孔系加工立式組合加工機床設計

孔系加工立式組合加工機床設計,孔系加工立式組合加工機床設計,加工,立式,組合,機床,設計 　　　　　　　　　　　　　中國礦業(yè)大學2007屆本科生畢業(yè)設計　　　　　　　　　　第64頁 １　組合機床總體設計 1.1 組合機床方案 1.1.1 組合機床的制定方案制定的主要因素 一、 被加工零件的加工精度和加工工序 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。例如精度為H7的孔加工工序，不僅工步數較多（通常為3－4個），而且對于不同尺寸的孔徑，也須采取不同的工藝方法（鏜或鉸）。當孔與孔之間有較高的位置精度要求時，安排工藝應考慮在一個安裝工位上對所有孔同時進行最終精加工。如果同一軸線上幾個孔的同軸度要求較高時，其最后精加工應從一面進行。又如，為了加工精度為H6、表面粗糙度R0.4m的孔，除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一般措施外，機床須采取主軸高速、低進給量的加工方法，以使切削力盡量小，還須盡量消除主軸振動的影響，并確保穩(wěn)定的小進給量（一般f0.01mm/r）。為此，機床通常采用皮帶傳動的精鏜頭，主軸設卸載裝置，進給采用液壓增穩(wěn)系統(tǒng)。又如加工精度為H6-H7、直徑為80-150mm的氣缸孔，機床一般采用立式剛性主軸結構，而不采用浮動主軸帶導向加工。因為采用前、后導向加工，不僅機床結構復雜、龐大，還常因氣缸孔間距較小而不便安置導向套，同時立式加工時，切屑也易落入下導向，造成導向精度早期走失，不利于保證加工精度。 采用剛性主軸結構方案時，必須根據被加工零件的材料、加工部隊特點及加工精度要求來選擇主軸結構型式及具體參數，以使主軸有足夠的剛性及抗振性。還必須合理布置鏜刀位置，力求減少切削徑向力在加工過程中產生的振動。當氣缸體缸孔孔間距及平等度要用由單個精鏜頭組成的多軸機床結構方案，目的是各精鏜頭可單獨調整位置。為提高機床工作過程中的穩(wěn)定性，鏜頭應配置高精度動力力滑臺，并把機床設計成10或45傾斜型式。 二、 被加工零件特點 被加工零件特點主要指零件的材料、硬度、加工部位的結構形狀、零件 剛性、定位基準面的特點等。它們對機床工藝方案制定有著重要的影響。同樣精度的孔，因材料、硬度的不同，其工藝方案也不同，如鋼件一般比鑄件的加工工步多。加工薄壁易振的工件，安排工序時，必須考慮防止共振。加工箱體零件多層壁同軸線等直徑孔，通常在一根鏜桿上安裝多個鏜刀頭進行鏜削，退刀時，要求工件（夾具）“讓刀”，鏜刀頭周向定位。 若工件剛性不足，安排工序就不能過于集中，以免因同時加工表面多造成工件受力大，振動及發(fā)熱變形而影響加工精度。 還必須十分重視被加工零件在組合機床加工前所完成的工序及毛坯或半成品質量，對加工余量很大或鑄造質量較差的零件應安排預加工工序。 被加工零件的特點在很大程度上決定了機床采取的配置形式。一般來說，孔中心線與定位基面平行且需由一面或幾面加工的箱體件宜采用臥式機床；立工機床適宜加工定位基面是水平的且被加工孔與基面相垂直的工件，而不適宜加工安裝不方便或高度較大的細長工件。對在型箱體件，采用單工位機床加工較適宜；而中小型零件則多采用多工位機床加工。 三、 被加工零件的生產批量 零件的生產批量是決定采用單工位、多工位或自動線，還是按中小批生產特點設計組合機床的重要因素。有時從工件外形及輪廓尺寸看，本來可以采取單工位固定式夾具的機床配置形式，但由于生產批量較大，就不得不采取多工位的機床方案以使裝卸工件時間與機動時間重合。 被加工零件的生產批量越大，工序安排一般趨于分散。而且，其粗、半精、精加工慶分別在不同機床上完成。 對于中小批量生產情況,則要力求減少機床臺數，此時應將工序盡量集中在一臺（多工位）或多數幾臺機床上加工，以提高機床利用率。 四、 機床使用條件 　　(1) 車間布置情況　　車間內零件輸送滾道的高度將直接影響機床裝料高度。當工件輸送滾道穿過機床時，機床應設計成通過式，且配置不能超過三面；同時，裝卸工件只能推進拉出，機床通常不能安置中間導向（采取特殊機構時除外）。如果車間面積有限，則要限制機床輪廓尺寸。有的機床安裝在樓上，則對機床單位面積重量有嚴格要求。此外，生產線的工藝流程方向，機床在車間的安裝位置等也對機床配置方案有一定影響。 (2) 工藝間的聯(lián)系　　工件到組合機床加工前，其毛坯或半成品必須達到一定要求，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以后，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位基面，那么組合機床應考慮為下道工序加工出定位基面。 (3) 使用廠的技術能力和自然條件　　如果使用廠沒有相當能力的工具車間，制造、刃磨復雜刀具有困難，則制定方案時，就避免采用此類刀具，必要時，可增加機床工位，以便采用一般刀具分散加工。 若使用廠處于火熱地區(qū)，車間溫度偏高，使用液壓傳動機床往往造成工作性能不穩(wěn)定，則可選用配置機械動力部件的機床。 1.1.2 分析被加工工件 被加工工件的各部分尺寸如下圖所示(圖1-1)： 從圖中可知，該電動機為地腳式安裝。安裝孔直徑d=12mm，其精度沒有具體要求，按一般加工情況即可。 1.1.3 制定本設計的機床方案 根據以上各考慮因素，可制定出本設計的組合機床的配置型式，大致方案如下圖所示（圖1-2）: 從（圖1-2）可知，本設計中，采用單工位配置型式的組合機床，具有固定式夾具，這類機床可達到的加工精度最高。