.3研究目的及意義本文提升制孔效率與精度為目標，以減輕作業(yè)人員的勞動強度為目標，以四軸頭為核心的多位置聯(lián)動成孔機床為研究對象，以實現(xiàn)高效、高精度、高品質(zhì)的制造裝備為目標。本項目的研究價值在于：一是采用四軸聯(lián)動多臺聯(lián)動鉆削機床，能夠有效地提升制孔效率與精度。四軸聯(lián)動多軸聯(lián)動鉆削機床是一種新型的多軸數(shù)控機床，它能在多個位置同時進行切削，大大提升了機床的工作效率和精度。它能有效地改善產(chǎn)品的性能，減少產(chǎn)品的損耗，減少產(chǎn)品的報廢。其次，采用四軸聯(lián)動多臺聯(lián)動鉆孔機，減少了作業(yè)人員的工作強度。該機床應用了現(xiàn)代數(shù)字控制和自動化技術，使一些傳統(tǒng)的、繁瑣的人工作業(yè)能夠自動地進行，大大降低了作業(yè)人員的勞動強度，改善了作業(yè)的質(zhì)量。四軸聯(lián)動多臺聯(lián)動鉆孔機的開發(fā)，為企業(yè)提升了市場競爭能力提供了有力的支撐。在當今的生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)效率高、精度高、品質(zhì)好的機床裝備已成為企業(yè)贏得市場競爭的重要手段。通過對四軸聯(lián)動鏜孔機床的研發(fā)，形成一套具備獨立知識產(chǎn)權的高端裝備，增強企業(yè)的核心競爭能力，為今后的發(fā)展打下良好的基礎?？傊?，四軸聯(lián)動多臺機床的研制目標與意義是為了提升制孔的效率與準確性，減輕了工作人員的工作量，增強了公司的競爭能力，這對現(xiàn)代化生產(chǎn)的發(fā)展有著十分重大的作用。

第2章四軸頭多工位同步鉆床總體設計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的好壞，不僅關系到設備的加工質(zhì)量，而且還關系到設備的總體布局和模具的設計。所以，在制定加工方案的過程中，必須對被加工零件的圖紙進行計算和分析，并到現(xiàn)場對零件的形狀、尺寸、材料、硬度、剛度、剛度、剛度、被加工零件的結(jié)構(gòu)特點，加工精度，表面粗糙度，定位，夾緊方式，工序，所使用的刀具和切削用量，生產(chǎn)率要求，使用的環(huán)境和條件等。同時，廣泛收集國內(nèi)外有關資料，制定出一種比較完整的加工工藝。從被機部件（齒輪箱外殼）的裝配圖紙（如圖2—1所示），對8個螺釘孔進行切削的方法。加工8個Φ10的孔。表面粗糙度Ra3.2um.?？椎奈恢枚裙顬棣?.3mm。工件材料為HT200，HB175～255。2．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結(jié)合成套設備所使用的技術手段和所能實現(xiàn)的經(jīng)濟精度，提出了以下幾種加工方案。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。因此，該產(chǎn)品的六個自由度得到了充分的限制。在保證生產(chǎn)精度的同時，提高了生產(chǎn)效率，減輕了勞動強度。同樣，由于這次設計中沒有考慮到固定架，因此，在進行設計時，按手動方式進行了處理。2.1.2確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案。1．被加工零件的加工精度要在成套設備上進行的被加工工藝和要求的精度要求，是進行機械設計的重要基礎。對箱體上的孔形精度沒有太高的要求，可以使用多個位置并聯(lián)的機器，工圖2．1被加工零件圖其定位精度為0.3毫米，定位精度不高，可以在下一次裝配站完成全部孔的最后精加工。用來制造具有Ra3.2μm的表面粗糙度的小孔。通過改進原有的加工精度、加工基準的位置精度、減小夾持變形等方法，達到了預期的效果。因此，一般情況下，在加工過程中，一般都是使用后置的傳動機構(gòu)，由液壓驅(qū)動，手工夾持。2.被加工零件的特點其中，零件的材質(zhì)和硬度加工部分的結(jié)構(gòu)形式以及零件剛性的確定參考曲面的特征等都直接關系到加工過程的制定。該盒體的材質(zhì)為HT200，硬度為HB175-255，縱向上的孔間距為100毫米，寬度方向上的間距為190毫米，孔的直徑為直徑為10毫米。同時使用了孔結(jié)構(gòu)，使構(gòu)件具有充足的剛性，使被測構(gòu)件承受較小的壓力，且不會受到震動，以及加熱變形的影響。一般情況下，如果要求加工孔中心線與一面或多面的位置參照面是平行的，可用水平加工，但如果加工出的孔是一定橫向的，且加工的孔與基準面是垂直的，就不適合用來加工難組裝的或大的工件。