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三軸并聯(lián)銑床的功能仿真器
米洛斯Glavonjic和德拉甘米盧蒂諾維奇和莎莎Zivanovic
收稿日期：2007年7月12日 接稿日期：2008年6月27日 發(fā)表時間：2008年7月24日
施普林格出版社有限公司2008年倫敦
摘要：盡管許多實驗室，許多人以并聯(lián)機(jī)床的運動機(jī)為研究和發(fā)展的主題，，不幸的是，至今還是沒有個人有一定的成就。因此,利用低成本的但是功能強(qiáng)大的模擬器模擬三軸聯(lián)動銑床來獲取基本經(jīng)驗。這個想法是基于這樣的模擬器可以由傳統(tǒng)的三軸數(shù)控機(jī)床的控制驅(qū)動基礎(chǔ)上進(jìn)行的。本文描述了一個包括相應(yīng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，運動學(xué)建模和編程算法的選擇模擬器的發(fā)展過程。功能模擬器的想法已經(jīng)被充分驗證在標(biāo)準(zhǔn)化操作條件下，使得一些軟材料試件加工成功。
關(guān)鍵詞：并聯(lián)機(jī)床； 功能仿真器；模擬和測試
1簡介
在當(dāng)今世界上，教育和培訓(xùn)具有戰(zhàn)略上的重要性，特別是在技術(shù)和科學(xué)學(xué)科。這也適用于并行結(jié)構(gòu)機(jī)研究和開發(fā)這個世界性的話題。對并聯(lián)機(jī)床的基本知識的已經(jīng)出版很多書，許多不同的并行機(jī)制，3至6個自由度，包括三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)平移正交，也有使用。今天，不幸的是，研究機(jī)構(gòu)，大學(xué)實驗室，和企業(yè)絕大多數(shù)沒有并聯(lián)機(jī)床。究其原因，很明顯，是教育和培訓(xùn)的新技術(shù)，如個人知識管理，成本高。為了有助于實現(xiàn)在造型，設(shè)計，控制，編程實踐經(jīng)驗的收購，以及個人知識管理，降低成本，可以使用新提出的三軸并聯(lián)銑床功能仿真器來實現(xiàn)。這個想法是基于這樣的模擬器可以由傳統(tǒng)的3軸數(shù)控機(jī)床的控制驅(qū)動基礎(chǔ)上進(jìn)行的。作為傳統(tǒng)的三軸數(shù)控機(jī)床的軸是相互正交，不同的三自由度正交平移關(guān)節(jié)空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，可用于生成模擬器。本文描述了模擬器發(fā)展，包括相應(yīng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，運動學(xué)建模和編程算法的選擇程序。功能模擬器應(yīng)經(jīng)被驗證了在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化操作條件下成功加工一些軟質(zhì)材料。
2模擬器的概念
根據(jù)現(xiàn)在的知識,以系列運動機(jī)器和可用的資源為其程序,模擬器看作一種混合的三軸驅(qū)動傳統(tǒng)數(shù)控銑床空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)。其中的一種功能仿真器的概念，如圖1所示。
完全平行的三自由度不斷支撐關(guān)節(jié)的長度和線性驅(qū)動機(jī)制，由傳統(tǒng)的三軸數(shù)控機(jī)床的控制。這個機(jī)制是基于線性三角，但與正交的線性驅(qū)動關(guān)節(jié)，促進(jìn)其用XM，YM和水平或垂直軸系列運動機(jī)ZM連接。通用平臺，始終保持與基地的同時，使主軸在三個不同的正交XP中。在圖一中,始終如一的平行與地平行,使主軸的位置在三個不同的正交XP,YP,?ZP方向。在論文中。一些可能的配置的機(jī)制、其中的一個平臺被選中,因為它使便于安裝并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)器在XM軸上。
其中的2個自由度被用來減少來自XM和YM軸的震動,除了選擇和調(diào)整引擎的機(jī)理與所選擇的串行機(jī),下面的過程，模型，算法，以及軟件必須定義和發(fā)展:
-對并聯(lián)機(jī)構(gòu)——運動造型,即直接運動學(xué)、矩陣, 運動學(xué)和奇異性分析模型
-模擬工作空間分析和適當(dāng)?shù)脑O(shè)計參數(shù)的選擇
-模擬器的設(shè)計制造
3模擬器的機(jī)制作用
