四軸頭多工位同步鉆床設(shè)計
四軸頭多工位同步鉆床設(shè)計,四軸頭多工位,同步,鉆床,設(shè)計
攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)
第1章 緒論
1.1 機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)的地位及其發(fā)展簡史
現(xiàn)代社會中,人們?yōu)榱烁咝?、?jīng)濟(jì)地生產(chǎn)各種高質(zhì)量產(chǎn)品,日益廣泛的使用各種機(jī)器、儀器和工具等技術(shù)設(shè)備與裝備。為制造這些技術(shù)設(shè)備與裝備,又必須具備各種加工金屬零件的設(shè)備,諸如鑄造、鍛造、焊接、沖壓和切削加工設(shè)備等。由于機(jī)械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度,目前主要靠切削加工的方法來達(dá)到,特別是形狀復(fù)雜、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件,往往需要在機(jī)床上經(jīng)過幾道甚至幾十道切削加工工藝才能完成。因此,機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備。在一般機(jī)械制造廠中,機(jī)床所擔(dān)負(fù)的加工工作量,約占機(jī)械制造總工作量的40%~60%,機(jī)床的技術(shù)性能直接影響機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量及其制造的經(jīng)濟(jì)性,進(jìn)而決定著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平。可以這樣說,如果沒有機(jī)床的發(fā)展,如果不具備今天這樣品種繁多、結(jié)構(gòu)完善和性能精良的各種機(jī)床,現(xiàn)代社會目前所達(dá)到的高度物質(zhì)文明將是不可想象的。
一個國家要繁榮富強(qiáng),必須實現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化,這就需要一個強(qiáng)大的機(jī)械制造業(yè)為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供現(xiàn)代化的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備與裝備,即各種機(jī)器、儀器和工具等。然而,一個現(xiàn)代化的機(jī)械制造業(yè)必須要有一個現(xiàn)代化的機(jī)床制造業(yè)做后盾。機(jī)床工業(yè)是機(jī)械制造業(yè)的“裝備部”、“總工藝師”,對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重大作用。因此,許多國家都十分重視本國機(jī)床工業(yè)的發(fā)展和機(jī)床技術(shù)水平的提高,使本國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展建立在堅實可靠的基礎(chǔ)上。
機(jī)床是人類在長期生產(chǎn)實踐中,不斷改進(jìn)生產(chǎn)工具的基礎(chǔ)上生產(chǎn)的,并隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而漸趨完善。最原始的機(jī)床是木制的,所有運(yùn)動都是由人力或畜力驅(qū)動,主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯,它們實際上并不是一種完整的機(jī)器?,F(xiàn)代意義上的用于加工金屬機(jī)械零件的機(jī)床,是在18世紀(jì)中葉才開始發(fā)展起來的。當(dāng)時,歐美一些工業(yè)最發(fā)達(dá)的國家,開始了從工場手工業(yè)向資本主義機(jī)器大工業(yè)生產(chǎn)方式的過度,需要越來越多的各種機(jī)器,這就推動了機(jī)床的迅速發(fā)展。為使蒸汽機(jī)的發(fā)明付諸實用,1770年前后創(chuàng)制了鏜削蒸汽機(jī)汽缸內(nèi)孔用的鏜床。1797年發(fā)明了帶有機(jī)動刀架的車床,開創(chuàng)了用機(jī)械代替人手控制刀具運(yùn)動的先聲,不僅解放了人的雙手,并使機(jī)床的加工精度和工效起了一個飛躍,初步形成了現(xiàn)代機(jī)床的雛型。續(xù)車床之后,隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展,其他各種機(jī)床也陸續(xù)被創(chuàng)制出來。至19世紀(jì)末,車床、鉆床、鏜床、刨床、拉床、銑床、磨床、齒輪加工機(jī)床等基本類型的機(jī)床已先后形成。
上世紀(jì)初以來,由于高速鋼和硬質(zhì)合金等新型刀具材料相繼出現(xiàn),刀具切削性能不斷提高,促使機(jī)床沿著提高主軸轉(zhuǎn)速、加大驅(qū)動功率和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度的方向發(fā)展。與此同時,由于電動機(jī)、齒輪、軸承、電氣和液壓等技術(shù)有了很大的發(fā)展,使機(jī)床的轉(zhuǎn)動、結(jié)構(gòu)和控制等方面也得到相應(yīng)的改進(jìn),加工精度和生產(chǎn)率顯著提高。此外,為了滿足機(jī)械制造業(yè)日益廣闊的各種使用要求,機(jī)床品種的發(fā)展也與日俱增,例如,各種高效率自動化機(jī)床、重型機(jī)床、精密機(jī)床以及適應(yīng)加工特殊形狀和特殊材料需要的特種加工機(jī)床相繼問世。50年代,在綜合應(yīng)用電子技術(shù)、檢測技術(shù)、計算技術(shù)、自動控制和機(jī)床設(shè)計等各個領(lǐng)域最新成就的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的數(shù)控機(jī)床,使機(jī)床自動化進(jìn)入了一個嶄新的階段,與早期發(fā)展的僅適用于大批大量生產(chǎn)的純機(jī)械控制和繼電器接觸器控制的自動化相比,它具有很高柔性,即使在單件和小批生產(chǎn)中也能得到經(jīng)濟(jì)的使用。
綜觀機(jī)床的發(fā)展史,它總是隨著機(jī)械工業(yè)的擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展,并始終圍繞著不斷提高生產(chǎn)效率、加工精度、自動化程度和擴(kuò)大產(chǎn)品品種而進(jìn)行的,現(xiàn)代機(jī)床總的趨勢仍然是繼續(xù)沿著這一方向發(fā)展。
我國的機(jī)床工業(yè)是在1949年新中國成立后才開始建立起來的。解放前,由于長期的封鎖統(tǒng)治和19世紀(jì)中葉以后帝國主義的侵略和掠奪,我國的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常落后,既沒有獨(dú)立的機(jī)械制造業(yè),更談不上機(jī)床制造業(yè)。至解放前夕,全國只有少數(shù)城市的一些規(guī)模很小的機(jī)械廠,制造少量簡單的皮帶車間、牛頭刨床和砂輪等;1949年全國機(jī)床產(chǎn)量僅1000多臺,品種不到10個。
解放后,黨和人民政府十分重視機(jī)床工業(yè)的發(fā)展。在解放初期的三年經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時期,就把一些原來的機(jī)械修配廠改建為專業(yè)廠;在隨后開始的幾個五年計劃期間,又陸續(xù)擴(kuò)建、新建了一系列機(jī)床廠。經(jīng)過50多年的建設(shè),我國機(jī)床工業(yè)從無到有,從小到大,現(xiàn)在已經(jīng)成門類比較齊全,具有一定實力的機(jī)床工業(yè)體系,能生產(chǎn)5000多種機(jī)床通用品種,數(shù)控機(jī)床1500多種;不僅裝備了國內(nèi)的工業(yè),而且每年還有一定數(shù)量的機(jī)床出口。
我國機(jī)床行業(yè)的發(fā)展是迅速的,成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄,與世界先進(jìn)水平相比,還有較大差距。為了適應(yīng)我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的需要,為了提高機(jī)床產(chǎn)品在國際市場上的競爭能力,必須深入開展機(jī)床基礎(chǔ)理論研究,加強(qiáng)工藝試驗研究,大力開發(fā)精密、重型和數(shù)控機(jī)床,使我國的機(jī)床工業(yè)盡早躋身于世界先進(jìn)行列。
1.2 組合機(jī)床的國內(nèi)、外現(xiàn)狀
世界上第一臺組合機(jī)床于1908年在美國問世,30年代后組合機(jī)床在世界各國得到迅速發(fā)展。至今,它已成為現(xiàn)代制造工程(尤其是箱體零件加工)的關(guān)鍵設(shè)備之一。
現(xiàn)代制造工程從各個角度對組合機(jī)床提出了愈來愈高的要求,而組合機(jī)床也在不斷吸取新技術(shù)成果而完善和發(fā)展。
1.2.1 國內(nèi)組合機(jī)床現(xiàn)狀
