2010 “萬向節(jié)滑動叉”端面銑削組合機(jī)床設(shè)計,萬向節(jié),滑動,端面,銑削,組合,機(jī)床,設(shè)計 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院I摘 要組合機(jī)床，是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率機(jī)床。其特點有：結(jié)構(gòu)緊湊、工作質(zhì)量可靠、設(shè)計和制造周期短、投資少、經(jīng)濟(jì)效果好、生產(chǎn)率高等。本次設(shè)計首先針對所要加工的零件入手，對機(jī)床進(jìn)行總體方案設(shè)計，進(jìn)而確定機(jī)床的總體布局，隨后，對主軸組件進(jìn)行設(shè)計。在設(shè)計主軸組件時，以主軸為線索，在滿足剛度、精度等要求下，完成其它（如軸承、軸向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)等）所有零件的設(shè)計。關(guān)鍵詞：萬向節(jié)滑動叉；組合機(jī)床；主軸；軸承； 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院IIABSTRACTModular Machine, by the large number of common parts and a small number of specialized components of the process focused efficient machine. Its features include : compact, reliable quality, design and manufacturing cycle shorter, less investment and economic effects, and higher productivity .This design, first in response to the processing of parts, the paper machine for the overall program design, which will determine the overall layout of the machine. Subsequently, the spindle components of the design. Spindle components in the design, a spindle for clues to meet stiffness and precision requirements, the completion of the other (eg, bearings, Axial adjustment, locking, etc.) all parts of the design.Keywords: universal joint cross ；modular machine； stiffness； bearings；河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院III目 錄摘 要 .............................................................................................................................IABSTRACT.................................................................................................................II目 錄 ........................................................................................................................III前 言 ............................................................................................................................11 總體方案論證 ..........................................................................................................41.1 工藝方案設(shè)計 ...................................................................................................................41.2 加工設(shè)備方案選擇 ...........................................................................................................51.3 確定總體布局 ...................................................................................................................52 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)的確定 ......................................................................................82.1 確定工件余量 ...................................................................................................................82.2 切削用量的選擇 ...............................................................................................................82.3 確定切削力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率 ..............................................................................92.4 運動參數(shù) .........................................................................................................................103 組合機(jī)床通用部件的選擇 ....................................................................................133．1 進(jìn)給動力部件選擇 ......................................................................................................133．2 主運動動力部件選擇 ..................................................................................................153.2.1 主運動驅(qū)動裝置 .................................................................................................153.2.2 通用主軸部件選擇 .............................................................................................164 組合機(jī)床總體設(shè)計 .................................................................................................184.1 被加工零件工序 .............................................................................................................184.2 加工方案 .........................................................................................................................194.3 機(jī)床總聯(lián)系尺寸圖 .........................................................................................................204.4 機(jī)床生產(chǎn)率計算 .............................................................................................................215 組合機(jī)床主軸設(shè)計 ................................................................................................245.1 主軸的基本要求 ..............................................................................................................245.1.1 旋轉(zhuǎn)精度 .............................................................................................................245.1.2 剛度 .....................................................................................................................255.1.3 耐磨性 .................................................................................................................255.1.4 主軸的其他要求 .................................................................................................265.2 主軸組件的布局 .............................................................................................................265.3 主軸結(jié)構(gòu)的初步擬定 .....................................................................................................285.4 主軸組件的計算 .............................................................................................................285.3 主軸結(jié)構(gòu)圖 .....................................................................................................................306 組合機(jī)床主軸箱設(shè)計 ..........................................................................................316.1 主軸箱設(shè)計的原始依據(jù) ..................................................................................................316.2 運動參數(shù)和動力參數(shù)的確定 .........................................................................................31河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院IV6． 2．1 傳動系統(tǒng)傳動比分配 .................................................................................316． 2．2 計算傳動裝置的運動和設(shè)計參數(shù) ...............................................................316． 2．3 齒輪模數(shù)的估算及其叫校核 .......................................................................326． 2．4 軸各參數(shù)估算及強度校核 ...........................................................................366.3 主軸箱的坐標(biāo)計算 .........................................................................................................48結(jié) 論 .........................................................................................................................50致 謝 ...........................................................................................................................51參考文獻(xiàn) .....................................................................................................................52河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院1前 言機(jī)械制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，是國民經(jīng)濟(jì)各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，是生產(chǎn)力的重要組成部分。機(jī)械制造業(yè)不僅為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)、科研和國防等部門提供各種生產(chǎn)設(shè)備、儀器儀表和工具，而且為制造業(yè)包括機(jī)械制造業(yè)本身提供機(jī)械制造裝備。機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造水平標(biāo)志著一個國家或地區(qū)的科學(xué)技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)實力。機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造水平，主要取決于機(jī)械制造裝備的先進(jìn)程度。機(jī)械制造裝備的核心是金屬切削機(jī)床，精密零件的加工，主要依賴切削加工來達(dá)到所需要的精度。金屬切削機(jī)床所擔(dān)負(fù)的工作量約占機(jī)器制造總工作量的40%～60%，金屬切削機(jī)床的技術(shù)水平直接影響到機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。換言之，一個國家的機(jī)床工業(yè)水平在很大程度上代表著這個國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。然而，組合機(jī)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(jī)床。組合機(jī)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(jìn)行專門設(shè)計。其二，隨著組合機(jī)床在我國機(jī)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(jī)床的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)組合機(jī)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(jī)床是極其相似的，有可能設(shè)計為通用機(jī)床，這種機(jī)床稱為“專能組合機(jī)床” 。