0216-加工箱體零件上六孔的組合機(jī)床設(shè)計(jì)【全套5張CAD圖+說明書】
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摘 要
目前，組合機(jī)床主要是用于平面加工和孔加工兩類?，F(xiàn)隨著自動(dòng)化的發(fā)展，其工藝范圍正在擴(kuò)大可以完成如：車外圓、行星銑削、焊接、熱處理等等切削與非切削工作。它在汽車、電機(jī)、儀器儀表等輕工業(yè)行業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用，它在機(jī)床、機(jī)車、工程機(jī)械等制造業(yè)中也已推廣應(yīng)用。即
這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)論文主要闡述的是一套系統(tǒng)的關(guān)于鉆孔臥式雙面組合機(jī)床的設(shè)計(jì)方法。它是組合機(jī)床中的一種。內(nèi)容分為三章，第一章主要介紹了組合機(jī)床的現(xiàn)狀和前景及它的特點(diǎn)。第二章介紹了組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)，包括對(duì)加工零件的工藝分析、通用部件的選擇和機(jī)床的布置等等。第三章是多軸箱設(shè)計(jì)的全過程。
關(guān)鍵詞：組合機(jī)床，鉆孔臥式雙面組合機(jī)床，多軸箱
ABSTRACT
Presently, combination machine tools are mainly used for plane processing and hole processing. With the development of the mechanical automation, its technological scopes are expanding. At present, they can accomplish those cutting and non-cutting work of cylindrical vehicles, planetary milling, welding and heat treatment. Combination machine tools are widely used in those light industries such as automobiles, electrical machinery and instruments and also applied in manufacturing industries of machine tools, locomotives, and engineering machinery. That is to say, the application scope of combination machine tools will be expanded wildly and it will be used in all kinds of industries.
This paper is mainly explained of a systematic method of designing the horizontal drilling double combination machine tool, which is one of the disposing forms of combination machine tools. This paper covers three chapters. The first chapter introduces the present situation, future and characteristics of combination machine tools; and the second chapter is focusing in the total design of combination machine tools, including the technological analysis of processing components, how to choose common components and the arrangement of machine tools; the last chapter is the whole process of the design of multi-axle box.
This design is totally under the guiding of supervisor Li Xianmin and I have consulted many relevant books. But because the limitation of my capability and experience, this paper inevitably has some mistakes and shortcomings. Comments and critics of readers are all pleased.
Keywords: combination machine tools，horizontal drilling double combination machine tool, multi-axle box
II
題 目 加工箱體零件的組合機(jī)床設(shè)計(jì)
目 錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
第1章 緒論 1
§1.1組合機(jī)床概述 1
§1.2組合機(jī)床設(shè)計(jì)步驟 3
第二章 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 4
§2-1工藝方案的擬定 4
§2-2 組合機(jī)床切削用量的選擇 6
§2－3 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)“三圖一卡” 8
2.3.1被加工零件工序圖 8
2.3.2加工示意圖 9
2.3.3機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖 14
2.3.4組合機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 17
第三章 組合機(jī)床多軸箱設(shè)計(jì) 19
§3－1繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 19
§3－2主軸、齒輪的確定及動(dòng)力計(jì)算 20
§3－3多軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 21
§3－4多軸箱坐標(biāo)計(jì)算、繪制坐標(biāo)檢查圖 25
§3－5繪制多軸箱總圖及零件圖 28
第四章 結(jié)論 31
參考文獻(xiàn)
32
致謝 33
3
第一章緒論
§1.1組合機(jī)床概述
組合機(jī)床是用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件為基礎(chǔ)，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(jī)床。
組合機(jī)床的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)件約占70-80%,這些部件是系列化的,可以進(jìn)行成批生產(chǎn)。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(jī)床常用的通用部件有：床身（側(cè)底座）、底座（包括中間底座和立柱底座）、立柱、動(dòng)力箱、動(dòng)力滑臺(tái)、各種工藝切削頭等。對(duì)于一些按順序加工的多工位組合機(jī)床，還具有移動(dòng)工作臺(tái)或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。
動(dòng)力箱、各種工藝切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)是組合機(jī)床完成切削主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件，其中還有可能同時(shí)完成切削主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)動(dòng)力頭。
床身、立柱、中間底座等是組合機(jī)床的支承部件，起著機(jī)床的基礎(chǔ)骨架作用。組合機(jī)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(jī)床還有各種控制部件，主要指揮機(jī)床按順序動(dòng)作，以保證機(jī)床按規(guī)定的程序進(jìn)行工作。
