精鏜6102箱蓋凸輪軸孔專用組合機床設計【含CAD圖紙+文檔】
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寧XX大學
畢業(yè)設計(論文)
題目 精鏜6102箱蓋凸輪軸孔專用組合機床的設計
機械工程與自動化學院機械電子工程專業(yè)機電093班
學生姓名
學 號
指導教師(簽字)
設計(論文)工作自 2013年 2月27 日至 2013年 6 月 23 日
2013 年 月 日
誠 信 承 諾
我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)設計（論文）《XXXXXXXX》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。
承諾人（簽名）：
年 月 日
摘 要
本論文主要說明組合機床設計的基本過程及要求。組合機床是按高度集中原則設計的，即在一臺機床上可以同時完成同一種工序或多種不同工序的加工。組合機床發(fā)展于工業(yè)生產末期，與傳統(tǒng)的機床相比：組合機床具有許多優(yōu)點：效率高、精度高、成本低。它由床身、立柱、工作臺、及電源一些基本部件及一些特殊部件，根據(jù)不同的工件加工所需而設計的。
在組合機床上可以完成很多工序，但就目前使用的大多數(shù)組合機床來說，則主要用于平面加工和孔加工兩大類工序。論文主要內容包括四大部分：
（1）、制定工藝方案 通過了解被加工零件的加工特點、精度和技術要求、定位夾緊情況、生產效率及機床的結構特點等，確定在組合機床上完成的工藝內容及加工方法，并繪制被加工零件工序圖。
（2）、組合機床的總體設計 確定機床各部件之間的相互關系，選擇通用部件和刀具的導向，計算切削用量及機床生產效率、繪制機床的尺寸聯(lián)系圖及加工示意圖。
（3）、組合機床部件設計 包括專用多軸箱的設計，傳動布局合理，軸與齒輪之間不發(fā)生干涉，保證傳動的平穩(wěn)性和精確性。專用主軸設計、軸承的選用及電機的選擇等。
（4）、液壓裝置的設計 液壓滑臺、定位夾緊裝置均為液壓控制。并采用了許多液壓控制閥，保證了運動的平衡性，循環(huán)性和精確性。
關鍵詞：組合機床；設計；過程；功能
——————————————————————————————————
Ⅰ
Abstract
This thesis mainly elucidates the basic process and requirements that design of the combination machine. Combination machine is designed according the fundamental , which highly centralized ,or , more correctly it can process one working procedure or more different working procedures at one time . Combination machine was developed in the end of industrial production compared with traditional machine; combination machine has many advantages , such as high efficiency , high accuracy and low cost . It is composed of some general parts , such as bed ,column ,work able ,power unit ,and some special parts designed according to different work piece machining need.
The preface of a lot of works can be completed on the combination machine, but in regard to the majority current usage of combination machine, then and primarily used for the flat surface to process and the bore to process two big work preface. The main part including :(1) Formulating technological plan We,ve learned the characteristic of the part designed ,accuracy and specification ,locating and fixing ,productivity and machining structure by the practice .Then the technological operation and work order can be determined which can be finished in combination machine.(2) Combination machine frame design determines the interrelation of the different part in the machining tool ,select general parts and tool oriented .Then compute cut feed and productivity finally draw a sketch map of the machine .(3) Combination machine parts design including headstock、proper transmission layout 、shaft and gear move freely without interference which ensure the stability and accuracy during transmission ,then design dedicated select bearings and engine etc.(4) It adopts many hydraulic control valves ,which ensure the stability ,circulation and accuracy .
