組合專機-劉文日--鉆孔組合機床設(shè)計,組合,專機,劉文,鉆孔,機床,設(shè)計 大連海洋大學畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 組合機床的總體設(shè)計 2 組合機床的總體設(shè)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(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，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(jié)構(gòu)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(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)被加工被零件（減速箱箱蓋）的零件圖（圖2-1），加工八個螺栓孔的工藝過程。 (1) 加工孔的主要技術(shù)要求。 加工4個M8螺紋底孔的孔。 孔的位置度公差為Φ0.1mm，與Φ12孔同心。 工件材料為HT21-40，HB170～241 要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量6萬件，單班制生產(chǎn) (2) 工藝分析 加工該孔時，孔的位置度公差為0.1mm 根據(jù)組合機床用的工藝方法及能達到的經(jīng)濟精度，可采用如下的加工方案。 一次性加工螺紋底孔，孔徑為Φ6.5 (3) 定位基準及夾緊點的選擇 加工此離合器壓蓋的孔，以底面的兩個支承點限制X移、Y移和X轉(zhuǎn)、Y轉(zhuǎn)四個自由度，位于中間的心軸起到了很好的定位作用。 在保證加工精度的情況下，提高生產(chǎn)效率減輕工人勞動量，而工件也是大批量生產(chǎn)，由于夾具在本設(shè)計中沒有考慮，因此在設(shè)計時就認為是人工夾緊。 2.1.2 確定組合機床的配置形式和結(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床上完成的加工工序及應(yīng)保證的加工精度，是制造機床方案的主要依據(jù)。離合器壓盤加工孔的精度要求不高，可采用鉆孔組合機床，工件各孔間的位置精度為0.1mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工時可以在下一個安裝工位上對所有孔進行最終精加工。為了加工出表面粗糙度為Ra3.2um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)，人工夾緊。 被加工零件圖如圖2-1所示： 圖2－1 被加工零件圖 (2) 被加工零件的特點 這主要指零件的材料、硬度加工部位的結(jié)構(gòu)形狀，工件剛度定位基準面的特點，它們對機床工藝方案制度有著重要的影響。此離合器壓盤的材料是HT21-40、硬度HB170-241、孔在整個壓盤上呈90度均度分配，孔的直徑為Φ6.5mm。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。 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?？椎姆植挤秶侵本€形狀，工件比較長，一次鉆完，多軸箱體積較大，采用兩工位以減小多軸箱的體積，使整個鉆床瘦身，因而適合選擇立式多工位鉆床。 (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、自動線或按中小批量生產(chǎn)特點設(shè)計組合機床的重要因素。按設(shè)計要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為年生產(chǎn)量為6萬件，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(shù)，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 使用組合機床對對車間布置情況、工序間的聯(lián)系、使用廠的技術(shù)能力和自然條件等一定的要求。在根據(jù)使用戶實際情況來選擇什么樣的組合機床。 綜合以上所述：通過對箱蓋零件的結(jié)構(gòu)特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術(shù)要求、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(shù)性能等方面的考慮，最終決定設(shè)計四軸頭多工位同步鉆床。 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(chǎn)中常用查表給出的組合機床對孔加工的工序余量，由于在本鉆床上鉆孔后重新安裝或在其他多工位機床上加工下道工序，應(yīng)適當加大余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。Φ6.5mm的孔在鉆孔后擴孔，直徑上工序間余量0.5～1mm。 2.2.2 選擇切削用量 確定了在組合機床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設(shè)計的組合機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)驗比一般通用機床單刀加工低30%左右．多軸主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(yīng)是適合有刀具的平均值。