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編號
無錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題目：皮圈架座組合機(jī)床及專用夾具設(shè)計
信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動化 專業(yè)
學(xué) 號： 0923197
學(xué)生姓名： 顧 濤
指導(dǎo)教師： 過金超（職稱：副教授 ）
（職稱： ）
2013年5月25日
31
無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 皮圈架座組合機(jī)床及專用夾具設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級： 機(jī)械94
學(xué) 號： 0923197
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
無錫太湖學(xué)院
信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書
一、題目及專題：
1、題目 皮圈架座組合機(jī)床及專用夾具設(shè)計
2、專題
二、課題來源及選題依據(jù)
無錫市江泰機(jī)械制造廠是一家專業(yè)從事外協(xié)件加工的企業(yè)，公司現(xiàn)采用加工中心加工紡織機(jī)械零件--皮圈架座上的三個孔，工裝時間長，加工成本高，效率不高。因而需要設(shè)計一臺專機(jī)達(dá)到提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，同時保證加工質(zhì)量的目的。
本課題的研究意義在與使企業(yè)能根據(jù)自己的要求自主創(chuàng)新、自發(fā)研究設(shè)計制造設(shè)備，提高自身在國內(nèi)甚至國際制造行業(yè)中的競爭力。專用機(jī)床是一種專門適用于特定零件和特定工序加工的機(jī)床，因而它主要是應(yīng)對企業(yè)有單品種、大批量的零件加工定單，解決了許多企業(yè)面臨的共同問題：用好設(shè)備加工雖保證加工質(zhì)量但是耗費了高的成本；用普通設(shè)備加工降低了成本但是又付出了加工質(zhì)量往往不符合設(shè)計要求的兩難境地。通過本課題研究，就力求解決這種問題，使組合機(jī)床的加工保質(zhì)性和經(jīng)濟(jì)性凸顯。
三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：
① 整機(jī)的總體設(shè)計，確定整機(jī)配置形式和尺寸聯(lián)系參數(shù)；
② 各專用部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，功率計算及重要零件的校核；
③ 整機(jī)液壓系統(tǒng)原理的設(shè)計
四、接受任務(wù)學(xué)生：
機(jī)械94 班 姓名 顧 濤
五、開始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長研究所所長〕 簽名
系主任 簽名
2012年 11月12日
摘 要
隨著自動化應(yīng)用的逐步提高，組合機(jī)床越來越多的出現(xiàn)在現(xiàn)代工廠中，組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以工件特定外形和加工工藝設(shè)計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機(jī)床。它一般采用多軸，多刀，多過程，多方位多站同時處理方法，生產(chǎn)效率高，比一般機(jī)器幾個幾倍到幾十倍。作為合作的通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化系列，可靈活配置，可縮短設(shè)計制造周期。因此，組合機(jī)床在大規(guī)模生產(chǎn)的低成本和高效率的優(yōu)點相結(jié)合，已被廣泛地使用，可用于形成自動生產(chǎn)線。
本次設(shè)計為皮圈架座鉆孔專用機(jī)床，同時完成3個孔的加工。主要有以下幾個方面：
（1）制定工藝方案。了解被加工零件的加工特點、精度和技術(shù)要求、定位夾緊情況以及生產(chǎn)率的要求等。確定在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容及其加工方法。這里要確定加工工步數(shù)，決定刀具的種類和型式。
（2）機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定。根據(jù)工藝方案確定機(jī)床的型式和總體布局。在選擇機(jī)床配置型式時，既要考慮實現(xiàn)工藝方案，保證加工精度、技術(shù)要求及生產(chǎn)效率；又要考慮機(jī)床操作、維護(hù)、修理是否方便，排屑情況是否良好。
（3）組合機(jī)床總體設(shè)計。確定機(jī)床各個部件間的相互關(guān)系，選擇通用部件和刀具的導(dǎo)向，計算切削用量及機(jī)床生產(chǎn)率。繪制機(jī)床的總聯(lián)系尺寸圖及加工示意圖等。
關(guān)鍵詞：組合機(jī)床；多軸箱；三圖一卡；夾具設(shè)計
Abstract
With the gradual improvement of automation, machine tool more and more in modern factories, machine tool based on common components, together with the specific shape of the workpiece and process design special parts and fixtures, composed of semi-automatic or automatic dedicated machine. It is commonly used multi-axis, multi-tool, multi-process, multi-faceted or multi-station processing at the same time, the production efficiency several times or more higher than the general machine. Common components have been standardized for serialization, can be flexibly configured, you can shorten the design and manufacturing cycle. Therefore, the combination of machine combines the advantages of low cost and high efficiency has been widely used in mass production, and can be used to form an automatic production line.
The design for the apron mountings drill special machine tools, completed three hole machining. Mainly the following aspects:
(1) to develop a process plan. Learn about the processing characteristics of the machined parts, precision and technical requirements, the positioning clamping and productivity requirements. Determine the combination of machine tool technology content and its processing method. To determine the number of processing steps, determine the type of tool and type.
(2)Machine analysis of the structure of the program and OK. According to the technical program to determine the type and the overall layout of the machine. Machine configuration type is selected, it is necessary to consider the process scheme to ensure accuracy, technical requirements and production efficiency; will have to consider the operation of the machine, maintenance, repair, chip case is good.
