最终传动箱体底面钻孔卧式组合机床设计（江苏）
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最终传动箱体底面钻孔卧式组合机床设计（江苏）,最终传动,箱体,底面,钻孔,卧式,组合,机床,设计,江苏
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第15章 度 量 衡当制造过程决定维度时,很重要的一点就是要确定它足够精确,这样才能完全达到制造要求这门科学叫做计量学.与之相反,测量被限定在一个范围内,它能否被采纳取决于是否依据指定的具体说明或允许的极限范围.本章涉及到许多与测量相关的概念,还将会讨论测量和相应仪器。公差、极限和配合 一个零件长宽高的基本尺寸或公称尺寸要符合设计过程中的要求.然而,在现有制造过程中,要求制造每一个零件时的每一个尺寸都很精确几乎是不可能的.即使通过人工操作来精确的测量数据,测量用的高分辨率测量设备也会显示这些数据是不准确的. 这是习惯,因此在工程实践中,让许偏离名义尺寸, 其中被称为公差. 偏差的一个层面,可以指定任何的两种形式：单侧或双侧. 在单侧的偏差,尺寸变动的大小将完全放在一边. 举例来说, 它是一种单方面的尺寸可以偏离的程度. 这里的名义尺寸是30，允许尺寸介乎30至29.99毫米. 在双侧,尺寸的变化将是双方的. 举例来说 在双侧的公差,变动的界限,可以作为统一列前者. 尺寸不一,从30.02至29.98 . 或者允许偏差,可以用不同的显示,在第二种情形. 这里的尺寸变动的范围是从30.05至29.90 . 有时标称尺寸可能超出允许的极限. 举例来说,某一尺寸的变动范围是从29.95至29.85 . 它可以写成 首选第二种形式,因为它包含名义尺寸30 .标注也可在特定条件的限制. 比如,在下面的情形 上限是30.05,而下限是29.92 . 习惯写法,以显示尺寸任何形式. 一些实例见图15.1。在工程中当一个产品的设计,它包含了许多零件,而这些零件都分别与其他零件相配合。在装配中最重要的是相配合的两部分的配合形式,将实际界定的方式部分是表现在装配. 例如轴与孔,要配合在一起. 最简单的情况下,如轴的尺寸上限低于孔的尺寸, 便可以通过. 这种配合形式被称为间隙配合. 另外,如果轴的尺寸上限,超过了这个孔,那是称为过盈配合. 这些都在图15.2中作了说明。 如图15.3（a）所示例子中，轴的最大尺寸小于孔的最小尺寸，这是间隙配合，间隙的大小取决于轴和孔的实际尺寸。 最大间隙=孔的最大极限尺寸-轴的最小极限尺寸 最小间隙=孔的最小极限尺寸-轴的最大极限尺寸 这样一种被称为间隙配合. 同样的情况(b) ,将有大小不等的干涉. 但是在情况( c ) ,视实际的尺寸大小, 有时会出现干涉. 这样一种配合形式被称为过渡配合. 最大间隙=孔的最大极限尺寸-轴的最小极限尺寸 最大过盈=孔的最小极限尺寸- 轴的极限尺寸轴 以上是理论上的三种可能的模式. 然而,在实际运作上, 有必要界定一个种类繁多,适合在同一类型占所有可能工程的情况. 在这种情况下, 在国际标准化协会与各国家标准机构已经建立了统一的标准和界限。 在ISO质量管理体系的限制,并且适用,对于任何特定的大小, 一系列的公差和偏差,可指定参考线的零误差,称为零线. 公差是基本尺寸的一个函数，并指定了一些等级,称为公差等级. 18标准公差等级分别为IT01, IT0, IT1, . IT16. 价值股宽容,我被确定为 其中D是以毫米为单位的尺寸 在ISO质量管理体系确定了孔的大写字母 ,乙,丙,丁, 与轴的小写字母为A , B , C , D四 这些等级定位的公差带相对的标称尺寸. 18级公差所说,可以适用上述的孔和轴. 虽然自动计算,有可能对其中一些适合, 这是繁琐,一般规定的标准是指实际偏差. 以取得所需的适当的组织可以选择下列任何一种可能的两个系统. 基孔制体系 在这一体系中，孔的基本尺寸和极限偏差经常保持不变，通过变化轴的极限偏差,以获得必要的配合。如图15.4。举例来说，假设孔的尺寸是30 则 轴30 的过盈配合 轴30 的过渡配合 轴30 的间隙配合 基轴制体系 这与基孔制相反，当孔的极限在配合中变化时这个体系的轴的尺寸保持不变 槽 A(小) B(中等) C(大) 孔 A(小) B(中等) C(大) 这里小型,中型和大型指的是在总公差内的各种尺寸的零件。