0216-加工箱體零件上六孔的組合機床設計【全套5張CAD圖+說明書】

0216-加工箱體零件上六孔的組合機床設計【全套5張CAD圖+說明書】,全套5張CAD圖+說明書,加工,箱體,零件,上六孔,組合,機床,設計,全套,cad,說明書,仿單 第一章緒論 §1.1組合機床概述 組合機床是用系列化、標準化的通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的,能加工一種(或幾種)零件的一道(或幾道)工序的高效率專用機床。 組合機床的通用部件和標準件約占70-80%,這些部件是系列化的,可以進行成批生產。其余20-30%的專用部件是由被加工零件的形狀,輪廓尺寸,工藝和工序來決定,如夾具,主軸箱,刀具和工具等。 組合機床常用的通用部件有：床身（側底座）、底座（包括中間底座和立柱底座）、立柱、動力箱、動力滑臺、各種工藝切削頭等。對于一些按順序加工的多工位組合機床，還具有移動工作臺或回轉工作臺。 動力箱、各種工藝切削頭和動力滑臺是組合機床完成切削主運動和進給運動的動力部件，其中還有可能同時完成切削主運動和進給運動動力頭。 床身、立柱、中間底座等是組合機床的支承部件，起著機床的基礎骨架作用。組合機床的剛度和部件之間的精度保持性，主要由這些部件保證。 除了上述主要部件之外，組合機床還有各種控制部件，主要指揮機床按順序動作，以保證機床按規(guī)定的程序進行工作。 ????組合機床是一種自動化或半自動化的機床。無論是機械電氣或液壓電氣控制的都能實現自動循環(huán)。半自動化的組合機床,工人只要將工件裝夾好,按一下按鈕,機床即可自動進行加工,加工一個循環(huán)停止。自動化的組合機床,工人只要將工件放到料斗或上料架上,機床即可連續(xù)不斷的進行工作。 ??????組合機床一般采用多軸,多刀,多工序,多面,多工位同時加工,是一種工序集中的高效率機床。加工孔的組合機床,刀具是借助鉆模板和鏜模架來導向,所以能穩(wěn)定的保證產品質量。 它的特點有： 1.主要用于箱體零件和復雜的孔面加工。 2.生產率高。因為工序集中，可多面、多工位、多軸、多刀同時自動加工。 3.加工精度穩(wěn)定。因為工序固定，可選用成熟的通用部件、精密夾具和自動工作循環(huán)來保證加工精度的一致性。 4.研制周期短，便于設計、制造和使用維護，成本低。因為通用化、系列化、標準化程度高，通用零部件占70-90%，通用部件可組織批量生產進行預制或外購。 5.自動化程度高，勞動強度低。 6.配置靈活。因為結構模塊化、組合化?？砂垂ぜ蚬ば蛞?，用大量通用部件和少量專用部件靈活組成各種類型的組合機床及自動線；機床易于改裝，產品及工藝變化時，通用部件一般可以重復利用。 §1.2組合機床設計步驟 組合機床一般都是根據和用戶簽定的設計、制造合同進行設計的。合同規(guī)定了具體的加工對象（工件）、加工內容、加工精度、生產率要求、交貨日期及價格等主要的原始數據。在設計過程中，應盡量做到采用先進的工藝方案；正確選擇組合機床通用部件及機床布局型式；要十分注意保證加工精度和生產效率以及操作使用方便性，力爭設計出技術先進、經濟合理和工作可靠的組合機床。組合機床的設計步驟大致如下： 一. 調查研究 它為組合機床設計提供必要的大量的數據、資料，作好充分的、全面的技術準備。 二. 擬定總體設計方案 總體方案的設計主要包括制定工藝方案、確定機床配置型式、制定影響機床總體布局和技術性能的主要部件的結構方案。它是組合機床設計的最關鍵的一步。 對同一加工內容，有各種不同的工藝方案和機床配置方案，在最后決定采用那種方案時，必須對各種可行的方案作全面分析比較，并考慮使用單位及制造單位等諸方面因素，綜合評價，選擇最佳方案或較為合理的方案。 總體設計的具體工作是編制“三圖一卡”，即繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖，編制生產率計算卡。 在設計聯(lián)系尺寸圖過程中，不僅要根據動力計算和功能要求選擇各通用部件，往往還應對機床關鍵的專用部件結構方案有所考慮。 三. 技術設計 技術設計就是根據總體設計已確定的“三圖一卡”，設計機床專用部件正式總圖。在設計過程中，應按設計程序作必要計算和驗算等工作，并對第二、第三階段中初定的數據、結構等作相應的調整或修改。 四. 工作設計 當設計通過審核后可開展工作設計，即繪制各個專用部件的施工圖樣、繪制各部件零件明細表。 第二章 組合機床總體設計 組合機床的設計，目前有兩種情況，一是根據具體加工對象的具體情況進行專門的設計，是最普遍的做法。二是，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，工人們總結自己生產和使用組合機床的經驗，設計成為通用的組合機床。又稱為“專能組合機床”。這種專能組合機床就不需要每次按具體加工對象進行專門的設計和生產，而是通過設計為通用品種，組織成批生產，然后按加工零件的具體要求，配以簡單的夾具和刀具，就組成加工一定對象的高效設備。 專能組合機床一般都是由單軸動力頭組成，這種機床是由安裝在支承部件上的一個或兩個多能動力頭組成。動力頭能夠實現快進——工進——快退的工作循環(huán)。 實現進給運動的液壓傳動裝置設置在底座內。機床留有安裝夾具的位置；配上專用夾具及刀具，即可用于箱體、支承座等工件的加工。 組合機床設計時，應考慮以下幾點： 1． 采用先進的加工工藝，制定最佳的工藝方案。 2． 合適地確定機床工序集中程度。 3． 合理地選擇組合機床的通用部件。 4． 選擇恰當的組合機床的配置型式。 5． 