畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 完成日期 畢 業(yè) 設(shè) 計開 題 論 證 報 告專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 完成日期 1課題名稱：6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計一、課題來源、課題研究的主要內(nèi)容及國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述課題來源: 課題來源于江蘇高精機(jī)電設(shè)備有限公司。課題研究的主要內(nèi)容:根據(jù) 6110 連桿的加工工藝要求，設(shè)計一臺加工連桿小頭孔的鉆孔組合機(jī)床。具體設(shè)計的圖樣有：（1）被加工零件加工工序圖 1 張（2）機(jī)床尺寸聯(lián)系圖 1 張（3）加工示意圖 1 張（4）生產(chǎn)率計算卡 1 張（5）多軸箱裝配總圖、部件裝配圖、部分零件圖 待定（6）箱體補(bǔ)充加工圖 1 張（7）坐標(biāo)檢查圖 1 張（8）PLC 控制原理圖 2 張國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述:組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機(jī)床。組合機(jī)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(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，并可用以組成自動生產(chǎn)線。二十世紀(jì)70年代以來，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達(dá)0.05毫米／1000毫米，表面粗糙度可低達(dá)2.5 ～0.63微米；鏜孔精度可達(dá)IT7～6 級，孔距精度可達(dá)O.03 ～O.02微米。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，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和刀具與工件的相對進(jìn)給運(yùn)動，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，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。專用機(jī)床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機(jī)床中某些部件因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。通用部件按功能可分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。其中動力部件是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動的部件。主要有動力箱、切削頭和動力滑臺。支承部件是用以安裝動力滑臺、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。輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主3要有分度回轉(zhuǎn)工作臺、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺、分度鼓輪和往復(fù)移動工作臺等。 控制部件是用以控制機(jī)床的自動工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺等。輔助部件有潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。組合機(jī)床是用按系列化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求設(shè)計的專用部件組成的專用機(jī)床。組合機(jī)車是由萬能機(jī)床和專用機(jī)床發(fā)展來的，它既有專用機(jī)床、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，又有萬能機(jī)床能夠重新調(diào)整，以適應(yīng)新工件加工的特點(diǎn)。與萬能機(jī)床和專用機(jī)床相比，有如下特點(diǎn)：1.由于組合機(jī)床是由70~80%的通用零部件組成，在需要的時候，它可以部分或全部地進(jìn)行改裝，以組成適應(yīng)新的加工要求的新設(shè)備。也就是說，組合機(jī)床有重新改裝的優(yōu)越性，其通用零部件可以多次重復(fù)利用。2.組合機(jī)床是按具體的加工對象專門設(shè)計的。因而可以按最合理的工藝過程進(jìn)行加工。這在萬能機(jī)床上往往是不易實(shí)現(xiàn)的3.在組它是實(shí)現(xiàn)集中工序的最好途徑，是提高生產(chǎn)效率的有效設(shè)備。合機(jī)床上可以同時從幾個方向采用多把刀具對幾個工件進(jìn)行加工。它是實(shí)現(xiàn)集中工序的最好途徑，是提高生產(chǎn)效率的有效設(shè)備。4.組合機(jī)床常常是用多軸對箱體零件一個面上的的許多孔同時進(jìn)行加工。這樣就能比較好的保證各孔之間的精度要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量；減少了工件間的搬運(yùn)，改善勞動條件；也減少了機(jī)床的占地面積。5.由于組合機(jī)床大多書零部件是同類的通用部件，這就簡化了機(jī)床的維修。必要時可以更換整個部件，以提高機(jī)床的維修速度。6.組合機(jī)床的通用部件可以組織專門工廠集中生產(chǎn)。這樣可以采用專用高效設(shè)備進(jìn)行加工，有利于提高通用部件的性能，降低制造成本。為 了 使 組 合 機(jī) 床 能 在 中 小 批 量 生 產(chǎn) 中 得 到 應(yīng) 用 ， 往 往 需 要 應(yīng) 用 成 組 技 術(shù) ， 把 結(jié) 構(gòu)和 工 藝 相 似 的 零 件 集 中 在 一 臺 組 合 機(jī) 床 上 加 工 ， 以 提 高 機(jī) 床 的 利 用 率 。 這 類 機(jī) 床 常見 的 有 兩 種 ， 可 換 主 軸 箱 式 組 合 機(jī) 床 和 轉(zhuǎn) 塔 式 組 合 機(jī) 床 。組 合 機(jī) 床 未 來 的 發(fā) 展 將 更 多 的 采 用 調(diào) 速 電 動 機(jī) 和 滾 珠 絲 杠 等 傳 動 ， 以 簡 化 結(jié) 構(gòu) 、縮 短 生 產(chǎn) 節(jié) 拍 ； 采 用 數(shù) 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(diào)性 ； 以 及 納 入 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 等 。4二、本課題擬解決的問題設(shè)計一臺 6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床，需要解決如下問題：1．如何制定工藝方案。2．機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定。3．組合機(jī)床的總體方案如何確定。4．如何滿足設(shè)計要求的尺寸精度、位置精度、表面粗糙度等加工要求。5．如何保證機(jī)床能以較高的生產(chǎn)效率運(yùn)行。6．如何機(jī)床需裝卸方便，便于維修、調(diào)整。7．確定采用何種 PLC 及編制合理的程序。三、解決方案及預(yù)期效果解決方案：1. 要深入現(xiàn)場了解被加工零件的加工特點(diǎn)、精度和技術(shù)要求、定位夾壓情況以及生產(chǎn)率的要求等。確定在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容及其加工方法。這里要確定加工工步數(shù)，決定刀具的種類和型式；2. 根據(jù)工藝方案確定機(jī)床的型式和總體布局。在選擇機(jī)床配置型式時，既要考慮實(shí)現(xiàn)工藝方案，保證加工精度，技術(shù)要求及生產(chǎn)效率；又要考慮機(jī)床操作、維護(hù)、修理是否良好；還要注意被加工零件的生產(chǎn)批量，以便使設(shè)計的組合機(jī)床符合多快好省的要求；3. 這里要確定機(jī)床各部件間的相互關(guān)系，選擇通用部件的刀具的導(dǎo)向，計算切削用量及機(jī)床生產(chǎn)率。給制機(jī)床的總聯(lián)系尺寸圖及加工示意圖等；4. 當(dāng)工件的加工精度要求較高時，應(yīng)采用具有固定夾具的單工位組合機(jī)床，加工精度要求較低時，可采用具有移動夾具的多工位組合機(jī)床。此外，還要考慮到不同布置形式的機(jī)床所能達(dá)到的加工精度；5. 設(shè)計較好的專用夾具，提高裝夾速度和效率以提高機(jī)器的效率；6. 組合機(jī)床大多數(shù)零部件使用通用部件，以簡化了機(jī)床的維修，方便裝卸和調(diào)整。必要時可以更換整個部件，以提高機(jī)床的維修速度；7. 采用世界上主流的三菱 PLC，選擇合適的型號，編程較為方便；預(yù)期效果：通過對鉆孔組合機(jī)床的用途，適用范圍以及生產(chǎn)率等的分析，我將采用上述的解決方法，這樣可以達(dá)到設(shè)計要求，保證加工工序的尺寸精度、位置精度、表面粗糙度等加工要求；機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單裝卸方便，便于維修、調(diào)整。2四、課題進(jìn)度安排3 月 5 日～3 月 6 日．布置任務(wù)。3 月 7 日～3 月 18 日．調(diào)查研究，畢業(yè)實(shí)習(xí)。3 月 19 日～4 月 13 日．方案論證，總體設(shè)計------開題階段。4 月 14 日～4 月 30 日．技術(shù)設(shè)計（部件設(shè)計） 。5 月 1 日～5 月 15 日．工作設(shè)計（零件設(shè)計） 。5 月 16 日～5 月 22 日．撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書------中期工作階段。5 月 23 日～5 月 24 日．畢業(yè)設(shè)計預(yù)答辯。5 月 25 日～6 月 2 日．修改資料。6 月 3 日～6 月 5 日．評閱材料。6 月 6 日～6 月 8 日．畢業(yè)答辯。6 月 9 日～6 月 11 日．材料整理裝袋。