畢業(yè)設(shè)計(jì)資料 第二章 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)

PAGE32-2組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)2.1組合機(jī)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(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(shí)，必須計(jì)算分析被加工零件圖，并深入現(xiàn)場(chǎng)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，現(xiàn)場(chǎng)所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國(guó)內(nèi)外有關(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（減速箱箱蓋）的零件圖（圖2-1），加工八個(gè)螺栓孔的工藝過程。(1)加工孔的主要技術(shù)要求。加工4個(gè)M8螺紋底孔的孔?？椎奈恢枚裙顬棣?.1mm，與Φ12孔同心。工件材料為HT21-40，HB170～241要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量6萬(wàn)件，單班制生產(chǎn)(2)工藝分析加工該孔時(shí)，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。一次性加工螺紋底孔，孔徑為Φ6.5(3)定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇加工此離合器壓蓋的孔，以底面的兩個(gè)支承點(diǎn)限制X移、Y移和X轉(zhuǎn)、Y轉(zhuǎn)四個(gè)自由度，位于中間的心軸起到了很好的定位作用。在保證加工精度的情況下，提高生產(chǎn)效率減輕工人勞動(dòng)量，而工件也是大批量生產(chǎn)，由于夾具在本設(shè)計(jì)中沒有考慮，因此在設(shè)計(jì)時(shí)就認(rèn)為是人工夾緊。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，是制造機(jī)床方案的主要依據(jù)。離合器壓盤加工孔的精度要求不高，可采用鉆孔組合機(jī)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(shí)可以在下一個(gè)安裝工位上對(duì)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。為此，機(jī)床通常采用尾置式齒輪動(dòng)力裝置，進(jìn)給采用液壓系統(tǒng)，人工夾緊。被加工零件圖如圖2-1所示：圖2－1被加工零件圖(2)被加工零件的特點(diǎn)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(zhǔn)面的特點(diǎn)，它們對(duì)機(jī)床工藝方案制度有著重要的影響。此離合器壓盤的材料是HT21-40、硬度HB170-241、孔在整個(gè)壓盤上呈90度均度分配，孔的直徑為Φ6.5mm。采用多孔同步加工，零件的剛度足夠，工件受力不大，振動(dòng)，及發(fā)熱變形對(duì)工件影響可以不計(jì)。孔中心線與定位基準(zhǔn)面平行且需由一面或幾面加工的箱體宜用臥式機(jī)床，立式機(jī)床適宜加工定基準(zhǔn)面是水平的且被加工孔與基準(zhǔn)面垂直的工件，而不適宜加工安裝不方便或高度較大的細(xì)長(zhǎng)工件。對(duì)大型箱體件采用單工位機(jī)床加工較適宜，而中小型零件則多采用多工位機(jī)床加工。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。孔的分布范圍是直線形狀，工件比較長(zhǎng)，一次鉆完，多軸箱體積較大，采用兩工位以減小多軸箱的體積，使整個(gè)鉆床瘦身，因而適合選擇立式多工位鉆床。(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(dòng)線或按中小批量生產(chǎn)特點(diǎn)設(shè)計(jì)組合機(jī)床的重要因素。按設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為年生產(chǎn)量為6萬(wàn)件，從工件外形及輪廓尺寸，為了減少加工時(shí)間，采用多軸頭，為了減少機(jī)床臺(tái)數(shù)，此工序盡量在一臺(tái)機(jī)床上完成，以提高利用率。(4)機(jī)床使用條件使用組合機(jī)床對(duì)對(duì)車間布置情況、工序間的聯(lián)系、使用廠的技術(shù)能力和自然條件等一定的要求。在根據(jù)使用戶實(shí)際情況來(lái)選擇什么樣的組合機(jī)床。綜合以上所述：通過對(duì)箱蓋零件的結(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(jì)四軸頭多工位同步鉆床。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(jìn)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(jī)床對(duì)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(jī)床上加工下道工序，應(yīng)適當(dāng)加大余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。