我國加入WTO以后,制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存、組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)適時調(diào)整戰(zhàn)略,采取了積極的應(yīng)對策略,出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢頭,截至2005年4月份,組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)僅組合機(jī)床一項,據(jù)不完全統(tǒng)計產(chǎn)量已達(dá)1000余臺,產(chǎn)值達(dá)3.9個億以上,較2004年同比增長了10%以上,另外組合機(jī)床行業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全員工資總額、出口交費(fèi)值等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有不同程度的增長,新產(chǎn)品、新技術(shù)較去年年均有大幅度提高,可見行業(yè)企業(yè)運(yùn)營狀況良好。
(1)行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化
組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)主要針對汽車、摩托車、內(nèi)燃機(jī)、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械、化工機(jī)械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設(shè)備,隨著我國加入WTO后與世界機(jī)床進(jìn)一步接軌,組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開始向數(shù)控化、柔性化轉(zhuǎn)變。從近兩年是企業(yè)生產(chǎn)情況來看,數(shù)控機(jī)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(jī)床則有下降趨勢,中國機(jī)床工具工業(yè)學(xué)會的《機(jī)床工具行業(yè)企業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)報表》是統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,僅從幾個全國大型重點(diǎn)企業(yè)生產(chǎn)情況看,2003年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床890臺,產(chǎn)值16187萬元,生產(chǎn)加工中心148臺,產(chǎn)值5770萬元;2004年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床985臺,產(chǎn)值25838萬元,生產(chǎn)加工中心159臺,產(chǎn)值7099萬元;而2005年,截至4月份,數(shù)控機(jī)床、加工中心、產(chǎn)值已接近2003年全年水平,故市場在向數(shù)控、高精制造技術(shù)和成套工藝裝備方面發(fā)展。
(2)行業(yè)企業(yè)的快速轉(zhuǎn)變
“九五”后期,在組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)的50多家組合機(jī)床分會會員中,僅有兩家企業(yè)實行了股份改造,一家企業(yè)退出國有轉(zhuǎn)為民營,其余的都是國有企業(yè)。而從2001至2002年,不到兩年的時間,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(zhuǎn)為民營,現(xiàn)在一些國家重點(diǎn)國有企業(yè)也在醞釀股份制改造,轉(zhuǎn)制已勢不可檔,“民營經(jīng)濟(jì)在經(jīng)歷了從被歧視,被藐視到不可小視和現(xiàn)在高度重視4個階段后,煥發(fā)勃勃生機(jī)?!苯M合機(jī)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。
(3)組合機(jī)床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
組合機(jī)床及其自動線是集機(jī)電于一體是綜合自動化度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實用,因而被廣泛應(yīng)用與工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電行業(yè)。我國的傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制,它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型的箱體類和軸類零件(近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額),完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔,加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺,在孔內(nèi)鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成型面等。組合機(jī)床的分類繁多,有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床,有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式,還有多工位回轉(zhuǎn)臺組合機(jī)床等;隨著技術(shù)的不斷是進(jìn)步,一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來越受人們是親昧,它應(yīng)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(shù)字控制(NC)等,能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng),并能靈活適應(yīng)多種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外,近年來組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來越大。
由于組合機(jī)床及其自動線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品,是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)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(shù)。我國組合機(jī)床及其組合機(jī)床自動線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國家相對落后,國內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動線幾乎都從國外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大,并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此,市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝、研制新產(chǎn)品,由過去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu),向“柔性”化方向發(fā)展,滿足用戶需要,真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣踊b備。
1.2.2 國外組合機(jī)床現(xiàn)狀
80年代以來,國外組合機(jī)床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎(chǔ)上,正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機(jī)床的加工精度、多品種加工的柔性以及機(jī)床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進(jìn)展,實現(xiàn)了機(jī)床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節(jié)拍和多功能知道監(jiān)控。組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢是:
(1)廣泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù)