Keywords: combination machine ;design ;process ;function
目 錄
摘 要 1
Abstract II
目 錄 III
1 緒論 1
1.1 課題研究意義 1
1.2鏜孔專用設備應用 1
1.3 鏜孔專用設備 2
1.3.1多軸頭 2
1.3.2 多軸箱 2
1.3.3多軸鉆床 3
1.3.4 自動更換主軸箱機床 3
1.4 鏜孔專用設備趨勢 4
2 組合機床的總體設計 5
2.1 組合機床方案的制定 5
2.1.1 制定工藝方案 5
2.1.2 確定組合機床的配置形式和結構方案。 5
2.2 確定切削用量及選擇刀具 7
2.2.1 確定工序間余量 7
2.2.2 選擇切削用量 7
2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率 7
2.2.4 選擇刀具結構 8
2.2.5 被加工零件工序圖 9
2.2.6 機床尺寸聯(lián)系總圖 10
3 鏜孔專用機床及夾具設計 14
3.1 夾具的初步設計方案 14
3.2 機床的初步設計 14
3.2.1 動力部件的選擇 14
3.2.2 確定切削用量及選擇刀具 15
3.2.3 確定切削力，切削扭矩，切削功率 15
3.3 夾具設計的計算 17
3.3.1 受力計算 17
3.3.2 夾緊力 17
3.4 機床的液壓滑臺系統(tǒng)的具體設計 18
3.4.1 液壓缸所受的外負載 18
3.4.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 19
3.4.3 液壓系統(tǒng)的計算和選擇液壓元件 20
4 主軸箱設計 24
4.1 專用主軸箱設計 24
4.2 傳動系統(tǒng)的設計 24
4.2.1 電動機的選擇 24
4.2.2 電動機功率的選擇 24
4.2.3 傳動系統(tǒng)總傳動比的確定及各級分傳動比的分配 25
4.3 齒輪的設計及參數(shù)的確定 25
4.3.1 齒輪的設計 26
4.3.2 齒輪參數(shù)的確定 28
4.4 軸承的選擇 31
結 論 33
致 謝 34
參考文獻 35
1 緒論
1.1 課題研究意義
市場的開放性和全球化使產品的競爭日趨激烈。而決定產品競爭力的指標是產品的開發(fā)時間(Time ),產品(Quality)，成本(Cost)，創(chuàng)新能力(Creation)和服務(Service)。用戶在追求高質量產品的同時，會更多的追求較低的價格和較短的交貨周期。美國制造業(yè)在20世紀50至40年代主要以擴大生產規(guī)模作為企業(yè)競爭力的第一要素，而在70年代競爭力的第一要素為降低生產成本，80年代為提高產品質量，90年代為市場響應速度。所以現(xiàn)代企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量，增強競爭力。
制造業(yè)是國家重要的基礎工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎是。是眾多機械制造的母機，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產能力和制造精度有著直接關系，關系到國家機械工業(yè)以至整個制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進制造技術的基本單元載體，機械產品的質量、更新速度、對市場的應變能力、生產效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對于一個國家經(jīng)濟發(fā)展起著舉足輕重的作用我國是世界上產量最多的國家.根據(jù)德國工業(yè)協(xié)會(VD W )2000年統(tǒng)計資料，在主要的生產國家中，中國排名為世界第五位。但是在國際市場競爭中仍處于較低水平:即使在國內市場也面臨著嚴峻的形勢:一方面國內市場對各類產品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產滯銷積壓，國外產品充斥市場。
1.2鏜孔專用設備應用
據(jù)統(tǒng)計，一般在車間中普通機床的平均切削時間很少超過全部工作時間的15%。其余時間是看圖、裝卸工件、調換刀具、操作機床、測量以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機床雖然能提高85%，但購置費用大。某些情況下，即使生產率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機床低。故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點，就鉆削加工而言，鏜孔專用設備是一種通過少量投資來提高生產率的有效措施。雖然不可調式多軸頭在自動線中早有應用，但只局限于大批量生產。即使采用可調式多軸頭擴大了使用范圍，仍然遠不能滿足批量小、孔型復雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復雜的鏜孔專用設備更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有15000個ψ20孔，若以搖臂鉆床加工，單單鏜孔與锪沉頭孔就要842.5小時，另外還要劃線工時151.1小時。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要171.6小時，劃線也簡單，只要1.9小時。因此，利用數(shù)控控制的二個坐標軸，使刀具正確地對準加工位置，結合鏜孔專用設備不但可以擴大加工范圍，而且在提高精度的基礎上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機30種箱形與桿形零件的2000多個鏜孔操作中，有40%可以在自動更換主軸箱機床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少20%的加工時間。1975年法國巴黎機床展覽會也反映了鏜孔專用設備的使用愈來愈多這一趨勢。
