì)制造用于焊接、熱處理、自動(dòng)裝配、自動(dòng)打印、性能試驗(yàn)以及清洗和包裝等用途的組合機(jī)床。
6) 世界機(jī)床科研現(xiàn)狀
長期以來，世界機(jī)床為加速工業(yè)發(fā)展，其總的發(fā)展方向是：提高精度、效率、自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)多樣性，成套性，綜合性，以滿足工業(yè)生產(chǎn)各方面用戶的需求，最大限度提高生產(chǎn)率、勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低成本。但不同時(shí)期，不同經(jīng)濟(jì)狀況，不同技術(shù)水平，有不同的主攻方向[3]。
目前，在21世紀(jì)初期，美、德、日各國具體條件不同，工業(yè)發(fā)展各有不同，工業(yè)發(fā)展各有區(qū)別，但共同的是，都在大力加強(qiáng)科研。目前世界機(jī)床的科研針對(duì)三大方向、6大課題。三大方向是：（1）發(fā)展高精度、高效率機(jī)床；（2）保護(hù)環(huán)境，發(fā)展省能、綠色的環(huán)保機(jī)床；（3）為發(fā)展高精度機(jī)器、裝置，加速研究超精密加工技術(shù)，發(fā)展納米機(jī)床。結(jié)合當(dāng)前現(xiàn)代化NC機(jī)床技術(shù)發(fā)展需求，其共同的科研6大課題為：（1）先進(jìn)高速主軸；（2）直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)；（3）復(fù)合加工技術(shù)、進(jìn)一步提高效率；（4）適應(yīng)各種環(huán)境的保護(hù)，發(fā)展綠色機(jī)床；（5）超精密加工技術(shù)；（6）發(fā)展各種新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)床[4]。
下一代新機(jī)床的發(fā)展動(dòng)向?qū)⑹牵海?）在上述三個(gè)方向、6大課題完善的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開發(fā)出各色新工藝、新結(jié)構(gòu)的機(jī)床；（2）今后IT與機(jī)床結(jié)合的智能化，網(wǎng)絡(luò)化將成為主流；（3）不斷向納米技術(shù)進(jìn)軍；（4）在單機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)而向制造系統(tǒng)推進(jìn)。
7) 鏜床簡介及其發(fā)展
鏜床通常用于加工尺寸較大且精度要求較高的孔，特別是分布在不同表面上，孔距和位置精度（平行度、垂直度、同軸度）要求都很嚴(yán)格的孔系，如各種箱體，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等零件上的孔系加工，鏜削加工前的預(yù)加工孔一般是在工件毛坯上鑄出孔或經(jīng)過粗鉆而形成的孔。除鏜孔外大部分鏜床還可以進(jìn)行銑削、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等工作。
鏜床的主要類型有立式鏜床、臥式鏜床、坐標(biāo)鏜床和金剛鏜床及專門化鏜床。
臥式鏜床即可完成粗加工也可完成精加工，因此對(duì)鏜床的主軸部件的精度、剛度有較高的要求。在重型機(jī)械制造中，某些大型工件加工時(shí)移動(dòng)困難，往往希望工件不動(dòng)，加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)由機(jī)床部件來實(shí)現(xiàn)，可采用落地鏜床。
單柱立式坐標(biāo)鏜床的主軸箱和工作臺(tái)的位移量都由精密坐標(biāo)測量裝置來保證，能保證很高的孔矩精度。適用于精密孔系加工，廣泛用于缸體、箱體和夾具的加工。
臥式坐標(biāo)鏜床的工作臺(tái)可作精密分度或回轉(zhuǎn)，并實(shí)現(xiàn)縱、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。位移量由精密坐標(biāo)測量裝置來保證，機(jī)床剛度好。機(jī)床能一次安裝工件便完成幾個(gè)平面上的孔加工工作。
雙面金剛鏜床用硬質(zhì)合金鏜刀進(jìn)行加工，工作時(shí)轉(zhuǎn)速極高，而切削深度和走刀量很小，機(jī)床剛度好，主軸中心線位置按工作孔矩可進(jìn)行調(diào)整。適用于加工要求由高精度、細(xì)的表面粗糙度的孔加工[5]。
經(jīng)分析比較，決定設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式專用鏜床。
近年來，國際上研制這種數(shù)控臥式鏜床的發(fā)展速度極快，但我國還沒有企業(yè)能生產(chǎn)數(shù)控臥式鏜床。由交大昆機(jī)科技股份有限公司獨(dú)立開發(fā)的ＴK6111控臥式鏜床填補(bǔ)了國內(nèi)空白，成功研制出我國首臺(tái)數(shù)控臥式鏜床 ，該機(jī)床有四大一快一高的特點(diǎn)，即：工作臺(tái)面積大、承重大、行程大、主電機(jī)功率大、進(jìn)給速度快和精度高[6]。
1.4 組合機(jī)床概述
組合機(jī)床是專用機(jī)床的一種，它以標(biāo)準(zhǔn)化部件為基礎(chǔ)，配以少量的專用部件組成。專用機(jī)床是一種專門適用于特定零件和特定工序加工的機(jī)床，而且往往是組成自動(dòng)生產(chǎn)線，是生產(chǎn)制造系統(tǒng)中不可缺少的機(jī)床品種。目前一些機(jī)床廠對(duì)其生產(chǎn)的通用機(jī)床若作改動(dòng)時(shí)，也習(xí)慣用專用機(jī)床來取代。由于專用機(jī)床是一種“量體裁衣”產(chǎn)品，具有高效自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)，是大批量生產(chǎn)企業(yè)的理想機(jī)械制造裝備。隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控技術(shù)的普及，專用機(jī)床的數(shù)控化發(fā)展也很快，專用機(jī)床在生產(chǎn)實(shí)踐中占有一定的比重。
臥式鏜床即可完成粗加工也可完成精加工，因此對(duì)鏜床的主軸部件的精度、剛度有較高的要求。在重型機(jī)械制造中，某些大型工件加工時(shí)移動(dòng)困難，往往希望工件不動(dòng)，加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)由機(jī)床部件來實(shí)現(xiàn)，可采用落地鏜床。
