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機械加工工藝過程卡片
產(chǎn)品型號
零件圖號
產(chǎn)品名稱
多軸箱箱體
零件名稱
多軸箱箱體
共
1
頁
第
1
頁
材 料 牌 號
HT200
毛 坯 種 類
鑄造
毛坯外形尺寸
每毛坯件數(shù)
1
每 臺 件 數(shù)
1
備 注
工
序
號
工序
名稱
工 序 內(nèi) 容
車間
工段
設 備
工 藝 裝 備
工時/min
準終
單件
10
鑄造
鑄造出毛坯
鑄造車間
20
時效
時效處理
鑄造車間
30
涂漆
涂底漆
鑄造車間
40
粗銑
粗銑結(jié)合面
機加工車間
二
銑床X52K
銑夾具，銑刀，游標卡尺
50
精銑
精銑結(jié)合面
機加工車間
二
銑床X52K
銑夾具，銑刀，游標卡尺
60
粗鏜
粗鏜支承3X?65孔
機加工車間
二
鏜床T68
鏜夾具，鏜刀，游標卡尺
70
精鏜
精鏜支承3X?65孔
機加工車間
二
鏜床T68
鏜夾具，鏜刀，游標卡尺
80
鉆孔
鉆8X?14孔、锪8X?20沉孔、鉸2 X?6個工藝孔
機加工車間
二
鉆床Z525
鉆夾具，麻花鉆，锪孔鉆，鉸刀，游標卡尺
90
磨
磨結(jié)合面
機加工車間
二
磨床M6132
砂輪，游標卡尺
100
去毛刺
鉗工去毛刺
110
檢驗
檢驗入庫
設 計（日 期）
校 對（日期）
審 核（日期）
標準化（日期）
會 簽（日期）
標記
處數(shù)
更改文件號
簽 字
日 期
標記
處數(shù)
更改文件號
簽 字
日 期
畢業(yè)設計（論文）
齒輪減速器箱體精鏜孔專用機床
多軸箱結(jié)構(gòu)與工藝設計
院 系
專 業(yè)
班 級
學 號
姓 名
指導老師
二Ο一
2015年 5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(chǎn)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(nèi)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(shù)要求、定位夾緊情況、生產(chǎn)效率及機床的結(jié)構(gòu)特點等，確定在組合機床上完成的工藝內(nèi)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(chǎn)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。
關鍵詞：組合機床；設計；過程；功能
37
Abstract
This paper mainly explains the basic process of combination machine design and requirements. Modular machine tool is based on the principle of the design of highly concentrated, which can be completed at the same time with a number of different processes or processing procedures on one machine. Combination of machine tool development in the late industrial production, compared with the traditional tools: combination of machine tool has many advantages: high efficiency, high precision, low cost. It consists of bed, column, table, and supply some basic components and some special parts, designed according to the needs of the workpiece processing.
The machine can do a lot of procedures, but the majority of combination machine tools currently in use, mainly for plane and hole machining the two types of processes. The main content of this thesis includes four parts:
(1), the development of technology programs through understanding the processing characteristics, precision machining parts and technical requirements, structure characteristics of clamping position, the production efficiency and machine tools, technology and the processing methods determine the combination of machine tool, and the processed parts working procedure drawing.
(2), to determine the overall design of combined machine tool between machine parts, select general parts and tool oriented diagram, calculate the amount of cutting and production efficiency of machine tools, rendering the size of machine tools and processing.
(3) design, combination of machine components design includes a special multi axle transmission, reasonable layout, no interference between the shaft and the gear, to ensure the smooth transmission and accuracy. Special design, spindle bearing selection and motor selection etc..