Φ6.5mm的孔在鉆孔后擴(kuò)孔，直徑上工序間余量0.5～1mm。2.2.2選擇切削用量確定了在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因?yàn)樗O(shè)計(jì)的組合機(jī)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(yàn)比一般通用機(jī)床單刀加工低30%左右．多軸主軸箱上所有刀具共用一個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力滑臺(tái)，工作時(shí)，要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動(dòng)力滑臺(tái)的每分鐘進(jìn)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(jì)成不同轉(zhuǎn)速和不同的每轉(zhuǎn)進(jìn)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(jìn)給量（mm/r）——?jiǎng)恿_(tái)每分鐘進(jìn)給量（mm/min）由于離合器壓盤孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求都是相同的。按照經(jīng)濟(jì)地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：鉆頭直徑D=6.5mm,鑄鐵HB175～255、進(jìn)給量f=0.1mm/r、切削速度v=15m/min.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(jìn)給量f）確定切削力，作為選擇動(dòng)力部件（滑臺(tái)）及夾具設(shè)計(jì)的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動(dòng)件（齒輪，傳動(dòng)軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動(dòng)電動(dòng)（一般指動(dòng)力箱）功率，通過查表計(jì)算如下：布氏硬度：HB=HBmin－0.5(HBmax－HBmin) =170－0.5(241－170)=146.33 (2-1)切削力：=26=26×6.5××=535.16N (2-2)切削扭矩：=10=10×××=2452.26N·mm (2-3)切削功率：=Tv/9740πD=2452.26×15/(9740×3.14×10)=0.123kw (2-4)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）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)離合器壓盤的布氏硬度在HB170～241，孔徑D為6.5mm，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(jiǎn)單、刃磨簡(jiǎn)單，選擇標(biāo)準(zhǔn)Φ6.5的麻花鉆?？准庸さ毒叩拈L(zhǎng)度應(yīng)保證加工終了時(shí)刀2.3鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制前面對(duì)四軸頭多工位同步鉆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(jì)的重要內(nèi)容。下面就以鉆床加工箱蓋總體設(shè)計(jì)的另一個(gè)問題，既總體設(shè)計(jì)方案的圖紙表達(dá)形式——“三圖一卡”設(shè)計(jì)，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(tái)組合機(jī)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(zhǔn)、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(jī)床的加工的內(nèi)容，加上必要的說明繪制成的。它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗(yàn)和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)文件。離合器壓盤用鉆孔組合機(jī)床的被加工零件工序圖如2－2所示。 圖2－2被加工零件工序圖附注：1.被加工零件名稱及編號(hào)：離合器壓盤；2.材料及硬度：灰鑄鐵HT21-40JB307-62HB175~255；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(jī)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(duì)上道工序的技術(shù)要求等。（2）本工序所選定的定位基準(zhǔn)、夾緊部位及夾緊方向。