(3) a combination of the overall machine design. Determine the relationship between the various components of the machine, select the common components and tool-oriented computing cutting and machine productivity. Draw machine total contact size figure and processing schematic diagram.
Keywords: combination of machine tools; multi-axle; three card; fixture design
目 錄
摘 要 III
Abstract. IV
目 錄 V
1 緒論 1
1.1 課題來源和意義 1
1.2 課題背景 1
1.3 組合機(jī)床技術(shù)裝備研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1
1.4 本課題研究的主要內(nèi)容 2
2 組合機(jī)床的總體設(shè)計 3
2.1 前期調(diào)查研究 3
2.1.1 工件的分析 3
2.1.2 現(xiàn)場工藝調(diào)查 3
2.2 組合機(jī)床方案的制定 4
2.2.1 制定工藝方案 4
2.2.2 確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案 4
2.3 確定切削用量及選擇刀具 5
2.3.1 確定工序間余量 5
2.3.2 選擇切削用量 6
2.3.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率 6
2.3.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 7
2.4 組合機(jī)床總設(shè)計“三圖一卡”的編制 7
2.4.1 被加工零件工序圖 8
2.4.2 加工示意圖 9
2.4.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 11
2.4.4 生產(chǎn)率計算卡 13
3 多軸箱的設(shè)計 15
3.1 繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖 15
3.2 齒輪模數(shù)選擇 16
3.3 多軸箱的傳動設(shè)計 17
3.4 繪制傳動系統(tǒng)圖 18
3.5 傳動零件的校核 20
4 夾具設(shè)計 24
4.1 機(jī)床夾具的概述 24
4.1.1 機(jī)床夾具的組成 24
4.1.2機(jī)床夾具的類型 24
4.2工件結(jié)構(gòu)特點分析 24
4.3工件定位方案和定位元件的設(shè)計 24
4.4夾緊方案和夾緊元件的設(shè)計 24
4.5夾具的性能及優(yōu)點 25
4.6夾具體的設(shè)計 25
4.7誤差的分析與計算 25
4.8夾具精度分析計算 26
5 結(jié)論與展望 28
5.1結(jié)論 28
5.2不足之處及未來展望 28
致 謝 29
參考文獻(xiàn) 30
皮圈架座組合機(jī)床及專用夾具設(shè)計
1 緒論
1.1 課題來源和意義
無錫市江泰機(jī)械制造廠是一家專業(yè)從事外協(xié)件加工的企業(yè)，公司現(xiàn)采用加工中心加工紡織機(jī)械零件--皮圈架座上的三個孔，工裝時間長，加工成本高，效率不高。因而需要設(shè)計一臺專機(jī)達(dá)到提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，同時保證加工質(zhì)量的目的。
本課題的研究意義在與使企業(yè)能根據(jù)自己的要求自主創(chuàng)新、自發(fā)研究設(shè)計制造設(shè)備，提高自身在國內(nèi)甚至國際制造行業(yè)中的競爭力。專用機(jī)床是一種專門適用于特定零件和特定工序加工的機(jī)床，因而它主要是應(yīng)對企業(yè)有單品種、大批量的零件加工定單，解決了許多企業(yè)面臨的共同問題：用好設(shè)備加工雖保證加工質(zhì)量但是耗費了高的成本；用普通設(shè)備加工降低了成本但是又付出了加工質(zhì)量往往不符合設(shè)計要求的兩難境地。通過本課題研究，就力求解決這種問題，使組合機(jī)床的加工保質(zhì)性和經(jīng)濟(jì)性凸顯。
其次組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)主要針對汽車、摩托車、內(nèi)燃機(jī)、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械、化工機(jī)械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設(shè)備，該課題的研究有利于提高這些行業(yè)設(shè)備制造的質(zhì)量和效率，從而推動他們的高質(zhì)、快速發(fā)展。
1.2 課題背景
在國內(nèi)，皮圈架從無到有，一直到今天的發(fā)展，離不開技術(shù)人員對皮圈架一步步的改進(jìn)。20世紀(jì)八十年代，上棉八廠一個織車間技術(shù)改革組就曾針對1511M型織機(jī)皮圈架存在的缺點，做出了一些改進(jìn)。
原來皮圈架F42、F43裝在筘座Q1處，因為螺絲扳緊常常壓縮變形，雖然在筘座裝皮圈架的地方釘入竹銷，但筘座的壽命仍然受到影響。另外，底座托架F45、F46前后橫穿起固定作用的螺絲容易斷裂，筘座Q1的眼子也容易磨大，給維修帶來困難；加上木質(zhì)比較軟，容易歪斜變形，造成打手棒導(dǎo)槽與皮圈架導(dǎo)槽不一致，使修機(jī)工在調(diào)換皮圈時比較費力。
經(jīng)試驗改進(jìn)，制成一種類似阪本式的皮圈架。另外，還改制了K83、K205、K28、K212及F45和F46。增加制造了零件。安裝部位。新皮圈架固定位置：a點固定于K28和K212上，b點固定于K83和K205上，c、d兩點裝F45和F46，K28和增制件相配合。
經(jīng)過以上改進(jìn)后，增加了皮圈架的穩(wěn)固性，基本上解決了鐵和木銷接觸時所產(chǎn)生的問題，使其不變形，不磨損，拆裝調(diào)節(jié)時比較省力，調(diào)換皮圈方便，可減少扳螺絲次數(shù)，從而減少了織機(jī)停臺的次數(shù)，提高了效率。經(jīng)過試用效果顯著，很受修機(jī)工人的歡迎。[1]
