法蘭盤零件鉆孔組合機床設(shè)計,法蘭盤,零件,鉆孔,組合,機床,設(shè)計 Ⅰ 摘要 本論文主要說明組合機床設(shè)計的基本過程及要求。組合機床是按高度集 中原則設(shè)計的，即在一臺機床上可以同時完成同一種工序或多種不同工序的加 工。組合機床發(fā)展于工業(yè)生產(chǎn)末期，與傳統(tǒng)的機床相比：組合機床具有許多優(yōu) 點：效率高、精度高、成本低。它由床身、立柱、工作臺、及電源一些基本部 件及一些特殊部件，根據(jù)不同的工件加工所需而設(shè)計的。 在組合機床上可以完成很多工序，但就目前使用的大多數(shù)組合機床來說， 則主要用于平面加工和孔加工兩大類工序。論文主要內(nèi)容包括四大部分： （1） 、制定工藝方案 通過了解被加工零件的加工特點、精度和技術(shù)要 求、定位夾緊情況、生產(chǎn)效率及機床的結(jié)構(gòu)特點等，確定在組合機床上完成的 工藝內(nèi)容及加工方法，并繪制被加工零件工序圖。 （2） 、組合機床的總體設(shè)計 確定機床各部件之間的相互關(guān)系，選擇通 用部件和刀具的導(dǎo)向，計算切削用量及機床生產(chǎn)效率、繪制機床的尺寸聯(lián)系圖 及加工示意圖。 （3） 、組合機床部件設(shè)計 包括專用多軸箱的設(shè)計，傳動布局合理， 軸與齒輪之間不發(fā)生干涉，保證傳動的平穩(wěn)性和精確性。專用主軸設(shè)計、軸承 的選用及電機的選擇等。 （4） 、液壓裝置的設(shè)計 液壓滑臺、定位夾緊裝置均為液壓控制。并采 用了許多液壓控制閥，保證了運動的平衡性，循環(huán)性和精確性。 關(guān)鍵詞：組合機床；設(shè)計；過程；功能 2 Abstract This thesis mainly elucidates the basic process and requirements that design of the combination machine. Combination machine is designed according the fundamental , which highly centralized ,or , more correctly it can process one working procedure or more different working procedures at one time . Combination machine was developed in the end of industrial production compared with traditional machine; combination machine has many advantages , such as high efficiency , high accuracy and low cost . It is composed of some general parts , such as bed ,column ,work able ,power unit ,and some special parts designed according to different work piece machining need. The preface of a lot of works can be completed on the combination machine, but in regard to the majority current usage of combination machine, then and primarily used for the flat surface to process and the bore to process two big work preface. The main part including :(1) Formulating technological plan We,ve learned the characteristic of the part designed ,accuracy and specification ,locating and fixing ,productivity and machining structure by the practice .Then the technological operation and work order can be determined which can be finished in combination machine.(2) Combination machine frame design determines the interrelation of the different part in the machining tool ,select general parts and tool oriented .Then compute cut feed and productivity finally draw a sketch map of the machine .(3) Combination machine parts design including headstock、proper transmission layout 、shaft and gear move freely without interference which ensure the stability and accuracy during transmission ,then design dedicated select bearings and engine etc.(4) It adopts many hydraulic control valves ,which ensure the stability ,circulation and accuracy . Keywords: combination machine ;design ;process ;function 3 目錄 目錄 ...........................................................................................................................................................................3 1 緒 論 ......................................................................................................................................................................4 1.1 機床概述 ..........................................................................................................................................................4 1.2 機床設(shè)計的目的、內(nèi)容、要求 .................................................................................................................7 1.2.1 設(shè)計的目的 ...............................................................................................................................................7 1.2.2 設(shè)計內(nèi)容 ..............................................................................................................................................7 1.2.3 設(shè)計要求 ..............................................................................................................................................7 