（3）加工時(shí)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(hào)、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(xiàng)（1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要圖出被本機(jī)床的加工內(nèi)容。繪制時(shí)，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(shí)線），并把零件輪廓及與機(jī)床、夾具設(shè)計(jì)有關(guān)部位（用細(xì)實(shí)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(shí)線標(biāo)記。如圖2－2中4－Φ12加工用定位基準(zhǔn)，機(jī)械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號(hào)表示出來(lái)。（2）加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基準(zhǔn)注起，為便于加工及檢查，尺寸應(yīng)采用直角坐標(biāo)系標(biāo)出，而不采用極坐標(biāo)，但有時(shí)因所選定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，則須對(duì)加工部位要求位置尺寸精度進(jìn)行分析換算。2.3.2加工示意圖圖2－3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(jī)床上的加工過程，刀具的布置以及工件、夾具、刀具的相對(duì)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(jì)選擇動(dòng)力部件的主要依據(jù)，是整臺(tái)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為箱蓋上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(zhǎng)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、繪制加工示意圖之前的有關(guān)計(jì)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(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(jì)組合機(jī)床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時(shí)必須解決的內(nèi)容。1）選擇導(dǎo)向類型根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑d=10mm和刀具導(dǎo)向的線速度v=15m/min，選擇固定式導(dǎo)向。2）導(dǎo)向套的參數(shù)根據(jù)刀具的直徑選擇固定導(dǎo)向裝置，如圖2－4所示：圖2－4固定導(dǎo)向裝置固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，固定裝置的配合，固定裝置的參數(shù)如下表所示：表2－1固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺參數(shù)dDD1D2Ll1mRd1d2l0尺寸6.512223028381318M81616表2－2固定裝置的配合導(dǎo)向類別工藝方法DDD1刀具導(dǎo)向部分外徑固定導(dǎo)向鉆孔G7（或F8）g6表2－3導(dǎo)向裝置的參數(shù)(mm)尺寸項(xiàng)目l1l2l3與直徑d的關(guān)系(2～3)d加工鑄鐵dd/3+(3～8)計(jì)算值3×d=3025．425.4/3+8=16.5固定導(dǎo)向裝置的布置如圖2－5所示：圖2－5固定導(dǎo)向裝置的布置（3）初定主軸類型、尺寸、外伸長(zhǎng)度因?yàn)檩S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2.316。根據(jù)剛性條件計(jì)算主軸的直徑為：dB=2.316×=17.52mm(2-5)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(jì)中所有主軸直徑皆取d=20mm,主軸外伸長(zhǎng)度為：L=115mm，D/d1為32/20，內(nèi)孔長(zhǎng)度為：l1=77mm.（4）選擇刀具接桿由以上可知，多軸箱各主軸的外伸長(zhǎng)度為一定值，而刀具的長(zhǎng)度也是一定值，因此，為保證多軸箱上各刀具能同時(shí)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(gè)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(lái)解決的,連接桿如圖2－6所示，圖2－6可調(diào)連接桿連接桿上的尺寸d與主軸外伸長(zhǎng)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2－4所示：表2－4可調(diào)接桿的尺寸d(h6)D1(h6)d2d3Ll1l2l3螺母厚度20Tr20×6莫氏1號(hào)12.06117188464010012（5）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸從保證加工終了時(shí)主軸箱端面到工件端面間距離最小來(lái)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333mm）,它等于刀具懸伸長(zhǎng)度、螺母厚度、主軸外伸長(zhǎng)度與接桿伸出長(zhǎng)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(zhǎng)度的確定如圖2－7工作進(jìn)給長(zhǎng)度應(yīng)等于工件加工部位長(zhǎng)度L與刀具切入長(zhǎng)度和切出長(zhǎng)度之和。