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左臂
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江苏
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左臂壳体钻孔专用机床设计（江苏）,左臂,壳体,钻孔,专用,机床,设计,江苏
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江 苏 大 学毕业设计(论文)任务书 机械工程 学院 0301 班级 朱启武 学生 设计(论文)题目 左臂壳体钻孔专用机床设计 课题来源 自 选 起讫日期 2006 年 3 月 26 日至 2006 年 6 月 29 日共 13 周指导教师(签名) 系(教研室)主任(签名) 课题依据:1、 零件图2、 年产量6万件3、 采用液压机构定位夹紧 4、 机床电液控制任务要求:1、 调研报告(2000字报告)一篇；2、 翻译课题相关外文资料5000(汉)字以上，两篇；3、 加工工序图、专用夹具结构设计及夹具装配图4、 加工示意图、机床联系尺寸图、生产效率计算卡5、 多轴箱装配图6、 机床液压原理图7、 PLC控制图设计8、 设计说明书2万字以上；毕业设计(论文)进度计划:起 讫 日 期工 作 内 容备 注3.264.14.24.84.94.234.245.145.156.66.宣布毕业设计任务，调研阅读资料；翻译外文资料调查研究、分析课题、整理调研报告工艺方案确定，绘制工序图、加工示意图、后续工作中主要技术参数确定绘制机床联系尺寸图、生产效率计算卡多轴箱设计机床液压原理图、PLC控制图设计撰写设计、计算说明书、答辩准备毕业答辩1周1234100.5 J I A N G S U U N I V E R S I T Y本 科 毕 业 设 计 说 明 书 左臂壳体钻孔专用机床设计学院名称： 机械学院 专业班级： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 朱启武 指导教师姓名： 郭娟 指导教师职称： 讲师 2007年 6 月目 录引言 1第一章 通用部件简介 21.通用部件的分类22.动力滑台与动力箱33.组合机床支承部件4第二章 组合机床的总体设计步骤 51组合机床工艺方案的制定 52确定切削用量及选择刀具 63组合机床总体设计三图一卡 7第三章 组合机床多轴箱设计 131概述132多轴箱的设计13第四章夹具的设计 16第五章液压原理图 17 1液压传动图 172工作循环表 17第六章PLC梯形图 18结论 19致谢 19参考文献 19组合机床的机器整合和控制设计D. M. Tilbury 和 S. Kota组合机械系统机械工程部和应用技巧工程研究中心密西根大学Ann Arbor, MI 48109-2125ftilbury,kotag摘要：在文中，我们针对组合机床及其相关控制系统给出了一个系统设计程序。 设计的出发点是一系列在给定的部位或者是部件上的操作，这些操作被分 解为一系列机器必须执行的功能，每个功能对应着一个机器控制组件， 一旦一个机器构成了一系列的组件，整个机床就被连接起来了。控制设计 由操作序列控制组件、操作者接口控制组件和转变模态的逻辑来完成。关于组合机床的机器整合和控制设计以下是详细的描述。I.介绍在今天的竞争市场中，制造系统必须要快速适应不同客户的需求并尽可能地减少产品的生命周期。传统的生产流水线只为高价值的产品设计，在一个固定的自动化模式下操作，因此不能很快适应产品设计方面的改变。而在另一方面，传统的以加工中心为基础的弹性制造系统提供了广义的弹性但是通常非常慢和昂贵而且不会因为特殊产品和系列产品优化。密西根大学打算发展理论以便为组合机床系统促成技术34。新的系统能组合生产任意的新的部件，而非为某个部件而建立的专有制造系统。在文中, 我们描述一部整合机器和控制设计系统如何实现组合的。为了要完全地提供工件加工过程中所需要的功能和能力，RMTs 被设计成一个给定的部件。给定一系列要运行的操作，RMTs 就可以藉由装配适当的机器组件来组合起来。每个运动部件在库中都有一个控制部件与它相联系。当机械组件被装配起来后，控制组件将会被连接起来，机器也就准备好运行了。广泛而耗时的专有控制系统将不再需要。在第II部分我们将会描述如何来通过一系列基础机械组件来设计该机床，这项研究部分被NSF-ERC 所支持并授予编号EEC95-92125。用一种定义明确的方式衔接。第III部分描述了该控制是如何同样通过一个控制组件库被装配。在第IV部分我们将对该模组工程在设计和控制方面进行多层次的组合。文章第v部分将以对将来工作的展望来结尾。II.机械设计在制造系统配置的持续的工作在密西根大学论及开始的问题从零件(或部件) 描述和提取机器操作必须制造零件（部件）。操作根据公差被聚集，次序实行，而且需要系统周期，根据每个“群”都能够在机床上独立制造的意图，在这里我们对图1上所示的V6和V8的圆筒头进行一系列的钻孔操作。被输入到组合机床内的设计程序是程序设计者为进行这一操作而生成的位置数据。图2显示了包含定位和钻孔信息在内的样品数据。RMT设计程序包含了三个主要的设计阶段：任务阐明、组件选择和评估。在一段简短的文字回顾后，这三个阶段将会在本部分概略说明。A 相关研究虽然组合在机械制造系统中只是一个相对新的概念，然而出版了的文章中却很少有关于组合机床设计的。但是，模组机床已经上市多年，也有一些关于机械手、模组机械的文章，多少和组合机床的设计有一些关系。例如，Shinno 和 Ito17181920 计划建立一个结构组合机床的理论，他们将机床分解成简单的几何形式，例如盒子、汽缸盖等等。Yan 和Chen211 把这一个工作延长到机械中心的结构设计。Ouyang 等人 12 运用Ito的方法为模组机床的综合而且发展列举机床组件的一个方法。Paradis 和 Khosla15 决定了模组的装配时如何最佳地配置任务。Fig.1.