合理地選擇切削用量。 6． 設計高效率的夾具、工具、刀具及主軸箱等。 圖2-1雙面組合機床 33 § 2-1工藝方案的擬定 制定組合機床工藝方案式設計組合計最重要的步驟之一。工藝方案制定的正確與否，將決定機床能否達到“重量輕、體積小、結構簡單、使用方便、效率高、質量好”的要求。影響機床工藝方案的主要因素有： 1.被加工零件的加工精度和加工工序要求： 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，是制定機床方案的主要依據。首先分析工件的精度和技術要求，加工4－M10的箱體螺釘孔的精度要求一般只是保證圓周分布即可。 2.被加工零件的特點： 被加工零件的特點在很大程度上決定了機床采取的配置型式。一般說來，孔的中心線與定位基面平行且需由一面或幾面加工的箱體零件宜采用臥式機床；對于箱體零件，采用單工位機床加工比較適宜。 必須重視工件在組合機床加工前以完成的工序以及毛坯孔的質量。當毛坯孔余量很大或鑄造質量較差，有大毛刺時，有時則安排粗加工工序，對幾個同心孔常用粗擴的加工方法。工件有無適應的工藝基面也是影響工藝方案制定的重要因素。 1.零件的生產批量 零件的生產批量為：30000件/年。屬于大批量生產，要求減少機床的臺數，此時將工序盡量集中在一臺或多臺機床上加工，以提高機床利用率。 2.工件到組合機床加工前，其毛坯或半成品必須達到零件圖的要求，否則，會造成工件在機床夾具上定位和夾緊不可靠，甚至造成刀具損壞，或者不能保證要求的加工精度。如果在組合機床上加工后，還要轉到其他機床上加工，而工件沒有預先加工出保證精度的有關定為基面，那么組合機床應考慮為下一道工序加工出定位基面。 一．工藝基面的分析 選擇工藝基面和夾緊部件式制定工藝方案的極其重要的問題。工藝基面的選擇的正確，將能實現最大限度的工序集中，從而保證加工精度。 1． 箱體零件工藝基面的選擇： 箱體零件是機械制造業(yè)中加工工序多，工作量大，精度要求高的關鍵零件。這類工件一般都有精度較高的軸承孔要加工，但這里只對軸承孔圓周分布的四孔進行加工?！耙幻鎯煽住笔沁@類零件在組合機床上加工中時常用的典型定位方法。圖 2－3 所示是“一面兩孔”的定位方法示意圖。 圖2-2箱體零件的“一面兩孔”定位 采用“一面兩孔”定位方式，①可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位。②有同時加工五個面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。③“一面兩孔”定位方法可以作為粗加工到精加工的全部工序的基準，使整個工藝過程實現基準統(tǒng)一。④還可以夾緊方便，夾緊機構簡單，容易使夾緊力對準支承，消除夾緊力引起工件變形對加工精度的影響。⑤“一面兩孔”易于實現自動化定位，并有利于防止切屑落入基面。 為了保證箱體零件的加工精度及技術要求，不能選擇零件上直徑太小的孔作為定位銷孔，因為定位銷孔過小，易受力變形，甚至因裝卸工件碰撞而破壞定位。根據零件的重量以及工件上現有孔的情況，定位銷孔可選兩個￠11mm的螺栓孔。 2． 確定機床配置型式及結構方案： 根據被加工零件的結構特點、加工要求、工藝過程方案及生產率等，可大體上確定采取哪種基本型式的組合機床。但由于工藝的安排、動力部件的不同配置、零件的安裝和工位數的不同，而會產生各種配置方案。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濟性效果等等，都具有不同程度的影響。因此，確定機床配置型式及結構方案時，考慮以下因素： （1）單工位多面組合機床 單工位多面組合機床，具有固定式夾具，通常安裝一個工件，用于中型零件的加工。利用多軸箱同時從兩個方向對工件進行加工。但其機動時間不能與輔助時間重合，因而生產率比多工位機床低。 鉆孔的位置精度——孔與孔的相關位置尺寸精度，采用固定式導向能達到±0.2mm；嚴格要求機床主軸與夾具導向套的同軸度，減少鉆頭與導向套的間隙，導向套盡量接近工件時，可達±0.15mm。 （2）其他問題 （a） 在確定組合機床完成工藝時，考慮可同時加工的最小孔間中心距。由于多軸箱結構和導向的需要，以保證必須的加工精度和工作可靠性的要求，組合機床鉆孔時對于通用的多軸箱；其主軸間的最小中心距為24mm（若采用專用結構則可更小些），這樣，主軸能夠在鑄鐵上鉆直徑為￠10mm以下的孔了。 （b） 在確定機床配置型式和結構方案時，合理地解決工序集中的問題。在一個動力部件上配置多軸箱加工多孔來集中工序。主軸數量的多少，主要考慮加工零件的加工要求，還要考慮動力部件及多軸箱的性能、尺寸及調整機床和更換刀具方便，并注意排屑和操作使用的方便性。 二．加工工藝分析 隨著組合機床在機械加工中的廣泛使用，組合機床的工藝范圍也是日益擴大。組合機床是鉆孔最常見，也是最有效的加工方法。組合機床上鉆孔多數是采用標準麻花鉆。鉆孔孔徑及位置精度主要取決于導向精度及鉆頭的刃磨情況。為了提高鉆孔孔徑及位置精度，要減小導向套和鉆頭間的間隙，嚴格控制鉆頭切削刃的跳動，使導向套適當靠近被加工零件以及嚴格要求主軸與導向套之間的同軸度。 § 2-2 組合機床切削用量的選擇 組合機床的正常工作與合理地選用切削用量，即確定合理的切削速度和工作進給量，有很大關系。切削用量選擇得恰當，能使組合機床以最少的停車損失，最高的生產效率，最長的刀具壽命和最好的加工質量，也就是多快省地進行生產。本組合機床采用多刀加工，而且是多把鉆頭同時工作。計算最佳切削用量的工作比較復雜，要想從理論上來確定合理適用于多刀加工的切削用量，很少有簡便可靠的方法。 