減速器箱體9個孔鉆組合機床設計,減速器,箱體,個孔鉆,組合,機床,設計 寧XX大學 畢業(yè)設計(論文) 題目 減速器箱體9個孔鉆組合機床設計 學生姓名 學 號 指導教師(簽字) 2014 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 43 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 2 Abstract 3 目 錄 4 1 緒論 6 1.1 組合機床的特點 6 1.2設計方法和步驟 7 1.3組合機床的發(fā)展趨勢 7 1.3.1提高通用部件的水平 7 1.3.2發(fā)展適應、小批生產的組合機床 8 1.4 組合機床的方案選擇 8 2 減速器箱體機械加工工藝 9 2.1 了解零件的功用及技術要求 9 2.2分析零件的結構工藝性 9 2.3毛坯選擇 9 2.3.1毛坯的種類 9 2.3.2鑄件制造方法的選擇 9 2.3.3鑄件的尺寸公差與加工余量 10 2.4定位基準的選擇 10 2.5 擬定工藝路線 11 2.5.1確定各表面的加工方法 11 2.5.2加工順序的安排 11 2.5.3確定加工余量 12 2.5.4計算工序尺寸及公差 13 2.6確定各工序切削用量 13 2.7機床及工藝裝備的選擇 13 3 組合機床的總體設計 18 3.1 組合機床方案的制定 18 3.1.1 制定工藝方案 18 3.1.2 確定組合機床的配置形式和結構方案。 18 3.2 確定切削用量及選擇刀具 20 3.3.1 確定工序間余量 20 3.3.2 選擇切削用量 20 3.3.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率 20 3.3.4 選擇刀具結構 21 3.3 鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制 21 3.3.1 被加工零件工序圖 21 3.3.2 加工示意圖 23 3.3.3 機床聯系尺寸圖 27 3.3.4 生產率計算卡 29 3.4 多軸箱的設計 30 3.4.1 繪制多軸箱設計原始依據圖 30 3.4.2 齒輪模數選擇 31 3.4.3 多軸箱的傳動設計 31 3.4.4 繪制傳動系統圖 33 3.4.5 傳動零件的校核 34 3.5 夾具設計的計算 35 3.5.1 受力計算 35 3.5.2 夾緊力 36 3.6 機床的液壓滑臺系統的具體設計 36 3.6.1 液壓缸所受的外負載 36 3.6.2 擬定液壓系統原理圖 37 3.6.3 液壓系統的計算和選擇液壓元件 38 結 論 42 致 謝 43 參考文獻 44 1 緒論 1.1 組合機床的特點 根據加工的需要，與一般的基于組件的獨立，專用機床的一些特殊的部分，稱為組合機床。它適用于小批量，大規(guī)模生產，企業(yè)，用于大的大量處理，中型箱體，箱體類零件，完成鉆孔，鉸孔，車尾和老板，在孔內糖的各種形狀的槽，和平面銑和成形表面。 一般分為組合機床底座。用來實現機床切削和進給運動的通用零件，如軸加工頭，傳動裝置的切割，電箱，進給滑臺的功率器件。與一般要安裝的組件功率元件如底座，立柱，側柱基礎，稱為支撐構件。 機械特性的組合： A.組合機床一般由70部分~ 90%，能縮短設計和制造周期。在需要的時候，也可以部分或完全轉化為適應新設備，新工藝的要求。優(yōu)勢是組合機床進行了改造，一般可部分重復使用。 B.組合機床是根據特定的處理對象設計的，可根據最佳工藝方案加工。 C機器可以同時從多個方向對加工工件的工具，是實現的流程，提高生產效率的最佳方法。 D.組合機床是采用多軸同時實現多孔加工裝夾工件，以確?？字g的精度，提高產品質量；減少工件的工藝處理，改善工作條件；減少面積。 如由于零件的組合，一般分為最相似的，簡化了機床的維護和修理。 的F組合機床通用部件可以組織專門的工廠生產，提高產品質量和技術水平，降低生產成本。 隨著電子技術的飛速發(fā)展，根據小批量多品種多樣化的大規(guī)模生產，高的生產要求，產品更新速度快的特點，自70年代以來的一個新的組合機床的發(fā)展，柔性組合機床。它是自動更換主軸箱采用多，可以改變主軸箱，托盤，編碼工具，再加上可編程控制器（PC），數字控制（NC），可以任意改變工作周期的控制和驅動系統，可調變的多品種柔性組合機床加工。 在我國，組合機床的40年歷史的發(fā)展，科學研究和生產有一定基礎，應用已經滲透到各個行業(yè)。是機械制造業(yè)實現產品更新，技術創(chuàng)新，提高生產效率是一個必要的設備和高速發(fā)展的。 機床夾具是一種用于加工零件在機床加工設備，用它來準確地定位工件和刀具之間的相對位置，即工件的定位與夾緊，以完成精確的相對運動處理使。 