多轴箱传动组合钻孔工序设计

1摘 要本次设计任务是组合钻孔工序的工装设计箱体结合件的加工工艺、液压控制系统设计、组合机床设计、多轴箱传动设计。在组合钻孔工序的工装设计过程中，结合实例，介绍了夹具设计方法，确定了箱体结合件的加工方案，特别是对孔的加工精度进行了探讨；在液压控制系统设计过程中，以双面钻孔组合机床为对象，依据液压系统设计的基本原理，拟出合理的液压系统图。通过系统主要参数的计算确定了液压元件的规格；在组合机床设计过程中，结合具体实例和设计经验, 阐述了通用件(如液压滑台，动力箱等)的选取及专用部件（如多轴箱）的设计计算；多轴箱传动设计过程，是根据动力箱驱动轴位置和转速各主轴位置及其转速要求,设计传动链,把驱动轴与主轴连接起来,使各主轴获得预定的转速和转向.关键词：组合机床 多轴箱 工艺 钻夹具 液压传动AbstractThe design task is to mix the drilling process tooling design of the box with processing technology, hydraulic control system design, combined machine tool design, multi-drive axle box design.2In the composition of the drilling process tooling design process, with examples, introduced a fixture design methods to determine the box with the processing of the programme, especially for the processing precision hole was discussed;this paper introduces experiences of attachment design by using a practical exampleIt focuses on discussing how to improve the precision of hole position; using two sides bore modular machine tool as an object, according to the basic principle of the hydraulic system design, formulates the reasonable schematic diagram, the hydraulic pressure part specification through computation of the system main parameters is determined; Some designing examples are analyzed in this paper, and the considerations are discussed for designing compo site tools for machining holes during designing combination machine tool, such as general parts (hydraulic slippery platform, driving force box, etc) selection and special use components (main spindle box) design ；Multi-axle box transmission design is based on the rotational speed and power boxes Qudongzhou location and the main location and its rotational speed, the design of transmission chain, with the main axis Qudongzhou link to the main axis of the rotational speed and was scheduled to.Key words: combination machine tool hydraulic transmission axle boxes handicraft drills clamp目 录摘要1关键词1Abstract 2Keywards 23主要符号表：6第 1 章引言71.1 本课题提出的背景及意义71.2国内研究情况71.3本论文主要内容9第 2 章 钻夹具设计102.1 工艺方案的拟定102.2 