1.3 組合機(jī)床技術(shù)裝備研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
組合機(jī)床出現(xiàn)在世界上只有50多年的歷史。我國組合機(jī)床事業(yè)是從無到有，逐漸發(fā)展起來的。從1956年開始自行設(shè)計、制造了組合機(jī)床并取得了很大發(fā)展。如北京、上海、遼寧、山東、江蘇等發(fā)展很快，西北、西南地區(qū)也有新的發(fā)展。國家又重點安排了一批工廠，如大連機(jī)床廠、常州機(jī)床廠、大河機(jī)床廠、長沙機(jī)床廠、上海第十機(jī)床廠等20多個工廠生產(chǎn)組合機(jī)床通用部件，為全國各地機(jī)械加工部門用組合機(jī)床自己武裝自己創(chuàng)造了非常有利的條件。許多工廠在大搞技術(shù)改造、設(shè)備更新、質(zhì)量翻新的熱潮中，制造了大量的組合機(jī)床及其自動線，成倍地提高了勞動生產(chǎn)率，保證了產(chǎn)量和質(zhì)量，降低了成本。目前，我國大多數(shù)省、市、自治區(qū)都能設(shè)計并制造組合機(jī)床及其自動線，產(chǎn)量、質(zhì)量和技術(shù)水平都在不斷提高。我國組合機(jī)床及其自動線已占有一定數(shù)量，特別是在汽車制造行業(yè)已有了大量的組合機(jī)床及其自動線，生產(chǎn)能力也在不斷提高。我國組合機(jī)床及其自動線已占有一定數(shù)量，特別是在汽車制造行業(yè)已有了大量的組合機(jī)床及其自動線，生產(chǎn)能力也在不斷提高。用我國自行設(shè)計與制造的組合機(jī)床及其自動線武裝起來的第二汽車制造廠，經(jīng)投產(chǎn)后證明具有規(guī)模、效率高，具有較高的自動化程度特點。無論從工藝方案和布局，還是從加工精度和質(zhì)量方面看，這些組合機(jī)床及組合機(jī)床自動線都已達(dá)到國際先進(jìn)水平。
組合機(jī)床解決了許多企業(yè)面臨的共同問題：用好設(shè)備加工雖保證加工質(zhì)量但是耗費了高的成本；用普通設(shè)備加工降低了成本但是又付出了加工質(zhì)量往往不符合設(shè)計要求的兩難境地。組合機(jī)床主要用于大批量的生產(chǎn)，加工開發(fā)和生產(chǎn)管理技術(shù)的發(fā)展和改進(jìn)，組合機(jī)床在小批量生產(chǎn)的各種組合也將得到廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用成組技術(shù)，結(jié)構(gòu)和處理類似的部分集中在一個組合機(jī)床加工，以提高機(jī)器的利用率。這類機(jī)床常見的有兩種，可換主軸箱式組合機(jī)床和轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床。
組合機(jī)床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動機(jī)和滾珠絲杠等傳動，以簡化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。
1.4 本課題研究的主要內(nèi)容
1.制定工藝方案。了解被加工零件的加工特點、精度和技術(shù)要求、定位夾緊情況以及生產(chǎn)率的要求等。確定在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容及其加工方法。這里要確定加工工步數(shù)，決定刀具的種類和型式。
2.機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定。根據(jù)工藝方案確定機(jī)床的型式和總體布局。在機(jī)器配置類型的選擇，有必要考慮實施過程中的計劃，以確保準(zhǔn)確性，技術(shù)要求和生產(chǎn)效率；又要考慮機(jī)床操作、維護(hù)、修理是否方便，排屑情況是否良好。
3.組合機(jī)床總體設(shè)計。確定某些機(jī)器的各個組件之間的相互作用，選擇通用的組件和工具的定向力，計算切割用量，機(jī)器的生產(chǎn)率。繪制機(jī)床的總聯(lián)系尺寸圖及加工示意圖等。
2 組合機(jī)床的總體設(shè)計
2.1 前期調(diào)查研究
2.1.1 工件的分析
皮圈架座是紡機(jī)卷繞機(jī)構(gòu)中安裝皮圈架的一個重要零件，材料為ZL101，硬度為50HBS。分析圖紙（如圖）可知，三個待加工孔之間的位置精度要求不是很高，而單個孔的尺寸精度和粗糙度要求比較高，分別為Φ12U6（-0.033/-0.044mm），Φ11H7（+0.018/0mm），Φ10H7（+0.015/0mm），粗糙度Ra都為1.6μm。另外Φ12孔的軸線和底面的平行度要求為0.1mm，因而Φ12孔的要求最高。
在本道工序前，底面已經(jīng)過銑削加工，平面度為0.1mm。三個待加工孔為鑄孔，毛坯上孔尺寸為：Φ9.4-9.0mm, Φ10.4-10.0mm, Φ11.4-11.0mm。
圖2.1 工件實體圖
2.1.2 現(xiàn)場工藝調(diào)查
為了給機(jī)床設(shè)計提供更多的信息，深入現(xiàn)場調(diào)查其現(xiàn)采用的加工工藝方法為：以底面和3個定位銷消除6個自由度，用兩個鏍釘來夾緊工件，一塊定位板上一次裝夾10個工件。在加工中心上編好程序，采用定做的硬質(zhì)合金銑鉸復(fù)合刀具一次進(jìn)給完成一個孔加工，接著進(jìn)行另一同直徑孔的加工，直到10個孔全部加工完成，換刀繼續(xù)加工另外的孔。加工雖然達(dá)到設(shè)計要求，但是工裝時間較長，整體效率不高，而且加工成本高。
圖2.2 現(xiàn)行的定位夾緊方案圖
2.2 組合機(jī)床方案的制定
2.2.1 制定工藝方案
零件加工過程中會確定加工組合的質(zhì)量，生產(chǎn)率，總體布局和夾具結(jié)構(gòu)。所以，在制定工藝方案時，必須計算分析被加工零件圖，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。[2]
根據(jù)被加工被零件（皮圈架座）的零件圖（如圖2.1）所示，加工三個孔的工藝過程。
(1) 加工孔的主要技術(shù)要求。
加工三個直徑分別為Φ10，Φ11和Φ12的孔。
孔Φ12與底面的平行度公差為0.1mm。
工件材料為ZL101
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
加工三個孔時，孔的位置度公差為0.1mm