五、指導(dǎo)教師意見簽名 年 月 日六、專業(yè)系意見簽名 年 月 日七、學(xué)院意見簽名 年 月 日 外 文 翻 譯專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 生 姓 名 班 級 學(xué) 號 指 導(dǎo) 教 師 1外文資料名稱： 可重構(gòu)機(jī)床機(jī)械模塊接口 外文資料出處： German Academic Society for Production Engineering (WGP) 2007 附 件： 1.外文資料翻譯譯文 2.外文原文 指導(dǎo)教師評語：簽名： 年 月 日2可重構(gòu)機(jī)床機(jī)械模塊接口埃伯哈德阿伯爾勒.阿諾沃納尤爾根弗萊舍.簡維塞爾帕特里克馬丁.羅伯特克羅普爾XX 譯摘要：可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）是工業(yè)公司為適應(yīng)頻繁的生產(chǎn)要求做出變化，提出的符合成本效益的方法。RMS 是由組合機(jī)床構(gòu)成，這種機(jī)床能提供添加，刪除，重新排列和部分單位變量以及整體替換等功能。這些機(jī)床的性能比如模塊工件的高質(zhì)量，快速靈活反應(yīng)，都由機(jī)械模塊接口的屬性而定。在本文中，主要對機(jī)械模塊接口性能參數(shù)的定義及其對機(jī)床的性能影響進(jìn)行討論，對一個能夠快速靈活反應(yīng)的接口的組裝方案進(jìn)行了分析。最后，介紹對于那些工具接口的準(zhǔn)確性能參數(shù)所需要技術(shù)測試。 關(guān)鍵詞：機(jī)床，重構(gòu)，機(jī)械接口1 簡介近年來，市場不斷提高步伐，并以難以預(yù)料方式發(fā)生變化。在這種情況下，為了保持競爭力，工業(yè)企業(yè)必須獲得一種按照市場上的新產(chǎn)品的需求數(shù)量波動迅速和有效地作出反應(yīng)的能力。因此，開發(fā)這樣一個有可擴(kuò)展輸出和可調(diào)功能相結(jié)合的以最小時間籌備的高可用性和高生產(chǎn)力的制造系統(tǒng)[1] 很有必要性。而可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）就是一種有希望來迎接這一挑戰(zhàn)的方式。模塊化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)床與各種不同的組件組合的整體功能。這些構(gòu)建塊或模塊，被一對一的映射系統(tǒng)的子功能，使其本身保持類似的架構(gòu)和功能[3，4]。各模塊間的相互作用被最小化，這樣可以避免它對其他模塊的變化影響到整個系統(tǒng)的正常工作埃伯哈德阿伯爾勒.阿諾沃納 . 德國, 達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué), 工業(yè)機(jī)器生產(chǎn)管理研究所.尤爾根弗萊舍.簡維塞爾. 德國, 卡斯魯厄大學(xué), 生產(chǎn)科學(xué)研究院, 電子郵件：3wieser@wbk.uka.de.帕特里克馬丁.羅伯特克羅普爾 . 法國, 國立高等工程技術(shù)學(xué)院, 工業(yè)工程生產(chǎn)機(jī)制實(shí)驗室.[4]。隨著能夠添加，刪除，重新排列和部分單位變量以及整體替換等功能的面世，模塊化方法允許 RMS 來提供可調(diào)節(jié)的功能和能力。在何種程度上制造系統(tǒng)的可重構(gòu)可以在快速整合模塊（可積性）、修改系統(tǒng)的功能（可兌換性）、適應(yīng)系統(tǒng)的容量（可伸縮性）以及限制一個給定的零件組的靈活性（標(biāo)準(zhǔn)化性）等性能能方面被衡量。自定義有助于避免不必要的器件和功能，這使得 RMS 顯得很有經(jīng)濟(jì)性[2，5] 。它可以隨時購買或租用新的 RMS 模塊，增加生產(chǎn)程序所需要的額外不同的功能，它沒有固定的模式[6]。同樣，RMS 可以很容易的用新的模塊進(jìn)行升級，這使得制造商能夠跟上技術(shù)進(jìn)步的步伐而無需更換整個生產(chǎn)系統(tǒng)。RMS 的結(jié)構(gòu)層次架構(gòu)可以的如圖 1 所示?？芍貥?gòu)機(jī)床（RMT）連接成連續(xù)的或并行制造系統(tǒng)，每個 RMT 組成的模塊可以安排一個平臺，這代表著最高系統(tǒng)水平（圖 2）。模塊功能包括：機(jī)械加工操作（如銑床，鉆床，車削）和磨削加工的操作（如焊接，激光淬火，工具）和工件裝卸作業(yè)以及質(zhì)量控制工作[6]。模塊可以進(jìn)一步細(xì)分，如主軸系統(tǒng)或工具系統(tǒng)。在這一平臺上的模塊的安裝與執(zhí)行加工，即加工功能，可同時執(zhí)行，這使得初級加工處理時間大大縮短。4圖 1 一個 RMS 結(jié)構(gòu)層次架例子 [5]圖 2 一個 RMT 的結(jié)構(gòu)例子一個 RMT 的可模塊化性，快速可積性，可兌換性，可擴(kuò)展性和標(biāo)準(zhǔn)化性取決于它的模塊接口的屬性。這些接口可分為機(jī)械接口和數(shù)據(jù)、能源和輔助材料的傳輸接口[2] 。機(jī)械接口是特別重要的，和傳輸接口不同，他們不僅決定哪些模塊被方便迅速連接，而且也影響整個系統(tǒng)的運(yùn)行模式中的表現(xiàn)。這是由于他們的能力精確地和傳播力及力矩的因素對應(yīng)。5這是正是本文所討論的 RMT 的性能不同層面的機(jī)械接口影響的目的。第 2 部分介紹機(jī)械 RMT 的接口性能參數(shù)的定義及其對整體系統(tǒng)性能的影響。第 3 部分以圓柱型快速耦合接口為例分析模塊組裝方式。最后，在第 4 部分，介紹這些接口的性能評估測試工具。2 機(jī)械 RMT 的模塊接口的性能標(biāo)準(zhǔn)2.1 影響工件質(zhì)量的參數(shù)RMT 模塊之間相互準(zhǔn)確定位的機(jī)械接口的性能對工具與工件的定位誤差有影響。這個工具定位誤差由一個靜態(tài)組件 X 和動態(tài)組件 x（t ）組成。靜態(tài)組件對工件的尺寸偏差的產(chǎn)生影響，此為主要誤差，而動態(tài)組件影響工件的表面質(zhì)量，這是次要誤差。2.2 主要參數(shù)誤差幾何定位的精度是第一個接口參數(shù)，即影響工件的首要誤差，它比較平均和分散[7] 。以幾何定位精度為代表的定位錯誤不取決于力的強(qiáng)度或熱度等外部因素，而取決于由組成參數(shù)誤差引起的夾緊力而造成的變形，因此，它不能準(zhǔn)確地從零件公差推導(dǎo)。在一個正在運(yùn)行的 RMT 系統(tǒng)中， 靜態(tài)載荷造成切削力，重力和機(jī)械接口變形引起的慣性力。因而，接口彈性特性是不能夠的單獨(dú)推測它對工件質(zhì)量的影響。因為接口導(dǎo)致的壓力集中在接觸面附近的模塊，這進(jìn)而導(dǎo)致應(yīng)力集中的模塊變形。即使接口組件它本身剛度很大，模塊裝配仍然會比整體結(jié)構(gòu)弱。因此，代表接口剛度性能參數(shù)的是接口殘余應(yīng)力，這個殘余應(yīng)力作用在模塊 di（圖 3 中的整體模塊）和dm（圖 3 中的裝配模塊）之間。圖 3 結(jié)構(gòu)上的一個接口：接口造成的接口彈性和模塊彈性6因而，把 d 定義為彈性的變形率和負(fù)載，則有：參數(shù) d 受到接口變形和模塊上的變形的兩方面影響。其中，模塊上的變形對 d 的影響取決于模塊的材料和形狀，因此對于 d 不能一概而論。在下一章中，我們將提出了一個可以解決一些特定類型的接口問題的方法。這個工具對工件的靜態(tài)定位精度進(jìn)一步受到接口的熱性能的影響。首先，這個接口在一個給定的溫度變化下引起的膨脹系數(shù)是主要誤差參數(shù)。熱膨脹系數(shù)是一個相對的系數(shù)。一般情況下，熱膨脹只影響接觸表面的自由度（DOF），這使得我們可以很容易地利用它計算出材料的性質(zhì)。然而，由于一般接口組件的表面比較平坦，在表面發(fā)生的熱膨脹的效果相比是微不足道的，但是模塊接口的熱膨脹會影響模塊的導(dǎo)電性 。2.3 次要參數(shù)誤差工件的次要誤差一般情況下是由機(jī)床的振動造成的。機(jī)床的振動程度取決于機(jī)床的有關(guān)剛度，質(zhì)量分布和阻尼特性。其中，相對于組件質(zhì)量，接口的剛度和阻尼特性對于整個系統(tǒng)運(yùn)行有著的明顯影響，接口質(zhì)量的影響幾乎可以忽略不計。機(jī)床必須有一個良好的阻尼特性，因為它增加了與周圍共振的的機(jī)床動態(tài)剛度，從而降低振動程度。以上討論的每個參數(shù)對整體的效果取決于機(jī)床的模塊使用哪種接口，因而不同參數(shù)的重要性并不能用一個固定的方法來進(jìn)行評估。（圖 4）圖 4 接口參數(shù)在靜態(tài)和動態(tài)的工具定位誤差的作用2.4 模塊重構(gòu)可以對接口參數(shù)特性進(jìn)行描述在重構(gòu)的過程中，模塊最重要的性能標(biāo)準(zhǔn)是的接口裝配時間（由離散度和平均值表示），裝配的緩沖能力，以及兼容性[7]。裝配時間的最小化是一般一個 RMT系統(tǒng)最關(guān)注的東西，這些取決于模塊的重構(gòu)頻率，而重構(gòu)頻率對于不同的模塊類型和應(yīng)用程序是有非常大的懸殊。7圖 5 指出不同類型的模塊的置換時間是根據(jù)他的平均操作時間而定的。RMT 重構(gòu)機(jī)床和一些必要技能能夠方便模塊的裝配。無論在公用或者專用的情況下，我們都必須有標(biāo)準(zhǔn)化接口來保證接口的兼容性。標(biāo)準(zhǔn)化它既是一個策略性的問題又是一個技術(shù)性問題。圖 5 模塊的置換時間取決于它的平均操作時間接口的工藝穩(wěn)定性必須能夠持續(xù)較長時間，因此，不同于其他科技產(chǎn)品，接口技術(shù)不會是一個永久性的創(chuàng)新主題[8, 9]。兼容性也需要在一定意義上的靈活性，一個接口應(yīng)該能夠解決多樣性的模塊組裝方案。2.5 其他參數(shù)疲勞極限和接口最大負(fù)載量一般都很少被人關(guān)注，因為高的剛度要求決定了他的高強(qiáng)度。由于安全技術(shù)方面的要求，使得接口設(shè)計無法被省略，我們不能單單依靠外部力的作用來維持連接。接口在鎖定模式下是不會發(fā)生故障的，因此它只在裝配的工程中有工藝要求，例如該鎖定機(jī)制的靈敏度。接口對污垢的靈敏度就決定了它的維護(hù)需求，而同時要方便裝備的重新裝配，高消耗超出了他們限定的設(shè)計要求。2.6 討論下面表 1 總結(jié)了被認(rèn)為是最重要的性能參數(shù)。得到參數(shù)的方式有三種。第一組參數(shù)需要運(yùn)用特定的工具進(jìn)行物理檢測，第二組參數(shù)的檢測則不需要特定的工具，第三組參數(shù)則需要在沒有物理作用下進(jìn)行檢測。這些性能參數(shù)是確定組合機(jī)床正確8選擇接口的前提。因為兼容性方面的考慮，這個接口需要最大限額的考慮到整套可能用到的模塊因素，包括工件質(zhì)量，置換時間，模塊成本以及最初投資成本等等。因此，它必須有很高的靈活性。