一． 確定工序余量 為了使加工過程順利進行并穩(wěn)定保證加工精度，必須合理地確定工序間的余量。對于本箱體零件上4孔的加工余量，將在“組合機床設計”一章中詳細介紹。 二． 選擇切削用量 確定了在組合機床上完成的工藝內容后，就可以著手選取切削用量了。 1． 組合機床切削用量選擇的特點: 目前組合機床切削用量的選擇，還是根據多年來積累的一些經驗數據來進行。由于組合機床上幾把刀具同時工作，為了使機床正常工作，而達到較高的生產率，所選取的切削用量比一般通用機床單刀加工要低一些?？梢愿爬ǖ卣f：“在多軸加工的組合機床上不宜采用較大的切削速度和進給量”，但并不是說，在組合機床上就應盡可能選取較低一些的切削用量。無論何時采用降低切削用量的方法來改善加工情況是不正確的。在鑄鐵零件上鉆孔時，如果進給量選得太小，鉆頭的壽命不僅不長，反而會很快磨損，且耗費功率大，并且?guī)в屑饨新?。根據現有機床的使用情況來看，多軸加工組合機床一般比通用機床的切削用量低30％左右。 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。 （2） 復合刀具切削用量的選擇，應考慮刀具的使用壽命。 （3） 選擇切削用量時，應注意零件生產批量的影響。 （4） 切削用量的選擇要有利于多軸箱的設計。 （5） 選擇切削用量時，還應考慮所選動力滑臺的性能。 3． 組合機床鉆削切削用量的選擇： 根據工件材料、工作條件、技術要求進行分析，按照經濟地滿足加工要求的原則，合理地選擇切削用量。通過查表有： 表 2－1 用高速鋼鉆頭加工鑄鐵的切削用量 加工直徑d （毫米） HB＝160～200 HB＝200～241 HB＝300～400 v(m/min) f (mm/r) v(m/min) f (mm/r) v(m/min) f (mm/r) 1～6 16～24 0.07 ～ 0.12 10～18 0.05 ～ 0.1 5～12 0.03 ～ 0.08 6～12 0.12 ～ 0.2 0.1 ～ 0.18 0.08 ～ 0.15 12～22 0.2 ～ 0.4 0.18 ～ 0.25 0.15 ～ 0.20 22～50 0.4 ～ 0.8 0.25 ～ 0.4 0.20 ～ 0.30 ★注： 參考《組合機床設計》第一冊 P47 表 2-7 ，或者《組合機床設計》 P55 ，表3-7 通過《實用機械設計手冊》表5-6 查得： HT250 (HT25-47) 的硬度為：HB: 170～241 但是一般計算硬度為：HB=241-（241-170）/3=217 因此，取切削用量為： 動力滑臺進給量： v＝10～18 m/min 主軸進給量f: f=0.1～0.18 mm/r 在組合機床多軸箱上的所有刀具，共用一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺。工作時，要求所有刀具每分鐘進給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進給量。 三． 確定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度 根據選定的切削用量，確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）及夾具設計的依據；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；確的切削功率，用以選擇主傳動電機（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理。 通過生產實踐及試驗研究成果，高速鋼鉆頭在灰鑄鐵材料上鉆孔的軸向切削力F、切削扭矩T、切削功率P、刀具耐用度的計算公式如下：（由《組合機床簡明手冊》表6-20組合機床切削用量計算圖中推薦的切削力、轉矩、功率公式得出） F=26D ……………………2-1 T=10D ……………………2-2 P= ……………………2-3 式中： F——切削軸向力（牛）； D——鉆頭直徑（毫米）； f——每轉進給量（毫米/轉）； T——切削扭矩（牛.毫米）； P——切削功率（千瓦）； v——切削速度（米/分）； HB——布氏硬度為217 根據箱體零件圖，要加工的部分是4－M10的螺紋孔，孔的深度是18mm，查《機械加工工藝手冊》表1.8-2 “普通螺紋基本尺寸（GB/96-81）”P212 李洪主編，?。? D=8.376mm 根據刀具直徑和工件、刀具材料，v=(10－18)m/min, f=(0.1－0.18)mm/r 。取 v=13.35m/min f=0.1mm/r 由公式3-1、3-2、3-3得出： F=884.4N P=0.122kW T=2334.4N-mm §2－3 組合機床總體設計“三圖一卡” 組合機床總體設計，就是針對具體的被加工零件，在選定的工藝和結構方案的基礎上，進行方案圖紙設計。這些圖紙包括：被加工零件工序圖，加工示意圖，機床聯(lián)系尺寸圖，生產率計算卡片。 2.3.1被加工零件工序圖 1.被加工零件工序圖的作用和要求 被加工零件工序圖是根據選定的工藝方案，在一臺機床上完成的工藝內容，加工部位的尺寸和精度要求、技術要求、加工時的定位基準、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前毛坯情況的圖紙。它是在原有的工件圖紙基礎上，以突出本機床的加工內容，加以必要的說明繪制的。它是組合機床設計的主要依據，也是制造、使用、調整機床、檢查精度的重要技術文件。 