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長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 編號 本科生畢業(yè)設計 電動機機座底面組合機床多軸箱設計 The Multi-axle Box Design of Combination Machine Tool for Underside of the Electric Motor Frame 2013 年 6 月 學 生 姓 名 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 號 指 導 教 師 分 院 機電工程分院 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 摘 要 本文通過對電動機機座底面孔位的研究，為保證其底面上 4 個孔的位置公差，結(jié) 合對組合機床的特點，設計出了專門用來加工該型號電動機機座底面底孔組合機床的 多軸箱。 通過對通用機床多軸箱零件的研究，設計出了組合機床專用多軸箱，具有成本低， 效率高的特點。組合機床設計時采用了“基準統(tǒng)一”的原則，以上一道加工工序的基 準面為定位基準面，保證機座底面孔位的形狀、位置精度的同時又降低了機座整體的 累積誤差。組合機床總體設計時采用了“三圖一卡”的設計原則，既滿足了加工要求， 又保證了機床的相對生產(chǎn)率。 關鍵詞：電動機機座 組合機床 多軸箱 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 ABSTRACT Based on the study of position of underside of the electric motor frame, in order to ensure position tolerances of the 4 holes, combined with the characteristics of combination machine tool, this paper designs the multi-axle box of combination machine tool for underside of the electric motor frame. Through the study of general machine tool spindle parts, the multi-axle box is designed with the advantages of low cost, high efficiency. The "Unification Datum" principle is taken into account the datum of the fixture is the one that last machining process used. In this way, the shape and position precision is ensured and reduces the accumulated error of the whole. The design principle of "three charts and a card" of the overall design of machine tool is used , not only to meet the processing requirements, but also to ensure the relative productivity of the machine tool. Keyword: Electric motor frame Combination machine tool Multi-axle box 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 I 目 錄 第一章 緒 論 ...........................................................................................................................1 1.1 課題的背景、目的及意義 .............................................................................................1 1.2 國內(nèi)外組合機床的應用與發(fā)展現(xiàn)狀 .............................................................................2 1.3 本文要解決的問題、研究思路與基本框架 .................................................................4 第二章 組合機床總體設計 ...................................................................................................6 2.1 機座底面加工工藝路線的制定 .....................................................................................6 2.2 機座底面孔加工刀具的選擇及切削用量的確定 .........................................................8 2.2.1 刀具的選擇 .............................................................................................................9 