大型箱型件適用于多工位機床，中型和小型零件則采用多工位機床。它的特點是：軸與定位基準平面成直角，定位基準平面為平面。產(chǎn)品的大小是直線的，并且是一批就能生產(chǎn)出來的，多軸零件的尺寸也很大。為了減少多軸零件的尺寸，需要使用兩個工作臺來縮小多軸零件的尺寸，從而縮小了整個機床的尺寸，這也是為什么它適用于垂直多工位鉆床的原因。3.零件的生產(chǎn)批量在確定采用單站、多站、自動線或根據(jù)中、小批量等產(chǎn)品特征來確定產(chǎn)品的制造批次時，應考慮到零部件的制造批次。按照設計的計劃，每年的產(chǎn)能是60,000個，根據(jù)零件的形狀和輪廓，使用多軸的頭來縮短工作的時間，這一過程盡可能地在一臺機器上進行，以降低機器的數(shù)量，從而增加設備的使用效率。4.機器的工作狀況利用成套設備，可以對車間布置狀況、工序之間的聯(lián)系、所利用的廠房的工藝性能及自然環(huán)境等方面提出一些需求。根據(jù)用戶的實際情況，選擇合適的設備。總結(jié)：通過對盒狀零件的結(jié)構(gòu)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，以及對整機總體布局及技術指標的影響，最終選定了四軸頭多位置聯(lián)動鉆床。2.2確定切削用量及選擇刀具2.2.1確定工序間余量為了確保機床的平穩(wěn)運行和機床的精度，需要對機床的工藝裕度進行合理的選擇。對于裝配式機器的對孔，通常采用查閱表格給出的工藝裕量，因為在這臺鉆孔機上鉆完孔后再進行再裝，或在其他多工位機床上進行下一道工序時，應適當增大余量以消除旋轉(zhuǎn)及位置偏差對機床精度的影響?？汕邢鏖g隙1.5-2.0mm的Φ10孔擴孔。2.2.2選擇切削用量確定了要在成套設備上進行的加工，接下來就是確定加工參數(shù)的確定。由于該復合機床是多軸同時進行的，所以大部分的時候，按照經(jīng)驗來看，它的選擇要比普通的普通單刀加工要少30%。在多軸的主軸上，每個工具都會共享一個進給系統(tǒng)，一般是一個標準的電動滑臺。在工作期間，必須確保每一刀具的每分鐘送料速率均相同，而且與此動力托臺的分速（毫米/分）相同。通過這種方式，能夠使處于同一心軸上的刀具軸具有不同的轉(zhuǎn)速和單位輸送速率（毫米/r）。適合不同管徑要求，即：n式中：n1f1vf箱體上的孔形零件，其加工精度，所用材料，工作環(huán)境及工藝要求均一致。在符合工藝需要的前提下，通過查找表格，找到了鉆徑D為10毫米，灰口HB175~255，進給f=0.1毫米/r，切削速度v=15米/min.2.2.3確定切削力、切削扭矩、切削功率基于選定的加工工藝（主要是切削速度v、進給速度f)，研究了動力部件（推臺）及模具的選擇。確定確定主軸及其它傳輸組件（齒輪，驅(qū)動軸等）的切削扭矩；確定選擇主輸電線路（典型地為電源盒）的電源所需的切斷電源，按下列方法查找表格進行計算：布氏硬度：HB=HBmin=255－(255－175)=228.33切削力：=26=26×10××=1071.79N切削扭矩：=10=10×××=3274.45N·mm切削功率：==3274.45×15/(9740×3.14×10)=0.164kw式中：HB——布氏硬F——切削力D——鉆頭直徑f——每轉(zhuǎn)進給量T——切削扭矩V——切削速度P——切削功率(kw)2.2.4選擇刀具結(jié)構(gòu)它的布氏硬度HB175-255，直徑為10毫米，選擇了W18Cr4V型的高速鋼鉆頭，選擇了一般的Φ10mm的鉆頭，具有工作穩(wěn)定、構(gòu)造簡便、便于刃磨等特點。在鉆削時，刀具的長短應保證刀具的帶齒尾部離導向套管有30-50mm的距離，以便在刀具和刀具都磨壞后，就可以有一個前進的調(diào)整量。2.3“三圖一卡”的編制在此基礎上，對四軸頭機多站聯(lián)動鉆削加工的技術方案和配置形式和結(jié)構(gòu)方案的確定等問題進行了論述。以下以鉆孔機為例，對蓋子整體設計進行了整體設計“三圖一卡”的形式來表達整個設計計劃，包括以下內(nèi)容：繪制工件的工序圖紙、工序圖紙、機器觸點尺寸，編制生產(chǎn)能力卡。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)容被處理部件的工藝圖，是指根據(jù)選定的工藝方案，將一臺裝配好的機床所完成的工藝表示出來，其中包含了被處理部位的尺寸、精度、表面粗糙度和技術要求，還包含了對被處理部件的位置、工件的材質(zhì)、硬度、重量、在此步驟之前的毛坯或者完成的情況的示意圖。