配合的从A组轴到A组孔确保合适更为严密比选择任何漏洞,从A , B或C与任何类型的轴单幅, B或C ,这在减少生产成本方面很方便， 但是在替换零件的装配上有很多问题. 15.2 线性测量 每一单位SI的标准长度是米。米定义为1650763.73倍波长的真空之间的过渡能级2P10和5d5氪86 激发原子在氮的三联点( -210 摄氏度) . 虽然这是真正的标准，但是工业中长度的测量就是用在商店内可以买到的工具来完成的，并且一直如此。 其中一些是: (一)游标(二)微米 (三)滑片或块游标游标 游标是商店里最常用的长度测量工具。它利用了一个主刻度和配套刻度 如图. 15.5 .主要的刻度需要方便的划分，以方便读数。例如图 15.5 ,表明主刻度为度量单位划分为师毫米. 这个辅助测量分度最小单位是一毫米,为50个线，如图. 15.5 .记下主刻度的读数,加上它的价值衡量的尺度游标或辅助刻度. 测量中的游标是条块,选配或排列. 在图15.5主尺刻度划分为12毫米,而辅尺刻度分为21部分。因此,读数= 12 +21 0.02 = 12.42毫米 游标卡尺的钳口能对一个组成部分进行端到端测量，使测量容易而且准确。除此之外,有一些典型的游标卡尺,也设有一套辅助钳口，目的是测量工件的内部尺寸以及高度和深度。 游标高度计所测量的高度，是其中一次测量中钳口提供可衡量的高度到高度计的零点之间的差值。如图. 15.6随着电子测量系统的问世， 许多新的测量单位在机械表和相关计算中，提供直观的数字显示器,以减少误读机械表和相关计算得出的最后结果的可能。 微米 微米是另一种用于更准确的测量的由端到端的测量装置。 在这种装置中，辅助刻度就是顶针转动的主要尺度。如图. 15.7作为主要刻度的顶针的旋转不像游标卡尺刻度的直线运动，从而提高测量精度。在这种情况下，在主刻度上最小偏差为0.5mm,顶针分为50格滑动量片或量块 在制造商那里，滑片常只是用作长度标准，不是用于经常性和连续性的测量. 滑片是长方形的像砖块一样的厚度方向尺寸较大的块。量块的横断面尺寸通常是32毫米 9毫米。滑片经过淬火和并且加工到规定尺寸。量块的测量表面都具有非常高的光洁度,平整度和准确性。若两个量块接触在一起，则必须用相当大的力量才能把它们分开，这是因为它们的接触表面非常的平整光洁。 滑片在一些级别上的精度取决于测量精度的要求. 他们来套不同的件数在给定以适应要求的测量，它们用不同的件数组合来满足测量的要求。一套典型的量块由88件组成，见表15.4。 为了建立某一尺寸标准，确定用哪几件量块的合是很必要的。要记住的原则之一，就是要用最少的量块来组合。 以下是装配尺寸为62.225毫米的组合方式: 原则是在选择量块时,先选择一个小数点位次最底的量块. 然后继续到下一个朝向左侧的考虑因素. 举几个例子,将有助于了解这一点. 以下是装配尺寸为74.315毫米的组合方式： 以下是装配尺寸为37.936毫米的组合方式：为了读出残留的尺寸偏差，一些原则被使用：如机电一体化的、光学的、电气的，详细资料在测量学书中。仪表盘 这是另一个常用的检测装置，它包括弹簧柱塞A（如图15.9所示）它的刀片用于测量和估计表面，柱塞A的数值通过齿轮B和C反映在指针上，仪表盘上最小刻度是0.01mm0.001mm。可以使用一个仪表盘作为对比将它安装在合适的高度机床角度仪表的使用在第14章中介绍。15.3 角度检测角度检测是检测中的一个重要部分，它包括锥度和类似表面的检测正弦条纹，它包括两端的两个地面精密滚子,其中心距是固定的, 如125毫米和250毫米如图l5.10所示 . 与被测表面相配合的正弦表面，这样的距离就相当与压路机斜边的形式. 明知高度差两辊对准工件如图. 15.10 ,角度可以用正弦公式计算 则角度为这样的正弦表面是用来对取决于工作的性质的锥度进行测量. 例如,图15.10，正弦表面是与工件放在平板与中心高度测量的高度计. 另外如图 15.11 , 正弦的部分是一致与一台压路机的表面钢板及其他压路机 一套块到工件表面是横向的. 这可确保与帮助一个百分表所示. 15.4指示器和样板设计通过限制和要求相适应的生产工艺进行设计,以提供必要的指定公差要求的尺寸. 这也就是要检查所有零部件,看看是否符合要求. 量器或限制量器是用于这一目的. 量器是用于考察某一特定尺寸是否在指定的公差范围内. 这样的一个标尺,是用来接受的一个尺寸,而非测量. 考虑一个用来检查轴的简单易衡量的如图. 15.12 . 