Keywords: combination machine; design; process; function
目 錄
摘 要 II
Abstract 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 1
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
1.5 本論文的主要內(nèi)容 4
2 工藝方案設計 6
2.1工藝分析 6
2.1.1箱體的技術(shù)要求 6
2.1.2 箱體零件的毛坯和材料 6
2.1.3工件生產(chǎn)方式 6
2.2 定位分析、基準選取 6
2.3 制定工藝路線 7
2.4 組合鏜床切削用量的選擇 8
2.5組合機床配置型式的選擇 8
3 組合機床總體設計 9
3.1 繪制被加工零件工序圖 9
3.1.1 被加工零件工序圖的作用與內(nèi)容 9
3.1.2 繪制被加工零件圖的規(guī)定及注意事項 9
3.2 加工示意圖 10
3.2.1 加工示意圖的作用和內(nèi)容 10
3.2.2選擇刀具、導向及有關計算 10
3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 12
3.3.1 機床聯(lián)系尺寸圖作用和內(nèi)容 12
3.3.2 繪制機床尺寸聯(lián)系總圖之前應確定的內(nèi)容 12
3.4 組合機床生產(chǎn)率計算卡 14
4 組合機床多軸箱設計 18
4.1 繪制多軸箱的設計原始依據(jù)圖 18
4.2主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇和動力計算 20
4.4 齒輪的校核及參數(shù)的確定 23
4.5 軸承的選擇 26
4.6 主軸箱附件的說明 29
4.6.1 潤滑及潤滑元件 29
4.6.2 其他附件 29
4.7 箱體或前蓋補充加工圖 29
4.8 繪制多軸箱總圖 30
5 多軸箱箱體結(jié)構(gòu)及其機械加工工藝設計 32
5.1 多軸箱箱體結(jié)構(gòu) 32
5.2 多軸箱箱體結(jié)構(gòu)加工工藝設計 32
5.2.1定位基準的選擇 33
5.2.2 加工方法的選擇 33
結(jié)論和展望 36
參考文獻 37
致 謝 38
1 緒論
1.1 課題研究意義
市場的開放性和全球化使產(chǎn)品的競爭日趨激烈。而決定產(chǎn)品競爭力的指標是產(chǎn)品的開發(fā)時間(Time ),產(chǎn)品(Quality)，成本(Cost)，創(chuàng)新能力(Creation)和服務(Service)。用戶在追求高質(zhì)量產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)成本，80年代為提高產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)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(shù)的基本單元載體，機械產(chǎn)品的質(zhì)量、更新速度、對市場的應變能力、生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)市場也面臨著嚴峻的形勢:一方面國內(nèi)市場對各類產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)滯銷積壓，國外產(chǎn)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(diào)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(chǎn)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(chǎn)率的有效措施。雖然不可調(diào)式多軸頭在自動線中早有應用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào)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(jié)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(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結(jié)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(jié)構(gòu)簡單，后者易于調(diào)整軸距。從結(jié)構(gòu)來說有不可調(diào)式與可調(diào)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(chǎn)。為了擴大其贊許適應性，發(fā)展了可調(diào)式多軸頭，在一定范圍內(nèi)可調(diào)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(diào)支架中，而可調(diào)支架能在箱體的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(chǎn)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(chǎn)。美國Secto公司標準齒輪箱、多軸箱等設計的不可調(diào)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(chǎn)的可調(diào)多軸箱調(diào)整方便，只要先把齒輪調(diào)整到接近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調(diào)軸移動到正確的位置。因此，這種結(jié)構(gòu)只要改變模板，就能在一定范圍內(nèi)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(chǎn)。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(diào)整，從而縮短換刀停機時間。（4）使用優(yōu)質(zhì)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(zhuǎn)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(gòu)，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(chǎn)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(zhuǎn)式主軸箱庫，掛有多個不可調(diào)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(zhuǎn)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(diào)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(zhuǎn)塔機床