所有的部件都不能按照用戶給出的圖紙進行替換，只有在原有的部件圖紙上，才能強調(diào)出該機器的加工，再配上相應的描述。是研制和使用成套設備的關鍵基礎，也是生產(chǎn)、使用、檢查和調(diào)試的關鍵技術資料。箱蓋四軸聯(lián)動多工位復合機床的工藝示意圖見下表2。圖上主要內(nèi)容：(1)對待加工工件的外形、主要外形尺寸，待加工工件的尺寸，精度，表面粗糙度，形位精度等的加工要求，以及加工過程中的加工情況等。(2)選定的定位參考、夾持及夾持方向。(3)在機械加工時，若采用中間引導，應標明與中間引導有關的被測構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和尺寸，以便檢驗被測工件、工裝、刀具等不會相互干涉。(4)被加工零件的名稱、數(shù)目、材料、硬度及額外余量。2、繪制被加工零件工序圖的注意事項(1)為了使所加工的零件加工路線清晰明了，必須畫出所要加工的零件。在作圖時，要按照一定的比例，選擇合適的視圖和斷面，把要加工的部位（以粗實線標示）標出，涉及到加工的零件（用細實線）表標明，加工中保證的尺寸、角度等，都要在尺寸數(shù)值下方加粗實線。如圖2-2所示。圖2.2被加工零件工序圖附注：1.被加工零件名稱及編號：箱蓋；2.材質(zhì)和硬度：HT200灰口鑄鐵，HB175~255；10機床上的定位參考、機床夾緊的位置、方位、副支撐等都要用特定的標志標明。(2)機床零件的位置尺寸以其為參照點，為便于加工與檢查，通常采用直角坐標系代替極坐標系。然而，在某些場合，因為選定的定位基準與設計基準不相符，因此，要分析并轉(zhuǎn)化待被切削零件的定位尺寸精度。另外，為了在制作卡箍和主軸盒時，引導孔到主軸孔的定位座標，也要將其轉(zhuǎn)換為對稱的尺寸，例如，將圖2—1所示的大小轉(zhuǎn)換為圖2—2所示的大小59.80.1。2.3.2加工示意圖1、加工示意圖的作用和內(nèi)容工藝簡圖是指被加工零件的工序安排在圖上的具體表現(xiàn)，表示被加工零件在機床上的加工進度。介紹了一種新型的數(shù)控加工設備的設計方法，介紹了數(shù)控加工中的刀具布置方式，工件與工裝、刀具的相對定位，并給出了加工過程中的加工過程。這是在進行刀具、夾具、多軸箱、機電液壓等方面選擇動力部件的基礎，也是整機布局方案的初步要求，也是對設備及刀具進行調(diào)整必不可少的數(shù)據(jù)。圖2-3所示為八孔立鉆在筒蓋上切割加工的機理。圖2.3鉆床加工示意圖圖表上的標記：(1)機床的工藝方式、參數(shù)、工作周期及工作沖程。(2)多軸箱體的工件與夾具、刀具及各端面間距等。(3)主軸的結(jié)構(gòu)形式、尺寸及延伸部分的長度；工具的類型、數(shù)量和結(jié)構(gòu)參數(shù)；刀具與導向設備、刀具、桿、軸的連接、刀具在切削完成后應繪制。2、繪制加工示意圖之前的有關計算(1)工具的選用要綜合考慮加工的尺寸精度，表面粗糙度，排除切削力，以及對生產(chǎn)能力的需求。工具的選用，前面已經(jīng)說過，這里就不多說了。(2)導套的選用在復合機上開孔時，除了采用剛性主軸的方案以外，對工件的尺寸和定位精度也很大程度上依賴于卡箍的引導。所以，在進行復合式機器的設計時，要注意如何選用合適的導引件，并適當?shù)卮_定其尺寸和精度。1)選用引導方式，基于工具引導部件的直徑d=10毫米和工具引導的線性速度V=15米/分鐘，選用固定引導件。2)導向套筒的設計，根據(jù)切削刀具的直徑進行選擇，見附圖2~4：圖2.4固定導向裝置固定導向裝置的標準尺寸如下表：表2-1固定導向裝置的標準尺dDD1D2Ll1mRd1d2l01018263028381322M81616固定裝置的配合如下表：表2-2固定裝置的配合導向類別工藝方法DDD1刀具導向部分外徑固定導向鉆孔G7（或F8）g6固定導向裝置的布置如圖2－5導向裝置的布置如表2－3表2－3導向裝置的參數(shù)(mm)尺寸項目l1l2l3與直徑d的關系(2～3)d加工鑄鐵dd/3+(3～8)計算值3×d=301010/3+8=12圖2.5固定導向裝置的布置（3）初定主軸類型、尺寸、外伸長度由于40Cr的材質(zhì)和G=81.0GPa的抗剪強度，因此B選為2.316。在剛度約束下，主軸直徑為：：dB=2.316×=17.52mm式中：d——軸直徑（mm）T——軸所承受的轉(zhuǎn)矩（N·mm）B——系數(shù)本設計中所有主軸直徑皆取d=20mm,主軸外伸長度為：L=115mm，D/為32/20，內(nèi)孔長度為：l1=77mm.