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設(shè)計成不同轉(zhuǎn)速和不同的每轉(zhuǎn)進給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足不同直徑的加需要，即： ·=·=…=·= 式中： … ——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min） … ——各主軸進給量（mm/r） ——動力滑臺每分鐘進給量（mm/min） 由于離合器壓盤孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求都是相同的。按照經(jīng)濟地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：鉆頭直徑D=6.5mm,鑄鐵HB175～255、進給量f=0.1mm/r、切削速度v=15m/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（主要指切削速度v及進給量f）確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）及夾具設(shè)計的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動件（齒輪，傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電動（一般指動力箱）功率，通過查表計算如下： 布氏硬度： HB =HBmin－0.5 (HBmax－HBmin) =170－0.5(241－170) =146.33 (2-1) 切削力： =26 =26×6.5×× =535.16 N (2-2) 切削扭矩： =10 =10××× =2452.26N·mm (2-3) 切削功率： =Tv/9740πD =2452.26×15/(9740×3.14×10) =0.123 kw (2-4) 式中：HB——布氏硬度 F——切削力（N） D——鉆頭直徑（mm） f——每轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu) 離合器壓盤的布氏硬度在HB170～241，孔徑D為6.5mm，刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W18Cr4V），為了使工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、刃磨簡單，選擇標準Φ6.5的麻花鉆?？准庸さ毒叩拈L度應(yīng)保證加工終了時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鉆孔組合機床總設(shè)計“三圖一卡”的編制 前面對四軸頭多工位同步鉆床工藝方案及配置型式、結(jié)構(gòu)方案確定的有關(guān)問題，它是鉆床總體設(shè)計的重要內(nèi)容。下面就以鉆床加工箱蓋總體設(shè)計的另一個問題，既總體設(shè)計方案的圖紙表達形式——“三圖一卡”設(shè)計，其內(nèi)容包括： 繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖、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，表示一臺組合機床完成的工藝內(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、夾具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成品狀況的圖紙，它不能用用戶提供的圖紙代替，而是在原零件圖基礎(chǔ)上，突出本機床的加工的內(nèi)容，加上必要的說明繪制成的。它是組合機床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗和調(diào)整機床的重要技術(shù)文件。離合器壓盤用鉆孔組合機床的被加工零件工序圖如2－2所示。 圖2－2 被加工零件工序圖 附注：1.被加工零件名稱及編號：離合器壓盤； 2.材料及硬度：灰鑄鐵HT21-40 JB307-62 HB175~255； 圖上主要內(nèi)容： （1）被加工零件的形狀，主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(shù)要求，以及對上道工序的技術(shù)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）加工時如需要中間向?qū)В瑧?yīng)表示出工件與中間向?qū)в嘘P(guān)部位結(jié)構(gòu)和尺寸，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉。 （4）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(nèi)容。繪制時，應(yīng)按一定的比例，選擇足夠的視圖及剖視圖，突出加工部位（用粗實線），并把零件輪廓及與機床、夾具設(shè)計有關(guān)部位（用細實線）表清楚，凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應(yīng)在尺寸數(shù)值下方面用粗實線標記。