四軸頭多工位同步鉆床設(shè)計(jì)

1、目錄第1章 機(jī)床的地位及其發(fā)展簡(jiǎn)史1.1 機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的地位及其發(fā)展簡(jiǎn)史1.2 組合機(jī)床的國(guó)內(nèi)、外現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)內(nèi)組合機(jī)床現(xiàn)狀1.2.2 國(guó)外組合機(jī)床現(xiàn)狀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1.3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容1.3.3 設(shè)計(jì)要求第2章 鉆攻柴油機(jī)箱體端面螺紋孔專用機(jī)床總體設(shè)計(jì)2.1 組合機(jī)床方案的制定2.1.1 制定工藝方案2.1.2 確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案。2.2 確定切削用量及選擇刀具2.2.1 確定工序間余量2.2.2 選擇切削用量2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)2.3 四軸頭多工位同步鉆床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制2

2、.3.1 被加工零件工序圖2.3.2 加工示意圖2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖2.3.4 生產(chǎn)率計(jì)算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2.4.2 主軸、齒輪模數(shù)的選擇2.4.3 多軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì)2.4.4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖2.4.5 傳動(dòng)零件的校核2.5 確定機(jī)械重塊平衡機(jī)構(gòu)第1章 機(jī)床的地位及其發(fā)展簡(jiǎn)史 1.1 機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的地位及其發(fā)展簡(jiǎn)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

3、精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法來(lái)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(guò)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。如果沒(méi)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。機(jī)床是人類在長(zhǎng)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，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(lái)，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)

4、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。1.2 組合機(jī)床的國(guó)內(nèi)、外現(xiàn)狀世界上第一臺(tái)組合機(jī)床于1908年在美國(guó)問(wèn)世，30年代后組合機(jī)床在世界各國(guó)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?，F(xiàn)代制造工程從各個(gè)角度對(duì)組合機(jī)床提出了愈來(lái)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(guó)內(nèi)組合機(jī)床現(xiàn)狀我國(guó)加入wto以后，制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

5、、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(duì)策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢(shì)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(zhǎng)了10%以上，可見(jiàn)行業(yè)企業(yè)運(yùn)營(yíng)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(duì)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(guó)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(kāi)始向數(shù)控化、柔性化轉(zhuǎn)變。（2）組合機(jī)床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)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

6、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(guó)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(duì)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、鏜孔等。組合機(jī)床的分類繁多，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(lái)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。1.2.2 國(guó)外組

7、合機(jī)床現(xiàn)狀80年代以來(lái)，國(guó)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(shì)是：(1)發(fā)展柔性技術(shù)80年代以來(lái),國(guó)外對(duì)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;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。(2)發(fā)展綜合自動(dòng)化技術(shù)汽車工業(yè)的大發(fā)展,對(duì)自

8、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。 (3)進(jìn)一步提高工序集中程度國(guó)外為了減少機(jī)床數(shù)量,節(jié)省占地面積,對(duì)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(kù),通過(guò)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(guò)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)的

9、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使我們?cè)跀M定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)方案過(guò)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(shù)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(guò)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(duì)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

10、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(rùn)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(shuō)明書(shū)1.3.3 設(shè)計(jì)要求評(píng)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(lái)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(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)上才有競(jìng)爭(zhēng)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。第2章 鉆攻柴油機(jī)箱體端面螺紋孔專用機(jī)床總體設(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

11、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)被加工被零件（減速箱箱蓋）的零件圖，加工八個(gè)螺栓孔的工藝過(guò)程。1加工孔的主要技術(shù)要求。加工8個(gè)m10的螺紋孔。表面粗糙度ra3.2um.孔的位置度公差為0.3mm工件材料為ht200，hb1752552工藝分析加工該孔時(shí)，除粗糙度要求外（ra3.2um），孔的位置度公差為0.3mm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。 鉆

12、攻螺紋 返絲3定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇加工此箱蓋的孔，以底面的三個(gè)支承點(diǎn)限制和、三個(gè)自由度，位于右邊上的兩個(gè)支承點(diǎn)限制了和自由度，位于前面上的一個(gè)支承點(diǎn)限制一個(gè)自由度。這樣工件的6個(gè)自由度被完全限制了。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(méi)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)。箱蓋加工孔的精度要求不高，可采用多工位組合機(jī)床，工件各孔間的位置精度為0.3mm,它的位置精度要求不是很高，安排加