轉(zhuǎn)塔上裝置多個不可調(diào)或萬向聯(lián)軸節(jié)主軸箱，轉(zhuǎn)塔能自動轉(zhuǎn)位，并對夾緊在回轉(zhuǎn)工作臺的工件作進給運動。通過工作臺回轉(zhuǎn)，可以加工工件的多個面。因為轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(diào)多軸箱與動力箱按置在水平底座上，主軸箱庫轉(zhuǎn)動時整個裝置緊固在進給系統(tǒng)的溜板上。主軸箱庫轉(zhuǎn)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(zhuǎn)工作臺，以便加工工件的各個面。好果回轉(zhuǎn)工作臺配以卸料裝置，就能合流水生產(chǎn)自動化。在可變生產(chǎn)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(nèi)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(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準備周期短，產(chǎn)品改型時設備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術(shù)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。
1.5 本論文的主要內(nèi)容
本文是根據(jù)設計要求，結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以粗鏜箱體軸承孔的加工為例，闡述了工藝設計、組合機床的設計過程及其與生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量之間的關系。文章主要包括三大方面。
（1） 工藝方案設計 通過分析被加工零件的加工特點、精度和技術(shù)要求、定位夾緊情況、生產(chǎn)效率及機床的結(jié)構(gòu)特點等，確定在組合機床上完成的工藝內(nèi)容以及加工方法，并繪制被加工零件工序圖和夾具圖。
（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，計算切削用量及機床生產(chǎn)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 根據(jù)確定的工藝、結(jié)構(gòu)方案和“三圖”，多軸箱裝配圖設計。其中包括多軸箱的輪廓尺寸的確定以及傳動系統(tǒng)設計，最終完成多軸箱的繪制。
另外，本文還涉及到大量的設計和計算，包括：
（1）、主軸的選擇和傳動布置，以保證加工過程中被加工零件的精度；
（2）、主軸、傳動軸的設計和校核，保證軸的剛度滿足生產(chǎn)要求。
（3）、齒輪的設計、計算，對齒輪的強度和剛度進行校核；
2 工藝方案設計
2.1工藝分析
組合鏜床用于減速器箱體上的3個軸承孔，并且要達到其加工精度。為了滿足其加工精度的要求，我們首先要對加工的零件進行工藝方案的分析，制定組合機床工藝方案是設計組合機床最重要的步驟之一。工藝方案制定的正確與否，將決定機床能否達到“重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、效率高、質(zhì)量好”的要求。
2.1.1箱體的技術(shù)要求
1）箱體底面和對合面的任意100mmX100mm范圍內(nèi)平面度公差為0.04mm；
2）箱體對合面與底面的平行度公差為100：0.05；
3）軸承孔的尺寸精度為IT7，圓柱度公差為0.05，各孔軸線對其公共軸線的同軸度公差為0.04，各孔外側(cè)面對其公共軸線的垂直度為0.1mm；
4)軸承孔間中心距公差為0.1mm；
5）軸承孔和主要的表面粗糙度不大于1.6um。
2.1.2 箱體零件的毛坯和材料
箱體鑄件的毛坯材料為HT200；硬度為169～229HBS。
2.1.3工件生產(chǎn)方式
大批量生產(chǎn)，車間內(nèi)專用機床設備按零件加工工藝先后順序排列，采用流水線生產(chǎn)的組織形式。
2.2 定位分析、基準選取
根據(jù)生產(chǎn)綱領，該零件屬于大批大量生產(chǎn)，因此采用砂型鑄造的方法來進行毛坯生產(chǎn)。該零件的各個表面均為毛坯面，為加工需要，先加工一基準面為后備工序做準備。確定箱體底面作為多道工序加工的基準面。鏜軸承孔采用的是“一面兩銷”定位。定位平面的平面度允差一般為：0.05～0.08 mm，表面粗糙度一般為6～3.2um。箱體零件如圖2-1。
圖2-1 箱體零件圖
2.3 制定工藝路線
0# 鑄造
5# 人工時效處理
10# 非加工面涂漆處理
15# 粗銑箱體底面
20# 粗、精銑箱體結(jié)合面
25# 粗、精銑箱蓋結(jié)合面
30# 鉆箱體、箱蓋結(jié)合面螺紋孔
35# 合箱
40# 粗、半精、精鏜3個軸承孔
45# 粗銑兩側(cè)面凸臺和兩端面凸臺
50# 鉆其他面上的孔
55# 去毛刺
60# 檢驗
2.4 組合鏜床切削用量的選擇
組合機床的正常工作與合理地選用切削用量，即確定合理的切削速度、工作進給量和切削深度，有很大關系。切削用量選擇適當，能使組合機床以最少的停車損失，最高的生產(chǎn)效率，最長的刀具壽命和最好的加工質(zhì)量，也就是確保組合機床能夠更快更省時地進行生產(chǎn)。
鏜Φ150軸承孔
切削用量的選取可采用查表法，查《組合機床設計簡明手冊》表6-15 鏜孔切削用量可知：
工件材料為HT200，HBS為170~220，選擇硬質(zhì)合金鋼鏜刀，其粗鏜速度為35~50m/min，走刀量為0.4～1.5mm/r。于是選擇鏜削速度為46.8m/min，走刀量為0.6mm/r。
