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0目目 录录摘要摘要1ABSTRACT .2前言前言.3第第 1 章章 汽车半轴的机械加工汽车半轴的机械加工.11.1 确定生产纲领、生产类型、工艺特征.11.2 确定毛坯及材料的选择.11.2.1查阅资料可知零件的技术要求及结构工艺性：.11.2.2、确定毛坯及材料的选择.11.2.3确定工艺路线.1第第 2 章章 组合机床方案的制订组合机床方案的制订.32.1 影响组合机床方案制定的主要因素.32.1.1被加工零件的加工精度.32.1.2被加工零件的特点.32.1.3零件的生产批量.42.1.4机床使用条件.42.2 组合机床制定工艺方案应考虑的问题.42.2.1工艺方案的原则.42.2.2工序集中与分散的处理.5第第 3 章章 组合机床三图一卡具体设计组合机床三图一卡具体设计.63.1 被加工零件工序的作用及内容.63.2 被加工零件工序图.63.3 加工示意图.73.3.1加工示意图的作用和内容.73.3.2加工示意图的画法及注意事项.73.3.3初定主轴类型、尺寸、外伸长度和选择接杆.83.3.4确定各工序的切削用量.93.4 机床联系尺寸总图.123.4.1、联系尺寸总图的作用与内容.123.4.2绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容.123.5 机床生产率计算卡.13第第 4 章章 组合机床主轴箱的设计组合机床主轴箱的设计.144.1 绘制多轴箱设计的原始依据.144.2 主轴、齿轮的确定.144.3 多轴箱传动设计.154.3.1本次设计对多轴箱传动系统的一般要求.154.3.2参照所画主轴箱图，其传动树.154.3.3润滑泵轴和手柄轴的安置.16 14.4 主轴的坐标位置.16第第 5 章章 随行卡具的设计随行卡具的设计.175.1 机床夹具设计.175.1.1机床夹具概论.175.1.2夹具结构方案的设计.175.1.3确定工件的夹紧方式和设计夹紧装置以及卡紧力计算.17第第 6 章章 液压系统的设计液压系统的设计.186.1 液压系统图的设计及说明.186.2 液压系统计算.206.2.1 液压缸设计计算步骤.206.2.2液压缸性能参数的计算.20第第 7 章章 组合机床的电气系统组合机床的电气系统.217.1 PLC 梯形图的设计步骤.217.1.1PLC梯形图的设计一般分为以下几个步骤：.217.1.2电气接线图和PLC程序的说明.22 0第第1 章章 汽汽车车半半轴轴的的机机械械加加工工1.1确确定定生生产产纲纲领领、生生产产类类型型、工工艺艺特特征征首先分析、研究被加工零件，通过认真阅读被加工零件图样，研究被加工零件的用途、尺寸、形状、材料、硬度、重量、加工部位的结构和加工精度及表面粗糙度要求等内容。通过产品装配图样和有关工艺资料的分析，充分认识被加工零件在产品中的地位和作用，从而来确定汽车半轴的机械加工工艺，使它保证各种加工要求和经济精度。1、由 N=20000 件/年，知道零件的生产纲领；2、生产类型的确定大批量生产；3、该工件的工艺特性 针对工件的结构形状及正常的经济精度和位置精度的分析，可知零件的加工要求。同时工件是大批量生产，可以采用高度自动化专用机床进行生产，可以广泛采用高效专用夹具、专用量具及自动检测装置。因此，在实际加工中我采用组合机床进行加工。这样容易保证加工精度，提高生产率，使产品成本相对降低，提高产品的经济效益。1.2确定毛坯及材料的选择1.2.1 查阅资料可知零件的技术要求及结构工艺性：1）汽车半轴外圆表面和端面加工，由于半轴头部 3 个孔的精度要求要对其进行钻扩铰的加工。2）对热处理后的零件进行校正、探伤，保证零件的工艺性能良好。1.2.2、确定毛坯及材料的选择1）查阅零件图和技术要求及结构工艺性可知此工件采用 40Cr 材料，根据零件加制造毛坯，精度等级为 2 级。分析零件的材料的特征，查机械制造设计手册来确定。2）确定零件毛坯尺寸查工艺手册毛坯尺寸：零件需车削加工部位比加工后单边厚 2.5mm 工工艺性及零件的轮廓、尺寸精度、形状、位置、加工表面技术要求，最终确定了采用模锻件来毛坯无明显的裂纹缺陷，未注圆角为 R2R31.2.3 确定工艺路线1）根据零件结构工艺性和经济精度，按照粗、精加工分开原则，工序集中原则，来确定机械加工工序的安排顺序，按照以下原则来初步拟订两条加工工艺路线：（1）先加工基准面， 1（2）划分加工阶段， （3）先面后孔， （4）次要表面可在阶段进行加工一、分析、研究、加工要求和现场工艺本工件为汽车半轴，生产纲领为 N=20000 件/年，是大批生产，通过深入现场调查分析零件的加工工艺方法，定位和夹紧方式，所采用的先行的工艺资料，在结合机械加工工艺原则，在保证工件所需求的经济精度和表面粗糙度，同时考虑产品成本及经济性，我们设计是采用把孔加工放到组合机床上加工，这样采用一套专用的固定式夹具、专用刀具、专用量具、自动检测装置，在此四个工位（钻、扩、铰和装卸）来排列设备，进行流水加工，可以保证孔的经济精度 6 级和表面粗糙度 Ra=3.2 微米，节约了加工时间，提高了生产效率和经济性。