仪表由两部分组成, 一走节相当于尺寸范围上限的轴与一个不节 这是最小极限尺寸的轴. 如果井筒大小,是在尺寸变化范围的上限规定之内,则情况如图. 15.12 (b)所示 条件在图 15.12 (a)中列出的是该零件尺寸大于最大极限尺寸,并因此将一部分没有落入通过部分. 同样的条件,列于图. 15.12 (c) ,是部分尺寸小于下限，导致了部分通不过.所有的指示器将有类似的安排, 不过安排的去与不去环节将要决定基于廓尺寸 来加以衡量. 各种极限量是用于工业. 数个分述如下: 折断标尺-衡量外部尺寸 插头衡量-衡量内部尺寸 锥度塞规-衡量锥孔 环规-衡量外径 衡量差距-衡量差距和沟槽 半径衡量-以探测半径 螺距计-衡量外部线程 特别量器-具体应用如线衡量,阀座规范等. 量器是用于测量某一尺寸的一个部分的高精密仪器. 然而,仪表本身的任何工序都要自筹资金. 无论是在制造过程中采用何种谨慎从事,在制造过程中, 它是不可能制造出仪表的确切尺寸. 因此,有必要公差分配的规范方面,尤其是对去不去的部分. 因为,如果容忍以外适用可接受的限度内,使计让一部分具有较高宽容, 宽容的,是普遍适用的内部分容忍. 第16章 数控机床16.1 引言在制造业中，厂商之间出于产品质量,成本,品种和服务的竞争. 每一种产品的成功,只能通过尽可能高的水平和效率来获得不同口味的消费者对品种的要求不同，这就要求多品种小批量生产. 小批量生产无法利用大规模生产技术等特殊用途的机器或自动线. 因此,有必要柔性自动化,你可以得到的利益,与刚性自动化相比, 柔性自动化可以生产多种产品,从而带来更多的灵活性. 数值控制,是适合于这一目的, 在未来制造业预计将越来越依赖于数值控制或NC.数值控制或控制的号码, ,科技突飞猛进的时代的是一个概念. 部分原因是发生自六十年代后期的微电子日新月异, 制造业提供了负责的普及型数控.这是关键关键因素。接近结束的第二次世界大战中, 美国在航天制造技术方面有更多的活动。教区牧师约翰了Parsons公司的其中一个小组承办美国空军(美空军部长) 被玩弄的想法运用数码电脑,然后再成为热门. 加工(铣)的复杂曲率是一个高度熟练的工作. 柏斯建议,统筹点,对一个复杂的三维分布,可利用控制铣床 表,以便准确的职位可制作. 美国空军接受他的建议,一个是contraci颁发给他形成这样一种机器. 该项目当时颁发给伺服系统实验室,麻省理工学院在1951年 他们终于表现出了工作铣床于1952年. 这是辛辛那提主轴立式铣床控制器建成使用阀(晶体管并不是那么可用) 。然而这个概念表明,这为航天事业之所以能够在1955年成为可能，在1952年经过了大量的修改作了基本控制. 后来,机床制造,服务的各种应用介绍几种数控商业单位进入市场. 自此飞速发展已发生了数控技术平行的发展,电子和微电子.16.2数字控制数控机床可界定为一种自动化的各种功能运动量训练机 工具是由字母,数字和符号. 基本上是数控机床运行程序馈给它. 该计划包含了明确指示有关制造方法,以及动作. 举例来说,哪一种工具来使用,以什么样的速度, 在什么进给量,并从其中一点是一点,在什么样的道路, 所有这些指示. 既然是程序的控制点,对产品制造, 机器变得灵活,可用于任何部分. 所有功能数控机床,如电子控制,液压或气动.一个或多个数控机床有下列自动功能:（ 一）启动和停止的机床主轴. (二)控制主轴转速. (三)定位的刀尖在理想地点和指导下去. 理想轨迹自动控制的滑台。(四)控制的速度运动的刀尖(即进给3.30% ) . (五)改变刀具主轴. 起初需要的数控机床感到加工形状复杂的小批量零件,因为那些属于航空器. 但是,它目前包括几乎所有活动的制造业,特别是资本货物和白色家电. 因此,涵盖范围极广. 除了加工与大家所关心的这本书, 数控已应用于各种制造商承接的情况. 大部分应用的数控机床有金属切削机床,如铣床,车床,钻床, 磨面机,齿轮滚铣机。除了一些金属成型机等工具机,火焰切割机,弯管成形机, 折叠和剪切机,还利用数控系统的控制方案. 检查机器称为统筹测量机( 2000 ) 04-0385-04也是基于NC . 最后机器人基本上可物料搬运单位,但其控制原理是非常接近的NC。除了这些已经应用于制造业, 其他应用如缠绕或组装机器基于数控原则,也可以看出在工业. 