多工位小型組合機(jī)床
多工位小型組合機(jī)床,多工位,小型,組合,機(jī)床
河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 組合機(jī)床整體設(shè)計(jì)
摘 要
21世紀(jì)的鐘聲剛剛響過(guò)，和平與發(fā)展是當(dāng)今時(shí)間發(fā)展的主體，但霸權(quán)主義和強(qiáng)權(quán)政治仍然存在。國(guó)與國(guó)之間的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)與國(guó)之間綜合國(guó)力的競(jìng)爭(zhēng)主要體現(xiàn)在了科學(xué)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。組合機(jī)床的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用水平是一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)水平的重大體現(xiàn)。因此，近年來(lái)組合機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造水平在我國(guó)得到了飛速的發(fā)展，組合機(jī)床的應(yīng)用在我國(guó)得到的廣泛的提高。
這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)論文主要闡述了多工位孔加工小型組合機(jī)床的設(shè)計(jì)方法。這種組合機(jī)床是龐大機(jī)床家族中的一種特殊形式。該機(jī)床的設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年來(lái)我們所學(xué)各理論知識(shí)的應(yīng)用和深化，也是對(duì)我們大學(xué)四年來(lái)所學(xué)知識(shí)的檢驗(yàn)。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)可以為我們即將畢業(yè)參加工作提供豐富的實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)。
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我主要負(fù)責(zé)機(jī)床整體部分的設(shè)計(jì)，另外還包括立柱的設(shè)計(jì)
滑臺(tái)的設(shè)計(jì)、滑鞍的設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在該畢業(yè)論文中，首先，我介紹了設(shè)計(jì)機(jī)床的目的——機(jī)床加工工件的加工工藝和技術(shù)要求。其次，闡述了設(shè)計(jì)機(jī)床所需注意的技術(shù)要求，機(jī)床的聯(lián)系尺寸和整體樣式。隨后又詳細(xì)地說(shuō)明了機(jī)床立柱、滑臺(tái)和滑鞍設(shè)計(jì)的具體過(guò)程。最后，進(jìn)一步闡述了機(jī)床冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)。
近年來(lái)，雖然我國(guó)機(jī)床設(shè)計(jì)及制造技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。但與國(guó)外相比，在技術(shù)上仍然存在較大的差距，尤其是在數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在組合機(jī)床上的應(yīng)用方面。因此，要想確保我國(guó)科學(xué)技術(shù)的先進(jìn)性和綜合國(guó)力不斷增強(qiáng)，就必須加快機(jī)床設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，尤其加快先進(jìn)科學(xué)技術(shù)在機(jī)床設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的應(yīng)用。
Abstract
21 centuries of bell just led loudly , the peace and developments are the corpuses of time development nowadays, but the hegemonism and power politicses still exist .The competition between state-to-state is more vigorous, along with the technical fast fierce development of knowledge-based economy and sciences, a competition that synthesizes the national strength main body now technical competition of science .Combine the design, manufacturing and the application levels of the tool machine are a national science techniques levels of important body now .Therefore , combined the design and the manufacturing levels of the tool machine to get the development fly soon in the our country in recent years, the application of the combination tool machine at extensive exaltation that our country get.
This graduation design thesis mainly elaborated that a bore of many works processes the design method of the small scaled combination tool machine .This kind of combination tool machine is a kind of special form within huge tool machine household .The design of that tool machine is to four in the last yearses of university each theories knowledge that we learn of application and turn deeply, also is to our knowledge that four in the last yearses of university learn of examination .This graduation design can soon graduate to attend the work to provide abundant fulfillment operation experience for us.
In this graduation design, I mainly be responsible for the tool machine design of the whole part, still including the design of sign the pillar moreover
The design of the design, cooling system and lubricate system of the design, slippery saddle of the slippery pedestal .In that graduation thesis, first, I introduced the purpose- tool machine of the design tool machine to process the work piece to process the craft and technique requests .The next in order, elaborated the advertent technique request that the design tool machine need, the contact size and whole styles of the tool machine .Explained that the tool machine signs the pillar in detail again later on, slippery pedestal and slippery concrete process that saddle design .End , further elaborated the tool machine cooling system and lubricate the system.
