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畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 設(shè)計(jì) 論文 題目 泵加工專用機(jī)床設(shè)計(jì) 鉆 4 17 5 孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 學(xué) 院 名 稱 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué) 生 姓 名 羅成棟 學(xué)號 11403010417 指 導(dǎo) 教 師 趙偉敏 2014 年 11 月 12 日 摘 要 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求 本設(shè)計(jì)說明書針對泵體機(jī)床的設(shè)計(jì)及專用夾具設(shè)計(jì)進(jìn) 行說明 要內(nèi)容包括組合機(jī)床工藝方案的制定 組合機(jī)床配置型式的選擇 組合機(jī) 床總體設(shè)計(jì)以及主軸箱設(shè)計(jì) 全文要包括組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)和主軸箱設(shè)計(jì)兩部分 機(jī)床總體設(shè)計(jì)要是在選 定工藝方案并確定機(jī)床配置形式 結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上確定 三圖一卡 主軸箱設(shè)計(jì) 根據(jù) 三圖一卡 整理編繪出主軸箱原始依據(jù)圖 重點(diǎn)分析傳動系統(tǒng) 經(jīng)過各種 方案的比較 最后確定最優(yōu)方案 關(guān)鍵詞 主軸箱 組合機(jī)床 夾具 Abstract According to the requirements of the mission design design for wallboard machine and special fixture for the design specification is described The main contents include aggregate machine tool craft plan formulation combined machine tool configuration choice aggregate machine tool system design and main shaft case design The full text mainly includes overall design and main shaft box combination milling machine design two parts The overall design of machine tool is mainly in the selected process and determine the basis of machine tool configuration structure scheme to determine the three charts and a card the headstock design according to three charts and a card reorganizes the compilation to leave the headstock primitive basis chart the key analysis transmission system through the comparison of various schemes and finally to determine the optimal scheme In addition in order to improve labor productivity reduce labor intensity guaranteed the processing quality need to design special jig Keywords spindle box modular machine tool fixture 目 錄 摘 要 II Abstract 1 1 緒論 1 1 1 課題研究意義 1 1 2 鉆孔專用設(shè)備應(yīng)用 1 1 3 鉆孔專用設(shè)備 2 1 3 1 多軸頭 2 1 3 2 主軸箱 2 1 3 3 多軸鉆床 3 1 3 4 自動更換主軸箱機(jī)床 3 1 4 鉆孔專用設(shè)備趨勢 4 1 5 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 4 1 5 1 組合機(jī)床的概述 4 1 5 2 組合機(jī)床的技術(shù)發(fā)展趨勢 5 2 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 8 2 1 組合機(jī)床方案的制定 8 2 1 1 制定工藝方案 8 2 1 2 確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案 9 2 2 確定切削用量及選擇刀具 10 2 2 1 確定工序間余量 10 2 2 2 選擇切削用量 10 2 2 3 確定切削力 切削扭矩 切削功率 11 2 2 4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 12 2 3 鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計(jì) 三圖一卡 的編制 12 2 3 1 被加工零件工序圖 12 2 3 2 加工示意圖 13 2 3 3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 17 2 3 4 生產(chǎn)率計(jì)算卡 19 3 主軸箱的設(shè)計(jì) 22 3 1 主軸箱的設(shè)計(jì) 22 3 1 1 繪制主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 22 3 1 2 齒輪模數(shù)選擇 23 3 1 3 主軸箱的傳動設(shè)計(jì) 23 3 1 4 繪制傳動系統(tǒng)圖 25 3 2 傳動軸的直徑估算 26 3 2 1 確定各軸轉(zhuǎn)速 26 3 2 2 傳動軸直徑的估算 確定各軸最小直徑 27 3 2 3 鍵的選擇 28 3 3 傳動軸的校核 28 3 3 1 傳動軸的校核 28 3 3 2 鍵的校核 29 結(jié)論 30 致 謝 31 參考文獻(xiàn) 32 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(biāo)是產(chǎn) 品的開發(fā)時(shí)間 Time 產(chǎn)品 Quality 成本 Cost 創(chuàng)新能力 Creation 和服 務(wù) Service 用戶在追求高質(zhì)量產(chǎn)品的同時(shí) 會更多的追求較低的價(jià)格和較短的 交貨周期 美國制造業(yè)在 20 世紀(jì) 50 至 40 年代要以擴(kuò)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(yīng)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(qiáng)競爭力 制造業(yè)是國家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一 