机械毕业设计（论文）-箱体连接孔加工组合机床设计.doc

箱体连接孔加工组合机床设计 专 业：机械设计制造及其自动化学 生： 指导老师： 完成日期： 2014年6月2日扬州大学广陵学院中文摘要随着自动化生产能力的提高，现代工厂中出现需要组合机床的场合越来越多，组合机床是以通用部件为基础，配以工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。它一般采用多轴，多刀，多工序，多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化合系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。本课题针对箱体前断面上的4个螺纹孔钻削这一特定工序而设计的一台专用立式组合机床。本设计中，在充分数据计算的基础上对标准通用零件做了仔细选择，并依据被加工零件的结构特点，加工部位的尺寸精度，表面粗糙度要求，以及定位夹紧方式，工艺方法和加工过程中所采用的刀具，生产率，切削用量情况等设计了结构合理的多轴箱。关键词：组合机床，多轴箱，工艺流程，钻削IAbstractWith the improvement of automation production capacity, the modern factories in need of modular machine tool more and more occasions, combination machine tools is based on common components, with the specific shape of the part and process design of special components and fixture, consisting of a special semi-automatic or automatic machine tools. It usually USES the multiple spindle, knife, working procedure, polyhedral or transfer processing ways at the same time, the production efficiency is higher than general machine tools several times or more. Because general parts have standard combined seriation, can according to need to be flexible configuration, can shorten the design and manufacturing cycle. Therefore, both the advantages of low cost and high efficiency of combined machine tool, widely used in mass production, and can be used to form an automatic production line.This topic for the hole and four of beforethe end of the threaded hole drilling this specific process and design of a dedicated vertical combination machine tools.In this design, on the basis of sufficient data for standard parts common careful selection, and according to the structure characteristics of the processed parts, machining parts size accuracy and surface roughness requirements, as well as the positioning clamping way, process method and tool adopted by the machining process, productivity, and cutting dosage situation such