減速箱體側面鉆孔組合機床設計-加工8XM8孔的臥式雙面鉆床含7張CAD圖
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減速箱體側面鉆孔組合機床設計加工8 X M8孔的臥式雙面鉆床設計
目 錄
1 引言 4
1.1 組合機床的特點和分類 2
1.1.1 組合機床的特點 2
1.1.2 組合機床的分類 3
1.2 設計任務 3
2 組合機床的總體設計 4
2.1 組合機床方案的分析 4
2.1.1 影響組合機床方案制定的主要因素 4
2.1.2 制定工藝方案應考慮的問題 5
2.1.3 確定機床配置形式及結構方案應考慮的問題 5
2.1.4 分析本次設計的要求和零件的特點 5
2.2 選擇切削用量 6
2.2.1 組合機床切削用量選擇的特點 6
2.2.2 確定切削用量應注意的問題 6
2.2.3 組合機床切削用量選擇方法 7
2.3 確定切削力、切削扭矩、切削工具及刀具耐用度 8
2.4 確定刀具 9
3 組合機床總體結構設計—三圖一卡 10
3.1 被加工零件工序圖 10
3.1.1 被加工零件工序圖的作用及內容 10
3.1.2 繪制被加工零件工序圖的注意事項 11
3.2 加工示意圖 12
3.2.1 加工示意圖的作用及內容 12
3.2.2 初定主軸的類型、尺寸、外伸長度和選擇接桿、浮動卡頭 13
3.2.3 由多軸箱的所有刀具主軸中找出影響聯(lián)系尺寸的關鍵刀具 13
3.2.4 確定動力部件的工作循環(huán)及工作行程 14
4 夾具設計 21
4.1 機床夾具的基本組成 21
4.2 機床夾具的類型 21
4.4 專用夾具設計步驟 22
4.5 夾具的具體設計 23
5 組合機床多軸箱設計 24
5.1 多軸箱的用途、分類及組成 24
5.2 主軸結構形式的選擇 24
5.3 主軸直徑和齒輪模數(shù)的選擇 24
5.4 多軸箱的動力計算及動力箱的選擇 25
5.5 主軸分布類型 26
5.6 傳動系統(tǒng)的設計與計算 26
5.7 多軸箱輪廓尺寸及相關系數(shù) 28
5.8 強度校核 28
6 組合機床自動線簡介 29
6.2 組合機床及其自動線調整與維護的重要意義 29
結束語 31
致 謝 32
參 考 文 獻 33
1 引言
組合機床是以通用部件為基礎，配以少量專用部件，對一種或若干種工件按預先確定的工序進行加工的機床。它能夠對工件進行多刀、多軸、多面、多工位同時加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削以及滾壓等工序，隨著組合機床技術的發(fā)展，它能完成的范圍日益擴大。在組合機床自動線上可以完成一些非切削工序，例如打印、清洗、熱處理、簡單的裝配、試驗和再現(xiàn)自動檢查等工序。
組合機床及其自動線所使用的通用
部件是具有特定功能，按標準化、系列化、通用化原則設計、制造的組合機床基礎部件。每種通用部件有合理的規(guī)格尺寸系列，由適用的技術參數(shù)和完善的配套關系。組合機床設計應根據(jù)機床性能要求配套液壓、氣壓和電控等系統(tǒng)。
許多大型、形狀復雜的工件，需要的加工工序很多，不可能在一臺機床上全部加工完成，這就需要用多臺組合機床加工，按工序加工順序依次排列，組成組合機床流水線，在組合機床流水線的基礎上，發(fā)展成組合機床自動線。
1.1 組合機床的特點和分類
1.1.1 組合機床的特點
(1) 組合機床上的通用部件和標準零件約占全部機床部件的70%～80%，因此設計和制造周期短，經(jīng)濟效益好。
(2) 由于組合機床多采用多刀加工，機床自動化程度高，因此比通用機床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，勞動強度低。
(3) 組合機床的通用部件是經(jīng)過周密設計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又有專門廠家長期生產(chǎn)，它與一般專用機床相比，其結構穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修方便。
(4) 組合機床加工工件，由于采用專用夾具、組合刀具和導向裝置等，產(chǎn)品加工質量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術水平要求不高。
(5) 當機床被加工的產(chǎn)品更新時，專用機床的大部分部件要報廢。組合機床的通用部件是根據(jù)國家標準設計的，并等效于國家標準，因此其通用部件可以重復使用，不必另行設計和制造。
(6) 組合機床易于聯(lián)成組合機床自動線，以適應大規(guī)模和自動化生產(chǎn)需要。
1.1.2 組合機床的分類
(1) 固定式夾具的單工位組合機床
(2) 移動式夾具（多工位）組合機床
(3) 轉塔多軸箱式組合機床
1.2 設計任務
本畢業(yè)設計課題主要培養(yǎng)學生綜合運用所學的機械制造的基礎理論、專業(yè)知識和基本技能，設計專用組合機床，用于減速箱體側面鉆孔的加工，提高學生分析與解決工程實際問題的能力和初步科學研究的能力。主要設計要求有：
(1) 生產(chǎn)綱領：單班制年產(chǎn)10萬臺
(2) 協(xié)助完成機床總體設計
(3) 完成機床典型零件結構設計
2 組合機床的總體設計
2.1 組合機床方案的分析