表 1 主要接口性能的確定運(yùn)用特定工具檢測 原位檢測 無物理作用下的檢測剛度精度阻尼導(dǎo)電性可重構(gòu)時間裝配緩和可靠性保養(yǎng)必要技能兼容性所需工具檢測地點(diǎn)靈活性失敗補(bǔ)償設(shè)計便利性2.7 RMT 模塊組裝緊湊型快速耦合適配器的接口機(jī)械接口類型的范圍包括從簡單的螺栓組件到復(fù)雜的快速耦合解決方案。螺栓連接已經(jīng)在文獻(xiàn)中廣泛討論（例如，定位精度和裝配精度[7]、剛度方面的考慮[8] 和阻尼性能的要求[10]）。螺栓連接的接口需要較長的裝配時間，而且經(jīng)常必須在現(xiàn)場調(diào)整來達(dá)到足夠的定位精度。我們可以在快速變化托盤系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)類似接口類型的實(shí)例。圖 6 說明了這些接口對于不同類型的模塊裝配的基本裝配原則的兩個例子。9圖 6 多元圓柱接口在 RMT 模塊組裝的應(yīng)用由于其體積小，圓柱形接口組件有一個低的抗彎曲強(qiáng)度，它至少需要三個單元來保證模塊組裝有足夠的剛度。因此，每個接口都可以被看做沒受到任何彎曲與扭曲的一個整體，它控制著 3 個平移自由度但不控制轉(zhuǎn)動自由度?！埃?+i）個接口則表示它有 3*（3+i）-6 個自由度”這種觀點(diǎn)是不正確的，當(dāng)然自由度也不能夠隨意的選擇，因為自由度的選擇會影響到裝配的剛度。因此，在接口部分安裝到模塊上之前，我們需要通過調(diào)節(jié)機(jī)制來把接口放置到正確的位置上以保證它在各個自由度方向上的運(yùn)動都是確定的。圖 7 顯示了如果 3個接口被運(yùn)用在裝配中，那么它的自由度就需要加以調(diào)整。相對于螺栓連接，接口只需要在它第一次調(diào)配之前加以調(diào)整。當(dāng)調(diào)節(jié)精度很高的時候，自由度的確定是通過模塊和接口間不產(chǎn)生明顯的殘余應(yīng)力來進(jìn)行補(bǔ)償?shù)摹?0圖 7 調(diào)整接口位置來進(jìn)行接口自由度的確定圖 8 顯示的是專為 RMT 的模塊組裝設(shè)計的 SST- 60 接口。HSK A-63 刀柄接口導(dǎo)出的圓錐面使得接口的兩部分很容易就能夠?qū)R。接口的鎖定和釋放是通過一個空心的長柄機(jī)制來控制的，而這個機(jī)制可以用液壓或者螺桿來驅(qū)動。兩個接口各自用螺栓固定在一個模塊上，在模塊第一次使用之前要進(jìn)行調(diào)整來保證固定的精確度。由于主要消耗發(fā)生在軸上，所以傳統(tǒng)的螺栓連接他的初始投資成本比較高。它對SST- 60 接口最大 18KN 的夾緊力構(gòu)成了 12KM 的加緊力矩，而它的位置精度≦5μm 。圖 8 sst 型 圓柱快速耦合接口2.8 圓柱型 RMT 接口性能評價的測量工具我們需要測量接口的剛度來判斷圓柱適配器的接口是否能夠滿足 RMT 模塊和接口之間連接要求。2.9 剛度的測量正如上文第 3 部分所說在至少有 3 個接口的組件中，我們對于彎曲剛度和扭曲剛度忽略不計，我們只需要考慮 3 個平移自由度方向上的剛度。接口是對稱旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的，因而它所有的徑向剛度都完全相同，相關(guān)的剛度參數(shù)可以簡化為一個切向方向和一個正常方向。接口和裝配組建的彈性性能可以表示為如圖 9 所示。11圖 9 圓柱型 RMT 接口的彈性特性模型這個概念是根據(jù)一個剛性框架和兩個同類型的對稱布置的接口確定的（圖 10）。專用執(zhí)行件和通用元件的安裝在切向方向和正常方向是可以改變的。測量曲線載荷位移得到剛度，它的負(fù)荷是由氣動裝置產(chǎn)生的，我們常采用隔膜來避免粘滑對它的影響，并通過一個特殊的環(huán)狀組件把剪切力均勻分布在接口的周邊，同時我們還要避免滑動表面的摩擦對測量的干擾。圖 10 剛度測量裝置的測量原理我們設(shè)計了一個測量彈性特性的物理測量裝置（圖 11）。接口造成了系統(tǒng)整體剛度的下降，而下降的幅度取決于模塊的幾何形狀和他的材料，同時我們也要把模塊的彈性性能考慮進(jìn)去。測量模塊和接口的組合彈性特性是不切合實(shí)際的，因為這個時間必須重復(fù)組合的每一種可能性。因此，我們提出一種方案，通用對有限個模塊接口的彈性特性的一次性測量推測出組合件整體的彈性特性。（圖 12）121 支架式傳感器 5 拉桿2 支架式遠(yuǎn)程感測器 6 με EU05 型遠(yuǎn)程感測器 分辨率＜0.05μm3 電壓表 7 HBM C9B 型負(fù)荷傳感器 額定負(fù)荷 101KN4 氣動開關(guān) 8 遠(yuǎn)程傳感器支架圖 11 剛性特性測量裝置的技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖 12 有限元分析法測量模塊接口剛度的原理首先，切向和正常方向上的彈性參數(shù)ds和dn是通過測量負(fù)荷位移的比例獲得的。ds = Xs / Fs and dn = Xn / Fn這兩個參數(shù)可以整合為虛擬彈簧模塊的有限元模型，虛擬彈簧被連接在真實(shí)接口和模塊的接觸面上，我們把他它定義為剛性。事實(shí)上，接觸表面的變形時可以顯現(xiàn)出來，從而剛性的設(shè)想是不準(zhǔn)確的。一方面，這會將限制了上述方法的精度，另一方面，接觸變形也使得測量接口剛度測試設(shè)置變得很復(fù)雜，因為沒有表示測量整個構(gòu)件負(fù)載變形的參照點(diǎn)。13我們建議測量接口變形時不要直接測量接觸面而是測量接口被連接部分的兩個邊緣點(diǎn)（圖 13）。在接下來的步驟中，這些連接部件有限元分析是為了獲得在一個剛性接觸面上兩個相同的表面狀況的點(diǎn)的彈性特性。從而我們得知我們可以用圖 12所示的方法對接口彈性參數(shù) d 進(jìn)行預(yù)測。圖 13 由組合剛度測量和有限元分析組成的測試設(shè)置2.10 測試結(jié)果按照上述圖 8 所示的方法我們對 SST-60 接口進(jìn)行了測試，測量了位移值，模擬計算了切向和正常方向的負(fù)荷及力的變化范圍為 1-10KN 時的接口彈性（圖 14）。并在該方法的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)行了接口彈性參數(shù) d 的計算（圖 15）。圖 14 按照圖 13 中描述的方法測量，有限元分析與計算位移值14圖 15 SST- 60 接口在切向和正常方向上的彈性參數(shù)3 總結(jié)和結(jié)論本文提供了機(jī)械 RMT 接口解決方案的性能評價基本要素。首先，對性能參數(shù)進(jìn)行了討論和分類。然后，用具體的 RMT 快速耦合接口為例，通過其中一些需要物理測試對這些參數(shù)的確定方法進(jìn)行證明。模塊上接口的剛度被確定為剛度參數(shù)分配的主要因素。模擬測量模塊的變形和接口剛度組合法被作為一種可能的解決方案而提出來。隨后該方法應(yīng)用于新開發(fā)的接口概念。致謝這是一個的“METEOR”的研究和開發(fā)項目的研究成果，它是由德國聯(lián)邦教育與研究部（BMBF）贊助的，并作為“研究未來的生產(chǎn) ”框架概念的一部分，由卡爾斯魯厄研究中心 BMBF 生產(chǎn)和制造技術(shù)項目執(zhí)行組織（ PFT- PTKA）進(jìn)行監(jiān)督。參考文獻(xiàn)1. 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(2007) 1:421–428 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書課題： 6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 生 姓 名 班 級 學(xué) 號 指 導(dǎo) 教 師 專 業(yè) 系 主 任 發(fā) 放 日 期 1一、設(shè)計內(nèi)容課題來源于江蘇高精機(jī)電設(shè)備有限公司。根據(jù) 6110 連桿的加工工藝要求，設(shè)計一臺加工連桿小頭孔的鉆孔組合機(jī)床。主要完成機(jī)床總體設(shè)計、工序圖、尺寸聯(lián)系圖、加工示意圖、生產(chǎn)率計算卡、鉆孔多軸箱設(shè)計等設(shè)任務(wù)、機(jī)床 PLC 控制原理圖。二、設(shè)計依據(jù)連桿材料為 HT200，硬度：HBS223-280，本道工序鉆削連桿側(cè)面一個 32.5mm?的通孔，具體孔的公差、倒角、表面粗糙度、加工位置、加工精度參見機(jī)體加工工序圖。三、設(shè)計要求1、機(jī)床應(yīng)能滿足加工工序的尺寸精度、位置精度、表面粗糙度等加工要求；2、機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單； 3、裝卸方便，便于維修、調(diào)整；4、設(shè)計圖樣總量：折合成 A0 幅面在 3 張以上；工具要求：應(yīng)用計算機(jī)軟件繪圖。過程要求：裝配圖需提供手工草圖；5、畢業(yè)設(shè)計說明書按照學(xué)校規(guī)定的格式規(guī)范統(tǒng)一編排、打印，字?jǐn)?shù)不少于 1 萬字；6、查閱文獻(xiàn)資料 10 篇以上，并有不少于 3000 漢字的外文資料翻譯；7、到相關(guān)單位進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，撰寫不少于 3000 字實(shí)習(xí)報告；8、撰寫開題報告。2四、畢業(yè)設(shè)計物化成果的具體內(nèi)容及要求1、設(shè)計說明書 1 份，達(dá) 1 萬字以上，且要符合規(guī)范要求；2、設(shè)計圖樣全部用計算機(jī)繪制，總的繪圖量達(dá) 3 張 A0 以上；3、具體設(shè)計的圖樣有：（1）被加工零件加工工序圖 1 張（2）機(jī)床尺寸聯(lián)系圖 1 張（3）加工示意圖 1 張（4）生產(chǎn)率計算卡 1 張（5）多軸箱裝配總圖、部件裝配圖、部分零件圖 待定（6）箱體補(bǔ)充加工圖 1 張（7）坐標(biāo)檢查圖 1 張（8）PLC 控制原理圖 2 張3五、 畢業(yè)設(shè)計（論文）進(jìn)度計劃起訖日期 工作內(nèi)容 備 注3 月 5 日～3 月 6 日 布置任務(wù) 3 月 7 日～3 月 18 日 調(diào)查研究，畢業(yè)實(shí)習(xí)3 月 19 日～4 月 13 日 方案論證，總體設(shè)計4 月 14 日～4 月 30 日 技術(shù)設(shè)計（部件設(shè)計）5 月 1 日～5 月 15 日 工作設(shè)計（零件設(shè)計）5 月 16 日～5 月 22 日 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書5 月 23 日～5 月 24 日 畢業(yè)設(shè)計預(yù)答辯5 月 25 日～6 月 2 日 修改資料6 月 3 日～6 月 5 日 評閱材料6 月 6 日～6 月 8 日 畢業(yè)答辯6 月 9 日～6 月 11 日 材料整理裝袋4六、主要參考文獻(xiàn)：1、葉偉昌.