主軸轉(zhuǎn)速的選擇：根據(jù)確定切削用量，通過公式： 可得主軸的轉(zhuǎn)速為196r/min。
鏜Φ90軸承孔
選擇鏜銷速度為47.3m/min。走刀量為0.6mm/r。根據(jù)公式 可以算出Φ90主軸的轉(zhuǎn)速為235.2r/min。
2.5組合機床配置型式的選擇
我們在選擇機床配置方案時，反對貪大求全，應正確處理先進性和可靠性的關系，選擇符合最適宜對該工序進行生產(chǎn)加工的組合機床設計方案。
現(xiàn)有立式和臥式兩種方案可供選擇，其優(yōu)勢比較如下：
主要比較指標：
(1)加工精度：立式加工精度比臥式高；
(2)排除鐵屑的方便性：臥式較好；
(3)夾具形式的影響：考慮到加工工藝要求，應選用立式；
(4)占地面積：立式占地面積更??；
(5)立式剛性更好。
其余指標，如：機床生產(chǎn)率，機床使用方便性和自動化程度，機床結(jié)構(gòu)的復雜程度等，兩種方案之間相差不大。綜合考慮，應選用立式單工位組合機床。
3 組合機床總體設計
3.1 繪制被加工零件工序圖
3.1.1 被加工零件工序圖的作用與內(nèi)容
被加工零件工序圖是在被加工零件圖基礎上，突出本機床及其自動線的加工內(nèi)容，并作必要說明而繪制的。其主要內(nèi)容包括如下：
（1） 被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及本機床設計相關部位結(jié)構(gòu)形狀
和尺寸；
（2） 本工序選用的定位基準、夾緊部位及方向；
（3） 本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術(shù)要求以及上
道工序的技術(shù)要求；
（4） 注明加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量；
箱體軸承孔組合組合機床的被加工零件工序圖如圖3-1所示
圖3-1 被加工零件工序圖
3.1.2 繪制被加工零件圖的規(guī)定及注意事項
（1）繪制被加工零件工序圖的規(guī)定 為使被加工零件工序圖表達清晰明了，突出本工序內(nèi)容，繪制被加工零件工序圖時規(guī)定：按一定比例，繪制足夠的視圖以及剖面視圖；本工序加工部位用粗實線表示，其余部位用細實線表示；定位基準符號用，并標注消除自由度的數(shù)目。
（2）繪制被加工零件工序圖注意事項：
1）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；
2）對工件毛坯應有要求，對孔的加工余量應認真分析；
3）當本工序有特殊要求時必須注明。
3.2 加工示意圖
3.2.1 加工示意圖的作用和內(nèi)容
加工示意圖是在工藝方案和機床整體方案初步確定的基礎上繪制的。是表達工藝方案具體內(nèi)容的機床工藝方案圖。它是設計刀具、輔具、夾具、多軸箱和液壓、電氣系統(tǒng)以及選擇動力部件、繪制機床聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是對調(diào)整機床和刀具所必需的重要技術(shù)文件。
加工示意圖應表達和標注的內(nèi)容有：機床的加工方法、切削用量，工作循環(huán)和工作行程；工件、刀具及導向、托架及多軸箱之間的相對位置及其聯(lián)系尺寸； 主軸結(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、浮動卡頭、導向裝置；刀具、導向套間的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式及配合尺寸。
3.2.2選擇刀具、導向及有關計算
（1）刀具的選擇
工件材料為HT50，粗鏜軸承孔，選用硬質(zhì)合金鏜刀。
（2） 導向結(jié)構(gòu)的選擇
采用固定式導向，在每一個主軸上布置一個，位置應在靠近工件上端面。
（3） 確定主軸類型、尺寸、外伸長度以及接桿
由于加工切削轉(zhuǎn)矩較小，根據(jù)加工孔徑→鏜桿直徑→浮動卡頭規(guī)格→主軸直徑的順序，逐步選定主軸直徑，在這里只是初步選擇主軸直徑，最終確定詳見多軸箱設計部分。當鏜孔直徑為50～70時，鏜桿直徑為40～50；當鏜孔直徑為70～90時，鏜桿直徑為50～65。查《組合機床設計簡明手冊》表3-6得知鏜床選用的主軸類型為滾錐式短主軸，外伸長度為60mm。鏜Φ150孔徑時選擇鏜桿直徑為50mm，鏜Φ90孔徑選擇的鏜桿直徑為45mm。
查《組合機床設計簡明手冊》第八章表8-2選用36×3的浮動卡頭，根據(jù)選定的浮動卡頭確定主軸外伸尺寸為Φ50/Φ36。
（4） 標注各部位聯(lián)系尺寸
（5）標注每根主軸的切削用量
各主軸的切削用量應標注在相應主軸后端。其內(nèi)容包括：主軸轉(zhuǎn)速、相應刀具的切削速度、每轉(zhuǎn)進給量。
（6）動力部件工作循環(huán)及行程的確定
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運動到終了位置，又返回到原位的動作過程。包括快速進給、工作進給和快速退回等動作。
1）工作進給長度的確定
=35+16+9=60mm
：切入長度； ：加工長度； ：切出長度。
2）快速引進長度的確定：快速引進是指動力部件把刀具送到工作進給位置，其長度由具體情況確定。本工序選取快速引進長度為100mm。
3）快速退回長度的確定：快速退回長度是快速引進長度和工作進給長度之和。本工序為160mm。
4）動力部件總行程的確定：動力部件總行程為快退行程和前后備量之和?？傂谐虨?00mm，前備量為40mm，后備量為200mm。
圖4-2所示為箱體軸承孔的加工示意圖
圖3-2箱體軸承孔的加工示意圖
3.3 機床聯(lián)系尺寸圖
3.3.1 機床聯(lián)系尺寸圖作用和內(nèi)容
機床聯(lián)系尺寸圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并按初步選定的主要通用部件以及確定的專用部件總體結(jié)構(gòu)而繪制的。是用來表示機床的配置形式、主要構(gòu)成及各部件安裝位置、相互關系、運動關系和操作方位的總體布局圖。
機床聯(lián)系尺寸總圖表達的內(nèi)容：
1）表示機床的配置形式和總布局；
2）完整齊全的反映各部件之間的主要裝配關系和聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運動部件的運動極限位置及滑臺工作循環(huán)總的工作行程和前后備量尺寸。
3）標注主要通用部件的規(guī)格代號和電動機型號、功率及轉(zhuǎn)速，并標出機床分組編號及組件名稱，全部組件應包括機床全部通用及專用零部件。