組合機床是針對被加工零件的特點和工藝要求，按高度集中工序原則設計的一種高效率專用機床。設計組合機床前，首先應根據(jù)組合機床完成工藝的一些限制及組合機床各種工藝方法能達到的加工精度、表面粗糙度及技術要求，解決零件是否可以利用組合機床加工以及采用組合機床加工是否合理的問題。如果確定零件可以利用感組合機床加工，那么，為使加工過程順利進行，并達到要求的生產(chǎn)率，必須在掌握大量的零件加工加工工藝資料基礎上，通盤考慮影響制定零件工藝方案、機床配置類型、結構方案的各種因素以及應注意的問題。經(jīng)過分析比較，以確定零件在組合機床上合理可行的加工方案（包括安排工序及工藝流程，確定工序中的工步數(shù)，選擇加工的定位基準及夾壓方案等）、確定工序（或工步）間加工余量、選擇合適的切削用量、相應的刀具結構、確定機床配置形式等，這些便是組合機床方案制定的主要內容。
2.1.1 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和加工工序
被加工零件需要在組合機床上完成的加工工序即應保證的加工精度，是制定機床方案的主要依據(jù)。
(2) 被加工零件的特點
被加工零件的特點主要指零件的材料、硬度、加工部位的結構形狀、零件剛度、定位基準面的特點等他們對機床工藝方案的制定有著重要的影響。
(3) 被加工零件的生產(chǎn)批量
零件的生產(chǎn)批量是決定采用單工位、多工位或自動線，還是按中小批量生產(chǎn)特點設計組合機床的重要因素。有是從工件外行及輪廓尺寸看，本來可以采取單工位固定式家具的機床配置形式，但由于生產(chǎn)批量極大，就不得不采用多工位幾機床方案以使裝卸工件時間與機動時間重合。
(4) 機床使用條件
(a) 車間布置情況
(b) 工藝間的聯(lián)系
(c) 使用廠的技術能力和自然條件
2.1.2 制定工藝方案應考慮的問題
(1) 組合機床常用工藝方法能達到的精度及表面粗糙度
(2) 確定工藝方案的原則及注意問題
(3) 定位基準及夾壓點選擇
2.1.3 確定機床配置形式及結構方案應考慮的問題
根據(jù)被加工零件的結構特點、加工要求、工藝過程方案及生產(chǎn)率等，可大體確定采取哪種形式的組合機床。但由于工藝的安排、動力部件的不同配置、零件安裝數(shù)目和工位數(shù)多少等不同，而會產(chǎn)生許多配置方案。不同配置方案對機床的復雜程度、通用化程度、結構工藝性、加工精度、機床重新調整可能性及經(jīng)濟效果等，具有不同的影響。因此，確定機床配置形式及結構方案時，必須考慮下述問題：不同配置形式機床的特點及適應性、不同配置形式機床的加工精度、選擇多工位組合機床方案應注意的問題等。
2.1.4 分析本次設計的要求和零件的特點
本次設計需要從減速箱體側面鉆孔右面同時鉆8個直徑的孔直徑M8。
2.2 選擇切削用量
確定了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(chǎn)率、刀具耐用度、機床的布局形式及正常工作均有很大影響。
2.2.1 組合機床切削用量選擇的特點
(1) 在大多數(shù)情況下，組合機床為多軸、多刀、多面同時加工。因此，所選擇切削用量，根據(jù)經(jīng)驗應比一般萬能機床單刀加工低30%左右。
(2) 組合機床多軸箱上所有刀具共用一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺。工作時，要求所有的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。這個每分鐘進給量（mm/min)應是適合于所有刀具的平均值。因此，同一多軸箱上的刀具主軸可以設計成不同不同轉速和選擇不同的每轉進給量（mm/r)與其相適應，以滿足于不同直徑工件的加工要求。
2.2.2 確定切削用量應注意的問題
(1) 盡量做到合理利用所有刀具，充分發(fā)揮其性能。由于連接動力部件的多軸箱上同時工作的刀具種類不同且直徑大小不等，因此，切削用量選擇也各有特點。如鉆孔要求切削速度高而每轉進給量?。汇q孔卻要求切削速度低而每轉進給量大；銑端面則是要求切削速度低而每轉進給量小…而同一多軸箱上的刀具每分鐘進給量是相同的，要使每把刀具都能有合適的切削用量是很困難的。一般情況下，可先按各類刀具選擇較合理的主軸轉速n(r/mm)和每分鐘進給量f(mm/r),然后進行適當調整，使各個刀具的每分鐘進給量相同，皆等于動力滑臺的每分鐘進給量。這樣，各類刀具都不是按最合理的切削用量而是按一個中間切削用量工作。假如確實需要，也可按多數(shù)刀具選擇一個統(tǒng)一的每分鐘進給量，對少數(shù)刀具采取附加機構，使之按各自需要的合理的進給量工作，一達到合理使用刀具的目的。
(2) 選擇合理的切削用量時，應注意零件生產(chǎn)批量的影響。生產(chǎn)率要求不高時就沒有必要將切削用量選的過高，以免降低刀具耐用性。對于要求生產(chǎn)率高的大批量生產(chǎn)用組合機床，要首先保證那些耐用度低，刃磨困難，造價高的所謂“限制性”工序刀具的合理切削用量。但須注意不能影響加工精度，也不能使刀具耐用度降低。對于“非限制性”刀具應采取不使刀具耐用度降低的某一極限值，這樣可減少切削功率。組合機床通常要求切削用量的選擇使刀具耐用度不低于一個工作班，最少不低于4h。
(3) 切削用量的選擇應有利于多軸箱的設計。若能做到相鄰主軸轉速相近、相等，則可使多軸箱傳動鏈簡單。刀具帶導向加工，若不便冷卻潤滑，則應適當降低切削速度。
(4) 選擇切削用量時，還必須考慮所選動力滑臺的性能。
2.2.3 組合機床切削用量選擇方法
必須從實際出發(fā)，根據(jù)加工精度、工作材料、工作條件、技術要求等進行分析，按照經(jīng)濟的滿足加工要求的原則，合理的選擇切削用量。一般常用查表法。