13、工時(shí)可以在下一個(gè)安裝工位上對(duì)所有孔進(jìn)行最終精加工。為了加工出表面粗糙度為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)力置進(jìn)給采用液壓系統(tǒng)，人工夾緊。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(duì)機(jī)床工藝方案制度有著重要的影響。此箱蓋的材料是ht200、硬度hb175-255、孔在長(zhǎng)度方向的距離是100mm、在寬度方向的距離是190mm、孔的直徑為10mm。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)。此零件的加工特點(diǎn)是中心線與定位

14、基準(zhǔn)平面是垂直的，并且定位基準(zhǔn)面是水平的?？椎姆植挤秶侵本€形狀，工件比較長(zhǎng)，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.機(jī)床使用條件通過(guò)對(duì)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(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，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

15、，應(yīng)適當(dāng)加大余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。10mm的孔在鉆孔后攻螺紋，直徑上工序間余量1.01.5mm。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。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） 動(dòng)力滑臺(tái)每分鐘進(jìn)給量（mm/min）由于箱蓋孔的加工精度、工件材料、

16、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=9mm,鑄鐵hb175255、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(guò)查表計(jì)算如下：布氏硬度：hb =hbmin(hbmaxhbmin) =255(255175) =228.33切削力：=26 =269 =1071.79 n

17、切削扭矩：=10 =1091.9 =3274.45 nmm切削功率：= =3274.4515/(97403.149) =0.164 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(nmm) v切削速度（m/min） p切削功率(kw)2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)箱蓋的布氏硬度在hb175255，孔徑d為10mm，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(jiǎn)單、刃磨簡(jiǎn)單，選擇標(biāo)準(zhǔn)9的麻花鉆?？准庸さ毒叩拈L(zhǎng)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3050mm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 四軸

18、頭多工位同步鉆床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制 “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(shuō)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。箱蓋用四軸頭多工位組合

19、機(jī)床的被加工零件工序圖如22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(duì)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)?，?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(hào)、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。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(guò)程，刀具的布置以及工件、夾具、刀具的相對(duì)位置關(guān)系，機(jī)床的工作行程及工作循

20、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)。圖23為箱蓋上8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(zhǎng)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。2.3.3 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(lái)說(shuō)，組合機(jī)床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件動(dòng)力箱、動(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(rùn)滑、排屑系統(tǒng)組合而成。聯(lián)系尺

21、寸圖用來(lái)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(duì)位置及尺寸聯(lián)系是否滿足要求，聯(lián)系尺寸圖也可以看成是簡(jiǎn)化的機(jī)床總圖，它表示機(jī)床的配置型式及總體布局。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(hào)、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(hào)、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(zhǎng)度和加工精度等因素來(lái)選用合適的滑臺(tái)。1）驅(qū)動(dòng)形式的確定 根據(jù)對(duì)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

22、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=41071.79=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(wú)級(jí)調(diào)速，對(duì)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0.51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=nf=47.8mm/min。所以選擇hy25ia液壓滑臺(tái)，工作進(jìn)給速度范圍32800mm/min，快速速度12m/min。4）確定滑

23、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l156+20+40=236mm，取l250mm。綜合上述條件，確定液壓動(dòng)力滑臺(tái)型號(hào)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(lái)選用，在多軸箱沒(méi)有設(shè)計(jì)之前，可算40.1640.80.82kw式中：多軸箱傳動(dòng)效率，加工黑色金屬時(shí)0.80.9；有色金

24、屬時(shí)0.70.8，本系統(tǒng)加工ht200，取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(hào)為y100l6b5的1td25ia型動(dòng)力箱，電動(dòng)機(jī)功率1.5kw，驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為520r/min,動(dòng)力箱輸出軸至箱底面高度為125mm。（3）y軸液壓滑臺(tái)的選用工件質(zhì)量計(jì)算 v=42024010(21602340)1030 =1.30810-3m3 m = v=7.01031.30810-3 =9.156kg磨擦系數(shù)：f=0.070.12取f=0.1f=fn=0.1mg=0.19.15610=9.156n由于工作臺(tái)和夾具還未設(shè)計(jì)，初選滑臺(tái)時(shí)進(jìn)給力大于9.156n，由

25、于工件長(zhǎng)寬為420240mm,選擇液壓滑臺(tái)hy32ia型2、配套支承部件的選用立柱1cl25型，立柱底座1cd253、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h5801060mm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可按下式確定：b=b+2b1=190+2100=390mm h=