In recent years, although the our country tool machine design and the manufacturing techniques contain substantial development .But compared with the abroad, still exist the bigger margin on the technique, particularly is at count to control the technique and the calculator techniques at combine applied aspect on the tool machine .Therefore , to want to insure the our country forerunner that science is technical and comprehensive national strengths to strengthen continuously, must speed the technical development of the tool machine design, speed the advanced science technique to design and make the technical application in the tool machine particularly.
前 言……………………………………………………6
第一章機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)的依據(jù)…………… ………8
1 .1概述 …………………………………………………8
1 .2 設(shè)計(jì)工件 … ……………………………………..…. ..9
1 .3 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù) ………………………………11
第二章工件的加工工藝分析………………………………………13
2.1 工藝方法對(duì)鉆床結(jié)構(gòu)和性能的影響………………………13
2.2工件夾具設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)床加工精度的影響 ……………15
2.3 鉆床的運(yùn)動(dòng) ……………………………………24
2.4繪制加工示意圖 ………………………………………………27
第三章 機(jī)床的總體布局……………………………28
3 .1總體布局 ……………………………………………………………28
3 .2 運(yùn)動(dòng)的分配 ……………………………………29
3 .3提高加工精度………………………………………………………30
3.4縮小機(jī)床占地面積 ………………………………………………30
3.5機(jī)床的傳動(dòng)形式……………………………………………………30
3.6 機(jī)床的支承形式 …………………………………………………31
3.7 立柱的設(shè)計(jì) ………………………………………………………35
3.8機(jī)床導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)……………………………………………………41
3.9動(dòng)力部件的驅(qū)動(dòng)部分——?jiǎng)恿_(tái)………………………43
3 .10 工作臺(tái)的設(shè)計(jì)……………………………………………………47
第四章導(dǎo)軌的潤(rùn)滑………………………………………………………49
結(jié)束語(yǔ) …………………………………………………………………………51致謝………………………………………………………………………………52
參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………53
前 言
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的一次總的檢驗(yàn)和鞏固，是一次很好的理論聯(lián)系實(shí)際的鍛煉，相比以前的幾次課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的涉及面更加廣泛，是知識(shí)與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。做好本次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和積累豐富的經(jīng)驗(yàn)，因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)具有很重要的意義。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)用于減振器活塞支承座上活塞孔的加工組合機(jī)床.。因此《畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)》對(duì)活塞孔的加工組合機(jī)床做了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與介紹。活塞孔的加工組合機(jī)床主要部分是主軸箱、工件夾具和工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，它在機(jī)床加工過(guò)程中起著關(guān)鍵部位和有著非常重要的作用，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。設(shè)計(jì)活塞孔的加工組合機(jī)床計(jì)時(shí)，在保證得到所要求孔在加工的同時(shí)，其安全性、精確性和機(jī)床的效率也是至為重要。在這次設(shè)計(jì)中，我查閱了大量的參考資料，在畢業(yè)實(shí)習(xí)中對(duì)多家工廠進(jìn)行了參觀學(xué)習(xí)，并請(qǐng)教老師和現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)工人，積累了一些雙面活塞孔的加工組合機(jī)床設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，并在此基礎(chǔ)上盡量做到優(yōu)化設(shè)計(jì)。
組合機(jī)床的設(shè)計(jì),目前基本上有兩種情況：其一,根據(jù)具體加工對(duì)象的具體情況進(jìn)行專門設(shè)計(jì),這是當(dāng)前最普遍的一種,其二,隨著組合機(jī)床在我國(guó)機(jī)械行業(yè)的廣泛應(yīng)用,一些工人根據(jù)自己生產(chǎn)和使用組合機(jī)床的經(jīng)驗(yàn),發(fā)明了具有通用部件的組合機(jī)床,叫做“專能組合機(jī)床”。這次的雙面活塞孔的加工組合機(jī)床就是屬于前一種。
畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本要求是：
㈠ 工件設(shè)計(jì)要求
1 對(duì)減振器活塞支撐座的孔粗加工
3 減振器活塞支撐座表面均勻分布8個(gè)大孔直徑3mm 均勻分布8個(gè)小孔直徑2.5mm。
4 加工工件材料：一級(jí)鑄鐵及易切削鋼。
5 批量條件：大批量生產(chǎn)。
6 制造條件：一般制造條件，中型工廠生產(chǎn)。
㈡ 設(shè)計(jì)內(nèi)容
1 設(shè)計(jì)方案的選擇與計(jì)算。
2 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，成套圖紙及說(shuō)明書(shū)。
㈢設(shè)計(jì)關(guān)鍵
1 選擇合適的加工工藝方法、主軸及主軸箱、合適的夾具和工作臺(tái)的液壓轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。
2 設(shè)計(jì)適合中型工廠生產(chǎn)的零部件。
3 必須保證產(chǎn)品的精度和經(jīng)濟(jì)性。
第一章機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)的依據(jù)
1.1 概述：