本設計中箱體零件的工序圖包括下列內容： 1） 被加工零件的整體形狀，所加工孔的分布情況。 2） 加工基面和夾壓的方向、位置等，以便對夾具的支承、定位和夾壓裝置進行設計。 3） 加工面的尺寸、精度要求、相對位置尺寸和技術要求。 4） 還注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及被加工部位余量。 2.編制被加工零件工序圖的注意事項: 1) 本機床工件加工部位的位置尺寸均由定位基面標起，在本機床加工中，所選用的定位基面與設計基面重合。 2) 對孔的加工余量進行分析時應注意后道工序的要求 為了使被加工零件工序圖清晰明了，能突出本機床的加工內容，繪制工序圖時，對本機床上加工的部位用粗實線表示，保證的加工部位的尺寸及位置尺寸數值下方畫“——”粗實線。其余部位用細實線繪制。定位基準符號用，并用下標數表明限制的自由度數量，如3；夾壓位置符號用或，輔助支撐符號用表示。 圖2-3加工零件工序圖 2.3.2加工示意圖 1.加工示意圖的作用和內容 加工示意圖是組合機床設計的重要圖紙之一，在組合機床設計中占有重要的地位。它是設計刀具、夾具，確定主軸尺寸及伸出長度，主軸、刀具、導向套與工件間的聯(lián)系尺寸等的依據。在加工示意圖中應標明切削用量，動力頭的工作循環(huán)。 2.加工示意圖的畫法及注意事項 （1）加工示意圖的繪制順序是：先按比例用細實線繪制出工件加工部位和局部結構的展開圖。加工表面用粗實線繪制。為了簡化設計，相同加工部位的加工示意圖（指對同一規(guī)格的孔加工，所用的刀具、導向套、主軸、接桿等的規(guī)格尺寸、精度完全相同），可以表示其中之一，亦即同一主軸箱上結構尺寸相同的主軸可以只畫一根。但必須在主軸端部標注軸號（與工件孔號相對應）。當軸數較多時，可采用縮小比例用細實線畫出工件加工部位簡圖（向視圖）并標注孔號，以便設計和調整機床。 （2）一般情況下，在加工示意圖上，主軸分布可不按真實距離繪制。當被加工間距很小或需設置徑向結構尺寸較大的導向裝置時，相鄰主軸必須按比例繪制，以便檢查相鄰主軸、刀具、輔具、導向套等是否干涉。 （3）主軸從多軸箱斷面畫起。刀具畫到加工終了位置。標準通用部件（接桿）只畫外輪廓，但需加注規(guī)格代號。對于專用部件則為顯示其結構而剖視，并標注尺寸，精度及配合。 （一）加工示意圖的編制 1.刀具的選擇 在編制加工示意圖的過程中，首先遇到的是刀具的選擇，而一臺機床刀具選擇得是否合理，直接影響到機床的加工精度、表面粗糙度和生產率。因而，正確地選擇刀具是一個相當重要的工作。 根據工藝要求及加工精度不同，組合機床采用的刀具的結構常有兩種形式：一般用標準刀具和復合刀具或特種刀具。選擇刀具的結構時應注意的主要問題： ①在滿足工況的條件下，為使工作可靠，結構簡單，刃磨容易，應盡量選擇標準刀具（標準麻花鉆）和簡單刀具。 ②選擇刀具結構時，必須認真分析被加工零件材料的特點。 ③刀具的長度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾端離導向套外端面30～50mm，以利于排屑和刀具磨損后能向前調整。刀具錐柄插入接桿孔內長度，在繪制加工示意圖時應注意從刀具總長中減去。 根據《機械加工工藝手冊》表4.3-11 “錐柄長麻花鉆”（GB1439-85） P1034 （李洪主編），選取：錐柄長麻花鉆 GB1439-85 直徑D＝8.5mm 查得： 圖2-4錐柄麻花鉆 標準錐柄長麻花鉆的全長和溝槽長度分別為： l＝181mm l1＝100mm 2.工序余量的確定 為了使加工過程能正常進行，可靠地保證加工精度，還必須合理地確定工序間的余量。組合機床上進行孔的加工時，通常工序間的余量可根據《組合機床設計》第一冊 表2-6 “孔加工常用工序間余量” P38 得到： 鉆孔為￠10mm左右時，工序間余量在直徑上為1.5mm左右。故選取￠8.5的麻花鉆較為合理。 3.導向結構的選擇 在組合機床上加工孔，除用剛性主軸的除外，工件的尺寸、位置精度主要取決于夾具導向。因此，正確選擇導向結構，確定導向類型、參數、精度，不但是繪制加工示意圖必須解決的問題，也是設計組合機床不可忽視的重要內容。 ⑴選擇刀具導向部分和夾具導向套之間既有相對移動又有相對轉動的固定式導向套。這類導向套的允許線速度為v<20米/分，用于小孔徑的加工。 ⑵導向的主要參數包括：導向套的直徑尺寸和公差配合，導向套的長度、導向套離工件端面的距離等。可根據《組合機床設計》表3－17和表3－18查得常用的固定導向套的數據。 ⑶固定式導向套一般由襯套、可換導向套和壓套螺栓組成。襯套的作用是在導向套磨損后，可以較為方便地更換，并不會破壞鉆模體上的孔，有利于保持導向精度。 根據《組合機床設計簡明手冊》表8－5“導向裝置的布置與應用范圍”查得： 導向長度: ≈2.5d＝2.5×8.5＝21.25mm 導向套與工件端面的長度： l2≈d＝8.5mm ； 但是根據零件的實際情況，要保證零件在夾具中轉過90°，導套與工件端面的長度： ≈ 40.59 為了使工件轉過90°時，避免與導套發(fā)生干涉。所以： ＝45mm 。 查表《組合機床設計簡明手冊》表8－4“通用導套的尺寸規(guī)格” P175 得： D=15mm, D1=22mm, D2=26mm, L=16mm, l=8mm, l1=3mm 圖2-5通用導套的尺寸規(guī)格 4.確定主軸的類型、尺寸、外伸長度 主軸類型主要依據工藝方法和刀桿與主軸的聯(lián)接結構進行確定。主軸軸頸及軸端尺寸主要取決于切削轉矩和主軸—刀具系統(tǒng)結構。