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XX 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 變速箱體組合機(jī)床及加工底面 4 個(gè)孔夾具設(shè) 計(jì) 所 在 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 老 師 年 月 日 摘 要 本課題設(shè)計(jì)了變速箱箱體鉆孔工位移動(dòng)工作臺(tái)臥式組合機(jī)床多軸箱 在設(shè)計(jì)中 根據(jù)被加工的零件圖計(jì)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(jì)算出鉆孔工序的切削參數(shù) 進(jìn)而計(jì)算動(dòng)力參數(shù) 由動(dòng)力參數(shù)選擇了動(dòng)力箱 然后制 定傳動(dòng)方案 根據(jù)傳動(dòng)方案及設(shè)計(jì)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(jì)算出主軸和傳動(dòng)軸的坐標(biāo) 最后對(duì)本設(shè)計(jì)選用的軸 軸承 齒輪進(jìn) 行了校核 通過本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)鉆孔在同一機(jī)床上加工 同時(shí)使用多把刀具并在幾個(gè)方面 對(duì)工件進(jìn)行加工 達(dá)到較高的工序集中程度 從而獲得較高的生產(chǎn)率 多軸箱是組合機(jī)床的核心部件 它是選用通用零件 按專用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的 在 組合機(jī)床設(shè)計(jì)的過程中 是工作量較大的部件之一 它是根據(jù)工序圖和加工示意圖所 確定的工件加工孔的數(shù)量和位置 切削用量和主軸類型設(shè)計(jì)的傳遞各主軸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力 部件 其動(dòng)力來自通用的動(dòng)力箱 與動(dòng)力箱一起安裝于進(jìn)給滑臺(tái) 可完成鉆 絞等加 工工序 本設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)了多孔的一次加工完成 提高了工作效率 關(guān)鍵詞 組合機(jī)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(nèi)外狀況 5 1 2 本課題主要研究內(nèi)容及意義 7 1 3 主要技術(shù)指標(biāo) 7 2 1 組合機(jī)床的組成 8 2 2 組合機(jī)床的特點(diǎn) 9 2 3 組合機(jī)床的工藝范圍 9 2 4 組合機(jī)床的配置形式及多工位組合機(jī)床 9 2 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 11 2 1 組合機(jī)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(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu) 15 2 3 鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計(jì) 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(jī)床聯(lián)系尺寸圖 20 2 3 4 生產(chǎn)率計(jì)算卡 23 3 多軸箱的設(shè)計(jì) 25 3 1 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 25 3 2 齒輪模數(shù)選擇 26 3 3 多軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 26 3 4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 28 4 傳動(dòng)元件的校核 30 4 1 驗(yàn)算傳動(dòng)軸的直徑 30 4 2 傳動(dòng)軸的校核及其配件校核 31 4 2 1 軸的彎扭強(qiáng)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(shè)計(jì) 41 5 1 研究原始質(zhì)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(jì)算 41 5 4 誤差分析與計(jì)算 47 5 5 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡要說明 49 結(jié) 論 50 致謝 51 參考文獻(xiàn) 52 1 緒論 1 前 言 1 1 本課題研究現(xiàn)狀 研究目的 組合機(jī)床是以大量的通用機(jī)床為基礎(chǔ) 配以少量的專用部件所組成的高效專用機(jī) 床 主軸箱是組合機(jī)床主要的傳動(dòng)部件之一 我國加入 WTO 以后 制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存 組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)適時(shí)調(diào)整戰(zhàn) 略 采取了積極的應(yīng)對(duì)策略 出現(xiàn)了產(chǎn) 銷兩旺的良好勢頭 截至 2 0 0 9 年 9 月份 組 合機(jī)床行業(yè)企業(yè)僅組合機(jī)床產(chǎn)品一項(xiàng) 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量已達(dá) 180 0 余臺(tái) 產(chǎn)值達(dá) 10 個(gè)億以上 近幾年來 由于國家加大基礎(chǔ)設(shè)施的投入 工程機(jī)械需求呈現(xiàn)了強(qiáng)勁的增長勢頭 部分生產(chǎn)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(jīng)濟(jì)過熱而采取對(duì) 鋼材 建材 電解鋁等行業(yè)進(jìn)行調(diào)控 但許多重點(diǎn)工程都陸續(xù)開工上馬 工程機(jī)械雖 不會(huì)出現(xiàn)去年過熱現(xiàn)象 但今后幾年仍然會(huì)維持較大程度的增長態(tài)勢 國內(nèi)工程機(jī)械 同進(jìn)口產(chǎn)品相比 其特點(diǎn)是價(jià)位低 產(chǎn)品穩(wěn)定性 可靠性差 零件加工手段落后 隨 著國家對(duì)世貿(mào)承諾的逐步實(shí)現(xiàn) 價(jià)格的競爭優(yōu)勢也逐漸減少以裝載機(jī)為例 目前大多 數(shù)的主機(jī)生產(chǎn)廠及部件配套廠家對(duì)變速箱箱體 變矩器殼體前車架 后車架 動(dòng)臂 驅(qū)動(dòng)橋等關(guān)鍵零件 大多采用通用設(shè)備加工 這種加工方式的缺點(diǎn)有 生產(chǎn)能力難以 擴(kuò)大 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定 在制品積壓嚴(yán)重 經(jīng)濟(jì)效益不夠顯著 值得慶幸的是國內(nèi)比 較大的裝載機(jī)生產(chǎn)廠家都已逐步認(rèn)識(shí)到這一問題 組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要以獨(dú)立的系列化 標(biāo)準(zhǔn)話設(shè)計(jì)的通用部件為基礎(chǔ) 配以 部分專用部件組成的專用機(jī)床 它適用于大批和大量生產(chǎn)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(kuò)孔 鉸孔 加工各種螺紋 鏜孔 車斷面和凸 臺(tái) 在空內(nèi)鏜各種形狀槽 以及銑削平面和成型面等 組合機(jī)床是用總的電氣控制系 統(tǒng)將各個(gè)部件的工作連成一個(gè)統(tǒng)一的循環(huán) 各個(gè)部件都設(shè)計(jì)成獨(dú)立存在的 可以按合 理的規(guī)格尺寸系列 實(shí)現(xiàn)高度系列化 標(biāo)準(zhǔn)化和通用化 組合機(jī)床是按自動(dòng)循環(huán)工作 的 通常工件在加工中是不變的 由刀具作主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 則可以保證最大的工 