對于精加工的機床的夾具公差，一般取被加工零件公差的1/3—1/5；對粗加工機床，由于其他因素的影響，其夾具精度也不可太低。這種機床加工零件的位置精度為： 鉆孔位置精度　　指孔與孔或孔與基準面間的相關位置精度。通常，采用固定式導向能達0.2mm；若嚴格要求機床主軸和夾具導向的同軸度，減少刀具與導向間隙，導向盡量靠近工件等，可達0.15mm。當采用與夾具以定位銷定位的活動活動鉆模板時，精度可達0.2—0.25mm。 其孔中心距對基面或孔相對另一孔中心線的垂直度通?？蛇_0.02m /100mm。 1.2 確定切削用量及選擇刀具 1.2.1 根據工件的材料及加工孔直徑確定切削用量 已知工件材料為ZG230-450，其屈服強度＝230Mpa,=450Mpa,含炭量C=0.25%,硬度為HB125—175。 則，查手冊可知，選用高速鋼主要麻花鉆鉆削時，切削速度v和進給量f可定為： v=20m/min f=0.2mm/r 1.2.2 確定切削力、切削轉矩、切削功率及刀具耐用度 　　一、切削力F、切削轉矩M、切削功率P、刀具耐用度T的計算公式如下： (1-1) (1-2) 圖 1-1 Y系列籠型三相異步電動機（機座號132M） 1-底座 2-夾具 3-工件 4-多軸箱 5-動力箱 6-液壓滑臺 7-立柱 圖 1-2 立式組合機床及其組成部分 (1-3) (1-4) 式中： F——切削軸向力，Ｎ； D——鉆頭直徑，mm； F——每轉進給量，mm/r； M——切削轉矩，Nmm； P——切削功率，KW； T——刀具耐用度，min； V——切削速度，m/min，通常根據鉆孔深度L考慮修正系數K，v=vK； HB——零件的布氏硬度值。通常給出一個范圍，如HB125-175。對于公式(1.2-1)—(1.2-3)取最大值，對公式(1.2-4)取最大硬度值減去硬度偏差值的1/3。 二、求F、M、T、P值 已知鉆頭直徑D=12mm,硬度HB125-175，孔深L=20mm。 解： 由前可知： 　　v=20m/min f=0.2mm/r 由L/D=27/12=2.2，查表得K=1 則： 由公式(1.2-1)可知： =1597 N 由公式(1-2)可知： ＝6265 Nm 由公式(1-3)可知： 由公式(1-4)可知： ＝11282 min=188 h > 8 h 組合機床通常要求切削用量的選擇使刀具耐用度不低于一個工作班，最少不低于8h，則根據計算結果可知，選擇的切削用量符合要求。 1.2.3 刀具的選擇 　　根據以上計算數據，可選擇錐直柄長麻花鉆　12 GB1439-85，其直徑=12mm,總長度=215mm，工作長度＝134mm。 1.3 初步確定主軸及傳動軸直徑 根據加工對象可知，多軸箱上各刀具主軸的軸向切削力F相等，則多軸加工總的軸向力： 此值可作為選擇進給動力滑臺及夾具設計的依據。 當確定了切削轉矩M以后，便可根據扭轉剛度初定出主軸及傳動軸直徑，計算公式為： 　　　（cm） (1-5) 式中： M——切削轉矩，； B——系數，根據主軸或傳動軸在１m長度上允許最大扭轉角從手冊中選擇。 則： 　　主軸: 　　主軸允許最大扭轉角為，則B=0.35 　　傳動軸： 　　傳動軸允許最大扭轉角為，則B=0.26 　　　　　　 1.4 三圖一卡 1.4.1 被加工零件工序圖 一、被加工零件工序圖的作用及內容 被加工零件工序圖是根據選定的工藝方案，表示一臺組合機床或自動線完成的工藝內容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求、加工用定位基準、夾壓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半成品情況的圖紙。它不能用用戶提供的產品圖紙代替，而須在原零件圖基礎上，突出本機床或自動線的加工內容，加上必要的說明而繪制的。它是組合機床設計的主要依據，也是制造、使用、檢驗和調整機床的重要技術文件。圖上就表示出： (1) 被加工零件的形狀和輪廓尺寸及與本機床設計有關的部位的結構開關及尺寸。尤其是當須要設置中間導向套時，應表示出零件內部的肋、壁布置及有關結構的開關和尺寸，以便檢查工件、夾具、刀具是否發(fā)生干涉。 (2) 加工用定位基準、夾壓部位及夾壓方向。以便依此進行夾具的定位支承（包括輔助定位支承）、限位、夾緊、導向裝置的設計。 (3) 本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形狀位置尺寸精度及技術要求，還包括本道工序對前道工序提出的要求（主要指定位基準）。 (4) 必要的文字說明。如被加工零件編號、名稱、材料、硬度、重量、及加工部位的余量等。 二、零件工序圖如下所示（圖1-3）： 1.4.2 加工示意圖 一、 加工示意圖的作用和內容 零件加工的工藝方案要通過加工示意圖反映出來。加工示意圖表示被加 工零件在機床上的加工過程，刀具、輔具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機床各部件間的相對位置關系，機床的工作過程及工作循環(huán)等。因此，加 工示意圖是組合機床設計的主要圖紙之一，在總體設計中占據重要地位。它 圖1-3 被加工零件工序圖 是刀具、輔具、夾具、多軸箱、液壓電氣裝置設計及通用部件選擇的主要原始資料，也是整臺組合機床布局和性能的原始要求，同時還是調整機床、刀具及試車的主要依據。其內容為： (1)應反映機床的加工方法、加工條件及加工過程。 (2)根據加工部位特點及加工要求，決定刀具類型、數量、結構、尺寸（直徑和長度），包括鏜削加工時鏜桿的直徑和長度。 (3)決定主軸的類型、規(guī)格尺寸及外伸長度。 (4)選擇標準或設計專用的接桿、浮動卡頭、導向裝置、攻絲靠模裝置、刀桿托架等，并決定它們的結構、參數和尺寸。 (5)標明主軸、接桿（卡頭）、夾具（導向）、與工件之間的聯(lián)系尺寸、配合及精度。 (6)根據機床要求的生產率及刀具、材料特點等，合理確定并標注各主軸的切削刀具。 (7)決定機床動力部件的工作循環(huán)及工作行程。 二、 向裝置的選擇 在組合機床加工孔時，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。 導向通常分為兩類：一類是刀具導向部分與夾具導套之間既有相對移動又有相對轉動的第一類導向，或稱固定式導向。另一類是刀具導向部分與夾具導套之間只有相對移動而無相對轉動的第二類導向，或稱旋轉式導向。 通常依據刀具導向部分直徑d和刀具轉速n折算出導向的線速度,再結合加工部位尺寸精度、工藝方法及刀具的具體工作條件來選擇導向類型、型式和結構。 由于： ＝19.97 m/min 根據第一類導向（固定式導向）的允許線速度m/min ，因此，此處選擇第一類導向比較合適。 具體型式及參數如下圖所示（圖１－４）： 圖中：L1=(24)d=(24)12=2448mm 取L1=45mm； 　　　L2=(11.5)d=(11.5) 12=1218mm 取L2=15mm； d——12G7; 　　　D——22H7/g6; D——31H7/js6. 三、主軸類型、直徑及外伸尺寸的確定 主軸直徑的確定可根據如下經驗公式： 　　　　　(1-6) (1-7) 圖1-4 導向裝置 式中： d——主軸直徑，mm； M——軸所傳遞的轉矩，Nmm； Wp——軸的抗扭截面模數，mm，實心軸Wp=0.2； ——許用剪應力（N/mm），45鋼的＝N/mm； B——系數。當材料的剪切彈性模數G=8.1010N/mm時，B值如 下： 軸類型 剛性主軸 非剛性主軸 傳動軸 （／m） 1/4 1/2 1 B 7.3 6.2 5.2 此設計中，采用的是非剛性主軸，則B=6.2。 已知M=22650Nmm，則： 取 　　 經校核，該軸符合要求。 主軸由于受軸向力較大，則主軸類型定為：用推力球軸承承受軸向力，而用向心球軸承承受徑向力。又因鉆削時軸向力是單向的，因此推力球軸承只須在主軸前端安排即可。 考慮到具體的結構情況，選擇長主軸，主軸的外伸尺寸為： ； ； 四、接桿的選擇 根據主軸的外伸尺寸，莫氏圓錐號=1,則選用2-300T0635-41 A型接桿。 五、 確定動力部件的工作循環(huán)及工作行程 (1) 工作進給的長度L應等于工件加工部位長度L與刀具切入長度L 和切出長度L之和。切入長度L應根據工作端面的誤差情況在510之間選擇，誤差大時取大值。取L=8mm。切出長度L＝d/3+(38)mm=4+(38),取L＝12mm。則： L=20+8+12=40mm 考慮到具體結構問題，取L=50mm。 (2) 快速退回長度等于快速引進與工作進給長度之和。用類比法取快速引進長度為75mm，則： L=75+55=130mm (3) 動力部件總行程長度　　除應保證要求的工作循環(huán)工作行程（快速引進＋工作進給=快速退回）外，還要考慮裝卸和高速刀具方便，即考慮前、后備量。 前備量是指因刀具磨損或補償制造、安裝誤差，動力部件尚可向前調節(jié)的距離。后備量是指考慮刀具從接桿中或接桿連同刀具一起從主軸孔中取出所需要的軸向距離。理想情況是保證刀具退離夾具導套外端面的距離大于接桿插入主軸孔內的長度。 圖 1-5 加工示意圖 因此，動力部件的總行程為快退行程長度與前后備量之和。取前備量=20mm，后備量＝100mm，則： 總行程L=20+100+130=250mm 六、 繪制加工示意圖（如圖1-5） 1.4.3 機床聯(lián)系尺寸圖 一、 聯(lián)系尺寸圖的作用及內容 一般來說，組合機床是由標準的通用部件――動力滑臺、動力箱、各種工藝切削頭、側底座、立柱、立柱底座及中間底座加上專用部件――多軸箱、刀、輔具系統(tǒng)、夾具，液、電、冷卻、潤滑、排屑系統(tǒng)組合裝配而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運動關系，以檢驗機床各部件相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求；通用部件的選擇是否合適；并為進一步開展多軸箱、夾具等專用部件、零件的設計提供依據。聯(lián)系尺寸圖也可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。 聯(lián)系尺寸圖的主要內容如下： (1) 以適當數量的視圖（一般為主、左、右視圖）按同一比例畫出機床各主要組成部件的外形輪廓及相關位置，表明機床的配置型式及總體布局、主視圖的選擇應與機床實際加工狀態(tài)一致。 (2) 圖上就盡量減少不必要的線條及尺寸。但反映各部件的聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運動部件的極限位置及行程尺寸，必須完整齊全。至于各部件的詳細結構不必畫出，留在具體設計部件時完成。 (3) 為便于開展部件設計，聯(lián)系尺寸圖上應標注通用部件的規(guī)格代號，電動機型號、功率及轉速，并注明機床部件的分組情況及總行程。 二、 機床各部件的選用 (1) 影響動力部件選擇的主要因素： a. 切削功率 b. 進給力 c. 進給速度 d. 