（4）選擇刀具條由以上可知，多軸箱中各主軸的外伸量是一定的，刀具的長度也是一定的，因此，為保證各刀具同時到達工件的最終定位，需要在心軸與刀具之間加裝一個調(diào)整機構(gòu)，這個機構(gòu)可以通過一根可調(diào)節(jié)的刀具連桿完成，如圖2~6所示：圖2.6可調(diào)連接桿在連桿上的大小d是和一個在外伸段上的內(nèi)部孔D相匹配的，所以，按照接棒的直徑d來選取工具接頭的參數(shù)見表2-4：表2-4可調(diào)接桿的尺寸d(h6)D1(h6)d2d3Ll1l2l3螺母厚度20Tr20×6莫氏1號12.06117188464010012（5）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸為了保證加工終點時，使機床頭座端和工件端面的間隔最小，各接頭的接頭尺寸如圖2-3所示。最重要的連接尺寸，即工件端部到軸箱端面（在圖中是333mm）之間的間隔，這個間隔是通過刀具懸掛長度，螺母厚度，主軸外伸長度加上（可調(diào)整）的聯(lián)桿伸展長度之和確定的，然后扣除已被切削的孔的深度以及切割的數(shù)值。（6）工作進給長度的確定如圖2－7工作進給長度應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。取=7mm，切出長度=1/3d+(3～8)=+8=9mm,所以=10+7+9=26mm.（7）快進量的選擇要根據(jù)具體的工藝條件來決定，在切削前，要確保在切削前在切割時，要保證在切割時，工件的端面與刃口處都有一些工作空間，也就是說，要保證所有的工具都能收回到夾管導罩內(nèi)，而不會阻礙工作。此處將快進量設為156毫米，快進量與工進量的總和，所以快進量為156-26=130毫米。圖2.7工作進給長度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，這個裝置由電源箱、電動滑板、支柱、支柱和專用零件-多軸箱、工具、輔助裝置、固定裝置、液壓、電力、制冷、潤滑油、排屑器等構(gòu)成。聯(lián)接標度用于刻畫機械部件間的協(xié)作和行為。圖2.8機床聯(lián)系尺寸圖該系統(tǒng)的作用是檢驗各機械部件間的相對位置、尺寸關系、通用部件的選擇，并為今后研制主箱體、卡箍等專用零部件提供依據(jù)。結(jié)合比例圖可以看成是一種用于描繪裝備構(gòu)型及總體布局的簡易機構(gòu)的簡圖。從圖2-8中可以看出，機床的聯(lián)接尺度表包括機床的布局、通用零部件的類型和規(guī)范、功率元件的運動幅度和所采用的電動機的主要參數(shù)、工件與零部件的主要聯(lián)接尺寸、特種零部件的輪廓尺寸等。2、選用動力部件功率部件的選用，重點在于選用適當?shù)臋C型與尺寸、功率盒等。(1)通常根據(jù)小車的驅(qū)動形式、對送出量、送出速率、最大沖程和機器的精度等因素，進行小車的選型。1)選擇合適的驅(qū)動模式：通過比較兩種類型的特點，從具體的技術要求和工作條件出發(fā)，選擇HY型液壓滑動平臺。2)軸向送出平臺所需要的送出力=∑=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在工作時不但要克服各軸所承受的軸向壓力，還要克服由于滑移臺移動所產(chǎn)生的摩擦力。所以，在滑移臺上所選擇的最大輸入作用力不宜大于4。29公斤。3)為了在某一具體范圍內(nèi)設置一可持續(xù)調(diào)整的供紙速度，所述供紙速度應大于所述滑動平臺的最小工作供紙率的0.5至1倍；當采用了安全防護時，它的真實進給速度應當提高。這種設備具有47/min的送料速率。8mm。所以，選擇了HY25IA液壓滑移臺，其進給速度每分鐘32-800mm，速度每分鐘12米。4)為保證足夠的工作行程，根據(jù)保證足夠的工作行程，確定用于滑動平臺行程的初始和后備數(shù)值。在切削時，允許每個動力部件有一定的推進距離，以便對因切削而引起的誤差進行補償，并保證刀具在切削后仍能向前推進。這套裝置的準備容量是20mm，后備容量的作用是給各個動力部件留出一個緩沖的余地，考慮到方便工具的裝配與拆除，這里取40mm，所以，滑臺的總行程要大于工作沖程、前置儲備、備用容量總和。即：行程L＞156+20+40=236mm，取L＝250mm。確定液壓動力滑臺型號HY25IA。（2）從下式估算動力盒的選擇，主要是根據(jù)多個軸所需要的電機功率來選擇，可算＝＝4×0.164／0.8＝0.82KW式中：η——多軸箱傳動效率，電機的動力要比計算的要大，并且要與主軸對速度的需求相匹配。所以，選擇了1TD25IA型電機，該電機的型號是Y100L-6B5，電機的功率是1.5KW，傳動軸的速度是520轉(zhuǎn)/分，變速箱的輸出軸到箱體底部表面的高度是125毫米。