1.3 鏜孔專用設備
鏜孔專用設備是在一次進給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工一個孔。這不僅縮短切削時間，提高精度，減少裝夾或定位時間，并且在數(shù)控機床中不必計算坐標，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以下一些設備進行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機床心及自動更換主軸箱機床。甚至可以通過二個能自動調節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結合數(shù)控工作臺縱橫二個方向的運動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個或幾個工序?，F(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。
1.3.1多軸頭
從傳動方式來說主要有帶傳動、齒輪傳動與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動三種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結構簡單，后者易于調整軸距。從結構來說有不可調式與可調式二種。前者軸距不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于大批量生產。為了擴大其贊許適應性，發(fā)展了可調式多軸頭，在一定范圍內可調整軸距。它主要裝在有萬向.二種。（1）萬向軸式也有二種:具有對準裝置的主軸。主軸裝在可調支架中，而可調支架能在殼體的T形槽中移動，并能在對準的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圓柱形主軸套。主軸套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進行工作。這種鏜孔專用設備方法，由于鏜孔效率、加工范圍及精度的關系，使用范圍有限。
1.3.2 多軸箱
也象多軸頭那樣作為標準部件生產。美國Secto公司標準齒輪箱、多軸箱等設計的不可調式多軸箱。有32種規(guī)格，加工面積從300Ｘ300毫米到600Ｘ1050毫米，工作軸達60根，動力達22.5千瓦。Romai工廠生產的可調多軸箱調整方便，只要先把齒輪調整到接近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調軸移動到正確的位置。因此，這種結構只要改變模板，就能在一定范圍內容易地改變孔型，并且可以達到比普通多軸箱更小的孔距。
根據(jù)成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的組合機床很適用于大中批量生產。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數(shù)點：（1）工件裝夾簡單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。（2）夾具剛性好，加工時不形變，分度定位正確。（3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調整，從而縮短換刀停機時間。（4）使用優(yōu)質刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機磨。（5）尺寸超差時能立即發(fā)現(xiàn)。
1.3.3多軸鉆床
這是一種能滿足鏜孔專用設備要求的鉆床。諸如導向、功率、進給、轉速與加工范圍等。巴黎展覽會中展出的多軸鉆床多具液壓進給。其整個工作循壞如快進、工進與清除鐵屑等都是自動進行。值得注意的是，多數(shù)具有單獨的變速機構，這樣可以適應某一組孔中不同孔徑的加工需要。
1.3.4 自動更換主軸箱機床
為了中小批量生產合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動更換主軸箱組合機床。
(1) 自動更換主軸機床
自動更換主軸機床頂部是回轉式主軸箱庫，掛有多個不可調主軸箱?？v橫配線盤予先編好工作程序，使相應的主軸箱進入加工工位，定位緊并與動力聯(lián)接，然后裝有工件的工作臺轉動到主軸箱下面，向上移動進行加工。當變更加工對象時，只要調換懸掛的主軸箱，就能適應不同孔型與不同工序的需要。
(2)多軸轉塔機床
轉塔上裝置多個不可調或萬向聯(lián)軸節(jié)主軸箱，轉塔能自動轉位，并對夾緊在回轉工作臺的工件作進給運動。通過工作臺回轉，可以加工工件的多個面。因為轉塔不宜過大，故它的工位數(shù)一般不超過4—6個。且主軸箱也不宜過大。當加工對象的工序較多、尺寸較大時，就不如自動更換主軸箱機床合適，但它的結構簡單。
(3)自動更換主軸箱組合機床
它由自動線或組合機床中的標準部件組成。不可調多軸箱與動力箱按置在水平底座上，主軸箱庫轉動時整個裝置緊固在進給系統(tǒng)的溜板上。主軸箱庫轉動與進給動作都按標準子程序工作。換主軸箱時間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉工作臺，以便加工工件的各個面。好果回轉工作臺配以卸料裝置，就能合流水生產自動化。在可變生產系統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應的控制器可以獲得完整的加工系統(tǒng)。
(4) 數(shù)控八軸落地鉆床
大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達15000個，它與支撐板聯(lián)接在一起加工?？讖綖?0毫米，孔深180毫米。采用具有內冷卻管道的麻花鉆，5－7巴壓力的冷卻液可直接進入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成90°供自動定心。它比普通麻花鉆耐用，且進給量大。為了縮短加工時間，以8軸數(shù)控落地加工。
