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1、中文摘要 組合機床是根據工件加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。它能從多面、多工位、多軸對一個或幾個工件同時進行加工，和一般的萬能機床相比，具有設計周期短、成本低、自動化程度高、加工質量穩(wěn)定、減輕工人勞動強度等優(yōu)點。設計的內容包括：繪制多軸箱設計原始依據圖；確定主軸箱結構；計算主軸、傳動軸坐標；繪制多軸箱總圖，、零件圖、加工示意圖。組合機床的設計是根據市場的需求，在現有的制造條件和新工藝的發(fā)展，運用科學技術發(fā)展而發(fā)展的。因此，組合機床設計的發(fā)展也在先進的機械制造技術和機械制造工業(yè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。 [關鍵字]:組合機床 主軸箱 齒輪模數

2、 Abstract Combination Machine Tool is required under the workpiece to a large number of common components, based on a few specific components together with an efficient machine tools.It from the multi-faceted,

3、 multi-site, multi-axis workpiece on one or several simultaneous processing. Compared with the general multi-function machines, with shorter design cycles, low cost, high degree of automation, process quality, reduce labor intensity and so on.Design include: multi-axle design drawing; to determine t

4、he structure of the spindle box; calculate the spindle, drive shaft coordinates; draw more axle box of the map part of the diagram, schematic processing.According to market demand, the existing manufacturing conditions and on the development of new technology, the use of science and technology to de

5、velopment.Therefore, the development of Combination Machine Tool design are advanced machinery manufacturing technology and machinery manufacturing industry played a pivotal role. [Key words]:Combination machine tools; Spindle box ;Gear module 目 錄 中文摘要 I Abstract

6、II 第1章 緒論 1 1.1 畢業(yè)設計的目的 1 1.2 組合機床的特點 1 1.3 組合機床的發(fā)展前景 2 1.3.1 組合機床產品結構的變化 2 1.3.2 組合機床的快速轉變 2 1.3.3 組合機床技術裝備現狀與發(fā)展趨勢 4 1.3.4 組合機床行業(yè)的發(fā)展思考 5 第2章 擬定方案 7 2.1 制定工藝方案要求 7 2.2 確定機床配置形式及結構方案 7 2.3 總體設計－三圖一卡 7 2.4 主要技術參數及要求 7 第3章 確定切削用量及選用刀具 9 3.1 選擇切削用量 9 3.1.1 床切削用量選擇的特點 9 3.1.2 用量應注意的問題 9

7、 3.2 確定切削力，切削扭矩，切削功率 9 第4章 組合機床總體設計－三圖一卡 11 4.1 被加工零件工序圖 11 4.1.1 被加工零件工序圖的作用及內容 11 4.1.2 注意事項 11 4.2 加工示意圖 11 4.2.1 加工示意圖的作用及內容 11 4.2.2 注意事項 12 4.2.3 選擇刀具結構 12 4.2.4 初定主軸類型，尺寸 13 4.2.5 加工示意圖上的重要尺寸 14 4.2.6 確定動力部件的工作循環(huán)及工作行程 14 4.2.7.其它應注意的問題 14 4.3 機床聯系尺寸圖 14 4.3.1 聯系尺寸圖的作用及內容 14 4.3

8、.2 選擇動力部件 15 4.3.3 聯系尺寸圖應考慮的主要問題 16 4.3.4 聯系尺寸圖的畫法與步驟 16 4.4 機床生產率計算卡 17 4.4.1.理想生產率Q 17 4.4.2 實際生產率Q1 17 4.4.3 機床生產率計算卡的一般格式 18 第5章 組合機床主軸箱設計 20 5.1 概 述 20 5.2 通用鉆孔主軸箱的組成 20 5.3 主軸箱的設計步驟與內容 20 5.4 主軸結構形式的選擇及動力計算 21 5.4.1 主軸結構形式的選擇 21 5.4.2 主軸直徑和齒輪模數的初步確定 21 5.4.3 主軸箱的動力計算 22 5.5 傳動系統(tǒng)

9、的設計與計算 23 5.5.1 對傳動系統(tǒng)的一般要求 23 5.5.2 擬定主軸箱傳動系統(tǒng)的基本方法 23 5.5.3 傳動系統(tǒng)設計的一般要求 23 5.6 傳動系統(tǒng)的設計 24 5.6.1 多軸箱傳動路線擬定 24 5.6.2 確定傳動軸位置及齒輪齒數 25 5.6.3 主軸箱傳動軸坐標計算，繪制坐標檢查圖 26 5.7 主軸的潤滑、變速 29 5.8 主軸箱總圖設計 29 5.8.1 主視圖 29 5.8.2 展開圖 30 5.8.3 主軸和傳動軸裝配圖 30 5.8.4 主軸箱技術條件 30 總 結 31 參考文獻 32 致 謝 33

10、 第1章 緒論 畢業(yè)設計是學生畢業(yè)前完成學習任務所必須的重要環(huán)節(jié)，它是我們機械制造及其自動化專業(yè)四年所學專業(yè)課的綜合應用，更是培養(yǎng)我們獨立思考和動手能力的重要過程。 1.1 畢業(yè)設計的目的 1. 培養(yǎng)學生綜合運用所學理論知識的技能，分析解決機械工程實際問題的能力，使們懂得生產技術工作的一般程序和方法。 2. 培養(yǎng)我們工程技術工作所必須的全局觀念，生產觀念和經濟觀念，樹立正確的設計思想和和嚴肅認真的工作作風。 3. 培養(yǎng)我們的調查、研究、閱讀技術文獻、資料手冊，進行工程計算，圖樣繪制及編寫說明書的能力。 4. 本次畢業(yè)設計的題目：《減速器箱蓋鉆孔組合機床設計》