26、h+h1+b1=100+100+100=300mm式中：b工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔的距離 b1最邊緣主軸中心距箱外壁的距離，一般取b170100mm h工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離 h1最低主軸高度h185140mm。取h1=100mm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bh=400320mm。2.3.4 生產(chǎn)率計(jì)算生產(chǎn)率計(jì)算卡是反映所設(shè)計(jì)機(jī)床的工作循環(huán)過(guò)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(guò)生產(chǎn)率計(jì)算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對(duì)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 = 226/47.8215/478 =

27、1.151 min式中：t切機(jī)加工時(shí)間（min） l工進(jìn)行程長(zhǎng)度（mm） vf 刀具進(jìn)給量（mm/min） t停死擋鐵停留時(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)515 r所需要時(shí)間。這里取15r 輔助時(shí)間 t輔 = +t移+t裝 = （150176）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(zhǎng)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0.050.13min,取0.1 min t裝 裝卸工件時(shí)間（min）一般為0.51.5min,取1.5min機(jī)床生產(chǎn)率 q1 = 60/t單 = 60/（

28、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 = q1/q100% = q1tk/a100% =21.391950/60000100% =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 =1950h2.4 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27所示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(duì)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(duì)位置尺寸。主軸部為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（面對(duì)主軸看）。主軸的工序內(nèi)容，切削

29、用量及主軸尺寸及動(dòng)力部件的型號(hào)和性能參數(shù)如表 26所示表26 主軸外尺寸及切削用量軸號(hào)主軸外伸尺寸工序內(nèi)容切削用量d/dln（r/min）v(m/min)f(mm/r)vf(mm/min)1、2、3、432/20115鉆9478150.147.82.4.2 主軸、齒輪模數(shù)的選擇本組合機(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=(3032)=32=1.76 式中：m估算齒輪模數(shù) p齒輪所傳遞率（kw） z對(duì)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=22.4.3 多軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì)（1）擬定傳動(dòng)路線 將主軸1、4作為一組

30、，看成直線分布，在兩主軸中心連線的垂直平分線上布置中心傳動(dòng)軸5,同樣把主軸2、3作為一組,由轉(zhuǎn)動(dòng)軸6帶動(dòng)。油泵軸7用中心傳動(dòng)軸5驅(qū)動(dòng)。然后，將傳動(dòng)軸6、7與驅(qū)動(dòng)軸o連接起來(lái)，形成多軸箱的傳動(dòng)系統(tǒng)如圖210所示。（2）畫出驅(qū)動(dòng)軸、主軸坐標(biāo)位置。如下表：表27 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4x175095959595y094.51801808080（3）確定傳動(dòng)軸位置及齒輪齒數(shù)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(cè)知，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/m

31、1+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）確定傳動(dòng)軸5、6與主軸1、4；2、3間的齒輪副齒數(shù)在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)裝置時(shí)，常采用的傳動(dòng)比分配原則有：等效傳動(dòng)慣量最小原則、質(zhì)量最小原則和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則三種。對(duì)于鉆床要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、啟動(dòng)頻繁和動(dòng)態(tài)性能好的降速傳動(dòng)鏈，可按等效傳動(dòng)慣量最小原則設(shè)

32、計(jì)。由于主軸1、4；2、3關(guān)于y軸對(duì)稱，傳動(dòng)軸在主軸1、4的連線的中垂線上，取傳動(dòng)軸5的坐標(biāo)為（65，130），則驅(qū)動(dòng)軸與傳動(dòng)軸5的軸心距為a0-5=a0-6=74.062mm,傳動(dòng)軸5與主軸1、2的軸心距為a5-1=a5-2=58.31mm，a6-2=a6-3=a5-1。總傳動(dòng)比：i總=520/478=1.088根據(jù)等效傳動(dòng)慣量最小原則 則：a0-5=m1/2(z0+z5) z5/z0=1.19 解得： z0=23 z5=27又因?yàn)閦從=2a/m2-z主，m2=2，所以傳動(dòng)軸5與主軸1或4間傳動(dòng)軸副的齒數(shù)和為58，i5-1=i總/i0-5=1.088/1.19=0.914z5+z1=58z1