該夾具能有效地保證加工精度和提高勞動生產率，從而成為在機械加工過程中的不可缺少的設備。為了適應快速更新產品，對機械制造業(yè)多品種，小批量生產，近年來的夾具設計的發(fā)展表現在以下幾個方面： 答：通用夾具向著高精度，高效率，寬范圍的方向； B.專用夾具不僅注重高精度和高效率的發(fā)展，和標準化、規(guī)范化的發(fā)展方向； C.制定可調夾具； B.發(fā)展擴大應用范圍和性能的機床夾具； 設計、夾具制造采用新技術，新結構，新材料。 1.2設計方法和步驟 通用機床床，通用機械設備的設計方法，設計方法和理論分析相結合的實驗研究。根據理論分析和現場試驗確定結構尺寸，機床制造樣機，對樣機的全局和局部薄弱環(huán)節(jié)的各種實驗，類型的補充和修正。 組合機床加工設備，不存在對原型，然后批量生產的問題。因此，組合機床設計方法應該是：根據和理論分析計算和局部對比實驗，一般零件的正確選擇，結構尺寸確定的特殊部分，旨在滿足專用機床技術要求。 1.3組合機床的發(fā)展趨勢 1.3.1提高通用部件的水平 衡量通用部件技術水平的主要標準是：評價技術水平的通用組件的主要標準是：品種齊全，動態(tài)，靜態(tài)性能指標先進，工藝性好，精度高，精度保持性好。 目前，要適應大型動力滑臺強力銑削的發(fā)展，精密鏜頭、高精度滑動表，和適應，小批量生產，動態(tài)組件、支撐組件調整速度快。 機械驅動器的動態(tài)組件具有性能穩(wěn)定，運行可靠等特點。目前，在機械驅動應用交流變頻調速電機、直流伺服電機的動態(tài)組件，對機械驅動的動態(tài)組件增加了新的競爭能力。 動力裝置采用鑲剛指南（HRC58 ~的硬度60），滾動螺旋結構新穎，靜壓導軌，主軸，齒形帶等。支撐件焊接結構。由于對零件精度的提高和動、靜態(tài)性能，使被加工工件的精度明顯提高，表面粗糙度減小。 1.3.2發(fā)展適應、小批生產的組合機床 在機械制造業(yè)中，約占80%，小批量生產。在一些批處理的生產企業(yè)，如機床，閥門行業(yè)的發(fā)展，組合機床的關鍵過程。加工機床廠機床主軸變速箱的組合，產品質量穩(wěn)定，生產效率高，技術經濟效果顯著。發(fā)展是可調的，可調，組裝靈活，以適應多品種組合機床加工的特點是非常迫切的。組合機床的刀架主軸箱，主軸箱可組合機床和自動更換刀具，數控機床的組合可用于小批量生產。但這類結構復雜的機床，高成本。隨著機床刀架主軸箱組合，因為騎不能太大，主軸箱安裝的數量是有限的，所以只有適應過程是不多的，不太復雜的形狀的零件。本機適用于臥式多軸組合機床，為需要大批量生產和加工的適應性。 1.4 組合機床的方案選擇 (1)制定工藝方案 深入了解現場的工藝方案和技術要求，精密定位，夾緊和生產力的要求。技術含量決定完成機床及其加工方法的結合。在這里，以確定處理步驟，類型和類型的決策工具。 （2）根據工藝方案的分析與確定的機床類型和總體布局結構方案。在機床配置的選擇，有必要考慮工藝方案的實施，保證加工精度，技術要求和生產效率；同時考慮機器的操作，維護，修理好；還要注意的是加工生產數量的組件，使組合機床的設計滿足更多的要求。 （3）組合機床總體方案 這里要確定機床各部件間的相互關系，選擇通用部件的刀具的導向，計算切削用量及機床生產率。給制機床的總聯系尺寸圖及加工示意圖等。 （4）組合機床的部份方案和施工方案 制定組合機床流水線的方案時，與一般單個的組合機床方案有所不同。 流水線上由于工序的組合不同，機床的型式和數量都會有較大的變化。因此，這時應按流水線進行全面考慮，而不應將某一臺或幾臺機床分裂開來設計。即使暫時不能全面地進行流水線設計，制定方案時也應綜合研究，才能將工序組合得更為合理，更可靠地滿足工件的加工要求，用較多的工作，也為進一步發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。 2 減速器箱體機械加工工藝 2.1 了解零件的功用及技術要求 熟悉用途（機械傳動有級調速）、性能及工作條件密封（保證齒輪系中無雜，無灰層進入，機油潤滑），在產品中的位置（處于電機與執(zhí)行機構之間）和功用（齒輪間的傳動比來改變轉速）。 2.2分析零件的結構工藝性 零件的結構工藝分析主要應考慮以下幾個方面： （1）零件的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的要求應經濟合理，重要尺寸精度φ35，φ40，φ48公差在0.025之內，形位公差垂直度要求0.05之內,一般尺寸精度為9-11級。 （2）各加工表面的幾何形狀應盡量簡單。 （3）有相互位置要求的表面應盡量在一次裝夾中加工。 