11、。 1.2 組合機床的特點 1 組合機床是由大量的通用部件和少量的專用部件組成的工序集中的高效率專用機床。 2 組合機床上的通用部件和標準零件約占全部機床零部件總量的70-80%，因此設計和制造的周期短，投資少，經濟效益好。 3 由于組合機床采用多刀技工，并且自動化程度高，因而比通用機床生產效率高，產品質量穩(wěn)定，勞動強度低。 4 組合機床的通用部件是經過周密設計和長期生產實踐考驗的，又有專門廠成批制造，因此結構穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修方便。 5 在組合機床上加工零件時，由于采用專用夾具，刀具和導向裝置等，加工質量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術水平要

12、求不高。 6當被技工產品更新時，采用其他類型的專用機床時其大部分部件要報廢，用組合機床時，其通用部件和標準零件可以重復利用，不必另行設計和制造。 7組合機床易于聯成組合機床自動線，以適應大規(guī)模的生產需要。組合機床的通用部件絕大多數由機械工業(yè)頒布成國家標準，并按標準所規(guī)定的名義尺寸，主參數，互換尺寸等定型，各種通用部件之間有配套關系。這樣，用戶可根據被加工零件的尺寸，形狀和技術要求等，選用通用部件，組成不同形式的組合機床，以滿足生產的需要。 上述組合機床的特點及使用范圍，加工零件所能達到的加工精度，表面粗糙度及技術要求，結合本次設計要求，設計了減速器箱蓋鉆孔組合機床設計。 1

13、.3 組合機床的發(fā)展前景 組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結構、縮短生產節(jié)拍；采用數字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。 我國加入WTO以后，制造業(yè)所面臨的機遇與挑戰(zhàn)并存。組合機床行業(yè)企業(yè)適時調整戰(zhàn)略，采取了積極的應對策略，出現了產、銷兩旺的良好勢頭，截至2002年9月份，組合機床行業(yè)企業(yè)僅組合機床產品一項，據不完全統(tǒng)計產量已達800余臺，產值達3個億以上，較2001年同比增長了10%以上, 另外組合機床行業(yè)工業(yè)增加值、產品銷售率、全員工資總額、出口交貨值等經濟指標均有不同程度的增長，新產品、新技術較去年均有大幅度

14、提高，可見行業(yè)企業(yè)運營狀況良好。 1.3.1 組合機床產品結構的變化 組合機床行業(yè)企業(yè)主要針對汽車、摩托車、內燃機、農機、工程機械、化工機械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設備，隨著我國加入WTO后與世界機床行業(yè)進一步接軌，組合機床行業(yè)企業(yè)產品開始向數控化、柔性化轉變。從近兩年的企業(yè)生產情況看，數控機床與加工中心的市場需求量在上升，而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑組合機床則有下降趨勢，中國機床工具工業(yè)學會的《機床工具行業(yè)企業(yè)主要經濟指標報表》的統(tǒng)計數據顯示，僅從幾個全國大型重點企業(yè)生產情況看，2000年生產數控機床590臺，產值10731萬元，生產加工中心118臺，產值4601萬元； 2001年生

15、產數控機床685臺，產值17969萬元，生產加工中心129臺，產值5760萬元；而2002年，截至9月份，數控機床、加工中心產量、產值已接近2001年全年水平，故市場在向數控、高精制造技術和成套工藝裝備方面發(fā)展。 1.3.2 組合機床的快速轉變 “九五”后期，在組合機床行業(yè)企業(yè)的50余家組合機床分會會員中，僅有兩家企業(yè)實行了股份制改造，一家企業(yè)退出國有轉為民營，其余都是國有企業(yè)。而從2001年至今，不到兩年的時間里，就先后有十幾家企業(yè)實行股份制改造，一些小廠幾乎全部退出國有轉為民營，現在一些國家重點國有企業(yè)也在醞釀股份制改造，轉制已勢不可擋，“民營經濟在經歷了從被歧視、被藐視到不可小視和現

16、在的高度重視4個階段后，煥發(fā)勃勃生機。”組合機床行業(yè)企業(yè)正在以股份制、民營化等多種形式快速發(fā)展。 組合機床總類多元化，下圖為各種組合機床： （a） ZHX-W/L-630臥立式組合銑床 （b） ZH1X系列銑削組合機床 （c） ZHX系列銑削組合機床 （d） LTX-63龍門式鏜銑組合機床 ·   （e） ZHXZ160C轉盤銑床 圖1-1 各類組合機床 1.3.3 組合機床技術裝備現狀與發(fā)展趨勢 組合機床及其自動線

17、是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質、經濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉臺式組合機床等；隨著技術的不斷進步，一種新型的組合機床——柔性

18、組合機床越來越受到人們的青睞，它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PLC）、數字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅動系統(tǒng)，并能靈活適應多品種加工的可調可變的組合機床。另外，近年來組合機床加工中心、數控組合機床、機床輔機（清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線）等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。 由于組合機床及其自動線是一種技術綜合性很高的高技術專用產品，是根據用戶特殊要求而設計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術。我國組合機床及組合機床自動線總體技術水平比發(fā)達國家要相對落后，國內所需的一些高水平組

19、合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導致投資規(guī)模的擴大，并使產品生產成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術、新工藝，研制新產品，由過去的“剛性”機床結構，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需求，真正成為剛柔兼?zhèn)涞淖詣踊b備。 現僅就近幾年大連組合機床研究所研制的組合機床及其自動線對目前我國組合機床及其自動線裝備技術的基本情況進行說明。 （1）為某冰箱壓縮機廠提供的ZHS-1283冰箱壓縮機外支撐八工位回轉工作臺組合機床，鏜孔精度Ø9.097mm±0.004mm, 表面粗糙度Ra0.8μm，節(jié)拍時間26s（2件），采用交流伺服滑臺，HSK接桿，主軸帶中孔