藝可能性 這種機(jī)床可以同時(shí)使用多把刀具 并可以在幾個(gè)方面對(duì)工件進(jìn)行加工 達(dá) 到較高的工序集中程度 從而獲得較高的生產(chǎn)率 實(shí)現(xiàn)加工對(duì)象的連續(xù)自動(dòng)生產(chǎn) 實(shí)現(xiàn)優(yōu)化有效的自動(dòng)生產(chǎn)過程 加快生產(chǎn)投入物 的加工變換和流動(dòng)速度 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 是機(jī)械制造業(yè)技術(shù)改造 技 術(shù)進(jìn)步的主要手段和技術(shù)發(fā)展的主要方向 機(jī)械自動(dòng)化的技術(shù)水準(zhǔn) 不僅影響整個(gè)機(jī) 械制造業(yè)的發(fā)展 而且對(duì)國民經(jīng)濟(jì)各部門的技術(shù)進(jìn)步有很大的直接影響 因此 發(fā)展 我國的機(jī)械制造業(yè)自動(dòng)化技術(shù) 符合我國社會(huì)主義的基本原則 符合我國現(xiàn)代生產(chǎn)的 發(fā)展規(guī)律 組合機(jī)床正是考慮到加工的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率的提高 采用多軸箱實(shí)現(xiàn)多軸同時(shí) 加工 可以一次性裝夾零件 采用多工位方法實(shí)現(xiàn)零件的一些工序加工 減少生產(chǎn)時(shí) 間 實(shí)現(xiàn)高效高質(zhì)量生產(chǎn) 可以將幾個(gè)機(jī)床的功能融為一體 實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的加工 大 大降低了生產(chǎn)成本和勞動(dòng)工作量 多軸箱是組合機(jī)床的重要專用部件 它是根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量 和位置 切削用量和主軸類型設(shè)計(jì)的傳遞各主軸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件 其動(dòng)力來自通用的 動(dòng)力箱 與動(dòng)力箱一起安裝于進(jìn)給滑臺(tái) 可完成鉆擴(kuò)鉸鏜孔等加工工序 多軸箱的設(shè)計(jì)主要依據(jù)被加工零件上被加工孔的相對(duì)位置及被加工零件的材質(zhì)對(duì) 傳動(dòng)件和箱體進(jìn)行設(shè)計(jì) 1 2 國內(nèi)外狀況 組合機(jī)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(jī)床 多軸箱是組合機(jī)床的重要專用部件 一般具有多根主軸同時(shí)對(duì) 一系列孔系進(jìn)行加工 它根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量和位置 切削用 量和主軸類型設(shè)計(jì)的傳遞各主軸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件 其動(dòng)力來自通用的多軸箱 與動(dòng)力 箱一起安裝與進(jìn)給滑臺(tái) 可完成鉆 擴(kuò) 絞 鏜孔等加工工序 多年來機(jī)械產(chǎn)品加工采用萬能機(jī)床 但隨著生產(chǎn)的發(fā)展 很多企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量越 來越大 精度越來越高 如拖拉機(jī) 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(jī)床加工就不能很好的滿足要求 因?yàn)樵谀骋慌_(tái)機(jī)床上加工一種工件 使萬能機(jī)床的很多部分和機(jī)構(gòu)變得作用不大 工人整天忙于裝夾工件 起動(dòng)機(jī)床 進(jìn) 刀退刀 停車及卸工件等 不僅工人勞動(dòng)強(qiáng)度很大 而且生產(chǎn)效率也不高 不利于保 證產(chǎn)品加工精度 為了解決這個(gè)問題 就創(chuàng)造出了專用機(jī)床 專用機(jī)床是專門用于加 工一種工件或一種工件的一定工序的機(jī)床 它可以同時(shí)用許多刀具進(jìn)行切削 機(jī)床的 輔助動(dòng)作部分地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化 結(jié)構(gòu)也比萬能機(jī)床簡單 生產(chǎn)效率提高了 但專用機(jī) 床有一個(gè)最大的弱點(diǎn) 就是被加工零件稍有一點(diǎn)變動(dòng) 它就用不上了 需要另造新的 機(jī)床 不能適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)技術(shù)迅速發(fā)展 產(chǎn)品經(jīng)常革新的需要 而且這種機(jī)床設(shè) 計(jì)制造周期長 造價(jià)高 廣大工人和技術(shù)人員在總結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上 提出創(chuàng)造這樣的高效率機(jī)床 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) 為此 將機(jī)床上帶動(dòng)刀具對(duì)工件產(chǎn)生切削運(yùn)動(dòng)的部分以及床身 立柱 工作臺(tái)等設(shè)計(jì)制造成通用的獨(dú)立部件 稱為 通用部件 根據(jù)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(jī)床 這就是組合機(jī)床 當(dāng)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(jī)床 由于組合機(jī)床是由 70 90 的通用零 部件組成 在需要的時(shí)候 他可以部分或 全部的進(jìn)行改裝 以組成適應(yīng)新的加工要求的新設(shè) 這就是說 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 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 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(jī)床 行業(yè)進(jìn)一步接軌 我國的制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存 在這種充滿競爭與機(jī)遇的 大環(huán)境下 組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)適時(shí)自我調(diào)整戰(zhàn)略 采取了積極的應(yīng)對(duì)策略 組合機(jī)床 行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開始向數(shù)控化 柔性化轉(zhuǎn)變 從近兩年的企業(yè)生產(chǎn)情況看 數(shù)控機(jī)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(jī)床則有下降趨勢 我國組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國家要相對(duì)落后 國內(nèi)所需 的一些高水平組合機(jī)床及自動(dòng)線幾乎都從國外進(jìn)口 工藝裝備的大量進(jìn)口勢必導(dǎo)致投 資規(guī)模的擴(kuò)大 并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高 因此 市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù) 新工藝 研制新產(chǎn)品 由過去的 剛性 機(jī)床結(jié)構(gòu) 向 柔性 化方向發(fā)展 滿足用戶需求 真正 成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備 但隨著市場競爭的加劇和對(duì)產(chǎn)品需求的提高 高精度 高 生產(chǎn)率 柔性化 多品種 短周期 數(shù)控組合機(jī)床及其自動(dòng)線正在沖擊著傳統(tǒng)的組合 機(jī)床行業(yè)企業(yè) 因此組合機(jī)床裝備的發(fā)展思路必須是以提高組合機(jī)床加工精度 組合 機(jī)床柔性 組合機(jī)床工作可靠性和組合機(jī)床技術(shù)的成套性為主攻方向 一方面 加強(qiáng) 