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第一章 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?？梢赃@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(gè)國家要繁榮富強(qiáng)，必須實(shí)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(gè)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(gè)現(xiàn)代化的機(jī)械制造業(yè)必須要有一個(gè)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(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)上。
機(jī)床是人類在長期生產(chǎn)實(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)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(gè)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(shí)，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(jì)算技術(shù)、自動控制和機(jī)床設(shè)計(jì)等各個(gè)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(gè)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(gè)。
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(shí)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(gè)五年計(jì)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(shí)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(yàn)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(gè)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(shí)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(xiàng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量已達(dá)1000余臺，產(chǎn)值達(dá)3.9個(gè)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(bào)表》是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，僅從幾個(gè)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(shí)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(shí)間，就先后有十幾家企業(yè)實(shí)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(gè)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(shí)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(jì)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(jià)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(shí)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(shí)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(yàn)、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(shí)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(jì)的目的、內(nèi)容、要求
1.3.1設(shè)計(jì)的目的
機(jī)床設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)，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(jì)，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(jì)構(gòu)思、方案的分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計(jì)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(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)基本的設(shè)計(jì)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(jì)和計(jì)算能力。
1.3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容
(1)運(yùn)動設(shè)計(jì) 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(jì)算主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)的相對誤差。
(2)動力設(shè)計(jì) 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(jì)算多軸箱尺寸及設(shè)計(jì)傳動路線。完成裝配草圖后，要驗(yàn)算傳動軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi)。還要驗(yàn)算主軸主件的靜剛度。
(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(jì)。即繪制裝配圖和零件工作圖。
(4)編寫設(shè)計(jì)說明書
1.3.3 設(shè)計(jì)要求
評價(jià)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(jià)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(jì)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(jì)步驟
1.4.1調(diào)查研究
研究市場和用戶對設(shè)計(jì)機(jī)床的要求，然后檢索有關(guān)資料。其中包括情報(bào)、預(yù)測、實(shí)驗(yàn)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?，以保證機(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(gè)方案進(jìn)行分析比較。每個(gè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等。