國外主要的組合機(jī)床生產(chǎn)廠家都有自己的系列化完整的數(shù)控組合機(jī)床通用部件,在組合機(jī)床上不僅一般動力部件應(yīng)用數(shù)控技術(shù),而且夾具的轉(zhuǎn)位或轉(zhuǎn)角、換箱裝置的自動分度與定位也都應(yīng)用數(shù)控技術(shù),從而進(jìn)一步提高了組合機(jī)床的工作可靠性和加工精度。廣州標(biāo)致汽車公司由法國雷諾公司購置的缸蓋加工生產(chǎn)線,就是由三臺自動換箱組合機(jī)床組成的,其全部動作均為數(shù)控,包括自動上下料的交換工作臺、環(huán)形主軸箱庫、動力部件和夾具的運(yùn)動,其節(jié)拍時間為58秒。
(2)發(fā)展柔性技術(shù)
80年代以來,國外對中大批量生產(chǎn),多品種加工裝備采取了一系列的可調(diào)、可變、可換措施,使加工裝備具有了一定的柔性。如先后發(fā)展了轉(zhuǎn)塔動力頭、可換主軸箱等組成的組合機(jī)床;同時根據(jù)加工中心的發(fā)展,開發(fā)了二坐標(biāo)、三坐標(biāo)模塊化的加工單元,并以此為基礎(chǔ)組成了柔性加工自動線(FTL)。這種結(jié)構(gòu)的變化,既可以實現(xiàn)多品種加工要求的調(diào)整變化快速靈敏,又可以使機(jī)床配置更加靈活多樣。
(3)發(fā)展綜合自動化技術(shù)
汽車工業(yè)的大發(fā)展,對自動化制造技術(shù)提出了許多新的需求,大批量生產(chǎn)的高效率,要求制造系統(tǒng)不僅能完成一般的機(jī)械加工工序,而且能完成零件從毛坯進(jìn)線到成品下線的全部工序,以及下線后的自動碼垛、裝箱等。德國大眾汽車公司KASSEL變速箱廠1987年投入使用的造價9000萬馬克的齒輪箱和離合器殼生產(chǎn)線,就是這種綜合自動化制造系統(tǒng)的典范。該系統(tǒng)由兩條相似對稱布置的自動線組成,三班制工作,每條線日產(chǎn)2000件,節(jié)拍時間為40秒。全線由12臺雙面組合機(jī)床、18臺三坐標(biāo)加工單元、空架機(jī)器人、線兩端的毛坯庫和三坐標(biāo)測量機(jī)組成,可實現(xiàn)3種零件的加工??占軝C(jī)器人完成工件下線的碼垛裝箱工作。隨著綜合自動化技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一批專門從事裝配、試驗、檢測、清洗等裝備的專業(yè)生產(chǎn)廠家,進(jìn)一步提高了制造系統(tǒng)的配套水平。
(4)進(jìn)一步提高工序集中程度
國外為了減少機(jī)床數(shù)量,節(jié)省占地面積,對組合機(jī)床這種工序集中程度高的產(chǎn)品,繼續(xù)采取各種措施,進(jìn)一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺、多坐標(biāo)通用部件、移動主軸箱、雙頭鏜孔車端面頭等組成機(jī)床或在夾具部位設(shè)置刀庫,通過換刀加工實現(xiàn)工序集中,從而可最大限度地發(fā)揮設(shè)備的效能,獲取更好的經(jīng)濟(jì)效益。
1.3 機(jī)床設(shè)計的目的、內(nèi)容、要求
1.3.1 設(shè)計的目的
機(jī)床設(shè)計畢業(yè)設(shè)計,其目的在于通過機(jī)床主運(yùn)動機(jī)械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,使我們在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中,得到設(shè)計構(gòu)思、方案的分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計算、編寫技術(shù)文件和查閱資料等方面的綜合訓(xùn)練,樹立正確的設(shè)計思想,掌握基本的設(shè)計方法,培養(yǎng)基本的設(shè)計方法,并培養(yǎng)了自己具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。
1.3.2 設(shè)計內(nèi)容
1、運(yùn)動設(shè)計 根據(jù)給定的被加工零件,確定機(jī)床的切削用量,通過分析比較擬定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖,確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù),并計算主軸的實際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)的相對誤差。
2、動力設(shè)計 根據(jù)給定的工件,初算傳動軸的直徑、齒輪的模數(shù);確定動力箱;計算多軸箱尺寸及設(shè)計傳動路線。完成裝配草圖后,要驗算傳動軸的直徑,齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi)。還要驗算主軸主件的靜剛度。
3、結(jié)構(gòu)設(shè)計 進(jìn)行主運(yùn)動傳動軸系、變速機(jī)構(gòu)、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機(jī)構(gòu)設(shè)計。即繪制裝配圖和零件工作圖。
4、編寫設(shè)計說明書
1.3.3 設(shè)計要求
評價機(jī)床性能的優(yōu)劣,主要是根據(jù)技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來判定的。技術(shù)先進(jìn)合理,亦即“質(zhì)優(yōu)價廉”才會受到用戶的歡迎,在國內(nèi)和國際市場上才有競爭力。機(jī)床設(shè)計的技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可以從滿足性能要求、經(jīng)濟(jì)效益和人機(jī)關(guān)系等方面進(jìn)行分析。
1.4 機(jī)床的設(shè)計步驟
1.4.1 調(diào)查研究
研究市場和用戶對設(shè)計機(jī)床的要求,然后檢索有關(guān)資料。其中包括情報、預(yù)測、實驗研究成果、發(fā)展趨勢、新技術(shù)應(yīng)用以及相應(yīng)的圖紙資料等。甚至還可以通過網(wǎng)絡(luò)檢索技術(shù)查閱先進(jìn)國家的有關(guān)資料和專利等。通過對上述資料的分析研究,擬訂適當(dāng)?shù)姆桨福员WC機(jī)床的質(zhì)量和提高生產(chǎn)率,使用戶有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
1.4.2 擬定方案
通??梢詳M定出幾個方案進(jìn)行分析比較。每個方案包括的內(nèi)容有:工藝分析、主要技術(shù)參數(shù)、總布局、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制操作系統(tǒng)、電系統(tǒng)、主要部件的結(jié)構(gòu)草圖、實驗結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等。
在制定方案時應(yīng)注意以下幾個方面:
(1) 當(dāng)使用和制造出現(xiàn)矛盾時,應(yīng)先滿足使用要求,其次才是盡可能便于制造。要盡量用先進(jìn)的工藝和創(chuàng)新的結(jié)構(gòu);
(2) 設(shè)計必須以生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗為依據(jù),凡是未經(jīng)實踐考驗的方案,必須經(jīng)過實驗證明可靠后才能用于設(shè)計;
(3) 繼承與創(chuàng)造相結(jié)合,盡量采用先進(jìn)工藝,迅速提高生產(chǎn)力,為實現(xiàn)四個現(xiàn)代化服務(wù)。注意吸取前人和國外的先進(jìn)經(jīng)驗,并在此基礎(chǔ)上有所創(chuàng)造和發(fā)展。
1.4.3 工作圖設(shè)計
首先,在選定工藝方案并確定機(jī)床配置形式、結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上,進(jìn)行方案圖紙的設(shè)計。這些圖子包括:被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計算卡,統(tǒng)稱“三圖一卡”設(shè)計。并初定出主軸箱輪廓尺寸,才能確定機(jī)床各部件間的相互關(guān)系。
其次,繪制機(jī)床的總裝圖、部分部件裝配圖、液壓系統(tǒng)圖、PLC接線圖和梯形圖。
然后,整理機(jī)床有關(guān)部件與主要零件的設(shè)計計算書,編制各類零件明細(xì)表,編寫機(jī)床說明書等技術(shù)文件。
最后,對有關(guān)圖紙進(jìn)行工藝審查和標(biāo)準(zhǔn)化審查。
第2章 四軸頭多工位同步鉆床總體設(shè)計
2.1 組合機(jī)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(jī)床的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、總體布局和夾具結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(chǎn)率要求,現(xiàn)場所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料,制定出合理的工藝方案。
根據(jù)被加工被零件(減速箱箱蓋)的零件圖(圖2-1),加工八個螺栓孔的工藝過程。
1.加工孔的主要技術(shù)要求。
加工8個Φ10的孔。表面粗糙度Ra3.2um.