20、冷卻液通道，全封閉防護。 （2）ZHS-XU86凸輪軸軸承蓋加工自動線是為某汽車公司研制的用于30萬輛轎車生產的高精度、高生產率、多品種數控自動線。該線采用多種先進技術：可控扭矩夾緊扳手、氣浮輸送、電液比例閥、高精度空心錐柄接桿、高密度材料鏜桿、數控精密十字滑臺、分布式控故障診斷及顯示系統(tǒng)、大流量冷卻排屑和全封閉防護系統(tǒng)，節(jié)拍38s。 （3）UD80型換刀換箱柔性加工單元。該單元是一種高效、高精度與高柔性的數控機床，機床有5個坐標，交換托板尺寸為800mm×800mm，刀庫容量60，120，180任選，箱庫容量12個，能在一次裝夾下完成銑、鉆、鉸、鏜孔、鏜車等工序的單軸加工和多軸

21、加工，適合中大批量生產規(guī)模的箱體零件和成組雜件的加工，也適用于中小批量多品種零件的生產。 （4）為某航空動力機械公司生產的柔性生產線的物流輸送系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了鏈式摩擦輪滾道、電動滾筒、托盤自動識別、計算機生產調度等技術，可實現被輸送零部件的定向、定位、升降、回轉，通過編碼識別及計算機的生產調度實現無序混流輸送等。 上述組合機床代表了目前我國組合機床裝備較高的技術水平，但隨著市場競爭的加劇和對產品需求的提高，高精度、高生產率、柔性化、多品種、短周期、數控組合機床及其自動線正在沖擊著傳統(tǒng)的組合機床行業(yè)企業(yè)，因此組合機床裝備的發(fā)展思路必須是以提高組合機床加工精度、組合機床柔性、組合機床工作可靠

22、性和組合機床技術的成套性為主攻方向。一方面，加強數控技術的應用，提高組合機床產品數控化率；另一方面，進一步發(fā)展新型部件，尤其是多坐標部件，使其模塊化、柔性化，適應可調可變、多品種加工的市場需求。從2002年年底第21屆日本國際機床博覽會上獲悉，在來自世界10多個國家和地區(qū)的500多家機床制造商和團體展示的最先進機床設備中，超高速和超高精度加工技術裝備與復合、多功能、多軸化控制設備等深受歡迎。據專家分析，機床裝備的高速和超高速加工技術的關鍵是提高機床的主軸轉速和進給速度。該屆博覽會上展出的加工中心，主軸轉速10000～20000r/min，最高進給速度可達20～60m/min；復合、多功能、多軸

23、化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數量減少的同時，加工的形狀卻日益復雜。多軸化控制的機床裝備適合加工形狀復雜的工件。另外，產品周期的縮短也要求加工機床能夠隨時調整和適應新的變化，滿足各種各樣產品的加工需求。 然而更關鍵的是現代通信技術在機床裝備中的應用，信息通信技術的引進使得現代機床的自動化程度進一步提高，操作者可以通過網絡或手機對機床的程序進行遠程修改，對運轉狀況進行監(jiān)控并積累有關數據；通過網絡對遠程的設備進行維修和檢查、提供售后服務等。在這些方面我國組合機床裝備還有相當大的差距，因此我國組合機床技術裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調可變、任意加工性以及通信技術的應

24、用將是今后的發(fā)展方向。 1.3.4 組合機床行業(yè)的發(fā)展思考 近兩年雖然組合機床行業(yè)產銷呈現上升趨勢，但行業(yè)內一些企業(yè)同樣存在負債經營的情況，主要原因是傳統(tǒng)的組合機床產品不能滿足用戶柔性化、高精度、短周期的市場需求，同時組合機床行業(yè)一些企業(yè)存在現代化管理水平低、人才流失嚴重、科研成果不能迅速轉化為生產力等缺陷。為此提制系統(tǒng)與監(jiān)測系統(tǒng)、出如下建議。 （1）提高現代化管理水平。中國加入WTO后，迫切要求企業(yè)提高現代化管理水平，進一步深化企業(yè)內部改革，建立健全適應市場經濟的運行機制，“建立企業(yè)的科學的管理體制，做到集權有道、分權有序、授權有章、用權有度的責權利內在統(tǒng)一的有機結合，是提高企業(yè)控制力

25、所必須的?！币獜氐赘淖兟浜蟮捏w制，必須樹立全球化經營理念，提高國際市場競爭能力，建立市場快速反應機制，以適應日趨發(fā)展的市場需求。 （2）亟待提高企業(yè)創(chuàng)新能力。企業(yè)的生存，關鍵在于產品的生命力。已步入電子時代的今天，傳統(tǒng)的組合機床已經不能適應高速發(fā)展的國內外市場需要，這就要求企業(yè)必須適應科學技術的飛速發(fā)展，建立技術創(chuàng)新體系，推進企業(yè)的技術進步，加速向柔性化、數控化、高精度、短周期方向發(fā)展，提高組合機床適用范圍和市場覆蓋面；同時實施名牌戰(zhàn)略，爭創(chuàng)世界品牌, 加速我國組合機床的發(fā)展進程，使我國組合機床行業(yè)企業(yè)在世界制造領域里立于不敗之地。 （3）企業(yè)發(fā)展、技術創(chuàng)新和管理水平的提高都需要高技術人才

26、。在全球化經濟格局不斷明朗的今天，人才爭奪戰(zhàn)已滲透到各個領域，組合機床行業(yè)應適時把握國際大環(huán)境，廣招高技術人才、高技能工人?，F在企業(yè)尤其缺少高技能工人，專家指出，目前我國企業(yè)產品平均合格率僅為7成，不良產品每年損失近27000億元，而其中50%以上系由工人技能不高所致。因此，建立強大的技術生力軍，不斷更新知識，更新觀念，依靠優(yōu)秀的高技術人才、高技能工人，加快企業(yè)信息化建設，是企業(yè)發(fā)展的必由之路。 綜上所述，組合機床行業(yè)企業(yè)一要開展科技攻關，攻克當前行業(yè)企業(yè)技術發(fā)展上的難題；二要加強與國外的合資合作，利用和學習國外的先進技術，提高企業(yè)的現代化管理水平和技術水平；三要通過對引進技術的消化吸收進行