1.2.4 機床的設(shè)計步驟 .......................................................................................................................................8 1） 調(diào)查研究 ..................................................................................................................................................8 2） 擬定方案 ..................................................................................................................................................8 3） 工作圖設(shè)計 ..............................................................................................................................................8 2 組合機床的總體設(shè)計 .........................................................................................................................................9 2.1 組合機床方案的制定 ..................................................................................................................................9 2.1.1 制定工藝方案 ......................................................................................................................................9 2.1.2 確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案。 ..........................................................................................9 2.2 確定切削用量及選擇刀具 ........................................................................................................................11 2.2.1 確定工序間余量 ................................................................................................................................11 2.2.2 選擇切削用量 ....................................................................................................................................11 2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率 ................................................................................................12 2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) ....................................................................................................................................12 2.3 鉆孔組合機床總設(shè)計“三圖一卡”的編制 ............................................................................................12 2.3.1 被加工零件工序圖 ............................................................................................................................13 2.3.2 加工示意圖 ........................................................................................................................................14 2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 ................................................................................................................................17 2.3.4 生產(chǎn)率計算卡 ....................................................................................................................................20 2.4 多軸箱的設(shè)計 ............................................................................................................................................21 2.4.1 繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖 ............................................................................................................21 2.4.2 齒輪模數(shù)選擇 ....................................................................................................................................22 2.4.3 多軸箱的傳動設(shè)計 ............................................................................................................................23 2.4.4 繪制傳動系統(tǒng)圖 ................................................................................................................................24 2.4.5 傳動零件的校核 ................................................................................................................................25 結(jié)論 .........................................................................................................................................................................27 參考文獻 .................................................................................................................................................................29 4 1 緒 論 1.1 機床概述 現(xiàn)代社會中，人們?yōu)榱烁咝А⒔?jīng)濟地生產(chǎn)各種高質(zhì)量產(chǎn)品，日益廣泛的使用各種 機器、儀器和工具等技術(shù)設(shè)備與裝備。