1.4 鏜孔專用設備趨勢
鏜孔專用設備生產效率高，投資少，生產準備周期短，產品改型時設備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術的發(fā)展，鏜孔專用設備的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。
35
2 組合機床的總體設計
2.1 組合機床方案的制定
2.1.1 制定工藝方案
零件加工工藝將決定組合機床的加工質量、生產率、總體布局和夾具結構等。所以，在制定工藝方案時，必須計算分析被加工零件圖，并深入現(xiàn)場了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛度，加工部位的結構特點加工精度，表面粗糙度，以及定位，夾緊方法，工藝過程，所采用的刀具及切削用量，生產率要求，現(xiàn)場所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國內外有關技術資料，制定出合理的工藝方案。
根據(jù)被加工零件（鏜6102箱蓋凸輪軸）的零件圖（圖2.1），加工5個Φ43孔的工藝過程：
(1)加工孔的主要技術要求。
加工5個Φ43孔
工件材料為HT200，HB170-241HBS
要求生產綱領為（考慮廢品及備品率）年產量2萬件，單班制生產
(2) 工藝分析
加工該孔時，孔的位置度公差為0.05mm。
(3) 定位基準及夾緊點的選擇
加工此零件上的孔，以上表面限制三個自由度和右端面限制三個自由度，位于中間的孔通過螺桿起到了很好的夾緊作用。
在保證加工精度的情況下，提高生產效率減輕工人勞動量，由于工件是大批量生產，因此在設計時就認為是人工夾緊。
2.1.2 確定組合機床的配置形式和結構方案。
(1)被加工零件的加工精度
被加工零件需要在組合機床上完成的加工工序及應保證的加工精度，是制造機床方案的主要依據(jù)。鏜6102箱蓋凸輪軸鏜孔的精度要求較高，可采用鏜孔組合機床。為了加工出表面粗糙度為Ra1.6um的孔，采取提高機床原始制造精度和工件定位基準精度并減少夾壓變形等措施就可以了。為此，機床通常采用尾置式齒輪動力裝置，進給采用液壓系統(tǒng)，被加工零件圖如圖2.1所示
(2) 被加工零件的特點
這主要指零件的材料、硬度加工部位的結構形狀，工件剛度定位基準面的特點，它們對機床工藝方案制度有著重要的影響。此鏜6102箱蓋凸輪軸的材料是HT200、硬度HB170～241、孔的直徑為Φ43mm。采用同步加工，零件的剛度足夠，工件受力不大，振動，及發(fā)熱變形對工件影響可以不計。
一般來說，孔中心線與定位基準面平行且需由一面或幾面加工的箱體宜用臥式機床，立式機床適宜加工定位基準面是水平的且被加工孔與基準面垂直的工件，而不適宜加工安裝不方便或高度較大的細長工件。對大型箱體件采用單工位機床加工較適宜，而中小型零件則多采用多工位機床加工。
此零件的加工特點是中心線與定位基準平面是垂直的，并且定位基準面是水平的，工件較小，其孔分布較密集，多軸箱體積較大，一次鏜孔。
(3) 零件的生產批量
零件的生產批量是決定采用單工位、多工位、自動線或按中小批量生產特點設計組合機床的重要因素。按設計要求生產綱領為年生產量為2萬件，從工件外形及輪廓尺寸，為了減少加工時間，采用多軸頭，為了減少機床臺數(shù)，此工序盡量在一臺機床上完成，以提高利用率。
(4) 機床使用條件
根據(jù)使用組合機床對車間布置情況、工序間的聯(lián)系、技術能力和自然條件等的要求來選擇適合的組合機床。
2.2 確定切削用量及選擇刀具
2.2.1 確定工序間余量
為使加工過程順利進行并穩(wěn)定的保證加工精度，必須合理地確定工序余量。生產中常用查表給出的組合機床對孔加工的工序余量，以消除轉、定位誤差的影響。
2.2.2 選擇切削用量
確定了在組合機床上完成的工藝內容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設計的組合機床為多軸同步加工在大多數(shù)情況下，所選切削用量，根據(jù)經(jīng)驗比一般通用機床單刀加工低30%左右．多軸主軸箱上所有刀具共用一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺，工作時，要求所有刀具的每分鐘進給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進給量（mm/min）應是適合有刀具的平均值。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設計成同轉速和同的每轉 進給量（mm/r）與其適應。以滿足直徑的加需要，即： …………………………………2.1
式中： … ——各主軸轉速（r/min）
——各主軸進給量（mm/r）
——動力滑臺每分鐘進給量（mm/min）
由于鏜6102箱蓋凸輪軸鏜孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術要求等，按照經(jīng)濟地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：孔鉆頭直徑D=43mm，進給量f=0.18mm/r、切削速度v=18m/min
2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率
根據(jù)文獻[9]的134頁表6-20中公式計算鉆孔
（2-2）
（2-3）
（2-4）
根據(jù)文獻[9]的134頁表6-20中公式計算鏜孔
（2-5）
（2-6）
（2-7）
（2-8）
式中， F、Fz-切削力（N）；T-切削轉矩（N·㎜）；P-切削功率（Kw）；v-切削速度（m/min）；f-進給量（mm/r）；ap-切削深度（mm）； D-加工（或鉆頭）直徑（mm）； HB-布氏硬度， 得HB=223。
由d＞22-50，硬度大于190-240HBS，選擇v=10-18m/min,f＞0.25-0.4mm/r,又d=35.8mm,取定第一次進給v1=17.9m/min,f1=0.3mm/r,則
=1000×17.9/43π=157r/min
取v2=17.9m/min,f2=0.3mm/r
由以上公式可得：