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用 提高組合機(jī)床產(chǎn)品數(shù)控化率 另一方面 進(jìn)一步發(fā)展新型部件 尤 其是多坐標(biāo)部件 使其模塊化 柔性化 適應(yīng)可調(diào)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(jī)床博覽會(huì)上獲悉 在來自世界 10 多個(gè)國家和 地區(qū)的 500 多家機(jī)床制造商和團(tuán)體展示的最先進(jìn)機(jī)床設(shè)備中 超高速和超高精度加工 技術(shù)裝備與復(fù)合 多功能 多軸化控制設(shè)備等深受歡迎 據(jù)專家分析 機(jī)床裝備的高 速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是提高機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度 該屆博覽會(huì)上展出的 加工中心 主軸轉(zhuǎn)速 10000 20000r min 最高進(jìn)給速度可達(dá) 0 60m min 復(fù)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(shù)量減少的 同時(shí) 加工的形狀卻日益復(fù)雜 多軸化控制的機(jī)床裝備適合加工形狀復(fù)雜的工件 另外 產(chǎn) 品周期的縮短也要求加工機(jī)床能夠隨時(shí)調(diào)整和適應(yīng)新的變化 滿足各種各樣產(chǎn)品的加工 需求 然而更關(guān)鍵的是現(xiàn)代通信技術(shù)在機(jī)床裝備中的應(yīng)用 信息通信技術(shù)的引進(jìn)使得現(xiàn) 代機(jī)床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高 操作者可以通過網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)對(duì)機(jī)床的程序進(jìn)行遠(yuǎn)程修 改 對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)控并積累有關(guān)數(shù)據(jù) 通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)程的設(shè)備進(jìn)行維修和檢查 提 供售后服務(wù)等 在這些方面我國組合機(jī)床裝備還有相當(dāng)大的差距 因此我國組合機(jī)床技 術(shù)裝備高速度 高精度 柔性化 模塊化 可調(diào)可變 任意加工性以及通信技術(shù)的應(yīng) 用將是今后的發(fā)展方向 1 2 本課題主要研究內(nèi)容及意義 在本文中主要介紹了組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)步驟 重點(diǎn)論述了組合機(jī)床多軸箱的設(shè) 計(jì)步驟和設(shè)計(jì)的具體過程 在多軸箱設(shè)計(jì)過程中 還是采用以人工設(shè)計(jì)為主 其中包 括多軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù)圖的繪制 傳動(dòng)路線的設(shè)計(jì)確定 主軸和傳動(dòng)軸坐標(biāo)的計(jì)算 及坐標(biāo)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(duì)多軸箱進(jìn)行設(shè)計(jì) 滿足所給零件的鉆擴(kuò)加工 首先要從所加工的零 件入手 確定各軸的分布 設(shè)計(jì)出總體傳動(dòng)方案 然后對(duì)多軸箱的整體布局和輪廓尺 寸進(jìn)行計(jì)算 再對(duì)各軸和齒輪尺寸進(jìn)行計(jì)算和應(yīng)力計(jì)算 最后對(duì)所設(shè)計(jì)的多軸箱進(jìn)行 經(jīng)濟(jì)性分析并寫出結(jié)論 擬解決的主要問題有 1 多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù) 2 多軸箱傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)分析 3 確定切削用量 計(jì)算切削力 選擇動(dòng)力箱型號(hào) 4 軸和齒輪強(qiáng)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(shù)指標(biāo) 1 鉆盲孔 被加工零件孔的直徑及相對(duì)坐標(biāo)尺寸 見零件示意圖 2 被加工零件的材料為 HT200 4 工件對(duì)稱中心線與工作臺(tái)中心線重合 鉆孔工位 5 熟悉組合機(jī)床的基本形式形式 6 確定切削用量 計(jì)算切削力 選擇動(dòng)力箱型號(hào) 7 設(shè)計(jì)多軸箱裝配圖及主要零件圖 變位齒輪圖 2 1 組合機(jī)床的組成 組合機(jī)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(jī)床 以典型的雙面復(fù)合式單工位組合機(jī)床為例 其組成是 側(cè)底座 滑臺(tái) 鏜削頭 夾具 多軸箱 動(dòng)力箱 立柱 墊鐵 立柱底座 中間底座 液壓裝置 電氣控制設(shè) 備 刀工具等 通過控制系統(tǒng) 在兩次裝缷工件間隔時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)自動(dòng)工作循環(huán) 組合機(jī)床的各個(gè)部件都是具有一定獨(dú)立功能的部件 并且大都已經(jīng)系列化 標(biāo)準(zhǔn)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(jù)工件的尺寸形狀和工藝要求 設(shè)計(jì)的專用部件 但其中的絕大多數(shù)零件如定位夾壓元件 傳動(dòng)件等也都是標(biāo)準(zhǔn)件和 通用件 通用部件是組合機(jī)床的基礎(chǔ) 用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床切削和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)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(dòng)裝置 驅(qū)動(dòng)切削頭 動(dòng)力箱 驅(qū) 動(dòng)多軸箱 進(jìn)給滑臺(tái) 機(jī)械或液壓滑臺(tái) 等為動(dòng)力部件 用以安裝動(dòng)力部件和通用部 件如側(cè)底座 立柱 立柱底座等支撐部件 通用部件按功能可分為動(dòng)力部件 支承部件 輸送部件 控制部件和輔助部件五 類 動(dòng)力部件是用于傳遞動(dòng)力 實(shí)現(xiàn)工作運(yùn)動(dòng)的通用部件 它為刀具提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn) 給運(yùn)動(dòng) 使組合機(jī)床及其自動(dòng)線的主要通用部件 它包括動(dòng)力滑臺(tái) 動(dòng)力箱 具有各 種工藝性能的動(dòng)力頭等 支承部件是用以安裝動(dòng)力滑臺(tái) 帶有進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件 有側(cè)底 座 中間底座 支架 可調(diào)支架 立柱和立柱底座等 它是組合機(jī)床的基礎(chǔ)部件 機(jī) 床上各部件之間的相對(duì)位置精度 機(jī)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(yùn)送到預(yù)定工位的通用部件 主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 環(huán)行分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 分度鼓輪和往復(fù)移動(dòng)工作臺(tái)等 通常 具有較高的定位精度 控制部件用來控制具有運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的各個(gè)部件 以保證實(shí)現(xiàn)組合機(jī)床工作循環(huán) 它 包括可編程序控制器 液壓傳動(dòng)裝置 分級(jí)進(jìn)給機(jī)構(gòu) 自動(dòng)檢測裝置及操縱臺(tái)電柜等 輔助部件包括定位 夾緊 潤滑 冷卻 排屑以及自動(dòng)線的清洗機(jī)等各種輔助裝 置 2 2 組合機(jī)床的特點(diǎn) 1 主要用于棱體類零件和雜件的孔面加工 2 生產(chǎn)率高 因?yàn)楣ば蚣?