如圖2－2中4－Φ12加工用定位基準，機械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號表示出來。 （2）加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基準注起，為便于加工及檢查，尺寸應(yīng)采用直角坐標系標出，而不采用極坐標，但有時因所選定位基準與設(shè)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 圖2－3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(guān)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(shè)計選擇動力部件的主要依據(jù)，是整臺組合機床布局形式的原始要求，也是調(diào)整機床和刀具所必需的重要文件。圖2－3為箱蓋上4孔立式鉆床加工示意圖。 在圖上應(yīng)標注的內(nèi)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）主軸的結(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、主軸之間的連接方式，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 在組合機床上加工孔，除用剛性主軸的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取決于夾具導(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)計組合機床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時必須解決的內(nèi)容。 1）選擇導(dǎo)向類型 根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑d=10mm和刀具導(dǎo)向的線速度v=15m/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，如圖2－4所示： 圖2－4 固定導(dǎo)向裝置 固定導(dǎo)向裝置的標準尺寸，固定裝置的配合，固定裝置的參數(shù)如下表所示： 表2－1 固定導(dǎo)向裝置的標準尺 參數(shù) d D D1 D2 L l1 m R d1 d2 l0 尺寸 6.5 12 22 30 28 38 13 18 M8 16 16 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F8） g6 表2－3 導(dǎo)向裝置的參數(shù)(mm) 尺寸項目 l1 l2 l3 與直徑d的關(guān)系 (2～3)d 加工鑄鐵 d d/3+(3～8) 計算值 3×d=30 25．4 25.4/3+8=16.5 固定導(dǎo)向裝置的布置如圖2－5所示： 圖2－5 固定導(dǎo)向裝置的布置 （3）初定主軸類型、尺寸、外伸長度 因為軸的材料為40Cr，剪切彈性模量G=81.0GPa,剛性主軸取ψ＝1／4（0）／m,所以B取2.316。 根據(jù)剛性條件計算主軸的直徑為： dB=2.316×=17.52mm (2-5) 式中：d——軸直徑（mm） T——軸所承受的轉(zhuǎn)矩（N·mm） B——系數(shù) 本設(shè)計中所有主軸直徑皆取d=20mm,主軸外伸長度為：L=115mm，D/d1為32/20，內(nèi)孔長度為：l1 =77mm. （4）選擇刀具接桿 由以上可知，多軸箱各主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，就需要在主軸與刀具之間設(shè)置可調(diào)環(huán)節(jié)，這個可調(diào)節(jié)在組合機床上是通過可調(diào)整的刀具接桿來解決的,連接桿如圖2－6所示， 圖2－6 可調(diào)連接桿 連接桿上的尺寸d與主軸外伸長度的內(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2－4所示： 表2－4 可調(diào)接桿的尺寸 d(h6) D1(h6) d2 d3 L l1 l2 l3 螺母 厚度 20 Tr20×6 莫氏1號 12.061 17 188 46 40 100 12 （5）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸 從保證加工終了時主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333mm）,它等于刀具懸伸長度、螺母厚度、主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）工作進給長度的確定 如圖2－7工作進給長度應(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,誤差大時取大值,因此取=7mm,切出長度=1/3d+(3～8)=1/30+8 9mm,所以 =10+7+9=26mm. (2-6) （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(dǎo)套內(nèi)而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為156mm，快退長度等于快速引進與工作工進之和，因此快進長度156－26=130mm. 