2.2.4 選擇刀具結構
根據(jù)加工精度、工件材料、工件條件、技術要求等進行分析，按照經(jīng)濟地滿足加工要求的原則，合理地選擇刀具。只要所選工藝方案可以采用剛性較好的鏜桿，還是采用鏜削方法，這是因為鏜刀制造簡單，刃磨方便。
當被加工孔直徑在Φ40mm以上時，組合機床上多采用鏜削加工，其加工精度可高達1-2級。
直徑小于Φ40mm時，選用鉆削方法，鉆頭選用高速鋼修磨棱帶及橫刃鉆頭。鏜孔選用合金鏜刀頭。
直徑大于Φ40mm時，選用鏜削方法，刀具材料為硬質合金。當加工階梯孔時，選用階梯桿，由于多刀加工，扭矩較大，所以要選用強度較好的刀桿材料：41Gr。
2.2.5 被加工零件工序圖
A．被加工零件工序圖的作用和內容
被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示所設計的組合機床上完成的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求，加工用的定位基準、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設計研制合同外，它是組合機床設計的重要依據(jù)，也是制造、使用、調整和檢驗機床精度的重要文件。被加工零件工序圖是在被加工零件的基礎上，突出本機床或自動線的加工內容，并作必要的說明而繪制的。其主要內容包括：
a.被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設計有關部位結構形狀和尺寸。
b.本工序所選用的定位基準、夾壓部位及夾緊方向。
c.本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術要求以及對上道工序的技術要求。
d.注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量。
B. 繪制被加工零件工序圖的規(guī)定及注意事項
a.繪制被加工零件工序圖的規(guī)定 應按一定的比例，繪制足夠的視圖以及剖面；本工序加工部位用粗實線表示；定位用定位基準符號表示，并用下標數(shù)表明消除自由度符號；夾緊用夾緊符號表示，輔助支承用支承符號表示。
b.繪制被加工零件工序圖注意事項
a) 本工序加工部位的位置尺寸應與定位基準直接發(fā)生關系。
b) 對工件毛坯應有要求，對孔的加工余量要認真分析。
c) 當本工序有特殊要求時必須注明。
圖2-1所示為被加工零件工序圖。
2.2.6 機床尺寸聯(lián)系總圖
A. 選擇動力部件
a.動力滑臺型號的選擇
根據(jù)選定的切削用量計算得到的單根主軸的進給力，按文獻[9]的62頁公式
計算。
式中，F(xiàn)i—各主軸所需的 向切削力，單位為N。
則
主軸箱：
實際上,為克服滑臺移動引起的摩擦阻力，動力滑臺的進給力應大于F。又考慮到所需的最小進給速度、切削功率、行程、主軸箱輪廓尺寸等因素，為了保證工作的穩(wěn)定性，由文獻[9]的91頁表5-1，左、右、后面分別選用機械滑臺HJ40ⅡA型、HJ40ⅢA型、HJ40ⅠA型，臺面寬400mm，臺面長800mm，滑臺及滑座總高為320mm，允許最大進給力為20000N；其相應的側底座型號分為1CC401M、1CC401M、1CC401。
b.動力箱型號的選擇
由切削用量計算得到的各主軸的切削功率的總和，根據(jù)文獻[9]的47頁公式計算：
式中, —消耗于各主軸的切削功率的總和（Kw）；
—多軸箱的傳動效率,加工黑色金屬時取0.8～0.9，加工有色金屬時取0.7～0.8；主軸數(shù)多、傳動復雜時取小值，反之取大值。本課題中，被加工零件材料為灰鑄鐵，屬黑色金屬，又主軸數(shù)量較多、傳動復雜，故取5。
右主軸箱：
則
根據(jù)液壓滑臺的配套要求，滑臺額定功率應大于電機功率的原則，查文獻[9]的頁表5-38得出動力箱及電動機的型號,見表2-1。
表 2-1 動力箱及電動機的型號
動力箱型號
電動機型號
電動機功率(Kw)
電動機轉速(r/PM)
輸出軸轉速(r/min)
后主軸箱
1TD40-I
Y100-L8
2
1440
720
c.配套通用部件的選擇
側底座1CC401型號，其高度H=560mm，寬度B=600mm，長度L=1350mm。
B. 確定機床裝料高度H
裝料高度是指機床上工件的定位基準面到地面的垂直距離。本課題中，工件最低孔位置h2=70.52㎜，主軸箱最低主軸高度h1=145.02㎜，所選滑臺與滑座總高h3=320㎜，側底座高度h4=560㎜，夾具底座高度h5=345㎜，中間底座高度h6=600㎜，綜合以上因素，該組合機床裝料高度取H=1005㎜。
確定夾具輪廓尺寸
夾具是用于定位和夾緊工件的，所以工件輪廓尺寸和形狀是確定夾具輪廓尺寸的依據(jù)，由于加工示意圖中對工件和靠模桿的距離，以及導套尺寸都作了規(guī)定，掌握了以上尺寸后，確定夾具總長尺寸A，A=590 mm。夾具底座高度應視夾具大小而定，既要求保證有足夠的剛性，又要考慮工件的裝料高度，一般夾具底座高度不小于240mm。根據(jù)具體情況，本夾具底座取高度為345mm。
確定中間底座尺寸
在加工示意圖中，已經(jīng)確定了工件端面至主軸箱在加工終了時距離：
L1左=650mm，L2右=800mm
根據(jù)選定的動力部件及其配套部件的位置關系，并考慮動力頭的前備量因素，通過尺寸鏈就可確定中間底座尺寸L
L=2（L1左+L2右+2L2+L3）-2（L 1+ L 2+ L 3）
其中 L1------動力頭支承凸臺尺寸。
L2------動力頭支承凸臺端面到滑座前端面加工完了時距離，由于動力頭支承凸臺端面到滑座端面最小尺寸和動力頭向前備量組成。
L3------滑座前端面到床身端面距離取L=585mm。
確定中間底高度尺寸時，應考慮鐵屑的儲存及排除電氣接線安排，中間底座高度一般不小于540mm。
本機床確定中間底座高度為600mm。
確定主軸箱輪廓尺寸
主要需確定的尺寸是主軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度h1。主軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關，可按文獻[9]的49頁公式計算：
B=b+2b1
H=h+h1+b1