27、再創(chuàng)新，發(fā)展自己的產品。通過我們的努力，使我國真正由制造大國變成制造強國。 第2章 擬定方案 2.1 制定工藝方案要求 這是設計組合機床最重要的一步。工藝方案制定的正確與否將決定機床能否達到“體積小，質量輕，結構簡單，使用方便，效率高，質量好”的要求。 2.2 確定機床配置形式及結構方案 根據選定的工藝方案確定機床的配置形式，并定出影響機床總體布局和技術性能的主要部件的結構方案，既要考慮能實現工藝方案，又要確保零件的加工精度，技術要求及生產率；還要考慮機床的操作方便可靠，易于維修，且排屑情況良好。 2.3 總體設計－三圖一卡 在選定工藝

28、方案并確定機床配置形式，結構方案的基礎上，進行方案圖紙的設計，這些圖紙包括：被加工工件工序圖，加工示意圖，機床聯系尺寸圖和生產率計算卡，統(tǒng)稱“三圖一卡”設計。通常在總體設計過程中，應對機床的夾具方案有所考慮，并確定主軸箱的輪廓尺寸，這樣才能確定機床各部件間的相互關系。 1.影響組合機床方案制定的主要因素： （1）被加工零件的加工精度 （2）被加工零件的特點 （3）零件的批量生產 （4）機床使用條件 2.其它應注意的問題： （1）在確定機床配置形式和結構方案時，要合理解決工序集中問題； （2）要注意排屑和操作方便性； （3）選擇機床配置形式要考慮工作可靠性； （4）組合機床主

29、要用于批量生產。 2.4 主要技術參數及要求 1. 對減速器箱蓋蓋6個孔進行鉆孔。 即6—M10，深44mm 2. 工件材料：灰鑄鐵HT200，硬度為HB175—255. 3. 生產綱領：年產量6萬件，兩班制生產。 4. 汽車變速器箱蓋鉆孔組合機床是大型組合機床，采用固定式夾具的單工位的配置型式組合機床，這類組合機床工作臺和夾具都固定不動，動力滑臺實現進給運動滑臺上的動力臂實現切削運動。這種組合機床結構簡單，安裝方便，靈活，便于設計，制造和操作。根據工件結構特點，以及精度要求，以下表面為基加工表面，夾緊力水平其余四個側面限制了四個自由度，這樣六個自由度都得到了限制，夾緊力與切削力同向

30、，定位準確，夾緊力可靠，以便以此進行夾具的定位支承，限位，夾緊，導向系統(tǒng)的設計。 5. 組合機床總體設計----三圖一卡：即 繪制被加工零件的工序圖：它是組合機床設計的主要依據，也是制造，使用，檢驗和調整機床的主要技術依據 。 （1）繪制加工示意圖：它是刀具，輔具，夾具，主軸箱，液壓電氣裝置設計及通用部件選擇的主要技術依據，原始資料，也是整合組合機床布局和性能的原始要求，同時還是調整機床，刀具及試車的依據。 （2）繪制聯系尺寸圖：聯系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配關系和運動關系，以檢查機床各部件相對位置尺寸聯系是否滿足加工要求，通用部件的選擇是否合理，并為進一步開展主軸箱等專用

31、部件，零件的設計聽過依據。 （3）機床生產率計算卡：它用來反應機床加工過程，完成每一動作所需的時間，切削用量，機床生產率及機床負荷率等。 第3章 確定切削用量及選用刀具 3.1 選擇切削用量 確定了在組合機床上完成的工藝內容后，就可以著手選擇切削用量，切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度，生產率，刀具耐用度，機床的布局型式及正常工作均勻很大影響。 3.1.1 床切削用量選擇的特點 1.在大多數情況下，組合機床為多軸，多刀，多面同時加工，因此，所選切削用量，根據一般經驗應比一般萬能機床單刀加工低30

32、%左右。 2.組合機床多軸主軸箱上所用刀具共有一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺，工作時要求所有刀具的沒分鐘進給量相同，且等于動力滑臺的沒分鐘進給量，這個每分鐘進給量（mm/min）應是適合于所用刀具的平均值。因此，用一主軸箱上刀具主軸可設計成不同轉速和選擇不同每轉進給量（mm/r）與其相適應，以滿足不同直徑工件的加工需要，即： N1*f1=n2*f2=n3*f3=………..=ni*fi=Vf 其中：n1，n2……..各主軸的轉速（r/min） f1, f2……..各主軸進給量（mm/r） Vf…………..動力滑臺每分鐘進給量（mm/min） 3

33、.1.2 用量應注意的問題 （1）盡量做到合理利用刀具，充分發(fā)揮其性能 （2）復合刀具選擇切削用量應考慮刀具的適應壽命 （3）選擇切削用量時應注意零件生產批量的影響 （4）切削用量選擇應有利于主軸箱設計 （5）選擇切削用量時，還必須考慮所選動力滑臺的性能 3.1.3 切削用量的選擇方法 必須從實際出發(fā)，根據加工精度，工件材料，工件條件，技術要求等進行分析，按照經濟的滿足加工要求的原則，合理地選擇切削用量。選取時可參考表3-1. 表3-1 鉆孔切削速度 加工材料 鑄鐵 鋼及合金 鋁及其合金 切削速度v（m/min） 2.5 – 5 1.5 – 5

34、5 - 15 因為本次工件的材料是灰鑄鐵，所以選切削速度v=3m/min 3.2 確定切削力，切削扭矩，切削功率 根據選定的切削用量（主要指切削速度v及進給量f）確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）及確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動件（齒輪，傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電機(一般指動力箱電動機)功率，確定刀具耐用度，用以驗證所選刀具是否合理，本次設計是鉆頭加工鑄鐵： (3-1) 式中： D---------------鉆頭直徑（mm） t---

35、-------------螺距（mm） v---------------切削速度（m/min） M--------------轉矩（kg*m） P---------------切削功率（千瓦） 對于加工M10孔，鉆頭直徑為10mm，切削速度為v=3m/min,假設取螺距t=1.5mm 扭矩 =9005.88 0.088kw 所以動力箱選擇ITD16IB型。電動機型號為Y90S-6，電動機功率P=0.75kw，L3=263m

