畢業(yè)論文終稿-渦輪箱體（一）底面鉆孔組合機(jī)床及鉆4-18孔立式夾具設(shè)計(jì)[下載送CAD圖紙 全套打包資料]-----------------

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The main contents include aggregate machine-tool craft plan formulation, combined machine tool configuration choice, aggregate machine-tool system design and main shaft case design.The full text mainly includes overall design and main shaft box combination milling machine design two parts. The overall design of machine tool is mainly in the selected process and determine the basis of machine tool configuration, structure scheme to determine the "three charts and a card", the headstock design according to "three charts and a card", reorganizes the compilation to leave the headstock primitive basis chart, the key analysis transmission system, through the comparison of various schemes, and finally to determine the optimal scheme. In addition, in order to improve labor productivity, reduce labor intensity, guaranteed the processing quality, need to design special jig.Keywords: spindle box; modular machine tool; fixture目 錄摘 要 .............................................................................................................................................................IIAbstract.............................................................................................................................................................11 緒論 ..............................................................................................................................................................31.1 課題研究意義 ...................................................................................................................................31.2 鉆孔專(zhuān)用設(shè)備應(yīng)用 ............................................................................................................................31.3 鉆孔專(zhuān)用設(shè)備 ...................................................................................................................................41.3.1 多軸頭 .....................................................................................................................................41.3.2 主軸箱 ....................................................................................................................................51.3.3 多軸鉆床 .................................................................................................................................51.3.4 自動(dòng)更換軸箱機(jī)床 ................................................................................................................51.4 鉆孔專(zhuān)用設(shè)備趨勢(shì) ...........................................................................................................................61.5 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) ...........................................................................................................................61.5.1 組合機(jī)床的概述 ....................................................................................................................61.5.2 組合機(jī)床的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) ....................................................................................................82 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì) ..............................................................................................................................102.1 組合機(jī)床方案的制定 .....................................................................................................................102.1.1 制定工藝方案 .......................................................................................................................102.1.2 確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案 ...............................................................................102.2 確定切削用量及選擇刀具 .............................................................................................................122.2.1 確定工序間余量 ...................................................................................................................122.2.2 選擇切削用量 .......................................................................................................................122.