1、2014屆屆 分 類 號: 單位代碼:10452 畢業(yè)論文設(shè)計畢業(yè)論文設(shè)計 六孔臥式組合鉆床的設(shè)計六孔臥式組合鉆床的設(shè)計 姓 名 王恩飛王恩飛 學 號 9 9 年 級 20102010 級機制級機制 2 2 班班 專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化機械設(shè)計制造及其自動化 系（院） 機械工程學院機械工程學院 指導教師 王銳王銳 摘 要 在機械生產(chǎn)過程中，往往需要在同一平面上加工多個孔，這些孔都有位置精度要 求。若依次加工每個孔，不僅會延長加工時間，還容易造成誤差。本文設(shè)計的組合鉆 床不僅能減少加工時間，提高效率，還能有效減少加工誤差。本文主要對組合鉆床的 床身進行設(shè)計 。在組合機床的設(shè)計中，多軸箱的設(shè)

2、計和計算是關(guān)鍵。評價機床性能 的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟指標來判定的。多軸箱的結(jié)構(gòu)圖是整個機床的關(guān)鍵部 位，反應(yīng)了該機床的性能、效率和精度。加工示意圖表明被加工零件在機床的加工過 程,刀具,輔具的位置狀況,工件與夾具,機床各零部件間的位置關(guān)系，以及機床的工作 行程和工作循環(huán)等。機床總圖表示機床各組成部件相互配合關(guān)系及各零件、部件、標 準件、通用件等名稱、代號、數(shù)量及運動關(guān)系。以及檢驗各部件的相對位置及尺寸之 間聯(lián)系是否滿足加工要求，通用部件是否合適等內(nèi)容。 關(guān)鍵詞：組合機床；機床性能；多軸箱；夾具；刀具 ABSTRACT In mechanical production process, of

3、ten need to process a plurality of holes on the same plane, these holes have the position precision. If you are processing each hole, will not only prolong the processing time, but also easy to cause the error. Combination drilling machine designed in this paper can not only reduce the processing ti

4、me, improve efficiency, but also effective in reducing the machining error. In this paper, the main body of the combination drilling machine design. In the design of transfer and unit machine, the multi- axle box design and the calculation is the key. The machine performance can be evaluated and its

5、 mainly determined by the technical economic indicators. The structure of multi- axle box is the key parts to the entire machine tool, the reaction of the machine performance, efficiency and accuracy. The processing schematic drawing indicates the machine tool processing process, the cutting tool, a

6、uxiliary position condition, work piece and jig, the position relations of various spare parts in the engine part and so on .The machine tool assembly drawing expresses the cooperate relationship between each composition part of the machine tool and the name, code, quantity and the movement relation

7、ship of all parts, components standard parts and general part. Examines weather the relative position and size between the various parts satisfies the processing request and whether the general part is appropriate and so on the content. Key words: Transfer and Unit Machine；Machine Performance；Multi-

8、axle Box；Jig；Tool 目 錄 摘 要 .I ABSTRACT.II 1 緒論 .1 1.1 概述 1 1.2 我國組合機床行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀1 1.2.11.2.1 組合機床行業(yè)的現(xiàn)狀組合機床行業(yè)的現(xiàn)狀1 1.2.21.2.2 組合機床及其自動線裝備技術(shù)的基本情況組合機床及其自動線裝備技術(shù)的基本情況3 1.3 機床設(shè)計的目的、要求、內(nèi)容4 1.3.11.3.1 設(shè)計的目的設(shè)計的目的4 1.3.21.3.2 設(shè)計內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容4 1.3.31.3.3 設(shè)計要求設(shè)計要求4 1.4 機床的設(shè)計步驟5 1.4.11.4.1 調(diào)查研究調(diào)查研究5 1.4.21.4.2 擬定方案擬定方案5 1.4.

9、31.4.3 工作圖設(shè)計工作圖設(shè)計5 2 組合機床的總體設(shè)計.6 2.1 組合機床方案的制定6 2.1.12.1.1 制定工藝方案制定工藝方案6 2.1.22.1.2 確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案6 2.2 鉆孔組合機床總設(shè)計“三圖一卡”的編制7 2.2.12.2.1 多軸箱的傳動結(jié)構(gòu)圖多軸箱的傳動結(jié)構(gòu)圖7 2.2.22.2.2 機床聯(lián)系尺寸圖機床聯(lián)系尺寸圖7 2.2.32.2.3 加工示意圖加工示意圖12 2.2.42.2.4 生產(chǎn)率計算卡生產(chǎn)率計算卡13 2.3 多軸箱的設(shè)計15 多軸箱的傳動結(jié)構(gòu)圖多軸箱的傳動結(jié)構(gòu)圖15 2.4 本章小結(jié) 23 3 夾具