制造業(yè)的基礎(chǔ)是 是眾多機(jī)械制造的母機(jī) 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(guān)系 關(guān)系到國家機(jī)械工 業(yè)以至整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展水平 是先進(jìn)制造技術(shù)的基本單元載體 機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量 更新速度 對市場的應(yīng)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(gè)國家經(jīng)濟(jì)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(jì)資料 在要的生產(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(yán)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 鉆孔專用設(shè)備應(yīng)用 據(jù)統(tǒng)計(jì) 一般在車間中普通機(jī)床的平均切削時(shí)間很少超過全部工作時(shí)間的 15 其余時(shí)間是看圖 裝卸工件 調(diào)換刀具 操作機(jī)床 測量以及清除鐵屑等等 使用數(shù)控機(jī)床雖然能提高 85 但購置費(fèi)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(jī)床低 故必須更多地縮短加工時(shí)間 不同的 加工方法有不同的特點(diǎn) 就鉆削加工而言 鉆孔專用設(shè)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(yīng)用 但只局限于大批 量生產(chǎn) 即使采用可調(diào)式多軸頭擴(kuò)大了使用范圍 仍然遠(yuǎn)不能滿足批量小 孔型復(fù) 雜的要求 尤其隨著工業(yè)的發(fā)展 大型復(fù)雜的鉆孔專用設(shè)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(gè) 20 孔 若以搖臂鉆床加工 單 單鉆孔與锪沉頭孔就要 842 5 小時(shí) 另外還要?jiǎng)澗€工時(shí) 151 1 小時(shí) 但若以數(shù)控八 2 軸落地鉆床加工 鉆锪孔只要 171 6 小時(shí) 劃線也簡單 只要 1 9 小時(shí) 因此 利 用數(shù)控控制的二個(gè)坐標(biāo)軸 使刀具正確地對準(zhǔn)加工位置 結(jié)合鉆孔專用設(shè)備不但可 以擴(kuò)大加工范圍 而且在提高精度的基礎(chǔ)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(jī) 30 種箱形與桿形零件的 2000 多個(gè)鉆 孔操作中 有 40 可以在自動更換主軸箱機(jī)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(shí)間 1975 年法國巴黎機(jī)床展覽會也反映了鉆孔專用設(shè)備的 使用愈來愈多這一趨勢 1 3 鉆孔專用設(shè)備 鉆孔專用設(shè)備是在一次進(jìn)給中同時(shí)加工許多孔或同時(shí)在許多相同或不同工件上 各加工一個(gè)孔 這不僅縮短切削時(shí)間 提高精度 減少裝夾或定位時(shí)間 并且在數(shù) 控機(jī)床中不必計(jì)算坐標(biāo) 減少字塊數(shù)而簡化編程 它可以采用以下一些設(shè)備進(jìn)行加 工 立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭 多軸鉆床 多軸組合機(jī)床心及自動更換主軸箱機(jī)床 甚至可以通過二個(gè)能自動調(diào)節(jié)軸距的軸或主軸箱 結(jié)合數(shù)控工作臺縱橫二個(gè)方向的 運(yùn)動 加工各種圓形或橢圓形孔組的一個(gè)或幾個(gè)工序 現(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(kuò)大 其贊許適應(yīng)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 它要裝在有萬向 二 種 1 萬向軸式也有二種 具有對準(zhǔn)裝置的軸 軸裝在可調(diào)支架中 而可調(diào)支架 能在殼體的 T 形槽中移動 并能在對準(zhǔn)的位置以螺栓固定 2 具有公差的圓柱形 軸套 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(jìn)行工作 這種鉆孔專用 設(shè)備方法 由于鉆孔效率 加工范圍及精度的關(guān)系 使用范圍有限 1 3 2 主軸箱 也象多軸頭那樣作為標(biāo)準(zhǔn)部件生產(chǎn) 美國 Secto 公司標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱 主軸箱等設(shè) 3 計(jì)的不可調(diào)式主軸箱 有 32 種規(guī)格 加工面積從 300 300 毫米到 600 1050 毫米 工作軸達(dá) 60 根 動力達(dá) 22 5 千瓦 Romai 工廠生產(chǎn)的可調(diào)主軸箱調(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(dá)到比 普通主軸箱更小的孔距 根據(jù)成組加工原理使用主軸箱或多軸頭的組合機(jī)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(diǎn) 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(shí)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(jī)時(shí)間 4 使用優(yōu)質(zhì)刀具 監(jiān)視刀具是否變鈍 鉆頭要機(jī)磨 5 尺寸超差時(shí)能立即發(fā)現(xiàn) 1 3 3 多軸鉆床 這是一種能滿足鉆孔專用設(shè)備要求的鉆床 諸如導(dǎo)向 功率 進(jìn)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(jìn)給 其整個(gè)工作循壞如快進(jìn) 工進(jìn)與清除鐵屑等都是自動進(jìn)行 值得注意的是 多數(shù)具有單獨(dú)的變速機(jī)構(gòu) 這樣 可以適應(yīng)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(jī)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(jī)床 1 自動更換軸機(jī)床 自動更換軸機(jī)床頂部是回轉(zhuǎn)式主軸箱庫 掛有多個(gè)不可調(diào)主軸箱 縱橫配線盤 予先編好工作程序 使相應(yīng)的主軸箱進(jìn)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(jìn)行加工 當(dāng)變更加工對象時(shí) 只要 調(diào)換懸掛的主軸箱 就能適應(yīng)不同孔型與不同工序的需要 2 多軸轉(zhuǎn)塔機(jī)床 