同時作為垂直和水平三軸數(shù)控機(jī)床的串行正交和驅(qū)動仿真器的軸，是最好的，如果三個自由度空間并聯(lián)，模擬器的機(jī)制以及正交平移的關(guān)節(jié)。與串行數(shù)控機(jī)床的軸耦合，這將是必不可少的，在一般情況下，至少有一個兩個自由度被動的去耦串聯(lián)機(jī)構(gòu)。數(shù)控機(jī)床模擬器與移動刀架和工作臺的是最方便的。在這樣的概念下兩三個軸的耦合，使其中一個自由度串聯(lián)他們的去耦和被動的模擬器驅(qū)動機(jī)制就足夠了。
如果沒有橫向和縱向的3軸數(shù)控機(jī)床運動結(jié)構(gòu)的劃分，有三自由度正交平移關(guān)節(jié)，考慮和模擬器使用空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的一些例子，如圖2，他們的工作區(qū)的形狀也顯示在圖中。
該機(jī)制類似于上面的例子，在圖所示，基本運動學(xué)的概念差異問題是可以解決的。自由度被動串行，用于分離駕駛一系列數(shù)控機(jī)床軸運動機(jī)制的例子如圖所3示。在一些系列數(shù)控機(jī)床的概念中，其軸線可直接用作模擬的并行機(jī)制平移關(guān)節(jié)。在這種情況下，模擬器的一般概念的基礎(chǔ)上，如圖所示機(jī)制就可能被簡化了。
圖4顯示了沒有自己的關(guān)節(jié)并聯(lián)機(jī)構(gòu)簡化模擬器的例子。數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動是一個臥式加工中心。相應(yīng)的機(jī)械接口連接與分離軸加工中心聯(lián)合組成一個平行四邊形。兩自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)加工中心分離出來Y和Z軸。
圖5顯示了一個簡化的立式數(shù)控銑床與兩個耦合軸模擬器的設(shè)計。模擬器的機(jī)制有一個自己的移動式，聯(lián)合兩自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)也是垂直軸數(shù)控銑床脫鉤使用方法。
4模擬器造型的例子
圖一中對模擬器詳細(xì)的運動學(xué)分析是以圖六中的幾何模型為基礎(chǔ)的，由于機(jī)械本身特有的性質(zhì)，平臺和底座是平行的，因此，圖一中的每個空間平行四邊形由支柱表示。
連接底座和平臺的坐標(biāo)構(gòu)架{P}和{B}是平行的，同時平行于參考系列機(jī)器協(xié)調(diào)框架{ M }，這使得整個模擬器造型歸于普通化。這意味著分離并聯(lián)機(jī)構(gòu)的造型本身是可行的，并且不考慮其安裝在水平還是垂直的系列機(jī)器上，也不考慮其在平臺上的軸的位置。構(gòu)架{B}和{P}中的向量V分別用Bv 和 Pv.表示。
模擬器參數(shù)定義的向量：
移動平臺上的連接中心之間的中心點Ci的位置向量在構(gòu)架{P}被定義為PPCi;（i=1，2，3）
工具末端的位置向量在構(gòu)架{P}中被定義為PPT ; [xTP yTP zTP]t , where zTP=-h.
模擬器的驅(qū)動軸參考點Ri的位置向量被定義為BPRi; （i=1，2，3 ）連接坐標(biāo)向量
L=[l1 l2 l3]T, ,l1,l2, 和l3是系列CNC機(jī)器在lmin ≤li≤ lmax范圍內(nèi)提供動力和控制的標(biāo)量變數(shù)，而Bai是單位向量，,和領(lǐng)域坐標(biāo)向量：代表工具末端已編制好的位置向量，而代表平臺的位置，即連接在上面的坐標(biāo)構(gòu)架{P}的原操作。由于坐標(biāo)構(gòu)架{B}和{P}總是平行的，所以這兩個向量之間的關(guān)系是很明顯的，即
(1)
其它向量和參數(shù)的定義如圖六所示，其中Bwi和Bqi是單位向量，而C是相互連接的平行四邊形的固定長度。模擬器連接坐標(biāo)向量和 系列機(jī)器連接坐標(biāo)之間的關(guān)系如圖六所示，是
根據(jù)圖六中幾何關(guān)系，得出下列等式：
等式4中等號兩邊加以平方得出：
在等式3中應(yīng)用
運動學(xué)造型便被簡化。為了滿足這個要求，人們已經(jīng)找到了具體的方法，即設(shè)置參考點Ri，
通過替代等式5中的機(jī)械參數(shù)，得到三個等式的方程組：
由這個方程組又得出：相反的運動學(xué)等式如
和直接運動學(xué)等式如
由以上等式得出：
如上所提，通過調(diào)整模擬器的機(jī)械參數(shù)，等式6，相反和直接運動學(xué)的解大大被簡化了。為了滿足等式6中的條件，采用了六根指示長度的校準(zhǔn)支柱，如圖七，應(yīng)用通過校正支柱長度而得出的相反和正運動學(xué)解，定義了sliders（不知道啥意思） Si, (i=1, 2, 3)的參照點位置，并通過校準(zhǔn)plain環(huán)固定，如圖七。
4.1 分析運動學(xué)的正解和逆解