行程 總行程長度　 (2) 動力滑臺的選擇 根據以上各點，可作如下選擇：動力滑臺選用液壓滑臺，型號為1HY25， 臺面寬度250mm，最大進給力8000N，工進速度32800mm/min,快移動速度12m/min。 (3) 動力箱的選擇 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，可按下列簡化公式進行估算： (1-8) 式中： ——消耗于各主軸的切削功率總和，單位為KW。 ——多軸箱的傳動功率，加工黑色金屬時取0.80.9，加工有色金屬時取0.70.8；主軸箱多、傳動復雜時取小值，反之取大值。 則： 動力箱電動機功率 取 選擇1TD25型動力箱，電動機型號,電動機功率2.2KW,,電動機轉速1420r/min,輸出軸轉速785r/min。 (4) 與動力滑臺配套的附屬部件、支承部件的選擇 查手冊，與動力滑臺配套的附屬部件、支承部件的型號如下所示： 導軌防護裝置　1HY25-F81 立柱　1CL 25 立柱側底座　1CD251 三、 機床聯(lián)系尺寸圖的繪制(如附錄1) 1.4.4 組合機床生產率計算卡 一、 機床生產率的計算 (1) 機床理想生產率Ｑ可按下列公式計算 　　　?。瘯r） (1-9) 　　　?。ǚ郑? (1-10) 式中： ——單件工時。 和可按下列公式確定： (1-11) (1-12) 式中： ——分別為刀具第一工作進給和第二進給的行程長度，mm； ——分別為動力頭第一工作進給和第二工作進給的每分鐘進給量，mm/min； ——當加工沉孔時動力頭在死擋鐵上停留時間，也就是考慮刀具在終點無進給狀態(tài)下旋轉5-10轉所需要的時間，min。 、——動力頭快進和快退行程長度，m； ——動力頭快速行程速度，一般在4.710m／min范圍； ——工作臺的回轉或移動時間。組合機床研究所通用回轉工作臺每轉一個工位時間為3到8秒； ——工件裝卸、定位、夾緊以及清除定位基面切屑時間。它取決于工件大小、裝卸方便性及操作人員的熟練程度等。一般為0.51.5分鐘。 (2) 機床實際生產率 　　　　?。?-13） 式中： ——機床負荷率（單面機床主軸數小于15時?。?.9） 二、 機床生產率計算卡如下所示： 表１－１： 被加工零件 圖號 名稱 電動機底座 材料 ZG200-400 工序名稱 鉆孔 序號 工步名稱 被加工零件數（個） 加工直徑（mm） 加工長度（mm） 工作行程（mm） 切削速度（m/min） １ 裝入工件 1 ２ 工件定位、夾緊 10 ３ 動力部件快進 75 ４ 動力部件工進 19 27 55 20 ５ 死擋鐵停留 ６ 動力部件快退 130 ７ 松開工件 10 ８ 卸下工件 備注 本機床裝卸時間取為1min 續(xù)表１－１ 被加工零件 毛坯種類 鑄鋼 毛坯重量 硬度 HB 125-175 工序號 序號 工步名稱 每分鐘轉速（r/min） 每轉進給量（mm/r） 每分鐘進給量（mm/min） 工時（min） 機動時間 輔助時間 共計 １ 裝入工件 0.5 ２ 工件定位、夾緊 0.002 ３ 動力部件快進 12000 0.00625 ４ 動力部件工進 530 0.2 106 0.519 ５ 死擋鐵停留 0.02 ６ 動力部件快退 12000 0．0108 ７ 松開工件 0．002 ８ 卸下工件 0．5 備注 單件總工時 0.519 1.04105 1.56005 機床實際生產率 機床理想生產率 負荷率 （1） 理想生產率Ｑ 根據機床生產率計算卡，計算機床的單件工時： （2） 實際生產率 一般情況下，單班制生產的全年工時總數，則年生產綱領56000件： （3） 機床負荷率 2 多軸箱的設計 2.1 多軸箱材料的選擇 大型通用多軸箱箱體類零件采用灰塵鑄鐵材料，箱體用牌號為HT200，前后蓋用牌號為HT150。 2.2 多軸箱輪廓尺寸的確定 標準的通用鉆削類多軸箱的厚度有兩種尺寸規(guī)格，臥式為325mm，立式為340mm。箱體厚度為180mm，用于立式的多軸箱前蓋，兼作油池，加厚為70mm，基型后蓋厚度為90mm，即總厚度為180+70+90=340mm。 多軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關，可按下式確定： （2-1） （2-2） 式中： ——工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離，mm； ——最邊緣主軸中心距箱外壁的距離，mm； ——工件在高度方向相距最遠的兩孔距離，mm； ——最低主軸高度。 通常： ，?。?11mm； ，?。?2mm。 則：可求出多軸箱輪廓尺寸為： 根據上述計算值，按多軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定多軸箱輪廓尺寸為。 2.3 軸類零件的選用 2.3.1 鉆削類主軸 按支承型式不同可分為三種： a. 滾錐主軸 b. 滾珠主軸 c. 滾針主軸 　　此設計中，考慮到受軸向力比較大，所以選用滾珠主軸，用推力球軸承承受軸向力，深溝球軸承承受徑向力。 2.3.2 傳動軸 按其用途和支承型式不同，有以下六種： a. 圓錐滾子軸承傳動軸 b. 滾針軸承傳動軸 c. 埋頭式傳動軸 d. 手柄軸 e. 油泵傳動軸 f. 攻絲用蝸桿軸 2.3.3 軸的材料 a. 主軸材料，一般為40Cr鋼，熱處理C42。 b. 傳動軸的材料一般為45鋼，調質處理T215。 2.4 齒輪型式的選擇 通用齒輪有三種，即傳動齒輪、動力箱齒輪、電動機齒輪。材料均采用45鋼，熱處理為齒輪高頻淬火G54。 