該箱體在加工時，對φ35和φ40二孔加工要保證孔與孔的孔距高度方向在33±0.03及孔與孔軸線垂直度在0.05之內，故對φ35和φ40加工時采用一次定位安裝來加工。 2.3毛坯選擇 2.3.1毛坯的種類 —鑄件HT15-132（適用于形狀復雜的毛坯，良好的耐磨性、抗震性、切削加工性和鑄造性能）—表1-6HT的牌號、性能及主要用途（機械制造基礎） 2.3.2鑄件制造方法的選擇 毛坯制造方法應與材料的工藝性、零件的結構形狀及大小、生產類型及特點以及工廠的現有條件相適應 毛坯種類 制造精度 （IT） 加工余量 原材料 工件尺寸 工件形狀 砂型鑄造 13級以下 大 HT15-132 各種尺寸 復雜 表1-2各類毛坯的特點及應用范圍 2.3.3鑄件的尺寸公差與加工余量 1、鑄件的尺寸公差（GB643.2-1986）規(guī)定：鑄件尺寸代號為CT，分16級 造型材料 公差等級CT 灰鑄鐵 自硬砂 11~13 表1-4小批和單件生產鑄件的尺寸公差等級 表1-5鑄件尺寸公差數值（機械制造技術課程設計） 2鑄件加工余量 表1-6用于成批和大量生產與鑄件尺寸公差配套使用的鑄件機械加工余量等級和表1-7鑄件尺寸公差配套使用的鑄件機械加工余量（機械制造技術課程設計） 3鑄件最小孔徑 表面類型 成批生產 通孔 15~30MM 表1-8鑄件最小孔徑 3毛坯—零件合圖 用查表法確定各表面的加工總余量和余量公差。 表1-5鑄件尺寸公差數值（機械制造技術課程設計） 表1-6用于成批和大量生產與鑄件尺寸公差配套使用的鑄件機械加工余量等級和表1-7鑄件尺寸公差配套使用的鑄件機械加工余量（機械制造技術課程設計） 2.4定位基準的選擇 正確地選擇定位基準是設計工藝過程的一項重要內容，也是保證加工精度的關鍵。定位基準分為粗基準和精基準。對于無合適定位面的零件可在毛坯上另外專門設計或加工出定位表面，稱為輔助基準。 定位基準的選擇原則（機械制造基礎P254） 粗基準的選擇原則 （1） 應選擇不加工表面為粗基準。 （2） 對于具有較多加工表面的工件，粗基準的選擇，應合理分配各加工表面的加工余量，以保證： 1） 各加工表面都有足夠的加工余量； 2） 對某些重要的表面，盡量使其加工余量均勻； 3） 使工件上各加工表面總的金屬切除量最小； （3） 作為粗基準的表面，應盡量平整，沒有澆口，冒口或飛邊等其它表面缺陷，以便定位準確； （4） 同一尺寸方向上的粗基準表面只能使用一次； 2.5 擬定工藝路線 2.5.1確定各表面的加工方法 工件各加工表面的加工方法和加工次數是擬定工藝路線的重要內容。主要依據零件各加工表面本身的技術要求確定，同時還要綜合考慮生產類型，零件的結構形狀和加工表面的尺寸，工廠現有的設備情況，工件材料性質和毛坯情況等。 2.5.2加工順序的安排 在確定了零件各表面的加工方法之后，就要安排加工的先后順序，零件加工順序是否合適，對加工質量，生產率和經濟性有著較大的影響。 （1） 機械加工順序的安排 在安排機械加工順序時，一般遵循先粗后精．先面后孔．先主后次．基準先行的原則。對于工序內容復雜的零件則視具體情況采取工序集中與分散的原則處理。 （2） 加工階段的劃分 對于精度和表面質量要求較高的零件，應將粗．精加工分開進行。為此，一般將整個工藝過程劃分階段，按加工性質和作用不同，一般劃分為粗加工階段．半精加工階段．精加工階段和光整加工階段。這對于保證零件加工質量．合理使用機床設備．及時發(fā)現毛坯缺陷及合理安排熱處理工序等有很大好處 。 （3） 熱處理工序的安排 熱處理工序主要用來改善材料的性能及消除應力。熱處理的方法．次數和在工藝路線中的位置，應根據零件材料和熱處理的目的而定。 （退火 正火時效）（人工時效） （氮化） ↓　　　 ↓　　　　　　　　　↓ 毛坯→粗加工→半精加工→精加工→精磨→細磨 　　↑　　　 ↑　　　　 （調質 退火） （高頻淬火 滲碳淬火整體淬火去應力處理） 圖1-4熱處理工序的安排圖（機械制造技術課程設計） 由圖可得熱處理安排為 毛坯→粗加工→半精加工→精加工 ↑ ↑ （去應力退火 時效去應力） （表面淬火） （4） 合理安排輔助工序 輔助工序種類很多，主要包括檢驗．劃線，去毛刺．清洗．平衡．退磁．防銹．包裝等，根據工藝需要穿插在工序中。 2.5.3確定加工余量 合理確定加工余量對零件的加工質量和整個工藝過程的經濟性都有很大影響。余量過大（材料．工時．機床．刀具）則消耗大；余量過小，不能去掉加工前道工序存在的誤差和缺陷層，影響加工質量，造成廢品。 故應在保證加工質量的前提下盡量減小加工余量。毛坯余量（總余量）已在畫毛坯圖時確定，這里主要是確定工序余量。 （1） 平面加工余量 加工工序 加工長度 加工寬度 粗加工后精銑 ≤30 ≤100 ＞100~300 ＞300~1000 1.0mm 1.5mm 1.5mm 2.0mm 表1-38平面加工余量 （2） 鏜孔加工余量 項目 加工直徑 直徑余量 半精鏜 20~80 0.7~1.2mm 精鏜 30~130 0.25~0.40mm 表1-37鏜孔加工余量 （3） 在實心工件上加工H7孔的工序尺寸 零件基本尺寸 鉆 粗鉸 精鉸 Φ8 Φ7.8 Φ7.96 Φ8H7 零件基本尺寸 鉆 擴孔鉆 粗鉸 Φ12 Φ11.0 Φ11.95 Φ12H9 表1-132在實心工件上加工H7孔的工序尺寸 2.5.4計算工序尺寸及公差 工序順序確定后，就要計算各個工序加工時所應達到的工序尺寸及其公差。工序尺寸及其公差的確定與工序余量大?。ば虺叽绲臉俗⒎椒ǎ鶞蔬x擇．中間工序安排等密切相關，是一項細致的工作。 2.6確定各工序切削用量 在單件小批生產中，各工序的切削用量一般由操作工人根據具體情況自己確定，以簡化工藝文件。 在大批大量生產中則應科學地．嚴格地選擇切削用量，以充分發(fā)揮高效率設備的潛力和作用。切削用量的選用與下列因素有關：生產率，加工質量（主要是表面粗糙），切削力所收起的工藝系統彈性變形，工藝系統的振動，刀具耐用度，機床功率等。在綜合考慮上述因素的基礎上，使背吃刀量ap，進給量f ，切削速度v的積最大。一般應先盡量取在的ap，其次盡量取大的進給量f，最后取合適的切削速度v. 2.7機床及工藝裝備的選擇 選擇機床：數控銑床．臥式鏜床。夾具（專用夾具） 選擇機床和工藝裝備的總原則是根據生產類型與加工要求使所選擇的機床及工藝裝備既能保證加工質量，又經濟合理。中批生產時，通常采用通用機床加專用工．夾具；在大批大量生產條件下，多采用高效率專用機床．組合機床流水線．自動線與隨行夾具。 在需要改裝設備或設計專用機床時，應根據具體要求提出設計任務書，其中包括與加工工序內容有關的必要參數，所要求的生產率．保證產品質量的技術條件以及機床的總體布置形式等。 在選擇工藝裝備時，既工考慮適應性又要注意新技術的應用，當需要設計專用刀具．量具時，也應提出設計任務書。 機械加工工藝過程卡片 零件名稱 減速箱體 材料牌號 HT15-33 毛坯種類 灰鑄鐵 工序號 工序名稱 工序內容 設備 工藝裝備 010 毛坯鑄造 砂型鑄造 自硬砂為造型材料 020 熱處理1 去應力退火 030 平面粗/半精加工 3.20，170尺寸加工 數控銑床 立銑刀，專用夾具1，機械卡尺 040 面粗/半精加工 15尺寸加工 臥式鏜床 面銑刀（高速鋼），專用夾具1，機械卡尺 050 平面粗/半精加工 117，130，127尺寸加工 臥式鏜床 面銑刀（高速鋼），專用夾具1，機械卡尺 060 孔粗/半精加工 Φ35，Φ40 臥式鏜床 單刃鏜刀，專用夾具2，機械卡尺 070 鉆孔 Φ12 080 孔粗/半精加工 Φ75，Φ47 臥式鏜床 單刃鏜刀，專用夾具3，機械卡尺 090 面粗/半精加工 2，45 臥式鏜床 單刃鏜刀，專用夾具3，機械卡尺 100 鉆孔 Φ8，Φ9，Φ14，M5-7H 臥式鏜床 鉆頭，鉸刀，絲攻，機械卡尺 110 熱處理2 表面淬火 120 面精加工 15，2，45 臥式鏜床 精銑刀，專用夾具2，機械卡尺 130 孔精加工 Φ35，Φ40， Φ47 臥式鏜床 雙刃鏜刀，專用夾具2與3，機械卡尺 編制（日期） 審核（日期） 共（ ）頁 第（?。╉? 機械加工工藝卡片 零件名稱 減速箱體 材料牌號 HT15-33 毛坯 種類 灰鑄鐵 工序 裝夾工步 工序內容 背吃刀量 切削速 度m/s 每分鐘 轉數 進給量mm/r 設備 名稱 工藝裝備 030 1 3.20，170 1.5 040 1 15 1.4，1.1， 050 1 117，130，127 1.5，0.75， 060 2 Φ35， Φ40 1.45，0.6， 1/3 0.3 070 1 Φ12 12，0.425， 0.45 0.52~0.64 臥式 鏜床 鉆頭 080 1 Φ75 2.25 080 2 Φ47 1.45，0.6， 090 2 2，45 0.55，2.3 100 1 Φ8，Φ9，Φ14 8，0.08， 9，14 0.45 0.36~0.44 0.47~0.57 0.61~0.75 臥式 鏜床 鉆頭 100 1 M5-7H 4.8， 0.45 0.27~0.33 臥式 鏜床 鉆頭 編制 （日期） 審核 （日期） 共（ ）頁 第（　）頁 機械加工工藝卡片 零件名稱 減速箱體 材料牌號 HT15-33 毛坯 種類 灰鑄鐵 工序 裝夾工步 工序內容 背吃刀量 切削速度m/s 每分鐘轉數 進給量mm/r 設備 名稱 工藝裝備 030 1 3.20，170 1.5 040 1 15 1.4，1.1， 050 1 117，130，127 1.5，0.75， 060 2 Φ35， Φ40 1.45，0.6， 1/2 0.2 070 1 Φ12 12，0.425， 0.45 0.52~0.64 臥式 鏜床 鉆頭 080 1 Φ75 2.25 080 2 Φ47 1.45，0.6， 090 2 2，45 0.55，2.3 100 1 Φ8，Φ9，Φ14 8，0.08， 9，14 0.45 0.36~0.44 0.47~0.57 0.61~0.75 臥式 鏜床 鉆頭 100 1 M5-7H 4.8， 0.45 0.27~0.33 臥式 鏜床 鉆頭 編制 （日期） 審核 （日期） 共（ ）頁 第（?。