10、設(shè)計方案.24 3.1 機床夾具的概述24 3.1.13.1.1 機床夾具的組成機床夾具的組成24 3.1.23.1.2 機床夾具的類型機床夾具的類型24 3.2 工件裝夾的目的24 3.3 工件結(jié)構(gòu)特點分析25 3.4 工件定位方案和定位元件的設(shè)計25 3.5 夾緊方案和夾緊元件的設(shè)計25 3.6 工件加工誤差的組成25 3.7 夾緊的性能與優(yōu)點26 3.8 夾具的設(shè)計26 3.8.13.8.1 夾緊力夾緊力26 3.8.23.8.2 選擇夾緊機構(gòu)選擇夾緊機構(gòu)27 3.9 夾具的精度分析28 3.10 本章小結(jié) 28 結(jié) 論 .29 參 考 文 獻 .30 致 謝 .31 1 緒論 1.1

11、概述 眾所周知，機床在機械制造業(yè)中十分重要，在國民經(jīng)濟中的地位舉足輕重。隨著 經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術(shù)的進步，機床在凸顯其重要位置的同時，也正朝著更精確、更 安全、更實用、更經(jīng)濟的方向發(fā)展。機床種類的繁多也決定了機床的多用途，各種各 樣的機床也就應(yīng)運而生了。其中組合機床是機床的一個重要分支，隨著經(jīng)濟的發(fā)展， 組合機床的功能也越來越多，越來越齊全，同時還向著專用機床的方向發(fā)展。這也就 形成了生產(chǎn)流水線，加快了產(chǎn)品的生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，增加了經(jīng)濟效益。 組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效 率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活

12、配置，能縮短設(shè)計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，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。組合機床一般用于加工箱體類 或特殊形狀的零件。加工時，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相 對進給運動，來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、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。有的組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進給運動， 也可實現(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。 1.2 我國組合機床行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.11.2.1 組合機床行業(yè)的現(xiàn)狀組合機床行業(yè)的現(xiàn)狀 我國加入 WTO 以后，制造業(yè)所面臨的機遇與挑戰(zhàn)并

13、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(yīng)對策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢頭，截至 2002 年 9 月 份，組合機床行業(yè)企業(yè)僅組合機床產(chǎn)品一項，據(jù)不完全統(tǒng)計產(chǎn)量已達 800 余臺，產(chǎn)值 達 3 個億以上，較 2001 年同比增長了 10%以上, 另外組合機床行業(yè)工業(yè)增加值、產(chǎn) 品銷售率、全員工資總額、出口交貨值等經(jīng)濟指標均有不同程度的增長，新產(chǎn)品、新 技術(shù)較去年均有大幅度提高，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(jié)構(gòu)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(shè)備，隨著我國加入 WTO 后與世界機床行

14、業(yè)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(zhuǎn)變。從近兩年的企業(yè)生產(chǎn) 情況看，數(shù)控機床與加工中心的市場需求量在上升，而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑組合機床則 有下降趨勢，中國機床工具工業(yè)學會的機床工具行業(yè)企業(yè)主要經(jīng)濟指標報表的統(tǒng) 計數(shù)據(jù)顯示，僅從幾個全國大型重點企業(yè)生產(chǎn)情況看，2000 年生產(chǎn)數(shù)控機床 590 臺， 產(chǎn)值 10731 萬元，生產(chǎn)加工中心 118 臺，產(chǎn)值 4601 萬元； 2001 年生產(chǎn)數(shù)控機床 685 臺，產(chǎn)值 17969 萬元，生產(chǎn)加工中心 129 臺，產(chǎn)值 5760 萬元；而 2002 年，截至 9 月 份，數(shù)控機床、加工中心產(chǎn)量、產(chǎn)值已接近 2001 年全年水平，故市

15、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)體制的快速轉(zhuǎn)變 “九五”后期，在組合機床行業(yè)企業(yè)的 50 余家組合機床分會會員中，僅有兩家 企業(yè)實行了股份制改造，一家企業(yè)退出國有轉(zhuǎn)為民營，其余都是國有企業(yè)。而從 2001 年至今，不到兩年的時間里，就先后有十幾家企業(yè)實行股份制改造，一些小廠 幾乎全部退出國有轉(zhuǎn)為民營，現(xiàn)在一些國家重點國有企業(yè)也在醞釀股份制改造，轉(zhuǎn)制 已勢不可擋，“民營經(jīng)濟在經(jīng)歷了從被歧視、被藐視到不可小視和現(xiàn)在的高度重視 4 個階段后，煥發(fā)勃勃生機?！苯M合機床行業(yè)企業(yè)正在以股份制、民營化等多種形式快 速發(fā)展。 (3)、組合機床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 組合機床

16、及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術(shù)和成套工 藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟實用，因而被廣泛應(yīng)用于工程機械、交通、能 源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(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、車端面和凸臺，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面 等。組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、 臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺式組合機床等；隨著技術(shù)的不斷進 步，