與刀桿剛性聯(lián)接時，主軸軸頸的尺寸規(guī)格按選定的切削用量計算出切削轉矩T。 由前計算可知：F=884.4N P=0.122kW F=2334.4N.mm 查《組合機床設計簡明手冊》表3－4“軸能承受的轉矩”得到： （B取6.2） d==14.3mm 由于切削轉矩T較小，如按T值來確定主軸直徑，則剛性不足。因此，應按加工孔徑→鏜桿直徑→浮動卡頭規(guī)格→主軸直徑的順序，逐步推定主軸直徑，故有表中數據，選取d為20mm，允許扭轉角Ф為11°/m。 查《組合機床設計簡明手冊》表3－6“通用主軸的系列參數”得到： 選擇（用于與刀具剛性連接的鉆孔工序的）長主軸。 主軸類型： 滾珠軸承主軸 主軸外伸尺寸（mm）： D/d1＝32/20(mm) L=115mm 接桿莫氏錐號： 1號 5.接桿的選擇 由于采用非剛性主軸，組合機床主軸與刀具間采用接桿連接。因多軸箱各主軸的外伸長度都為定值，為了使工件端面至多軸箱端面為最小距離，通常按最小長度選取接桿。接桿是標準件，用標準接桿通過其尾部結構和主軸頭部內孔直徑d1相配。 根據《組合機床設計》表3－33“組合機床用接桿”，選出接桿為215-T0635-01其具體尺寸如下表： 表 2－2 大型組合機床用接桿 接桿號 D×t 莫氏圓錐號 類型 D1 D2 B B1 L l 2 T20×2 1 A 18 30 12 1 215 110 表 2－3接桿零件表 序號 1 2 3 4 名稱 接桿 螺母 墊圈 平鍵 數量 1 2 1 1 材料 45 45 45 零件編號 接桿號2 2-L-T0635-41 30 T0641-41 29 T0654-41 6×25 GB1096-72 圖2－6接桿 5.標注聯(lián)系尺寸 首先從同一多軸箱上所有刀具中找出影響聯(lián)系尺寸的關鍵刀具，使其接桿最短，以獲得加工終了時多軸箱前端面到工件端面的最小距離，并據此確定全部刀具、接桿、導向托架及工件之間的聯(lián)系尺寸。主軸頸部需標注外徑和孔徑尺寸（D/d）、外伸長度L；刀具結構尺寸及標注直徑和長度；導向結構尺寸應標注直徑、長度、配合；工件至夾具之間的尺寸于標注工件離導套端面的距離；還須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。 6.標注切削用量 各主軸的切削用量應標在相應主軸后端。其內容包括；主軸轉速 ，每轉進給量.同一多軸箱上個主軸的每分鐘進給量是相等的，等于動力滑臺的工作速度,即=. 7.動力部件工作循環(huán)及行程的確定 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到加工終了位置，又返回到原位的動作過程。一般包括快速引進、工作進給和快速退回等動作。有時還有中間停止、多次往返進給、跳躍進給、死擋鐵停留等特殊要求。 1） 工作進給長度Lx的確定 組合機床上有第一工作進給和第二工作進給之分。前者用于鉆、擴、鉸和鏜孔等工序；后者常用于鉆或擴孔之后需要進行锪平面、倒大角等工序。工作進給長度（見圖２-９），應等于加工部位長度L（多軸加工時按長孔計算）與刀具切入長度和切出長度之和。即： 　　　　　　　　 　圖２-7工作進給長度 式中： =5～10 mm =1/3d+(3～8) 2） 快速引進長度的確定 快速引進是指動力部件把刀具送到工作進給位置，其長度按具體情況確定。在加工雙層或多層壁孔徑相同的同軸孔系時，可采用跳躍進給循環(huán)進行加工，即在加工第一壁孔后，動力部件再快速引進到位，再加工第二層壁孔，以縮短循環(huán)時間。 3） 快速退回長度的確定 快速退回的長度等于快速引進和工作進給長度之和。一般在固定式夾具鉆孔或擴孔的機床上，動力部件快速退回的行程，只要把所有刀具都退至導套內，不影響工件的裝卸就行了，但對于夾具需要回轉或移動的機床，動力部件快速退回行程必須把刀具、托架、活動鉆模及定位銷都退離到夾具運動可能碰到的范圍之外。 4） 動力部件總行程的確定 動力部件的總行程除了滿足工作循環(huán)向前和向后 所需的行程外，還要考慮因刀具磨損或補償制造、安裝誤差，動力部件能夠向前調節(jié)的距離（即前備量）和刀具裝卸以及刀具從接桿同刀具一起從主軸孔中取出時，動力部件需后退的距離（刀具退離夾具導套外端面的距離應大于接桿插入主軸孔或刀具插入接桿孔內的長度，即后備量）。因此，動力部件的總行程為快退行程和前、后備量之和。 8.其它應注意的問題 1） 加工示意圖應與機床實際加工狀態(tài)一致。表示出工件安裝狀態(tài)及主軸加工方法。 2） 圖中尺寸應標注完整，尤其是從多軸箱端面至刀尖的軸向尺寸鏈應齊全，以便于檢查行程和調整機床。圖中應表示出機床動力部件的工作循環(huán)圖及各行程長度。確定鉆-攻螺紋復合工序動力部件工作循環(huán)時，要注意攻螺紋循環(huán)（包括攻進和退出）提前完成絲錐退出工件后，動力部件才能開始退回。 3） 加工示意圖應有必要的說明。如被加工零件的名稱、圖號、材料、硬度、加工余量、毛坯要求、是否加冷卻液及其他特殊的工藝要求等。 2.3.3機床聯(lián)系尺寸總圖 1.機床聯(lián)系尺寸圖的作用和內容 機床聯(lián)系尺寸圖是以加工零件工序圖和加工示意圖為依據，并按初步選定的主要通用部件以及確定的專用部件的總體結構而繪制的。是用來表示機床的配置形式、主要構成及各部件安裝位置、相互聯(lián)系、運動關系和操作防護的總體布局圖。