分析逆運動學(xué)方差解，等式8，在給定平臺位置的情況下，不同的平行機(jī)械構(gòu)造有：
基本構(gòu)造，圖2a，在等式8中，在平方根之前的所有符號都是負(fù)號
可供選擇的構(gòu)造之一，圖2b，在等式8中，在平方根之前所有符號都是正的
其它可能的機(jī)械構(gòu)造，在等式8中，在平方根之前的符號是正負(fù)號用相同的方法，通過對運動學(xué)正解分析，等式9，在驅(qū)動軸位置給定的情況下，建立不同的平行機(jī)械構(gòu)造：
基本構(gòu)造，圖2a，和實際情況一致，在等式9中，在平方根之前是正號
供選擇的構(gòu)造，圖2c和d，在等式9中，在平方根之前是負(fù)號，根據(jù)驅(qū)動系列機(jī)器的結(jié)構(gòu)可通過不同的方法實現(xiàn)圖2所示的基本的和供選擇的構(gòu)造。
4.2 雅可比矩陣和異常分析
鑒于PKM異常關(guān)系重大，這個問題已被細(xì)致分析，如圖2a中顯示的機(jī)械變型，這種機(jī)械變型可用來發(fā)展水平機(jī)器中心的模擬器，如圖1?？紤]時間的情況下區(qū)分等式8，得到的雅可比矩陣為：
由于方程組7中的等式有連接和領(lǐng)域坐標(biāo)的功能，根據(jù)它們的區(qū)別也可以得出雅可比矩陣：
其中
是正逆運動學(xué)的雅可比矩陣，用這種方法，可以識別出三種不同形式的異常，比如，正逆運動學(xué)異常和聯(lián)合異常。
仔細(xì)分析雅可比矩陣的決定因素，
正逆運動學(xué)異常和聯(lián)合異常是顯而易見的。
通過適當(dāng)?shù)拿枋龊偷仁?，圖8中顯示了可能的模擬器異常構(gòu)造，從圖8中可以看出，所有的異常都處在理論上可獲得工作空間的臨界上，所以，通過足夠的設(shè)計解答和或機(jī)械限制可以輕松地避免這些異常，這就意味著可獲得的模擬器工作空間要比理論上的工作空間要小，理論上工作空間的界線是在半徑C的汽缸上，而半徑C的軸是從逆運動學(xué)等式8中得出的XB, YB, ?ZB，同時半徑C的范圍是以圖8中的OB為中心的。
5 模擬器的實例
大家都知道，除了要選擇合適的運動學(xué)布局，選擇正確的幾何維度也是非常重要的，因為要考慮已定的用途，這是個困難的工作，開發(fā)PKM的設(shè)計工具仍然需要研究，調(diào)整圖1、4和5中的模擬器設(shè)計參數(shù)是為了在可用CNC機(jī)器運作效果的基礎(chǔ)上獲得更多的模型和工作空間維度，其中制造的模擬器就是配給CNC機(jī)器的，這個程序必須要進(jìn)行重復(fù)，因為在選擇基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)時，要考慮機(jī)構(gòu)因素可能的干擾和det(J) 與 det(J?1)決定因素的重要性（等式14、15和16中涉及）。
在圖6中模擬器變型的幾何模型中，可以看到工作空間維度主要受到平行四邊形長度C的影響，同時要達(dá)到圖8中D3, D3I2, 和 D3I1異常得出的機(jī)械距離。
對于配備模擬器的可用CNC機(jī)器，要用重復(fù)的程序?qū)ζ叫兴倪呅伍L度C和坐標(biāo)（l1,2,3min l1,2,3max）的重要結(jié)合進(jìn)行分析，在每次重復(fù)過程中，要注意潛在的設(shè)計限制、干擾以及det(J) 與 det(J?1)的重要性，即異常產(chǎn)生的距離。
用這種方法得到的參數(shù)在圖9中模擬器原型的詳細(xì)設(shè)計中得到輕微的糾正，長度C=850 mm、l1,2,3min=200 mm和l1,2,3max=550 mm的平行四邊形的形狀、體積和可獲得工作空間的位置如圖2a所示。
在采用這種構(gòu)想和設(shè)計參數(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)造了頭兩個模擬器，如圖9、10所示。
6 模擬器編程和測試
在PC平臺上以CAD–CAM environment標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)模擬器編程系統(tǒng)（圖11），幾何工作空間模型可以和其它系統(tǒng)交換，并且可以模仿工具軌跡，線性插值工具軌跡是從CL文件標(biāo)準(zhǔn)。
模擬器使用者可以選擇其它方式也能畫出工具軌跡，系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分是由developed and implemented postprocessor組成的，并且不用后處理器發(fā)電機(jī)，后處理器包括正逆運動學(xué)（inverse and direct kinematics）、模擬器設(shè)計參數(shù)和模擬器工具途徑的運算法則（圖12），模擬器工具途徑線性化是必要的，因為CNC機(jī)器線性插值是被當(dāng)做模擬器聯(lián)合坐標(biāo)插值使用的，這樣的話，模擬器的工具軌跡仍在先定半徑的偏差范圍之內(nèi)，先定半徑是CL文件中點Tj?1 和點 Tj之間，對于以這種方式獲得數(shù)控機(jī)床長節(jié)目傳送到數(shù)控機(jī)床，可以在空閑的模擬器運行驗證。對軸的運動范圍已經(jīng)在處理器上檢查了。