因為零件材料為鋁合金，所以選擇高速鋼鉆頭刀具鉆孔。
查機械加工工藝設計實用手冊表15-37得高速鋼鉆鋁合金材料孔時切削速度為20～50m/min,所以選切削速度V=26.9m/min。根據(jù)要加工的孔的直徑可以確定兩種鉆頭的直徑分別8mm和9mm。根據(jù)V=πDn 式(2.1)
得：nφ8=35r/s=1071r/min,nφ9=40r/s=952r/min。
表2.1 加工鋁及鋁合金的切削用量
加工直徑d(毫米) 切削速度V(米每分)
每轉進給量f(毫米每轉)
純鋁 鋁合金長切屑 鋁合金短切屑
3～8 0.03～0.2 0.05～0.25 0.03～0.1
8～25 20～50 0.06～0.5 0.1～0.60 0.05～0.15
25～30 0.15～0.8 0.2～1.0 0.08～0.36
按機床說明書（見《工藝手冊》表4.2-18），與1071r/min和952r/min相近的機床轉速為850r/min和1100r/min?，F(xiàn)選取n=1100r/min,如果選n=850r/min則速度損失太大。
所以實際切削速度Vφ8=27.6m/min，Vφ9=31.09m/min
根據(jù)已知條件得初鉆孔加工的相關參數(shù)如下:
表2.2 孔加工的相關參數(shù)
螺孔 φ8孔 φ9孔
加工深度(mm) 19 22
進給量(mm/r) 0.25 0.25
轉速(r/min) 1071 952
切削速度(m/min) 27.6 31.09
2.3 確定切削力、切削扭矩、切削工具及刀具耐用度
根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度及進給量），確定切削力，作為選擇動力部件及夾具設計的依據(jù)；確定切削扭矩用以確定主軸及其他傳動件（齒輪，傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電機（一般指動力箱電機）功率；確定刀具耐用度，用以驗證所選刀具是否合格。
查工藝手冊高速鋼鉆頭切削鋁表得：Mφ8=1.57N.m Fφ8=392N
Mφ9=1.98N.M Fφ9=439N
Qφ8=4Fφ8.V=0.722kw
Qφ9=4Fφ9.V=0.914kw
當確定了切削轉矩M以后，便可根據(jù)扭轉剛度處定出主軸及傳動軸直徑，計算公式為： d≥BM1/4(cm) 式(2.2)
式中：M—切削轉矩（N.cm)
B—系數(shù)，根據(jù)主軸或傳動軸在1cm長度上允許最大扭轉角,當材料的彈性剪切模量G=8.1*104Mpa,剛性主軸[ζ]=0.25度每米,B=2.316；非剛性主軸[ζ]=0.5度每米，B=1.948；傳動軸[ζ]=1度每米，B=1.638。
通常,主軸允許最大扭轉角為0.5度每米,則B=1.948,傳動軸允許最大扭轉角可按1度每米選擇，則B=1.638。
dφ8=10.310mm, 由《機械制造裝備設計》表4-7得取主軸最小值20mm；
dφ9=10.926mm，由《機械制造裝備設計》表4-7得取主軸最小值20mm；
由各軸所承受的轉矩首先可確定動力箱中所有個軸直徑都為20mm，又因為鉆四個Qφ8孔的配對齒輪中心距太小，為了保證輪齒強度，著兩根驅動軸的直徑取15mm。
d=20mm的主軸外伸長度為115mm,內徑為20mm，內孔長度為77mm；
d=15mm的主軸外伸長度為85mm,內徑為16mm，內孔長度為74mm。
當確定單軸切削功率后，再求出多軸加工的總切削功率N總=N1+N2+…Ni,然后考慮效率，作為選擇主傳動用動力箱電機的依據(jù)。
當確定了刀具耐用度T后，可據(jù)此檢驗切削用量的選擇是否合理。
2.4 確定刀具
根據(jù)工藝要求及加工精度的不同，組合機床采用的刀具有:簡單刀具（標準刀具）、復合刀具及特種刀具。選擇刀具結構應注意下述主要問題：
(1) 條件允許，為使工作可靠、結構簡單、刃磨容易，應盡可能選擇標準刀具或簡單刀具。
(2) 選擇刀具結構時還需要認真分析被加工零件的特點。如加工硬度較高的鑄鐵或鋼件時，為提高刀具耐用度，減少換刀時間以采用多刃絞刀或多刃鏜刀頭加工，以及解決斷屑及排屑問題。
(3) 在組合機床上，為了某種特殊的目的，需選用或設計特殊刀具的，可草靠組合機床設計的有關資料。
參考資料后，我選擇的刀具為高速鋼鉆頭刀具。
查《工藝手冊》表12-27得φ8和φ9鉆孔刀具的耐用度都為2100min。經(jīng)對照，所選刀具符合要求。
3 組合機床總體結構設計—三圖一卡
總體方案的圖紙表達形成—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、聯(lián)系尺寸圖，編制生產(chǎn)率計算卡。
3.1 被加工零件工序圖
3.1.1 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(jù)選定的工藝方案表示一臺組合機床或自動線完成的工藝內容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求、加工用定位基準、夾壓部位及被加工的材料、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(chǎn)品圖紙代替，而需在原零件圖基礎上，突出本機床及自動線的加工內容，加上必要的說明而繪制的。它是組合機床設計的主要依據(jù)，也使建造、使用、驗證和調整機床的重要技術文件。圖上應表示出：
(1) 被加工零件的形狀和輪廓尺寸及預備機床設計有關的部位的結構形狀及尺寸。尤其是當需要設置中間導向套時，應表示出零件內部的肋、壁布置及有關結構的形狀及尺寸，以便檢查工件、夾具、刀具是否發(fā)生干涉。
