風力擺控制系統(tǒng)的設(shè)計及多工位鉆-攻組合機床設(shè)計

第14頁共63頁20XX年全國大學生電子設(shè)計競賽論文B題：風力擺控制系統(tǒng)的設(shè)計20**年8月15日

摘

要

該系統(tǒng)以高速單片機STC89C52RC為控制核心,主要由物理框架、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)四大部分組成。主控系統(tǒng)以高速單片機STC11F52XE為核心，實現(xiàn)對執(zhí)行系統(tǒng)對直流電機的控制，從而實現(xiàn)基于自由擺的擺動控制系統(tǒng)。此方案可行性高，且精確度較高。

關(guān)鍵詞：單片機（STC11F52XE），直流電機，風力擺擺動控制目錄1、系統(tǒng)方案論證與選擇11.1控制系統(tǒng)的論證與選擇11.2供電系統(tǒng)的論證與選擇21.3風力擺角度調(diào)整系統(tǒng)的論證與選擇22、系統(tǒng)理論分析與計算32.1建模與控制方法32.1.1基本部分的第一項控制方法32.1.2基本部分的第二項控制方法33、硬件電路設(shè)計與分析33.1系統(tǒng)電路總體框圖33.2主要模塊電路的設(shè)計43.2.1繼電器模塊電路43.2.2單片機模塊電路44、測試方案與測試結(jié)果54.1測試儀器54.2測試方案以及結(jié)果54.2.1測試基本部分（1）54.2.2測試基本部分（2）55、總結(jié)………………………145.1硬件小結(jié)…………………145.2軟件小結(jié)…………………155.3心得體會………………15附錄1電路原理圖和PCB版圖………………16附錄2主要元器件清單…………18風力擺控制系統(tǒng)（B題）【本科組】1、系統(tǒng)方案論證與選擇 本任務(wù)要求設(shè)計制作一個基于風力擺測控系統(tǒng)，控制驅(qū)動各風機使風力擺按照一定規(guī)律運動，激光筆在地面上畫出要求的軌跡。據(jù)題目要求分析，我們得到基本思路，如圖1.1所示：供電系統(tǒng)供電系統(tǒng)顯示模塊顯示控制模塊反饋最小系統(tǒng)模塊顯示模塊顯示控制模塊反饋最小系統(tǒng)模塊圖1.1系統(tǒng)總體方案1.1控制系統(tǒng)的論證與選擇方案1：用繼電器來產(chǎn)生直流機的控制信號。它是利用電磁效應(yīng)實現(xiàn)電路開、關(guān)控制作用的原件，廣泛應(yīng)用在電子設(shè)備、儀器儀表及自動化設(shè)備中。在各種自動設(shè)備中，都要求用一個低電壓電路提控制一個高電壓的電器電路。這樣不僅可以為電子線路和電器電路提供良好的電隔離，還可以保護電子電路和人員安全。使得利用單片機來編程控制繼電器來產(chǎn)生一個頻率開關(guān),使風力擺在固定的高度受到定時直流風機的作用,加大風力擺在這個高度的受力作用.使得風力擺穩(wěn)定的擺動,使激光筆能畫出符合題目要求的直線.要找到風力擺的固定高度,用單片機使用延時程序是比較容易的。所以采用這個方案。1方案2：用模擬電路來產(chǎn)生直流電機的控制信號。利用PWM脈沖對直流風機受到穩(wěn)定的電壓驅(qū)動，在直線上受到穩(wěn)定的力，能在一條直線上運動，但需要MOS管驅(qū)動，必須對MOS管的型號、精度有更高的要求，用單片機編程有一定的難度同時在電路上有更高的要求。綜上所述兩個方案，本控制系統(tǒng)選方案1。1.2供電系統(tǒng)的論證與選擇方案1：用變壓器對家用電壓220V進行降壓。這個要修改電路圖，需打板，需要檢測，在一定程度上花費的時間更多。在選擇使用變壓器的時候，有型號要求，在電路輸出后的電壓一定為12V，而且電壓要穩(wěn)定不變。這個對于手動電路圖有一定的要求，比較嚴格。方案2：直接用電腦電源給整個系統(tǒng)供電。電腦電源能夠產(chǎn)生更穩(wěn)定的12V電源，能夠穩(wěn)定的給直流風機供電，使直流風機能穩(wěn)定擺動，激光筆能夠畫出題目要求的直線。不用花費太多時間去修改。容易達到我們需要的直流風機擺動的效果。綜上所述兩個方案，本控制系統(tǒng)選方案2。1.3風力擺角度調(diào)整系統(tǒng)的論證與選擇根據(jù)題目要求,要用直流分機來控制控制風力擺的的平衡。直流風機我們可以選用大、中、小的風扇。下面是對三種型號的直流風機的風扇分析和比較。方案1：采用大型直流風機作為系統(tǒng)的主要動力機構(gòu)。大型直流風機是日常生活中比較常用的電機類型，故直流電機可以采用由小功率三極管8050和8550組成的簡單H型PWM電路作為直流電機的驅(qū)動。雖然和脈寬調(diào)制芯片TL494、光隔離芯片TLP521等構(gòu)成的電路也能完成單片機對直流電機的控制。但是本次設(shè)計中用到電機調(diào)節(jié)平板的平衡，要求很高的精度，大型電機較難實現(xiàn)。因此不選擇此方案。方案2：采用小型直流風機作為系統(tǒng)的主要動力機構(gòu)。小型的直流風機太小，四臺一起會導致風力擺的重量很重，而用小型的直流風機帶動不了那么重的風力擺，風力擺擺動不起來。對硬件的鏈接有了更高的要求，機械器材很難達到這么高的精度，不利于我們的控制。方案3：采用中型直流風機作為系統(tǒng)的主要動力機構(gòu)。中型直流風機在各個方面的計算與配合都要好，使得風力擺的穩(wěn)定性會比大、小型號的更強，方便攜帶。在于硬件連接上更方便我們操作。綜上所述三個方案，本控制系統(tǒng)選方案3。22理論分析與計算2.1建模與控制方法2.1.1基本部分第一項的控制方法直流風機受與單片機的串口通信，通過單片機STC89C51X進行編程，利用程序來驅(qū)動直流風機的轉(zhuǎn)速與循環(huán)，在程序中利用軟計時方法，測得單擺的擺動周期，多次測量求平均值，再依據(jù)獲得的平均時間，在單片機程序中計算脈沖數(shù)及脈沖頻率，輸出相應(yīng)控制信號給步進電機驅(qū)動器，用繼電器來形成一個頻率開關(guān)，使得直流風機受到相同頻率的驅(qū)動，使得風力擺能更穩(wěn)定的擺動。從而達到控制要求，2.1.2基本部分第二項的控制方法由于風力擺的擺動會導致風力擺的轉(zhuǎn)動，這樣就便于控制圓，使得周期的畫圓，達到題目要求。3、硬件電路設(shè)計與分析3.1系統(tǒng)電路總體框圖綜合以上各模塊電路方案比較與選擇，系統(tǒng)的最終的總方案如圖3.1所示單片機STC89C51風力擺開關(guān)頻率模塊鍵盤模塊單片機STC89C51風力擺開關(guān)頻率模塊鍵盤模塊直流風機圖3.1總體方案的描述：本系統(tǒng)可通過鍵盤輸入來選擇工作模式和設(shè)定擺桿的起始位置，單片機根據(jù)輸入的工作模式和設(shè)定的具體轉(zhuǎn)角，通過繼電器來控制給直流風機發(fā)送相應(yīng)的頻率，從而達到對直流分機的驅(qū)動，使風力擺穩(wěn)定擺動，最終實現(xiàn)對風力擺的控制。33.2主要模塊電路的設(shè)計3.2.1繼電器模塊電路電磁繼電器是一種用電磁鐵控制的電路開關(guān)，其構(gòu)造和工作原理如圖所示。由電磁鐵、弱電電源和電鍵組成控制電路。由電動機、強電電源和電磁繼電器的觸點部分組成工作電路。閉合控制電路電鍵，電磁鐵線圈中有控制電流通過時，電磁鐵就吸引銜鐵，使工作電路觸點閉合，電動機啟動。斷開控制電路的電鍵，電磁鐵失去磁性，彈簧把銜鐵拉起，在觸點處切斷工作電路，電動機停止工作。