可多面 多工位 多軸 多刀同時(shí)自動(dòng)加工 3 加工精度穩(wěn)定 因?yàn)楣ば蚬潭?可選用成熟的通用部件 精密夾具和自動(dòng)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(shè)計(jì) 制造和使用維護(hù) 成本低 因?yàn)橥ㄓ没?系列 化 標(biāo)準(zhǔn)化程度高 通用零件占 70 90 通用件可組織批量生產(chǎn)進(jìn)行預(yù)制或 外購 5 自動(dòng)化程度高 勞動(dòng)強(qiáng)度低 6 配置靈活 因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)模塊化 組合化 可按工件或工序要求 用大量通 用部件和少量專用部件靈活組成各種類型的組合機(jī)床及自動(dòng)線 機(jī)床易于改裝 產(chǎn)品或工藝變化時(shí) 通用部件一般還可以重復(fù)利用 2 3 組合機(jī)床的工藝范圍 目前 組合機(jī)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(kuò) 鉸 鏜孔以及倒角 切槽 攻螺紋 滾壓孔等 隨著綜合自動(dòng)化 的發(fā)展 其工藝范圍正擴(kuò)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(dòng)裝配和檢測 清洗和零件分類幾打印 等非切削工作 組合機(jī)床在汽車 拖拉機(jī) 柴油機(jī) 電機(jī) 儀器儀表及軍工及縫紉機(jī) 自行車等 輕工業(yè)大批大量生產(chǎn)中已得到廣泛應(yīng)用 一些中小批量生產(chǎn)的企業(yè) 如機(jī)床 機(jī)車 工程機(jī)械等制造業(yè)中也已推廣應(yīng)用 組合機(jī)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(jī)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(jī)床的配置形式及多工位組合機(jī)床 組合機(jī)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(jī)床稱為大型 組合機(jī)床 用小型通用部件組成的機(jī)床稱為小型組合機(jī)床 大型組合機(jī)床和小型組合 機(jī)床在結(jié)構(gòu)上有較大的差別 多工位組合機(jī)床按刀具對(duì)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(jié)合 按配置形式分 回轉(zhuǎn)輸送方式 分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 鼓輪式 中央立 柱式或環(huán)形回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 和直線輸送方式 移動(dòng)工作臺(tái) 在多工位組合機(jī)床回轉(zhuǎn)輸送方式中 分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要通過工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)分度 將裝在工作臺(tái)上的工件順次送往各工位進(jìn)行加工 動(dòng)力部件可以立式 臥式或傾斜式 安裝 工作臺(tái)臺(tái)面直徑一般在 1600mm 以下 工位數(shù) 2 12 這種工作臺(tái)主要適用范圍 各種中 小工件復(fù)雜形狀的孔 精密孔及面 通常只從一個(gè)方向進(jìn)行加工 除雙工位 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式機(jī)床外 通常設(shè)有單獨(dú)的上下料工位 生產(chǎn)效率較高 每個(gè)工位分別采 用獨(dú)立的動(dòng)力部件形式 適用于大型工件的加工 也可用于幾個(gè)方向的同時(shí)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(zhuǎn) 將工件順次送往 各個(gè)工位進(jìn)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(nèi) 工 位數(shù) 3 8 這種工作臺(tái)的適用范圍 各種中小件復(fù)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(fù)雜工件 一般設(shè)有單獨(dú)的上下料工位 中央立柱式或環(huán)形回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的機(jī)床帶有環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 通過工作臺(tái)的回 轉(zhuǎn)分度將工件順次送往各工位進(jìn)行加工 可在中央柱上布置立式動(dòng)力部件 可在工作 臺(tái)周圍布置臥式或傾斜式動(dòng)力部件 不用中央立柱時(shí)也可以在中央布置臥式動(dòng)力部件 環(huán)形工作臺(tái)外徑通常在 3000mm 以內(nèi) 工位數(shù) 4 10 這種工作臺(tái)的適用范圍 各種中小 型復(fù)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(fù)雜工件 一般設(shè)有單獨(dú)的上下料工位 2 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 2 1 組合機(jī)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(jī)床的加工質(zhì)量 生產(chǎn)率 總體布局和夾具結(jié)構(gòu)等 所 以 在制定工藝方案時(shí) 必須計(jì)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(chǎn)率要求 現(xiàn)場所采用的環(huán)境和 條件等等 并收集國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料 制定出合理的工藝方案 根據(jù)被加工零件 汽車變速箱 的零件圖 圖 2 1 加工 7 個(gè)孔的工藝過程 1 加工孔的要技術(shù)要求 4 個(gè)直徑均為 13mm 工件材料為 HT200 HB170 241HBS 要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為 考慮廢品及備品率 年產(chǎn)量 6 萬件 假設(shè) 2 班制生產(chǎn) 每班 6 小時(shí) 每年工作 300 天 2 工藝分析 加工該孔時(shí) 孔的位置度公差為 0 05mm 根據(jù)組合機(jī)床的工藝方法及能達(dá)到的精度 可采用如下的加工方案 一次性加工通孔 孔徑為 13mm 3 定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇 加工此零件上的孔 以上表面限制三個(gè)自由度和右端面限制三個(gè)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(chǎn)效率減輕工人勞動(dòng)量 由于工件是大批量生 產(chǎn) 因此在設(shè)計(jì)時(shí)就認(rèn)為是液壓夾緊 2 1 2 確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案 1 被加工零件的加工精度 被加工零件需要在組合機(jī)床上完成的加工工序及應(yīng)保證的加工精度 是制造機(jī)床 方案的要依據(jù) 汽車變速箱鉆孔的精度要求較高 可采用鉆孔組合機(jī)床 為了加工出 表面粗糙度為 Ra1 6um 的孔 采取提高機(jī)床原始制造精度和工件定位基準(zhǔn)精度并減少 夾壓變形等措施就可以了 為此 機(jī)床通常采用尾置式齒輪動(dòng)力裝置 進(jìn)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(diǎn) 這要指零件的材料 硬度加工部位的結(jié)構(gòu)形狀 工件剛度定位基準(zhǔn)面的特點(diǎn) 它 們對(duì)機(jī)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 13mm 采用多孔同步加工 零件的剛度足夠 工件受力不 大 振動(dòng) 