為制造這些技術(shù)設(shè)備與裝備，又必須具備各種 加工金屬零件的設(shè)備，諸如鑄造、鍛造、焊接、沖壓和切削加工設(shè)備等。由于機械零 件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法來達到，特別是 形狀復(fù)雜、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在機床上經(jīng)過幾道甚至 幾十道切削加工工藝才能完成。因此，機床是現(xiàn)代機械制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備。 在一般機械制造廠中，機床所擔(dān)負(fù)的加工工作量，約占機械制造總工作量的 40%～60%，機床的技術(shù)性能直接影響機械產(chǎn)品的質(zhì)量及其制造的經(jīng)濟性，進而決定著 國民經(jīng)濟的發(fā)展水平。 一個國家要繁榮富強，必須實現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化，這就需 要一個強大的機械制造業(yè)為國民經(jīng)濟各部門提供現(xiàn)代化的先進技術(shù)設(shè)備與裝備，即機 床工業(yè)是機械制造業(yè)的“裝備部” 、 “總工藝師” ，對國民經(jīng)濟發(fā)展起著重大作用。因此， 許多國家都十分重視本國機床工業(yè)的發(fā)展和機床技術(shù)水平的提高，使本國國民經(jīng)濟的 發(fā)展建立在堅實可靠的基礎(chǔ)上。 機床是人類在長期生產(chǎn)實踐中，不斷改進生產(chǎn)工具的基礎(chǔ)上生產(chǎn)的，并隨著社會 生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步而漸趨完善。最原始的機床是木制的，所有運動都是由 人力或畜力驅(qū)動，它們實際上并不是一種完整的機器?，F(xiàn)代意義上的用于加工金屬機 械零件的機床，是在 18 世紀(jì)中葉才開始發(fā)展起來的。當(dāng)時，歐美一些工業(yè)最發(fā)達的國 家，開始了從工場手工業(yè)向資本主義機器大工業(yè)生產(chǎn)方式的過度，需要越來越多的各 種機器，這就推動了機床的迅速發(fā)展。為使蒸汽機的發(fā)明付諸實用，1770 年前后創(chuàng)制 了鏜削蒸汽機汽缸內(nèi)孔用的鏜床。1797 年發(fā)明了帶有機動刀架的車床，開創(chuàng)了用機械 代替人手控制刀具運動的先聲，不僅解放了人的雙手，并使機床的加工精度和工效起 了一個飛躍，初步形成了現(xiàn)代機床的雛型。續(xù)車床之后，隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，其 他各種機床也陸續(xù)被創(chuàng)制出來。至 19 世紀(jì)末，車床、鉆床、鏜床、刨床、拉床、銑床、 磨床、齒輪加工機床等基本類型的機床已先后形成。 世界上第一臺組合機床于 1908 年在美國問世，30 年代后組合機床在世界各國得到 5 迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關(guān)鍵設(shè)備之一。 現(xiàn)代制造工程從各個角度對組合機床提出了愈來愈高的要求，而組合機床也在不 斷吸取新技術(shù)成果而完善和發(fā)展。 我國加入 WTO 以后，制造業(yè)所面臨的機遇與挑戰(zhàn)并存、組合機床行業(yè)企業(yè)適時調(diào) 整戰(zhàn)略，采取了積極的應(yīng)對策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢頭，截至 2008 年 4 月份， 組合機床行業(yè)企業(yè)僅組合機床一項，據(jù)不完全統(tǒng)計產(chǎn)量已達 1000 余臺，產(chǎn)值達 3.9 個 億以上，較 2007 年同比增長了 10%以上，另外組合機床行業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全 員工資總額、出口交費值等經(jīng)濟指標(biāo)均有不同程度的增長，新產(chǎn)品、新技術(shù)較去年年 均有大幅度提高，可見行業(yè)企業(yè)運營狀況良好。 組合機床行業(yè)企業(yè)主要針對汽車、摩托車、內(nèi)燃機、農(nóng)機、工程機械、化工機械、 軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設(shè)備，隨著我國加入 WTO 后與世界機床進一步 接軌，組合機床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開始向數(shù)控化、柔性化轉(zhuǎn)變。從近兩年是企業(yè)生產(chǎn)情況 來看，數(shù)控機床與加工中心的市場需求量在上升，而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑組合機床則有 下降趨勢，中國機床工具工業(yè)學(xué)會的《機床工具行業(yè)企業(yè)主要經(jīng)濟指標(biāo)報表》是統(tǒng)計 數(shù)據(jù)顯示，僅從幾個全國大型重點企業(yè)生產(chǎn)情況看，2007 年生產(chǎn)數(shù)控機床 890 臺，產(chǎn) 值 16187 萬元，生產(chǎn)加工中心 148 臺，產(chǎn)值 5770 萬元；2008 年生產(chǎn)數(shù)控機床 985 臺， 產(chǎn)值 25838 萬元，生產(chǎn)加工中心 159 臺，產(chǎn)值 7099 萬元；而 2005 年，截至 4 月份， 數(shù)控機床、加工中心、產(chǎn)值已接近 2003 年全年水平，故市場在向數(shù)控、高精制造技術(shù) 和成套工藝裝備方面發(fā)展。 “九五”后期，在組合機床行業(yè)企業(yè)的 50 多家組合機床分會會員中，僅有兩家 企業(yè)實行了股份改造，一家企業(yè)退出國有轉(zhuǎn)為民營，其余的都是國有企業(yè)。2002 年， 不到，一些小廠幾乎全部退出國有轉(zhuǎn)為民營，現(xiàn)在一些國家重點國有企業(yè)也在醞釀股 份制改造，轉(zhuǎn)制已勢不可檔， “民營經(jīng)濟在經(jīng)歷了從被歧視，被藐視到不可小視和現(xiàn)在 高度重視 4 個階段后，煥發(fā)勃勃生機。 ”組合機床行業(yè)企業(yè)正在以股份制、民營化等多 種形式快速發(fā)展。 組合機床及其自動線是集機電于一體是綜合自動化度較高的制造技術(shù)和成套工藝 裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟實用，因而被廣泛應(yīng)用與工程機械、交通、能源、 軍工、輕工、家電行業(yè)。我國的傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、 氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型的箱體類和軸類零件 （近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額） ，完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加 6 工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成型面等。 