36、m，電動機轉速n=910r/min，驅動軸轉速n驅=600r/min。 第4章 組合機床總體設計－三圖一卡 4.1 被加工零件工序圖 4.1.1 被加工零件工序圖的作用及內容 被加工零件工序圖是根據選定的工藝方案，表示一臺組合機床或自動生產線完成的工序內容，加工部位尺寸，精度，表面粗糙度及其技術要求，以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況的圖紙。它不能用用戶提供的產品圖紙代替，而須在原零件圖的基礎上突出本機床或自動線的加工內容，加上必要的說明而繪制的，圖上應表示出： （1）被加工零件的形狀和輪廓尺寸與本機床設計有關的部

37、位的結構形狀及尺寸。當需要設置中間導向時，則應表示出零件內部的筋，壁布置及有關結構形狀及尺寸。 （2）加工用定位基準，夾緊部位及夾壓方向。 （3）本道工序加工部位的尺寸精度，表面粗糙度，形狀位置尺寸精度及技術要求，還包括本道工序對前道工序提出的要求（主要指定位基準）。 （4）必要的文字說明，如被加工零件編號，名稱，材料，硬度，重量及加工部位的余量等。 4.1.2 注意事項 （1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要突出本機床的加工內容。繪制時應按一定比列，懸著足夠視圖及剖視，突出加工部位表示清楚。凡本道工序保證的尺寸，角度等，均應在尺寸數值下方畫粗實線標記。

38、 （2）加工部位的位置尺寸應由定位基準注起。為了便于加工及檢查，尺寸應采用直角坐標系標注，而不采用極坐標系。 （3）應注明零件加工對機床提出的某些特殊要求。 4.2 加工示意圖 4.2.1 加工示意圖的作用及內容 零件加工的工藝方案要通過加工示意圖反應出來，加工示意圖表示被加工零件在機床上的就愛個過程，刀具，輔具的布置狀況以及工件，刀具等機床各部件間的相對位置關系，機床的工作行程及工作循環(huán)等，因此加工示意圖是組合機床設計的主要圖紙之一，在總體設計中占據重要地位。它是刀具，主軸箱，液壓電氣布局和性能的原始要求，同時還是調整機床，刀具及試車的依據，其內容為： (1)應反映機床的加工

39、方法，加工條件及加工過程。 (2)根據加工部位特點及加工要求，決定刀具類型，數量，結構，尺寸。 (3)決定主軸的結構類型，規(guī)格尺寸及外伸長度 (4) 選擇標準或設計專用的接桿，浮動卡頭，導向裝置，鉆孔靠模裝置，刀架托桿等，并決定它們的結構，參數及尺寸。 (5)表明主軸，接桿（卡頭），夾具（導向）與工件之間的聯系尺寸，配合及精度。 (6)根據機床要求的生產率及刀具，材料特點等，合理確定并標注各主軸的切削用量。 (7) 決定機床動力部件的工作行程及工作循環(huán)。 4.2.2 注意事項 (1) 加工示意圖的繪制順序是：先按比列用細實線繪制工件加工部位和局部結構的展開圖。加工表明用粗實線畫

40、。為簡化設計，相同加工部位的加工是以（指對同一規(guī)格的孔加工，所用刀具，導向，主軸，接桿等的規(guī)格尺寸，精度相同），允許只表示其中之一，亦同一主軸箱上結構尺寸相同的主軸可只畫一根，但必須在表明軸號（與工件孔號相對應），當軸數較多時，可采用縮小比列，用細實線畫出工件加工部位簡圖（向視圖）并標注孔號，以便設計和調整機床。 (2) 一般情況下，在加工示意圖上，主軸分布可不按真實距離繪制。當被加工孔間距很小或需設置徑向結構尺寸較大的導向裝置，相鄰主軸必須嚴格按比列繪制，以便檢查相鄰主軸，刀具，輔具，導向等是否干涉。 (3) 主軸應從主軸箱端面畫起。刀具畫加工終了位置（鉆孔加工則應畫開始位置），標準的通

41、用機構只畫外輪廓，并必須加工規(guī)格代號。對以些專用結構（如導向，刀桿托架，專用接桿及浮動卡頭等）。為顯示其結構而必須剖視，并標準尺寸，精度及配合。 4.2.3 選擇刀具結構 根據工藝要求及加工精度不同，組合機床采用的刀具有：一般簡單刀具（標準刀具），復合刀具及特種刀具。選擇時要注意以下主要問題： (1) 只要條件允許，為使工作可靠，結構簡單，刃磨容易，應盡量選擇標準刀具（如標準麻花鉆，鉸刀等）和簡單刀具。采用此類刀具的缺點是加工一個零件所需的工位數或機床臺數多。 (2) 為使提高工序集中程度或保證加工精度，可采用先后加工或同時加工兩個以上表面的復合刀具。 (3) 選用鏜刀和鉸刀的原則，

42、組合機床對不同直徑孔的精加工，鉸削和鏜削皆可應用。但由于鉸刀直徑不易制成大直徑的，所以主要用于直徑40mm以內（個別情況下也有制成100mm以內的鉸刀）孔的精加工。由于回轉工作臺及鼓輪式機床加工時易產生振動，在這類機床上采用鏜刀鏜孔常會造成工件孔不圓，此時若采用鉸刀鉸孔則易得到穩(wěn)定的加工精度，鉸刀的裝卸、調整方便，耐用度也高。由于鏜刀制造簡單，刃磨方便，所以在加工尺寸及位置精度較高的同心孔系時，只要鏜桿剛性較好且容易對刀，應優(yōu)先考慮用鏜刀鏜孔。 組合機床上大多采用裝在鏜桿上的硬質合金刀頭（塊）進行鏜孔。鏜桿直徑和鏜刀頭截面尺寸一般可根據鏜孔直徑按表選取。 (4) 選擇刀具結構時，還必須認真