利用電磁繼電器可以用低電壓、弱電流的信號電路來控制高電壓、強電流的工作電路。3.2.2單片機模塊電路44、測試方案與測試結(jié)果4.1測試儀器（1）秒表（2）量角器（3）自制方向角度圖紙4.2測試方案以及結(jié)果4.2.1測試基本要求（1）驅(qū)動風力擺工作，使激光筆穩(wěn)定的在地面畫出一條長度不短于50cm的直線段，來回五次，記錄其由靜止至開始自由擺時間和最大偏差距離。測試結(jié)果如表1所示。表1風力擺畫長于50cm直線測試時間（s)誤差1誤差2誤差3誤差4誤差5第一次測試第二次測試第三次測試4.2.2測試基本要求（2）設(shè)置風力擺畫線長度，驅(qū)動風力擺工作，記錄其由靜止至開始自由擺時間和畫不同長度直線時的最大偏差距離。測試結(jié)果如表2所示。表2風力擺畫不同長度直線測試時間(s)誤差1誤差2誤差3誤差4誤差5畫30cm直線畫40cm直線畫50cm直線畫60cm直線4.2.3測試基本要求（3）設(shè)置風力擺自由擺時角度，驅(qū)動風力擺工作，記錄其由靜止至開始自由擺時間和在畫不同角度直線時的最大偏差距離。測試結(jié)果如表3所示。表3風力擺畫不同角度直線測試4.2.4測試基本要求（4）將風力擺拉起一定角度放開，驅(qū)動風力擺工作，測試風力擺制動達到靜止狀態(tài)所用時間。測試結(jié)果如表4所示。5表4風力擺恢復(fù)靜止測試時間（1）時間（2）時間（3）時間（4）時間（5）拉起30°拉起35°拉起40°拉起45°4.2.5測試發(fā)揮部分（1）風力擺靜止時激光筆的光點為圓心，設(shè)置風力擺畫圓半徑，驅(qū)動風力擺用激光筆在地面畫圓，記錄其畫三次圓所用時間和最大偏差距離，重復(fù)測試三次。改變圓半徑再次測試，重復(fù)以上操作四次。測試結(jié)果表5所示。4.2.6測試發(fā)揮部分（2）在4.25的基礎(chǔ)上，使用一臺60W臺扇在距離風力擺1m距離處向其吹5s后靜止，記錄風力擺恢復(fù)畫圓狀態(tài)時間。測試結(jié)果如表5所示。表5風力擺畫圓測試半徑15cm半徑20cm半徑25cm半徑30cm半徑30cm半徑35cm時間（1）偏差距離（1）恢復(fù)時間(1)時間（2）偏差距離（2）恢復(fù)時間（2）時間（3)偏差距離（3）恢復(fù)時間（3）總結(jié)結(jié)論應(yīng)以測試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析為依據(jù)，簡潔地指出以下內(nèi)容：① 實驗得到的結(jié)果所揭示原理及其普遍性；② 研究中有無發(fā)現(xiàn)例外或難以解釋或解決的問題；③ 本論文理論上和實用上的意義和價值；④ 進一步研究本課題的建議。以上內(nèi)容不一定面面俱到，但要有感而發(fā)。參考文獻[1]童詩白，華程英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）[M].北京：高等教育出版社,2009.[2]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）[M].北京：高等教育出版社,2009.[3]黃智偉,王彥,陳文光等.全國大學生電子設(shè)計競賽訓練教程[M].北京：電子工業(yè)出版社,2007.[4]高吉祥,唐朝京.全國大學生電子設(shè)計競賽培訓系列教程（電子儀器表設(shè)計）[M].北京：電子工業(yè)出版社.2007.[5]張友德,趙志英,涂時亮.單片機微型機原理、應(yīng)用與實踐（第五版）[M].上海：復(fù)旦大學出版社.2009.[6]郭天祥.新概念51單片機C語言教程.入門、提高、開發(fā)[M].北京：電子工業(yè)出版社.2009.[7]梁明理.電子線路（第五版）[M].北京：高等教育出版社.2008.多工位鉆—攻組合機床設(shè)計序言在工業(yè)高速發(fā)展的現(xiàn)代化浪潮中，各種機械設(shè)計和制造業(yè)中，組合機床的應(yīng)用越來越廣泛，越來越轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，從這個意義上講，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(chǔ)，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(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床。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(yīng)用，并可用以組成自動生產(chǎn)線?？傮w方案的設(shè)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、制訂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(shè)計組合機床最關(guān)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(guān)，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(shè)計的，所以是組合機床設(shè)計過程中工作量較大的零部件，就多軸箱設(shè)計來說，工作量主要集中在傳動系統(tǒng)的設(shè)計上，軸的設(shè)計必須保證各軸的轉(zhuǎn)速、旋向、強度和剛度，而且應(yīng)當考慮有無讓刀，有無調(diào)位機構(gòu)等。因此，本課題基于使設(shè)計出的機床結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、效率高、質(zhì)量好提出的要求，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)慕M合機床的配置型式，合理地選擇切削用量，以及設(shè)計高效率的夾具、刀具、主軸箱和液壓系統(tǒng)就是本次設(shè)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(shè)計，組合機床的部件設(shè)計和施工設(shè)計，使其具有工程意義，實現(xiàn)其在實際應(yīng)用中的價值。第1章課題分析1.1機床設(shè)計的目的、內(nèi)容、要求1.1.1設(shè)計的目的機床設(shè)計畢業(yè)設(shè)計，其目的在于通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使我們在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計構(gòu)思、方案的分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術(shù)文件和查閱資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設(shè)計思想，掌握基本的設(shè)計方法，培養(yǎng)基本的設(shè)計方法，并培養(yǎng)了自己具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。