用以檢驗各部件相對位置及尺寸聯(lián)系能否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適；它為多軸箱、夾具等專用部件設計提供重要依據；它可以看成是機床總體外觀簡圖。由其輪廓尺寸、占地面積、操作方式等可以檢驗是否適應用戶現場使用環(huán)境。 機床聯(lián)系尺寸圖表示的內容： 1） 表明機床的配置式和總布局。以適當數量的視圖（一般至少兩個視圖，主視圖應選擇機床實際加工狀態(tài)），用同一比例畫出各主要部件的外廓形狀和相關位置。表明機床基本型式（臥式、立式或復合式、單面或多面加工、單工位或多工位）及操作者位置等。 2） 完整齊全地反映各部件間的主要裝配關系和聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運動部件的運動極限位置及各滑臺工作循環(huán)總的工作行程和前、后備量尺寸。 3） 標注主要通用部件的規(guī)格代號和電動機的型號、功率及轉速，并標出機床分組編號及組件名稱，全部組件應包括機床全部通用及專用部件，不得遺漏。 4） 標明機床驗收標準及安裝規(guī)程。 2．繪制機床聯(lián)系尺寸總圖之前應確定的內容 （1） 選擇動力部件 動力部件的選擇主要是確定動力箱（或各種工藝切削頭）和動力滑臺。實例是根據已定的工藝方案和機床配置型式并結合使用及修理等因素，確定機床為臥式雙面單工位機械傳動組合機床，機械滑臺實現工作進給運動，選用配套的動力箱驅動多軸箱鉆孔主軸。 動力箱規(guī)格要與滑臺匹配，其驅動功率主要依據多軸箱所需傳遞的切削功率來選用。在不需要精確計算多軸箱功率或多軸箱尚未設計出來之前，可按下列公式進行估算： =0.64kw 實例中左右多軸箱均選用1TD25-IA型動力箱驅動（n驅=520r/min；電動機選Y100L-6型，功率為1.6kW）。 根據選定的切削用量，計算總的進給力，并根據所需的最小進給速度、工作行程、結合多軸箱輪廓尺寸，考慮工作穩(wěn)定性，選用1HJ25I型機械滑臺，以及相配套的側底座（1CC251型）。 （2） 確定機床裝料高度H 裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離。在確定機床裝料高度時，首先要考慮工人操作的方便性；對于流水線要考慮車間運送工件的滾道高度；對于自動線要考慮中間底座有足夠高度，以便于允許內腔通過隨行夾具返回系統(tǒng)或冷卻排屑系統(tǒng)。其次是機床內部結構尺寸限制和剛度要求，如工件最低孔位置出h2、多軸箱允許的最低主軸高度h1和通用部件、中間底座及夾具底座基本尺寸的限制等?？紤]上述剛度、結構功能和使用等因素，新頒布國家標準裝料高度為1060mm，與國際標準ISO一致。實際設計時常在850～1060mm之間選取。本設計為單機使用的機床，工件最低孔位置h2=107.5mm，滑臺高度為250mm，側底座高度為560mm。取裝料高度為H=860mm。 （3） 確定夾具輪廓尺寸 主要確定夾具底座的長、寬、高尺寸。工件的輪廓尺寸和形狀是確定夾具底座輪廓尺寸的基本依據。具體要考慮布置工件的定位、限位、夾緊機構、刀具導向裝置以及夾具底座排屑和安裝等方面的空間和面積需要。 加工示意圖中已確定了一個或幾個加工方向的工件與導向間距離以及導向套的尺寸。這里主要是合理確定設置導向的鉆模架體尺寸，它在加工方向的尺寸一般不小于導向長度，通常取150～300mm，本設計取300mm；至于寬度尺寸可據導向分布尺寸及工件限位元件安置需要確定。上述尺寸確定以后，夾具底座的上部支架面積就可初步確定。 夾具底座的高度尺寸，一方面要保證其有足夠的剛度，同時要考慮機床的裝料高度、中間底座的剛度、排屑的方便性和便于設置定位、夾緊機構。一般不小于240mm（本設計為300mm）。 （4） 確定中間底座尺寸 中間底座的輪廓尺寸，在長寬方向應滿足夾具的安裝需要。它在加工方向的尺寸，實際已由加工示意圖所確定，圖中已規(guī)定機床在加工終了時工件端面至多軸箱前端面的距離（本設計中左右均取230mm）。由此，根據選定的動力箱、滑臺、側底座等標準的位置關系，并考慮滑臺的前備量，通過尺寸鏈就可以確定中間底座加工方向的尺寸（本設計中前備量取30mm，計算長度為915mm）。算出的長度通常應圓整，并按R20優(yōu)先系數選用。應注意，考慮到毛坯誤差和裝配偏移，中間底座支承夾具底座的空余邊緣尺寸。當機床不用冷卻液時不要小于10～15mm；使用冷卻液時不小于70～100mm。還須注意：當加工終了時，多軸箱與夾具輪廓間應有足夠的距離，以便于調整和維修，并應留有一定的前備量（一般不小于15～20mm）。 確定中間底座的高度方向尺寸時，應注意機床的剛性要求、冷卻排屑系統(tǒng)要求以及側底座連接尺寸要求。裝料高度和夾具底座高度（含支承塊）確定后，中間底座高度就已確定（本設計高度為560mm）。 （5） 確定多軸箱輪廓尺寸 標準通用鉆、鏜類多軸箱的厚度是一定的、臥式為325mm，立式為340mm。因此，確定多軸箱尺寸，主要是確定多軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度h1。如圖3-5所示，被加工零件輪廓以點劃線表示，多軸箱輪廓尺寸用粗實線表式。多軸箱寬度B、高度H的大小，主要與被加工零件孔分布位置有關，可按下式確定： 式中 ——工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離，單位為mm； ——最邊緣主軸中心至箱體外壁距離，單位為mm； ——工件在高度方向相距最遠的兩孔距離，單位為mm； ——最低主軸高度，單位為mm； b 和h為已知尺寸。