式中，b—工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（㎜）；
b1—最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（㎜）；
h—工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（㎜）；
h1—最低主軸高度（㎜）。
其中，h1還與工件最低孔位置（h2=70.52㎜）、機床裝料高度（H=1005㎜）、滑臺滑座總高（h3=320㎜）、側底座高度（h4=560㎜）等尺寸有關。對于臥式組合機床， h1要保證潤滑油不致從主軸襯套處泄漏箱外，通常推薦h1＞85-140㎜，本組合機床按文獻[9]的50頁公式
h1=h2+H-(0.5+h3+h4)
計算，得： h1=150.52㎜。
b=212.33㎜,h=186.48㎜,取b1=100㎜，則求出主軸箱輪廓尺寸：
B=b+2b1=212.33+2×100=412.33㎜
H=h+h1+b1=186.48+150.52+100=437㎜
根據(jù)上述計算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標準，主軸箱輪廓尺寸都預定為B×H=500㎜×500㎜。
3 鏜孔專用機床及夾具設計
3.1 夾具的初步設計方案
粗鏜孔專用夾具的自由度：
它用止口及端面定位，消去５個自由度，剩下的轉動自由度用一根裝在尾座套筒中的削邊銷插入銷孔中來定位，從而保證鏜孔的加工余量均勻。當用螺母與螺桿及壓塊將活塞壓緊后，再將削邊銷從銷孔中退出，即可進行加工。
3.2 機床的初步設計
根據(jù)加工工序的需要決定采用具有固定式夾具的主軸箱橫向進給的臥式單工位專用機床
3.2.1 動力部件的選擇
采用通用部件。第一種動力部件是傳遞主運動的部件，包括動力源和主軸箱。第二種傳遞進給運動的部件，包括液壓滑臺。
（1），液壓滑臺
液壓滑臺由滑臺，滑座，油缸三部分組成。
滑臺與滑座配置雙矩形導軌，初選HY20A型液
壓滑臺，導軌為“矩－矩”型式。
液壓滑臺技術性能：
臺面寬(mm)
行程(mm)
進給力(N)
油缸內徑/活塞直徑(mm)
油泵流量(升/分)
快進流量(升/分)
最小進給量(mm/分)
工進速度（mm/min）
200
400
6300
50/35
12
12
40
40~1000
（2），動力源
動力源是為主軸箱的刀具提供切削主運動的驅動裝置
它與主軸配套使用。
因為對鋁及其合金等輕金屬進行粗鏜削時，根據(jù)《組合機床設計》p20對傳動裝置的選擇，應采用皮帶輪傳動裝置，所以現(xiàn)決定采用皮帶輪傳動裝置的型號為TXxx-F42。
（3），主軸箱
主軸箱安裝在滑臺上，鏜刀桿上安裝多個鏜刀進行鏜削。本設計采用自行設計的主軸箱和TX20A-F42皮帶輪傳動裝置。
3.2.2 確定切削用量及選擇刀具
查《組合機床設計》表3-11得。粗鏜的鏜刀的材料高速鋼，切削速度v（m/min）在100~150范圍內選取，初步定為120。每轉進給量f（mm/轉）在0.5~1.5范圍內選取，但考慮到液壓滑臺的進給速度v（40—1000mm/min）的限制要取合適的值。
由公式n=1000v/πD得：
n=1000×120/π×27=1414.7(r/min)
v=f×n取滑臺的進給速度為1000，則f=v/n=1000/1414.7=0.7（mm/r）
3.2.3 確定切削力，切削扭矩，切削功率
切削力Fc,切削扭矩M，切削功率N，刀具耐用度T的計
初定鏜刀裝在鏜桿上的幾何參數(shù)為：主偏角Kψ=45°，前角Ψ。=20°，刃傾角λs＝0°，刀尖圓弧半徑Υε=20（mm）,初定鏜孔加工余量ap=1.5mm
（1），切削力Fc=9.81×CFC×apXFC×fyFC×KFC
=9.81×40×1.51×0.70.75×1200×KFC
其中KFC= KMFC × KΥ0FC × KKΥFC × KλsFC × KΥεFC
查《機械制造技術》p48 表2-3，得 KMFC=1
查表2-4得 KΥ0FC=1.0 KKΥFC=1.0
KλsFC=1.0 KΥεFC=1.0
∴KFC= KMFC × KΥ0FC ×KKΥFC × KλsFC × KΥεFC
=1×1.0×1.0×1.0×1.0×1.0
=1
∴Fc=9.81×CFC×apXFC×fyFC×KFC
=9.81×40×1.51×0.70.75×1200×KFC
=9.81×40×1.51×0.70.75×1200×1
=450.4(N)
（2），切削功率：
Pc=Fc×Vc/60×103
=450.4×120/60000
=0.895(kW)
（3），快速運動速度的確定：
由HY20A液壓滑臺技術性能可知快進速度為
12米/分。
（4），選擇刀具結構及切削扭矩：
鏜桿直徑及鏜刀截面尺寸：
查《組合機床設計》p60表3-16得
由鏜孔直徑D=27(mm)，取鏜桿直徑=22(mm),
鏜刀截面BXB=8×8(mmXmm)
主軸直徑d=25(mm)
由式d=B 4√(M/100)
查《組合機床設計》p59表3-15得,取系B=7.3
∴M=(d/B)4×100=(25/7.3)4×100
=13755.25(N.mm)
（5），電動機的選用：
根據(jù)上面算出的轉速為1414.7(r/min)和功率為0.895×2=1.79(kW)?，F(xiàn)決定選用型號為Y100L2-4的電動機。其額定功率為3(kW)，轉速為1420(r/min)。
3.3 夾具設計的計算
3.3.1 受力計算
∵Me=Wk【r`tgρ1+rztg(α+ρ`2)】/η0(N.mm)
其中：
Wk-實際所需夾緊力(N)
r`-螺桿端部與工件間的當量摩擦半徑(mm)，參見表1-2-20
∵螺桿端部的結構形式為點接觸
∴r`=0
ρ1-螺桿端部與工件的摩擦角（o）
rz-螺紋中徑之半(mm)，初選M10，P=1，查表1-2-21得rz=4.675
α-螺紋升角（o），初選M10，P=1，查表1-2-21得α=1o57`
ρ`2-螺旋副當量摩擦角。當選用三角螺紋時，由表1-2-22查得ρ`2=9o50`
η0-除螺旋外機構的效率，其值為0.85~0.95，取0.90
由表1-2-24中，初選螺紋公稱直徑為10(mm)的螺栓，查得其許用夾緊力為3924(N)，加在螺母上的夾緊扭矩為9.320(N.mm)