2.2.2 切削用量的確定 .....................................................................................................9 2.3 組合機床總體設計—— 三圖一卡 ...............................................................................10 2.3.1 被加工零件圖的繪制 ..........................................................................................10 2.3.2 加工示意圖的繪制 ..............................................................................................10 2.3.3 聯(lián)系尺寸圖的繪制 ..............................................................................................13 2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡的繪制 ..................................................................................16 第三章 組合機床主軸箱設計 .............................................................................................19 3.1 繪制多軸箱設計原始依據(jù)圖 ......................................................................................19 3.2 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇及動力計算 ..............................................................................19 3.2.1 主軸結(jié)構(gòu)型式和直徑的選擇 ..............................................................................19 3.2.2 齒輪模數(shù)的初步確定 ..........................................................................................20 3.2.3 多軸箱的動力計算 ..............................................................................................20 3.3 傳動系統(tǒng)的設計與計算 ..............................................................................................21 3.3.1 主軸分布類型及傳動系統(tǒng)設計 ..........................................................................21 3.3.2 各傳動齒輪參數(shù)的計算 ......................................................................................22 3.3.3 傳動軸尺寸的確定 ..............................................................................................22 3.3.4 傳動系統(tǒng)的校核 ..................................................................................................23 總 結(jié) .....................................................................................................................................25 參考文獻 .................................................................................................................................25 致 謝 .....................................................................................................................................27 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 1 第一章 緒 論 1.1 課題的背景、目的及意義 隨著現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是隨著它在自動化領域內(nèi)的快速發(fā)展，組 合機床的研究已經(jīng)成為當今機器制造界的一個重要方向，在現(xiàn)代工業(yè)運用中，大多數(shù) 機器的設計和制造都是用機床大批量完成的?