(2) 加工用定位基準、夾壓部位及夾壓方向。以便依次進行夾具的定位、支承、限位、夾緊、導向裝置的設計。
(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、重量及加工部位余量等。
3.1.2 繪制被加工零件工序圖的注意事項
(1) 為了使加工零件工序圖清晰明了，一定要突出該機床的加工內容。繪制時應按一定比例；選擇足夠視圖及剖視，突出加工部位（用粗實線），并把零件輪廓及機床、夾具設計有關的部位（用細實線）表示清楚。
(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，尺寸應采用直角坐標系標注，而不采用極坐標系。但有時因所選擇定位基準與設計基準不重合，則需對加工部位要求的位置精度進行分析換算。此外，應將零件圖上不對稱位置尺寸公差換成對稱位置尺寸公差,其公差數(shù)值的決定要考慮兩個方面，一是要能達到產(chǎn)品圖紙要求的精度，二是采用組合機床能夠加工出來。
(3) 應注明零件加工對機床提出的某些特殊要求。如對多層壁同軸線等直徑孔加工，若要求空表面不留退刀痕跡，則圖紙上應注明要求“機床主軸定位，工件（夾具）讓刀”。
3.2 加工示意圖
3.2.1 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映出來。加工示意圖表示被加工零件在機床上的加工過程，刀具、輔具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機床各部件間的關系，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，在總體設計中占重要地位。它 是刀具、夾具、輔具、多軸箱、液壓電器裝置設計及通用部件選擇的主要原始資料，也是整臺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(jù)。其內容為：
(1) 應反映機床的加工方法、加工條件及加工過程。
(2) 應根據(jù)加工部位特點及加工要求，決定刀具類型數(shù)量結構尺寸（直徑和長度），包括鏜削加工時鏜桿的直徑和長度。
(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、靠模裝置、刀桿托架等，并決定他們的結構、參數(shù)及尺寸。
(5) 標明主軸、接桿（卡頭）、夾具（導向）與工件之間的聯(lián)系尺寸、配合及精度。
(6) 根據(jù)機床要求的生產(chǎn)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循環(huán)及工作行程。
3.2.2 初定主軸的類型、尺寸、外伸長度和選擇接桿、浮動卡頭
主軸類型主要取決于進給抗力和主軸—刀具系統(tǒng)結構上的需要。主軸尺寸規(guī)格應根據(jù)選定的切削用量計算出切削扭矩M，查表出定主軸直徑，在綜合考慮加工精度和具體工作條件，查表決定主軸外伸部分尺寸（直徑d1,長度L）及配套的刀具接桿莫氏錐號等。
除剛性主軸外，組合機床主軸與刀具之間常用兩種連接。一是接桿連接，也稱剛性連接，用于單導向進行鉆、擴、鉸孔及倒角加工。二是浮動卡頭連接，也稱浮動連接，用于長導向、雙導向和多導向進行鏜、擴、鉸孔，以及減少主軸位置誤差及主軸徑向跳動對加工精度的影響，避免主軸與夾具導向不同軸而產(chǎn)生“別勁”現(xiàn)象。通用的標準浮動卡頭有小浮動量和大浮動量兩種，繪制加工示意圖時，可根據(jù)有關的組合機床標準選擇。
3.2.3 由多軸箱的所有刀具主軸中找出影響聯(lián)系尺寸的關鍵刀具
從保證加工終了時多軸箱端面到工件端面間距離尺寸最小來去確定全部刀具、接桿（卡頭）、導向、刀具托架及工件之間的聯(lián)系尺寸。其中需標注主軸端部外徑和內孔徑（D/d1)、外伸長度，刀具各段直徑及長度，導向的直徑、長度、配合，工件至夾具間需標注共距導套端面的距離。還需標注托架與夾具之間的尺寸、工件本身及加工部位的尺寸和精度等。
應當指出，多軸箱端面與工件端面的距離是加工示意圖上最重要的聯(lián)系尺寸。為了縮短刀具懸伸長度與工作行程長度，要求這一距離尺寸越小越好。它取決于兩個方面，一是多軸箱上的刀具、接桿（卡頭）、主軸等由于結構和相互連接所需要的最小軸向尺寸，如采用麻花鉆、擴孔鉆時，刀具長度要考慮其螺旋槽尾部離開導套有一段距離，以便排屑和刀具刃磨后有向前調整的可能。接桿長度的標準尺寸，各規(guī)格均有可選的范圍，設計時通常先按最小長度選取。二是機床總布局所要求的聯(lián)系尺寸，這兩個方面是互相制約的。
3.2.4 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運動到加工終了位置又返回到原始位置的動作過程。一般包括快進、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、死擋帖停留等特殊要求，這是根據(jù)具體的加工工藝需要確定的。
工作行程長度的確定：
(1) 工作進給長度L1應等于工件加工部位長度L與刀具切入長度L1和切出長度L2之和，如圖3.2所示:
圖3.2 工作進給長度
切入長度L1應根據(jù)工件端面的誤差情況在5～10mm之間選擇，誤差大時取大值。切出長度L2，在采取一般刀具時可參考下表
表3.1 切出長度L2的確定
工序名稱 切出長度L2
鉆孔 1/3d+(3～8)
擴孔 10～15
鉸孔 10～15
鏜孔 5～10
攻絲 5+L錐
