裝配圖變速器前殼體臥式專用鏜床設計,裝配,變速器,殼體,臥式,專用,鏜床,設計 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)（論文） 摘 要 本設計的題目是變速箱殼體專用鏜床設計，主要目的是通過設計來運用所學的專業(yè)知識進行實踐運用以提高自己獨立分析和解決問題的能力。采用鉆、擴、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，制約了生產的發(fā)展，于是決定自行設計一臺高質量的專用機床。 在全面了解專用鏜床的結構、工作原理的基礎上，合理選用部件，設計出鏜床的傳動系統(tǒng)及執(zhí)行機構。根據鏜床的工作原理，確定了該鏜床的結構與技術參數，給出了該鏜床的結構設計方案。 根據設計方案，本文介紹了專用鏜床的總體設計、結構設計和夾具的設計。夾具的設計是鏜床設計中重要的一部分，因此夾具設計的好壞，將直接影響被加工零件的精度。本論文所設計的機床是用于鏜孔，在加工生產線上同時加工3個孔，這樣能大大提高生產效率，降低勞動強度，從而降低了零件的加工成本。 關鍵詞 專用鏜床；變速箱殼體；結構設計；夾具設計 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 國內外組合機床發(fā)展趨勢 1 1.4 組合機床概述 4 1.5 設計的主要內容、方法和預期成果 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 選擇刀具結構 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 12 第3章 機床總體設計 13 3.1 被加工零件工序圖 13 3.2 加工示意圖 13 3.3 機床聯系尺寸圖 15 3.3.1 夾具輪廓尺寸的確定 16 3.3.2 機床裝料高度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 機床生產率計算卡 18 第4章 多軸箱設計 21 4.1 多軸箱設計的原始依據圖 21 4.2 主軸的型式與直徑的確定 21 4.3 傳動系統(tǒng)的設計 22 4.3.1 擬定傳動路線 23 4.3.2 傳動系統(tǒng)計算 23 4.4 三維模型 25 4.5 多軸箱的潤滑 25 4.6 校核傳動軸5軸 27 4.7 軸承壽命計算 30 4.8 繪制多軸箱總圖及零件圖 31 4.9 本章小結 31 第5章 夾具設計 32 5.1 定位方案 32 5.2 導向裝置 32 5.3 夾緊裝置 33 5.4 本章小結 33 結論 34 致謝 35 參考文獻 36 附錄1 37 附錄2 42 千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。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，更快的提供生產發(fā)動機、變速箱等箱體類零件的生產線設計方法，這是參與競爭、及時贏得客戶訂貨的關鍵。變速箱殼體零件的孔系加工是汽車、拖拉機生產過程中經常碰到的工藝難題。因受到毛坯生產工藝的制約，預制孔的余量不容易控制，經常使后續(xù)加工變得困難。由于產品的使用性能對變速箱殼體孔系加工的尺寸精度、形位精度和表面質量都提出了較高要求，同時企業(yè)為了降低生產成本，工藝設計時又需要簡化工藝、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，變速箱殼體結構復雜、工序多而且工藝性差，使之成為變速箱加工中的難點[1]。 1.2 研究目的及意義 本次設計題目為變速箱殼體專用鏜床結構設計。采用鉆、擴、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。經討論決定設計一臺專用機床。以滿足變速箱殼體孔系加工對尺寸精度、形位精度和表面質量等的高要求，同時也為簡化工藝、減少工序的工藝設計打下基礎，可在一定程度上提高企業(yè)的競爭力。鏜床為較常用機床，本次設計使我們對所學的機械學、力學等知識得到綜合應用，結構設計能力得到訓練，有效的提高分析問題、解決問題的能力。 1.3 國內外組合機床發(fā)展趨勢 組合機床的優(yōu)劣，直接影響投資規(guī)模、生產效率和產品質量?，F有的組合機床大多沿襲傳統(tǒng)的設計方法，即采用動力頭+滑臺+底座框架+液壓系統(tǒng)的結構。隨著數控技術的不斷成熟和推廣應用以及數控與電氣控制的協調行，組合機床幾乎所有的運動形式的控制均可采用數控部件來替代，尤其是要求運動精度、定位精度高的場合[2]。 1) 發(fā)展適應中、小批量生產的組合機床 在機械制造工業(yè)中，中、小批量生產約占80%。在某些中批量生產的企業(yè)（如機床、閥門行業(yè)等）中，其關鍵工序用組合機床，因此產品質量穩(wěn)定，生產效率高，技術效果顯著。所以發(fā)展具有可調、快調、裝配靈活、適應多品種加工特點的組合機床十分迫切。轉塔主軸箱式組合機床、可換主軸箱式組合機床以及自動換刀數控組合機床可使用于中、小批量生產。