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率 ...................................................................................132.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) .......................................................................................................................142.3 鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制 .................................................................................142.3.1 被加工零件工序圖 ..............................................................................................................142.3.2 加工示意圖 ........................................................................................................................152.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 ...................................................................................................................192.3.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡 .......................................................................................................................223 主軸箱的設(shè)計(jì) ............................................................................................................................................243.1 主軸箱的設(shè)計(jì) .................................................................................................................................243.1.1 繪制主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 ...............................................................................................243.1.2 齒輪模數(shù)選擇 .......................................................................................................................253.1.3 主軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì) ...............................................................................................................253.1.4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 ...................................................................................................................273.2 傳動(dòng)軸的直徑估算 .........................................................................................................................283.2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 ......................................................................................................................283.2.2 傳動(dòng)軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 ...........................................................................293.2.3 鍵的選擇 ..............................................................................................................................303.3 傳動(dòng)軸的校核 .................................................................................................................................303.3.1 傳動(dòng)軸的校核 ......................................................................................................................303.3.2 鍵的校核 ..............................................................................................................................313.4 各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 .................................................................................................323.4.1 齒輪模數(shù)的確定 ..................................................................................................................323.4.2 齒寬的確定 ..........................................................................................................................343.4.3 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ..................................................................................................................353.5 齒輪校驗(yàn) .........................................................................................................................................353.5.1 校核 a 變速組齒輪 ..............................................................................................................363.5.2 校核 b 變速組齒輪 ..............................................................................................................373.5.3 校核 c 變速組齒輪 ..............................................................................................................393.6 軸承的選用與校核 .........................................................................................................................403.6.1 各軸軸承的選用 ..................................................................................................................403.6.2 各軸軸承的校核 ..................................................................................................................403.7 軸組件設(shè)計(jì) .....................................................................................................................................423.8 軸的基本尺寸確定 .........................................................................................................................423.8.1 外徑尺寸 D ..........................................................................................................................423.8.2 軸孔徑 d ...............................................................................................................................423.8.3 軸懸伸量 a ...........................................................................................................................433.8.4 支撐跨距 L...........................................................................................................................433.8.5 軸最佳跨距 的確定 .........................................................................................................4403.9 軸剛度驗(yàn)算 .....................................................................................................................................463.9.1 軸前支撐轉(zhuǎn)角的驗(yàn)算 ..........................................................................................................473.9.2 軸前端位移的驗(yàn)算 ..............................................................................................................484 鉆孔夾具設(shè)計(jì) ............................................................................................................................................514.1 研究原始質(zhì)料 ................................................................................................................................514.2 定位、夾緊方案的選擇 ................................................................................................................514.3 切削力及夾緊力的計(jì)算 .................................................................................................................514.4 誤差分析與計(jì)算 ............................................................................................................................534.5 夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 ........................................................................................................55結(jié) 論 ..............................................................................................................................................................55致 謝 ..............................................................................................................................................................56參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................................571 緒論1.1 課題研究意義市場(chǎng)的開(kāi)放性和全球化使產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。而決定產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的指標(biāo)是產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間(Time ) ， 產(chǎn)品(Quality)，成本 (Cost)，創(chuàng)新能力(Creation)和服務(wù)(Service)。用戶(hù)在追求高質(zhì)量產(chǎn)品的同時(shí)，會(huì)更多的追求較低的價(jià)格和較短的交貨周期。美國(guó)制造業(yè)在 20 世紀(jì) 50 至 40 年代要以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模作為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的第一要素，而在 70 年代競(jìng)爭(zhēng)力的第一要素為降低生產(chǎn)成本，70 年代為提高產(chǎn)品質(zhì)量，90 年代為市場(chǎng)響應(yīng)速度。