（3）Y軸液壓滑臺的選用工件質(zhì)量計算V=420×240×10＋(2×160＋2×340)×10×30=1.308×10-3m3m=ρv=7.0×103×1.308×10-3=9.156kg磨擦系數(shù)：f=0.07～0.12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、確定裝料高度喂入高度為從工件的安裝基面上至機床底部的垂直距離，當前在進行組合機床的設計時，可依據(jù)具體情況選用H=580-1060mm。4、中間底座輪廓尺寸中座體的截面尺寸應該能夠滿足Y軸滑塊的聯(lián)接、組裝以及與柱基的聯(lián)接。因此，中間底座采用側(cè)底座1CC32。5、確定多軸箱輪廓尺寸該機裝有多個軸箱，厚度為301毫米，寬度和高度可按用戶要求進行調(diào)整。多軸箱體的長b、高H可以按照以下公式進行計算：B=b+2b1=190+2×100=390mmH=h+h1+b1=100+100+100=300mm式中：b——b1h——工件在高度方向相距最遠的兩孔距離h1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)率計算卡生產(chǎn)率計算卡片是一種能夠顯示出被加工設備工作周期、工作時間、切削用量、生產(chǎn)率、負荷率等工藝資料的一種工具。利用生產(chǎn)率計算卡片，能夠?qū)λ贫ǖ墓に嚪桨改芊襁_到使用者對生產(chǎn)率和負荷率的需求進行分析。按以下方式進行計算：切削時間：T切=2×26/47.8＋2×15/478=1.151min式中：T切L——工進行程長度vft?！罁蹊F停留時間。一般為在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)5～15r所需要時間。這里取15r輔助時間T輔=（150＋176）×2/12000+0.1+1.5=1.654min式中：Lvfkt移t裝機床生產(chǎn)率Q1=60/（T切=60/（1.151+1.654）=21.39件機床負荷率按下式計算=Q1tk/A×100%=21.39×1950/60000×100%=70%式中：Q——機床的理想生產(chǎn)率A——年生產(chǎn)綱領tk表2-5生產(chǎn)率計算卡被加工零件圖號毛坯種類鑄件名稱減速器箱蓋毛坯重量材料HT200硬度17～255HB工序名稱鉆箱蓋連接孔工序號工時/min序號工步名稱工作行程/mm切速/（m·min-1）進給量/（mm·r-1）進給量/（mm·min-1）工進時間輔助時間1按裝工件0.52工件定位夾緊0.253Z軸快下150120000.0134Z軸工進26150.147.80.5445Z軸暫停0.036Z軸快上176120000.0157Y軸前進100100000.018Y軸暫停0.099Z軸快下150120000.01310Z軸工進2647.80.54411Z軸暫停0.0312快退176120000.01513工件松開0.2514卸下工件0.5備注1、主軸轉(zhuǎn)速47.8r/min2、一次安裝加工完一個工件累計1.0881.716單件總工時2.804機床生產(chǎn)率21.39件/h理論生產(chǎn)率30.77件/h負荷率70%第3章多軸箱的設計3.1多軸箱設計依據(jù)按照“三圖一卡”方法畫出了多軸箱體的原基礎圖，見附圖3.7以該多軸軸套的兩個銷釘孔的中點作為橫軸，以所制零件的孔是對稱的，以盒中垂直線作為縱軸，將型材的外形和傳動軸之間的關系表示在所建的座標系內(nèi)。主軸部分是反時針轉(zhuǎn)動（面向主軸）。圖3.1四軸頭多工位同步鉆床多軸箱原始依據(jù)圖本機的工作內(nèi)容、切割量、主軸大小、功率元件的類型及技術指標如下表3-1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Φ10478150.147.8注：1．被加工零件編號及名稱2．動力部件型號：1TD25IA動力箱，電動機型號Y100L?6；3.2主軸、齒輪模數(shù)的選擇該設備以鉆削為主，故選用球軸承作主軸。可以通過下列公式來估計齒輪系數(shù)m：m=(30～32)=32×=1.76式中：m——估算齒輪模數(shù)P——齒輪所傳遞率Z——N——小齒輪的轉(zhuǎn)速多軸箱輸入齒輪模數(shù)取3.3多軸箱的傳動設計圖3.2箱蓋上鉆孔多軸箱傳動系統(tǒng)的傳動樹形圖（1）將主軸1和4視為一套，并將其視為一條直線，將中央驅(qū)動軸5設置于兩個主軸的中線的豎直等高線上，以類似方式將主軸2和3組合在一起，并通過旋轉(zhuǎn)軸6來驅(qū)動。