變速箱鉆孔工位組合機床左多軸箱設(shè)計,變速箱,鉆孔,組合,機床,軸箱,設(shè)計
西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設(shè)計論文
摘 要
組合機床是根據(jù)工件加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。目前，組合機床主要用于平面加工和孔加工兩類工序。其生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定，自動化程度高，降低人工勞動強度，因此廣泛應(yīng)用于到大批量生產(chǎn)場合。
本課題設(shè)計了變速箱體鉆孔工位組合機床及左多軸箱。在設(shè)計中，依據(jù)被加工工件進行工藝分析；以及零件本身材料選取合適的切削用量，在充分計算動力參數(shù)基礎(chǔ)上對標準通用部件做了選擇，繪制了加工示意圖，機床聯(lián)系尺寸圖以及生產(chǎn)率計算卡并且初定多軸箱的輪廓尺寸。
多軸箱是組合機床的重要專用部件，它是根據(jù)加工示意圖確定工件加工孔的數(shù)量和位置，切削用量和主軸類型設(shè)計的傳遞各主軸運動的動力部件。其動力來自通用的動力箱，與動力箱一起安裝于進給滑臺，可完成鉆孔等加工工序。本設(shè)計最終目的是通過所設(shè)計的組合機床左多軸箱實現(xiàn)多孔的一次加工完成，提高了工作效率并且減低人工勞動強度。
關(guān)鍵詞：組合機床，三圖一卡，多軸箱
ABSTRACT
Combination machine tools is according to the work piece machining needs, on the basis of a large number of common components, with a small amount of dedicated components of an efficient special machine tool. At present, the modular machine tool is mainly used for surface machining and the machining process. Its high efficiency, stable machining precision, high degree of automation, reduce labor intensity of labor, therefore widely used in the mass production situation to.
This topic design of the gearbox casing drilling location and left spindle box of modular machine tool. On the basis of processed work piece in the design, process analysis; Materials and parts itself to select suitable cutting dosage, on the basis of sufficient computing dynamic parameters of standard general parts made choice, mapped the process diagram, machine tool with the size chart and productivity calculation card early and dimensioning the contours of the spindle box.
Spindle box of modular machine tool is important to special parts, it is according to the process diagram to determine the number and position of the work piece machining hole, cutting dosage and spindle type design of the main shaft power components of the movement. Its power from the general power box, together with the power box installed give sliding table, can complete the drilling and other processing operations. The purpose of this design is designed by left spindle box of modular machine tool of this design can achieve the porous once processing is complete, improve work efficiency and reduce the manual labor intensity.