但這類組合機床結構復雜，成本較高。帶轉塔主軸箱的組合機床，由于轉塔不能制造得太大，安裝的主軸數量有限，因此只適應工序不多、形狀不太復雜的零件加工?？蓳Q主軸箱式組合機床設有專用的貯刀庫安裝在轉塔刀架上方，用機械手自動更換刀具，這種組合機床一般用單刀加工，加工精度較高，但生產率較低。 2) 發(fā)展自動檢測技術 自動檢測包括對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。檢查方法分為主動檢查和被動檢查。主動檢查是將不合格的工件剔除，使它不會往下一個工位輸送。被動檢查則是發(fā)現不合格的工件時發(fā)出停機信號。目前主動檢查應用日趨廣泛。由于電子元件迅速發(fā)展，集成控制器、微處理機的應用，使自動檢測技術更加可靠。自動檢測工位要實現數據處理、統(tǒng)計計算以及打印出有關數據或作數字顯示。自動檢測技術的發(fā)展可以把被加工零件的實際尺寸控制在比規(guī)定公差更小的范圍之內。還可以把加工后的工件按公差大小進行分組，以便按分組的公差帶裝配。實踐表明，采用分組裝配法提高的精度要比采用單純提高設備精度的方法更為經濟。 3) 采用新型刀具 近年來出現了多種新型刀具，如具有鍍層的硬質合金刀片、立方氮化硼刀具、金剛石刀具、各種可轉位的密齒銑刀、噴吸鉆頭和鑲有可轉位刀片的“短鉆頭”等。一般情況下，采用先進刀具的工時為原工時的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床停機換刀時間，提高了組合機床的經濟效益。 4) 提高通用部件的水平 應開發(fā)適應強力銑削的大功率動力滑臺、高精度鏜削頭和高精度滑臺，以及適應中、小批量生產的快調、快換動力部件和支承部件。機械驅動的動力部件應采用交流變頻調速電機和直流伺服電機等，使機械驅動的動力部件增添新的競爭力。組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結構、縮短生產節(jié)拍；采用數字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。 5) 擴大工藝范圍 除完成切削加工等工序的組合機床外，還應逐步設計制造用于焊接、熱處理、自動裝配、自動打印、性能試驗以及清洗和包裝等用途的組合機床。 6) 世界機床科研現狀 長期以來，世界機床為加速工業(yè)發(fā)展，其總的發(fā)展方向是：提高精度、效率、自動化，實現多樣性，成套性，綜合性，以滿足工業(yè)生產各方面用戶的需求，最大限度提高生產率、勞動生產率，降低成本。但不同時期，不同經濟狀況，不同技術水平，有不同的主攻方向[3]。 目前，在21世紀初期，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，都在大力加強科研。目前世界機床的科研針對三大方向、6大課題。三大方向是：（1）發(fā)展高精度、高效率機床；（2）保護環(huán)境，發(fā)展省能、綠色的環(huán)保機床；（3）為發(fā)展高精度機器、裝置，加速研究超精密加工技術，發(fā)展納米機床。結合當前現代化NC機床技術發(fā)展需求，其共同的科研6大課題為：（1）先進高速主軸；（2）直線電機驅動；（3）復合加工技術、進一步提高效率；（4）適應各種環(huán)境的保護，發(fā)展綠色機床；（5）超精密加工技術；（6）發(fā)展各種新型并聯機構床[4]。 下一代新機床的發(fā)展動向將是：（1）在上述三個方向、6大課題完善的基礎上，進一步開發(fā)出各色新工藝、新結構的機床；（2）今后IT與機床結合的智能化，網絡化將成為主流；（3）不斷向納米技術進軍；（4）在單機技術基礎上，進而向制造系統(tǒng)推進。 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）要求都很嚴格的孔系，如各種箱體，汽車發(fā)動機缸體等零件上的孔系加工，鏜削加工前的預加工孔一般是在工件毛坯上鑄出孔或經過粗鉆而形成的孔。除鏜孔外大部分鏜床還可以進行銑削、鉆孔、擴孔、鉸孔等工作。 鏜床的主要類型有立式鏜床、臥式鏜床、坐標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，因此對鏜床的主軸部件的精度、剛度有較高的要求。在重型機械制造中，某些大型工件加工時移動困難，往往希望工件不動，加工時的運動由機床部件來實現，可采用落地鏜床。 單柱立式坐標鏜床的主軸箱和工作臺的位移量都由精密坐標測量裝置來保證，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。 臥式坐標鏜床的工作臺可作精密分度或回轉，并實現縱、橫向進給運動。位移量由精密坐標測量裝置來保證，機床剛度好。機床能一次安裝工件便完成幾個平面上的孔加工工作。 雙面金剛鏜床用硬質合金鏜刀進行加工，工作時轉速極高，而切削深度和走刀量很小，機床剛度好，主軸中心線位置按工作孔矩可進行調整。適用于加工要求由高精度、細的表面粗糙度的孔加工[5]。 經分析比較，決定設計一臺臥式專用鏜床。 