数控机床已找到适合下列措施: (一)部分有复杂的等高线, 不能制造的传统机床. (二)小批量的生产,而且往往连单(一次性)工作,生产,如为原型,工具制造, 等等 (三)工作要求很高的准确性和可重复性. (四)工作,需要很多设定制成品及/或当这套制成品价格昂贵。(五)零件经常受到更改设计,因此需要较昂贵的制造方法.(六)维修费用,这是一个很大比例的总制造成本. 一种或一种以上的上述因素足以处理一部分的数控机床.数控优于传统制造业的若干途径. 优势在于我们的可编程性. 这些措施如下:（一） 部分可以产生更少的时间,因此有可能会更便宜. 闲置(非切削)的时间减到最低. 这当然要视乎零件程序的书写方式. 机床制造者努力要提供一个机制,使非切削间可以带 到最低程度. 它可以显着减少非生产时间,在数控机床在以下几个方面: (1)减少了装夹(2)减装夹时间( 3) 减少工件的装卸时间( 4 )减少换刀时间.这些使数控机床具有高生产力.（二） 部分可以制作更多更准确地为小批次. 在传统机床的精度在很大程度上取决于人的技巧. 数控机床由于自动化和无关联的人为因素, 提供更高的精度,从而保证了产品质量一致的,使得大批量生产. （三) 经营者参与部分制造的可能性减至最低,从而减少废料产生 由于操作人员的失误. 没有操作技能的需要,除在装夹的工具和工作. 即使在这里,成立已简化了很大程度的影响.（四) 由于部分程序照顾的几何生成, 需要昂贵的夹具是削减或取消,取决于几何部分. 即使夹具将被利用,这是很简单的,相对于传统机床. 这是远远更易和存储部分(磁带) .(五) 检查时间缩短,因为所有的零部件一批完全相同. 提供适当的照顾而采取的是刀具补偿和刀具磨损的部分,节目制作和经营. 与使用探针检查的情况,一些先进的数控控制器 测量功能,也成为方案的一部分.（六) 完全消除了在数控机床必须对某些类型的工具形式,是这是因为廓可以编程,即使它涉及三个层面.(七) 交货时间之前需要工作,可以放在机床减至很大程度上 这取决于复杂的工作. 更复杂的工作可能需要装置或模板, 它可以减少相当大，与加工传统机床相比。(八) 数控加工中心,可以进行各种加工操作,也可进行一些常规 机床 从而减少机床车间. 这将节省面积,而得到少准备置时间的制造. 这也将使整体降低生产成本.(九) 装夹时间缩短,自装夹涉及简单定位基准表面. 另外, 在一个单一而功能很强的加工中心或车削加工中心上一些集合制成品需要也可降低的加工时间。 (十) 因为所有的要素参与制造都要彻底 在分析了部分程序准备，加工时间和成本都更准确地预测.(十一)在制造业中的一部分. 数控机床,可以不断利用,因为它是更为刚性比传统机床好，经营者不易疲劳。(十二) 在优化进给和速度，工具可以利用,可程控. (十三)修改了部分设计,可以很容易地转化为生产的简单变化,部分节目 无需昂贵和费时的变化,夹具,固定设备和工装. 这将更好的进行柔性生产.(十四 ) 数控机床的能力(金属去除)一般都很高, 设计工具比传统机床好. 虽然数控机床具有多项优点, 有一定的局限, 在利用他们时，人们应当铭记：(一) 成本是数控机床的比例相当高相比,相当于一个普通机床. 成本往往高出五至十 倍. 成本工装也很高. 这需要很高的初始投资. 这一切都使得机器每小时利用率高. 作为一个结果,必要性利用机床占了很大比例.(二) 所需技能操作数控机床普遍偏高,鉴于工作的复杂和sophis - ticated 所涉及的技术. 这就要求一部分程序员,工具二传手, 冲床操作和维修人员的人比普通机床操作工得到更多的教育和训练。(三) 特别训练所需的人员编制数控机床. 数控加工需要培训人员,对软件以及硬件. 一部分程序员都是受过训练的指示写在预期的语言对机器的车间. 他们也必须熟悉制造工艺. 同样,机器操作员必须随时准备为新的数控文化. 这些因素都是重要的是成功地采用和增长数控技术。(四) 由于数控是一个非常复杂的技术, 它也需要较高的投资维持在工资,高技能人才和昂贵的备件. 需要维修工程师培训,在各子系统目前如机械,液压, 1956-1962马泰和电子使工作变得更加困难. 虽然最新的机器配备了大量的诊断设备,维修仍然是一个很大的缺陷.(五) 自动运转的数控机床意味着相对较高的运行费用. 此外,他们要求的环境,让经营数控技术增加了成本。16.3 数控机床 目前, 数控加工中心,似乎是最有能力和最功能的自动机床,可进行钻探, 铣,镗,铰和攻丝操作.大力发展数控机床将继续降低生产成本和生产时间 。