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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
設(shè)計(jì)（論文）題目： 泵加工專用機(jī)床設(shè)計(jì)——
鉆4-f17.5孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 學(xué) 院 名 稱： 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名： 羅成棟 學(xué)號(hào)： 11403010417
指 導(dǎo) 教 師： 趙偉敏
2014年11月12日
32
摘 要
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求,本設(shè)計(jì)說明書針對(duì)泵體機(jī)床的設(shè)計(jì)及專用夾具設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。要內(nèi)容包括組合機(jī)床工藝方案的制定、組合機(jī)床配置型式的選擇、組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)以及主軸箱設(shè)計(jì)。
全文要包括組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)和主軸箱設(shè)計(jì)兩部分。機(jī)床總體設(shè)計(jì)要是在選定工藝方案并確定機(jī)床配置形式、結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上確定“三圖一卡”，主軸箱設(shè)計(jì)根據(jù)“三圖一卡”，整理編繪出主軸箱原始依據(jù)圖，重點(diǎn)分析傳動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)過各種方案的比較，最后確定最優(yōu)方案。
關(guān)鍵詞：主軸箱；組合機(jī)床；夾具
Abstract
According to the requirements of the mission design, design for wallboard machine and special fixture for the design specification is described. The main contents include aggregate machine-tool craft plan formulation, combined machine tool configuration choice, aggregate machine-tool system design and main shaft case design.
The full text mainly includes overall design and main shaft box combination milling machine design two parts. The overall design of machine tool is mainly in the selected process and determine the basis of machine tool configuration, structure scheme to determine the "three charts and a card", the headstock design according to "three charts and a card", reorganizes the compilation to leave the headstock primitive basis chart, the key analysis transmission system, through the comparison of various schemes, and finally to determine the optimal scheme. In addition, in order to improve labor productivity, reduce labor intensity, guaranteed the processing quality, need to design special jig.
Keywords: spindle box; modular machine tool; fixture
目 錄
摘 要 II
Abstract 1
1 緒論 1
1.1 課題研究意義 1
1.2鉆孔專用設(shè)備應(yīng)用 1
1.3 鉆孔專用設(shè)備 2
1.3.1多軸頭 2
1.3.2 主軸箱 2
1.3.3多軸鉆床 3
1.3.4 自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床 3
1.4 鉆孔專用設(shè)備趨勢(shì) 4
1.5 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 4
1.5.1 組合機(jī)床的概述 4
1.5.2 組合機(jī)床的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 5
2 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 8
2.1 組合機(jī)床方案的制定 8
2.1.1制定工藝方案 8
2.1.2確定組合機(jī)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 10
2.2.1確定工序間余量 10
2.2.2選擇切削用量 10
2.2.3確定切削力、切削扭矩、切削功率 11
2.2.4選擇刀具結(jié)構(gòu) 12
2.3 鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制 12
2.3.1 被加工零件工序圖 12
2.3.2 加工示意圖 13
2.3.3機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 17
2.3.4生產(chǎn)率計(jì)算卡 19
3 主軸箱的設(shè)計(jì) 22
3.1 主軸箱的設(shè)計(jì) 22
3.1.1繪制主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 22
3.1.2齒輪模數(shù)選擇 23
3.1.3主軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 23