根據(jù)組合機(jī)床用的工藝方法及能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，可采用如下的加工方案。
(3) 定位基準(zhǔn)及夾緊點的選擇
加工此工件的孔，以底面和側(cè)面的限制五個自由度，再以一個支承釘限制一個自由度，工件被完全定位。
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(rèn)為是人工夾緊。[3]
2.2.2 確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案
(1) 被加工零件的加工精度
在機(jī)器上被加工零件的組合需要完成的處理操作，并應(yīng)保證加工精度，該方案主要是基于制造機(jī)床。皮圈架座加工孔的精度要求高，采用鉸和銑組合的組合機(jī)床，工件各孔間的位置精度為0.1mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工時可以在一個安裝工位上對所有孔進(jìn)行一次的精加工。為了加工出表面粗糙度為Ra1.6um的孔。提高原機(jī)床的制造精度和精度的工件定位基準(zhǔn)和其他措施，以減少加壓變形。為此，機(jī)床進(jìn)給采用液壓系統(tǒng)，人工夾緊。被加工零件圖如圖2.1所示。
圖2.3 被加工零件圖
(2) 被加工零件的特點
這主要是指硬度加工部位的結(jié)構(gòu)和形狀的工件定位表面剛度特性的機(jī)床技術(shù)方案的材料，他們有一個重要的對系統(tǒng)的影響的部分。此零件的材料是ZL101、硬度50HB、孔在整個零件上呈三角分布，孔的直徑分別為為Φ10mm、Φ11mm和Φ12mm。多孔同時加工，零件足夠的剛度，工件的不均勻力，振動，和熱變形的影響可以忽略不計。
一般情況下，孔的中心線的平面平行的定位和需要由一個或多個側(cè)面的框是適當(dāng)?shù)?，臥式加工工具，立式機(jī)適合于處理固定的基準(zhǔn)水平和垂直于參考平面的孔被加工的工件而不宜或高度處理較大的細(xì)長工件安裝不方便。對大型箱體件采用單工位機(jī)床加工較適宜，而小零件大都是多臺加工。
此零件的加工特點是中心線與定位基準(zhǔn)平面是平行的，并且定位基準(zhǔn)面是水平的。孔的分布范圍是三角形狀，一次加工完，該零件體積較小，采用單工位加工，因而選擇臥式單工位機(jī)床。
(3) 零件的生產(chǎn)批量
零件的生產(chǎn)批量是決定采用單工位，多工位，自動線或小批量的生產(chǎn)特點設(shè)計的重要因素組合機(jī)床零部件的生產(chǎn)批次。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(jī)床臺數(shù)，此工序盡量在一臺機(jī)床上完成，以提高利用率。
(4) 機(jī)床使用條件
使用組合機(jī)床對車間布置情況、工序間的聯(lián)系、使用組合機(jī)床工廠布局，工藝技術(shù)能力之間的聯(lián)系，使用技術(shù)能力和自然條件有一定的要求。
綜合以上所述：通過對皮圈架座零件的結(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(jī)床的總體布局和技術(shù)性能等方面的考慮，最終決定設(shè)計三軸頭單工位機(jī)床。
2.3 確定切削用量及選擇刀具
2.3.1 確定工序間余量
合理地確定工序余量，才能使加工過程順利進(jìn)行同時又能保證穩(wěn)定的加工精度。生產(chǎn)中常用查表給出的組合機(jī)床對孔加工的工序余量，由于在本機(jī)床上一次加工完成，三孔在加工前的余量已經(jīng)確定為0.6~1mm。
2.3.2 選擇切削用量
確定了在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設(shè)計的多軸同步的加工組合機(jī)床，在大多數(shù)情況下，對于切削用量，它比一般通用機(jī)床單刀加工低30%左右．多軸主軸箱上所有刀具共用一個進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動力滑臺，工作時，要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進(jìn)給量（mm/min）應(yīng)是適合所有刀具的平均值。因此，為了與其適應(yīng)，同一主軸箱上的刀具主軸可設(shè)計成不同的轉(zhuǎn)速和不同的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r），以滿足不同直徑的加工需要。
即： ·=·=…=·=
式中：… ——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
… ——各主軸進(jìn)給量（mm/r）
——動力滑臺每分鐘進(jìn)給量（mm/min）
由于皮圈架座孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求都是相同的。按照經(jīng)濟(jì)地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：進(jìn)給量f=0.2mm/r切削速度v=20m/min，背吃刀量ap=0.5mm。
2.3.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率
根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度v及進(jìn)給量f）確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）及夾具設(shè)計的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動件（齒輪，傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以確定主傳動電動（一般指動力箱）功率，通過查表計算如下：
布氏硬度：HB =50HB
Ф10孔
切削扭矩：T=80.6D f0.68 ap0.79 HB0.6 （2.1）
=80.6×100.83×0.20.68×0.50.79×500.6
=2056.8 N·mm
切削力： F=0.6T/D （2.2）
=0.6×2056.8/10
=123.4N
切削功率：= （2.3）
=2656.8×20/(9740×3.14×10)
=0.1345Kw
Ф11孔
切削扭矩：T=80.6D f0.68 ap 0.79HB0.6 （2.4）