二个样品零件，需要进行的操作是给汽缸盖上钻定位孔，在V8汽缸盖上，在一条线上二个这样的定位孔，在V6汽缸盖上有8个孔。 Fig.2.图1中被显示的样品零件钻孔时的数据，CL文件是一个从CAD系列 （譬如IDEAS）中产生的，它包含主轴转速、进给量和冷冻剂数据Chen2讲述了为指定工作发现最佳化装配结构的方法，他的程序以影响装配的矩阵为基础。而且运用了一个遗传基因的运算法则来以最佳化的方法解决问题。在系统前面，罗杰和 Bottaci16 讨论了组合制造系统的重要性，欧恩等人 13发明了模组制造系统综合为教育的目标规划。在文中,运动表现的传统方法拓扑结构 (也就是螺丝钉理论, 曲线图理论, 等等。) 是用来获取 RMTs 的特性的。 这些数学的功能作为拓扑综合,功能-分解, 而且映射程序; 细节功能在 9 中被发现。B.任务阐明RMT 的设计从任务阐明开始, 哪些需要分析切削刀地点数据确定是必要完成的套作用需要的运动学行动。分为三个步骤。首先, 图表用来抽象地表示一个运动。这些图表然后被分解成功能, 并且功能最后被映射机器存在在库里的模块。机床结构的图表表示法考虑到供选择配置的系统的列举并且提供证明方法非同形图表。图表表示法并且被使用为簿记分配机器模块到图表元素。图表包括一套端点被连接一起由边缘。在使用一张图表作为一个抽象表示法机械工具结构, 我们定义二种不同类型端点: 类型0和类型1。端点代表一个物理对象与二个口岸; 各个口岸代表在哪里它可能附有的对象 。类型0的 端点输入和输出口成一条直线, 反之类型1的端点输入和输出口互相垂直。机器制造的任务就是通过刀具是平行还是垂直工件来说明是类型0还是类型1的。图4 显示一张图表为类型0的任务。四个类型1的端点与几个类型0的端点构成一个C形式的机械结构。由于类型0 端点不会改变定位方向, 他们可能被各种各样的组合当成间隔号。根端点代表机床的基础或层。选择根端点不是唯一的; 不同的选择将收效在分明机床的设计上。结构作用是分配端点到图表; 运动学作用 (需要) 的地方被分配到边缘。例如, 图4 显示一个例子怎样平移行动 X; Y 和Z 方向可能被分配到图表边缘, 代表相对行动在物理对象之间由边缘的二个端点代表。机床的基本的功能就是刀具和工件之间的相对运动。这些运动学作用将由同类矩阵 11 来表示; 机床所需要的功能将被输入在矩阵T 。机器制造行动必要执行一项指定的任务是从操作序列获得。在图2显示的程序文件包含了刀具位置和运动在笛卡儿坐标系下的同一系统。 Fig.3.高等操作序列，表示原因的产生和同作，序列的这一概要表现操作源于图2显示的CL数据，它将会用来设计序列控制。 Fig.4.一个表示机床结构的图，平移运动被分配到图表边缘，端点有结构的功能性。 Fig.5.功能分解模板例如, 第一个运动可以写成：这里P1 代表机床的位置和刀具的安置, 而F1代表进给运动。从在任何二个毗邻位置之间的改变,运动可以描述成： 其它运动描述相似。对应于各类型机器操作, 一个模板被检索如同一个起点在辨认各种各样运动学作用必要执行用机器制造任务。例如, 模板为碾碎和钻井操作表示, 运动学作用是必要的为成主轴革命, 工件进给和工件安置。由使用这块模板, 与确切进给和安置的信息提供在处理计划, 我们能获得是必要的确切的运动学作用譬如工件自转, 依照表5的描述翻译x; Y, 和Z 为进给和翻译Z 为工件安置。每个运动学作用被辨认在作用分解阶段被映射对图表的边缘描述上面。被分配作用到不同的边缘能引起多种解答。由于纯粹地平移行动是可交换的, 他们的次序在图表能被互换。在作用映射, 重要信息是螺丝拓扑结构行动(包括纯净的旋转的行动) 和机床的拓扑结构。Fig.6.图4的结构曲线图能够被多种不同的模块选择。Fig.7.机床模块表示法。CAD 模型一张幻灯片为一种模件机械工件被显示在左边,它的矩阵被显示在右边。C. 组件选择商业可利用的模块从被挑选模块库为每个作用(结构如同运动学) 被映射对图表在任务阐明阶段。数据被存放为各个模块库包括同源矩阵代表它的运动学或结构作用, 转弯传染媒介由运动信息补充,一的范围服从矩阵代表模块突端, 模块连通性信息, 和功率需要量(为活跃模块譬如主轴和幻灯片) 。第一步在模块选择将比较同类模块的变革矩阵与任务要求矩阵这样当适当模块被选择符合任务要求, 所有模块矩阵产品应该是相等的与需要任务矩阵: T = T1T2Tn 。再, 那里也许是模块许多可能的选择为一指定的结构配置。图6 显示怎么不同的幻灯片, 主轴, 并且结构元素可能是装配的达成协议对图表图4 。一个幻灯片模块, 以它的CAD 模型和变革矩阵, 被显示在表7 。它是可胜任一线性行动的方向, 由 1个表明它的变革矩阵。它的数据库词条, 被显示在表里 I, 存放不仅它的变革矩阵而且制造商名字, 模型号, 最初的位置, 力量水平, 和行动数据。转弯传染媒介被增添信息关于极小, 最初, 和最大位移模块。D.评估一套运动学可行的模块一次是选择, 有效的机器设计必须被评估。标准为组合机床的评估工具由上述系统的做法综合包括工作信封, 自由度的数量, 模块被使用的数量, 和动态曲度。运动学自由程度的数量机器的工具必须被保留对极小值必需见面要求, 减少驱动力量和使误差链减到最小。各个活跃例子展示设计由这方法学引起确切地有自由程度的数量必要执行必需的机器操作在指定的部份 10 。引起使用这的机械工具设计图1 的例子零件的方法学被显示在表8 。有效的设计必须被评估谈到期望的准确性。整个机器的曲度工具, 最重要的因素的当中一个在表现, 是根据模块估计服从矩阵和连接的方法。 Fig.8.为二个不同零件设计的组合机床。III. 控制设计用模块构成机床,便形成控制。在这一工作中, 我们集中于逻辑控制为机器模块的程序化和协调; 分离系统形式主义被显示在 6 上。用一个控制模块联系了各个活跃机器模块; 我们提到这些作为机器控制模块。在机器设计, 那里是连接的被动元素活跃元素一起。在控制设计, 那里必需并且连接机器的模块控制模块。控制的整体建筑学系统为RMT 被显示在表9 。结构是相似为或者二个机器被显示在上图8; 为V-8 机器, 没有Y轴方向的控制模块。