Key words : combination machine , three figures-A-card , spindle box
目 錄
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3 主要技術(shù)指標 3
1.4 設(shè)計思路 3
第二章 零件分析 4
2.1 零件分析 4
2.2 定位基準及夾緊點的選擇 5
2.3 加工方案 6
2.4 箱體尺寸的確定 6
2.5 切削用量的確定 7
2.6 切削力，切削轉(zhuǎn)矩和切削功率等動力參數(shù)計算 7
2.6.1 切削力的計算 7
2.6.2 各軸轉(zhuǎn)矩的計算 8
2.6.3 各軸切削功率的計算 8
2.6.4 各軸刀具耐用度的計算 8
2.7 導(dǎo)向的選擇及其相關(guān)尺寸的計算 8
2.8 加工示意圖 11
2.9 本章小結(jié) 12
第三章 組合機床總體體設(shè)計 13
3.1 選擇動力部件 13
3.1.1 動力部件的選取計算 13
3.1.2 選取的動力部件的主要尺寸及性能 14
3.2 機床聯(lián)系尺寸圖 14
3.2.1 機床裝料高度 14
3.2.2 中間底座輪廓尺寸 15
3.3 生產(chǎn)率計算卡 16
3.3.1 生產(chǎn)率計算卡的作用 16
3.3.2 單件加工時間 17
3.3.3 機床生產(chǎn)率與負荷率 17
3.4 本章小結(jié) 18
第四章 多軸箱的設(shè)計 19
4.1 多軸箱的概述 19
4.2 多軸箱設(shè)計原始依據(jù) 19
4.3 主軸、傳動軸及齒輪的確定 20
4.4 多軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算 21
4.4.1 對多軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求 21
4.4.2 主軸分布類型及傳動系統(tǒng)設(shè)計 22
4.4.3 齒輪的設(shè)計計算 24
4.4.4 驗算各主軸轉(zhuǎn)速 26
4.5 多軸箱坐標計算 27
4.6 本章小結(jié) 29
第五章 全文總結(jié) 30
參考文獻 31
致 謝 32
畢業(yè)設(shè)計小結(jié) 33
附 錄 34
36
第一章 緒論
1.1 研究背景
隨著科學技術(shù)的發(fā)展和專業(yè)化程度的提高，很多企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量越來越大，對精度要求也越來越高，如以汽車、拖拉機的箱體零件為例，采用通用機床加工已經(jīng)不能很好的滿足其生產(chǎn)的要求。首先，用通用機床加工時，同時參加工作的刀具少，限制了機床生產(chǎn)效率的提高；其次，當工件需要多個加工表面，則需要對零件進行多次的定位和夾緊，這樣就會使零件的加工精度和生產(chǎn)率降低；第三，當某些機床重復(fù)加工一種工件時，通用機床的很多部件和機構(gòu)變得毫無作用，造成設(shè)計功能上的浪費。
為了改善通用機床的這些不利的加工條件，在生產(chǎn)實踐中就出現(xiàn)了專用機床。專用機床是為了完成某一工件的某一工序而設(shè)計制造的，其結(jié)構(gòu)要比通用機床簡單，加工精度穩(wěn)定，生產(chǎn)率和自動化程度都較高。但是，專用機床也有自身固有的缺點，如設(shè)計制造的周期長，不能盡快適應(yīng)工件的變化，一旦被加工工件的尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)有所變化，就必須重新設(shè)計制造。所以專用機床成本高，不利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。為消除上述兩種機床的弊端，在生產(chǎn)實踐過程中發(fā)展了一種新型機床——組合機床。
組合機床是以大量的通用部件為基礎(chǔ)（70%~90%），配以少量的專用部件，對一種或若干種工件按預(yù)先確定的工序進行加工的機床。它能夠?qū)ぜM行多刀、多軸、多面、多工位同時加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、攻螺紋、車削、銑削、磨削以及滾壓等工序，隨著組合機床技術(shù)的發(fā)展，它能完成的工藝范圍日益擴大。在組合機床自動線上也可以完成一些非切削工序，例如，打印、清洗、熱處理、簡單的裝配、試驗和在線自動檢查等。