17、一種新型的組合機床柔性組合機床越來越受到人們的青睞，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)多品種加工 的可調(diào)可變的組合機床。另外，近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機 （清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線）等在組合機床行業(yè)中所占份額也 越來越大。 由于組合機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)。我國組合機床及組合機床自動線總體技術(shù)水平比發(fā)達國家

18、要相對落后， 國內(nèi)所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢 必導致投資規(guī)模的擴大，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”機床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿 足用戶需求，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣踊b備。 1.2.21.2.2 組合機床及其自動線裝備技術(shù)的基本情況組合機床及其自動線裝備技術(shù)的基本情況 （1）為某冰箱壓縮機廠提供的 ZHS-1283 冰箱壓縮機外支撐八工位回轉(zhuǎn)工作臺 組合機床，鏜孔精度 9.097mm0.004mm, 表面粗糙度 Ra0.8m，節(jié)拍時間 26s（2 件），采用交流伺服滑臺，HSK 接桿

19、，主軸帶中孔冷卻液通道，全封閉防護。 （2）ZHS-XU86 凸輪軸軸承蓋加工自動線是為某汽車公司研制的用于 30 萬輛轎 車生產(chǎn)的高精度、高生產(chǎn)率、多品種數(shù)控自動線。該線采用多種先進技術(shù)：可控扭矩 夾緊扳手、氣浮輸送、電液比例閥、高精度空心錐柄接桿、高密度材料鏜桿、數(shù)控精 密十字滑臺、分布式控制系統(tǒng)與監(jiān)測系統(tǒng)、故障診斷及顯示系統(tǒng)、大流量冷卻排屑和 全封閉防護系統(tǒng)，節(jié)拍 38s。 （3）UD80 型換刀換箱柔性加工單元。該單元是一種高效、高精度與高柔性的 數(shù)控機床，機床有 5 個坐標，交換托板尺寸為 800mm800mm，刀庫容量 60，120，180 任選，箱庫容量 12 個，能在一次裝夾下

20、完成銑、鉆、鉸、攻絲、鏜孔、 鏜車等工序的單軸加工和多軸加工，適合中大批量生產(chǎn)規(guī)模的箱體零件和成組雜件的 加工，也適用于中小批量多品種零件的生產(chǎn)。 （4）為某航空動力機械公司生產(chǎn)的柔性生產(chǎn)線的物流輸送系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了 鏈式摩擦輪滾道、電動滾筒、托盤自動識別、計算機生產(chǎn)調(diào)度等技術(shù)，可實現(xiàn)被輸送 零部件的定向、定位、升降、回轉(zhuǎn)，通過編碼識別及計算機的生產(chǎn)調(diào)度實現(xiàn)無序混流 輸送等。 上述組合機床代表了目前我國組合機床裝備較高的技術(shù)水平，但隨著市場競爭的 加劇和對產(chǎn)品需求的提高，高精度、高生產(chǎn)率、柔性化、多品種、短周期、數(shù)控組合 機床及其自動線正在沖擊著傳統(tǒng)的組合機床行業(yè)企業(yè)，因此組合機床裝備的發(fā)展

21、思路 必須是以提高組合機床加工精度、組合機床柔性、組合機床工作可靠性和組合機床技 術(shù)的成套性為主攻方向。一方面，加強數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，提高組合機床產(chǎn)品數(shù)控化率； 另一方面，進一步發(fā)展新型部件，尤其是多坐標部件，使其模塊化、柔性化，適應(yīng)可 調(diào)可變、多品種加工的市場需求。從 2002 年年底第 21 屆日本國際機床博覽會上獲悉， 在來自世界 10 多個國家和地區(qū)的 500 多家機床制造商和團體展示的最先進機床設(shè)備 中，超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深受歡迎。 據(jù)專家分析，機床裝備的高速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是提高機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給 速度。該屆博覽會上展出的加工中心，主

22、軸轉(zhuǎn)速 1000020000r/min，最高進給速度 可達 2060m/min；復合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體 化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時，加工的形狀卻日益復雜。多軸化控制的機床裝備 適合加工形狀復雜的工件。另外，產(chǎn)品周期的縮短也要求加工機床能夠隨時調(diào)整和適 應(yīng)新的變化，滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求。 然而更關(guān)鍵的是現(xiàn)代通信技術(shù)在機床 裝備中的應(yīng)用，信息通信技術(shù)的引進使得現(xiàn)代機床的自動化程度進一步提高，操作者 可以通過網(wǎng)絡(luò)或手機對機床的程序進行遠程修改，對運轉(zhuǎn)狀況進行監(jiān)控并積累有關(guān)數(shù) 據(jù)；通過網(wǎng)絡(luò)對遠程的設(shè)備進行維修和檢查、提供售后服務(wù)等。在這些方面我國組合 機床裝