????組合機(jī)床是一種自動(dòng)化或半自動(dòng)化的機(jī)床。無論是機(jī)械電氣或液壓電氣控制的都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)。半自動(dòng)化的組合機(jī)床,工人只要將工件裝夾好,按一下按鈕,機(jī)床即可自動(dòng)進(jìn)行加工,加工一個(gè)循環(huán)停止。自動(dòng)化的組合機(jī)床,工人只要將工件放到料斗或上料架上,機(jī)床即可連續(xù)不斷的進(jìn)行工作。
??????組合機(jī)床一般采用多軸,多刀,多工序,多面,多工位同時(shí)加工,是一種工序集中的高效率機(jī)床。加工孔的組合機(jī)床,刀具是借助鉆模板和鏜模架來導(dǎo)向,所以能穩(wěn)定的保證產(chǎn)品質(zhì)量。
它的特點(diǎn)有：
1.主要用于箱體零件和復(fù)雜的孔面加工。
2.生產(chǎn)率高。因?yàn)楣ば蚣?，可多面、多工位、多軸、多刀同時(shí)自動(dòng)加工。
3.加工精度穩(wěn)定。因?yàn)楣ば蚬潭?，可選用成熟的通用部件、精密夾具和自動(dòng)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(shè)計(jì)、制造和使用維護(hù)，成本低。因?yàn)橥ㄓ没?、系列化、?biāo)準(zhǔn)化程度高，通用零部件占70-90%，通用部件可組織批量生產(chǎn)進(jìn)行預(yù)制或外購。
5.自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。
6.配置靈活。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)模塊化、組合化?？砂垂ぜ蚬ば蛞螅么罅客ㄓ貌考蜕倭繉Ｓ貌考`活組成各種類型的組合機(jī)床及自動(dòng)線；機(jī)床易于改裝，產(chǎn)品及工藝變化時(shí)，通用部件一般可以重復(fù)利用。
§1.2組合機(jī)床設(shè)計(jì)步驟
組合機(jī)床一般都是根據(jù)和用戶簽定的設(shè)計(jì)、制造合同進(jìn)行設(shè)計(jì)的。合同規(guī)定了具體的加工對(duì)象（工件）、加工內(nèi)容、加工精度、生產(chǎn)率要求、交貨日期及價(jià)格等主要的原始數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)盡量做到采用先進(jìn)的工藝方案；正確選擇組合機(jī)床通用部件及機(jī)床布局型式；要十分注意保證加工精度和生產(chǎn)效率以及操作使用方便性，力爭(zhēng)設(shè)計(jì)出技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理和工作可靠的組合機(jī)床。組合機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟大致如下：
一. 調(diào)查研究
它為組合機(jī)床設(shè)計(jì)提供必要的大量的數(shù)據(jù)、資料，作好充分的、全面的技術(shù)準(zhǔn)備。
二. 擬定總體設(shè)計(jì)方案
總體方案的設(shè)計(jì)主要包括制定工藝方案、確定機(jī)床配置型式、制定影響機(jī)床總體布局和技術(shù)性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的最關(guān)鍵的一步。
對(duì)同一加工內(nèi)容，有各種不同的工藝方案和機(jī)床配置方案，在最后決定采用那種方案時(shí)，必須對(duì)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(píng)價(jià)，選擇最佳方案或較為合理的方案。
總體設(shè)計(jì)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(jī)床聯(lián)系尺寸圖，編制生產(chǎn)率計(jì)算卡。
在設(shè)計(jì)聯(lián)系尺寸圖過程中，不僅要根據(jù)動(dòng)力計(jì)算和功能要求選擇各通用部件，往往還應(yīng)對(duì)機(jī)床關(guān)鍵的專用部件結(jié)構(gòu)方案有所考慮。
三. 技術(shù)設(shè)計(jì)
技術(shù)設(shè)計(jì)就是根據(jù)總體設(shè)計(jì)已確定的“三圖一卡”，設(shè)計(jì)機(jī)床專用部件正式總圖。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)按設(shè)計(jì)程序作必要計(jì)算和驗(yàn)算等工作，并對(duì)第二、第三階段中初定的數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)等作相應(yīng)的調(diào)整或修改。
四. 工作設(shè)計(jì)
當(dāng)設(shè)計(jì)通過審核后可開展工作設(shè)計(jì)，即繪制各個(gè)專用部件的施工圖樣、繪制各部件零件明細(xì)表。
第二章 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)
組合機(jī)床的設(shè)計(jì)，目前有兩種情況，一是根據(jù)具體加工對(duì)象的具體情況進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)，是最普遍的做法。二是，隨著組合機(jī)床在我國機(jī)械行業(yè)的廣泛使用，工人們總結(jié)自己生產(chǎn)和使用組合機(jī)床的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)成為通用的組合機(jī)床。又稱為“專能組合機(jī)床”。這種專能組合機(jī)床就不需要每次按具體加工對(duì)象進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，而是通過設(shè)計(jì)為通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按加工零件的具體要求，配以簡(jiǎn)單的夾具和刀具，就組成加工一定對(duì)象的高效設(shè)備。
專能組合機(jī)床一般都是由單軸動(dòng)力頭組成，這種機(jī)床是由安裝在支承部件上的一個(gè)或兩個(gè)多能動(dòng)力頭組成。動(dòng)力頭能夠?qū)崿F(xiàn)快進(jìn)——工進(jìn)——快退的工作循環(huán)。
實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的液壓傳動(dòng)裝置設(shè)置在底座內(nèi)。機(jī)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(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：
1． 采用先進(jìn)的加工工藝，制定最佳的工藝方案。
2． 合適地確定機(jī)床工序集中程度。
3． 合理地選擇組合機(jī)床的通用部件。
4． 選擇恰當(dāng)?shù)慕M合機(jī)床的配置型式。
5． 合理地選擇切削用量。
6． 設(shè)計(jì)高效率的夾具、工具、刀具及主軸箱等。
圖2-1雙面組合機(jī)床
33
§ 2-1工藝方案的擬定
制定組合機(jī)床工藝方案式設(shè)計(jì)組合計(jì)最重要的步驟之一。工藝方案制定的正確與否，將決定機(jī)床能否達(dá)到“重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、效率高、質(zhì)量好”的要求。影響機(jī)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(jī)床上完成的加工工序及應(yīng)保證的加工精度，是制定機(jī)床方案的主要依據(jù)。首先分析工件的精度和技術(shù)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(diǎn)：
被加工零件的特點(diǎn)在很大程度上決定了機(jī)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(jī)床；對(duì)于箱體零件，采用單工位機(jī)床加工比較適宜。
必須重視工件在組合機(jī)床加工前以完成的工序以及毛坯孔的質(zhì)量。當(dāng)毛坯孔余量很大或鑄造質(zhì)量較差，有大毛刺時(shí)，有時(shí)則安排粗加工工序，對(duì)幾個(gè)同心孔常用粗?jǐn)U的加工方法。工件有無適應(yīng)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(chǎn)批量