3.1.4繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 25
3.2 傳動(dòng)軸的直徑估算 26
3.2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 26
3.2.2傳動(dòng)軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 27
3.2.3 鍵的選擇 28
3.3 傳動(dòng)軸的校核 28
3.3.1 傳動(dòng)軸的校核 28
3.3.2 鍵的校核 29
結(jié)論 30
致 謝 31
參考文獻(xiàn) 32
1 緒論
1.1 課題研究意義
市場(chǎng)的開放性和全球化使產(chǎn)品的競爭日趨激烈。而決定產(chǎn)品競爭力的指標(biāo)是產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間(Time ) ， 產(chǎn)品(Quality)，成本(Cost)，創(chuàng)新能力(Creation)和服務(wù)(Service)。用戶在追求高質(zhì)量產(chǎn)品的同時(shí)，會(huì)更多的追求較低的價(jià)格和較短的交貨周期。美國制造業(yè)在20世紀(jì)50至40年代要以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模作為企業(yè)競爭力的第一要素，而在70年代競爭力的第一要素為降低生產(chǎn)成本，80年代為提高產(chǎn)品質(zhì)量，90年代為市場(chǎng)響應(yīng)速度。所以現(xiàn)代企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量，增強(qiáng)競爭力。
制造業(yè)是國家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎(chǔ)是。是眾多機(jī)械制造的母機(jī)，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造精度有著直接關(guān)系，關(guān)系到國家機(jī)械工業(yè)以至整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進(jìn)制造技術(shù)的基本單元載體，機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、更新速度、對(duì)市場(chǎng)的應(yīng)變能力、生產(chǎn)效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對(duì)于一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用我國是世界上產(chǎn)量最多的國家.根據(jù)德國工業(yè)協(xié)會(huì)(VD W )2000年統(tǒng)計(jì)資料，在要的生產(chǎn)國家中，中國排名為世界第五位。但是在國際市場(chǎng)競爭中仍處于較低水平:即使在國內(nèi)市場(chǎng)也面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì):一方面國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)各類產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)滯銷積壓，國外產(chǎn)品充斥市場(chǎng)。
1.2鉆孔專用設(shè)備應(yīng)用
據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般在車間中普通機(jī)床的平均切削時(shí)間很少超過全部工作時(shí)間的15%。其余時(shí)間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機(jī)床、測(cè)量以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機(jī)床雖然能提高85%，但購置費(fèi)用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機(jī)床低。故必須更多地縮短加工時(shí)間。不同的加工方法有不同的特點(diǎn)，就鉆削加工而言，鉆孔專用設(shè)備是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。雖然不可調(diào)式多軸頭在自動(dòng)線中早有應(yīng)用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào)式多軸頭擴(kuò)大了使用范圍，仍然遠(yuǎn)不能滿足批量小、孔型復(fù)雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復(fù)雜的鉆孔專用設(shè)備更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有15000個(gè)ψ20孔，若以搖臂鉆床加工，單單鉆孔與锪沉頭孔就要842.5小時(shí)，另外還要?jiǎng)澗€工時(shí)151.1小時(shí)。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要171.6小時(shí)，劃線也簡單，只要1.9小時(shí)。因此，利用數(shù)控控制的二個(gè)坐標(biāo)軸，使刀具正確地對(duì)準(zhǔn)加工位置，結(jié)合鉆孔專用設(shè)備不但可以擴(kuò)大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機(jī)30種箱形與桿形零件的2000多個(gè)鉆孔操作中，有40%可以在自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少20%的加工時(shí)間。1975年法國巴黎機(jī)床展覽會(huì)也反映了鉆孔專用設(shè)備的使用愈來愈多這一趨勢(shì)。
1.3 鉆孔專用設(shè)備