箱体结合件钻孔组合机床夹具分析122.3 定位夹紧方案的确定132.4 刀具选择及切削用量的选取142.5 夹具体设计18第 3 章 组合机床总体设计223.1 被加工零件工序图223.2 加工示意图243.3 机床联系尺寸图263.4 机床分组304第 4 章 液压系统设计 324.1 液压压紧系统设计324.2 钻削进给液压系统设计35第 5 章 多轴箱的设计425.1 引言 425.2 绘制多轴箱设计原始依据图42第 6 章 经济性分析 586.1 箱体结合件加工工艺的制定： 58 6.2 夹具定位加紧分析： 586.3 组合机床应用分析： 59第七章 结论和展望 60参考文献62致谢 63附录 645主要符号表符 号 单 位 意 义M 牛.米 弯矩F 牛 力n 转每分 转速Z 齿数 m 模数6d 毫米 直径v 米每秒 速度S 转每毫米 进给量L 毫米 长度P 千瓦 功率T 牛.米 扭矩q 升每分 流量p 帕 压力t 秒 时间第 1 章 引言1.1 本课题提出的背景和意义毕业设计是培养学生综合运用本学科的基本理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力，完成工程师的基本训练和初步培养从事科学研究工作的重要环节。 毕业设计内容一般应包括工作计划和组织、检索与阅7读中外文献资料、调查研究、方案比较选择、设计与计算、综合分析、计算机绘图、实验研究、方案模拟抽象、数据处理、程序开发、总结提高、撰写报告等。根据专业培养目标的不同或课题要求不同，可有所侧重。学生能力的培养与理论教学一样应遵循因材施教的原则，不要一刀切。在保证基本教学要求的前提下，可以做毕业论文或理论专著的评释，使学生受到初步的科学研究的基本训练；也可以做一些模拟性的工程设计、试验研究课题，让学生获得一定的独立工作的初步练习。1.2 国内研究现状目前国内生产的立式钻床，按最大钻孔直径分有 16、25、35、40 和63mm 六种规格，近几年来出现的新一代立式钻床已开始向模块化和数控化等方面发展，但总的来看，我国立式钻床产品仍是品种单调，技术落后，不能适应机械制造业发展的要求。例如，钻孔加工行业的钻架、标准块，要求同时加工两个孔、四个孔，孔距一致性达到+0.005mm,并且规格多变，因此急需可调双轴钻或数控化钻床；如何使专用机床能用通用机床来代替，也是立式钻模化设计的新课题，很多机械制造企业在技术改造中，由于选用不到合适的通用机床，不得不采用专机。针对组合机床的功能及特点,它是大批量机械产品实现8高效、高质量和经济性生产的重要设备。而专用机床制造成本高，而且当零件尺寸有变化时几乎不可调整，给选择设备带来很大的困难在振兴机床工业的形势下，卧式钻床也是很有发展前途的，今后它将向多功能、数控化、数显化、全自动方向发展，因此设计一台孔加工专用机床将带来很大的挑战。随着市场经济的发展,作为组合机床的主要应用对象,如汽车、拖拉机、发动机、摩托车及其发动机等行业有了更深刻的变化,产品寿命周期不断缩短,品种日益增多。加工产品不同,组合机床不同,多轴箱也不同。这要求工程技术人员要不断地提高产品的开发能力,以满足市场要求。因此,如何高效、高质量地设计出多轴箱已经成为组合机床厂家的追求目标。本文以箱体结合件的加工为例，阐述了工艺、工装、组合机床以及多轴箱的设计过程及其与经济效益之间的关系。1.3本论文的主要内容本文从五个个方面即组合钻孔工序的工装设计箱体结合件的加工工艺、液压控制系统设计、组合机床设计、多轴箱传动设计对箱体结合件的制造做了详细的阐述，简要说明了现代制造工艺和制造设备与箱体的关系。9第 2 章 钻夹具设计2.1 工艺方案的拟定2.1.1 定位分析、基准选取及制定工艺路线10图2-l 箱体结合件图根据生产纲领，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，箱体外形面有侧面A、端面 M、底面 B，依据便于装夹的原则及利于后续加工的原则，确定箱体底面 B 作为多道工序加工的基准面。由以上分析：2.1.2 粗基准的选择11以 F 面为粗基准，定位装夹简单可靠。2.1.2 选择精基准从各个表面的精度位置进行分析：以 B 面作为精基准，这样在后续加工过中，装夹方便可靠，又能满足加工要求。其它各面的加工精度虽然比基准面要高，但与基准面无特殊的形位公差，因此只需一次粗加工即可。其中钻 5.2 光孔，攻制 6 螺钉 M6X30 螺纹孔与粗、精铣两侧面两工序采12用双面复合式多工位铣刀，一次加工完成；钻孔和攻制螺纹孔的工序建议采用组合机床，可以大大提高加工效率；镗孔工序采用多工位镗刀，一次完成加工。