23、備還有相當大的差距，因此我國組合機床技術(shù)裝備高速度、高精度、柔性化、 模塊化、可調(diào)可變、任意加工性以及通信技術(shù)的應(yīng)用將是今后的發(fā)展方向。 1.3 機床設(shè)計的目的、要求、內(nèi)容 1.3.11.3.1 設(shè)計的目的設(shè)計的目的 機床設(shè)計，其目的在于通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，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)計構(gòu)思、方案的分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機械 制圖、零件計算、編寫技術(shù)文件和查閱資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設(shè)計思想， 掌握基本的設(shè)計方法，培養(yǎng)基本的設(shè)計方法，并培養(yǎng)了自己具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié) 構(gòu)設(shè)計和計算能力。 1.3.21.3.2 設(shè)計內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容 (1)運動設(shè)計 根據(jù)

24、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(zhuǎn) 速與標準的相對誤差。 (2)動力設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計 進行主運動傳動軸系、變速機構(gòu)、主軸主件、箱體、潤滑與密封 等的布置和機構(gòu)設(shè)計。即繪制裝配圖和零件工作圖。 (4)編寫設(shè)計說明書 1.3.31.3.3 設(shè)計要求設(shè)計要求 評價機床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟指標來判定的。技術(shù)先進合理，亦

25、 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(shè)計的 技術(shù)經(jīng)濟指標可以從滿足性能要求、經(jīng)濟效益和人機關(guān)系等方面進行分析。 1.4 機床的設(shè)計步驟 1.4.11.4.1 調(diào)查研究調(diào)查研究 研究市場和用戶對設(shè)計機床的要求，然后檢索有關(guān)資料。其中包括情報、預測、 實驗研究成果、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 的方案，以保證機床的質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，使用戶有較好的經(jīng)濟效益。 1.4.21.4.2 擬定方案擬定方案 通?？梢詳M定出幾個方案進行分析比較。每個方案包括的內(nèi)容有：工藝

26、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、實驗結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟分析等。 在制定方案時應(yīng)注意以下幾個方面： （1） 當使用和制造出現(xiàn)矛盾時，應(yīng)先滿足使用要求，其次才是盡可能便于制 造。要盡量用先進的工藝和創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)； （2） 設(shè)計必須以生產(chǎn)實踐和科學實驗為依據(jù)，凡是未經(jīng)實踐考驗的方案，必須 經(jīng)過實驗證明可靠后才能用于設(shè)計； （3） 繼承與創(chuàng)造相結(jié)合，盡量采用先進工藝，迅速提高生產(chǎn)力，為實現(xiàn)四個現(xiàn) 代化服務(wù)。注意吸取前人和國外的先進經(jīng)驗，并在此基礎(chǔ)上有所創(chuàng)造和發(fā)展。 1.4.31.4.3 工作圖設(shè)計工作圖設(shè)計 首先，在選定工藝方案并確定機床配置形式

27、、結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上，進行方案圖紙的 設(shè)計。這些圖紙包括：機床聯(lián)系尺寸圖、多軸箱傳動圖、加工示意圖和生產(chǎn)率計算卡， 統(tǒng)稱“三圖一卡”設(shè)計。確定主軸箱輪廓尺寸，才能確定機床各部件間的相互關(guān)系。 其次，繪制機床的總裝圖、部分部件裝配圖、液壓系統(tǒng)圖。 然后，整理機床有關(guān)部件與主要零件的設(shè)計計算書，編制各類零件明細表，編寫 機床說明書等技術(shù)文件。 最后，對有關(guān)圖紙進行工藝審查和標準化審查。 2 組合機床的總體設(shè)計 2.1 組合機床方案的制定 2.1.12.1.1 制定工藝方案制定工藝方案 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(jié)構(gòu)等。所 以，在制定工藝方案時，必須計算分析被加工零件圖

28、，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（減速箱）的零件圖，加工六個螺栓孔的工藝過程。 (1)加工孔的主要技術(shù)要求 加工六個 M10 螺紋底孔的孔。 孔的位置度公差為 0.05mm。 工件材料為 HT21-40，HB170241。 要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量 6 萬件，單班制生產(chǎn)。 (2)工藝分析 加工該孔時，孔的位置度公差為 0.05mm。 根據(jù)組合機床用的工藝方

29、法及能達到的經(jīng)濟精度，可采用如下的加工方案。 一次性加工螺紋底孔，孔徑為 8mm。 (3)定位基準及夾緊點的選擇 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)計中沒有考慮，因此在設(shè)計時就認為是人工夾緊。 2.1.22.1.2 確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案 (1)被加工箱體的特點 這主要指箱體的材料、硬度加工部位的結(jié)構(gòu)形狀，工件剛度定位基準面的特，它 們對機床工藝方案制度有著重要的影響。材料是 HT21-40、硬度 HB170-241，孔的直 徑為 10mm。采用多孔同步加工，箱體的剛度足夠，工件受力不大，振動，及