在制定方案時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：
(1)當(dāng)使用和制造出現(xiàn)矛盾時(shí)，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(jì)必須以生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，凡是未經(jīng)實(shí)踐考驗(yàn)的方案，必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明可靠后才能用于設(shè)計(jì)；
(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(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化服務(wù)。注意吸取前人和國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，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(jì)
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(jì)。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(jì)算卡，統(tǒng)稱“三圖一卡”設(shè)計(jì)。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(jì)計(jì)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。
第二章 零件分析
2.1 零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其技術(shù)要求
2.1.1 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
氣缸體是發(fā)動機(jī)的主體，它將各個(gè)氣缸和曲軸箱連成一體，是安裝活塞，曲軸以及其他零件和附件的支承骨架?，F(xiàn)代汽車上基本都采用水冷多缸發(fā)動機(jī)，對于多缸發(fā)動機(jī)，氣缸的排列形式?jīng)Q定了發(fā)動機(jī)外型尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對發(fā)動機(jī)機(jī)體的剛度和強(qiáng)度也有影響，并關(guān)系到汽車的總體布置。
2.1.2 技術(shù)要求
本次加工的零件為氣缸體,根據(jù)其零件圖,技術(shù)要求有以下幾點(diǎn):
(1)：鑄件的型砂芯砂洗昌口多肉粘砂應(yīng)清除干凈；
(2)：鑄件不應(yīng)有裂紋，縮松，砂眼和鐵豆等缺陷，亦不允許修補(bǔ)；
(3)：未注鑄造圓角≤3mm，拔模斜度≤2°，錯鑄≤0.75；
(4)：時(shí)效處理，硬度HB190~247,硬度差<25；
(5)：氣缸孔作1.5倍工作壓力水壓試驗(yàn)，歷時(shí)5min不應(yīng)滲漏；
(6)：氣缸鏡面網(wǎng)紋夾角為30°~60°；
(7)：倒棱去毛刺，螺紋倒角120°至螺紋深度；
(8)：未注壁厚均為6mm；
(9)：材料：HT200
2.2. 零件的生產(chǎn)批量及其機(jī)床的使用
2.2.1 零件的生產(chǎn)批量
本次課題要求,零件的生產(chǎn)批量以年產(chǎn)4萬件而計(jì)
2.2.2 機(jī)床的使用條件
本次課題要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為年產(chǎn)4萬件，而機(jī)床的使用設(shè)備為:大部分工藝采用通用機(jī)床，部分采用專用機(jī)床,機(jī)床按流水線生產(chǎn)布置，也可以廣泛使用專用夾具，采用部分專用刀具，部分采用專用量具。
2.3 零件工藝方案
汽缸體加工工藝方案：
1：以頂面為粗基準(zhǔn),粗銑底面
2：以底面定位，粗銑頂面
3: 以頂面定位，半精銑底面
4: 鉆對角2-?11通孔
5: 鉸對角2-?11通孔
6: 粗銑左右面
7: 粗銑前后面
8: 粗鏜?76孔
9: 粗鏜2-?65孔
10: 粗鏜M37沉頭孔
11: 以底面定位，半精銑頂面
12：精銑左右面
13：精銑前后面
14：以頂面定位，精銑底面
15：鉆底面另外兩個(gè)?11通孔
16：鉸底面另外兩個(gè)?11通孔
17：鉆8-M8-7H螺紋底孔
18：鉆8-M6-7H螺紋底孔
19：鉆6-M8-7H深15螺紋底孔
20：攻8-M8-7H螺紋
21：攻8-M6-7H螺紋
22：攻6-M8-7H深15螺紋
23：攻M37螺紋
24：鉆Z3/8"錐孔
25：攻Z3/8"錐孔
26：精鏜?76H8孔
27：精鏜2-?65H7孔
28：去毛刺
29：零件終檢
第三章 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)
3.1 組合機(jī)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(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(shí)，必須計(jì)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（氣缸體）的零件圖，加工頂面6個(gè)M8的螺紋底孔的工藝過程。
(1) 加工孔的主要技術(shù)要求。
加工頂面6個(gè)M8孔。
工件材料為HT200，HB190～247。
要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量4萬件。
(2) 工藝分析
加工該孔時(shí)，孔的表面粗糙度為3.2
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。
一次性加工孔，孔徑為Φ7。
(3) 定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇
加工此氣缸體的孔，以底面的兩個(gè)定位孔（一面兩銷）限制六個(gè)自由度。
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(jì)中沒有考慮，因此在設(shè)計(jì)時(shí)就認(rèn)為人工夾緊。
3.1.2 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)。氣缸體的加工孔的精度要求不高，可采用鉆孔組合機(jī)床，工件各孔間的位置精度為0.1mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工時(shí)可以在下一個(gè)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3.2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。此氣缸體的材料是HT200、硬度HB190~247、孔在頂面呈不規(guī)則分布，孔的直徑為Φ7。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(jì)。