所以現(xiàn)代企業(yè)都期望通過(guò)提高自身的科技含量，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。制造業(yè)是國(guó)家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎(chǔ)是。是眾多機(jī)械制造的母機(jī)，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造精度有著直接關(guān)系，關(guān)系到國(guó)家機(jī)械工業(yè)以至整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進(jìn)制造技術(shù)的基本單元載體，機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、更新速度、對(duì)市場(chǎng)的應(yīng)變能力、生產(chǎn)效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對(duì)于一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用我國(guó)是世界上產(chǎn)量最多的國(guó)家.根據(jù)德國(guó)工業(yè)協(xié)會(huì)(VD W )2000 年統(tǒng)計(jì)資料，在要的生產(chǎn)國(guó)家中，中國(guó)排名為世界第五位。但是在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中仍處于較低水平:即使在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì):一方面國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)各類(lèi)產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少?lài)?guó)產(chǎn)滯銷(xiāo)積壓，國(guó)外產(chǎn)品充斥市場(chǎng)。1.2 鉆孔專(zhuān)用設(shè)備應(yīng)用據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般在車(chē)間中普通機(jī)床的平均切削時(shí)間很少超過(guò)全部工作時(shí)間的 15%。其余時(shí)間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機(jī)床、測(cè)量以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機(jī)床雖然能提高 75%，但購(gòu)置費(fèi)用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機(jī)床低。故必須更多地縮短加工時(shí)間。不同的加工方法有不同的特點(diǎn)，就鉆削加工而言，鉆孔專(zhuān)用設(shè)備是一種通過(guò)少量投資來(lái)提高生產(chǎn)率的有效措施。雖然不可調(diào)式多軸頭在自動(dòng)線中早有應(yīng)用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào)式多軸頭擴(kuò)大了使用范圍，仍然遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足批量小、孔型復(fù)雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復(fù)雜的鉆孔專(zhuān)用設(shè)備更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有 15000 個(gè) ψ20 孔，若以搖臂鉆床加工，單單鉆孔與锪沉頭孔就要 742.5 小時(shí)，另外還要?jiǎng)澗€工時(shí) 151.1 小時(shí)。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要 171.6 小時(shí)，劃線也簡(jiǎn)單，只要 1.9 小時(shí)。因此，利用數(shù)控控制的二個(gè)坐標(biāo)軸，使刀具正確地對(duì)準(zhǔn)加工位置，結(jié)合鉆孔專(zhuān)用設(shè)備不但可以擴(kuò)大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來(lái)不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機(jī)30 種箱形與桿形零件的 2000 多個(gè)鉆孔操作中，有 40%可以在自動(dòng)更換軸箱機(jī)床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少 20%的加工時(shí)間。1975 年法國(guó)巴黎機(jī)床展覽會(huì)也反映了鉆孔專(zhuān)用設(shè)備的使用愈來(lái)愈多這一趨勢(shì)。1.3 鉆孔專(zhuān)用設(shè)備鉆孔專(zhuān)用設(shè)備是在一次進(jìn)給中同時(shí)加工許多孔或同時(shí)在許多相同或不同工件上各加工一個(gè)孔。這不僅縮短切削時(shí)間，提高精度，減少裝夾或定位時(shí)間，并且在數(shù)控機(jī)床中不必計(jì)算坐標(biāo)，減少字塊數(shù)而簡(jiǎn)化編程。它可以采用以下一些設(shè)備進(jìn)行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機(jī)床心及自動(dòng)更換軸箱機(jī)床。甚至可以通過(guò)二個(gè)能自動(dòng)調(diào)節(jié)軸距的軸或主軸箱，結(jié)合數(shù)控工作臺(tái)縱橫二個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個(gè)或幾個(gè)工序?，F(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡(jiǎn)介。1.3.1 多軸頭從傳動(dòng)方式來(lái)說(shuō)要有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)與萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)傳動(dòng)三種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，后者易于調(diào)整軸距。從結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)有不可調(diào)式與可調(diào)式二種。前者軸距不能改變，多采用齒輪傳動(dòng)，僅適用于大批量生產(chǎn)。為了擴(kuò)大其贊許適應(yīng)性，發(fā)展了可調(diào)式多軸頭，在一定范圍內(nèi)可調(diào)整軸距。它要裝在有萬(wàn)向.二種。（1）萬(wàn)向軸式也有二種:具有對(duì)準(zhǔn)裝置的軸。軸裝在可調(diào)支架中，而可調(diào)支架能在殼體的 T 形槽中移動(dòng)，并能在對(duì)準(zhǔn)的位置以螺栓固定。 （2）具有公差的圓柱形軸套。軸套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上） 。后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產(chǎn)中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進(jìn)行工作。這種鉆孔專(zhuān)用設(shè)備方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度的關(guān)系，使用范圍有限。1.3.2 主軸箱也象多軸頭那樣作為標(biāo)準(zhǔn)部件生產(chǎn)。美國(guó) Secto 公司標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱、主軸箱等設(shè)計(jì)的不可調(diào)式主軸箱。有 32 種規(guī)格，加工面積從 300Ｘ300 毫米到 600Ｘ1050 毫米，工作軸達(dá) 60 根，動(dòng)力達(dá) 22.5 千瓦。Romai 工廠生產(chǎn)的可調(diào)主軸箱調(diào)整方便，只要先把齒輪調(diào)整到接近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調(diào)軸移動(dòng)到正確的位置。