依照显示, 机器控制模块是在最低水平; 这交互式直接地以机械系统。用户接口控制模块是在最高的水平, 互动与用户通过电钮和显示。操作序列控制模块被定义根据了高级操作序列为部份依照图3显示。三个模块处理方式开关逻辑。在这个部分, 我们简要描述每个这些型控制模块并且他们的互作用和协调。A.机器控制模块各个机器控制模块有一个明确定义的接口规格: 它接受分离事件命令从一个指定的集合, 和回归分离事件反应从被给集合。在控制模块之内将是所有连续易变控制, 譬如伺服操纵为轴。这连续控制被设计使用标准PID 算法并且轴参量譬如惯性, 力量, 主角螺丝投, 来自机器模块定义。在加法, 各个机器控制模块将包含控制为任一个机器服务联系了机器模块, 譬如润滑或蓄冷剂。因而, 各个机器控制模块是一位独立性的控制器为它伴随的机器模块, 和可能被设计和独立地测试机器的剩余。机器控制模块的设计必须完成只一次为各个机器模块在图书馆里。每当机器模块被使用在机器设计, 控制模块可能被使用在伴生的控制设计。控制模块也许独立地被使用, 与它自己的处理能力、I/O 和网络连接控制系统的剩余, 或它也许被使用作为片断整体机器控制器被实施集中化时尚。一个机器控制模块的例子为幻灯片是显示在上图10 。有四命令模块可能接受: 行动向位置x, 中止, 凹凸部在正面 x, 和凹凸部在消极x 方向。当它完成了必要的操作, 它返done 的命令。定时器是包括的(但没显示); 如果规定的时间过去了而一个完成命令都没有返回, error 命令将返回。Fig.10. 滑控制器。幻灯片控制器包括(在之内箱子) 伺服控制器为幻灯片。当幻灯片到达了命令的位置时, done 命令返回。B.操作序列 操作序列模块被定义从高阶序列从切削刀地点数据被提取显示在上图3 。这控制主要结构模块是状态序列代表序列操作必须进行在零件; 等待状态是包括的在各步的完成。图 11表示操作序列模块为机器图8(b) 和操作序列图3 。简单错误处理仅仅通过错误用户界面被合并在设计但不是显示在上图为朴素。如果reset 命令被接受, 主轴被关闭并且幻灯片被重新设置对它的位置。操作序列为V6 机器相似, 但有更多操作因为那里是需要程序化的二个线性轴。依照被显示整体结构图9, 那里是二个口岸对操作序列控制模块: 你连接到自动方式控制模块, 和另连接到冲突验查员。接口对操作序列控制模块被显示在表12 。C.模块控制结构用户接口控制模块与用户相处融洽通过一套电钮转动控制系统断断续续, 开关在控制方式之间, 和单向通过操作序列。它的主函数是通过用户命令通过对控制器的剩余, 并且显示机器的现状用户。机床控制器有几个不同的方式。在自动方式, 操作序列连续地执行得; 其它方式也许执行操作序列只一次。在步方式下, 电钮命令必须是过去经常创始操作序列的每步, 和在人工式, 更加美好的控制是可利用的通过凹凸部命令那移动活跃元素每少量在一个时间。而不是重覆操作序列为每控制方式, 序列的一个表示法被使用。方式开关逻辑确定适当的时候送proceed 命令给操作序列。冲突验查员控制模块的主函数是通过命令从操作序列和人工式模块对适当的机器控制 模块 。它得以进入对机器的数据库的模块定义, 和可能使用那些检查非法导致机械干涉的命令。由于明确定义的接口对低级机器控制模块, 冲突验查员的设计能做使用高级控制命令。细节物理I/O 被处理在机器控制模块。如上所述, 各个控制模块代表由接受某一语言的一台有限状态机 (是允许的) 的事件顺序。我们显示了那以一些明确定义的条件在这些语言并且模块连接, 整体控制结构能被保证是无曲度 8 ; 列举联合的逻辑控制器的可能的序列, 会是不切实际的, 不要求被证明。Fig.11. 操作序列模块, 显示整体序列操作和事件。接口对模块被显示在表12 。重新设置命令可能在任何时候被接受; 只一些事件踪影被简单显示。错误事件踪影也被从图中省去。 Fig.12. 操作序列控制模块的结构图, 显示接口和共有的事件。由模块接受 的事件用斜体字表现;与上层模块共有的事件是其余的。IV.组合机床在库中的机床模块可能会在许多不同的机床设计被使用。控制模块联系的各个机器模块将被合并到整个机床的控制设计过程中各个模块在他们被联系之前都能够被独立地测试，因此通过变短设计循环周期和舷梯时间，机床模块库中的控制模块可能极大减少一个新用机床制造系统的前置时间。因为零件的改变(譬如显示在上图1中的V6和 V-8 气缸盖), 机床结构将需要重新构造, 或增加一根轴或改变主轴。当这类型重组发生,需要被对操作序列控制模块和冲突验查员做变动(如果新机械干涉产生的话) 。由于他们拥有一个明确定义的接口, 每个单独控制模块都能够被独立地更换成其他模块。只要被重新设计的控制模块也有同样的离散接口, 最终的系统被保证是囊中之物。例如, 摩擦报偿控制算法也许会添加在滑台控制模块上。这会增加那个模块的表现力, 但在低级模块之中肯定会有些许的变动。V. 结论和展望历史上, 机床设计是经验所得 。在此次研究中, 我们描述了一个数学依据为组合的综合评估机床以及和他们伴生的控制器。这种研究工作列举两个机床配置的产生和模件控制设计。系统的设计过程从用机器制造的要求开始。机床综合的被提出的理论是允许机器模块库是预先完成并且存放在数据库, 独立性与控制器并且准备被使用在任一个机器设计。该理论要保证所有运动学上可实行的不同的配置系统分别被列举，以便减少错过一个好设计的机会。我们已经开发了一个基于Java 项目的自动化机床设计过程;当前任务是合并控制设计程序在已有的框架之内。我们还扩展当前可用机床和控制模块库以及形式上抽象从连续多变的控制到离散领域。鸣谢作者衷心地感谢各方支持和参加了这个项目的ERC工业成员无私的反馈 。MEAM 毕业生Eric Endsley, Morrison Lucas和Yong-Moon对工作的贡献已被描述在文中。References1 F.-C. Chen and H.-S. Yan. Configuration synthesis of machining centres with tool change mechanisms. International Journal ofMachine Tools and Manufacture, 39(2):273-295, February 1999.2 I.