近年來，國際上研制這種數控臥式鏜床的發(fā)展速度極快，但我國還沒有企業(yè)能生產數控臥式鏜床。由交大昆機科技股份有限公司獨立開發(fā)的ＴK6111控臥式鏜床填補了國內空白，成功研制出我國首臺數控臥式鏜床 ，該機床有四大一快一高的特點，即：工作臺面積大、承重大、行程大、主電機功率大、進給速度快和精度高[6]。 1.4 組合機床概述 組合機床是專用機床的一種，它以標準化部件為基礎，配以少量的專用部件組成。專用機床是一種專門適用于特定零件和特定工序加工的機床，而且往往是組成自動生產線，是生產制造系統(tǒng)中不可缺少的機床品種。目前一些機床廠對其生產的通用機床若作改動時，也習慣用專用機床來取代。由于專用機床是一種“量體裁衣”產品，具有高效自動化的優(yōu)點，是大批量生產企業(yè)的理想機械制造裝備。隨著制造技術的進步，數控技術的普及，專用機床的數控化發(fā)展也很快，專用機床在生產實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，因此對鏜床的主軸部件的精度、剛度有較高的要求。在重型機械制造中，某些大型工件加工時移動困難，往往希望工件不動，加工時的運動由機床部件來實現，可采用落地鏜床。 組合機床是以通用部件為基礎，配以按工件特定形狀和加工工藝設計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經標準化和系列化，可根據需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產線。 組合機床是隨著生產的發(fā)展，由萬能機床和專用機床發(fā)展來的。它既有專用機床效率高結構簡單的特點，又有萬能機床能夠重新調整，以適應新工件加工的特點。組合機床就是根據工件加工的需要，用通用部件配以部分專用部件就可組成機床。當工件改變了，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床。組合機床是按高度工序集中原則設計的，即在一臺機床上可以同時完成許多同一工序或多種不同工序的加工。組合機床是根據具體加工對象，用預先設計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機床總零件數的70-90%，這不僅大大的縮短了設計制造周期，減少了制造中的問題，提高了機床工作的可靠性，降低了機床制造成本，而且為開展群眾性的組合機床設計制造工作創(chuàng)造了有利條件[7]。 組合機床有如下一些特點：（1）組合機床有重新改裝的優(yōu)越性，其通用零部件可以多次重復利用。（2）組合機床是按具體加工對象專門設計的，因而可以按最合理的工藝過程進行加工。（3）在組合機床上可以同時從幾個方向采用多把刀具對幾個工件進行加工。它是實現集中工序的最好途徑，是提高生產效率的有效設備。（4）組合機床常常是用多軸對箱體零件一個面上的許多孔同時進行加工。這樣就能比較好的保證各孔相互之間的精度要求，提高產品質量；減少了工件工序之間的搬運，改善勞動條件；也減少了機床占地面積。（5）由于組合機床大多數零部件是同類的通用部件，這就簡化了機床的維修和修理。必要時可以更換整個部件，以提高機床的維修速度。（6）組合機床的通用部件可以組織專門工廠集中生產。這樣可以采用專用高效率設備進行加工，有利于提高通用部件的性能，降低制造成本。 一般的說，組合機床設計時應考慮下列各點：（1）采用先進的加工工藝，指定最佳的工藝方案。（2）合適的確定機床工序集中程度。（3）合理的選擇組合機床的通用部件。（4）選擇恰當的組合機床的配置型式。（5）合理的選擇切削用量。（6）設計高效率的夾具，工具，刀具及主軸箱等。 1.5 設計的主要內容、方法和預期成果 設計主要內容是鏜床的結構，鏜床的結構概念主要是兩個方面，一是總體結構概念，主要決定機床的生產能力和工藝適應性能；二是機床本身的機械結構，主要決定機床的技術和工藝性能，總體布局除機床本身的結構布局外，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。 設計為主軸箱、主軸組件的設計。主軸組件是機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件等組成。機床的加工質量在很大程度上要靠主軸組件保證，對主軸組件要保證旋轉精度、剛度、抗振性、熱變形和耐磨性等要求。對于主軸傳動形式的選擇，傳動性的布置應重點考慮。 通過設計這臺高質量的專用機床，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、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 題目要求設計一種專用機床，用于加工變速箱殼體上的孔。