通過中央傳動軸5來驅(qū)動泵的軸7。接著，將傳動軸6和7與傳動軸O相連，從而構(gòu)成了一個多軸殼體的變速器，見圖2至10。（2）根據(jù)原始依據(jù)圖（圖3.1，畫出驅(qū)動軸、主軸坐標位置。如下表：表3-2驅(qū)動軸、主軸坐標值坐標銷O1驅(qū)動軸O主軸1主軸2主軸3主軸4X－1750－959595－95Y094.518018080803.3.1確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)1）最小齒數(shù)的確定從《機械零件設計手冊》中得知，要保證齒根的強度，必須使齒根到鍵槽的壁厚為a2m，而驅(qū)動軸的直徑d=30mm，在m1=3的情況下，齒輪t=33.3毫米，見圖3.3。傳動軸上的最少齒數(shù)：圖3.3齒輪的最小壁厚Zmin2（t/m1+2+1.25）－d0/m1=2×(33.3/3+2+1.25)－30/3=18.9所以驅(qū)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m2Zmin2（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202）確定傳動軸5、6與主軸1、4；2、3間的齒輪副齒數(shù)在進行齒輪減速器的設計時，通常采取三種基本原則：最小化效率、最小質(zhì)量和最小輸出軸角度偏差。針對要求低速運轉(zhuǎn)，啟動頻繁，動力良好的減速驅(qū)動鏈條，可以按照當量慣性矩極小的原理進行設計。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(qū)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。總傳動比：i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=23Z5=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(qū)動。R12－1A液壓泵推薦轉(zhuǎn)速為n=550～800r/min,中心傳動軸轉(zhuǎn)速n5=i則：油泵軸齒輪齒數(shù)為Z轉(zhuǎn)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(Z5＋Z7)/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2－8所示表3-3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3-4表3-4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Z233030ξ00.1550.155從動輪Z272820ξ－0.31300各傳動齒輪的尺寸如表3-5所示表3-5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Ⅰ排Z5、63055.626064.62Z1、2、3、428515660Z720354044第Ⅱ排ZO2361.56975Z5、62771.6228185.124注：所有傳動齒輪寬度為37mm3.3.2驗算主軸的轉(zhuǎn)速使各主軸轉(zhuǎn)速的相對轉(zhuǎn)速損失在5%以內(nèi)。n1、2、3、4=520××=474.6r/min3.4繪制傳動系統(tǒng)圖傳輸系圖是一種顯示傳輸關系的原理圖，也就是說，通過一定的傳動軸將主動軸與各個主軸相連，在多軸箱體的外形中畫出了一個傳動裝置，見圖3.4示圖3.4箱蓋鉆孔多軸箱傳動系統(tǒng)圖在這里，僅有一列直徑37毫米的齒輪排出，距前壁4.5毫米，距后壁9.5毫米，主動軸與主動軸為II排。在圖紙上畫上齒輪的齒數(shù)，模數(shù)，變位系數(shù)，用來校正傳動軸的位置。此外，還要注意同行不相配的輪齒頂部有無相互干擾；為防止與鄰近的軸襯發(fā)生碰撞，還應繪制錠徑及軸徑。3.5傳動零件的校核3.5.1驗算傳動軸的直徑檢驗傳動軸以承載最大轉(zhuǎn)矩的傳動軸5，主軸1,4，液壓泵軸7被其所帶動。主軸扭矩：T1經(jīng)查詢，發(fā)現(xiàn)R12-1A型油壓泵之最大壓力為0.3Mpa，排量為5.88毫升/天。假定在完全沒有泄露的情況下，即：P·q=T·ω式中：P——液壓泵的壓力N/㎡。q——液壓泵的排量m3T——輸入扭矩N·m。ω——輸入角速度rad/s。單位換算：P=0.3MPa=0.3×106Pa。