(2) 快速退回長度等于快速引進與工件進給長度之和?？焖僖M是指動力部件把動力箱連同刀具從原始位置送到工件進給開始位置，其長度按加工具體情況確定。
(3) 動力部件總行程長度應保證要求的工作循環(huán)工作行程外，還要考慮裝卸和調整刀具方便，即考慮前后備量。
表3.2 動力部件行程
孔 φ8孔 Φ9孔
前備量(mm) 8 8
后備量(mm) 0 9
工作行程(mm) 19 22
總行程(mm) 27 39
根據(jù)上述的分析和計算得到的有關數(shù)據(jù)，畫出加工示意圖3.5：
圖3.5 加工刀具圖
3.3 機床聯(lián)系尺寸圖
3.3.1 聯(lián)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的部件—動力滑臺、動力箱、各種工藝切削頭、側底座、立柱、立柱底座及中間底座加上專用部件—多軸箱、刀、輔助系統(tǒng)，夾具，液、電、冷卻、潤滑、排屑系統(tǒng)組合裝配而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配聯(lián)系的運用關系，以及檢驗機床各部件相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求；通用部件的選擇是否合適；并為進一步開展多軸箱、夾具等專用部件、零件的設計提供依據(jù)。聯(lián)系尺寸圖也可以看成是簡化的機床總圖，它表示機床的配置形式及總體布局。
聯(lián)系尺寸圖的主要內容如下：
(1) 適當數(shù)量的視圖（一般為主、左、右視圖）按同一比例畫出機床各主要組成部件的外行輪廓及相關位置，表明機床的配置形式及總體布局、主視圖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。但反映各部件的聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運動部位的極限位置及行程的尺寸，必須完整齊全。至于各部件的詳細結構不必畫出，留在具體設計部件時完成。
(3) 為了方便開展部件設計，聯(lián)系尺寸圖上應注明通用部件的規(guī)格代號，電動機類型、功率及轉速，并標明機床部件的分組情況及總行程。
3.3.2 選擇動力部件
組合機床動力部件是配置組合機床的基礎。它主要包括用以實現(xiàn)刀具主軸旋轉主運動的動力箱、各種工藝切削用頭及實現(xiàn)進給運動的動力滑臺。
根據(jù)切削用量計算出切削功率在考慮傳動效率或空載功率損耗，附加功率損耗，作為動力箱型號規(guī)格的依據(jù)。初選TD25B
滑臺的選用
液壓動力滑臺型號為HY40A，查表得滑臺長800mm,臺面寬度為400mm,行程400mm,滑座長度1240mm,本次設計兩個方向的行程分別為27mm和39mm,所以選用型號是符合的。
3.3.3 選擇通用部件配套
滑臺側底座選用型號1CC25,其長度為890mm,寬度為450mm,高度為560mm,滑座與側底座之間有5mm間隙。
立柱選用CL32型，高度為2000mm；立柱側底座型號為CD25，長800mm，寬500mm，高560mm。
中間底座高560mm，寬1390mm。
機床裝料高度1060mm（國際標準ISO），夾具底座高500mm。
3.3.4 聯(lián)系尺寸圖的畫法與步驟
(1) 畫主視圖 主視圖的圖形布局一致，并應選擇適當?shù)谋壤?
先用雙點劃線或細實線畫出被加工零件的長*寬輪廓，以工件兩端面及工件最低孔中心線O1—O1分別為長度與高度方向上的基準，根據(jù)已確定的機床各組成部件輪廓尺寸及主要相關尺寸按順序進行畫圖。
以一機床左面為例，以工件左端面為基準，根據(jù)前面已經(jīng)確定的工件端面到多軸箱前端面的最小距離為325mm,確定機床左面多軸箱前端面的軸向位置。再根據(jù)多軸箱最低主軸高度位置尺寸100mm及多軸箱輪廓尺寸畫出多軸箱外廓。多軸箱以其后蓋與動力箱定位連接，根據(jù)已選擇的TD25B型動力箱的安裝連接尺寸畫出動力箱輪廓。動力箱以其底面與動力滑臺定位連接，在機床長度方向上，通常動力箱后端面應與滑臺后端面到滑臺前端面的距離決定。
為了便于機床的調整和維修，滑座與側底座之間須加5mm厚的調整墊。而滑座與側底座在機床長度方向上的相對位置由滑座前端面到側底座前端面的距離決定。
(2) 畫左視圖 重點在于表示清楚組合機床各部件在寬度方向上的輪廓尺寸及相關位置，配合主視圖完成聯(lián)系尺寸圖所要求表達的內容。
(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。特別是當工件加工部位對工作中心不對稱和有某些具體條件時，動力部件相對夾具，夾具相對中間底座也就不對稱，此時應表明它們相互間偏置的尺寸。
(4) 應標注電機的型號、功率、轉速及所選標準通用部件的型號規(guī)格和主要輪廓尺寸，并對組合機床的所有部件進行分組編號，作為部件和零件設計的原始依據(jù)。
機床聯(lián)系尺寸圖如圖3.6所示：
(a) A向旋轉視圖 (b) 主視圖
圖3.6 機床聯(lián)系尺寸圖
3.4 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、動力部件的快速及工進速度等，就可以計算機床的生產(chǎn)率并編制生產(chǎn)率計算卡，用以反映機床的加工過程、完成每一動作所需的時間、切削用量、機床生產(chǎn)率及機床負荷率等。
3.4.1 理想生產(chǎn)率Q1