=80.6×11×0.20.68×0.50.79×500.6
=2226.1N/mm
切削力： F=0.6T/D （2.5）
=0.6×2226.1/10
=133.6N
切削功率：= （2.6）
=2226.1×20/(9740×3.14×10)
=0.1323Kw
Ф12孔
切削扭矩：T=80.6D f0.68 ap 0.79HB0.6 （2.7）
=80.6×12×0.20.68×0.50.79×500.6
=2392.8N/mm
切削力： F=0.6T/D （2.8）
=0.6×2392.8/10
=133.6N
切削功率：= （2.9）
=2226.1×20/(9740×3.14×10)
=0.1304Kw
式中：HB——布氏硬度
F——切削力（N）
D——鉆頭直徑（mm）
f——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）
T——切削扭矩(N·mm)
V——切削速度（m/min）
P——切削功率(kw)
2.3.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)
皮圈架座的布氏硬度為50HB，刀具的材料選擇硬質(zhì)合金，為了使工作可靠、便于加工，選擇鉸銑組合刀具。孔加工刀具的長度應(yīng)保證加工終了時刀具螺旋槽尾端與工件側(cè)面有8～10mm的距離，以便排出切屑和刀具磨損后有一定的向前的調(diào)整量。
2.4 組合機(jī)床總設(shè)計“三圖一卡”的編制
機(jī)床總體設(shè)計的重要內(nèi)容是對三軸頭單工位鉆床工藝方案及配置型式、結(jié)構(gòu)方案的確定的有關(guān)問題。下面就是組合機(jī)床加工皮圈架座總體設(shè)計的另一個問題，既總體設(shè)計方案用圖紙的形式表達(dá)——“三圖一卡”設(shè)計，其內(nèi)容包括：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)率卡。
2.4.1 被加工零件工序圖
(1) 被加工零件工序圖的作用及內(nèi)容
被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示一臺組合機(jī)床完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位基準(zhǔn)、夾具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成品狀況的圖紙，它不能由用戶提供的圖紙代替，而是在原零件圖基礎(chǔ)上，突出本機(jī)床的加工的內(nèi)容，加上必要的說明繪制成的。這是一個組合機(jī)床設(shè)計的主要依據(jù)，制造，使用，檢驗和調(diào)整的重要技術(shù)文件的機(jī)器。皮圈架座用加工孔組合機(jī)床的被加工零件工序圖如2.4所示。
圖上主要內(nèi)容：
1）被加工零件的形狀，主要外廓尺寸和本機(jī)床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技術(shù)要求，以及對上道工序的技術(shù)要求等。
2）本工序所選定的定位基準(zhǔn)、夾緊部位及夾緊方向。
3）如果您需要一個中間處理向?qū)?，該向?qū)?yīng)顯示在工件和中間結(jié)構(gòu)和尺寸的相關(guān)部分，以便檢查工件，夾具，刀具之間的相互干擾是否相互干涉。
4）被加工零件的名稱、編號、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。
(2) 繪制被加工零件工序圖的注意事項
1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要突出被本機(jī)床的加工內(nèi)容。繪制時，應(yīng)按一定的比例，選擇足夠的視圖及剖視圖，突出加工部位（用粗實線），并把零件輪廓及與機(jī)床、夾具設(shè)計有關(guān)部位（用細(xì)實線）表清楚，凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應(yīng)在尺寸數(shù)值下方面用粗實線標(biāo)記。如圖2.2中加工用的定位基準(zhǔn)，夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號表示出來。
圖2.4 被加工零件工序圖
附注：1.被加工零件名稱及編號：皮圈架座；
2.材料及硬度：ZL101 50HB；
2）加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基準(zhǔn)注起，為便于加工及檢查，尺寸應(yīng)采用直角坐標(biāo)系標(biāo)出。
圖2.5 加工示意圖
2.4.2 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(jī)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(jī)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(jī)床布局形式的原始要求，也是調(diào)整機(jī)床和刀具所必需的重要文件。圖2.5為皮圈架座上三孔臥式機(jī)床加工示意圖。
在圖上應(yīng)標(biāo)注的內(nèi)容：
1）機(jī)床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。
2）工件、夾具、刀具及多軸箱端面之間的距離等。
3）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(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)尺寸；刀具與導(dǎo)向裝置的配合，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
1）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。
2）初定主軸類型、尺寸、外伸長度
因為軸的材料為40Cr，剪切彈性模量G=81.0GPa,剛性主軸取ψ＝1／4（0）／m,所以B取2.316，
根據(jù)剛性條件計算主軸的直徑為：
dB=2.316×=16.198mm （2.10）
式中：d——軸直徑（mm）
T——軸所承受的轉(zhuǎn)矩（N·mm）
B——系數(shù)
本設(shè)計中所有主軸直徑皆取d=20mm,主軸外伸長度為：L=100mm，D/為20/12，內(nèi)孔長度為：l1 =45mm.