这反过来又是针对避免非生产时间,这主要是由于不少的装夹工件, 安装时,工件装卸时间,换刀时间和准备时间. 如果这种手术在不同的机器上. 设置自动换刀,索引表和几个放入托盘,以生产力的加工中心， 表现了各种加工业务在同一加工中心,消除了非生产等待时间发生 。 实施了数控机床的原则,如图16.1 所示. 基本资料已经被输入这个系统包含了零件几何形状和切削工艺参数 其次是刀具. 这部分程序,然后进入控制器的机床, 然后机床开始加工零件。指令都传递给相应的主轴驱动系统的执行. 轴运动控制系统采用了反馈回路合适的传感器如线性表和/或旋翼 编码器,以获得适当的位置或速度反馈如图16.2 所示. 大多数这些系统具有很高的反馈良好少于1m. 控制器有几种方式在其中运作. 可以有四种可能的模式,在该控制器的功能如图. 16.3就一个加工中心. 首先显示了典型钻孔机的操作,被称为轴 -点模式. 在这方面,已它控制了3个轴,但不一定同时发生. 由于 它能够向前工具,对任何点( x和7轴) ,在尽可能快的速度 并进行加工操作,在一轴( Z轴)在这一点上. 这将是有利于钻孔和冲压. 第二类是一种进步,在这其中,除了点对点模式，机床可以在每个轴的方向执行间断性的移动。这可以使得沿着任何轴向在不规则的线上铣削加工。 第三种类型展示了一个控制系统，在目前的类型上增加了2轴之间的仿真移动能力，它在许多情况下需要，由于价格的限制，加工任何3维轮廓都使用2.5轴。 最后一个是目前最高级的控制系统，可以仿真3轴或多轴的运动，有力于工业实际中复杂3维轮廓的加工，如航空零件、冲模。分类号 密级： UDC 编号： 学 位 论 文最终传动箱体底面钻孔卧式组合机床设计作者姓名： 王 操 指导教师 崇 凯 教授 申请学位级别 学 士 专业名称 机械制造及其自动化论文提交日期 2007年6月论文答辩日期 2007年6月19日 学位授予单位和日期 答辩委员会主席 _评阅人 _2007年6月19日目录 一、 前言 4二、 组合机床总体设计1、概述 72、总体结构及工作循环 83、三图一卡设计 9三 组合机床多轴箱设计 101.简述 102.设计原则 113.按上述设计原则设计传动系统 124 验算 135 主轴及通用传动轴结构型式的选择方案 13四 专用夹具设计 . 141.定位基准与定位元件的选择 142、夹紧元件与夹紧力选择14 3.夹具基体的设计 15五 PLC控制设计 15六 结束语 18七 参考资料 19八 毕业设计总结 20九 致谢 21 一 前 言机床是工作母机，机床制造业对国民经济的发展起着重要作用。建国初期，在优先发展重工业的方针指导下，机床制造业迅速发展，按国民经济发展计划建立了一大批机床制造厂，专业分工明确，机床型号齐全，形成了完整的通用机床制造体系。向各行各业提供了大量的工作母机，有力地推动了国民经济的发展。 改革开放以来，国民经济飞速发展，给机床制造业带来了新的发展机遇，同时也提出了更高的要求。然而由于长期在计划经济的条件下组织生产，不能很快适应市场经济的要求，使国内很多机床厂家陷入困境。借鉴国外的经验，明确我们的发展方向，迅速适应市场需求，是我国机床制造业面临的重要课题组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状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。 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。组合机床一般采用多轴、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和系列化，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、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额) ,完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种形状槽,以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多,有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换,配以可编程序控制器( PLC) 、数字控制(NC) 