機(jī)械工程及自動化簡明設(shè)計手冊(上冊) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20012、葉偉昌.機(jī)械工程及自動化簡明設(shè)計手冊(下冊) 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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)，配以少量專用部件并按工序高度集中的原則設(shè)計的。它是可以同時完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、車端面、車削和銑削等工序的高效率的專用機(jī)床，它一般采用多軸、多刀、多工序、多面、多工位同時加工。與萬能機(jī)床和專用機(jī)床相比，組合機(jī)床有重新改裝的優(yōu)越性，其通用零、部件可以多次重復(fù)利用。加工過程中采用多軸對被加工零件一個面上的許多孔同時進(jìn)行加工，這樣不僅較好地保證各孔之間的精度、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少工件工序間的搬運(yùn)、改善勞動條件，也減少了機(jī)床占地面積。由于組合機(jī)床大多數(shù)零、部件是同類的通用部件，這就縮短了設(shè)計和制造周期，簡化了機(jī)床的維護(hù)和修理。必要時甚至可以更換整個部件，以提高機(jī)床的維修速度。現(xiàn)代化的大生產(chǎn)使組合機(jī)床得到了較為廣泛的應(yīng)用, 但也對組合機(jī)床的使用周期提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),糾其原因主要是機(jī)械行業(yè)特別是汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代不斷加快, 生產(chǎn)作業(yè)線日趨柔性化。由于產(chǎn)品生產(chǎn)工藝及流程經(jīng)常變化, 需靈活地改變控制程序, 以使機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程按預(yù)定的條件和順序來運(yùn)行或執(zhí)行。在控制系統(tǒng)方案中, PLC 已成為當(dāng)今增長速度最快的工業(yè)控制設(shè)備, 它具備了許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn), 能較好地解決工業(yè)控制領(lǐng)域普遍關(guān)心的可靠性、安全性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性、方便性等問題。操作員可以通過命令監(jiān)控相關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài), 根據(jù)具體的工藝要求, 對進(jìn)給控制、調(diào)整定時等進(jìn)行詳細(xì)設(shè)定, 從而實(shí)現(xiàn)“集中管理, 分散控制” 。因此采用了 PLC 來實(shí)現(xiàn)對主軸孔加工用機(jī)床操作過程的自動控制。1.2 組合機(jī)床的工藝范圍及特點(diǎn)組合機(jī)床適宜于各種大中型箱體類零件，目前組合機(jī)床主要用于平面加工和孔加工兩類工序。其中孔加工包括鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔及倒角、切槽、攻螺紋、锪沉孔、滾壓孔等。隨著自動化的發(fā)展，組合機(jī)床的工藝范圍已擴(kuò)展到了車外圓等工序。組合機(jī)床具有如下特點(diǎn)：1） 主要用于加工箱體類零件和雜件的平面和孔。2）生產(chǎn)率高?？啥嗝?、多工位、多軸、多刀同時自動加工。3）加工精度穩(wěn)定?？蛇x用成熟的通用部件、精密夾具來保證加工精度。4）研制周期短，便于設(shè)計、制造和使用維護(hù)，成本低。5）自動化程度高，勞動強(qiáng)度低。6）配置靈活。因為結(jié)構(gòu)模塊化、組合化，機(jī)床易于改裝；產(chǎn)品或工藝變化時，通用部件還可以重復(fù)利用。1.3 機(jī)床設(shè)計的課題來源、設(shè)計內(nèi)容及要求1.3.1 課題來源1該畢業(yè)設(shè)計課題是 6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計，來源于江蘇高精機(jī)電設(shè)備有限公司，主要為了解決以前工作效率低，加工精度不高，勞動強(qiáng)度大的問題。這次畢業(yè)設(shè)計是在實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在工程技術(shù)人員的帶領(lǐng)下，深入車間，了解被加工零件的加工特點(diǎn)、精度和技術(shù)要求以及生產(chǎn)率的要求等，確定在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容及其加工方法。我們小組通過討論，協(xié)調(diào)，既考慮工藝方案的實(shí)現(xiàn)，保證加工精度、技術(shù)要求及其生產(chǎn)效率，又考慮機(jī)床操作、維護(hù)、修理是否方便，排屑情況是否良好，還注意被加工零件的生產(chǎn)批量等。最后確定了機(jī)床各部件間的相互關(guān)系，選擇通用部件和刀具的導(dǎo)向，計算切削用量等以便使設(shè)計的組合機(jī)床符合多快好省的要求。1.3.2 設(shè)計內(nèi)容1）運(yùn)動設(shè)計 根據(jù)給定的被加工零件，確定機(jī)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)。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)。3）結(jié)構(gòu)設(shè)計 進(jìn)行主運(yùn)動傳動軸系、變速機(jī)構(gòu)、主軸部件、箱體、潤滑與密封等的布置和機(jī)構(gòu)設(shè)計。4）編寫設(shè)計說明書1.3.3 設(shè)計要求本次課題所設(shè)計的組合機(jī)床總體應(yīng)滿足零件的加工要求，保證加工精度；機(jī)床應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、裝卸方便、便于維修、調(diào)整；機(jī)床盡量能用通用件以便降低制造成本。6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計2二、 組合機(jī)床總體設(shè)計2.1 組合機(jī)床工藝方案的擬訂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，必須計算分析被加工零件圖，并深入了解零件的形狀、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)率要求等等。并查閱有關(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（箱體）的零件圖（圖 2-1） ，加工四個螺紋底孔的工藝過程。1） 加工孔的主要技術(shù)要求：加工 1 個 Φ32.5 的孔；孔的位置度公差為 Φ0.1mm；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 25 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(jī)床用的工藝方法及能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，可采用如下的加工方案：一次性加工通孔，孔徑為 Φ32mm3） 定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇選擇定位基準(zhǔn)的原則及應(yīng)注意的問題：a)盡量選擇零件設(shè)計基準(zhǔn)作為組合機(jī)床加工的定位基準(zhǔn)，保證加工精度b)選擇定位基準(zhǔn)應(yīng)確保工件穩(wěn)定定位c)基面統(tǒng)一原則通過分析，對該機(jī)體的加工可采用兩種定位方式。一種是“三面定位” （底面、后面、側(cè)面） ，底面限制三個自由度，右面限制兩個自由度，后面限制一個自由度。還有一種是“一面兩孔”定位。在此選三面定位方式為該加工中的主要工藝基準(zhǔn)。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，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(jìn)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(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。被加工零件圖如圖 2-1 所示：3圖 2－1 被加工零件圖2) 被加工零件的特點(diǎn)此箱體的材料是 HT200、硬度 HB170-241，孔的位置分配不規(guī)則，孔的直徑為Φ8.5mm。采用多孔同步加工，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?？椎姆植疾灰?guī)則，工件比較小，可一次鉆完，因而適合選擇立式單工位鉆床。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(diǎn)設(shè)計組合機(jī)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 25 萬件，從工件外形及輪廓尺寸，為了減少加工時間，采用多軸頭以提高利用率。綜上所述：通過對箱體零件的結(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)計四軸頭單工位同步鉆床。根據(jù)任務(wù)書的要求：設(shè)計的組合機(jī)床要滿足加工要求、保證加工精度；盡可能用通用件、以降低成本；各動力部件用電氣控制、液壓驅(qū)動。因此根據(jù)任務(wù)書要求和機(jī)體的特點(diǎn)初定兩種設(shè)計方案：A．臥式組合機(jī)床6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計4圖 2-2 臥式組合機(jī)床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：臥式組合機(jī)床重心低，振動小，運(yùn)作平穩(wěn)，加工精度高，占地面積大。B．立式組合機(jī)床 圖 2-3 立機(jī)床結(jié)構(gòu)式組合特點(diǎn)：立式組合機(jī)床重心高，振動較大，加工精度高，占地面積小。