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攀枝花學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
1 緒論
1.1 機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)的地位及其發(fā)展簡史
現(xiàn)代社會(huì)中，人們?yōu)榱烁咝?、?jīng)濟(jì)地生產(chǎn)各種高質(zhì)量產(chǎn)品，日益廣泛的使用各種機(jī)器、儀器和工具等技術(shù)設(shè)備與裝備。為制造這些技術(shù)設(shè)備與裝備，又必須具備各種加工金屬零件的設(shè)備，諸如鑄造、鍛造、焊接、沖壓和切削加工設(shè)備等。由于機(jī)械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法來達(dá)到，特別是形狀復(fù)雜、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在機(jī)床上經(jīng)過幾道甚至幾十道切削加工工藝才能完成。因此，機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備。在一般機(jī)械制造廠中，機(jī)床所擔(dān)負(fù)的加工工作量，約占機(jī)械制造總工作量的40%～60%，機(jī)床的技術(shù)性能直接影響機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量及其制造的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而決定著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平?？梢赃@樣說，如果沒有機(jī)床的發(fā)展，如果不具備今天這樣品種繁多、結(jié)構(gòu)完善和性能精良的各種機(jī)床，現(xiàn)代社會(huì)目前所達(dá)到的高度物質(zhì)文明將是不可想象的。
一個(gè)國家要繁榮富強(qiáng)，必須實(shí)現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化，這就需要一個(gè)強(qiáng)大的機(jī)械制造業(yè)為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供現(xiàn)代化的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備與裝備，即各種機(jī)器、儀器和工具等。然而，一個(gè)現(xiàn)代化的機(jī)械制造業(yè)必須要有一個(gè)現(xiàn)代化的機(jī)床制造業(yè)做后盾。機(jī)床工業(yè)是機(jī)械制造業(yè)的“裝備部”、“總工藝師”，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重大作用。因此，許多國家都十分重視本國機(jī)床工業(yè)的發(fā)展和機(jī)床技術(shù)水平的提高，使本國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展建立在堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)上。
機(jī)床是人類在長期生產(chǎn)實(shí)踐中，不斷改進(jìn)生產(chǎn)工具的基礎(chǔ)上生產(chǎn)的，并隨著社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而漸趨完善。最原始的機(jī)床是木制的，所有運(yùn)動(dòng)都是由人力或畜力驅(qū)動(dòng)，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它們實(shí)際上并不是一種完整的機(jī)器?，F(xiàn)代意義上的用于加工金屬機(jī)械零件的機(jī)床，是在18世紀(jì)中葉才開始發(fā)展起來的。當(dāng)時(shí)，歐美一些工業(yè)最發(fā)達(dá)的國家，開始了從工場手工業(yè)向資本主義機(jī)器大工業(yè)生產(chǎn)方式的過度，需要越來越多的各種機(jī)器，這就推動(dòng)了機(jī)床的迅速發(fā)展。為使蒸汽機(jī)的發(fā)明付諸實(shí)用，1770年前后創(chuàng)制了鏜削蒸汽機(jī)汽缸內(nèi)孔用的鏜床。1797年發(fā)明了帶有機(jī)動(dòng)刀架的車床，開創(chuàng)了用機(jī)械代替人手控制刀具運(yùn)動(dòng)的先聲，不僅解放了人的雙手，并使機(jī)床的加工精度和工效起了一個(gè)飛躍，初步形成了現(xiàn)代機(jī)床的雛型。續(xù)車床之后，隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，其他各種機(jī)床也陸續(xù)被創(chuàng)制出來。至19世紀(jì)末，車床、鉆床、鏜床、刨床、拉床、銑床、磨床、齒輪加工機(jī)床等基本類型的機(jī)床已先后形成。
上世紀(jì)初以來，由于高速鋼和硬質(zhì)合金等新型刀具材料相繼出現(xiàn)，刀具切削性能不斷提高，促使機(jī)床沿著提高主軸轉(zhuǎn)速、加大驅(qū)動(dòng)功率和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度的方向發(fā)展。與此同時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)、齒輪、軸承、電氣和液壓等技術(shù)有了很大的發(fā)展，使機(jī)床的轉(zhuǎn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)和控制等方面也得到相應(yīng)的改進(jìn)，加工精度和生產(chǎn)率顯著提高。此外，為了滿足機(jī)械制造業(yè)日益廣闊的各種使用要求，機(jī)床品種的發(fā)展也與日俱增，例如，各種高效率自動(dòng)化機(jī)床、重型機(jī)床、精密機(jī)床以及適應(yīng)加工特殊形狀和特殊材料需要的特種加工機(jī)床相繼問世。50年代，在綜合應(yīng)用電子技術(shù)、檢測技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、自動(dòng)控制和機(jī)床設(shè)計(jì)等各個(gè)領(lǐng)域最新成就的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的數(shù)控機(jī)床，使機(jī)床自動(dòng)化進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，與早期發(fā)展的僅適用于大批大量生產(chǎn)的純機(jī)械控制和繼電器接觸器控制的自動(dòng)化相比，它具有很高柔性，即使在單件和小批生產(chǎn)中也能得到經(jīng)濟(jì)的使用。
綜觀機(jī)床的發(fā)展史，它總是隨著機(jī)械工業(yè)的擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展，并始終圍繞著不斷提高生產(chǎn)效率、加工精度、自動(dòng)化程度和擴(kuò)大產(chǎn)品品種而進(jìn)行的，現(xiàn)代機(jī)床總的趨勢仍然是繼續(xù)沿著這一方向發(fā)展。
我國的機(jī)床工業(yè)是在1949年新中國成立后才開始建立起來的。解放前，由于長期的封鎖統(tǒng)治和19世紀(jì)中葉以后帝國主義的侵略和掠奪，我國的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常落后，既沒有獨(dú)立的機(jī)械制造業(yè)，更談不上機(jī)床制造業(yè)。至解放前夕，全國只有少數(shù)城市的一些規(guī)模很小的機(jī)械廠，制造少量簡單的皮帶車間、牛頭刨床和砂輪等；1949年全國機(jī)床產(chǎn)量僅1000多臺(tái)，品種不到10個(gè)。
解放后，黨和人民政府十分重視機(jī)床工業(yè)的發(fā)展。在解放初期的三年經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時(shí)期，就把一些原來的機(jī)械修配廠改建為專業(yè)廠；在隨后開始的幾個(gè)五年計(jì)劃期間，又陸續(xù)擴(kuò)建、新建了一系列機(jī)床廠。經(jīng)過50多年的建設(shè)，我國機(jī)床工業(yè)從無到有，從小到大，現(xiàn)在已經(jīng)成門類比較齊全，具有一定實(shí)力的機(jī)床工業(yè)體系，能生產(chǎn)5000多種機(jī)床通用品種，數(shù)控機(jī)床1500多種；不僅裝備了國內(nèi)的工業(yè)，而且每年還有一定數(shù)量的機(jī)床出口。