零件的生產(chǎn)批量為：30000件/年。屬于大批量生產(chǎn)，要求減少機(jī)床的臺(tái)數(shù)，此時(shí)將工序盡量集中在一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)床上加工，以提高機(jī)床利用率。
2.工件到組合機(jī)床加工前，其毛坯或半成品必須達(dá)到零件圖的要求，否則，會(huì)造成工件在機(jī)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(jī)床上加工后，還要轉(zhuǎn)到其他機(jī)床上加工，而工件沒有預(yù)先加工出保證精度的有關(guān)定為基面，那么組合機(jī)床應(yīng)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(shí)現(xiàn)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(jī)械制造業(yè)中加工工序多，工作量大，精度要求高的關(guān)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(duì)軸承孔圓周分布的四孔進(jìn)行加工。“一面兩孔”是這類零件在組合機(jī)床上加工中時(shí)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(jiǎn)便地消除工件的六個(gè)自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位。②有同時(shí)加工五個(gè)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(zhǔn)，使整個(gè)工藝過程實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)統(tǒng)一。④還可以夾緊方便，夾緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易使夾緊力對(duì)準(zhǔn)支承，消除夾緊力引起工件變形對(duì)加工精度的影響。⑤“一面兩孔”易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shù)要求，不能選擇零件上直徑太小的孔作為定位銷孔，因?yàn)槎ㄎ讳N孔過小，易受力變形，甚至因裝卸工件碰撞而破壞定位。根據(jù)零件的重量以及工件上現(xiàn)有孔的情況，定位銷孔可選兩個(gè)￠11mm的螺栓孔。
2． 確定機(jī)床配置型式及結(jié)構(gòu)方案：
根據(jù)被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工要求、工藝過程方案及生產(chǎn)率等，可大體上確定采取哪種基本型式的組合機(jī)床。但由于工藝的安排、動(dòng)力部件的不同配置、零件的安裝和工位數(shù)的不同，而會(huì)產(chǎn)生各種配置方案。不同配置方案對(duì)機(jī)床的復(fù)雜程度、通用化程度、結(jié)構(gòu)工藝性、加工精度、機(jī)床重新調(diào)整可能性及經(jīng)濟(jì)性效果等等，都具有不同程度的影響。因此，確定機(jī)床配置型式及結(jié)構(gòu)方案時(shí)，考慮以下因素：
（1）單工位多面組合機(jī)床
單工位多面組合機(jī)床，具有固定式夾具，通常安裝一個(gè)工件，用于中型零件的加工。利用多軸箱同時(shí)從兩個(gè)方向?qū)ぜM(jìn)行加工。但其機(jī)動(dòng)時(shí)間不能與輔助時(shí)間重合，因而生產(chǎn)率比多工位機(jī)床低。
鉆孔的位置精度——孔與孔的相關(guān)位置尺寸精度，采用固定式導(dǎo)向能達(dá)到±0.2mm；嚴(yán)格要求機(jī)床主軸與夾具導(dǎo)向套的同軸度，減少鉆頭與導(dǎo)向套的間隙，導(dǎo)向套盡量接近工件時(shí)，可達(dá)±0.15mm。
（2）其他問題
（a） 在確定組合機(jī)床完成工藝時(shí)，考慮可同時(shí)加工的最小孔間中心距。由于多軸箱結(jié)構(gòu)和導(dǎo)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(jī)床鉆孔時(shí)對(duì)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(jié)構(gòu)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(jī)床配置型式和結(jié)構(gòu)方案時(shí)，合理地解決工序集中的問題。在一個(gè)動(dòng)力部件上配置多軸箱加工多孔來集中工序。主軸數(shù)量的多少，主要考慮加工零件的加工要求，還要考慮動(dòng)力部件及多軸箱的性能、尺寸及調(diào)整機(jī)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(jī)床在機(jī)械加工中的廣泛使用，組合機(jī)床的工藝范圍也是日益擴(kuò)大。組合機(jī)床是鉆孔最常見，也是最有效的加工方法。組合機(jī)床上鉆孔多數(shù)是采用標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆。鉆孔孔徑及位置精度主要取決于導(dǎo)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(dǎo)向套和鉆頭間的間隙，嚴(yán)格控制鉆頭切削刃的跳動(dòng)，使導(dǎo)向套適當(dāng)靠近被加工零件以及嚴(yán)格要求主軸與導(dǎo)向套之間的同軸度。
§ 2-2 組合機(jī)床切削用量的選擇
組合機(jī)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(jìn)給量，有很大關(guān)系。切削用量選擇得恰當(dāng)，能使組合機(jī)床以最少的停車損失，最高的生產(chǎn)效率，最長的刀具壽命和最好的加工質(zhì)量，也就是多快省地進(jìn)行生產(chǎn)。本組合機(jī)床采用多刀加工，而且是多把鉆頭同時(shí)工作。計(jì)算最佳切削用量的工作比較復(fù)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(jiǎn)便可靠的方法。
一． 確定工序余量
為了使加工過程順利進(jìn)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(duì)于本箱體零件上4孔的加工余量，將在“組合機(jī)床設(shè)計(jì)”一章中詳細(xì)介紹。
二． 選擇切削用量
確定了在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容后，就可以著手選取切削用量了。
1． 組合機(jī)床切削用量選擇的特點(diǎn):
目前組合機(jī)床切削用量的選擇，還是根據(jù)多年來積累的一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來進(jìn)行。由于組合機(jī)床上幾把刀具同時(shí)工作，為了使機(jī)床正常工作，而達(dá)到較高的生產(chǎn)率，所選取的切削用量比一般通用機(jī)床單刀加工要低一些?？梢愿爬ǖ卣f：“在多軸加工的組合機(jī)床上不宜采用較大的切削速度和進(jìn)給量”，但并不是說，在組合機(jī)床上就應(yīng)盡可能選取較低一些的切削用量。無論何時(shí)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(shí)，如果進(jìn)給量選得太小，鉆頭的壽命不僅不長，反而會(huì)很快磨損，且耗費(fèi)功率大，并且?guī)в屑饨新?。根?jù)現(xiàn)有機(jī)床的使用情況來看，多軸加工組合機(jī)床一般比通用機(jī)床的切削用量低30％左右。
2． 確定切削用量應(yīng)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(fù)合刀具切削用量的選擇，應(yīng)考慮刀具的使用壽命。
（3） 選擇切削用量時(shí)，應(yīng)注意零件生產(chǎn)批量的影響。
（4） 切削用量的選擇要有利于多軸箱的設(shè)計(jì)。
（5） 選擇切削用量時(shí)，還應(yīng)考慮所選動(dòng)力滑臺(tái)的性能。
3． 組合機(jī)床鉆削切削用量的選擇：