3）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸
從保證加工終了時主軸箱端面到工件端面間距離最小來確定全部聯(lián)系尺寸，加工示意圖聯(lián)系尺寸的標(biāo)注如圖2.6所示。其中最重要的聯(lián)系尺寸即工件端面到多軸箱端面之間的距離（圖中的尺寸246mm）,它等于刀具懸伸長度、螺母厚度、主軸外伸長度之和，再減去加工孔深度和切出值。
4）工作進(jìn)給長度的確定 如圖2.6工作進(jìn)給長度應(yīng)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。切入長度應(yīng)根據(jù)工件端面誤差情況在5～10mm之間選擇，誤差大時取大值，因此取=5mm，切出長度=5+0.3×12=5+3.6 9mm,所以=5+44+9=58mm。
5）快進(jìn)長度的確定 考慮實際加工情況，在未加工之前，保證工件表面與刀尖之間有足夠的工作空間，也就是快速退回行程須保證所有刀具均退回而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為200mm，快退長度等于快速引進(jìn)與工作工進(jìn)之和，因此快進(jìn)長度200－58=144mm。
圖2.6 工作進(jìn)給長度 圖2.7 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
2.4.3 機(jī)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，組合機(jī)床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件——動力箱、動力滑臺、滑臺上加上專用部件——多軸箱、刀、輔具系統(tǒng)、液、電、潤滑系統(tǒng)組合而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機(jī)床各組成部件的相互裝配和運動關(guān)系，以檢驗機(jī)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(jìn)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)系的尺寸也可以被看作是一個工具，以簡化的機(jī)器類型和結(jié)構(gòu)的總體布局的整體圖。
如圖2－5所示，機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的內(nèi)容包括機(jī)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(jī)的主要參數(shù)、工件與各部件間的主要聯(lián)系尺寸，專用部件的輪廓尺寸等。
(2) 選用動力部件
選用動力部件主要選擇型號、規(guī)格合適的動力滑臺、動力箱。
1） 臺的選用
通常情況下，根據(jù)滑臺的驅(qū)動的方法，所需要的進(jìn)給力，進(jìn)給速率，最大行程長度和加工精度及其他因素來選擇相應(yīng)的滑道。
2） 驅(qū)動形式的確定
基于液壓和機(jī)械滑臺滑道比較的性能特點，并結(jié)合具體處理要求、使用條件選擇使用HY系列液壓滑臺。
3） 確定軸向進(jìn)給力
滑臺所需的進(jìn)給力:
=∑=3×1071.79=3215.37N
式中：——各主軸加工時所產(chǎn)生的軸向力
由于滑臺工作時，除了主軸軸克服的力，而且還克服移動時產(chǎn)生的滑動摩擦力。因而選擇滑臺的最大進(jìn)給力應(yīng)大于＝3.3KN。
4） 確定進(jìn)給速度 液壓滑臺的工作進(jìn)給速度規(guī)定一定范圍內(nèi)無級調(diào)速，對液壓滑臺確定切削用量時所規(guī)定的工作進(jìn)給速度應(yīng)大于滑臺最小工作進(jìn)給速度的0.5～1倍;液壓進(jìn)給系統(tǒng)中采用應(yīng)力繼電器時，實際進(jìn)給速度應(yīng)更大一些。本系統(tǒng)中進(jìn)給速度=n·f=127.4mm/min。所以選擇HY32IA液壓滑臺，工作進(jìn)給速度范圍32～800mm/min，快速速度12m/min。
5） 確定滑臺行程 滑臺的行程除保證足夠的工作行程外，還應(yīng)留有前備量和后備量。前備量的作用是動力部件有一定的向前移動的余地，以彌補(bǔ)機(jī)床的制造誤差以及刀具磨損后能向前調(diào)整。本系統(tǒng)前備量為20mm，后備量的作用是使動力部件有一定的向后移動的余地，為方便裝卸刀具，這里取80mm,所以滑臺總行程應(yīng)大于工作行程，前備量，后備量之和。
即：行程L＞100+20+80=200mm，取L＝250mm。綜合上述條件，確定液壓動力滑臺型號HY32IA，液壓缸型號為DG-J40*SCE。
6）通過下式估計動力箱的選用，動力箱選用的主要依據(jù)是多軸所需的電動機(jī)功率，在多軸箱沒有設(shè)計之前，可以計算：
＝／η （2.11）
＝（0.1345+0.1323）／0.8
＝0.39KW
式中：η——多軸箱傳動效率，加工黑色金屬時η＝0.8～0.9；有色金屬時η＝0.7～0.8，本系統(tǒng)加工ZL101 ，取η＝0.7．
動力箱的電動機(jī)功率應(yīng)大于計算功率，并結(jié)合主軸要求的轉(zhuǎn)速大小選擇。因此，選用電動機(jī)型號為Y90S—4的1TD25IA型動力箱，動力箱輸出軸至箱底面高度為84mm。主要技術(shù)參數(shù)如下表：