n=655.338r/min=10.9223r/sq=5.88×10.9223=64.22ml/r=64.22×10-6m3/sω=2πn/60=2×3.14×655.338/60=68.56rad/s代入公式：P·q=T·ω64.22×10-6×0.3×106=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。3.5.2齒輪模數(shù)的驗算在多軸箱中，分別對最大載荷和最小載荷的5軸進行了接觸和彎曲疲勞實驗。用45鋼作材料，經(jīng)過熱處理，布氏硬度HB值在229~286范圍內(nèi)，平均值240HB。假設他們的工作時間是10年。在這些數(shù)字中，Z5的數(shù)值是30,Z1為28，寬B為37毫米，為i5-1為0.914，運行時間為1.088/2.804=0.39。校核計算：接觸疲勞極限=410MPa齒輪5的圓周速度v5v5===1.37m/s精度等級,選9級精度使用系數(shù)KA，KA=1.1動載系數(shù)KV，KV=1.24齒間載荷分配系數(shù)KHαFt=2T5/d5=2×7584.89/60=252.83NKAFt/b=1.1×252.83/37=7.52N/mm<100N/mmεα=[1.88－3.2×(+)]cosβ(β=0)=1.88－3.2×(+)=1.67Zε===0.88由此得KHα===1.29齒向載荷分布系數(shù)KHβKBβ=A+B[1+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)KK=KAKVKHαKHβ=1.1×1.24×1.29×1.28=2.25彈性系數(shù)ZEZE=189.8節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH（X1X2）/(Z1Z2)=0.005ZH=2.62接觸最小安全系數(shù)S總工作時間t應力循環(huán)次數(shù)N=60×3×436.892×11481.6=9.03×108NL2=60=60×1×478×11481.6=3.2×108接觸壽命系數(shù)ZZN2許用接觸應力[σH][σH1]==[σH2]===406.7MPa驗算σH=ZE·ZH·Zε=189.8×2.62×0.88×=301.95MPa<373.92MPa經(jīng)分析認為，該方法適用于齒輪的接觸疲勞，不需要對其進行調(diào)整。齒輪根部抗彎疲勞試驗重疊因數(shù)YεYε=0.25+0.75/εα齒間載荷分配系數(shù)KFα齒向載荷分配系數(shù)KFβ由圖K載荷系數(shù)KK=KA=1.1×1.24×1.43×1.2=2.34齒形系數(shù)YFα，YFα1=2.37YFα2=2.56應力修正系數(shù)YSα，YSα1=1.68YSα2=1.62彎曲疲勞極限σFlim，σFlim=380MPa彎曲最小安全系數(shù)SFmin，SFmin=1.25應力循環(huán)系數(shù)NL,NL1=60γn5th=9.03×108NL2=60γn1th=3.2×108彎曲壽命系數(shù)YN，YN1=0.98YN2=1.0尺寸系數(shù)YxYx=0.85許用彎曲應力[σF]==380×0.98×0.85/1.25=253.25MPa[σF2]==380×1×0.85/1.25=258.4MPa驗算σf1=YFα1YSα1Yε=×2.37×1.63×0.7=21.62MPa<[σf1]σf2=σf1=21.62×=22.52MPa<[σf2]傳動無嚴重過載，故不做靜強度校核。3.6確定機械重塊平衡機構(gòu)（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=8.72×10-3m3m1=ρV=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×(90×320－57×264+141×320－51×260+70×320－5×260)+(57×264×28+51×260×30+5×260×10)=26.685×10-3+1.61×10-3=28.345×10-3m3ma=ρVa=7×103×28.345×10-3=198.415Kgb、主軸的質(zhì)量Vb=4×[115×+(141+70)×]=0.32×10-3m3mb=ρVb=7.8×103×0.32×10-3=2.5㎏c、傳動軸的質(zhì)量Vc=2×(141+57)×=0.28×10-3m3mc=ρVc=7.8×103×0.28×10-3=2.2㎏d、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=ρVd=7.8×103×0.24×10-3=7.722㎏e、查表R12?1Af、連桿的質(zhì)量Vf=0.24×10?3mf=1.9㎏g、麻花鉆的質(zhì)量Vg=4×3.14×52×128=0.04×10-3m3mg=7.8×103×0.04×10-3=0.312㎏m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㎏把套管和潤滑劑都算進去，所以把它的重量稍微大一點，就是米=420公斤。