等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外,近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机(清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线) 等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品,是根据用户特殊要求而设计的,它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后,国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大,并使产品生产成本提高。因此,市场要求我们不断开发新技术、新工艺,研制新产品,由过去的“刚性”机床结构,向“柔性”化方向发展,满足用户需求,真正成为刚柔兼备的自动化装备。随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高,高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业,因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面,加强数控技术的应用,提高组合机床产品数控化率;另一方面,进一步发展新型部件,尤其是多坐标部件,使其模块化、柔性化,适应可调可变、多品种加工的市场需求。从2002 年年底第21 届日本国际机床博览会上获悉,在来自世界10 多个国家和地区的500 多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中,超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专家分析,机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。该届博览会上展出的加工中心,主轴转速1000020000 r/ min ,最高进给速度可达2060 m/ min ;复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时,加工的形状却日益复杂。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。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用,信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高,操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改,对运转状况进行监控并积累有关数据;通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距,因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。二 组合机床总体设计1. 概述底面钻孔组合机床是在工件底面上同时加工多个孔的一种高效率自动化专用加工设备。机床采用液压滑台驱动多轴箱完成快进、工进、快退的动作循环,中间底座上安装有专用的工件定位夹紧装置。组合机床的总体设计通常是根据与用户签定的合同和协议书，针对具体要加工的零件，拟订工艺和结构方案，并进行方案图样和有关技术文件的设计。根据工艺方案确定机床的型式和总体布局。在选择机床配置型式时，既考虑到实现工艺方案，保证加工精度、技术要求及生产率，又考虑到机床操作、维护、修理和排屑的方便性。在选择组合钻床结构方案时，必须保证稳定的加工精度。固定式夹具组合钻床能达到的钻孔位置精度最高，采用固定导套一般能达(0.20)mm。考虑到操作的方便性，需要合理确定装料高度。为使钻床在温度比较高时工作性能依然稳定，而且由于被加工件不需多次进给，故选用机械通用部件来配置钻床。根据被加工零件的特点,为实现加工精度要求,同时考虑到经济效益和生产率,经过反复论证、分析和计算,决定采用卧式单面多轴钻孔组合机床的总体设计方案。2.总体结构及工作循环本机床采用的是卧式结构,最终传动箱体装在工作台的夹具上,由于工件较小，且便于抓握，所以采用人工上、下料，降低成本。