表2-1 Y90S—4主電機(jī)技術(shù)參數(shù)表
主電機(jī)傳動型號
電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)
輸出轉(zhuǎn)速(r/min)
主電機(jī)功率
(kw)
配套主軸部件型號
Y90S-4
1400
637
1.1
1TA32、1TA32M、1TZ32
(3) 確定裝料高度
裝料高度指工件安裝基面至機(jī)床底面的垂直距離，在現(xiàn)階段設(shè)計組合機(jī)床時，裝料高度可視具體情況在H＝580～1060mm之間選取，本系統(tǒng)取裝料高度為1060mm。
(4) 中間底座輪廓尺寸
中間底座的輪廓尺寸要夾具在其上面聯(lián)接安裝的需要。因此，中間底座采用992×245×600。
(5) 側(cè)底座輪廓尺寸
側(cè)底座是用來裝液壓動力滑臺的，考慮到成本和生產(chǎn)決定選用標(biāo)準(zhǔn)側(cè)底座，這里選用STH系列側(cè)底座，尺寸為1010×833.5×300
(6) 確定多軸箱輪廓尺寸
本機(jī)床配置的多軸箱總厚度為300mm，多軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=300 H=264
根據(jù)上述計算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定主軸箱輪廓尺寸B×H=300×264mm。
2.4.4 生產(chǎn)率計算卡
生產(chǎn)率計算卡是反映所設(shè)計機(jī)床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產(chǎn)率、負(fù)荷率等技術(shù)文件，通過生產(chǎn)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(fù)荷率的要求。計算如下：
切削時間： T切= L/vf+t停 （2.12）
= 58/127.4＋15/637
=0.46 min
式中： T切——機(jī)加工時間（min）
L——工進(jìn)行程長度（mm）
vf—— 刀具進(jìn)給量（mm/min）
輔助時間： T輔= +t移+t裝 （2.13）
= （142＋200）/12000+0.024+1.5
= 1.553min
式中： L3、L4 ——分別為動力部件快進(jìn)、快退長度（mm）
vfk ——快速移動速度（mm/min）
t停留 ——滑臺停留時間（min）
t裝 ——裝卸工件時間（min）一般為0.5～1.5min,取1.5min
機(jī)床理想生產(chǎn)率：
Q0 = 60/T單 （2.14）
= 60/（T切+T輔）
=60/（0.46+1.553）
=29.8件/h
機(jī)床負(fù)荷率按下式計算：
η= Q1/Q0×100% （2.15）
= Q1tk/A×100%
=60000/2400/29.8×100%
=83.9%
式中： Q——機(jī)床的理想生產(chǎn)率（件/h）
A——年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件）
tk——年工作時間，單班制工作時間tk =2400h
被加工
零件
圖號
1601A-093
毛坯種類
鑄件
名稱
皮圈架座
毛坯重量
材料
ZL101
硬度
50HB
工序名稱
加工皮圈架座孔
工序號
工時/min
序號
工步
名稱
工作行程/mm
切速/（m·min-1）
進(jìn)給量/（mm·r-1）
進(jìn)給量/（mm·min-1）
工進(jìn)時間
輔助時間
1
安裝工件
0.5
2
工件定位夾緊
0.25
3
快進(jìn)
142
12000
0.012
4
工進(jìn)
58
20
0.2
127.4
0.46
5
暫停
0.024
6
快退
200
12000
0.017
7
工件松開
0.25
8
卸下工件
0.5
生產(chǎn)率計算卡 續(xù) 生產(chǎn)率計算卡
備注
1、主軸轉(zhuǎn)速637r/min
2、一次安裝加工完一個工件
累計
0.46
1.553
單件總工時
2.013
機(jī)床生產(chǎn)率
25 件/h
理論生產(chǎn)率
29.8件/h
負(fù)荷率
83.9%
3 多軸箱的設(shè)計
3.1 繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖
多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的如圖3.1、3.2所示:
圖3.1 組合機(jī)床右多軸箱原始依據(jù)圖
圖中多軸箱三孔加工不對稱，選擇距箱體邊緣分別為30和20的點為坐標(biāo)原點建立坐標(biāo)系，在建立的坐標(biāo)系中標(biāo)注輪廓尺寸及動力箱驅(qū)動軸的相對位置尺寸。主軸部為逆時針旋轉(zhuǎn)（面對主軸看）。
圖3.2 組合機(jī)床左多軸箱原始依據(jù)圖
主軸的工序內(nèi)容，切削用量及主軸尺寸及動力部件的型號和性能參數(shù)如表3-1所示：
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/d
L
N
（r/min）
V
(m/min)
f
(mm/r)
Vf
(mm/min)
1、2、
3
20/12
100
加工三個孔
637
20
0.2
127.4
注：1．被加工零件編號及名稱：皮圈架座；材料：ZL101；硬度: 50HB