(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(jì)組合機(jī)床的重要因素。按設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為年生產(chǎn)量為4萬件，從工件外形及輪廓尺寸，為了減少加工時(shí)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(shí)際情況來選擇什么樣的組合機(jī)床。
綜合以上所述：通過對缸體零件的結(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(jì)六軸頭多工位同步組合機(jī)床。
3.2 確定切削用量及選擇刀具
3.2.1 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。直接加工Φ7的孔，直徑上工序間余量0.5～1mm。
3.2.2 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?yàn)樗O(shè)計(jì)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(yàn)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(gè)進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動力滑臺，工作時(shí)，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(jì)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）
由于氣缸體頂面孔的加工精度、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：M8螺紋底孔的鉆頭直徑D=7mm,鑄鐵HB190～247、進(jìn)給量f=0.1mm/r、切削速度v=11m/min。
3.2.3 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(jì)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(jì)算如下：
布氏硬度：HB =HBmax－(HBmax－HBmin)
=247－(247－190)
=228
切削力：=26
=26×7××
=749.6N
切削扭矩：=10
=10×××
=1675.7N·mm
切削功率：=
=1675.7×10/(9740×3.14×7)
=0.078kw
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)
3.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)
氣缸體的布氏硬度在HB190~247，孔徑D為7mm，刀具的材料選擇高速鋼鉆頭，為了使工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、刃磨簡單，選擇標(biāo)準(zhǔn)Φ7的麻花鉆。孔加工刀具的長度應(yīng)保證加工終了時(shí)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。
3.3鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制
前面對六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(jì)的重要內(nèi)容。下面就以鉆床加工缸體總體設(shè)計(jì)的另一個(gè)問題，既總體設(shè)計(jì)方案的圖紙表達(dá)形式——“三圖一卡”設(shè)計(jì)，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。
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(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(jì)的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗(yàn)和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)文件。離合器壓盤用鉆孔組合機(jī)床的被加工零件工序圖如圖1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(shí)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(xiàng)
(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(shí)，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(shí)線），并把零件輪廓及與機(jī)床、夾具設(shè)計(jì)有關(guān)部位（用細(xì)實(shí)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(shí)線標(biāo)記。如圖B1中4－Φ11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。
圖B1 被加工零件工序圖
附注：1.被加工零件：氣缸體；
2.材料及硬度：灰鑄鐵HT200 HB190~247；
(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(shí)因所選定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)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。
3.3.2 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(jì)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B2為缸體上頂面鉆孔組合機(jī)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。
圖B2 加工示意圖
2、繪制加工示意圖之前的有關(guān)計(jì)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(jì)組合機(jī)床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時(shí)必須解決的內(nèi)容。
選擇導(dǎo)向類型 根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑和刀具導(dǎo)向的線速度，選擇固定式導(dǎo)向。
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B3所示：
圖B3 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B1 固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺
d
D
D1
D2
L
l1
m
R
d1
d2
l0
7
12
18
22
25
28
8
10
M6
16
10
固定裝置的配合如下表：
表B2 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B4所示
導(dǎo)向裝置的布置如表2－3所示：
表B3 導(dǎo)向裝置的參數(shù)(mm)
尺寸
項(xiàng)目
l1
l2
l3
與直徑d的關(guān)系
(1～2.5)d
