变速器拨叉多工位专用钻床的设计.doc

变速器拨叉多工位专用钻床的设计1 前 言自动化技术（机床）是本世纪以来发展极迅速和影响极大的科学技术之一。现代自动化技术是一种完全新型的生产力，是直接创造社会财富的主要手段之一，对人类的生产活动和物质文明起着极大的推动作用。因此，自动化技术受到世界各国的广泛重视和越来越多的应用。 机械自动化（机床），主要指在机械制造业中应用自动化技术，实现加工对象的连续自动生产，实现优化有效的自动生产过程，加快生产投入物的加工变换和流动速度。机械自动化技术的应用与发展，是机械制造业技术改造、技术进步的主要手段和技术发展的主要方向。机械自动化的技术水准，不仅影响整个机械制造业的发展，而且对国民经济各部门的技术进步有很大的直接影响。因此，发展我国的机械制造业自动化技术，符合我国社会主义的基本原则，符合我国现代生产的发展规律。 国内外的工业发展史告诉我们，实现机械自动化是一个由低级到高级、由简单到复杂、由不完善到完善的发展过程。当机器的操作采用自动控制器后，生产方式才从机械化逐步过渡到机械控制（传统）自动化、数字控制自动化、计算机控制自动化。只有建立了自动化工厂后，生产过程才能全盘自动化，才能使生产率全面提高，达到自动化的高级理想阶段。 机械自动化技术从本世纪20年代首先在机械制造冷加工大批量生产过程中开始发展应用，60年代后为适应市场的需求和变化，为增强机械制造业对市场灵活快速反应的能力，开始建立可变性自动化生产系统，即围绕计算机技术的柔性自动化。它是在制造系统不变或变化较小的情况下，机器设备或生产管理过程通过自动检测、信息处理、分析判断自动地实现预期的操作或某种过程，并能够自动地从制造一种零件转换到制造另一种不同的零件。社会实践证明，这种定义下的制造系统自动化与当代大多数企业的实际不相容。当代社会还没有在科学技术、物质和人员方面准备好实现这一自动化的条件，硬要这么做只会事倍功半。2 组合机床2.1 组合机床概述组合机床是用按系列化标准化设计的运用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。2.1.1 组合机床发展现状组合机床是随着生产的发展，由万能机床和专用机床发展来的。二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米1000毫米，表面粗糙度可低达2.50.63微米；镗孔精度可达IT76级，孔距精度可达0.030.02微米。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。图2-1 组合机床Fig 2-1 Modular Machine Tool最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。多少年来机械产品加工中广泛地采用万能机床。但随着生产的发展，很多企业的产品产量越来越大，精度越来越高，如汽车、拖拉机行业的汽缸体、气缸盖、变速箱、后桥等零件，采用万能机床加工就不能很好地满足要求。因为在某一台机床上总是加工一种工件，使万能机床的很多部件和机构变得作用不大，工人整天忙于装夹工件、起动机床、进刀退刀、停车及卸工件等，不仅工人劳动强度很大，而且生产效率也不高，不利于保证产品加工精度。专用机床的创造就是为了解决这个矛盾的。专用机床是专门用于加工一种工件此或一种工件的一定工序的机床，它可以同时用许多刀具进行切削，机床的辅助动作部分实现了自动化，结构也比万能机床简单，生产效率提高了。但专用机床有一个最大的弱点：就是被加工零件稍有一点变动，它就用不上了，需要另造新的机床，不能适应现代机械工业技术迅速发展。产品经常革新的需要，而且龙种机床设计制造周期长，造价也高。广大工人和技术人员在总结生产实线经验的基础上，提出创造这样的高效率机床：它既有专用机床效率高结构简单的特点，又有万能机床能够重新调整，以适应新工件加工的特点。为此，将机床上带动刀具对工件产生切削运动的部分以及床身，立柱，工作台等设计制造成通用的独立部件，称为“通用部件”。供根据工件加工的需要，用这些通用部件配以部分专用部件就可组成机床，这就是组合机床。当工件改变了，还是用这些通用部件，只将部分专用部件改装，又可以组成加工新工件的机床。组合机床是按高度工序集中原则设计的，即在台机床上可以同时完成许多同一种工序或多种不同工序的加工。从近两年的企业生产情况看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表的统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2000年生产数控机床590台，产值10,731万元，生产加工中心118台，产值4,601万元； 2001年生产数控机床685台，产值17,969万元，生产加工中心129台，产值5,760万元；而2002年，截至9月份，数控机床、加工中心产量、产值已接近2001年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。