2.2 箱体结合件钻孔组合机床夹具分析2.2.1 根据工件不同的生产条件，可以有各种不同的安装方法：a)找正安装法b)夹具安装法2.2.2 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，则物体被完全定位例如讨论长方体工件时，可以在底面布置3个不共线的约束点，在侧面布置2个约束点，在端面布置一个约束点，则底面约束点可以限制X2、Y2 、Z2 3个自由度，侧面约束点限制X1、Z12 个自由度，端面约束点限制y。这个自由度，就完全限制了长方体工件6个自由度2.2.3 夹紧力“两要素”，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13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应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2.3 定位夹紧方案的确定如图2-1 所示，此元件属于箱体类元件。一般的定位方法有：一面两销定位法和两面一销定位法。通过比较分析决定采用两面一销定位法。在钻孔加工时，底面和侧面采用定位板进行定位，端面采用定位钉来限制工件自由度。通过分析发现，该工件被完全定位。2.4 刀具选择及切削用量的选取2.4.1 技术分析孔的类型：螺纹孔M6 精度等级：6H材料： 灰铸铁 硬度： HB190左端面为通孔 加工深度L=10mm右端面为盲孔 加工深度L=15mm142.4.2刀具选择：一般的钻头类型决定于加工性质，被加工孔的位置，工件材料，生产批量及经济性等。此工序中的螺纹孔无特别加工要求，属于直径小、深度浅、生产批量大、材料为常用铸铁。参考组合机床设计P500所述，推荐使用标准高速锥柄麻花钻。但采用这种钻头，由于其倒锥度大，钻头与钻套间隙也较大，故组合机床上的位置精度较低，大约0.2左右。若想提高精度，可采用以下几项措施：（1） 适当选取导向套到工件表面距离及导套长度。（2） 减少导向套和钻头间隙。（3） 减少钻头的制造公差和倒锥度。此外，还可采用硬质合金锥柄锪直柄麻花钻，这可提高钻头的耐用度，但其切削速度要提高，走刀量也比高速钢钻头低。2.4.3切削用量的选取：由于组合机床有大量刀具同时工作，为了使机床正常工作，不经常停车换刀，而达到较高的生产率。所选择的切削用量比一般通用机床的切削用量要低一些。总体上说：在采用多轴加工的组合机床的切削用量和切削速度要低一些。15根据现有组合机床使用情况，多轴加工的切削用量比通用机床单刀加工的切削用量约30% 左右。查阅组合机床设计P47表2-7加工直径：d=5.2mm切削速度：v =12m/min n=732r/min进给量： f=0.1mm/r钻头实际参数，查阅金属机械加工工艺人员手册P838表10-22续：2.4.4工作行程的确定和钻模板的设计（1）钻模板设计：钻模是用来保证工件孔系的位置精度的。他应有足够的强度和刚度，避免因变形而影响钻套的导向精度。在组合机床孔加工工序中，除采用刚性主轴加工方法外，多数情况下都让切削刀具在导向装置中工作。在本道孔加工工序中因主轴为非刚性主轴，故采用钻模导向装置，其作用是：1）保证刀具对工件的正确位置。2）保证各刀具相互间的正确位置。3）提高刀具系统的支承刚度。16已知钻头直径d=5.2mm ，参照组合机床设计P221 表3-3，选择钻模板厚度为L=22mm。钻模板形式为固定式钻模板，钻套采用可换式钻套，这样便于磨损后可以快速更换。钻套、衬套、钻套螺钉其具体参数具体参数机床夹具设计手册P298：可换钻套 图2-1-46P308：钻套用衬套 图2-1-85内径:d=12mm ；外径： D=16mmP310：钻套用螺钉 图2-1-60 M6钻模板与被加工零件之间的距离不宜过大，取4mm。（1（ 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，故采用图示工作循环方式：17图2-1 工作行程图设计过程中注意的因素：1)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。2)钻孔过程中，无需考虑孔内壁是否有直线痕或螺旋痕。3)每次钻孔前至少在加工表面前3mm处开始工进。从而确定： 工进距离 1538Lm切考虑到大批量生产、导向原因等因素取 0L切快退距离 48切2.4.5 主轴尺寸类型及接杆选择主轴尺寸详见第五章主轴箱设计。接杆：查组合机床简明设计手册P174 表8-2 ，采用特长可调接杆。182.5 夹具体设计2.5.1 定位支撑的选择根据前面所述，本工序采用两面一销的定位方式，即底面限制三个自由度；侧面为一窄长平面限制两个自由度；端面为一定位销限制一个自由度。结合实际生产情况：批量大，生产率高。这样的话，加工过程中，会频繁的移动工件位置，对定位表面产生摩擦，定位精度减低，夹具体使用寿命减低。