切入長(zhǎng)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(shí)取大值,因此取=7mm,切出長(zhǎng)度=1/3d+(3～8)=1/30+89mm,所以=10+7+9=26mm.(2-6)（7）快進(jìn)長(zhǎng)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156mm，快退長(zhǎng)度等于快速引進(jìn)與工作工進(jìn)之和，因此快進(jìn)長(zhǎng)度156－26=130mm.圖2－7工作進(jìn)給長(zhǎng)度2.3.3機(jī)床聯(lián)系尺寸圖圖2－8機(jī)床聯(lián)系尺寸圖1、聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容一般來(lái)說，組合機(jī)床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件——?jiǎng)恿ο?、?dòng)力滑臺(tái)、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(rùn)滑、排屑系統(tǒng)組合而成。聯(lián)系尺寸圖用來(lái)表示機(jī)床各組成部件的相互裝配和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以檢驗(yàn)機(jī)床各部件的相對(duì)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(jì)提供依據(jù)。聯(lián)系尺寸圖也可以看成是簡(jiǎn)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2－8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(hào)、規(guī)格、動(dòng)力部件的運(yùn)動(dòng)尺寸和所用電動(dòng)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(dòng)力部件選用動(dòng)力部件主要選擇型號(hào)、規(guī)格合適的動(dòng)力滑臺(tái)、動(dòng)力箱。（1）滑臺(tái)的選用通常，根據(jù)滑臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式、所需進(jìn)給力、進(jìn)給速度、最大行程長(zhǎng)度和加工精度等因素來(lái)選用合適的滑臺(tái)。1）驅(qū)動(dòng)形式的確定根據(jù)對(duì)液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)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(tái)。2）確定軸向進(jìn)給力滑臺(tái)所需的進(jìn)給力=∑=4×1071.79=4287.16N(2-7)式中：——各主軸加工時(shí)所產(chǎn)生的軸向力由于滑臺(tái)工作時(shí)，除了克服各主軸的軸的向力外，還要克服滑臺(tái)移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力。因而選擇滑臺(tái)的最大進(jìn)給力應(yīng)大于＝4.29KN。3）確定進(jìn)給速度液壓滑臺(tái)的工作進(jìn)給速度規(guī)定一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速，對(duì)液壓滑臺(tái)確定切削用量時(shí)所規(guī)定的工作進(jìn)給速度應(yīng)大于滑臺(tái)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(shí)，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=47.8mm/min。所以選擇HY25IA液壓滑臺(tái)，工作進(jìn)給速度范圍32～800mm/min，快速速度12m/min。4）確定滑臺(tái)行程滑臺(tái)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(dòng)力部件有一定的向前移動(dòng)的余地，以彌補(bǔ)機(jī)床的制造誤差以及刀具磨損后能向前調(diào)整。本系統(tǒng)前備量為20mm，后備量的作用是使動(dòng)力部件有一定的向后移動(dòng)的余地，為方便裝卸刀具，這是取40mm,所以滑臺(tái)總行程應(yīng)大于工作行程，前備量，后備量之和。即：行程L＞156+20+40=236mm，取L＝250mm。綜合上述條件，確定液壓動(dòng)力滑臺(tái)型號(hào)HY25IA。