-M. Chen. Theory and Application of Modular ReconfigurableRobot Systems. PhD thesis, California Institute of Technology,1994.3 Y. Koren. Reconfigurable machining systems: Vision with examples.ERC/RMS #19, University of Michigan, January 1999.4 Y. Koren and A. G. Ulsoy. Engineering research center for reconfigurable machining systems. .5 S. Kota. A methodology for automated design of reconfigurablemachine tools. In ERC/RMS: Annual Report, pages35-40.Universityof Michigan, 1999.6 R. Kumar and V. K. Garg. Modeling and Control of LogicalDiscrete Event Systems. Kluwer Academic Publishers, 1995.7 C. Ling, S.-Y. Sung, T. M. L. Olsen, and D. Yip-Hoi. Systemlevel process planning for RMS. ERC/RMS #24, University ofMichigan, 1999.8 M. R. Lucas, E. W. Endsley, and D. M. Tilbury. Coordinatedlogic control for reconfigurable machine tools. In Proceedings ofthe American Control Conference, pages 21072113, 1999.9 Y.-M. Moon and S. Kota. Generalized kinematic modelingmethod for reconfigurable machine tools. In Proceedings ofthe ASME Design Engineering Technical Conferences, Atlanta,September 1998.10 Y.-M.Moon and S. Kota. Design of recongurable machine tools.ASME Journal of Manufacturing Systems, 1999. Submitted.11 R. M. Murray, Z. Li, and S. S. Sastry. A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation. CRC Press, 1994.12 M.-A. Ouyang, C. Yi, C. Li, and J. Zhou. Intelligent layout formodular design of machine tools. SPIE, 2620:547-552, 1995.13 S. Owen, M. C. Bonney, and A Denford. A modular reconfigurable approach to the creation of flexible manufacturing cellsfor educational purposes. Institute of Electrical Engineers, Colloquium Digest, 1(174):1-13, October 1995.14 G. Pahl and W. Beitz. Engineering Design. Springer-Verlag,New York, 1984.15 C. J. J. Paredis and P. K. Khosla. Synthesis methodology for task based reconfiguration of modular manipulator systems. In Proceedings of the International Symposium on Robotics Research pages 2-5, 1993.16 G. G. Rogers and L. Bottaci. Modular production systems: anew manufacturing paradigm. Journal of Intelligent Manufacturing,8:147-156, 1997.17 H. Shinno and Y. Ito. Structural description of machine tools- 1. Description method and some application. Bulletin of theJSME, 24(187):251-258, January 1981.18 H. Shinno and Y. Ito. Structural description of machine tools- 2. Evaluation of structural similarity. Bulletin of the JSME,24(187):259-265, January 1981.19 H. Shinno and Y. Ito. A proposed generating method for thestructural configuration of machine tools. In ASME Winter Annual Meeting, 1984. ASME paper 84-WA/Prod-22.20 H. Shinno and Y. Ito. Computer aided concept design for structural configuration of machine tools: Variant design using direct graph. ASME Journal of Mechanisms, Transmissions, an Automation in Design, 109:372-376, September 1987.21 H.