多軸箱是組合機床的重要專用部件。它是根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量和位置、切削用量和主軸類型設(shè)計的傳遞各主軸運動的動力部件。其動力來自于通用的動力箱，與動力箱一起安裝于進給滑臺可完成鉆、擴、鉸、鏜孔等加工工序。多軸箱一般具有多根主軸同時對一列孔系進行加工。但也有單軸的，用于鏜孔居多。多軸箱按標準分為通用多軸箱和專用多軸箱兩類。前者結(jié)構(gòu)典型；后者結(jié)構(gòu)特殊，往往需要加強主軸系統(tǒng)剛性，而使主軸及某些傳動件必須專門設(shè)計，故專用多軸箱通常指剛性主軸箱，即采用不需刀具導(dǎo)向裝置的剛性主軸和用精密滑臺導(dǎo)軌來保證加工孔的位置精度。通用多軸箱又分大型多軸箱和小型多軸箱，這兩種多軸箱的設(shè)計方法基本相同。本設(shè)計為通用多軸箱的設(shè)計。
1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術(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)用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(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,以及銑削平面和成形面等。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)臺式組合機床等;隨著技術(shù)的不斷進步,一種新型的組合機床——柔性組合機床越來越受到人們的青睞,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)多品種加工的可調(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(清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線)等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。
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后與世界機床行業(yè)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。從近兩年的企業(yè)生產(chǎn)情況看,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》的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,組合機床運用廣泛出現(xiàn)在我國各個加工行業(yè)當中其中在航空制造技術(shù)配和試漏等技術(shù)起到了十分重要的作用。我國組合機床及組合機床自動線總體技術(shù)水平比發(fā)達國家要相對落后,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,滿足用戶需求,真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣踊b備。組合機床工作可靠性和組合機床技術(shù)的成套性為主攻方向。一方面,加強數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用,提高組合機床產(chǎn)品數(shù)控化率;另一方面,進一步發(fā)展新型部件,尤其是多坐標部件,使其模塊化、柔性化,適應(yīng)可調(diào)可變、多品種加工的市場需求。第21屆日本國際機床博覽會上獲悉,在來自世界10多個國家和地區(qū)的500多家機床制造商和團體展示的最先進機床設(shè)備中,超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深受歡迎。據(jù)專家分析,機床裝備的高速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是提高機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度。
1.3 主要技術(shù)指標
1）鉆孔，被加工零件孔的直徑及相對技術(shù)指標（見零件示意圖）；
2）被加工零件的材料為HT200；
3）工件對稱中心線與工作臺中心線重合（鉆孔工位）；
4）確定切削用量、計算切削力、選擇動力箱型號；
5）熟悉組合機床的基本組成形式。
1.4 設(shè)計思路
1）制定工藝方案
分析用戶所提供的資料，加工要求，在此基礎(chǔ)上在確定機床完成的工藝內(nèi)容及其加工方法，決定刀具種類，結(jié)構(gòu)型式、數(shù)量及切削用量等。
2）總體設(shè)計
組合機床的總體設(shè)計主要包括繪制“三圖一卡”，及被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計算卡。通常，在總體設(shè)計過程中，應(yīng)初定多軸箱輪廓尺寸，才能確定機床各部件的相互關(guān)系。
3）多軸箱設(shè)計