根據(jù)工件材料、工作條件、技術(shù)要求進(jìn)行分析，按照經(jīng)濟(jì)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(jī)床設(shè)計(jì)》第一冊(cè) P47 表 2-7 ，或者《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》 P55 ，表3-7
通過《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表5-6 查得：
HT250 (HT25-47) 的硬度為：HB: 170～241
但是一般計(jì)算硬度為：HB=241-（241-170）/3=217
因此，取切削用量為：
動(dòng)力滑臺(tái)進(jìn)給量： v＝10～18 m/min
主軸進(jìn)給量f: f=0.1～0.18 mm/r
在組合機(jī)床多軸箱上的所有刀具，共用一個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力滑臺(tái)。工作時(shí)，要求所有刀具每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動(dòng)力滑臺(tái)的每分鐘進(jìn)給量。
三． 確定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度
根據(jù)選定的切削用量，確定切削力，作為選擇動(dòng)力部件（滑臺(tái)）及夾具設(shè)計(jì)的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其他傳動(dòng)件（齒輪、傳動(dòng)軸等）的尺寸；確的切削功率，用以選擇主傳動(dòng)電機(jī)（動(dòng)力箱電機(jī)）功率；確定刀具耐用度，用以驗(yàn)證所選刀具是否合理。
通過生產(chǎn)實(shí)踐及試驗(yàn)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(jì)算公式如下：（由《組合機(jī)床簡(jiǎn)明手冊(cè)》表6-20組合機(jī)床切削用量計(jì)算圖中推薦的切削力、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)進(jìn)給量（毫米/轉(zhuǎn)）；
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(jù)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(jī)械加工工藝手冊(cè)》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(jù)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(jī)床總體設(shè)計(jì)“三圖一卡”
組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)，就是針對(duì)具體的被加工零件，在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行方案圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。這些圖紙包括：被加工零件工序圖，加工示意圖，機(jī)床聯(lián)系尺寸圖，生產(chǎn)率計(jì)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(jù)選定的工藝方案，在一臺(tái)機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸和精度要求、技術(shù)要求、加工時(shí)的定位基準(zhǔn)、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機(jī)床加工前毛坯情況的圖紙。它是在原有的工件圖紙基礎(chǔ)上，以突出本機(jī)床的加工內(nèi)容，加以必要的說明繪制的。它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整機(jī)床、檢查精度的重要技術(shù)文件。
本設(shè)計(jì)中箱體零件的工序圖包括下列內(nèi)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(duì)夾具的支承、定位和夾壓裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3） 加工面的尺寸、精度要求、相對(duì)位置尺寸和技術(shù)要求。
4） 還注明被加工零件的名稱、編號(hào)、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(xiàng):
1) 本機(jī)床工件加工部位的位置尺寸均由定位基面標(biāo)起，在本機(jī)床加工中，所選用的定位基面與設(shè)計(jì)基面重合。
2) 對(duì)孔的加工余量進(jìn)行分析時(shí)應(yīng)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(jī)床的加工內(nèi)容，繪制工序圖時(shí)，對(duì)本機(jī)床上加工的部位用粗實(shí)線表示，保證的加工部位的尺寸及位置尺寸數(shù)值下方畫“——”粗實(shí)線。其余部位用細(xì)實(shí)線繪制。定位基準(zhǔn)符號(hào)用，并用下標(biāo)數(shù)表明限制的自由度數(shù)量，如3；夾壓位置符號(hào)用或，輔助支撐符號(hào)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(nèi)容
加工示意圖是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的重要圖紙之一，在組合機(jī)床設(shè)計(jì)中占有重要的地位。它是設(shè)計(jì)刀具、夾具，確定主軸尺寸及伸出長度，主軸、刀具、導(dǎo)向套與工件間的聯(lián)系尺寸等的依據(jù)。在加工示意圖中應(yīng)標(biāo)明切削用量，動(dòng)力頭的工作循環(huán)。
2.加工示意圖的畫法及注意事項(xiàng)
（1）加工示意圖的繪制順序是：先按比例用細(xì)實(shí)線繪制出工件加工部位和局部結(jié)構(gòu)的展開圖。加工表面用粗實(shí)線繪制。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，相同加工部位的加工示意圖（指對(duì)同一規(guī)格的孔加工，所用的刀具、導(dǎo)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(jié)構(gòu)尺寸相同的主軸可以只畫一根。但必須在主軸端部標(biāo)注軸號(hào)（與工件孔號(hào)相對(duì)應(yīng)）。當(dāng)軸數(shù)較多時(shí)，可采用縮小比例用細(xì)實(shí)線畫出工件加工部位簡(jiǎn)圖（向視圖）并標(biāo)注孔號(hào)，以便設(shè)計(jì)和調(diào)整機(jī)床。
（2）一般情況下，在加工示意圖上，主軸分布可不按真實(shí)距離繪制。當(dāng)被加工間距很小或需設(shè)置徑向結(jié)構(gòu)尺寸較大的導(dǎo)向裝置時(shí)，相鄰主軸必須按比例繪制，以便檢查相鄰主軸、刀具、輔具、導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)通用部件（接桿）只畫外輪廓，但需加注規(guī)格代號(hào)。對(duì)于專用部件則為顯示其結(jié)構(gòu)而剖視，并標(biāo)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(tái)機(jī)床刀具選擇得是否合理，直接影響到機(jī)床的加工精度、表面粗糙度和生產(chǎn)率。因而，正確地選擇刀具是一個(gè)相當(dāng)重要的工作。
根據(jù)工藝要求及加工精度不同，組合機(jī)床采用的刀具的結(jié)構(gòu)常有兩種形式：一般用標(biāo)準(zhǔn)刀具和復(fù)合刀具或特種刀具。選擇刀具的結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意的主要問題：
①在滿足工況的條件下，為使工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，刃磨容易，應(yīng)盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)刀具（標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆）和簡(jiǎn)單刀具。
②選擇刀具結(jié)構(gòu)時(shí)，必須認(rèn)真分析被加工零件材料的特點(diǎn)。