工件材料為灰鑄鐵，牌號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)生產綱領為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，根據尺寸、位置精度的要求，查專用機床設備設計書的表7-13鑄鐵件不同精度孔的典型工藝方法及表7-14組合機床孔加工精度和表面粗糙度數據，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 根據所敘述的參數確定工序間余量，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 切削用量的選擇應從實際出發(fā)，根據加工精度，工件材料、工作條件、技術要求等進行分析，按照滿足加工要求的原則，合理選擇切削用量。根據參考文獻[16]選用硬質合金刀具。 由于多軸箱上所有刀具共用一個進給系統(tǒng)，即動力滑臺。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。這個每分鐘進給量（mm/min）應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計成不同轉速和不同的每轉進給量（mm/r）與其相適應，以滿足不同直徑的加工需要，即： (2-1) 式中：n，n，n－各主軸轉速（r/min）； f，f，f －各主軸進給量（mm/r）； v －動力滑臺每分鐘進給量（mm/min）。 這里選用v=48mm/min，根據生產經驗，參照生產現場同類工藝，經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 主軸轉速（r/min） 進給量（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 選擇刀具結構 組合機床上鏜孔，大多采用硬質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[16]選擇。 經選擇調整選取為加工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 根據選定的切削用量確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）的依據；確定切削扭矩，用以確定主軸及其他傳動件（齒輪、傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇動力箱電機功率。 根據參考文獻[16]中推薦的切削力、切削扭矩、切削功率計算公式，查得用硬質合金刀具鏜削鑄鐵件時的切削力、切削扭矩、切削功率的計算公式為： 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) 計算各軸的切削力、切削扭矩、切削功率: 1）對75孔: N； N； N·mm； kW； 2）對52孔 N； N； N·mm； kW； 3）對25孔 N； N； N·mm； kW； kW (2-7) N (2-8) 電動機功率的計算 (2-9) 選取 ＝1.2kW，=0.9 ，＝0.142kW kW 2.5 通用部件的選用 經以上分析計算，選用動力箱及滑臺型號： (1)動力箱型號：1TD25IA 電動機型號：Y100L-6 ，功率：P＝1.5 kW，動力箱輸出轉速： n＝520 r/min。 (2)液壓動力滑臺：1HY25-IB 臺面寬250mm，臺面長500mm，行程長250mm，滑臺及滑座總高250mm，滑座長790mm，允許最大進給力＝8000N，快速行程速度12m/min，工進速度32~800mm/min。 在滑臺上裝有液壓缸。液壓滑臺主要由滑座、滑鞍和液壓缸三個部分組成。液壓缸固定在滑座上，活塞桿通過支架固定在滑鞍得下面，推動滑鞍移動。 液壓滑臺優(yōu)點：可以實現無級調速；由于是液壓驅動，零件磨損小，使用壽命長；由行程開關控制滑臺的快進轉工進，轉換精度高，工作可靠。 液壓滑臺易于與液壓、電器聯合控制實現自動循環(huán)。設計中在滑臺上裝有三個行程開關配合電磁鐵的動作，以控制滑臺的快進、工進、快退。 2.6 本章小結 本章通過對加工工件時需要滿足的要求進行分析，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 機床總體設計 組合機床的總體設計，就是針對具體被加工零件，在選定工藝和結構方案的基礎上，進行方案圖紙設計。這些圖紙包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯系尺寸總圖、生產率計算卡片。 3.1 被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據選定的工藝方案，表示一臺機床完成的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求、加工用定位基準、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。它是組合機床設計的組要依據，也是制造使用時調整機床，檢查精度的重要技術文件。 在本道工序中，采用一面兩孔定位，定位結合面和2個8銷孔（固定式定位銷和削邊銷），共限制6個自由度。 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、刀具等機床各部件間的相對位置關系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。