as reasonable structure of the spindle box is designed.Key words: combination machine tools, spindle box, technological process, drillingII目录中文摘要IAbstractII目录III第一章 绪论11.1组合机床概述11.2国内外该研究技术现状11.3该课题研究的目的和意义41.4本课题主要研究解决的难点问题和拟采用的办法4第二章 组合机床总体方案设计52.1 加工零件分析52.1.1、零件加工的技术要求52.2定位分析、基准选取及制定工艺路线52.2.1定位基准的选择62.2.2重要工序分析：62.3确定机床的配置形式72.4不同配置形式组合机床的加工精度72.5选择机床配置形式应注意的问题72.5.1、适当提高工序集中程度72.5.2、夹具形式对机床配置形式的影响82.6机床总体布置方案确定8第三章 钻夹具设计93.1箱体连接孔加工组合机床夹具分析93.1.1、基本定位原理分析93.1.2、夹紧力“两要素”93.1.3、加工工艺技术分析103.1.4、工作行程的确定10第四章 组合机床总体设计（三图一卡）114.1被加工零件工序图114.1.1、被加工零件工序图的作用与内容114.1.2、绘制工序图的规定及注意事项124.2加工示意图124.2.1、加工示意图的作用和内容124.2.2选择刀具、导向及有关计算124.3组合机床切削用量134.3.1、组合机床切削用量的选择特点134.3.2、确定切削用量应注意的问题134.3.3、组合机床切削用量选择及计算134.4、机床联系尺寸图134.4.1机床联系尺寸图作用和内容134.4.2机床联系尺寸134.5、生产率计算卡13第五章 多轴箱设计135.1主轴箱设计的原始依据135.2主轴结构型式的选择135.3多轴箱传动设计135.3.1对多轴箱传动系统的一般要求135.4拟定多轴箱传动的基本方法135.5传动系统的设计计算135.5.1各齿轮参数的设计计算135.5.2绘制传动系统图13结论和展望13致谢13参考文献13IV王毅 箱体连接孔加工组合机床设计第一章 绪论1.1组合机床概述制造技术是各国经济竞争的重要支柱之一，经济的成功在很大程度上得益于先进的制造技术，而机床是机械制造技术重要的载体，它标志着一个国家的生产能力和技术水平。比如,我们传统的通用机床,由于它为了适应各种零件的通用加工,强调了加工范围的广泛性,使其万能性增大,随之带来的便是机床结构复杂,并且在加工某一零件的某些加工表面时,使机床不能完全发挥出全部效能。为了克服通用机床的弊端,工程技术人员便相应地推出了专用机床。但由于专用机床是根据某一工艺要求专门设计制造的,且它的组成部件均是专门设计制造的,因此,相对于通用机床而言,专用机床的造价昂贵,设计、制造周期长,特别是在飞速发展的变化之中,一旦产品更新换代产品 变型,原有的专用机床将不能满足新产品加工工艺的要求,更有甚者是原专用机床完全不能加工新产品而变成一堆废铁,失去了机床应有的作用。为了使产品在市场中立于不败之地,工程技术人员不得不重新花费时间,设计、制造新的专用机床。由此可见,专用机床在一定程度上阻碍着产品的更新换代。为了解决以上通用机床与专用机床之间的矛盾,同时尽可能地兼顾通用机床与专用机床的优越性,于是,组合机床便在通用机床与专用机床的夹缝中悄然兴起,并得到了越来越广泛的应用。1.2国内外该研究技术现状我国组合机床事业是从无到有,逐渐发展起来的。从1956年开始自行设计、制造了组合机床并得到很大发展。如北京、上海、辽宁、山东、江苏等发展很快,西北、西南地区也又新的发展。国家又重点安排了一批工厂,如大连机床厂、常州机床厂、大河机床厂、长沙机床厂、上海第十机床厂等20多个工厂生产组合机床通用部件,为全国各地机械加工部门用组合机床自己武装自己创造了非常有利的条件。许多工厂在大搞技术改造、设备更新、质量翻新的热潮中,制造了大量的组合机床及其自动线,成倍地提高了劳动生产率,保证了产量和质量,降低了成本。目前,我国大多数省、市、自治区都能设计并制造组合机床及其自动线,产量、质量和技术水平都在不断提高。我国组合机床及其自动线已占有一定数量,特别是在汽车制造行业已有了大量的组合机床及其自动线,生产能力也在不断提高。用我国自行设计与制造的组合机床及其自动线武装起来的第二汽车制造厂,经投产后证明具有规模、效率高,具有较高的自动化程度特点物理从工艺方案和布局,还是从加工精度和质量方面看,这些组合机床及组合机床自动线都已达到国际先进水平。