動力箱齒輪有B型（寬度為84mm）和B型（寬度為44mm），當采用90mm厚的基型后蓋時，選B型。 2.5 設計計算 2.5.1 繪制多軸箱設計原始依據圖 從前述已知： a. 多軸箱輪廓尺寸為； b. 工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸（如圖2－1）； c. 工件與多軸箱相對位置尺寸（如圖2－1）。 根據這些數據可編制出多軸箱設計原始依據圖，見圖3－1所示和附表 如下。 附表： (1) 被加工零件 名稱：電動機底座 材料：ZG230-450 硬度：HB125-175 (2) 主軸外伸尺寸及切削用量 主軸外伸尺寸Ｌ＝115mm 切削速度:v=20r/min 進給速度：f=0.2mm/r (3) 動力部件 型動力箱，電動機型號為，功率 為P=2.2Kw，動力箱輸出軸轉速，轉速n=1420r/min,輸出軸距箱底面距離為129.5mm。 表2-1 軸號 工序內容 加工直徑 主軸直徑 主軸外伸尺寸 L＝115mm v (m/ min) n (r/ min) f (mm/ r) Vf (mm/ min) 1、2、3、4 鉆 20 530 0.2 106 2.5.2 主軸結構型式的選擇 主軸結構型式由零件加工工藝決定，并應考慮主軸的工作條件和受力情 況。軸承型式是主軸部件結構的主要特征，進行鉆削加工的主軸，軸向切削力較大，最好用推力球軸承承受軸向力，而用向心球軸承承受徑向力。又因鉆削時軸向力是單向的，因此推力球軸承在主軸前端安排即可。即選用前述的滾珠主軸。 另外，主軸選擇長主軸，其軸頭內孔較長，可增大與刀具尾部連接的接觸面，因而增強刀具與主軸的連接剛度，減少刀具前端下垂。用標準導套導向。 2.5.3 傳動系統(tǒng)的設計計算 一、 對傳動系統(tǒng)的一般要求　 設計傳動系統(tǒng)，應在保證主軸強度、剛度、轉速和轉向的前提下，力求 使主要傳動件（主軸、傳動軸、齒輪等）的規(guī)格少，數量少，體積小；因此，在設計系統(tǒng)時，要注意下面幾點： 　　(1) 盡量用一根中間傳動軸帶動多根主軸。當齒輪嚙合中心距不符合標準時，可用變位齒輪或略變傳動比的方法解決。 圖2-1多軸箱設計原始依據圖 (2) 一般情況下，盡量不采用主軸帶動主軸的方案，因為這會增加主動主軸的負荷。如遇到主軸分布密集而切削負荷又不大時，為了減少中間軸，也可用一根主軸帶1-2根主軸或更多根主軸的傳動方案。 (3) 為使結構緊湊，多軸箱體內的齒輪傳動副的最佳傳動比為1-1.5,在多軸箱后蓋內的IV排（或第V排）齒輪，根據需要，其傳動比可以取大些，但一般不超過3-3.5。 (4) 根據轉速與轉矩成反比的道理，一般情況下如驅動軸轉速較高時，可采用逐步降速傳動；如驅動軸轉速較低時可先使速度升高一點再降速；這樣可使傳動鏈前面幾根軸、齒輪等在較高轉速下工作，結構可小些。組合機床多軸箱的傳動和結構與普通機床差異較大，其一是由于傳動鏈較短，難分前后，另外，經常是一中間傳動軸帶多根主軸。所以，合理安排結構往往成為設計的主要矛盾。如為了使主軸上的齒輪不過大，最后一級經常采用升速傳動。 (5) 粗加工切削力大，主軸上的齒輪應盡量安排靠近前支承，以減少主軸的扭轉變形。 (6) 齒輪排數可按下面方法安排： a. 不同軸上齒輪不相碰，可放在箱體內同一排上。 b. 不同軸上齒輪與軸或軸套不相碰，可放在箱體內不同排上。 c. 齒輪與軸相碰，可放在后蓋內。 另外，應注意驅動軸直接帶動的傳動軸數不要超過兩根，否則會給裝配 帶來困難；如遇粗、精加工合一的多軸箱，其粗、精傳動路線最好分開。 二、 主軸分布類型 根據加工零件的孔的位置，可將其分布類型定為同心圓分布。如圖2－ 2所示： 三、 傳動系統(tǒng)設計 (1) 傳動方案的確定（如圖2-3所示） (2) 已知各主軸轉速及驅動軸到主軸之間的傳動比 驅動軸轉速： (3) 各主軸傳動比 圖2－2 主軸分布類型 (4) 驅動軸到主軸的中心距 (5) 各傳動比的分配 因為要求主軸上齒輪不過大，所以最后一對齒輪取升速。 驅動軸O到傳動軸13的傳動為降速，由上得： 考慮到結構的緊湊，取： 則： (6) 確定中間軸12的位置，配12軸與O軸聯(lián)接的齒輪。 考慮結構簡單和緊湊，定12軸的位置在多軸箱的中心位置，即離底面 距離為200mm。 則12軸與O軸的中心距為： 取齒輪模數為3，則： 解之： 圖 2-3 傳動方案 從計算結果可知，=21符合驅動軸上齒輪齒數的限制，即驅動軸齒輪的齒數為：。 (7) 確定中間軸13的位置，并配軸13與軸12聯(lián)接的各對齒輪。 取 : 模數m=3 又： 且： 解之： 則： 根據中間傳動軸和四根主軸的位置，可通過作圖的方法確定13軸的具體位置，如圖2-3所示。 (8) 驗算各主軸轉速 (9) 用中間傳動軸12兼作調整手柄軸，其轉速如下： 軸12轉速較高，操作省力，位置適當，可滿足使用要求。 (10) 葉片泵的選擇 采用ZIR-12-2型葉片液壓泵，由傳動軸13經一對齒輪=28/24傳動。其中，為液壓泵齒輪。 在400-800r/min的轉速范圍內，滿足要求。 四、多軸箱坐標計算 (1) 加工基準坐標架的選擇及確定各主軸坐標 為了便于多軸箱體的加工，將基準坐標架原點選在定位銷孔上，如下圖 所示：（圖2-4） 圖 2-4 加工基準坐標 則可根據多軸箱設計原始依據圖，在基準坐標XOY上注出各主軸與驅動軸的坐標，如下表所示： 表2-2 O銷 10銷 1軸 2軸 3軸 4軸 軸 0 0 350 0 283 81 67 81 67 259 283 259 175 94．