我國機(jī)床行業(yè)的發(fā)展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，與世界先進(jìn)水平相比，還有較大差距。為了適應(yīng)我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的需要，為了提高機(jī)床產(chǎn)品在國際市場上的競爭能力，必須深入開展機(jī)床基礎(chǔ)理論研究，加強(qiáng)工藝試驗(yàn)研究，大力開發(fā)精密、重型和數(shù)控機(jī)床，使我國的機(jī)床工業(yè)盡早躋身于世界先進(jìn)行列。
1.2 組合機(jī)床的國內(nèi)、外現(xiàn)狀
世界上第一臺(tái)組合機(jī)床于1908年在美國問世，30年代后組合機(jī)床在世界各國得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關(guān)鍵設(shè)備之一。
現(xiàn)代制造工程從各個(gè)角度對組合機(jī)床提出了愈來愈高的要求，而組合機(jī)床也在不斷吸取新技術(shù)成果而完善和發(fā)展。
1.2.1 國內(nèi)組合機(jī)床現(xiàn)狀
我國加入WTO以后，制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存、組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)適時(shí)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2005年4月份，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)僅組合機(jī)床一項(xiàng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量已達(dá)1000余臺(tái)，產(chǎn)值達(dá)3.9個(gè)億以上，較2004年同比增長了10%以上，另外組合機(jī)床行業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全員工資總額、出口交費(fèi)值等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有不同程度的增長，新產(chǎn)品、新技術(shù)較去年年均有大幅度提高，可見行業(yè)企業(yè)運(yùn)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(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，隨著我國加入WTO后與世界機(jī)床進(jìn)一步接軌，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開始向數(shù)控化、柔性化轉(zhuǎn)變。從近兩年是企業(yè)生產(chǎn)情況來看，數(shù)控機(jī)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(jī)床則有下降趨勢，中國機(jī)床工具工業(yè)學(xué)會(huì)的《機(jī)床工具行業(yè)企業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)報(bào)表》是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，僅從幾個(gè)全國大型重點(diǎn)企業(yè)生產(chǎn)情況看，2003年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床890臺(tái)，產(chǎn)值16187萬元，生產(chǎn)加工中心148臺(tái)，產(chǎn)值5770萬元；2004年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床985臺(tái)，產(chǎn)值25838萬元，生產(chǎn)加工中心159臺(tái)，產(chǎn)值7099萬元；而2005年，截至4月份，數(shù)控機(jī)床、加工中心、產(chǎn)值已接近2003年全年水平，故市場在向數(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)的快速轉(zhuǎn)變
“九五”后期，在組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)的50多家組合機(jī)床分會(huì)會(huì)員中，僅有兩家企業(yè)實(shí)行了股份改造，一家企業(yè)退出國有轉(zhuǎn)為民營，其余的都是國有企業(yè)。而從2001至2002年，不到兩年的時(shí)間，就先后有十幾家企業(yè)實(shí)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(diǎn)國有企業(yè)也在醞釀股份制改造，轉(zhuǎn)制已勢不可檔，“民營經(jīng)濟(jì)在經(jīng)歷了從被歧視，被藐視到不可小視和現(xiàn)在高度重視4個(gè)階段后，煥發(fā)勃勃生機(jī)?！苯M合機(jī)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(jī)床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體是綜合自動(dòng)化度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用與工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電行業(yè)。我國的傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、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的箱體類和軸類零件（近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成型面等。組合機(jī)床的分類繁多，有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)組合機(jī)床等；隨著技術(shù)的不斷是進(jìn)步，一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來越受人們是親昧，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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外，近年來組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來越大。
由于組合機(jī)床及其自動(dòng)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(jì)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(jī)床及其組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國家相對落后，國內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動(dòng)線幾乎都從國外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)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(jī)床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需要，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備。
1.2.2 國外組合機(jī)床現(xiàn)狀
80年代以來，國外組合機(jī)床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎(chǔ)上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機(jī)床的加工精度、多品種加工的柔性以及機(jī)床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節(jié)拍和多功能知道監(jiān)控。組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢是：