30、發(fā)熱 變形對工件影響可以不計。通過對箱體零件的結(jié)構(gòu)特點、加工部位、尺寸精度、表面 粗糙度和技術(shù)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(shù) 性能等方面的考慮，最終決定設(shè)計六軸頭多工位同步鉆床。 (2)批量生產(chǎn) 批量生產(chǎn)是決定采用單工位、多工位、自動線或按中小批量生產(chǎn)特點設(shè)計組合機 床的重要因素。按設(shè)計要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為年生產(chǎn)量為 6 萬件，從工件外形及輪廓尺寸， 為了減少加工時間，采用多軸頭，為了減少機床臺數(shù)，此工序盡量在一臺機床上完成， 以提高利用率。 (3)機床使用條件 使用組合機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)使用戶實際情況

31、來選擇什么樣的組合機床。 綜合以上所述：通過對箱體的結(jié)構(gòu)特點、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)計六軸頭多工位同步鉆床。 2.2 鉆孔組合機床總設(shè)計“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)計的重要內(nèi)容。下面就以鉆床加工箱體總體設(shè)計的另一個問題，既總 體設(shè)計方案的圖紙表達形式“三圖一卡”設(shè)計，其內(nèi)容包括： 繪制多軸箱的傳動結(jié)構(gòu)圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖、編制生產(chǎn)率卡。 2.2.12.2.1 多軸箱的傳動結(jié)構(gòu)圖多軸箱的傳動結(jié)構(gòu)圖 (1

32、)、多軸箱的傳動結(jié)構(gòu)圖的計算 根據(jù)加工的六孔的位置和電機傳出的動力比，通過計算確定齒輪傳動的比，進而 計算出各齒輪的分度圓直徑、齒數(shù)和軸的直徑，并確定軸承的選擇。 (2)、多軸箱體的設(shè)計 根據(jù)傳動的結(jié)構(gòu)，多軸箱體由中間、前蓋和后蓋組成。前蓋和中間箱體的半成品 （未加工軸孔 ）和后蓋都是通用件。前蓋和中間箱體應(yīng)根據(jù)主軸及傳動軸的數(shù)量和 位置，加工出相應(yīng)的孔。 (3)、多軸箱中軸承和齒輪的潤滑 在中間體中放進潤滑液，在齒輪傳動時，齒會帶著液體在齒輪和軸承間流動，從 而可用潤滑軸承和齒輪。 2.2.22.2.2 機床聯(lián)系尺寸圖機床聯(lián)系尺寸圖 下圖是六孔臥式組合機床的尺寸圖： (1)、尺寸圖的作用和內(nèi)

33、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、支承部件、輸 送部件、控制部件、輔助部件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。尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配和 運動關(guān)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，通用部件的選擇 是否合適，并為進一步開展主軸箱、夾具等專用部件、零件的設(shè)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，它表示機床的配置型式及總體布局。 圖 2.1 組合鉆床的尺寸圖 如圖 2.1 所示，機床尺寸圖的內(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

34、件間的主要聯(lián)系尺寸，專 用部件的輪廓尺寸等。 (2)、通用部件的選擇 動力部件 組合機床的動力部件有動力箱、切削頭（鉆頭）和滑臺。動力箱與 多軸箱配合使用，用于實現(xiàn)主運動。切削頭，主要用于實現(xiàn)刀具的主運動?；_主要 實現(xiàn)進給運動。動力部件的工作性能基本上決定了組合鉆床的工作的性能，其他部件 都要以動力部件為基礎(chǔ)進行配置使用。 支承部件 組合鉆床的支承部件有底座和側(cè)底座。它們是組合鉆床的基礎(chǔ)部件。 它們的結(jié)構(gòu)、剛度對組合鉆床的精度和壽命有較大的影響。 輸送部件 組合鉆床的輸送部件對于自動化有很大的提高，被加工的箱體可以 迅速的運送過來和運送走。不僅縮短了時間還提高了生產(chǎn)效率。同時在和夾具的配合

35、使用時也影響了鉆孔的精度。 控制部件 控制部件包括液壓元件、控制板、擋鐵和各種電氣元件等。這些控 制元件保證了組合鉆床按要求的順序地進行工作。 輔助部件 輔助部件包括冷卻、潤滑、排屑等裝置，以及各種自動夾緊工件的 扳手等。 (3)、動力箱 動力箱是刀具主運動的驅(qū)動裝置。在動力箱上安裝多軸箱后，可以用來配置成多 軸箱組合鉆床。電動機的選擇應(yīng)該在滿足動力的要求的情況下合理選擇。 電動機的選擇規(guī)格如下表： 表 2.1 電動機的規(guī)格 電動機的轉(zhuǎn)速電動機 的型號 電動機 的容量同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速 Y132M2-65.5KW1000r/min960r/min (4)、滑臺 動力滑臺是組合鉆床上實現(xiàn)進給運動的