孔的位置度公差為Φ0.3mm
工件材料為HT200,HB175~255
要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為(考慮廢品及備品率)年產(chǎn)量6萬件,單班制生產(chǎn)
2.工藝分析
加工該孔時,除粗糙度要求外(Ra3.2um),孔的位置度公差為0.3mm
根據(jù)組合機(jī)床用的工藝方法及能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度,可采用如下的加工方案。
鉆 擴(kuò)或鉆 鉸
3.定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇
加工此箱蓋的孔,以底面的三個支承點(diǎn)限制和、三個自由度,位于右邊上的兩個支承點(diǎn)限制了和自由度,位于前面上的一個支承點(diǎn)限制一個自由度。這樣工件的6個自由度被完全限制了。
在保證加工精度的情況下,提高生產(chǎn)效率減輕工人勞動量,而工件也是大批量生產(chǎn),由于夾具在本設(shè)計中沒有考慮,因此在設(shè)計時就認(rèn)為是人工夾緊。
2.1.2 確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案。
1.被加工零件的加工精度
被加工零件需要在組合機(jī)床上完成的加工工序及應(yīng)保證的加工精度,是制造機(jī)床方案的主要依據(jù)。箱蓋加工孔的精度要求不高,可采用多工位組合機(jī)床,工
圖2-1 被加工零件圖
件各孔間的位置精度為0.3mm,它的位置精度要求不是很高,安排加工時可以在下一個安裝工位上對所有孔進(jìn)行最終精加工。為了加工出表面粗糙度為Ra3.2um的孔。采取提高機(jī)床原始制造精度和工件定位基準(zhǔn)精度并減少夾壓變形等措施就可以了。為此,機(jī)床通常采用尾置式齒輪動力裝置,進(jìn)給采用液壓系統(tǒng),人工夾緊。
2.被加工零件的特點(diǎn)
這主要指零件的材料、硬度加工部位的結(jié)構(gòu)形狀,工件剛度定位基準(zhǔn)面的特點(diǎn),它們對機(jī)床工藝方案制度有著重要的影響。此箱蓋的材料是HT200、硬度HB175-255、孔在長度方向的距離是100mm、在寬度方向的距離是190mm、孔的直徑為Φ10mm。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(zhǔn)面平行且需由一面或幾面加工的箱體宜用臥式機(jī)床,立式機(jī)床適宜加工定基準(zhǔn)面是水平的且被加工孔與基準(zhǔn)面垂直的工件,而不適宜加工安裝不方便或高度較大的細(xì)長工件。對大型箱體件采用單工位機(jī)床加工較適宜,而中小型零件則多采用多工位機(jī)床加工。
此零件的加工特點(diǎn)是中心線與定位基準(zhǔn)平面是垂直的,并且定位基準(zhǔn)面是水平的??椎姆植挤秶侵本€形狀,工件比較長,一次鉆完,多軸箱體積較大,采用兩工位以減小多軸箱的體積,使整個鉆床瘦身,因而適合選擇立式多工位鉆床。
3.零件的生產(chǎn)批量
零件的生產(chǎn)批量是決定采用單工位、多工位、自動線或按中小批量生產(chǎn)特點(diǎn)設(shè)計組合機(jī)床的重要因素。按設(shè)計要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為年生產(chǎn)量為6萬件,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(jī)床臺數(shù),此工序盡量在一臺機(jī)床上完成,以提高利用率。
4.機(jī)床使用條件
使用組合機(jī)床對對車間布置情況、工序間的聯(lián)系、使用廠的技術(shù)能力和自然條件等一定的要求。在根據(jù)使用戶實際情況來選擇什么樣的組合機(jī)床。
綜合以上所述:通過對箱蓋零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術(shù)要求、定位、夾緊方式、工藝方法,并定出影響機(jī)床的總體布局和技術(shù)性能等方面的考慮,最終決定設(shè)計四軸頭多工位同步鉆床。
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(jìn)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(chǎn)中常用查表給出的組合機(jī)床對孔加工的工序余量,由于在本鉆床上鉆孔后重新安裝或在其他多工位機(jī)床上加工下道工序,應(yīng)適當(dāng)加大余量,以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。Φ10mm的孔在鉆孔后擴(kuò)孔,直徑上工序間余量1.5~2.0mm。
2.2.2 選擇切削用量
確定了在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容了,就可以著手選擇切削用量了。因為所設(shè)計的組合機(jī)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(jī)床單刀加工低30%左右.多軸主軸箱上所有刀具共用一個進(jìn)給系統(tǒng),通常為標(biāo)準(zhǔn)動力滑臺,工作時,要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同,且等于動力滑臺的每分鐘進(jìn)給量(mm/min)應(yīng)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(shè)計成不同轉(zhuǎn)速和不同的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm/r)與其適應(yīng)。以滿足不同直徑的加需要,即:·=·=…=·=
式中:… ——各主軸轉(zhuǎn)速(r/min)
… ——各主軸進(jìn)給量(mm/r)
——動力滑臺每分鐘進(jìn)給量(mm/min)
由于箱蓋孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求都是相同的。按照經(jīng)濟(jì)地選擇滿足加工要求的原則,采用查表的方法查得:鉆頭直徑D=10mm,鑄鐵HB175~255、進(jìn)給量f=0.1mm/r、切削速度v=15m/min.