1.1.2設(shè)計內(nèi)容（1）運動設(shè)計根據(jù)給定的被加工零件，確定機床的切削用量，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)，并計算主軸的實際轉(zhuǎn)速與標準的相對誤差。（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)。還要驗算主軸主件的靜剛度。（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計進行主運動傳動軸系、變速機構(gòu)、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機構(gòu)設(shè)計。即繪制裝配圖和零件工作圖。（4）編寫設(shè)計說明書1.1.3設(shè)計要求評價機床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)—經(jīng)濟指標來判定的。技術(shù)先進合理，亦即“質(zhì)優(yōu)價廉”才會受到用戶的歡迎，在國內(nèi)和國際市場上才有競爭力。機床設(shè)計的技術(shù)—經(jīng)濟指標可以從滿足性能要求、經(jīng)濟效益和人機關(guān)系等方面進行分析。1.2機床的設(shè)計步驟1.2.1調(diào)查研究研究市場和用戶對設(shè)計機床的要求，然后檢索有關(guān)資料。其中包括情報、預(yù)測、實驗研究成果、發(fā)展趨勢、新技術(shù)應(yīng)用以及相應(yīng)的圖紙資料等。甚至還可以通過網(wǎng)絡(luò)檢索技術(shù)查閱先進國家的有關(guān)資料和專利等。通過對上述資料的分析研究，擬訂適當?shù)姆桨?，以保證機床的質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，使用戶有較好的經(jīng)濟效益。1.2.2擬定方案通?？梢詳M定出幾個方案進行分析比較。每個方案包括的內(nèi)容有：工藝分析、主要技術(shù)參數(shù)、總布局、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、、主要部件的結(jié)構(gòu)草圖、實驗結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟分析等。在制定方案時應(yīng)注意以下幾個方面：（1）當使用和制造出現(xiàn)矛盾時，應(yīng)先滿足使用要求，其次才是盡可能便于制造。要盡量用先進的工藝和創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)；（2）設(shè)計必須以生產(chǎn)實踐和科學實驗為依據(jù)，凡是未經(jīng)實踐考驗的方案，必須經(jīng)過實驗證明可靠后才能用于設(shè)計；（3）繼承與創(chuàng)造相結(jié)合，盡量采用先進工藝，迅速提高生產(chǎn)力，為實現(xiàn)四個現(xiàn)代化服務(wù)。注意吸取前人和國外的先進經(jīng)驗，并在此基礎(chǔ)上有所創(chuàng)造和發(fā)展。1.2.3工作圖設(shè)計首先，在選定工藝方案并確定機床配置形式、結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上，進行方案圖紙的設(shè)計。這些圖子包括：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，統(tǒng)稱“三圖一卡”設(shè)計。并初定出主軸箱輪廓尺寸，才能確定機床各部件間的相互關(guān)系。其次，繪制機床的總裝圖、部分部件裝配圖、液壓系統(tǒng)圖。然后，整理機床有關(guān)部件與主要零件的設(shè)計計算書，編制各類零件明細表，編寫機床說明書等技術(shù)文件。最后，對有關(guān)圖紙進行工藝審查和標準化審查。第2章組合機床的總體設(shè)計2.1組合機床方案的制定2.1.1制定工藝方案零件加工工藝將決定組合機床的加工質(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，并深入現(xiàn)場了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛度，加工部位的結(jié)構(gòu)特點加工精度，表面粗糙度，以及定位，夾緊方法，工藝過程，所采用的刀具及切削用量，生產(chǎn)率要求，現(xiàn)場所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，制定出合理的工藝方案。圖2-1零件圖圖2-2零件三維圖根據(jù)被加工被零件（汽車轉(zhuǎn)向器）的零件圖（圖2-1），制定加工四個螺紋孔和一個通孔的工藝過程。（1）加工孔的主要技術(shù)要求。加工1個Φ18的孔（鉆孔深17）和4個M10*1.25螺紋孔（鉆孔深16）。螺紋孔的位置度公差為Φ0.3mm。工件材料為QT450，HB159～235。要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量4萬件，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)組合機床用的工藝方法及能達到的經(jīng)濟精度，可采用如下的加工方案。第一工位：裝夾，第二工位：一次性加工孔，孔徑為Φ18（鉆孔深17），第三工位：一次性加工螺紋底孔，孔徑為Φ8.5（鉆孔深16），第四工位：一次性加工螺紋，孔徑為M10*1.25（攻螺紋深12）。（3）定位基準及夾緊點的選擇加工此轉(zhuǎn)向器的孔，以基準面限制三個自由度，位于中間的心軸限制兩個自由度，下方的孔以菱形銷限制一個自由度。2.1.2確定組合機床的配置形式和結(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床上完成的加工工序及應(yīng)保證的加工精度，是制造機床方案的主要依據(jù)。4個螺紋底孔的精度要求不高，可采用鉆孔組合機床，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。采取提高機床原始制造精度和工件定位基準精度并減少夾壓變形等措施就可以了。為此，機床通常采用尾置式齒輪動力裝置，進給采用液壓系統(tǒng)，人工夾緊。被加工零件三維圖如圖2-2所示。（2）被加工零件的特點這主要指零件的材料、硬度加工部位的結(jié)構(gòu)形狀，工件剛度定位基準面的特點，它們對機床工藝方案制度有著重要的影響。此零件的材料是QT450、硬度HB159～235，孔的直徑為Φ8.5mm。采用多孔同步加工，零件的剛度足夠，工件受力不大，振動，及發(fā)熱變形對工件影響可以不計。一般來說，孔中心線與定位基準面平行且需由一面或幾面加工的箱體宜用臥式機床，立式機床適宜加工定基準面是水平的且被加工孔與基準面垂直的工件，而不適宜加工安裝不方便或高度較大的細長工件。對大型箱體件采用單工位機床加工較適宜，而中小型零件則多采用多工位機床加工。2.2確定切削用量及選擇刀具2.2.1確定工序間余量為使加工過程順利進行并穩(wěn)定的保證加工精度，必須合理地確定工序余量。生產(chǎn)中常用查表給出的組合機床對孔加工的工序余量，由于在本鉆床上鉆孔后重新安裝或在其他多工位機床上加工下道工序，應(yīng)適當加大余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。