指完成年生產(chǎn)綱領A（包括備品及廢品率在內）所要求的機床生產(chǎn)率。它與全年總數(shù)K有關，一般情況下，單班制生產(chǎn)K取2350h,兩班制生產(chǎn)K取4600h,則
Q1=A/K （件每小時) 式(3.1)
本次實際中K=2350h,生產(chǎn)綱領10萬臺。
所以Q=42.553 （件每小時)
3.4.2 實際生產(chǎn)率Q
指所設計機床每小時實際可以生產(chǎn)的零件數(shù)量。
Q=60/T單（件每小時) 式(3.2)
式中：T單—生產(chǎn)一個零件所需要的時間（min),它可以根據(jù)下式計算：
T單=T切+T輔=(L1/Vf1+L2/Vf2+t停)+L快進+L快退/Vfk+t移+t裝卸(min) 式(3.3)
式中：L1，L2—分別為刀具的第I、第II工作進給行程長度(mm)；
Vf1,vf2—分別為刀具的第I、第II工作進給量(mm/min)；
t?！敿庸こ量?、止口、倒角、光整表面時，動力滑臺在死擋鐵上停留的時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉5r～10r所需時間(min)；
L快進+L快退—分別為動力部件快進、快退行程長度(mm)；
Vfk—動力部件快速行程速度。采用機械動力部件取6m/min～8m/min；液壓動力部件取4m/min～12m/min；
t移—直線移動或回轉工作臺進行一次工位轉移的時間，一般可取0.1min；
t裝卸—工件裝卸（包括定位、夾壓以及清除鐵屑等）時間，它取決于工作重量大小、裝卸是否方便及工人的熟練的程度。根據(jù)各類組合機床的統(tǒng)計，一般取0.5min～1.5min。
根據(jù)計算T=1.187min,所以得到Q=50.55（件每小時)，Q＞Q1，所以符合條件。
3.4.3 機械負荷率η負
當Q＞Q1時，計算二者的比值即為負荷率
η負=Q1/Q=42.553/50.547=84.19% 式(3.4)
表3.3 組合機床允許最大負荷率
機床復雜程度 主軸數(shù) 負荷率η負
單面或雙面 15 ≈0.90
16～40 0.90～0.86
41～80 0.86～0.80
三面或四面 15 ≈0.86
16～40 0.86～0.80
41～80 0.80～0.75
根據(jù)組合機床的使用經(jīng)驗，適宜的機床負荷率為η負=0.75～0.90，設計時可按機床復雜程度參照上表確定。故所得機床負荷率合理。
3.4.4 生產(chǎn)率計算卡
它是按一定規(guī)格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(chǎn)率、機床負荷率的簡明表格。
4 夾具設計
夾具是機床和工件之間的聯(lián)結裝置，可以使工件相對于機床或刀具獲得正確位置。機床夾具的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度，所以機床夾具設計是裝備設計中一項重要的工作，是加工過程中最活躍的因素之一。
4.1 機床夾具的基本組成
組合機床夾具的組成：
(1) 定位元件及定位裝置
(2) 夾緊元件及夾緊裝置
(3) 導向元件
(4) 對刀元件及定向元件
(5) 夾具體
(6) 其他元件及裝置
4.2 機床夾具的類型
4.2.1 按夾具的通用特性分
(1) 通用夾具
一般不需要調整就可以適用于相當廣泛的一類工件的加工，稱為通用夾具。例如車床上的卡盤，銑床上的平口鉗等。它們不僅廣泛應用于單件小批量生產(chǎn)中，在大批量生產(chǎn)中也常采用。
(2) 專用夾具
這類夾具是指專為某個零件的某一道工序專門設計的。專用夾具的設計和制造，
工作量大，而且它的結構隨著產(chǎn)品的更新而更新，因此，是一項周期長、投資較大的生產(chǎn)準備工作。
(3) 可調夾具
可調夾具是指通過調節(jié)或更換裝在通用夾具基礎件上的某些可調或可換元件，達到能適應加工若干不同種類工件的一類夾具。在中小批量生產(chǎn)中，使用可調夾具往往會獲得最佳的經(jīng)濟效益。
(4) 成組夾具
成組夾具是根據(jù)成組加工工藝的原則，針對一組形狀相近、工藝相似的零件而設計。也是具有通用基礎件和可更換調整元件組成的夾具。
(5) 組合夾具
這類夾具是由預先制造好的標準元件和部件，按照工序加工的要求組合裝配起來的。使用完成可拆卸存放，其元件和部件可以重復使用。適用于新產(chǎn)品試制或小批量生產(chǎn)。但尺寸過小或過大的工件還沒有相應的組合夾具標準件。位置精度要求過高的工作也不宜采用組合夾具。
(6) 隨行夾具
這是一類在自動線和柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。它既要完成工件的定位和夾緊，又要作為運載工具將工件在機床間進行輸送，輸送到下一道工序的機床后，隨行夾具應在機床上準確地定位和可靠地夾緊。
4.2.2 按所使用的機床劃分
機床夾具也可按使用的機床來劃分。如車床夾具、銑床夾具、鏜床夾具、磨床夾具和鉆床夾具等。
4.3 工件的定位
在制定工件的工藝規(guī)程時，已經(jīng)初步考慮了加工工藝基準問題，有時還繪制了工序簡圖。設計夾具時原則上應該選擇該工藝基準為定位基準。無論是工藝基準還是定位基準，均符合六點定位原理。
六點定位原理是采用六個按一定規(guī)則布置的約束點，限制工件的六個自由度，使工件實現(xiàn)完全定位。每個點都必須起到限制一個運動自由度的作用，而絕不能用一個以上的點來限制同一個自由度。因此，這六個點絕不能任意布置。
在加工中，有時為了使定位元件幫助承受切削力、加勁力，為了保證一批工件進給長度一致，減少機床的調整和操作，常常會對無位置尺寸要求的自由度也加以限制，只要這種定位方案符合六點定位原理，是允許的，有時也是必要的。