鉆孔專用設(shè)備是在一次進(jìn)給中同時(shí)加工許多孔或同時(shí)在許多相同或不同工件上各加工一個(gè)孔。這不僅縮短切削時(shí)間，提高精度，減少裝夾或定位時(shí)間，并且在數(shù)控機(jī)床中不必計(jì)算坐標(biāo)，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以下一些設(shè)備進(jìn)行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機(jī)床心及自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床。甚至可以通過二個(gè)能自動(dòng)調(diào)節(jié)軸距的軸或主軸箱，結(jié)合數(shù)控工作臺(tái)縱橫二個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個(gè)或幾個(gè)工序?，F(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。
1.3.1多軸頭
從傳動(dòng)方式來說要有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動(dòng)三種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結(jié)構(gòu)簡單，后者易于調(diào)整軸距。從結(jié)構(gòu)來說有不可調(diào)式與可調(diào)式二種。前者軸距不能改變，多采用齒輪傳動(dòng)，僅適用于大批量生產(chǎn)。為了擴(kuò)大其贊許適應(yīng)性，發(fā)展了可調(diào)式多軸頭，在一定范圍內(nèi)可調(diào)整軸距。它要裝在有萬向.二種。（1）萬向軸式也有二種:具有對(duì)準(zhǔn)裝置的軸。軸裝在可調(diào)支架中，而可調(diào)支架能在殼體的T形槽中移動(dòng)，并能在對(duì)準(zhǔn)的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圓柱形軸套。軸套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產(chǎn)中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進(jìn)行工作。這種鉆孔專用設(shè)備方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度的關(guān)系，使用范圍有限。
1.3.2 主軸箱
也象多軸頭那樣作為標(biāo)準(zhǔn)部件生產(chǎn)。美國Secto公司標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱、主軸箱等設(shè)計(jì)的不可調(diào)式主軸箱。有32種規(guī)格，加工面積從300Ｘ300毫米到600Ｘ1050毫米，工作軸達(dá)60根，動(dòng)力達(dá)22.5千瓦。Romai工廠生產(chǎn)的可調(diào)主軸箱調(diào)整方便，只要先把齒輪調(diào)整到接近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調(diào)軸移動(dòng)到正確的位置。因此，這種結(jié)構(gòu)只要改變模板，就能在一定范圍內(nèi)容易地改變孔型，并且可以達(dá)到比普通主軸箱更小的孔距。
根據(jù)成組加工原理使用主軸箱或多軸頭的組合機(jī)床很適用于大中批量生產(chǎn)。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數(shù)點(diǎn)：（1）工件裝夾簡單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。（2）夾具剛性好，加工時(shí)不形變，分度定位正確。（3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調(diào)整，從而縮短換刀停機(jī)時(shí)間。（4）使用優(yōu)質(zhì)刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機(jī)磨。（5）尺寸超差時(shí)能立即發(fā)現(xiàn)。
1.3.3多軸鉆床
這是一種能滿足鉆孔專用設(shè)備要求的鉆床。諸如導(dǎo)向、功率、進(jìn)給、轉(zhuǎn)速與加工范圍等。巴黎展覽會(huì)中展出的多軸鉆床多具液壓進(jìn)給。其整個(gè)工作循壞如快進(jìn)、工進(jìn)與清除鐵屑等都是自動(dòng)進(jìn)行。值得注意的是，多數(shù)具有單獨(dú)的變速機(jī)構(gòu)，這樣可以適應(yīng)某一組孔中不同孔徑的加工需要。
1.3.4 自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床
為了中小批量生產(chǎn)合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動(dòng)更換主軸箱組合機(jī)床。
(1) 自動(dòng)更換軸機(jī)床
自動(dòng)更換軸機(jī)床頂部是回轉(zhuǎn)式主軸箱庫，掛有多個(gè)不可調(diào)主軸箱?？v橫配線盤予先編好工作程序，使相應(yīng)的主軸箱進(jìn)入加工工位，定位緊并與動(dòng)力聯(lián)接，然后裝有工件的工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到主軸箱下面，向上移動(dòng)進(jìn)行加工。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)，只要調(diào)換懸掛的主軸箱，就能適應(yīng)不同孔型與不同工序的需要。
(2)多軸轉(zhuǎn)塔機(jī)床
轉(zhuǎn)塔上裝置多個(gè)不可調(diào)或萬向聯(lián)軸節(jié)主軸箱，轉(zhuǎn)塔能自動(dòng)轉(zhuǎn)位，并對(duì)夾緊在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。通過工作臺(tái)回轉(zhuǎn)，可以加工工件的多個(gè)面。因?yàn)檗D(zhuǎn)塔不宜過大，故它的工位數(shù)一般不超過4—6個(gè)。且主軸箱也不宜過大。當(dāng)加工對(duì)象的工序較多、尺寸較大時(shí)，就不如自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床合適，但它的結(jié)構(gòu)簡單。
(3)自動(dòng)更換主軸箱組合機(jī)床