-S. Yan and F.-C. Chen. Configuration synthesis of machiningcenters without tool change arms. Mechanism and MachineTheory, 33(1-2):197-212, 1998.前 言 组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干中工件按预先确定的工序进行加工的机床。它能够对工件进行多刃多轴多面多工位同时加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及液压等工序，随着组合机床的发展它能完成的工艺范围将日益扩大。组合机床所使用的通用部件具有特定功能，按标准化、系列化、通用化原则设计制造的组合机床基础部件，每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。组合机床与通用机床、其它机床比较具有以下特点：（1）组合机床上的通用部件和特征零件越占全部机床零部件的70%-80%，因此设计和制造周期短，经济效益好。（2）用于组合机床采用多刀加工，机床自动化程度高，因此比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。（3）组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂家成批生产，它与一般专用机床比较，其结构稳定，工作可靠，使用和维修容易。（4）组合机床加工工件，采用专用夹具，组合刀具和导向装置等，产品加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。（5）当机床被加工的产品更新时，专用机床的大部分的部件报废，组合机床的通用部件是根据国家检验设计的，并等效于国际检验，因此其通用部件可以重复使用，不必另行设计和制造。（6）组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模和自动化生产需要。目前，我国组合机床以广泛用于大批量生产和使用，例如：汽车、拖拉机、柴油机等。摘要:组合机床及其自动线所使用的通用部件是具有特定功能,按标准化,系列化,通用化原则设计、制造的组合机床基础部件。每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。组合机床设计应根据机床性能 要求配套液压、气压和电控等系统，本次毕业设计，采用PLC控制液压系统。关键词： 组合机床 液压系统 PLCAbstract：The aggregate machine-tool and its the general part which uses fromthe generatrix has the specific function, according tostandardization, seriation, universalized principle design,manufacture aggregate machine-tool foundation part. Each kind ofgeneral part has the reasonable specification size series, has thesuitable technical parameter and the consummation necessary relations.The aggregate machine-tool design should act according to engine bedsystem and so on performance requirement necessary hydraulic pressure,barometric pressure and electric control, this graduation project,uses the PLC control hydraulic system.Key word： Aggregate machine-tool Hydraulic system PLC 第一章 通用部件简介一.通用部件的分类 通用部件已列为国家标准，并等效为国际标准，设计时应贯彻执行国家标准。我国有些企业有内部标准，但其主要技术参数及部件和联系尺寸必须统一执行国家标准，以实现部件通用化标准。1.动力部件（1）主运动动力部件用来实现组合机床的切削运动。例如：刀具的回转运动。动力箱：1TD121TD25，适用小型组合机床；1TD321TD80，适用大型组合机床。多轴箱：主轴固定多轴箱；主轴可调多轴箱。（2）进给运动部件实现刀具的进给运动。液压滑台：1HY系列液压滑台；1HYA系列长台面型液压滑台；1HYS系列液压十字滑台。机械滑台：1HJ系列机械滑台；1HJC系列机械滑台；NC-1HJ系列交流伺服数机械滑台。（3）既能实现主运动，又能实现进给运动的部件。动力头：1LHJb系列机械滑套式动力头；1LXJB系列箱体移动式机械动力头；LHF系列风动动力头；1LZY系列多轴转塔动力头。（4）为单轴头变化主轴转速的跨系列通用部件：1XG系列传动装置。2.输送部件 输送部件是将工件由一个工位输送到另一个工位的部件：1AHY系列液压回转台工作台；1HYA系列长台面型液压滑台。