因此，這種結(jié)構(gòu)只要改變模板，就能在一定范圍內(nèi)容易地改變孔型，并且可以達(dá)到比普通主軸箱更小的孔距。根據(jù)成組加工原理使用主軸箱或多軸頭的組合機(jī)床很適用于大中批量生產(chǎn)。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數(shù)點(diǎn)：（1）工件裝夾簡(jiǎn)單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。 （2）夾具剛性好，加工時(shí)不形變，分度定位正確。 （3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調(diào)整，從而縮短換刀停機(jī)時(shí)間。 （4）使用優(yōu)質(zhì)刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機(jī)磨。 （5）尺寸超差時(shí)能立即發(fā)現(xiàn)。1.3.3 多軸鉆床這是一種能滿(mǎn)足鉆孔專(zhuān)用設(shè)備要求的鉆床。諸如導(dǎo)向、功率、進(jìn)給、轉(zhuǎn)速與加工范圍等。巴黎展覽會(huì)中展出的多軸鉆床多具液壓進(jìn)給。其整個(gè)工作循壞如快進(jìn)、工進(jìn)與清除鐵屑等都是自動(dòng)進(jìn)行。值得注意的是，多數(shù)具有單獨(dú)的變速機(jī)構(gòu)，這樣可以適應(yīng)某一組孔中不同孔徑的加工需要。1.3.4 自動(dòng)更換軸箱機(jī)床為了中小批量生產(chǎn)合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動(dòng)更換軸箱組合機(jī)床。(1) 自動(dòng)更換軸機(jī)床自動(dòng)更換軸機(jī)床頂部是回轉(zhuǎn)式軸箱庫(kù)，掛有多個(gè)不可調(diào)軸箱。縱橫配線盤(pán)予先編好工作程序，使相應(yīng)的軸箱進(jìn)入加工工位，定位緊并與動(dòng)力聯(lián)接，然后裝有工件的工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到軸箱下面，向上移動(dòng)進(jìn)行加工。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)，只要調(diào)換懸掛的軸箱，就能適應(yīng)不同孔型與不同工序的需要。(2)多軸轉(zhuǎn)塔機(jī)床轉(zhuǎn)塔上裝置多個(gè)不可調(diào)或萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)軸箱，轉(zhuǎn)塔能自動(dòng)轉(zhuǎn)位，并對(duì)夾緊在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。通過(guò)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)，可以加工工件的多個(gè)面。因?yàn)檗D(zhuǎn)塔不宜過(guò)大，故它的工位數(shù)一般不超過(guò) 4—6 個(gè)。且軸箱也不宜過(guò)大。當(dāng)加工對(duì)象的工序較多、尺寸較大時(shí)，就不如自動(dòng)更換軸箱機(jī)床合適，但它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。(3)自動(dòng)更換軸箱組合機(jī)床它由自動(dòng)線或組合機(jī)床中的標(biāo)準(zhǔn)部件組成。不可調(diào)主軸箱與動(dòng)力箱按置在水平底座上，軸箱庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)整個(gè)裝置緊固在進(jìn)給系統(tǒng)的溜板上。軸箱庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)與進(jìn)給動(dòng)作都按標(biāo)準(zhǔn)子程序工作。換軸箱時(shí)間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，以便加工工件的各個(gè)面。好果回轉(zhuǎn)工作臺(tái)配以卸料裝置，就能合流水生產(chǎn)自動(dòng)化。在可變生產(chǎn)系統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應(yīng)的控制器可以獲得完整的加工系統(tǒng)。(4) 數(shù)控八軸落地鉆床大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達(dá) 15000 個(gè)，它與支撐板聯(lián)接在一起加工?？讖綖?20 毫米，孔深 170 毫米。采用具有內(nèi)冷卻管道的麻花鉆，5－7 巴壓力的冷卻液可直接進(jìn)入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成 90°供自動(dòng)定心。它比普通麻花鉆耐用，且進(jìn)給量大。為了縮短加工時(shí)間，以 7 軸數(shù)控落地加工。1.4 鉆孔專(zhuān)用設(shè)備趨勢(shì)鉆孔專(zhuān)用設(shè)備生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，產(chǎn)品改型時(shí)設(shè)備損失少。而且隨著我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，鉆孔專(zhuān)用設(shè)備的范圍一定會(huì)愈來(lái)愈廣，加工效率也會(huì)不斷提高。1.5 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)1.5.1 組合機(jī)床的概述組合機(jī)床（transfer and unit machine）是以系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專(zhuān)用部件對(duì)一種或多種工件按預(yù)先確定的工序進(jìn)行切削加工的機(jī)床。兼有萬(wàn)能機(jī)床和專(zhuān)用機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)。通用零部件通常占整個(gè)機(jī)床零部件的 70％～90％，只需要根據(jù)被加工零件的形狀及工藝改變極少量的專(zhuān)用部件就可以部分或全部進(jìn)行改裝，從而組成適應(yīng)新的加工要求的設(shè)備。由于在組合機(jī)床上可以同時(shí)從幾上方向采用多把刀具對(duì)一個(gè)或數(shù)個(gè)工件進(jìn)行加工，所以可減少物料的搬運(yùn)和占地面積，實(shí)現(xiàn)工序集中，改善勞動(dòng)條件，提高生產(chǎn)效率和降低成本。將多臺(tái)組合機(jī)床聯(lián)在一起，就成為自動(dòng)生產(chǎn)線。組合機(jī)床廣泛應(yīng)用于需大批量生產(chǎn)的零部件，如汽車(chē)等行業(yè)中的箱體等。另外在中小批量生產(chǎn)中也可應(yīng)用成組技術(shù)將結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件歸并在一起，以便集中在組合機(jī)床上進(jìn)行加工。組合機(jī)床一般可完成的工藝范圍有：銑平面、刮平面、車(chē)端面、車(chē)錐面、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、倒角、切槽、以及加工螺紋、滾壓、拉削、磨削、拋光工序。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。組合機(jī)床一般用于加工箱體類(lèi)或特殊形狀的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車(chē)削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類(lèi)零件(如飛輪、汽車(chē)后橋半軸等)的外圓和端面加工。組合機(jī)床的通用部件按功能分為動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件 5 類(lèi)。