通過以上比較，故選用臥式組合機(jī)床。2.2 確定切削用量及選擇刀具2.2.1 選擇切削用量合理地選擇切削用量，即確定合理的切削速度和工作進(jìn)給量，能使組合機(jī)床以最少的停車損失，最高的生產(chǎn)效率，最長的刀具壽命和最好的加工質(zhì)量也就是多、快、好、省地進(jìn)行生產(chǎn)。在組合機(jī)床上所有的刀具共用一個進(jìn)給系統(tǒng)，因此，同一滑臺帶動的所有刀具每分鐘進(jìn)給量相同，即等于滑臺的工進(jìn)速度，即n1f1=n2f2=……=nifi=vf (2-1)其中: n 1，n 2，……n i為各主軸轉(zhuǎn)速，r/min ；f1，f 2， ……fi為各主軸進(jìn)給量，mm/s；vf為動力滑臺每分鐘進(jìn)給量， mm/min。本設(shè)計只需要加工一個空。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：5小孔為 Φ32.5mm 的光孔，鉆通，l=32mm。由 d＞30～40，硬度 223～280HBS， 初選 v=81.5m/min,f=0.10mm/r,n 根據(jù)分組齒輪不同分別選擇，在滿足需要的情況下盡量使用低速組。2.2.2 切削力及功率的計算根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度 v 及進(jìn)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，通過查文獻(xiàn) 表 2-6 計算如下：??1布氏硬度：HB =HBmin－ (HBmax－HB min) （2-32）=170－ (241－170)1=146.33切削力： =26 （2-FD8.0f6.HB3）=26×16× ×8.010.643=1313.09N切削扭矩：=10 （2-9.1D8.0f6.HB4）=10× × ×9.1T8.00.6143=6123.90N·mm切削功率： = （2-PD974v?5）=6123.90×12/(9740×3.14×16)=0.15 kw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；6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計6T——切削扭矩，N·mm；V——切削速度，m/min；P——切削功率，kw。2.2.3 刀具的選擇 A．確定刀具的耐用度。刀具開始切削起，至磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)止的切削時間稱為刀具的耐用度。刀具耐用度反映了刀具磨損的速率，影響刀具耐用度的主要因素有切削用量，工件材料等。根據(jù)上面已經(jīng)求得的機(jī)床進(jìn)給速度和已經(jīng)知道的工件材料，通過查文獻(xiàn)[4]中表 2-9，確定刀具的耐用度需要達(dá)到 90-180min。B．確定刀具的類型。確定刀具類型應(yīng)考慮加工精度、表面粗糙度、排屑及生產(chǎn)率等要求，只要條件允許應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)刀具。孔加工刀具（鉆、鏜、鉸等）的直徑應(yīng)與加工部位尺寸、精度相適應(yīng)，其長度應(yīng)保證加工終了時刀具螺旋槽尾端離導(dǎo)向套外端 30~50mm，以利排屑和刀具磨損后有一定向前調(diào)整量。刀具錐柄插入接桿孔內(nèi)長度，在繪制加工示意圖是應(yīng)注意從刀具總長中減去。 根據(jù)已知條件初步?jīng)Q定選擇復(fù)合刀具。所謂復(fù)合刀具，就是指同時或先后順序完成兩個或兩個以上的加工工序或工步的刀具。復(fù)合刀具之所以在組合機(jī)床上大量使用，是由于它有很多優(yōu)點(diǎn)：a)集中工序，可減少加工工位數(shù)和機(jī)床數(shù)，有時也就減少了加工工件的機(jī)動時間和輔助時間，減少機(jī)床占地面積，節(jié)省設(shè)備投資。b)減少工件安裝和夾具轉(zhuǎn)位次數(shù)，在一個工位上孔進(jìn)行粗精加工，減少精加工余量，提高加工精度，降低粗糙度。c)在一個工位上同時加工幾個加工表面，可以提高加工表面相互間的位置精度。如同一軸線的幾個孔的同軸度，端面與孔的垂直度等。箱體的布氏硬度在 HB170～241，孔徑 D 為 16mm，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 的麻花鉆。2.3 組合機(jī)床總體設(shè)計——“三圖一卡”繪制組合機(jī)床“三圖一卡” ，就是針對具體零件，在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行組合機(jī)床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)率計算卡。2.3.1 被加工零件工序圖被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示在一臺機(jī)床上或一條自動線上完成的工藝內(nèi)容、加工部位的尺寸及精度、技術(shù)要求、加工用定位基準(zhǔn)、夾壓部位7以及被加工零件的材料、硬度和在本機(jī)床加工前毛坯情況的圖紙。它是在原有零件圖基礎(chǔ)上，以突出本機(jī)床或自動線加工內(nèi)容，加上必要的說明繪制的。它是組合機(jī)床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造使用時調(diào)整機(jī)床、檢查精度的重要技術(shù)文件。繪制的被加工零工序圖如圖 2-4 所示。圖 2-4 被加工零件工序圖其原始數(shù)據(jù)其主要內(nèi)容包括：A．被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機(jī)床設(shè)計有關(guān)部位結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。B．本工序所選用的定位基準(zhǔn)、夾緊部位及夾緊方向。以便根據(jù)此進(jìn)行夾具的支承、定位、夾緊和導(dǎo)向等機(jī)構(gòu)設(shè)計。C．本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術(shù)要求以及對上道工序的技術(shù)要求。D．注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量。a)在圖中注明被加工零件的名稱及編號：7170316KZ 后橋殼；材料：QT590-10；硬度：HB180~260。b)圖中符號, ---為夾緊位置 為定位基準(zhǔn)。為使被加工零件工序圖表達(dá)清晰明了，突出本工序內(nèi)容，繪制時規(guī)定：應(yīng)按一定的比例，繪制足夠的視圖；本工序加工部位用粗實(shí)線表示，保證的加工部位尺寸及位置尺寸數(shù)值下方畫“__”粗實(shí)線，其余部位用細(xì)實(shí)線表示。2.3.2 加工示意圖1）加工示意圖的作用和內(nèi)容6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計8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、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(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 為箱體上 4 孔立式鉆床加工示意圖。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。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。 （刀具的選擇前面已有說明。 ）2－3 加工示意圖②導(dǎo)向套的選擇 在組合機(jī)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(jī)床的重要內(nèi)容。Ⅰ選擇導(dǎo)向類型 根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑 d=16mm 和刀具導(dǎo)向的線速度v=12m/min，選擇固定式導(dǎo)向。Ⅱ?qū)蛱椎膮?shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導(dǎo)向裝置，如圖 2－4 所示：固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺寸如表 2-1 所示：9表 2－1 固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺d D D1 D2 L L1 m R d1 d2 L016 26 35 39 36 45 18 22 M16 32 32圖 2－4 固定導(dǎo)向裝置固定裝置的配合如表 2-2：表 2－2 固定裝置的配合導(dǎo)向類別 工藝方法 1DD 刀具導(dǎo)向部分外徑固定導(dǎo)向 鉆孔 67nH67gg6③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,所以 B取 2.216，根據(jù)剛性條件計算主軸的直徑為：d B =2.216× =19.61mm （2-6）?4T490.6123式中：d——軸直徑，mm；T——軸所承受的轉(zhuǎn)矩，N·mm；6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計10B——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/ 為1d32/20，內(nèi)孔長度為：l 1 =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(dá)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(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(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 42 100 12⑤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 314mm）,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(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工LL 與刀具切入長度 和切出長度 之和。