圖2－7 工作進給長度 2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 圖2－8 機床聯(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——多軸箱、刀、輔具系統(tǒng)、夾具、液、電、冷卻、潤滑、排屑系統(tǒng)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(guān) 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，并為進一步開展主軸箱、夾具等專用部件、零件的設(shè)計提供依據(jù)。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2－8所示，機床聯(lián)系尺寸圖的內(nèi)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主要參數(shù)、工件與各部件間的主要聯(lián)系尺寸，專用部件的輪廓尺寸等。 2、選用動力部件 選用動力部件主要選擇型號、規(guī)格合適的動力滑臺、動力箱。 （1）滑臺的選用 通常，根據(jù)滑臺的驅(qū)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(qū)動形式的確定 根據(jù)對液壓滑臺和機械滑臺的性能特點比較，并結(jié)合具體的加工要求，使用條件選擇HY系列液壓滑臺。 2）確定軸向進給力 滑臺所需的進給力 =∑=4×1071.79=4287.16N (2-7) 式中：——各主軸加工時所產(chǎn)生的軸向力 由于滑臺工作時，除了克服各主軸的軸的向力外，還要克服滑臺移動時所產(chǎn)生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進給力應(yīng)大于＝4.29KN。 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(nèi)無級調(diào)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(yīng)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(yīng)力繼電器時，實際進給速度應(yīng)更大一些。本系統(tǒng)中進給速度=n·f=47.8mm/min。所以選擇HY25IA液壓滑臺，工作進給速度范圍32～800mm/min，快速速度12m/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(yīng)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(diào)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，這是取40mm,所以滑臺總行程應(yīng)大于工作行程，前備量，后備量之和。 即：行程L＞156+20+40=236mm，取L＝250mm。綜合上述條件，確定液壓動力滑臺型號HY25IA。 （2）由下式估動力箱的選用 動力箱主要依據(jù)多軸所需的電動機功率來選用，在多軸箱沒有設(shè)計之前，可算 P主＝P切／η ＝4×0.123／0.8 ＝0.615KW (2-8) 式中：η——多軸箱傳動效率，加工黑色金屬時η＝0.8～0.9；有色金屬時η＝0.7～0.8，本系統(tǒng)加工HT21-40 JB307-62，取η＝0.8． 動力箱的電動機功率應(yīng)大于計算功率，并結(jié)合主軸要求的轉(zhuǎn)速大小選擇。因此，選用電動機型號為Y100L—6B5的1TD25IA型動力箱，動力箱輸出軸至箱底面高度為125mm。主要技術(shù)參數(shù)如下表2-5： 表2－5 電動機功率參數(shù) 主電機傳動型號 轉(zhuǎn)速范圍（r/min） 主電機功率（kw） 配套主軸部件型號 電機轉(zhuǎn)速 輸出轉(zhuǎn)速 Y100L-6B5 1430 706 1.5 1TA32、1TA32M、1TZ32~1TG32 （3）Y軸液壓滑臺的選用 工件質(zhì)量計算 V =420×240×10＋(2×160＋2×340)×10×30 =1.308×10-3m3 m = ρv =7.0×103×1.308×10-3 =9.156kg (2-9) 磨擦系數(shù)： f=0.07～0.12取f=0.1 F=f·N=0.1mg=0.1×9.156×10=9.156N (2-10) 2、配套支承部件的選用 立柱1CL25型，立柱底座1CD25 3、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(shè)計組合機床時，裝料高度可視具體情況在H＝580～1060mm之間選取，本系統(tǒng)取裝料高度為976mm。 4、中間底座輪廓尺寸 中間底座的輪廓尺寸要滿足Y軸滑臺在其上面聯(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(cè)底座1CC32。 5、確定多軸箱輪廓尺寸 本機床配置的多軸箱總厚度為301mm，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=500 H=500 根據(jù)上述計算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定主軸箱輪廓尺寸: B×H=500X500mm。 