近几年来,组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器、仪表、缝纫机、自行车、阀门、矿山机械、冶金、航空、纺织机械及军工等部门已获得广泛的应用，由于组合机床具有的一系列优点,因此在我国机械加工工业中广泛推广使用组合机床已成为多、快、好、省地发展我国机械加工工业的一条重要途径,继续发展和提高组合机床及自动线技术水平,是当前机械加工工业的一项重要任务。我国的组合机床以及他的总体技术相比其他国家来说还是相对落后的，国内所需的一些高水平组合机床几乎都从国外进口。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势是：（1）广泛应用数控技术 国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。(2)发展柔性技术80年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。(3)发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面组合机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。(4)进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益近十多年来，组合机床及其自动线在高效、高生产率， 柔性化以及采用并行(同步)工程制订更为合理、更为节省的方案方面取得了不小的进展。尤其是汽车工业， 为了提高汽车的性能，对零件的加工精度提出了一些新的要求， 因此对机床性能的要求也更高了.4近年来随着数控技术、电子技术、计算机技术等的发展，组合机床的机械结构和控制系统也发生了巨大变化。5组合机床有了以下的发展：1、数控化。数控组合机床的出现，不仅完全改变了过去那种由继电器电路组成的组合机床的控制系统，而目也使组合机床机械结构乃至通用部件标准发生了或正在发生着巨大的变化。2、模块化。数控加1二模块化极大地丰富了组合机床的通用件，它必将引起组合机床通用件发生根本性变化。3、高速化。由于高速加工可大大降低零件表面粗糙度及切削力，大大减小切削温度，提高生产效率，故机床的高速化研究方兴未艾，特别是数控机床的主运动和进给运动速度已达到了惊人高速。如美国生产的加工中心，主轴转速可达15 00060 000rmin，工作台快进速度高达90120mmin。顺应机床高速化的潮流，组合机床的速度也越来越高。例如德国大众汽车厂在加工铝金缸盖燃烧室侧面时，采用PCD铣刀,铣削速度高达3 075mmin，进给速度达3 600mmmin，而采用安装有CBN刀片的新颖镗刀加工灰铸铁时， 切削速度达800mmin，进给速度达I 500 mmmin。64、精密化。由于机床实现了数控化，因而机床的加工精度越来越高，使一些过去看来难以达到的加工精度今天也已经实现了。5、全防护化。全封闭是现在机床的一大特点，不论是单机还是机床生产线，均采用全封闭的外罩，电器、液压全部采用空中走线。全封闭防护，不但使机床及其生产线外形美观，而且也提高了安全性、可靠性和维修的便利性。1.3该课题研究的目的和意义传统机床只能对一种零件进行单刀，单工位，单轴，单面加工，成产效率低且加工精度不稳定，组合机床能够对一种（或几种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铣削磨削等工序，生产效率高，加工精度稳定。本课题针对箱体设计专用轴孔加工组合机床，不仅有利于提高大批量生产的箱体的生产效率，提高加工精度稳定性，还可以在不生产该箱体后只需稍改进就可以继续使用机床，节约社会资源。1.4本课题主要研究解决的难点问题和拟采用的办法1) 根据选定的切削用量（主要指切削速度v及进给量f）确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电动（一般指动力箱）功率。一些参数可查组合机床简明手册。2) 选择刀具，应考虑工艺要求与加工尺寸精度、工件材质、表面粗糙度及生产率的要求。为了提高工序集中程度或满足精度要求，可以采用复合刀具。孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有3050mm距离，以便于排出切削和刀具磨损后又一定的向前调整量。