5 (2) 中間軸12的坐標的確定 如前所述，12軸位于多軸箱的中心位置，則其坐標為： (3) 傳動軸13-1、13-2、13-3、13-4的坐標的確定 傳動軸13屬于與二軸定距的傳動軸坐標計算，傳動軸與二軸定距，即 在一傳動軸上用兩對齒輪分別帶動兩已知軸，其坐標可根據兩已知軸的坐標和兩對齒輪嚙合的中心距計算求得（如圖2-5所示）。 圖 2-5 坐標計算 圖中，O、A為已知軸，B為要計算的傳動軸13。R1、R2為嚙合齒輪的 中心距。 通過B點作（用L表示）的垂線，垂足為C，C點坐標值（u,v）。用h表示，h在X軸上的投影長度為x1,在Y軸上的投影長度為x2，垂足C到原點O的距離用d表示。 x 、y數值由u、v、x1、y1組成，見圖2-5所示。則： x=u+x1, y=v-x2 (2-3) u、v、x1、x2都用絕對值代入。 由圖可知 （2-4） （2-5） 中： （2-6） （2-7） 中： (2-8) 代入上式得： (2-9) 由和相似得： (2-10) (2-11) 又由于和相似得： (2-12) (2-13) (2-14) 計算有： 另外三根軸的計算方法同上，由于對稱，其結果一樣。 則這四根軸的坐標為： 13-1： 13-2: 13-3: 13-4: (4) 驗算 則：符合要求。 則：符合要求。 2.5.4 多軸箱結構設計 (1) 多軸箱規(guī)格尺寸及動力箱法蘭尺寸（如圖2-6） 圖2-6(a) 多軸箱規(guī)格尺寸及動力箱法蘭尺寸 圖2-6（b）多軸箱規(guī)格尺寸及動力箱法蘭尺寸 (2) 多軸箱螺孔位置（如圖2-7所示） (3) 多軸箱和系列配套零件表（如表2-3所示） (4) 多軸箱連接用定位銷 a. 動力箱與多軸箱后蓋連接用定位銷： 12-ZHBQ45-3-31 b. 多軸箱體與前蓋、后蓋連接用定位銷： 定位銷銷選擇為：12ZIQ45-4-32 A型 套選擇為：12ZIQ45-4-31 (4) 分油器的選擇 由于立式組合機床不需要沒盤，則選擇無徑向油管，。 分油器型號為ZIR31-2，A型，金屬內支管。 (5) 注油油杯的選擇 根據需要，選擇ZIR75-8-91的黑色尼龍彎頭注油油杯，零件號為91， 材料為HT150。結構如下圖所示。（圖2-8） 2.5.5 主軸的設計 (1) 主軸組件裝配結構的設計 如前所述，主軸選用滾珠主軸。主軸組件裝配結構及聯(lián)系尺寸如圖2-9 所示。 (2) 軸上零部件的選用 從左到右依次排列序號： 軸承1：根據軸的直徑d=20mm，選擇深溝球軸承6204型（GB/T 276-1994）,d=20mm，D=47mm，B=14mm。 軸承 2：為了達到加工、裝配方便，選擇軸承2的型號與軸承1的型號 相同，即深溝球軸承6204型（GB/T 276-1994）。 軸承 3:如前所述，主軸上用推力球軸承承受軸向力，則根據軸的直徑d=20mm選用推力球軸承51304型（GB/T 301-1995），d=20mm,D=47mm,T=18mm。 齒輪：已知齒輪的模數m=3，齒數z=20。 則有： 分度圓直徑： 齒頂高： 齒根高： 圖 2-7 (a.上蓋螺孔距) 圖 2-7 (b.前壁螺孔距) 圖 2-7 (c.后壁螺孔距) 圖 2-7(d. 側蓋螺孔距) 圖2-8 彎頭注油油杯 表 2-3 多軸箱系列配套零件 多軸箱體 規(guī)格 型號 1T0711-11 適用動力箱代號 25 前蓋 型號 1T0711-12 GB70 規(guī)格 數量 10 后蓋 型號 1T0711-13 GB70 規(guī)格 數量 8 上蓋 型號 1T0712-17 規(guī)格 GB70 規(guī)格 數量 6 側蓋 型號 1T0712-17 規(guī)格 GB70 規(guī)格 數量 4 ZIJ29-7螺釘堵 M16 注油量 4L 齒全高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 鍵：根據軸的直徑及受力特點，選擇圓頭普通平鍵，A型。其型號為：鍵 GB/T 1096-2003,其中，b=6mm，h=6mm，L=20mm。 套1：根據軸的直徑d=20mm可選用 20-1T0721-62型軸套。其中，d=20mm，D=25mm，L=74.5mm。 套2：根據軸的直徑d=20mm可選用 20-1T0723-61型軸套。其中，d=20mm，D=25mm，L=17mm。 防油套：根據軸的直徑d=32mm可選用 32-1T0721-81型防油套。其中， 圖2-9 主軸組件 d=32mm，=44mm，=40mm，=33mm。 圓螺母：根據軸的直徑d=20mm，可選用 GB812型圓螺母。 墊圈：根據軸的直徑d=18mm可選用GB/T 93-16墊圈，材料為65Mn 。 2.5.6 手柄軸的設計 (1) 手柄軸組件裝配結構的設計 手柄軸組件裝配結構及聯(lián)系尺寸如下圖所示（圖2-10）： (2) 軸上零部件的選用 相同零件從左到右依次排列序號： 齒輪1：已知模數m=3mm，齒數z=28。 則有： 分度圓直徑： 齒頂高： 齒根高： 齒全高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 齒輪2：已知模數m=3mm，齒數z=18。 則有： 分度圓直徑： 齒頂高： 齒根高： 齒全高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 圖2-10 手柄軸組件 鍵1：根據軸的直徑d=30mm，選用A型圓頭普通平鍵，型號為：鍵 GB/T 1096-2003，其中，b = 8 mm,h = 7 mm,L = 25 mm。 