四軸頭多工位同步鉆床設計修改打印

第1章 機床的地位及其發(fā)展簡史 1.1 機床在國民經(jīng)濟的地位及其發(fā)展簡史現(xiàn)代社會中，人們?yōu)榱烁咝А⒔?jīng)濟地生產(chǎn)各種高質(zhì)量產(chǎn)品，日益廣泛的使用各種機器、儀器和工具等技術設備與裝備。為制造這些技術設備與裝備，又必須具備各種加工金屬零件的設備，諸如鑄造、鍛造、焊接、沖壓和切削加工設備等。由于機械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法來達到，特別是形狀復雜、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在機床上經(jīng)過幾道甚至幾十道切削加工工藝才能完成。因此，機床是現(xiàn)代機械制造業(yè)中最重要的加工設備。如果沒有機床的發(fā)展，如果不具備今天這樣品種繁多、結構完善和性能精良的各種機床，現(xiàn)代社會目前所達到的高度物質(zhì)文明將是不可想象的。機床是人類在長期生產(chǎn)實踐中，不斷改進生產(chǎn)工具的基礎上生產(chǎn)的，至19世紀末，車床、鉆床、鏜床、刨床、拉床、銑床、磨床、齒輪加工機床等基本類型的機床已先后形成。上世紀初以來，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，促使機床沿著提高主軸轉速、加大驅動功率和增強結構剛度的方向發(fā)展。與此同時，由于電動機、齒輪、軸承、電氣和液壓等技術有了很大的發(fā)展，使機床的轉動、結構和控制等方面也得到相應的改進，加工精度和生產(chǎn)率顯著提高。此外，為了滿足機械制造業(yè)日益廣闊的各種使用要求，機床品種的發(fā)展也與日俱增。1.2 組合機床的國內(nèi)、外現(xiàn)狀世界上第一臺組合機床于1908年在美國問世，30年代后組合機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）的關鍵設備之一?，F(xiàn)代制造工程從各個角度對組合機床提出了愈來愈高的要求，而組合機床也在不斷吸取新技術成果而完善和發(fā)展。1.2.1 國內(nèi)組合機床現(xiàn)狀我國加入WTO以后，制造業(yè)所面臨的機遇與挑戰(zhàn)并存、組合機床行業(yè)企業(yè)適時調(diào)整戰(zhàn)略，采取了積極的應對策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢頭，截至2005年4月份，組合機床行業(yè)企業(yè)僅組合機床一項，據(jù)不完全統(tǒng)計產(chǎn)量已達1000余臺，產(chǎn)值達3.9個億以上，較2004年同比增長了10%以上，可見行業(yè)企業(yè)運營狀況良好。（1）行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品結構的變化組合機床行業(yè)企業(yè)主要針對汽車、摩托車、內(nèi)燃機、農(nóng)機、工程機械、化工機械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設備，隨著我國加入WTO后與世界機床進一步接軌，組合機床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開始向數(shù)控化、柔性化轉變。（2）組合機床技術裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢組合機床及其自動線是集機電于一體是綜合自動化度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟實用，因而被廣泛應用與工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電行業(yè)。我國的傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、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（近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔等。組合機床的分類繁多，隨著技術的不斷是進步，一種新型的組合機床柔性組合機床越來越受人們是親昧，它應用多位主軸箱、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)控制和驅動系統(tǒng)，并能靈活適應多種加工的可調(diào)可變的組合機床。1.2.2 國外組合機床現(xiàn)狀80年代以來，國外組合機床技術在滿足精度和效率要求的基礎上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機床的加工精度、多品種加工的柔性以及機床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進展，實現(xiàn)了機床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節(jié)拍和多功能知道監(jiān)控。組合機床技術的發(fā)展趨勢是：(1)發(fā)展柔性技術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)展了轉塔動力頭、可換主軸箱等組成的組合機床;這種結構的變化,既可以實現(xiàn)多品種加工要求的調(diào)整變化快速靈敏,又可以使機床配置更加靈活多樣。(2)發(fā)展綜合自動化技術汽車工業(yè)的大發(fā)展,對自動化制造技術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械加工工序,而且能完成零件從毛坯進線到成品下線的全部工序,以及下線后的自動碼垛、裝箱等。 (3)進一步提高工序集中程度國外為了減少機床數(shù)量,節(jié)省占地面積,對組合機床這種工序集中程度高的產(chǎn)品,繼續(xù)采取各種措施,進一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺、多坐標通用部件、移動主軸箱、雙頭鏜孔車端面頭等組成機床或在夾具部位設置刀庫,通過換刀加工實現(xiàn)工序集中,從而可最大限度地發(fā)揮設備的效能,獲取更好的經(jīng)濟效益。