動(dòng)力部件為機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主要有動(dòng)力箱（將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給主軸箱） 、切削頭（裝在各個(gè)主軸上，用于各單一工序的加工） 、動(dòng)力滑臺(tái)（用于安裝動(dòng)力箱或切削頭，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)） ；支承部件用以安裝動(dòng)力滑臺(tái)、帶有進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件，有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等；輸運(yùn)部件用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、分度鼓輪和往復(fù)移動(dòng)工作臺(tái)等；控制部件用以控制機(jī)床的自動(dòng)工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺(tái)等；輔助部件包括潤(rùn)滑、冷卻和排屑裝置等。根據(jù)配置型式，組合機(jī)床可分為單工位和多工位兩大類(lèi)。其中單工位組合機(jī)床按被加工面的數(shù)量又有單面、雙面、三面和四面 4 種，通常只能對(duì)各個(gè)加工部位同時(shí)進(jìn)行一次加工；多工位組合機(jī)床則有回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式、往復(fù)工作臺(tái)式、中長(zhǎng)立柱式和回轉(zhuǎn)鼓輪式 4 種，能對(duì)加工部位進(jìn)行多次加工。通用部件按功能可分為動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類(lèi)。1.5.2 組合機(jī)床的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)最早的組合機(jī)床于 1911 年在美國(guó)制成，用于加工汽車(chē)零件。1953 年，美國(guó)福特汽車(chē)公司和通用汽車(chē)公司與美國(guó)機(jī)床制造廠協(xié)商，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則。1973 年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）公布了第一批組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)。1975 年，中國(guó)第一機(jī)械工業(yè)部頒布了中國(guó)的第一批組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)。組合機(jī)床現(xiàn)代發(fā)展的方向主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：a、組合機(jī)床品種的發(fā)展重點(diǎn)。在組合機(jī)床這類(lèi)專(zhuān)用機(jī)床中，回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床和自動(dòng)線占有很重要的地位。因?yàn)檫@兩類(lèi)機(jī)床可以把工件的許多加工工序分配到多個(gè)加工工位上，并同時(shí)能從多個(gè)方向?qū)ぜ膸讉€(gè)面進(jìn)行加工，此外，還可以通過(guò)轉(zhuǎn)位夾具(在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)機(jī)床上)或通過(guò)轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)裝置(在自動(dòng)線上)實(shí)現(xiàn)工件的五面加工或全部加工，因而具有很高的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，被汽車(chē)、摩托車(chē)和壓縮機(jī)等工業(yè)部門(mén)所采用。b、自動(dòng)線節(jié)拍時(shí)間進(jìn)一步縮短。目前，以大批量生產(chǎn)為特征的轎車(chē)和輕型載貨車(chē)，其發(fā)動(dòng)機(jī)的年產(chǎn)量通常為 60 萬(wàn)臺(tái)左右，實(shí)現(xiàn)這樣大的批量生產(chǎn)，回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床和自動(dòng)線在三班運(yùn)行的情況下，其節(jié)拍時(shí)間一般為 20～30 秒，當(dāng)零件生產(chǎn)批量更大時(shí)，機(jī)床的節(jié)拍時(shí)間還要更短些。自動(dòng)線的短節(jié)拍，主要是通過(guò)縮短基本時(shí)間和輔助時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的。縮短基本時(shí)間的主要途徑是采用新的刀具材料和新穎刀具，以通過(guò)提高切削速度和進(jìn)給速度來(lái)縮短基本時(shí)間?？s短輔助時(shí)間主要是縮短包括工件輸送、加工模塊快速引進(jìn)以及加工模塊由快進(jìn)轉(zhuǎn)換為工進(jìn)后至刀具切入工件所花的時(shí)間。為縮短這部分空行程時(shí)間，普遍采用提高工件(工件直接輸送)或隨行夾具的輸送速度和加工模塊的快速移動(dòng)速度。目前，隨行夾具的輸送速度可達(dá) 60m/min 或更高些，加工模塊快速移動(dòng)速度達(dá) 40m/min。c、組合機(jī)床柔性化進(jìn)展迅速。十多年來(lái)，作為組合機(jī)床重要用戶(hù)的汽車(chē)工業(yè)，為迎合人們個(gè)性化需求，汽車(chē)變型品種日益增多，以多品種展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)已成為汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的特點(diǎn)之一，這使組合機(jī)床制造業(yè)面臨著變型多品種生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。為適應(yīng)多品種生產(chǎn)，傳統(tǒng)以加工單一品種的剛性組合機(jī)床和自動(dòng)線必須提高其柔性。組合機(jī)床的柔性化主要是通過(guò)采用數(shù)控技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。開(kāi)發(fā)柔性組合機(jī)床和柔性自動(dòng)線的重要前提是開(kāi)發(fā)數(shù)控加工模塊，而有著較長(zhǎng)發(fā)展歷史的加工中心技術(shù)為開(kāi)發(fā)數(shù)控加工模塊提供了成熟的經(jīng)驗(yàn)。由數(shù)控加工模塊組成的柔性組合機(jī)床和柔性自動(dòng)線，可通過(guò)應(yīng)用和改變數(shù)控程序來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀、自動(dòng)更換多軸箱和改變加工行程、工作循環(huán)、切削參數(shù)以及加工位置等，以適應(yīng)變型品種的加工。組合機(jī)床自動(dòng)線柔性化的迅速發(fā)展和節(jié)拍時(shí)間的日益縮短，充分顯示了 CNC 技術(shù)和刀具技術(shù)給組合機(jī)床自動(dòng)線帶來(lái)的巨大技術(shù)進(jìn)步，使柔性自動(dòng)線在多品種、大批量生產(chǎn)中成為重要的技術(shù)裝備。但在這里必須指出，在組合機(jī)床和自動(dòng)線實(shí)現(xiàn)柔性化發(fā)展的同時(shí)，加工中心高速化發(fā)展異常迅速。加工中心與組合機(jī)床的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。d、加工精度日益提高。特別自 70 年代中期以來(lái)，汽車(chē)制造業(yè)為增強(qiáng)其汽車(chē)的競(jìng)爭(zhēng)力，不斷地加嚴(yán)其發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵件的制造公差，并通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量和分析方法，以及通過(guò)設(shè)備能力檢驗(yàn)來(lái)提高其產(chǎn)品的質(zhì)量。這無(wú)疑是對(duì)組合機(jī)床和自動(dòng)線提出了更高的要求。組合機(jī)床制造廠為了滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)工件加工精度的高要求，除了進(jìn)一步提高主軸部件、鏜桿、夾具(包括鏜模)的精度，采用新的專(zhuān)用刀具，優(yōu)化切削工藝過(guò)程，采用刀具尺寸測(cè)量控制系統(tǒng)和控制機(jī)床及工件的熱變形等一系列措施外，目前，空心工具錐柄(HSK)和過(guò)程統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制(SPC)的應(yīng)用已成為自動(dòng)線提高和監(jiān)控加工精度的新的重要技術(shù)手段。