36、一個部件，配上動力頭和主軸箱后可以 對箱體完成各種孔的加工工序。下圖 2.2 是滑臺在組合鉆床上的示意圖。 1-床身 2-動力滑臺 3-動力頭 4-主軸箱 5-刀具 6-工作臺 7-夾具 8-工作臺 9-底座 圖 2.2 組合機床 滑臺是實現(xiàn)組合鉆床的進給的部件。如圖 2.3 的液壓滑臺的結(jié)構(gòu)圖。 液壓滑臺的結(jié)構(gòu)圖主要包括滑座、滑臺體和液壓缸三個部分組成。液壓缸固定在 滑臺上，活塞桿通過支架固定在滑臺的下面。工作時，液壓缸固定，活塞桿移動。滑 座導軌截面形狀為矩形，具有剛度高，承載能力較強的優(yōu)點。 液壓滑臺的工作循環(huán)為：原位停止快速前進工作進給（一次工作進給、 二次工作進給）快速退回等。圖 2

37、.4 是動力滑臺的液壓系統(tǒng)圖。 （1）YT4543 型動力滑臺的功能： a速度控制回路 調(diào)速回路：容積節(jié)流調(diào)速回路，速度穩(wěn)定性好，功率損失不大； 快速運動回路：限壓式變量泵+差動連接 效率高； 速度換接回路：快進工進 行程閥 轉(zhuǎn)換平穩(wěn)，位置精確 圖 2.3 液壓滑臺的結(jié)構(gòu)圖 一工進二工進 電磁閥+串聯(lián)調(diào)速閥 安裝調(diào)節(jié)方便 b換向回路：三位五通電液換向閥 自動化、大流量液體換向、平穩(wěn)無沖擊 c順序動作回路：壓力繼電器 方便可靠 行程開關(guān) 靈活方便 d卸荷回路：三位換向閥中位卸荷、流量卸荷 e止擋塊停留：保證軸向尺寸精度和表面光潔度 （2）工作原理 快進：1YA（+）4（左）3（左）；低壓6 關(guān)

38、進油路：123（左）11（下）缸（左） 回油路：缸右3（左）711（下）缸（左） 差動連接+泵 1 供大流量（低壓） 第一次工進：行程擋塊11（上）；高壓6 打開 進油路：123（左）810（右）缸（左） 回油路：缸（右）3（左）65油箱 泵 1 供大流量，閥 8 調(diào)速，回油路上有閥 6 作背壓閥。 .第二次工進：行程開關(guān)3YA（+）10（左） 進油路：123（左）89缸（左） 回油路：缸（右）3（左）65油箱 1-限壓式變量葉片泵 2、7、13-單向閥 3-三位五通液動換向閥 4-三位四通電磁換向閥 5-溢流閥 6-液控順序閥 8、9-調(diào)速閥 10-二位二通電磁換向閥 11-二位二通機動換向

39、閥 12-壓力繼電器 圖 2.4 滑臺的液壓系統(tǒng)圖 .止擋鐵停留：壓力增大壓力繼電器時間繼電器延時 液壓缸停止，泵流量卸荷（供極小流量補充泄漏） .快退：壓力繼電器（延時后）2YA（+）、1YA（-）3YA（-）4（右） 進油路：123（右）缸（右） 回油路：缸（左）133（右）油箱 低壓泵 1 供大流量 .原位停止：行程開關(guān)1YA（-）、2YA（-）、3YA（-） 泵 1 卸荷，液壓缸鎖緊 下表是液壓滑臺的動作循環(huán)表： 表 2.2 液壓系統(tǒng)動作循環(huán)表 電磁鐵工作狀態(tài)液壓元件工作狀態(tài) 動作 名稱 信號 來源 1YA2YA3YA 順序 閥 先導 閥 換向 閥 電磁 閥 行程 閥 快進啟動按鈕 +

40、- 關(guān)閉右位 一工 進 擋塊壓下行 程閥 +- 右位 二工 進 擋塊壓下行 程開關(guān) +-+ 停留滑臺靠壓在 死擋塊處 +-+ 打開左位左位 左位 快退時間繼電器 發(fā)出信號 -+ 右位右位 左位 停止擋塊壓下終 點開關(guān) - 關(guān)閉 中位中位右位 右位 2.2.32.2.3 加工示意圖加工示意圖 圖 2.5 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(guān)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(shè)計選擇動力部件的主要依據(jù)， 是整臺組合機床布局形式的原

41、始要求，也是調(diào)整機床和刀具所必需的重要文件。 在圖上應(yīng)標注的內(nèi)容： 機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。 工件、夾具、刀具及多軸箱端面之間的距離等。 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、導向 裝置的結(jié)構(gòu)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(yīng) 按加工終了位置繪制。 （2）、繪制加工示意圖之前的有關(guān)計算 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。 導向套的選擇 在組合機床上加工孔，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向。因此正確選擇導