組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、臥式、 立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺組合機床等；隨著技術(shù)的不斷是進步，一 種新型的組合機床——柔性組合機床越來越受人們是親昧，它應(yīng)用多位主軸箱、可換 主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PLC） 、數(shù)字控制 （NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多種加工的可調(diào)可變 的組合機床。另外，近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機等在組合機 床行業(yè)中所占份額也越來越大。 由于組合機床及其自動線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶 特殊要求而設(shè)計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配 和試漏等技術(shù)。我國組合機床及其組合機床自動線總體技術(shù)水平比發(fā)達國家相對落后， 國內(nèi)所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢 必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴大，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”機床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿 足用戶需要，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣踊b備。 80 年代以來，國外組合機床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎(chǔ)上，正朝著綜合成 套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機床的加工精度、多品種加工的柔性以及機床配置的 靈活多樣方面均有新的突破性進展，實現(xiàn)了機床工作程序軟件化、工序高度集中、高 效短節(jié)拍和多功能知道監(jiān)控。組合機床技術(shù)的發(fā)展趨勢是： 國外主要的組合機床生產(chǎn)廠家都有自己的系列化完整的數(shù)控組合機床通用部件,在 組合機床上不僅一般動力部件應(yīng)用數(shù)控技術(shù),而且夾具的轉(zhuǎn)位或轉(zhuǎn)角、換箱裝置的自動 分度與定位也都應(yīng)用數(shù)控技術(shù),從而進一步提高了組合機床的工作可靠性和加工精度。 廣州標(biāo)致汽車公司由法國雷諾公司購置的缸蓋加工生產(chǎn)線,就是由三臺自動換箱組合機 床組成的,其全部動作均為數(shù)控,包括自動上下料的交換工作臺、環(huán)形主軸箱庫、動力 部件和夾具的運動,其節(jié)拍時間為 58 秒。 80 年代以來,國外對中大批量生產(chǎn),多品種加工裝備采取了一系列的可調(diào)、可變、 可換措施,使加工裝備具有了一定的柔性。如先后發(fā)展了轉(zhuǎn)塔動力頭、可換主軸箱等組 成的組合機床;同時根據(jù)加工中心的發(fā)展,開發(fā)了二坐標(biāo)、三坐標(biāo)模塊化的加工單元,并 以此為基礎(chǔ)組成了柔性加工自動線(FTL)。這種結(jié)構(gòu)的變化,既可以實現(xiàn)多品種加工要 求的調(diào)整變化快速靈敏,又可以使機床配置更加靈活多樣。 7 汽車工業(yè)的大發(fā)展,對自動化制造技術(shù)提出了許多新的需求,大批量生產(chǎn)的高效率, 要求制造系統(tǒng)不僅能完成一般的機械加工工序,而且能完成零件從毛坯進線到成品下線 的全部工序,以及下線后的自動碼垛、裝箱等。德國大眾汽車公司 KASSEL 變速箱廠 1987 年投入使用的造價 9000 萬馬克的齒輪箱和離合器殼生產(chǎn)線,就是這種綜合自動化 制造系統(tǒng)的典范。該系統(tǒng)由兩條相似對稱布置的自動線組成,三班制工作,每條線日產(chǎn) 2000 件,節(jié)拍時間為 40 秒。全線由 12 臺雙面組合機床、18 臺三坐標(biāo)加工單元、空架 機器人、線兩端的毛坯庫和三坐標(biāo)測量機組成,可實現(xiàn) 3 種零件的加工。空架機器人完 成工件下線的碼垛裝箱工作。隨著綜合自動化技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一批專門從事裝配、 試驗、檢測、清洗等裝備的專業(yè)生產(chǎn)廠家,進一步提高了制造系統(tǒng)的配套水平。 國外為了減少機床數(shù)量,節(jié)省占地面積,對組合機床這種工序集中程度高的產(chǎn)品,繼 續(xù)采取各種措施,進一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺、多坐標(biāo)通用部件、移動 主軸箱、雙頭鏜孔車端面頭等組成機床或在夾具部位設(shè)置刀庫,通過換刀加工實現(xiàn)工序 集中,從而可最大限度地發(fā)揮設(shè)備的效能,獲取更好的經(jīng)濟效益。 1.2 機床設(shè)計的目的、內(nèi)容、要求 1.2.1 設(shè)計的目的 通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使我們在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu) 方案過程中，得到設(shè)計構(gòu)思、方案的分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機械制圖、零件計算、編寫 技術(shù)文件和查閱資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計思想，掌握基本的設(shè)計方法， 并培養(yǎng)自己具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。 1.2.2 設(shè)計內(nèi)容 (1)運動設(shè)計 根據(jù)給定的被加工零件，確定機床的切削用量，通過分析比較擬定 傳動方案和傳動系統(tǒng)圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)，并計算主軸的實際轉(zhuǎn)速 與標(biāo)準(zhǔn)的相對誤差。 (2)動力設(shè)計 根據(jù)給定的工件，初算傳動軸的直徑、齒輪的模數(shù)；確定動力箱； 計算多軸箱尺寸及設(shè)計傳動路線。完成裝配草圖后，要驗算傳動軸的直徑，齒輪模數(shù) 否在允許范圍內(nèi)。還要驗算主軸主件的靜剛度。 (3)結(jié)構(gòu)設(shè)計 進行主運動傳動軸系、變速機構(gòu)、主軸主件、箱體、密封等的布置 和機構(gòu)設(shè)計。即繪制裝配圖和零件工作圖。 (4)編寫設(shè)計說明書 8 1.2.3 設(shè)計要求 評價機床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)—經(jīng)濟指標(biāo)來判定的。技術(shù)先進合理，亦 即“質(zhì)優(yōu)價廉”才會受到用戶的歡迎，在國內(nèi)和國際市場上才有競爭力。機床設(shè)計的 技術(shù)—經(jīng)濟指標(biāo)可以從滿足性能要求、經(jīng)濟效益和人機關(guān)系等方面進行分析。 1.2.4 機床的設(shè)計步驟 1） 調(diào)查研究 研究市場和用戶對設(shè)計機床的要求，然后檢索有關(guān)資料。其中包括情報、預(yù)測、 實驗研究成果、發(fā)展趨勢、新技術(shù)應(yīng)用以及相應(yīng)的圖紙資料等。