它由自動(dòng)線或組合機(jī)床中的標(biāo)準(zhǔn)部件組成。不可調(diào)主軸箱與動(dòng)力箱按置在水平底座上，主軸箱庫轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)整個(gè)裝置緊固在進(jìn)給系統(tǒng)的溜板上。主軸箱庫轉(zhuǎn)動(dòng)與進(jìn)給動(dòng)作都按標(biāo)準(zhǔn)子程序工作。換主軸箱時(shí)間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，以便加工工件的各個(gè)面。好果回轉(zhuǎn)工作臺(tái)配以卸料裝置，就能合流水生產(chǎn)自動(dòng)化。在可變生產(chǎn)系統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應(yīng)的控制器可以獲得完整的加工系統(tǒng)。
(4) 數(shù)控八軸落地鉆床
大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達(dá)15000個(gè)，它與支撐板聯(lián)接在一起加工?？讖綖?0毫米，孔深180毫米。采用具有內(nèi)冷卻管道的麻花鉆，5－7巴壓力的冷卻液可直接進(jìn)入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成90°供自動(dòng)定心。它比普通麻花鉆耐用，且進(jìn)給量大。為了縮短加工時(shí)間，以8軸數(shù)控落地加工。
1.4 鉆孔專用設(shè)備趨勢(shì)
鉆孔專用設(shè)備生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，產(chǎn)品改型時(shí)設(shè)備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，鉆孔專用設(shè)備的范圍一定會(huì)愈來愈廣，加工效率也會(huì)不斷提高。
1.5 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)
1.5.1 組合機(jī)床的概述
組合機(jī)床（transfer and unit machine）是以系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件對(duì)一種或多種工件按預(yù)先確定的工序進(jìn)行切削加工的機(jī)床。兼有萬能機(jī)床和專用機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)。通用零部件通常占整個(gè)機(jī)床零部件的70％～90％，只需要根據(jù)被加工零件的形狀及工藝改變極少量的專用部件就可以部分或全部進(jìn)行改裝，從而組成適應(yīng)新的加工要求的設(shè)備。由于在組合機(jī)床上可以同時(shí)從幾上方向采用多把刀具對(duì)一個(gè)或數(shù)個(gè)工件進(jìn)行加工，所以可減少物料的搬運(yùn)和占地面積，實(shí)現(xiàn)工序集中，改善勞動(dòng)條件，提高生產(chǎn)效率和降低成本。將多臺(tái)組合機(jī)床聯(lián)在一起，就成為自動(dòng)生產(chǎn)線。組合機(jī)床廣泛應(yīng)用于需大批量生產(chǎn)的零部件，如汽車等行業(yè)中的箱體等。另外在中小批量生產(chǎn)中也可應(yīng)用成組技術(shù)將結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件歸并在一起，以便集中在組合機(jī)床上進(jìn)行加工。
組合機(jī)床一般可完成的工藝范圍有：銑平面、刮平面、車端面、車錐面、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、倒角、切槽、以及加工螺紋、滾壓、拉削、磨削、拋光工序。
組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多序、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。
組合機(jī)床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。
組合機(jī)床的通用部件按功能分為動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件5類。動(dòng)力部件為機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主要有動(dòng)力箱（將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給主軸箱）、切削頭（裝在各個(gè)主軸上，用于各單一工序的加工）、動(dòng)力滑臺(tái)（用于安裝動(dòng)力箱或切削頭，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）；支承部件用以安裝動(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；輸運(yùn)部件用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、分度鼓輪和往復(fù)移動(dòng)工作臺(tái)等；控制部件用以控制機(jī)床的自動(dòng)工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺(tái)等；輔助部件包括潤滑、冷卻和排屑裝置等。根據(jù)配置型式，組合機(jī)床可分為單工位和多工位兩大類。其中單工位組合機(jī)床按被加工面的數(shù)量又有單面、雙面、三面和四面4種，通常只能對(duì)各個(gè)加工部位同時(shí)進(jìn)行一次加工；多工位組合機(jī)床則有回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式、往復(fù)工作臺(tái)式、中長立柱式和回轉(zhuǎn)鼓輪式4種，能對(duì)加工部位進(jìn)行多次加工。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。
1.5.2 組合機(jī)床的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
最早的組合機(jī)床于1911年在美國制成，用于加工汽車零件。1953年，美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機(jī)床制造廠協(xié)商，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則。1973年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）公布了第一批組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)。1975年，中國第一機(jī)械工業(yè)部頒布了中國的第一批組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)。組合機(jī)床現(xiàn)代發(fā)展的方向主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