這種組合機(jī)床就不需要每次按具體加工對象進(jìn)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(jī)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(jī)床。組合機(jī)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(jìn)行專門設(shè)計。其二，隨著組合機(jī)床在我國機(jī)械行河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2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(jī)床的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)組合機(jī)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(jī)床是極其相似的，有可能設(shè)計為通用機(jī)床，這種機(jī)床稱為“專能組合機(jī)床” 。這種組合機(jī)床就不需要每次按具體加工對象進(jìn)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(jī)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(jī)械產(chǎn)品實現(xiàn)高效，高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備，因而被廣泛應(yīng)用許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在大批量生產(chǎn)的機(jī)械工業(yè)部門，大量采用的設(shè)備是組合機(jī)床和自動線。因此，組合機(jī)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(jī)床的發(fā)展，作為組合機(jī)床主要用戶的汽車和內(nèi)燃機(jī)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(jī)床的不斷發(fā)展。組合機(jī)床的發(fā)展主要有以下 2 點:(1) 組合機(jī)床品種的發(fā)展；(2) 組合機(jī)床柔性化的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的巨大進(jìn)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)展成為工藝裝備。然而，一般企業(yè)仍習(xí)慣于大于采用傳統(tǒng)的專用夾具。另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，更新的專用夾具占用比例很大，面夾具的實際磨損量僅占有小部分。特別是近年來， ，加工中心（MC ） ，數(shù)控機(jī)床（ NC） ，柔性制造系統(tǒng)（ FMS） ，成組技術(shù)（GT ）等新技術(shù)的應(yīng)用，對機(jī)床夾具提出了新的要求：a.能迅速方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，降低了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，減少了生產(chǎn)成本。b.能裝夾一類具有相似性特征的工件。c.能應(yīng)用高精密加工的高精度機(jī)床夾具。d.能應(yīng)用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型組合機(jī)床夾具。e.采用液壓或氣壓夾緊的高效夾緊裝置，以進(jìn)一步提高勞動生產(chǎn)率。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院3f.提高機(jī)床夾的標(biāo)準(zhǔn)化程度?，F(xiàn)代機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理和工作上可靠的雙面粗銑的組合機(jī)床。本次設(shè)計的組合機(jī)床夾具主要對萬向節(jié)滑動叉兩端面的粗銑。本次設(shè)計的組合機(jī)床能同時粗銑萬向節(jié)滑動叉兩端面，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。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院41 總體方案論證設(shè)計機(jī)床的第一步，是確定總體方案?？傮w方案是機(jī)床部件和零件的設(shè)計依據(jù)，對整個設(shè)計的影響較大。因此，在擬定總體方案的過程中，必須全面地、周密地考慮，使所定方案技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。設(shè)計的機(jī)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。1.1 工藝方案設(shè)計工藝方案的擬訂是組合機(jī)床設(shè)計的關(guān)鍵一步。組合機(jī)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(jìn)合理的工藝方案,才能設(shè)計出先進(jìn)合理的組合機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)床的結(jié)構(gòu)配置和使用性能。因此，必須認(rèn)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(jī)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(jī)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(zhǔn)和夾壓部位的選擇組合機(jī)床一般為工序集中的多刀加工 ,不但切削負(fù)荷大，而且工件受力方面變化。因此，正確選擇定位基準(zhǔn)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(zhǔn)選擇考慮有關(guān)工序加工余河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院5量的均勻性。定位夾緊裝置的選擇應(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(dǎo)向和能過刀具。本道工序:萬向節(jié)滑動叉兩端面的銑削。1.2 加工設(shè)備方案選擇在機(jī)械制造業(yè)中，金屬切削機(jī)床占機(jī)械設(shè)備總臺數(shù)的 50%～70%，它負(fù)擔(dān)的工作量約占一半左右，其中有 30%～50%的工作量是由組合機(jī)床來完成的，同時，機(jī)械加工方法是機(jī)電產(chǎn)品及零部件生產(chǎn)的主要方法，且機(jī)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(jī)床的開發(fā)、設(shè)計，是機(jī)械制造行業(yè)一項非常重要的工作。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，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，便于使用、維護(hù)和設(shè)計、制造；d.自動化程度變高，勞動強度降低；e.配置靈活，可按工件或工序要求靈活變換組成機(jī)床自動線，易于改裝，加工過程和產(chǎn)品變化時，通用部件還具有重復(fù)利用價值；f.使用性質(zhì)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)床消耗費用低。由于被加工零件已定型，生產(chǎn)產(chǎn)品較大，加工精度要求較高，所以必須采用組合機(jī)床來進(jìn)行生產(chǎn)，同時，又是針對雙面加工。因此，采用組合機(jī)床來進(jìn)行加工是較適宜、理想的生產(chǎn)方案。1.3 確定總體布局根據(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(jī)床總體布局主要有如下配制型式：河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院6a.多工位組合機(jī)床多工位組合機(jī)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(jī)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(jī)床各種型式的單工位組合機(jī)床，通常可安裝一個工件，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(jī)床可分為單面、多面及復(fù)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(jī)動時間與輔助時間不能重合，因而生產(chǎn)率比多工位機(jī)床低。