2.1.2 组合机床的特点为了更好地了解组合机床的优越性，有必要将其设计制造的情况和专用机床进行一下比较。一台专用机床，除一些标准件外，全部零件都要一个个地设计和制造，劳动量大，生产周期长。由于全是单件生产的性质，不仅制造成本高，而且生产使用的问题也较多。而没计制造一台组合机床情况就大不一样，组合机床是根据具体加工对象，用预先设计制造好的通用部件和通用零件，加上少量的专用部件或零件组成的，而通用部件和通用零件占整台机床总零件数的70一90，这不仅大大地缩短了设计制造周期，减少了制造中的问题，提高了机床工作的可靠性，降低了机床制造成本，而且为开展群众性的组合机床设计制造工作创造了有利条件。2.1.3 组合机床的加工方式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。2.1.4 组合机床的分类1）按其加工性质和所用的刀具进行分类：分为车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、锯床和其它机床。2）按照工艺范围(通用性程度)：分为通用机床、专门化机床和专用机床。3）按照加工精度的不同：分为普通精度级机床、精密级机床和高精度级机床。4）按照自动化程度不同：分为手动、机动、半自动和自动机床。5）按照质量和尺寸不同：分为仪表机床、中型机床、大型机床(质量达到10t)、重型机床(质量在30t以上)和超重型机床(质量在100t以上)。6）机床还可以按其主要工作部件的多少：单轴、多轴或单刀、多刀 机床等。2.1.5 组合机床部件分类通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。图2-2 组合机床部件图 Fig 2-2 Modular Machine Tool Parts2.2 组合机床发展展望自动化技术（机床）是本世纪以来发展极迅速和影响极大的科学技术之一。现代自动化技术是一种完全新型的生产力，是直接创造社会财富的主要手段之一，对人类的生产活动和物质文明起着极大的推动作用。因此，自动化技术受到世界各国的广泛重视和越来越多的应用。机械自动化（机床），主要指在机械制造业中应用自动化技术，实现加工对象的连续自动生产，实现优化有效的自动生产过程，加快生产投入物的加工变换和流动速度。机械自动化的技术水准，不仅影响整个机械制造业的发展，而且对国民经济各部门的技术进步有很大的直接影响。因此，发展我国的机械制造业自动化技术，符合我国社会主义的基本原则，符合我国现代生产的发展规律。如何发展我国的机械自动化技术（机床），这里有个技术政策问题，应实事求是，一切从我国的具体国情出发，做好各项基础工作，走中国的机械自动化技术发展之路。近两年虽然组合机床行业产销呈现上升趋势，但行业内一些企业同样存在负债经营的情况，主要原因是传统的组合机床产品不能满足用户柔性化、高精度、短周期的市场需求，同时组合机床行业一些企业存在现代化管理水平低、人才流失严重、科研成果不能迅速转化为生产力等缺陷。为此提出如下建议：（1）提高现代化管理水平。中国加入WTO后，迫切要求企业提高现代化管理水平，进一步深化企业内部改革，建立健全适应市场经济的运行机制，“建立企业的科学的管理体制，做到集权有道、分权有序、授权有章、用权有度的责权利内在统一的有机结合，是提高企业控制力所必须的。”要彻底改变落后的体制，必须树立全球化经营理念，提高国际市场竞争能力，建立市场快速反应机制，以适应日趋发展的市场需求。（2）亟待提高企业创新能力。企业的生存，关键在于产品的生命力。已步入电子时代的今天，传统的组合机床已经不能适应高速发展的国内外市场需要，加速向柔性化、数控化、高精度、短周期方向发展，提高组合机床适用范围和市场覆盖面；同时实施名牌战略，争创世界品牌, 加速我国组合机床的发展进程，使我国组合机床行业企业在世界制造领域里立于不败之地。（3）企业发展、技术创新和管理水平的提高都需要高技术人才。在全球化经济格局不断明朗的今天，人才争夺战已渗透到各个领域，组合机床行业应适时把握国际大环境，广招高技术人才、高技能工人。目前我国企业产品平均合格率仅为7成，不良产品每年损失近27000亿元，而其中50%以上系由工人技能不高所致。因此，建立强大的技术生力军，不断更新知识，更新观念，依靠优秀的高技术人才、高技能工人，加快企业信息化建设，是企业发展的必由之路。