組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具，組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。
組合機(jī)床是隨著生產(chǎn)的發(fā)展，由萬能機(jī)床和專用機(jī)床發(fā)展來的。它既有專用機(jī)床效率高結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，又有萬能機(jī)床能夠重新調(diào)整，以適應(yīng)新工件加工的特點(diǎn)。組合機(jī)床就是根據(jù)工件加工的需要，用通用部件配以部分專用部件就可組成機(jī)床。當(dāng)工件改變了，還是用通用部件，只將部分專用部件改裝，又可以組成加工新工件的機(jī)床。組合機(jī)床是按高度工序集中原則設(shè)計(jì)的，即在一臺(tái)機(jī)床上可以同時(shí)完成許多同一工序或多種不同工序的加工。組合機(jī)床是根據(jù)具體加工對(duì)象，用預(yù)先設(shè)計(jì)制造好的通用部件和通用零件，加上少量的專用部件或零件組成的，而通用部件和零件占整臺(tái)機(jī)床總零件數(shù)的70-90%，這不僅大大的縮短了設(shè)計(jì)制造周期，減少了制造中的問題，提高了機(jī)床工作的可靠性，降低了機(jī)床制造成本，而且為開展群眾性的組合機(jī)床設(shè)計(jì)制造工作創(chuàng)造了有利條件[7]。
組合機(jī)床有如下一些特點(diǎn)：（1）組合機(jī)床有重新改裝的優(yōu)越性，其通用零部件可以多次重復(fù)利用。（2）組合機(jī)床是按具體加工對(duì)象專門設(shè)計(jì)的，因而可以按最合理的工藝過程進(jìn)行加工。（3）在組合機(jī)床上可以同時(shí)從幾個(gè)方向采用多把刀具對(duì)幾個(gè)工件進(jìn)行加工。它是實(shí)現(xiàn)集中工序的最好途徑，是提高生產(chǎn)效率的有效設(shè)備。（4）組合機(jī)床常常是用多軸對(duì)箱體零件一個(gè)面上的許多孔同時(shí)進(jìn)行加工。這樣就能比較好的保證各孔相互之間的精度要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量；減少了工件工序之間的搬運(yùn)，改善勞動(dòng)條件；也減少了機(jī)床占地面積。（5）由于組合機(jī)床大多數(shù)零部件是同類的通用部件，這就簡化了機(jī)床的維修和修理。必要時(shí)可以更換整個(gè)部件，以提高機(jī)床的維修速度。（6）組合機(jī)床的通用部件可以組織專門工廠集中生產(chǎn)。這樣可以采用專用高效率設(shè)備進(jìn)行加工，有利于提高通用部件的性能，降低制造成本。
一般的說，組合機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮下列各點(diǎn)：（1）采用先進(jìn)的加工工藝，指定最佳的工藝方案。（2）合適的確定機(jī)床工序集中程度。（3）合理的選擇組合機(jī)床的通用部件。（4）選擇恰當(dāng)?shù)慕M合機(jī)床的配置型式。（5）合理的選擇切削用量。（6）設(shè)計(jì)高效率的夾具，工具，刀具及主軸箱等。
1.5 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、方法和預(yù)期成果
設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是鏜床的結(jié)構(gòu)，鏜床的結(jié)構(gòu)概念主要是兩個(gè)方面，一是總體結(jié)構(gòu)概念，主要決定機(jī)床的生產(chǎn)能力和工藝適應(yīng)性能；二是機(jī)床本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)，主要決定機(jī)床的技術(shù)和工藝性能，總體布局除機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)布局外，還有包括各種類型的附件和附屬裝置、刀具系統(tǒng)、夾具和主軸箱。
設(shè)計(jì)為主軸箱、主軸組件的設(shè)計(jì)。主軸組件是機(jī)床重要的組成部分之一，主軸組件通常由主軸、軸承、和安裝在主軸上的傳動(dòng)件等組成。機(jī)床的加工質(zhì)量在很大程度上要靠主軸組件保證，對(duì)主軸組件要保證旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性、熱變形和耐磨性等要求。對(duì)于主軸傳動(dòng)形式的選擇，傳動(dòng)性的布置應(yīng)重點(diǎn)考慮。
通過設(shè)計(jì)這臺(tái)高質(zhì)量的專用機(jī)床，解決了以前那些效率低，而且穩(wěn)定性差，精度不易保證的鉆、擴(kuò)、鉸等傳統(tǒng)工藝。
第2章 殼體加工方案分析
2.1 工件加工要求
變速箱殼體零件圖，見圖2-1。
圖2-1 殼體零件圖
題目要求設(shè)計(jì)一種專用機(jī)床，用于加工變速箱殼體上的孔。工件材料為灰鑄鐵，牌號(hào)HT200，硬度HB170～210，加工部位是：75，52，25的孔。毛坯重14㎏。其加工要求如下：
(1)保證尺寸精度75mm，52mm，25mm。
(2)粗糙度要求：75、52孔粗糙度為Ra1.6，25粗糙度為Ra3.2。
(3)被加工表面位置精度為：
保證75與52中心距85；
保證75與25中心距85；
保證各孔軸線與端面A的垂直度0.04；
尺寸90和63。
(4)生產(chǎn)綱領(lǐng)為10萬輛/年。
2.2 工藝方案制定
分析零件加工要求，其精度要求較高，根據(jù)尺寸、位置精度的要求，查專用機(jī)床設(shè)備設(shè)計(jì)書的表7-13鑄鐵件不同精度孔的典型工藝方法及表7-14組合機(jī)床孔加工精度和表面粗糙度數(shù)據(jù)，選用精鏜加工方法。
2.3 確定切削用量及選擇刀具
2.3.1 確定工序間余量
根據(jù)所敘述的參數(shù)確定工序間余量，見表2-1。
表2-1 工序余量
半精加工后各孔尺寸
精加工后尺寸
工序余量
24.65
25
0.35
51.650.05
52
0.35
74.650.05
75
0.35
2.3.2 選擇切削用量
切削用量的選擇應(yīng)從實(shí)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(jìn)行分析，按照滿足加工要求的原則，合理選擇切削用量。根據(jù)參考文獻(xiàn)[16]選用硬質(zhì)合金刀具。