切入長 應(yīng)根據(jù)工件端面誤差情況在1L2L15～10mm 之間選擇，誤差大時取大值，因此取 =7mm，切出長度 =1/3d+(3～8)=211+8 9mm,所以 =10+7+8=25mm.5.831??工L⑦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 155mm，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 155－25=130mm.圖 2－6 工作進(jìn)給長度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6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計12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)動關(guān)系，以檢驗機(jī)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(jìn)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(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、規(guī)格、動力部件的運(yùn)動尺寸和所用電動機(jī)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(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。Ⅰ驅(qū)動形式的確定 根據(jù)對液壓滑臺和機(jī)械滑臺的性能特點(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。Ⅱ確定軸向進(jìn)給力 滑臺所需的進(jìn)給力 = ∑ =4×1313.09=5252.36N進(jìn)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(jìn)給力應(yīng)大于 ＝5.30KN。進(jìn)FⅢ確定進(jìn)給速度 液壓滑臺的工作進(jìn)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(jìn)給速度應(yīng)大于滑臺最小工作進(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，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=800×0.1=80mm/min。所以選擇 HY80Ⅲ液壓滑臺，工作進(jìn)給速度范圍vf4～250mm/min，快進(jìn)速度 4m/min。Ⅳ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。前后備量的作用是動力部件有一定的向前后移動的余地，以彌補(bǔ)機(jī)床的制造誤差以及刀具磨損13后能向前調(diào)整。本系統(tǒng)前備量為 20mm， HY80Ⅲ液壓滑臺的工作行程由查表可取250mm，工作行程=快進(jìn)行程+工進(jìn)行程+前備量+后備量，即 250=130+25+20+后備量，所以后備量取 75mm。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(jī)功率來選用，在多軸箱沒有設(shè)計之前， 可算主P＝ ／η （2-主 切7）＝4×0.15／0.8＝0.75KW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 HT200，取 η＝0.8．動力箱的電動機(jī)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(jī)型號為 Y100L—6B5 的 1TD16 IA 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)如表 2-4：表 2-4 Y90S 電機(jī)的技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)速范圍（r/min）主電機(jī)傳動型號電機(jī)轉(zhuǎn)速 輸出轉(zhuǎn)速主電機(jī)功率（）kw配套主軸部件型號Y90S-6 910 600 0.751TA32、1TA32M、1TZ32~1TG32③Y 軸液壓滑臺的選用摩擦系數(shù)：f=0.07～0.12 取 f=0.1F=f·N=0.1mg=0.1×9.156×10=9.156N （2-8）3）確定多軸箱輪廓尺寸本機(jī)床配置的多軸箱總厚度為 220mm，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=600mm H=860mm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=600 mm×860 mm。2.3.4 生產(chǎn)率計算卡6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計14生產(chǎn)率計算卡是反映所設(shè)計機(jī)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。1)理想生產(chǎn)率理想生產(chǎn)率 Q(件/小時)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。根據(jù)文獻(xiàn) 第 51 頁??1Q=A/tk (2-9)式中，t k——全年工時總數(shù)，h；A——年生產(chǎn)綱領(lǐng)，件。一年按 250 個工作日、兩班制，則全年工時為 4600 小時，年制造 105000 臺機(jī)床（每臺車床需一個主軸箱） ，加上 5%的備品及廢品率，則年生產(chǎn)綱領(lǐng) A 為 110000件，所以：Q= 110000/4600=24(件/小時)2)實(shí)際生產(chǎn)率實(shí)際生產(chǎn)率 Q(件/小時)是指所設(shè)計的機(jī)床每小時實(shí)際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。根據(jù)文獻(xiàn)[1]第 51 頁Q=60/ (2-10)T單式中： ——生產(chǎn)一個零件所需時間（ min） ，可按下式計算：T單(2-11)T??輔單 機(jī)式中： ——機(jī)加工時間（ min） ， ——輔助時間（ min） ，可按下式計算：機(jī) 輔(2-12)IVL工 進(jìn)工 進(jìn)機(jī)(2-13)裝 卸快 快 退快 進(jìn)輔 TT??式中： —刀具工作進(jìn)給長度，mm；L工 進(jìn)—動力頭快進(jìn)行程長度，mm；快 進(jìn)—動力頭快退行程長度，mm；快 退—刀具工作進(jìn)給速度，mm/min；V工 進(jìn)—動力頭快進(jìn)、快退速度，mm/min；快—工件裝卸、定位、夾緊的時間，min；T裝 卸—死擋鐵停留時間， min。I（1）機(jī)加工時間 機(jī)根據(jù)公式（2-17） ，計算鉆孔的 ：T機(jī)15T 機(jī) =50/80+0.05=0.63min（2）輔助加工時間 輔根據(jù)公式（2-18） ，計算鉆孔的 ：輔T 輔 =（100+150）/3000+1.5=1.57min由此可算得單件工時 T 單=（T 總+T 輔）=（0 .63+1.57）/4=0.56 分/件Q=60/ =60/0.56=107(件/小時)單3)機(jī)床負(fù)荷率計算根據(jù)文獻(xiàn) 第 51 頁得：負(fù)荷率為??1=83% (2-14) 1Q?負(fù)?4)機(jī)床的生產(chǎn)率計算卡由上面的計算可以繪制出鉆孔的生產(chǎn)率計算卡,如圖 2-5 所示。表 2－5 生產(chǎn)率計算卡圖號 毛坯種類 鑄件名稱 箱體 毛坯重量被加工零件材料 HT200 JB297-62 硬度 HB170-241工序名稱 鉆壓盤連接孔 工序號 工時/min序號工步名稱工作行程/mm切速/（m·min -1）進(jìn)給量/（mm·r -1）進(jìn)給量/（mm·min -1）工進(jìn)時間輔助時間1 按卸工件 12 夾 緊 10 0.0023 快 進(jìn) 100 3000 0.0334 鉆 孔 50 81.5 0.1 80 0.6255 死檔鐵停留 0.056 快 退 150 3000 0.057 卸下工件 10 0.5累計 0.758 1.502單件總工時 2.26/4=0.56分/件機(jī)床生產(chǎn)率 107 件/h備注1、主軸轉(zhuǎn)速 706r/min2、一次安裝加工完一個工件理論生產(chǎn)率 128.2 件/h6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計16負(fù)荷率 83%三、主軸箱設(shè)計主軸箱是組合機(jī)床的重要專用部件，它是根據(jù)機(jī)床總體設(shè)計所確定的工件加工孔的數(shù)量、切削用量等加工要求，安排各主軸位置，將動力和運(yùn)動遞給各工作主軸，使之得到要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的動力部件。其動力來自通用的動力箱，與動力箱一起安裝于進(jìn)給滑臺，完成鉆、擴(kuò)、鏜、攻絲等加工工序。其特點(diǎn)是按專用要求設(shè)計，由通用部件組成，靠夾具的導(dǎo)向裝置來保證孔加工的位置精度。本人的主軸箱部分設(shè)計是連桿鉆小頭孔組合機(jī)床主軸箱的設(shè)計。由總體設(shè)計部分可知，需設(shè)計的主軸箱輪廓尺寸為 600mm 220mm；該類型的主軸箱結(jié)構(gòu)典型，能?利用通用的箱體和傳動件；采用標(biāo)準(zhǔn)主軸，借助導(dǎo)向套引導(dǎo)刀具來保證被加工孔的位置精度。本課題中主軸箱由箱體、前蓋和側(cè)蓋三個部分組成。箱體材料為 HT200，前蓋等材料為 HT200；箱體的標(biāo)準(zhǔn)厚度為 35mm，前蓋厚度為 10mm，側(cè)蓋厚度為 15mm。主軸的類型為圓錐滾子軸承長主軸，主軸材料采用 40Cr 鋼，熱處理 C42。通用傳動軸一般用 45 鋼，調(diào)質(zhì) T235。 通用齒輪有傳動齒輪、動力箱齒輪和電動機(jī)齒輪三種。在主軸箱箱體內(nèi)腔，可安排三排齒輪；箱體后壁與后蓋之間安排一排齒輪。通用主軸箱設(shè)計的順序是：繪制主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖；確定主軸結(jié)構(gòu)、軸徑及模數(shù)；擬訂傳動系統(tǒng)；計算主軸、傳動軸坐標(biāo)，繪制坐標(biāo)檢查圖；繪制主軸箱總圖，零件圖及編制組件明細(xì)表。具體內(nèi)容如下所示。3.1 繪制主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖，是根據(jù)“三圖一卡”整理編繪出來的，其內(nèi)容包括主軸箱設(shè)計的原始要求和已知條件。