以總體設(shè)計為基礎(chǔ)根據(jù)被加工零件制定合理的傳動方案，根據(jù)目標轉(zhuǎn)速確定齒輪大小數(shù)目以及排數(shù)，完成多軸箱設(shè)計。
第二章 零件分析
2.1 零件分析
1）材料：HT200；
2）材料硬度：180~210HB；
3）零件圖2-1；
圖2-1 零件圖
2.2 定位基準及夾緊點的選擇
a. 應(yīng)盡量選擇零件設(shè)計基準作為組合機床加工的定位基準。這樣可以減少基準不符的誤差，以保證加工精度，但在某些情況下，卻必須選用其他作為定位基準。
b. 選擇定位基準應(yīng)保證工件定位穩(wěn)定。盡量采用已加工的較大平面作為定位基準，這對于加工尤為重要。
c.統(tǒng)一基準原則，即在各臺機床上采取共同的定位基面來加工零件不同表面的孔或?qū)ν槐砻嫔系目淄瓿刹煌墓ば颉＿@對工序多的箱體類尤為重要。
箱體類零件是機械加工中工序多、精度要求高的零件，如汽車、 拖拉機柴油機等行業(yè)的氣缸體、氣缸蓋、變速、減速器、離合器本體等。這類零件一般有較高精度的孔需要加工，又常常要在幾次安裝下進行，因此，定位基準選擇 “一面兩孔”是最常用的方法，它的特點是：
圖2-2 “一面兩孔”
a.可以簡便地限制工件的6個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位。
b.有同時加工零件五個表面的可能，既能高度集中工序，又能有利于提高各面上孔的位置精度。
c.“一面兩孔”可作為零件從粗加工到精加工所有工序的定位基準，使零件整個工藝過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉(zhuǎn)換帶來的累積誤差，有利于保證零件加工精度。同時，使機床各個工序（工位）的許多部件（如夾具）實現(xiàn)通用化，有利于縮短設(shè)計、制造周期，降低成本。
d.易于實現(xiàn)自動化定位、夾緊，并有利于防止切削落于定位基準面上。
在本設(shè)計中加工汽車變速箱箱體兩側(cè)的孔系，以頂面的兩個定位銷孔（一面兩孔）定位限制六個自由度。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，而工件也是大批量生產(chǎn)，由于夾具在本設(shè)計中沒有考慮，因此在設(shè)計時就認為是人工夾緊。
2.3 加工方案
（1）4×Φ17，由其公差以及加工基本尺寸查《互換性與技術(shù)測量》表3-3可得精度要求IT12，表面粗糙度為Ra12.5再由《組合機床設(shè)計》可知加工孔在直徑40mm以下，精度IT10~IT11，表面粗糙度為Ra12.5，加工方法可采用鉆孔。
（2）鉆螺孔（8-M10-6H）的底孔Φ8.5
共計8個由于這幾個孔未注公差（自由公差，應(yīng)為H12級精度以下），表面粗糙度為Ra12.5;查《組合機床設(shè)計》表3-1和3-2可知其加工方法應(yīng)采用鉆孔。
2.4 箱體尺寸的確定
箱體類零件包括側(cè)蓋、后蓋、多軸箱中間箱體、前蓋、上蓋等。多軸箱寬度B高度H的大小主要與被加工零件空的位置分布有關(guān)，參照零件圖2.1，可按下式確定：
B=b+2b1 (2-1)
H=h+h1+b1 (2-2)
式中：b——工件在寬度方向上相距最遠的兩孔距離，mm；
b1——最邊緣主軸中心距箱外壁的距離，mm；
h——工件在高度方向相距最遠的兩孔距離，mm；
h1——多軸箱最低主軸中心線至箱底平面的高度（多軸箱最低主軸高度），mm；
b和h為已知尺寸。為保證多軸箱有排布齒輪的足夠空間，推薦 ： b1≥70~100mm
則B=270+200=470mm，H=211+100+109.5=420.5mm；
標準通用鉆鏜類多軸箱的厚度是一定的，通常臥式多軸箱厚度為325mm,立式多軸箱厚度為340mm。主軸箱厚度為180mm，前蓋有兩種選擇，臥式為55mm,立式為70mm。后蓋厚度有90mm和50mm兩種尺寸，通常采用90mm的后蓋。
結(jié)合所選零件，前蓋55mm,箱體厚度180mm，后蓋90mm,多軸箱厚度325mm。
結(jié)合《組合機床設(shè)計》表4-2可得，選擇箱體尺寸B=500mm,H=500mm。
2.5 切削用量的確定
注意問題：1）鉆孔要求切削速度高而每轉(zhuǎn)進給量??；
2）生產(chǎn)率要求不高的時候，就沒有必要將切削用量選的過高，以免降低刀具耐用度；
3）若能做到相鄰主軸轉(zhuǎn)速接近相等，則可使多軸箱傳動鏈簡單；
4）保證單位時間（每分鐘）進給量相等。
表2-1 用高速鋼鉆頭加工鑄鐵件的切削用量
加工直徑／mm
HB160~200
切削用量
v／(m／min)
f／(mm／r)
1~6
16~24
0.07~0.12
6~12
0.12~0.20
12~22
0.20~0.40
22~50
0.40~0.80
(節(jié)選自《組合機床設(shè)計P65表3-9》)
（1）1、2、3、4軸
1、2、3、4軸均為D=Φ17mm的高速鋼麻花鉆在硬度為HB=180~210的灰鑄鐵材料的零件上鉆孔，因此這4根軸可選擇相同的切削用量。