③刀具的長度應(yīng)保證加工終了時(shí)刀具螺旋槽尾端離導(dǎo)向套外端面30～50mm，以利于排屑和刀具磨損后能向前調(diào)整。刀具錐柄插入接桿孔內(nèi)長度，在繪制加工示意圖時(shí)應(yīng)注意從刀具總長中減去。
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表4.3-11 “錐柄長麻花鉆”（GB1439-85） P1034 （李洪主編），選?。哄F柄長麻花鉆 GB1439-85 直徑D＝8.5mm 查得：
圖2-4錐柄麻花鉆
標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jī)床上進(jìn)行孔的加工時(shí)，通常工序間的余量可根據(jù)《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》第一冊(cè) 表2-6 “孔加工常用工序間余量” P38 得到：
鉆孔為￠10mm左右時(shí)，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(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇
在組合機(jī)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(dǎo)向。因此，正確選擇導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，確定導(dǎo)向類型、參數(shù)、精度，不但是繪制加工示意圖必須解決的問題，也是設(shè)計(jì)組合機(jī)床不可忽視的重要內(nèi)容。
⑴選擇刀具導(dǎo)向部分和夾具導(dǎo)向套之間既有相對(duì)移動(dòng)又有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的固定式導(dǎo)向套。這類導(dǎo)向套的允許線速度為v<20米/分，用于小孔徑的加工。
⑵導(dǎo)向的主要參數(shù)包括：導(dǎo)向套的直徑尺寸和公差配合，導(dǎo)向套的長度、導(dǎo)向套離工件端面的距離等?？筛鶕?jù)《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表3－17和表3－18查得常用的固定導(dǎo)向套的數(shù)據(jù)。
⑶固定式導(dǎo)向套一般由襯套、可換導(dǎo)向套和壓套螺栓組成。襯套的作用是在導(dǎo)向套磨損后，可以較為方便地更換，并不會(huì)破壞鉆模體上的孔，有利于保持導(dǎo)向精度。
根據(jù)《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表8－5“導(dǎo)向裝置的布置與應(yīng)用范圍”查得：
導(dǎo)向長度: ≈2.5d＝2.5×8.5＝21.25mm
導(dǎo)向套與工件端面的長度： l2≈d＝8.5mm ；
但是根據(jù)零件的實(shí)際情況，要保證零件在夾具中轉(zhuǎn)過90°，導(dǎo)套與工件端面的長度：
≈ 40.59
為了使工件轉(zhuǎn)過90°時(shí)，避免與導(dǎo)套發(fā)生干涉。所以：
＝45mm 。
查表《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表8－4“通用導(dǎo)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(dǎo)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(jù)工藝方法和刀桿與主軸的聯(lián)接結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定。主軸軸頸及軸端尺寸主要取決于切削轉(zhuǎn)矩和主軸—刀具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。與刀桿剛性聯(lián)接時(shí)，主軸軸頸的尺寸規(guī)格按選定的切削用量計(jì)算出切削轉(zhuǎn)矩T。
由前計(jì)算可知：F=884.4N P=0.122kW F=2334.4N.mm
查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3－4“軸能承受的轉(zhuǎn)矩”得到： （B取6.2）
d==14.3mm
由于切削轉(zhuǎn)矩T較小，如按T值來確定主軸直徑，則剛性不足。因此，應(yīng)按加工孔徑→鏜桿直徑→浮動(dòng)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(shù)據(jù)，選取d為20mm，允許扭轉(zhuǎn)角Ф為11°/m。
查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3－6“通用主軸的系列參數(shù)”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(hào)： 1號(hào)
5.接桿的選擇
由于采用非剛性主軸，組合機(jī)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(biāo)準(zhǔn)件，用標(biāo)準(zhǔn)接桿通過其尾部結(jié)構(gòu)和主軸頭部?jī)?nèi)孔直徑d1相配。
根據(jù)《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表3－33“組合機(jī)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(jī)床用接桿
接桿號(hào)
D×t
莫氏圓錐號(hào)
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(hào)
1
2
3
4
名稱
接桿
螺母
墊圈
平鍵
數(shù)量
1
2
1
1
材料
45
45
45
零件編號(hào)
接桿號(hào)2
2-L-T0635-41
30 T0641-41
29 T0654-41
6×25 GB1096-72
圖2－6接桿
5.標(biāo)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(guān)鍵刀具，使其接桿最短，以獲得加工終了時(shí)多軸箱前端面到工件端面的最小距離，并據(jù)此確定全部刀具、接桿、導(dǎo)向托架及工件之間的聯(lián)系尺寸。主軸頸部需標(biāo)注外徑和孔徑尺寸（D/d）、外伸長度L；刀具結(jié)構(gòu)尺寸及標(biāo)注直徑和長度；導(dǎo)向結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)標(biāo)注直徑、長度、配合；工件至夾具之間的尺寸于標(biāo)注工件離導(dǎo)套端面的距離；還須標(biāo)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(biāo)注切削用量
各主軸的切削用量應(yīng)標(biāo)在相應(yīng)主軸后端。其內(nèi)容包括；主軸轉(zhuǎn)速 ，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量.同一多軸箱上個(gè)主軸的每分鐘進(jìn)給量是相等的，等于動(dòng)力滑臺(tái)的工作速度,即=.
7.動(dòng)力部件工作循環(huán)及行程的確定
動(dòng)力部件的工作循環(huán)是指加工時(shí)，動(dòng)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(dòng)作過程。一般包括快速引進(jìn)、工作進(jìn)給和快速退回等動(dòng)作。有時(shí)還有中間停止、多次往返進(jìn)給、跳躍進(jìn)給、死擋鐵停留等特殊要求。
1） 工作進(jìn)給長度Lx的確定 組合機(jī)床上有第一工作進(jìn)給和第二工作進(jìn)給之分。前者用于鉆、擴(kuò)、鉸和鏜孔等工序；后者常用于鉆或擴(kuò)孔之后需要進(jìn)行锪平面、倒大角等工序。工作進(jìn)給長度（見圖２-９），應(yīng)等于加工部位長度L（多軸加工時(shí)按長孔計(jì)算）與刀具切入長度和切出長度之和。即：
圖２-7工作進(jìn)給長度
式中： =5～10 mm =1/3d+(3～8)
2） 快速引進(jìn)長度的確定 快速引進(jìn)是指動(dòng)力部件把刀具送到工作進(jìn)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(shí)，可采用跳躍進(jìn)給循環(huán)進(jìn)行加工，即在加工第一壁孔后，動(dòng)力部件再快速引進(jìn)到位，再加工第二層壁孔，以縮短循環(huán)時(shí)間。