2.3.4 生產(chǎn)率計算卡 生產(chǎn)率計算卡是反映所設(shè)計機床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產(chǎn)率、負荷率等技術(shù)文件，通過生產(chǎn)率計算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產(chǎn)率及負荷率的要求。計算如下： 切削時間： T切 = L/vf+t停 = 2×26/47.8＋2×15/478 =1.151 min (2-11) 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停——死擋鐵停留時間。一般為在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)5～15 r所需要時間。這里取15r 輔助時間: T輔 = +t移+t裝 = （150＋176）×2/12000+0.1+1.5 = 1.654min (2-12) 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0.1 min t裝 ——裝卸工件時間（min）一般為0.5～1.5min,取1.5min 機床生產(chǎn)率 Q1 = 60/T單 = 60/（T切+T輔） =60/（1.151+1.654） =21.39 件/h (2-13) 機床負荷率按下式計算 η = Q1/Q×100% = Q1tk/A×100% =21.39×1950/60000×100% =70% (2-14) 式中： Q——機床的理想生產(chǎn)率（件/h） A——年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件） tk——年工作時間，單班制工作時間tk =1950h 表2－6 生產(chǎn)率計算卡 圖號 1601A-093 毛坯種類 鑄件 名稱 離合器壓盤 毛坯重量 材料 HT21-40 JB297-62 硬度 HB170-241 序號 工步 名稱 工作行程/mm 切速/（m·min-1） 進給量/（mm·r-1） 進給量/（mm·min-1） 工進時間 輔助時間 1 按裝工件 0.5 2 工件定位夾緊 0.25 3 Z軸快下 150 12000 0.013 4 Z軸工進 26 32 0.1 47.8 0.544 5 Z軸暫停 0.03 6 Z軸快上 176 12000 0.015 7 Y軸前進 100 10000 0. 01 8 Y軸暫停 0.09 9 Z軸快下 150 12000 0.013 10 Z軸工進 26 47.8 0.544 11 Z軸暫停 0.03 12 快退 176 12000 0.015 13 工件松開 0.25 14 卸下工件 0.5 注: 1、主軸轉(zhuǎn)速706r/min 2、一次安裝加工完一個工件 2.4 多軸箱的設(shè)計 2.4.1 繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖 多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的如圖2－9所示: 圖2－9 鉆孔組合機床多軸箱原始依據(jù)圖 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(qū)動軸的相對位置尺寸。主軸部為逆時針旋轉(zhuǎn)（面對主軸看）。 主軸的工序內(nèi)容，切削用量及主軸尺寸及動力部件的型號和性能參數(shù)如表2－7所示： 表2－7 主軸外尺寸及切削用量 軸號 主軸外伸尺寸 工序 內(nèi)容 切削用量 D/d L N （r/min） V (m/min) f (mm/r) Vf (mm/min) 1、2、3、4 20/12 115 鉆Φ6.5 478 15 0.1 47.8 注： 1．被加工零件編號及名稱：箱蓋；材料：HT21-40 JB297-62；硬度: HB170-241 2．動力部件型號：1TD25IA動力箱，電動機型號Y100L-6；功率P＝1.5kw。 2.4.2 齒輪模數(shù)選擇 本組合機床主要用于鉆孔，因此采用滾珠軸承主軸。 齒輪模數(shù)m可按下式估算： m=(30～32)=32×=1.76 (2-15) 式中：m——估算齒輪模數(shù) P——齒輪所傳遞率（kw） Z——對嚙合齒中的小齒輪數(shù) N——小齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min） 多軸箱輸入齒輪模數(shù)取m1=3，其余齒輪模數(shù)取m2=2。 2.4.3 多軸箱的傳動設(shè)計 （1）根據(jù)原始依據(jù)圖（圖2－9），畫出驅(qū)動軸、主軸坐標位置。如下表2-8： 表2—8 驅(qū)動軸、主軸坐標值 坐標 銷O1 驅(qū)動軸O 主軸1 主軸2 主軸3 主軸4 X －175 0 －95 95 95 －95 Y 0 94.5 180 180 80 80 （2）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù) 圖2－10 齒輪的最小壁厚 1）最小齒數(shù)的確定 為保證齒輪齒根強度，應(yīng)使齒根到孔壁或鍵槽的厚度a2m,驅(qū)動軸的直徑為d=30mm,有《機械零件設(shè)計手冊》知，如圖2－10所示齒輪t=33.3mm,當m1=3時。驅(qū)動軸上最小齒輪齒數(shù)為： Zmin2（t/m1+2+1.25）－d0/m1 =2×(33.3/3+2+1.25)－30/3 =18.9 (2-16) 所以驅(qū)動軸齒數(shù)要大于等于19。 為減小傳動軸的種類，所有傳動軸的直徑取30mm. 