33、/z5=0.914解得：z1=28z5=303) 確定油泵軸7的確定油泵軸7直接由傳動(dòng)軸5上的30齒的齒輪驅(qū)動(dòng)。r121a液壓泵推薦轉(zhuǎn)速為n=550800r/min,中心傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n5=i5-1n1=0.914478=436.892r/min.因此傳動(dòng)軸比i5-7=436.892/(550800)=0.5460.794. 則：油泵軸齒輪齒數(shù)為z7=z5i5-7=30（0.5460.794）=1723 取z7=20油泵的理論轉(zhuǎn)速為n7=n5z5/z7=436.89230/20=655.338r/min油泵軸7與傳動(dòng)軸5的軸距為a5-7=m(z5z7)/2=2(30+20)/2=50mm液壓泵軸也

34、安排在中心軸1、4的連線的中垂線上，與傳動(dòng)軸5、6在同一截面，則液壓泵軸7的坐標(biāo)軸為（15，130）。各傳動(dòng)軸的坐標(biāo)見(jiàn)表28所示表28 傳動(dòng)軸的坐標(biāo)值傳動(dòng)軸編號(hào)軸5軸6軸7（xi,yi）(65,130)(65,130)(15,130)各傳動(dòng)副的中心距及其齒輪齒數(shù)見(jiàn)表29表29 傳動(dòng)副的中心距（mm）及其齒輪齒數(shù)軸距代號(hào)a0-5、a0-6a5-1、a5-4、a6-2、a6-3a5-7中心距值74.0658.3150主動(dòng)輪z23303000.1550.155從動(dòng)輪z2728200.31300各傳動(dòng)齒輪的尺寸如表210所示表210 各齒輪的尺寸(單位mm)齒數(shù)z齒底圓直徑df分度圓直徑d齒頂圓直徑d

35、a第排z5、63055.626064.62z1、2、3、428515660z720354044第排zo2361.56975z5、62771.6228185.124注：所有傳動(dòng)齒輪寬度為37mm4）驗(yàn)算主軸的轉(zhuǎn)速 使各主軸轉(zhuǎn)速的相對(duì)轉(zhuǎn)速損失在5%以內(nèi)。n1、2、3、4=520=474.6r/min2.4.4 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(lái)，繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動(dòng)示意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

36、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5，由它驅(qū)動(dòng)的有主軸1、4和液壓泵軸7。主軸扭矩：t1=t4=3274.45nmm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(wú)泄漏狀態(tài)，即：pq=t式中：p液壓泵的壓力n/ q液壓泵的排量m3/s t輸入扭矩nm 輸入角速度rad/s單位換算：p=0.3mpa=0.3106pa n =655.338r/min=10.9223r/s q=5.8810.9

37、223=64.22ml/r=64.2210-6m3/s =2n/60=23.14655.338/60 =68.56rad/s代入公式：pq=t 64.2210-60.3106=68.56t7 解得：t7=280nmmt5=t1/i5-1+t4/i5-4+t7/i5-7=23274.45/0.914+280/0.667=7584.89nmm根據(jù) d=b=2.316=21.6mm30mm因此傳動(dòng)軸5、6是符合要求的。（2）齒輪模數(shù)的驗(yàn)算對(duì)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=229286，平均值240hb。設(shè)使用

38、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(guò)程中所要見(jiàn)的表和圖在機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)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hlim 由圖12.17c得 hlim =410mpa齒輪5的圓周速度v5 v5=1.37m/s精度等級(jí) 選9級(jí)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)kh 由表12.10先求 ft=2t5/d5=27584.89/60=252.83n kaft/b=1.1252.83/37=7.52n/m

39、m100n/mm =1.883.2(+)cos (=0) =1.883.2(+) =1.67 z=0.88由此得kh=1.29齒向載荷分布系數(shù)kh 由表12.11知 kb=a+b1+0.6（）2（）2+c10-3b =1.17+0.161+0.6(37/60)2 (37/60)2+0.6110-337 =1.28載荷系數(shù)k k=kakvkhkh =1.11.241.291.28 =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=1036580.39=11481.6h應(yīng)力循環(huán)次數(shù)nl1=60n5th = 603436.89211481.6 =9.03108 nl2=60n1th =60147811481.6 =3.2108接觸壽命系數(shù)zn 由圖12.18 zn1=1.14 zn2=1.24許用接觸應(yīng)力h h1= =373.92mpa h2= =406.7mpa驗(yàn)算 h=zezhz =189.82.620.88 =301.95mpa373.92 mpa計(jì)算表明：接觸疲勞強(qiáng)度是合適是，齒輪尺寸無(wú)須調(diào)整。齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算重合度系數(shù)y y= 0.25+0.75/=0.25+0.75/1.