19王毅 箱体连接孔加工组合机床设计第二章 组合机床总体方案设计2.1 加工零件分析 零件的工艺分析，就是通过对零件图纸的分析研究，判断该零件的结构和技术要求是否合理，是否符合工艺性要求。找出主要技术要求和加工关键，研究零件加工过程中可能出现的问题及需要采取的措施，对图纸的完整性、技术要求的合理性提出意见，对不合理的部分提出修改意见，以保证能用经济合理的方法制造出符合质量要求的零件。通过对零件图的重新绘制，知原图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。总体来说，这个零件的工艺性较好。本课题主要是加工箱体前断面上的4个M10螺纹孔，该4个螺纹孔在箱体毛胚时为4个直径为8的孔，上三个为沉孔，最下面一个为通孔。具体尺寸如图2-1所示:图2-1 被加工零件尺寸2.1.1、零件加工的技术要求1）保证箱体直径为132mm孔的的中心位置，保证后轴孔的面粗糙度在3.2以内。2）保证箱体后轴孔的中心位置，在水平位置与基准面和在垂直位置与基准面的位置偏差在0.5之内。保证后轴孔的面粗糙度在1.6以内。2.2定位分析、基准选取及制定工艺路线根据生产纲领，该零件属于大批大量生产，因此采用砂型铸造的方法来进行毛坯生产。该零件的各个表面均为毛坯面，为加工需要，先加工一基准面为后备工序做准备。该箱体结合件分为箱体和箱盖两部分，箱体外形面有两侧面侧面、前后待加工端面和安装底面，依据便于装夹的原则及利于后续加工的原则，确定箱体安装底面作为多道工序加工的基准面。2.2.1定位基准的选择选择定位基准的原则及应注意的问题：1) 应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准。这样可以减少基准不符的误差，以保证加工精度，但在某些情况下，却必须选用其他作为定位基准。2) 选择定位基准应确定工件定位稳定。尽量采用已加工较大平面作为定位基准，这对于加工尤为重要。3) 统一基准原则。即在各台机床上采取共同的定位基面来加工零件不同表面的孔或对同一表面上的孔完成不同的工序。这对工序多的箱体类尤为重要。图2-2 待加工零件定位基准面确立根据以上选择定位基准的要定，现选定箱体的底面为定位基准，如图2-2所示，定位装夹简单可靠。2.2.2重要工序分析：工艺分析是设计组合机床最重要的一步，必须认真分析被加工零件的工艺过程。深入现场全面了解被加工零件的结构特点，加工部位，夹紧方式，工艺方法和加工过程所用的刀具，切削用量及生产率等。选择单工位，单面组合机床，使机床结构简单，工件可靠，更符合多，快，好，省的要求。为了在加工过程中能够满足精度的要求，由于加工孔相对于中心的位置度要求比较高，因此采用单工位方法一次定位，可以减少定位误差。由于被加工的箱体零部件特点以及加工部位特点，被加工的孔为与定位基准平行，且零部件需要双面加工等，一般来说，被加工的孔中心线与定位基面平行时宜采用卧式机床。正因为这些特点在很大的程度上决定本次设计采用卧式机床。该卧式组合机床的左主轴箱是钻4个直径为10mm的螺纹孔，精度要求为b8，加工直径为132mm的孔，其粗糙度为3.2；右主轴箱是钻1个直径为74mm的轴孔，表面粗糙度为1.6。由于右轴加工的轴孔尺寸较大，需要设计一个玉米刀盘来满足设计要求。2.3确定机床的配置形式通常根据工件的结构特点，加工要求，生产率和工艺过程方案等，大体上就可以确定应采用哪种基本形式的组合机床。但在基本形式的基础上，由于工艺的组织，动力头的不同配置方法，零件安装数目和工位数多少等具体安排不同，而具有多种配置方案。它们对机床的结构复杂程度，通用化程度，结构工艺性能，重新调整的可能性以及经济效果，还有维修操作是否方便等，都具有不同的影响。另外，还必须看到，就是在有些情况下，对于工艺过程方案做不大的更改或重新安排，往往会使机床简单，工作可靠，结构紧凑，更符合多快好省的要求。2.4不同配置形式组合机床的加工精度在组合机床上影响加工精度的因素很多，一般分为与切削负荷无关的误差（如机床原始误差，工件安装误差，夹具与刀具的误差，其它偶然性误差等）和与切削负荷有关的误差（如夹压变形，热变形，刀具磨损所引起的误差和其他偶然性误差）。组合机床加工精度通常是靠夹具来保证的，我们也可以把影响加工精度的因素分为加工误差和夹具误差两大类。那么现在的问题在于确定夹具误差和加工误差的比例，这个问题的解决通常是根据经验数据来进行机床配置形式的选择。一般从固定式夹具组合机床的加工精度和移动式夹具组合机床的加工精度来考虑。固定式夹具单工位组合机床加工精度最高。这种机床由于零件采用固定导向的位置度可以达到0.2mm。