3.3.2 繪制機床尺寸聯(lián)系總圖之前應確定的內(nèi)容
（1）選擇動力部件 動力部件的選擇主要是確定動力箱和動力滑臺。根據(jù)已定的工藝方案和機床配置形式并結(jié)合使用及修理因素，確定機床為立式單工位液壓傳動組合機床，選用配套的動力箱驅(qū)動多軸箱主軸進行鏜孔。
動力箱規(guī)格要與滑臺匹配，其驅(qū)動功率主要依據(jù)多軸箱所傳遞的切削功率來選用。
機床多軸箱電動機功率計算
零件材料：HT200，HBS163~229。
刀具：標準鏜頭Ф150mm（1個），Ф90mm（2個）
切削用量：n=196r/min（Ф150），f=0.6mm/r；n=235.2r/min（Ф90），
f=0.5mm/r
=74.8（KN·mm）
=55.1（KN·mm）
注：1.公式中表示圓周力,表示軸向力；
2.公式中-切削速度（m·）；f-進給量（mm·）；-切削深度（mm）；
D-加工直徑（mm）；Z-刀具齒數(shù)；；
根據(jù)計算所得，選用1TD40-V型動力箱（=480r/min，電動機選
Y132-6型，功率為5.5kW)。
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給力應大于＝1453N。
查《組合機床設計簡明手冊》表5-1 1HY液壓滑臺的主要技術(shù)參數(shù)，我們可以確定液壓動力滑臺選用1HY40IA，其主要技術(shù)參數(shù)：
臺面寬度：400mm
臺面長度：800mm
行程：400mm
最大進給力：20000N
工進速度：12.5~500mm/min
快速進給速度：8m/min
（2）確定機床裝料高度H 裝料高度是指工件安裝基面至地面的垂直距離?？紤]機床結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸的限制和剛度要求、功能和使用要求等因素選取計算：
根據(jù)總行程的前后備量、立柱和立柱底座的高度確定多軸箱離地面的高度為1339mm，參照加工示意圖可以知道加工的最低孔徑離多軸箱的高度為389mm，夾具體高度為350mm，從夾具圖可以知道加工孔徑和夾具的低端的距離為25。工件離夾具體低端的高度為55mm。鏜套高出夾具體15mm。
H=1339-389-275+55+15=745mm
(3)確定多軸箱輪廓尺寸
多軸箱最大輪廓尺寸，根據(jù)動力箱和工序圖，初選630Х500，
由主軸箱或其它油源輸出的壓力油，經(jīng)分油器分別輸送至導軌各個潤滑點進行潤滑。
3.3.3機床分組
為了便于設計和組織生產(chǎn)，組合機床各部件和裝置按不同功能劃分編組。本機床編組如下：
（1） 第10組 左側(cè)床身
（2） 第20組 夾具
（3） 第11組 右側(cè)床身
（4） 第12組 中間底座
（5） 第30組 電氣裝置
（6） 第40組 傳動裝置
（7） 第50組 潤滑裝置
（8） 第60組 刀具
（9） 第61組 工具
（10） 第71組 左多主軸箱
（11） 第72組 右多主軸箱
3.4 組合機床生產(chǎn)率計算卡
根據(jù)選定的機床工作循環(huán)所要求的工作行程長度、切削用量、動力部件的快進及工進速度等，就可以計算機床的生產(chǎn)率并編制生產(chǎn)率計算卡，生產(chǎn)率計算卡反映機床生產(chǎn)節(jié)拍或?qū)嶋H生產(chǎn)率和切削用量、動作時間、生產(chǎn)綱領及負荷等關系的技術(shù)文件。它是用戶驗收機床生產(chǎn)效率的重要依據(jù)。
(1)理想生產(chǎn)率Q
理想生產(chǎn)率Q（單位為件/h)是指完成年生產(chǎn)綱領A=60000件（包括備品及廢品率）所要求的機床生產(chǎn)率，它與全年工時總數(shù)有關，一般情況下，單班制取2350h，兩班制取4600h。則
(2)實際生產(chǎn)率
實際生產(chǎn)率（單位為件/h）是指所設計的機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。即
式中T-生產(chǎn)一個零件所需要的時間（min）可按下式計算：
式中、—分別為刀具的第I、第II工作進給長度，單位
為mm；=60mm，=0；
、—分別為刀具第I、第II工作進給量，單位為
mm/min；=117.6mm/min，=0；
—當加工沉孔、止孔、倒角、光整表面時，滑臺在死擋鐵上的
停留時間，通常指刀具在加工終了是無進給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)5～10轉(zhuǎn)
所需要的時間，單位為min；=0.05min；
—快進長度，=100mm；
—快退長度，=160mm；
—動力部件快速行程速度。用液壓動力部件取3～10m/min；
這里選擇=8m/min；
—直線移動或回轉(zhuǎn)工作臺進行一次工位轉(zhuǎn)換消耗的時間，
=0.1min；
—工件裝卸（包括定位或撤消定位、夾緊或松開、清理基面或
切屑及吊運工件等）時間。它取決于裝卸自動化程度、工件
重量大小、裝卸是否方便及工人的熟練程度。=1min。
綜上所述，零件的單件工時為：
=
(3)機床負荷率
當>Q時，機床負荷率為二者之比。即
組合機床的負荷率一般為0.75～0.90,自動線負荷率為0.6～0.7。典型的鉆、鏜、攻螺紋類組合機床，按其復雜程度參照3-8確定；對于精密度較高、自動化程度高或加工多品種組合機床，宜適當降低負荷率。
表3-8 組合機床允許最大負荷率
機床復雜度
單面或雙面加工
主軸數(shù)
15
16～40
41～80
負荷率
0.90
0.90～0.86
0.86～0.80
組合機床生產(chǎn)率計算卡如表3-9所示
被加工零件
圖號
毛坯種類
鑄件
名稱
箱體
毛坯重量
材料
HT200
硬度
169~229HRC
工序名稱
鏜三個軸承孔
工序號
序
號
工
步
名
稱
被
加
工
零
件
數(shù)
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(zhuǎn)
數(shù)
（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
1
1
1
多軸箱工進（鏜孔）
Ф150
16
60
47.8
196
0.6
117.6
0.51
（鏜孔）
Ф90
16
60
48.2
235.2
0.5
117.6
滑臺快進
100
0.125
0.125
快退
160
0.2
0.2
停留
0.05
0.05
移動
0.1
0.1
備注
裝卸工件時間取于操作者的熟練程度，本機床計算時取1min.