1.3 機床設計的目的、內(nèi)容、要求1.3.1 設計的目的機床設計畢業(yè)設計，其目的在于通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)的結構設計，使我們在擬定傳動和變速的結構方案過程中，得到設計構思、方案的分析、結構工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術文件和查閱資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設計思想，掌握基本的設計方法，培養(yǎng)基本的設計方法，并培養(yǎng)了自己具有初步的結構分析、結構設計和計算能力。1.3.2 設計內(nèi)容1、運動設計 根據(jù)給定的被加工零件，確定機床的切削用量，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速與標準的相對誤差。2、動力設計 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、結構設計 進行主運動傳動軸系、變速機構、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機構設計。即繪制裝配圖和零件工作圖。4、編寫設計說明書1.3.3 設計要求評價機床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術經(jīng)濟指標來判定的。技術先進合理，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。機床設計的技術經(jīng)濟指標可以從滿足性能要求、經(jīng)濟效益和人機關系等方面進行分析。第2章 鉆攻柴油機箱體端面螺紋孔專用機床總體設計2.1 組合機床方案的制定2.1.1 制定工藝方案零件加工工藝將決定組合機床的加工質(zhì)量、生產(chǎn)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(xiàn)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(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)外有關技術資料，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，加工八個螺栓孔的工藝過程。1加工孔的主要技術要求。加工8個M10的螺紋孔。表面粗糙度Ra3.2um.孔的位置度公差為0.3mm工件材料為HT200，HB1752552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)組合機床用的工藝方法及能達到的經(jīng)濟精度，可采用如下的加工方案。 鉆 攻螺紋 返絲3定位基準及夾緊點的選擇加工此箱蓋的孔，以底面的三個支承點限制和、三個自由度，位于右邊上的兩個支承點限制了和自由度，位于前面上的一個支承點限制一個自由度。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)，由于夾具在本設計中沒有考慮，因此在設計時就認為是人工夾緊。2.1.2 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(jù)。箱蓋加工孔的精度要求不高，可采用多工位組合機床，工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置進給采用液壓系統(tǒng)，人工夾緊。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10mm。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。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?？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.機床使用條件通過對箱蓋零件的結構特點、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。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床上加工下道工序，應適當加大余量，以消除轉、定位誤差的影響。10mm的孔在鉆孔后攻螺紋，直徑上工序間余量1.01.5mm。2.2.2 選擇切削用量確定了在組合機床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。多軸主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不同轉速和不同的每轉進給量（mm/r）與其適應。以滿足不同直徑的加需要，即：·=·=·=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）由于箱蓋孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術要求都是相同的。按照經(jīng)濟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=9mm,鑄鐵HB175255、進給量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及進給量f）確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）及夾具設計的依據(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(HBmaxHBmin) =255(255175) =228.33切削力：=26 =26×9×× =1071.79 N切削扭矩：=10 =10×91.9×× =3274.45 N·mm切削功率：= =3274.45×15/(9740×3.14×9) =0.164 kw 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)2.2.4 選擇刀具結構箱蓋的布氏硬度在HB175255，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、結構簡單、刃磨簡單，選擇標準9的麻花鉆?？准庸さ毒叩拈L度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾端與導向套之間有3050mm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計“三圖一卡”的編制 “三圖一卡”設計，其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(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、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上，突出本機床的加工的內(nèi)容，加上必要的說明繪制成的。