a、組合機(jī)床品種的發(fā)展重點(diǎn)。在組合機(jī)床這類專用機(jī)床中，回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床和自動(dòng)線占有很重要的地位。因?yàn)檫@兩類機(jī)床可以把工件的許多加工工序分配到多個(gè)加工工位上，并同時(shí)能從多個(gè)方向?qū)ぜ膸讉€(gè)面進(jìn)行加工，此外，還可以通過轉(zhuǎn)位夾具(在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)機(jī)床上)或通過轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)裝置(在自動(dòng)線上)實(shí)現(xiàn)工件的五面加工或全部加工，因而具有很高的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，被汽車、摩托車和壓縮機(jī)等工業(yè)部門所采用。
b、自動(dòng)線節(jié)拍時(shí)間進(jìn)一步縮短。目前，以大批量生產(chǎn)為特征的轎車和輕型載貨車，其發(fā)動(dòng)機(jī)的年產(chǎn)量通常為60萬臺(tái)左右，實(shí)現(xiàn)這樣大的批量生產(chǎn)，回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床和自動(dòng)線在三班運(yùn)行的情況下，其節(jié)拍時(shí)間一般為20～30秒，當(dāng)零件生產(chǎn)批量更大時(shí)，機(jī)床的節(jié)拍時(shí)間還要更短些。自動(dòng)線的短節(jié)拍，主要是通過縮短基本時(shí)間和輔助時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的。縮短基本時(shí)間的主要途徑是采用新的刀具材料和新穎刀具，以通過提高切削速度和進(jìn)給速度來縮短基本時(shí)間。縮短輔助時(shí)間主要是縮短包括工件輸送、加工模塊快速引進(jìn)以及加工模塊由快進(jìn)轉(zhuǎn)換為工進(jìn)后至刀具切入工件所花的時(shí)間。為縮短這部分空行程時(shí)間，普遍采用提高工件(工件直接輸送)或隨行夾具的輸送速度和加工模塊的快速移動(dòng)速度。目前，隨行夾具的輸送速度可達(dá)60m/min或更高些，加工模塊快速移動(dòng)速度達(dá)40m/min。
c、組合機(jī)床柔性化進(jìn)展迅速。十多年來，作為組合機(jī)床重要用戶的汽車工業(yè)，為迎合人們個(gè)性化需求，汽車變型品種日益增多，以多品種展開競爭已成為汽車市場(chǎng)競爭的特點(diǎn)之一，這使組合機(jī)床制造業(yè)面臨著變型多品種生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。為適應(yīng)多品種生產(chǎn)，傳統(tǒng)以加工單一品種的剛性組合機(jī)床和自動(dòng)線必須提高其柔性。組合機(jī)床的柔性化主要是通過采用數(shù)控技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。開發(fā)柔性組合機(jī)床和柔性自動(dòng)線的重要前提是開發(fā)數(shù)控加工模塊，而有著較長發(fā)展歷史的加工中心技術(shù)為開發(fā)數(shù)控加工模塊提供了成熟的經(jīng)驗(yàn)。由數(shù)控加工模塊組成的柔性組合機(jī)床和柔性自動(dòng)線，可通過應(yīng)用和改變數(shù)控程序來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀、自動(dòng)更換多主軸箱和改變加工行程、工作循環(huán)、切削參數(shù)以及加工位置等，以適應(yīng)變型品種的加工。
組合機(jī)床自動(dòng)線柔性化的迅速發(fā)展和節(jié)拍時(shí)間的日益縮短，充分顯示了CNC技術(shù)和刀具技術(shù)給組合機(jī)床自動(dòng)線帶來的巨大技術(shù)進(jìn)步，使柔性自動(dòng)線在多品種、大批量生產(chǎn)中成為重要的技術(shù)裝備。但在這里必須指出，在組合機(jī)床和自動(dòng)線實(shí)現(xiàn)柔性化發(fā)展的同時(shí)，加工中心高速化發(fā)展異常迅速。加工中心與組合機(jī)床的競爭日趨激烈。
d、加工精度日益提高。特別自80年代中期以來，汽車制造業(yè)為增強(qiáng)其汽車的競爭力，不斷地加嚴(yán)其發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵件的制造公差，并通過計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量和分析方法，以及通過設(shè)備能力檢驗(yàn)來提高其產(chǎn)品的質(zhì)量。這無疑是對(duì)組合機(jī)床和自動(dòng)線提出了更高的要求。組合機(jī)床制造廠為了滿足用戶對(duì)工件加工精度的高要求，除了進(jìn)一步提高主軸部件、鏜桿、夾具(包括鏜模)的精度，采用新的專用刀具，優(yōu)化切削工藝過程，采用刀具尺寸測(cè)量控制系統(tǒng)和控制機(jī)床及工件的熱變形等一系列措施外，目前，空心工具錐柄(HSK)和過程統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制(SPC)的應(yīng)用已成為自動(dòng)線提高和監(jiān)控加工精度的新的重要技術(shù)手段。
e、綜合自動(dòng)化程度日益提高。近十年來，為進(jìn)一步提高工件的加工精度和減少工件在生產(chǎn)過程中的中間儲(chǔ)存、搬運(yùn)以及縮短生產(chǎn)流程時(shí)間，將工件加工流程中的一些非切削加工工序(如工序間的清洗、測(cè)量、裝配和試漏等)集成到自動(dòng)線或自動(dòng)線組成的生產(chǎn)系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)工件加工、表面處理、測(cè)量和裝配等工序的綜合自動(dòng)化。