3.支承部件支承部件是可用来安装组合机床其它部件，它包括1CC系列滑台，侧底座；1CD系列立柱侧底座；1CL系列立柱及中间底座等。4.控制部件 控制部件用来控制组合机床行动循环。5.辅助部件 除上述部件外的部件称辅助部件，主要指用于润滑、冷却和排屑等部件。二.动力滑台与动力箱1.动力滑台是由滑座、滑鞍和驱动装置等组成，是实现组合机床直线进给运动的动力部件。 动力滑台的用途：根据被加工工件的工艺要求，可以在滑台上安装动力箱、钻削头、铣削头和镗孔车端面头等各种部件，以完成对工件的钻孔、扩孔、铰孔、螳孔、倒角、削端面、车端面、铣削及攻丝等工序，有时也作为输送部件使用，配置多工位组合机床。2.1TD系列动力箱的用途 动力箱是将电动机的动力传递给多轴箱的动力部件。动力箱安装在滑台或其它进给部件的结合面上，动力箱前端结合面上安装多轴箱，动力箱的输出轴驱动动力箱的每个主轴及传动轴，使多轴箱完成各种工艺切削运动。 1TD系列动力箱分两种：第一种根据用于配置小型组合机床，其型号为1TD121TD25，本规格的动力箱输出轴有两种传动形式，I型用输出轴安装的平键，齿轮输出转矩；II型用输出轴端面键输出转矩。第二种动力箱用于配置大型组合机床，其规格为1TD321TD80，其输出轴只有平键，齿轮一种输出转矩的形式。三.组合机床支承部件 组合机床支承部件包括中间底座，侧底座，立柱，立柱底座，支架及垫块等。支承部件主要用来安装动力部件及其它工作部件是组合机床的基础部件。支承部件应用于足够的刚度，以保证各部件之间相对位置精度长期正确，从而保证组合机床的加工精度。 组合机床的支承部件采用组合式，例如：卧式组合机床的床身，由中间底座与侧底座装配而成，而立式组合机床的床身由立柱及立柱底座装配而成。此种装配结构优点是加工和装配工艺性好，调整和运输比较方便。但是，组合式结构减弱了床身的整体刚性，这一缺点通常用加强部件之间的连接刚度来补偿。1.1CC系列滑台侧底座1CC系列滑台侧底座用于安装1HY系列液压滑台及各种机械滑台侧底座长度按滑台行程长度分型并与其配套。滑座安装在侧底座上，侧底座与中间底座用螺钉及销（或键）连接成一体，滑台与侧底座之间装有5mm厚的调整垫。采用调整垫铁对机床的制造和维修都方便。因为当滑座导轨磨损后，或重新组装机床时，只须取下滑台将导轨面重新修刮或修磨，再重新更换调整垫厚度，可使机床达到应有精度。 侧底座的顶面具有与滑座结合的平面外在其周围有收集冷却液或润滑油用的沟槽，用管道将油液引回存储槽中，侧底座的另一侧面有电气壁盒，以供安装电器元件用。一般电器壁盒与冷却液存储箱不应靠近，以防电气元件潮湿。 为了便于支承部件及整台机床运输，侧底座应用走丝吊孔或吊环螺钉孔及放入撬杠用的底面凹槽。2.中间底座中间底座用于安装运输部件和夹具等的支承部件。它可以与侧底座支架和立柱等相接。 中间底座在配置组合机床时，往往不能用一种系列满足不同使用要求，因此，中间底座无标准化系列，尚须根据具体情况设计专用的中间底座。 中间底座分为安装固定夹具和安装回转工作台的两种类型。 根据组合机床配置形式的不同，中间底座多种多样。总之，随着组合机床形式不同，中间底座在结构，尺寸方面就有不同的要求。 中间底座的高度为560mm，也可选用630mm或710mm，本次设计底座选用560mm.第二章 组合机床的总体设计一.组合机床工艺方案的制定 工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到体积小，重量轻，结构简单。为了使工艺方案制定得合理，先进，必须认真分析被加工零件图纸开始，深入现场全面了解被加工零件的结构特点，加工部位，尺寸精度，表面粗糙度和技术要求，定位、夹紧要求，工艺方法和加工过程所采用的刀具、辅具，切削用量及生产率要求等，分析优缺点。 1.零件的工艺分析 被加工零件为减速箱的箱体，加工顶面钻孔，且要一次加工完成，因此需在专用机床上加工，并要保证它们之间的粗糙度和位置精度要求。2.工艺方案的制定 1）初铣52平面 2）初、半精铣80平面 3）初铣顶面侧平面 4）初磨顶面13孔的上下表面，底面13孔的上表面 5）初磨80、72的外表面 6）钻底面13、8的孔 7）扩底面8的孔 8）钻顶面13、8的孔 9）扩顶面8的孔 10）去毛刺，打号，清洗 12）终检3工件的定位基准选择 根据上面工序的安排，定位基准选择“一面两销”进行，其原因： a可简单的消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠的定位。 b有同时加工零件五个表面的可能，即能高度集中工序，又有利于提高各面孔的位置精度。 c“一面两销”可作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件加工精度。 d易于实现自动化定位，并有利于防止切屑落于定位基面上。4.夹紧方案的制定 夹紧机构由夹紧动力，中间传动机构，夹紧元件三部分组成，夹紧动力用于产生力源，并将作用力传给中间传动机构。采用中间传动机构可改变作用力的大小和方向，同时能产生的锁作用，以保证在加工过程中，当力源消失时，工件在切削力或振动作用下仍能可靠夹紧。夹紧元件刚用以承受由中间传动机构传递的夹紧力。并与工件直接接触而执行夹紧动作。工件夹紧时，夹紧装置应重点解决下列问题：（1）夹紧装置在对工件夹紧时，不应破坏工件的定位应正确选择夹紧力的方向及着力点。（2）夹紧力的大小应可靠，适当。要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损坏不能超过允许的范围。（3）结构简单合理，夹紧动作迅速，操作方便，省力，安全。（4）夹紧力或夹紧行程在一定范围内可调整或补偿。 二.确定切削用量及选择刀具 切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具的耐用度、机床的布局及正常工作均有很大的影响。组合机床切削用量的选择特点： 1.在大多数情况下，组合机床为多轴，多刀，多面同时加工，因此切削用量，根据经验应比一般万能机床单刀加工低30%左右。 