2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率
根據(jù)選定的切削用量(主要指切削速度v及進(jìn)給量f)確定切削力,作為選擇動力部件(滑臺)及夾具設(shè)計的依據(jù);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:
布氏硬度:HB =HBmin-(HBmax-HBmin)
=255-(255-175)
=228.33
切削力:=26
=26×10××
=1071.79 N
切削扭矩:=10
=10×××
=3274.45 N·mm
切削功率:=
=3274.45×15/(9740×3.14×10)
=0.164 kw
式中:HB——布氏硬度
F——切削力(N)
D——鉆頭直徑(mm)
f——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm/r)
T——切削扭矩(N·mm)
V——切削速度(m/min)
P——切削功率(kw)
2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)
箱蓋的布氏硬度在HB175~255,孔徑D為10mm,刀具的材料選擇高速鋼鉆頭(W18Cr4V),為了使工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、刃磨簡單,選擇標(biāo)準(zhǔn)Φ10的麻花鉆??准庸さ毒叩拈L度應(yīng)保證加工終了時刀具螺旋槽尾端與導(dǎo)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(diào)整量。
2.3 四軸頭多工位同步鉆床總設(shè)計“三圖一卡”的編制
前面對四軸頭多工位同步鉆床工藝方案及配置型式、結(jié)構(gòu)方案確定的有關(guān)問題,它是鉆床總體設(shè)計的重要內(nèi)容。下面就以鉆床加工箱蓋總體設(shè)計的另一個問題,既總體設(shè)計方案的圖紙表達(dá)形式——“三圖一卡”設(shè)計,其內(nèi)容包括:
繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖、編制生產(chǎn)率卡。
2.3.1 被加工零件工序圖
1、被加工零件工序圖的作用及內(nèi)容
被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案,表示一臺組合機(jī)床完成的工藝內(nèi)容,加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求,加工用的定位基準(zhǔn)、夾具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成品狀況的圖紙,它不能用用戶提供的圖紙代替,而是在原零件圖基礎(chǔ)上,突出本機(jī)床的加工的內(nèi)容,加上必要的說明繪制成的。它是組合機(jī)床設(shè)計的主要依據(jù),也是制造、使用、檢驗和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)文件。箱蓋用四軸頭多工位組合機(jī)床的被加工零件工序圖如2-2所示。
圖上主要內(nèi)容:
(1)被加工零件的形狀,主要外廓尺寸和本機(jī)床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技術(shù)要求,以及對上道工序的技術(shù)要求等。
(2)本工序所選定的定位基準(zhǔn)、夾緊部位及夾緊方向。
(3)加工時如需要中間向?qū)?,?yīng)表示出工件與中間向?qū)в嘘P(guān)部位結(jié)構(gòu)和尺寸,以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉。
(4)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(jī)床的加工內(nèi)容。繪制時,應(yīng)按一定的比例,選擇足夠的視圖及剖視圖,突出加工部位(用粗實線),并把零件輪廓及與機(jī)床、夾具設(shè)計有關(guān)部位(用細(xì)實線)表清楚,凡本道工序保證的尺寸、角度等,均應(yīng)在尺寸數(shù)值下方面用粗實線標(biāo)記。如圖2-2中8-Φ
圖2-2 被加工零件工序圖
附注:1.被加工零件名稱及編號:箱蓋;
2.材料及硬度:灰鑄鐵HT200,HB175~255;
3." "上尺寸為本工序保證尺寸;
10加工用定位基準(zhǔn),機(jī)械夾壓位置及方向,輔助支承均須用規(guī)定的符號表示出來。
(2)加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基準(zhǔn)注起,為便于加工及檢查,尺寸應(yīng)采用直角坐標(biāo)系標(biāo)出,而不采用極坐標(biāo),但有時因所選定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合,則須對加工部位要求位置尺寸精度進(jìn)行分析換算。此外,應(yīng)將零件圖的不對稱位置尺寸公差換算成對稱尺寸公差,如圖2-1中的尺寸應(yīng)換算為圖 2-2中的尺寸59.80.1,以便在進(jìn)行夾具和主軸箱設(shè)計時,確定導(dǎo)向孔與主軸孔的位置坐標(biāo)尺寸。
2.3.2 加工示意圖
1、加工示意圖的作用和內(nèi)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(jī)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(guān)系,機(jī)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(tǒng)設(shè)計選擇動力部件的主要依據(jù),是整臺組合機(jī)床布局形式的原始要求,也是調(diào)整機(jī)床和刀具所必需的重要文件。圖2-3為箱蓋上8孔立式鉆床加工示意圖。
圖2-3鉆床加工示意圖
在圖上應(yīng)標(biāo)注的內(nèi)容:
(1)機(jī)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(jié)構(gòu)類型,尺寸及外伸長度;刀具類型,數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸、接桿、導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)尺寸;刀具與導(dǎo)向置的配合,刀具、接桿、主軸之間的連接方式,刀具應(yīng)按加工終了位置繪制。
2、繪制加工示意圖之前的有關(guān)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(chǎn)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(dǎo)向套的選擇 在組合機(jī)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(dǎo)向。因此正確選擇導(dǎo)向裝置的類型,合理確定其尺寸、精度,是設(shè)計組合機(jī)床的重要內(nèi)容,也是繪制加工示意圖時必須解決的內(nèi)容。
1)選擇導(dǎo)向類型 根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑d=10mm和刀具導(dǎo)向的線速度v=15m/min,選擇固定式導(dǎo)向。
2)導(dǎo)向套的參數(shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導(dǎo)向裝置,如圖2-4所示:
圖2-4 固定導(dǎo)向裝置
固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺寸如下表:
表2-1 固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺
d
D
D1
D2
L
l1
m
R
d1
d2
l0
10
18
26
30
28
38
13
22
M8
16
16
固定裝置的配合如下表:
表2-2 固定裝置的配合
導(dǎo)向
類別
工藝
方法
D
D
D1
刀具導(dǎo)向
部分外徑
固定
導(dǎo)向
鉆孔
G7(或F8)
g6
固定導(dǎo)向裝置的布置如圖2-5所示
導(dǎo)向裝置的布置如表2-3所示:
表2-3 導(dǎo)向裝置的參數(shù)(mm)
尺寸
項目
l1
l2
l3
與直徑d的關(guān)系
(2~3)d
加工鑄鐵
d
d/3+(3~8)
計算值
3×d=30
10
10/3+8=12
圖2-5 固定導(dǎo)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2.316,
根據(jù)剛性條件計算主軸的直徑為:
dB=2.316×=17.52mm
式中:d——軸直徑(mm)
T——軸所承受的轉(zhuǎn)矩(N·mm)
B——系數(shù)
本設(shè)計中所有主軸直徑皆取d=20mm,主軸外伸長度為:L=115mm,D/為32/20,內(nèi)孔長度為:l1 =77mm.