?總計
1.985min
單件工時
1.985min
機床生產(chǎn)率
30件/h
機床負荷率
85%
4 組合機床多軸箱設計
多軸箱是組合機床的重要部件之一，它關系到整個組合機床質(zhì)量的好壞。
具體設計時要熟悉多軸箱本身的一些設計規(guī)律和要求外，還需依據(jù)“三圖一卡”，仔細分析和研究零件的加工部位，工藝要求，確定多軸箱與被加工零件、機床其他部分的相互關系。下面按設計步驟來說明多軸箱設計的主要內(nèi)容。
4.1 繪制多軸箱的設計原始依據(jù)圖
多軸箱的設計原始依據(jù)圖是，是根據(jù)“三圖一卡”整理編繪出來的，其內(nèi)容包括多軸箱設計的原始要求和已知條件。
在編制此圖時從“三圖一卡”中已知：
（1）多軸箱的輪廓尺寸為630×500mm。
（2）工件輪廓尺寸的及各孔的位置尺寸。
（3）工件與多軸箱的相對位置。
根據(jù)這些數(shù)據(jù)可編制出多軸箱設計原始依據(jù)圖。見圖5-1和附表。
圖5-1 原始依據(jù)圖
附表：
（a） 被加工零件
名稱：箱體
材料：HT200
硬度：169～229HBS
（b） 主軸外伸尺寸及切削用量
（c） 動力部件
1TD40-IA型動力箱，電動機為Y132-6型，功率P=5.5kW,轉(zhuǎn)速為n=960r/min，輸出軸轉(zhuǎn)速為480r/min, 輸出軸距箱底面距離為159.5mm，其他尺寸可查動力箱聯(lián)系尺寸圖。
軸號
工序內(nèi)容
主軸直徑
主軸外伸直徑(mm）
V（m/min）
n
f
1、3
鏜Ф150孔
Ф30mm
Ф50/Ф36
46.8
196
0.6
117.6
2
鏜Ф90孔
Ф30mm
Ф50/Ф36
47.3
235.2
0.5
117.6
單位：n（r/min） f（mm/r） v（mm/min）
4.2主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇和動力計算
4.2.1 主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇
主軸結(jié)構(gòu)形式由零件加工工藝決定，并考慮主軸的工作條件和受力情況。軸承形式是主軸部件結(jié)構(gòu)的主要特征，該機床是進行鏜削加工的主軸，需要承受較大的徑向力和軸向力，因此選用圓錐滾子軸承前后支撐。這種支撐結(jié)構(gòu)簡單、裝配方便。
立式鏜床選擇短主軸，短主軸采用浮動卡頭與刀具連接，以固定導套導向。主軸軸頭用圓柱孔與刀具連接，用單鍵傳遞轉(zhuǎn)矩，如圖5-2滾錐主軸所示，固定螺釘作軸向定位。
圖5-2 滾錐主軸
4.2.2齒輪模數(shù)的初定
初定驅(qū)動軸直徑一般在編制“三圖一卡”時進行。初定模數(shù)一般可由下式進行估算，再通過類比確定：
式中：P—齒輪傳遞的功率（kW）；
z—一對齒輪中小齒輪的齒數(shù)；
n—小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)速（r/min );
目前大型組合機床的通用多軸箱中常見的齒輪模數(shù)為2、2.5、3、3.5、4等幾種，為了方便生產(chǎn)，在同一多軸箱中齒輪的模數(shù)最好不多于兩種。綜合考慮，我驅(qū)動軸的模數(shù)選用m=3，與之配合的齒輪模數(shù)相同，其他的都選用模數(shù)為2的齒輪。
4.2.3多軸箱的動力計算
多軸箱的動力計算，包括計算多軸箱的所需功率和進給力兩項。
多軸箱所需要的功率，應包括切削功率、空載消耗功率及與負載成正比的附加功率之和，即：
（5-1）
式中—多軸箱的功率；
—各主軸切削功率之和；
—各軸空載消耗功率之和；
—各軸附加功率的總和。
式(5-1）中的參照第三章計算所得=4.6kW。的確定，可查《組合機床設計簡明手冊》表4-4得知=0.042×3=0.128kW。與負載成正比的附加功率，一般為傳遞功率的1%。、的計算都是在傳動結(jié)構(gòu)確定以后進行的。