2.组合机床多轴箱下，所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，工作时，要求所以的刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的分钟进给量。a 由于工件材料：HT200 HBS:200 8 深16mm 13 深16mm 查钻孔切削速度查得：铸铁：v=1624m/min. (1)a 8孔的计算： f=0.2mm/r 由L/D=16/8=2 选取v=18m/min 查表得Kv=0.9 可得：切削力F=26Df0.8HB0.6=1377.522N切削扭矩： =10D1.9f0.8HB0.6=3445.982Nmm 切削功率：刀具耐用度： b 13孔的计算： f=0.2mm/r 由L/D=16/13=1.23 选取v=16m/min 查表得Kv=0.9 可得： 切削力F=26Df0.8HB0.6=2238.473N 切削扭矩： =10D1.9f0.8HB0.6=8630.507Nmm 切削功率： 刀具耐用度 ： 总功率P=4x0.33+0.248=1.568Kw三.组合机床总体设计三图一卡1.被加工零件工序图 被加工零件的工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床或自动线完成的工艺内容，加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用定位基准，夹紧符号及被加工零件的材料、硬度、重量等表示。不能用客户提供的图纸，而需在原零件图的基础上，突出被加工的内容，加上必要的说明绘制而成的，它是组合机床设计的主要依据，也是制造，使用，检验和调整机床的重要技术元件，图上应表示出：（1）被加工零件的形状和轮廓尺寸及本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。（2）加工用定位基准，夹紧部位及夹紧方向，以便依此进行夹具的定位支承，限位，夹紧，导向装置的设计。（3）本道工序加工部位尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求。（4）必要的文字说明，如被加工零件的编号名称，硬度，重量，加工余量等2.加工示意图 1.加工示意图的作用和内容 零件的加工工艺方案要通过加工示意图反映出来，加工示意图表示被加工零件在机床尚的加工过程，刀具辅具的布置状况以及工件，夹具，刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一。在总体设计中占据重要地位。它是刀具，辅具，夹具，多轴箱，液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料；也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床刀具及成车的依据，其内容为：（1）应反映机床的加工方法，加工条件及加工过程。（2）根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型，数量，结构，尺寸（直径和长度），包括镗削加工是镗杆直径和长度。（3）决定主轴的结构类型，规格尺寸及外伸长度。（4）选择标准或设计专用的接杆，浮动卡头，导向装置，攻丝靠模装置，刀杆托架等，并决定它们的结构参数及尺寸。（5）标明主轴，接杆，夹具（导向）与工件之间的联系尺寸，配合及精度。（6）根据机床要求的生产率及刀具，材料特点等，合理正确定并标注各主轴的切削用量。2.加工示意图零件的选择（1）刀具的选择刀具的选择要求考虑工件加工尺寸精度，切削的排除，及生产率要求等因素。 由机械加工工艺设计手册表11.29选择：莫氏锥柄长麻花钻：（2）初定主轴类型、尺寸、外伸长度和选择接杆主轴形式主要取决于进给力和主轴刀具系统结构的需要。主轴尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削转矩， 由d=13mm 查表3-5得：确定主轴直径d=16mm. 取d=20mm。（3）弹簧涨套：T0631-41 。（4）除刚性主轴外，组合机床主轴与刀具之间常用两种连接：一是接杆连接，也称刚性连接，用于单导向进行钻、扩、铰及倒角加工；二是浮动卡头连接，也称浮动连接，用于长导向、双导向和多导向进行镗、扩、铰孔，以减少主轴位置误差及主轴径向跳动对加工精度的影响。 选接杆： T0635-01 B型。3.影响联系尺寸的关键刀具 保证加工终了时，多轴箱端面到工件端面之间的尺寸最小，来确定全部刀具，接杆，导向，刀具托架及工件之间的联系尺寸。其中，须标注主轴端部外径和内孔径，外伸长度，刀具各段直径及长度，导向的直径，长度配合，工件至夹具之间须标注工件距离导套端面的距离，还需标注刀具托架与夹具之间的尺寸，工件本身及加工部位的尺寸和精度等。4.动力部件的工作循环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到加工终了位置又返回到原始位置的动力过程。一般包括快速引进，工作进给，快速退回等动作，有时还有中间停止，多次往复进给，跳跃进给，死挡铁停留等特殊要求，这是根据具体的加工工艺需要确定的。5.动力部件的工作行程（1）工作进给长度L应等于工件加工部位长度与刀具切入长度和切出长度之和。参考组合机床设计表317得：切入长度 =8mm.由表324得：12mm.(2)快速退回和攻退长度之和等于快速引进和进给长度之和。其长度按加工具体要求而定。13快进取125mm；工进35mm；快退取160mm .8快进取105mm;工进35mm；快退取140mm。（3）动力部件总行程长度除了应保证要求的工作循环工作过程外，还要考虑装卸调整刀具方便，及考虑前备量。前备量取35mm 。3.机床联系尺寸图一般来说，组合机床是由标准的通用部件动力滑台、动力箱、各种工艺、切削头、侧底座、立柱底座及中间底座加上专用部件多轴箱、刀具、辅具系统、夹具、液电、冷却、润滑、排屑系统组合装配而成的。