選擇v=24m/min, f=0.204mm/r, n=1000v/πD=24×1000/π×17≈450r/min
(2)5、6、7、8、9、10、11、12軸
5、6、7、8、9、10、11、12軸用D=Φ8.5mm的高速麻花鉆在硬度為HB=180~210的灰鑄鐵材料的零件上鉆孔，因此這8根軸可選擇相同的切削用量。
選擇v=16m/min, f=0.153mm/r, n=1000v/πD=16×1000/π×8.5≈600r/min
2.6 切削力，切削轉(zhuǎn)矩和切削功率等動力參數(shù)計算
2.6.1 切削力的計算
F=26Df0.8HB0.6 (2-3)
（1）1、2、3、4軸
F1~4=26Df0.8HB0.6=26×17×0.2040.8×2100.6=2965.19N
（2）5、6、7、8、9、10、11、12軸
F5~12=26Df0.8HB0.6=26×8.5×0.1530.8×2100.6=1017.52N
2.6.2 各軸轉(zhuǎn)矩的計算
M=10D1.9f0.8HB0.6 (2-4)
（1）1、2、3、4軸
M1~4=10D1.9f0.8HB0.6=10×171.9×0.2040.8×2100.6=15096.93N?mm
(2)5、6、7、8、9、10、11、12軸
M5~12=10D1.9f0.8HB0.6=10×8.51.9×0.1530.8×2100.6=3213.52N?mm
2.6.3 各軸切削功率的計算
切削功率P=MV9740πD (2-5)
（1）1、2、3、4軸
P1~4=MV9740πD=15096.93×249740π×17≈0.7KW
(2)5、6、7、8、9、10、11、12軸
P5~12=MV9740πD=3213.52×169740π×8.5≈0.19KW
2.6.4 各軸刀具耐用度的計算
T=(9600D0.25vf0.55HB1.3) (2-6)
HB=HBmax-13(HBmax-HBmin) (2-7)
HB=210-13210-180=200
（1）1、2、3、4軸
T=9600D0.25Vf0.55HB1.3= 9600×170.2524×0.2040.55×2001.3=984.48min=16.4h>4h
(2)5、6、7、8、9、10、11、12軸
T=9600D0.25Vf0.55HB1.3= 9600×8.50.2516×0.1530.55×2001.3=4873.24min=203h>4h
通過上面的計算，可以得知前面所確定的切削用量是合理的。
2.7 導(dǎo)向的選擇及其相關(guān)尺寸的計算
（1）導(dǎo)向類型地選擇
導(dǎo)向通常分兩類：一類是刀具導(dǎo)向部分與刀具導(dǎo)套之間既有相對移動又有相對轉(zhuǎn)動的第一類導(dǎo)向，或稱固定式導(dǎo)向。另一類是刀具導(dǎo)向部分與夾具導(dǎo)套之間只有相對移動而無相對轉(zhuǎn)動的第二類導(dǎo)向，或稱旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向。
由于本例中隔主軸導(dǎo)向的線速度均小于等于24m/min，因此均可采用固定導(dǎo)向;各軸均采用單導(dǎo)向。
（2）導(dǎo)套尺寸及其配合的確定
1、2、3、4軸導(dǎo)向部分的直徑Φ17mm,查表3-21，取D=25mm,D1=36mm,D2=35mm；
5、6、7、8、9、10、11、12軸導(dǎo)向部分的直徑Φ8.5mm，查表3-21，取D=16mm，D1=23mm，D2=22mm；
各軸導(dǎo)向的導(dǎo)套的配合查表3-22均按照如下配合選定：
刀具采用G7公差，D-H7/g6， D2-H7/n6。
（3）導(dǎo)套距離工件端面的距離
由《組合機床設(shè)計》表3-23，可得1、2、3、4軸導(dǎo)套距離工件端面的距離l2=17mm；5、6、7、8、9、10、11、12軸導(dǎo)套距離工件端面的距離l2=8.5mm。
（4）刀具刀尖到達位置
a.當鉆削通孔時，其刀尖到達的位置按照圖2.3；
圖2-3 工作進給圖
b.當切削盲孔時，其刀尖到達位置按盲孔深度確定；
本設(shè)計所需加工的孔均為通孔，因此確定如下：
1、2、3、4軸：L2=13d1~4+3~8=13×17+3~8≈9~14mm，本設(shè)計取10mm；
5、6、7、8、9、10、11、12軸:L2= 13d5~12+3~8=13×8.5+3~8≈3~9mm，本設(shè)計取7mm。
（5）主軸類型、尺寸、外伸長度、直徑和接刀桿的確定
根據(jù)前面對各主軸轉(zhuǎn)矩的計算結(jié)果，查《組合機床設(shè)計》表3-25可以初步確定各主軸的直徑，然后再根據(jù)表3-28決定主軸外伸部分尺寸（D/d,長度L）及配套的刀具連接桿莫氏錐號。因為本設(shè)計中各主軸用于單導(dǎo)向進行切削加工，因此主軸與刀具之間的連接采用接桿連接，也稱剛性連接，且接桿采用A型。