4.4 專用夾具設計步驟
4.4.1 明確設計任務與搜集設計資料
4.4.2 擬訂夾具總體方案，繪制結構草圖
(1) 確定工件的定位方案，計算定位誤差。
(2) 確定刀具的對刀或導向方式。
(3) 確定夾具的夾緊方案，計算夾緊力。
(4) 確定夾具其他部分的結構方案。
(5) 確定夾具體結構形式和夾具的總體結構。
根據(jù)夾具設計原理，進行各部分和總體的結構方案設計，最后繪出夾具結構草圖。為了便于分析比較，應多考慮幾個總體結構方案，分別繪出結構草圖，從中選擇最佳方案。
4.4.3 繪制夾具零件圖
4.5 夾具的具體設計
設定本次課題夾具的鉆模板厚度為30mm，裝料高度為1060mm。本課題工件定位采用一面兩銷定位，限制6個自由度。右箱體的左側面已經(jīng)經(jīng)過銑床加工，可作為基準面，限制3個自由度，其作用是使工件減少平面度引起的誤差，方便清理切削，其他自由度由圓柱銷（限制2個自由度）和菱形銷（限制1個自由度）。菱形銷是為了補償工進的定位基準與夾具定位元件之間的實際尺寸誤差，消除過定位而采用的，其短銷只能限制一個自由度。
5 組合機床多軸箱設計
5.1 多軸箱的用途、分類及組成
5.1.1 組合機床多軸箱的用途及分類
多軸箱是組合機床的重要部件之一，按專用要求進行設計，由通用零件組成。其主要作用是，根據(jù)被加工零件的加工要求，安排各主軸位置，并將動力和運動由電機或動力部件船給各個主軸，使之得到要求的轉速和轉向。
5.1.2 多軸箱的組成
通用多軸箱主要由箱體、主軸、傳動軸、齒輪、軸套的零件和通用（專用）的附加機構組成。
5.2 主軸結構形式的選擇
主軸結構形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。軸承形式是主軸部件結構的主要特征，如進行鉆削加工的主軸，軸向切削力較大，最好用推力球軸承承受軸向力，而用向心推力軸承承受徑向力。又因鉆削時軸向力是單向的，因此推力球軸承在主軸前端安排即可。進行鏜削加工的主軸，軸向切削力小，但不能忽略。有時由于工藝要求，主軸進退都要切削，兩個方向都有切削力，一般選用前后支撐均為圓錐滾子軸承的主軸結構。這種軸承可承受較大的軸向力和徑向力，且結構簡單，軸承個數(shù)少，裝配調整很方便，廣泛用于擴孔、鏜孔、鉸孔等加工，上述兩種主軸結構的徑向尺寸較大，如主軸孔間距較小，只好用滾針軸承和推力球軸承組成前后支承，此種結構無論架構剛度、軸承本身精度和裝配工藝性都較差，除非必要，一般最好不選用。主軸結構形式的選擇，除了軸承外，還應考慮軸頭結構。故本次設計采用了深溝球軸承和推力軸承。
5.3 主軸直徑和齒輪模數(shù)的選擇
初定主軸直徑一般在編制“三圖一卡”時進行的。初選模數(shù)可由下式估算，再通過類比確定：
m≥(30～32)(p/z*n)1/3(mm) 式(5.1)
式中：P—齒輪傳遞功率（KW）
Z—一對齒輪中小齒輪的齒數(shù)
N—小齒數(shù)的轉數(shù)（r/mm)
目前大型組合機床通用多軸箱中常用的齒輪模數(shù)有2、2.5、3、3.5、4等幾種，為了方便組織生產(chǎn)，在同一多軸箱中齒輪模數(shù)最好不多于兩種。
本次設計我取m=2和2.5
5.4 多軸箱的動力計算及動力箱的選擇
多軸箱所需的功率，應等于切削功率、空載消耗功率及負載成正比的附加功率之和，即：
P主=P切+P空+P附 式(5.2)
式中：P主—多軸箱總功率
P切—各主軸切削功率的總和
P空—各軸空載消耗功率的總和
P附—各軸附加功率的總和
上式中P切已在切削用量計算中的到P切= 1.635kw，P空和P附的計算都須在傳動結構確定以后才能進行。
傳動系統(tǒng)確定前可按下式初步估算多軸箱所需功率P主
P主=P切/η 式(5.3)
式中：P切—各主軸切削功率的總和
Η—組合機床多軸箱傳動效率
加工黑色金屬時取η=0.8～0.9；加工有色金屬時取η=0.7～0.8。當主軸軸數(shù)多，傳動復雜時取小值，反之取大值。
本次設計中取η=0.87，所以P主=P切/η= 1.88kw
根據(jù)上面的計算得到多軸箱功率選擇電動機和動力箱。查表得選擇動力箱型號為TD20B型,電動機功率為2.2kw，電動機轉速為1420轉每分,驅動軸轉速為785轉每分，驅動軸直徑為30mm，驅動軸外伸長為45mm，驅動軸高度為100mm，動力箱名義尺寸為250mm，長度尺寸為320mm，高度為325mm，寬度為320mm，電動機型號為Y100L1—4。
5.5 主軸分布類型
組合機床加工的零件是多種多樣的，結構也各不相同，但零件上孔的分布大體可歸納為幾種類型。所以，多軸箱中主軸的分布也可分為下列幾種類：
(1) 圓分布
(2) 直線分布
(3) 任意分布
在設計中盡可能使之形成同心圓分布，用同一根中間傳動軸帶多根主軸。
5.6 傳動系統(tǒng)的設計與計算
多軸箱的傳動系統(tǒng)設計，就是通過一定的傳動鏈把動力箱輸出軸（亦稱多軸箱驅動軸）傳進來的動力和轉速按要求分配到各主軸。傳動系統(tǒng)設計的好壞，將直接影響多軸箱的質量、通用化強度、設計和制造工作量的大小以及成本的高低。
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(shù)量少，體積??；因此，在設計傳動系統(tǒng)時，要注意下面幾點：
(1) 盡量用一根中間傳動軸帶動多根主軸。當齒輪嚙合中心距不符合標準時，可用變位齒輪或略變傳動比的方法解決，
(2) 一般情況下，盡量不采用主軸帶動主軸的方案，因為這會增加主動主軸的負荷。如遇到主軸分布密集而切削負荷又不大時，為了減少中間軸，也可用一根主軸帶動1-2根或更多主軸的傳動方案。