（1）廣泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù)
國外主要的組合機(jī)床生產(chǎn)廠家都有自己的系列化完整的數(shù)控組合機(jī)床通用部件,在組合機(jī)床上不僅一般動(dòng)力部件應(yīng)用數(shù)控技術(shù),而且夾具的轉(zhuǎn)位或轉(zhuǎn)角、換箱裝置的自動(dòng)分度與定位也都應(yīng)用數(shù)控技術(shù),從而進(jìn)一步提高了組合機(jī)床的工作可靠性和加工精度。廣州標(biāo)致汽車公司由法國雷諾公司購置的缸蓋加工生產(chǎn)線,就是由三臺(tái)自動(dòng)換箱組合機(jī)床組成的,其全部動(dòng)作均為數(shù)控,包括自動(dòng)上下料的交換工作臺(tái)、環(huán)形主軸箱庫、動(dòng)力部件和夾具的運(yùn)動(dòng),其節(jié)拍時(shí)間為58秒。
(2)發(fā)展柔性技術(shù)
80年代以來,國外對中大批量生產(chǎn),多品種加工裝備采取了一系列的可調(diào)、可變、可換措施,使加工裝備具有了一定的柔性。如先后發(fā)展了轉(zhuǎn)塔動(dòng)力頭、可換主軸箱等組成的組合機(jī)床;同時(shí)根據(jù)加工中心的發(fā)展,開發(fā)了二坐標(biāo)、三坐標(biāo)模塊化的加工單元,并以此為基礎(chǔ)組成了柔性加工自動(dòng)線(FTL)。這種結(jié)構(gòu)的變化,既可以實(shí)現(xiàn)多品種加工要求的調(diào)整變化快速靈敏,又可以使機(jī)床配置更加靈活多樣。
(3)發(fā)展綜合自動(dòng)化技術(shù)
汽車工業(yè)的大發(fā)展,對自動(dòng)化制造技術(shù)提出了許多新的需求,大批量生產(chǎn)的高效率,要求制造系統(tǒng)不僅能完成一般的機(jī)械加工工序,而且能完成零件從毛坯進(jìn)線到成品下線的全部工序,以及下線后的自動(dòng)碼垛、裝箱等。德國大眾汽車公司KASSEL變速箱廠1987年投入使用的造價(jià)9000萬馬克的齒輪箱和離合器殼生產(chǎn)線,就是這種綜合自動(dòng)化制造系統(tǒng)的典范。該系統(tǒng)由兩條相似對稱布置的自動(dòng)線組成,三班制工作,每條線日產(chǎn)2000件,節(jié)拍時(shí)間為40秒。全線由12臺(tái)雙面組合機(jī)床、18臺(tái)三坐標(biāo)加工單元、空架機(jī)器人、線兩端的毛坯庫和三坐標(biāo)測量機(jī)組成,可實(shí)現(xiàn)3種零件的加工?？占軝C(jī)器人完成工件下線的碼垛裝箱工作。隨著綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一批專門從事裝配、試驗(yàn)、檢測、清洗等裝備的專業(yè)生產(chǎn)廠家,進(jìn)一步提高了制造系統(tǒng)的配套水平。
(4)進(jìn)一步提高工序集中程度
國外為了減少機(jī)床數(shù)量,節(jié)省占地面積,對組合機(jī)床這種工序集中程度高的產(chǎn)品,繼續(xù)采取各種措施,進(jìn)一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺(tái)、多坐標(biāo)通用部件、移動(dòng)主軸箱、雙頭鏜孔車端面頭等組成機(jī)床或在夾具部位設(shè)置刀庫,通過換刀加工實(shí)現(xiàn)工序集中,從而可最大限度地發(fā)揮設(shè)備的效能,獲取更好的經(jīng)濟(jì)效益。
1.3 機(jī)床設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容、要求
1.3.1設(shè)計(jì)的目的
機(jī)床設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)，其目的在于通過機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使我們在擬定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案的分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計(jì)算、編寫技術(shù)文件和查閱資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)基本的設(shè)計(jì)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(jì)和計(jì)算能力。
1.3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容
(1)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的被加工零件，確定機(jī)床的切削用量，通過分析比較擬定傳動(dòng)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖，確定傳動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù)，并計(jì)算主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)的相對誤差。
(2)動(dòng)力設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的工件，初算傳動(dòng)軸的直徑、齒輪的模數(shù)；確定動(dòng)力箱；計(jì)算多軸箱尺寸及設(shè)計(jì)傳動(dòng)路線。完成裝配草圖后，要驗(yàn)算傳動(dòng)軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi)。還要驗(yàn)算主軸主件的靜剛度。
(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 進(jìn)行主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)軸系、變速機(jī)構(gòu)、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。即繪制裝配圖和零件工作圖。
(4)編寫設(shè)計(jì)說明書
1.3.3 設(shè)計(jì)要求
評價(jià)機(jī)床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來判定的。技術(shù)先進(jìn)合理，亦即“質(zhì)優(yōu)價(jià)廉”才會(huì)受到用戶的歡迎，在國內(nèi)和國際市場上才有競爭力。機(jī)床設(shè)計(jì)的技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可以從滿足性能要求、經(jīng)濟(jì)效益和人機(jī)關(guān)系等方面進(jìn)行分析。
1.4 機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟
1.4.1調(diào)查研究
研究市場和用戶對設(shè)計(jì)機(jī)床的要求，然后檢索有關(guān)資料。其中包括情報(bào)、預(yù)測、實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(dāng)?shù)姆桨?，以保證機(jī)床的質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，使用戶有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
1.4.2 擬定方案
通常可以擬定出幾個(gè)方案進(jìn)行分析比較。每個(gè)方案包括的內(nèi)容有：工藝分析、主要技術(shù)參數(shù)、總布局、傳動(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等。
在制定方案時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：
（1） 當(dāng)使用和制造出現(xiàn)矛盾時(shí)，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(jìn)的工藝和創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)；