設(shè)計(jì)機(jī)床的第一步，是確定總體方案。即在調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上，提出所設(shè)計(jì)機(jī)床的工藝方法、運(yùn)動(dòng)和布局、傳動(dòng)和控制、結(jié)構(gòu)和性能等的初步方案。
總體方案是部件和零件的設(shè)計(jì)依據(jù)，對(duì)整個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)的影響較大。因此，在擬定總體方案的過(guò)程中，必須綜合地考慮，使所定方案技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效果好。確定機(jī)床的總體方案，包括下列內(nèi)容：
（1）調(diào)查研究 包括調(diào)查和分析工件、了解使用要求和制造條件、調(diào)查研究現(xiàn)有同類型機(jī)床等。
（2）工藝分析 包括確定機(jī)床上的工藝方法、運(yùn)動(dòng)等。
（3）機(jī)床總體布局 一般包括：工件加工方式、分配運(yùn)動(dòng)、選擇傳動(dòng)形式和支承形式、安排手柄等操作件的位置、擬定從布局上改善機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的措施等。最后，繪制機(jī)床的總聯(lián)系尺寸圖，以表達(dá)所采用的總體布局，規(guī)定聯(lián)系尺寸，并確定主要技術(shù)參數(shù)。
（4）參考同類機(jī)床設(shè)計(jì)：如下
H5-3型立式鉆床，Z5125型立式鉆床，Z540-S型立式鉆床。
另外，當(dāng)機(jī)床的傳動(dòng)和控制較復(fù)雜時(shí)，須擬定機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的草圖。對(duì)于不同類型的機(jī)床，擬定總體方案的側(cè)重點(diǎn)也是不同的。通用機(jī)床的工藝比較定型，一般是側(cè)重于機(jī)床的系列化工作、對(duì)現(xiàn)有同類型機(jī)床的調(diào)查分析以及新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的機(jī)床以雙面10工位16軸的小型組合機(jī)床為基型，為提高其生產(chǎn)效率，以及為了利用液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)采用了液壓傳動(dòng)的方式驅(qū)動(dòng)。
1.2 工件
設(shè)計(jì)組合機(jī)床總體方案的主要依據(jù)包括：工件類型、同類型機(jī)床、有關(guān)的科研成果、使用要求以及生產(chǎn)條件和工廠加工技術(shù)設(shè)備情況等。
工件是機(jī)床的工作對(duì)象，是機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。因此，必須明確工件的特點(diǎn)和加工要求，如：被加工孔的尺寸精度、加工表面各個(gè)孔之間的相互位置精度、孔的加工深度等。
選擇典型工件進(jìn)行分析: （見(jiàn)圖1－1）
圖1－1 減振器活塞支承座工件
在一圓盤(pán)上鉆大孔Φ3mm,內(nèi)孔中Φ3mm的表面粗糙度為Ra=3.2μm, 圓盤(pán)上鉆小孔Φ2.5mm,表面粗糙度也為Ra=3.2μm，大小孔的加工深度均為10mm，圓盤(pán)總厚度22mm。大小孔的內(nèi)表面粗糙度要求不高，所以不在加工設(shè)計(jì)要求范圍，正常情況都可以達(dá)到。
零件材料為45號(hào)鋼，考慮到零件的用途及在工作中受力不很大的情況，我們可以利用鑄件（砂型鑄造），然后再利用調(diào)質(zhì)、熱處理過(guò)程，以達(dá)到零件的技術(shù)要求：HRC35—40。
① 此生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，應(yīng)盡量提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。此加工工件的重量較輕，可采用手動(dòng)裝卸。
②由于此工件要求的加工精度不高，故采用一次成型加工，不需經(jīng)過(guò)鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔等過(guò)程。
1.2.1 使用要求
將所設(shè)計(jì)立式雙面10工位16軸的小型組合機(jī)床列入自動(dòng)線或流水線內(nèi)時(shí)，須與線內(nèi)其他的機(jī)床有相同的節(jié)拍（工作循環(huán)時(shí)間）和裝料高度，并盡可能采用統(tǒng)一的夾具和輸送裝置，以便于自動(dòng)輸送和裝卸工件。
1.2.2 制造條件
了解制造條件和技術(shù)水平：
如：工件的鑄造過(guò)程
工件的熱加工條件
工件的機(jī)械加工條件
工件的裝配條件
工件的材料及外協(xié)情況
在擬定組合機(jī)床床身整體結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，要隨時(shí)考慮到制造的可能性和經(jīng)濟(jì)合理性，使設(shè)計(jì)方案落到實(shí)處，使所設(shè)計(jì)鉆床好用、好造、好修。對(duì)生產(chǎn)批量大，生產(chǎn)率要求高時(shí)，機(jī)床布局應(yīng)有下特點(diǎn)：機(jī)床的主軸和工作臺(tái)的設(shè)計(jì)更有利于工件的裝卸和加工。
1.3 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在普通組合鉆床的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一臺(tái)加工減振器活塞支承座的立式10工位16軸的小型組合機(jī)床。主要是為了提高加工該工件的效率，使加工更專門化、分工更精細(xì)、勞動(dòng)效率更高。
什么是組合機(jī)床？組合機(jī)床是用按系列化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)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(jì)的專門部件組成的專用機(jī)床。組合機(jī)床根據(jù)加工零件的不同，可以分為專用機(jī)床和通用機(jī)床兩大類。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是用來(lái)專門加工減振器活塞支承座的專用多工位加工組合機(jī)床。由于加工工件尺寸比較小，一次加工使多個(gè)軸承之間間隔較小，易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，不利于提高工件的質(zhì)量和壽命，故采用多工位加工，由于需加工8個(gè)大孔和8個(gè)小孔，所以采用了10工位16軸的小型孔加工組合機(jī)床，其中每個(gè)工位加工兩個(gè)大孔或兩個(gè)小孔。中間還有一個(gè)裝卸工位和一個(gè)空工位。
在這種機(jī)床的加工作用下，各個(gè)動(dòng)力頭每向下工加工一次后，工作臺(tái)就在液壓傳動(dòng)作用下旋轉(zhuǎn)36°，使各個(gè)加工工件移動(dòng)到下一個(gè)加工工位的位置，進(jìn)行下一步的加工，如此不間斷的進(jìn)行加工，有利于提高生產(chǎn)效率，節(jié)省各個(gè)工件裝卸時(shí)間，縮短工件的加工工時(shí)。
另外：由于本次設(shè)計(jì)加工的工件要求加工孔的加工精度不高，故機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中只要設(shè)計(jì)了各個(gè)孔的定位精度，而對(duì)各個(gè)孔的加工采用了一次鉆成型加工。
所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要在傳統(tǒng)立式鉆床的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一臺(tái)專用式立式鉆床，以便提高加工精度和工件生產(chǎn)率。
第二章 工件的加工工藝分析
2.1 工藝方法對(duì)鉆床結(jié)構(gòu)和性能的影響
機(jī)床上的工藝方法是多種多樣的。按工種可分為車、銑、刨、鉆、鏜、磨、研磨、電加工、超聲波加工以及激光加工等；每一工種還可細(xì)分，如鉆加工工藝有鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、锪孔、攻螺紋等加工；按加工精度和表面光潔度可分為粗加工、半精加工、精加工、提高光潔度加工等；按工序集中程度可分為單刀、多刀、單工件、多工件、單工位、多工位等；按作業(yè)形式可分為平行作業(yè)、順序作業(yè)、平行及順序作業(yè)等；按刀具結(jié)構(gòu)可分為簡(jiǎn)單刀具、復(fù)合刀具等。