按照粗精加工分开的原则和工序集中的原则来拟订组合机床的工艺方案方案方案 1工序 1 模锻毛坯工序 2 退火处理工序 3 粗车端面到 34.5mm，半精车到 34mm，钻中心孔，粗车大端外圆到182mm，半精车到 180mm工序 4 钻小端中心孔，粗车端面保证零件总长 10072mm工序 5 粗车大端端面到 32.5mm，半精车至 32mm，粗车小端外圆到 56mm 半精车到54.6mm,精车到 54 0/-0.12mm工序 6 粗车大端端面到 12.5mm，半精车到 12 +0.5/0mm工序 7 铣花键齿，原始齿型压力角为 48，侧齿粗糙度 Ra=3.2,分度圆的弧齿厚度5.89-6.06。工序 8 钻大端的孔到 10mm 到 11.8mm 到 12mm,粗糙度 Ra3.2工序 9 清洗工序 10 去毛刺工序 11 防锈处理工序 12 检验入库方案方案 2工序 1 模锻毛坯工序 2 退火处理工序 3 粗车端面到 34.5mm，半精车到 34mm，钻中心孔，粗车大端外圆到 182， 2半精车到 180工序 4 钻小端中心孔，粗车端面保证零件总长 10072mm工序 5 粗车大端端面到 32.5mm，半精车至 32mm，粗车小端外圆到 56mm 半精车到54.6mm,精车到 54 0/-0.12mm工序 6 粗车大端端面到 12.5mm，半精车到 12 +0.5/0mm工序 7 钻大端的孔到 10mm 到 11.8mm 到 12mm,粗糙度 Ra3.2工序 8 铣花键齿，原始齿型压力角为 48，侧齿粗糙度 Ra=3.2,分度圆的弧齿厚度5.89-6.06。工序 9 清洗工序 10 去毛刺工序 11 防锈处理工序 12 检验入库2）工艺路线的分析比较工艺路线的方案 1，按工序分析，各面的车到普通机床上加工，孔加工放在组合机床上加工，易保证孔的精度要求，以及加工工艺性能较高。先加工基准面的原则及先面后孔的原则，选择工艺方案 1 比较合适。4、确定机械加工余量，总的工序尺寸 车大端端面 单边余量 2.5mm 厚度为 35.5mm 小端的单边余量 2 mm 直径为58mm零件总长 1010mm 第第2 2 章章 组组合合机机床床方方案案的的制制订订2.1影影响响组组合合机机床床方方案案制制定定的的主主要要因因素素2.1.1 被加工零件的加工精度根据被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制定机床方案的主要依据。本工序分 3 个工步：钻扩铰。2.1.2 被加工零件的特点零件材料为 40Cr，硬度比较高，因此加工孔时，工步较多，而且加工定位基准是水平 3的且被加工孔与基面相垂直的工件，采用卧式机床进行加工。2.1.3 零件的生产批量零件生产批量是决定采用工位、多工位式自动线还是大批量生产特点设计组合机床的主要因素，零件产量为 20000 件，属于大批量生产情况，则要力求减少机床数，所以应将工序尽量集中起来加工，提高机床利用率和生产效率。2.1.4 机床使用条件（1）车间布置情况，组合机床的配置形式是分度回转工作台的形式，通过回转工作台分度，将装在工作台上的工件顺次送往各工位进行加工，工作台面直径一般在 1600mm 以下，工位数 212。（2）工艺间的联系 工件到组合机床加工前，毛坯成品必须达到一定要求，否则，会造成工件在机床夹具上定位和夹具不可靠，造成刀具损害，或者不能保证要求的加工精度。（3）使用厂的技术能力和自然条件 根据厂的情况，选择液压传动是机械动力部件的机床。2 2. .2 2组组合合机机床床制制定定工工艺艺方方案案应应考考虑虑的的问问题题2.2.1 工艺方案的原则由于被加工零件的精度要求、加工部位尺寸、形状、结构特点、材料、生产率要求不同，设计组合机床必须采用不同的工艺方法和工艺过程。1、孔的尺寸精度 钻孔的精度为 1011 级，表面粗糙度为 Ra=36.3。2、扩孔 一般作为铰前的工序，对要求不高的孔也可以作为最终工序。精度可达 910级，表面粗糙度 Ra=3.26.3。3、铰孔 可铰削圆柱孔、圆锥孔、阶梯孔等，一般孔径在 40 以下，个别情况也铰40100mm 的大孔。在钻扩铰后，精度可达 78 级，表面粗糙度 Ra=1.63.2 微米。组合机床确定工艺方案的原则及注意的问题（1）粗、精加工工序的安排 必须根据零件的生产批量、加工精度、技术要求进行全面的分析，按照经济的满足加工要求的原则，合理解决粗加工和精加工工序的安排。不要部分具体情况一律粗、精加工或者粗、精加工工序合并的作法。一般大批量生产中，确定工艺流程宜粗、精工序分开进行，其优点是：1）工件能得到较好的冷却，有利于减少热变形及内应力变形的影响，对精度要求高的零件，更需要如此安排。 42）可避免粗加工震动对加工精度、表面粗糙度的影响。3）有利于精加工机床保持持久的精度。4）使组合机床结构简单，便于维修、调整。但是，粗、精加工工序分开，将使机床台数增多。当工件生产批量不大时，由于机床利用率低，则经济性不好。因此，在能够保证加工精度的前提下，有时也采用粗、精加工合并在同一台机床上进行的工艺方案，但须采用措施，尽量减少由此带来的不利影响。例如使切削余量和铸造黑皮的第一道工序与最后一道加工工序不同时进行。在工件需要两次安装时，应使粗、精加工工序所用夹具具有大小不同的夹压力，若工件一次安装，也应使粗、精加工工序分别具有不同夹压力。2.2.2 工序集中与分散的处理工序集中是机械加工近代的主要发展方向之一。组合机床也正是基于工序集中的工艺原则发展起来的，既运用多种不同刀具，采用多面、多工位和复合刀具等方法，在一台机床上对一个或几个零件完成复杂的工艺过程，从而有效的提高生产率，取得更好的技术经济效果。