f、其它技術(shù)的應(yīng)用動(dòng)向。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的組合機(jī)床行業(yè)中，下列技術(shù)得到了較為廣泛的應(yīng)用。組合機(jī)床設(shè)計(jì)普及CAD技術(shù)在國外許多公司中，組合機(jī)床設(shè)計(jì)已普遍采用CAD工作站，在設(shè)計(jì)室?guī)缀鹾茈y見到傳統(tǒng)的繪圖板。CAD除應(yīng)用于繪圖工作外，并在構(gòu)件的剛度分析(有限元方法)、組合機(jī)床及自動(dòng)線設(shè)計(jì)方案比較和選擇，以及方案報(bào)價(jià)等方面均已得到廣泛應(yīng)用，從而顯著地提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短了設(shè)計(jì)周期。加之國外許多公司在組合機(jī)床和自動(dòng)線組成模塊方面的系列化和通用化程度很高(一般達(dá)90%以上)，使組合機(jī)床和自動(dòng)線的交貨期進(jìn)一步縮短。
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(chǎng)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(chǎng)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。
圖2.1
根據(jù)被加工零件（泵體）的零件圖（圖2.1），加工4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Φ17.5mm。
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3萬件，2班制生產(chǎn)，每班6小時(shí)。
(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Φ17.5mm。
(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)為是人工夾緊。
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)。泵體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 泵體
(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。此泵體的材料是HT200、硬度HB170～241、孔的直徑為Φ17.5mm。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，主軸箱體積較大，一次鉆孔，選擇立式鉆床。
(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2萬件，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)泵體零件的結(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)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(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。Φ17.5mm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．多軸主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，同一主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：
…………………………………2.1
式中： … ——各軸轉(zhuǎn)速（r/min）
——各軸進(jìn)給量（mm/r）
——?jiǎng)恿_(tái)每分鐘進(jìn)給量（mm/min）
由于泵體鉆孔的加工精度、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=17.5mm，進(jìn)給量f=0.18mm/r、切削速度v=18m/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…………………………2.2
=26×17.5××
=2378.5N
切削扭矩： =10………………………2.3
=10×××
=9979N·mm
切削功率： =……………………………2.4
=9979×18/(9740×3.14×17.5)
=0.43kw
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)
泵體的布氏硬度在HB170-241，孔徑D為17.5mm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)Φ17.5mm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。泵體鉆孔組合機(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泵體工序圖
（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、主軸箱、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為泵體鉆孔的加工示意圖
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、刀具及主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=18m/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
17.5
17.5
40
30
34
150
40
17.5
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F8）
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=81.0GPa,剛性軸取ψ＝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：
dB……………………………………2.59
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=17.5mm,軸外伸長度為：L=115mm，D/為40/28。
（4）選擇刀具接桿
由以上可知，主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，為保證主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