基于这种情况，在实际过程中，采用面支撑板代替底面定位支撑。这样更换较方便，成本较低，同样侧面用以支撑板代替，端面仍是用定位销定位。选用支撑板及销的情况如下图：19图 2-2 定位元件支撑板的选用参照机床夹具设计手册P272 图 2-1-10支撑钉的选用参照机床夹具设计手册P271 图 2-1-92.5.2 夹具结构设计及尺寸确定（1）设计原则由于此工件为大批大量生产，需满足以下几点要求：1） 安装方便，夹紧迅速可靠2） 结构刚度好3） 夹具设计误差小最好采用一体结构。（2）方案确定图 2-3 钻孔工序的定位与夹紧示意图20基于以下设计原则及定位夹紧情况，结合实际生产活动中所使用的组合夹具情况，采用箱式夹具体结构，并采用液压夹紧机构：结构特点：1)各定位面之间的位置精度好:由于夹具采用箱体式结构，个面之间的精度要求可通过后期加工来保证，可消除分散机构因装配产生的装配误差。2)结构简单：采用这种结构，钻模板可以直接安装在箱壁上；液压压紧装置置于顶部，向下压紧工件，操作方便。1)尺寸的确定：由上述可知，箱体侧壁与工件加工表面之间的距离为 4mm，具体结构如下：21图 2-4 夹具结构图箱体壁厚：经验值推荐 25-30mm，由于箱体顶部承受工件压紧力反作用力，选用 26mm 壁厚来保证其强度。两侧厚度根据钻模板类型选取 25mm 壁厚，被保证其强度要求采用加强肋板结构。第 3 章 组合机床总体设计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：22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。3.1 被加工零件工序图3.1.1 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：(1)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。(2)本工序选用的定位基准、夹紧部位及方向。(3)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。(4)注明加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。钻箱体结合件两端面孔的被加工零件工序图如图 3-1 所示.23图 3-1 被加工零件工序图3.1.2 绘制被加工零件图的规定及注意事项（1）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。（2）绘制被加工零件工序图注意事项：241）本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。2）对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量应认真分析。3）当本工序有特殊要求时必须注明。3.2 加工示意图3.2.1 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。3.2.2 选择刀具、导向及有关计算（1）刀具的选择：工件材料为 HT200，钻孔加工，选用锥柄麻花钻。（2）导向结构的选择：夹具选用可换钻套，轴采用刚性轴来保证孔的位置精度。（3）确定主轴类型、尺寸、外伸长度（见第五章多轴箱设计）（4）选择接杆25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。（5）标注联系尺寸（6）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。（7）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。1)工作进给长度 的确定L切=18mm=+切12：工作进给长度 ：切入长度 ：加工长度 ：切出长度L切 LL22）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。本工序为 48mm。264）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。总行程为 215mm 前备量为 30mm，后备量为 137mm。图 3-2 加工示意图3.3 机床联系尺寸图3.3.1 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：1）表示机床的配置形式和总布局。272）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。3）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。