（2） 設(shè)計(jì)必須以生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，凡是未經(jīng)實(shí)踐考驗(yàn)的方案，必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明可靠后才能用于設(shè)計(jì)；
（3） 繼承與創(chuàng)造相結(jié)合，盡量采用先進(jìn)工藝，迅速提高生產(chǎn)力，為實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化服務(wù)。注意吸取前人和國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上有所創(chuàng)造和發(fā)展。
1.4.3 工作圖設(shè)計(jì)
首先，在選定工藝方案并確定機(jī)床配置形式、結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上，進(jìn)行方案圖紙的設(shè)計(jì)。這些圖子包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計(jì)算卡，統(tǒng)稱“三圖一卡”設(shè)計(jì)。并初定出主軸箱輪廓尺寸，才能確定機(jī)床各部件間的相互關(guān)系。
其次，繪制機(jī)床的總裝圖、部分部件裝配圖、液壓系統(tǒng)圖、PLC接線圖和梯形圖。
然后，整理機(jī)床有關(guān)部件與主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算書，編制各類零件明細(xì)表，編寫機(jī)床說明書等技術(shù)文件。
最后，對有關(guān)圖紙進(jìn)行工藝審查和標(biāo)準(zhǔn)化審查。
2 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)
2.1 組合機(jī)床方案的制定
2.1.1制定工藝方案
零件加工工藝將決定組合機(jī)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(shí)，必須計(jì)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(diǎn)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（減速箱箱蓋）的零件圖（圖2-1），加工八個(gè)螺栓孔的工藝過程。
(1) 加工孔的主要技術(shù)要求。
加工4個(gè)M8螺紋底孔的孔。
孔的位置度公差為Φ0.1mm，與Φ12孔同心。
工件材料為HT21-40，HB170～241
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(shí)，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。
一次性加工螺紋底孔，孔徑為Φ6.5
(3) 定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇
加工此離合器壓蓋的孔，以底面的兩個(gè)支承點(diǎn)限制、和、四個(gè)自由度，位于中間的心軸起到了很好的定位作用。
在保證加工精度的情況下，提高生產(chǎn)效率減輕工人勞動(dòng)量，而工件也是大批量生產(chǎn)，由于夾具在本設(shè)計(jì)中沒有考慮，因此在設(shè)計(jì)時(shí)就認(rèn)為是人工夾緊。
2.1.2 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
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，是制造機(jī)床方案的主要依據(jù)。離合器壓盤加工孔的精度要求不高，可采用鉆孔組合機(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(shí)
可以在下一個(gè)安裝工位上對所有孔進(jìn)行最終精加工。為了加工出表面粗糙度為
圖2－1 被加工零件圖
Ra3.2um的孔。采取提高機(jī)床原始制造精度和工件定位基準(zhǔn)精度并減少夾壓變形等措施就可以了。為此，機(jī)床通常采用尾置式齒輪動(dòng)力裝置，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。
(2) 被加工零件的特點(diǎn)
這主要指零件的材料、硬度加工部位的結(jié)構(gòu)形狀，工件剛度定位基準(zhǔn)面的特點(diǎn)，它們對機(jī)床工藝方案制度有著重要的影響。此離合器壓盤的材料是HT21-40、硬度HB170-241、孔在整個(gè)壓盤上呈90度均度分配，孔的直徑為Φ6.5mm。采用多孔同步加工，零件的剛度足夠，工件受力不大，振動(dòng)，及發(fā)熱變形對工件影響可以不計(jì)。
一般來說，孔中心線與定位基準(zhǔn)面平行且需由一面或幾面加工的箱體宜用臥式機(jī)床，立式機(jī)床適宜加工定基準(zhǔn)面是水平的且被加工孔與基準(zhǔn)面垂直的工件，而不適宜加工安裝不方便或高度較大的細(xì)長工件。對大型箱體件采用單工位機(jī)床加工較適宜，而中小型零件則多采用多工位機(jī)床加工。
此零件的加工特點(diǎn)是中心線與定位基準(zhǔn)平面是垂直的，并且定位基準(zhǔn)面是水平的。孔的分布范圍是直線形狀，工件比較長，一次鉆完，多軸箱體積較大，采用兩工位以減小多軸箱的體積，使整個(gè)鉆床瘦身，因而適合選擇立式多工位鉆床。
(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(dòng)線或按中小批量生產(chǎn)特點(diǎn)設(shè)計(jì)組合機(jī)床的重要因素。按設(shè)計(jì)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(shí)間，采用多軸頭，為了減少機(jī)床臺(tái)數(shù)，此工序盡量在一臺(tái)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(shí)際情況來選擇什么樣的組合機(jī)床。
綜合以上所述：通過對箱蓋零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、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(jì)四軸頭多工位同步鉆床。
2.2 確定切削用量及選擇刀具
2.2.1 確定工序間余量
為使加工過程順利進(jìn)行并穩(wěn)定的保證加工精度，必須合理地確定工序余量。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，由于在本鉆床上鉆孔后重新安裝或在其他多工位機(jī)床上加工下道工序，應(yīng)適當(dāng)加大余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。Φ6.5mm的孔在鉆孔后擴(kuò)孔，直徑上工序間余量0.5～1mm。
2.2.2 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?yàn)樗O(shè)計(jì)的組合機(jī)床為多軸同步加工在大多數(shù)情況下，所選切削用量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(gè)進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力滑臺(tái)，工作時(shí)，要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動(dòng)力滑臺(tái)的每分鐘進(jìn)給量（mm/min）應(yīng)是適合有刀具的平均值。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設(shè)計(jì)成不同轉(zhuǎn)速和不同的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足不同直徑的加需要，即：·=·=…=·=
式中：… ——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
… ——各主軸進(jìn)給量（mm/r）
——?jiǎng)恿_(tái)每分鐘進(jìn)給量（mm/min）
由于離合器壓盤孔的加工精度、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：鉆頭直徑D=6.5mm,鑄鐵HB175～255、進(jìn)給量f=0.1mm/r、切削速度v=15m/min.