，F(xiàn)代大型工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，降低了 組合機床的實現(xiàn)成本，軟件支持機制也使得實現(xiàn)變得更為簡單，因此，研究組合機床 的設計具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實意義。在工業(yè)高速發(fā)展的現(xiàn)代化浪潮中，各種 機械設計和制造業(yè)中，組合機床的應用越來越廣泛，越來越轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，這也從另 一方面說明，對組合機床的研究具有重要的現(xiàn)實意義。 組合機床是根據(jù)工件加工需要，以通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一 種高效專用機床。組合機床是按系列化標準化設計的通用部件和按被加工零件的形狀 及加工工藝要求設計的專用部件組成的專用機床。由于通用部件已經(jīng)標準化和系列化， 可根據(jù)需要靈活配置，從而縮短了設計和制造的周期，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(chǎn)中得到了廣泛的應用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。 本課題組合機床總體方案的設計主要包括制定工藝方案（確定零件在組合機床上 完成工藝內(nèi)容及加工方法，選擇定位基準和夾緊部位，決定工步和刀具種類及其結(jié)構(gòu) 形式，選擇切削用量等） 、確定機床配置形式、制定影響機床總體布局和技術(shù)性能的 主要部件的結(jié)構(gòu)方案?？傮w方案的擬定是設計組合機床最關鍵的一步。方案制定得正 確與否，將直接影響機床能否達到合同要求，保證加工精度和生產(chǎn)率，并且結(jié)構(gòu)簡單、 成本較低和使用方便。對于同一加工內(nèi)容，有各種不同的工藝方案和機床配置方案， 在最后決定采用哪種方案時，必須對各種可行的方案作全面分析比較，根據(jù)工件的加 工要求和特點，按一定的原則、結(jié)合組合機床常用工藝方法、充分考慮各種影響因素， 并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟分析后擬訂出先進、合理、經(jīng)濟、可靠的工藝方案。 在組合機床諸多零件中，多軸箱和夾具與組合機床密切相關，是組合機床的重要 組成部件。它是選用通用零件按專用要求設計的，所以在本課題的組合機床設計過程 中工作量較大的零部件是多軸箱和夾具。就多軸箱設計來說，工作量主要集中在傳動 系統(tǒng)的設計上，軸的設計必須保證各軸的轉(zhuǎn)速、旋向、強度和剛度，而且應當考慮有 無讓刀，有無調(diào)位機構(gòu)等。夾具是組合機床的重要組成部件，是根據(jù)機床的工藝和結(jié) 構(gòu)方案的具體要求而專門設計的。它是用于實現(xiàn)被加工零件的準確定位，夾壓，刀具 的導向，以及裝卸工件時的限位等作用的。組合機床夾具和一般夾具所起的作用看起 來好象很接近，但是其結(jié)構(gòu)和設計要求卻有著很顯著的甚至是很根本的區(qū)別。組合機 床夾具的結(jié)構(gòu)和性能，對組合機床配置方案的選擇，有很大的影響。 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 2 因此，本課題的主要目的就是，設計出專門用來加工電動機機座底面孔的結(jié)構(gòu)簡 單、使用方便、效率高、質(zhì)量好的組合機床。本次設計主要內(nèi)容在于著重選擇最佳的 工藝方案，合適地確定機床工序集中程度，合理地選擇組合機床的通用部件，恰當?shù)?組合機床的配置型式，合理地選擇切削用量，以及設計高效率的夾具、工具、刀具及 主軸箱。具體的工作就是要制定工藝方案，進行機床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定，進行組 合機床總體設計，組合機床的部件設計和施工設計，使其具有工程意義，實現(xiàn)其在實 際應用中的價值。 本課題的意義在于組合機床是按系列化標準化設計的、由大量的通用部件和少量 的專用部件組合的工序集中的高效率專用機床。它能對工件進行多刀，多軸，多面， 多工位，同時加工。隨著組合機床技術(shù)的發(fā)展，它以工藝范圍日益擴大。組合機床與 通用機床，其它專用機床比較，具有以下特點：組合機床上的通用部件和標準零件約 點全部機床零部件總量的 70％―80％，因此設計和制造周期短，經(jīng)濟效益好。由于組 合機床目的通用部件和標準零件自動化程度高，因而比通用機床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì) 量穩(wěn)定勞動強度低。組合機床的通用部件是經(jīng)過周密設計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又 有專門廠家成批生產(chǎn)，它與一般專用機床比較，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修 方便。組合機床加工工件，由于采用專用夾具組合刀具和導向裝置等，產(chǎn)品加工質(zhì)量 靠工藝裝備保證，對操作工人的技術(shù)水平要求不高。當機床被加工的產(chǎn)品更新時，專 用機床的大部件要報廢。組合機床的通用部件是根據(jù)國家標準設計的，并等效于國際 標準，因此，其通用部件可以重復使用。不必加行設計和制造。組合機床易于聯(lián)成結(jié) 合機床自動線，以適應大規(guī)模和自動化生產(chǎn)需要。 