联系尺寸图的主要内容为：（1）以适当数量的视图按同一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相关位置，表明机床的配置型式及总体布局，主视图的选择应与机床实际加工状态一致。（2）图上应尽量减少在必要的线条及尺寸应标注，但反映部件的联系，专用部件及主要轮廓尺寸，运动部件的极限位置及行程尺寸必须完全。（3）为便于开展局部设计，联系尺寸图上应标注通用部件的规格，代号，电动机型号，功率及转速，并说明机床部件的分组情况及总行程。组合机床的动力部件是配置组合机床的基础，它主要包括用以实现刀具主轴旋转主运动的动力箱，各种工艺切削用量及进给运动的运功动滑台。影响动力部件选择的主要因素为：切削功率，进给力，进给速度，行程，多轴箱轮廓，尺寸，动力滑台的精度和导轨材料，综合这些因素，根据具体加工要求正确合理选择动力部件动力滑台和动力箱，并以其为基础进行通用部件配置。根据前面算的再查组合机床设计表215选1TD32动力箱，电机型号:Y112M-6,电动机功率：P=2.2KW,电动机转速：n=940r/min,驱动轴转速：n=470r/min.动力箱输出轴距底面高度为124.5mm。 由表23结合附表1:选液压动力滑台1HY63 ，台面宽:B=250mm，面长:1250mm，行程长:H630mm，导轨为铸铁材料，允许最大进给力:5000N，快速行程速度:5mm，工进速度6.5250mm/min。 配套通用部件：滑台侧底座，附表19:其型号：1CD321,高度h=560mm，宽度=600mm，长度L900mm计算多轴箱轮廓尺寸标准的通用钻，镗类多轴箱的厚度有两种尺寸规格，立式为340mm绘制机床联系尺寸图时，重要确定的尺寸是多轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度：B=b+ H=h+式中：b工件再宽度方向相距最远的两孔距离（mm） 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（mm） h工件在高度方向相距最远的两孔距离（mm） 最低主轴高度。为保证多轴箱有排布齿轮的足够空间，推荐b170100 mm，取b1=100mm，=124.5mm,H=900mm,h3=250mm,h4=630mm,h7=5mm,推荐85140 mm。 =h2+H-(0.5+h3+h7+h4)10900(0.5+250+5+560)=94.5mm B=b+2b1=102+1002=302mm H=h+b1=72+94.5+100=266.5mm根据上述计算值，按多轴箱轮廓尺寸系列标准最后确定多轴箱轮廓尺寸由P92表41，取BH=400400mm。动力箱以及底面与动力滑台定位连接，在机床长度方向上，通常动力箱后端面应与滑台后端面平齐安装。动力滑台与滑座在机床长度方向的相对位置由加工终了时滑台前端面到滑座前面的距离决定，是在机床长度方向上各部件联系尺寸的可调环节；对于通用的标准动力滑台，尺寸的最大范围为50mm，是动力滑台，滑座本身结构决定的滑台前端面到滑台前端面的最小距离与前备量两者之和。前者通常不应小于1520mm，后者用补偿刀具重磨后轴向可调的尺寸并用于弥补机床制造和安装误差前备量取35mm；刚353570mm。为便于机床的调整和维修，滑台与侧底座在机床长度方向上的相对位置由滑座前端面到侧底座前端面的距离决定。若采用的侧底座为标准型，则可由组合机床通用部件联系尺寸标准中查得；若不能采用标准型侧底座则可根据具体情况而定，取110mm。中间底座轮廓尺寸其长度方向尺寸安下式确定： L=(+2)2（） (315+315+2340+126)-2(250+70+110) 576mm4.机床生产率计算卡 机床负荷率等。根据选定得机床工作循环所需要的工作行程长度，切削用量，动力部件的速度及工进速度等；就可以计算机床的生产率并编制生产率计算卡；用以反映机床的加工过程；完成每一动作所需的时间，切削用量，机床生产率等1.理想生产率Q1指定成年生产纲领A（包括备量及废品率在内）所需求的机床生产率。它与全年工时总数有关，一般情况下，单班制生产K取2350h，两班制生产取4600h，则Q1=（件/h）Q1=60000/2350=25.53（件/h）2.实际生产率Q指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量Q=60/求出：生产一个零件所需的时间（min）=t切+t辅=（L1/Vf1+L2/Vf2+T停）+（L顺进/Vfk+L快退/Vfk+T移+t卸装）=1.431minQ=60/=60/1.431=41.93（件/h）3.机床负荷率负当Q1Q时，计算二者的比值即为负荷率h负=Q1/Q则h负=25.53/41.93=0.614. 机床生产率计算卡 见表1第三章 组合机床多轴箱设计1.概述多轴箱是组合机床的主要部件之一，按专用要求进行设计，由通用零件组成。其主要作用是根据被加工零件的加工要求，安排各主轴位置，并将动力和运动由电机或动力部件传给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向。多轴箱按其结构大小，可分为大型多轴箱和小型多轴箱两类。大型又分为通用多轴箱和专用多轴箱两种。通用多轴箱主要由箱体，主轴，传动轴，齿轮，轴套等零件和通用（专用）的附加机构组成。在多轴箱体前后壁之间可安排厚度为24mm的齿轮三排或32mm的齿轮两排；在多轴箱体后壁之间可安排一或两排齿轮。通用多轴箱体厚度为180mm，用于卧式的多轴箱前盖厚度为55mm（基型），用于立式的多轴箱前盖并作油池，加厚为70mm，基型后盖厚度为90mm，其余三种厚度的后盖（50，100，125mm),可根据多轴箱内传动系统安排动力部件与多轴箱的具体连接情况而定。2.多轴箱的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
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