但也应当看到，工序集中程度的提高也会带来下述一些问题：1）工序过分集中会使机床结构复杂，刀具数量增加，机床大而笨重，调整使用不便，可靠性降低，反而影响生产率的提高。2）工序过分集中导致切削负荷加大，往往由于工件刚性不足及变形等影响加工精度。因此提高工序集中程度时，应注意：a、适当考虑单一工序，即把相同工艺内容的工序集中在同一台机床上b、相互之间有位置精度要求的工序应集中在同一工位或同一台机床上加工。例如，箱体零件各面上的孔，相互间有位置精度要求，其孔的精加工应集中在同一台机床上一次安装并完成加工，一般来说，对这些孔的粗加工也应尽量集中在同一台机床上进行，这可以使得精加工余量分布均匀。c、确定工序集中时，必须充分考虑零件是否因刚性不足而在较大的切削力、夹压力下变形对加工精度带来不利影响。d、工序集中，必须考虑前述粗、精加工工序的合理安排及由于主轴箱结构及设置倒向的需要，主轴排列不宜过密，否则会造成机床、刀具调整不便，加工精度、工作可靠性、生产率降低的不良后果。（3）制定工艺方案应注意精加工后孔的表面是否允许留下螺旋后直线退刀痕迹，如果 5不允许留下刀痕，则应在加工终了时，使主轴停止转动并向定位，利用夹具的让刀机构，将工件以加工表面移离刀尖一段距离后退刀。在生产率允许情况下，也可使刀具以工进速度退回，这样不仅不会留下刀痕，且有利提高加工精度。第第3 3 章章 组组合合机机床床三三图图一一卡卡具具体体设设计计3.1被加工零件工序的作用及内容被加工零件工序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、夹压部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情况的图纸。它不能用用户提供的产品图纸代替，而须在原零件图基础上突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制的。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用和调整机床的重要技术文件。图上应表示出：（1）被加工零件的形状和轮廓尺寸与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、夹压部位及夹压方向。以便依此进行夹具的定位支承（包括辅助定位支承） 、限位、夹紧及导向系统的设计。 （3）本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求（只要指定定位基准） 。 （4）必要的文字说明。如被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。3.2被加工零件工序图1）为了使被加工零件工序图清析明了，一定要突出本机床的加工内容。2）加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，为了加工及检查，尺寸应采用直角坐标系，而不采用极坐标系。但有时因所选定位基准与设计基准不重合，则须对加工部位要求的位置尺寸精度进行分析计算。此外，应将零件图上的不对称位置尺寸公差换算成对称尺寸公差，其公差数值的决定要考虑两方面，一是要能达到产品图纸要求的精度，二是采用组合机床能够加工出来。3）应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。如对多层壁同轴线等直径孔加工，若要求孔表面不留退刀痕迹，则图纸上应注明要求，如机床主轴定位，工件（夹具）让刀。 63 3. .3 3加加工工示示意意图图3.3.1 加工示意图的作用和内容零件加工的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上的加工过程，刀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、机床的工作形成及工作循环等。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、夹具、主轴箱、液压电气装置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、刀具及试车的依据。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、结构及尺寸；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、导向装置等，并决定它们的结构、参数及尺寸。5）标明主轴、接杆（卡头） 、夹具（导向）与工作之间的联系尺寸、配合及精度。6）根据机床要求的生产率及刀具、材料特点等，合理确定并标注主轴的切削用量。7）决定机床动力部件的工作行程及工作循环。3.3.2 加工示意图的画法及注意事项1）加工示意图应绘制成展开图。按比例用实线画出工件外形。加工部位、加工表面画粗实线。必须使工件和加工方法与机床布局吻合。为简化设计，同一多轴箱上结构尺寸完全相同的主轴（指加工表面，所用刀具及导向，主轴及接杆等规格尺寸、精度完全相同时）只画一根，但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号。2）一般情况下，在加工示意图上，主轴分布不按真实距离绘制。