加工鑄鐵
d
d/3+(3～8)
計(jì)算值
20
7
5
圖4. 固定導(dǎo)向裝置的布置
(3)初定主軸類型、尺寸、外伸長度
因?yàn)檩S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(jì)算主軸的直徑為：
dB=2.316×=14.81mm
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(jì)中Φ7主軸直徑取d=20mm,主軸外伸長度為：L=115mm，D/為32/20；
(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(shí)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(gè)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B5所示。
圖B5 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B4所示：
表B4 可調(diào)接桿的尺寸
d(h6)
D1(h6)
d2
d3
L
l1
l2
l3
螺母
厚度
20
Tr20×2
莫氏1號
12.065
20
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(shí)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5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,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B6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(shí)取大值，因此取=7mm，切出長度=1/3d+(3～8)5mm，=7+15+5=27mm。
圖B6 工作進(jìn)給長度
3.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
圖B7 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)
系，以檢驗(yàn)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(jì)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B7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
=∑=6×749.6=4497.6N
式中：——各主軸加工時(shí)所產(chǎn)生的軸向力
由于滑臺工作時(shí)，除了克服各主軸的軸的向力外，還要克服滑臺移動時(shí)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＝4.5KN。
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(shí)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(shí)，實(shí)際進(jìn)給速度應(yīng)更大一些。本系統(tǒng)中進(jìn)給速度=n·f=50mm/min。所以選擇HY25IA液壓滑臺，工作進(jìn)給速度范圍32～800mm/min，快進(jìn)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)左右前備量均為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，這是左面取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：左右行程L＝250mm。綜合上述條件，確定左右液壓動力滑臺型號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(jì)之前，可算
＝／η=0.10kw
式中：η——多軸箱傳動效率，加工黑色金屬時(shí)η＝0.8～0.9；有色金屬時(shí)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(jì)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，動力箱輸出軸至箱底面高度為125mm。主要技術(shù)參數(shù)如下表：
主電機(jī)傳動型號
轉(zhuǎn)速范圍（r/min）
主電機(jī)功率 （）
配套主軸部件型號
電機(jī)轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)速
Y100L-6
940
520
1.5
1TA32、1TA32M、1TZ32~1TG32
2、配套支承部件的選用
底座1CC251
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(jì)組合機(jī)床時(shí)，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810mm。
4、確定多軸箱輪廓尺寸
本機(jī)床配置的多軸箱總厚度為341mm，寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取。計(jì)算時(shí)，多軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=400 H=400
根據(jù)上述計(jì)算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定左右主軸箱輪廓尺寸B×H=400X400mm。
3.3.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡
生產(chǎn)率計(jì)算卡是反映所設(shè)計(jì)機(jī)床的工作循環(huán)過程、動作時(shí)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(jì)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(jì)算如下：
切削時(shí)間： = L/+= 27/50＋0.01=0.55 min
式中：T——機(jī)加工時(shí)間（min）
L——工進(jìn)行程長度（mm）
—— 刀具進(jìn)給量（mm/min）
——死擋鐵停留時(shí)間。一般為在動力部件進(jìn)給停止?fàn)顟B(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)5～10 r所需要時(shí)間。這里取5r
輔助時(shí)間：T = +t+t
= （42＋69）/5+0.1+1.5
= 1.62min
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 ——工作臺移動時(shí)間（min）,一般為0.05～0.13min,取0.1 min
t ——裝卸工件時(shí)間（min）一般為0.5～1.5min,取1.5min
機(jī)床生產(chǎn)率：Q1 = 60/T
= 60/（T+T）
=60/（0.55+1.62）
=27.6 件/h
機(jī)床負(fù)荷率按下式計(jì)算 η= Q1/Q×100%
= Q1tk/A×100%
=27.6×2350/40000×100%
=62%
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(shí)間，單班制工作時(shí)間tk =2350h