當m2=2，d=20時，齒輪t=23.3mm。主軸上最小齒輪齒數(shù)為： Zmin2（t/m2+2+1.25）－d0/m2 =2×（23.3/2+2+1.25）－20/2 =19.8 (2-17) 所以主軸齒數(shù)要大于等于20。 2）傳動軸11為主軸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)動軸出輪估算 m≥1.71 (2-18) 多軸箱輸入出輪模數(shù)取m1=3，其余齒輪模數(shù)取m2=2。主軸1，2，3要求的轉(zhuǎn)速一致且較高，所以采用升速傳動。主軸齒數(shù)選取Z=45，傳動齒輪采用z=45齒的齒輪，變位系數(shù)。傳動軸的轉(zhuǎn)速為: (2-19) 由于前面選取了主軸直徑為30，顯然傳動軸直徑都選取20，這樣為了減少傳動軸種類和設(shè)計題目需要由于傳動軸轉(zhuǎn)速是706r/min，則驅(qū)動軸至傳動軸的傳動比為: (2-20) 所以選擇兩級傳動，且傳動比分配為：一級為1.2×1.2;二級為1.4×1.0。 驅(qū)動軸的直徑為30mm，由《機械零件設(shè)計手冊》查得知：t=33.3mm,當m=3時，驅(qū)動軸上的齒數(shù)為： Zmin≥ (2-21) 驅(qū)動齒輪齒數(shù)Z=45。 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表2-9選用。 計算各主軸轉(zhuǎn)速 使各主軸轉(zhuǎn)速的相對轉(zhuǎn)速損失在5%以內(nèi)。由公式：V=3.14Dn/1000 知： (2-22) 表2-9 機床齒輪參數(shù) 齒輪種類 寬度（mm） 齒 數(shù) 模數(shù)（mm） 孔徑（mm） 驅(qū)動軸齒輪 24 32 16～50連續(xù) 16～70 2、2.5、3 2、2.5、3、4 15、20、30、35、40 25、30、35、40、50 傳動軸齒輪 44（B型） 45 2 25、30、40、50 輸出軸齒輪 32 37 3 18、22、28、32、36 2.4.4 繪制傳動系統(tǒng)圖 傳動系統(tǒng)圖是表示傳動關(guān)系是示意圖，即用以確定的傳動軸將驅(qū)動軸和各主軸連接起來，繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動示意圖，如圖2－11所示 圖中多軸箱箱體內(nèi)只排放一排37mm寬的齒輪，離箱體前壁4.5mm，離箱體后壁9.5mm，傳動軸齒輪和驅(qū)動軸齒輪為第Ⅱ排。在圖中標出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、變位系數(shù)，以校核驅(qū)動軸是否正確。另外，應(yīng)檢查同排的非嚙合齒輪是否齒頂干涉；還畫出主軸直徑和軸套直徑，以避免齒輪和相鄰的主軸軸套相碰。 圖2－11 箱蓋鉆孔多軸箱傳動系統(tǒng)圖 2.4.5 傳動零件的校核 （1）驗算傳動軸的直徑 校核傳動軸以承受的總扭矩最大傳動軸11，由它驅(qū)動的有主軸1、4和液壓泵軸7。主軸扭矩： T1=T4=3274.45N·mm 液壓泵軸的扭矩：查得R12-1A液壓泵的最高壓力為0.3MPa、排量為5.88ml/r。假設(shè)在理想無泄漏狀態(tài)，即： P·q=T·ω (2-23) 式中： P——液壓泵的壓力N/㎡ q——液壓泵的排量m3/s T——輸入扭矩N·m ω——輸入角速度rad/s 單位換算：P=0.3MPa=0.3×106Pa n =655.338r/min=10.9223r/s q=5.88×10.9223=64.22ml/r=64.22×10-6m3/s ω=2πn/60=2×3.14×655.338/60 =68.56rad/s 代入公式： P·q=T·ω=64.22×10-6×0.3×106=68.56T7 （2-24） 解得：T7=280N·mm T5=T1/i5-1+T4/i5-4+T7/i5-7 =2×3274.45/0.914+280/0.667 =7584.89N·mm (2-25) 根據(jù) d=B =2.316×=21.6mm<30mm 因此傳動軸1、2、3、4是符合要求的。 （2）齒輪模數(shù)的驗算 對多軸箱中承受載荷最大、最薄弱的軸5上的齒輪進行接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度的驗算。 齒輪的材料為45鋼，表面淬火，布氏硬度HB=229～286，平均值240HB。設(shè)使用壽命10年。齒輪Z5=30、Z1=28、寬度B=37mm，傳動比i5-1=0.914,工作時間比1.088/2.804=0.39。 注：在校核計算的過程中所要見的表和圖在《機械設(shè)計》一書中，邱宣懷等編著，2003年高等教育出版社。 