配重的重量為活動件的75-85%，剩余15-25%的不均衡部分將通過軌道的摩擦、皮帶輪支承和纏繞在皮帶輪上的金屬絲的抗力來抵消。公式：配重質(zhì)量m塊=m總85%=420×85%=357㎏

第4章液壓系統(tǒng)的設計4.1Z軸液壓泵的確定（1）液壓泵的最大工作壓力Pp(Pa)當工作過程中，當流體的壓力要戰(zhàn)勝切削力和摩擦力時，油缸的工作壓力才會達到峰值。F摩式中：G—動力箱、多軸箱等移動部分總重量（N）F`—平衡塊的拉力（N）代入式中F摩=m=420×10－357×10=630N切削力：FF=F摩=630+1071.79=1701.79NHY25IA液壓滑臺的油缸直徑為A===0.62×10-3m2則：P1=F/A=1701.79/0.62×10-3=2.75MPa在這種情況下，由于油缸的進氣量很少，進油路部件也很少，所以對進油路到油缸之間的壓力損耗估計為：ΔP=0.5MPa。PpP1+△P=2.75+0.5=3.25MPa考慮壓力儲備，液壓泵的最高壓力為Pp=3.25×（1+25%）=4.06MPa（2）液壓泵的最大流量液壓泵的最大供油量qPK(Σq)max式中：K—系統(tǒng)的泄漏系數(shù)(Σ根據(jù)油缸的最大流速（16L/min）來估計qP，則：qP1.1×16=17.6L/min（3）液壓泵的規(guī)格通過查閱，發(fā)現(xiàn)YBN-20N-JB限壓式可變?nèi)~片泵可以達到上面估計出來的壓力與流量的需求，這種泵的流量是18.75L/min，調(diào)節(jié)的范圍是2.0-7.0MPa，啟動變量的壓力是5.0MPa，最大速度是1800r/min，最低速度是600r/min。（4）液壓泵的驅(qū)動功率計算與電動機的選取葉片泵的總效率ηＰ＝0.75，則ＮＰ＝＝1.59kw式中：ＮＰ查得：Y100L2－4型封閉式三相異步電動機滿足上述要求。其轉(zhuǎn)速為1430r/min,額定功率3.0kw4.2Y軸液壓動力的確定（1）液壓泵的最大工作壓力Pp(Pa)Y軸液壓缸要驅(qū)動工件、夾具、工作臺等。工作臺的質(zhì)量V工＝9.072×10m工=63.504㎏液壓滑臺滑塊的質(zhì)量V滑＝11.09×10?3m滑=7.1×103=77.63㎏由于夾具未設計，估算m夾則總質(zhì)量m總＝m+m=9.156+63.504+77.63+10=160.29㎏液壓缸需要的力F＝fm總g式中：f—摩擦力f=0.1g—重力加速度代入式中：F＝fm總＝160.29N工作面積A＝＝＝0.49×103m3則最高工作壓力P2＝F/A＝160.29/0.49×10-3＝0.33MPa泵到缸間的進油路壓力損失估取為△P＝0.5MP算得液壓泵的最高工作壓力PPPpP１＋△P＝0.33+0.5＝0.85MPa4.3液壓泵的最大流量液壓泵的最大供油量按液壓缸的最大輸入流量（20L/min）進行估算，泄漏系數(shù)K＝1.1，則qP1.1×20＝22L/min由于YBN-40N-JB型限流可變泵的流量是37.5L/min，調(diào)節(jié)范圍是2.0-7.0MPa,Y軸是流量22L/min低于37.5L/min，其最小壓強是0.85MPa,YBN-40N-JB的調(diào)節(jié)范圍是2.0~7.0MPa，所以為了滿足壓力的需要，安裝了一個減壓閥。4.4擬定液壓系統(tǒng)圖按照機器的工作序列，制定出了一張（4.1）的液壓裝置的工作示意圖，該裝置的電磁作用次序參見如下（表4－1）圖4.１四軸頭多工位同步鉆床液壓系統(tǒng)原理圖表4-1四軸頭多工位同步鉆床電液壓系統(tǒng)磁鐵動作順序工況1YA2YA3YA4YA5YASP啟動－－－－－－Z軸快下＋－＋－－－Z軸工進＋－－－－－Z軸死擋鐵停留＋－－－－－Z軸快上－＋－－－－Y軸前進－－－－＋－Y軸死擋鐵停留－－－－－＋Z軸快下＋－＋－－－Z軸工進＋－－－－－Z軸死擋鐵停留＋－－－－－Z軸快退－＋－－－－Y軸后退－－－＋－－

結(jié)論本本項目針對減速器箱體上8個螺釘聯(lián)接孔的特點，設計了四軸