甚至還可以通過網(wǎng)絡(luò) 檢索技術(shù)查閱先進國家的有關(guān)資料和專利等。通過對上述資料的分析研究，擬訂適當(dāng) 的方案，以保證機床的質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，使用戶有較好的經(jīng)濟效益。 2） 擬定方案 通?？梢詳M定出幾個方案進行分析比較。每個方案包括的內(nèi)容有：工藝分析、主 要技術(shù)參數(shù)、總布局、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制操作系統(tǒng)、電系統(tǒng)、主要部件的結(jié) 構(gòu)草圖、實驗結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟分析等。 在制定方案時應(yīng)注意以下幾個方面： （1） 當(dāng)使用和制造出現(xiàn)矛盾時，應(yīng)先滿足使用要求，其次才是盡可能便于制造。 要盡量用先進的工藝和創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)； （2） 設(shè)計必須以生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗為依據(jù)，凡是未經(jīng)實踐考驗的方案，必須 經(jīng)過實驗證明可靠后才能用于設(shè)計； （3） 繼承與創(chuàng)造相結(jié)合，盡量采用先進工藝，迅速提高生產(chǎn)力，為實現(xiàn)四個現(xiàn) 代化服務(wù)。注意吸取前人和國外的先進經(jīng)驗，并在此基礎(chǔ)上有所創(chuàng)造和發(fā)展。 3） 工作圖設(shè)計 首先，在選定工藝方案并確定機床配置形式、結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上，進行方案圖紙的 設(shè)計。這些圖子包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計 算卡，統(tǒng)稱“三圖一卡”設(shè)計。并初定出主軸箱輪廓尺寸，才能確定機床各部件間的 相互關(guān)系。 然后，整理機床有關(guān)部件與主要零件的設(shè)計計算書，編制各類零件明細(xì)表，編寫 機床說明書等技術(shù)文件。 最后，對有關(guān)圖紙進行工藝審查和標(biāo)準(zhǔn)化審查。 9 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（法蘭盤）的零件圖（圖 2-1） ，加工四個通孔的工藝過程： (1) 加工孔的主要技術(shù)要求。 4 個孔直徑均為 Φ16。 孔的位置度公差為 0.1mm。 工件材料為 HT200，HB170-241 要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量 2 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精度，可采用如下的加工方案： 一次性加工通孔，孔徑為 Φ16.5。 (3) 定位基準(zhǔn)及夾緊點的選擇 加工此零件上的孔，以底面的兩個支承點限制 、 和 、 四個自由度，位于X?Y? 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，由于工件是大批量生 產(chǎn)，夾具在本設(shè)計中沒有考慮，因此在設(shè)計時就認(rèn)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)。法蘭盤鉆孔的精度要求不高，可采用鉆孔組合機床。為了加工出表 面粗糙度為 Ra1.6um 的孔，采取提高機床原始制造精度和工件定位基準(zhǔn)精度并減少夾 10 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)，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(zhǔn)面的特點， 它們對機床工藝方案制度有著重要的影響。此法蘭盤的材料是 HT200、硬度 HB170～241、孔的直徑為 Φ16。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。 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 床，立式機床適宜加工定基準(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(zhǔn)平面是平行的，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，所以分兩次鉆孔，選擇臥式鉆床。 (3) 零件的生產(chǎn)批量 11 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 2 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 根據(jù)使用組合機床對對車間布置情況、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床。 綜合以上所述：通過對法蘭盤零件的結(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)計三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，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。 Φ16mm 的孔在鉆孔時，直徑上工序間余量均為 0.5mm。 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(biāo)準(zhǔn)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)計成同轉(zhuǎn) 速和同的每轉(zhuǎn) 進給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足直徑的加需要，即： …………………………………2.112.inffnfv?? 式中： … ——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min）、 、 ——各主軸進給量（mm/r）12,.iff ——動力滑臺每分鐘進給量（mm/min）vf 由于法蘭盤鉆孔的加工精度、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=16.5mm，進給量 f=0.2mm/r、切削速度 v=20m/min. 12 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） ；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： 切削力： =26 …………………………2.2FD8.0f6.HB =26×16× ×.2.0 =2758.17 N 切削扭矩： =10 ………………………2.3T9.18.0f6. =10× × ×..2.0 =22348.8N·mm 切削功率： = ……………………………2.4P/9740vD? =22348.8×20/(9740×3.14×16) =0.9kw 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) 法蘭盤的布氏硬度在 HB170-241，孔徑 D 為 16.5mm 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(biāo)準(zhǔn) Φ16.5 的麻花鉆。孔 加工刀具的長度應(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 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。 13 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(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，突出本機床的加工的 內(nèi)容，加上必要的說明繪制成的，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。