∴Me=450.4【0+4.675tg(1o57`+9o50`)】/0.9
=484.7(N.mm)
∵M10的許用夾緊力=3924＞450.4(N)
∴M10的螺栓滿足強度要求。
3.3.2 夾緊力
當用扳手扳動M10螺栓上的六角螺母時，查表1-2-25得，
柄長度L=120(mm),作用力為45（N），而夾緊力為3550（N），遠大于450.4N）
∴用M10的螺栓，并用扳手長度L=120(mm)的扳手的方案符合要求。
3.4 機床的液壓滑臺系統(tǒng)的具體設計
工進長度的確定：
工進長度=切入長度+加工孔長度+切出長度
取切入長度為7(mm)，加工孔長度為102(mm)， 切出長度取8(mm)。
∴工進長度=7+102+8=117(mm)
快進長度，初定為283(mm)
快退長度=快進長度+工進長度=283+117=400(mm)
∵滑臺式后帶“A”表示滑座導軌為鑄鐵導軌。
又∵球墨鑄鐵的密度為7300kg/m3
∴可根據(jù)滑座的外形尺寸和密度來估算其重力。
估算液壓滑臺的重力N1=9.8×400×200×80×7300×10-9
=457.86(N)
估算主軸箱和動力源的重力N2=9.8×200×472×388×7300×10-9
=2799.78(N)
即運動部件的重力N= N1 +N2=3257.64(N) 取N=4000(N)
3.4.1 液壓缸所受的外負載
F包括三種類型：
Fω-工作負載Fω=6300(N)
Fa-運動部件速度變化時的慣性負載Fa=G×⊿v/gX⊿t 一般取⊿t=0.05（s）
Fa=4000×12/9.8/0.05/60=1632.65(N)
Ff-導軌摩擦阻力負載，啟動時為靜摩擦阻力，啟動后為動摩擦阻力 Ff=fG
在本設計中取靜摩擦系數(shù)為0.18，動摩擦系數(shù)為0.1
∴Ffs=0.18×4000=720(N)
Ffa=0.1×4000=400(N)
∴工作循環(huán)各階段的外負載為：
啟動加速：F= Ffs +Fa = 720+1632.65=2352.65(N)
工進 ：F= Ffa+ Fω=400+6300=6700(N)
快進 ：F= Ffa=400(N)
快退 ：F= Ffa=400(N)
速度循環(huán)圖： 負載循環(huán)圖：
3.4.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖
（1）， 確定供油方式：
考慮到該機床在工作進給時負載較大，速度較低。而在快進，快退時負載較小，速度較高。從節(jié)省能量，減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用變量泵供油。現(xiàn)采用限壓式變量葉片泵。
（2）， 調速方式的選擇：
在中小型專用機床的液壓系統(tǒng)中，進給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調速閥。根據(jù)鏜削類專用機床的特點，決定采用限壓式變量泵和調速閥組成的容積節(jié)流調速。這種調速回路具有效率高、發(fā)熱少和速度剛性好的特點。
（3）， 速度換接方式的選擇：
本系統(tǒng)采用行程閥切換的速度換接回路，它的特點是可提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性。
（4）， 最后把所選擇的液壓回路組合起來，即可組成圖紙所示的液壓系統(tǒng)原理圖。其工作原理如下：
1），快進
按下啟動按鈕，電磁鐵1YA通電吸合控制油路有泵16經(jīng)電磁先導閥13的左位，單向閥11，進入液動閥14的左端油腔，液動閥14左位接入系統(tǒng)。液動閥14右端回油經(jīng)過節(jié)流器和閥13回油箱。閥14處于左位。主油路從泵16—單向閥15—液動閥14左位—行程閥9（常態(tài)）—液壓缸左腔?；赜吐窂囊簤焊椎挠仪弧y14的左位—單向閥3—閥9—液壓缸的左腔。
2），工進
壓下行程閥9，則油路不能通過而只能通過調速閥6，此時系統(tǒng)的壓力升高，壓力的升高使順序控制閥2打開而且也會另限量葉片泵的流量減少，直到與經(jīng)過調速閥6流量相同為止。液壓的有杠腔的油液則通過液動閥14，經(jīng)順序閥2和背壓閥1回油路。（兩側的壓力差使單向閥3關閉）
3），死檔鐵停留：
滑臺工進終了，滑臺體前端頂上固定在滑座體上的死檔鐵，滑臺不能前進，而而油路系統(tǒng)還在供油，迫使油缸大腔油壓升高，壓力繼電器5發(fā)出信號，使2YA通電，1YA斷電，實現(xiàn)滑臺快退。壓力繼電器7延時的過程就是滑臺在死擋鐵停留的時間。
4），滑臺快退及原位停止：
2YA的通電使閥14接入系統(tǒng)，進油路有泵16—閥15—液動閥14右路—液壓缸右腔?；赜停阂簤焊椎淖笄弧獑蜗蜷y7—閥14右位—回油缸。由于此時空載，系統(tǒng)的壓力很低，泵輸出的流量最大，滑臺快退。
當滑臺快退到原位時，檔塊壓下原位的行程開關，使電磁鐵都斷電，閥13和14都處于中位，滑臺停止運動。泵通過閥14的中位卸荷。
3.4.3 液壓系統(tǒng)的計算和選擇液壓元件
（1）， 液壓缸主要尺寸的確定：
1），工作壓力P的確定：
工作壓力P可根據(jù)負載大小及機器的類型來初步確定，現(xiàn)參閱《液壓系統(tǒng)設計簡明手冊》p10表2-1取液壓缸工作壓力為4(Mpa)。
2），計算液壓缸內徑D和活塞杠直徑d：
按HY20A液壓滑臺的參數(shù)定D/d為50/35
按最低工作速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度
由式 A＞(qmin/vmin)
式中A為液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積，qmin是由產品樣本查得GE系列調速閥AQF3-E10B的最小穩(wěn)定流量為50(mL/min)，vmin=4(cm/min)
∴A＞(qmin/vmin)=50/4=12.5(cm2)
由于調速閥是安裝在油路上的，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應選液壓缸無杠腔的實際面積。
即 A=（π/4）× D2=（π/4）× 52
=19.63(cm2)
∵19.63＞12.5