当主轴彼此间很近或需要设置结构尺寸较大的导向装置时，必须以实际中心距严格按比例画，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是否相互干涉。3）主轴应从端面画起；刀具画加工终了位置。（3）选择刀具、导向及有关计算1）刀具的选择 刀具选择的一般原则要考虑工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切屑的排除及生产率要求等因素。2）导向的选择 在组合机床上加工孔，除用刚性主轴方案外，工件的尺寸，位置精度 7主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置的作用：保证刀具相对工件的正确位置，保证各刀具相互间的正确位置，提高刀具系统的支承刚性。本次设计使用的是活动钻模板，其导向装置要随机床多轴箱一起移动。组合机床上刀具的导向装置通常分为固定式导向和旋转式导向两大类。本次设计选用固定式导向装置。固定式导向装置的导套装在钻模板上固定不动，刀具或刀杆导向部分在导套内可以转动和移动。通常用于钻头、扩孔钻、绞刀复合刀具或镗杆的导向。这种导向精度较高，但容易磨损，适用于小孔加工。导向数量应根据工匠形状，内部结构，刀具刚性，加工精度及具体加工情况决定。导向的主要参数包括：导套的直径及公差配合导套的长度，导套离工件端面的距离等。钻：导向长度 l =(12.5)D11 取 l =8mm；1导套至工件端面的距离 l =（11.5）D ，取 l =14mm；212扩：导向长度 l =(24)D12 取 l =8mm；1导套至工件端面的距离 l =（11.5）D ，取 l =10mm；222铰：导向长度 l =(24)D13 取 l =8mm；1导套至工件端面的距离 l =（0.51.5）D ，取 l =10mm；2323.3.3 初定主轴类型、尺寸、外伸长度和选择接杆主轴尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削扭距 M，初定主轴直径 d，再综合考虑加工精度和具体工作条件，决定主轴外伸部分尺寸及配套的刀具接杆莫氏锥度号。根据前面的计算已经得到各主轴的直径（钻：主轴直径 40mm；扩：主轴直径 30mm；铰：主轴直径 20mm）钻：主轴外伸尺寸L=115 接杆莫氏圆锥号 2、3=50/361dD扩：主轴外伸尺寸L=11接杆莫氏圆锥号 2、3=40/281dD 85铰：主轴外伸尺寸L=115接杆莫氏圆锥号1、2、3=32/201dD（5）由主轴箱的所有刀具主轴中找出影响联系尺寸的关键刀具（即其中最长的刀具） 。（6）确定动力部件的工作循环及工作行程。A、工作进给长度 L应等于工件加工部位长度 L 与刀具切入长度 L 和切出长度 L 之工12和。即 L= L +L+ L工12切入长度一般为 510mm，根据工件端面的误差情况确定。切出长度 L 的确定2工序名称钻孔扩孔铰孔镗孔攻螺纹切出长度8331d01510155105+L切d 为钻头直径，L为丝锥切削部分长度。切L=8+12+8=28mm钻L=8+12+10=30mm扩L=8+12+10=32mm铰B、快速退回长度等于快速引进与工作进给长度之和。C、动力部件总行程长度 动力部件的总行程应除保证要求的工作循环工作行程外，还要考虑装卸和调整刀具的方便。3.3.4 确定各工序的切削用量为了使加工过程顺序进行并稳定保证加工精度，必须合理的确定工序间余量，有关工艺设计资料：加工工序 加工孔径（mm） 钻孔 10 扩孔 11.8 铰孔 12 确定工序间余量应注意：工件经从新安装或在多工位机床上加工，应使加工大余量，以 9消除转位、定位误差的影响。选择切削用量1、切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的布局形式及正常工作均有很大影响。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，所选切削用量，根据经验应比一般万能机床单刀加工低 30%左右。2）组合机床为多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。 2、确定切削用量应注意的问题（1）尽量做到合理利用所有的刀具，充分发挥其性能；（2）复合刀具切削用量选择，应考虑刀具的使用寿命；（3）选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响；（4）切削用量选择应有利于主轴箱的设计；（5）选择切削用量时，还必须考虑所选动力滑台的性能。3、组合机床切削用量选择方法必须从实际出发，根据加工精度、工件材料、工件条件、技术要求等进行分析，按照经济的满足加工要求的原则，合理的选择切削用量。一般常用查表法，参照生产现场同类工艺，通过工艺实验确定切削用量。确定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度F=33Df7 . 075. 0bT=16.5D f28 . 07 . 0b钻孔：10 （其中 D =10mm，f=0.1mm/r，v =17m/min，=700MPa）11bF =33X10XX10.70.0830.75700 =462109324. 