機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡
被 加 工 零 件
圖 號
毛坯種類
鑄件
名 稱
氣缸體
毛坯重量
材 料
HT200
硬度
190-247HBS
工 序 名 稱
鉆上頂面6孔
工序號
序 號
工步名稱
被加工零件 數(shù)（個(gè)）
加工直徑（mm）
加工長度（mm）
工作行程（mm）
切削速度（m/min）
轉(zhuǎn)速（r/min）
每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r)
每分鐘進(jìn)給量（mm/min）
工時(shí)（分）
機(jī)動時(shí)間
輔助時(shí)間
共計(jì)
1
裝卸工件
1
1.5
1.5
2
動力部件快進(jìn)
42
50
0.008
0.008
3
動力部件工進(jìn)
φ7
20（盲孔）
27
11
500
0.1
50
0.54
0.54
4
死擋鐵停留
0.01
0.01
5
動力部件快退
69
50
0.014
0.014
備 注
本機(jī)床裝卸工件時(shí)間取為1.5min
單件總工時(shí)
0.54
1.532
2.17
機(jī)床實(shí)際生產(chǎn)率Q1
27.6（件/小時(shí)）
機(jī)床理想生產(chǎn)率Q
17（件/小時(shí)）
負(fù)荷率η負(fù)
0.62
3.4 多軸箱的設(shè)計(jì)
3.4.1 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖
多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的如圖B8所示:
圖B8 鉆孔組合機(jī)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B5所示：
表B5 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、5、6
30/20
115
鉆Φ7
500
11
0.1
50
注：1．被加工零件：氣缸體；材料：HT200；硬度: HB190-247
2．加工動力部件型號：1TD25IA動力箱，電動機(jī)型號Y100L-6；功率P＝1.5kw。
3.4.2 齒輪模數(shù)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）
多軸箱齒輪模數(shù)取m=2。
3.4.3 多軸箱的傳動設(shè)計(jì)
確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)
圖B9 齒輪的最小壁厚
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,多軸箱驅(qū)動軸的直徑為d=20mm,有《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》知，如圖B9所示齒輪t=22.8mm,當(dāng)m1=2時(shí)。驅(qū)動軸上最小齒輪齒數(shù)為：
2（t/m1+2+1.25）－d0/m1
=2×(22.8/2+2+1.25)－20/2
=19.3
所以多軸箱驅(qū)動軸齒數(shù)要大于等于20。
傳動軸的直徑取20mm
當(dāng)m=2，d=20時(shí)，齒輪t=22.8mm。主軸上最小齒輪齒數(shù)為：
2（t/m+2+1.25）－d0/m
=2×（22.8/2+2+1.25）－20/2
=19.3
所以多軸箱主軸齒數(shù)要大于等于20。
2）多軸箱的齒輪模數(shù)按驅(qū)動軸出輪估算
=32x=1.71
多軸箱多軸箱輸入出輪模數(shù)取m=2，其余齒輪模數(shù)取m=2。多軸箱主軸均采用減速傳遞。主軸齒數(shù)選取Z=26，傳動齒輪采用z=22齒的齒輪，變位系數(shù)。傳動軸的轉(zhuǎn)速為:
n=590r/min
由于前面選取了主軸直徑為20，顯然傳動軸直徑都選取20，這樣為了減少傳動軸種類和設(shè)計(jì)題目需要由于傳動軸轉(zhuǎn)速是590r/min，則驅(qū)動軸至傳動軸的傳動比為:
i==
所以選擇兩級傳動，且傳動比分配為：一級為1/0.88;二級為1/1.5。
通用的齒輪有三種，即傳動齒輪、動力箱齒輪和電機(jī)齒輪。材料均為45鋼，熱處理為齒部高頻淬火G54。本機(jī)床齒輪的選用按照下表選用
齒輪種類
寬度（mm）
齒 數(shù)
模數(shù)（mm）
孔徑（mm）
驅(qū)動軸齒輪
24
19～36連續(xù)
2
15、20、30、35、40
25、30、35、40、50
傳動軸齒輪
24
19～36連續(xù)
2
25、30、40、50
輸出軸齒輪
24
19～36連續(xù)
2
18、22、28、32、36
計(jì)算各主軸轉(zhuǎn)速
使各主軸轉(zhuǎn)速的相對轉(zhuǎn)速損失在5%以內(nèi)。由公式：V= 知：
3.4.4 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B10所示。
圖B10 多軸箱裝配總圖
夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強(qiáng)度。在加工拖拉機(jī)變速箱箱體零件時(shí)，需要設(shè)計(jì)專用夾具。
根據(jù)任務(wù)要求中的設(shè)計(jì)內(nèi)容，需要設(shè)計(jì)加工螺紋孔夾具。其中加工孔的夾具將用于組合鉆床，刀具分別為兩把麻花鉆、絲錐，對工件上的4個(gè)螺紋孔同時(shí)進(jìn)行加工。
4.1 組合機(jī)床夾具概述
機(jī)床夾具是在機(jī)床上用以裝夾工件的一種裝置，它是組合機(jī)床的重要組成部件，夾具是根據(jù)機(jī)床的工藝和結(jié)構(gòu)方案的具體要求而專門設(shè)計(jì)的。其作用是它是用于實(shí)現(xiàn)被加工零件的準(zhǔn)確定位，夾壓，刀具的導(dǎo)向，以及裝卸工件時(shí)的限位等。
機(jī)床夾具的基本組成部分，根據(jù)其功用一般可分為以下幾種：
（1） 定位元件或裝置 用以確定工件在夾具中的位置。
（2） 刀具導(dǎo)向無件或裝置 用以引導(dǎo)刀具或用以調(diào)整刀具相對于夾具的位置。
（3） 夾緊元件或裝置 用以夾緊工件。
（4） 連接元件 用以確定夾具在機(jī)床上的位置并與機(jī)床相連接。
（5） 夾具體 用以連接夾具各元件及裝置，使之成為一個(gè)整體，并通過它將夾具安裝在機(jī)床上。
（6） 其它元件或裝置 除上述各部分以外的元件或裝置，如某些夾具上的分度裝置，防錯裝置，安全保護(hù)裝置等。
組合機(jī)床夾具主要的特點(diǎn)如下：第一、 一般的機(jī)床夾具是作為機(jī)床的輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的，而組合機(jī)床夾具是機(jī)床的主要組成部分，其設(shè)計(jì)工作是整個(gè)組合機(jī)床設(shè)計(jì)的重要部分之一。第二、 組合機(jī)床夾具和機(jī)床其他部件有極其密切的聯(lián)系。第三、 組合機(jī)床夾具必須必須具有很好的剛性和足夠的夾壓力，以保證在整個(gè)加工過程中工件不產(chǎn)生任何位移。第四、 組合機(jī)床夾具是保證加工精度的重要部位，其設(shè)計(jì)、制造和調(diào)整都必須有嚴(yán)格的要求，使其能持久地保持精度。第五、組合機(jī)床夾具應(yīng)便于實(shí)現(xiàn)定位和夾壓的自動化，并有動作完成的檢查信號；保證切屑從加工空間自動排除；便于觀察和檢查，以及在不從機(jī)床上拆下夾