综上所述，组合机床行业企业一要开展科技攻关，攻克当前行业企业技术发展上的难题；二要加强与国外的合资合作，利用和学习国外的先进技术，提高企业的现代化管理水平和技术水平；三要通过对引进技术的消化吸收进行再创新，发展自己的产品。通过我们的努力，使我国真正由制造大国变成制造强国。2.3 设计问题的提出1.针对大批量生产类型的汽车变速器拨叉轴孔的加工设计高效率的专用机床。本课题采用钻,扩,铰的形式使用立式钻床来进行加工实现设计要求。2.变速叉的功用及技术要求 操纵变速操纵杆,通过叉型拨杆,变速导块,变速叉轴带动变速叉拨动滑动齿套改换档位,实现汽车行驶的各种速度。变速叉在改换档位时叉杆受弯曲应力的作用,要求变速叉有足够的刚度。因此,变速叉的结构形式,材质选择,热处理方式及硬度指标等,均以增强刚度为基点,以适应变速叉的工作条件。变速叉的技术要求:变速叉叉轴孔的尺寸精度为IT8。表面粗糙度为Ra3.2m。2.4 设计计划安排1） 调查研究研究市场,用户对机床的具体要求，目前使用的加工方法，收集并分析国内外同类型机床的现状，发展趋势以及有关的科技动向；调查机床制造厂的设备条件，技术能力和生产经验等。2） 拟定方案 分析工件的加工工艺，提出总体设计方案，其中包括：工艺方案，主要参数，机床总体布局，传动系统，电气系统,液压系统，主要部件的结构草图,试验结果及技术经济分析报告等。 在拟定方案时尽可能采用先进的工艺和结构，尽量采用先进技术，设计方案必须以生产实践和科学实验为依据。3） 技术设计 根据总体设计方案，绘制机床总图，部件装配图，液压与电气装配图,并进行运动计算和动力计算。进行零件图设计并编写各种技术文件。4）样机试制和鉴定如果所设计的机床是一定批量的产品，在零件图设计完成后，应进行样机试制以考验设计对样机要进行实验和鉴定，合格后再进行小批试制以考验工艺。在试制,试验和鉴定过程中，要根据暴露出来的问题，对图纸进行修改，直到机床达到使用要求为止。但可根据设计条件及机床的不同做好样机的鉴定。如下面的机床示意图包括的几部分是此次设计机床的结构方案：图2-3 组合机床的结构方案图 Fig 2-3 Combination of machine tool agency program3 拨叉零件介绍及加工工艺3.1 拨叉零件介绍机床要加工的拨叉位于汽车变速箱中，工作原理是：纵变速操纵杆，通过叉型拨杆,变速导块,变速叉轴带动变速叉拨动滑动齿套改换档位,实现汽车行驶的各种速度。图3-1 拨叉零件Fig 3-1 Fork parts变速叉在改换档位时叉杆受弯曲应力的作用,要求变速叉有足够的刚度。因此,变速叉的结构形式,材质选择,热处理方式及硬度指标等,均以增强刚度为基点,以适应变速叉的工作条件。变速叉的技术要求:变速叉叉轴孔的尺寸精度为IT8。表面粗糙度为Ra3.2m。此点是设计的关键点，作为机床加工的保证。在设计组合机床前，先对零件的加工工艺路线应该有确定，从而确定每道工序的定位，夹具的确定。3.2 拨叉机械加工工艺路线表3-1加工工序要求Table 3-1 Processing requirements加工表面尺寸及偏差/mm公差/mm及精度等级表面粗糙度形位公差/ mm 15.8mm15.8mmIT8Ra 3.2无要求（以其中心线为别工序基准3.2.1 确定各加工表面的加工方法及加工路线该拨叉的加工表面为：15.8mm孔及其端面，拨叉脚的两侧面及侧面 6mm孔。根据各加工表面的精度要求及表面粗糙度要求，15.8mm孔的加工路线为钻-扩-铰；端面的加工方法为铣；拨叉脚端面的加工方法为粗铣一磨；拨叉脚内侧面为铣；6mm孔为钻削。图3-2 拨叉示意图 Fig 3-2 Fork diagram3.2.2 拟订加工工艺路线分析零件工艺结构性：车床的拨叉。它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。CA6140车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：（1）以14为中心的加工表面，这一组加工表面包括：14的孔，以及其上下端面，上端面与孔有位置要求。（2）以40为中心的加工表面，这一组加工表面包括：40的孔，以及其上下两个端面。这两组表面有一定的位置度要求,即40的孔上下两个端面与14的孔有垂直度要求。由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。选用毛坯或明确来料状况：零件材料为ZG45。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择铸件毛坯。有的采用HT200。基面的选择：基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。