它是組合機床設計的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗和調(diào)整機床的重要技術文件。箱蓋用四軸頭多工位組合機床的被加工零件工序圖如22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）加工時如需要中間向導，應表示出工件與中間向導有關部位結構和尺寸，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。2.3.2 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(tǒng)設計選擇動力部件的主要依據(jù)。圖23為箱蓋上8孔立式鉆床加工示意圖。在圖上應標注的內(nèi)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(shù)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。2.3.3 機床聯(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(lián)系是否滿足要求，聯(lián)系尺寸圖也可以看成是簡化的機床總圖，它表示機床的配置型式及總體布局。機床聯(lián)系尺寸圖的內(nèi)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(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(jù)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=4×1071.79=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給力應大于4.29KN。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(nèi)無級調(diào)速，對液壓滑臺確定切削用量時所規(guī)定的工作進給速度應大于滑臺最小工作進給速度的0.51倍;液壓進給系統(tǒng)中采用應力繼電器時，實際進給速度應更大一些。本系統(tǒng)中進給速度=n·f=47.8mm/min。所以選擇HY25IA液壓滑臺，工作進給速度范圍32800mm/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(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,所以滑臺總行程應大于工作行程，前備量，后備量之和。即：行程L156+20+40=236mm，取L250mm。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)多軸所需的電動機功率來選用，在多軸箱沒有設計之前，可算4×0.1640.80.82KW式中：多軸箱傳動效率，加工黑色金屬時0.80.9；有色金屬時0.70.8，本系統(tǒng)加工HT200，取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Y100L6B5的1TD25IA型動力箱，電動機功率1.5KW，驅動軸轉速為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(2×1602×340)×10×30 =1.308×10-3m3 m = v=7.0×103×1.308×10-3 =9.156kg磨擦系數(shù)：f=0.070.12取f=0.1F=f·N=0.1mg=0.1×9.156×10=9.156N由于工作臺和夾具還未設計，初選滑臺時進給力大于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1CD253、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(xiàn)階段設計組合機床時，裝料高度可視具體情況在H5801060mm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，中間底座采用側底座1CC32。5、確定多軸箱輪廓尺寸本機床配置的多軸箱總厚度為301mm，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的兩孔的距離 b1最邊緣主軸中心距箱外壁的距離，一般取b170100mm h工件在高度方向相距最遠的兩孔距離 h1最低主軸高度h1>85140mm。取h1=100mm根據(jù)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=400×320mm。2.3.4 生產(chǎn)率計算生產(chǎn)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(chǎn)率、負荷率等技術文件，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)率及負荷率的要求。計算如下：切削時間： T切= L/vf+t停 = 2×26/47.82×15/478 =1.151 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停死擋鐵停留時間。一般為在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具旋轉515 r所需要時間。這里取15r 輔助時間 T輔 = +t移+t裝 = （150176）×2/12000+0.1+1.5 = 1.654min 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0.050.13min,取0.1 min t裝 裝卸工件時間（min）一般為0.51.5min,取1.5min機床生產(chǎn)率 Q1 = 60/T單 = 60/（T切+T輔） =60/（1.151+1.654） =21.39 件/h機床負荷率按下式計算 = Q1/Q×100% = Q1tk/A×100% =21.39×1950/60000×100% =70% 式中：Q機床的理想生產(chǎn)率（件/h） A年生產(chǎn)綱領（件） tk年工作時間，單班制工作時間tk =1950h2.4 多軸箱的設計2.4.1 繪制多軸箱設計原始依據(jù)圖多軸箱設計原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的如圖27所示圖中多軸箱的兩定位銷孔中心連線為橫坐標，工件加工孔對稱，選擇箱體中垂線為縱坐標，在建立的坐標系中標注輪廓尺寸及動力箱驅動軸的相對位置尺寸。