是設計刀具、夾具、主軸箱以及選擇動力部件的主要資料，同時也是調整機床及刀具的依據。 加工示意圖，要反映機床的加工過程和加工方法，并決定浮動夾頭式接桿的尺寸，鏜桿長度，刀具種類及數量，刀具長度及加工尺寸，主軸尺寸及伸出長度，主軸、刀具、導向與工件間的聯系尺寸等。根據機床要求的生產率及刀具特點，合理地選擇切削用量，決定動力頭的工作循環(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、生產率要求等因素。根據前面工藝分析采用鏜削。 2）工序間余量的確定 本工序為精加工，一道工序，工序余量前面已經確定。 3）導向結構的選擇 導向裝置作用在于：保證刀具對工件的正確位置；保證各刀具間的正確位置和提高刀具系統(tǒng)的支撐剛性。 導向裝置通常分為兩大類：一類是刀具導向部分與夾具導套之間既有相對移動又有相對轉動，或稱固定式導向；另一類是刀具導向部分與夾具導套之間只有相對移動而無相對轉動，或稱旋轉式導向。其相對轉動部分通常以各種形式設置在刀桿上則稱內滾式旋轉導向；若相對轉動部分設置在夾具上則稱外滾式旋轉導向。 在本次設計中采用第二類導向。由于鏜削通孔厚度不大，為保證刀桿剛性，3根軸均用前導，導向的主要參數如：導套的直徑及公差配合、導套的長度等由參考文獻[16]選擇。具體數據見CAD加工示意圖。 4）初定主軸類型、尺寸、外伸長度和選擇接桿、浮動卡頭 精鏜類精加工主軸，由于鏜孔時余量很小，扭矩也很小，因此不能按切削扭矩來初選主軸直徑，主軸尺寸應按：被加工部件尺寸鏜桿直徑浮動卡頭規(guī)格尺寸主軸直徑。根據參考文獻[16]通用主軸的系列參數，及前面已經選定的鏜桿直徑確定浮動卡頭及主軸尺寸。 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對加工精度的影響，避免主軸與導向套不同軸而產生“別勁”現象，采用浮動卡頭連接主軸與刀桿。查參考文獻[12]通用浮動卡頭，根據鏜桿直徑選擇卡頭型號：T6112和T6111。然后由查參考文獻[16]中通用主軸系列參數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、浮動卡頭尺寸 工件加工部位尺寸 鏜桿直徑d mm 浮動卡頭規(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值。 6）確定動力部件的工作循環(huán)即工作行程 動力部件的工作循環(huán)是指：加工時動力部件從原始位置開始運動到加工終了位置又返回到初始位置的動作過程。 在該加工裝置中工作循環(huán)為：快進工進快退。 工作進給長度應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。動力頭工作進給長度是按加工長度最大的孔來選取。L＝20mm，切入長度應根據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與工作進給長度之和，快速引進是指動力部件主軸箱連同刀具從原始位置移動到工作進給開始位置，快速退回行程長度須保證刀具均退至夾具導套內而不影響工件拆卸?？焖僖M長度為85mm，則快速退回長度為140mm。如圖3-2所示。 圖3-2 動力頭工作循環(huán)圖 動力部件總行程長度應保證要求的工作循環(huán)（快速引進+工作進給＝快速退回）外，還要考慮和調整道具的方便性，即考慮前、后備量。裝卸刀具的理想情況是：刀具退離導向套外端面的距離，要大于刀桿插入主軸孔內的長度。前備量取30mm，后備量80mm，總行程長度250mm。 3.3 機床聯系尺寸圖 機床聯系尺寸圖是決定各部件的輪廓尺寸及相互間聯系關系的，是開展各專用部件設計和確定機床最大占地面積的指導圖紙。為了使設計的機床既能滿足預期的性能要求，又能做到配置上的均勻合理，必須對所設計的機床各個部件之間的關系進行全面的分析研究。這是通過機床聯系尺寸圖來達到的。 一般來說，組合機床是由標準的通用部件——動力滑臺，動力箱，各種工藝切削頭，側底座，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。聯系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配聯系和運動關系，以檢驗機床各部件相對位置及尺寸聯系是否滿足加工要求，通用部件的選擇是否合理，并為進一步開展主軸箱，夾具等專用部件，零件的設計提供依據。 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。確定這些尺寸時要考慮工件的輪廓尺寸、形狀、具體結構，還要考慮能夠布置下保證加工要求的定位、夾緊機構、導向機構（鏜模），并要考慮夾具底座與機床中間底座的連接固定所需要的尺寸。 本設計中夾具輪廓尺寸初步定位長＝440mm、寬＝306mm、高＝460mm。 3.3.2 機床裝料高度H的確定 裝料高度是指機床上工件的定位基準面到地面的垂直距離。我國現行 標準H=850～1065mm。