╉? 機械加工工序卡片 零件名稱 減速箱體 材料牌號 HT15-33 毛坯種類 灰鑄鐵 工序 工步號 工步內容 背吃刀量 切削速度m/s 每分鐘轉數 進給量mm/r 設備名稱 工藝裝備 030 15 1.0 040 117，130，127 0.5 050 Φ35， Φ40 0.2 1/6 3.0 060 Φ12 0.075 1.5~3.0 臥式鏜床 鉸刀 080 Φ47 0.2 080 2，45 0.2，0.2 090 Φ8， 0.02， 1.0~2.0 臥式鏜床 鉸刀 100 M5-7H 0.1 0.6~1.2 臥式鏜床 鉸刀 編制 （日期） 審核 （日期） 共（ ）頁 第（?。╉? 3 組合機床的總體設計 3.1 組合機床方案的制定 3.1.1 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。 根據被加工零件（減速器箱體）的零件圖（圖3.1），加工6個螺紋底孔的工藝過程： (1) 加工孔的主要技術要求。 9個螺紋孔M4底孔直徑均為Φ3.2mm。 孔的位置度公差為0.05mm。 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。 根據組合機床的工藝方法及能達到的精度，可采用如下的加工方案： 一次性加工通孔，孔徑為Φ3.2mm。 (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。 3.1.2 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。減速器箱體鉆孔的精度要求較高，可采用鉆孔組合機床。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，被加工零件圖如圖3.1所示 圖3.1 減速器箱體 (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。此減速器箱體的材料是HT200、硬度HB170～241、孔的直徑為Φ3.2mm。采用多孔同步加工，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，一次鉆孔，選擇立式鉆床。 (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，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 根據使用組合機床對車間布置情況、工序間的聯系、技術能力和自然條件等的要求來選擇適合的組合機床。 綜合以上所述：通過對減速器箱體零件的結構特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術要求、定位、夾緊方式、工藝方法，并定出影響機床的總體布局和技術性能等方面的考慮，最終決定設計四軸頭多工位同步鉆床。 3.2 確定切削用量及選擇刀具 3.3.1 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。Φ3.2mm的孔在鉆孔時，直徑上工序間余量均為0.2mm。 3.3.2 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情況下，所選切削用量，根據經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，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： …………………………………3.1 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） 由于減速器箱體鉆孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術要求等，按照經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=3.2mm，進給量f=0.3.2mm/r、切削速度v=3.2m/min 3.3.3 