43、分析被加工零件材料的特點，如加工硬度較高的鑄鐵和鋼件時，為提高刀具耐用度，減少換刀時間，宜采用多刃鉸刀或多刃鏜刀頭加工以解決斷屑及排屑問題。 (5) 一般情況下，由于鉸孔的進給量大，同時，在主軸數較多時采用鉸刀可節(jié)省較多的對刀、調整等輔助時間，因此，在生產率要求較高的精加工場合，應采用鉸刀鉸削而不是采用鏜刀鏜削。 (6) 工藝上又特殊要求時，如孔的加工表面不允許留下加工痕跡，則要用具有讓刀動作的鏜刀鏜削。 (7) 在組合機床上，為了某種特殊目的（如精止口），需選用和設計特殊刀具時，可參考組合機床設計的有關資料。 4.2.4 初定主軸類型，尺寸 主軸型式主要取決于進給抗力和主軸－刀具系

44、統(tǒng)結構上的需要，主軸尺寸規(guī)定應根據選定的切削用量計算出切削扭矩M，查組合機床設計手冊表5-10初定直徑d，由5-10得： 加工鑄鐵 式中 d------------主軸直徑（mm） M-----------扭矩（kg.mm） D------------螺紋直徑（mm） t--------------螺距（mm） =899kg/mm 19.1mm 經過查表取直徑d=20mm 注：考慮到磨損系數，取實際扭矩為查表扭矩的2.5—3

45、倍 ，在綜合考慮加工精度和具體工作條件，根據表5—11決定軸的外伸長度。 4.2.5 加工示意圖上的重要尺寸 主軸端面至工件端面之間的軸向距離是加工示意圖上最重要的聯系尺寸。 4.2.6 確定動力部件的工作循環(huán)及工作行程 動力部件的工作循環(huán)是指：加工時動力部件從原始位置開始到加工終了位置又返回到原始位置的動作過程。一般包括快速進給，工作進給，快速退回等動作。有時還有中間停止，多次往復進給，跳躍進給，死擋停留等特殊要求，這是根據具體的加工工藝需要確定的，鉆孔過程的工作循環(huán)見圖4-3-1. （1）快速退回長度等于快速引進與工作進給長度之和 （2）動力部件總行程長度，動力部件的總行程除應

46、保證要求的工作循環(huán)工作行程（快速引進+工作進給=快速退回）外，還要考慮裝卸和調整刀具方便，即考慮前后備量，因此動力部件總行程為快退行程長度與前后備量之和。依次作為選擇標準動力滑臺或設計專用動力部件的依據 4.2.7.其它應注意的問題 （1）加工示意圖應與機床實際加工狀態(tài)一致 （2）尺寸完整，尤其是從主軸箱端面到刀具的軸向尺寸應齊全，以備檢查行程和調整機床使用。 （3）對多面多工位機床，還應按各工位加工內容，用縮小比列畫出加工部位示意圖并標注孔號。 （4）加工示意圖上應有表示加工過程的工作循環(huán)圖及各行程長度。 圖4-1 鉆孔過程工作循環(huán)圖 4.3 機床聯系尺寸圖 4.3.1

47、聯系尺寸圖的作用及內容 一般來說，組合機床是由標準的通用部件-----動力滑臺，動力箱，各種工藝切削頭，側底座。立柱，立柱底盤及中間底座加工專用部件-----主軸箱，刀具輔系統(tǒng)，液電，冷卻，潤滑，排屑系統(tǒng)組合裝配而成。 聯系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配關系和運動關系，以檢查機床各部件相對位置及尺寸聯系是否滿意加工要求；通用部件的選擇是否合適，且聯系尺寸圖也可看成是簡化的機床總圖，它表示機床的配置型式及總體布局。 聯系尺寸圖的總體內容如下： （1）以適當數量的視圖（一般為主，左，右視圖）按同一比列畫出機床各主要組成部件的外形輪廓及相關的位置，表明機床的配置型式及總體布局，主視圖

48、的選擇應與機床實際加工狀態(tài)一致。 （2）圖上應盡量減少不必要的線條及尺寸。 （3）為方便開展部件設計，聯系尺寸圖上應標注通用部件的規(guī)格代號，電動機型號，功率及轉速，并標明機床部件分組情況及總行程。 4.3.2 選擇動力部件 組合機床的動力部件是配置組合機床的基礎，它主要包括用以實現刀具主軸旋轉主運動的動力箱，各種工藝切削頭用以實現進給運動的動力滑臺。 影響動力部件選擇的主要因素為： 1. 切削功率 根據各刀具主軸的切削用量，計算出主切削功率，再考慮傳動效率或空載功率損耗及載荷負載功率損耗。作為選擇組合機床主傳動動力箱規(guī)格的依據。如前面計算： 加工M10孔的功率P=0.088kw

49、，共有6根。 所以選擇功率為0.75kw的電動機，型號為Y90S-6型。 2. 進給力 每種規(guī)格的動力滑臺有其最大進給力P的限制，所以在此選擇HY25IB型液壓滑臺。 3. 進給速度 每種規(guī)格的動力滑臺都有規(guī)定的快速行程速度及最小進給量限制。HY25IB型液壓滑臺的快速進給速度V=12m/min，而設計時選擇的快速行程速度小于V規(guī)，該動力滑臺額定的最小進給量為32mm/min，小于所選切削用量每分鐘工作進給速度。 4. 行程 設計時，所確定的動力部件總行程理應小于所選擇動力滑臺的最大行程250mm。 5. 主軸箱輪廓尺寸 為使加工過程中動力部件有良好的穩(wěn)定性，