可见这种形式的组合机床加工此零件能稳定的保证加工精度。2.5选择机床配置形式应注意的问题2.5.1、适当提高工序集中程度在确定机床的配置形式和结构方案时，要合理解决工序集中程度的问题。在一个动力头上安装多轴，同时加工多孔来集中工序，是组合机床最基本的方法，在一台机床主轴数量有达200根左右的。但是，也不应无限制地增加主轴数量，要考虑到动力头及主轴箱的性能和尺寸，并保证调整和更换刀具的方便性。这些在以后的设计中药得以解决。2.5.2、夹具形式对机床配置形式的影响选择机床配置形式时要注意考虑夹具结构的实现可能性和工作的可靠性，在决定加工一个工件的成套流水线上个机床的型式时，还应注意，是机床与夹具的型式尽量一致，尤其是粗加工机床。这样不仅有利于保证加工精度，而且便于设计，制造和维修，也提高了机床之间的通用化程度。2.6机床总体布置方案确定机床的总体布置方案如图2-3所示，该箱体连接孔加工组合机床是由 组成的。图2-3 箱体连接孔加工组合机床布置方案图第三章 钻夹具设计3.1箱体连接孔加工组合机床夹具分析3.1.1、基本定位原理分析这里讨论6点定位中，6个自由度的消除，以便找出较合适的定位夹紧方案。一个物体在空间可以有6个独立的运动，即沿X、y、Z轴的平移运动，分别记为 。X1、Y1、Z1；绕X、y、Z轴的转动，记为x 、y 、z 。习惯上，把上述6个独立运动称作6个自由度如果采用一定的约束措施，消除物体的6个自由度，则物体被完全定位。针对课题中被加工的工件为箱体，其依靠箱体底部的4个孔安装，箱体的加工及定位都是依据这一基准进行的，所以本次设计的组合机床也可以参照这一基准，如图3-1所示。图3-1 箱体定位示意图3.1.2、夹紧力“两要素”夹紧力的“两要素”为方向与作用点。夹紧力方向应朝向定位元件，并使所需的夹紧力最小。确定夹紧力作用点的位置时应不破坏定位。夹紧力作用点的位置应尽可能靠近加工部位，以减小切削力绕夹紧力作用点的力矩，防止工件在加工过程中产生转动或震动，保证夹紧变形不影响加工精度。夹紧力作用点数目应使工件在整个接触面上受力均匀，接触变形小。因为本次设计的组合机床一次性需要加工正面的4个M10的螺纹孔和一个直径为134mm的轴孔，同时加工箱体后面的一个直径为74mm的轴孔，为防止箱体在加工中产生震动而降低加工精度，需在箱体的上部增加一个作用力用来固定箱体。通过分析发现，该工件被完全定位。3.1.3、加工工艺技术分析孔的类型：螺纹孔M10 精度等级：6H材料： 灰铸铁 硬度： HB190左端面为通孔、孔径为134mm、加工深度L=16mm右端面为通孔、孔径为74mm、加工深度L=98mm3.1.4、工作行程的确定在本道工序加工过程中，采用组合机床进行加工，各动力头工作情况一样，故其工作循环也一样：由于被加工孔无特殊要求，故采用图3-2所示的工作循环方式：图3-2 工作行程图 设计过程中注意的因素：工件为大批大量生产，加工效率要求很高，要求每次加工耗时少，因此。快进距离不宜过长。钻孔过程中，无需考虑孔内壁是否有直线痕或螺旋痕。每次钻孔前至少在加工表面前4mm处开始工进。从而确定：左主轴箱的工进距离 。考虑到大批量生产、导向原因等因素取。综上所述，可以求出快退距离。右主轴箱的工进距离 。考虑到大批量生产、导向原因等因素取。综上所述，可以求出快退距离。第四章 组合机床总体设计（三图一卡）机床的总体设计就是绘制组合机床“三图一卡”，就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样设计。其内容包括：绘制加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和绘制生产功率计算卡等。4.1被加工零件工序图4.1.1、被加工零件工序图的作用与内容被加工零件工序图是在被加工零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要说明而绘制的。其主要内容包括如下：被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本机床设计有关部位结构形状和尺寸。本工序选用的定位基准、夹紧部位及方向。中文摘要本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及上道工序的技术要求。注明加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。钻梳棉机箱体结合件两端面孔的被加工零件工序图如图4-1所示。