机床机械部分主要有:中间底座、侧底座、多轴箱、刀具、夹具、冷却系统、动力部件、PLC控制系统及液压传动系统。机床的工作循环为:人工装上两个工件,夹紧油缸夹紧滑台开始工作循环:快进(冷却供、主轴转) 工进(死档铁停留) 快退至原位(主轴停) 夹紧油缸松开,人工卸下工件，.工作循环结束，准备开始下一个工作循环。3. 三图一卡设计1.被加工零件工序图被加工零件为最终传动箱体，材料为HT200，工序为箱体底面钻孔。由于工件较小，加工部位孔的排列比较密集，且生产率要求高，故一次加工两个工件。每个工件要加工6个5mm的孔，即同时加工12个5mm的盲孔，孔深14mm。采用一面两销定位，一个定位面为箱体下表面，两销分别与下表面上的两孔相配合，采用箱体内表面夹紧,工件不会由于夹紧产生变形而影响加工精度。具体参见加工示意图。1. 加工示意图加工5mm的孔：锥柄长麻花钻 硬质合金 d=5 mm L=190 mm l=115mm依据公式 M= ， 选刚性主轴，直径为30/20mm 外伸长度为115 mm 切削用量 n=674r/min v=10 m/min f=0.1 mm/r =67.4 mm/min箱体端面工进长度60 mm 快进180 mm 快退240 mm2. 机床联系尺寸总图多轴箱端面：12根主轴多轴箱轮廓尺寸 H=400 mm B=600 mm 厚度取325 mm，则多轴箱尺寸取600400325 mm 最低孔位置125 mm 最低主轴高度125 mm轴向力=709.2N转矩 =2.4Nm功率 =0.1kw5=0.5kw5=3546根据以上计算所得 选取液压动力滑台1HY32-IA 动力箱1TD32-IA （2.2kw）电机 Y100L-6 侧底座 1CC3213. 机床生产效率计算卡（单班制生产）1. 理想生产率 =25.53 件/h2. 实际生产率 =29.82件/h3. 机床负荷率 =0.86 三 组合机床多轴箱设计1.简述组合机床多轴箱的设计计算是组合机床设计过程中的重要环节，是多轴箱零部件设计的理论基础，计算稍有不慎，便会导致后期的设计制造前功尽弃。依据总体设计图，对主轴箱进行结构创新设计。由于在本机床上需同时加工12个孔，不仅孔多、而且间距小，孔的排列密集，采用通常方案排列主轴，非常难以实现12孔的同时加工。因此，本钻床的主轴箱传动系统在对被加工零件进行了深入、细致分析计算的基础上，决定中间传动轴（基本不承受轴向力）采用滚针轴承，主轴（承受大部分轴向力）采用单列球轴承和止推轴承相配合，排箱得以实现，而且所设计的主轴箱结构紧凑，各部件分布合理。依据组合钻床总体设计绘制主轴箱设计原始依据图，其内容为主轴箱设计的原始要求和已知条件：1. 主轴箱轮廓尺寸600mm400mm；2. 工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸3. 工件与主轴箱相对位置尺寸。2.设计原则1) 从面对主轴的方位看去，所有主轴均为逆时针方向旋转。2) 在保证转速和转向的前提下，力求用最少的传动轴和齿轮（数量和规格），以减少各类零件的种类。具体措施：采用一根传动轴同时带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排位置上，当齿轮啮合中心距不符合标准时，可采用变位齿轮。3) 放弃了用主轴带动主轴的方案，这样避免了增加主轴负荷，不会影响加工质量。4) 为使主轴箱结构紧凑，主轴箱内齿轮传动副的传动比都在1.01.5之间。5) 为了使主轴上的齿轮不太大，有的在最后一级采用升速传动。6) 因钻削加工切削力大，为了减少主轴的扭曲变形，主轴上的齿轮尽量靠近前支承。在本机床的设计过程中，主轴齿轮大部分都设置在第一排。3.按上述设计原则设计传动系统按所设计的传动系统图合理分配各级传动比、初定传动轴位置和确定齿轮齿数。在本机床的设计中，由于总传动比接近与1，故在设计传动系统时，大量采用了传动比为1的传动副，这样就会减少齿轮的规格种类，给生产，组织和装配都带来了方便。主轴/min驱动轴=715 r/min总传动比 i=各轴传动比分配：=1.06 =9/11=11/9=9/11=11/9=1=1=1零件的具体参数见多轴箱装配总图，在此不再一一列出。验算转速 ：=670 r/min转速相对损失在5%以内，符合设计要求。采用R12-L型叶片泵有中间传动轴21经一对齿轮=2 =2=36=400 r/min 在400-800 r/min范围内满足要求。