（2）由下式估動(dòng)力箱的選用動(dòng)力箱主要依據(jù)多軸所需的電動(dòng)機(jī)功率來(lái)選用，在多軸箱沒有設(shè)計(jì)之前，可算P主＝P切／η＝4×0.123／0.8＝0.615KW (2-8)式中：η——多軸箱傳動(dòng)效率，加工黑色金屬時(shí)η＝0.8～0.9；有色金屬時(shí)η＝0.7～0.8，本系統(tǒng)加工HT21-40JB307-62，取η＝0.8．動(dòng)力箱的電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)大于計(jì)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(dòng)機(jī)型號(hào)為Y100L—6B5的1TD25IA型動(dòng)力箱，動(dòng)力箱輸出軸至箱底面高度為125mm。主要技術(shù)參數(shù)如下表2-5：表2－5電動(dòng)機(jī)功率參數(shù)主電機(jī)傳動(dòng)型號(hào)轉(zhuǎn)速范圍（r/min）主電機(jī)功率（kw）配套主軸部件型號(hào)電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)速Y100L-6B514307061.51TA32、1TA32M、1TZ32~1TG32（3）Y軸液壓滑臺(tái)的選用工件質(zhì)量計(jì)算V=420×240×10＋(2×160＋2×340)×10×30=1.308×10-3m=ρv=7.0×103×1.308×10-3=9.156kg (2-9)磨擦系數(shù)： f=0.07～0.12取f=0.1F=f·N=0.1mg=0.1×9.156×10=9.156N(2-10)2、配套支承部件的選用立柱1CL25型，立柱底座1CD253、確定裝料高度裝料高度指工件安裝基面至機(jī)床底面的垂直距離，在現(xiàn)階段設(shè)計(jì)組合機(jī)床時(shí)，裝料高度可視具體情況在H＝580～1060mm之間選取，本系統(tǒng)取裝料高度為976mm4、中間底座輪廓尺寸中間底座的輪廓尺寸要滿足Y軸滑臺(tái)在其上面聯(lián)接安裝的需要，又考慮到與立柱底座相連接。因此，中間底座采用側(cè)底座1CC32。5、確定多軸箱輪廓尺寸本機(jī)床配置的多軸箱總厚度為301mm，寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取。計(jì)算時(shí)，多軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=500H=500根據(jù)上述計(jì)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=500X500mm2.3.4生產(chǎn)率計(jì)算卡生產(chǎn)率計(jì)算卡是反映所設(shè)計(jì)機(jī)床的工作循環(huán)過程、動(dòng)作時(shí)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(jì)算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對(duì)生產(chǎn)率及負(fù)荷率的要求。計(jì)算如下：切削時(shí)間：T切=L/vf+t停 =2×26/47.8＋2×15/478 =1.151min (2-11)式中：T切——機(jī)加工時(shí)間（min）L——工進(jìn)行程長(zhǎng)度（mm）vf——刀具進(jìn)給量（mm/min）t?！罁蹊F停留時(shí)間。一般為在動(dòng)力部件進(jìn)給停止?fàn)顟B(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)5～15r所需要時(shí)間。這里取15r輔助時(shí)間: T輔=+t移+t裝 =（150＋176）×2/12000+0.1+1.5 =1.654min (2-12)式中：L3、L4——分別為動(dòng)力部件快進(jìn)、快退長(zhǎng)度（mm）vfk——快速移動(dòng)速度（mm/min）t移——工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)間（min）,一般為0.05～0.13min,取0.1mint裝——裝卸工件時(shí)間（min）一般為0.5～1.5min,取1.5min機(jī)床生產(chǎn)率 Q1=60/T單 =60/（T切+T輔） =60/（1.151+1.654） =21.39件/h (2-13)機(jī)床負(fù)荷率按下式計(jì)算η=Q1/Q×100%=Q1tk/A×100%=21.39×1950/60000×100%=70% (2-14)式中：Q——機(jī)床的理想生產(chǎn)率（件/h）A——年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件）tk——年工作時(shí)間，單班制工作時(shí)間tk=1950h表2－6生產(chǎn)率計(jì)算卡圖號(hào)1601A-093毛坯種類鑄件名稱離合器壓盤毛坯重量材料HT21-40JB297-62硬度HB170-241序號(hào)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(shí)間輔助時(shí)間1按裝工件0.52工件定位夾緊0.253Z軸快下150120000.0134Z軸工進(jìn)26320.147.80.5445Z軸暫停0.036Z軸快上176120000