校核計算： 接觸疲勞極限бHlim 由圖12.17c得 бHlim =410MPa 齒輪5的圓周速度v5 v5===1.37m/s (2-26) 精度等級，選9級精度 使用系數(shù)KA，由表12.9 KA=1.1 動載系數(shù)KV，由圖12.9 KV=1.24 齒間載荷分配系數(shù)KHα，由表12.10先求 Ft=2T5/d5=2×7584.89/60=252.83N (2-27) KAFt/b=1.1×252.83/37=7.52N/mm<100N/mm (2-28) εα=[1.88－3.2×(+)]cosβ (β=0) =1.88－3.2×(+) =1.67 (2-29) Zε===0.88 (2-30) 由此得 KHα===1.29 (2-31) 齒向載荷分布系數(shù)KHβ由表12.11知 KBβ=A+B[1+0.6·（）·2]（）·2+C·10-3b =1.17+0.16×[1+0.6×(37/60)×2] ×(37/60)×2+0.61×10-3×37 =1.28 (2-32) 載荷系數(shù)K K =KAKVKHαKHβ =1.1×1.24×1.29×1.28 =2.25 (2-33) 彈性系數(shù)ZE由表12.12 ZE =189.8 節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH由圖12.16知（X1X2）/(Z1Z2)=0.005 ZH=2.62 接觸最小安全系數(shù)SHmin由表12.14知 SHmin=1.25 總工作時間th th=10×365×8×0.39=11481.6h 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) NL1=60γn5th = 60×3×436.892×11481.6 =9.03×108 (2-34) NL2=60γn1th =60×1×478×11481.6 =3.2×108 (2-35) 接觸壽命系數(shù)ZN由圖12.18知 ZN1=1.14 ZN2=1.24 許用接觸應(yīng)力[σH] [σH1]= ==373.92MPa (2-36) [σH2]= ==406.7MPa (2-37) 驗算： σH =ZE·ZH·Zε =189.8×2.62×0.88× =301.95MPa<373.92 Mpa (2-38) 計算表明：接觸疲勞強度是合適是，齒輪尺寸無須調(diào)整。 齒根彎曲疲勞強度驗算 重合度系數(shù)Yε Yε = 0.25+0.75/εα=0.25+0.75/1.67=0.7 (2-39) 齒間載荷分配系數(shù)KFα由表12.10知 KFα=1/Yε=1/0.7=1.43 (2-40) 齒向載荷分配系數(shù)KFβ b/h=37/(2.25×2)=8.22 由圖12.14知 KFβ=1.2 載荷系數(shù)K K=KAKVKFαKFβ (2-41) =1.1×1.24×1.43×1.2 =2.34 齒形系數(shù)YFα由圖12.21知 YFα1=2.37 YFα2=2.56 應(yīng)力修正系數(shù)YSα由圖12.22 知 YSα1=1.68 YSα2=1.62 彎曲疲勞極限σFlim由圖12.23c知 σFlim=380MPa 彎曲最小安全系數(shù)SFmin由表12.14知 SFmin=1.25 應(yīng)力循環(huán)系數(shù)NL NL1=60γn5th=9.03×108 （2-42） NL2=60γn1th =3.2×108 （2-43） 彎曲壽命系數(shù)YN由圖12.24知 YN1=0.98 YN2=1.0 尺寸系數(shù)Yx由圖12.25知Yx=0.85 許用彎曲應(yīng)力[σF] [σF1] = =380×0.98×0.85/1.25 =253.25MPa (2-44) [σF2]= =380×1×0.85/1.25 =258.4MPa (2-45) 驗算 σf1 =YFα1 YSα1Yε =×2.37×1.63×0.7 =21.62MPa<[σf1] (2-46) σf2 =σf1 =21.62× =22.52MPa<[σf2] (2-47) 傳動無嚴重過載，故不做靜強度校核。 2.5 確定機械重塊平衡機構(gòu) （1）計算Z軸液壓滑臺滑鞍的質(zhì)量 V1 = 500×55.5×250×+2×500×44.68×40 = 8.72×10-3m3 (2-48) m1 =ρV=7.8×103×8.27×10-3 =68.016Kg (2-49) （2）查得1TD25IA動力箱的質(zhì)量m2=120Kg （3）計算多軸箱的質(zhì)量 a、箱體的質(zhì)量 Va = 400×(90×320－57×264+141×320－51×260+70×320－5 ×260)+(57×264×28+51×260×30+5×260×10) =26.685×10-3+1.61×10-3 =28.345×10-3m3 (2-50) ma=ρVa=7×103×28.345×10-3 =198.415Kg (2-51) b、主軸的質(zhì)量 Vb = 4×[115×+(141+70)×] = 0.32×10-3 m3 (2-52) mb =ρVb =7.8×103×0.32×10-3 =2.5㎏ (2-53) c、傳動軸的質(zhì)量 Vc = 2×(141+57)× = 0.28×10-3 m3 (2-54) mc =ρVc=7.8×103×0.28×10-3 =2.2㎏ (2-55) d、齒輪的質(zhì)量 Vd=32×(3.14×282×4+3.14×302×2+3.14×34.52+3.14×40.52 ×2+3.14×202) =0.99×10-3m3 (2-56) md=ρVd=7.8×103×0.24×10-3 =7.722㎏ (2-57) e、查表R12-1A的質(zhì)量 me=5.5㎏ f、連桿的質(zhì)量 Vf=3.14×102×188×4 =0.24×10-3m3 (2-58) mf=7.8×103×0.24×10-3 =1.9㎏ (2-59) g、麻花鉆的質(zhì)量 Vg=4×3.14×52×128 =0.04×10-3m3 (2-60) mg=7.8×103×0.04×10-3 =0.312㎏ (2-61) m總=m1+m2+ma+mb+mc+md+me+mf+mg =68.016+120+198.415+2.5+2.2+7.722+5.5+1.9+0.312 =406.57㎏ (2-62) 考慮到套筒和潤滑油未計算，總質(zhì)量就略取大些，取m總 =420㎏ 平衡塊的重量應(yīng)等于移動部件總質(zhì)量的75～85%，其余未平衡的15～25%重量是由導(dǎo)軌的摩擦力和滑輪軸承上的以及繞在滑輪的鋼絲的阻力來補償?shù)摹? 