該模擬器在這個階段的測試包括：核查的程序和通信系統(tǒng)，切割加工各種試件測試（圖13）。
7結(jié)束語
為了有助于實現(xiàn)在造型，設(shè)計，控制，編程實踐經(jīng)驗的收購，以及降低個人知識管理的成本，提出了三軸并聯(lián)銑床功能仿真。所開發(fā)的三維并聯(lián)數(shù)控銑床功能仿真器作為混合系統(tǒng)，現(xiàn)有的技術(shù)設(shè)備（數(shù)控機(jī)床的CAD - CAM的硬件和軟件）和并聯(lián)機(jī)制，為全面和復(fù)雜的教學(xué)提供了設(shè)施。關(guān)于功能模擬器的想法，為驗證一些軟質(zhì)材料在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化測試操作條件下作出成功的決策。這個想法可能會進(jìn)一步用于模擬器的決策。致謝由塞爾維亞科技部支持，并提出的尤里卡計劃3239工作。
8
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）
設(shè)計（論文）題目：蝸桿減速器箱體右面3孔鉆孔組合機(jī)床的總體及夾具設(shè)計
學(xué) 院 名 稱： 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)：
班 級：
姓 名： 學(xué) 號
指 導(dǎo) 教 師： 職 稱
定稿日期： 年 月 日
摘 要
應(yīng)用組合機(jī)床加工大批量零件，快捷高效，生產(chǎn)效率高是機(jī)械加工的發(fā)展方向。本次畢業(yè)設(shè)計的題目是“減速器箱體加工專用機(jī)床設(shè)計—鉆3-M6底孔組合機(jī)床設(shè)計”。在工藝制定過程中，通過批量的進(jìn)行鉆底孔的加工方案，并尋求最佳的工藝方案，借此說明了工藝在生產(chǎn)過程中的重要性。本人的設(shè)計的主要內(nèi)容是：進(jìn)行了機(jī)床總體布局設(shè)計；對機(jī)床的進(jìn)給和傳動部分進(jìn)行了設(shè)計；結(jié)合實例，介紹了夾具設(shè)計方法；通過此設(shè)計，本機(jī)床完全能滿足設(shè)計要求，與傳統(tǒng)的機(jī)床相比，本機(jī)床具有自動化程度高，生產(chǎn)率高，精度高等優(yōu)點。?
關(guān)鍵詞：組合機(jī)床；鉆底孔；夾具設(shè)計；手動
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英文摘要
Abstract
Application of combined high-volume machining parts, high efficiency, high productivity is the development direction of machining. The topic of this graduation design is a "design machine tools for processing the pump body bottom hole drilling 5-M10 modular machine tool design". Making process in the process, with a mass of bottom hole drilling processing scheme, and to seek the best technology solutions, which illustrates the importance of process in the production process. The main content of my design is: on the overall layout of machine tools; on the machine feed and transmission parts of the design; combined with the example, introduces the fixture design method; with this design, this machine can meet the design requirements, compared with traditional machine, this machine has high automation, high productivity, advantages higher accuracy.