.0157Y軸前進(jìn)100100000.018Y軸暫停0.099Z軸快下150120000.01310Z軸工進(jìn)2647.80.54411Z軸暫停0.0312快退176120000.01513工件松開0.2514卸下工件0.5注:1、主軸轉(zhuǎn)速706r/min2、一次安裝加工完一個(gè)工件2.4多軸箱的設(shè)計(jì)2.4.1繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的如圖2－9所示:圖2－9鉆孔組合機(jī)床多軸箱原始依據(jù)圖圖中多軸箱的兩定位銷孔中心連線為橫坐標(biāo)，工件加工孔對(duì)稱，選擇箱體中垂線為縱坐標(biāo)，在建立的坐標(biāo)系中標(biāo)注輪廓尺寸及動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸的相對(duì)位置尺寸。主軸部為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（面對(duì)主軸看）。主軸的工序內(nèi)容，切削用量及主軸尺寸及動(dòng)力部件的型號(hào)和性能參數(shù)如表2－7所示：表2－7主軸外尺寸及切削用量軸號(hào)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、420/12115鉆Φ6.5478150.147.8注：1．被加工零件編號(hào)及名稱：箱蓋；材料：HT21-40JB297-62；硬度:HB170-2412．動(dòng)力部件型號(hào)：1TD25IA動(dòng)力箱，電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y100L-6；功率P＝1.5kw。2.4.2齒輪模數(shù)選擇本組合機(jī)床主要用于鉆孔，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)=32×=1.76 (2-15)式中：m——估算齒輪模數(shù)P——齒輪所傳遞率（kw）Z——對(duì)嚙合齒中的小齒輪數(shù)N——小齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min）多軸箱輸入齒輪模數(shù)取m1=3，其余齒輪模數(shù)取m2=2。2.4.3多軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì)（1）根據(jù)原始依據(jù)圖（圖2－9），畫出驅(qū)動(dòng)軸、主軸坐標(biāo)位置。如下表2-8：表2—8驅(qū)動(dòng)軸、主軸坐標(biāo)值坐標(biāo)銷O1驅(qū)動(dòng)軸O主軸1主軸2主軸3主軸4X－1750－959595－95Y094.51801808080（2）確定傳動(dòng)軸位置及齒輪齒數(shù)圖2－10齒輪的最小壁厚1）最小齒數(shù)的確定為保證齒輪齒根強(qiáng)度，應(yīng)使齒根到孔壁或鍵槽的厚度a2m,驅(qū)動(dòng)軸的直徑為d=30mm,有《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》知，如圖2－10所示齒輪t=33.3mm,當(dāng)m1=3時(shí)。驅(qū)動(dòng)軸上最小齒輪齒數(shù)為：Zmin2（t/m1+2+1.25）－d0/m1=2×(33.3/3+2+1.25)－30/3=18.9 (2-16)所以驅(qū)動(dòng)軸齒數(shù)要大于等于19。為減小傳動(dòng)軸的種類，所有傳動(dòng)軸的直徑取30mm.當(dāng)m2=2，d=20時(shí)，齒輪t=23.3mm。主軸上最小齒輪齒數(shù)為：Zmin2（t/m2+2+1.25）－d0/m2=2×（23.3/2+2+1.25）－20/2=19.8 (2-17)所以主軸齒數(shù)要大于等于20。2）傳動(dòng)軸11為主軸1，2，3，4都各自在同一同心圓上。多軸箱的齒輪模數(shù)按驅(qū)動(dòng)軸出輪估算m≥1.71 (2-18)多軸箱輸入出輪模數(shù)取m1=3，其余齒輪模數(shù)取m2=2。主軸1，2，3要求的轉(zhuǎn)速一致且較高，所以采用升速傳動(dòng)。主軸齒數(shù)選取Z=45，傳動(dòng)齒輪采用z=45齒的齒輪，變位系數(shù)。傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速為: (2-19)由于前面選取了主軸直徑為30，顯然傳動(dòng)軸直徑都選取20，這樣為了減少傳動(dòng)軸種類和設(shè)計(jì)題目需要由于傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速是706r/min，則驅(qū)動(dòng)軸至傳動(dòng)軸的傳動(dòng)比為: (2-20)所以選擇兩級(jí)傳動(dòng)，且傳動(dòng)比分配為：一級(jí)為1.2×1.2;二級(jí)為1.4×1.0。驅(qū)動(dòng)軸的直徑為30mm，由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得知：t=33.3mm,當(dāng)m=3時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸上的齒數(shù)為：Zmin≥ (2-21)驅(qū)動(dòng)齒輪齒數(shù)Z=45。