0 =8960.99NT1=25647.9(N mm)P =1.43(kw)125647.9*189740*3.14*10v =n =541r/min11000dn1 10d=B=29.21mm4110T查表 34，取 d=36mm扩孔：11.8 （其中 D =10mm，f=0.11mm/r，v =6m/min，=700MPa）22bF2=1166.8d=B=24.57mm4210TP=0.213(kw)25129.58*159740*3.14*11.8T2=5129.58(N mm)v =n=405r/min11000dn2查表 34，取 d=28mm铰孔：16 （其中 D =6mm，f=0.45mm/r，v =5m/min， =700MPa）33b查表 34，取 d=20mmP=0.213(kw)21277.395*159740*3.14*12T3=1277.395(N mm)v =n3=100r/min11000dnF=（F +F +F ）*3总123=3127.3N取 F=32000N总P =3（P +P +P ）123=3（1.42+0.213+0.01）=4.93P=6.16kw总P4.9380%取 P=7.5kw 的电动机。总1）刀具的选择 刀具选择的一般原则要考虑工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切屑的排除及生产率要求等因素，在这里我选用的是专用刀具。2）导向的选择 在组合机床上加工孔，除用刚性主轴方案外，工件的尺寸，位置精度 11主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置的作用：保证刀具相对工件的正确位置，保证各刀具相互间的正确位置，提高刀具系统的支承刚性。本次设计使用的是固定钻模板组合机床上刀具的导向装置通常分为固定式导向和旋转式导向两大类。本次设计选用固定1）加工示意图应与机床实际加工状态一致；2）尺寸应完整，尤其是从主轴箱端面到刀尖的轴向尺寸应齐全，以备检查行程和调整机床使用。3）对多面、多工位机床，还应按各工位加工内容，用缩小比例画出加工部件示意图并标注孔号；对于回转工作台和鼓轮式机床，应画出加工时在其上面的位置示意图，以便清楚的表示出工件与主轴箱上主轴的排列位置。4）加工示意图上应有加工过程的工作循环图及各行程长度。3 3. .4 4机机床床联联系系尺尺寸寸总总图图3.4.1、联系尺寸总图的作用与内容机床联系尺寸总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的专业部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置型式、主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局图。用以检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件是否选择合适；它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据；它可以看成是机床总体外观简图。由其轮廓尺寸、占地面积、操作方式等可以检验是否适应用户现场使用环境。内容：1）表明机床的配置形式和总布局。2）完整齐全地反映各部件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各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。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，不得遗漏。4）标明机床验收标准及安装规程。3.4.2 绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容1）选择动力部件影响动力部件的主要因素：（1）切削功率；（2）进给力；（3）进给速度；（4）行程 12根据前面的计算可知取 P=5.5kw 的电动机。查表 537，选取 1TD 系列动力箱。总型号型式电机型号电动机功率L （mm3）电机转速输出轴转速1TD50IY132M -427.5kw4001440r/min720r/min选取液压滑台的型号为 1HY50，行程 400mm。根据切削用量计算 F=3（F1+F2+F3）=3*（8960.6+1166.8+296.7）=31272.3选择 1HY 系列的液压滑台 Fmax=32000N同时选液压滑台相配套的滑台侧底座 1CC501 以及立柱 1CL50.3 3. .5 5机机床床生生产产率率计计算算卡卡根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度，切削用量，动力部件的快速及工进速度等，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，机床生产率及机床负荷等。1）理想生产率 QQ=A/K=20000/2350h=8.510 （件/小时）A生产纲领（包括备品及废品率）K全年工时总数，一般情况下，单班制取 2350h，两班制取 4600h。2）实际生产率 Q1Q1=60/T =60/3.906=12.16 （件/小时）T=t切+t辅=（+t停）+（+t+t）=3.90611fvL22fvLkfvLL快退快进移装L 、L 刀具第一、第二工作进给长度，单位 mm；12v、v刀具第一、第二工作进给量，单位 mm/min；1f2ft当加工沉孔、止口、倒角、光整表面时，滑台在死挡铁上的停留时间，通常指停刀具在加工终了时无进给状态下旋转 510 转所需时间，单位 mm；L、L动力部件快进、快退行程长度，单位 mm；快进快退v动力部件快速行程速度。