42、向裝置的類型，合理確定其尺寸、精 度，是設(shè)計組合機床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時必須解決的內(nèi)容。 固定導向套的尺寸如下圖所示： 圖 2.6 導向套尺寸圖 （3） 、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到達加工終了位置，就需要在主軸與刀具之間設(shè)置 可調(diào)環(huán)節(jié)，這個可調(diào)節(jié)在組合機床上是通過可調(diào)整的刀具接桿來解決的。刀具接桿的 尺寸圖如下圖。 圖 2.7 刀具接桿的尺寸圖 2.2.42.2.4 生產(chǎn)率計算卡生產(chǎn)率計算卡 生產(chǎn)率計算卡是反映所設(shè)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(shù)文件，通過生產(chǎn)

43、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： = + （2.1）T切 f L V t停 = + 60 40.2 15 402 =1.53min 式中：機加工時間（min）T切 L工進行程長度（mm） 刀具進給量（mm/min） f V 死擋鉄停留時間。一般在動力部件進給停留狀態(tài)下，刀t停 具旋轉(zhuǎn) 515r 所需要的時間，這里取 15r. 輔助時間： = + + （2.2）T輔 34 fk LL V t移t裝 = +0.12+1.5 160 185 10000 =1.655min 式中：、分別為動力部件快進、快退長度（mm） 3 L 4 L 快速移動速

44、度（mm/min） fk V 工作臺移動時間（min） ，一般為 0.050.13min，取 0.12mint移 裝卸工件所需時間（min） ，一般為 0.51.5min，取 1.5mint裝 機床生產(chǎn)率： =60/ （2.3） 1 QT單 = 60/(TT 切輔） = 60/(1.53 1.655） =18.84 件/h 機床負荷率按下式計算： = /Q 100% （2.4） 1 Q = 1 /100% k QtA =18.84 1950/60000 100%=61% 式中：Q機床的理想生產(chǎn)率（件/h） A年生產(chǎn)量綱 年工作時間，單班制工作時間=1950h k t k t 表 2.3 生產(chǎn)率

45、計算卡 圖號箱體種類鑄件 名稱箱體箱體重量 被加工 零件 材料HT21-24硬度HB170-241 工序名稱側(cè)面鉆孔工序號工時(min) 序號工步名稱 工作行程 （mm） 切削 速度 (m/min) 進刀量 (mm/r) 進刀量 (mm/min) 工進 時間 輔助 時間 1安裝工件0.7 2 工件定 位夾緊 0.25 3向右快進160100000.012 4向右工進600.03940.21.531.655 5暫停0.037 6向左快退0.012 7工件松開0.25 8卸下工件0.8 累計1.533.716 單件總工時 機床生產(chǎn)率18.84 件/h 理論生產(chǎn)率 備注 1、主軸轉(zhuǎn)速 1440r/m

46、in 2、一次安裝加工完一個 負載荷61% 2.3 多軸箱的設(shè)計 多軸箱的傳動結(jié)構(gòu)圖多軸箱的傳動結(jié)構(gòu)圖 圖 2.8 多軸箱的結(jié)構(gòu)圖 1、根據(jù)電動機的傳動動力的輸出功率、轉(zhuǎn)速和被加工的箱體的六孔的大小和位 置確定多軸箱的大小和尺寸及其內(nèi)部的齒輪傳動結(jié)構(gòu)。如圖 2.8 多軸箱的結(jié)構(gòu)圖。 2、多軸箱的齒輪的計算。 （1）電動機的功率選擇 5.5kW，轉(zhuǎn)速是 960r/min。由于軸 3 的轉(zhuǎn)速在 83 4860r/min，軸 1 的轉(zhuǎn)速在 201600r/min。 （2）各軸的功率的計算。= =2880r/min，=2 =1440r/min 1 i 1 3 2 n 2 i 3 n = 1 p D L

47、 Z （2.5） =5.5 0.99 0.99 =5.391 kW = 2 p 1 p C Z （2.6） =5.931 0.99 0.99 =5.283 kW = 3 p 2 p C Z （2.7） =5.283 0.99 0.99 =5.178 kW =9.55 1 T 6 10 1 1 P n （2.8） =9.55 6 10 5.391 960 =5.363 4 10N mm =9.55 2 T 6 10 2 2 p n （2.9） =9.55 6 10 5.283 2880 =1.752 4 10N mm =9.55 3 T 6 10 3 3 p n （2.10） =9.55 6 1

48、0 5.178 1440 =3.434 4 10N mm 主軸：傳動比 =3 高速軸轉(zhuǎn)速=2880r/min 傳動功率=5.283kW。i 2 n 2 P （3）齒輪的選擇計算及其強度的校核。 (a) 選擇材料及確定許用應(yīng)力 小齒輪用 40MnB 調(diào)質(zhì)，齒面硬度 241286HBS，=730MPa， lim1H =600MPa，大齒輪用 ZG35SiMn 調(diào)質(zhì)，齒面硬度為 241 1FE 269HBS，=620MPa，=510MPa。.取=1.1，=1.25， lim2H 2FE H S F S = H H H S （2.11） =MPa=664MPa 1H lim1H H S 730 1.1