選取裝料高度要主要考慮的因素是，應與車間里運送工件的滾道高度相適應，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（設計中所選滑臺與滑座總高h=250mm，側底座高h=560mm，夾具底座高度h=163mm，中間底座高度h=560mm）則機床裝料高度取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 向尺寸要根據所選動力部件（滑臺和滑座）及其配套部件（側底座）的位置關系，照顧各部件聯系尺寸的合理性來確定。一定要保證加工終了位置時，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，要考慮動力部件處于加工終了位置時，主軸箱與夾具外輪廓間應有便于機床調整、維修的距離。為便于排屑及冷卻液回收，中間底座周邊應有足夠寬度的溝槽a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。 b—工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（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的兩孔距離（mm）； h—最低主軸高度（mm）。 根據b=170mm，取b＝100mm，工件的最低孔的位置h=72mm，H=960mm，滑臺滑座高度h=250mm、側底座高h=560mm、滑座與側底座之間調整高度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 根據計算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標準并為了保證主軸箱內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。 依據以上選定的有關滑臺與底座及多軸箱的相關尺寸繪制機床聯系尺寸圖。 3.4 機床生產率計算卡 根據選定的機床工作循環(huán)所要求的工作行程長度、切削用量、動力部件的快進及工進速度等，就可以計算機床的生產率并編制生產率計算卡，生產率計算卡反映機床生產節(jié)拍或實際生產率和切削用量、動作時間、生產綱領及負荷等關系的技術文件。它是用戶驗收機床生產效率的重要依據。 1) 理想生產率 理想生產率Q（單位為件/h)是指完成年生產綱領A=100000件（包括備品及廢品率）所要求的機床生產率，它與全年工時總數K有關。 一般情況下，按兩班制生產K=4000h，則： 件/h (3-1) 2) 實際生產率 實際生產率（單位為件/h）是指所設計的機床每小時實際可生產的零件數量。 (3-2) 式中：－生產一個零件所需時間（min），可按下面公式計算： (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) 機床負荷率 4) 基本時間的計算 (3-4) 對75孔 mm l=15 mm，=5 mm f=0.08 mm/r，n=600 r/min 圖3-3 機床生產率計算卡 被加工零件 圖號 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 鏜三個孔 工序號 序 號 工 步 名 稱 被 加 工 零 件 數 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 數 r/min 進 給 量 mm/r 進 給 速 度 mm/min 工 時（min） 機加工時間 輔 助 時 間 共 計 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 滑臺快進 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 0.1 0.1 備注 裝卸工件時間取于操作者的熟練程度，本機床計算時取1min. 總計 2.3min 單件工時 2.3min 機床生產率 28.57件/h 機床負荷率 88% 第4章 多軸箱設計 4.1 多軸箱設計的原始依據圖 主軸箱設計的原始依據圖是“三圖一卡”，即機床聯系尺寸圖、被加工零件工序圖、加工示意圖和生產率計算卡。 根據被加工零件的要求繪制主軸箱原始依據圖，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）動力部件：1HY25-IB，1TD25IA，P=1.5kw，n=540r/min。 圖4-1 多軸箱設計原始依據圖 4.2 主軸的型式與直徑的確定 1）主軸形式及分布 根據推薦鏜孔工序采用滾錐軸承主軸。根據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，根據查參考文獻[17]中滾錐軸承主軸組件配套零件表可初步確定。待系統(tǒng)設計完后再驗算受力較大的軸的直徑。主軸直徑分別為25mm、30mm、30mm。 