3） 快速退回長度的確定 快速退回的長度等于快速引進(jìn)和工作進(jìn)給長度之和。一般在固定式夾具鉆孔或擴(kuò)孔的機(jī)床上，動(dòng)力部件快速退回的行程，只要把所有刀具都退至導(dǎo)套內(nèi)，不影響工件的裝卸就行了，但對(duì)于夾具需要回轉(zhuǎn)或移動(dòng)的機(jī)床，動(dòng)力部件快速退回行程必須把刀具、托架、活動(dòng)鉆模及定位銷都退離到夾具運(yùn)動(dòng)可能碰到的范圍之外。
4） 動(dòng)力部件總行程的確定 動(dòng)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(bǔ)償制造、安裝誤差，動(dòng)力部件能夠向前調(diào)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(shí)，動(dòng)力部件需后退的距離（刀具退離夾具導(dǎo)套外端面的距離應(yīng)大于接桿插入主軸孔或刀具插入接桿孔內(nèi)的長度，即后備量）。因此，動(dòng)力部件的總行程為快退行程和前、后備量之和。
8.其它應(yīng)注意的問題
1） 加工示意圖應(yīng)與機(jī)床實(shí)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(yīng)標(biāo)注完整，尤其是從多軸箱端面至刀尖的軸向尺寸鏈應(yīng)齊全，以便于檢查行程和調(diào)整機(jī)床。圖中應(yīng)表示出機(jī)床動(dòng)力部件的工作循環(huán)圖及各行程長度。確定鉆-攻螺紋復(fù)合工序動(dòng)力部件工作循環(huán)時(shí)，要注意攻螺紋循環(huán)（包括攻進(jìn)和退出）提前完成絲錐退出工件后，動(dòng)力部件才能開始退回。
3） 加工示意圖應(yīng)有必要的說明。如被加工零件的名稱、圖號(hào)、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(jī)床聯(lián)系尺寸總圖
1.機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容
機(jī)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(jù)，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(jié)構(gòu)而繪制的。是用來表示機(jī)床的配置形式、主要構(gòu)成及各部件安裝位置、相互聯(lián)系、運(yùn)動(dòng)關(guān)系和操作防護(hù)的總體布局圖。用以檢驗(yàn)各部件相對(duì)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(shè)計(jì)提供重要依據(jù)；它可以看成是機(jī)床總體外觀簡(jiǎn)圖。由其輪廓尺寸、占地面積、操作方式等可以檢驗(yàn)是否適應(yīng)用戶現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境。
機(jī)床聯(lián)系尺寸圖表示的內(nèi)容：
1） 表明機(jī)床的配置式和總布局。以適當(dāng)數(shù)量的視圖（一般至少兩個(gè)視圖，主視圖應(yīng)選擇機(jī)床實(shí)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(guān)位置。表明機(jī)床基本型式（臥式、立式或復(fù)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(guān)系和聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)極限位置及各滑臺(tái)工作循環(huán)總的工作行程和前、后備量尺寸。
3） 標(biāo)注主要通用部件的規(guī)格代號(hào)和電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、功率及轉(zhuǎn)速，并標(biāo)出機(jī)床分組編號(hào)及組件名稱，全部組件應(yīng)包括機(jī)床全部通用及專用部件，不得遺漏。
4） 標(biāo)明機(jī)床驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及安裝規(guī)程。
2．繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖之前應(yīng)確定的內(nèi)容
（1） 選擇動(dòng)力部件 動(dòng)力部件的選擇主要是確定動(dòng)力箱（或各種工藝切削頭）和動(dòng)力滑臺(tái)。實(shí)例是根據(jù)已定的工藝方案和機(jī)床配置型式并結(jié)合使用及修理等因素，確定機(jī)床為臥式雙面單工位機(jī)械傳動(dòng)組合機(jī)床，機(jī)械滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，選用配套的動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)多軸箱鉆孔主軸。
動(dòng)力箱規(guī)格要與滑臺(tái)匹配，其驅(qū)動(dòng)功率主要依據(jù)多軸箱所需傳遞的切削功率來選用。在不需要精確計(jì)算多軸箱功率或多軸箱尚未設(shè)計(jì)出來之前，可按下列公式進(jìn)行估算：
=0.64kw
實(shí)例中左右多軸箱均選用1TD25-IA型動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)（n驅(qū)=520r/min；電動(dòng)機(jī)選Y100L-6型，功率為1.6kW）。
根據(jù)選定的切削用量，計(jì)算總的進(jìn)給力，并根據(jù)所需的最小進(jìn)給速度、工作行程、結(jié)合多軸箱輪廓尺寸，考慮工作穩(wěn)定性，選用1HJ25I型機(jī)械滑臺(tái)，以及相配套的側(cè)底座（1CC251型）。
（2） 確定機(jī)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(jī)床裝料高度時(shí)，首先要考慮工人操作的方便性；對(duì)于流水線要考慮車間運(yùn)送工件的滾道高度；對(duì)于自動(dòng)線要考慮中間底座有足夠高度，以便于允許內(nèi)腔通過隨行夾具返回系統(tǒng)或冷卻排屑系統(tǒng)。其次是機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)功能和使用等因素，新頒布國家標(biāo)準(zhǔn)裝料高度為1060mm，與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO一致。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)常在850～1060mm之間選取。本設(shè)計(jì)為單機(jī)使用的機(jī)床，工件最低孔位置h2=107.5mm，滑臺(tái)高度為250mm，側(cè)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(jù)。具體要考慮布置工件的定位、限位、夾緊機(jī)構(gòu)、刀具導(dǎo)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(gè)或幾個(gè)加工方向的工件與導(dǎo)向間距離以及導(dǎo)向套的尺寸。這里主要是合理確定設(shè)置導(dǎo)向的鉆模架體尺寸，它在加工方向的尺寸一般不小于導(dǎo)向長度，通常取150～300mm，本設(shè)計(jì)取300mm；至于寬度尺寸可據(jù)導(dǎo)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(shí)要考慮機(jī)床的裝料高度、中間底座的剛度、排屑的方便性和便于設(shè)置定位、夾緊機(jī)構(gòu)。一般不小于240mm（本設(shè)計(jì)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(yīng)滿足夾具的安裝需要。它在加工方向的尺寸，實(shí)際已由加工示意圖所確定，圖中已規(guī)定機(jī)床在加工終了時(shí)工件端面至多軸箱前端面的距離（本設(shè)計(jì)中左右均取230mm）。由此，根據(jù)選定的動(dòng)力箱、滑臺(tái)、側(cè)底座等標(biāo)準(zhǔn)的位置關(guān)系，并考慮滑臺(tái)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(shè)計(jì)中前備量取30mm，計(jì)算長度為915mm）。算出的長度通常應(yīng)圓整，并按R20優(yōu)先系數(shù)選用。應(yīng)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(dāng)機(jī)床不用冷卻液時(shí)不要小于10～15mm；使用冷卻液時(shí)不小于70～100mm。還須注意：當(dāng)加工終了時(shí)，多軸箱與夾具輪廓間應(yīng)有足夠的距離，以便于調(diào)整和維修，并應(yīng)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(shí)，應(yīng)注意機(jī)床的剛性要求、冷卻排屑系統(tǒng)要求以及側(cè)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(shè)計(jì)高度為560mm）。