根據(jù)以上所述, 柴油機(jī)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(jī)床加平面，有利于排屑，也減輕了工人的勞動強度。且柴油機(jī)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(jī)床是較好的選擇。臥式單工位組合機(jī)床又可分為臥式單面組合機(jī)床，臥式多面組合機(jī)床等。若采用臥式單面組合機(jī)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(jī)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(jìn)給運動。生產(chǎn)占地面積小，加工精度高。機(jī)床總體布局圖如圖 1-1 所示：河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院7圖 1-2 機(jī)床總體布局圖1.機(jī)座 2.動力滑臺 3.工件 4.端銑刀 5.電動機(jī) 6.變速箱 7.主軸箱河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院82 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)的確定機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)包括主參數(shù)和基本參數(shù)，基本參數(shù)又包括尺寸參數(shù)，運動參數(shù)。2.1 確定工件余量VF-6/7 型空壓機(jī)減荷閥體，零件材料為 HT200，硬度 190—210HB，生產(chǎn)類型為大批量，鑄造毛坯。查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表 2.2～2.5,取加工余量為 2.5mm(此為雙邊加工)。2.2 切削用量的選擇在組合機(jī)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(jī)床的加工精度，生產(chǎn)率，刀具耐用度，機(jī)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(jī)床切削用量的選擇特點:a.在大多情況下，組合機(jī)床為多軸、多刀、多面同時切削，因此，切削用量比一般萬能機(jī)床單刀加工低 30%左右。 b.組合機(jī)床通常用動力滑臺來帶動刀具進(jìn)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(jìn)給量 f(mm/r),再根據(jù)其中工作時間最長，負(fù)荷最重，刃磨較困難的刀具來確定并調(diào)整每轉(zhuǎn)進(jìn)給量和轉(zhuǎn)速，通常用試湊法來滿足每分鐘進(jìn)給量相同的要求。參照 [1]即 fivnfnf ???321河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院9c.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(jī)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(jìn)行分析，按照經(jīng)濟(jì)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(jī)氣缸體孔的切削用量。由參考文獻(xiàn)[1]表 6-18,查得，每齒進(jìn)給量 fz=0.2mm/z切削速度 vc=75m/minn= = =47r/mindv?105124.37?進(jìn)給速 vf=fn=fzzn =0.2×34×47=320mm/min2.3 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(jī)功率。切削功率選擇:由 vc=75m/min，工件材料 :鑄鐵HBS250，a p=4mm，f z=0.2mm/z，v f=320mm/min，由參考文獻(xiàn) [4]表 3.24，得pc=15.9KW電動機(jī)選擇：由 pc=15.9KW，由參考文獻(xiàn)[9]表 20-3 得，電動機(jī)型號：Y180L-6 同步轉(zhuǎn)速：1000r/min，滿載轉(zhuǎn)速：975r/min，P 電機(jī) =18.5KW銑削切削力的計算河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院10由參考文獻(xiàn)[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-銑削削的深度(mm)；Sz-每齒的進(jìn)給量(mm/z)；D-銑刀的直徑(mm)；B-銑削的寬度(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)2.4 運動參數(shù)機(jī)床的運動參數(shù)包括主運動轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍、進(jìn)給量范圍、進(jìn)給量數(shù)列以及空行程速度等。此次設(shè)計主要確定主運動的運動參數(shù)。(1)主軸最高，最低轉(zhuǎn)速按照典型工序的切削速度和刀具(或工件)直徑、計算主軸最高轉(zhuǎn)速n 、最低轉(zhuǎn)速 n 。計算公式如下：maxmi河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院11n = ， n =maxinmax10dV?miaxmin10dV?式中：n 、n —主軸最高、最低轉(zhuǎn)速(r/min)axiV 、V —最高、最低切削速度(m/min)mid 、d —最大、最小計算直徑(mm)axin根據(jù)《機(jī)械制造工藝金屬切削機(jī)床設(shè)計指導(dǎo)》第 69～70 頁，可查出以下數(shù)據(jù)： 查表 2.2-3 取最大，最小切削速度：V =200～300m/min， 取 V =250m/minmax maxV =15～20m/min, 取 V =20m/minin in銑床的 d 、d 可取使用的刀具最大、最小直徑，即：maxid =110mm, d =75mmmin則主軸最高轉(zhuǎn)速為n = = =1061.6r/minmaxinax10dV?10257??取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列值：n =1000r/minmax最低轉(zhuǎn)速為：n = = =57.9r/minmiaxin10dV?102?取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列值：n =56r/minmi(2)主軸轉(zhuǎn)速的合理排列河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院12最高、最低轉(zhuǎn)速確定后，還需確定中間轉(zhuǎn)速，選擇公比 Φ，轉(zhuǎn)速級數(shù) Z，則轉(zhuǎn)速數(shù)列為：n = n =56r/min, n = n Φ, n = n Φ , n = n Φ1mi 2mi3mi2zmi1?z查標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列，取公比 Φ=1.78 (1＜Φ≤2)轉(zhuǎn)速范圍： R = = =17.8nmiax5610轉(zhuǎn)速級數(shù)： Z= +1=5.99 取 Z=6Φlog Rn由于本次設(shè)計的要求，主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)只需設(shè)計四級就能滿足要求，故取Z=4。即：n =56， n =100, n =180, n =315 (r/min)1234河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院133 組合機(jī)床通用部件的選擇通用部件是按標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化原則設(shè)計制造的組合機(jī)床基礎(chǔ)部件。我國通用部件不僅具有完整的國家標(biāo)準(zhǔn)，并已貫徹了國際標(biāo)準(zhǔn)，許多標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)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(jī)械驅(qū)動、液壓驅(qū)動、風(fēng)動或數(shù)控通用部件；按單機(jī)和自動線的不同，可分為組合機(jī)床和組合機(jī)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。