4)标明机床验收标准及安装规程。3.3.2 绘制机床尺寸联系总图之前应确定的内容：（1）选择动力部件 动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理因素，确定机床为卧式单工位液压传动组合机床，选用配套的动力箱驱动多轴箱钻孔。动力箱规格与滑台要匹配，其驱动功率主要依据是根据多轴箱所传递的且学功率来选用。本机床左右多轴箱均采用 TD25-B 型动力箱（ =785r/min;qn电动机选 Y100L1-4 型，功率为 2.2KW根据选定的切削用量，计算总的进给力，根据所需的最小进给速度、工作行程、结合多轴箱轮廓尺寸，考虑工作稳定性，选用 HY25B-I 型液压滑台，以及相配套的侧底座（1CC251 型） 。查组合机床简明设计手册P91 表 5-128滑鞍宽度：w=250mm滑鞍长度：L1 =500mm行 程：S=250mm滑座长度：L2 =790mm高 度：H=250mm工进速度：32-800mm/min快进速度：12m/min（2）确定机床装料高度 H 装料高度是指工件安装基面至地面的垂直距离。考虑上述刚度结构功能和使用要求等因素选取计算：侧底座高度：560mm滑台高度：250主轴箱的最低主轴高度为：275mm工件最低孔中心距底面距离：92.5mmH=560+250+275-92.5=992.5mm（3）确定夹具轮廓尺寸 参照夹具设计。（4）确定中间底座尺寸 中间底座尺寸在长度和宽度上满足夹具的安装要求。他在加工方向上的尺寸，实际已由加工示意图确定。由此根据选定的动29力箱、滑台、侧底座等标准的位置关系计算长度为 974mm,装料高度和夹具底座高度确定后，中间底座高度已确定为 560mm。（5）确定多轴箱轮廓尺寸 标准通用钻类多轴箱厚度是一定的、卧式325mm。因此，确定多轴箱，主要是确定多轴箱的宽度和高度及最低主轴高度。如图 3-3 所示图 3-3 多轴箱轮廓尺寸确定被加工零件轮廓以点化线表示，多轴箱轮廓以粗实线表示。查组合机床简明设计手册 ，P135 表 7-1 选取多轴箱体规格尺寸 400*400.303.4 机床分组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：（1）第 10 组 左侧床身 （2）第 20 组 夹具（3）第 11 组 右侧床身 （4）第 12 组 中间底座(5)第 30 组 电气装置 (6)第 40 组 传动装置(7)第 50 组 润滑装置 (8)第 60 组 刀具(9)第 61 组 工具 (10)第 71 组 左多主轴箱(11)第 72 组 右多主轴箱31图 4-4 机床联系尺寸图第 4 章 液压系统设计4.1 液压压紧系统设计4.1.1 作 F-t 与 V-t 图1 计算压紧力 32钻铸铁孔时铸件受到轴向切削力和扭矩作用，查看机床专用夹具手册P34:根据公式： 20.8.1MDSKp.49F公式中符号的意义： D钻头直径 S每转进给量 Kp修正系数已知 D=5.2mm S=0.1mm/r Kp= =10.619()得 M=900N.mmF=345.3N进行受力分析：两组钻头同时工作时，因为两组钻头对称分布轴向力相互抵消。而此工件的扭矩作用的结果并不产生轴向力，因此工件总体受力较小。随着行程增加，工进 10mm 处，右侧钻头开始空转，即对工件无进给力作用，左侧继续工进，产生力和力矩作用，力的大小如下：33FcFc图 4-1 钻头受力分析左图可视做某一时刻径向力的作用情况，因此： 290.dFcNm即主切削力为 173N。假如只考虑向上的力的作用，那么三根主轴的合力： 3519FcN切查阅机床夹具设计设计手册P354 表 2-3-32，考虑到更为安全的夹紧状态，选用双向作用法兰式小型液压缸：工作行程：l=40mm 推力： F=1448N 活塞直径： D=60mm2 计算夹紧和松开时间34夹紧和松开时液压缸速度 ； 10./vms20.1/vms夹紧时间 ： s,314.lt松开时间 ： s 320.4.1ltv3 根据上述数据绘液压缸 F-t 与 V-t 图t t519F/Nt2V mm/sv1t1 t2t1图 4-2 图 4-34.1.2 确定液压系统参数1 初选液压缸工作压力由工况分析中可知，夹紧阶段压力最大，所以，液压缸的工作压力按此负35载力计算，根据液压缸与负载的关系，选 P1=0.2MPa2 液压缸尺寸液压缸取标准直径 D=60mm4.1.3 拟定液压系统图1、选择液压回路（1）调速方式：由工况可知该液压系统功率小，工作负载变化小，采用单向阀和二位四通阀。（2）液压泵形式的选择：根据工况要求选用变量叶片泵适宜。