2.2.2選擇切削用量確定了在組合機床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設(shè)計的組合機床為多軸同步加工在大多數(shù)情況下，所選切削用量，根據(jù)經(jīng)驗比一般通用機床單刀加工低30%左右．多軸主軸箱上所有刀具共用一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺，工作時，要求所有刀具的每分鐘進給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進給量（mm/min）應(yīng)是適合有刀具的平均值。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設(shè)計成不同轉(zhuǎn)速和不同的每轉(zhuǎn)進給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足不同直徑的加需要，即：·=·=…=·=式中：…——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min）…——各主軸進給量（mm/r）——動力滑臺每分鐘進給量（mm/min）轉(zhuǎn)向器螺紋孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求都是相同的。按照經(jīng)濟地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：第二工位：鉆頭直徑D=18mm,鑄鐵QT450，HB159～235、進給量f=0.2mm/r、切削速度v=15m/min，第三工位：鉆頭直徑D=8.5mm,進給量f=0.15mm/r、切削速度v=15m/min，第四工位絲錐直徑D=10mm，進給量f=1.25mm/r。2.2.3確定切削力、切削扭矩、切削功率根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度v及進給量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，通過查表計算如下：布氏硬度：HB=HBmax－(HBmax－HBmin)（2-1） =235－(235－159)=200第二工位鉆Φ18孔：軸向力：=26（2-2）=26×18××=3417.44N切削扭矩：=10（2-3）=10×××=17720N·mm切削功率：=（2-4）=11720×15/(9740×3.14×18)=0.319kw第三工位鉆Φ8.5螺紋底孔：軸向力：=26=26×8.5××=1282N切削扭矩：=10=10×××=2083.8N·mm切削功率：==2083.8×15/(9740×3.14×8.5)=0.138kw第四工位攻M10螺紋切削速度：v=2.5～5m/min取v=5m/min進給量為絲錐的導程f=1.25mm/r由公式：v=πdn得:主軸轉(zhuǎn)速n=160/r/minT=0.195DP=6.85N·m式中：HB——布氏硬度F——切削力（N）D——鉆頭直徑（mm）f——每轉(zhuǎn)進給量（mm/r）T——切削扭矩(N·mm)V——切削速度（m/min）P——切削功率(kw)2.2.4選擇刀具結(jié)構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向器的布氏硬度在HB159～235，第二工位孔徑D為18mm，第三工位孔徑D為8.5mm，刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W18Cr4V），為了使工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、刃磨簡單，選擇標準Φ18mm的莫式錐柄麻花鉆，第三工位鉆孔倒角一次性加工完成，選擇鉆孔—倒角復(fù)合刀具；第四工位：選擇M10高速鋼絲錐，為了孔加工刀具的長度應(yīng)保證加工終了時刀具螺旋槽尾端與導向套之間一般有30～50mm的距離，以便排出切屑和刀具磨損后有一定的向前的調(diào)整量。2.3鉆孔組合機床總設(shè)計“三圖一卡”的編制前面對多工位組合機床工藝方案及配置型式、結(jié)構(gòu)方案確定的有關(guān)問題，它是鉆床總體設(shè)計的重要內(nèi)容。下面就以鉆床加工轉(zhuǎn)向器總體設(shè)計的另一個問題，既總體設(shè)計方案的圖紙表達形式——“三圖一卡”設(shè)計，其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖、編制生產(chǎn)率卡。2.3.1被加工零件工序圖1、被加工零件工序圖的作用及內(nèi)容被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示一臺組合機床完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位基準、夾具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成品狀況的圖紙，它不能用用戶提供的圖紙代替，而是在原零件圖基礎(chǔ)上，突出本機床的加工的內(nèi)容，加上必要的說明繪制成的。它是組合機床設(shè)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。汽車轉(zhuǎn)向器用鉆孔組合機床的被加工零件工序圖如2－3所示。圖上主要內(nèi)容：（1）被加工零件的形狀，主要外廓尺寸和本機床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技術(shù)要求，以及對上道工序的技術(shù)要求等。（2）本工序所選定的定位基準、夾緊部位及夾緊方向。（3）加工時如需要中間向?qū)?，?yīng)表示出工件與中間向?qū)в嘘P(guān)部位結(jié)構(gòu)和尺寸，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉。（4）被加工零件的名稱、編號、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。2、繪制被加工零件工序圖的注意事項（1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要標出被本機床的加工內(nèi)容。繪制時，應(yīng)按一定的比例，選擇足夠的視圖及剖視圖，突出加工部位（用粗實線），并把零件輪廓及與機床、夾具設(shè)計有關(guān)部位（用細實線）表清楚，凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應(yīng)在尺寸數(shù)值下方面用粗實線標記。如圖2－3中4－M10*1.25加工用定位基準，機械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號表示出來。圖2－3被加工零件工序圖（2）加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基準注起，為便于加工及檢查，尺寸應(yīng)采用直角坐標系標出，而不采用極坐標，但有時因所選定位基準與設(shè)計基準不重合，則須對加工部位要求位置尺寸精度進行分析換算。