由于多軸箱上所有刀具共用一個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)，即動(dòng)力滑臺(tái)。工作時(shí)，要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動(dòng)力滑臺(tái)的每分鐘進(jìn)給量。這個(gè)每分鐘進(jìn)給量（mm/min）應(yīng)是適用于所有刀具的平均值。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設(shè)計(jì)成不同轉(zhuǎn)速和不同的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）與其相適應(yīng)，以滿足不同直徑的加工需要，即：
(2-1)
式中：n，n，n－各主軸轉(zhuǎn)速（r/min）；
f，f，f －各主軸進(jìn)給量（mm/r）；
v －動(dòng)力滑臺(tái)每分鐘進(jìn)給量（mm/min）。
這里選用v=48mm/min，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，參照生產(chǎn)現(xiàn)場同類工藝，經(jīng)試算選定各主軸的切削用量見表2-2。
表2-2 主軸的切削用量
加工部位
主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
進(jìn)給量（mm/r）
切削速度（m/min）
25孔
n=2400
f=0.02
V=188.4
52孔
n=960
f=0.05
V=156.8
75孔
n=600
f=0.08
V＝141.77
2.3.3 選擇刀具結(jié)構(gòu)
組合機(jī)床上鏜孔，大多采用硬質(zhì)合金鏜刀頭裝在鏜桿上，鏜桿直徑及鏜刀截面尺寸可按參考文獻(xiàn)[16]選擇。
經(jīng)選擇調(diào)整選取為加工52和75孔的鏜桿直徑均為36mm，鏜刀方截面12mm12mm，加工25孔的鏜桿直徑為28mm，鏜刀方截面8mm8mm。
2.4 確定切削力、切削扭矩、切削功率
根據(jù)選定的切削用量確定切削力，作為選擇動(dòng)力部件（滑臺(tái)）的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其他傳動(dòng)件（齒輪、傳動(dòng)軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇動(dòng)力箱電機(jī)功率。
根據(jù)參考文獻(xiàn)[16]中推薦的切削力、切削扭矩、切削功率計(jì)算公式，查得用硬質(zhì)合金刀具鏜削鑄鐵件時(shí)的切削力、切削扭矩、切削功率的計(jì)算公式為：
軸向切削力 N (2-2)
周向切削力 N (2-3)
切削扭矩 N·m (2-4)
切削功率 KW (2-5)
其中HB－布氏硬度 (2-6)
計(jì)算各軸的切削力、切削扭矩、切削功率:
1）對(duì)75孔:
N；
N；
N·mm；
kW；
2）對(duì)52孔
N；
N；
N·mm；
kW；
3）對(duì)25孔
N；
N；
N·mm；
kW；
kW (2-7)
N (2-8)
電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算 (2-9)
選取 ＝1.2kW，=0.9 ，＝0.142kW
kW
2.5 通用部件的選用
經(jīng)以上分析計(jì)算，選用動(dòng)力箱及滑臺(tái)型號(hào)：
(1)動(dòng)力箱型號(hào)：1TD25IA
電動(dòng)機(jī)型號(hào)：Y100L-6 ，功率：P＝1.5 kW，動(dòng)力箱輸出轉(zhuǎn)速：
n＝520 r/min。
(2)液壓動(dòng)力滑臺(tái)：1HY25-IB
臺(tái)面寬250mm，臺(tái)面長500mm，行程長250mm，滑臺(tái)及滑座總高250mm，滑座長790mm，允許最大進(jìn)給力＝8000N，快速行程速度12m/min，工進(jìn)速度32~800mm/min。
在滑臺(tái)上裝有液壓缸。液壓滑臺(tái)主要由滑座、滑鞍和液壓缸三個(gè)部分組成。液壓缸固定在滑座上，活塞桿通過支架固定在滑鞍得下面，推動(dòng)滑鞍移動(dòng)。
液壓滑臺(tái)優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；由于是液壓驅(qū)動(dòng)，零件磨損小，使用壽命長；由行程開關(guān)控制滑臺(tái)的快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，轉(zhuǎn)換精度高，工作可靠。
液壓滑臺(tái)易于與液壓、電器聯(lián)合控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)。設(shè)計(jì)中在滑臺(tái)上裝有三個(gè)行程開關(guān)配合電磁鐵的動(dòng)作，以控制滑臺(tái)的快進(jìn)、工進(jìn)、快退。
2.6 本章小結(jié)
本章通過對(duì)加工工件時(shí)需要滿足的要求進(jìn)行分析，確定了工藝方案，并給出了刀具的選用方法以及通用部件的選用。
第3章 機(jī)床總體設(shè)計(jì)
組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)，就是針對(duì)具體被加工零件，在選定工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行方案圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。這些圖紙包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖、生產(chǎn)率計(jì)算卡片。
3.1 被加工零件工序圖
被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示一臺(tái)機(jī)床完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求、加工用定位基準(zhǔn)、夾壓部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品狀況的圖紙。它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的組要依據(jù)，也是制造使用時(shí)調(diào)整機(jī)床，檢查精度的重要技術(shù)文件。
在本道工序中，采用一面兩孔定位，定位結(jié)合面和2個(gè)8銷孔（固定式定位銷和削邊銷），共限制6個(gè)自由度。
3.2 加工示意圖
零件加工的工藝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(jī)床上的加工過程，刀具、輔助裝置的布置狀況及工件、夾具、刀具等機(jī)床各部件間的相對(duì)位置關(guān)系，機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等。是設(shè)計(jì)刀具、夾具、主軸箱以及選擇動(dòng)力部件的主要資料，同時(shí)也是調(diào)整機(jī)床及刀具的依據(jù)。