（1）主軸箱輪廓尺寸 600×220mm。（2）機(jī)體對輪廓尺寸以及每個孔的位置尺寸。（3）機(jī)體對與主軸箱相對位置尺寸。17根據(jù)這些數(shù)據(jù)可編制出主軸箱設(shè)計原始依據(jù)如圖 3-1 所示。圖 3-1 主軸箱設(shè)計原始依據(jù)3.2 確定主軸、齒輪及動力計算3.2.1 主軸結(jié)構(gòu)型式和直徑、齒輪模數(shù)的確定主軸的型式和直徑，主要取決于工藝方法，刀具主軸連接結(jié)構(gòu)、刀具進(jìn)給抗力和切削轉(zhuǎn)矩。如鉆孔時常采用滾珠軸承主軸，擴(kuò)、鏜孔等工序常采用滾錐軸承主軸；主軸間距較小是常采用滾針軸承主軸。齒輪模數(shù) （單位 mm）一般用類比法確定，也可按文獻(xiàn)[1]公式估算，即m（3-1）3(0~2)Pzn?式中， —齒輪所傳遞的功率， kw；P—一對嚙合齒輪中的小齒輪齒數(shù)；Z—小齒輪的轉(zhuǎn)速，r/min。N主軸箱中的齒輪模數(shù)常用 2、2.5、3、3.5、4 幾種。為了便于生產(chǎn)，同一主軸箱中的模數(shù)規(guī)格不要多于兩種。由于本主軸箱為鉆孔主軸箱，主軸轉(zhuǎn)速誤差較小，且加工孔的位置比較集中，可以根據(jù)實(shí)際需要選出齒輪模數(shù)為 2、3、4 三種。3.2.2 主軸箱所需動力的計算6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計18主軸箱的動力計算包括主軸箱所需要的功率和進(jìn)給力兩項。 （3-2）PP??切 削 損 失主 軸 箱 空 轉(zhuǎn)式中， ——切削功率，kw；P切 削——空轉(zhuǎn)功率，kw；空 轉(zhuǎn)——與負(fù)荷成正比的功率損失，kw。損 失根據(jù)文獻(xiàn) 表 4-6 得??6=0.018kw空 轉(zhuǎn)=1188w P切 削=1188ｘ1%=11.88 w 損 失所以可得到 = 0.018 +1.188+0.01188=1.218kw主 軸 箱主軸箱所需進(jìn)給力 （單位 N）可按式 3-3 計算F主 軸 箱（3-3）1niF??主 軸 箱式中： ——各主軸所需的軸向切削力，單位為 N；iF=3765N。主 軸 箱3.3 主軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計主軸箱傳動系統(tǒng)設(shè)計是根據(jù)動力箱驅(qū)動軸位置和轉(zhuǎn)速、各主軸位置及其轉(zhuǎn)速要求，設(shè)計傳動鏈，把驅(qū)動軸和各主軸連接起來，使各主軸獲得預(yù)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。3.3.1 對主軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求對主軸箱傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般要求有：A.在保證主軸的強(qiáng)度﹑剛度﹑轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求的前提下，力求使傳動軸和齒輪為最少；B.主軸﹑傳動軸和齒輪的規(guī)格要盡可能少；C.最佳傳動比為 1～1.5；D.盡可能避免升速傳動。3.3.2 擬定主軸箱系統(tǒng)的基本方法主軸的分布通?？梢苑譃椋和膱A分布、直線分布和任意分布三種。擬定多軸箱傳動系統(tǒng)的基本方法是：先把全部主軸中心盡可能分布在幾個同心圓上，在各個同心圓的圓心上分別設(shè)置中心傳動軸，非同心圓分布的一些主軸也宜設(shè)置中間傳動軸（如一根傳動軸帶兩根或三根主軸） ，然后根據(jù)已選定的各中心傳動軸再作同心圓，并用最少的傳動軸帶動這些中心傳動軸，最后通過合攏傳動軸與動力箱驅(qū)動軸使之連接起來。19（1）根據(jù)工序圖，采用任意分布；（2）驅(qū)動軸的設(shè)置驅(qū)動軸直接帶動的軸數(shù)不能超過兩根，以免給裝配帶來困難。驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)方向可任意選擇；動力箱與多軸箱連接時，應(yīng)注意驅(qū)動軸中心一般設(shè)置于多軸箱箱體寬度的中心線上，其中心高度則決定于所選動力箱的型號規(guī)格。3.3.3 確定傳動軸的位置及齒輪齒數(shù)傳動方案擬訂之后，通過“計算、作圖和多次試湊”相結(jié)合的方法，確定齒輪齒數(shù)和中間傳動軸的位置及轉(zhuǎn)速。由各主軸幾驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速求驅(qū)動軸到各主軸之間的傳動比主軸 n 8=n9=……=n19=800r/min驅(qū)動軸 970r/min470/minor?各主軸總傳動比 i =800/970=0.825為使結(jié)構(gòu)緊湊，主軸箱體內(nèi)的齒輪傳動副的最佳傳動比為 1～1.5；另外，主軸與驅(qū)動軸轉(zhuǎn)向相同時，經(jīng)過偶數(shù)個傳動副。3.3.4 擬訂主軸箱傳動路線該主軸箱有 7 根主軸，由傳動軸 0 傳動。具體傳動路線見圖 3-2。圖 3-2 傳動樹形圖6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計203.4 各零件的設(shè)計選用與校核主軸箱零件校核：a）軸承校核：設(shè)計中所用的所有重要軸承都要經(jīng)過壽命校核。在滿足尺寸和強(qiáng)度要求的情況下，盡可能地選用國產(chǎn)軸承。b）軸的校核：設(shè)計中所用的所有較重要的軸都要經(jīng)過強(qiáng)度校核和剛度校核。c）齒輪校核：設(shè)計中所用的所有齒輪都要經(jīng)過強(qiáng)度校核。d）鍵及花鍵：設(shè)計中所用的所有較重要的鍵及花鍵都要經(jīng)過強(qiáng)度校核。e）銷與螺釘：設(shè)計中所用的所有較重要的銷與螺釘都要經(jīng)過強(qiáng)度校核。3.4.1 主軸箱中軸的強(qiáng)度校核A.軸系零件的軸向固定為使軸和軸上零件在機(jī)器中有正確的位置，防止軸系軸向竄動和正確傳遞軸向力，軸系零件應(yīng)予軸向固定。常見的軸向固定方式有三種：a)兩端單向固定的支承結(jié)構(gòu)；b)一端雙向固定，一端游動的支承結(jié)構(gòu)；c)兩端游動的支承結(jié)構(gòu)。軸系零件不論采取哪種固定方式，都是根據(jù)具體情況通過選擇軸承的內(nèi)圈與軸，外圈與軸承座孔的固定方式來實(shí)現(xiàn)的。軸承內(nèi)外圈的周向固定主要由配合來保證，軸承內(nèi)圈和軸的軸向固定，其原則及方法與一般軸系的軸向固定方式基本相同，外圈與軸承座孔的軸向固定形式主要是利用軸承蓋、孔用彈性墊圈、套孔的凸肩以及軸承座孔的凸肩。具體選擇時要考慮軸向載荷的大小，方向，轉(zhuǎn)速高低，軸承的類型，支承的固定型式等情況。根據(jù)上面的要求，結(jié)合本設(shè)計情況，主軸箱內(nèi)的軸系零件的軸向固定方式采用兩端單向固定的支承結(jié)構(gòu)。B.軸的結(jié)構(gòu)軸的結(jié)構(gòu)主要取決于：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上零件的類型，尺寸及配置，定位和固定方式；載荷的性質(zhì)，大小，方向及分布情況；軸的加工和裝配工藝性等。由于影響軸結(jié)構(gòu)的因素較多，其結(jié)構(gòu)隨具體條件不同而靈活變化，所以軸一般并無標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。但不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)均須滿足：足夠的強(qiáng)度和剛度；軸和裝在軸上的零件應(yīng)有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)該具有良好的制作工藝性。 C. 計算各軸扭矩，確定各軸直徑 為設(shè)計計算方便，將各根軸分別編號為 0、1、2、3……6。根據(jù)主軸位置和轉(zhuǎn)速要求，設(shè)計齒輪傳動系統(tǒng)。已知驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速為 970r/min，則可通過各齒輪的嚙合關(guān)系求出各軸的轉(zhuǎn)速:n0=970r/minn1=970*32/45=689.8r/minn2=689.8*45/45=689.8r/minn3=689.8*38/46=569.8r/min21n4=569.8*45/23=1114.9r/minn5=1114.9*40/43=1037.1r/min根據(jù)文獻(xiàn) 第 66 頁??1(3-4)nUTT???21總 Nm41.910.986323 ????總根據(jù)文獻(xiàn)[2]表 5-10 選 d1=d2=……d7=25mm同樣通過計算查表 5-10 選得d0=55mm,d1=50mm,d2=50mm,d3=60mm.d4=60mm,d5=d6=110mmd.軸的校核根據(jù)裝配圖上各軸的受載情況知，軸 0 在所有軸種受到的載荷最大，所以校核軸 0。根據(jù)文獻(xiàn) 公式 7-6 輪齒的受力大小可算得：??82ｘ 9141.41/40=457.07N307.8.5tTFNd???總tg =457.07×tg20°=166.36Nrt?/cos =457.07/cos20°=486.40Nnt?457.07ｘ40/2=9141.4Nmm708.5203782tHFDMN??486.40ｘ40/2=9728N mm14.9.165.nV?166.36ｘ40/2=3327.2Nmm257.8.4.92rFm??6400.8 Nmm126.VVMN?=9362.81 NmmH??Wcac???P1??根據(jù)文獻(xiàn)[8]表 10-5 抗彎截面系數(shù)(3-5)31.0dW?MPaca 47.)3(1.089623?????6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計22根據(jù)文獻(xiàn) 表 10-1 軸的許用彎曲應(yīng)力表可得 45 號正火鋼的 。??8 1[]5MPa???1[]ca???因此，該軸的強(qiáng)度滿足設(shè)計要求。3.4.2 主軸箱中齒輪的校核計算一般只對主軸箱中承受載荷最大，最薄弱的齒輪進(jìn)行接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的驗算。由于軸 2 上的小齒輪和軸 3 上的大齒輪嚙合，軸 3 上的小齒輪又和軸 4 上的模數(shù)更大的齒輪嚙合，所以軸 2 上的小齒輪承受的扭矩最大，故校核軸 2 與軸 3 上嚙合的模數(shù) m 為 3 的一對齒輪。