50、動力滑臺上能安裝多大輪廓尺寸的主軸箱是有一定限制的，選擇500x500的主軸箱。 6.動力滑臺導軌型式 在此選擇“矩—山“型 4.3.3 聯系尺寸圖應考慮的主要問題 1. 機床裝料高度H 裝料高度是機床上下件的定位基準到地面的垂直距離。新頒布的組合機床標準推薦裝量高度H=1060mm，與國際標準（ISO）一致。設計組合機床時，裝料高度可視具體情況在H=850~1060mm之間選取，本機床裝料高度取900mm。 2. 中間底座聯系尺寸 720x560mm 3. 主軸箱輪廓尺寸 被加工零件以點劃線，主軸箱輪廓尺寸用粗實線表示。主軸箱高度B，高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置

51、又關，可按下式確定： 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，單位mm； b1—最邊緣主軸中心至箱體外壁距離，單位mm； h—工件在高度方向相距最遠的兩孔距離，單位mm； h1—最低主軸高度，單位mm 式中：b=167mm，h=196mm b1=70-100mm之間，所以B=b+2b1=367+2b1>167+2X70 取B=320mm， 因為: h1+0.5+h3+h4+h墊=H+h2 , 所以h1=H+h2-(0.5+h3+h4+h墊=136.5mm

52、取h1=137mm 所以: H=h1+h+b1=(137+196+b1)>393mm,故選定尺寸H=400mm， 主軸箱的尺寸選定系列為BxH=320x400 4.3.4 聯系尺寸圖的畫法與步驟 (1) 畫主視圖，主視圖的圖形布置應與實際機床工作位置一致，并選擇適當比列。 先用點劃線或細實線畫出被加工零件的長x高輪廓。以工件兩端面及工件最低孔中心線分別為長度與高度方向的基準，根據已確定的機床各組成部件輪廓尺寸及主要相關尺寸按下列順序進行： 以工件任意端面為基準，根據前面已經確定的工件端面至主軸箱前端面的最小距離確定機床相應面的軸向位置；在根據主軸箱最低主軸高度位置尺寸h1及主

53、軸箱輪廓尺寸BxHxL1畫出相應主軸箱外輪廓。 (2) 畫左視圖，重點是底座輪廓尺寸的決定比較靈活。既要照顧到與其它部件聯系尺寸的合理性，又要盡量使機床布局勻稱，節(jié)省材料。 (3) 聯系尺寸圖應注明的狀態(tài)與尺寸： 1）完整，恰當地標注機床各主要部件的輪廓尺寸及相聯系尺寸，應使機床在長，寬，高三個方向的尺寸鏈封閉。 2）應表示清楚運動部件的原位，終點狀態(tài)及運動過程情況以確定機床最大輪廓尺寸。 3）應注明工件，夾具，動力部件，中間底座，對稱中心線間的位置關系。 4）應注明電動機的型號，功率，轉速及所選標準通用部件的型號規(guī)格和其主要輪廓尺寸，并對組成機床的所以部件分組編號

54、，作為部件設計的原始依據。 在機床各組成設計完成之后，以聯系尺寸圖為基礎進行細化，增加必要的電氣，液壓控制裝置，潤滑，冷卻，排屑裝置等，并加注技術要求等文字說明，使成為機床總圖。 4.4 機床生產率計算卡 根據選定的機床工件循環(huán)所要求的工作行程長度，切削用量，動力部件的快速及工進速度等，就可以計算機床的生產率并繪制生產率計算卡，用以反應機床的加工過程，完成每一個動作所需的時間，切削用量，機床生產率機床負荷率等。 4.4.1.理想生產率Q 指完成年生產綱領A（包括備品及廢品率在內）所要求的機床生產率，它與全年工作總數K有關。兩班制K取4600h Q=A/K（件/h） 4.4

55、.2 實際生產率Q1 指實際設計機床每小時可以生產的零件數量。 按下列公式計算： Q1＝60/T單（件/h） （4-1） T單＝t切+t輔（min） （4-2） 式中 T單――單位工時。 t機和t輔可按下列公式確定： t切＝ + （4-3） t輔＝（L快進 + L快退）/(v快 + t移 + t裝卸) 式中 L1

56、，L2——分別為刀具第一工作進給和第二工作進給的行程長度（mm）； vf1,vf2——分別為刀具第一工作進給和第二工作進給的每分鐘進給量（mm/min） t?！敿庸こ量讜r動力頭在死擋鐵上停留時間，也就是考慮刀具在終點無進給狀態(tài)下旋轉5-10轉所需的時間（min）； L快進，L快退——動力頭快進和快退行程長度（m）； v快——動力頭快速行程速度，一般在4.7-10m/min范圍； t移——工作臺的回轉或移動時間。組合機床研究所通用回轉工作臺每轉一個工位，時間為3-8秒； t裝卸——工件裝卸、定位、夾緊以及清除定位基面切屑的時間。它取決于工件大小、裝卸方便性及操作人員的熟練程

57、度等。根據對各類機床的統(tǒng)計，一般為0.5-1.5min。 但必須指出，由于組合機床工作過程中偶然事故（不可靠性）以及操作人員的自然需要等所需時間，機床實際可能生產率Q1要低于機床理想生產率Q。也就是： η負＝Q1/ Q 式中 η負——機床負荷率； Q1——組合機床實際可能生產率，亦可視無為要求的機床生產率。當全年工時為4600小時（按兩班制15小時），則： Q1＝年產量/4600（件/小時） 4.4.3 機床生產率計算卡的一般格式 機床生產率計算卡是按一定格式要求編制的反映零件在機床上的加工過程、工作時間、機床生產率、機床負荷率的簡明表格。 本次設計的組合機床的生產

58、率計算卡見表4.4. 表4.4 組合機床的生產率計算卡 被加工零件 圖號 毛坯種類 鑄鐵 名稱 減速器外殼 毛坯重量 8kg 材料 HT200 硬度 175~225HBS 工序名稱 上蓋攻螺紋孔 工序號 Ⅶ 序號 工步名稱 被加工零件數量 加工直徑mm 加工長度mm 工作行程mm 切削速度m/min 每分鐘轉速r/min 進給量mm/r 進給速度mm/min 工時(min) 機加工時間 輔助時間 共計 1 裝卸工件