2）確定驅動軸 驅動軸轉速由動力箱型號選定，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 主軸外伸尺寸 切削用量 備注 D/d（mm） L（mm） 工序內容 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）傳動軸及齒輪副的確定 盡量用最少的傳動軸和齒輪副把驅動軸和各主軸連接起來，再確定各主軸的位置，傳動軸組件由查參考文獻[17]中滾錐軸承傳動軸組件配套零件表可確定。 4）軸承布置 布置軸承時，為了提高主軸系統(tǒng)的剛度，采用“反裝置”的結構形式，即滾錐小端相對稱布置。軸承的調整采用內圈調整，只要擰軸端的螺母，即可達到調整的目的。 4.3 傳動系統(tǒng)的設計 傳動系統(tǒng)的設計時主軸箱、特別是大型標準主軸箱設計中關鍵的一環(huán)。所謂傳動系統(tǒng)的設計，就是通過一定的傳動鏈，按要求把動力從動力部件的驅動軸傳遞到主軸上去。同時，滿足主軸箱其他結構和傳動的要求。 4.3.1 擬定傳動路線 由于每根主軸的轉速都大于動力箱輸出轉速n=520 r/min，為避免全程用升速傳動，采用先升速后降速傳動，使結構緊湊，但為避免空轉功率損失增加，要求升速傳動比小于2。 根據原始依據圖排列驅動軸、主軸坐標見表4-3。 4.3.2 傳動系統(tǒng)計算 選定傳動軸5位于3根主軸的中心線上，其轉速n=936 r/min，則可以得到各軸的傳動比： 圖4-2 多種箱傳動樹形圖 表4-3 多軸箱中各驅動軸及主軸的坐標值 坐標 銷01 驅動軸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，中間增加一根傳動軸4，其轉速n=1600 r/min，則 確定齒輪齒數、模數、中心距。 取驅動軸6齒輪的模數m=2，齒數Z＝47，則： 軸6與傳動軸5的中心距 mm (4-1) 5軸與2軸的中心距=93 mm，齒輪模數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m=2，=2.56 5軸與4軸齒輪傳動比u＝1.7，則 ，Z＝38 mm (4-2) 1軸與4軸齒輪傳動比u＝1.5，可以得到中心距及各齒輪的齒數 mm (4-3) 潤滑泵用傳動軸由5軸上的第4排齒輪傳動，潤滑泵轉速取n=800 r/min mm (4-4) 4.4 三維模型 依據以上的計算結合作圖從而得到多軸箱的傳動系統(tǒng)圖，可見其傳動是滿足要求，但為了更直觀的檢查傳動系統(tǒng)的傳動關系，傳動后的干涉現象，結構的緊湊性，采用先進的三維造型軟件Pro-E對所設計的傳動系統(tǒng)進行詳細的三維模型建立 。主要包括：各主軸組件（見圖4-4）、主傳動軸組件（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行循環(huán)潤滑。從標準的葉片油泵(R12—1型)打出的潤滑油，經油管進入配油器，再從配油器引出幾根油管，分配到各個需要潤滑的部位，對布置在各排齒輪位置上的齒輪，以及軸和軸承進行潤滑，經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油盤從油泵打出的潤滑油，經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需要潤滑的零件上。對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，則需要單獨的引進油管進行潤滑。 潤滑用的油泵都安裝在主軸箱箱體的前壁上油泵的轉動，通過潤滑油泵用的傳動軸，由布置在第4排齒輪位置上的齒輪傳動。 圖4-4 齒輪嚙合圖 圖4-5 主軸及傳動軸主件 圖4-6 多軸箱外觀圖 圖4-7 多軸箱裝配簡圖 4.6 校核傳動軸5軸 傳動軸5的結構及軸上安裝零件位置見圖4-8。 圖4-8 傳動軸5 動力箱輸出功率1.5kW，為一對齒輪傳動效率，8級精度齒輪傳動（稀油潤滑）效率＝0.97，滾動軸承效率＝0.995，P=1.5kW，查參考文獻[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=33.41 N 垂直面Y F= 183.73 N，F=86.34 N 合成彎矩 Nmm (4-9) Nmm (4-10) 按彎扭合成應力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上受力最大彎矩與扭矩的截面（即危險截面）的強度。由參考文獻[10]中公式11-4得 N/mm (4-11) 前面已經選定軸的材料為45號鋼，調質處理，由參考文獻[11]中查得＝60MPa，因為＝7.7 MPa＝60 MPa，所以該軸安全。彎矩圖如圖4-10。 4.7 軸承壽命計算 軸承合成支反力為： N (4-12) N (4-13) 查參考文獻[10]（GB/T297-1994）30000系列滾珠軸承得，額定動載荷C=43.2kN，該軸不受軸向載荷，徑向當量動載荷。 P＝R＝635.3 N P＝R＝92.57 N 因為PP，該對軸承的最短壽命為L＝。 圖4-10 剪力圖及彎矩圖 查參考文獻[11]得，滾子軸承壽命指數＝ 則 L＝＝2445 4.8 繪制多軸箱總圖及零件圖 通用主軸箱總圖設計包括繪制主視圖、展開圖，編制裝配表，制定技術條件等四部分。