為保證多軸箱內有足夠安排齒輪的空間，推薦70～100mm。多軸箱最低主軸高度必須考慮與工件最低孔位置、機床裝料高度、滑臺總高、側底座高度等尺寸之間的關系而確定。本設計=107mm，H=860mm，=250，=560mm。對于臥式組合機床，要保證潤滑油不致從主軸襯套出泄漏到箱外，推薦85～140mm。本設計、H、B的計算如下。 =+-（0.5++） =107.5+860+10.5+250+560 =157mm 若取b1=100mm，則可求出多軸箱的輪廓尺寸： H=+h+=（100+157+100）mm=357mm 實例工件寬度方向為單排孔，故可直接選取。由此按通用箱體系列尺寸標準，選定多軸箱輪廓尺寸，本設計B×H=400mm×400mm。 3.繪制機床聯(lián)系尺寸總圖的注意事項 機床聯(lián)系尺寸總圖應按機床加工終了狀態(tài)繪制。圖中畫出機床各部件在長、寬、高方向的相對位置聯(lián)系尺寸及動力部件退至起始位置尺寸（動力部件起始位置畫虛線）；畫出動力部件的總行程和工作循環(huán)圖；應注明通用部件的型號、規(guī)格和電動機型號、功率及轉速；對機床各組成部分標注分組編號。 當工件加工部位對工件中心線不對稱時，應注明動力部件中心線同夾具中心線的偏移量（圖中偏移量為27mm）。對機床單獨安裝的機械部件和電氣控制柜及控制太等設備也應確定安裝位置。繪制機床聯(lián)系尺寸總圖時，各部件應嚴格按同一比例繪制，并仔細檢查長、寬、高疏散個坐標方向的尺寸鏈均要封閉。例如圖2-10中高度方向尺寸鏈應封閉，即工件安裝后其最低孔軸心線與地面的距離（等于裝料高度和工件最低孔與夾具安裝基面間距之和），必須與多軸箱相應的最低主軸軸線與地面的距離相等，應滿足下列等式： +=++0.5+ （860+107.5）mm=（560+250+0.58+157）mm=967.5mm 同樣，機床加工方向從工件中心到夾具、多軸箱、滑臺、再由滑臺返回到滑座前端、側底座、中間底座、工件中心的尺寸鏈也應封閉。 4.機床分組 （1） 為便于設計和組織生產，組合機床各部件和裝置按不同的功能劃分編組。 圖2-10機床聯(lián)系尺寸總圖 2.3.4機床生產率計算卡 根據加工示意圖所確定的工作循環(huán)及切削用量等，就可以計算機床生產率并編制生產率計算卡。生產率計算卡是反映機床生產節(jié)拍或實際生產率和切削用量、動作時間、生產綱領及負荷率等關系的技術文件。它是用戶驗收機床生產率和負荷率的重要依據。 1.理想生產率Q 理想生產率Q（單位為件/h）是指完成生產綱領A（包括備品及廢品率）所要求的機床生產率。它與全年工時有關，一般情況下，單班制取1600h，兩班制取3200h，則 Q== 式中： 取廢品率為1%，單班制生產。 2.實際生產率Q1 實際生產率Q1（（單位為件/h）是指所設計的機床每小時實際可生產的合格零件數量。即 Q1===20.88 式中： T單——生產一個零件所需時間（min），可按下式計算： T單=t切+t輔==2.874； 式中：——分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進給長度，單位為mm； ——分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進給量，單位為mm/min； ——當加工沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時，滑臺在死擋鐵上的停留時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉5～10轉所需的時間，單位為min； ——分別為動力部件快進、快退行程長度，單位為mm； · ——動力部件快速行程速度。用機械動力部件時取5～6m/min；用液夜動力部件時取3～10m/min； ——直線移動或回轉工作臺進行一次工位的轉換時間，一般取0.1min； ——工件裝、卸（包括定位或撤消定位、夾緊或松開、清理基面或切削 吊運工件等）時間。它取決于裝卸自動化程度、工件重量大小、裝卸是否方便及工人的熟練程度。通常取0.5～1.5min。 如果計算出的機床實際生產率不能滿足理想生產率要求，即Q1〈Q，則必須重新?lián)袂邢饔昧炕蛐薷臋C床設計方案。 3.機床負荷率 當Q1〉Q時，機床負荷率為二者之比。即 == 組合機床負荷率一般為0.75～0.90，自動線負荷率為0.6～0.7。 表 2－4生產率計算卡 被加工零件 圖號 Z-11362A 毛坯種類 鑄件 名稱 箱體 毛坯重量 材料 HT250 硬度 170-241HBS 工序名稱 右面鉆孔4-φ8.5 工序號 序號 工序名稱 被加工零件數量 加工直徑（mm） 加工長度（mm） 工作行程（mm） 切削速度（m. min） 每分鐘轉速（r. min ） 進給量（mm. r） 進給速度（mm. min） 工時（min） 機加工時間 輔助時間 共計 1 裝卸工件 1 1.5 1.5 2 右動力部件 滑臺快進70 0.014 0.014 右多軸箱 8.5 18 30 13.35 500 0.1 50 1.24 1.24 滑臺快退 5000 0.02 備注 裝卸工件時間取決于操作這熟練程度，本機床計算時取1.5min 總計 2.874min 單件工時 2.874min 機床生產率 20.88件/h 機床負荷率 80% 第三章 組合機床多軸箱設計 目前多軸箱設計有一般設計法和電子計算機輔助設計法兩種。