（1）粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取14孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承这两个25作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。（2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。制订工艺路线：制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。确定加工设备、工装、量具和刀具或辅助工具：机床：X6140卧式铣床。摇臂钻床；刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀，硬质合金锥柄机用绞刀，高速钢麻花钻钻头；量具：千分尺，游标卡尺；拨叉所用的夹具如下图所示：图3-3 拨叉夹具图Fig 3-3 Fork fixture根据机械加工顺序的安排原则：（1） 先加工定位基准面，再加工其他表面；（2） 先加工主要表面，再加工次要表面；（3） 先安排粗加工工序，再安排精加工；（4） 先加工平面后加工孔；由上述原则考虑，后续很多工序都是以拨叉头端面为主要基准，故考虑先加工平面，然后再钻端面上的孔，为加工6孔及拨叉脚做准备基准，所以确定主要加工顺序基本为：拨叉头端面-叉轴孔-拨叉脚粗加工-锁紧孔6-精加工拨叉脚。工艺方案：.铣拨叉头端面.钻-扩-铰15.8孔（扩孔后倒角，用复合刀具）粗铣拨叉脚端面铣拨叉脚内侧面钻 孔去毛刺清洗零件中间检查拨叉脚局部淬火磨拨叉脚两端面 （工序是此机床完成的任务。）3.3 零件工序图的作用和要求零件图，包括成品零件的所有尺寸、公差要求和其他必要的要求，但通常并不提供工序和加工相关的信息。零件图在技术管理体系中属于技术文件，是由设计人员来完成图纸绘制的。通常一个略微复杂一点的零件就需要不止一个工序来完成，这就需要有工序图来指导每道工序的加工。原则上每道工序对应一份工序图。工序图，一般只标明相应工序所必需的信息，包括该工序的加工前相关尺寸、加工位置、相应的加工要求、留给下道工序的加工余量、卡压位置及要求等等。工序图在技术管理体系中属于工艺文件，由工艺人员编制、绘制完成。被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条生产自动线上完成的工艺内容，加工部位的尺寸和精度，技术要求，加工用定位基准，夹压部位，以及被加工零件的材料，硬度和在本机床加前毛坯情况图纸。它是在原有的工件图基础上，以突出本机床自动线加工内容，加上必要的说明绘制的。它是组合机床设计主要的依据，也是制造使用时调整机床，检查精度的重要技术文件。被加工零件工序图要包括以下内容：1） 在图上应表示出被加工零件的形状，尤其是要设置中间导向时，应表示出工件内部筋的布置和尺寸，以便检查工件装进夹具是否相碰，以及刀具通过的可能性。2） 在图上应表示出加工用基面和夹压的方向及位置，以便以此进行夹具的支承，定位及夹压的设计。3） 在图上应表示出加工表面的尺寸精度，光洁度，位置尺寸及精度和技术条件。4） 图中还应注明被加工零件的名称，编号，材料，硬度以及被加工部位的余量。3.4 拨叉加工示意图加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体设计中占有重要地位。它是设计刀具、夹具、主铀箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床和刀具的依据。加工示意图，要反映机床的加工过程和加工方法，并决定浮动夹头式接杆的尺寸，钮杆长度，刀具种类及数量，刀具长度及加工尺寸，主轴尺寸及伸出长度，主轴、刀具、导向与工件间的联系尺寸等。根据机床要求的生产率及刀具特点，合理地选择切削用量，决定动力头的工作循环。加工示意图应绘制成展开图，其绘制顺序是：首先按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图。特别注意将那些距离很近的孔严格按此例相邻绘制，以便清晰地看出相邻刀具、导向及工具、主轴等是否相碰。然后，根据工件加工要求从选定的加工方法绘制刀具，并确定导向形式、 位置及尺寸， 选择主轴和接杆。 从这些刀具中找出影响其联系尺寸的关键刀具，按其中最长的一根刀具，从主轴箱到工件间的最小距离来确定全部刀具，导向及工件之间的尺寸关系。对于采用浮动夹头的镗孔刀秆，必须考虑并解决刀杆退出导向时防止下垂的问题，一般是用托架来托住退出的刀杆。因此，在绘制加示意图时，必须将托架联系尺寸标出。加工示意图还要绘制出工件加工部位的图形。在轴数多时，必须在孔旁标上号码，以便于设计和调整机床。