轉(zhuǎn)塔上裝置多個(gè)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(jìn)給運(yùn)動 通過工作臺回轉(zhuǎn) 可以加工工件的多個(gè)面 因?yàn)檗D(zhuǎn)塔 不宜過大 故它的工位數(shù)一般不超過 4 6 個(gè) 且主軸箱也不宜過大 當(dāng)加工對象 的工序較多 尺寸較大時(shí) 就不如自動更換主軸箱機(jī)床合適 但它的結(jié)構(gòu)簡單 3 自動更換主軸箱組合機(jī)床 它由自動線或組合機(jī)床中的標(biāo)準(zhǔn)部件組成 不可調(diào)主軸箱與動力箱按置在水平 底座上 主軸箱庫轉(zhuǎn)動時(shí)整個(gè)裝置緊固在進(jìn)給系統(tǒng)的溜板上 主軸箱庫轉(zhuǎn)動與進(jìn)給 4 動作都按標(biāo)準(zhǔn)子程序工作 換主軸箱時(shí)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(gè)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(yīng)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(dá) 15000 個(gè) 它與支撐板聯(lián)接在一起加工 孔 徑為 20 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(jìn)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(jìn)給量大 為了縮短加工時(shí)間 以 8 軸數(shù)控落地加工 1 4 鉆孔專用設(shè)備趨勢 鉆孔專用設(shè)備生產(chǎn)效率高 投資少 生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短 產(chǎn)品改型時(shí)設(shè)備損失少 而且隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 鉆孔專用設(shè)備的范圍一定會愈來愈廣 加工效率也 會不斷提高 1 5 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 1 5 1 組合機(jī)床的概述 組合機(jī)床 transfer and unit machine 是以系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件為 基礎(chǔ) 配以少量專用部件對一種或多種工件按預(yù)先確定的工序進(jìn)行切削加工的機(jī)床 兼有萬能機(jī)床和專用機(jī)床的優(yōu)點(diǎn) 通用零部件通常占整個(gè)機(jī)床零部件的 70 90 只需要根據(jù)被加工零件的形狀及工藝改變極少量的專用部件就可以部 分或全部進(jìn)行改裝 從而組成適應(yīng)新的加工要求的設(shè)備 由于在組合機(jī)床上可以同 時(shí)從幾上方向采用多把刀具對一個(gè)或數(shù)個(gè)工件進(jìn)行加工 所以可減少物料的搬運(yùn)和 占地面積 實(shí)現(xiàn)工序集中 改善勞動條件 提高生產(chǎn)效率和降低成本 將多臺組合 機(jī)床聯(lián)在一起 就成為自動生產(chǎn)線 組合機(jī)床廣泛應(yīng)用于需大批量生產(chǎn)的零部件 如汽車等行業(yè)中的箱體等 另外在中小批量生產(chǎn)中也可應(yīng)用成組技術(shù)將結(jié)構(gòu)和工藝 相似的零件歸并在一起 以便集中在組合機(jī)床上進(jìn)行加工 組合機(jī)床一般可完成的工藝范圍有 銑平面 刮平面 車端面 車錐面 鉆孔 擴(kuò)孔 鉸孔 鏜孔 倒角 切槽 以及加工螺紋 滾壓 拉削 磨削 拋光工序 組合機(jī)床一般采用多軸 多刀 多序 多面或多工位同時(shí)加工的方式 生產(chǎn)效 率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍 由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化 可根據(jù)需要靈 5 活配置 能縮短設(shè)計(jì)和制造周期 因此 組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn) 在 大批 大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用 并可用以組成自動生產(chǎn)線 組合機(jī)床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件 加工時(shí) 工件一般不旋轉(zhuǎn) 由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和刀具與工件的相對進(jìn)給運(yùn)動 來實(shí)現(xiàn)鉆孔 擴(kuò)孔 锪孔 鉸孔 鏜孔 銑削平面 切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等 有的組合機(jī)床采用車削頭 夾持工件使之旋轉(zhuǎn) 由刀具作進(jìn)給運(yùn)動 也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件 如飛輪 汽 車后橋半軸等 的外圓和端面加工 組合機(jī)床的通用部件按功能分為動力部件 支承部件 輸送部件 控制部件和 輔助部件 5 類 動力部件為機(jī)床提供主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動 主要有動力箱 將電動機(jī) 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給主軸箱 切削頭 裝在各個(gè)主軸上 用于各單一工序的加工 動力滑臺 用于安裝動力箱或切削頭 以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動 支承部件用以安裝動力 滑臺 帶有進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件 有側(cè)底座 中間底座 支架 可調(diào) 支架 立柱和立柱底座等 輸運(yùn)部件用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件 主 要有分度回轉(zhuǎn)工作臺 環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺 分度鼓輪和往復(fù)移動工作臺等 控制 部件用以控制機(jī)床的自動工作循環(huán)的部件 有液壓站 電氣柜和操縱臺等 輔助部 件包括潤滑 冷卻和排屑裝置等 根據(jù)配置型式 組合機(jī)床可分為單工位和多工位 兩大類 其中單工位組合機(jī)床按被加工面的數(shù)量又有單面 雙面 三面和四面 4 種 通常只能對各個(gè)加工部位同時(shí)進(jìn)行一次加工 多工位組合機(jī)床則有回轉(zhuǎn)工作臺式 往復(fù)工作臺式 中長立柱式和回轉(zhuǎn)鼓輪式 4 種 能對加工部位進(jìn)行多次加工 通用 部件按功能可分為動力部件 支承部件 輸送部件 控制部件和輔助部件五類 1 5 2 組合機(jī)床的技術(shù)發(fā)展趨勢 最早的組合機(jī)床于 1911 年在美國制成 用于加工汽車零件 1953 年 美國福 特汽車公司和通用汽車公司與美國機(jī)床制造廠協(xié)商 