加工示意圖，要反映機(jī)床的加工過程和加工方法，并決定浮動(dòng)夾頭式接桿的尺寸，鏜桿長度，刀具種類及數(shù)量，刀具長度及加工尺寸，主軸尺寸及伸出長度，主軸、刀具、導(dǎo)向與工件間的聯(lián)系尺寸等。根據(jù)機(jī)床要求的生產(chǎn)率及刀具特點(diǎn)，合理地選擇切削用量，決定動(dòng)力頭的工作循環(huán)。
1）刀具的選擇
刀具選擇前以述及，要考慮加工工件尺寸精度、表面粗糙度、生產(chǎn)率要求等因素。根據(jù)前面工藝分析采用鏜削。
2）工序間余量的確定
本工序?yàn)榫庸?，一道工序，工序余量前面已?jīng)確定。
3）導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇
導(dǎo)向裝置作用在于：保證刀具對(duì)工件的正確位置；保證各刀具間的正確位置和提高刀具系統(tǒng)的支撐剛性。
導(dǎo)向裝置通常分為兩大類：一類是刀具導(dǎo)向部分與夾具導(dǎo)套之間既有相對(duì)移動(dòng)又有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，或稱固定式導(dǎo)向；另一類是刀具導(dǎo)向部分與夾具導(dǎo)套之間只有相對(duì)移動(dòng)而無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，或稱旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向。其相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)部分通常以各種形式設(shè)置在刀桿上則稱內(nèi)滾式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向；若相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)部分設(shè)置在夾具上則稱外滾式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向。
在本次設(shè)計(jì)中采用第二類導(dǎo)向。由于鏜削通孔厚度不大，為保證刀桿剛性，3根軸均用前導(dǎo)，導(dǎo)向的主要參數(shù)如：導(dǎo)套的直徑及公差配合、導(dǎo)套的長度等由參考文獻(xiàn)[16]選擇。具體數(shù)據(jù)見CAD加工示意圖。
4）初定主軸類型、尺寸、外伸長度和選擇接桿、浮動(dòng)卡頭
精鏜類精加工主軸，由于鏜孔時(shí)余量很小，扭矩也很小，因此不能按切削扭矩來初選主軸直徑，主軸尺寸應(yīng)按：被加工部件尺寸鏜桿直徑浮動(dòng)卡頭規(guī)格尺寸主軸直徑。根據(jù)參考文獻(xiàn)[16]通用主軸的系列參數(shù)，及前面已經(jīng)選定的鏜桿直徑確定浮動(dòng)卡頭及主軸尺寸。
由于加工過程中刀桿伸出部分較長，為減小主軸位置誤差及主軸徑向跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響，避免主軸與導(dǎo)向套不同軸而產(chǎn)生“別勁”現(xiàn)象，采用浮動(dòng)卡頭連接主軸與刀桿。查參考文獻(xiàn)[12]通用浮動(dòng)卡頭，根據(jù)鏜桿直徑選擇卡頭型號(hào)：T6112和T6111。然后由查參考文獻(xiàn)[16]中通用主軸系列參數(shù)選定主軸直徑及外伸長度，即D=50mm和D=40mm，L=75mm。
表3-1 主軸、鏜桿、浮動(dòng)卡頭尺寸
工件加工部位尺寸
鏜桿直徑d mm
浮動(dòng)卡頭規(guī)格尺寸
主軸尺寸D mm
75
36
T6112
50
52
36
T6112
50
25
28
T6111
40
5）切削用量的確定
每把刀的切削用量按照前面分析選用數(shù)值。
6）確定動(dòng)力部件的工作循環(huán)即工作行程
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)到加工終了位置又返回到初始位置的動(dòng)作過程。
在該加工裝置中工作循環(huán)為：快進(jìn)工進(jìn)快退。
工作進(jìn)給長度應(yīng)等于工件加公部位長度L與刀具切入長度L工部位長度L與刀具切入長度L1和切出長度L2之和。動(dòng)力頭工作進(jìn)給長度是按加工長度最大的孔來選取。L＝20mm，切入長度應(yīng)根據(jù)工件端面的誤差情況來確定，切入長度L1取18mm，切出長度L2取5mm?？紤]刀具在刀桿上的安裝位置后=55mm。
快速退回長度等于快速引進(jìn)與工作進(jìn)給長度之和，快速引進(jìn)是指動(dòng)力部件主軸箱連同刀具從原始位置移動(dòng)到工作進(jìn)給開始位置，快速退回行程長度須保證刀具均退至夾具導(dǎo)套內(nèi)而不影響工件拆卸?？焖僖M(jìn)長度為85mm，則快速退回長度為140mm。如圖3-2所示。
圖3-2 動(dòng)力頭工作循環(huán)圖
動(dòng)力部件總行程長度應(yīng)保證要求的工作循環(huán)（快速引進(jìn)+工作進(jìn)給＝快速退回）外，還要考慮和調(diào)整道具的方便性，即考慮前、后備量。裝卸刀具的理想情況是：刀具退離導(dǎo)向套外端面的距離，要大于刀桿插入主軸孔內(nèi)的長度。前備量取30mm，后備量80mm，總行程長度250mm。
3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
機(jī)床聯(lián)系尺寸圖是決定各部件的輪廓尺寸及相互間聯(lián)系關(guān)系的，是開展各專用部件設(shè)計(jì)和確定機(jī)床最大占地面積的指導(dǎo)圖紙。為了使設(shè)計(jì)的機(jī)床既能滿足預(yù)期的性能要求，又能做到配置上的均勻合理，必須對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)床各個(gè)部件之間的關(guān)系進(jìn)行全面的分析研究。這是通過機(jī)床聯(lián)系尺寸圖來達(dá)到的。