（5） 確定多軸箱輪廓尺寸 標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)劃線表示，多軸箱輪廓尺寸用粗實(shí)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(guān)，可按下式確定：
式中 ——工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)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(yuǎn)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(nèi)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(jī)床裝料高度、滑臺(tái)總高、側(cè)底座高度等尺寸之間的關(guān)系而確定。本設(shè)計(jì)=107mm，H=860mm，=250，=560mm。對(duì)于臥式組合機(jī)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(shè)計(jì)、H、B的計(jì)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(shí)例工件寬度方向?yàn)閱闻趴祝士芍苯舆x取。由此按通用箱體系列尺寸標(biāo)準(zhǔn)，選定多軸箱輪廓尺寸，本設(shè)計(jì)B×H=400mm×400mm。
3.繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖的注意事項(xiàng)
機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖應(yīng)按機(jī)床加工終了狀態(tài)繪制。圖中畫出機(jī)床各部件在長、寬、高方向的相對(duì)位置聯(lián)系尺寸及動(dòng)力部件退至起始位置尺寸（動(dòng)力部件起始位置畫虛線）；畫出動(dòng)力部件的總行程和工作循環(huán)圖；應(yīng)注明通用部件的型號(hào)、規(guī)格和電動(dòng)機(jī)型號(hào)、功率及轉(zhuǎn)速；對(duì)機(jī)床各組成部分標(biāo)注分組編號(hào)。
當(dāng)工件加工部位對(duì)工件中心線不對(duì)稱時(shí)，應(yīng)注明動(dòng)力部件中心線同夾具中心線的偏移量（圖中偏移量為27mm）。對(duì)機(jī)床單獨(dú)安裝的機(jī)械部件和電氣控制柜及控制太等設(shè)備也應(yīng)確定安裝位置。繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖時(shí)，各部件應(yīng)嚴(yán)格按同一比例繪制，并仔細(xì)檢查長、寬、高疏散個(gè)坐標(biāo)方向的尺寸鏈均要封閉。例如圖2-10中高度方向尺寸鏈應(yīng)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(yīng)的最低主軸軸線與地面的距離相等，應(yīng)滿足下列等式：
+=++0.5+
（860+107.5）mm=（560+250+0.58+157）mm=967.5mm
同樣，機(jī)床加工方向從工件中心到夾具、多軸箱、滑臺(tái)、再由滑臺(tái)返回到滑座前端、側(cè)底座、中間底座、工件中心的尺寸鏈也應(yīng)封閉。
4.機(jī)床分組
（1） 為便于設(shè)計(jì)和組織生產(chǎn)，組合機(jī)床各部件和裝置按不同的功能劃分編組。
圖2-10機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖
2.3.4機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡
根據(jù)加工示意圖所確定的工作循環(huán)及切削用量等，就可以計(jì)算機(jī)床生產(chǎn)率并編制生產(chǎn)率計(jì)算卡。生產(chǎn)率計(jì)算卡是反映機(jī)床生產(chǎn)節(jié)拍或?qū)嶋H生產(chǎn)率和切削用量、動(dòng)作時(shí)間、生產(chǎn)綱領(lǐng)及負(fù)荷率等關(guān)系的技術(shù)文件。它是用戶驗(yàn)收機(jī)床生產(chǎn)率和負(fù)荷率的重要依據(jù)。
1.理想生產(chǎn)率Q
理想生產(chǎn)率Q（單位為件/h）是指完成生產(chǎn)綱領(lǐng)A（包括備品及廢品率）所要求的機(jī)床生產(chǎn)率。它與全年工時(shí)有關(guān)，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(chǎn)。
2.實(shí)際生產(chǎn)率Q1
實(shí)際生產(chǎn)率Q1（（單位為件/h）是指所設(shè)計(jì)的機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可生產(chǎn)的合格零件數(shù)量。即
Q1===20.88
式中： T單——生產(chǎn)一個(gè)零件所需時(shí)間（min），可按下式計(jì)算：
T單=t切+t輔==2.874；
式中：——分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進(jìn)給長度，單位為mm；
——分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進(jìn)給量，單位為mm/min；
——當(dāng)加工沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時(shí)，滑臺(tái)在死擋鐵上的停留時(shí)間，通常指刀具在加工終了時(shí)無進(jìn)給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)5～10轉(zhuǎn)所需的時(shí)間，單位為min；
——分別為動(dòng)力部件快進(jìn)、快退行程長度，單位為mm；
· ——?jiǎng)恿Σ考焖傩谐趟俣?。用機(jī)械動(dòng)力部件時(shí)取5～6m/min；用液夜動(dòng)力部件時(shí)取3～10m/min；
——直線移動(dòng)或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行一次工位的轉(zhuǎn)換時(shí)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(yùn)工件等）時(shí)間。它取決于裝卸自動(dòng)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(jì)算出的機(jī)床實(shí)際生產(chǎn)率不能滿足理想生產(chǎn)率要求，即Q1〈Q，則必須重新?lián)袂邢饔昧炕蛐薷臋C(jī)床設(shè)計(jì)方案。
3.機(jī)床負(fù)荷率
當(dāng)Q1〉Q時(shí)，機(jī)床負(fù)荷率為二者之比。即
==
組合機(jī)床負(fù)荷率一般為0.75～0.90，自動(dòng)線負(fù)荷率為0.6～0.7。
表 2－4生產(chǎn)率計(jì)算卡
被加工零件
圖號(hào)
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(hào)
序號(hào)
工序名稱
被加工零件數(shù)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(zhuǎn)速（r.
min ）
進(jìn)給量（mm.
r）
進(jìn)給速度（mm.