確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn) 化的原則 1973 年 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 公布了第一批組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn) 1975 年 中國第一機(jī)械工業(yè)部頒布了中國的第一批組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn) 組合機(jī) 床現(xiàn)代發(fā)展的方向主要有以下幾個(gè)特點(diǎn) a 組合機(jī)床品種的發(fā)展重點(diǎn) 在組合機(jī)床這類專用機(jī)床中 回轉(zhuǎn)式多工位組 合機(jī)床和自動線占有很重要的地位 因?yàn)檫@兩類機(jī)床可以把工件的許多加工工序分 配到多個(gè)加工工位上 并同時(shí)能從多個(gè)方向?qū)ぜ膸讉€(gè)面進(jìn)行加工 此外 還可 以通過轉(zhuǎn)位夾具 在回轉(zhuǎn)工作臺機(jī)床上 或通過轉(zhuǎn)位 翻轉(zhuǎn)裝置 在自動線上 實(shí)現(xiàn)工 件的五面加工或全部加工 因而具有很高的自動化程度和生產(chǎn)效率 被汽車 摩托 6 車和壓縮機(jī)等工業(yè)部門所采用 b 自動線節(jié)拍時(shí)間進(jìn)一步縮短 目前 以大批量生產(chǎn)為特征的轎車和輕型載 貨車 其發(fā)動機(jī)的年產(chǎn)量通常為 60 萬臺左右 實(shí)現(xiàn)這樣大的批量生產(chǎn) 回轉(zhuǎn)式多 工位組合機(jī)床和自動線在三班運(yùn)行的情況下 其節(jié)拍時(shí)間一般為 20 30 秒 當(dāng)零 件生產(chǎn)批量更大時(shí) 機(jī)床的節(jié)拍時(shí)間還要更短些 自動線的短節(jié)拍 主要是通過縮 短基本時(shí)間和輔助時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的 縮短基本時(shí)間的主要途徑是采用新的刀具材料和 新穎刀具 以通過提高切削速度和進(jìn)給速度來縮短基本時(shí)間 縮短輔助時(shí)間主要是 縮短包括工件輸送 加工模塊快速引進(jìn)以及加工模塊由快進(jìn)轉(zhuǎn)換為工進(jìn)后至刀具切 入工件所花的時(shí)間 為縮短這部分空行程時(shí)間 普遍采用提高工件 工件直接輸送 或隨行夾具的輸送速度和加工模塊的快速移動速度 目前 隨行夾具的輸送速度可 達(dá) 60m min 或更高些 加工模塊快速移動速度達(dá) 40m min c 組合機(jī)床柔性化進(jìn)展迅速 十多年來 作為組合機(jī)床重要用戶的汽車工業(yè) 為迎合人們個(gè)性化需求 汽車變型品種日益增多 以多品種展開競爭已成為汽車市 場競爭的特點(diǎn)之一 這使組合機(jī)床制造業(yè)面臨著變型多品種生產(chǎn)的挑戰(zhàn) 為適應(yīng)多 品種生產(chǎn) 傳統(tǒng)以加工單一品種的剛性組合機(jī)床和自動線必須提高其柔性 組合機(jī) 床的柔性化主要是通過采用數(shù)控技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的 開發(fā)柔性組合機(jī)床和柔性自動線的 重要前提是開發(fā)數(shù)控加工模塊 而有著較長發(fā)展歷史的加工中心技術(shù)為開發(fā)數(shù)控加 工模塊提供了成熟的經(jīng)驗(yàn) 由數(shù)控加工模塊組成的柔性組合機(jī)床和柔性自動線 可 通過應(yīng)用和改變數(shù)控程序來實(shí)現(xiàn)自動換刀 自動更換多主軸箱和改變加工行程 工 作循環(huán) 切削參數(shù)以及加工位置等 以適應(yīng)變型品種的加工 組合機(jī)床自動線柔性化的迅速發(fā)展和節(jié)拍時(shí)間的日益縮短 充分顯示了 CNC 技 術(shù)和刀具技術(shù)給組合機(jī)床自動線帶來的巨大技術(shù)進(jìn)步 使柔性自動線在多品種 大 批量生產(chǎn)中成為重要的技術(shù)裝備 但在這里必須指出 在組合機(jī)床和自動線實(shí)現(xiàn)柔 性化發(fā)展的同時(shí) 加工中心高速化發(fā)展異常迅速 加工中心與組合機(jī)床的競爭日趨 激烈 d 加工精度日益提高 特別自 80 年代中期以來 汽車制造業(yè)為增強(qiáng)其汽車的 競爭力 不斷地加嚴(yán)其發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵件的制造公差 并通過計(jì)算機(jī)輔助測量和分析 方法 以及通過設(shè)備能力檢驗(yàn)來提高其產(chǎn)品的質(zhì)量 這無疑是對組合機(jī)床和自動線 提出了更高的要求 組合機(jī)床制造廠為了滿足用戶對工件加工精度的高要求 除了 進(jìn)一步提高主軸部件 鏜桿 夾具 包括鏜模 的精度 采用新的專用刀具 優(yōu)化切 削工藝過程 采用刀具尺寸測量控制系統(tǒng)和控制機(jī)床及工件的熱變形等一系列措施 外 目前 空心工具錐柄 HSK 和過程統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制 SPC 的應(yīng)用已成為自動線提高 7 和監(jiān)控加工精度的新的重要技術(shù)手段 e 綜合自動化程度日益提高 近十年來 為進(jìn)一步提高工件的加工精度和減 少工件在生產(chǎn)過程中的中間儲存 搬運(yùn)以及縮短生產(chǎn)流程時(shí)間 將工件加工流程中 的一些非切削加工工序 如工序間的清洗 測量 裝配和試漏等 集成到自動線或自 動線組成的生產(chǎn)系統(tǒng)中 以實(shí)現(xiàn)工件加工 表面處理 測量和裝配等工序的綜合自 動化 f 其它技術(shù)的應(yīng)用動向 在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的組合機(jī)床行業(yè)中 下列技術(shù)得到 了較為廣泛的應(yīng)用 組合機(jī)床設(shè)計(jì)普及 CAD 技術(shù)在國外許多公司中 組合機(jī)床設(shè)計(jì) 已普遍采用 CAD 工作站 在設(shè)計(jì)室?guī)缀鹾茈y見到傳統(tǒng)的繪圖板 CAD 除應(yīng)用于繪圖 工作外 并在構(gòu)件的剛度分析 有限元方法 組合機(jī)床及自動線設(shè)計(jì)方案比較和選 擇 以及方案報(bào)價(jià)等方面均已得到廣泛應(yīng)用 從而顯著地提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短了 設(shè)計(jì)周期 加之國外許多公司在組合機(jī)床和自動線組成模塊方面的系列化和通用化 程度很高 一般達(dá) 90 以上 使組合機(jī)床和自動線的交貨期進(jìn)一步縮短 2 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 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(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 圖 2 1 根據(jù)被加工零件 泵體 的零件圖 圖 2 1 加工 4 個(gè)孔的工藝過程 1 加工孔的要技術(shù)要求 