一般來說，組合機(jī)床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件——?jiǎng)恿_(tái)，動(dòng)力箱，各種工藝切削頭，側(cè)底座，立柱，立柱底座及中間底座加上專用部件——主軸箱、刀具、輔具系統(tǒng)、夾具、液、電、冷卻、潤滑、排屑系統(tǒng)組合裝配而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機(jī)床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以檢驗(yàn)機(jī)床各部件相對(duì)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理，并為進(jìn)一步開展主軸箱，夾具等專用部件，零件的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
3.3.1 夾具輪廓尺寸的確定
夾具是保證零件加工精度的重要專用部件。夾具的輪廓尺寸主要是指夾具底座的長、寬、高。確定這些尺寸時(shí)要考慮工件的輪廓尺寸、形狀、具體結(jié)構(gòu)，還要考慮能夠布置下保證加工要求的定位、夾緊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)（鏜模），并要考慮夾具底座與機(jī)床中間底座的連接固定所需要的尺寸。
本設(shè)計(jì)中夾具輪廓尺寸初步定位長＝440mm、寬＝306mm、高＝460mm。
3.3.2 機(jī)床裝料高度H的確定
裝料高度是指機(jī)床上工件的定位基準(zhǔn)面到地面的垂直距離。我國現(xiàn)行
標(biāo)準(zhǔn)H=850～1065mm。選取裝料高度要主要考慮的因素是，應(yīng)與車間里運(yùn)送工件的滾道高度相適應(yīng)，由于受工件的最低孔的位置（h=67mm）、主軸箱最低主軸高度（h＝150mm）和所選通用部件、中間底座、夾具高度等尺寸限制（設(shè)計(jì)中所選滑臺(tái)與滑座總高h(yuǎn)=250mm，側(cè)底座高h(yuǎn)=560mm，夾具底座高度h=163mm，中間底座高度h=560mm）則機(jī)床裝料高度取H=960mm。
3.3.3 中間底座輪廓尺寸
中間底座的輪廓尺寸要滿足夾具在其上面安裝連接的需要。其長度方
向尺寸要根據(jù)所選動(dòng)力部件（滑臺(tái)和滑座）及其配套部件（側(cè)底座）的位置關(guān)系，照顧各部件聯(lián)系尺寸的合理性來確定。一定要保證加工終了位置時(shí)，工件端面至主軸箱前端面的距離不小于CAD加工示意圖上的要求的距離（L=520mm），同時(shí)，要考慮動(dòng)力部件處于加工終了位置時(shí)，主軸箱與夾具外輪廓間應(yīng)有便于機(jī)床調(diào)整、維修的距離。為便于排屑及冷卻液回收，中間底座周邊應(yīng)有足夠?qū)挾鹊臏喜踑取為10mm。
初定中間底座的尺寸長寬高＝1070mm560mm560mm。
3.3.4 主軸箱輪廓尺寸
主軸箱尺寸的確定著重在于確定主軸箱的寬度B和高度H及最低主軸
高度h。主軸箱寬度B和高度H的大小主要與被加工零件孔的位置分布有關(guān)。
b—工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（mm）；
b—最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（mm）；
h—工件高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（mm）；
h—最低主軸高度（mm）。
根據(jù)b=170mm，取b＝100mm，工件的最低孔的位置h=72mm，H=960mm，滑臺(tái)滑座高度h=250mm、側(cè)底座高h(yuǎn)=560mm、滑座與側(cè)底座之間調(diào)整高度h=5mm。
則h＝h+H-(0.5+ h+ h+ h)
=72+900-(0.5+560+5+250)=156.5mm
B=b+2b=170+2 100=370mm
H=h+h+ b=100+156.5=256.5mm
根據(jù)計(jì)算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)并為了保證主軸箱內(nèi)有足夠的空間排布齒輪，最后確定主軸箱輪廓尺寸為長寬厚=400350340mm。
依據(jù)以上選定的有關(guān)滑臺(tái)與底座及多軸箱的相關(guān)尺寸繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸圖。
3.4 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度、切削用量、動(dòng)力部件的快進(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
理想生產(chǎn)率Q（單位為件/h)是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)A=100000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)K有關(guān)。
一般情況下，按兩班制生產(chǎn)K=4000h，則：
件/h (3-1)
2) 實(shí)際生產(chǎn)率
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。
(3-2)
式中：－生產(chǎn)一個(gè)零件所需時(shí)間（min），可按下面公式計(jì)算：
(3-3)
L=55 mm，v=48 mm/min
L=85 mm，L=140 mm
v=3～10mm/min
t=0.02 min
t＝0，t＝1 min
則=＝28.57 件/h
3) 機(jī)床負(fù)荷率
4) 基本時(shí)間的計(jì)算
(3-4)
對(duì)75孔
mm
l=15 mm，=5 mm
f=0.08 mm/r，n=600 r/min
圖3-3 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡
被加工零件
圖號(hào)
毛坯種類
鑄件
名稱
變速箱殼體
毛坯重量
材料
HT200
硬度
170~210HB
工序名稱
鏜三個(gè)孔
工序號(hào)
序
號(hào)
工
步
名
稱
被
加
工
零
件
數(shù)
量
加
工
直
徑
mm
加
工
長
度
mm
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
工 時(shí)（min）
機(jī)加工時(shí)間
輔
助
時(shí)
間
共
計(jì)
1
裝卸工件
1
1
1
2
鏜孔
Ф75
20
55
141.7
600
0.08
48
1.146
3
鏜孔
Ф52
20
55
156.8
960
0.05
48
4
鏜孔
Ф25
20
55
188.4
2400
0.02
48
5
滑臺(tái)快進(jìn)
85
6000
0.014
0.014
6
快退
140
6000
0.023
0.023
7
停留
0.02
0.02
8
移動(dòng)
0.1
0.1
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.