28
Tr28×2
莫氏1號(hào)
12.061
36
17.55
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)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主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)取大值，因此取=8mm，切出長度=1/3d+(3～8)= x17.5+712mm，所以=8+12+12=32mm.
（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——?jiǎng)恿ο?、?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)一步開展主軸箱、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
=∑=4×2378.5=9517.5N
式中： ——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＝9.517.5KN。
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=18mm/min。所以選擇1HY32ⅡA液壓滑臺(tái)，工作進(jìn)給速度范圍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80mm,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+80=220mm，取L＝630mm。綜合上述條件，確定液壓動(dòng)力滑臺(tái)型號(hào)1HY32ⅡA,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，在主軸箱沒有設(shè)計(jì)之前，可算
＝／η……………………………2.6
＝6*0.43／0.8
＝3.217.5KW
式中：η——主軸箱傳動(dòng)效率，加工黑色金屬時(shí)η＝0.8～0.9；有色金屬時(shí)η＝0.7～0.8，本系統(tǒng)加工HT200，取η＝0.8．
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180mm。要技術(shù)參數(shù)如下表：
表2.4電機(jī)型號(hào)及參數(shù)
電機(jī)傳動(dòng)型號(hào)
轉(zhuǎn)速范圍（r/min）
電機(jī)功率（）
配套軸部件型號(hào)
電機(jī)轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)速
D50 Y132M1-6
960
470
4
1HY32ⅡA,1CC321,1CD321
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＝580～1060mm之間選取，本系統(tǒng)取裝料高度為800mm。
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、確定主軸箱輪廓尺寸
本機(jī)床配置的主軸箱總厚度為340mm，寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取。計(jì)算時(shí)，主軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=320，H=17.50
根據(jù)上述計(jì)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=320×17.50mm。
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
=0.617.5 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?！罁蹊F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……………………2.8
= （75＋120）/1000+0.13+2
= 2.317.5min
式中： L3、L4 ——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/（0.617.5+3.295）
=15.3 件/h
機(jī)床負(fù)荷率按下式計(jì)算 η = Q / Q1×100%…………………………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 主軸箱的設(shè)計(jì)
3.1 主軸箱的設(shè)計(jì)
3.1.1繪制主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖
主軸箱設(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)床主軸箱
圖中主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
軸號(hào)
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
40/28
115
鉆Φ17.5
415
18
0.18
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)Y112M-6；功率P＝2.2kw。
3.1.2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×≈2.1……………2.11
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）
主軸箱輸入齒輪模數(shù)取m=2.5。
3.1.3主軸箱的傳動(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
86.5
103.5
17.59.5
17.59.5
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
1）最小齒數(shù)的確定
為保證齒輪齒根強(qiáng)度，根據(jù)《組合機(jī)床簡明設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，驅(qū)動(dòng)軸齒數(shù)要在21-24之間。
2）傳動(dòng)軸2為軸1，2，3，4都各自在同一同心圓上。
主軸箱的齒輪模數(shù)按驅(qū)動(dòng)軸齒輪估算
………………………2.17.5