4 個(gè)直徑均為 17 5mm 工件材料為 HT200 HB170 241HBS 要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為 考慮廢品及備品率 年產(chǎn)量 3 萬件 2 班制生產(chǎn) 每班 6 小 時(shí) 9 2 工藝分析 加工該孔時(shí) 孔的位置度公差為 0 05mm 根據(jù)組合機(jī)床的工藝方法及能達(dá)到的精度 可采用如下的加工方案 一次性加工通孔 孔徑為 17 5mm 3 定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇 加工此零件上的孔 以上表面限制三個(gè)自由度和右端面限制三個(gè)自由度 位于 中間的孔通過螺桿起到了很好的夾緊作用 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 由于工件是大批量 生產(chǎn) 因此在設(shè)計(jì)時(shí)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) 床方案的要依據(jù) 泵體鉆孔的精度要求較高 可采用鉆孔組合機(jī)床 為了加工出表 面粗糙度為 Ra1 6um 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) 被加工零件圖如圖 2 1 所示 圖 2 1 泵體 10 2 被加工零件的特點(diǎn) 這要指零件的材料 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 此泵體的材料是 HT200 硬度 HB170 241 孔的直徑為 17 5mm 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) 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)床適宜加工定位基準(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 工件較小 其孔分布較密集 主軸箱體積較大 一次鉆孔 選擇立式鉆床 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(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 2 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 根據(jù)使用組合機(jī)床對車間布置情況 工序間的聯(lián)系 技術(shù)能力和自然條件等的 要求來選擇適合的組合機(jī)床 綜合以上所述 通過對泵體零件的結(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)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 以消除轉(zhuǎn) 定位誤差的影響 17 5mm 的孔在鉆孔時(shí) 直徑上工序間余量均為 0 2mm 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?yàn)樗?設(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 11 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軸可 設(shè)計(jì)成同轉(zhuǎn)速和同的每轉(zhuǎn) 進(jìn)給量 mm r 與其適應(yīng) 以滿足直徑的加需要 即 2 112 inffnfv 式中 各軸轉(zhuǎn)速 r min 1 2 i 各軸進(jìn)給量 mm r 12 iff 動力滑臺每分鐘進(jìn)給量 mm min f 由于泵體鉆孔的加工精度 工件材料 工作條件 技術(shù)要求等 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 孔鉆頭直徑 D 17 5mm 進(jìn)給量 f 0 18mm r 切削速度 v 18m 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 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 確定切削扭矩 用以確定軸及其它傳動件 齒輪 傳動軸等 的 尺寸 確定切削功率 用以選擇傳動電動 一般指動力箱 功率 通過查表計(jì)算如 下 切削力 26 2 2FD8 0f6 HB 26 17 5 8 02 2378 5N 切削扭矩 10 2 3T9 18 0f6 10 9 1570 82 9979N mm 切削功率 2 4P 74vD 9979 18 9740 3 14 17 5 0 43kw 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 12 V 切削速度 m min P 切削功率 kw 2 2 4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 泵體的布氏硬度在 HB170 241 孔徑 D 為 17 5mm 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) 17 5mm 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 2 3 鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計(jì) 三圖一卡 的編制 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 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 硬度等狀況的圖紙 它是在原零件圖基礎(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 是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的要依據(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 泵體鉆孔組合機(jī)床的被加工零件工序圖如 2 2 所 示 圖上要內(nèi)容 1 被加工零件的形狀 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 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位視圖 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)粗實(shí)線標(biāo)記 如圖 2 2 中定位基準(zhǔn) 機(jī)械 夾壓位置及方向 輔助支承均須用規(guī)定的符號部 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)值下方面用表示出來 13 圖 2 2 泵體工序圖 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 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 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 主軸箱 電氣和 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇動力部件的要依據(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 