總計(jì)
2.3min
單件工時(shí)
2.3min
機(jī)床生產(chǎn)率
28.57件/h
機(jī)床負(fù)荷率
88%
第4章 多軸箱設(shè)計(jì)
4.1 多軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù)圖
主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù)圖是“三圖一卡”，即機(jī)床聯(lián)系尺寸圖、被加工零件工序圖、加工示意圖和生產(chǎn)率計(jì)算卡。
根據(jù)被加工零件的要求繪制主軸箱原始依據(jù)圖，見圖4-1。
注：1）被加工零件名稱：變速箱殼體；材料及硬度：HT200，HB170－220；
2）主軸外伸尺寸及切削用量見表；3）動(dòng)力部件：1HY25-IB，1TD25IA，P=1.5kw，n=540r/min。
圖4-1 多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖
4.2 主軸的型式與直徑的確定
1）主軸形式及分布
根據(jù)推薦鏜孔工序采用滾錐軸承主軸。根據(jù)被加工零件孔的位置，3根主軸在一條直線上，軸間距85mm。
主軸直徑按照加工示意圖所示主軸類型及外伸尺寸，根據(jù)查參考文獻(xiàn)[17]中滾錐軸承主軸組件配套零件表可初步確定。待系統(tǒng)設(shè)計(jì)完后再驗(yàn)算受力較大的軸的直徑。主軸直徑分別為25mm、30mm、30mm。
2）確定驅(qū)動(dòng)軸
驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速由動(dòng)力箱型號(hào)選定，中心位于多軸箱箱體寬度中心線上。
表4-1 主軸外伸尺寸及切削用量表
軸號(hào)
主軸外伸尺寸
切削用量
備注
D/d（mm）
L（mm）
工序內(nèi)容
n（r/min）
v（m/min）
s（mm/min）
1
40/28
75
鏜Φ25
2400
188.4
48
2
50/36
75
鏜Φ75
600
141.7
48
3
50/36
75
鏜Φ52
960
156.8
48
3）傳動(dòng)軸及齒輪副的確定
盡量用最少的傳動(dòng)軸和齒輪副把驅(qū)動(dòng)軸和各主軸連接起來，再確定各主軸的位置，傳動(dòng)軸組件由查參考文獻(xiàn)[17]中滾錐軸承傳動(dòng)軸組件配套零件表可確定。
4）軸承布置
布置軸承時(shí)，為了提高主軸系統(tǒng)的剛度，采用“反裝置”的結(jié)構(gòu)形式，即滾錐小端相對(duì)稱布置。軸承的調(diào)整采用內(nèi)圈調(diào)整，只要擰軸端的螺母，即可達(dá)到調(diào)整的目的。
4.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)主軸箱、特別是大型標(biāo)準(zhǔn)主軸箱設(shè)計(jì)中關(guān)鍵的一環(huán)。所謂傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就是通過一定的傳動(dòng)鏈，按要求把動(dòng)力從動(dòng)力部件的驅(qū)動(dòng)軸傳遞到主軸上去。同時(shí)，滿足主軸箱其他結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)的要求。
4.3.1 擬定傳動(dòng)路線
由于每根主軸的轉(zhuǎn)速都大于動(dòng)力箱輸出轉(zhuǎn)速n=520 r/min，為避免全程用升速傳動(dòng)，采用先升速后降速傳動(dòng)，使結(jié)構(gòu)緊湊，但為避免空轉(zhuǎn)功率損失增加，要求升速傳動(dòng)比小于2。
根據(jù)原始依據(jù)圖排列驅(qū)動(dòng)軸、主軸坐標(biāo)見表4-3。
4.3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算
選定傳動(dòng)軸5位于3根主軸的中心線上，其轉(zhuǎn)速n=936 r/min，則可以得到各軸的傳動(dòng)比：
圖4-2 多種箱傳動(dòng)樹形圖
表4-3 多軸箱中各驅(qū)動(dòng)軸及主軸的坐標(biāo)值
坐標(biāo)
銷01
驅(qū)動(dòng)軸0
主軸1
主軸2
主軸3
X
0.000
175.000
90.000
175.000
265.000
Y
0.000
125.500
105.000
105.000
105.000
由于u＝2.56過大，中間增加一根傳動(dòng)軸4，其轉(zhuǎn)速n=1600 r/min，則
確定齒輪齒數(shù)、模數(shù)、中心距。
取驅(qū)動(dòng)軸6齒輪的模數(shù)m=2，齒數(shù)Z＝47，則：
軸6與傳動(dòng)軸5的中心距
mm (4-1)
5軸與2軸的中心距=93 mm，齒輪模數(shù)m=2，則
取Z＝36
5軸與1軸和2軸的中心距為mm
5軸與3軸齒輪模數(shù)m=2，=2.56
5軸與4軸齒輪傳動(dòng)比u＝1.7，則
，Z＝38
mm (4-2)
1軸與4軸齒輪傳動(dòng)比u＝1.5，可以得到中心距及各齒輪的齒數(shù)
mm (4-3)
潤滑泵用傳動(dòng)軸由5軸上的第4排齒輪傳動(dòng)，潤滑泵轉(zhuǎn)速取n=800 r/min
mm (4-4)
4.4 三維模型
依據(jù)以上的計(jì)算結(jié)合作圖從而得到多軸箱的傳動(dòng)系統(tǒng)圖，可見其傳動(dòng)是滿足要求，但為了更直觀的檢查傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)關(guān)系，傳動(dòng)后的干涉現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)的緊湊性，采用先進(jìn)的三維造型軟件Pro-E對(duì)所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的三維模型建立 。主要包括：各主軸組件（見圖4-4）、主傳動(dòng)軸組件（見圖4-5）、箱體（見圖4-6、4-7）等。