a. 1、2、3、4軸M1~4=15096.93N?mm,查《組合機床設(shè)計》表3-25可初步確定這4根主軸軸頸應(yīng)為d1=30mm根據(jù)該數(shù)據(jù)在查《組合機床設(shè)計》表3-28可確定這3根主軸的外伸直徑應(yīng)為Φ50/Φ36。由于本設(shè)計中個主軸用于刀具的剛性連接的切削加工，所以均采用長主軸，查《組合機床設(shè)計》表3-28，可知這4根主軸的伸出長度為L=115mm。再查《組合機床設(shè)計》表3-29，插入主軸部分的長度為110mm。
b. 5、6、7、8、9、10、11、12軸M5~12=3213.52N?mm,查《組合機床設(shè)計》表3-25可初步確定這4根主軸軸頸應(yīng)為d1=20mm根據(jù)該數(shù)據(jù)在查《組合機床設(shè)計》表3-28可確定這3根主軸的外伸直徑應(yīng)為Φ30/Φ20。由于本設(shè)計中個主軸用于刀具的剛性連接的切削加工，所以均采用長主軸，查《組合機床設(shè)計》表3-28，可知這4根主軸的伸出長度為L=115mm。再查《組合機床設(shè)計》表3-29，插入主軸部分的長度為110mm。
(6)動力部件的工作循環(huán)及工作行程的確定
加工時動力部件從原始位置開始運動到加工終了位置又返回到原始位置的動作過程稱為動力部件的工作循環(huán)。一般包括快速引進、工作進給、快速退回等動作。有時還有中間停止、多次往復(fù)進給、跳躍進給、死擋鐵停留等特殊要求，這是根據(jù)具體的加工工藝需要確定的。
工作行程長度的確定如下：
a.工作進給長度 L工
L工=L1+L+L2 (2-8)
切入長度L1應(yīng)根據(jù)工件端面的誤差情況在5~10mm之間選擇，誤差大時取大值。切出長度L2，在采用一般簡單刀具時已由上述計算得出。
L工=L1+L+L2=（5~10）+16+10=31~36mm
本設(shè)計取40mm
b.快速退回長度
快速退回長度等于快速引進與工件進給長度之和。快速引進是指動力部件把多軸箱連同刀具從原始位置送進到工作進給的開始位置，其長度按加工具體情況確定。通常，在采用固定式夾具的鉆、擴、鉸孔組合機床上，快速退回行程長度需保證所有刀具均退至夾具導(dǎo)套內(nèi)而不影響工件的裝卸。所以可得10+16+17+25+10=78mm。假如刀具的剛性較好，且滿足生產(chǎn)率的要求，那么，為使動力滑臺導(dǎo)軌在前長行程上均勻磨損，也可使快速退回長度加大。因此選擇長度為100mm。
根據(jù)前面確定的工作進給長度和快速退回長度，可以確定他們的快速進給行程為100-40=60mm。
c.動力部件總行程長度
動力部件總行程長度除應(yīng)保證要求的循環(huán)工作行程（快速引進+工作進給=快速退回）外，還要考慮裝卸和調(diào)整刀具方便，既考慮前、后備量。前備量是指因刀具磨損或補償制造、安裝誤差，動力部件尚可向前調(diào)節(jié)距離，通常取30~50mm，本設(shè)計取30mm。后備量是指考慮刀具從接桿或接桿連同刀具一起從主軸孔中取出所需要的軸向距離。理想情況是保證刀具退離夾具導(dǎo)套外端面的距離大于接桿插入主軸孔內(nèi)（或刀具插入連接桿內(nèi)）的長度。根據(jù)前面接桿型號的選擇已確定了接桿插入主軸孔內(nèi)的長度為110mm，為此后備量選擇應(yīng)大于110mm即可，這里選為120mm。
因此，動力部件的總行程為快速退回長度與前后備量之和，即總行程長度為100+30+110=250mm。
2.8 加工示意圖
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。在圖上應(yīng)標注的內(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、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。
2.9 本章小結(jié)
通過分析被加工零件的特點，查《組合機床設(shè)計》確定箱體的基本尺寸。以及各個軸的加工尺寸。并繪制出加工示意圖。
第三章 組合機床總體體設(shè)計
3.1 選擇動力部件
3.1.1 動力部件的選取計算
動力部件的選取主要是確定動力箱的選擇，由于組合機床各通用部件的配套以動力滑臺為基準，根據(jù)前面對各主軸的進給力和功率的計算，可以計算出左多軸箱中所有主軸所需要的總進給力和功率。
F左=F1+F2+F3+F4+F5+F6+F7+F8+F9+F10+F11+F12=4×3065.19+8×1217.52=19964.92N
P左=P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7+P8+P9+P10+P11+P12=4×0.7+8×0.19=4.32kw
P主=P切η （3-1）
式中：P切——個主軸切削功率總和；
η——組合機床多軸箱傳動效率。
加工黑色金屬時，取η=0.8~0.9；加工有色金屬時，取η=0.7~0.8。當多軸箱數(shù)多，傳動較復(fù)雜時取小值，反之取大值。