在拟定主轴箱传动系统时，传动轴位置已做了初步确定。为了保证齿轮副的正常啮合和加工主轴箱上传动轴支承孔的孔距精度，需要精确计算各传动轴的坐标尺寸（计算结果精确到小数点后3位数）。4 验算验算根据坐标计算确定的两轴坐标中心距A 是否符合两轴间啮合齿轮要求的中心距R ， R 与A 的差值为 ，即 = R A验算标准为 0.001 0.009mm经验算均符合。5 主轴及通用传动轴结构型式的选择方案主轴结构型式由零件的加工工艺决定，并考虑主轴的工作条件和受力情况，采用长主轴。由于采用钻削加工主轴，需承受较大的单向轴向力，所以优选向心球轴承和推力球轴承组合的支承结构，且推力球轴承配置在主轴前端。传动轴的转速较低，但载荷较大，优先选用圆锥滚子轴承。按上述方案配置的主轴和传动轴，按所选的轴承类型绘制轴承孔检查图，发现有些部位采用此配置因孔间距较小，箱体上的轴承座孔太大，发生干涉现象。因此，这些部位将原方案中中间传动轴的配置形式改为推力球轴承与滚针轴承组合的支承结构，以减小径向尺寸，满足强度要求，没有干涉，合理的排列各主轴和传动轴。 按以上原则设计的传动系统，保证了主轴箱的质量，提高了主轴箱的通用化程度，使得设计和制造工作量及成本都大大降低。为实现本机床“体积小、质量轻、结构简单、使用方便、效率高、质量好”的设计目标奠定了基础。 四 专用夹具结构设计专用夹具结构设计是为加工某些几何形状相似、工艺过程和定位夹紧相似的零件而设计的。设计时需要选择合理的定位基准、定位元件；选择合适的夹紧元件；设计好合理的基体元件。1.定位基准与定位元件的选择制定设计方案时需选择合理的定位基准、定位元件。该零件采用一面两销定位，定位基准为零件底面，定位元件为定位销。2.夹紧元件与夹紧力的选择夹紧力的选择，除夹紧力方向和作用点外，还要使工件产生尽可能小的夹紧变形，这是选择夹紧元件和夹紧力的主要因素。本设计采用在工件内部夹紧, 防止了薄壁零件的装夹变形。在进行机床总体结构设计时，钻模板决定采用固定式。这样影响了工件装夹的方便性。于是产生了一个很重要的设计难点，那就是如何实现夹紧的方便而且可靠！为了解决这个问题，我们查阅了很多资料，并且积极的向我们的指导老师崇凯老师请教，提出了多种方案，与崇老师探讨各个方案的可行性和优缺点，从中选出了一种结构简单，夹紧可靠，经济实用的方案。在这个夹紧方案中，我们设计了一个专用的垫片，中间开有腰形槽，具体的结构参见夹具装配图。3.夹具基体的设计夹具基体是夹具的基础，在设计夹具基体时，除应保证结构合理外，还应保证夹具基体有足够的刚度，而且在可能的范围内，力求能加工零件组的全部。对于基体件还应根据相似件形状、尺寸、精度、毛坯种类及其工艺方法来确定基体件形状、尺寸，以满足加工所有相似件的要求。该基体件与其它夹具元件组成的夹具结构紧凑，操作方便，更换元件容易，可以加工不同产品的相似件。具体设计见附图。 五 PLC控制设计1 工作原理及电气控制要求单面钻孔组合机床是在工件表面上进行钻孔的一种高效自动化专用加工设备,该机床采用电动机和液压系统 相结合的驱动方式,其中电动机M2带动轴箱的刀具主轴提供切削主运动,而动力滑台和工件定位夹紧装置则由液压系统驱动,M4为冷却泵电动机，机床的电气控制要求为油泵电动机M1 先启动,只有系统正常供油后,其它控制电路才能通电工作;主电动机M2在滑台进给循环开始时启动,滑台退回原位后停机;M4 可手动控制启停,也可在滑台工作进给时自动提供油液。其控制过程是典型的顺序控制,当把工件装入夹具后,按下启动按钮 ,机床便开始自动循环的工作过程。2 电气控制系统硬件设计单面钻孔组合机床的电气控制属单机控制, 输入输出均为开关量。根据实际控制要求,并考虑系统改造成本,在准确计算I/ O 总点数的基础上,采用抗干扰强、稳定性和可靠性较高的三菱公司生产的FX1N260MR可编程控制器。该控制系统中所有输入触发信号采用常开触点接法,所需的24V直流电源由PLC内部提供;输出负载中的所有直流电磁换向阀同样采用由PLC 内部提供的24V直流电源,输出负载中的4 个交流接触器线圈则需外接220 V 交流电源.由于双面钻孔组合机床中转换开关、按钮及行开关较多,为了减少输入点数,降低费用,对输入信号作了适当处理,如4 台电动机的过载保护不作为输入信号,而直接接入输
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