加工示意图还要考虑一些持殊要求(如工件抬起、 主轴定位、危险区等)，决定动力头的工作循环及行程。最后，选择切削用量及附加必要的说明。绘制多工位机床的加工示意图时，定要分出工位，按每工位的加工内容顺序进行绘制，同时还要画出工件在回转工作台或鼓轮上的位置示意图，以便能清楚地看出工件及主抽箱上主轴的排列位置。3.5 加工拨叉参数的选择1)刀具的选择刀具材料一般指的是刀具切削部分的材料，最常用的材料是高速钢和硬质合金。高速钢的最大的优点是红硬性较高。因此高速钢的切削速度可达到30米/分。同时高速钢是目前消耗量最大的刀具材料，目前切削刀具中大多数用高速钢制造。它主要用于形状复杂，不易镶装硬质合金的刀具，如钻头，铣刀，齿轮刀具等。综上考虑，刀具采用高速钢材料的。经查表得钻15.8 孔达到所要求的精度下，刀具的选择是：钻刀：d = 15mm 锥柄麻花钻 莫氏锥柄号2扩刀：d =15.75mm锥柄扩孔钻，莫氏锥柄号2（复合刀具孔被扩后要求进行倒角）d1 = 17.8mm铰刀：d = 15.8mm锥柄铰刀，莫氏锥柄号22)切削用量的选择用高速钢钻头加工刚件的切削用量钻孔切削用量：加工直径d(mm)b=52-70(35,45)v(m/min)f(mm/r)12-2218-25 0.2-0.3初选速度V=18m/minn=382r/min 查表立式钻床n=392r/minv=18.46m/min扩孔切削用量：加工直径d(mm)b=52-70(35,45)v(m/min)f(mm/r)10-1512-20 0.12-0.2初选速度V=12 m/minn=255r/min 查表立式钻床n=275r/minv=12.95m/min铰孔切削用量：加工直径d(mm)b=52-70(35,45)v(m/min)f(mm/r)11-151.2-5 0.4-0.5初选速度V=5 m/minn=101r/min 查表立式钻床n=89r/minv=4.4m/min3）导向选择 在组合机床上加工孔。除用钢性主轴的方案外，工件的尺寸，位置精度主要取决于夹具的导向。因为是小直径加工，每把刀具的规格不同，导向装置的尺寸也不一样，多方面的考虑而得导套不装在夹具上，需要活动钻模板在钻模板上有钻模套作为导向装置来满足加工需要。3.6加工示意图的绘制 1加工示意图上应有足够的联系尺寸、并标注恰当。如主轴端部尺寸，刀具结构尺寸，导向尺寸，工件至夹具之间的尺寸，托架与夹具之间的尺寸，工件本身以及加工部位的尺寸等。 2应有足够的说明，如被加工零件的图号、材料、硬度，加工余量，工件是否有让刀运动，以及是否采用冷却等。 3加工部位的示意图。如三面机床的加工示意图，需将各面工件的形状和加工孔的位置用缩小比例画出，并标注孔号(孔号应与主轴编号一致） 4相邻两孔中心距小的主轴，必须在展开图上按此例画在一起，以便检查主轴、接杆导向及浮动夹头等是否相碰。 5加工示意图按加工终了状态绘制。图3-4 加工示意图 Fig 3-4 Processing diagram4 机床总体联系尺寸图4.1 机床联系尺寸图的绘制内容及尺寸图的作用 机床联系尺寸图是决定各部分的轮廓尺寸及相互间接联系关系的，是开展各专用部件设计和确定机床最大占地面积的指导图纸。组合机床是由一些通用部件和专用部件组成的。为了使设计的组合机床既能满足预期的性能要求，又能做到配置上匀称合理，符合多快好省的精神，必须对所设计的组合机床各个部件 的关系进行全面的分析研究。这是通过绘制机床联系尺寸图来达到的。机床联系尺寸图是在被加工零件工序图和加工示意图之后，根据初步选定的主要通用部件（动力部件及其配套的滑座，床身或立柱等），以及确定的专用部件的结构原理而绘制的。 1以适当数量的视图（一般为主，左，右视图）按同一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相对位置，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图上应尽量减少不必要的线条及尺寸，但反映各部件的联系尺寸，专用部件的主要轮廓尺寸，运动部件的极限位置及行程尺寸，必须完整齐全。各部件的详细结构不必画出，留在具体设计部件时完成。 3为便于部件设计，联系尺寸图上应标注通用部件的规格代号，电动机型号，功率及转数，并注明机床部件的分组情况及总行程。4.2 机床联系尺寸图各部件参数的选择4.2.1 机床的配置 从加工所用的刀具出发，安装刀具的是多轴箱的主轴，电机的动力通过动力箱将动力传给多轴箱，多轴箱中利用各级齿轮的传动将动力传给伸出的主轴，进而对工件进行加工。工件利用夹具安装在工作台上，工作台设计成回转工作台有四个工位，夹具夹紧利用液压，工作台的回转也是一样，动力滑台也是利用的液压来传动。 