考慮效率問題，選取的動力箱功率P左D=P左η=5.4kw, (η=0.8)
查《組合機床設(shè)計》表2-14可選擇1TD40Ⅰ或更大的動力箱；由《組合機床設(shè)計簡明手冊》P47頁的必須注意事項可得：當某一規(guī)格的動力部件的功率或進給力不能滿足要求，但又相差不大時，不要輕易選擇大一規(guī)格的動力部件，而應(yīng)不影響加工精度和效率的前提，適當降低關(guān)鍵性刀具的切削用量或?qū)⒌毒咤e開順序加工，以降低功率和進給力。保證機床加工過程中進給的穩(wěn)定性，選擇動力部件還應(yīng)考慮各刀具的合力作用點應(yīng)在多軸箱與動力箱的結(jié)合面內(nèi)，并盡可能縮小合力作用線與滑臺或絲杠垂直中心面之間的距離，以減少顛覆力矩。由于所選擇的動力箱應(yīng)與液壓滑臺配套，而根據(jù)總進給力查表2-6，液壓滑臺應(yīng)選擇1HY40型，再根據(jù)《組合機床設(shè)計》表2-4可知，應(yīng)選擇1TD40Ⅰ的動力箱和1HY40的液壓滑臺。
3.1.2 選取的動力部件的主要尺寸及性能
選取的動力部件的主要尺寸及性能可查表，結(jié)果如下：
a.查《組合機床設(shè)計》附表1可得：液壓動力滑臺1HY40Ⅰ臺面寬B=400mm,臺面長L2=800mm，行程長L=400mm，導(dǎo)軌為鑄鐵材料，滑臺及滑座總高H1=320mm，滑座長L1=1240mm;查《組合機床設(shè)計》表2-6可知其允許的快速行程速度為8m/min，工進速度12.5~500mm/min。
b.查《組合機床設(shè)計》表2-14可知，動力箱1TD40Ⅰ電動機為Y132S-4型，功率為5.5kW,動力箱輸出轉(zhuǎn)速n=720r/min；查《組合機床設(shè)計》附表6可得：動力箱與動力滑臺結(jié)合面尺寸：長L1=500mm,寬B2=400mm；動力箱與多軸箱結(jié)合面尺寸：寬B1=400mm，H1=320(319.5)mm，動力箱輸出軸距動力箱底面高度為K+30=129.5+30=159.5mm。
c.查《組合機床設(shè)計》表2-4可知:配套側(cè)底座為1CC401；查附表27可得，其高度H=560mm，寬度B1=600mm，L=1350mm。
3.2 機床聯(lián)系尺寸圖
通常在已畫出被加工零件工序圖、加工示意圖。并初選定了動力部件及與其配套的通用部件之后，繪制聯(lián)系尺寸圖。對于機床的某些重要尺寸也應(yīng)在畫聯(lián)系尺寸圖之前的方案階段初步確定，如機床的裝料高度H，多軸箱輪廓尺寸等。
3.2.1 機床裝料高度
裝料高度一般是指工件安裝基準面至地面的垂直距離。過去我國設(shè)計組合機床一般取裝料高度H4=850mm。根據(jù)我國具體情況，對于一般立式機床及臥式組合機床、流水線和自動線，一般在H4=850~1060mm之間選取，推薦采用1060mm；
對于鼓輪式組合機床，由于結(jié)構(gòu)關(guān)系一般取H4=1200~1300mm，此時需要腳踏墊板，以便操作者裝卸工件和操縱調(diào)整機床、刀具方便；對一些中小型零件的自動線，應(yīng)考慮自動排屑裝置的安排，特別是隨行家具從機床下方返回的自動線設(shè)計，機床裝料高度一般應(yīng)提高到1000mm左右。
H4=H1+H5+H2+H3+0.5+h1-hmin (3-2)
式中:H4——裝料高度，可取850~1060mm,推薦取1060mm；
h1——多軸箱最低主軸中心線至箱底平面的高度（多軸箱最低主軸高度），對于臥式機床h1的尺寸還需要受箱體內(nèi)油面高度的限制。如果h1太小，即主軸接近箱體底面，箱內(nèi)的潤滑油將主軸漏出；若h1取得太大時，主軸偏在多軸箱的上部位置，使整個機床的總體布置很不勻稱，同時使滑臺的受力情況不好。因此，h1與主軸外伸部分內(nèi)、外圓直徑大小有關(guān)。它的尺寸應(yīng)取得與下表所列數(shù)值相近（參考值）實際設(shè)計時根據(jù)具體情況可以進行調(diào)整。
表3-1 最低主軸伸出高度
主軸外伸部分尺寸
22/14
30/20
38/26
50/36
65/44
80/60
h1
85
90
90
105
110
120
本設(shè)計中最低主軸外伸部分內(nèi)外圓直徑為Φ50/Φ36取h1=109.5mm。 H2+H3——滑臺與滑座總高320mm；
H5——調(diào)整墊的厚度一般為5mm；
0.5——多軸箱體底平面至滑臺體上平面間隙，0.5mm；
hmin——工件上最低孔到工件安裝基面的垂直距離32mm（工件最低孔位置）； H4=560+5+320+0.5+109.5-32=962mm。滿足推薦值850mm~1060mm的取值范圍。故設(shè)計合理。
3.2.2 中間底座輪廓尺寸