4.2 钻削进给液压系统设计4.2.1 作 F-t 与 V-t 图1 计算切削力 钻铸铁孔时，其轴向力的切削力根据公式： 20.8.1MDSKp.49F公式中符号的意义： D钻头直径 S每转进给量 Kp修正系数已知 D=5.2mm S=0.1mm/r Kp= =10.619()36得 M=0.9N/mF=345.5N345.1036z N2 计算摩擦阻力静摩擦阻力： 9.280sFfG动摩擦阻力： 41d N3 计算惯性阻力：90.258ivFgt4 计算工进速度工进速度按加工 5.2 的切削用量计算，即：321730.12/6vnsms5 根据以上分析计算各工况负载 如表 4-1表 4-1 液压缸负载的计算工 况 计算公式 液压缸负载 F/N 液压缸驱动力 F0/N启 动 sFfG 980 1090加 速 dvgt 740 82537快 进 dFfG 490 545工 进 c 1526 1695反向启动 sf 980 1090加 速 dvgt 740 825快 退 Ff 490 545制 动 dGt 240 270其中，取液压缸机械效率 0.9cm6 计算快进、工进和快退时间 快进： 310.17.2Lt sv工进： 3258.t快退： 312340.24.Lt sv7 根据上述数据描绘液压缸 F-t 与 V-t 图38t tF/Nt2V mm/sv1t1 t2t1 t31526t3图 4-4 图 4-54.2.2 确定液压系统参数1 初选液压缸工作压力 由工况分析中可知，工进阶段的负载力最大，所以，液压缸的工作压力按此负载力计算，根据液压缸与负载的关系，选。本机床是钻孔组合机床，为防止钻通时发生前冲现象，液压缸5140Pa回油腔应有背压，设背压 ，为使快进，快退速度相等，选用520.61Pa的差动液压缸，假定快进、快退的回油压力损失为12A 50.71P2 计算液压缸尺寸 由式 得：12()cmAF421 5216310.94.0()cmFP液压缸直径： 3.7Dc39取标准直径： D=70mm4.2.3 拟定液压系统图1 选择液压回路（1）调速方式：由工况图知，该液压系统功率小，工作负载变化小，可用进油路节流调速，为防止钻通孔时的前冲现象，在回油路上加背压阀。（2）液压泵形式的选择：通过工况分析选用变量叶片泵比较适宜。（3）速度换接方式：因钻孔工序对位置精度及工作平稳性要求不高，可选用行程调速阀和电磁换向阀。2 组成系统图 4-6 液压系统图404.2.4 选择液压元件1 选择液压泵和电动机（1）确定液压泵的工作压力：前面已确定液压缸的最大工作压力为 ，选取进油管路压力损失 ，其调整压力比系统最大540Pa 50.81Pa压力大 ，所以泵的工作压力 。9BM（2）液压泵的流量： 由图 4-6 可知，快进时的流量最大，其值为26L/min，工进时最小，为 0.26L/min,根据液压技术公式 9-20，取 ，1.2K则：1.256.4/minBqL（3）选取电动机： P=0.8KW2 选择其他元件41图 4-7 液压元件选择表3 确定管道尺寸（略）4 确定油箱容量 油箱容量可按经验公式估算，取 。(57)6321VqL第 5 章 多轴箱右主轴箱设计5.1 引言42多轴箱是组合机床的重要专用部件。他是根据加工示意图所确定的工件加工孔数和位置、切削用量和主轴类型设计的传动各主轴运动的动力部件。其动力来自通用的动力箱，与动力箱一起安装于进给滑台，可完成钻、扩、铰、镗孔等加工工序。多轴箱一般具有多根主轴同时对一列孔进行加工。但也有单独的，用于镗孔居多。多轴箱的通用箱体材料为 HT200，前、后、侧盖等材料为 HT150。多轴箱体基本尺寸系列标准（GB3668.183）规定，9 种名义尺寸用相应滑台的滑鞍宽度表示。目前，多轴设计有一般设计法和电子计算机辅助设计法两种。5.2 绘制多轴箱设计原始依据图多轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡” 绘制的。其主要内容及注意事项如下：43图 5-1 主轴位置关系尺寸图5.2.1 根据机床联系尺寸图，绘制多轴箱外形图，并标注轮廓尺寸及动力箱驱动轴的相对位置尺寸。5.2.2 根据联系尺寸图和加工示意图，标注所有主轴位置尺寸及工件与主轴、主轴与驱动轴的相关位置尺寸。5.2.3 根据加工示意图标注各主轴转速及转向主轴逆时针转向。5.2.4 列表标明各主轴的工序内容、切削用量及主轴外伸尺寸5.2.5 标明动力件型号及其性能参数表 5-1 主轴外伸尺寸及切削用量44主轴外伸尺寸（mm）切 削 用 量轴号D/d L 工序内容n(r/min) v(m/min) f(mm/r)备注1 30/20 115 钻 5.2孔732 13 0.12 30/20 115 钻 5.2孔732 13 0.13 32/25 115 钻 5.2孔732 13 0.1注：1 被加工零件编号及名称：ZFA211-3600-7 箱体结合件， 。