由于工藝方法的多樣性，加工同一工件可以有多種不同的工藝方法。而且工件的加工還分一定的工序，如本次加工的減振器活塞支承座工件，就先后經(jīng)歷了：
毛坯鑄造——調(diào)質(zhì)處理——熱處理——各個(gè)面粗加工——表面精加工——活塞孔的加工過(guò)程。
①其中的毛坯鑄造采用45號(hào)鋼鑄造加工是由于考慮到零件的用途及在工作中受力不是很大的情況，鑄造后利用調(diào)質(zhì)、熱處理過(guò)程，就可以達(dá)到零件的技術(shù)要求。
②調(diào)質(zhì)處理和熱處理是為了增加工件的強(qiáng)度和韌性，提高工件的加工工藝和應(yīng)用質(zhì)量。
③各個(gè)表面的粗加工和精加工是工件表面尺寸的精確化，是工件成型加工，它的加工有利于下一步工序孔加工的進(jìn)行。
④工件的孔加工的最后一道加工工序，也是成型工序，也是最重要的一道工序。
根據(jù)工件的加工要求（前面已經(jīng)講過(guò)了），所設(shè)計(jì)的機(jī)床采用了10工位16軸的加工工藝，如下圖所示的工件加工編號(hào)圖和左右動(dòng)力頭工作循環(huán)圖：
圖2-1 工件加工編號(hào)
圖2-2 左右動(dòng)力頭工作循環(huán)
其中工作臺(tái)回轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颉?
由以上兩圖可以看出：機(jī)床共有8加工工位II、III、IV、V、VII、VIII、IX、X，一個(gè)裝卸工位I和一個(gè)空工位VI，機(jī)床配有兩個(gè)立式動(dòng)力頭，每個(gè)動(dòng)力頭都裝有跨4個(gè)工位的主軸箱。每個(gè)工件都要經(jīng)過(guò)8個(gè)加工工位才能完成全部空的加工，這樣是為了避免該加工零件的尺寸過(guò)小，孔與孔之間的間距過(guò)小的限制。
2.2工件夾具設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)床加工精度的影響
鉆床夾具在結(jié)構(gòu)上主要是有下列全部或部分元件和部件組成：定位元件、夾緊元件、導(dǎo)向裝置——鉆套及其鉆模板，輔助裝置（如分度轉(zhuǎn)臺(tái)）、夾具體。
2.2.1 鉆床通用夾具：
特點(diǎn)：ⅰ通用程度高，適應(yīng)性強(qiáng)，一般無(wú)需調(diào)整或稍加調(diào)整（包括稍作補(bǔ)充加工和配換少數(shù)零、部件），就可加工不同工件，故可減少專用夾具的品種；
ⅱ結(jié)構(gòu)、尺寸已典型化、規(guī)格化，可預(yù)先生產(chǎn)出成品或半成品以供選用，故選用此夾具能縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。
鉆床通用夾具適用于多品種、中小批量生產(chǎn)，也適用于單一品種的大量生產(chǎn)。
2.2.2該機(jī)床所選取得夾具
該工件的位置加工精度是小于0.15mm和大于—0.15mm，由此可見(jiàn)位置加工精度要求也不是太高，只用專門設(shè)計(jì)一個(gè)工件夾具，就可以很容易的達(dá)到要求。
（1） 夾具設(shè)計(jì)方案的初步設(shè)定：如下圖
圖2-3 工件定位
圖2-4 工件定位
從以上設(shè)計(jì)可以看出，工件定位圖2-3的設(shè)計(jì)是結(jié)合工件機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)采用一面一孔的定位方案來(lái)限制工件的5個(gè)自由度。同時(shí)，為了確保夾具和孔的配合以及便于工件的裝卸，決定采用碟形彈簧片來(lái)夾緊心軸（如：工件定位圖2-4所示）
（2）夾具具體方案設(shè)計(jì)
在組合機(jī)床上加工時(shí)，工件依靠夾具上的定位支撐系統(tǒng)，獲得刀具及其導(dǎo)向的正確相對(duì)位置，還要依靠夾具上的加緊機(jī)構(gòu)，來(lái)消除工件因受切削力和工件自重的作用而產(chǎn)生的位移或震動(dòng)，使工件在加工過(guò)程中能繼續(xù)保持定位所得到的正確位置。
加緊機(jī)構(gòu)通常由三個(gè)部分組成：加緊動(dòng)力部分、中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和加緊元件。這三部分起著不同的作用：加緊力部分用于產(chǎn)生力源，并將作用力傳給中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠改變作用力的方向和大小，即作為增力機(jī)構(gòu)，同時(shí)能產(chǎn)生自鎖作用，以保證在加工過(guò)程中，當(dāng)力源消失時(shí)，工件在切削力或震動(dòng)作用下仍能可靠加緊；加緊元件則用以承受由中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞的加緊力，并與工件直接接觸而執(zhí)行加緊動(dòng)作。
但是，并非全部加緊機(jī)構(gòu)都具備上述三部分，有時(shí)可能缺少其中的某一部分，例如手動(dòng)機(jī)構(gòu)往往就很簡(jiǎn)單。
組合機(jī)床夾具的加緊機(jī)構(gòu)，就其加緊特性而言，可以分為直接加緊機(jī)構(gòu)和自鎖加緊機(jī)構(gòu)兩大類。如果按加緊動(dòng)力的來(lái)源區(qū)分，可以分為手動(dòng)加緊機(jī)構(gòu)和自動(dòng)加緊機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)加緊中，又有氣動(dòng)加緊、液壓加緊、自動(dòng)扳手加緊和彈簧加緊等機(jī)構(gòu)。
設(shè)計(jì)夾具機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)滿足的要求如下：
1 保證加工精度 加緊機(jī)構(gòu)應(yīng)能保證工件可靠地接觸相應(yīng)的定位基面，加緊后不破壞工件的正確位置。加緊后工件在加工削過(guò)程中，不應(yīng)由于切削力的作用而產(chǎn)生位移和晃動(dòng)。為此，必須保證加緊機(jī)構(gòu)能產(chǎn)生足夠的加緊力，同時(shí)還要求具有較高的剛性。由于組合機(jī)床通常都是多面多刀同時(shí)加工的，夾具往往在較大的切削力作用下工作，提高加緊機(jī)構(gòu)的剛性，是十分重要的。加緊工件時(shí)，不應(yīng)破壞工件的以加工表面，也不應(yīng)引起工件過(guò)大的變形，加緊機(jī)構(gòu)應(yīng)力求使工件加緊穩(wěn)定和變形較小，為此，應(yīng)當(dāng)正確的選擇加緊部位和設(shè)置輔助支撐等。
2 保證生產(chǎn)率 加緊機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)化程度，加緊動(dòng)作要力求迅速。
3 保證工作可靠 具有自鎖功能 ， 加緊機(jī)構(gòu)除了應(yīng)當(dāng)能產(chǎn)生足夠的加緊力外，通常還要求具有自鎖性能，以保證它的工作可靠性。
4 結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單 在保證加工精度、滿足生產(chǎn)率要求和工作可靠性的原則下，加緊力應(yīng)越小越好，這樣可以避免使用龐大而復(fù)雜的加緊機(jī)構(gòu)和減小加壓變形。
5 操作方便，使用安全 由于組合機(jī)床生產(chǎn)率高，操作比較頻繁，因此加緊機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)操作方便省力，采用手動(dòng)加緊機(jī)構(gòu)時(shí)操作力通常不應(yīng)超過(guò)8~10公斤。
鑒于以上設(shè)計(jì)加緊機(jī)構(gòu)的要求，考慮到所夾工件太小，不適合自動(dòng)加緊，因此采用手動(dòng)加緊的方式。
（3）夾具體方案設(shè)計(jì)
夾具體時(shí)夾具的基礎(chǔ)件，它既要包夾具的各種元件、機(jī)構(gòu)、裝置連接成一個(gè)整體，而且，還要考慮工件裝卸方便以及夾具與機(jī)床的連接方式。因此，夾具體的形狀和尺寸，主要取決于夾具各組成件的分布位置，工件的外形輪廓尺寸以及加工的條件等。在設(shè)計(jì)夾具時(shí)應(yīng)滿足以下一些基本要求：
① 應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度。加工工件時(shí)，為了防止在切削力、夾緊力等外力的作用下，夾具產(chǎn)生不允許的變形和振動(dòng)，夾具體應(yīng)具有足夠的壁厚，剛性不足處可適當(dāng)增加加強(qiáng)筋。