3．1 進(jìn)給動力部件選擇進(jìn)給動力部件主要為刀具或工件提供進(jìn)給運動。最新動力部件共有液壓滑臺、機(jī)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(jìn)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(jī)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(xiàn)[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 L21XG63 630 1600 1600 3180 584 808 888河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院14Ⅰ型由表 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(jìn)功率(kW)快進(jìn)速度(m/min)工進(jìn)功率(kW)工進(jìn)速度(mm/min)許用切削功率(kW)1XG63 F41 4 9.2 3 200-2500 371XG 銑削工作臺還具有以下特點：a.剛性好 導(dǎo)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(dǎo)軌和一個平導(dǎo)軌導(dǎo)向，通常銑削力壓向?qū)к壝?。這種導(dǎo)軌可以提高導(dǎo)向精度和導(dǎo)向剛度，從而保證機(jī)床加工精度，提高機(jī)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(dá)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(dǎo)軌達(dá)到較高的加工精度，并且工作臺臺面較長，以是 V 形導(dǎo)軌導(dǎo)向，從而保證機(jī)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，最大的進(jìn)給速度為 2500mm/min。實踐證明：當(dāng)進(jìn)給速度為 2080mm/min 時，進(jìn)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)。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院153．2 主運動動力部件選擇主運動部件用來實現(xiàn)組合機(jī)床的主運動—切削運動。它安在滑臺或其他進(jìn)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。3.2.1 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(jī)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(biāo)準(zhǔn)。1NG 系列主運動傳動裝置主要有 1Nga、1NG b、1NG c、1NG d 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(zhǔn)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．1NG b 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．1NG c 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(jī)床。d．1NG d 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(jī)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—1NG b 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河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院16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(jī)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，1NG b 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(jìn)行潤滑。3.2.2 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(jìn)行切削，如進(jìn)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(dǎo)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(jī)床。這類機(jī)床不設(shè)導(dǎo)向裝置，夾具結(jié)構(gòu)較簡單，機(jī)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(jìn)給動力部件配套，可組成各種類型的銑削組合機(jī)床。由切削功率 pc=15.9KW，由參考文獻(xiàn)[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±0.3b(h5) l1 l21TX50 φ221. φ107. M24 M30 M20 φ11 25.4 119 45河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院1744 95 7.81TX50 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 φ221.44200 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 L31TX50 500 450 470 800 200 275 126型號 L4 L5 H H1 H2 H31TX50 665 94 250 468 911 500河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院184 組合機(jī)床總體設(shè)計組合機(jī)床總體設(shè)計,通常是針對具體加工零件，擬訂工藝和結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)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(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上繪制組合機(jī)床“三圖一卡” 。其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖，機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和進(jìn)行機(jī)床生產(chǎn)率的計算。繪制給合機(jī)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(jìn)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(jī)床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產(chǎn)效率計算等。4.1 被加工零件工序本次設(shè)計的組合機(jī)床主要對柴油機(jī)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(jī)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(yán)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(jìn)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(zhǔn)。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(jī)床的加工內(nèi)容，加上必要的說明而繪制的，它是組合機(jī)床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造﹑使用﹑檢驗和調(diào)整機(jī)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(jī)床設(shè)計有關(guān)的部位的結(jié)構(gòu)開頭及尺寸。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院19c.