材料及硬度，铸铁，200HBS2 动力部件 1TD25-A，1HY-25，N =2.2KW，n=1420图 5-2 多轴箱设计原始数据图5.2.6 主轴、齿轮的确定及动力运算45（1）主轴型式和直径主轴的型式和直径，主要取决与工艺方法、刀具主轴联接机构、刀具的进给抗力和切削转矩。如钻孔时常采用滚珠轴承主轴；扩、镗、铰孔等工序常采用滚锥轴承主轴；主轴间距较小时常选用滚针轴承主轴。设计时，尽可能不选用 15mm 直径的主轴和滚针主轴，因为滚针轴承精度低、结构刚度及装配工艺性都较差，既不便于制造又不便于维修。首先，根据切削用量，查机床夹具手册P34 表 1-2-7 由计算公式计算扭矩： 20.8.1MDSKpD钻头直径 S每转进给量已知 D=5.2mm S=0.1mm/r得 M=900N.mm从表 5-10 可选择轴径 d=12mm，由组合机床设计简明手册P56 表 4-1选取主轴直径 d=20mm 满足设计要求。（2）多轴箱所需动力计算多轴箱的动力计算包括多轴箱所需要的功率和进给力两项。传动系统确定之后，多轴箱所需要的功率按下列公式计算：46111nnniiiPPP切切式中 切削功率，单位为 KW切空转功率，单位为 KW切与负荷成正比的功率损失，单位为 KWP切每根主轴的切削功率，由选定的切削用量按公式计算或查图表获得；每根主轴的空转功率按组合机床设计简明手册P62 表 4-6 确定；每根主轴上的功率损失，一般取所传递功率的 1%。根据机床夹具设计手册功率计算公式得主轴切削功率： 306MvPD切M扭矩V切削速度D钻头直径则有 9021.8365PKW切1.0.356切空转功率：47由于主轴直径为 20mm、25mm，根据组合机床设计简明手册P62 表 4-6：转速： n=630r/min ,轴径为 20mm 时： ;轴径为 25mm 时：=0.46PKW切=0.73PKW切n=1000r/min, 轴径为 20mm 时： ；轴径为 25mm 时：.7切.16切而主轴转速为 n=732r/min，根据插值法：732-0=(.74.06).40.571PKW切-6(.1.3).89切因此： =0.572+.89=0.KP切z功率损失：每根轴上的功率损失，一般可取所传递功率的 1%因此： =0.23+.561%=0.KWP切=0.203+0.356+0.006=0.56KW111nnniiiPP切切48多轴箱所需的进给力 可按下式计算：F切i=1Fn切式中 各主轴所需的轴向切削力，单位为 NiF0.8419DSKpD钻头直径 S每转进给量 Kp修正系数已知 D=5.2mm S=0.1mm/r Kp= =10.619()F=345.3N i=1 345.106nN切5.2.7 多轴箱传动设计多轴箱传动设计，是根据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转速要求，设计传动链，把驱动轴和主轴联系起来，使各主轴获得预定的转速和转向。1 对多轴箱传动系统的一般要求（1）在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下，力求传动轴和齿轮规格、数量为最少。为此，应尽量用一根中间传动轴带动多根主轴，并将齿49轮布置在同一排上。（2）尽量不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴负荷。遇到主轴较密时，布置齿轮的空间受到限制或主轴负荷较小、加工精度要求不高，也可用一根强度较高的主轴带动 1-2 根主轴的传动方案。（3）为使结构紧凑，多轴箱内齿轮副的传动比一般要大于 1/2，后盖内齿轮齿轮传动比允许至 1/3，尽量避免用升速传动。当驱动轴转速较低时，允许先升速然后再降一些。（4）驱动轴直接带动的转动轴数不能超过两根，以免给装配带来困难。2 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。（1）主轴分布类型50图 5-3 主轴分布示意图单组圆周分布，但各轴心间距较小。(2)根据此种类型设计出三种传动联系方案：51图 5-4 设计方案图第一种传动设计方案分析：第一种传动设计方案十分符合主轴箱设计的各项原则：a. 传动轴、齿轮数最少，用一根传动轴带动多根主轴b. 主轴齿轮规格相同。从理论上来说是一种经济有效的传动方案。但在进一步设计时发现该传动方案有以下缺陷：主轴直径 d=20mm 中心传动轴轴线与最下轴轴心线距离为32.5mm 若两轴真的实现传动，两轴所配套轴承的外径尺寸 D=47mm，然而，为使两轴承间安装不发生冲突，其间距最少为 47mm 而 32.52.52，完全满足疲劳强度要求。因此所取齿轮模数满足使用及性能要求。