及發(fā)熱變形對(duì)工件影響可以不計(jì) 一般來說 孔中心線與定位基準(zhǔn)面平行且需由一面或幾面加工的箱體宜用臥式機(jī) 床 立式機(jī)床適宜加工定位基準(zhǔn)面是水平的且被加工孔與基準(zhǔn)面垂直的工件 而不適 宜加工安裝不方便或高度較大的細(xì)長工件 對(duì)大型箱體件采用單工位機(jī)床加工較適宜 而中小型零件則多采用多工位機(jī)床加工 此零件的加工特點(diǎn)是中心線與定位基準(zhǔn)平面是垂直的 并且定位基準(zhǔn)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(chǎn)批量 零件的生產(chǎn)批量是決定采用單工位 多工位 自動(dòng)線或按中小批量生產(chǎn)特點(diǎn)設(shè)計(jì) 組合機(jī)床的重要因素 按設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為年生產(chǎn)量為 5 萬件 從工件外形及輪廓 尺寸 為了減少加工時(shí)間 采用多軸頭 為了減少機(jī)床臺(tái)數(shù) 此工序盡量在一臺(tái)機(jī)床 上完成 以提高利用率 4 機(jī)床使用條件 根據(jù)使用組合機(jī)床對(duì)車間布置情況 工序間的聯(lián)系 技術(shù)能力和自然條件等的要 求來選擇適合的組合機(jī)床 綜合以上所述 通過對(duì)汽車變速箱零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 加工部位 尺寸精度 表面 粗糙度和技術(shù)要求 定位 夾緊方式 工藝方法 并定出影響機(jī)床的總體布局和技術(shù) 性能等方面的考慮 最終決定設(shè)計(jì)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(jìn)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(chǎn) 中常用查表給出的組合機(jī)床對(duì)孔加工的工序余量 以消除轉(zhuǎn) 定位誤差的影響 13mm 的孔在鉆孔時(shí) 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(jī)床上完成的工藝內(nèi)容了 就可以著手選擇切削用量了 因?yàn)樗O(shè) 計(jì)的組合機(jī)床為多軸同步加工在大多數(shù)情況下 所選切削用量 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)比一般通用 機(jī)床單刀加工低 30 左右 多軸軸箱上所有刀具共用一個(gè)進(jìn)給系統(tǒng) 通常為標(biāo)準(zhǔn)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 mm min 應(yīng)是適合有刀具的平均值 因此 同一軸箱上的刀具軸可設(shè)計(jì)成同轉(zhuǎn)速和 同的每轉(zhuǎn) 進(jìn)給量 mm r 與其適應(yīng) 以滿足直徑的加需要 即 2 112 inffnfv 式中 各軸轉(zhuǎn)速 r min 1 2 i 各軸進(jìn)給量 mm r 12 iff 動(dòng)力滑臺(tái)每分鐘進(jìn)給量 mm min vf 由于汽車變速箱鉆孔的加工精度 工件材料 工作條件 技術(shù)要求等 按照經(jīng)濟(jì) 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(jìn)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(jù)選定的切削用量 要指切削速度 v 及進(jìn)給量 f 確定切削力 作為選擇動(dòng)力部 件 滑臺(tái) 確定切削扭矩 用以確定軸及其它傳動(dòng)件 齒輪 傳動(dòng)軸等 的尺寸 確 定切削功率 用以選擇傳動(dòng)電動(dòng) 一般指動(dòng)力箱 功率 通過查表計(jì)算如下 切削力 26 2 2FD8 0f6 HB 26 13 8 02 4372N 切削扭矩 10 2 3T9 18 0f6 B 10 1 930 82 30463 4N mm 切削功率 2 4P 74TvD 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(zhuǎn)進(jìn)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(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)簡單 刃磨簡單 選擇標(biāo)準(zhǔn) 13mm 的麻花鉆 孔 加工刀具的長度應(yīng)保證加工終了時(shí)刀具螺旋槽尾端與導(dǎo)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(diào)整量 2 3 鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計(jì) 三圖一卡 的編制 總體設(shè)計(jì)方案的圖紙表達(dá)形式 三圖一卡 設(shè)計(jì) 其內(nèi)容包括 繪制被加工零件工序圖 加工示意圖 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 編制生產(chǎn)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(nèi)容 被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案 表示一臺(tái)組合機(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 加工用的定位基準(zhǔn) 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(chǔ)上 突出本機(jī)床的加工的 內(nèi)容 加上必要的說明繪制成的 是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的要依據(jù) 也是制造 使用 檢驗(yàn) 和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)文件 汽車變速箱鉆孔組合機(jī)床的被加工零件工序圖如 2 2 所 示 圖上要內(nèi)容 1 被加工零件的形狀 要外廓尺寸和本機(jī)床要加工部位的尺寸 精度 表面粗 糙度 形位精度等技術(shù)要求 以及對(duì)上道工序的技術(shù)要求等 2 本工序所選定的定位基準(zhǔn) 夾緊部位及夾緊方向 3 被加工零件的名稱 編號(hào) 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(xiàng) 1 為了使被加工零件工序圖清晰明了 一定要圖出被本機(jī)床的加工內(nèi)容 繪制 時(shí) 應(yīng)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(shí)線 并把 零件輪廓及與機(jī)床 夾具設(shè)計(jì)有關(guān)粗實(shí)線標(biāo)記 如圖 2 2 中定位基準(zhǔn) 機(jī)械夾壓位置 及方向 輔助支承均須用規(guī)定的符號(hào)部 用細(xì)實(shí)線 表清楚 凡本道工序保證的尺寸 角度等 均應(yīng)在尺寸數(shù)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(yīng)由定位基準(zhǔn)注起 為便于加工及檢查 有時(shí)因所選定 位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合 則須對(duì)加工部位要求位置尺寸精度進(jìn)行分析換算 2 3 2 加工示意圖 1 加工示意圖的作用和內(nèi)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(jī)床上的 加工過程 刀具的布置以及工件 夾具 刀具的相對(duì)位置關(guān)系 機(jī)床的工作行程及工 作循環(huán)等 是刀具 夾具 多軸箱 電氣和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇動(dòng)力部件的要依據(jù) 是 整臺(tái)組合機(jī)床布局形式的原始要求 也是調(diào)整機(jī)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(yīng)標(biāo)注的內(nèi)容 1 機(jī)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(jié)構(gòu)類型 