1.2 國內(nèi)外組合機床的應用與發(fā)展現(xiàn)狀 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，采取了積極的應對策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢頭，截至 2005 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 2004 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。 ⑴行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化 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)學會的《機床工具行業(yè)企業(yè)主要經(jīng)濟指標報表》是統(tǒng) 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 3 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，2003 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；2004 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。 ⑵行業(yè)企業(yè)的快速轉(zhuǎn)變 “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)。而從 2001 至 2002 年，不到兩年的時間，就先后有十幾家企業(yè)實行股份制改造，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。 ⑶組合機床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 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。 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 4 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： ⑴廣泛應用數(shù)控技術(shù) 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。 ⑵發(fā)展柔性技術(shù) 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、三坐標模塊化的加工單元 ,并 以此為基礎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。 ⑶發(fā)展綜合自動化技術(shù) 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 臺三坐標加工單元、空架 機器人、線兩端的毛坯庫和三坐標測量機組成,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。 ⑷進一步提高工序集中程度 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)揮設備的效能,獲取更好的經(jīng)濟效益。 1.3 本文要解決的問題、研究思路與基本框架 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 5 本次設計工作將設計一臺臥式攻絲組合機床，來完成電動機機座底面孔的加工。 因此，目的是使設計出的機床結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、效率高、質(zhì)量好。從而選擇最佳 的工藝方案，合適地確定機床工序集中程度，合理地選擇組合機床的通用部件，恰當 的組合機床的配置型式，合理地選擇切削用量，以及設計高效率的夾具、工具、刀具 及主軸箱就是本次設計主要內(nèi)容。具體的工作就是要制定工藝方案，進行機床結(jié)構(gòu)方 案的分析和確定，進行組合機床總體設計，組合機床的部件設計和施工設計。 摘要部分，指出了本課題的研究概況，本課題的研究方法，第一部分是緒論，主 要介紹了本課題的研究背景及意義，指出本課題在國內(nèi)外的研究概況，并給出了本論 文的主要工作及結(jié)構(gòu)。 第二部分是本論文的主體部分，主要給出了本次課題研究對象，即攻電動機機座 底面孔臥式攻絲組合機床的總體設計、多軸箱設計。 在接下去的幾個部分分別給出了通過本課題的研究之后得出的結(jié)論，并對此方向 的課題進行展望，表達了對學院老師特別是導師的感謝，給出完成本論文所需要的參 考文獻，最后，附上相關的設計圖及一張生產(chǎn)效率卡。 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 6 第二章 組合機床總體設計 2.1 機座底面加工工藝路線的制定 工藝路線的制定是組合機床設計的關鍵一步。因為工藝路線在很大程度上決定了 組合機床的結(jié)構(gòu)配置和使用性能。因此，應根據(jù)工件的加工要求和特點，按一定的原 則、結(jié)合組合機床常用工藝方法、充分考慮各種影響因素，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟分析后擬出 先進、合理、經(jīng)濟、可靠的工藝路線。 設計組合機床之前， [1]首先應根據(jù)組合機床完成工藝的一些限制及組合機床各種 工藝方法能達到的加工精度，表面粗糙度及技術(shù)要求，解決零件是否可以利用組合機 床加工以及采用組合機床加工是否合理。本次畢業(yè)設計是機座鉆孔（4—Φ14） ，符合 組合機床加工的特點，因此適合于利用組合機床加工。