用液压动力部件时取 310m/min；kf 13t直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取 0.1min；移t工件装、卸（包括定位或撤消定位、夹紧或送开、清理基面或切屑及吊运工件装卸等）时间。它取决于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。通常取 0.51.5min。如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求，即 Q1 Q，则必须重新选择切削用量或修改机床设计方案。n负=8.51/12.16=0.706组合机床的机床负荷率为 70.6%一般的机床负荷率为 70%-90%合理，见于已经提高了生产效率所以基本可以完成任务。生产率计算卡见图.第第4 4 章章 组组合合机机床床主主轴轴箱箱的的设设计计4 4. .1 1绘绘制制多多轴轴箱箱设设计计的的原原始始依依据据多轴箱设计原始依据是根据“三图一卡”绘制的。其主要内容及注意事项如下：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。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。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（面队主轴看）可不标，只注顺时针转向。4）列表标明各主轴的工序内容、切削用量及主轴外深尺寸等。5）标明动力部件型号及性能参数等。主轴外伸尺寸 D/dL工序内容n（r/min）v（m/min）f（mm/r）备注50/36120钻 12541170.140/28100扩11.8405120.132/20100铰 1010060.1动力部件 1TD40，功率 5.5kw，转速 960r/min 144.2主轴、齿轮的确定主轴直径按加工示意图所示主轴类型及外伸尺寸可初步确定。经前面的计算可知各主轴直径为：钻 12、扩 11.8、铰 10。传动轴直径可根据公式计算选取，d410TBd 轴径（mm） ；B系数（取 5.2） ；T轴所传递的转矩（N .m）经计算传动轴的直径取值。齿轮模数 m（单位 mm）一般用类比法确定，也可按公式计算，即： 3)3230(znPm 式中 P齿轮所传递的功率，单位为 kw； z一对啮合齿轮中的小齿轮齿数； n小齿轮的转数，单位为 r/min。经计算，取 m=2mm。主轴上齿轮的齿数为：钻 40，扩 40，铰 43。根据转速和所选公比计算出各传动轴上的齿轮齿数。4.3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，把驱动轴与各主轴连接起来，使各主轴获得预定的转速和转向。4.3.1 本次设计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，力求使传动轴和齿轮的规格、数量为最少。为此，应尽量用一根中间传动轴带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排上。当中心距不符合标准时，可采用变位齿轮或略微改变传动比的方法解决。 2）尽量不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴负荷，影响加工质量。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（最佳传动比为 11/1.5） ，后盖内齿轮传动比允许取至 1/31/3.5；尽量避免用升速传动。4）用于粗加工主轴上的齿轮，应尽可能设置在第 I 排，以减少主轴的扭转变形；精加工主轴上的齿轮，应设置在第 III 排，以减少主轴端的弯曲变形。5）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。 156）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。7）立式多轴箱无甩油盘。4.3.2 参照所画主轴箱图，其传动树如下：轴轴轴轴轴轴 钻轴 扩轴轴轴 铰轴轴轴（IV）4.3.3 润滑泵轴和手柄轴的安置多轴箱常采用叶片油泵润滑，油泵供油至分油器经油管分送各润滑点（如第 IV 排齿轮、轴承、油盘等） 。箱体较大、主轴超过 30 根时用两润滑泵。油泵安装在箱体前壁上，油泵尽量靠近油池。吸油高度不超过 400500mm。通常油泵齿轮放在第 I 排，以便维修，如结构限制，可放在第 IV 排，当泵体或管接头与传动轴端相碰时，可改用埋头传动轴。手柄轴用于对刀、调整或装配检修时检查主轴精度。手柄轴转速尽量高些。其周围有较大空间。