鍵2：根據軸的直徑d=30mm，選用A型圓頭普通平鍵，型號為：鍵 GB/T 1096-2003，其中，b = 8 mm,h = 7 mm,L = 25 mm。 軸承1：根據軸的直徑d=30mm，選用32206型圓錐滾子軸承（GB/T 297-1994）。其中，d=30mm,D=62mm,T=21.25mm,B=20mm,C=17mm。 套1：根據軸的直徑d=30mm，選用30-1T0721-61軸套，其中，d=30mm,D=35mm,L=16mm。 套2：根據軸的直徑d=30mm,選用30-1T0721-62軸套，其中， d=30mm,D=35mm,L=68.5mm。 套3:根據軸的直徑d=30mm，選用30-1T0721-61軸套，其中，d=30mm，D=35mm，L=24.5mm。 防油套：根據軸的直徑D=40mm選用40-1T0721-81型防油套，其中，材料為45鋼，D=40mm,=52mm，=42mm，=41mm。 圓螺母：根據軸的直徑d=40mm，可選用M30*1.5 GB812型圓螺母。 墊圈：根據軸的直徑d=40mm，可選用30 GB858型墊圈。 密封件（氈圈）：根據軸的直徑D=40mm，選用50G51-1型氈襯圈。 2.5.7傳動軸的設計 (1) 傳動軸組件裝配結構的設計 傳動軸組件裝配結構及聯(lián)系尺寸如下圖所示（圖2-11）： (2) 軸上零部件的選用 相同零件從左到右依次排列序號： 齒輪：已知模數m=3mm，齒數z=28。 則有： 分度圓直徑： 齒頂高： 齒根高： 齒全高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 圖 2-11 傳動軸組件 軸承1：根據軸的直徑d=25mm，選用30205型圓錐滾子軸承（TB/T 297-94）。其中，d=25mm，D=52mm，T=16.25mm，B=15mm，C=13mm，E=41.1mm。 軸承2：根據軸的直徑d=25mm，選用30205型圓錐滾子軸承（TB/T 297-94）。其中，d=25mm，D=52mm，T=16.25mm，B=15mm，C=13mm，E=41.1mm。 鍵：根據軸的直徑d=25mm，選用鍵 型圓形普通平鍵。其中，b=8mm，h=7mm，L=22mm。 套1：根據軸的直徑d=25mm，選用25-0721-61軸套，其中，d=25mm，D=30mm，L=73.5mm。 套2：根據軸的直徑d=25mm，選用25-0721-62軸套，其中，d=25mm，D=30mm，L=29.5mm。 圓螺母1：根據軸的直徑d=25mm，可選用M24*105 GB812型圓螺母。 圓螺母2：根據軸的直徑d=25mm，可選用M24*105 GB812型圓螺母。 墊圈1：根據軸的直徑d=25mm，可選用24 GB858型墊圈。 墊圈2：根據軸的直徑d=25mm，可選用24 GB858型墊圈。 2.5.8葉片泵軸的設計 (1) 葉片泵軸組件裝配結構的設計 葉片泵軸組件裝配結構及聯(lián)系尺寸如圖2-12所示： (2) 軸上零部件的選用 相同零件從左到右依次排列序號： 齒輪：已知模數m=2mm，齒數z=24。 則有： 分度圓直徑： 齒頂高： 齒根高： 齒全高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 鍵：選用A型圓頭普通平鍵，型號為：鍵 6*8 GB/T 1096-2003，其中， b=6mm，h=6mm，L=18mm。 圖 2-12 泵軸組件 2.5.9動力箱輸出軸的設計 (1) 動力箱輸出軸組件裝配結構的設計 動力箱輸出軸組件裝配結構及聯(lián)系尺寸如下圖所示（圖2-13）： (2) 軸上零部件的選用 相同零件從左到右依次排列序號： 齒輪：已知模數m=3mm，齒數z=21。 則有： 分度圓直徑： 齒頂高： 齒根高： 齒全高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 螺釘：根據軸的直徑d=30mm，可選螺釘M10*1（GB72）。 鍵：根據軸的直徑d=30mm，可選A型圓頭普通平鍵，其型號為：鍵8*36 GB/T 1096-2003。其中，b=8mm，h=7mm，L=36mm。 鎖圈：根據直徑D=55mm，可選55 GB921鎖圈。 圖2-13 動力箱輸出軸組件 2.6 軸的校核 2.6.1 求各軸的功率及轉矩 (1)動力箱輸出軸，軸 轉速： 功率： 轉矩： (2)手柄軸，12軸 轉速： 功率： 轉矩： (3) 傳動軸，13軸 功率： 轉速： 轉矩： (4) 主軸，1、2、3、4軸 轉速： 功率： 轉矩： 2.6.2 主軸的校核 (1) 求軸的的載荷 首先根據軸的結構圖作出軸的計算簡圖（見圖2-13a）。主軸的軸承都 是深溝球軸承，因此，其支承點的位置是寬度方向的中心位置，齒輪亦同。因此，軸的支承跨距L=137.5mm。 根據軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖，扭矩圖和當量彎矩圖(見圖2-13b、c、d)。從軸的結構圖和當量彎矩圖中可看出，B截面的當量彎矩最大，是軸的危險截面。B截面處的M、T、及的數值如下： 圓周力： 支反力： 彎矩： 扭矩： 當量彎矩： (2) 校核軸的強度 主軸的材料一般為40Cr鋼，熱處理C42，查手冊有， 則，取，軸的計算應力為： 根據計算結果可知，該軸滿足強度要求。 2.6.3 手柄軸的校核 (1) 求軸的載荷 首先根據軸的結構圖作出軸的計算簡圖（如圖2-14a）。在確定軸承的支 點位置時，從手冊中查取a值，對32206型圓錐滾子軸承，查得,因此軸的支承跨距L=92.1+56.1=148.2mm。 