② 力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕。夾具體的外形一般尺寸較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且各表面間的相互位置精度要求高，應(yīng)特別注意其結(jié)構(gòu)工藝性。
③ 應(yīng)便于排除切屑。加工過(guò)程中為了防止切屑聚積，影響工件的正確定位和夾具的正常操作，因才在設(shè)計(jì)夾具體時(shí)應(yīng)考慮切屑的排除問(wèn)題。
④ 在機(jī)床上的安裝應(yīng)穩(wěn)定可靠。對(duì)于固定在機(jī)床上的夾具，應(yīng)該使重心盡量低；對(duì)于不固定在機(jī)床上的夾具，則重心和切削力作用點(diǎn)應(yīng)落在夾具體的作用范圍之內(nèi)，重心越高夾具支承面積越大。為了使夾具安裝穩(wěn)定可靠，夾具體底面中部通常挖空。對(duì)于翻轉(zhuǎn)或移動(dòng)式夾具體，應(yīng)在夾具體上設(shè)置手柄或手扶部件，以便于操作。對(duì)于大型夾具，在夾具體上應(yīng)設(shè)置吊環(huán)螺栓或者起重孔，以便于吊運(yùn)。
⑤ 應(yīng)具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和經(jīng)濟(jì)性。夾具體上有三個(gè)重要的表面，直接影響夾具的裝配精度，即夾具體底面，固定定位元件和引導(dǎo)裝置的表面，以及夾具安裝時(shí)的校正基面。在加工這些表面時(shí)，通常是以?shī)A具底面作為定位基準(zhǔn)，因此在考慮夾具體的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)便于達(dá)到這些表面的加工要求。在夾具體上供安裝各種元件的表面，一般應(yīng)鑄出3～5mm的凸臺(tái)，以便于減少加工面積。
綜合以上考慮和分析，結(jié)合鉆孔的要求，具體夾具設(shè)計(jì)如下所示：
` 由夾具草圖分析，要使工件易于裝卸工件和夾具的定位部分應(yīng)當(dāng)采用間隙配合的原則，當(dāng)卸工件時(shí)只要將旋轉(zhuǎn)螺母便可減少碟形彈簧片的變形，從而撤銷對(duì)工件的定位，就可以很容易的將工件取下，當(dāng)裝工件時(shí)由于工件和定位系統(tǒng)采用的是間隙配合，很容易將工件裝到夾具上，這是旋轉(zhuǎn)螺母使壓緊套壓緊碟形彈簧片，使彈簧片徑向脹開(kāi)從而將工件定心并加緊。
（4）夾具的具體設(shè)計(jì)步驟：
通過(guò)對(duì)工件的具體分析和夾具加緊的要求，工件在加工時(shí)要承受刀具旋轉(zhuǎn)所帶來(lái)的扭矩的作用，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加緊，必須施加一定的軸向力的作用，通過(guò)以上的分析可知，工件所受到的扭矩的大小為M=594.4N·mm,為了傳遞這樣大的扭矩，根據(jù)碟形彈簧片的計(jì)算公式得需要施加的軸向力Q為：
式中 M——所需傳遞的轉(zhuǎn)矩（N）；
D——工件定位基面的直徑（mm）；
μ——裝夾表面的摩擦因數(shù)；
β——碟形彈簧片錐面半角（°）;
K——安全系數(shù)；
現(xiàn)取安全系數(shù)K=1.5。
裝夾表面的摩擦系數(shù)μ=0.3
工件定位基面的直徑D=12mm。
則根據(jù)公式計(jì)算得：
根據(jù)以上計(jì)算初選碟形彈簧片的數(shù)量和尺寸如下表所示：
形式和
序號(hào)
d
(mm)
D
(mm)
d1
（mm）
D1
(mm)
β
t
(mm)
A
(mm)
B
(mm)
a
(mm)
α
1
6
12
7
11
9°
0.5
10
10
1
30°
根據(jù)尺寸可畫(huà)出彈簧片的具體圖如下所示：
通過(guò)對(duì)夾具受力的分析根據(jù)力的大小現(xiàn)計(jì)算夾具的最小直徑：
選擇夾具材料為45鋼。根據(jù)查表可知45鋼的許用應(yīng)力大小為[δ]=216MP
根據(jù)公式δ=N/A[δ]得A
現(xiàn)根據(jù)工件所承受的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算：
已知工件的許用剪切力為[τ]=128
根據(jù)公式求
根據(jù)公式可知所要求的夾具的最小直徑相當(dāng)小在這里為了適應(yīng)工藝的要求并考慮到實(shí)際的情況，我們選擇工件最小的直徑為4mm。
現(xiàn)對(duì)工件的具體設(shè)計(jì)如下：
心軸體：
壓緊套：
支撐環(huán)：
（5）定位誤差分析
在批量生產(chǎn)中是采用調(diào)整法加工，在不考慮磨損、多次換刀誤差及工藝系統(tǒng)受力變形和熱變形的情況下，可以認(rèn)為加工表面的位置是不變的。因此，定位誤差實(shí)際上是由于工序基準(zhǔn)的位置變化引起的，即定位誤差是工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的位置變動(dòng)量（）。
定位誤差太小，說(shuō)明定位精度高，加工要求容易保證，但會(huì)提高定位基準(zhǔn)和定位元件的制造精度，并會(huì)增加組裝困難，所以定位誤差應(yīng)合理。一般情況下，定位誤差與相應(yīng)尺寸應(yīng)滿足下面不等式：
因?yàn)樗庸すぜ窃诎鍫罟ぜ霞庸ぞ嫉?0個(gè)大孔φ3和10個(gè)小孔φ2.5,工件以底平面及定心和定位孔為定位基準(zhǔn)。
孔的孔是由刀具尺寸保證的，加工的工序基準(zhǔn)是工件孔的軸線，因?yàn)槭怯枚ㄐ呐c工件中心孔配合實(shí)現(xiàn)在和方向上的定位，定心也是定位基準(zhǔn)。盡管工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，但因中心孔和定心的直徑都有制造誤差，所以工序基準(zhǔn)在和方向的位置仍然是變化的，其起最大變動(dòng)量即為工件的定位誤差，即
所以工件定位良好
2.3 鉆床的運(yùn)動(dòng)
由前述可見(jiàn)，不同的工藝方法所要求的機(jī)床運(yùn)動(dòng)的類別和數(shù)目是不一樣的。因此，與分析工藝的同時(shí)，還必須分析機(jī)床上的運(yùn)動(dòng)。
2.3.1 按運(yùn)動(dòng)的功能分類
為了完成工件加工表面的加工，機(jī)床上需要設(shè)置各種運(yùn)動(dòng)，各個(gè)運(yùn)動(dòng)的功能是不同的，可以分成形運(yùn)動(dòng)和非成形運(yùn)動(dòng)。
①成形運(yùn)動(dòng)：凡形成表面所必需的工件或刀具的運(yùn)動(dòng)，稱為表面形成運(yùn)動(dòng)（或稱基本運(yùn)動(dòng)）。他直接影響被加工表面的精度和光潔度。
它又分為?。褐鬟\(yùn)動(dòng)：凡在消耗切削動(dòng)力和產(chǎn)生切削速度方面起主要作用的運(yùn)動(dòng)，稱為主運(yùn)動(dòng)。它的功能是切除加工表面上多余的金屬材料，在鉆床上便是鉆頭切削刃沿中心線的旋轉(zhuǎn)，因此運(yùn)動(dòng)速度高，消耗了機(jī)床大部分動(dòng)力。
②非成形運(yùn)動(dòng)：除表面形成運(yùn)動(dòng)以外的運(yùn)動(dòng)，都屬于非表面形成運(yùn)動(dòng)（或稱輔助運(yùn)動(dòng)）。非表面形成運(yùn)動(dòng)包括刀具（或工件）的移近、退回、工件的夾緊、分度等，它們并不參加表面形成過(guò)程，但對(duì)過(guò)程起著不可缺少的輔助作用。
2.3.2 按組成可分為簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)和復(fù)合運(yùn)動(dòng)
為了完成工件加工表面的加工，機(jī)床上需要設(shè)置各種運(yùn)動(dòng)，各個(gè)運(yùn)動(dòng)的功能是不同的，可以分成形運(yùn)動(dòng)和非成形運(yùn)動(dòng)。
①成形運(yùn)動(dòng)：凡形成表面所必需的工件或刀具的運(yùn)動(dòng)，稱為表面形成運(yùn)動(dòng)（或稱基本運(yùn)動(dòng)）。他直接影響被加工表面的精度和光潔度。
它又分為ⅰ：主運(yùn)動(dòng)：凡在消耗切削動(dòng)力和產(chǎn)生切削速度方面起主要作用的運(yùn)動(dòng)，稱為主運(yùn)動(dòng)。它的功能是切除加工表面上多余的金屬材料，在鉆床上便是鉆頭切削刃沿中心線的旋轉(zhuǎn)，因此運(yùn)動(dòng)速度高，消耗了機(jī)床大部分動(dòng)力。