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）；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，用以選擇主傳動電動（一般指動力箱）功率，通過查表計算如下： 切削力： =26…………………………3.2 =26×3.2×× =2378.5N 切削扭矩： =10………………………3.3 =10××× =9979N·mm 切削功率： =……………………………3.4 =9979×3.2/(9740×3.3.2×3.2) =0.43kw 式中： HB——布氏硬度 F——切削力（N） D——鉆頭直徑（mm） f——每轉進給量（mm/r） T——切削扭矩(N·mm) V——切削速度（m/min） P——切削功率(kw) 3.3.4 選擇刀具結構 減速器箱體的布氏硬度在HB170-241，孔徑D為3.2mm刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W3.2Cr4V），為了使工作可靠、結構簡單、刃磨簡單，選擇標準Φ3.2mm的麻花鉆。孔加工刀具的長度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾端與導向套之間有30～50mm的距離，以便排出切屑和刀具磨損后有一定的向前的調整量。 3.3 鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制 總體設計方案的圖紙表達形式——“三圖一卡”設計，其內容包括： 繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯系尺寸圖、編制生產率卡。 3.3.1 被加工零件工序圖 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、夾具部位及被加工零件的材料、硬度等狀況的圖紙。它是在原零件圖基礎上，突出本機床的加工的內容，加上必要的說明繪制成的，是組合機床設計的主要依據，也是制造、使用、檢驗和調整機床的重要技術文件。減速器箱體鉆孔組合機床的被加工零件工序圖如3.2所示。 圖上主要內容： （1）被加工零件的形狀，主要外廓尺寸和本機床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技術要求，以及對上道工序的技術要求等。 （2）本工序所選定的定位基準、夾緊部位及夾緊方向。 （3）被加工零件的名稱、編號、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。 2、繪制被加工零件工序圖的注意事項 （1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要圖出被本機床的加工內容。繪制時，應按一定的比例，選擇足夠的視圖及剖位視圖，突出加工部位（用粗實線），并把零件輪廓及與機床、夾具設計有關粗實線標記。如圖3.2中定位基準，機械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號部（用細實線）表清楚，凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應在尺寸數值下方面用表示出來。 圖3.2減速器箱體工序圖 （2）加工部位的位置尺寸應由定位基準注起，為便于加工及檢查，有時因所選定位基準與設計基準不重合，則須對加工部位要求位置尺寸精度進行分析換算。 3.3.2 加工示意圖 1、加工示意圖的作用和內容 加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖樣上的反映，表示被加工零件在機床上的加工過程，刀具的布置以及工件、夾具、刀具的相對位置關系，機床的工作行程及工作循環(huán)等，是刀具、夾具、多軸箱、電氣和液壓系統設計選擇動力部件的主要依據，是整臺組合機床布局形式的原始要求，也是調整機床和刀具所必需的重要文件。圖3.3為減速器箱體鉆孔的加工示意圖 圖3.3加工示意圖 在圖上應標注的內容： （1）機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。 （2）工件、夾具、刀具及多軸箱端面之間的距離等。 （3）主軸的結構類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數量和結構尺寸、接桿、導向裝置的結構尺寸；刀具與導向置的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式，刀具應按加工終了位置繪制。 