尺寸及外伸長度 刀具類型 數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸 接桿 導(dǎo)向 裝置的結(jié)構(gòu)尺寸 刀具與導(dǎo)向置的配合 刀具 接桿 軸之間的連接方式 刀具應(yīng)按 加工終了位置繪制 2 繪制加工示意圖之前的有關(guān)計(jì)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(chǎn)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(dǎo)向套的選擇 在組合機(jī)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(dǎo)向 因此正確選擇導(dǎo)向裝置的類型 合理確定其尺寸 精度 是設(shè)計(jì)組合機(jī)床的 重要內(nèi)容 也是繪制加工示意圖時(shí)必須解決的內(nèi)容 1 選擇導(dǎo)向類型 根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑和刀具導(dǎo)向的線速度 v 17m min 選 擇固定式導(dǎo)向 2 導(dǎo)向套的參數(shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導(dǎo)向裝置 固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺寸如下表 表 2 1 固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)向 類別 工藝 方法 D D D1 刀具導(dǎo)向 部分外徑 固定 導(dǎo)向 鉆孔 G7 或 F7 H7 g6 H7 n6 g6 固定導(dǎo)向裝置的布置如圖 2 4 所示 圖 2 4 固定導(dǎo)向裝置的布置 3 初定軸類型 尺寸 外伸長度 因?yàn)檩S的材料為 40Cr 剪切彈性模量 G 71 0GPa 剛性軸取 1 4 0 m 所 以 B 取 2 316 根據(jù)剛性條件計(jì)算軸的直徑為 d B 2 59 4T 式中 d 軸直徑 mm 24 65 T 軸所承受的轉(zhuǎn)矩 N mm B 系數(shù) 本設(shè)計(jì)中軸直徑 d 13mm 軸外伸長度為 L 115mm D 為 40 27 1d 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(shí)到達(dá)加工終了位置 就需要在軸與刀具之間設(shè)置可調(diào)環(huán) 節(jié) 這個(gè)可調(diào)節(jié)在組合機(jī)床上是通過可調(diào)整的刀具接桿來解決的 連接桿如圖 2 5 所示 圖 2 5 可調(diào)連接桿 連接桿上的尺寸 d 與軸外伸長度的內(nèi)孔 D 配合 因此 根據(jù)接桿直徑 d 選擇刀具 接桿參數(shù)如表 2 3 所示 表 2 3 可調(diào)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(hào) 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(shí)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(biāo)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(diào) 之和 再減去加工孔深度和切出值 6 工作進(jìn)給長度的確定 如圖 2 6 工作進(jìn)給長度 應(yīng)等于工件加工部位長度 L 與刀具切入長度 和切出長工L 1L 度 之和 切入長應(yīng) 應(yīng)根據(jù)工件端面誤差情況在 5 10mm 之間選擇 誤差大時(shí)取2L1 大值 因此取 7mm 切出長度 1 3d 3 7 x13 7 12mm 所以12 13 7 12 12 32mm 工 7 快進(jìn)長度的確定 考慮實(shí)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(dǎo)套內(nèi)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(jìn)與工作工進(jìn)之和 因此快進(jìn)長度 120 45 75mm 2 3 3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 圖 2 7 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 1 聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容 一般來說 組合機(jī)床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件 動(dòng)力箱 動(dòng)力滑臺(tái) 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(jī)床各組成部件的相互裝配和運(yùn)動(dòng)關(guān) 系 以檢驗(yàn)機(jī)床各部件的相對(duì)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(jìn)一步開展軸箱 夾具等專用部件 零件的設(shè)計(jì)提供依據(jù) 聯(lián)系尺寸圖也可 以看成是簡化的機(jī)床總圖 它表示機(jī)床的配置型式及總體布局 如圖 2 7 所示 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的內(nèi)容包括機(jī)床的布局形式 通用部件的型號(hào) 規(guī)格 動(dòng)力部件的運(yùn)動(dòng)尺寸和所用電動(dòng)機(jī)的要參數(shù) 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(dòng)力部件 選用動(dòng)力部件要選擇型號(hào) 規(guī)格合適的動(dòng)力滑臺(tái) 動(dòng)力箱 1 滑臺(tái)的選用 通常 根據(jù)滑臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式 所需進(jìn)給力 進(jìn)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(tái) 1 驅(qū)動(dòng)形式的確定 根據(jù)對(duì)液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)的性能特點(diǎn)比較 并結(jié)合具 體的加工要求 使用條件選擇 HY 系列液壓滑臺(tái) 2 確定軸向進(jìn)給力 滑臺(tái)所需的進(jìn)給力 進(jìn)F i 4 4372 34976N 式中 i 各軸加工時(shí)所產(chǎn)生的軸向力 由于滑臺(tái)工作時(shí) 除了克服各軸的軸的向力外 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 進(jìn)F 34 976KN 3 確定進(jìn)給速度 液壓滑臺(tái)的工作進(jìn)給速度規(guī)定一定范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)速 對(duì)液 壓滑臺(tái)確定切削用量時(shí)所規(guī)定的工作進(jìn)給速度應(yīng)大于滑臺(tái)最小工作進(jìn)給速度的 0 5 1 倍 液壓進(jìn)給系統(tǒng)中采用應(yīng)力繼電器時(shí) 實(shí)際進(jìn)給速度應(yīng)更大一些 本系統(tǒng)中進(jìn)給速度 n f 17mm min 所以選擇 1HY32 A 液壓滑臺(tái) 工作進(jìn)給速度范圍vf 20 650mm min 快速速度 10m min 4 確定滑臺(tái)行程 滑臺(tái)的行程除保證足夠的工作行程外 還應(yīng)留有前備量和 后備量 前備量的作用是動(dòng)力部件有一定的向前移動(dòng)的余地 以彌補(bǔ)機(jī)床的制造誤差 以及刀具磨損后能向前調(diào)整 本系統(tǒng)前備量為 20mm 后備量的作用是使動(dòng)力部件有一 定的向后移動(dòng)的余地 為方便裝卸刀具 這里取 70mm 所以滑臺(tái)總行程應(yīng)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(dòng)力 滑臺(tái)型號(hào) 1HY32 A 以及相配套的滑臺(tái)底座 1CC321 型 2 