進給力由第三章算出。
4.3多軸箱傳動系統(tǒng)設計
4.3.1傳動比分配
主軸箱內(nèi)的傳動比最佳為1~1 .5,在主軸箱后蓋內(nèi)的齒輪傳動比，根據(jù)需要，其傳動比可以取大些，但一般不超過3~3.5；齒輪模數(shù)，一般取2，2.5,3或3.5，齒數(shù)一般在17~70，齒寬b取32mm或24mm；在傳動系統(tǒng)中，最后一級采用升速傳動，為了使主軸上的齒輪不過大。
4.3.2傳動系統(tǒng)設計
（1） 驅(qū)動軸——傳動軸6：m=3，A=69m，取21，=21/25；
取=40，=63mm，=75mm；
=480r/min,=403.2r/min。
（2）傳動軸6——主軸2：m=3，A=95mm，=35/60；
(手柄軸） 取=35，=60；
=403.2r/min,=235.2r/min。
（3)傳動軸6——傳動軸4：m=3，A=83mm，=35/48；
取=35,=48；
=403.2r/min,=294r/min。
傳動軸6和傳動軸5與其一樣。
（4）傳動軸4——主軸1： m=3，A=75mm，=30/45；
=30，=45；
=294r/min，=196r/min。
傳動軸4和主軸3與其一樣。
(5）驅(qū)動軸0——油泵軸：m=3，A=55.5mm，=21/16；
=21，=16；
=480r/min，=630r/min。
轉(zhuǎn)速相對損失在5%以內(nèi)，符合設計要求。
圖5-3所示為三主軸多軸箱傳動圖
圖5-3 三主軸多軸箱傳動圖
4.3.3軸的尺寸的確定
本套傳動系統(tǒng)中有三根主軸，一根驅(qū)動軸，三根傳動軸（其中一根既是傳動軸也是手柄軸，以及一根油泵軸）。
序號
軸徑（mm）
齒輪層數(shù)
轉(zhuǎn)速（r/min）
0
40
1
480
1
30
1
196
2
30
1
235.2
3
30
1
196
4
25
2
294
5
25
2
294
6
30
4
403.2
油泵軸
20
1
630
4.4 齒輪的校核及參數(shù)的確定
我們就以軸0和軸10嚙合的一對齒輪為例。
4.4.1齒輪的材料，精度和齒數(shù)的選擇
因傳遞功率不大，轉(zhuǎn)速不高，材料都采用45鋼，鍛造毛坯，大齒輪正火處理，小齒輪調(diào)質(zhì)，均用軟齒面。
齒輪精度用8級，輪齒表面粗糙度為Ra1.6。
軟齒面閉式傳動，失效形式為點蝕，考慮傳動平穩(wěn)性，齒數(shù)宜取多些，取z=29則與其嚙合的齒數(shù)=
4.4. 2 設計計算
1、設計準則
按齒面接觸疲勞強度設計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。
2、按齒面接觸疲勞強度設計
（4-12）
（4-13）
選取材料的接觸疲勞極限應力為：
選取材料的彎曲疲勞極限應力為：
應力循環(huán)次數(shù) N由下式計算：
N1=60n1at=60×960×1×(16×300×8)=2.23x109 （4-14）
則N2=N1/u=2.23x109/1.03=2.16x109
選取接觸疲勞壽命系數(shù)
選取彎曲疲勞壽命系數(shù)
選取接觸疲勞安全系數(shù)，彎曲疲勞安全系數(shù),又。
選取=1.3
按下式求許用接觸應力和許用彎曲應力：
（4-15）
（4-16）
（4-17）
（4-18）
將有關值代入下式得：
（4-19）
=
=58.97mm
則： （4-20）
（4-21）
選取=1.12；選取=1.25；選取=1.05；取=1，則：
==1.12×1.25×1.05×1=1.47 （4-22）
修正 （4-23）
(4-24）
選取標準模數(shù)m=3mm。
3) 計算幾何尺寸
（4-25）
（4-26）
取=90mm
4) 校核齒根彎曲疲勞強度
選取=4.35；=4.1；=0.7
由下式校核大小齒輪的彎曲疲勞強度
Mpa （4-27）
=30.13MPa
（4-28）
所以 合適。