②非成形運(yùn)動(dòng)：除表面形成運(yùn)動(dòng)以外的運(yùn)動(dòng)，都屬于非表面形成運(yùn)動(dòng)（或稱輔助運(yùn)動(dòng)）。非表面形成運(yùn)動(dòng)包括刀具（或工件）的移近、退回、工件的夾緊、分度等，它們并不參加表面形成過(guò)程，但對(duì)過(guò)程起著不可缺少的輔助作用。
2.3.2 按組成可分為簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)和復(fù)合運(yùn)動(dòng)
只包含一個(gè)單元運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，稱為簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)。有兩個(gè)或兩個(gè)以上的單元運(yùn)動(dòng)組成的運(yùn)動(dòng)，稱為復(fù)合運(yùn)動(dòng)。
鉆床上的單元運(yùn)動(dòng)，為鉆頭的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
其運(yùn)動(dòng)分配可把主軸箱和工作臺(tái)分別沿立柱上下移動(dòng)。
2.3.3此次設(shè)計(jì)機(jī)床上的運(yùn)動(dòng)
此次設(shè)計(jì)機(jī)床上的運(yùn)動(dòng)屬于復(fù)合運(yùn)動(dòng)，其中有主軸箱上的各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)屬于主運(yùn)動(dòng)，而工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和主軸箱的上下移動(dòng)都屬于非形成運(yùn)動(dòng)。
2.4繪制加工示意圖
加工示意圖的作用是表明機(jī)床所采用的工藝方法和刀具，規(guī)定工件、刀具、以及機(jī)床執(zhí)行部件（如主軸箱、工作臺(tái)、刀架等）的運(yùn)動(dòng)速度、行程以及主要聯(lián)系尺寸，并可檢查它們之間是否會(huì)發(fā)生干涉。（見(jiàn)下圖2-5）
圖2-5 加工示意圖
第三章 機(jī)床的總體布局
3．1總體布局
機(jī)床是由部件裝配而成，每個(gè)部件在機(jī)床中占有一定的位置。選擇機(jī)床的型式，分配運(yùn)動(dòng)以及安排各部件和手柄等在整臺(tái)機(jī)床中的位置，叫做機(jī)床的總體布局。
合理的總體布局應(yīng)滿足的基本要求是：
(1).保證工藝方法所要求的工件和刀具的相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)；
(2).保證機(jī)床具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度和的抗振性；
(3).便于觀察加工過(guò)程；便于操作、調(diào)整和修理機(jī)床；便于輸送、裝卸工件和排除切屑，并須保證工作安全；
經(jīng)濟(jì)性好，如節(jié)省材料，減少機(jī)床占地面積等。
機(jī)床總體設(shè)計(jì)的一般步驟是，首先根據(jù)工藝分析，分配機(jī)床部件的運(yùn)動(dòng)，選擇傳動(dòng)形式和支承形式；然后，安排手柄等操作件的位置，并擬定從布局上改善機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的措施。上述各步驟之間有著密切的聯(lián)系，必要時(shí)可以互相穿插或同時(shí)并進(jìn)。
根據(jù)我已查的資料和跟本組其他成員的討論，最后選取下面樣式的機(jī)床作為本次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床布局：
圖3-1 雙面立式機(jī)床的整體布局
機(jī)床設(shè)計(jì)所依據(jù)的內(nèi)容在第一章機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)的依據(jù)中已有所說(shuō)明，下面在進(jìn)行機(jī)床整體布局設(shè)計(jì)的詳細(xì)敘述。
3.2 運(yùn)動(dòng)的分配
機(jī)床上的工藝方法確定后，刀具和工件在切削加工時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)亦隨著被規(guī)定了。但是，這相對(duì)運(yùn)動(dòng)可分配給刀具，也可分配給工件，或者由工件和刀具共同來(lái)完成。機(jī)床上的運(yùn)動(dòng)分配，是由刀具和工件的重量和尺寸、工藝方法的特點(diǎn)等多方面的因素決定的。
由于此機(jī)床加工的零件與采用多工位加工，故采用了鉆頭工件的加工和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都有鉆頭來(lái)完成，另外，為了簡(jiǎn)化裝卸和提高生產(chǎn)效率滿足多工位加工在同一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行，采用了通過(guò)液壓系統(tǒng)帶動(dòng)工作臺(tái)作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)主軸箱體部分也采用液壓控制多個(gè)鉆頭上下移動(dòng)。
3.3提高加工精度
由第一章的介紹，可知被加工工件的位置要求公差不大，而孔加工精度沒(méi)作要求，故，本機(jī)床設(shè)計(jì)了專門的夾具來(lái)控制各個(gè)孔的相對(duì)位置（在第二章有詳細(xì)的介紹）。
3.4縮小機(jī)床占地面積
本次設(shè)計(jì)的10工位16軸孔加工小型組合機(jī)床，是立式加工機(jī)床，其主要占地面積是由工作臺(tái)的大小決定的，而工作臺(tái)的尺寸主要是由負(fù)責(zé)主要加工部分的兩個(gè)主軸箱尺寸決定的。機(jī)床底座采用了一般機(jī)床型底座，其高度設(shè)計(jì)為850mm,寬度為工作臺(tái)直徑稍大的尺寸，長(zhǎng)度選用工作臺(tái)直徑加兩倍立柱尺寸。由于該機(jī)床設(shè)計(jì)為小型號(hào)機(jī)床，所以占地面積不會(huì)太大。
3.5機(jī)床的傳動(dòng)形式
機(jī)床的傳動(dòng)，有機(jī)械、液壓、機(jī)械—液壓、氣動(dòng)、氣動(dòng)—液壓、電氣等多種形式。其中最常見(jiàn)的是機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)。
液壓傳動(dòng)具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和無(wú)級(jí)變速、吸振性能好、過(guò)載保護(hù)簡(jiǎn)單以及能自身潤(rùn)滑等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)床中得到了日益廣泛的應(yīng)用。
因此，本次設(shè)計(jì)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)和主軸箱的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都采用了液壓裝置，工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)是自動(dòng)控制裝置，只要主軸箱上升到最高位置，液壓系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行通過(guò)液壓缸帶動(dòng)工作臺(tái)主軸自動(dòng)旋轉(zhuǎn)36°，把每個(gè)工件移動(dòng)到它需要加工的下一道工部處。
如下圖所示工作臺(tái)的液壓驅(qū)動(dòng)裝置：
圖3-2 工作臺(tái)的液壓驅(qū)動(dòng)裝置
該組合鉆床的傳動(dòng)形式確定后，可進(jìn)行傳動(dòng)部件的布局。組合鉆床一經(jīng)確定加工鉆頭傳動(dòng)和工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用液壓驅(qū)動(dòng)，則鉆床應(yīng)具備驅(qū)動(dòng)主軸和工作臺(tái)的液壓傳動(dòng)裝置。其中主軸箱的液壓驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在立柱內(nèi)，工作臺(tái)的液壓驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)在底座內(nèi)。
3.6 機(jī)床的支承形式