為泵體鉆孔的加 工示意圖 14 圖 2 3 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 刀具及主軸箱端面之間的距離等 3 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 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(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 除用剛性軸的方案外 工件的尺寸 位置精度要取決于 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 15 1 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 v 18m 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 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 d1 D D1 D2 l l1 l2 l3 l4 L5 17 5 17 5 40 30 34 150 40 17 5 12 17 46 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 H7 g6 H7 n6 g6 固定導(dǎo)向裝置的布置如圖 2 4 所示 圖 2 4 固定導(dǎo)向裝置的布置 3 初定軸類型 尺寸 外伸長度 因?yàn)檩S的材料為 40Cr 剪切彈性模量 G 81 0GPa 剛性軸取 1 4 0 m 所以 B 取 2 316 根據(jù)剛性條件計(jì)算軸的直徑為 d B 2 59 4T 16 式中 d 軸直徑 mm 24 65 T 軸所承受的轉(zhuǎn)矩 N mm B 系數(shù) 本設(shè)計(jì)中軸直徑 d 17 5mm 軸外伸長度為 L 115mm D 為 40 28 1d 4 選擇刀具接桿 由以上可知 主軸箱各軸的外伸長度為一定值 而刀具的長度也是一定值 因 此 為保證主軸箱上各刀具能同時(shí)到達(dá)加工終了位置 就需要在軸與刀具之間設(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 2 5 所示 圖 2 5 可調(diào)連接桿 連接桿上的尺寸 d 與軸外伸長度的內(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 3 所示 表 2 3 可調(diào)接桿的尺寸 d D1 h6 d2 d3 L l1 l2 l3 螺母 厚度 28 Tr28 2 莫氏 1 號 12 061 36 17 55 51 42 50 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 2 3 所示 其中最重要的聯(lián)系尺寸即工件端面到主軸 箱端面之間的距離 圖中的尺寸 321mm 它等于刀具懸伸長度 螺母厚度 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 6 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 和切出工L 1L 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2L1 17 時(shí)取大值 因此取 8mm 切出長度 1 3d 3 8 x17 5 7 12mm 所1L2L13 以 8 12 12 32mm 工L 7 快進(jìn)長度的確定 考慮實(shí)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 120mm 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 120 45 75mm 2 3 3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 圖 2 7 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 18 底座加上專用部件組合而成 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 2 7 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)的要參數(shù) 工件與各部件間的要聯(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 2378 5 9517 5N進(jìn)Fi 式中 各軸加工時(shí)所產(chǎn)生的軸向力i 由于滑臺工作時(shí) 除了克服各軸的軸的向力外 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 9 517 5KN 進(jìn)F 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 18mm min 所以選擇 1HY32 A 液壓滑臺 工作進(jìn)給速度范圍vf 20 650mm min 快速速度 10m 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 這里取 80mm 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 120 20 80 220mm 取 L 630mm 綜合上述條件 確定液壓動 力滑臺型號 1HY32 A 以及相配套的滑臺底座 1CC321 型 2 由下式確定動力箱的選用 動力箱要依據(jù)多軸所需的電動機(jī)功率來選 19 用 在主軸箱沒有設(shè)計(jì)之前 可算主P 2 6主 切 6 0 43 0 8 3 217 5KW 式中 主軸箱傳動效率 加工黑色金屬時(shí) 0 8 0 9 有色金屬時(shí) 0 7 0 8 本系統(tǒng)加工 HT200 取 0 8 動力箱的電動機(jī)功率應(yīng)大于計(jì)算功率 并結(jié)合軸要求的轉(zhuǎn)速大小選擇 因此 選用電動機(jī)型號為 Y132M1 6 的 1TD32I 型動力箱 動力箱輸出軸至箱底面高度為 180mm 要技術(shù)參數(shù)如下表 表 2 4 電機(jī)型號及參數(shù) 轉(zhuǎn)速范圍 r min 電機(jī)傳動型號 電機(jī)轉(zhuǎn)速 輸出轉(zhuǎn)速 電機(jī)功率 kw 配套軸部件型號 D50 Y132M1 6 960 470 4 1HY32 A 1CC321 1CD32 1 3 配套支承部件的選用 立柱底座 1CD322 4 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 800mm 5 中間底座輪廓尺寸 中間底座的輪廓尺寸要滿足滑臺在其上面聯(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 1CD321 6 確定主軸箱輪廓尺寸 本機(jī)床配置的主軸箱總厚度為 340mm 寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取 計(jì)算時(shí) 主軸箱的寬度 B 和高度 H 可確定為 B 320 H 17 50 根據(jù)上述計(jì)算值 按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn) 