(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(dá)加工終了位置,就需要在主軸與刀具之間設(shè)置可調(diào)環(huán)節(jié),這個可調(diào)節(jié)在組合機(jī)床上是通過可調(diào)整的刀具接桿來解決的,連接桿如圖2-6所示,
圖2-6 可調(diào)連接桿
連接桿上的尺寸d與主軸外伸長度的內(nèi)孔D配合,因此,根據(jù)接桿直徑d選擇刀具接桿參數(shù)如表2-4所示:
表2-4 可調(diào)接桿的尺寸
d(h6)
D1(h6)
d2
d3
L
l1
l2
l3
螺母
厚度
20
Tr20×6
莫氏1號
12.061
17
188
46
40
100
12
(5)確定加工示意圖的聯(lián)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(lián)系尺寸,加工示意圖聯(lián)系尺寸的標(biāo)注如圖2-3所示。其中最重要的聯(lián)系尺寸即工件端面到多軸箱端面之間的距離(圖中的尺寸333mm),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(diào))之和,再減去加工孔深度和切出值。
(6)工作進(jìn)給長度的確定 如圖2-7工作進(jìn)給長度應(yīng)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(yīng)應(yīng)根據(jù)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=7mm,切出長度=1/3d+(3~8)=+8 9mm,所以=10+7+9=26mm.
(7)快進(jìn)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(dǎo)套內(nèi)而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為156mm,快退長度等于快速引進(jìn)與工作工進(jìn)之和,因此快進(jìn)長度156-26=130mm.
圖2-7 工作進(jìn)給長度
2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
1、聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容
一般來說,組合機(jī)床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件——動力箱、動力滑臺、立柱、立柱底座加上專用部件——多軸箱、刀、輔具系統(tǒng)、夾具、液、電、冷卻、潤滑、排屑系統(tǒng)組合而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機(jī)床各組成部件的相互裝配和運(yùn)動關(guān)
圖2-8 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
系,以檢驗機(jī)床各部件的相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足要求,通用部件的選擇是否合適,并為進(jìn)一步開展主軸箱、夾具等專用部件、零件的設(shè)計提供依據(jù)。聯(lián)系尺寸圖也可以看成是簡化的機(jī)床總圖,它表示機(jī)床的配置型式及總體布局。
如圖2-8所示,機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的內(nèi)容包括機(jī)床的布局形式,通用部件的型號、規(guī)格、動力部件的運(yùn)動尺寸和所用電動機(jī)的主要參數(shù)、工件與各部件間的主要聯(lián)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(jù)滑臺的驅(qū)動方式、所需進(jìn)給力、進(jìn)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(qū)動形式的確定 根據(jù)對液壓滑臺和機(jī)械滑臺的性能特點(diǎn)比較,并結(jié)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(jìn)給力 滑臺所需的進(jìn)給力
=∑=4×1071.79=4287.16N
式中:——各主軸加工時所產(chǎn)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(chǎn)生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進(jìn)給力應(yīng)大于=4.29KN。
3)確定進(jìn)給速度 液壓滑臺的工作進(jìn)給速度規(guī)定一定范圍內(nèi)無級調(diào)速,對液壓滑臺確定切削用量時所規(guī)定的工作進(jìn)給速度應(yīng)大于滑臺最小工作進(jìn)給速度的0.5~1倍;液壓進(jìn)給系統(tǒng)中采用應(yīng)力繼電器時,實際進(jìn)給速度應(yīng)更大一些。本系統(tǒng)中進(jìn)給速度=n·f=47.8mm/min。所以選擇HY25IA液壓滑臺,工作進(jìn)給速度范圍32~800mm/min,快速速度12m/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(yīng)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(bǔ)機(jī)床的制造誤差以及刀具磨損后能向前調(diào)整。本系統(tǒng)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,這是取40mm,所以滑臺總行程應(yīng)大于工作行程,前備量,后備量之和。
即:行程L>156+20+40=236mm,取L=250mm。綜合上述條件,確定液壓動力滑臺型號HY25IA。
(2)由下式估動力箱的選用 動力箱主要依據(jù)多軸所需的電動機(jī)功率來選用,在多軸箱沒有設(shè)計之前,可算
=/η
=4×0.164/0.8
=0.82KW
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(tǒng)加工HT200,取η=0.8.
動力箱的電動機(jī)功率應(yīng)大于計算功率,并結(jié)合主軸要求的轉(zhuǎn)速大小選擇。因此,選用電動機(jī)型號為Y100L—6B5的1TD25IA型動力箱,電動機(jī)功率1.5KW,驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速為520r/min,動力箱輸出軸至箱底面高度為125mm。
(3)Y軸液壓滑臺的選用
工件質(zhì)量計算 V=420×240×10+(2×160+2×340)×10×30
=1.308×10-3m3
m = ρv=7.0×103×1.308×10-3
=9.156kg
磨擦系數(shù):f=0.07~0.12取f=0.1
F=f·N=0.1mg=0.1×9.156×10=9.156N
由于工作臺和夾具還未設(shè)計,初選滑臺時進(jìn)給力大于9.156N,由于工件長×寬為420×240mm,選擇液壓滑臺HY32IA型.