min）
工時(shí)（min）
機(jī)加工時(shí)間
輔助時(shí)間
共計(jì)
1
裝卸工件
1
1.5
1.5
2
右動(dòng)力部件
滑臺(tái)快進(jìn)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(tái)快退
5000
0.02
備注
裝卸工件時(shí)間取決于操作這熟練程度，本機(jī)床計(jì)算時(shí)取1.5min
總計(jì)
2.874min
單件工時(shí)
2.874min
機(jī)床生產(chǎn)率
20.88件/h
機(jī)床負(fù)荷率
80%
第三章 組合機(jī)床多軸箱設(shè)計(jì)
目前多軸箱設(shè)計(jì)有一般設(shè)計(jì)法和電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法兩種。計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)多軸箱，由人工輸入原始數(shù)據(jù)，按事先編制的程序，通過人機(jī)交互方式，可迅速、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)，繪制多軸箱總圖、零件圖和箱體補(bǔ)充加工圖，打印出軸孔坐標(biāo)及組件明細(xì)表。一般設(shè)計(jì)法的順序是：繪制多軸箱原始設(shè)計(jì)圖；確定主軸結(jié)構(gòu)、軸頸尺寸及齒輪模數(shù)；擬訂傳動(dòng)系統(tǒng)；計(jì)算主軸、傳動(dòng)軸坐標(biāo)（也可以用計(jì)算機(jī)計(jì)算和驗(yàn)算箱體軸孔的坐標(biāo)尺寸），繪制坐標(biāo)檢查圖，零件圖及組件明細(xì)表。具體內(nèi)容和方法簡(jiǎn)介如下：
§3－1繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖
多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的。其主要內(nèi)容如下：
1.根據(jù)機(jī)床聯(lián)系尺寸圖，繪制多軸箱外形圖，并標(biāo)注輪廓尺寸及與動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸的相對(duì)位置尺寸。
2.根據(jù)機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和加工示意圖，標(biāo)注所有主軸位置尺寸及工件與主軸、主軸與驅(qū)動(dòng)軸的相對(duì)位置尺寸。在繪制主軸位置時(shí)，要特別注意：主軸和被加工零件在機(jī)床上是面對(duì)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(biāo)尺寸基準(zhǔn)和零件工序圖上的基準(zhǔn)經(jīng)常不重合，應(yīng)根據(jù)多軸箱與加工零件的相對(duì)位置找出統(tǒng)一基準(zhǔn)，并標(biāo)注出相對(duì)位置關(guān)系尺寸，然后根據(jù)零件工序圖各孔位置尺寸，算出多軸箱上各主軸坐標(biāo)值。
3.根據(jù)加工示意圖標(biāo)注各主軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，主軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)向（面對(duì)主軸看）可以不標(biāo)，只注順時(shí)針轉(zhuǎn)向。標(biāo)注旋轉(zhuǎn)方向時(shí)以面向主軸為準(zhǔn)。
4.列表表明各主軸的工序內(nèi)容、切削用量及主軸外伸尺寸等。
5.標(biāo)明動(dòng)力部件型號(hào)及其性能參數(shù)。
圖3-1所示為雙面臥式鉆孔組合機(jī)床右多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖。
圖3.1多軸箱原始依據(jù)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(hào)
主軸外伸尺寸（mm）
切削用量
備注
D/d
L
工序內(nèi)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(dòng)力部件1TD25Ⅰ、1HJ25I型機(jī)械滑臺(tái)N主=1.5kW。
§3－2主軸、齒輪的確定及動(dòng)力計(jì)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(jié)構(gòu)，刀具的進(jìn)給抗力和切削轉(zhuǎn)矩。鉆孔時(shí)常采用滾珠軸承主軸結(jié)構(gòu)，滾錐軸承主軸用于擴(kuò)、鏜、鉸孔等工序；滾針軸承精度較低、結(jié)構(gòu)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(dòng)軸的直徑參考主軸直徑的大小初步確定為Φ20mm，待齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完后再驗(yàn)算某些關(guān)鍵軸頸。
所謂齒輪傳動(dòng)路線的設(shè)計(jì)是指驅(qū)動(dòng)軸通過什么樣的傳動(dòng)路線，采用多少級(jí)齒輪傳動(dòng)，這些傳動(dòng)齒輪布置在主軸箱的什么位置，最后把運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)到主軸上，使主軸獲得規(guī)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，通常把這個(gè)過程簡(jiǎn)稱為排齒輪。
齒輪模數(shù)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(duì)嚙合齒輪中的小齒輪齒數(shù)；
n——小齒輪的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。
多軸箱中的齒輪模數(shù)常為2、2.5、3、3.5、4幾種。為了便于生產(chǎn)，同一多軸箱中的模數(shù)最好不多于兩種。本設(shè)計(jì)中的傳動(dòng)齒輪取m=3mm。
2.多軸箱所需的動(dòng)力計(jì)算
多軸箱的動(dòng)力計(jì)算包括多軸箱所需的功率和進(jìn)給力兩項(xiàng)。
傳動(dòng)系統(tǒng)確定之后，多軸箱所需功率P按下列公式計(jì)算
……………………3-2
式中 ——切削功率，單位為kW；
——空轉(zhuǎn)功率，單位為kW；
——與負(fù)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(jì)算或查圖表獲得；每根軸上的空轉(zhuǎn)功率按表4-6（組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)）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(zhuǎn)=0.085kW
這樣得出P多軸箱=0.207kW
多軸箱所需的進(jìn)給力F（單位為N）可按下式計(jì)算：
=4×884.4=3573.6N ……………………3-3
實(shí)際上，為了克服滑臺(tái)移動(dòng)時(shí)所引起的摩擦阻力，動(dòng)力滑臺(tái)的進(jìn)給力應(yīng)大于F多軸箱。
§3－3.多軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì)
多軸箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)，是根據(jù)動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸位置和轉(zhuǎn)速、各主軸位置及轉(zhuǎn)速要求，設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈，把驅(qū)動(dòng)軸和各主軸連接起來，使各主軸獲得各自預(yù)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。
1.對(duì)多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的一般要求
1）在保證主軸的強(qiáng)度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的條件下，力求使傳動(dòng)軸和齒輪的規(guī)格、數(shù)量最少。為此，應(yīng)盡量用一根傳動(dòng)軸帶動(dòng)多根主軸，并將齒輪布置在同一排上。當(dāng)中心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可以采用變位齒輪或略為改變傳動(dòng)比的方法來解決。
2）盡量不用主軸帶動(dòng)主軸的方案，以免增加主軸負(fù)荷，影響加工質(zhì)量。遇到主軸分布較密，布置齒輪的空間受到限制或主軸負(fù)荷較小，加工精度要求不高時(shí)，也可采用強(qiáng)度較高的一根主軸帶動(dòng)1～2根主軸的方案。
3）為使結(jié)構(gòu)緊湊，多軸箱內(nèi)齒輪副的傳動(dòng)比一般要大于1/2（最好為1～1/5），后蓋內(nèi)齒輪傳動(dòng)比允許取至1/3～1/3.5，盡量避免用升速傳動(dòng)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速較低時(shí)允許先升速再降速，使傳動(dòng)鏈前面的軸、齒輪轉(zhuǎn)矩較小，結(jié)構(gòu)緊湊，但空轉(zhuǎn)損失隨之增加，故要求升速傳動(dòng)比小于2；為使主軸上的齒輪不過大，最后一級(jí)往往采用升速傳動(dòng)。
4）用于粗加工主軸的齒輪，應(yīng)盡可能設(shè)在第Ⅰ排，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形；精加工主軸上的齒輪，應(yīng)設(shè)在第Ⅲ排，以減少主軸端部的彎曲變形。
5）多軸箱內(nèi)具有粗、精加工主軸時(shí)，最好從動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸齒輪傳動(dòng)開始，就分兩條傳動(dòng)路線，以免影響加工精度。
6）剛性鏜孔主軸上
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