组合机床多轴主轴箱上所有的刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，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，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速和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，即：4.2.2 选择动力部件1） 切削功率根据各刀具主轴的切削用量，计算出总切削功率，作为选择组合机床传动用动力箱型号规格的依据。综合考虑让主轴箱的传动链较短设计简单来选用动力箱：型号型式 电动机型号电动机功率电动机转数驱动转速ITD50Y132-64.0KW960r/min477r/min2) 进给力及进给速度 不同规格的动力滑台有其最大进给力F的限制。选用时，可根据确定的切削用量计算出主轴的轴向切削合力，保证。所选择的快速行程速度应小于动力滑台规定的快速行程速度，所选切削用量中的每分钟工作进给速度应大于动力滑台额定的最小进给量。代号型号滑台台面（毫米）进给速度范围（毫米/分）最大快进速度（米/分）最大进给力（公斤）最大行程（毫米）3YT4533340X6509.39304.925004003）行程 确定的动力部件的总行程要小于所选动力滑台的最大行程。如图所示：图4-1 滑台行程图 Fig 4-1 Slide itinerary map整个进给系统的行程是这样的：快进190mm 工进60mm 快退250mm。5 钻模板的设计 在机床的设计过程中，加工示意的绘制时，加工零件用到了活动钻模板，它不能固定地设置在机床夹具上，而是将它连接在主轴箱上并随主轴箱上下运动。原因在于在多工位组合机床上，由于各工位加工工序不同，在机床工作过程中工件要完成工序间的转换运动、如果将导向装置设置在机床夹具上并和工件一起做工件转换运动，那么同一个导向装置就个能适应各工位上不同直径刀具的需要因此在这种情况下，需要将导向装置单独做成活功钻模板并连接在主轴箱上。 CAD图中所画的是针对多工位钻床加工拨叉而设计的活动钻模板。共有四个工位，第一工位是作为装卸零件用的，第二，三，四 分别作为钻，扩，铰孔。钻模板中刀具的导向位置也就是钻模套的位置，根据主轴箱主轴的设计，及回转工作台上零件的位置而定。第I工位为装卸工位，为了便于装卸工件，在钻模板前面的相应部位设有缺口。其它各工位分别为钻、扩和铰加工工位。导套作刀具的导向。活动钻模板借助两个定位套和支承块组成的平面同夹县定位，回转工作台夹具上的相应部位设有定位销和支承块工作时只有两个定位销起定位作用。钻模板用四根导扦穿过主轴箱而悬挂在主轴箱上，工作时导杆由主轴箱侧盖的伸出、拔出导杆端部的弹簧插销，可以很快地从主轴箱上卸下钻模板并将它放置在回转工作台夹具上，以便顺利地更换刀具而用。1钻模板用定位销和支承块（T0244）定位销和支承块用于使活动钻模板同夹具定位。同一台机床上使用的支承块，应在一次安装下同时磨出，以保证钻模板定位支承面的共面性，防止钻模板在定位时发生歪斜。2钻模板用导杆（T0246）通用导杆通常只适用于立式机床的活动钻模板。导杆的长度可按实际结构的需要而定。根据钻模板至主轴箱端面的距离和钻模板的工作行程来选取相应长度的压力弹簧。3导杆用弹簧销（T0247）弹簧销用于将活动钻模板固定在导杆的端部，在更换刀具时，拔出弹簧销并将其旋转90度，可以很快地从主轴箱上卸下钻模板。6 多轴式主轴箱的设计6.1 组合机床主轴箱的介绍 在动力头或动力滑台上安装一个专门设计的一个多轴式主轴箱，进行对零件的加工，对于此设计来说，动力部件通过主轴箱和加工零件发生关系。主轴箱是使各个主轴获得一定的位置和转速的。主轴的位置决定于被加工零件孔的位置。针对拨叉零件钻，扩，铰的加工，主轴的位置得全方面的去考虑，包括回转工作台的台面尺寸及零件的最大径向尺寸，夹具的大小，加工的工位数等等。回转工作台回转一周，主轴箱上主轴完成对孔的一系列的加工。因此，主轴箱作为一个部件来说，不是通用部件，而仅是按照零件加以分类，实现主轴箱零件的通用化。如主轴箱的箱体和前，后盖是按轮廓尺寸和外形分类以保证铸件的通用化；主轴是按用途分类的，分为钻孔，镗孔和攻丝用的几种；齿轮按模数M，齿数Z 和孔径R 分类等。通过这些办法，使得主轴箱的零件几乎全部通用化，从而可以采用这些通用化的零件配置成各种不同结构型式的主轴箱。此次设计也是按着这样的思想。6.2 主轴箱的设计6.2.1 主轴箱的轮廓尺寸 主轴箱的轮廓尺寸主要决定于被加工零件的上孔的分布。而对于这次设计较为特殊，主轴箱我采用三轴式的 有四个工位，零件在工作台上的分布为半径为150mm的圆形分布，因此主轴在主轴箱中的分布也应如此。