2.2.3 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(dòng)力部件（滑臺(tái)）及夾具設(shè)計(jì)的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動(dòng)件（齒輪，傳動(dòng)軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動(dòng)電動(dòng)（一般指動(dòng)力箱）功率，通過查表計(jì)算如下：
布氏硬度：HB =HBmin－(HBmax－HBmin)
=170－(241－170)
=146.33
切削力：=26
=26×6.5××
=535.16 N
切削扭矩：=10
=10×××
=2452.26N·mm
切削功率：=
=2452.26×15/(9740×3.14×10)
=0.123 kw
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)
2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)
離合器壓盤的布氏硬度在HB170～241，孔徑D為6.5mm，刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W18Cr4V），為了使工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、刃磨簡單，選擇標(biāo)準(zhǔn)Φ6.5的麻花鉆?？准庸さ毒叩拈L度應(yīng)保證加工終了時(shí)刀具螺旋槽尾端與導(dǎo)向套之間有30～50mm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。
2.3鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制
前面對四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(jì)的重要內(nèi)容。下面就以鉆床加工箱蓋總體設(shè)計(jì)的另一個(gè)問題，既總體設(shè)計(jì)方案的圖紙表達(dá)形式——“三圖一卡”設(shè)計(jì)，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。
2.3.1 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(tái)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，它不能用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。它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗(yàn)和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)文件。離合器壓盤用鉆孔組合機(jī)床的被加工零件工序圖如2－2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）加工時(shí)如需要中間向?qū)В瑧?yīng)表示出工件與中間向?qū)в嘘P(guān)部位結(jié)構(gòu)和尺寸，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉。
（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(xiàng)
（1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要圖出被本機(jī)床的加工內(nèi)容。繪制時(shí)，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(shí)線），并把零件輪廓及與機(jī)床、夾具設(shè)計(jì)有關(guān)部位（用細(xì)實(shí)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(shí)線標(biāo)記。如圖2－2中4－Φ
12加工用定位基準(zhǔn)，機(jī)械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號表示出來。
圖2－2 被加工零件工序圖
附注：1.被加工零件名稱及編號：離合器壓盤；
2.材料及硬度：灰鑄鐵HT21-40 JB307-62 HB175~255；
（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，而不采用極坐標(biāo)，但有時(shí)因所選定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，則須對加工部位要求位置尺寸精度進(jìn)行分析換算。
2.3.2 加工示意圖
圖2－3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(jì)選擇動(dòng)力部件的主要依據(jù)，是整臺(tái)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2－3為箱蓋上4孔立式鉆床加工示意圖。
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(jì)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）導(dǎo)向套的選擇 在組合機(jī)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(dǎo)向。因此正確選擇導(dǎo)向裝置的類型，合理確定其尺寸、精度，是設(shè)計(jì)組合機(jī)床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時(shí)必須解決的內(nèi)容。
1）選擇導(dǎo)向類型 根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑d=10mm和刀具導(dǎo)向的線速度v=15m/min，選擇固定式導(dǎo)向。
2）導(dǎo)向套的參數(shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導(dǎo)向裝置，如圖2－4所示：
圖2－4 固定導(dǎo)向裝置
固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺寸如下表：
表2－1 固定導(dǎo)向裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺
d
D
D1
D2
L
l1
m
R
d1
d2
l0
6.5
12
22
30
28
38
13
18
M8
16
16
固定裝置的配合如下表：
表2－2 固定裝置的配合
導(dǎo)向
類別
工藝
方法
D
D
D1
刀具導(dǎo)向
部分外徑
固定
導(dǎo)向
鉆孔
G7（或F8）
g6
固定導(dǎo)向裝置的布置如圖2－5所示
導(dǎo)向裝置的布置如表2－3所示：
表2－3 導(dǎo)向裝置的參數(shù)(mm)
尺寸
項(xiàng)目
l1
l2
l3
與直徑d的關(guān)系
(2～3)d
加工鑄鐵
d
d/3+(3～8)
計(jì)算值
3×d=30
25．4
25.4/3+8=16.5
圖2－5 固定導(dǎo)向裝置的布置
（3）初定主軸類型、尺寸、外伸長度
因?yàn)檩S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(jì)算主軸的直徑為：
dB=2.316×=17.52mm
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(jì)中所有主軸直徑皆取d=20mm,主軸外伸長度為：L=115mm，D/為32/20，內(nèi)孔長度為：l1 =77mm.
（4）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(shí)到達(dá)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(gè)可調(diào)節(jié)在組合機(jī)床上是通過可調(diào)整的刀具接桿來解決的,連接桿如圖2－6所示，
圖2－6 可調(diào)連接桿
連接桿上的尺寸d與主軸外伸長度的內(nèi)孔D配合，因此，根據(jù)接桿直徑d選擇刀具接桿參數(shù)如表2－4所示：
表2－4 可調(diào)接桿的尺寸
d(h6)
D1(h6)
d2
d3
L
l1
l2
l3
螺母
厚度
20
Tr20×6
莫氏1號
12.061
17
188
46
40
100
12
（5）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸
從保證加工終了時(shí)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2－3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333mm）,它等于刀具懸伸長度、螺母厚度、主軸外伸長度與接桿伸出長度（可調(diào)）之和，再減去加工孔深度和切出值。
（6）工作進(jìn)給長度的確定 如圖2－7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。切入長應(yīng)應(yīng)根據(jù)工件端面誤差情況在5～10mm之間選擇，誤差大時(shí)取大值，因此取=7mm，切出長度=1/3d+(3～8)=+8 9mm,所以=10+7+9=26mm.