表4-3為該多軸箱總圖主軸和傳動軸裝配表。 4.9 本章小結 本章給出了多軸箱體的設計方案。其中，主軸箱是組合機床的重要組成部件，它是選用通用部件，按專用要求進行設計的，在整個組合機床設計過程中，是工作量較大的部件之一。傳動系統(tǒng)的是主軸箱設計中最關鍵的一環(huán)。本章也對傳動系統(tǒng)進行了系統(tǒng)設計。 第5章 夾具設計 在機床上加工工件時，工件依靠夾具上的定位夾緊系統(tǒng)，準確確定工件與刀具、機床之間的相對位置關系，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與夾具定位元件直接接觸或配合。箱體零件是機械制造業(yè)中加工工序多，勞動量大，精度要求高的關鍵零件。分析本道工序要求及零件結構特點，對變速箱殼體采用“一面兩孔”組合定位。采用兩塊支撐板確定平面，限制三個自由度，短圓柱銷和菱形銷限制三個自由度。 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）。對于工序尺寸75mm，52mm，25mm及三個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。 5.2 導向裝置 本工序要求對被加工孔進行精鏜加工，最終達到工序圖上規(guī)定的加工要求，故需選用鏜模作為刀具的導向裝置，實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。機床夾具采用機械、液動、氣動夾緊裝置等。 液壓夾緊利用壓力油作為夾緊動力，通過中間傳動機構，使夾具的夾緊元件執(zhí)行夾緊運動。設計中采用目前廣泛應用的液壓夾緊機構。液壓夾緊具有操作簡便，動作迅速；易于集中控制、程序控制和實現工序自動化；工作壓力高，油缸結構尺寸小；液壓夾緊能夠維持的剛性比氣動夾緊所維持的剛性高。 為了使工件在加工過程中不產生位移和振動，必須將工件緊固的夾住，并具有足夠的夾壓剛度。夾壓點的布置應使夾壓合力落在定位平面之內，接近定位平面的中心。加工時軸向切削合力為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K取3，根據參考文獻[12]中夾緊油缸的技術參數選用液壓夾緊油缸型號。 5.4 本章小結 本章給出夾具的設計過程。夾具的設計是組合機床設計中重要的一部分，因此夾具的設計好壞，將直接影響被加工零件的精度。 千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。“結論”以前的所有正文內容都要編寫在此行之前。 -45- 結 論 本設計主要是設計一種機床，能夠同時加工一個工件上的三個不同尺寸的孔。所以選擇了臥式專用鏜床設計。 在整個設計過程中，參考了國內外相關的產品，并查閱了大量的資料。最終確定了設計方案，認為該機床設計原理正確，系統(tǒng)結構合理，能夠滿足被加工零件的工序要求，對主要零件進行了設計、計算以及校核，各項準備準備工作就緒后，繪制了被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯系尺寸圖、主軸箱總圖和主軸箱展開圖、夾具圖。 主軸箱是專用機床的重要組成部件，它是選用通用部件，按專用要求進行設計的。 本次設計的專用鏜床不能完成過于復雜的加工工藝，設計出一個效率高，穩(wěn)定性好，精度易保證的的專用機床。 致 謝 畢業(yè)設計作為對大學生在校最后階段的一次的綜合知識檢驗以及能力的考核，對我們畢業(yè)生來說有相當深遠的意義。它全方位的檢驗了學生在大學四年所學過的課程及學習效果，并通過設計過程和設計成果從各方面反應了學生各方面的綜合能力以及在某些方面的欠缺和不足，使我們從心理準備在以后的學習和工作中不斷完善自己。 畢業(yè)生即將從學校走向工作崗位，由學習知識走向為社會創(chuàng)造財富。 畢業(yè)設計可以說是由學校走向社會的一個階梯，可以初步了解自己的工作 能力。畢業(yè)設計較以往的課程設計的工作量和難度都由所增加，這也讓學生初步體驗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。 經過這四個月的畢業(yè)設計，在老師的細心指導下，圓滿的完成了畢業(yè)設計任務，從中看到了自己的不足。這次設計可以說是與實際工作息息相關的，通過這次設計，使我對以前的知識的掌握上了一個新臺階，對計算機輔助設計和現代機械加工工藝有了更深的認識。 最后，在這里向這次畢業(yè)設計的指導老師：于曉東老師，和在大學四中授予我知識的所有老師表示由衷的感謝! 參考文獻 1 何七榮.機械制造方法與設備[M].北京：中國人民大學出版社,2009. 2 趙世華.金屬切削機床[M].北京：航空工業(yè)出版社,2008. 3 王慧芳.金屬切削機床[M].北京：機械工業(yè)出版社,2008. 4 韋彥成.金屬切削機床構造與設計[M].北京：國防工業(yè)出版社,2009. 5 韓洪濤.機械加工設備及工裝[M].北京：高等