主軸部為逆時針旋轉（面對主軸看）。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 26所示表26 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/dLN（r/min）V(m/min)f(mm/r)Vf(mm/min)1、2、3、432/20115鉆9478150.147.82.4.2 主軸、齒輪模數(shù)的選擇本組合機床主要用于鉆孔，因此采用滾珠軸承主軸。齒輪模數(shù)m可按下式估算：m=(3032)=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=22.4.3 多軸箱的傳動設計（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,由轉動軸6帶動。油泵軸7用中心傳動軸5驅動。然后，將傳動軸6、7與驅動軸O連接起來，形成多軸箱的傳動系統(tǒng)如圖210所示。（2）畫出驅動軸、主軸坐標位置。如下表：表27 驅動軸、主軸坐標值坐標銷O1驅動軸O主軸1主軸2主軸3主軸4X175095959595Y094.51801808080（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度，應使齒根到孔壁或鍵槽的厚度a2m,驅動軸的直徑為d=30mm,有機械零件設計手冊知，齒輪t=33.3mm,當m1=3時。驅動軸上最小齒輪齒數(shù)為： 2（t/m1+2+1.25）d0/m1 =2×(33.3/3+2+1.25)30/3 =18.9所以驅動軸齒數(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角誤差最小原則三種。對于鉆床要求運轉平穩(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計。由于主軸1、4；2、3關于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的坐標為（65，130），則驅動軸與傳動軸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?？倐鲃颖龋篿總=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=0.914Z5+Z1=58Z1/Z5=0.914解得：Z1=28Z5=303) 確定油泵軸7的確定油泵軸7直接由傳動軸5上的30齒的齒輪驅動。R121A液壓泵推薦轉速為n=550800r/min,中心傳動軸轉速n5=i5-1·n1=0.914×478=436.892r/min.因此傳動軸比i5-7=436.892/(550800)=0.5460.794. 則：油泵軸齒輪齒數(shù)為Z7=Z5·i5-7=30×（0.5460.794）=1723 取Z7=20油泵的理論轉速為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(Z5Z7)/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的坐標軸為（15，130）。各傳動軸的坐標見表28所示表28 傳動軸的坐標值傳動軸編號軸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29表29 傳動副的中心距（mm）及其齒輪齒數(shù)軸距代號A0-5、A0-6A5-1、A5-4、A6-2、A6-3A5-7中心距值74.0658.3150主動輪Z23303000.1550.155從動輪Z2728200.31300各傳動齒輪的尺寸如表210所示表210 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第排Z5、63055.626064.62Z1、2、3、428515660Z720354044第排ZO2361.56975Z5、62771.6228185.124注：所有傳動齒輪寬度為37mm4）驗算主軸的轉速 使各主軸轉速的相對轉速損失在5%以內(nèi)。n1、2、3、4=520××=474.6r/min2.4.4 繪制傳動系統(tǒng)圖傳動系統(tǒng)圖是表示傳動關系是示意圖，即用以確定的傳動軸將驅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，傳動軸齒輪和驅動軸齒輪為第排。在圖中標出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、變位系數(shù)，以校核驅動軸是否正確。另外，應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。假設在理想無泄漏狀態(tài)，即：P·q=T·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 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 =2n/60=2×3.14×655.338/60 =68.56rad/s代入公式：P·q=T· 64.22×10-6×0.3×106=68.56T7 解得：T7=280N·mmT5=T1/i5-1+T4/i5-4+T7/i5-7=2×3274.45/0.914+280/0.667=7584.89N·mm根據(jù) d=B=2.316×=21.6mm<30mm因此傳動軸5、6是符合要求的。（2）齒輪模數(shù)的驗算對多軸箱中承受載荷最大、最薄弱的軸5上的齒輪進行接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度的驗算。齒輪的材料為45鋼，表面淬火，布氏硬度HB=229286，平均值240HB。設使用壽命10年。齒輪Z5=30、Z1=28、寬度B=37mm，傳動比i5-1=0.914,工作時間比1.088/2.804=0.39。注：在校核計算的過程中所要見的表和圖在機械設計一書中，邱宣懷等編著，2003年高等教育出版社。