4.5 軸承的選擇
目前在剛性主軸設計中對滑動軸承和滾動軸承都有采用，但多數(shù)情況下是采用滾動軸承，因為滾動軸承具有尺寸小，轉(zhuǎn)速高，壽命長，裝配簡單，密封和潤滑也較簡單，而且可以直接從樣本中選用等優(yōu)點。
A.類型的選擇
在剛性主軸設計中，采用滾動軸承的種類很多，根據(jù)主軸所受載荷的大小，方向和轉(zhuǎn)數(shù)的不同而不同，常用的滾動軸承有以下幾種：單列向心球軸承，單列向心推力球軸承，單列圓錐滾子軸承，雙列向心短圓柱滾子軸承（3182100型），單向推力球軸承，單列向心短圓柱滾子軸承等。
軸承的徑向剛性，以3182100系列軸承為最高，，這類軸承滾柱數(shù)量較多，所以剛性高，承載能力大。這類軸承的滾道制造精密，而且滾柱配合精密，徑向間隙又可以調(diào)整，所以精度較高。另外，這種軸承還具有磨損小，輪廓尺寸小的優(yōu)點。
由于這類軸承具有上述優(yōu)點，目前較多的用于剛性主軸的前支承，有時前后支承都采用它。特別是對一些要求精度較高的鏜削主軸，應用更為普遍。
由于主軸的轉(zhuǎn)速不十分高，而且軸向力較大，要求軸向剛性比較高，所以本設計采用了3182100系列雙列短圓柱滾子軸承和推力球軸承配合使用。
B．固定方式
用兩個螺母把推力球軸承的軸向間隙和3182100系列軸承的徑向間隙，分開來調(diào)整。前螺母用于調(diào)整推力球軸承的軸向間隙，后螺母用于調(diào)整3182100軸承的徑向間隙。這種結(jié)構(gòu)的特點是，當調(diào)整3182100軸承間隙時，不致于使推力軸承的滾道產(chǎn)生印痕現(xiàn)象。
C．軸承的調(diào)整
軸承的間隙是影響主軸剛度和旋轉(zhuǎn)精度的重要因素。減少軸承的間隙，可以提高主軸部件的精度。但是，軸承間隙過小又會引起軸承過熱。調(diào)整軸承時，就是要選擇一個適當?shù)拈g隙，使其在這間隙下，軸承工作時，既不發(fā)熱（指在允許的范圍內(nèi)），又能保證所要求的旋轉(zhuǎn)精度。向心推力球軸承和我們使用的圓錐滾子軸承的徑向間隙都是可調(diào)的。圓錐滾子軸承的間隙，通常是用隔套和螺母來進行調(diào)整的。
a.主軸支承軸承選用
主軸支承系統(tǒng)的剛度直接影響剛性主軸的工作。
主軸本身引起的變形占2/3以上，而支承部分引起的變形也占到了將近1/3，因此對支承系統(tǒng)的剛度應引起重視。主軸的支承通常采用：滑動軸承和滾動軸承兩種。
鑒于有以上兩種情況，我們對它們進行比較，選用有效、合理的支承方式。
滑動軸承特點：抗振性好、工作平穩(wěn)、徑向尺寸小，裝配、潤滑、密封等技術(shù)要求嚴格。
滾動軸承特點：軸承尺寸小、轉(zhuǎn)速高、壽命長，裝配密封和潤滑比較簡單，并可以直接選用。
鑒于組合機床的大負荷、高轉(zhuǎn)速和高精密的要求，普通的主軸雙聯(lián)軸承結(jié)構(gòu)已滿足不了要求，大多采用角接觸軸承組合設計。因為角接觸軸承可以同時承受徑向和一個方向的軸向載荷，允許的極限轉(zhuǎn)速較高。
軸承選用和配置形式對主軸剛度也有較大的影響。軸承本身的剛度除取決于軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)、滾動體的數(shù)量與尺寸外，還取決于軸承的安裝精度以及軸承的軸向間隙與徑向間隙的調(diào)整。
本主軸支承軸承選用角接觸軸承的成對使用。
成對軸承的配置安裝形式及代號：
角接觸軸承的裝置的方式不同，其支承剛性也不同。
(a) (b) ( c)
圖3-7成對軸承的配置安裝
軸承外圈窄邊相對，其接觸壓力線沿軸方向收斂，因而支承剛性減弱。如圖3-7a。
軸承外圈寬邊相對，其接觸壓力線沿軸方向擴散，因而支承剛性增強。如圖3-7b。
軸承的寬邊和軸承的窄邊靠著，即“平行”安裝，軸承接觸壓力線的方向一致，這種成對安裝結(jié)構(gòu)可承受單方向的軸向力。如圖3-7c所示。
700C系列角接觸球軸