2．動力部件型號：300×264×300動力箱，電動機(jī)型號Y90S-4；功率P＝1.1kw。
3.2 齒輪模數(shù)選擇
本組合機(jī)床主要用于加工三個孔，因此采用圓錐滾子軸承主軸。
齒輪模數(shù)m可按下式估算：
m=(30～32)=32×=1.4 （3.1）
式中：m——估算齒輪模數(shù)
P——齒輪傳遞功率（kw）
Z——對嚙合齒中的小齒輪數(shù)
N——小齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min）
多軸箱所有齒輪模數(shù)取m=2。
3.3 多軸箱的傳動設(shè)計
（1）根據(jù)右主軸箱原始依據(jù)圖如圖3.1所示，畫出驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)位置。如下表：
表3-2 驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)值
坐標(biāo)
輸入軸O1
驅(qū)動軸I
主軸1
主軸2
X
Y
174.3
108
130
65
97.9696
103
80.9696
54
根據(jù)左主軸箱原始依據(jù)圖（圖3.2），畫出驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)位置。如下表：
表3-3 驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)值
坐標(biāo)
輸入軸O1
驅(qū)動軸I
主軸1
X
Y
85.2
108
140.0304
135.5
140.0304
85
（2）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)
圖3.3 齒輪的最小壁厚
（3）最小齒數(shù)的確定
為保證齒輪齒根強(qiáng)度，應(yīng)使齒根到孔壁或鍵槽的厚度a2m,驅(qū)動軸的直徑為d=20mm,由《機(jī)械零件設(shè)計手冊》知，齒輪t=23.3mm,當(dāng)m1=3時。驅(qū)動軸上最小齒輪齒數(shù)為：
2（t/m1+2+1.25）－d0/m1 （3.2）
=2×(23.3/3+2+1.25)－20/3
=19.8
所以驅(qū)動軸齒數(shù)要大于等于20。
為減小傳動軸的種類，所有傳動軸的直徑取20mm。
當(dāng)m2=2，d=20時，齒輪t=23.3mm。主軸上最小齒輪齒數(shù)為：
2（t/m2+2+1.25）－d0/m2 （3.3）
=2×（23.3/2+2+1.25）－20/2
=19.8
所以主軸齒數(shù)要大于等于20。
（4）驅(qū)動軸I在主軸1，2的垂直平分線上。
多軸箱的齒輪模數(shù)按驅(qū)動軸齒輪估算
m≥32×=1.4
兩個多軸箱所有齒輪模數(shù)取m=2。主軸1，2，3要求的轉(zhuǎn)速一致，所以采用降速傳動。主軸齒數(shù)選取Z=31，驅(qū)動動齒輪采用z=21齒的齒輪，變位系數(shù)。驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速為:
n=1400/1.47r/min=952r/min
由于前面選取了主軸直徑為20，顯然驅(qū)動軸直徑都選取20，這樣為了減少傳動軸種類和設(shè)計，由于驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速是952r/min，則驅(qū)動軸至主軸的傳動比為:
i = 952/1400 = 1/1.47
所以選擇兩級傳動，且傳動比分配為：一級為1.47;二級為1.495。
通用的齒輪有三種，即傳動齒輪、動力箱齒輪和電機(jī)齒輪。材料均為45鋼，熱處理為齒部高頻淬火G54。本機(jī)床齒輪的選用按照下表選用:
表3-4 齒輪數(shù)據(jù)表
齒輪種類
寬度（mm）
齒 數(shù)
模數(shù)（mm）
孔徑（mm）
驅(qū)動軸齒輪
20
35
16～50連續(xù)
16～70
2、2.5、3
2、2.5、3、4
15、20、30、35、40
25、30、35、40、50
輸出軸齒輪
12
31
2
18、22、28、32、36
計算各主軸轉(zhuǎn)速
使各主軸轉(zhuǎn)速的相對轉(zhuǎn)速損失在5%以內(nèi)。由公式：V= 知左右主軸轉(zhuǎn)速均為：
n 1 = n 2 = n 3 =637r/min
3.4 繪制傳動系統(tǒng)圖
傳動系統(tǒng)圖是表示傳動關(guān)系的示意圖，即用以確定的驅(qū)動軸將輸入軸和各主軸連接起來，繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動示意圖，如圖3.4,3.5所示
圖3.4 右多軸箱傳動系統(tǒng)圖
圖3.5 左多軸箱傳動系統(tǒng)圖
在多軸箱箱體圖中標(biāo)出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)，以校核驅(qū)動軸是否正確。另外，應(yīng)檢查同排的非嚙合齒輪是否齒頂干涉；還畫出主軸直徑和軸套直徑，以避免齒輪和相鄰的主軸軸套相碰。
3.5 傳動零件的校核
（1）驗算驅(qū)動軸的直徑
校核右主軸箱傳動承受的總扭矩最大驅(qū)動軸I，由它驅(qū)動的有主軸1、2和液壓泵軸4。
主軸扭矩：T1=2056.8，T2=2226.1N·mm
液壓泵軸的扭矩：查得R12-1A液壓泵的最高壓力為0.3M