e、綜合自動(dòng)化程度日益提高。近十年來(lái)，為進(jìn)一步提高工件的加工精度和減少工件在生產(chǎn)過(guò)程中的中間儲(chǔ)存、搬運(yùn)以及縮短生產(chǎn)流程時(shí)間，將工件加工流程中的一些非切削加工工序(如工序間的清洗、測(cè)量、裝配和試漏等)集成到自動(dòng)線或自動(dòng)線組成的生產(chǎn)系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)工件加工、表面處理、測(cè)量和裝配等工序的綜合自動(dòng)化。f、其它技術(shù)的應(yīng)用動(dòng)向。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的組合機(jī)床行業(yè)中，下列技術(shù)得到了較為廣泛的應(yīng)用。組合機(jī)床設(shè)計(jì)普及 CAD 技術(shù)在國(guó)外許多公司中，組合機(jī)床設(shè)計(jì)已普遍采用 CAD 工作站，在設(shè)計(jì)室?guī)缀鹾茈y見(jiàn)到傳統(tǒng)的繪圖板。CAD 除應(yīng)用于繪圖工作外，并在構(gòu)件的剛度分析(有限元方法)、組合機(jī)床及自動(dòng)線設(shè)計(jì)方案比較和選擇，以及方案報(bào)價(jià)等方面均已得到廣泛應(yīng)用，從而顯著地提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短了設(shè)計(jì)周期。加之國(guó)外許多公司在組合機(jī)床和自動(dòng)線組成模塊方面的系列化和通用化程度很高(一般達(dá) 90%以上)，使組合機(jī)床和自動(dòng)線的交貨期進(jìn)一步縮短。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(chǎng)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(guò)程，所采用的刀具及切削用量，生產(chǎn)率要求，現(xiàn)場(chǎng)所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國(guó)內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，制定出合理的工藝方案。根據(jù)被加工零件（渦輪箱體（一） ）的零件圖（圖 2.1） ，加工 4 個(gè)孔的工藝過(guò)程：(1) 加工孔的要技術(shù)要求。4 個(gè)直徑均為 Φ18mm。工件材料為 HT200，HB170-241HBS要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量 5 萬(wàn)件，2 班制生產(chǎn)，每班 6 小時(shí)，每年工作 300 天。(2) 工藝分析加工該孔時(shí)，孔的位置度公差為 0.05mm。根據(jù)組合機(jī)床的工藝方法及能達(dá)到的精度，可采用如下的加工方案：一次性加工通孔，孔徑為 Φ18mm。 (3) 定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇加工此零件上的孔，以上表面限制三個(gè)自由度和右端面限制三個(gè)自由度，位于中間的孔通過(guò)螺桿起到了很好的夾緊作用。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，由于工件是大批量生產(chǎn)，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)床方案的要依據(jù)。渦輪箱體（一）鉆孔的精度要求較高，可采用鉆孔組合機(jī)床。為了加工出表面粗糙度為 Ra1.6um 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)，被加工零件圖如圖 2.1 所示圖 2.1 渦輪箱體（一）(2) 被加工零件的特點(diǎn)這要指零件的材料、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(duì)機(jī)床工藝方案制度有著重要的影響。此渦輪箱體（一）的材料是 HT200、硬度HB170～241、孔的直徑為 Φ18mm。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(duì)工件影響可以不計(jì)。一般來(lái)說(shuō)，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)床適宜加工定位基準(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(zhǎng)工件。對(duì)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，工件較小，其孔分布較密集，主軸箱體積較大，一次鉆孔，選擇立式鉆床。(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 5 萬(wàn)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)床使用條件根據(jù)使用組合機(jī)床對(duì)車(chē)間布置情況、工序間的聯(lián)系、技術(shù)能力和自然條件等的要求來(lái)選擇適合的組合機(jī)床。綜合以上所述：通過(guò)對(duì)渦輪箱體（一）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(guò)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(duì)孔加工的工序余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。Φ18mm 的孔在鉆孔時(shí)，直徑上工序間余量均為 0.2mm。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，同一軸箱上的刀具軸可設(shè)計(jì)成同轉(zhuǎn)速和同的每轉(zhuǎn) 進(jìn)給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿(mǎn)足直徑的加需要，即：…………………………………2.112.inffnfv??式中： … ——各軸轉(zhuǎn)速（r/min）1、 2、 i——各軸進(jìn)給量（mm/r）12,.iff ——?jiǎng)恿_(tái)每分鐘進(jìn)給量（mm/min）vf由于渦輪箱體（一）鉆孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求等，按照經(jīng)濟(jì)地選擇滿(mǎn)足加工要求的原則，采用查表的方法查得：孔鉆頭直徑 D=18mm，進(jìn)給量f=0.2mm/r、切削速度 v=17m/min2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率根據(jù)選定的切削用量（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)） ；確定切削扭矩，用以確定軸及其它傳動(dòng)件（齒輪，傳動(dòng)軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇傳動(dòng)電動(dòng)（一般指動(dòng)力箱）功率，通過(guò)查表計(jì)算如下：切削力： =26 …………………………2.2FD8.0f6.HB=26×18× ×8.02.=4372N切削扭矩： =10 ………………………2.3T9.18.0f6.B=10× × ×1.980.82.=30463.4N·mm切削功率： = ……………………………2.4P/74TvD?=30463.4×17/(9740×3.14×18)=0.717kw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)渦輪箱體（一）的布氏硬度在 HB170-241，孔徑 D 為 18mm 刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W17Cr4V） ，為了使工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、刃磨簡(jiǎn)單，選擇標(biāo)準(zhǔn) Φ18mm 的麻花鉆?？准庸さ毒叩拈L(zhǎng)度應(yīng)