那么，為了是加工過程順利進 行，并達到要求的生產(chǎn)率，本文在掌握大量的零件加工工藝基礎上，統(tǒng)盤考慮影響制 定零件工藝方案、機床配置形式、結(jié)構(gòu)方案的各種因素及應注意的問題，分析了它們 的優(yōu)點和缺點，擬訂工藝路線如下： 工序1：鑄造，以Φ175毛坯孔定位。 工序2：銑底面，保證中心高112，如圖1-1所示。 圖 1-1 鑄造，銑底面 工序3：鏜孔φ175H8，φ178H11，φ179.3H10,Φ180H8，如圖1-2所示。 圖 1-2 鏜孔 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 7 工序4：以鏜孔及底面定位，鉆孔攻絲兩端6—M8，如圖1-3所示。 圖 1-3 以鏜孔及底面定位 工序5：銑上平面Φ30，鉆孔M8，如圖1-4所示。 圖 1-4 銑上平面 工序6：銑90×90平面，如圖1-5所示。 圖1-5 銑90×90平面 工序7：鉆孔功絲4—M8以鏜孔面為基準定位，如圖1-6所示。 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 8 圖1-6 鉆孔功絲 工序8：鉆底面螺栓孔4—φ14孔，如圖1-7所示。 圖1-7鉆孔功絲 本次設計要完成的加工是第8道工序，鉆4—φ14孔。加工精度的要求，因為加工 孔之間軸線的平行度要求較高，所以采用單工位方法一次定位，可以減少一部分定位 誤。 [2]由于生產(chǎn)批量不大，采用單面加工。被加工零件大小、形狀特點、加工部位特 點要求，這些特點在很大程度上決定采用臥式、立式、還是傾斜式機床。由于加工孔 中心線和定位基準面平行，因而采用臥式機床，采用固定式鉆摸板。由于本道工序是 最后一道工序，定位夾緊都比較方便，可以用前道工序加工過的兩側(cè)面和內(nèi)壁的圓柱 面定位以及上面的突臺進行定位。上面夾緊，定位可靠，夾緊方便，裝卸亦方便，工 藝裝備簡單。定位基準選擇為“一面一短圓柱銷加一V型塊”的定位方法如圖1-8所示， 可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位，并可作其他工序的 定位基準，使零件整個工藝過程基準統(tǒng)一，減少由基準轉(zhuǎn)換帶來的累積誤差，有利于 保證零件的加工精度。 2.2 機座底面孔加工刀具的選擇及切削用量的確定 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 9 2.2.1 刀具的選擇 根據(jù)工藝要求及加工精度的不同，組合機床采用的刀具有：簡單刀具（標準刀具） 、復合刀具及特種刀具。本次設計選擇孔用φ14的標準錐柄麻花鉆，刀具材料為高速 鋼。 選擇標準麻花鉆具有下述優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、刃磨容易。 2.2.2 切削用量的確定 為了使加工過程順利進行并穩(wěn)定保證加工精度，必須合理地確定工序間余量。 [3] 確定了在組合機床上完成的工藝內(nèi)容之后，就可以著手選擇切削用量，切削用量的選 擇是否合理對機床的基價工精度，生產(chǎn)率，刀具耐用度，機床的布局及正常工作均有 很大影響。 同一多軸箱上的刀具主軸可設計成不同轉(zhuǎn)速和選擇不同的每轉(zhuǎn)進給量(mm/r)與其 相適應，以滿足不同直徑工件的加工需要，即：n 1f1=n2f2=n3f3=……=nifi=vi； 式中:n 1,n2,n3……ni——各主軸的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） f1,f2,f3……fi——個主軸進給量（min/轉(zhuǎn)） Vu——動力滑臺每分鐘進給量（mm/分） 用高速鋼鉆頭加工鑄鐵件的切削用量參考《組合機床設計》 【3】 表3—7， 被加工工件材料HT100,硬度為HB=143-229，加工直徑φ14。 由表3—7選V 公稱 =20m/min，f=0.2mm/r 所以主軸轉(zhuǎn)速： n=1000v/πd= =450r/min (2-1) 14.320? 進給速度： Vf=nf=450 0.2=90mm/min 根據(jù)所選鉆頭直徑為φ14mm，加工材料為鑄鐵 HB=143—229，孔深 L=15mm，D=14。由L/D=15/14=1.07查《金屬切削手冊》 【2】 表3-14得k v=0.9 則 V= V公稱 kv=20 0.9 =18mm/min (2-2)? 計算硬度 HB=229- =22714329 （1）切削力F由《金屬切削手冊》 【2】 公式（3-1）得： F=26 D f0.8×HB0.6=26×14×0.20.8×2270.6=2642N? ∑F=2642 4=10568 N （2）切削轉(zhuǎn)矩M由《金屬切削手冊》 【2】 公式（3-2）得: M=10×D1.9×f0.8×HB0.6 =10×141.9×0.20.8×2270.6=10925.6N.M 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 10 (3）切削功率P由《金屬切削手冊》 【2】 公式（3-3）得： P= =0.46k?DMV?974014.3861925?? P總 =0.46×4=1.84kw (4) 刀具耐用度T由《金屬切削手冊》 【2】 公式（3-4）得： T=（ ） 8=（ ） 8=612min3.15.0 26HBfv?3.15.02796? 2.3 組合機床總體設計——三圖一卡 2.3.1 被加工零件圖的繪制 被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示一臺組合機床或自動線完成的工 藝內(nèi)容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)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情況的圖紙。 