最后確定主軸箱輪廓尺寸 B H 320 17 50mm 2 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 20 生產(chǎn)率及負(fù)荷率的要求 計(jì)算如下 切削時(shí)間 T 切 L vf t 停 2 7 45 74 7 10 415 0 617 5 min 式中 T 切 機(jī)加工時(shí)間 min L 工進(jìn)行程長度 mm vf 刀具進(jìn)給量 mm min t 停 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 10r 輔助時(shí)間 T 輔 t 移 t 裝 2 8fkvL43 75 120 1000 0 13 2 2 317 5min 式中 L 3 L 4 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(shí)間 min 一般為 0 05 0 13min 取 0 13 min t 裝 裝卸工件時(shí)間 min 一般為 0 5 1 5min 本例取 2min 機(jī)床生產(chǎn)率 Q1 60 T 單 2 9 60 T 切 T 輔 60 0 617 5 3 295 15 3 件 h 機(jī)床負(fù)荷率按下式計(jì)算 Q Q 1 100 2 10 A Q1tk 100 20000 15 3 1950 100 67 04 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 1950h 表 2 5 生產(chǎn)率計(jì)算卡 21 22 3 主軸箱的設(shè)計(jì) 3 1 主軸箱的設(shè)計(jì) 3 1 1 繪制主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖是根據(jù) 三圖一卡 繪制的如圖 3 1 所示 圖 3 1 鉆孔組合機(jī)床主軸箱 圖中主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 軸 部為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 面對軸看 軸的工序內(nèi)容 切削用量及軸尺寸及動力部件的型號和性能參數(shù)如表 3 1 所 示 表 3 1 軸外尺寸及切削用量 軸外伸尺寸 切削用量 軸號 D d L 工序 內(nèi)容 N r min V m min f mm r Vf mm min 1 2 3 4 40 28 115 鉆 17 5 415 18 0 18 74 7 23 注 1 被加工零件編號及名稱 箱體材料 HT200 JB297 62 硬度 HB170 241 前 后 側(cè)蓋等材料為 HT150 2 動力部件型號 1TD32I 動力箱 電動機(jī)型號 Y112M 6 功率 P 2 2kw 3 1 2 齒輪模數(shù)選擇 本組合機(jī)床要用于鉆孔 因此采用滾珠軸承軸 齒輪模數(shù) m 可按下式估算 m 30 32 32 2 1 2 113 ZNP3 4159 2 式中 m 估算齒輪模數(shù) P 齒輪所傳遞的功率 kw Z 對嚙合齒中的小齒輪數(shù) N 小齒輪的轉(zhuǎn)速 r min 主軸箱輸入齒輪模數(shù)取 m 2 5 3 1 3 主軸箱的傳動設(shè)計(jì) 1 根據(jù)原始依據(jù)圖 圖 3 2 畫出驅(qū)動軸 軸坐標(biāo)位置 如下表 表 3 2 驅(qū)動軸 軸坐標(biāo)值 坐標(biāo) 銷 O1 驅(qū)動軸 O 軸 1 軸 2 軸 3 軸 4 X 175 0 37 37 37 37 Y 0 86 5 103 5 17 59 5 17 59 5 103 5 2 確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù) 24 圖 3 2 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 根據(jù) 組合機(jī)床簡明設(shè)計(jì)手冊 可知 驅(qū)動軸齒數(shù)要在 21 24 之間 2 傳動軸 2 為軸 1 2 3 4 都各自在同一同心圓上 主軸箱的齒輪模數(shù)按驅(qū)動軸齒輪估算 2 17 5 30 2Pmzn 主軸箱輸入齒輪模數(shù)取 m 2 5 軸 1 2 3 4 要求的轉(zhuǎn)速一致且較高 所以采 用降速傳動 軸齒數(shù)選取 Z 21 傳動齒輪采用 z 22 齒的齒輪 變位系數(shù) 0 18x 傳動軸的轉(zhuǎn)速為 2 15735 inr 由于前面選取了軸直徑為 40 顯然傳動軸直徑都選取 40 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 則驅(qū)動軸至傳動軸的傳動比 mir 為 2 167351i 所以選擇兩級傳動 且傳動比分配為 一級為 1 0 1 0 二級為 1 4 1 0 驅(qū)動軸的直徑為 40mm 由 組合機(jī)床簡明設(shè)計(jì)手冊 查得知 t 33 3mm 當(dāng) m 3 時(shí) 驅(qū)動軸上的齒數(shù)為 Zmin 2 17303 2 1 5 2 1 25 8dmt 去驅(qū)動齒輪齒數(shù) Z 24 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 表 2 8 齒輪種類及參數(shù) 齒輪種類 寬度 mm 齒 數(shù) 模數(shù) mm 孔徑 mm 驅(qū)動軸齒輪 24 32 17 50 連續(xù) 17 70 2 2 5 3 2 2 5 3 4 15 20 30 35 40 17 5 30 35 40 50 傳動軸齒輪 44 B 型 21 24 3 17 5 30 35 40 50 輸出軸齒輪 32 21 24 3 18 22 28 32 36 25 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速 使各軸轉(zhuǎn)速的相對轉(zhuǎn)速損失在 5 以內(nèi) 由公式 V 知 3 140Dn n1 n2 n3 n4 18x1000 3 17 5 17 5 415r min 2 18 3 1 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)動軸和各軸連 接起來 繪制在主軸箱輪廓內(nèi)的傳動示意圖 如圖 3 3 所示 圖 3 3 鉆孔主軸箱傳動系統(tǒng)圖 圖中傳動軸齒輪和驅(qū)動軸齒輪為第 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 26 畫出軸直徑和軸套直徑 以避免齒輪和相鄰的軸軸套相碰 3 2 傳動軸的直徑估算 傳動軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外 還應(yīng)滿足剛度的要求 強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載 荷和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞 機(jī)床傳動系統(tǒng)精度要求較高 不允許有較大變 形 因此疲勞強(qiáng)度一般不失是要矛盾 除了載荷很大的情況外 可以不必驗(yàn)算軸的 強(qiáng)度 剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過大的變形 因此 必須保證傳動軸有足 夠的剛度 3 2 1 確定各軸轉(zhuǎn)速 