图4-1 被加工零件工序图4.1.2、绘制工序图的规定及注意事项绘制被加工零件工序图的规定及注意事项：绘制被加工零件工序图的规定：为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定；应按一定比例，绘制足够的视图以剖面；本工序加工部位用粗实线表示，其余部位用细实线表示；定位基准符号用，并下标数表明消除自由度量。绘制被加工零件工序图注意事项：本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量应认真分析。当本工序有特殊要求时必须注明。4.2加工示意图4.2.1、加工示意图的作用和内容加工示意图是在工艺方案和机床整体方案初步确定的基础上绘制的，是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。它是绘制机床联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。4.2.2选择刀具、导向及有关计算（一） 刀具的选择：工件材料为HT200，轴孔加工与螺纹孔加工，选用玉米刀盘和螺纹丝锥。（二）选择接杆除刚性主轴外，组合机床主轴与刀具间常用接杆连接。根据选用原则选取特长可调接杆，由以上可知，多轴箱各主轴的外伸长度为一定值，而刀具的长度也是一定值，因此，为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，就需要在主轴与刀具之间设置可调环节，这个可调节在组合机床上是通过可调整的刀具接杆来解决的，连接杆如图4-2所示，图4-2 可调连接杆连接杆上的尺寸d与主轴外伸长度的内孔D配合，因此，根据接杆直径d选择刀具接杆参数如表4-1所示：表4-1可调接杆的尺寸d(h6)D1(h6)d23L12l3螺母厚度20Tr206莫氏1号12.06171886010012（三） 标注切削用量各主轴的切削用量应标注在相应主轴后端。其内容包括：主轴转速、相应刀具的切削速度、每转进给量。动力部件工作循环及行程的确定动力部件的工作循环是指加工时，动力部件从原始位置开始运动到终了位置，又返回到原位的动作过程。工作进给长度的确定 ：工作进给总长度 ：切入长度即快进长度 ：工作进给长度 ：切出长度即快速退回长度2）快速引进长度的确定：快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度由具体情况确定。本工序选取快速引进长度为30mm。3）快速退回长度的确定：快速退回长度是快速引进长度和工作进给长度之和。本工序的左主轴箱的快速退回长度为50mm，右主轴箱的快速退回长度为132mm。4）动力部件总行程的确定：动力部件总行程为快退行程和前后备量之和。本设计的组合机床前备量为30mm，后备量为100mm，左主轴箱的总行程为180mm，右主轴箱的总行程为262mm。加工示意图如图4-2所示。图 4-2 加工示意图4.3组合机床切削用量选择切削用量是否合理对组合机床的加工精度，生产线，刀具耐用度，机床的形式及工作稳定性都有很大的影响。4.3.1、组合机床切削用量的选择特点在大多数情况下，组合机床为多轴，多刀，多面同时加工。因此，所选用的切削用量，根据经验应比一般万能机床单刀加工低30%左右。组合机床多轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。工作时要求所有刀具每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量。这个每分钟进给量应是适合于所有刀具的平均值。因此，同一多轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速和选择不同的每转进给量与其相适应，以满足不同直径的加工需要。4.3.2、确定切削用量应注意的问题尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能。由于本设计所加工孔工艺要求相同，所以选择同一数据即可。复合刀具切削用量的选择，应考虑刀具的使用寿命。进给量通常按复合刀具最小直径选择，切削速度按复合刀具的最大直径选择。选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响。切削用量选择应有利于多轴箱设计。选择切削用量时，还应考虑所选动力滑台的性能尤其是当采用液压动力滑台时，所选择的每分钟进给量一般应比动力滑台可实现的最小进给量大50%左右。