則：平衡塊的重量 m塊=m總85% =420×85% =357㎏ (2-63) 2.6 液壓系統(tǒng) 根據(jù)工作情況選擇液壓泵，組合機床在負荷較大并有快速和慢速工作行程。因此選擇限壓式變量泵。 2.6.1 Z軸液壓泵的確定 （1）液壓泵的最大工作壓力Pp(Pa) 液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在工作工進階段，此時液壓力要克服切削力和摩擦力 F摩=G－F` 式中： F摩 ——滑臺克服摩擦力（N） G ——動力箱、多軸箱等移動部分總重量（N） F’ ——平衡塊的拉力（N） 代入式中得： F摩=m總 g－m 平衡塊g = 420×10－357×10 =630N 切削力： F切=1071.79N F= F摩 + F切 =630+1071.79 =1701.79N HY25IA液壓滑臺的油缸直徑為63mm,活塞桿直徑為35mm. A===0.62×10-3㎡ (2-64) 則： P1=F/A=1701.79/0.62×10-3=2.75Mpa (2-65) 此時液壓缸的輸入流量較小，且進油路元件較小，故泵至缸間的進油路壓力損失估取為△P=0.5MPa,則液壓泵最高工件壓力Pp PpP1+△P=2.75+0.5=3.25Mpa (2-66) 考慮壓力儲備，液壓泵的最高壓力為 Pp=3.25×（1+25%）=4.06Mpa (2-67) （2）液壓泵的最大供油量 qPK(Σq)max 式中：K——系統(tǒng)的泄漏系數(shù) (Σq)max ——同時動作時的液壓執(zhí)行器的最大流量（m3/s） 計算qP 按液壓缸的最大流量（16L/min）進行估算，取泄漏系數(shù)K=1.1，則： qP 1.1×16=17.6L/min (2-68) （3）液壓泵的規(guī)格 查得：YBN-20N-JB型限壓式變量葉片泵能滿足上述估算得出的壓力和流量要求：該泵的流量為18.75L/min,調(diào)壓范圍為2.0～7.0MPa,開始變量之壓力為5.0 MPa,最大轉(zhuǎn)速為1800r/min，最小轉(zhuǎn)速為600r/min。 （4）液壓泵的驅(qū)動功率計算與電動機的選取 葉片泵的總效率ηＰ＝0.75，則 ＮＰ＝ ＝ ＝1.59kw (2-69) 式中：ＮＰ——液壓泵的驅(qū)動功率（kw） 查得：Y100L2－4型封閉式三相異步電動機滿足上述要求。其轉(zhuǎn)速為1430r/min,額定功率3.0kw 2.6.2 Y軸液壓動力的確定 （1）液壓泵的最大工作壓力Pp(Pa) Y軸液壓缸要驅(qū)動工件、夾具、工作臺等。 工作臺的質(zhì)量： V工 =630×320×45 =9.072×10-3m3 (2-70) m工 =ρV工=7.0×103×9.072×10-3 =63.504㎏ (2-71) 液壓滑臺滑塊的質(zhì)量 V滑 =630×250×56+2×630×40×45 =11.09×10-3m3 (2-72) m滑=7.1×103×11.09×10-3 =77.63㎏ (2-73) 由于夾具未設(shè)計，估算 m夾=10㎏ 則總質(zhì)量 m總=m+ m工 + m滑 +m夾 =9.156+63.504+77.63+10 =160.29㎏ (2-74) 液壓缸需要的力 F=fm總 g 式中：f——摩擦力f=0.1 g——重力加速度 代入式中： F =fm總 g=0.1×160.29×10 =160.29N (2-75) HY32IA液壓滑臺油缸的壓強在后退時最大，工作面積 A===0.49×103m3 (2-76) 則最高工作壓力 P2=F/A=160.29/0.49×10-3 =0.33Mpa (2-77) 泵到缸間的進油路壓力損失估取為 △P=0.5MPa 算得液壓泵的最高工作壓力PP為 PpP１＋△P＝0.33+0.5＝0.85Mpa (2-78) （2）液壓泵的最大流量 液壓泵的最大供油量按液壓缸的最大輸入流量（20L/min）進行估算，泄漏系數(shù)K＝1.1，則 qP 1.1×20＝22L/min (2-79) 因為YBN-40N-JB型限壓式變量泵的流量為37.5L/min，調(diào)壓范圍在2.0～7.0MPa，并且Y軸是流量22L/min小于37.5L/min，它的最小壓強為0.85 MPa，而YBN-40N-JB調(diào)壓范圍在2.0～7.0MPa，因此設(shè)置了一個減壓閥，使符合壓力要求。 2.6.3 擬定液壓系統(tǒng)圖 根據(jù)機床動作順序，系統(tǒng)的電磁鐵動作順序見表2－10，擬定液壓系統(tǒng)原理圖2－12。 表2－10 鉆孔組合機床電液壓系統(tǒng)磁鐵動作順序 工況 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA SP 啟動 － － － － － － Z軸快下 ＋ － ＋ － － － Z軸工進 ＋ － － － － － Z軸死擋鐵停留 ＋ － － － － － Z軸快上 － ＋ － － － － Y軸前進 － － － － ＋ － Y軸死擋鐵停留 － － － － － ＋ Z軸快下 ＋ － ＋ － － － Z軸工進 ＋ － － － － － Z軸死擋鐵停留 ＋ － － － － － Z軸快退 － ＋ － － － － Y軸后退 － － － ＋ － － 圖2－12 鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)原理圖