2、繪制加工示意圖之前的有關計算 （1）刀具的選擇 刀具選擇考慮加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生產率要求等因素。刀具的選擇前已述及，此處就不在追述了。 （2）導向套的選擇 在組合機床上加工孔，除用剛性主軸的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取決于夾具導向。因此正確選擇導向裝置的類型，合理確定其尺寸、精度，是設計組合機床的重要內容，也是繪制加工示意圖時必須解決的內容。 1）選擇導向類型 根據刀具導向部分直徑和刀具導向的線速度v=3.2m/min，選擇固定式導向。 2）導向套的參數 根據刀具的直徑選擇固定導向裝置 固定導向裝置的標準尺寸如下表： 表3.1 固定導向裝置的標準尺 d d1 D D1 D2 l l1 l2 l3 l4 L5 3.2 3.2 22 30 34 150 40 3.2 12 17 46 固定裝置的配合如下表： 表3.2 固定裝置的配合 導向 類別 工藝 方法 D D D1 刀具導向 部分外徑 固定 導向 鉆孔 G7（或F8） H7/g6 H7/n6 g6 固定導向裝置的布置如圖3.4所示 圖3.4 固定導向裝置的布置 （3）初定主軸類型、尺寸、外伸長度 因為軸的材料為40Cr，剪切彈性模量G=81.0GPa,剛性主軸取ψ＝1／4（0）／m,所以B取3.316， 根據剛性條件計算主軸的直徑為： dB……………………………………1.59 式中： d——軸直徑（mm）（24.65） T——軸所承受的轉矩（N·mm） B——系數 本設計中主軸直徑d=25mm,主軸外伸長度為：L=115mm，D/為40/28。 （4）選擇刀具接桿 由以上可知，多軸箱各主軸的外伸長度為一定值，而刀具的長度也是一定值，因此，為保證多軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，就需要在主軸與刀具之間設置可調環(huán)節(jié)，這個可調節(jié)在組合機床上是通過可調整的刀具接桿來解決的,連接桿如圖1.5所示， 圖1.5 可調連接桿 連接桿上的尺寸d與主軸外伸長度的內孔D配合，因此，根據接桿直徑d選擇刀具接桿參數如表3.3所示： 表3.3 可調接桿的尺寸 d D1(h6) d2 d3 L l1 l2 l3 螺母 厚度 28 Tr28×2 莫氏1號 13.061 36 3.25 51 42 50 12 （5）確定加工示意圖的聯系尺寸 從保證加工終了時主軸箱端面到工件端面間距離最小來確定全部聯系尺寸，加工示意圖聯系尺寸的標注如圖3.3所示。其中最重要的聯系尺寸即工件端面到多軸箱端面之間的距離（圖中的尺寸321mm）,它等于刀具懸伸長度、螺母厚度、主軸外伸長度與接桿伸出長度（可調）之和，再減去加工孔深度和切出值。 （6）工作進給長度的確定 如圖3.6工作進給長度應等于工件加工部位長度L與刀具切入長度和切出長度之和。切入長應應根據工件端面誤差情況在5～10mm之間選擇，誤差大時取大值，因此取=8mm，切出長度=1/3d+(3～8)= x3.2+712mm，所以=8+12+12=32mm. （7）快進長度的確定 考慮實際加工情況，在未加工之前，保證工件表面與刀尖之間有足夠的工作空間，也就是快速退回行程須保證所有刀具均退至夾具導套內而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為120mm，快退長度等于快速引進與工作工進之和，因此快進長度120-45=75mm. 圖3.6 工作進給長度 3.3.3 機床聯系尺寸圖 圖3.7 機床聯系尺寸圖 1、聯系尺寸圖的作用和內容 一般來說，組合機床是由標準的通用部件——動力箱、動力滑臺、立柱、立柱底座加上專用部件組合而成。聯系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配和運動關 系，以檢驗機床各部件的相對位置及尺寸聯系是否滿足要求，通用部件的選擇是否合適，并為進一步開展主軸箱、夾具等專用部件、零件的設計提供依據。聯系尺寸圖也可以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。 如圖3.7所示，機床聯系尺寸圖的內容包括機床的布局形式，通用部件的型號、規(guī)格、動力部件的運動尺寸和所用電動機的主要參數、工件與各部件間的主要聯系尺寸，專用部件的輪廓尺寸等。 2、選用動力部件 選用動力部件主要選擇型號、規(guī)格合適的動力滑臺、動力箱。 （1）滑臺的選用 通常，根據滑臺的驅動方式、所需進給力、進給速度、最大行程長度和加工精度等因素來選用合適的滑臺。 1）驅動形式的確定 根據對液壓滑臺和機械滑臺的性能特點比較，并結合具體的加工要求，使用條件選擇HY系列液壓滑臺。 