機(jī)床中常用的支承件有床身、底座、立柱、橫梁、橫臂、刀架及工作臺(tái)等。這些支承件，或單獨(dú)使用，或組合使用。
此雙面組合鉆床的支承形式可設(shè)計(jì)采用“U”形（柱形）支承，支承件是立柱，或立柱與底座的組合。具有這種支承形式的機(jī)床，稱為雙面立式組合機(jī)床。此雙面立式鉆床為中小型普通機(jī)床，與臥式機(jī)床相比，立式機(jī)床占地面積較??；尤其是本次設(shè)計(jì)的專用組合鉆床，機(jī)床的加工工件的尺寸較小，工作臺(tái)的尺寸也不是太大，這就決定了次機(jī)床得占地面積不會(huì)太大。
機(jī)床支承件應(yīng)滿足的基本要求：
①應(yīng)具有足夠的剛度和較高的剛度——質(zhì)量比。
②應(yīng)具有較好的動(dòng)態(tài)特性，包括較大的位移阻抗和阻尼，整 機(jī)的低 階頻較高，若階頻不致引起結(jié)構(gòu)共振，不會(huì)因薄壁振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。
③熱穩(wěn)定性要好，熱變形對(duì)機(jī)床加工精度的影響較小。
④排屑暢通，吊運(yùn)安全，并具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。
由于支承件的結(jié)構(gòu)形狀十分復(fù)雜，受力條件也很復(fù)雜，所以對(duì)支承件主要是進(jìn)行近似的工程技術(shù)計(jì)算，用近似的技術(shù)計(jì)算結(jié)果，來(lái)和已有的經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的同類型支承件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，進(jìn)而評(píng)價(jià)所設(shè)計(jì)的支承件。
3.6.1 支承件的設(shè)計(jì)分析
首先，在簡(jiǎn)化支承系統(tǒng)中做出計(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí)，假定：
(1).各支承件都是規(guī)則的幾何形狀；
(2).其基壁及加入的隔板、筋條的厚度相等，且其間的距離也相等；
(3). 支承件是薄壁構(gòu)件，它們工作條件可看成是鉸支梁或在彈性基礎(chǔ)上的；
其次，支承件的受力變形分析：
一下所述均是一個(gè)主軸箱對(duì)半個(gè)工作臺(tái)和一個(gè)立柱的受力分析：
分析條件，
承受載荷：軸向鉆削力Px和鉆削扭矩Md以相等數(shù)值和相反方向分別通過(guò)主軸箱和工作臺(tái)作用在床身上、下兩處。
支承條件：床身可看作下端固定、上端自由的立柱型的懸臂梁，主軸箱和工作臺(tái)可看作是一端固定在床身上，另一端自由的懸臂梁。
1. 載荷分析：
床身、工作臺(tái)、主軸箱：作用在x-y面的載荷簡(jiǎn)圖：
圖3-2示
載荷計(jì)算：桿：Px
My=Px(L+Yc)
床身、工作臺(tái)：作用在yz面的載荷簡(jiǎn)圖
載荷計(jì)算：桿1：Myz=Md
Md——鉆削扭矩
Px——代表了一個(gè)主軸箱帶動(dòng)的4個(gè)軸的鉆削力之和；
L——代表周的中心距到立柱的距離，
Yc——代表立柱的邊到中心的距離。
Myz——鉆削力通過(guò)主軸箱對(duì)立柱的和工作臺(tái)使床身在H段內(nèi)承受拉伸和彎曲力矩。
Md——代表4個(gè)鉆削力和力的總扭矩。
Myx使床身在垂直面內(nèi)發(fā)生彎曲，主軸箱及其與床身導(dǎo)軌接合面將在Px作用下產(chǎn)生彎曲和傾斜，這些將引起主軸軸線與工作臺(tái)臺(tái)面的垂直度產(chǎn)生偏差，降低機(jī)床的工作精度。工作臺(tái)和主軸箱對(duì)床身的水平扭矩Myz，使床身發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，這項(xiàng)變形使鉆孔中心線偏移，但由于本次加工的工件位置加工公差要求不高，孔加工粗糙度沒(méi)有要求，所以這些對(duì)加工精度的影響很下的作用力不影響加工質(zhì)量。
3.6.2 支承件結(jié)構(gòu)的剛度
支承件受力后變形如超過(guò)允許范圍，就會(huì)破壞機(jī)床的原始精度。故在設(shè)計(jì)支承件時(shí)，應(yīng)考慮如何減少其受力后的變形，而減少變形最主要的手段是提高支承件本身抵抗變形的能力，即從支承件本身結(jié)構(gòu)著手來(lái)提高其剛度。
(1).支承件的結(jié)構(gòu)形式：
從受力分析中得知，支承件主要是受扭矩和彎矩，因而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)和彎曲變形。由材料力學(xué)可知：
?。嚎招慕孛娴膽T性矩比實(shí)心的大。在相同截面積的條件下，加大輪廓尺寸，減少壁厚，可以大大提高剛度。因此，設(shè)計(jì)支承件時(shí)應(yīng)使壁厚在工藝可能的前提下盡量薄一些。
ⅱ：方形截面的抗彎剛度比圓形的大，此鉆床支承件所承受的彎矩大于扭矩，則截面形狀以選擇方形或矩形為佳。
ⅲ：不封閉的截面比封閉的截面剛度顯著下降。因此，在可能條件下，應(yīng)盡量把支承件的截面做成封閉的框形。
所以，正確合理地選擇截面形狀，是支承件設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。采用加大橫斷面輪廓尺寸而減小壁厚的方法，可提高支承件剛度故一般采用空心截面，并使質(zhì)量遠(yuǎn)離形心。在支承件內(nèi)壁合理地布置加強(qiáng)筋，可有效地提高其剛度。
(2).支承件的結(jié)構(gòu)工藝性
設(shè)計(jì)支承件時(shí)，在保證剛度的前提下，要求節(jié)約金屬材料，易于制造，為便于運(yùn)輸和安裝，床身上要鑄出起吊鉤。
(3).支承件材料
支承件立柱和導(dǎo)軌是做成一體的，可選用鑄鐵，鑄鐵成本低，有良好的減振性和耐磨性，易于鑄造和切削加工。
3.7 立柱的設(shè)計(jì)
(1). 由上面所述原因，鉆床的支承件采用立柱形式。
立柱由于支承件條件不利并承受復(fù)雜載荷，所以斷面形狀一般均為閉式矩形或雙矩形，或方形。高度或斷面尺寸大時(shí)，立柱內(nèi)部要布置加強(qiáng)筋，立柱選材為鑄鐵。
立柱截面形狀見(jiàn)圖3-3
圖3－3 立柱斷面形狀
立柱截面形狀主要由剛度要求決定。此截面形狀用于載荷作用于立柱的對(duì)稱面且載荷較大的場(chǎng)合。輪廓尺寸最有利的比例（厚度與寬度之比）為h/b=2-3。
立柱的厚度應(yīng)盡量均勻，以避免因厚度不均在厚處產(chǎn)生縮孔，床身壁厚與導(dǎo)軌厚度不可能相同，則應(yīng)均勻過(guò)渡，避免沖突。這是機(jī)床的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)布置加強(qiáng)筋也可有效地提高連接部分的剛度。
閉式斷面結(jié)構(gòu)，當(dāng)尺寸大而壁薄時(shí)，在其內(nèi)部安置筋板，可減少其局部變形和斷面形狀的畸變。
立柱肋板能使大件立柱外壁的局部載荷傳遞給其他壁板，使它們均衡地承擔(dān)載荷，并將外壁的彎曲變形轉(zhuǎn)化為立柱肋板的拉伸和壓縮變形，由于這類變形的值很小，因此，可阻止外壁的彎曲變形。立柱肋板可大大地加強(qiáng)大件的四壁作為一個(gè)整體的作用，在承受扭矩時(shí)，可減少形狀的畸變。
(2). 隔板和肋
對(duì)于受有空間載荷而又比較高的立柱，必須有橫向隔板或環(huán)形肋以便于減輕截面形狀的畸變。橫向的環(huán)形肋可看作是有大孔的隔板。能保證實(shí)際上不發(fā)生截形畸變的最大隔板間距約等于立柱受力點(diǎn)至固定點(diǎn)之間距離的三分之二。橫向隔板上開(kāi)孔，如孔的面積不超過(guò)隔板面積的20－30％，則對(duì)剛度基本上無(wú)影響。如果孔太大（或環(huán)形筋的高度太?。﹦t截形剛度將急劇降低。但是，即使筋的高度小到等于截面邊長(zhǎng)的5－10％，比之無(wú)筋仍能提高截形剛度30－40％。十字形的縱向隔板對(duì)減少截形畸變效果不大。它的主要作用是把壁板聯(lián)接起來(lái)。
面積較大的隔板，內(nèi)部最好加肋，以避免薄壁振動(dòng)。筋的形狀可以是縱向的，橫向的，井字形的或米字形的肋于肋之間的面積 不應(yīng)大于400*400。加筋后，構(gòu)件的整體自身剛度也提高了，但提高量一般不超過(guò)10－15％。詳看下圖立柱剖面圖3-4
(3). 立柱外形設(shè)計(jì)
粗步估計(jì)主軸箱的寬度為300mm，則立柱截面設(shè)計(jì)為300*300mm的方形。根據(jù)估計(jì)的進(jìn)給箱及工作臺(tái)的高度及進(jìn)程，初步估計(jì)立柱總高度為1150mm，如圖(CLZ-02)