它不能用用戶提供的產(chǎn)品圖紙代替，而須在原零件圖基礎上，突出本機床或自動線的 加工內(nèi)容，加上必要的說明而繪制的。它是組合機床設計的主要依據(jù)，也是制造、使 用、檢驗、和調(diào)整機床的重要技術(shù)文件。圖上應表示出： (1) 被加工零件的形狀和輪廓尺寸及本機床設計有關的部位的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸。 (2) 加工用定位基準，夾壓部位及夾壓方向。 (3) 本道工序加工部位的尺寸精度，表面粗糙度，形狀位置尺寸精度及技術(shù)要求， 還包括本道工序?qū)η暗拦ば蛱岢龅囊蟆?(4) 必要的文學說明。 繪制被加工零件圖時應注意以下幾點： (1) 應按一定比例，選擇足夠視圖，突出加工部位（用粗實線） ，為了使被加工 零件工序圖清晰明了，一定要突出該機床的加工內(nèi)容，繪制時，機床，夾具設計有關 的部位（用細實線）表示清楚。 (2) 加工部位的位置尺寸應由定位基準注起，為了便于加工及檢查，尺寸應采用 直角坐標系標準，而不采用極坐標系，但有時因所選定位基準及設計基準不重合，則 須對加工部位要求的位置尺寸精度進行分析計算。此外，應將零件圖上的不對稱位置 尺寸公差換算成對稱尺寸公差，其公差數(shù)值的確定要考慮兩方面。一是能達到產(chǎn)品圖 紙要求的精度，二是采用組合機床能夠加工出來。 (3) 應注明零件加工對機床提出的某些特殊要求。 2.3.2 加工示意圖的繪制 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 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 11 機床上的加工過程，刀具，輔具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機床各部件相對 位置關系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。它是刀具、夾具、多軸箱、液壓電氣裝置 設計及通用不見選擇的主要原始資料，也是整臺組合機床布局和性能的原始要求，同 時還是調(diào)整機床、刀具及試車的依據(jù)。 （1) 刀具選擇：選擇φ14高速鋼標準麻花鉆。 圖2-1 刀具選擇 （2）導向選擇：工件的尺寸位置精度主要取決于夾具的導向。 1） 導向的類型：形式和結(jié)構(gòu)選擇第一類導向，即固定式導向。第一類導向的允 許線速度V<20m/min ，如圖 2-2所示。 2） 確定導向速量：選擇導向數(shù)據(jù)，本道工序鉆底面4-Φ14孔，選取單個導向。 導向長度l1=32，導向至工件端面的距離 l2=9，如圖 2-3所示。 導向的類型： 圖2-2 導向的類型 定位襯套： 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 12 圖2-3 定位襯套 （3）初定主軸類型、尺寸、外伸長度和選擇接桿 主軸尺寸規(guī)格應根據(jù)選頂?shù)那邢饔昧坑嬎愠銮邢鬓D(zhuǎn)矩，查<> 【3】 表3—19和表3—20初定主軸直徑，通常主軸允許最大扭轉(zhuǎn)角為1/2 ，則B=6.2m/? 所以 mm (2-3) 3.1507.2.61/44 ???mBd 所以 d取20mm 由<> 【3】 表3—21和表3—22決定主軸外伸部分尺寸：直徑 D/d=30/20，長度L=115mm與其配套的刀具接桿為3—115T0635—41，長L=115mm，1號 莫式錐度A型。 圖2-4 主軸 多軸箱端面至工作端面之間的軸向距離是加工示意圖上最重要的聯(lián)系尺寸，主軸 箱端面到工件端面的軸向距離為325mm。 由于主軸箱刀具接桿與主軸直徑都相同，進給量和切削速度均相同，四把刀具可 以選擇相同的，四根主軸設計也是相同的，因而加工示意圖上可以畫一把刀具，代表 主軸箱上的四把刀具。 （4） 確定動力部件的工作循環(huán)與工作行程。 動力不見的工作循環(huán)是指：加工時動力部件從原始位置開始運動到加工終了的位 置有返回到原始位置的動作過程，一般包括快速引進，工作進給，快速退回，死擋鐵 停留等動作。 工作行程長度的確定，如圖2-5所示。 （1） 工作進給長度L等于工件加工部位長度L與刀具切入長度L 1=9mm切出長度 L2=12mm，加工部位長度l=15mm，則工件進給長： mm3625921????L? 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 13 圖2-5 工作行程長度的確定 （2） 快速退回長度等于快速引進與工作進給長度之和，快退長度L=142mm，工 作進給長度 mm,則快進長度l=106mm。36??L 圖2-6 工作循環(huán) （3） 動力部位總行程長度為快速行程長度與前后備量之和。前備量指的是由于 刀具磨損或者補償制造，安裝的誤差，動力不見尚可向前調(diào)節(jié)的距離。后備量指的是 考慮刀具從接桿中或接桿連同刀具一起從主軸孔中取出所需要的軸向距離，去前備量 為20mm，后備量為238mm，則總L=20+142+238=400mm。 2.3.3 聯(lián)系尺寸圖的繪制 聯(lián)系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運動關系，以檢驗機床各 部件相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工需要；通用部件的選擇是否合適；并為進一步 開展多軸箱、家具等通用部件、零件的設計提供依據(jù)。聯(lián)系尺寸圖也可看成是簡化的 機床總圖，它表示機床的配置型式及總體布局。 首先，應以適當數(shù)量的視圖按同一比例畫出機床各主要組成部件的外形輪廓及相 關位置。表明機床的培植形式及總體布局，主視圖的選擇應與機床實際加工狀態(tài)一致。 （1） 動力箱：1TD32—1，電動機為Y100L1—4，額定功率2.2W，動力箱輸出軸 轉(zhuǎn)速n 型 =715r/min，動力箱輸出軸距箱底高度125mm。 （2） 動力滑臺：1HY32—IA型液壓滑臺，臺面寬320mm，臺面長630mm，行程長 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 14 400mm，導軌鑄鐵，滑臺滑座總高250mm,滑座長1070mm，允許最大進給力12500N，快 速行程速度12m/min,工進速度32～800m/min。 （3）進給速度： Vf=n*f=450*0.2=90mm/min （4）配用通用部件：側(cè)底座(1CC321)，其高度H=560mm，寬度B 1=450mm，長度 L=900mm。 （5）動力箱總行程為400mm，等于動力滑臺最大行程400mm。 （6）多軸箱輪廓尺寸：400*400mm 2. 其次圖上應盡量減少不必要的線條及尺寸。但反映各部件的聯(lián)系尺寸、專用部件 的主要輪廓尺寸、運動部件的極限位置及行程尺寸，必須完整齊全。應考慮的主要問 題有： （1） 夾具輪廓尺寸的確定。 （2） 機床裝料高度H：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，可視具體情況在H=850～1060mm之間選取，工件最底孔位置h 2=12mm，多軸箱最底 主軸高度h 1=150mm，滑臺與滑座總高h 3=280mm，側(cè)底座高h 4=560mm，夾具底座高 h5=37.5mm，中間底座高h 0=560mm，墊片厚h 7=5mm，綜合上述因素，機床裝料高度為 970mm。 （3） 中間底座輪廓尺寸：要滿足夾具在機床上面連接安裝的需要，其長度方向 尺寸要根據(jù)所選動力部件及其配套部件中側(cè)底座的位置關系，照顧各部件聯(lián)系尺寸的 合理性來確定，非常重要的是： [4]一定要保證加工終了位置時工件端面至多軸箱端面 的距離不小于加工示意圖上要求的距離L 1=325mm，長度方向的尺寸為L=（L 1+L2+L3）- (l1+l2+l3) L1 — 多軸箱端面至工件端面間的距離，L 1=325mm。 L2 — 多軸箱厚度，L 2=325mm。 L3 — 其中心線到被加工工件端面的距離，L 3=105mm。 l1—機床長度方向上，多軸箱與動力滑臺的重合長度，l 1=180mm。 l2 — 加工終了位置，滑臺前端到滑座前端面的距離l 2=40mm。 l3 — 滑座前端面至側(cè)底座錢端面的距離，l 3=100mm。 L’ — 夾具中心線與床身前端距離。 L’ — (L1+L2+L3)-(l1+l2+l3)=(325+325+105)-(180+40+100)=395mm. 因夾具底座的邊距438mm， （1/2）*438=219mm L=325+325+2X325+105-2(180+40+100) =765 中間底座左側(cè)到夾具體的距離a a=（765-395）-297 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 15 =73mm, 滿足了采用切削液與不采用切削液時在中間底座上的相對安裝位置來檢查尺寸a 的大小20～100mm. （4） 多軸箱輪廓尺寸： 1）多軸箱厚度325mm， 2）確定多軸箱寬度B，高度H 和最低主軸箱高度h，如圖3-1所示。 式中:b — 工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離，b=124mm。 b1 — 最邊緣主軸中心距箱外壁的距離，b 1=100mm。 h — 工件在高度方向相距最遠的兩孔距離，h=72mm。 多軸箱最低主軸高度h 1須考慮到與工件最低孔位置h 2，機床裝料高度H，滑臺滑座 總高h 3，側(cè)底座高度h 4，滑座與側(cè)底座之間調(diào)整墊高度h 7等尺寸之間的關系而確定。 對于組合機床，h 1要保證潤滑不致從主軸襯套處泄漏外，通常推薦h 1>85～140mm. h1= h2+H-(0.5+ h3+ h7+ h4) H=970mm，h 2=12mm 圖2-7多軸向輪廓尺寸 選取床身底座型號為 25c h3=250mm，h 7=5mm，h 4=560mm h’=4.5mm h1 =H-(0.5+ h3+ h7+ h4+ h’) =970-(0.5+250+5+560+45) =150mm H =h+h1+b1 H — 主軸箱高度 =72+150+100=322mm 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 16 B =b+2b1 =124+2*100=324mm 以上數(shù)據(jù)選取主軸箱標準值400*400mm 2 除以上幾點外，為方便于開展部位設計，聯(lián)系尺寸圖上應標注通用部件的規(guī)格代 號，電動機型號，功率及轉(zhuǎn)速并注明機床部件的分組情況及總行程。 2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡的繪制 根據(jù)選定的機床工作循環(huán)所需要的工作行程長度，切削用量，動力部件的快進及 工進速度等，就可以計算機床生產(chǎn)率并編寫生產(chǎn)率計算卡，以反映機床的加工過程， 完成每一動作所需要的時間，切削用量，機床生產(chǎn)率及機床負荷率等。 （1）實際生產(chǎn)率Q1 年生產(chǎn)綱領 A=5.6萬件/年 全年工時總數(shù) K=2350h，單班制生產(chǎn)。 則 Q1=A/K =56000/2350 =23.8件/h （2）理想生產(chǎn)率Q Q=60/T單 （件/h） T單 =t切 +t輔 = （min） (2-4)?????????????? 