4.5 多軸箱的潤滑
主軸箱的潤滑都采用葉片潤滑油泵進(jìn)行循環(huán)潤滑。從標(biāo)準(zhǔn)的葉片油泵(R12—1型)打出的潤滑油，經(jīng)油管進(jìn)入配油器，再從配油器引出幾根油管，分配到各個(gè)需要潤滑的部位，對(duì)布置在各排齒輪位置上的齒輪，以及軸和軸承進(jìn)行潤滑，經(jīng)潤滑后的潤滑油最后又回到油箱(即主軸箱箱體)里。
在臥式組合機(jī)床上，主軸箱里的零件采用淋雨的方式潤滑，即在箱體頂部放一個(gè)油盤從油泵打出的潤滑油，經(jīng)分配器引出一根或兩根油管把潤滑油送到油盤里，然后通過油盤上的小孔淋到各個(gè)需要潤滑的零件上。對(duì)于潤滑油不容易淋到而需要潤滑的零件如布置在第4排齒輪位置上的齒輪等，則需要單獨(dú)的引進(jìn)油管進(jìn)行潤滑。
潤滑用的油泵都安裝在主軸箱箱體的前壁上油泵的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過潤滑油泵用的傳動(dòng)軸，由布置在第4排齒輪位置上的齒輪傳動(dòng)。
圖4-4 齒輪嚙合圖
圖4-5 主軸及傳動(dòng)軸主件
圖4-6 多軸箱外觀圖
圖4-7 多軸箱裝配簡圖
4.6 校核傳動(dòng)軸5軸
傳動(dòng)軸5的結(jié)構(gòu)及軸上安裝零件位置見圖4-8。
圖4-8 傳動(dòng)軸5
動(dòng)力箱輸出功率1.5kW，為一對(duì)齒輪傳動(dòng)效率，8級(jí)精度齒輪傳動(dòng)（稀油潤滑）效率＝0.97，滾動(dòng)軸承效率＝0.995，P=1.5kW，查參考文獻(xiàn)[10]（GB/T297-1994）30000系列滾珠軸承，得a=13.8mm，T=17.25mm。
5軸功傳遞功率
kW (4-5)
5軸的轉(zhuǎn)速n=936 r/min
則Nmm (4-6)
1齒輪d=52mm，=
圓周力 N (4-7)
軸向力 N (4-8)
2齒輪d=124mm
圓周力 N
軸向力 N
3齒輪 d=72mm
圓周力 N
軸向力 N
圖4-9 軸5受力圖
求支反力：
水平面X F= 607.74 N，F(xiàn)=33.41 N
垂直面Y F= 183.73 N，F(xiàn)=86.34 N
合成彎矩 Nmm (4-9)
Nmm (4-10)
按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上受力最大彎矩與扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面）的強(qiáng)度。由參考文獻(xiàn)[10]中公式11-4得
N/mm (4-11)
前面已經(jīng)選定軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，由參考文獻(xiàn)[11]中查得＝60MPa，因?yàn)椋?.7 MPa＝60 MPa，所以該軸安全。彎矩圖如圖4-10。
4.7 軸承壽命計(jì)算
軸承合成支反力為：
N (4-12)
N (4-13)
查參考文獻(xiàn)[10]（GB/T297-1994）30000系列滾珠軸承得，額定動(dòng)載荷C=43.2kN，該軸不受軸向載荷，徑向當(dāng)量動(dòng)載荷。
P＝R＝635.3 N
P＝R＝92.57 N
因?yàn)镻P，該對(duì)軸承的最短壽命為L＝。
圖4-10 剪力圖及彎矩圖
查參考文獻(xiàn)[11]得，滾子軸承壽命指數(shù)＝
則 L＝＝2445
4.8 繪制多軸箱總圖及零件圖
通用主軸箱總圖設(shè)計(jì)包括繪制主視圖、展開圖，編制裝配表，制定技術(shù)條件等四部分。表4-3為該多軸箱總圖主軸和傳動(dòng)軸裝配表。
4.9 本章小結(jié)
本章給出了多軸箱體的設(shè)計(jì)方案。其中，主軸箱是組合機(jī)床的重要組成部件，它是選用通用部件，按專用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在整個(gè)組合機(jī)床設(shè)計(jì)過程中，是工作量較大的部件之一。傳動(dòng)系統(tǒng)的是主軸箱設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一環(huán)。本章也對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
第5章 夾具設(shè)計(jì)
在機(jī)床上加工工件時(shí)，工件依靠夾具上的定位夾緊系統(tǒng)，準(zhǔn)確確定工件與刀具、機(jī)床之間的相對(duì)位置關(guān)系，保證加工精度。
5.1 定位方案
定位元件是用來確定工件正確位置的元件，被加工工件的定位基準(zhǔn)與夾具定位元件直接接觸或配合。箱體零件是機(jī)械制造業(yè)中加工工序多，勞動(dòng)量大，精度要求高的關(guān)鍵零件。分析本道工序要求及零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)變速箱殼體采用“一面兩孔”組合定位。采用兩塊支撐板確定平面，限制三個(gè)自由度，短圓柱銷和菱形銷限制三個(gè)自由度。
定位孔與定位銷的配合尺寸為8mm（定位孔8mm，定位銷8mm，削邊銷8mm）。對(duì)于工序尺寸75mm，52mm，25mm及三個(gè)加工孔的中心距尺寸85mm，都是由刀具的尺寸直接保證的；各孔軸線與端面的垂直度0.04定位誤差為零。
＝D－d=0.015mm
＝D－d=0.015mm
OO=T+T+＝0.025+0.013+0.015＝0.053mm
=arctg
則＝OOsin=0.012mm
＝OOcos=0.01mm均在允許的公差范圍內(nèi)。
5.2 導(dǎo)向裝置
本工序要求對(duì)被加工孔進(jìn)行精鏜加工，最終達(dá)到工序圖上規(guī)定的加工要求，故需選用鏜模作為刀具的導(dǎo)向裝置，實(shí)際加工中由于被加工孔距較小，采用特殊的鏜模。