校核計算：接觸疲勞極限Hlim 由圖12.17c得 Hlim =410MPa齒輪5的圓周速度v5 v5=1.37m/s精度等級 選9級精度使用系數(shù)KA 由表12.9 KA=1.1動載系數(shù)KV 由圖12.9 KV=1.24齒間載荷分配系數(shù)KH 由表12.10先求 Ft=2T5/d5=2×7584.89/60=252.83N KAFt/b=1.1×252.83/37=7.52N/mm<100N/mm =1.883.2×(+)cos (=0) =1.883.2×(+) =1.67 Z=0.88由此得KH=1.29齒向載荷分布系數(shù)KH 由表12.11知 KB=A+B1+0.6·（）·2（）·2+C·10-3b =1.17+0.16×1+0.6×(37/60)×2 ×(37/60)×2+0.61×10-3×37 =1.28載荷系數(shù)K K=KAKVKHKH =1.1×1.24×1.29×1.28 =2.25彈性系數(shù)ZE 由表12.12 ZE=189.8節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH 由圖12.16 （X1X2）/(Z1Z2)=0.005 ZH=2.62接觸最小安全系數(shù)SHmin 由表12.14 SHmin=1.25總工作時間th th=10×365×8×0.39=11481.6h應力循環(huán)次數(shù)NL1=60n5th = 60×3×436.892×11481.6 =9.03×108 NL2=60n1th =60×1×478×11481.6 =3.2×108接觸壽命系數(shù)ZN 由圖12.18 ZN1=1.14 ZN2=1.24許用接觸應力H H1= =373.92MPa H2= =406.7MPa驗算 H=ZE·ZH·Z =189.8×2.62×0.88× =301.95MPa<373.92 MPa計算表明：接觸疲勞強度是合適是，齒輪尺寸無須調(diào)整。齒根彎曲疲勞強度驗算重合度系數(shù)Y Y= 0.25+0.75/=0.25+0.75/1.67=0.7齒間載荷分配系數(shù)KF 由表12.10 KF=1/Y=1/0.7=1.43齒向載荷分配系數(shù)KF b/h=37/(2.25×2)=8.22 KF =1.2載荷系數(shù)K K=KAKVKFKF =1.1×1.24×1.43×1.2 =2.34齒形系數(shù)YF 由圖12.21 YF1=2.37 YF2=2.56應力修正系數(shù)YS 由圖12.22 YS1=1.68 YS2=1.62彎曲疲勞極限Flim 由圖12.23c Flim=380MPa彎曲最小安全系數(shù)SFmin 由表12.14 SFmin=1.25應力循環(huán)系數(shù)NL NL1=60n5th=9.03×108 NL2=60n1th =3.2×108彎曲壽命系數(shù)YN 由圖12.24 YN1=0.98 YN2=1.0尺寸系數(shù)Yx 由圖12.25 Yx=0.85許用彎曲應力F F1 =380×0.98×0.85/1.25=253.25MPa F2= =380×1×0.85/1.25 =258.4MPa驗算 f1=YF1 YS1Y =×2.37×1.63×0.7 =21.62MPa<f1 f2=f1 =21.62× =22.52MPa<f2傳動無嚴重過載，故不做靜強度校核。2.5 確定機械重塊平衡機構（1）計算Z軸液壓滑臺滑鞍的質(zhì)量 V1=500×55.5×250×+2×500×44.68×40 =8.72×10-3m3 m1=V=7.8×103×8.27×10-3 =68.016Kg（2）查得1TD25IA動力箱的質(zhì)量m2=120Kg（3）計算多軸箱的質(zhì)量a、箱體的質(zhì)量Va=400×(90×32057×264+141×32051×260+70×3205×260)+(57×264×28+51×260×30+5×260×10)=26.685×10-3+1.61×10-3=28.345×10-3m3ma=Va=7×103×28.345×10-3=198.415Kgb、主軸的質(zhì)量Vb=4×115×+(141+70)× =0.32×10-3 m3 mb=Vb=7.8×103×0.32×10-3 =2.5c、傳動軸的質(zhì)量Vc=2×(141+57)× =0.28×10-3 m3mc=Vc=7.8×103×0.28×10-3 =2.2d、齒輪的質(zhì)量Vd=32×(3.14×282×4+3.14×302×2+3.14×34.52+3.14×40.52×2+3.14×202)=0.99×10-3m3md=Vd=7.8×103×0.24×10-3=7.722e、查表R12-1A的質(zhì)量 me=5.5f、連桿的質(zhì)量 Vf=3.14×102×188×4 =0.24×10-3m3 mf=7.8×103×0.24×10-3 =1.9g、麻花鉆的質(zhì)量 Vg=4×3.14×52×128 =0.04×10-3m3mg=7.8×103×0.04×10-3 =0.312m總=m1+m2+ma+mb+mc+md+me+mf+mg =68.016+120+198.415+2.5+2.2+7.722+5.5+1.9+0.312 =406.57考慮到套筒和潤滑油未計算，總質(zhì)量就略取大些，取m總 =420 平衡塊的重量應等于移動部件總質(zhì)量的7585%，其余未平衡的1525%重量是由導軌的摩擦力和滑輪軸承上的以及繞在滑輪的鋼絲的阻力來補償?shù)?。則：平衡塊的重量m塊=m總85% =420×85% =357目錄第1章 機床的地位及其發(fā)展簡史1.1 機床在國民經(jīng)濟的地位及其發(fā)展簡史1.2 組合機床的國內(nèi)、外現(xiàn)狀1.2.1 國內(nèi)組合機床現(xiàn)狀1.2.2 國外組合機床現(xiàn)狀1.3 機床設計的目的、內(nèi)容、要求1.3.1 設計的目的1.3.2 設計內(nèi)容1.3.3 設計要求第2章 鉆攻柴油機箱體端面螺紋孔專用機床總體設計2.1 組合機床方案的制定2.1.1 制定工藝方案2.1.2 確定組合機床的配置形式和結構方案。2.2 確定切削用量及選擇刀具2.2.1 確定工序間余量2.2.2 選擇切削用量2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率2.2.4 選擇刀具結構2.3 四軸頭多工位同步鉆床總設計“三圖一卡”的編制2.3.1 被加工零件工序圖2.3.2 加工示意圖2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖2.3.4 生產(chǎn)率計算2.4 多軸箱的設計2.4.1 繪制多軸箱設計原始依據(jù)圖2.4.2 主軸、齒輪模數(shù)的選擇2.4.3 多軸箱的傳動設計2.4.4 繪制傳動系統(tǒng)圖2.4.5 傳動零件的校核2.5 確定機械重塊平衡機構