4.4主轴的坐标位置坐标坐标销销驱动轴驱动轴主轴主轴 1主轴主轴 2主轴主轴 3主轴主轴 4X0199.500 65.753181.942 181.942 228.452Y0190.000 353.756 220.730 287.501 174.597坐标坐标主轴主轴 5主轴主轴 6主轴主轴 7主轴主轴 8主轴主轴 9 16X362.127 295.174524.198524.198408.323Y174.500 174.597220.730353.756287.501各传动轴的坐标值由坐标检查图中可查出略第第5 章章 随随行行卡卡具具的的设设计计5.1机床夹具设计5.1.1 机床夹具概论1）机床夹具 在机械制造厂的生产过程中用来安装工件使之固定在正确位置上，完成其切削加工、检验、装配、焊接等工作，所使用的工艺装备称为夹具。2）工件的安装 在机床上加工工件时，为了保证工件被加工表面的尺寸，几何形状及相互位置精度方面的要求，事先必须将工件正确地安装到机床加工位置上去。工件的安装一般包括定位和夹紧两个过程：即首先应使工件相对于机床及刀具占有一个正确的位置，这就是工件的定位，然后将工件固紧在这一既定位置上，使之不因受切削力、重力、离心力或惯性力作用而发生位置改变，这就是工件的夹紧。 本次是对汽车半轴进行机加，根据任务说明书，采用卧式加工的组合机床和四工位回转工作台对孔进行钻、扩、铰的一次性加工。所以，夹具是安装在鼓轮上的（鼓轮不需要设计） 。鼓轮安装轴承的选择：对于转速较低，或是缓慢摆动的轴承，其主要失效性形式是滚动体和滚道产生永久变形。对于低速转速（n1r/min）轴承，可以通过静载荷计算来选择轴承。轴承静强度公式为：，式中，为额定静载荷，对于向心类轴承为径向额定静负荷；对于推力轴000CS P0C0rC承为轴向静负荷，具体值按型号查手册确定；为安全系数，见表 15-7；为轴承工作0aC0S0P的当量静负荷，N。取 1.22.5。由于同时受径向负荷和轴向负荷的轴承，其径向当量静0S负荷为，式中，为静向负荷系数，为静轴向负荷系数，查表0000rrarrPXFY FPF0X0Y=0.5，=0.46。经计算，选取两个 7216 型轴承 ，径向载荷 Fr1=672N Fr2=356N，轴0X0Y向载荷 Fa=8961，温度低于 100 摄氏度，预寿命 10000h.解：轴承 1 承受的负载较重，经验算轴承 1 的当量载荷为 P=xFr+yFa 17 查机械设计手册 7215 形轴承 Cr=89.5KN C0r=78.2KN角接触球轴承 X0=0.5 Y0=0.46 P1= xFr1+yFa1=376N轴承的寿命由公式计算得 16667/n(ftC/fpP)=16667/n(1x89500/1.2x376) 寿命足够。（1）确定夹具的定位方式，设计定位装置对产品零件图和生产实际情况进行综合分析，夹具必须限制零件的自由度数目为 5 个，分析产品的零件图样，采用了 2 个 V 型块（限制 4 个自由度） 、一个 V 型块的小端面（限制1 个自由度）2 种定位元件，对零件进行定位。工件主要要保证的是 3 个孔和轴线的平行度的要求， 此设计完全满足要求。5.1.3 确定工件的夹紧方式和设计夹紧装置以及卡紧力计算夹具的动力装置设计采用手动夹紧的夹具，一般情况下其结构都比较简单，制造成本都比较低下，在生产中得到广泛的应用。(1)(1) 为防止工件绕轴线转动所需夹紧力：= D=54mm9016. 0k=1.2 1.2 1.0 1.0 1.3 1.0 1.5=2.81 Wk= =446KN2.81 1050 sin450.054 0.16(2)(2) 为防止工件在轴向上 Px 作用下移动所需夹紧力：Wk=406KN22sinXKP16. 0245sin7581. 2第第6 章章 液液压压系系统统的的设设计计6.1液压系统图的设计及说明液压系统是根据机械设备的传动装置和操纵结构的工作要求，采用不同功能的基本回路构成的。随着生产的发展，液压技术在机械设备上得到普遍的应用。 18 组合机床是一种高效、专用、自动化程度高的机床。液压滑台是组合机床上用来实现进给运动的一种通用部件，它的运动是靠液压缸驱动，通过安装在滑台上的动力头，可完成钻、扩、镗、铰、攻丝等多种加工工序。鼓轮是用于多工位机加零件的转位、定位。液压系统的作用是使刀具轴向进给运动和加工零件各工步的转换。 下面通过所设计的液压系统图对机床工作顺序的分析：M1缸1控制液压滑台进退缸2控制鼓轮松紧缸3控制鼓轮转位油箱原位快进工进快退转位回原位原位原位夹紧抬起组合机床液压系统图动 作电 磁 铁动力头快进动力头工进鼓轮松开动力头快退鼓轮转位鼓轮夹紧+-+-+- 工进后暂停3秒-+-回转缸回原位-+-电磁阀顺序动作表1）液压滑台的快进 19按下启动安钮，YA1 和 YA3 通电，液压油进入缸 1 左腔。进油路为：滤油器变量泵单向阀1 电磁阀左位（即 YA1 得电）缸 1 左腔 2 电磁阀左位（即 YA3得电）回油箱；2）液压滑台工进YA3 断电，进油路为：滤油器变量泵单向阀1 电磁阀左位（即 YA1 得电）缸 1 左腔 调速阀回油箱；3）液压滑台工进后暂停 3sYA3 断电，进油路为：滤油器变量泵单向阀1 电磁阀中位（即 YA1、YA2失电）缸 1 左腔 调速阀回油箱；4）液压滑台快退YA2 得电，进油路为：滤油器变量泵单向阀1 电磁阀右位（即 YA2 得电）缸 1 右腔 回油箱；5）鼓轮的松、夹和转位定位液压滑台回原位后，鼓轮松紧缸 2 先抬起动作，进油路为：滤油器变量泵单向阀3 电磁阀右位（YA1、YA2 都失电）缸 2 上腔单向阀 回油箱；缸 2 抬起到位后，缸 3 转位动作，进油路为：滤油器变量泵单向阀4 电磁阀右位调速阀缸 3 右腔回油箱；缸 3 转位到位后，缸 2 夹紧动作，进油路为：滤油器变量泵单向阀3 电磁阀原位（YA1、YA2 都失电）单向调速阀缸 2 上腔回油箱； 缸 2 夹紧到位后，缸 3 回原位动作，进油路为：滤油器变量泵单向阀4 电磁阀原位（YA1、YA2 都失电）缸 3 左腔单向阀回油箱； 6）夹具的松、紧 人工安装。