計算機設計多軸箱，由人工輸入原始數據，按事先編制的程序，通過人機交互方式，可迅速、準確的設計傳動系統(tǒng)，繪制多軸箱總圖、零件圖和箱體補充加工圖，打印出軸孔坐標及組件明細表。一般設計法的順序是：繪制多軸箱原始設計圖；確定主軸結構、軸頸尺寸及齒輪模數；擬訂傳動系統(tǒng)；計算主軸、傳動軸坐標（也可以用計算機計算和驗算箱體軸孔的坐標尺寸），繪制坐標檢查圖，零件圖及組件明細表。具體內容和方法簡介如下： §3－1繪制多軸箱設計原始依據圖 多軸箱設計原始依據圖是根據“三圖一卡”繪制的。其主要內容如下： 1.根據機床聯(lián)系尺寸圖，繪制多軸箱外形圖，并標注輪廓尺寸及與動力箱驅動軸的相對位置尺寸。 2.根據機床聯(lián)系尺寸圖和加工示意圖，標注所有主軸位置尺寸及工件與主軸、主軸與驅動軸的相對位置尺寸。在繪制主軸位置時，要特別注意：主軸和被加工零件在機床上是面對面安放的，因此，多軸箱主視圖上的水平方向尺寸與零件工序圖上水平方向尺寸正好相反；其次，多軸箱上的坐標尺寸基準和零件工序圖上的基準經常不重合，應根據多軸箱與加工零件的相對位置找出統(tǒng)一基準，并標注出相對位置關系尺寸，然后根據零件工序圖各孔位置尺寸，算出多軸箱上各主軸坐標值。 3.根據加工示意圖標注各主軸轉速及轉向，主軸逆時針轉向（面對主軸看）可以不標，只注順時針轉向。標注旋轉方向時以面向主軸為準。 4.列表表明各主軸的工序內容、切削用量及主軸外伸尺寸等。 5.標明動力部件型號及其性能參數。 圖3-1所示為雙面臥式鉆孔組合機床右多軸箱設計原始依據圖。 圖3.1多軸箱原始依據圖 注：1.被加工零件名稱：箱體零件。材料HT250，170～241HBS 2.主軸外伸尺寸及切削用量（見表3-1） 表3-1主軸外伸尺寸及切削用量 軸號 主軸外伸尺寸（mm） 切削用量 備注 D/d L 工序內容 n（r.min ） v（m. min） f（mm.min） 1、2、3、4 30/20 115 鉆φ8.5 500 13.35 0.1 3.動力部件1TD25Ⅰ、1HJ25I型機械滑臺N主=1.5kW。 §3－2主軸、齒輪的確定及動力計算 1 .主軸的型式和直徑，主要取決于工藝方法、刀具與主軸連接結構，刀具的進給抗力和切削轉矩。鉆孔時常采用滾珠軸承主軸結構，滾錐軸承主軸用于擴、鏜、鉸孔等工序；滾針軸承精度較低、結構剛度及裝配工藝性較差，除非軸距限制，一般不選用。 主軸直徑按加工示意圖所示，主軸直徑及外伸尺寸可初步確定。故選主軸直徑為Φ20mm，傳動軸的直徑參考主軸直徑的大小初步確定為Φ20mm，待齒輪傳動系統(tǒng)設計完后再驗算某些關鍵軸頸。 所謂齒輪傳動路線的設計是指驅動軸通過什么樣的傳動路線，采用多少級齒輪傳動，這些傳動齒輪布置在主軸箱的什么位置，最后把運動傳動到主軸上，使主軸獲得規(guī)定的轉速和轉向，通常把這個過程簡稱為排齒輪。 齒輪模數m（單位為mm）一般用類比法確定，也可按公式估算，即 ……………………3-1 式中 P——齒輪副所傳遞的功率，單位為kW； z——一對嚙合齒輪中的小齒輪齒數； n——小齒輪的轉速，單位為r/min。 多軸箱中的齒輪模數常為2、2.5、3、3.5、4幾種。為了便于生產，同一多軸箱中的模數最好不多于兩種。本設計中的傳動齒輪取m=3mm。 2.多軸箱所需的動力計算 多軸箱的動力計算包括多軸箱所需的功率和進給力兩項。 傳動系統(tǒng)確定之后，多軸箱所需功率P按下列公式計算 ……………………3-2 式中 ——切削功率，單位為kW； ——空轉功率，單位為kW； ——與負荷成正比的功率損失。單位為kW。 每根主軸的切削功率，由選定的切削用量按公式計算或查圖表獲得；每根軸上的空轉功率按表4-6（組合機床設計簡明手冊）確定；每根軸上的功率損失、一般可取所傳遞功率的1%。 由前面可知P切削=0.122kW P損失=P切削×1%=0.00122kW 查表可知P空轉=0.085kW 這樣得出P多軸箱=0.207kW 多軸箱所需的進給力F（單位為N）可按下式計算： =4×884.4=3573.6N　 ……………………3-3 實際上，為了克服滑臺移動時所引起的摩擦阻力，動力滑臺的進給力應大于F多軸箱。 §3－3.多軸箱的傳動設計 多軸箱傳動設計，是根據動力箱驅動軸位置和轉速、各主軸位置及轉速要求，設計傳動鏈，把驅動軸和各主軸連接起來，使各主軸獲得各自預定的轉速和轉向。 1.對多軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求 1）在保證主軸的強度、剛度、轉速和轉向的條件下，力求使傳動軸和齒輪的規(guī)格、數量最少。為此，應盡量用一根傳動軸帶動多根主軸，并將齒輪布置在同一排上。當中心距不符合標準時，可以采用變位齒輪或略為改變傳動比的方法來解決。 2）盡量不用主軸帶動主軸的方案，以免增加主軸負荷，影響加工質量。遇到主軸分布較密，布置齒輪的空間受到限制或主軸負荷較小，加工精度要求不高時，也可采用強度較高的一根主軸帶動1～2根主軸的方案。 3）為使結構緊湊，多軸箱內齒輪副的傳動比一般要大于1/2（最好為1～1/5），后蓋內齒輪傳動比允許取至1/3～1/3.5，盡量避免用升速傳動。當驅動軸轉速較低時允許先升速再降速，使傳動鏈前面的軸、齒輪轉矩較小，結構緊湊，但空轉損失隨之增加，故要求升速傳動比小于2；為使主軸上的齒輪不過大，最后一級往往采用升速傳動。 4）用于粗加工主軸的齒輪，應盡可能設在第Ⅰ排，以減少主軸的扭轉變形；精加工主軸上的齒輪，應設在第Ⅲ排，以減少主軸端部的彎曲變形。 5）多軸箱內具有粗、精加工主軸時，最好從動力箱驅動軸齒輪傳動開始，就分兩條傳動路線，以免影響加工精度。 6）剛性鏜孔主軸上