（7）快進(jìn)長度的確定 考慮實(shí)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至夾具導(dǎo)套內(nèi)而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為156mm，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156－26=130mm.
圖2－7 工作進(jìn)給長度
2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
圖2－8 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——?jiǎng)恿ο洹?dòng)力滑臺(tái)、立柱、立柱底座加上專用部件——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(yùn)動(dòng)關(guān)
系，以檢驗(yàn)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(jì)提供依據(jù)。聯(lián)系尺寸圖也可以看成是簡化的機(jī)床總圖，它表示機(jī)床的配置型式及總體布局。
如圖2－8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(dòng)力部件的運(yùn)動(dòng)尺寸和所用電動(dòng)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(dòng)力部件
選用動(dòng)力部件主要選擇型號、規(guī)格合適的動(dòng)力滑臺(tái)、動(dòng)力箱。
（1）滑臺(tái)的選用 通常，根據(jù)滑臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式、所需進(jìn)給力、進(jìn)給速度、最大行程長度和加工精度等因素來選用合適的滑臺(tái)。
1）驅(qū)動(dòng)形式的確定 根據(jù)對液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)的性能特點(diǎn)比較，并結(jié)合具體的加工要求，使用條件選擇HY系列液壓滑臺(tái)。
2）確定軸向進(jìn)給力 滑臺(tái)所需的進(jìn)給力
=∑=4×1071.79=4287.16N
式中：——各主軸加工時(shí)所產(chǎn)生的軸向力
由于滑臺(tái)工作時(shí)，除了克服各主軸的軸的向力外，還要克服滑臺(tái)移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力。因而選擇滑臺(tái)的最大進(jìn)給力應(yīng)大于＝4.29KN。
3）確定進(jìn)給速度 液壓滑臺(tái)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(tái)確定切削用量時(shí)所規(guī)定的工作進(jìn)給速度應(yīng)大于滑臺(tái)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(shí)，實(shí)際進(jìn)給速度應(yīng)更大一些。本系統(tǒng)中進(jìn)給速度=n·f=47.8mm/min。所以選擇HY25IA液壓滑臺(tái)，工作進(jìn)給速度范圍32～800mm/min，快速速度12m/min。
4）確定滑臺(tái)行程 滑臺(tái)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(dòng)力部件有一定的向前移動(dòng)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(dòng)力部件有一定的向后移動(dòng)的余地，為方便裝卸刀具，這是取40mm,所以滑臺(tái)總行程應(yīng)大于工作行程，前備量，后備量之和。
即：行程L＞156+20+40=236mm，取L＝250mm。綜合上述條件，確定液壓動(dòng)力滑臺(tái)型號HY25IA。
（2）由下式估動(dòng)力箱的選用 動(dòng)力箱主要依據(jù)多軸所需的電動(dòng)機(jī)功率來選用，在多軸箱沒有設(shè)計(jì)之前，可算
＝／η
＝4×0.123／0.8
＝0.615KW
式中：η——多軸箱傳動(dòng)效率，加工黑色金屬時(shí)η＝0.8～0.9；有色金屬時(shí)η＝0.7～0.8，本系統(tǒng)加工HT21-40 JB307-62，取η＝0.8．
動(dòng)力箱的電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)大于計(jì)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(dòng)機(jī)型號為Y100L—6B5的1TD25IA型動(dòng)力箱，動(dòng)力箱輸出軸至箱底面高度為125mm。主要技術(shù)參數(shù)如下表：
主電機(jī)傳動(dòng)型號
轉(zhuǎn)速范圍（r/min）
主電機(jī)功率（）
配套主軸部件型號
電機(jī)轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)速
Y100L-6B5
1430
706
1.5
1TA32、1TA32M、1TZ32~1TG32
（3）Y軸液壓滑臺(tái)的選用
工件質(zhì)量計(jì)算 V=420×240×10＋(2×160＋2×340)×10×30
=1.308×10-3m3
m = ρv=7.0×103×1.308×10-3
=9.156kg
磨擦系數(shù)：f=0.07～0.12取f=0.1
F=f·N=0.1mg=0.1×9.156×10=9.156N
2、配套支承部件的選用
立柱1CL25型，立柱底座1CD25
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(jì)組合機(jī)床時(shí)，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976mm。
4、中間底座輪廓尺寸
中間底座的輪廓尺寸要滿足Y軸滑臺(tái)在其上面聯(lián)接安裝的需要，又考慮到與立柱底座相連接。因此，中間底座采用側(cè)底座1CC32。
5、確定多軸箱輪廓尺寸
本機(jī)床配置的多軸箱總厚度為301mm，寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取。計(jì)算時(shí)，多軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=500 H=500