2、配套支承部件的選用
立柱1CL25型,立柱底座1CD25
3、確定裝料高度
裝料高度指工件安裝基面至機(jī)床底面的垂直距離,在現(xiàn)階段設(shè)計組合機(jī)床時,裝料高度可視具體情況在H=580~1060mm之間選取,本系統(tǒng)取裝料高度為976mm。
4、中間底座輪廓尺寸
中間底座的輪廓尺寸要滿足Y軸滑臺在其上面聯(lián)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(cè)底座1CC32。
5、確定多軸箱輪廓尺寸
本機(jī)床配置的多軸箱總厚度為301mm,寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取。計算時,多軸箱的寬度B和高度H可按下式確定:
B=b+2b1=190+2×100=390mm
H=h+h1+b1=100+100+100=300mm
式中:b——工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔的距離
b1——最邊緣主軸中心距箱外壁的距離,一般取b170~100mm
h——工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離
h1——最低主軸高度h1>85~140mm。取h1=100mm
根據(jù)上述計算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn),最后確定主軸箱輪廓尺寸B×H=400×320mm。
2.3.4 生產(chǎn)率計算卡
生產(chǎn)率計算卡是反映所設(shè)計機(jī)床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產(chǎn)率、負(fù)荷率等技術(shù)文件,通過生產(chǎn)率計算卡,可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產(chǎn)率及負(fù)荷率的要求。計算如下:
切削時間: T切= L/vf+t停
= 2×26/47.8+2×15/478
=1.151 min
式中:T切——機(jī)加工時間(min)
L——工進(jìn)行程長度(mm)
vf—— 刀具進(jìn)給量(mm/min)
t?!罁蹊F停留時間。一般為在動力部件進(jìn)給停止?fàn)顟B(tài)下,刀具旋轉(zhuǎn)5~15 r所需要時間。這里取15r
輔助時間 T輔 = +t移+t裝
= (150+176)×2/12000+0.1+1.5
= 1.654min
式中:L3、L4 ——分別為動力部件快進(jìn)、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0.1 min
t裝 ——裝卸工件時間(min)一般為0.5~1.5min,取1.5min
機(jī)床生產(chǎn)率 Q1 = 60/T單
= 60/(T切+T輔)
=60/(1.151+1.654)
=21.39 件/h
機(jī)床負(fù)荷率按下式計算 η= Q1/Q×100%
= Q1tk/A×100%
=21.39×1950/60000×100%
=70%
式中:Q——機(jī)床的理想生產(chǎn)率(件/h)
A——年生產(chǎn)綱領(lǐng)(件)
tk——年工作時間,單班制工作時間tk =1950h
表2-5 生產(chǎn)率計算卡
被加工
零件
圖號
毛坯種類
鑄件
名稱
減速器箱蓋
毛坯重量
材料
HT200
硬度
17~255HB
工序名稱
鉆箱蓋連接孔
工序號
工時/min
序號
工步
名稱
工作行程/mm
切速/(m·min-1)
進(jìn)給量/(mm·r-1)
進(jìn)給量/(mm·min-1)
工進(jìn)時間
輔助時間
1
按裝工件
0.5
2
工件定位夾緊
0.25
3
Z軸快下
150
12000
0.013
4
Z軸工進(jìn)
26
15
0.1
47.8
0.544
5
Z軸暫停
0.03
6
Z軸快上
176
12000
0.015
7
Y軸前進(jìn)
100
10000
0. 01
8
Y軸暫停
0.09
9
Z軸快下
150
12000
0.013
10
Z軸工進(jìn)
26
47.8
0.544
11
Z軸暫停
0.03
12
快退
176
12000
0.015
13
工件松開
0.25
14
卸下工件
0.5
備注
1、主軸轉(zhuǎn)速47.8r/min
2、一次安裝加工完一個工件
累計
1.088
1.716
單件總工時
2.804
機(jī)床生產(chǎn)率
21.39 件/h
理論生產(chǎn)率
30.77件/h
負(fù)荷率
70%
2.4 多軸箱的設(shè)計
2.4.1 繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖
多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的如圖2-7所示
圖中多軸箱的兩定位銷孔中心連線為橫坐標(biāo),工件加工孔對稱,選擇箱體中垂線為縱坐標(biāo),在建立的坐標(biāo)系中標(biāo)注輪廓尺寸及動力箱驅(qū)動軸的相對位置尺寸。主軸部為逆時針旋轉(zhuǎn)(面對主軸看)。
如圖2-9 四軸頭多工位同步鉆床多軸箱原始依據(jù)圖
主軸的工序內(nèi)容,切削用量及主軸尺寸及動力部件的型號和性能參數(shù)如表 2-6所示
表2-6 主軸外尺寸及切削用量
軸號
主軸外伸尺寸
工序
內(nèi)容
切削用量
D/d
L
N
(r/min)
V
(m/min)
f
(mm/r)
Vf
(mm/min)
1、2、3、4
32/20
115
鉆Φ10
478
15
0.1
47.8
注:1.被加工零件編號及名稱:箱蓋;材料:HT200;硬度:175~255HB
2.動力部件型號:1TD25IA動力箱,電動機(jī)型號Y100L-6;功率P=1.5kw;轉(zhuǎn)速n=940r/min;動力箱輸出軸轉(zhuǎn)速520r/min.
2.4.2 主軸、齒輪模數(shù)的選擇
本組合機(jī)床主要用于鉆孔,因此采用滾珠軸承主軸。
齒輪模數(shù)m可按下式估算:
m=(30~32)=32×=1.76
式中:m——估算齒輪模數(shù)
P——齒輪所傳遞率(kw)
Z——對嚙合齒中的小齒輪數(shù)
N——小齒輪的轉(zhuǎn)速(r/min)
多軸箱輸入齒輪模數(shù)取m1=3,其余齒輪模數(shù)取m2=2
2.4.3 多軸箱的傳動設(shè)計
圖2-10箱蓋上鉆孔多軸箱傳動系統(tǒng)的傳動樹形圖
(1)擬定傳動路線 將主軸1、4作為一組,看成直線分布,在兩主軸中心連線的垂直平分線上布置中心傳動軸5,同樣把主軸2、3作為一組,由轉(zhuǎn)動軸6帶動。油泵軸7用中心傳動軸5驅(qū)動。然后,將傳動軸6、7與驅(qū)動軸O連接起來,形成多軸箱的傳動系統(tǒng)如圖2-10所示。
(2)根據(jù)原始依據(jù)圖(圖2-9),畫出驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)位置。如下表:
表2—7 驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)值
坐標(biāo)
銷O1
驅(qū)動軸O
主軸1
主軸2
主軸3
主軸4
X
-175
0
-95
95
95
-95
Y
0
94.5
180
180
80
80
(3)確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)
1)最小齒數(shù)的確定
為保證齒輪齒根強(qiáng)度,應(yīng)使齒根到孔壁或鍵槽的厚度a2m,驅(qū)動軸的直徑為d=30mm,有《機(jī)械零件設(shè)計手冊》知,如圖2-11所示齒輪t=33.3mm,當(dāng)m1=3時。驅(qū)動軸上最小齒輪齒數(shù)為:
圖2-11 齒輪的最小壁厚
2(t/m1+2+1.25)-d0/m1
=2×(33.3/3+2+1.25)-30/3
=18.9
所以驅(qū)動軸齒數(shù)要大于等于19。
為減小傳動軸的種類,所有傳動軸的直徑取30mm.