7）系统停电磁阀都失电，油泵电机也停电。该系统中加入了一些保护元件，如溢流阀（卸荷） 、粗滤油器（去除油中的颗粒杂质） 、蓄能器（保护油缸和阀类元件在压力过大时受冲击）等。 206.2液压系统计算6.2.1 液压缸设计计算步骤(1) 根据主机的运动要求，选择液压缸的类型，根据机构的结构要求，选择液压缸的安装方式。(2) 根据主机的动力分析和运动分析，确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸。(3) 根据选定的工作压力和材料进行液压缸的结构设计，如缸体壁厚，缸盖结构，密封形式，排气与缓冲等。(4) 液压缸性能的验算。6.2.2 液压缸性能参数的计算1） 液压缸的输出力单杆活塞式液压缸的推力 F1 F1=P1A1 103式中 F1-液压缸推力 KN P1-工作压力 MPa A1-活塞杆的作用面积 m2A1=2AL/4AL-活塞直径 mP1=30MPa AL=0.1mA1=2AL/4=0.00785m2=0.0140 m2F1=25 1037.85 10-3=41926.4KN速度比 V2/V1=D2/(D2-d2) =0.12/(0.12-0.072)=2查阅机械设计手册第 5 卷知：单杆活塞式液压缸的输出推力为 216.35KN，输出拉力为205.74KN。压力 p=3.01*610 油泵的实际工作压力对调速阀进油节流调速系统，管路的局部压力损失一般为（5-15）*压力总损失 10*。510510所以工作的实际压力 P=P1+P 损=3.01*+10*=4.01*610510610流量 q=2x=57.23L/min2445d 21第第7 章章 组组合合机机床床的的电电气气系系统统7.1 PLC 梯形图的设计步骤7.1.1PLC 梯形图的设计一般分为以下几个步骤：1.对实际问题进行分析，确定哪些是输入量，确定哪些是输出量。 2.根椐所需的 I/O 点数和控制的复杂程度进行 PLC 选型。PLC 的选型主要从以下几方面进行考虑：(1) 结构型式的档次。按照物理结构，PLC 分为整体式和模块式两种。整体式一般价格较低，对于单台仅需开关量控制的设备，选用小型整体 PLC 就可以满足要求；对于复杂的，要求较高的系统，可考虑采用模块式中大型机，这样可灵活配置 I/O 模块的点数的类型，使其具有 A/D，D/A 控制，运动控制和通讯联网等功能。（2）容量。PLC 容量指用户存储器容量（程序容量）和 I/O 点数两方面的含义，选择存储容量可按 25留出裕量。I/O 点数要 1015留出裕量。（3）输出点类型的选用。PLC 可提供 3 种类型的输出：继电器输出（有触点） ，晶体管输出和晶闸管输出（无触点） ，其中继电器的输出的 PLC 价格便宜，适用的电压范围广，交直流电压类型均可，承受瞬对过电压和过电流的能力较强，对于不频繁通电的负载应优先选用此种 PLC；而对于频繁通电的负载，则应采用无触点开关输出，即选用晶体管或晶闸管。3.将输入量依次分配给输入继电器，输出量依次分配给输出继电器，画出 I/O 端子分配图。4明确控制对象的控制要求，根据控制的特点和复杂程度选用前面介绍的经验设计法，状态分析法和状态转移图等四种设计方法中的一种进行 PLC 梯形图的设计。7.1.2 电气接线图和PLC 程序的说明 22系统连续工作启动切削头电机停急 停照明灯开、关液压滑台复位鼓轮单独工作系统单周期工作启动液压泵电机停限位开关SQ1限位开关SQ2限位开关SQ3限位开关SQ4限位开关SQ5限位开关SQ6限位开关SQ7冷却泵电机停切削头电机液压泵电机冷却泵电机照明灯滑台工进指示灯滑台回原位指示灯鼓轮工作指示灯PE单项桥式整流电路FU4L3L1L2冷却液泵电机液压泵电机FU3FU5自动开关自动开关自动开关熔断器 FU1熔断器 FU2总开关主轴电机T CNFU6P L CQ1.4冷却泵电机控制鼓轮单独工作控制Q0.0Q1.5I0.5Q1.3Q1.6Q2.2Q1.51200液压滑台工进后延时3SQ0.3循环启动I1.3T002I1.6Q1.7Q0.5Q0.3Q0.4I1.2Q0.2003Q1.40010030Q0.1I0.2液压滑台工进液压滑台快进Q0.5T003Q0.5I0.0Q1.7Q0.2I0.2Q3.0Q3.2Q0.3I1.1Q0.2Q0.4Q0.3Q0.1I0.2Q1.5Q1.4Q0.7Q1.3Q1.2I1.3Q1.30020020Q1.1Q1.2I1.5Q1.3I1.4I1.3Q1.2Q1.1Q3.5Q1.2Q3.3Q3.4Q1.1液压滑台复位控制I1.0Q0.6Q2.0Q2.1I0.4快退Q0.6Q0.5T001I0.2I1.0Q0.5I1.0Q1.0Q0.2Q2.1Q1.0Q0.7Q0.6Q3.1Q0.5Q2.0液压泵电机控制钻削头电机控制Q0.2Q1.5Q0.6Q2.1Q2.2Q0.1I0.2T000Q1.4Q0.0I0.1Q1.4Q0.1I0.2Q0.0鼓轮工作指示灯单周期工作指示灯滑台工进指示灯Q1.7I0.6Q0.7Q0.3液压滑台回原位指示灯照明灯Q0.1I0.3Q1.7HL3HL2H
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