经过查表了解到主轴箱的有关配制及相应的尺寸：规格B=500mm H=450mm，型号 T0711-11，适用动力头 2.3。 6.2.2 主轴切削力与切削功率的计算 1根据加工工艺和毛坯的余量已经确定了主轴的位置和转速，再进行切削力和切削功率的计算，从而确定主轴的直径。一些参数上面几章有提到：v - 切削速度（米/分） D -钻头直径（毫米）p - 轴向力（公斤） M -扭矩（公斤.毫米）s - 进给量（毫米/转） -抗拉强度（公斤/）N - 切削功率（千瓦） -圆周率T -刀具耐用度（分）（1） 用高速钢钻头在45号钢上钻孔的计算公式（0.2mm/rS0.8mm/r） T=（） N=M=1.65DS P=3.3S=0.2mm/r v=18.46m/min D=15mm =62kg/查表修正系数：=1.084 =1.094 =1.094 =1.094T=（） =229.1分M=1.65DS=1.65*=18.4牛.米N= =0.74千瓦P=3.3 =3.3*15* =3545牛因此：T=T*=229.1*0.584=133.8 分M=M*=18.4*1.084=19.9牛.米N=N*=0.74*1.094=0.81千瓦 P=P*=3545*1.094牛（2）用高速钢钻头在45号钢零件上扩孔的计算公式（S0.2mm/r）T=（） N=M=1.65DS P=3.3S=0.28mm/r v=12.95m/min D=15.75mm =62kg/查表修正系数：=1.084 =1.094 =1.094 =1.094T=（） =444.8分M=1.65DS=1.65*=26.6牛/米N= =0.75千瓦P=3.3 =3.3*15.75* =4711牛因此：T=T*=444.8*0.584=259.8 分M=M*=26.6*1.084=28.8牛.米N=N*=0.75*1.094=0.82千瓦 P=P*=4711*1.094牛=5154牛（3）用高速钢钻头在45号钢零件上铰孔的计算公式（0.2mm/rS0.8mm/r）T=（） N= M=1.65DS P=3.3S=0.89mm/r v=4.4m/min D=15.8mm =62kg/查表修正系数：=1.084 =1.094 =1.094 =1.094 T=（） =7911分 M=1.65DS=1.65*=67.5牛/米 N= =0.62千瓦 P=3.3 =3.3*15.8* =10618牛因此：T=T*=7911*0.584=4620分M=M*=67.5*1.084=73.2牛.米N=N*=0.62*1.094=0.68千瓦 P=P*=10618*1.094=11616牛关于切削力和切削功率的计算通过编写C语言程序可以很好的计算出。2主轴直径的初定根据所算刀具的切削用量（包括功率，轴向力，扭矩）推算主轴的直径。刀具固定连接在主轴上，主轴旋转通过连杆带动刀具旋转对工件进行加工。d=B B=6.2M- 扭矩 19.9N.m = 28.8N.m =67.5N.m 钻刀主轴 d=B=6.2=24mm 扩刀主轴 d=B=6.2=26mm 铰刀主轴 d=B=6.2=30mm计算出三个主轴的最小直径为24mm, 26mm, 30mm 因此选择30mm 的主轴，满足设计要求的扭矩。6.2.3 多轴箱所需功率与进给力多轴箱所需要的动力有两项：一是运动系统所需要的动力，也就是多轴箱所需要的功率，它等于切削功率，空运转功率和与负荷成正比的功率损失之和；另一项是滑台给的进给力。功率：经查表计算得：0.81+0.046+0.81*1%=0.87千瓦0.82+0.03+0.82*1%=0.86千瓦0.68+0.015+0.324*1%=0.71千瓦0.87+0.86+0.71=2.5千瓦进给力：6.2.4 主轴箱传动路线的设计 所谓齿轮传动路线的设计是指驱动轴（动力箱输出轴）的运动通过什么样的传动路线，采用多少级齿轮传动，这些传动齿轮布置在主轴箱的什么位置上，最后把运动传到主轴上，使主轴获得规定的转速。查表动力箱选用的规格中驱动轴转速为477r/min。在第三章加工示意图中计算出各轴的转速为392r/min、 275r/min、 89r/min。同时也确定了主轴的位置。齿轮传动路线设计中的计算原理：已知两轴间距为A和两轴的转数和，确定两轴上齿轮的大小，假设两齿轮的节圆半径分别为和则： A=+ ； 动力箱的输出轴的转速为477r/min,将其布置在主轴箱的中心位置。三主轴的转速已知位置也以确定，以半径为150mm的圆分布。计算的各总传动比为：1.22 1.73 5.36齿轮强度的验算（以钻孔主轴齿轮为例计算）由于主轴箱中的齿轮比较多，通常以传动链中薄弱环节上的齿轮进行强度的计算，采用经验公式：当m=3时 用此公式进行验算M模数（毫米） N功率（马力） n转数（转/分）Z齿数 b齿宽 齿轮材料弯曲疲劳许用应力（公斤/毫米） V速度 （米/分） D分度圆直径 D=MZ根据给定的主轴的位置和转数，驱动轴的位置和转数，进行齿轮传动路线的设计，从而确定传动齿轮的布置和传动轴的位置。