裝 卸移快 退快 進停 tvLtvLfKff21 式中：L 1、L 2分別為刀具1、2工作進給行程長度 L1=36mm L2=0 Vf1、V f2 — 刀具1、2工作進給量 Vf1=90mm/min t停 — 死擋鐵停留時間 t停 =0 L快進 、L 快退 — 快進與快退行程長度 L快進 =106mm L快退 =142mm Vfk — 動力部件快速行程速度 Vfk=4m/min t移 — 直線移動的時間 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 17 t移 =0.1min t裝卸 — 工件裝卸時間一般為1.5min 則 t單 =36/90+[（106+142）/4×1000+0.1+1.5] =2.06min 所以 Q=60/T單 =60/2.06 =29.1（件/h） （3）機床負荷率 ? 當Q 1175 kg.mm 查《組合機床設計》 【3】 P607 表 5-10：選取直徑 d=15mm，為了提高軸的剛度，并 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 23 減小傳動件的規(guī)格，選取軸徑 d=20mm。 軸 7: M7 =6*M1-6 (46/25) = 2344.56 kg.mm > 2300 kg.mm 直徑?。?25mm 軸 8： M8 =2344.56* 30/24 =2930.7 kg.mm > 2700 kg.mm 直徑取： 30mm 軸 9： M 9 =2930.7* 22/30 =2149.18 kg.mm > 710 kg.mm 直徑?。?0mm 表 4-2 各軸軸徑及齒輪參數(shù) Table4-2 Parameters of the axle shaft and gear 軸徑 齒數(shù) 扭矩 轉(zhuǎn)速 1 20 25 212.37 820 2 20 25 212.37 820 3 20 25 212.37 820 4 20 25 212.37 820 5 20 25 212.37 820 6 20 25 212.37 820 7 25 24 / 46 2344.56 455 8 30 30 2930.7 364 9 20 22 2149.18 497 3.3.4 傳動系統(tǒng)的校核 (1)齒輪模數(shù)校核： 分析：傳動過程中，齒輪嚙合會產(chǎn)生很大的彎曲疲勞強度，在所有齒輪嚙合過程 中，以動力頭齒輪和齒輪 7 嚙合產(chǎn)生的應力最大。因此選取動力頭齒輪進行模數(shù)計算： 查《機械設計》P209，公式 10-5 有： (3-2)132[]FaSdYKTmZ???? 公式中： 為載荷系數(shù)AVK????? ：使用系數(shù)，查《組合機床設計》 【3】 P201 ，表 10-2，取 =1.25A AK ：動載系數(shù)，查《組合機床設計》 【3】 P202 ，圖 10-8，取 =1.25V V ：齒間載荷分布系數(shù)，查《組合機床設計》 【3】 P203 ，表 10-3，取 =1.0? ? ：齒間載荷分布系數(shù), 查《組合機床設計》 【3】 P204 ，表 10-4，取 =1.117? ? T：傳遞扭矩； 5519.10.89.09732PTNmn?????? 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 24 因為傳遞的功率較小，選取 ， ，0.5d??021Z 、 查《組合機床設計》 【3】 P209，表 10-5FaYS .76;.5FaSaY? 查《組合機床設計》 【3】 P216，圖表 10-20c， =427[]? []F?53221.5.10.26.5047m??? 由于齒輪模數(shù)大小取決于彎曲強度所決定的承載能力。m=3>2.52，完全滿足疲勞 強度要求。因此所取齒輪模數(shù)滿足使用及性能要求。 （2）軸的強度校核： 從上述可知，各軸所能承受的扭矩： 軸 1、2、3、4 d=20 '10.Mkgm? 軸 5 d=25 '27 通過計算各軸所承受載荷的情況： 軸 1、2 190Kg? 軸 3、4 26? 軸 5 5m? 由此可以得出，各軸實際承受的扭矩遠遠小于軸所能承受的扭矩最大值。因此其 強度完全滿足要求。 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 25 總 結(jié) 本設計題目為“電動機機床底座組合機床設計”,本設計主要內(nèi)容大致分為三個 部分：第一部分為前言及擬定工藝方案；第二部分為組合機床的總體設計即三圖一卡 的設計；第三部分為組合機床主軸箱的繪制。 第一部分主要是本設計的前期裝備內(nèi)容，其中包括對組合機床的簡單介紹及國內(nèi) 外組合機床的發(fā)展形勢，另外選擇制定了本設計的工藝方案。確定了切削用量，切削 力，切削扭矩，切削功率及刀具的耐用度等。第二部分內(nèi)容為組合機床的總體設計， 其中包括三圖一卡的設計，即被加工零件圖，加工示意圖，聯(lián)系尺寸圖，機床生產(chǎn)率 計算卡的設計及繪制。第三部分是機床主軸箱的設計及繪制，其中包括繪制多軸箱原 始依據(jù)圖，主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇及動力計算，傳動系統(tǒng)的設計與計算。以上為本設計 的主要內(nèi)容，最后還有參考文獻，致謝，英文文獻翻譯等內(nèi)容。經(jīng)過幾個月的努力， 在導師的指導和幫助下我最終完成了電動機機床底座組合機床的設計。為大學四年的 學習畫上一個圓滿的句號。 參考文獻 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 26 [1]浦林祥． 《機床夾具設計手冊》[S] ．機械工業(yè)出版社，1995. [2]上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會． 《金屬切削手冊》[S] ．上?？茖W技術(shù)出版社，1984. [3]叢鳳廷，遲建山． 《組合機床設計》[M] ．上海科學技術(shù)出版社， 1993. [4]大連組合機床研究所． 《組合機床設計參考圖冊》[M] ．機械工業(yè)出版社， 1985.