確定軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 計(jì)算轉(zhuǎn)速 是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速 各傳jn 動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上 按軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動關(guān)系確定 根據(jù) 1 表 3 10 軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 min 70 5r41 25n3213zmi j 各變速軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 軸 的計(jì)算轉(zhuǎn)速可從軸 71r min 按 72 18 的變速副找上去 軸 的計(jì)算轉(zhuǎn)速 為3jn 100r min 軸 的計(jì)算轉(zhuǎn)速 為 400r min 2jn 軸 的計(jì)算轉(zhuǎn)速 為 800r min 1j 各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 各變速組內(nèi)一般只計(jì)算組內(nèi)最小齒輪 也是最薄弱的齒輪 故也只需確定最小 齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 變速組 c 中 22 86 只需計(jì)算 z 22 的齒輪 計(jì)算轉(zhuǎn)速為 280r min 變速組 b 計(jì)算 z 18 的齒輪 計(jì)算轉(zhuǎn)速為 400r min 變速組 a 應(yīng)計(jì)算 z 28 的齒輪 計(jì)算轉(zhuǎn)速為 800r min 核算軸轉(zhuǎn)速誤差 min 14 5736 245 9 324 1640 rn 實(shí) mi 2r標(biāo) 27 53 4102 157 0 標(biāo) 標(biāo)實(shí) n 所以合適 3 2 2 傳動軸直徑的估算 確定各軸最小直徑 根據(jù) 5 公式 7 1 并查 5 表 7 13 得到 取 1 mnPdj491 軸的直徑 取 i 80 6 11rj mndj 3 21809 575 79144 軸的直徑 取 min 40 92 0 9 12 rnj mndj 61 340 5795 714 軸的直徑 取 in 10 89 9323 rnj mndj 5 46108 575 79144 其中 P 電動機(jī)額定功率 kW 從電機(jī)到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積 該傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 jnminr 傳動軸允許的扭轉(zhuǎn)角 o 當(dāng)軸上有鍵槽時(shí) d 值應(yīng)相應(yīng)增大 4 5 當(dāng)軸為花鍵軸時(shí) 可將估算的 d 值減 28 小 7 為花鍵軸的小徑 空心軸時(shí) d 需乘以計(jì)算系數(shù) b b 值見 5 表 7 12 和 為由鍵槽并且軸 為空心軸 和 為花鍵軸 根據(jù)以上原則各軸的直徑取值 和 在后文給定 軸采用光軸 軸和 軸因?yàn)橐惭b滑移齒m30 d 輪所以都采用花鍵軸 因?yàn)榫匦位ㄦI定心精度高 定心穩(wěn)定性好 能用磨削的方法 消除熱處理變形 定心直徑尺寸公差和位置公差都能獲得較高的精度 故我采用矩 形花鍵連接 按 規(guī)定 矩形花鍵的定心方式為小徑定心 查19874 TGB 15 表 5 3 30 的矩形花鍵的基本尺寸系列 軸花鍵軸的規(guī)格 軸花鍵軸的規(guī)格 2368 為DdN 842 為BDdN 各軸間的中心距的確定 1684 5 21 mmz 78d 02 4 15cos2 6 oV 3 2 3 鍵的選擇 查 4 表 6 1 選擇軸 上的鍵 根據(jù)軸的直徑 鍵的尺寸選擇 30 2 d 鍵的長度 L 取 22 軸處鍵的選擇同上 鍵的尺寸為78 取鍵 高鍵 寬 hb 鍵的長度 L 取 100 162取鍵 高鍵 寬 3 3 傳動軸的校核 需要驗(yàn)算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度 驗(yàn)算傾角時(shí) 若支撐類型相同則只 需驗(yàn)算支反力最大支撐處傾角 當(dāng)此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時(shí) 則齒輪 處傾角不必驗(yàn)算 驗(yàn)算撓度時(shí) 要求驗(yàn)算受力最大的齒輪處 但通常可驗(yàn)算傳動軸 中點(diǎn)處撓度 誤差 3 當(dāng)軸的各段直徑相差不大 計(jì)算精度要求不高時(shí) 可看做等直徑 采用平均直 徑 進(jìn)行計(jì)算 計(jì)算花鍵軸傳動軸一般只驗(yàn)算彎曲剛度 花鍵軸還應(yīng)進(jìn)行鍵側(cè)擠壓1d 驗(yàn)算 彎曲剛度驗(yàn)算 的剛度時(shí)可采用平均直徑 或當(dāng)量直徑 一般將軸化為集1d2d 中載荷下的簡支梁 其撓度和傾角計(jì)算公式見 5 表 7 15 分別求出各載荷作用下 所產(chǎn)生的撓度和傾角 然后疊加 注意方向符號 在同一平面上進(jìn)行代數(shù)疊加 不 在同一平面上進(jìn)行向量疊加 3 3 1 傳動軸的校核 軸的校核 通過受力分析 在一軸的三對嚙合齒輪副中 中間的兩對齒輪 29 對 軸中點(diǎn)處的撓度影響最大 所以 選擇中間齒輪嚙合來進(jìn)行校核 NdTF mnPr 7 153 012 86 2 860 9 905 96 最大撓度 mEIbl3 4349222max1068 10647 53 6 39740614 24mdII MPaEE 軸 的 材 料 彈 性 模 量 式 中 查 1 表 3 12 許用撓度 y12 所 以 合 格 yYB 軸 軸的校核同上 3 3 2 鍵的校核 鍵和軸的材料都是鋼 由 4 表 6 2 查的許用擠壓應(yīng)力 取MPap120 其中間值 鍵的工作長度 鍵與輪MPap10 mbLl 682 榖鍵槽的接觸高度 由 4 式 6 1 可得mhk5 37 5 aMPaldT pp 10 106 3823 式 中 表鍵 弱 材 料 的 許 用 擠 壓 應(yīng) 力鍵 軸 輪 轂 三 者 中 最 鍵 的 直 徑 為 鍵 的 寬 度 為 鍵 的 公 稱 長 度 圓 頭 平 鍵鍵 的 工 作 長 度 為 鍵 的 高 度此 處度鍵 與 輪 轂 鍵 槽 的 接 觸 高傳 遞 的 轉(zhuǎn) 矩 264 5 p MPamd mbmLbll hkkN 可見連接的擠壓強(qiáng)度足夠了 鍵的標(biāo)記為 20319680 TGB鍵 30 結(jié)論 本課題開發(fā)研制的鉆孔組合機(jī)床 用于加工泵體的 4 個(gè)孔 在開發(fā)過程中 針 對加工過程中存在的難點(diǎn)進(jìn)行了攻關(guān) 在鉆床的設(shè)計(jì)上采取了一系列的措施 保證 了被加工孔的加工精度 要完成了以下工作 1 對泵體的 4 個(gè)孔的加工工藝進(jìn)行了分析研究 明確了 4 個(gè)孔加工的技術(shù)要 求和工藝要點(diǎn) 2 恰當(dāng)?shù)剡x擇了機(jī)床的切削參數(shù) 動力頭及液壓滑臺驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù) 3 采用液壓滑臺驅(qū)動動力頭和主軸箱