立柱與底座裝配時(shí)用螺栓互相聯(lián)接成為整體，為保證立柱的聯(lián)接剛度，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1. ①重要的固定接合面的光潔度，應(yīng)規(guī)定得適應(yīng)，一般不低于Ra1.6
2. ②固定螺栓的直徑應(yīng)足夠大，以期有足夠的抗拉剛度，數(shù)量須充分，一般用4個(gè)，布置在接合部分的整個(gè)四周。
3. ③聯(lián)接部位應(yīng)選擇適應(yīng)的結(jié)構(gòu)。
聯(lián)接的剛度與聯(lián)接用的螺栓數(shù)量及螺栓的位置有關(guān)。
故立柱與底座聯(lián)接用8個(gè)M20的螺栓,即六角頭全螺紋螺栓,A級(jí)(GB5783-86)，由圖知，立柱底部還有加強(qiáng)肋板：40mm寬，高20mm。
(4). 外壁上窗孔
為了安裝電機(jī),電器和各種機(jī)件,以及為了清砂, 立柱上往往需要開(kāi)窗孔.窗孔對(duì)剛度的影響決定于它們的大小和位置。
圖3－4 立柱主視圖
立式鉆床方形截面立柱在前后壁上開(kāi)窗孔,窗孔的寬度應(yīng)盡量不超過(guò)立柱空腔寬度的70%.最大高度約為空腔寬度的1至1.2倍。
窗孔在工作時(shí)加蓋,并用螺釘上緊,可補(bǔ)償一部分剛度的損失。
在設(shè)計(jì)可、立式機(jī)床床身選用立柱時(shí)，還要計(jì)算平衡重。平衡重是用來(lái)平衡動(dòng)力部件移動(dòng)部分的重量，減少導(dǎo)軌及絲杠的磨損，同時(shí)消除立式機(jī)床調(diào)整時(shí)的前傾問(wèn)題。通用立柱的平衡重裝置是由一個(gè)固定平衡重和多塊附加平衡中組成，3、4、5、號(hào)立柱的最大平衡重量分別為1041、1568、2618公斤當(dāng)需用高度超過(guò)通用立柱最大高度或要求平衡重大于立柱最大平衡重時(shí)，可采用通用立柱加墊塊的方法來(lái)解決。
由初步可知，動(dòng)力部件的重量達(dá)不到2618公斤，故不用加專用墊板了，只用平衡塊就可平衡動(dòng)力部件的重量。另外為便于安裝主軸箱的平衡重立柱上方開(kāi)口,為150X200mm的長(zhǎng)方形窗口如圖立柱剖面圖3-4。
為便于箱體內(nèi)的冷卻液及冷卻泵的散熱,在立柱上部開(kāi)一個(gè)150mmX200mm的散熱窗,如圖立柱整理裝配圖所示
因立柱內(nèi)部要安裝冷卻泵,以對(duì)工件在鉆孔時(shí)冷卻,故在立柱下部要開(kāi)窗孔,用來(lái)安裝冷卻泵,初步估計(jì)為200X200mm的窗孔見(jiàn)，也有利與平時(shí)的檢查漏油情況，如圖3-5.，
另外立柱上還要開(kāi)些小的窗口,用來(lái)安裝冷卻管,潤(rùn)滑管及照明設(shè)備等，同時(shí)立柱下半部分安裝開(kāi)關(guān)有利于操作，故專業(yè)開(kāi)了一個(gè)控制開(kāi)關(guān)窗口，再蓋上蓋子裝上電路板，并用螺釘固緊，作為安裝機(jī)床各控制按鈕使用，詳見(jiàn)下圖3-5
圖3-5立柱外觀
查資料知: 箱體開(kāi)孔面積小于側(cè)壁面積的10%時(shí), 不會(huì)顯著地降低箱體的剛度; 當(dāng)開(kāi)孔面積達(dá)30%左右時(shí),與未開(kāi)孔的箱體比較,扭轉(zhuǎn)剛度下降至20%-10%,且扭轉(zhuǎn)固有頻率也下降至1/3-1/4,當(dāng)在閉式斷面的大件開(kāi)長(zhǎng)窗孔后,用蓋板覆蓋,并用螺釘固緊,大件剛度比不加蓋板的稍有提高。
故為安裝冷卻泵而開(kāi)的窗口要加蓋板，并用螺釘固緊，初選螺釘為：
GB 67-85-M8*25,為標(biāo)準(zhǔn)件四個(gè)及達(dá)到要求了。
在立柱上有電路板，以安裝冷卻泵電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)、照明燈開(kāi)關(guān)、電路開(kāi)關(guān)、主軸箱升降的液壓開(kāi)關(guān)等，為了便于控制，由不降低立柱剛度，也采用了上面已提到過(guò)的辦法，窗口加裝的蓋板可以加上電路板，安裝窗口與開(kāi)關(guān)窗口分開(kāi)，這樣有利于機(jī)床的維修與檢查工作，能達(dá)到合理設(shè)計(jì)的要求。
另外，帶動(dòng)機(jī)床主軸箱上下移動(dòng)的液壓系統(tǒng)也安裝在了立柱內(nèi)，不過(guò)是上部橫梁部分，可采用散熱窗口處安裝。本次設(shè)計(jì)的雙面多工位加工孔機(jī)床，設(shè)計(jì)成兩個(gè)立柱式，不過(guò)兩個(gè)立柱的設(shè)計(jì)都采用了標(biāo)準(zhǔn)化，大部分設(shè)計(jì)都是一樣的，只是右邊部分沒(méi)有開(kāi)關(guān)電路板窗口的設(shè)計(jì)。
由上面的3-4.3-5圖以看出，機(jī)床的立柱內(nèi)側(cè)還專門設(shè)計(jì)了安裝液壓缸部分滑座，它是用來(lái)固定液壓缸的專門裝置。
3.8機(jī)床導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)：
導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方叫做動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的一方叫做支承導(dǎo)軌。動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支承導(dǎo)軌只能有一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。
導(dǎo)軌按摩擦性質(zhì)分為：滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。
此次設(shè)計(jì)的雙面立式鉆床可采用普通滑動(dòng)導(dǎo)軌。它的優(yōu)點(diǎn)是：構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造方便，接觸剛度高和抗振性好。其缺點(diǎn)是：摩擦阻力大，磨損快。
采用滑動(dòng)導(dǎo)軌，金屬對(duì)金屬的運(yùn)動(dòng)精度可選高的精度，承載能力較大，面接觸剛度高，抗振性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造及維護(hù)容易，成本低。
3.8.1 導(dǎo)軌的材料
對(duì)導(dǎo)軌材料的基本要求是：耐磨性好、工藝性好和成本低等。
故導(dǎo)軌的材料一般選用鑄鐵-鑄鐵。
鑄鐵成本低，有良好的減振性和耐磨性，易于鑄造和切削加工。此導(dǎo)軌材料可選應(yīng)用最多的灰鑄鐵，其牌號(hào)是HT20-40,即HT200(GB 5675-85)，其在潤(rùn)滑與防護(hù)較好的條件下有一定的耐磨性。
灰鑄鐵導(dǎo)軌在加工完畢裝配時(shí)硬度應(yīng)符合JB2278-78的規(guī)定：長(zhǎng)度在2.5米以下的其硬度值應(yīng)符合180HBS，在同一導(dǎo)軌面上的硬度不均勻性不得超過(guò)25HBS,為了使導(dǎo)軌面質(zhì)量好些，澆鑄時(shí)應(yīng)讓導(dǎo)軌面處于最低部位。
圖3－6 U型導(dǎo)軌
3.8.2. 導(dǎo)軌的形狀
直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌截面的基本形狀主要有四種：三角形、矩形、T形導(dǎo)軌、燕尾形和圓柱形，每種之中還有凸凹之分。
選取U形導(dǎo)軌，如圖3－7，是為了方便與液壓缸的連接，這種形式最有利于控制動(dòng)力部件的移動(dòng)路線。高度較小，接觸面較大，可以承受顫震力矩，剛性較好，能承受較大的受力，層次多，上下導(dǎo)軌加工方便，有利于增加固定部件剛度，移動(dòng)部件裝配方便。
3.8.3導(dǎo)軌的潤(rùn)滑與防護(hù)
對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行潤(rùn)滑的目的是：減少摩擦，提高機(jī)械效率；減少磨損，延長(zhǎng)壽命；降低溫度，改善工作條件和防止生銹。
對(duì)此次設(shè)計(jì)的鉆床，主要是主軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌經(jīng)常使用，而且為中速的中小型機(jī)床導(dǎo)軌。因此潤(rùn)滑方式應(yīng)該采取自動(dòng)潤(rùn)滑方式，即用潤(rùn)滑泵輸送潤(rùn)滑油自動(dòng)潤(rùn)滑。
此為中等載荷（比壓大于0.2N/mm）、中低速豎
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