法蘭盤鉆孔組合機床的被加工零件工序圖如 2.2 所示。 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(zhǔn)、夾緊部位及夾緊方向。 （3）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(xì)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(biāo)記。如圖 2.2 中定位基準(zhǔn)，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。 14 圖 2.2 被加工零件工序圖 （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，有時因所選定 位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)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 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 為法蘭盤鉆孔的加工示意圖 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 15 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)向部分直徑和刀具導(dǎo)向的線速度 v=20m/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 d2 d3 d4 l l1 l2 l3 l4 L5 16.5 20 24 34 40 140 20 20 20 25 42 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 F8） 6 7gHjs 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 16 （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： d B ……………………………………2.5?4T 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)計中主軸直徑 d=30mm,主軸外伸長度為：L=290mm，D/ 為 50/38。1d （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 2.5 所示， 圖 2.5 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 2.3 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 30 Tr20×6 莫氏 1 號 3612.061 36 290 80 65 140 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(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 290mm）,它等于刀具懸伸長度、螺母厚度、主軸外伸長度 17 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 2.6 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，誤差大時取2L1 大值，因此取 =7mm，切出長度 =1/3d+(3～8)= +8 9mm，所以1213?? =10+7+9=26mm.工 （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 180mm，快退長度等于快速引進與工作工進之和，因此快進長度 180- 60=120mm. 圖 2.6 工作進給長度 2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 18 圖 2.7 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(biāo)準(zhǔn)的通用部件——動力箱、動力滑臺、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 2.7 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進Fi 式中： ——各主軸加工時所產(chǎn)生的軸向力i 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。進F 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 1HY50 液壓滑臺，工作進給速度范圍vf 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 19 定的向后移動的余地，為方便裝卸刀具，這是取 80mm,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＞180+20+80=280mm，取 L＝630mm。綜合上述條件，確定液壓動力 滑臺型號 1HY5063IA 以及相配套的滑臺底座（1CC501 型） 。 （2）由下式確定動力箱的選用 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， 可算主P ＝ ／η……………………………2.6主 切P ＝2×8.864／0.8 ＝17.174KW 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 Q235，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 Y132M2-6 的 1TD50Ⅲ型動力箱，動力箱輸出軸至箱底面高度為 400mm。主要技術(shù)參數(shù)如下表： 表 2.4 轉(zhuǎn)速范圍（r/min） 主電機傳動型號 電機轉(zhuǎn)速 輸出轉(zhuǎn)速 主電機功率（ ）kw 配套主軸部件型號 D501TD50ⅲ 960 480 5.5 1HY50,1CD501,1CD501 3、配套支承部件的選用 立柱底座 1CD501。 4、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 1085mm。 5、中間底座輪廓尺寸 中間底座的輪廓尺寸要滿足滑臺在其上面聯(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 1CD501。 6、確定多軸箱輪廓尺寸 本機床配置的多軸箱總厚度為 325mm，寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取。計算時，多 軸箱的寬度 B 和高度 H 可確定為：B=800 H=500 20 根據(jù)上述計算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定主軸箱輪廓尺寸 B×H=800×500mm。 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(fù)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(fù)荷率的要求。計算如下： 切削時間： T 切 = L/vf+t 停 ……………………………2.7 = 2×26/47.8＋2×15/478 =1.151 min 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?fàn)顟B(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 ……………………2.8fkvL43? = （249＋300）/200+0.1+1.5 = 4.5min 式中： L 3、L 4 ——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 …………………………………2.9 = 60/（T 切 +T 輔 ） =60/（1.151+1.