根據軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖、扭矩圖、和當量彎矩圖（如圖2-14b、c、d所示）。B、C截面處的、及的計算數值如下： 軸向力： 支反力： 彎矩： 扭矩： 合成彎矩： (2) 校核軸的強度 傳動軸的材料選擇45鋼，調質處理。由手冊查得， 則，即，取，軸的計算應力為： 根據計算結果可知，該軸滿足強度要求。 圖2-13 主軸的校核 圖 2-14 傳動軸的校核 2.7 軸承的校核 2.7.1 主軸上推力軸承軸承的校核 查手冊有，51304軸承的主要性能參數為Ca=35KN，Coa=55.8KN，由于推力球軸承只承受軸向載荷，故當量動載荷Pa=A，軸向載荷A即為進給力，即A=1597N。 則Pa=A=1597N。 由手冊中查得溫度系數：，載荷系數，則軸承壽命為： 由于機床為每天8小時工作，則查手冊知軸承正常使用壽命尖為12000-20000h，從計算結果可知，該軸承符合壽命要求。 2.7.2 主軸上深溝球軸承的校核 查手冊，6204型深溝球軸承的主要性能參數為Cr=12.8KN，Cor=6.65KN。 由前述可知，軸承所承受的徑向力，N,由 于軸承不承受軸向載荷，則徑向當量動載荷Pr=R,即： ，則用校驗。 由前述可知，，，可得軸承壽命： 由于機床為每天8小時工作，則查手冊知軸承正常使用壽命尖為12000-20000h，從計算結果可知，該軸承符合壽命要求。 3 夾具的設計 3.1 機床夾具介紹 3.1.1 夾具的分類 一、 通用夾具 通用夾具是指已經標準化的，在一定范圍內可用于加工不同工件的夾 具。例如，車床上的三爪和四爪卡盤、頂尖、雞心夾頭；銑床上的平口鉗、分度頭和回轉工作臺等。它們有很大的通用性，無需調整或稍加調整就可以用于裝夾不同的工件。這類夾具一般已經標準化，由專業(yè)工廠生產，作為機床附件供給用戶。 二、 專用夾具 專用夾具是指專為某一工件的某道工序的加工而專門設計的夾具，具有 結構緊湊，操作迅速，方便等特點。專用夾具通常由使用廠根據要求自行設計和制造，適用于產品固定縣城批量較大的生產中。 三、 組合機床 組合夾具是指按某一工件的某道工序的加工要求，由一套事件制造好的 標準元件和部件組裝而成的專用夾具。這種夾具用完之后可以拆卸存放，或供重新組裝新夾具時使用，故具有組裝迅速、周期短、能反復使用的特點。適用于小批量生產或新產品試制中。 四、 拼裝夾具 拼裝夾具是指按某一工件的某道工序的加工要求，由標準化、系列化、 夾具元件，直接按專用夾具的裝配方法（銷釘定位、螺栓緊固）裝配成的專 用夾具。采用拼裝夾具大大縮短了專用夾具的設計與制造周期，而且當產品發(fā)型時原來夾具的大部分元件仍可拆下重新使用，適用于多品種、小批量生產中。 五、 通用可調夾具 通用可調夾具是指根據不同尺寸或種類的工件，調整或更換個別定位元 或夾緊元件而形成的專用夾具。加工對象不很確定，通用范圍很大，適用于多品種、小批量生產中。 六、 成組夾具 成組夾具是指專為加工成組工藝中某一族零件而設計的可調夾具。加工 對象明確，只需調整或更換個別定位元件或夾緊元件便可使用，調整范圍只限于本零件族內的工件，適用于成組加工。 3.1.2 專用夾具的組成 一、 定位元件 這種裝置包括定位元件及其組合，其作用是確定工件在夾具中的位置， 即通過它使工件加工時對于刀具及切削成形運動處于正確的位置，如支承釘、支承板、V形塊、定位銷等。 二、 夾緊裝置 它的作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在定位時所占據的位置在加工過 程中不因受重力、慣性力以及切削力等外力作用而產生位移，同時防止或減小振動。它通常是一種機構，包括夾緊元件（如夾爪、壓板等），增力及傳動裝置（如杠桿、螺紋傳動副、斜楔、凸輪等）以及動力裝置（如氣缸、油缸）等。 三、 對刀---引導裝置 它的作用是確定夾具相對于刀具的位置，或引導刀具進行加工，如對刀 、鉆套、鏜套等。 四、 其他元件及裝置 如定向件、操作件以及根據夾具特殊功用需要設置的一些裝置，如分度 裝置、工件預出裝置、上下料裝置等。 五、 夾具體 用于連接夾具各元件及裝置，使其成為一個整體的基礎件，并與機床有 關部位連接，以確定夾具相對于機床的位置。 3．2 夾具的設計 3.2.1 定位裝置的設計 圖3-1 B型支承釘 由于定位為平面定位，選擇支承釘定位。如圖（1-2）所示，選擇底座的上表面為定位基準，由于是粗基準，則支承釘選擇為B型，具體結構尺寸 如圖（3-1）所示。 為實現六點定位，還需定位底座的兩側面，如圖（3-4）所示。側面定位選用C型支承釘，具體結構尺寸如圖（3-2）所示。 圖 3-2 C型支承釘 3.2.2 夾緊裝置的設計 一、 夾緊裝置的基本要求 (1) 在夾緊過程中，工件應能保持在既定位置，即在夾緊力的作用下， 工件不應離開定位支承。 (2) 夾緊力的大小要適當、可靠。既要使工件在加工過程中不產生移動和振動，又不使工件產生移動和振動，又不使工件產生不允許的變形和損傷。 (3) 夾緊裝置應操作安全、方便、安全、省力。 (4) 夾緊裝置的自動化程度和復雜程度應與工件的產量和批量相適應。 二、 夾緊力的確定 由于夾緊力與切削力方向一致，這種情況下，主切削力起著幫助夾緊工 件的作用，其它分切削力都比較小，通?？刹贿M行計算。由于這時所需的夾緊力只用于防止工件在加工時產生振動和轉動，因此僅需要較小的夾緊力就足夠了。 3.2.3夾緊方案的制定 夾緊方案如下圖所示（圖3-3）： 1- 壓板 2、6、7-螺母