59、 1 1.5 1.5 2 左動力部件 滑臺快進245 8000 0.031 0.031 軸箱攻進鉆孔 10 44 60 3 350 0.1 50 0.089 0.089 滑臺快退200 8000 0.0375 0.0375 備注 裝卸工件時間取決于操作者熟練程度，本機床計算取1.5min 總計 1.66min 單件工時 1

60、.66min 機床生產率 36.1件/h 機床負荷率 80% 第5章 組合機床主軸箱設計 5.1 概 述 主軸箱是組合機床的重要組成部件。它是選用通用零件，按專用要求進行設計的，在組合機床設計過程中，是工作量較大的部件之一。 5.2 通用鉆孔主軸箱的組成 通用主軸箱主要由箱體，主軸，傳動軸，齒輪，軸套和其他一些附加機構組成，主要有： 主軸箱體：前蓋，后蓋，上蓋，側蓋（箱體類零件） 傳動類零件：主軸，傳動軸，六方頭手柄軸，傳動齒輪，動力箱或惦記齒輪 潤滑和防油原件：葉片油泵，分油泵，注油杯，排油塞，通用油盤和防油套 主軸箱通用零件的編號是由規(guī)格、字頭

61、、類別號、小組號、順序號和零件號等六部分或五部分組成。 (1) 通用箱體，鑄鐵的通用主軸箱體材料為HT20-40,前蓋和后蓋材料均HT15-33。根據主軸與傳動軸的設計要求選用主軸箱體的厚度選用180mm，后蓋的厚度為90mm。 (2) 通用主軸和傳動軸 通用主軸按其用途不同，分鉆削類主軸和攻絲主軸兩大類。 (3) 通用齒輪 主軸箱用的通用齒輪，有傳動齒輪、動力箱齒輪和電動機齒輪三種。三種齒輪的材料均為45號剛，齒輪進行高周波淬火 5.3 主軸箱的設計步驟與內容 主軸箱是組合機床的重要部件之一，它關系到整臺組合機床質量的好壞。 繪制主軸箱原始依據圖： 主軸箱設計的原始依據圖是

62、“三圖一卡”，即機床聯系尺寸圖、被加工零件工序圖、加工示意圖、生產率計算卡，在編制此圖時從三圖一卡中已知： 主軸箱輪廓尺寸500x500mm 工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸 工件與主軸箱相對位置尺寸 根據這些數據可編制出主軸箱設計原始依據圖，見圖5-1： 被加工零件的名稱：減速器上蓋 材料：HT200鑄鐵 硬度：HB175-255 動力部件： 其它尺寸查動力箱裝配圖，包括以下內容： (1) 所有主軸的位置尺寸及工件與主軸箱的相關尺寸 (2) 在圖中標注主軸轉向，由于標準刀具多為右旋，因此要求主軸一般為逆時針旋轉（面對主軸看），逆時針轉向可不標注，只標順時針方向。 (3) 圖

63、中應標注主軸箱的外形尺寸及其他相關部件的聯系尺寸 (4) 列表標明工件材料，加工表面要求并注出各主軸的工序內容，主軸外伸部分尺寸和切削用量等。 (5) 注明動力部件型號，功率N（kw），轉速n（r/min）和其它主要參數 圖5-1 原始依據圖 5.4 主軸結構形式的選擇及動力計算 5.4.1 主軸結構形式的選擇 主軸結構型式由零件加工工藝決定，并應考慮主軸的工作條件和受力情況，鉆孔主軸進退都有切削，兩個方向都有切削力，選用前后支撐均為圓錐滾子軸承的主軸結構，主軸型式的選擇除了軸承之外，還應考慮相關結構，鉆孔主軸因靠模桿在主軸孔內要作軸向移動，為了獲得良好的導向性，一般采

64、用雙鍵結構，軸向不定位。 5.4.2 主軸直徑和齒輪模數的初步確定 主軸直徑按加工示意圖所示，主軸類型及外伸尺寸可初步確定。傳動軸的直徑也可參考主軸直徑大小初步確定。待齒輪傳動系統(tǒng)設計完成后再驗算某些關鍵軸頸。 齒輪模數m（mm）一般用類比法確定，也可按公式估算，即： (5-1) 式中 P--------齒輪所傳遞的功率，單位KW； Z--------一對嚙合齒輪中的小齒輪數； n---------小齒輪的轉速，單位r/min 主軸箱中的齒輪

65、模數常用2、2.5、3、3.5、4幾種。為便于生產，同一主軸箱中的模數規(guī)格最好不要多余兩種。 因此，在此選模數m1=2，m2=3. 5.4.3 主軸箱的動力計算 主軸箱所需的動力有兩項：一項是主運動所需的動力，也就是主軸箱所需要的功率，它等于切削功率、空轉功率和與負荷成正比的功率損失之和；另一項是進給力。 主軸箱所需功率按以下公式計算： P主=P切+P空+P損 (5-2) 而 P切==P切1+P切2+……+P切n

66、 P空==P空1+P空2+……+P空n P損== P損1+ P損2+……+ P損n 式中 P切——切削功率，單位 kw； P空——空轉功率，單位 kw； P損——與負荷成正比的功率損失，單位 kw。 傳動系統(tǒng)確定前可按下式初步估算主軸箱所需功率N主： N主=N切/ N切--------各主軸切削功率總和； -----------------組合機床主軸箱傳動效率 加工鑄鐵時一般取=0.8~0.95，在此取=0.85 主軸箱所需的進給力F主可按下式計算： F主==F1+F2……+Fn (5-3) 式中 Fi——各主軸箱所需的軸向切削力，單位 N 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主軸箱。 5.5 傳動系統(tǒng)的設計與計算 5.5.1 對傳動系統(tǒng)的一般要求 設計傳動系統(tǒng)，應在保證主軸強度，剛度，轉速和轉向的前提下，力求使主要傳動件（主軸，傳動軸，齒輪等）的規(guī)格少，數量少，體積小；因此，在設計傳動系統(tǒng)時要注意以下幾點： （1）盡量