中間底座輪廓尺寸要滿足夾具在其上面連接安裝的需求。其長度方向尺寸要根據(jù)所選動力部件（滑臺和滑座）及其配套部件（側(cè)底座）的位置關(guān)系，照顧各部件聯(lián)系尺寸的合理性來確定。非常重要的是，一定要保證加工終了位置時，工件端面至多軸箱前面的距離不小于加工示意圖上要求的距離（本設(shè)計左367mm,右同）。同時，要考慮動力部件處于加工終了位置時，多軸向與夾具外輪廓剪應(yīng)有便于機床調(diào)整、修理的距離。
L=(2L1左+2L2+L3)-2(l1+l2+l3) (3-4)
式中:L1——加工終了位置，多軸箱端面至工件端面間的距離，本設(shè)計 L1左=342mm；
L2——多軸箱的厚度，本設(shè)計為325mm；
L3——延機床長度方向工件加工尺寸375mm；
l1——機床長度方向上，多軸箱與動力滑臺重合長度，因為安裝動力箱 其后端面應(yīng)與滑鞍的后端對齊，因此該尺寸應(yīng)為滑鞍長度（附表1中的L2）與動力箱底安裝面長度（附表6中的L1）之差，本設(shè)計l1=800-500=300mm。
l2——加工終了位置，滑臺前端面至滑座前端面的距離80mm。(l2取值的最大范圍為75~85mm。
l3——滑臺前端面至側(cè)底座前端面的距離本設(shè)計取115mm。
則：
L=(2L1左++2L2+L3)-2l1+l2+l3=719mm
根據(jù)L=719mm，又根據(jù)被加工零件的寬度375mm，以及其他聯(lián)系尺寸選定中間底座寬度為500mm，長L=720mm。
通過以上的數(shù)據(jù)計算以及選取的專用部件可以初步確定機床中各個專用部件的的尺寸，通過各個尺寸我們可以完成組合機床的聯(lián)系尺寸圖。
3.3 生產(chǎn)率計算卡
3.3.1 生產(chǎn)率計算卡的作用
組合機床生產(chǎn)率計算卡是表示機床每小時生產(chǎn)率與負荷率的表格。它是根據(jù)加工示意圖所確定的工作循環(huán)、工作行程、切削用量、動力部件的快速及工進速度等編制出來的，用以反應(yīng)機床的加工過程、完成每一動作所需的時間、切削用量、機床生產(chǎn)率及機床負荷率等。同時反應(yīng)所設(shè)計組合機床的自動化程度。通過生產(chǎn)率計算卡的編制可以分析所制定的機床方案是否滿足生產(chǎn)要求及使用是否合理。
3.3.2 單件加工時間
單件加工時間是指所設(shè)計機床加工一個工件的加工工時。它是以工件在機床上進行本工序所占機動時間和輔助時間最長的動力部件作為計算基礎(chǔ)。有些比較特殊的動力部件的機動循環(huán)時間顯然很短，但由于他開始的早或結(jié)束的晚，因此，有需要考慮它早開始或晚結(jié)束的一段時間。單件時間可按下式確定：
T單=t切+t輔=L1vf1+L2vf2+t停+（L快進vfs+L快退vfs+t移+t裝卸） （3-5）
式中：L1，L2——刀具第一、第二工作進給行程長度，mm;
vf1，vf2——刀具第一、第二工作進給量，mm/min；
t?！敿庸こ量?、止口、倒角、光整表面時。動力滑臺在死擋鐵上的停留時間，通常指刀具在加工終了時無盡給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)5~10r所需時間，min；
L快進,L快退——動力部件快進、快退行程長度，mm；
vfs——動力部件快速行程速度。用機械動力部件時，取5~6m/min；用液壓動力部件時，取3~10m/min；
t移——直線移動或回轉(zhuǎn)工作臺進行一次工位轉(zhuǎn)換的時間，一般可取0.1min；
t裝卸——工件裝卸（包括定位、夾壓及清除鐵屑等）時間，它取決于工件重量大小、裝卸是否方便及工人熟練程度。根據(jù)各類組合機床統(tǒng)計，一般取0.5~1.5min。
3.3.3 機床生產(chǎn)率與負荷率
（1）實際生產(chǎn)率、理想生產(chǎn)率和負荷率的關(guān)系
假設(shè)組合機床實際可能生產(chǎn)率為Q1，由于組合機床工作過程中偶然事故以及操作人員的自然需要等還需要一些時間，因此，機床實際生產(chǎn)率Q1應(yīng)低于機床理想生產(chǎn)率Q，及
Q1=η負Q （3-6）
式中：η負——組合機床負荷率，一般為75%~90%；機床越復(fù)雜時它的負荷率就越底。
（2）理想生產(chǎn)率Q
理想生產(chǎn)率Q是指所設(shè)計機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。即：
Q=60T單 （3-7）
（3）實際生產(chǎn)率Q1
實際生產(chǎn)率Q1 是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)A（包括備品及廢品率在內(nèi)）所要求的生產(chǎn)率。它與全年工時總數(shù)K有關(guān)，一般情況下，單班制生產(chǎn)K=2350h，兩班制生產(chǎn)K取4600h,即：
Q1=AK （3-8）
如果計算出機床實際生產(chǎn)率不能滿足理想生產(chǎn)率要求，即Q
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