5.3 夾緊裝置
夾緊裝置是使工件在外力作用下仍能保持其正確位置的裝置。機(jī)床夾具采用機(jī)械、液動(dòng)、氣動(dòng)夾緊裝置等。
液壓夾緊利用壓力油作為夾緊動(dòng)力，通過中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使夾具的夾緊元件執(zhí)行夾緊運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)中采用目前廣泛應(yīng)用的液壓夾緊機(jī)構(gòu)。液壓夾緊具有操作簡便，動(dòng)作迅速；易于集中控制、程序控制和實(shí)現(xiàn)工序自動(dòng)化；工作壓力高，油缸結(jié)構(gòu)尺寸??；液壓夾緊能夠維持的剛性比氣動(dòng)夾緊所維持的剛性高。
為了使工件在加工過程中不產(chǎn)生位移和振動(dòng)，必須將工件緊固的夾住，并具有足夠的夾壓剛度。夾壓點(diǎn)的布置應(yīng)使夾壓合力落在定位平面之內(nèi)，接近定位平面的中心。加工時(shí)軸向切削合力為8.72N，主切削力方向與夾緊方向一致，故夾緊力Q=KP，安全系數(shù)K取3，根據(jù)參考文獻(xiàn)[12]中夾緊油缸的技術(shù)參數(shù)選用液壓夾緊油缸型號(hào)。
5.4 本章小結(jié)
本章給出夾具的設(shè)計(jì)過程。夾具的設(shè)計(jì)是組合機(jī)床設(shè)計(jì)中重要的一部分，因此夾具的設(shè)計(jì)好壞，將直接影響被加工零件的精度。
千萬不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印?！敖Y(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。
-45-
結(jié) 論
本設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)一種機(jī)床，能夠同時(shí)加工一個(gè)工件上的三個(gè)不同尺寸的孔。所以選擇了臥式專用鏜床設(shè)計(jì)。
在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，參考了國內(nèi)外相關(guān)的產(chǎn)品，并查閱了大量的資料。最終確定了設(shè)計(jì)方案，認(rèn)為該機(jī)床設(shè)計(jì)原理正確，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，能夠滿足被加工零件的工序要求，對(duì)主要零件進(jìn)行了設(shè)計(jì)、計(jì)算以及校核，各項(xiàng)準(zhǔn)備準(zhǔn)備工作就緒后，繪制了被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖、主軸箱總圖和主軸箱展開圖、夾具圖。
主軸箱是專用機(jī)床的重要組成部件，它是選用通用部件，按專用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的。
本次設(shè)計(jì)的專用鏜床不能完成過于復(fù)雜的加工工藝，設(shè)計(jì)出一個(gè)效率高，穩(wěn)定性好，精度易保證的的專用機(jī)床。
致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)作為對(duì)大學(xué)生在校最后階段的一次的綜合知識(shí)檢驗(yàn)以及能力的考核，對(duì)我們畢業(yè)生來說有相當(dāng)深遠(yuǎn)的意義。它全方位的檢驗(yàn)了學(xué)生在大學(xué)四年所學(xué)過的課程及學(xué)習(xí)效果，并通過設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)成果從各方面反應(yīng)了學(xué)生各方面的綜合能力以及在某些方面的欠缺和不足，使我們從心理準(zhǔn)備在以后的學(xué)習(xí)和工作中不斷完善自己。
畢業(yè)生即將從學(xué)校走向工作崗位，由學(xué)習(xí)知識(shí)走向?yàn)樯鐣?huì)創(chuàng)造財(cái)富。
畢業(yè)設(shè)計(jì)可以說是由學(xué)校走向社會(huì)的一個(gè)階梯，可以初步了解自己的工作
能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)較以往的課程設(shè)計(jì)的工作量和難度都由所增加，這也讓學(xué)生初步體驗(yàn)以后參加工作在工作崗位上的生活和工作環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生積極思考，勤奮刻苦的工作態(tài)度，兢兢業(yè)業(yè)的敬業(yè)精神，真正做到敬業(yè)、愛業(yè)，將來為事業(yè)努力奮斗。
經(jīng)過這四個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在老師的細(xì)心指導(dǎo)下，圓滿的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，從中看到了自己的不足。這次設(shè)計(jì)可以說是與實(shí)際工作息息相關(guān)的，通過這次設(shè)計(jì)，使我對(duì)以前的知識(shí)的掌握上了一個(gè)新臺(tái)階，對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和現(xiàn)代機(jī)械加工工藝有了更深的認(rèn)識(shí)。
最后，在這里向這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師：于曉東老師，和在大學(xué)四中授予我知識(shí)的所有老師表示由衷的感謝!
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