當(dāng)m2=2,d=20時,齒輪t=23.3mm。主軸上最小齒輪齒數(shù)為:
2(t/m2+2+1.25)-d0/m2
=2×(23.3/2+2+1.25)-20/2
=19.8
所以主軸齒數(shù)要大于等于20。
2)確定傳動軸5、6與主軸1、4;2、3間的齒輪副齒數(shù)
在設(shè)計齒輪傳動裝置時,常采用的傳動比分配原則有:等效傳動慣量最小原則、質(zhì)量最小原則和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則三種。對于鉆床要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、啟動頻繁和動態(tài)性能好的降速傳動鏈,可按等效傳動慣量最小原則設(shè)計。
由于主軸1、4;2、3關(guān)于Y軸對稱,傳動軸在主軸1、4的連線的中垂線上,取傳動軸5的坐標(biāo)為(-65,130),則驅(qū)動軸與傳動軸5的軸心距為A0-5=A0-6==74.062mm,傳動軸5與主軸1、2的軸心距為A5-1=A5-2==58.31mm,A6-2=A6-3=A5-1。
總傳動比:i總=520/478=1.088
根據(jù)等效傳動慣量最小原則
則:
A0-5=m1/2×(Z0+Z5)
Z5/Z0=1.19
解得:
Z0=23
Z5=27
又因為Z從=2A/m2-Z主,m2=2,所以傳動軸5與主軸1或4間傳動軸副的齒數(shù)和為58,i5-1=i總/i0-5=1.088/1.19=0.914
Z5+Z1=58
Z1/Z5=0.914
解得:
Z1=28
Z5=30
3) 確定油泵軸7的確定
油泵軸7直接由傳動軸5上的30齒的齒輪驅(qū)動。R12-1A液壓泵推薦轉(zhuǎn)速為n=550~800r/min,中心傳動軸轉(zhuǎn)速n5=i5-1·n1=0.914×478=436.892r/min.因此傳動軸比i5-7=436.892/(550~800)=0.546~0.794.
則:油泵軸齒輪齒數(shù)為
Z7=Z5·i5-7=30×(0.546~0.794)=17~23 取Z7=20
油泵的理論轉(zhuǎn)速為
n7=n5·Z5/Z7=436.892×30/20=655.338r/min
油泵軸7與傳動軸5的軸距為
A5-7=m(Z5+Z7)/2=2×(30+20)/2=50mm
液壓泵軸也安排在中心軸1、4的連線的中垂線上,與傳動軸5、6在同一截面,則液壓泵軸7的坐標(biāo)軸為(-15,130)。
各傳動軸的坐標(biāo)見表2-8所示
表2-8 傳動軸的坐標(biāo)值
傳動軸編號
軸5
軸6
軸7
(Xi,Yi)
(-65,130)
(65,130)
(-15,130)
各傳動副的中心距及其齒輪齒數(shù)見表2-9
表2-9 傳動副的中心距(mm)及其齒輪齒數(shù)
軸距代號
A0-5、A0-6
A5-1、A5-4、A6-2、A6-3
A5-7
中心距值
74.06
58.31
50
主動輪
Z
23
30
30
ξ
0
0.155
0.155
從動輪
Z
27
28
20
ξ
-0.313
0
0
各傳動齒輪的尺寸如表2-10所示
表2-10 各齒輪的尺寸(單位mm)
齒數(shù)Z
齒底圓直徑df
分度圓直徑d
齒頂圓直徑da
第Ⅰ排
Z5、6
30
55.62
60
64.62
Z1、2、3、4
28
51
56
60
Z7
20
35
40
44
第Ⅱ排
ZO
23
61.5
69
75
Z5、6
27
71.622
81
85.124
注:所有傳動齒輪寬度為37mm
4)驗算主軸的轉(zhuǎn)速 使各主軸轉(zhuǎn)速的相對轉(zhuǎn)速損失在5%以內(nèi)。
n1、2、3、4=520××=474.6r/min
2.4.4 繪制傳動系統(tǒng)圖
傳動系統(tǒng)圖是表示傳動關(guān)系是示意圖,即用以確定的傳動軸將驅(qū)動軸和各主軸連接起來,繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動示意圖,如圖2-12所示
圖2-12 箱蓋鉆孔多軸箱傳動系統(tǒng)圖
圖中多軸箱箱體內(nèi)只排放一排37mm寬的齒輪,離箱體前壁4.5mm,離箱體后壁9.5mm,傳動軸齒輪和驅(qū)動軸齒輪為第Ⅱ排。在圖中標(biāo)出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、變位系數(shù),以校核驅(qū)動軸是否正確。另外,應(yīng)檢查同排的非嚙合齒輪是否齒頂干涉;還畫出主軸直徑和軸套直徑,以避免齒輪和相鄰的主軸軸套相碰。
2.4.5 傳動零件的校核
(1)驗算傳動軸的直徑
校核傳動軸以承受的總扭矩最大傳動軸5,由它驅(qū)動的有主軸1、4和液壓泵軸7。
主軸扭矩:T1=T4=3274.45N·mm
液壓泵軸的扭矩:查得R12-1A液壓泵的最高壓力為0.3MPa、排量為5.88ml/r。假設(shè)在理想無泄漏狀態(tài),
即:P·q=T·ω
式中:P——液壓泵的壓力N/㎡
q——液壓泵的排量m3/s
T——輸入扭矩N·m
ω——輸入角速度rad/s
單位換算:P=0.3MPa=0.3×106Pa
n =655.338r/min=10.9223r/s
q=5.88×10.9223=64.22ml/r=64.22×10-6m3/s
ω=2πn/60=2×3.14×655.338/60
=68.56rad/s
代入公式:P·q=T·ω
64.22×10-6×0.3×106=68.56T7
解得:T7=280N·mm
T5=T1/i5-1+T4/i5-4+T7/i5-7
=2×3274.4
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