2.3.2加工示意圖圖2－4加工示意圖1、加工示意圖的作用和內(nèi)容加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖樣上的反映，表示被加工零件在機床上的加工過程，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。圖2－4為轉(zhuǎn)向器上多工位臥式組合機床加工示意圖。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、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、導向裝置的結(jié)構(gòu)尺寸；刀具與導向置的配合，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、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。刀具的選擇前已述及，此處就不在追述了。（2）導向套的選擇在組合機床上加工孔，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向。因此正確選擇導向裝置的類型，合理確定其尺寸、精度，是設(shè)計組合機床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時必須解決的內(nèi)容。1）選擇導向類型根據(jù)刀具導向部分直徑d=10mm和刀具導向的線速度v=15m/min，選擇固定式導向。2）導向套的參數(shù)根據(jù)刀具的直徑選擇固定導向裝置，如圖2－5所示：圖2－5固定導向裝置固定導向裝置的標準尺寸如下表：表2－1固定導向裝置的標準尺dDH182616101516固定裝置的配合如下表：固定導向裝置的布置如圖2－5所示導向裝置的布置如表2－2所示：表2－2導向裝置的參數(shù)(mm)尺寸項目l1l2l3與直徑d的關(guān)系(2～3)d加工鑄鐵dd/3+(3～8)計算值36186+4=10計算值3×d=301010/3+8=12其后根據(jù)夾具設(shè)計統(tǒng)一調(diào)整固定導套長度為40mm.距離加工表面l2為25mm。圖2－6固定導向裝置的布置（3）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（0）／m,所以B取2.3，根據(jù)剛性條件計算主軸的直徑為：第二工位：d2B=2.3×=26.53mm第三工位：dB=2.3×=15mm第四工位：d6.2=20mm式中：d——軸直徑（mm）T——軸所承受的轉(zhuǎn)矩（N·mm）B——系數(shù)本設(shè)計中第二工位主軸直徑取d=30mm,主軸外伸長度為：L=115mm，D/為50/36，內(nèi)孔長度為：l1=77mm，第三工位主軸直徑取d=15mm,主軸外伸長度為：L=115mm，D/為25/16，內(nèi)孔長度為：l1=77mm.第四工位主軸直徑取d=20mm,主軸外伸長度為：L=120mm,D/為30/14。（4）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)系尺寸的標注如圖2－4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,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。（5）工作進給長度的確定如圖2－7工作進給長度應(yīng)等于工件加工部位長度L與刀具切入長度和切出長度之和。切入長應(yīng)應(yīng)根據(jù)工件端面誤差情況在5～10mm之間選擇，誤差大時取大值，切出長度,在采用一般簡單刀具時，鉆孔時的確定，=1/3d+(3-8),因此第二工位取=8mm，取10，所以=17+8+10=35mm，第三工位取=7mm，所以=16+7=23mm.第四工位取=11mm，所以=12+11=23mm。（6）快進長度的確定考慮實際加工情況，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套內(nèi)而不影響工件裝卸。第二工位：這里取快速退回行程為155mm，快退長度等于快速引進與工作工進之和，因此快進長度155－35=120mm.第三工位：這里取快速退回行程為153mm，快退長度等于快速引進與工作工進之和，因此快進長度153－23=130mm.第四工位：這里取快速退回行程為153mm，快退長度等于快速引進與工作工進之和，因此快進長度153－23=130mm.圖2－7工作進給長度2.3.3機床聯(lián)系尺寸圖圖2－8機床聯(lián)系尺寸圖1、聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容一般來說，組合機床是由標準的通用部件——動力箱、動力滑臺、立柱、立柱底座加上專用部件——多軸箱、刀、輔具系統(tǒng)、夾具、液、電、冷卻、潤滑、排屑系統(tǒng)組合而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配和運動關(guān)系，以檢驗機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床總圖，它表示機床的配置型式及總體布局。如圖2－8所示，機床聯(lián)系尺寸圖的內(nèi)容包括機床的布局形式，通用部件的型號、規(guī)格、動力部件的運動尺寸和所用電動機的主要參數(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、所需進給力、進給速度、最大行程長度和加工精度等因素來選用合適的滑臺。1）驅(qū)動形式的確定由資料可以得到下面的機械滑臺和液壓滑臺性能特點對比如表2-3所示：表2-3機械滑臺和液壓滑臺性能的特點對比滑臺類型優(yōu)點缺點機械滑臺1進給量穩(wěn)定，慢速無爬行。高速無振動。可以降低工件的表面粗糙度。2具有較好的抗擊性能3運行安全可靠，調(diào)整維修方便4沒有液壓驅(qū)動的管路漏油，噪聲和液壓占地問題。1只能有級變速，變速比較麻煩2一般沒有可靠的過載保護，快進轉(zhuǎn)工進時轉(zhuǎn)位精度低。液壓滑臺1液壓滑臺在相當大的范圍內(nèi)進給量可以無級調(diào)速；2可以獲得較大的進給力；3由于液壓驅(qū)動零件磨損小，使用壽命長；4工藝上要求多次進給時通過液壓換向閥很容易實現(xiàn)；5過載保護簡單可靠；6由行程調(diào)速閥來控制滑臺的快進轉(zhuǎn)工進轉(zhuǎn)位精度高，工作可靠。1進給量由于載荷的變化和溫度的影響而不夠穩(wěn)定；2液壓漏油現(xiàn)象影響工作環(huán)境，能源浪費；3調(diào)整維修比較麻煩。由于工件的材料為QT450，硬度比較高，大批量生產(chǎn)要求機床加工精度有持久的穩(wěn)定性和較高的生產(chǎn)率。由于液壓驅(qū)動零件磨損小使用壽命長，經(jīng)濟性好，液壓滑臺使用方便，自動化程度高，工作可靠。所以選取了HY型液壓滑臺。2）確定軸向進給力滑臺所需的進給力第二工位：=∑=3417.44N第三工位：=∑=4×1282=5128N第四工位：=∑式中：——各主軸加工時所產(chǎn)生的軸向力由于滑臺工作時，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給力應(yīng)大于。