主軸箱輸入齒輪模數(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=21，傳動(dòng)齒輪采用z=22齒的齒輪，變位系數(shù)。傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速為:
…………………………2.15
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)軸種類和設(shè)計(jì)題目需要由于傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速是，則驅(qū)動(dòng)軸至傳動(dòng)軸的傳動(dòng)比為:
……………………………2.16
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(cè)》查得知：t=33.3mm,當(dāng)m=3時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸上的齒數(shù)為：
Zmin≥………2.17
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2.8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
17.5、30、35、40、50
傳動(dòng)軸齒輪
44（B型）
21-24
3
17.5、30、35、40、50
輸出軸齒輪
32
21-24
3
18、22、28、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：
n1=n2=n3=n4=18x1000/3.17.5/17.5=415r/min…………………2.18
3.1.4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，繪制在主軸箱輪廓內(nèi)的傳動(dòng)示意圖，如圖3.3所示
圖3.3 鉆孔主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)圖
圖中傳動(dòng)軸齒輪和驅(qū)動(dòng)軸齒輪為第Ⅰ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。
3.2 傳動(dòng)軸的直徑估算
傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度的要求，強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強(qiáng)度一般不失是要矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過大的變形。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。
3.2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速
⑴、確定軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：計(jì)算轉(zhuǎn)速是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系確定。
根據(jù)【1】表3-10，軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為
⑵、各變速軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：
①軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速可從軸71r/min按72/18的變速副找上去，軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為
100r/min；
②軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為400r/min；
③軸Ⅰ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為800r/min。
⑶、各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速
各變速組內(nèi)一般只計(jì)算組內(nèi)最小齒輪，也是最薄弱的齒輪，故也只需確定最小齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。
變速組c中，22/86只需計(jì)算z = 22 的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為280r/min；
變速組b計(jì)算z = 18的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為400r/min；
變速組a應(yīng)計(jì)算z = 28的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為800r/min。
⑷、核算軸轉(zhuǎn)速誤差
∵
∴
所以合適。
3.2.2傳動(dòng)軸直徑的估算：確定各軸最小直徑
根據(jù)【5】公式（7-1），，并查【5】表7-13得到取1.
①Ⅰ軸的直徑：取
②Ⅱ軸的直徑：取
③Ⅲ軸的直徑：取
其中：P-電動(dòng)機(jī)額定功率（kW）；
-從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積；
-該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（）；
-傳動(dòng)軸允許的扭轉(zhuǎn)角（）。
當(dāng)軸上有鍵槽時(shí)，d值應(yīng)相應(yīng)增大4～5%;當(dāng)軸為花鍵軸時(shí)，可將估算的d值減小7%為花鍵軸的小徑;空心軸時(shí)，d需乘以計(jì)算系數(shù)b，b值見【5】表7-12。Ⅰ和Ⅳ為由鍵槽并且軸Ⅳ為空心軸，Ⅱ和Ⅲ為花鍵軸。根據(jù)以上原則各軸的直徑取值：，和在后文給定，軸采用光軸，軸和軸因?yàn)橐惭b滑移齒輪所以都采用花鍵軸。因?yàn)榫匦位ㄦI定心精度高，定心穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理變形，定心直徑尺寸公差和位置公差都能獲得較高的精度，故我采用矩形花鍵連接。按規(guī)定，矩形花鍵的定心方式為小徑定心。查【15】表5-3-30的矩形花鍵的基本尺寸系列，軸花鍵軸的規(guī)格；軸花鍵軸的規(guī)格。
④各軸間的中心距的確定：
；
；
；
3.2.3 鍵的選擇
查【4】表6-1選擇軸上的鍵，根據(jù)軸的直徑，鍵的尺寸選擇，鍵的長度L取22。