由下式確定動(dòng)力箱的選用 動(dòng)力箱要依據(jù)多軸所需的電動(dòng)機(jī)功率來選用 在多軸箱沒有設(shè)計(jì)之前 可算主P 2 6主 切P 4 0 717 0 7 7 1 KW 式中 多軸箱傳動(dòng)效率 加工黑色金屬時(shí) 0 7 0 9 有色金屬時(shí) 0 7 0 7 本系統(tǒng)加工 HT200 取 0 7 動(dòng)力箱的電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)大于計(jì)算功率 并結(jié)合軸要求的轉(zhuǎn)速大小選擇 因此 選 用電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y132M1 6 的 1TD32I 型動(dòng)力箱 動(dòng)力箱輸出軸至箱底面高度為 170mm 要技術(shù)參數(shù)如下表 表 2 4 電機(jī)型號(hào)及參數(shù) 轉(zhuǎn)速范圍 r min 電機(jī)傳動(dòng)型號(hào) 電機(jī)轉(zhuǎn)速 輸出轉(zhuǎn)速 電機(jī)功率 kw 配套軸部件型號(hào) D50 Y160M 6 970 470 7 5 1HY32 A 1CC321 1CD32 1 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(jī)床底面的垂直距離 在現(xiàn)階段設(shè)計(jì)組合機(jī)床時(shí) 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(tái)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(cè)底座 1CD321 6 確定多軸箱輪廓尺寸 本機(jī)床配置的多軸箱總厚度為 630mm 寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取 計(jì)算時(shí) 多 軸箱的寬度 B 和高度 H 可確定為 B 630 H 400 根據(jù)上述計(jì)算值 按軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn) 最后確定軸箱輪廓尺寸 B H 630 400mm 2 3 4 生產(chǎn)率計(jì)算卡 生產(chǎn)率計(jì)算卡是反映所設(shè)計(jì)機(jī)床的工作循環(huán)過程 動(dòng)作時(shí)間 切削用量 生產(chǎn)率 負(fù)荷率等技術(shù)文件 通過生產(chǎn)率計(jì)算卡 可以分析擬定的方案是否滿足用戶對(duì)生產(chǎn)率 及負(fù)荷率的要求 計(jì)算如下 切削時(shí)間 T 切 L vf t 停 2 7 45 74 7 10 415 0 613 min 式中 T 切 機(jī)加工時(shí)間 min L 工進(jìn)行程長度 mm vf 刀具進(jìn)給量 mm min t 停 死擋鐵停留時(shí)間 一般為在動(dòng)力部件進(jìn)給停止?fàn)顟B(tài)下 刀具 旋轉(zhuǎn) 5 10 r 所需要時(shí)間 這里取 10r 輔助時(shí)間 T 輔 t 移 t 裝 2 7fkvL43 75 120 1000 0 13 2 2 313min 式中 L 3 L 4 分別為動(dòng)力部件快進(jìn) 快退長度 mm vfk 快速移動(dòng)速度 mm min t 移 工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)間 min 一般為 0 05 0 13min 取 0 13 min t 裝 裝卸工件時(shí)間 min 一般為 0 5 1 5min 本例取 2min 機(jī)床生產(chǎn)率 Q1 60 T 單 2 9 60 T 切 T 輔 60 0 613 3 295 15 3 件 h 機(jī)床負(fù)荷率按下式計(jì)算 Q Q 1 100 2 10 A Q1tk 100 20000 15 3 1950 100 67 04 式中 Q 機(jī)床的理想生產(chǎn)率 件 h A 年生產(chǎn)綱領(lǐng) 件 tk 年工作時(shí)間 單班制工作時(shí)間 tk 1950h 表 2 5 生產(chǎn)率計(jì)算卡 3 多軸箱的設(shè)計(jì) 3 1 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖是根據(jù) 三圖一卡 繪制的如圖 3 1 所示 圖 3 1 鉆孔組合機(jī)床多軸箱 圖中多軸箱的兩定位銷孔中心連線為橫坐標(biāo) 工件加工孔對(duì)稱 選擇箱體中垂線 為縱坐標(biāo) 在建立的坐標(biāo)系中標(biāo)注輪廓尺寸及動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸的相對(duì)位置尺寸 軸部為 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 面對(duì)軸看 軸的工序內(nèi)容 切削用量及軸尺寸及動(dòng)力部件的型號(hào)和性能參數(shù)如表 3 1 所示 表 3 1 軸外尺寸及切削用量 軸外伸尺寸 切削用量 軸號(hào) D d L 工序 內(nèi)容 N r min V m min f mm r Vf mm min 1 2 3 4 5 6 7 7 40 27 115 鉆 13 415 17 0 17 74 7 注 1 被加工零件編號(hào)及名稱 箱體材料 HT200 JB297 62 硬度 HB170 241 前 后 側(cè)蓋等材料為 HT150 2 動(dòng)力部件型號(hào) 1TD32I 動(dòng)力箱 電動(dòng)機(jī)型號(hào) Y160M 6 功率 P 7 5kw 3 2 齒輪模數(shù)選擇 本組合機(jī)床要用于鉆孔 因此采用滾珠軸承軸 齒輪模數(shù) m 可按下式估算 m 30 32 32 2 13 2 113 ZNP37 1 2045 式中 m 估算齒輪模數(shù) P 齒輪所傳遞的功率 kw Z 對(duì)嚙合齒中的小齒輪數(shù) N 小齒輪的轉(zhuǎn)速 r min 為了模數(shù)計(jì)算還需要滿足中心距的關(guān)系 多軸箱輸入齒輪模數(shù)取 m 2 5 取 m 2 5 齒輪分配可以圓整 3 3 多軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1 根據(jù)原始依據(jù)圖 圖 3 2 畫出驅(qū)動(dòng)軸 軸坐標(biāo)位置 如下表 表 3 2 驅(qū)動(dòng)軸 軸坐標(biāo)值 坐標(biāo) 銷 O1 驅(qū)動(dòng)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(dòng)軸位置及齒輪齒數(shù) 圖 3 2 齒輪的最小壁厚 2 傳動(dòng)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(shù)按驅(qū)動(dòng)軸齒輪估算 2 13 30 2Pmzn 多軸箱輸入齒輪模數(shù)取 m 2 5 軸 1 2 3 4 要求的轉(zhuǎn)速一 致且較高 所以采用降速傳動(dòng) 軸齒數(shù)選取 Z 25 傳動(dòng)齒輪采用 z 25 齒的齒輪 變位 系數(shù) 傳動(dòng)軸的0 18x 由于前面選取了軸直徑為 40 顯然傳動(dòng)軸直徑都選取 40 這 樣為了減少傳動(dòng)軸種類和 所以選擇兩級(jí)傳動(dòng) 且傳動(dòng)比分配為 一級(jí)為 1 0 1 0 二級(jí)為 1 4 1 0 驅(qū)動(dòng)軸的直徑為 40mm 由 組合機(jī)床簡明設(shè)計(jì)手冊 查得知 t 33 3mm 當(dāng) m 3 時(shí) 驅(qū)動(dòng)軸上的齒數(shù)為 Zmin 2 17303 2 1 5 2 1 25 8dmt 去驅(qū)動(dòng)齒輪齒數(shù) Z 24 通用的齒輪有三種 即傳動(dòng)齒輪 動(dòng)力箱齒輪和電機(jī)齒輪 材料均為 45 鋼 熱處 理為齒部高頻淬火 G54 本機(jī)床齒輪的選用按照下表選用 表 2 7 齒輪種類及參數(shù) 齒輪種類 寬度 mm 齒 數(shù) 模數(shù) mm 孔徑 mm 驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(jì)算各軸轉(zhuǎn)速 使各軸轉(zhuǎn)速的相對(duì)轉(zhuǎn)速損失在 5 以內(nèi) 由公式 V 知 140Dn n1 n2 n3 n4 17x1000 3 13 13 415r min 2 17 3 