3）確定進給速度液壓滑臺的工作進給速度規(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)定的工作進給速度應(yīng)大于滑臺最小工作進給速度的0.5～1倍;液壓進給系統(tǒng)中采用應(yīng)力繼電器時，實際進給速度應(yīng)更大一些。本系統(tǒng)中進給速度，第二工位：=n·f=53mm/min，第三工位：=n·f=84.3mm/min第四工位：=n·f=200mm/min，所以第二工位和第三選擇選HY25I液壓滑臺，工作進給速度范圍32～800mm/min，快速速度12m/min，最大進給力是8000N,第四工位選擇HY50液壓滑臺，工作進給速度范圍10～350mm/min，快速速度6.3m/min，最大進給力是32000N。4）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。前備量的作用是動力部件有一定的向前移動的余地，以彌補機床的制造誤差以及刀具磨損后能向前調(diào)整。本系統(tǒng)第二工位前備量為20mm，后備量的作用是使動力部件有一定的向后移動的余地，為方便裝卸刀具，這是取70mm,所以滑臺總行程應(yīng)大于工作行程，前備量，后備量之和，同理，第三工位前備量取30，后備量取60，第四工位前備量取40，后備量取70。即：第二工位：行程L1＞155+20+70=245mm；第三工位：行程L1＞153+20+70=243mm，；第四工位：行程L2＞153+30+60=243mm，L1=液壓動力滑臺型號HY25I,L1＝250mm。臺面寬250mm,臺面長500mm,行程長250，導軌為鑄鐵材料，滑臺及滑座總高250mm,滑座長為790;L2=液壓動力滑臺型號HY50,L2＝400mm。（2）由下式估動力箱的選用動力箱主要依據(jù)多軸所需的電動機功率來選用，在多軸箱沒有設(shè)計之前，可算第二工位：＝／η＝0.319／0.8＝0.39875KW第三工位：＝／η＝4×0.138／0.8＝0.69KW第四工位：＝／η=4x0.1116/0.8=0.559kw＝2=0.559x2=1.12kw確定攻絲電機功率，應(yīng)考慮絲錐鈍化的影響，一般按計算功率的1.5~2.5倍選取。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QT450，取η＝0.8．動力箱的電動機功率應(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，第二工位選用電動機型號為Y90S-6，第三、四工位選用電動機型號為Y100L—6的1TD25IA型動力箱，動力箱輸出軸至箱底面高度為125mm。表2－3主要技術(shù)參數(shù)工位動力箱型號主電機傳動型號轉(zhuǎn)速范圍（r/min）主電機功率（）電機轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)速第二工位Y90S-69106000.75第三工位1TD25IAY100L-69405201.5第四工位1TD25IAY100L-69405201.52、確定裝料高度裝料高度指工件安裝基面至機床底面的垂直距離，在現(xiàn)階段設(shè)計組合機床時，裝料高度可視具體情況在H＝580～1060mm之間選取，在繪制過程機床聯(lián)系尺寸圖過程中，聯(lián)系滑臺高度、側(cè)底座高度等，取裝料高度為874。3、回轉(zhuǎn)工作臺的確定聯(lián)系滑臺高度、側(cè)底座高度、裝料高度等，選取1AHY80液壓回轉(zhuǎn)工作臺，工作臺直徑為800mm。4、確定多軸箱輪廓尺寸本機床配置的多軸箱寬度和高度按標準尺寸中選取。多軸箱的寬度B和高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關(guān)，可按下式確定：B=b+2b1=83+2×100=283（2-5）H=h+h1+b1=48+120+100=268（2-6）式中b—工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離，單位為mm;b1—最邊緣主軸至箱體外壁距離，單位為mm;h—工件在高度方向距離最遠的兩孔距離，單位為mm;h1—最低主軸高度，單位為mm;計算時，多軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=320H=250根據(jù)上述計算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定主軸箱輪廓尺寸B×H=320×250mm。2.3.4生產(chǎn)率計算卡生產(chǎn)率計算卡是反映所設(shè)計機床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產(chǎn)率、負荷率等技術(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)率及負荷率的要求。計算如下：第二工位：切削時間：T切=L/vf+t停（2-7）=35/53＋2×15/600=0.710min第三工位：切削時間：T切=L/vf+t停=23/84.3＋2×15/520=0.331min第四工位：切削時間：T切=2*L/vf+t停=2*23/200＋2×15/520=0.288min式中：T切——機加工時間（min）L——工進行程長度（mm）vf——刀具進給量（mm/min）t?！罁蹊F停留時間。一般為在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)5～15r所需要時間。這里取15r第二工位快進、快退時間T==（120＋155）/6300=0.0389min第三工位快進、快退時間T==（130＋153）/6300=0.0449min第四工位快進、快退時間T==（130＋130）/12000=0.0217min式中：L3、L4——分別為動力部件快進、快退長度（mm）vfk——快速移動速度（mm/min）考慮到每個工位完成后存在時間差，算得第二工位工作行程時間最長，所以第三、四工位工作行程時間與第一工位相同，裝夾總時間也與第二工作行程時間相同。機床理想生產(chǎn)率Q=60/T單（2-8）=60/（T切+T輔）=60/（4×(T切+T+t移+t裝)）=60/3.1984=18.76件/ht移——工作臺移動時間（min）,一般為0.05～0.13min,取0.05mint裝——裝卸工件時間（min）一般為0.5～1.5min,取1min機床負荷率按下式計算η=Q1/Q×100%（2-9）=Q1tk/A×100%=40000/3000/17.68×100%=75.41%式中：Q——機床的理想生產(chǎn)率（件/h）A——年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件）tk——年工作時間，單班制工作時間tk=3000h表2－5生產(chǎn)率計算卡被加工零件圖號1601A-093毛坯種類鑄件名稱汽車轉(zhuǎn)向器毛坯重量2KG材料QT450硬度HB159-235工序名稱鉆孔Φ18，鉆Φ8.5螺紋底孔，攻M10*1.25螺紋工序號工時/min序號工步名稱工作行程/mm切速/（m·min-1）進給量/（mm·r-1）進給量/（mm·min-1）工進時間輔助時間1按裝工件0.252工件定位夾緊0.253工作臺旋轉(zhuǎn)0.054鉆孔滑臺快進12063000.0195工進35150.2530.6606死擋鐵停留0.057快退15563000.02068工作臺轉(zhuǎn)位0.059鉆小孔滑臺快進13063000.020610工進23150.1584.30.27311死擋鐵停留0.05812快退15363000.024313工作臺轉(zhuǎn)位0.0514攻螺紋滑臺快進130120000.010815攻螺紋工進2351.252000.11516死擋鐵停留0.05817攻螺紋工退2351.252000.11518快退153120000.012819工作臺轉(zhuǎn)位0.0520工件松開0.2521卸下工件0.25備注1、鉆削頭主軸轉(zhuǎn)速600r/min，鉆螺紋底孔主軸轉(zhuǎn)速520r/min，攻螺紋主軸轉(zhuǎn)速520r/min。