∴液壓缸能選到所需流速。
3） 計算在各工作階段液壓缸所需的流量：
q快進=（π/4）×d2×V快進 =（π/4）×(3.5X10-2)2×12
=11.5(L/min)
q工進=（π/4）×D2 ×V工進 =（π/4）×(5×10-2)2 ×1
=2 (L/min)
q快退=（π/4）× (D2－d2) × V快退=（π/4）× (0.052－0.0352) ×12
=12(L/min)
（2）， 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格：
1）， 泵的工作壓力的確定：
pp=p1+∑⊿p
式中pp —液壓泵的最大工作壓力
p1—執(zhí)行元件最大工作壓力
∑⊿p—進油管路中的壓力損失，初算時簡單系統(tǒng)可取0.2~0.5（Mpa），復雜系統(tǒng)取0.5~1.5（Mpa）。本設計中取0.5 （Mpa）。
pp=p1+∑⊿p=4+0.5=4.5 （Mpa）
上述計算所得的pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)有各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力儲備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力pn應滿足pn≥（1.25~1.6）pp。
本設計中pn= 1.25pp=5.625 （Mpa）
2）， 泵的流量的確定：
由HY20A液壓滑臺的技術性能參數(shù)可知油泵的流量為qp=12（L/min）
3）， 選擇液壓泵的規(guī)格：
根據(jù)以上算得的pp和qp，再查閱《液壓系統(tǒng)設計簡明手冊》p81，現(xiàn)選用YBX-16限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉排量q0=16m（L/r），泵的額定壓力pn=6.3（Mpa），電動機轉速nH=1450（r/min），容積效率ηv=0.85，總效率η=0.7
4）， 與液壓泵匹配的電動機的選定：
首先分別算出快進與工進兩種不同工況時的功率，取兩者較大值為選擇電動機規(guī)格的依據(jù)，由于在慢進時泵輸出的流量減少，泵的效率急劇降低，一般當流量在0.2~1L/min范圍內，可取η=0.03~0.14。同時還應該注意到，為了使所選擇的電動機在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點時不致停轉，需進行驗算，即
pB×qp/η≤2pn
式中pn—所選電動機額定功率
pB—限壓式變量泵的限定壓力
qp—壓力為pB時，泵的輸出流量
首先計算快進時的功率，快進時的外負載為400N，進油路的壓力損失定為0.3 （Mpa），由式
pp=p1+∑⊿p 得
pp=400/（（π/4）×0.0352）×10-6+0.3
=0.40(Mpa)
快進時所需電動機的功率為：
P= pp× qp/η=0.40×11.5/60/0.7
=0.11(kW)
工進時所需電動機功率為：
P= pp× qp/η=4.5×2/60/0.7
=0.22 (kW)
查閱電動機產品樣本，選用Y90S-4型電動機，其具體參數(shù)為：
功率(kW)
滿載時
額定電流
額定轉矩
電流（A）
轉速（r/min）
效率（%）
功率因數(shù)（COSΦ）
1.1
2.7
1400
79
0.78
6.5
2.2
根據(jù)產品樣本可查得YBX-16的流量壓力特性曲線。再由已知的快進時的流量為11.5（L/min），工進時的流量為2（L/min），壓力為4.5(Mpa),作出泵的實際工作時的流量壓力特性曲線，查得該曲線拐點處的流量為24（L/min），壓力為2.9(Mpa)，該工作點處對應的功率為
P=2.9×24/60/0.7=1.66(kW)≤2×1.1=2.2(kW)
∴所選的電動機在拐點處能正常工作。
（3）， 液壓閥的選擇：
本設計均用GE系列閥，根據(jù)擬定的液壓系統(tǒng)圖。按通過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規(guī)格。
1.背壓閥
2.液控順序閥
3.7.11.1215.-單向閥 AF3-EA10B
4，10節(jié)流閥
5.-壓力繼電器 DP1-63B
6.調速閥 AQF3-E10B
9.行程閥
13，電磁先導閥
14，液動
換向閥
16，液壓泵 YBX-16
17，濾油器 XU-B32X100
（4）， 確定管道尺寸：
油管內徑尺寸可參照選用的液壓元件的接口尺寸而定。
（5）， 液壓油箱容積的確定：
本設計為中壓系統(tǒng)。液壓油箱有效容量按泵的流量的5~7倍來確定?，F(xiàn)選用容量為160L的油箱。
4 主軸箱設計
4.1 專用主軸箱設計
合機床及自動線上，當采用標準結構的主軸箱不能滿足加工工藝的要求（如大直徑深孔加工、平面加工等），或者難以保證精度時，就應設計專用主軸箱和專用頭。
要想按計算來設計專用主軸箱箱體，這幾乎是不可能的。應充分參考調查的實例進行設計。對受力大的地方要適當加大剛性；對受力小的地方應酌情減薄壁厚。
設計時應考慮使主軸上受的力盡快的通過軸承傳到箱體上。這就要求組成前支承的受徑向和軸向載荷的軸承，盡量設置在靠近主軸的前端。
為了縮短前軸承至鏜刀（加工部位）的距離，剛性主軸箱可以不用前蓋。
4.2 傳動系統(tǒng)的設計
4.2.1 電動機的選擇
電動機類型和結構形式可以根據(jù)電源（直流或交流）、工作條件（溫度、環(huán)境、空間尺寸等）和載荷特點（性質、大小、啟動性能和過載情況）來選擇。
一般情況下應選用交流電動機。Y系列電動機為80年代的更新?lián)Q代產品，具有高效、節(jié)能、振動小、噪聲小和運行安全可靠的特點，安裝尺寸和功率等級符合 IEC國際標準，適合于無特殊要求的各種機械設備。
電動機容量的選擇須根據(jù)工作機容量的需要來確定。如所選電動機的容量過大，必然會增加成本，造成浪費；相反容量過小，則不能保證工作機的正常工作，或使電動機長期過載，發(fā)熱量大而過早損壞。
4.2.2 電動機功率的選擇
N動>（千瓦） （3-1）
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