4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 傳動(dòng)系統(tǒng)圖是表示傳動(dòng)關(guān)系是示意圖 即用以確定的傳動(dòng)軸將驅(qū)動(dòng)軸和各軸連接 起來 繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動(dòng)示意圖 如圖 3 3 所示 圖 3 3 鉆孔多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)圖 圖中傳動(dòng)軸齒輪和驅(qū)動(dòng)軸齒輪為第 排 在圖中標(biāo)出齒輪的齒數(shù) 模數(shù) 變位系 數(shù) 以校核驅(qū)動(dòng)軸是否正確 另外 應(yīng)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(dòng)元件的校核 4 1 驗(yàn)算傳動(dòng)軸的直徑 按下式計(jì)算傳動(dòng)軸所承受的總轉(zhuǎn)矩 T總 T1U1 T2U2 TnUn 7 1 1 T總 式中 作用在第 n 個(gè)主軸上的轉(zhuǎn)矩 單位為 N m n 傳動(dòng)軸至第 n 個(gè)主軸之間的傳動(dòng)比U 注意上式中不包括對(duì)于只有一排傳動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 這是因?yàn)閭鲃?dòng)軸上只有 一排齒輪時(shí) 其承受的轉(zhuǎn)矩理論上等于零 對(duì)于這種傳動(dòng)軸 一般按其承受的彎矩來 計(jì)算 總轉(zhuǎn)矩 算出來后按照 組合機(jī)床簡明設(shè)計(jì)手冊 P65 表 3 4 公式驗(yàn)算所選的T總 傳動(dòng)軸直徑是否滿足要求 本次設(shè)計(jì)中各個(gè)主軸的轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)比在以上的計(jì)算中已經(jīng)知道 由公式 T1U1 T2U2 TnUn 可以算得每個(gè)傳動(dòng)軸所承受的轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速相同的總 軸計(jì)算其中一個(gè) 此次設(shè)計(jì)中各個(gè)主軸的轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)比在以上的計(jì)算中已經(jīng)知道 由公式可以 算得每個(gè)傳動(dòng)軸所承受的轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速相同的軸計(jì)算其中一個(gè) 傳動(dòng)軸 13 14 上都只有一 排齒輪 其承受的轉(zhuǎn)矩理論上等于零 按其承受的彎矩來計(jì)算 T13 3 5 86 17 58 N mm T14 3 7 55 22 65 N mm T13 最大在鉆孔時(shí)取得 即 T13 T13 24 68 N mm d B 410T d 軸的直徑 mm T 軸所傳遞的扭矩 N m B 系數(shù) 當(dāng)材料的剪切彈性模數(shù) G 81 0Gpa 時(shí) 剛性主軸的 B 為 7 8 非剛性 主軸 B 為 6 2 傳動(dòng)軸的 B 為 5 2 把軸 11 13 15 的扭矩代入 d B 得 410T d 11 B 5 2 24 926410T458 170 d 13 B 5 2 24 99762 圓整為 30 即軸 13 14 軸徑都為 30mm 其它傳動(dòng)軸 15 16 17 18 19 20 的驗(yàn)算同傳動(dòng)軸 13 14 相同 經(jīng)過計(jì)算后得出其都符 合扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度要求 4 2 傳動(dòng)軸的校核及其配件校核 4 2 1 軸的彎扭強(qiáng)度校核 通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 軸上零件的位置 以及外載荷和支反力 的作用位置均以確定 軸上的載荷 彎矩和扭矩 已求得 因而可按彎扭合成強(qiáng)度條件對(duì) 軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算 一般的計(jì)算步驟如下 1 做出軸的計(jì)算簡圖 即力學(xué)模型 軸所承受的載荷是從軸上零件傳來的 計(jì) 算時(shí) 常將軸上的分布載荷簡化為集中力 其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn) 作用在 軸上的扭矩 一般從傳動(dòng)件輪轂寬度的中點(diǎn)算起 通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁 支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān) 在作計(jì)算簡圖時(shí) 應(yīng)先求出軸上零件 的載荷 若為空間力系 應(yīng)把空間力系分解為圓周力 徑向力和軸向力 然后把他們 全部轉(zhuǎn)化到軸上 并將其分解為水平分力和垂直分力 然后求出個(gè)支承處的水平反力 和垂直反力 NHFNVF 2 做出彎矩圖 根據(jù)上述的簡圖 分別按水平面和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩 并按計(jì)算結(jié)果分別做出水平面上的彎矩圖 和垂直面上的彎矩圖 然后按計(jì)算出HMVM 總的彎矩并做出彎矩圖 3 做出扭矩圖 4 計(jì)算當(dāng)量彎矩 Mv 由已求得的合成彎矩和轉(zhuǎn)矩 根據(jù)第三強(qiáng)度理論計(jì)算當(dāng)量彎矩 Mv 其計(jì)算公式為 Mv 22 TM 式中 是將轉(zhuǎn)矩 T 折合成當(dāng)量彎矩的校正系數(shù) 引入該系數(shù)是因?yàn)橛蓮澗匾?的彎曲應(yīng)力通常是對(duì)稱循環(huán)變化的 而轉(zhuǎn)矩引起的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力則常常不是對(duì)成循環(huán)變 化的 考慮到彎矩和轉(zhuǎn)矩引起的應(yīng)力 其循環(huán)特性不同 因而在合成時(shí)應(yīng)做相應(yīng)的修 正 的取值由扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的循環(huán)特性決定 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力按對(duì)稱循環(huán)變化時(shí) 1 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化時(shí) 0 61 0 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí) 0 3 分別為材料在對(duì)稱循環(huán) 脈動(dòng)循環(huán)及靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)1 0 力 MPa 見表 7 1 表 7 1 軸的許用彎曲應(yīng)力 MPa 材料 b 1 0 1 碳鋼 400 500 600 700 130 170 200 230 70 75 95 110 40 45 55 65 合金鋼 800 900 1000 1200 270 300 330 400 130 140 150 180 75 80 90 110 參考 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) P371 表 16 3 5 計(jì)算軸徑 軸計(jì)算截面上的強(qiáng)度條件為 v Mv W W MPa 7 2 1 22 TM 式中 v 為軸計(jì)算截面上的當(dāng)量彎曲應(yīng)力 MPa W 為軸計(jì)算截面的抗彎截面 系數(shù) mm3 對(duì)實(shí)心圓軸 W d3 32 對(duì)空心軸 W d3 32 1 4 d 為軸的計(jì)算截面直徑 mm 為軸的許用彎曲應(yīng)力 MPa 對(duì)傳動(dòng)軸和轉(zhuǎn)動(dòng)心 軸 取 對(duì)固定心軸考慮啟動(dòng) 停止等影響 取 1 0 對(duì)實(shí)心圓軸 軸計(jì)算截面的直徑為 d mm 7 2 2 03 22 TM 同樣 若軸計(jì)算截面開有鍵槽 則需將計(jì)算出的直徑放大 按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算 所得的直徑如果