2）確定軸向進給力 滑臺所需的進給力 =∑=4×2378.5=953.2N 式中： ——各主軸加工時所產生的軸向力 由于滑臺工作時，除了克服各主軸的軸的向力外，還要克服滑臺移動時所產生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進給力應大于＝9.53.2KN。 3）確定進給速度 液壓滑臺的工作進給速度規(guī)定一定范圍內無級調速，對液壓滑臺確定切削用量時所規(guī)定的工作進給速度應大于滑臺最小工作進給速度的0.5～1倍;液壓進給系統中采用應力繼電器時，實際進給速度應更大一些。本系統中進給速度=n·f=3.2mm/min。所以選擇1HY32ⅡA液壓滑臺，工作進給速度范圍20～650mm/min，快速速度10m/min。 4）確定滑臺行程 滑臺的行程除保證足夠的工作行程外，還應留有前備量和后備量。前備量的作用是動力部件有一定的向前移動的余地，以彌補機床的制造誤差以及刀具磨損后能向前調整。本系統前備量為20mm，后備量的作用是使動力部件有一定的向后移動的余地，為方便裝卸刀具，這里取80mm,所以滑臺總行程應大于工作行程，前備量，后備量之和。 即：行程L＞120+20+80=220mm，取L＝630mm。綜合上述條件，確定液壓動力滑臺型號1HY32ⅡA,以及相配套的滑臺底座（1CC321型）。 （2）由下式確定動力箱的選用 動力箱主要依據多軸所需的電動機功率來選用，在多軸箱沒有設計之前，可算 ＝／η……………………………3.6 ＝6*0.43／0.8 ＝3.225KW 式中：η——多軸箱傳動效率，加工黑色金屬時η＝0.8～0.9；有色金屬時η＝0.7～0.8，本系統加工HT200，取η＝0.8． 動力箱的電動機功率應大于計算功率，并結合主軸要求的轉速大小選擇。因此，選用電動機型號為Y132M1-6的1TD32I型動力箱，動力箱輸出軸至箱底面高度為3.20mm。主要技術參數如下表： 表3.4電機型號及參數 主電機傳動型號 轉速范圍（r/min） 主電機功率（） 配套主軸部件型號 電機轉速 輸出轉速 D50 Y132M1-6 960 470 4 1HY32ⅡA,1CC321,1CD321 3、配套支承部件的選用 立柱底座1CD322。 4、確定裝料高度 裝料高度指工件安裝基面至機床底面的垂直距離，在現階段設計組合機床時，裝料高度可視具體情況在H＝580～1060mm之間選取，本系統取裝料高度為800mm。 5、中間底座輪廓尺寸 中間底座的輪廓尺寸要滿足滑臺在其上面聯接安裝的需要，又考慮到與立柱底座相連接。因此，中間底座采用側底座1CD321。 6、確定多軸箱輪廓尺寸 本機床配置的多軸箱總厚度為340mm，寬度和高度按標準尺寸中選取。計算時，多軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=320，H=250 根據上述計算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定主軸箱輪廓尺寸B×H=320×250mm。 3.3.4 生產率計算卡 生產率計算卡是反映所設計機床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產率、負荷率等技術文件，通過生產率計算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產率及負荷率的要求。計算如下： 切削時間： T切= L/vf+t停……………………………3.7 = 45/74.7＋10/415 =0.625 min 式中： T切——機加工時間（min） L——工進行程長度（mm） vf—— 刀具進給量（mm/min） t?！罁蹊F停留時間。一般為在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具旋轉5～10 r所需要時間。這里取10r 輔助時間 T輔 = +t移+t裝……………………3.8 = （75＋120）/1000+0.13+2 = 3.325min 式中： L3、L4 ——分別為動力部件快進、快退長度（mm） vfk ——快速移動速度（mm/min） t移 ——工作臺移動時間（min）,一般為0.05～0.13min,取0.13 min t裝 ——裝卸工件時間（min）一般為0.5～1.5min,本例取2min 機床生產率 Q1 = 60/T單…………………………………3.9 = 60/（T切+T輔） =60/（0.625+3.295） =15.3 件/h 機床負荷率按下式計算 η = Q / Q1×100%…………………………3.10 = A / Q1tk×100% =20000/15.3×1950×100% =6