图6-1 传动齿轮的布置Fig 6-1 Gear layout6.2.5 主轴箱轴的校核主轴箱的输入轴作为整个箱体动力的核心，应该保证在径向，轴向受力下有一定的强度，一定的寿命不导致破坏引起主轴箱传动的误差和障碍。在主轴箱的设计过程中多数采用通用主轴箱的设计方法，其中零件在轴向的定位是利用了套筒和圆螺母，零件的周向定位利用了键和紧定螺钉。一. 轴的强度计算按扭转强度条件计算对只受扭矩作用或主要承受扭矩作用的传动轴，应按扭矩强度条件计算轴的直径。以输入轴为例确定是否符合。利用公式来验证传动轴的直径是否符合要求。初定轴6的直径为25mm,利用公式： =TMP查表得：=126 103 T=25 -45MPad=126=21.9mm分析此轴上开有三处键槽D=d+d*15%=23.5mm 圆整后直径取25mm 因此直径大小符合。按弯扭合成强度条件计算动力箱输出功率2.5KW，传到轴4时需要经过两对轴承，两对啮合齿轮。8级精度齿轮传动（稀油润滑），为一对齿轮传动效率，为滚动轴承效率。效率0.97，滚动轴承效率0.995，P=2.33 KW，查机械设计手册（GB/T297-1994）30000系列滚锥轴承a=12.6mm,T=16.25mm。4轴功传递功率：P= P=2.50.9950.97=2.33KW4轴的转速：n=477r/min则：T=9.55 10 9.55 10 46.610 N.mm1）齿轮1 d=75mm =20圆周力 F N =1243 N径向力 FF tg=1243tg20=452N2）齿轮2 d=69mm =20 圆周力 F N =1351N径向力 FF tg=1351tg20=492 N轴4的受力情况如图所示：1243*37.5=46612.5N.mm1351*34.5=46609.5N.mmXY平面受力情况及弯矩图： XZ平面受力情况及弯矩图： 扭矩图：合成弯矩图：合成弯距:M=19.1N.mm M=28.7N.mm按弯扭合成应力校核轴的强度：进行校核时，通常只校核轴上受力最大弯距与扭矩的截面（即危险截面）的强度。由机械设计中公式114得：=25.6N/mm前面已经选定轴的材料为45号钢，调质处理，由机械设计中表111查得60MPa,因为25.6 MPa60 MPa，所以该轴安全。轴承寿命计算:轴承合成支反力为:R=440.3N R=555.5N查机械设计手册（GB/T297-1994）30000系列滚锥轴承得，额定动载荷C=41.2KN，该轴不受轴向载荷，径向当量动载荷PR440.3NPR555.5 N因为 PP，该对轴承的最短寿命为L 其中为轴承寿命指数，查机械设计书得，滚子轴承寿命指数。则L51.8106.2.6 主轴箱的润滑 大型多轴箱的润滑采用循环润滑。从标准的R12-1叶片油泵打出的润滑油，经油管进入配油器，再从配油器引出几根油管，分配到各个需要的润滑部位，对布置在各排齿轮位置上的齿轮以及轴和轴承进行润滑，经润滑后的润滑油最后又回到油池（即多轴箱体的下部）。在立式组合机床上（此设计的机床中），从油泵打出的润滑油经分配器送到布置在第 排齿轮上，然后通过轴承孔淋到箱体里的齿轮等零件上。7 回转工作台的设计 工作台是用来直接或通过夹具工作，并能按工艺过程的要求改变工件或实现进给和快速移动的工作部件。它对机床的应用范围，生产效率，加工精度和使用的方便性都有直接的影响。一般对工作台部件的设计有如下的要求：1能满足工艺过程所提出的要求，如工作循环情况，工件是否需要转位，移位等。2能方便，牢固地装置工件或夹具，并能精确地定位或调整。3有足够的刚度，能避免产生振动现象（为此，工作台的结合面数应尽量少；结合面应可能的大。4有足够高的运动精度和定位精度。工作台的运动精度直接影响被加工零件的几何形状精度和表面光洁度。因此，工作台的运动轨迹必须准确；运动应平稳；工作行程的终点位置应精确；对于调位工作台，则要求在调位后能准确定位。5操作方便，安全可靠。为此，应正确布置工作台的位置，使操作者便于装卸工件，调整刀具和观察，测量。同时要时切屑不流向操作者；将手柄，手轮和按钮装在便于操作的位置，并使手动调整省力。7.1 加工零件相对于工作台的位置设计 如下图所示回转工作台有四个工位，分别对拨叉进行装卸，钻孔，扩孔，铰孔。对工作台的要求，首先要能够进行回转，（工作台应该抬起一定距离使得有利于回转），有精确的定位（为保证定位的可靠要有自锁装置）。我所设计的工作台采用的是液压回转工作台，反靠定位。针对工作台的结构部分进行设计，省略了回转机构，对工作的液压控制说明书下一节有详细