通用的齒輪有三種，即傳動(dòng)齒輪、動(dòng)力箱齒輪和電機(jī)齒輪。材料均為45鋼，熱處理為齒部高頻淬火G54。本機(jī)床齒輪的選用按照表2-9選用。計(jì)算各主軸轉(zhuǎn)速使各主軸轉(zhuǎn)速的相對(duì)轉(zhuǎn)速損失在5%以內(nèi)。由公式：V=3.14Dn/1000知：(2-22)表2-9機(jī)床齒輪參數(shù)齒輪種類寬度（mm）齒數(shù)模數(shù)（mm）孔徑（mm）驅(qū)動(dòng)軸齒輪243216～50連續(xù)16～702、2.5、32、2.5、3、415、20、30、35、4025、30、35、40、50傳動(dòng)軸齒輪44（B型）45225、30、40、50輸出軸齒輪3237318、22、28、32、362.4.4傳動(dòng)系統(tǒng)圖是表示傳動(dòng)關(guān)系是示意圖，即用以確定的傳動(dòng)軸將驅(qū)動(dòng)軸和各主軸連接起來(lái)，繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動(dòng)示意圖，如圖2－11所示圖中多軸箱箱體內(nèi)只排放一排37mm寬的齒輪，離箱體前壁4.5mm，離箱體后壁9.5mm，傳動(dòng)軸齒輪和驅(qū)動(dòng)軸齒輪為第Ⅱ排。在圖中標(biāo)出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、變位系數(shù)，以校核驅(qū)動(dòng)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。 圖2－11箱蓋鉆孔多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)圖2.4.5傳動(dòng)零件的校核（1）驗(yàn)算傳動(dòng)軸的直徑校核傳動(dòng)軸以承受的總扭矩最大傳動(dòng)軸11，由它驅(qū)動(dòng)的有主軸1、4和液壓泵軸7。主軸扭矩：T1=T4=3274.45N·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(wú)泄漏狀態(tài)，即： P·q=T·ω (2-23)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=655.338r/min=10.9223r/sq=5.88×10.9223=64.22ml/r=64.22×10-6mω=2πn/60=2×3.14×655.338/60=68.56rad/s 代入公式：P·q=T·ω=64.22×10-6×0.3×106=68.56T7 （2-24）解得：T7=280N·mmT5=T1/i5-1+T4/i5-4+T7/i5-7=2×3274.45/0.914+280/0.667=7584.89N·mm (2-25)根據(jù)d=B=2.316×=21.6mm<30mm因此傳動(dòng)軸1、2、3、4是符合要求的。（2）齒輪模數(shù)的驗(yàn)算對(duì)多軸箱中承受載荷最大、最薄弱的軸5上的齒輪進(jìn)行接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)算。齒輪的材料為45鋼，表面淬火，布氏硬度HB=229～286，平均值240HB。設(shè)使用壽命10年。齒輪Z5=30、Z1=28、寬度B=37mm，傳動(dòng)比i5-1=0.914,工作時(shí)間比1.088/2.804=0.39。注：在校核計(jì)算的過程中所要見的表和圖在《機(jī)械設(shè)計(jì)》一書中，邱宣懷等編著，2003年高等教育出版社。校核計(jì)算：接觸疲勞極限бHlim由圖12.17c得бHlim=410MPa齒輪5的圓X速度v5v5===1.37m/s (2-26)精度等級(jí)，選9級(jí)精度使用系數(shù)KA，由表12.9KA=1.1動(dòng)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=2×7584.89/60=252.83N (2-27)KAFt/b=1.1×252.83/37=7.52N/mm<100N/mm (2-28)εα=[1.88－3.2×(+)]cosβ(β=0)=1.88－3.2×(+)=1.67 (2-29)Zε===0.88 (2-30)由此得 KHα===1.29 (2-31)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 =1.17+0.16×[1+0.6×(37/60)×2]×(37/60)×2+0.61×10-3×37 =1.28 (2-32)載荷系數(shù)KK=KAKVKHαKHβ=1.1×1.24×1.29×1.28=2.25 (2-33)彈性系數(shù)ZE由表12.12ZE=189.8 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH由圖12.16知（X1X2）/(Z1Z2)=0.005ZH=2.62接觸最小安全系數(shù)SHmin由表12.14知SHmin=1.25總工作時(shí)間thth=10×365×8×0.39=11481.6h應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL1=60γn5th=60×3×436.892×11481.6=9.03×108 (2-34)NL2=60γn1th=60×1×478×11481.6=3.2×108 (2-35)接觸壽命系數(shù)ZN由圖12.18知ZN1=1.14ZN2=1.24許用接觸應(yīng)力[σH][σH1]===373.92MPa (2-36)[σH2]===406.7MPa (2-37)驗(yàn)算： σH=ZE·ZH·Zε =189.8×2.62×0.88× =301.95MPa<373.92Mpa (2-38)計(jì)算表明：接觸疲勞強(qiáng)度是合適是，齒輪尺寸無(wú)須調(diào)整。齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算重合度系數(shù)YεYε=0.25+0.75/εα=0.25+0.75/1.67=0.7 (2-39)齒間載荷分配系數(shù)KFα由表12.10知KFα=1/Yε=1/0.7=1.43 (2-40)齒向載荷分配系數(shù)KFβb/h=37/(2.25×2)=8.22由圖12.14知KFβ=1.2載荷系數(shù)KK=KAKVKFαKFβ (2-41)=1.1×1.24×1.43×1.2=2.34齒形系數(shù)YFα由圖12.21知YFα1=2.37 YFα2=2.56 應(yīng)力修正系數(shù)YSα由圖12.22知YSα1=1.68 YSα2=1.62 彎曲疲勞極限σFlim由圖12.23c知σFlim=380MPa彎曲最小安全系數(shù)SFmin由表12.14知SFmin=1.25應(yīng)力循環(huán)系數(shù)NLNL1=60γn5th=9.03×108 （2-42）NL2=60γn1th=3.2×108 （2-43）彎曲壽命系數(shù)YN由圖12.24知YN1=0.98YN2=1.0尺寸系數(shù)Yx由圖12.25知Yx=0.85許用彎曲應(yīng)力[σF][σF1]= =380×0.98×0.85/1.25=253.25MPa (2-44)[σF2]= =380×1×0.85/1.25=258.4MPa (2-45)驗(yàn)算 σf1=YFα1YSα1Yε =×2.37×1.63×0.7 =21.62MPa<[σf1] (2-46) σf2=σf1 =21.62× =22.52MPa<[σf2] (2-47)傳動(dòng)無(wú)嚴(yán)重過載，故不做靜強(qiáng)度校核。2.5確定機(jī)械重塊平衡機(jī)構(gòu)（1）計(jì)算Z軸液壓滑臺(tái)滑鞍的質(zhì)量V1=500×55.5×250×+2×500×44.68×40=8.72×10-3m3 (2-m1=ρV=7.8×103×8.27×10-3=68.016Kg (2-49)（2）查得1TD25IA動(dòng)力箱的質(zhì)量m2=120Kg（3）計(jì)算多軸箱的質(zhì)量a、箱體的質(zhì)量Va=400×(90×320－57×264+141×320－51×260+70×320－5×260)+(57×264×28+51×260×30+5×260×10)=26.685×10-3+1.61×10-3=28.345×10-3m3 (2-ma=ρVa=7×103×28.345×10-3=198.415Kg (2-51)b、主軸的質(zhì)量Vb=4×[115×+(141+70)×]=0.32×10-3m3 (2-mb=ρVb=7.8×103×0.32×10-3=2.5㎏ (2-53)c、傳動(dòng)軸的質(zhì)量Vc=2×(141+57)×=0.28×10-3m3 (2-mc=ρVc=7.8×103×0.28×10-3=2.2㎏ (2-55)d、齒輪的質(zhì)量Vd=32×(3.14×282×4+3.14×302×2+3.14×34.52+3.14×40.52×2+3.14×202)=0.99×10-3m3 (2-5md=ρVd=7.8×103×0.24×10-3=7.722㎏ (2-57)e、查表R12-1A的質(zhì)量me=5.5㎏f、連桿的質(zhì)量Vf=3.14×102×188×4=0.24×10-3m3 (2-5mf=7.8×103×0.24×10-3=1.9㎏ (2-59)g、麻花鉆的質(zhì)量Vg=4×3.14×52×128=0.04×10-3m3 (2-mg=7.8×103×0.04×10-3=0.312㎏ (2-61)m總=m1+m2+ma+mb+mc+md+me+mf+mg=68.016+120+198.415+2.5+2.2+7.722+5.5+1.9+0.312=406.57㎏ (2-62)考慮到套筒和潤(rùn)滑油未計(jì)算，總質(zhì)量就略取大些，取m總=420㎏平衡塊的重量應(yīng)等于移動(dòng)部件總質(zhì)量的75～85%，其余未平衡的15～25%重量是由導(dǎo)軌的摩擦力和滑輪軸承上的以及繞在滑輪的鋼絲的阻力來(lái)補(bǔ)償?shù)?。則：平衡塊的重量m塊=m總85%=420×85%=357㎏ (2-63)2.6液壓系統(tǒng)根據(jù)工作情況選擇液壓泵，組合機(jī)床在負(fù)荷較大并有快速和慢速工作行程。因此選擇限壓式變量泵。2.6.1Z軸液壓泵的確定（1）液壓泵的最大工作壓力Pp(Pa)液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在工作工進(jìn)階段，此時(shí)液壓力要克服切削力和摩擦力F摩=G－F`式中：F摩——滑臺(tái)克服摩擦力（N）G——?jiǎng)恿ο?、多軸箱等移動(dòng)部分總重量（N）F’——平衡塊的拉力（N）代入式中得：F摩=m總g－m平衡塊g=420×10－357×10=630N切削力：F切=1071.79NF=F摩+F切=630+1071.79=1701.79NHY25IA液壓滑臺(tái)的油缸直徑為63mm,活塞桿直徑為35mm.A===0.62×10-3㎡ (2-64)則： P1=F/A=17