(3) 為使結構緊湊，多軸箱體內的齒輪傳動副的最佳傳動比為1～1.5，在多軸箱后蓋內的第四排（或第五排）齒輪，根據(jù)需要，其傳動比可以大一些，但一般不超過3～3.5。
(4) 根據(jù)轉速與轉矩成反比的道理，一般情況下如驅動軸轉速較高時，可采用逐步降速齒輪；如驅動軸轉速較低時，可使速度升高一點再降速；這樣可使傳動鏈前面幾根軸、齒輪等在高轉速下工作，結構可小些。組合機床多軸箱的傳動和結構與普通機床差異較大，其一是由于傳動鏈較短，難分前后；另外，經(jīng)常是以中間傳動軸帶多根主軸。所以，合理安排結構往往成為設計的主要矛盾。如為了使主軸上的齒輪不過大，最后一級經(jīng)常使用伸速傳動。
(5) 粗加工切削力大，主軸上的齒輪應盡量安排靠近前支承，以減少主軸的扭轉變形。
(6) 齒輪排數(shù)可這樣安排：不同軸上齒輪不相碰，可放在箱體內同一排上；不同軸上齒輪與軸或軸套不相碰，可放在箱體內不同排上；齒輪與軸相碰，可放在后蓋內。
根據(jù)已知條件，驅動軸轉速n驅=785r/min,所以i總=0.553，下面舉例說明計算過程：
i1=0.87,取m=2.5和2,選小齒輪齒數(shù)z1=33
所以z2=z1/i1=38
根據(jù)分度圓直徑計算公式：d=mz
所以d1=82.5mm,d2=95mm
根據(jù)中心距公式a=m(z1+z2)/2(mm) 式(5.4)
又已知i2=0.66,所以同理，z3=47,d3=94mm，z4=31,d4=62mm,中心距a1=88.75mm,a2=78mm,a3=83mm,a4=68.75mm,a5=46mm
由于布局，傳動比稍做適當調整，Φ9兩孔的傳動比i1=0.57,另外兩孔的傳動比 i2=0.745,Φ9四個孔的傳動比i3=0.717
齒輪排布圖如圖5.1所示：
(a) 主視圖 (b)內部結構圖
圖5.1 齒輪排布圖
5.7 多軸箱輪廓尺寸及相關系數(shù)
動力部件的選擇確定了多軸箱外形輪廓尺寸為320×250mm，根據(jù)動力箱輸出軸高度為100mm，故多軸箱主軸高度為100mm，又根據(jù)工件定位的設計結果，工件定位中心到滑臺距離為100mm。
5.8 強度校核
本次設計的強度校核主要包括軸的校核和齒輪的校核。
(1) 軸的校核：鉆孔主軸的扭矩為1.57N.m和1.98N.m查表得直徑15mm和20mm的軸能承受以上扭矩，所以能保證安全。主軸承受的扭矩為14.2N.m,在鉆孔主軸校核安全的前提下，因為其他軸的直徑也為20 mm，所以也能保證安全。
(2) 齒輪的校核：根據(jù)《機械設計》中的齒輪強度校核的方法來計算。在鉆孔加工中，最大扭矩產(chǎn)生在鉆孔主軸上的齒輪和與之相嚙合的齒輪之間。
σh=ZEZHZεZβ(2KT1/bd12)1/2(μ±1/μ)≤[σ]H Mpa 式(5.5)
μ=Z1/Z2=33/38=0.87 式(5.6)
對于鑄鐵和鑄鐵齒輪的嚙合，取彈性系數(shù)ZE=189.9Mpa，查表得斷面重合度系數(shù)εa1=0.809,εa2=0.7685,對于壓力角為20度的直齒輪，εb=0。故εa=εa1+εa2=1.578重合度Zε=1.061，ZH=2.5。
又K=KAKVKαKβ 式(5.7)
其中KA=1.0;KV=1.05;Kα=1.2;Kβ=1.1。則K=1.386。根據(jù)上面σh的公式得：σh=803.88Mpa
接觸疲勞許用應力[σ]H=σhLimZn/SH 式(5.8)
循環(huán)次數(shù)NH=60ηh,齒輪的轉速為135轉/分。同側齒面嚙合次數(shù)r=2,齒輪總工作時間th=4600小時。Nh=6.8448×107次，ZH=1.1。又已知接觸疲勞強度極限σhLim=120Mpa，接觸強度最小安全系數(shù)SH=1.25。得[σ]H=1071Mpa，而σh=803.88Mpa，所以σh＜[σ]H，故齒輪安全。
因為所選校核的齒輪是負荷最大的,所以可只同種材料的其他齒輪也安全。
6 組合機床自動線簡介
為了進一步改善工作條件、提高生產(chǎn)率、減少占地面積、減少操作工人數(shù)量、保證產(chǎn)品質量，將幾臺實現(xiàn)了自動化的組合機床和輔助裝置用自動傳送裝置聯(lián)系起來，統(tǒng)一控制，按規(guī)定的程序和預定的節(jié)拍自動完成某個工件的部分或全部工藝過程，加工出符合要求的工件，稱為自動生產(chǎn)線，簡稱自動線。
6.1 組合機床自動線常用的分類方法如下：
6.1.1 按加工對象分類
(1) 轉體零件加工自動線 用于加工軸、盤、環(huán)、套、筒、輪等件。
(2) 箱體和殼體零件加工自動線 用于加工箱體類零件和短圓柱體零件。
(3) 雜加加工自動線 用于加工閥體、支架、連桿、拔叉等零件。
6.1.2 按工件輸送方式分類
(1) 直接輸送的自動線 這種自動線，工件由輸送帶直接帶動，一次輸送到各共位，輸送帶基面就是工件上的某一表面?？煞滞ㄟ^式和非通過式兩種。
(2) 帶隨行夾具的自動線 這種自動線是將工件安裝在隨行夾具上，由輸送帶將隨行夾具依次傳送到各共位，隨行夾具的返回方式有水平返回、上方返回和返回三種。
(3) 懸掛輸送和托盤輸送的自動線 懸掛輸送裝置設在機床上方，一般用機械手把工件從一個工位送到下一個工位。托盤輸送裝置固定在輸送帶上，托盤隨輸送帶將工件從一個工位送到下一個工位的夾具上，然后托盤再返回原位。
6.1.3 按自動線中有無貯料裝置分類
(1) 剛
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