49、 =MPa=564MPa 2H lim2H H S 620 1.1 =MPa=480MPa 1F 1FE F S 600 1.25 =MPa=408MPa 2F 2FE F S 510 1.25 (b) 按齒面接觸強度設(shè)計 設(shè)齒輪按 7 級精度制造。取載荷系數(shù) K=1.5，齒寬系數(shù)=0.8 小齒輪上的轉(zhuǎn)矩 d =1.752 2 T 4 10N mm 取=188 E Z d （2.12） 2 2 3 2 21( ) EH dH KTZ Zu u = 4 2 3 2 1.5 1.752 103 1188 2.5 () 0.83564 = 39.126 mm 齒數(shù)取=16 =56 2 z 1 z 模

50、數(shù)m=2.059mm 2 2 d z 39.126 19 齒寬 b=0.8 39.126=31.3mm，取=40mm，=35mm 2dd 2 b 1 b 按表取 m=2.5mm，實際的=19 2.5=47.5mm，=140mm 2 d 2 zm 1 d 1 zm 中心距 =93.75mm 1,2 a 12 2 dd47.5140 2 (c) 驗證齒輪彎曲強度 齒形系數(shù)=2.98，=1.63 2Fa Y 2Sa Y =2.33，=1.71 1Fa Y 1Sa Y = 2F 222 2 22 2 FaSa KT YY b m z （2.13） = 4 2 2 1.5 1.752 102.98 1.

51、55 402.519 =79.86MPa=480MPa 2F = 1F 111 2 11 2 FaSa KTYY bm z （2.14） = 4 2 2 1.5 5.363 102.98 1.71 352.556 =81.76MPa=408MPa，安全。 1F (d) 齒輪的圓周速度 22 60 1000 d n v （2.15） = 3.14 38 2880 60000 =7.16m/s10m/s 對照表可知選用 7 級精度是合宜的。 下表是三組齒輪的數(shù)據(jù)： 表 2.4 三組齒輪的數(shù)據(jù) 齒輪 1（一個）齒輪軸 2（三個）齒輪 3（六個） 齒數(shù)561938 模數(shù)2.5mm2.5mm2.5mm

52、分度圓直徑140mm47.5mm95mm 齒頂圓直徑145mm52.5mm100mm 齒根圓直徑133.75mm41.25mm88.75mm 齒寬35mm40mm35mm 中心距=93.75mm 1 a=71.25mm 2 a 3、多軸箱的傳動是由軸 1（輸入軸） 、軸 2（中間軸三個） 、軸 3（輸出軸六個）組成。 （1）軸 1 的尺寸及其結(jié)構(gòu)如圖 2.9。軸 1 是輸入軸，一端是和電動機相連的。 圖 2.9 軸 1 （2）軸 2 的結(jié)構(gòu)及其尺寸如圖 2.10，軸 2 是齒輪軸，同時也是中間軸。 圖 2.10 軸 2 （3）軸三的結(jié)構(gòu)及其尺寸如圖 2.11。軸 3 是輸出軸，一端連接的是鉆頭

53、。 圖 2.11 軸 3 4、軸 1 的校核： (a) 軸的受力計算 （1） 圓周力：=766.14N t F 1 1 2T d 4 2 5.363 10 140 （2.16） （2） 徑向力：=278.85N r F t Ftan （2.17a） （3） 法向力：=815.31N a F cos t F （2.17b) (b) 確定軸的材料及許用應(yīng)力 軸無特殊要求選 45 鋼調(diào)質(zhì)處理。 由表得 =650MPa B 由表得 =60MPa 1 b (c) 初估軸的最小直徑 取 C=110 min 19.1mm P dC n （2.18） 選彈性套柱銷聯(lián)軸器“LT4” ，確定直徑 d=20mm，L

54、=52mm，LT4 聯(lián)軸器 ZA20 52。 (d) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸如上圖 2.9。 (e) 軸上零件的周向定位 （1）聯(lián)軸器處的鍵的選 A 型： b h=6 6 L=30mm 鍵：6 30GB/T1096-2003 （2）齒輪處的鍵選 A 型： b h=8 7 L=32mm 鍵 8 32GB/T1096-2003， 257/ 6Hr （3）軸承處：。20 6m (f) 其他結(jié)構(gòu)尺寸：倒角（略） (g) 軸的強度校核 （1）作軸的計算簡圖，求支反： =383.07N 7777 : tHAHC HAHC FFF FF H 面 HAHC FF 77/277 rVAVC VAaVC FFF FFdF V 面： 205.6N 73.25N VA VC F F （2）求彎矩，畫彎矩圖 ：=77=29.5NH面 H M HA F :B 截面的左側(cè)V面 =77=15.83N V M 左VA F B 截面的右側(cè) =77