否则，会由于温度和其他原因导致进给量不稳定，影响加工精度，甚至造成机床不能正常工作。4.3.3、组合机床切削用量选择及计算本次设计的组合机床所涉及到的加工孔有螺纹孔和轴孔，加工方式即有攻螺纹又有扩孔。本论文对后端面的扩孔进行计算。切削力F，切削转矩T，切削功率P的计算公式：由组合机床设计表6-20 组合机床切削用量计算图中推荐的切削力、转矩、机功率。表4-2 扩孔切削力、转矩及功率可知扩孔的计算公式如下： （4-1） （4-2） （4-3） 式中：F切削轴向力（N）；D钻头直径（mm）； f每转进给量（mmr）；T切削转矩（N.mm）； P切削功率（KW）； v切削速度（mmin）； 切削深度（mm） HB零件的布氏硬度值，通常给出一个范围。对于公式（2-1）（2-3）取最大值。用直径D=74mm的高速钢扩孔刀扩孔深度为98mm，根据刀具直径和工件，刀具材料，由表4-3（用高速钢钻头加工铸件的切削用量）表4-3 扩孔切削用量（高速钢扩孔钻）选取D=74mm， v=15mmin，f=0.4mmr。由于材料硬度HB=180 220硬度计算公式为： 由公式4-1得 由公式4-2得 由公式4-3得 初定主轴转速滑台每分钟进给量的计算 式中：n主轴转速（rmin） f主轴进给量（mmr） 滑台每分钟进给量（mmmin）主轴直径的确定由组合机床设计表3-19轴能承受的扭矩计算： 式中：d轴的直径（mm）； T轴所传递的转矩（N.mm）； B系数。B与扭矩角有关，当为刚性主轴时，B=7.3 取d=45mm4.4、机床联系尺寸图4.4.1机床联系尺寸图作用和内容机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定专用部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置形式、主要构成及各部件安装位置、相互关系、运动关系和操作方位的总体布局图。 机床联系尺寸总图表示的内容：表示机床的配置形式和总布局;完整齐全的反映各部件之间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及滑台工作循环总的工作行程和前后备量尺寸;标注主要通用部件的规格代号和电动机型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件;标明机床验收标准及安装规程。4.4.2机床联系尺寸为了便于设计和组织生产，组合机床各部件和装置按不同功能划分编组。本机床编组如下： 图4-4 机床联系尺寸图4.5、生产率计算卡生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、负荷率等技术文件，通过生产率计算卡，可以分析拟定的方案是否满足用户对生产率及负荷率的要求。计算如下：切削时间： （公式4-4）式中：机加工时间（min）工进行程长度（mm） 刀具进给量（mm/min） 死挡铁停留时间。一般为在动力部件进给停止状态下，刀具旋转515 r所需要时间。这里取15r根据公式4-4，暂定机床的辅助时间为=3min机床生产率 机床负荷率按下式计算 式中：Q机床的理想生产率（件/h） A年生产纲领（件）约为60000件 年工作时间，单班制工作时间 =1950h表25 生产率计算卡被加工零件图号毛坯种类铸件名称箱体毛坯重量材料铸铁硬度HB180-220工序名称钻压盘连接孔工序号工时/min序号工步名称工作行程/mm切速/（mmin-1）进给量/（mmr-1）进给量/（mmmin-1）工进时间辅助时间1按装工件0.52工件定位夹紧0.253Z轴快进30120000.0134Z轴工进120150.4mm10615Z轴暂停0.036Z轴快退150120000.01513工件松开0.2514卸下工件0.5备注1、主轴转速265r/min2、一次安装加工完一个工件累计单件总工时4min机床生产率15件/h理论生产率20.2件/h负荷率48.75%第五章 多轴箱设计多轴箱是组合机床的重要部件之一，它关系到整台组合机床质量的好坏。具体设计时，除了要熟悉多轴箱本身的一些设计规律和要求外，还须依据“三图一卡”，仔细分析研究零件的加工部位，工艺要求，确定多轴箱与被加工零件、机床其他部分的相互关系。本机床有左、右两个主轴箱，它们的结构基本相同，只是主轴的数量和位置不同。现以左主轴箱为例，说明其设计方法。5.1主轴箱设计的原始依据多轴箱设计原始依据图，是依据“三图一卡”整理编绘出来的，其一般应包括下列内容：1）所有主轴的位置尺寸及工件与多轴箱的相关尺寸。