根據(jù)上述計(jì)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=500X500mm。
2.3.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡
生產(chǎn)率計(jì)算卡是反映所設(shè)計(jì)機(jī)床的工作循環(huán)過程、動(dòng)作時(shí)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(jì)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(jì)算如下：
切削時(shí)間： T切= L/vf+t停
= 2×26/47.8＋2×15/478
=1.151 min
式中：T切——機(jī)加工時(shí)間（min）
L——工進(jìn)行程長度（mm）
vf—— 刀具進(jìn)給量（mm/min）
t?！罁蹊F停留時(shí)間。一般為在動(dòng)力部件進(jìn)給停止?fàn)顟B(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)5～15 r所需要時(shí)間。這里取15r
輔助時(shí)間 T輔 = +t移+t裝
= （150＋176）×2/12000+0.1+1.5
= 1.654min
式中：L3、L4 ——分別為動(dòng)力部件快進(jìn)、快退長度（mm）
vfk ——快速移動(dòng)速度（mm/min）
t移 ——工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)間（min）,一般為0.05～0.13min,取0.1 min
t裝 ——裝卸工件時(shí)間（min）一般為0.5～1.5min,取1.5min
機(jī)床生產(chǎn)率 Q1 = 60/T單
= 60/（T切+T輔）
=60/（1.151+1.654）
=21.39 件/h
機(jī)床負(fù)荷率按下式計(jì)算 η= Q1/Q×100%
= Q1tk/A×100%
=21.39×1950/60000×100%
=70%
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(shí)間，單班制工作時(shí)間tk =1950h
表2－5 生產(chǎn)率計(jì)算卡
被加工
零件
圖號
1601A-093
毛坯種類
鑄件
名稱
離合器壓盤
毛坯重量
材料
HT21-40 JB297-62
硬度
HB170-241
工序名稱
鉆壓盤連接孔
工序號
工時(shí)/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(shí)間
輔助時(shí)間
1
按裝工件
0.5
2
工件定位夾緊
0.25
3
Z軸快下
150
12000
0.013
4
Z軸工進(jìn)
26
32
0.1
47.8
0.544
5
Z軸暫停
0.03
6
Z軸快上
176
12000
0.015
7
Y軸前進(jìn)
100
10000
0. 01
8
Y軸暫停
0.09
9
Z軸快下
150
12000
0.013
10
Z軸工進(jìn)
26
47.8
0.544
11
Z軸暫停
0.03
12
快退
176
12000
0.015
13
工件松開
0.25
14
卸下工件
0.5
備注
1、主軸轉(zhuǎn)速706r/min
2、一次安裝加工完一個(gè)工件
累計(jì)
1.088
1.716
單件總工時(shí)
2.804
機(jī)床生產(chǎn)率
21.39 件/h
理論生產(chǎn)率
30.77件/h
負(fù)荷率
70%
2.4 多軸箱的設(shè)計(jì)
2.4.1 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”繪制的如圖2－9所示:
如圖2－9 鉆孔組合機(jī)床多軸箱原始依據(jù)圖
圖中多軸箱的兩定位銷孔中心連線為橫坐標(biāo)，工件加工孔對稱，選擇箱體中垂線為縱坐標(biāo)，在建立的坐標(biāo)系中標(biāo)注輪廓尺寸及動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸的相對位置尺寸。主軸部為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（面對主軸看）。
主軸的工序內(nèi)容，切削用量及主軸尺寸及動(dòng)力部件的型號和性能參數(shù)如表 2－6所示：
表2－6 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、4
20/12
115
鉆Φ6.5
478
15
0.1
47.8
注：1．被加工零件編號及名稱：箱蓋；材料：HT21-40 JB297-62；硬度: HB170-241
2．動(dòng)力部件型號：1TD25IA動(dòng)力箱，電動(dòng)機(jī)型號Y100L-6；功率P＝1.5kw。
2.4.2 齒輪模數(shù)選擇
本組合機(jī)床主要用于鉆孔，因此采用滾珠軸承主軸。
齒輪模數(shù)m可按下式估算：
m=(30～32)=32×=1.76
式中：m——估算齒輪模數(shù)
P——齒輪所傳遞率（kw）
Z——對嚙合齒中的小齒輪數(shù)
N——小齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min）
多軸箱輸入齒輪模數(shù)取m1=3，其余齒輪模數(shù)取m2=2。
2.4.3 多軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì)
（1）根據(jù)原始依據(jù)圖（圖2－9），畫出驅(qū)動(dòng)軸、主軸坐標(biāo)位置。如下表：
表2—7 驅(qū)動(dòng)軸、主軸坐標(biāo)值
坐標(biāo)
銷O1
驅(qū)動(dòng)軸O
主軸1
主軸2
主軸3
主軸4
X
－175
0
－95
95
95
－95
Y
0
94.5
180
180
80
80
（2）確定傳動(dòng)軸位置及齒輪齒數(shù)
圖2－10 齒輪的最小壁厚
1）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(dòng)軸的直徑為d=30mm,有《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》知，如圖2－10所示齒輪t=33.3mm,當(dāng)m1=3時(shí)。驅(qū)動(dòng)軸上最小齒輪齒數(shù)為：
2（t/m1+2+1.25）－d0/m1
=2×(33.3/3+2+1.25)－30/3
=18.9
所以驅(qū)動(dòng)軸齒數(shù)要大于等于19。
為減小傳動(dòng)軸的種類，所有傳動(dòng)軸的直徑取30mm.