加工用定位基準(zhǔn) ﹑夾壓部位及夾壓方向，以便依次進(jìn)行夾具定位支承﹑夾緊﹑導(dǎo)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?。e.要有必要的文字說明。設(shè)計有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)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(jī)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。4.2 加工方案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(jī)床上的加工過程﹑工件﹑夾具﹑刀具等機(jī)床各部件間的相對位置關(guān)系。因此，加工示意圖是組合機(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計專用的接桿，導(dǎo)向裝置，刀桿托架等。e.標(biāo)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(xì)實線繪出工作加工部位和局部河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院20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(biāo)準(zhǔn)的通用結(jié)構(gòu)只畫外輪廓，但需加注規(guī)格代號。4.3 機(jī)床總聯(lián)系尺寸圖機(jī)床總聯(lián)系尺寸圖用來表示機(jī)床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運動關(guān)系，可用以檢驗：機(jī)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(jìn)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(jī)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(dāng)數(shù)量的視圖按同一比例畫出機(jī)床各主要組成部件的外形輪廓及相關(guān)位置，表明機(jī)床的配置型式及總體布局，主視圖應(yīng)與機(jī)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(xì)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(biāo)注通用部件的規(guī)格代號，電動機(jī)型號，功率及轉(zhuǎn)速，并注明機(jī)床部件的分組情況及總行程。確定機(jī)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(biāo)準(zhǔn)裝料高度為 1060mm，與國際標(biāo)準(zhǔn) 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，支承板高度為河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院2147.5mm，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(jī)床總聯(lián)系尺寸圖4.4 機(jī)床生產(chǎn)率計算根據(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(jī)床生產(chǎn)率度編制生產(chǎn)率計算卡。組合機(jī)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(jī)床上的加工過程，工作時間,機(jī)床生產(chǎn)率，機(jī)床負(fù)荷率的簡明表格。它是用戶驗收機(jī)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(jī)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）ktA河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院22有已知條件知，A=65000 件，t k=4600h則 由式（5-1）得Q= =14.13（件）4605b.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(jī)床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。則Q1 = （5-2 ）單T60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 ）1fvL2f kfvL快 退快 進(jìn) ?式中 L1﹑L 2—分別為刀具第Ⅰ﹑第Ⅱ工作進(jìn)給長度，單位為 mm；vf1﹑v f2—分別為刀具第Ⅰ﹑第Ⅱ工作進(jìn)給量，單位為 mm/min；t 停 —當(dāng)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(jìn)給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn) 5~10 轉(zhuǎn)所需的時間，單位為 min；L 快進(jìn) ﹑L 快退 —分別為動力部件快進(jìn)，快退行程長度，單位為 mm；vfk—動力部件快行程速度。用機(jī)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(jìn)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，河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院23L1=320mm+250mm=570mm；vf1=320mm/min；t 停 =0；L 快進(jìn) =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）32057912?則，由式（5-2）得，Q1= = =17（件/h ）單653.由于 Q1>Q，即機(jī)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(jī)床設(shè)計。c.機(jī)床負(fù)荷率 ? 負(fù)I 當(dāng) Q1>Q，機(jī)床負(fù)荷率為二者之比。即? 負(fù) = = =0.831Q73.4河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院245 組合機(jī)床主軸設(shè)計主軸組件是機(jī)床的執(zhí)行件，它的功用是支承和帶動工件或者刀具的旋轉(zhuǎn)，完成表面的加工成形運動，同時還起傳遞動力加工和扭矩、承受一定的切削力和驅(qū)動力等載荷的效果。由于主軸工件的工作性能直接對機(jī)床的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率的影響，因此主軸是機(jī)床中的一個關(guān)鍵的組件。主軸和一般傳動軸的相同點有兩點，兩者都傳遞動力加工性、承受并扭矩傳動力，并且保證傳動件和支承的正常的工件條件。5.1 主軸的基本要求5.1.1 旋轉(zhuǎn)精度主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指主軸在手動或低速、空載時，主軸前端定位面的徑向跳動△r、端面跳動△a 和軸向竄動值△o。如圖所示： △ a△ o△ r主軸的旋轉(zhuǎn)誤差河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院25圖中實線表示理想的旋轉(zhuǎn)軸線，虛線表示實際的旋轉(zhuǎn)軸線。當(dāng)主軸以工作轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，主軸回轉(zhuǎn)軸線在空間的漂移量即為運動精度。主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度取決于部件中各主要件的制造精度和裝配、調(diào)整精度；運動精度還取決于主軸的轉(zhuǎn)速、軸承的性能和潤滑以及主軸部件的動態(tài)特性。各類通用機(jī)床主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度已在機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)中作了規(guī)定，專用機(jī)床主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度則根據(jù)工件精度要求確定。5.1.2 剛度主軸組件的剛度 K 是指其在承受外載荷時抵抗變形的能力，如圖所示，主軸組件靜剛度即 K=F/y（單位為 N/ m） ，剛度的倒數(shù) y/F 稱為柔度。主軸組件的剛度，?是主軸、軸承和支承座的剛度的綜