在标注主轴的位置及相关尺寸时，首先要注意多轴箱和被加工零件在机床上是面对面摆放的，因此多轴箱横截面上的水平方向尺寸应与被加工零件工序图的水平尺寸方向相反。其次，多轴箱上的坐标尺寸基准和被加工零件工序图的尺寸基准常不相重合，应根据多轴箱和被加工零件的相对位置找出统一基准，并标注出其相对位置关系尺寸。2）在图中标注主轴转向。由于标准刀具多为右旋，因此要求主轴一般为逆时针旋转，逆时针转向可不标，只注顺时针转向。3）图中应标出多轴箱的外形尺寸。4）列表标明各主轴的工序内容，主轴外伸部分尺寸和切削用量等。5）注明动力箱型号，功率，转速和其它主要参数。图5-1 多轴箱设计原始依据图5.2主轴结构型式的选择主轴结构型式由零件加工工艺决定，并应考虑主轴的工作条件和受力情况。轴承型式是主轴部件结构的主要特征，如进行钻削加工的主轴，轴向切削力较大，最好用推力球轴承承受轴向力，而用向心球轴承承受径向力。又因钻削时轴向力是单向的，因此推力球轴承在主轴前端安排即可。进行镗削加工的主轴，轴向切削力较小，但不能忽略。有时由于工艺要求，主轴进退都要切削，两个方向都有切削力，一般选用前后支承均为圆锥滚子轴承的主轴结构。本设计中的工序内容为钻直径为132mm的孔和M10的螺纹孔，故选用滚珠轴承主轴。前支承为向心球轴承、后支承也为向心球轴承。5.3多轴箱传动设计多轴箱的传动系统设计，就是通过一定的传动链把动力箱输出轴传进来的动力和转速按要求分配到各主轴。传动系统设计的好坏，将直接影响多轴箱的质量、通用化程度、设计和制造工作量的大小以及成本的高低。5.3.1对多轴箱传动系统的一般要求在保证主轴强度、刚度、转速和转向的前提下，力求使主要传动件的规格少，数量少，体积小。因此，在设计传动系统时，尽量用一根中间转动轴带动多根主轴并将齿轮布置在同一排上。当齿轮啮合中心距不符合标准时，可用变位齿轮或略微改变传动比的方法解决。一般情况下，尽量不采用主轴带动主轴的方案，因为这会增加主动主轴的负荷。为使结构紧凑，多轴箱体内的齿轮传动副的最佳传动比为11.5,如果在多轴箱后盖内的齿轮传动链中超过4排，那么根据需要，第四排齿轮其传动比可以取大些，但一般不超过33.5。粗加工切削力大，主轴上的齿轮应尽量安排靠近前支承，以减少主轴的扭转变形。多轴箱内具有粗精加工主轴时，最好从动力箱驱动轴齿轮传动开始，就分两条传动路线，以免影响加工精度。刚性镗孔主轴上的齿轮，其分度圆直径要尽可能大于被加工孔的直径，以减少振动，提高运动平稳性。驱动轴直接带动的轴数不能超过两根，以免给装配带来困难。齿轮排数可按下面方法安排：不同轴上齿轮不相碰，可放在箱体内同一排上.不同轴上齿轮与轴或轴套不相碰，可放在箱体内不同排上.齿轮与轴或轴套相碰，可放在后盖内。5.4拟定多轴箱传动的基本方法拟定多轴箱传动系统的基本方法是：先把全部主轴中心尽可能分布在几个同心圆上，在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴；非同心圆分布的一些主轴，也宜设置中间传动轴；然后根据已经选定的中心传动轴再取同心圆，并用最少的传动轴带动这些中心传动轴；最后通过合拢传动轴与动力箱驱动轴连接起来。图5-2 多轴箱传动方案每根主轴实际切削扭矩： M=90kg.mm，轴径为20mm，查组合机床设计p607表5-10知轴径d=20mm的轴能承受的扭矩为M=1100kg.mm。而本传动系统中有四根主轴，设其中两根从动主轴与主动主轴之间有扭矩损失5%，那么主动轴所能承受的全部扭矩为 2791100kg.mm即所受负荷远在其所承受的范围之内，或者说，所增加负荷对其运行或特性没有半点影响，因此满足设计要求。5.5传动系统的设计计算5.5.1各齿轮参数的设计计算已知：主轴转速 n=265r/min，主轴直径 d=20mm，主轴齿轮模数 m=2设主轴1传动到其他四个主轴的传动比为1，即主轴1与其他主轴的齿数相同。为设计方便和设计可靠，所以选择中间轴也与主轴一样有相同齿数。经计算得出齿轮的分度圆直径约为27mm。可以得到主轴齿轮齿数Z=27 。 已知：所取动力箱型号1TD25，电动机转速940r/min，驱动轴转速520r/min。 则： 5.5.2绘制传动系统图传动系统图是表示传动关系是示意图，即用以确定的传动轴将驱动轴和各主轴连接起来，绘制在多轴箱轮廓内的传动示意图，如图5-3所示。图5-3 多轴箱装配图图中多轴箱箱体内只排放一排20mm宽的齿轮，离箱体前壁20mm，离箱体后壁20mm，传动轴齿轮和驱