57（2）轴的强度校核：从上述可知，各轴所能承受的扭矩：轴 1、2、3、4 d=20 10.Mkgm轴 5 d=25 27通过计算各轴所承受载荷的情况：轴 1、2 190Kgm轴 3、4 26M轴 5 5由此可以得出，各轴实际承受的扭矩远远小于轴所能承受的扭矩最大值。因此其强度完全满足要求。第 6 章 经济性分析任何一个较为复杂的机械零件，都有不同的加工工艺方案，特别是一个新产品，从开发设计，试制，小批量投产到产品发展和成熟时期的大批量生产，58都要经历不同的生产批量过程。作为组成这一产品的机械零件必须根据生产批量来确定其工艺方案，现以箱体结合件为例，说明在不同生产批量情况下，如何合理选择定位基准，采用适宜的生产设备，以保证加工质量可靠，满足市场的需求。6.1 箱体结合件加工工艺的制定对箱体的加工，以前采用的是分散加工法，人工操作复杂，单件加工耗时时间长，占用机床，劳动强度大。目前，采用组合加工工艺，一次装夹，可加工多个部位，既保证了加工精度，还大大提高了生产效率，节省了加工时间。6.2 夹具定位夹紧分析初步设计时有两种方案，或者说是两种类型的夹具代表：（1） 整体铸造：采用箱体铸造样式，液压夹紧装置。这种夹紧方案成本较高，加工精度高，装夹方便。（2） 组合结构：各部分单独设计，单独制造，最后装配。本次夹具设计中，压块与液压缸之间及压块与工件之间就是采用组合结构。这种设计方案成本低，但由于通过59螺栓联接。加工过程中的振动容易产生松动，定位精度较低。6.3 组合机床应用分析其中钻 5.2 光孔，攻制 6 螺钉 M6X30 螺纹孔与粗、精铣两侧面为例，假设每次的镗削成本为 5 元，共计 80 元每加工完一个零件。如果采用组合机床，组合机床设计制造成本为 8 万元，每件加工成本以 10 元计。年产量按 10000件计算，则每年减少加工成本 70 万元。扣除组合机床的制造成本，每年节省60 万元。通过以上分析可以得出，在本次设计中，组合机床的广泛应用大大减少生产了成本；生产批量决定工艺方案，工艺方案决定经济效益；合理选择定位基准可以降低加工时间。第 7 章 结论和展望由本文的论述，我们了解到，通过对梳棉机箱体结合件加工设备及工艺的研究与应用，在机床、夹具、刀具、工艺流程等方面进行合理设计和选择，有效提高了加工效率和产品质量，扩大了加工适应范围，提高了可靠性，具备一定的先进性，取得了良好的经济效益和社会效益，为解决此类多孔同时加工问60题举了一件实例。本成果设计制造的机床为六轴钻孔双面卧式组合机床。我们将钻削主轴设为机械传动，而进给系统为液压控制，使在满足使用要求的前提下降低了成本。作为关键部件的液压滑台采用国产通用部件。以比较简单的方式完成旋转运动和直线运动的同步进行，非常实用。本机床所用夹具的通用性强，工件采用液压定位夹紧，快速方便。定位采用两面一销的定位方式，夹紧采用液压加紧，采用这种方式完全能够满足精度要求。而且简易方便，制造成本低，通用性好。在刀具方面，由于所加工孔的尺寸精度和表面粗糙度要求都不算高，采用麻花钻。这种钻头采购比较方便，而且价格比深孔钻头也要便宜。在刀具的几何角度方面，麻花钻头的螺旋角即是其轴向前角。当加工工件时，切削力和切削热随钻头螺旋角的增大而减小(减 少)，切削轻快，刀具耐用度高。为此，我们选取钻头螺旋角为32，在保证强度的前提下，有效降低了切削力和切削温度，提高了刀具使用寿命和生产效率。通过本成果的实施，进排气摇臂的深孔加工质量和生产效率得到较大幅度提高，经济和社会效益显著。而且加工精度也完全能够满足设计要求。则在直61接经济效益方面，节省了大量加工工时。参考文献1 孟少农主编. 机械加工工艺手册. 北京：机械工业出版社. 19922 候世增主编. 装配图的画法机械制图. 北京：高教出版社. 19893 陈隆德主编. 互换性与测量技术基础. 北京：高教出版社. 19884 樊瑞，李建华主编. 液压技术. 北京：中国纺织出版社. 19995 李天无主编. 简明工程师手册. 昆明：云南科技出版社. 19926 曹龙华主编. 机械原理. 北京：高教出版社. 1986627 沈阳工学院等主编. 组合机床设计. 上海：上海科技出版社. 19858 谢家瀛.组合机床简明设计手册. 北京：机械工业出版社. 19949 吴隆，姜春英主编. 机械制造技术.西安：陕西科技出版社，2002致 谢本文承蒙黑龙江科技学院机械工程学院张文生教授指导。张教授从本文的写作内容、版式编排等各方面多次给予了详细的指导，对本文所涉及项目的实施、机床的设计、多轴箱传动设计及组合机床的设计制造等给予了大量的帮助，并向我们提供了相关参考资料提出了很好的意见和建议，使得本文得以成稿，在此表示衷心的感谢!另外，向本文引用、转载过资料的文献作者表示感谢。向其他所有对于本文的完成做出过帮助的人表示感谢。63附录 1现代数控机床高速化发展的最新动向D. Renton, M