當(dāng)m2=2，d=20時(shí)，齒輪t=23.3mm。主軸上最小齒輪齒數(shù)為：
2（t/m2+2+1.25）－d0/m2
=2×（23.3/2+2+1.25）－20/2
=19.8
所以主軸齒數(shù)要大于等于20。
2）傳動(dòng)軸11為主軸1，2，3 ，4都各自在同一同心圓上。
多軸箱的齒輪模數(shù)按驅(qū)動(dòng)軸出輪估算
m≥
多軸箱輸入出輪模數(shù)取m1=3，其余齒輪模數(shù)取m2=2。主軸1，2，3要求的轉(zhuǎn)速一致且較高，所以采用升速傳動(dòng)。主軸齒數(shù)選取Z=45，傳動(dòng)齒輪采用z=45齒的齒輪，變位系數(shù)。傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速為:
由于前面選取了主軸直徑為30，顯然傳動(dòng)軸直徑都選取20，這樣為了減少傳動(dòng)軸種類和設(shè)計(jì)題目需要由于傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速是，則驅(qū)動(dòng)軸至傳動(dòng)軸的傳動(dòng)比為:
所以選擇兩級傳動(dòng)，且傳動(dòng)比分配為：一級為1.2×1.2;二級為1.4×1.0。
驅(qū)動(dòng)軸的直徑為30mm，由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》查得知：t=33.3mm,當(dāng)m=3時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸上的齒數(shù)為：
Zmin≥
去驅(qū)動(dòng)齒輪齒數(shù)Z=45。
通用的齒輪有三種，即傳動(dòng)齒輪、動(dòng)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
齒輪種類
寬度（mm）
齒 數(shù)
模數(shù)（mm）
孔徑（mm）
驅(qū)動(dòng)軸齒輪
24
32
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
傳動(dòng)軸齒輪
44（B型）
45
2
25、30、40、50
輸出軸齒輪
32
37
3
18、22、28、32、36
計(jì)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：
2.44 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖
傳動(dòng)系統(tǒng)圖是表示傳動(dòng)關(guān)系是示意圖，即用以確定的傳動(dòng)軸將驅(qū)動(dòng)軸和各主軸連接起來，繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動(dòng)示意圖，如圖2－11所示
圖2－11 箱蓋鉆孔多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)圖
圖中多軸箱箱體內(nèi)只排放一排37mm寬的齒輪，離箱體前壁4.5mm，離箱體后壁9.5mm，傳動(dòng)軸齒輪和驅(qū)動(dòng)軸齒輪為第Ⅱ排。在圖中標(biāo)出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、變位系數(shù)，以校核驅(qū)動(dòng)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。
2.4.5 傳動(dòng)零件的校核
（1）驗(yàn)算傳動(dòng)軸的直徑
校核傳動(dòng)軸以承受的總扭矩最大傳動(dòng)軸11，由它驅(qū)動(dòng)的有主軸1、4和液壓泵軸7。
主軸扭矩：T1=T4=3274.45N·mm
液壓泵軸的扭矩：查得R12-1A液壓泵的最高壓力為0.3MPa、排量為5.88ml/r。假設(shè)在理想無泄漏狀態(tài)，
即：P·q=T·ω
式中：P——液壓泵的壓力N/㎡
q——液壓泵的排量m3/s
T——輸入扭矩N·m
ω——輸入角速度rad/s
單位換算：P=0.3MPa=0.3×106Pa
n =655.338r/min=10.9223r/s
q=5.88×10.9223=64.22ml/r=64.22×10-6m3/s
ω=2πn/60=2×3.14×655.338/60
=68.56rad/s
代入公式：P·q=T·ω
64.22×10-6×0.3×106=68.56T7
解得：T7=280N·mm
T5=T1/i5-1+T4/i5-4+T7/i5-7
=2×3274.45/0.914+280/0.667
=7584.89N·mm
根據(jù) d=B=2.316×=21.6mm<30mm
因此傳動(dòng)軸1、2、3、4是符合要求的。
（2）齒輪模數(shù)的驗(yàn)算
對多軸箱中承受載荷最大、最薄弱的軸5上的齒輪進(jìn)行接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)算。
齒輪的材料為45鋼，表面淬火，布氏硬度HB=229～286，平均值240HB。設(shè)使用壽命10年。齒輪Z5=30、Z1=28、寬度B=37mm，傳動(dòng)比i5-1=0.914,工作時(shí)間比1.088/2.804=0.39。
注：在校核計(jì)算的過程中所要見的表和圖在《機(jī)械設(shè)計(jì)》一書中，邱宣懷等編著，2003年高等教育出版社。
校核計(jì)算：
接觸疲勞極限бHlim 由圖12.17c得 бHlim =410MPa
齒輪5的圓周速度v5 v5===1.37m/s
精度等級 選9級精度
使用系數(shù)KA 由表12.9 KA=1.1
動(dòng)載系數(shù)KV 由圖12.9 KV=1.24
齒間載荷分配系數(shù)KHα 由表12.10先求
Ft=2T5/d5=2×7584.89/60=252.83N
KAFt/b=1.1×252.83/37=7.52N/mm<100N/mm
εα=[1.88－3.2×(+)]cosβ (β=0)
=1.88－3.2×(+)
=1.67
Zε===0.88
由此得KHα===1.29
齒向載荷分布系數(shù)KHβ 由表12.11知
KBβ=A+B[1+0.6·（）·2]（）·2+C·10-3b
=1.17+0.16×[1+0.6×(37/60)×2] ×(37/60)×2+0.61×10-3×37
=1.28
載荷系數(shù)K K=KAKVKHαKHβ
=1.1×1.24×1.29×1.28
=2.25
彈性系數(shù)ZE 由表12.12 ZE=189.8
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH 由圖12.16 （X1X2）/(Z1Z2)=0.005
ZH=2.62
接觸最小安全系數(shù)SHmin 由表12.14 SHmin=1.25
總工作時(shí)間th th=10×365×8×0.39=11481.6h
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL1=60γn5th
= 60×3×436.892×11481.6
=9.03×108
NL2=60γn1th
=60×1×478