(1)齒輪的材料、精度和齒數(shù) 因傳遞功率不大，轉(zhuǎn)速不高，材料按文獻(xiàn)[8]表 7-1 選取，都采用 45 鋼，鍛造毛坯，大齒輪正火處理，小齒輪調(diào)質(zhì)，均用軟齒面。齒輪精度用 8 級，輪齒表面粗糙度為 =1.6。軟齒面閉式傳動，失效形式為點(diǎn)蝕，考慮傳動平穩(wěn)性，齒數(shù)宜取多aR些，取 =38， Z2=46。1Z(2)校核計算(a)設(shè)計準(zhǔn)則 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。(b)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 已知 32479.8MNm?4 201453.6i Nm???根據(jù)文獻(xiàn) 圖 7-6 齒面接觸疲勞極限選取材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為??8MPaPaHH60li2lim1??，根據(jù)文獻(xiàn) 圖 7-7 選取的彎曲疲勞極限應(yīng)力為：??MFF1230limli ??，應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 根據(jù)文獻(xiàn) 公式（7-3）計算??888121 1024.6./09./ 96)3(26???uatn則根據(jù)文獻(xiàn) 圖 7-8 查得接觸疲勞壽命系數(shù) 。??8 2.5NZ，根據(jù)文獻(xiàn) 圖 7-9 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 。1Y，根據(jù)文獻(xiàn) 表 7-2 查得接觸疲勞安全系數(shù) ，彎曲疲勞安全系數(shù)?? minHS?又 試選 。min1.4FS?2.0STY1.3tK?根據(jù)文獻(xiàn)[8]式（7-1） 、 （7-2）求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力：23???? MPaYSPaZSNFTFNH304.1208.3695802minl21il12minl21il1 ???????smdv /.6.31061??sz /23.0/4.2/1 ??根據(jù)文獻(xiàn) 圖 7-10 得 ；??81vK根據(jù)文獻(xiàn) 表 7-3 查得 ；A根據(jù)文獻(xiàn) 表 7-4 查得 ；??.8?取 則 。，1??K1.0.3????V根據(jù)文獻(xiàn) 表 7-6 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) =3mm ；??8m根據(jù)文獻(xiàn) 表 7-5，得彈性影響系數(shù) 。8.9EZMPa又 b=24mm,K=1.1, mm16dz(3-6)???21)(bdKTEH??=2.5×188.9×0.9× 64.1)(253.??=276.1MPa][limH??因此，滿足強(qiáng)度要求。(3)校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度根據(jù)文獻(xiàn) 圖 7-18 查得 ， ，取??814.2FSY?.0FS.7Y??根據(jù)文獻(xiàn) 式（ 7-12）校核大小齒輪的彎曲強(qiáng)度(3-7)MPamZKTFSdF .35.0.22131 ??????][.1MPa??][74.12.432122 FFSF PaY?????6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計24因此，此齒輪適合要求3.4.3 主軸箱中軸承的校核計算因主軸上的軸承承受的軸向力最大，且承受的扭矩也較大，故校核主軸 1 上的一對軸承。已知 。2384.aFN?（1）計算軸承所受徑向力主軸 1 上的受力情況如圖 3-3 所示。圖 3-3 主軸 1 的受力圖根據(jù)文獻(xiàn) 公式 7-6 主軸 1 上輪齒的受力大小可算得??8(3-8)12063.54.tTFNd???tg =354.4×tg20=129N (3-9) rt?根據(jù)力矩平衡關(guān)系可知 NFrr12921??03.7(03.746)rr??經(jīng)計算得 =39.64N， =89.36N。12r根據(jù)力矩平衡關(guān)系可知 NFtH.521??03.7(03746)t??經(jīng)計算得 =108.9N， =245.5N12H可得2221108.93.6415.9RrFN????25H?（2）計算派生軸向力對 30204 型軸承，根據(jù)文獻(xiàn)[9]表 7-2-79，有 e=0.35，Y=1.7。則(3-10) NYFRS 1.347.2951????25NYFRS 84.76.122????（3）計算軸承所收的軸向載荷 =76.84Nsa 5.21.3.1??2SF故軸承 1 有被“放松”的趨勢，軸承 2 有被“壓緊”的趨勢，于是=2418.5N?2AF1SaFS1=34.1N（4）計算當(dāng)量動載荷已查得 e=0.35，故eRA??29.015/.34/1F?6282再根據(jù)文獻(xiàn) 表 7-2-79，有 = 1、 =0、 =0.4、 =1.7；又根據(jù)文獻(xiàn)??9XY2X2Y表 11-8 得 =1.2～1.8，取中央值 =1.5。軸承的當(dāng)量動負(fù)荷為??8pf pfNYXPAR 85.739.5.)(111 ?????NFfp 9.632).4126140(222 ???（5）計算軸承壽命根據(jù)文獻(xiàn) 表 11-6 得 =0.95，根據(jù)文獻(xiàn)[9]表 7-2-79 得 =28200N。又??8tf rCε=10/3。得hPCfnLrth 63/1011 8.9)85.7290(86)(67 ??????frth ).()( 3/1022?故軸承 1 的壽命為 ，軸承 2 的壽命為 。這對軸承的工作壽命69.810h?9h為 。根據(jù)組合機(jī)床的壽命要求，此對軸承滿足要求。3903.5 多軸箱坐標(biāo)計算（1） 選擇加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系 X0Y主軸箱是安裝在動力頭上的，坐標(biāo)原點(diǎn)放在靠近主軸箱左側(cè)的定位銷上，如圖3-4 所示：6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計26圖 3-4 基準(zhǔn)坐標(biāo)系定位銷的尺寸是距離主軸箱側(cè)面 E=50mm，距主軸箱底邊 H=30.5mm。下面分別計算各主軸及傳動軸的坐標(biāo)。（2）計算每根軸的坐標(biāo)主軸 0 的坐標(biāo)已知為 =0mm， =0mm；1X1Y計算傳動軸坐標(biāo)時，先算出與主軸有直接傳動關(guān)系的傳動軸坐標(biāo)，然后計算其它傳動軸坐標(biāo)。根據(jù)文獻(xiàn) 第 71 頁圖 4-25，其計算方法如下，結(jié)合圖 3-5:??6jiA123B 1JC0ILabc(,)R圖 3-5 主軸和傳動軸坐標(biāo)關(guān)系設(shè) ABX??27ABY??則 2L???21IRJI??因為 00siniaBcL?Ao所以 LBJAIcJI????00231 sincoB????asin還原到 X0Y 坐標(biāo)系中去，則 c 點(diǎn)坐標(biāo)：LAJBIYXA????1各主軸、傳動軸及驅(qū)動軸的坐標(biāo)如下表所示。表 3-1 各主軸、傳動軸及驅(qū)動軸的坐標(biāo)坐 標(biāo) X（mm） Y(mm)軸 0 0.000 0.000軸 1 -72.826 -94.838軸 2 -39.046 -230.457軸 3 63.403 -311.204軸 4 0.000 -436.918軸 5 -150.000 -520.790軸 6 150.000 -520.790軸 7 88.000 35.791軸 8 250.000 154.210軸 9 -275.000 -630.7903.6 繪制軸坐標(biāo)檢查圖3.6.1 坐標(biāo)檢查圖的主要內(nèi)容6110 連桿鉆小頭孔組合機(jī)床設(shè)計28(1)通過齒輪嚙合，檢查坐標(biāo)位置是否正確，檢查主軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向；(2)進(jìn)一步檢查各零件間有無干涉現(xiàn)象；(3)查潤滑油泵、分油器等附加機(jī)構(gòu)的位置是否合適。3.6.2 坐標(biāo)檢查圖繪制的順序及要求繪出多軸箱輪廓尺寸和坐標(biāo)系 XOY。按計算出的坐標(biāo)值繪制各主軸、傳動軸軸心位置及及主軸外伸部分直徑，并注明軸號及主軸、驅(qū)動軸、液壓泵軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向等。用點(diǎn)劃線繪制各齒輪的分度圓、注明各齒輪齒數(shù)、模數(shù)、所處排數(shù)及變位齒輪的變位量。為了醒目和易于檢查，可用不同顏色細(xì)線條畫出 。29四、PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計4.1 裝置簡介參照設(shè)計圖紙，本組合機(jī)床需要完成鉆削、快進(jìn)、工進(jìn)、快退、液壓啟停、冷卻啟停等操作，其中最主要的是滑臺需要完成如圖 4-1 所示的運(yùn)動。圖 4-1 滑臺需要完成的工作示意圖機(jī)床的控制及工作過程如下：（1）原始狀態(tài)下，按下液壓啟動按鈕，液壓泵開始工作；（2）按下冷卻排屑系統(tǒng)開按鈕，冷卻排屑系統(tǒng)啟動；（3）按下主軸旋轉(zhuǎn)按鈕，主軸電機(jī)啟動；（4）按下快進(jìn)開始按鈕，控制滑臺運(yùn)動的電機(jī)啟動并加速；（5）滑臺運(yùn)行壓倒行程開關(guān) SQ1，滑臺開始工進(jìn)；（6）滑臺運(yùn)行壓倒行程開關(guān) SQ2，滑臺開始快退；（7）滑臺運(yùn)行壓倒行程開關(guān) SQ3，滑臺停止運(yùn)動；（8）按下主軸停止按鈕，主軸停止運(yùn)動；該機(jī)床還設(shè)有緊急停止按鈕、主軸與進(jìn)給停止按鈕、點(diǎn)動快進(jìn)按鈕、點(diǎn)動快退按鈕、進(jìn)給停止按鈕、液壓停止按鈕、冷卻排屑系統(tǒng)停止按鈕，該機(jī)床還配有照明燈及其開關(guān)、控制顯示燈等。4.2 輸入/輸出分析（1）輸入信號為 14 個開關(guān)量信號，分別是：主軸旋轉(zhuǎn)、緊急停止、主軸停止、快進(jìn)開始、SQ1、SQ2、SQ3、點(diǎn)動快進(jìn)、點(diǎn)動快退、液壓啟動、進(jìn)給停止、主軸與進(jìn)給停止、冷卻排屑開和冷卻排屑關(guān)。（2）輸出信號為 6 個開關(guān)量信號，分別是 KM0、KM1、KM2、KM3、KM4、KM5。4.3 用戶程序容量估計分析系統(tǒng)控制要求，控制用的程序估計較短。