2、一次安裝加工完一個工件單件總工時3.1984機床生產(chǎn)率17.68件/h理論生產(chǎn)率16件/h負荷率85.29%第3章多軸箱的設(shè)計3.1繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的如圖3－1所示圖中多軸箱的兩定位銷孔中心連線為橫坐標，工件加工孔對稱，選擇箱體中垂線為縱坐標，在建立的坐標系中標注輪廓尺寸及動力箱驅(qū)動軸的相對位置尺寸。主軸部為逆時針旋轉(zhuǎn)（面對主軸看）。圖3－1四軸頭多工位同步鉆床多軸箱原始依據(jù)圖主軸的工序內(nèi)容，切削用量及主軸尺寸及動力部件的型號和性能參數(shù)如表所示表3－1主軸外尺寸及切削用量軸號主軸外伸尺寸工序內(nèi)容切削用量D/dLN（r/min）V(m/min)f(mm/r)Vf(mm/min)1、2、3、425/16115鉆Φ8.5562150.1584.33.2主軸、齒輪模數(shù)的選擇本組合機床第三工位主要用于鉆孔，因此采用滾珠軸承主軸。齒輪模數(shù)m可按下式估算：m=(30～32)=30×=1.49（3-1）式中：m——估算齒輪模數(shù)P——齒輪所傳遞率（kw）Z——對嚙合齒中的小齒輪數(shù)N——小齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min）齒輪模數(shù)取m2=1.53.3多軸箱所需動力的計算多軸箱所需功率可按下列公式計算：（3-2）查表可得：kw；kw；kw；；。3.4多軸箱的傳動設(shè)計圖3－2轉(zhuǎn)向器上鉆孔多軸箱傳動系統(tǒng)的傳動樹形圖（1）擬定傳動路線將主軸1、4作為一組，看成直線分布，在兩主軸中心連線的垂直平分線上布置中心傳動軸5,同樣把主軸2、3作為一組,由轉(zhuǎn)動軸6帶動。油泵軸7用中心傳動軸5驅(qū)動。然后，將傳動軸6、7與驅(qū)動軸O連接起來，形成多軸箱的傳動系統(tǒng)如圖3－2所示。（2）根據(jù)原始依據(jù)圖，畫出驅(qū)動軸、主軸坐標位置。如下表：表3—2驅(qū)動軸、主軸坐標值坐標銷O1驅(qū)動軸O主軸1主軸2主軸3主軸4X－1350－41.541.541.5－41.5Y0951381389090（3）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)1）最小齒數(shù)的確定為保證齒輪齒根強度，應(yīng)使齒根到孔壁或鍵槽的厚度a2m,驅(qū)動軸的直徑為d=20mm,有《機械零件設(shè)計手冊》知，如圖3－3所示齒輪t=22.3mm,當m1=1.5時。驅(qū)動軸上最小齒輪齒數(shù)為：圖3－3齒輪的最小壁厚2（t/m1+2+1.25）－d0/m1（3-3）=2×(22.3/1.5+2+1.25)－20/1.5=22.9所以驅(qū)動軸齒數(shù)要大于等于23。為減小傳動軸的種類，所有傳動軸的直徑取15mm.當m=1.5，d=15時，齒輪t=16.3mm。主軸上最小齒輪齒數(shù)為：2（t/m+2+1.25）－d0/m2=2×（16.3/1.5+2+1.25）－15/1.5=17所以主軸齒數(shù)要大于等于17。2）確定傳動軸5、6與主軸1、4；2、3間的齒輪副齒數(shù)在設(shè)計齒輪傳動裝置時，常采用的傳動比分配原則有：等效傳動慣量最小原則、質(zhì)量最小原則和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則三種。對于鉆床要求運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、啟動頻繁和動態(tài)性能好的降速傳動鏈，可按等效傳動慣量最小原則設(shè)計。由于主軸1、4；2、3關(guān)于Y軸對稱，傳動軸在主軸1、4的連線的中垂線上，取傳動軸5的坐標為（－35，105），取驅(qū)動軸與傳動軸5的軸心距為A0-5=A0-6==35.54mm,傳動軸5與主軸1、2的軸心距為A5-1=A5-2==26.61mm，A6-2=A6-3=A5-1?？倐鲃颖龋篿總=520/562=0.925根據(jù)等效傳動慣量最小原則則：A0-5=m/2×(Z0+Z5)Z5/Z0=1.0936解得：Z0=23Z5=24又因為Z從=2A/m-Z主，m=1.5，所以傳動軸5與主軸1或4間傳動軸副的齒數(shù)和為36，i5-1=i總/i0-5=0.925/1.0936=0.847解得：Z5+Z1=36Z1/Z5=0.847Z1=17Z5=193)確定油泵軸7的確定油泵軸7直接由傳動軸5上的18齒的齒輪驅(qū)動。R12－1A液壓泵推薦轉(zhuǎn)速為n=550～800r/min,中心傳動軸轉(zhuǎn)速n5=i5-1·n1=0.847×562=476.014r/min.因此傳動軸比i5-7=476.014/(550～800)=0.649～0.865.則：油泵軸齒輪齒數(shù)為Z7=Z5·i5-7=19×（0.649～0.945）=11.69～17.95取Z7=18油泵的理論轉(zhuǎn)速為n7=n5·Z5/Z7=476.014×19/18=502.495r/min油泵軸7與傳動軸5的軸距為A5-7=m(Z5＋Z7)/2=1.5×(19+18)/2=27.75mm液壓泵軸也安排在中心軸1、4的連線的中垂線上，與傳動軸5、6在同一截面，則液壓泵軸7的坐標軸為（20，105）。各傳動軸的坐標見表所示表3－3傳動軸的坐標值傳動軸編號軸5軸6軸7（Xi,Yi）(-30,95)(30,95)(-3,95)各傳動副的中心距及其齒輪齒數(shù)見表表3－4傳動副的中心距（mm）及其齒輪齒數(shù)軸距代號A0-5、A0-6A5-1、A5-4、A6-2、A6-3A5-7中心距值35.5426.6127.75主動輪Z231919從動輪Z241718各傳動齒輪的尺寸如表所示表3－5各齒輪的尺寸(單位mm)齒數(shù)Z齒底圓直徑df分度圓直徑d齒頂圓直徑da第Ⅰ排Z5、61924.7528.531.5Z1、2、3、41721.7525.528.5Z71823.252730第Ⅱ排ZO2330.7534.537.5Z5、62432.253639注：所有傳動齒輪寬度為24mm4）驗算主軸的轉(zhuǎn)速使各主軸轉(zhuǎn)速的相對轉(zhuǎn)速損失在5%以內(nèi)。n1、2、3、4=520××=557r/min損失率==0.8%3.5繪制傳動系統(tǒng)圖傳動系統(tǒng)圖是表示傳動關(guān)系是示意圖，即用以確定的傳動軸將驅(qū)動軸和各主軸連接起來，繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動示意圖，如圖3－4所示圖3－4轉(zhuǎn)向器鉆孔多軸箱傳動系統(tǒng)圖圖中多軸箱箱體內(nèi)只排放一排24mm寬的齒輪，傳動軸齒輪和驅(qū)動軸齒輪為第Ⅱ排。在圖中標出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、變位系數(shù)，以校核驅(qū)動軸是否正確。另外，應(yīng)檢查同排的非嚙合齒輪是否齒頂干涉；還畫出主軸直徑和軸套直徑，以避免齒輪和相鄰的主軸軸套相碰。3.6傳動零件的校核（1）驗算傳動軸的直徑校核傳動軸以承受的總扭矩最大傳動軸5，由它驅(qū)動的有主軸1、4和液壓泵軸7。主軸扭矩：T1=T4=2083.8N·mm液壓泵軸的扭矩：查得R12-1A液壓泵的最高壓力為0.3MPa、排量為5.88ml/r。假設(shè)在理想無泄漏狀態(tài)，即：P·q=T·ω式中：P——液壓泵的壓力N/㎡q——液壓泵的排量m3/sT——輸入扭矩N·mω——輸入角速度rad/s單位換算：P=0.3MPa=0.3×106Pan=502.495r/min=8.3749r/sq=5.88×8.3749=49.2445ml/r=49.24×10-6m3/sω=2πn/60=2×3.14×502.495/60=52.59rad/s代入公式：P·q=T·ω（3-4）49.24×10-6×0.3×106=52.59T7解得：T7=280N·mmT5=T1/i5-1+T4/i5-4+T7/i5-7=2×2083.8/0.894+280/0.944=4956N·mm根據(jù)d=B==14.78mm<15mm因此傳動軸5、6是符合要求的。（2）齒輪模數(shù)的驗算對多軸箱中承受載荷最大、最薄弱的軸5上的齒輪進行接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度的驗算。齒輪的材料為45鋼，表面淬火，布氏硬度HB=159～235，平均值200HB。設(shè)使用壽命10年。齒輪Z5=19、Z1=17、寬度B=24mm，傳動比i5-1=0.894,工作時間比0.925/2.804=0.33。注：在校核計算的過程中所要見的表和圖在《機械設(shè)計》一書中，邱宣懷等編著，2003年高等教育出版社。校核計算：接觸疲勞極限бHlim由資料得бHlim=410MPa齒輪5的圓周速度v5v5===0.71m/s（3-5）精度等級選9級精度使用系數(shù)KA由表12.9KA=1.1動載系數(shù)KV由圖12.9KV=1.24齒間載荷分配系數(shù)KHα由表12.10先求Ft=2T5/d5=2×8032.849/28.5=563.71NKAFt/b=1.1×563.71/24=41.34N/mm<100N/mmεα=[1.88－3.2×(+)]cosβ(β=0)（3-6）=1.88－3.2×(+)=1.52Zε===0.91由此得KHα===1.21齒向載荷分布系數(shù)KHβ由表12.11知KBβ=A+B[1+0.6·（）·2]（）·2+C·10-3b（3-7）=1.17+0.16×[1+0.6×(24/28.5)×2]×(24/28.5)×2+0.61×10-3×24=1.72載荷系數(shù)KK=KAKVKHαKHβ=1.1×1.24×1.21×1.72=2.84彈性系數(shù)ZE由表12.12ZE=189.8節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH由圖12.16（X1X2）/(Z1Z2)=0.005ZH=2.62接觸最小安全系數(shù)SHmin由表12.14SHmin=1.25總工作時間thth=10×365×8×0.33=9715.2h應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL1=60γn5th=60×3×476.014×9715.2=8.32×108NL2=60γn1th=60×1×562×9715.2=3.3×108接觸壽命系數(shù)ZN由圖12.18ZN1=1.14ZN2=1.24許用接觸應(yīng)力[σH][σH1]===373.92MPa[σH2]===406.7MPa驗算σH=ZE·ZH·Zε（3-8）=189.8×2.62×0.91×=499.59MPa<373.92MPa計算表明：接觸疲勞強度是合適是，齒輪尺寸無須調(diào)整。齒根彎曲疲勞強度驗算重合度系數(shù)YεYε=0.25+0.75/εα=0.25+0.75/1.52=0.74齒間載荷分配系數(shù)KFα由表12.10KFα=1/Yε=1/0.74=1.35齒向載荷分配系數(shù)KFβb/h=24/(2.25×2)=5.33由圖12.14KFβ=1.2載荷系數(shù)KK=KAKVKFαKFβ=1.1×1.24×1.35×1.2=2.21齒形系數(shù)YFα由圖12.21YFα1=2.37YFα2=2.56應(yīng)力修正系數(shù)YSα由圖12.22YSα1=1.68YSα2=1.62彎曲疲勞極限σFlim由圖12.23cσFlim=380MPa彎曲最小安全系數(shù)SFmin由表12.14SFmin=1.25應(yīng)力循環(huán)系數(shù)NLNL1=60γn5th=8.32×108NL2=60γn1th=3.3×108彎曲壽命系數(shù)YN由圖12.24YN1=0.98YN2=1.0尺寸系數(shù)Yx由圖12.25Yx=0.85許用彎曲應(yīng)力[σF][σF1]==380×0.98×0.85/1.25=253.25MPa[σF2]==380×1×0.85/1.25=258.4MPa驗算σf1=YFα1YSα1Yε（3-9）=×2.37×1.63×0.7=74.86MPa<[σf1]σf2=σf1（3-10）=74.86×=77.98MPa<[σf2]傳動無嚴重過載，故不做靜強度校核。第4章機床液壓系統(tǒng)的設(shè)計液壓系統(tǒng)的設(shè)計必須從實際出發(fā)，重視調(diào)查研究，注意吸取國內(nèi)外的先進技術(shù)，力求設(shè)計出效率高、質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)簡單和操作方便的液壓傳動裝置來。一般說來，液壓系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)著重解決的主要問題是滿足工作部件對力和運動兩方面的要求。在滿足工作性能和工作可靠的前提下，應(yīng)力求系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟且維修方便。4.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求已知組合機床工況：臥式鉆孔Φ18，鉆螺紋底孔4×Φ8.5，攻螺紋4×M10*1.25組合機床，要求完成如下的動作循環(huán)：第二、三工位：快進→工進→快退→停止，第四工位：快進→工進→工退→快退→停止，第一個組合機床目的是鉆孔φ18，第二個機床的目的是鉆螺紋底孔4×Φ8.5，第三個機床的目的是攻螺紋4×M10*1.25。工件材料為:QT450，硬度為HB159-235。動力和運動參數(shù)，第二工位和第三工位軸向最大切削力約為8000N，快進，快退的速度取6.3m/min，第四工位軸向最大切削力約為12000N，