Key Words: modular machine tool; drilling bottom hole; fixture design; manual
l
目錄
目 錄
1 緒論 1
1.1 組合機(jī)床的簡介 1
1.2本課題國內(nèi)外研究概況 2
2 組合機(jī)床的總體設(shè)計 4
2.1 組合機(jī)床方案的制定 4
2.1.1 制定工藝方案 4
2.1.2 確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案 4
2.2 確定切削用量及選擇刀具 6
2.2.1 確定工序間余量 6
2.2.2 選擇切削用量 6
2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率 7
2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 7
2.3 鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計“三圖一卡”的編制 7
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)系尺寸圖 14
2.3.4 生產(chǎn)率計算卡 16
3 鉆孔夾具設(shè)計 19
3.1 研究原始質(zhì)料 19
3.2 定位、夾緊方案的選擇 19
3.3切削力及夾緊力的計算 19
3.4 誤差分析與計算 21
3.5定位銷選用 22
3.6 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計與選用 23
3.7夾具設(shè)計及操作的簡要說明 24
結(jié)論 26
致 謝 27
參考文獻(xiàn) 28
1 緒論
1.1 組合機(jī)床的簡介
組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，根據(jù)特定的形狀和工件的加工工藝及夾具設(shè)計獨特，組成的半自動或自動機(jī)床。
組合機(jī)床一般采用多軸，多刀，多進(jìn)程，多或多級處理，生產(chǎn)效率幾倍比普通機(jī)床高幾倍。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，已廣泛應(yīng)用于大批量，大批量生產(chǎn)，并可用于組成自動生產(chǎn)線。
組合機(jī)床一般用于加工箱體零件或特殊形狀的。工件的加工，一般不旋轉(zhuǎn)，相對進(jìn)給運動的刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具和工件，來實現(xiàn)鉆孔，擴(kuò)孔，鉆孔，擴(kuò)孔，鉆孔，銑削平面，內(nèi)、外螺紋切削加工圓等。夾緊工件的加工頭旋轉(zhuǎn)組合機(jī)床，由刀具作進(jìn)給運動，也可達(dá)到一定的旋轉(zhuǎn)部件（如飛輪，汽車后橋等）的循環(huán)和過程。
在第二十世紀(jì)70年代，隨著可轉(zhuǎn)位刀具，刀具的發(fā)展密度，孔尺寸自動檢測和自動刀具補(bǔ)償技術(shù)，提高組合機(jī)床的加工精度。高達(dá)0.05毫米和1000毫米的銑削平面，表面粗糙度可達(dá)2.5 ~ 0.63微米低；鏜孔精度可以達(dá)到IT7 ~ 6，孔距精度可達(dá)o.03 ~ o.02微型計。專用機(jī)床是隨著汽車產(chǎn)業(yè)的興起發(fā)展。在專用機(jī)床的某些部分重復(fù)使用，并逐漸發(fā)展成一個通用部件，導(dǎo)致在一個組合機(jī)床。組合機(jī)床是最早的1911在美國，為汽車零部件加工。在每臺機(jī)器的開始，本廠有他們的標(biāo)準(zhǔn)通用部件。為了提高互換性通用不同配件廠，方便了用戶的使用和維修，1953美國福特汽車公司和通用汽車公司和美國機(jī)械廠協(xié)商，確定組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，嚴(yán)格的規(guī)定尺寸的組件之間的接觸，但部分結(jié)構(gòu)未指定。組合機(jī)床的設(shè)計，基本上有兩種方式：一，目前是根據(jù)處理對象的特點專門設(shè)計的，這是最常見的做法。其次，在組合機(jī)床廣泛用于機(jī)械行業(yè)在我國，大多數(shù)的工人和技術(shù)人員總結(jié)生產(chǎn)和使用組合機(jī)床的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)不在其組件共同組合機(jī)，可設(shè)計成通用的部件，和一些行業(yè)是一個組合機(jī)床的加工范圍完成極為相似，它是可能的設(shè)計的，通用機(jī)床，機(jī)床被稱為“專業(yè)的組合機(jī)床”。本機(jī)不根據(jù)具體的處理對象都需要特殊的設(shè)計和生產(chǎn)，可設(shè)計為多功能，組織大批量生產(chǎn)，然后根據(jù)加工零件的具體需要，夾具和簡單的切割工具，可以由一個特定的對象的高效加工設(shè)備。
通用部件按功能可分為動力元件，支撐部分，傳輸部分，控制部分和附件五。動力裝置是用于組合機(jī)床主運動和進(jìn)給運動的部件。主電源箱，切削頭和動力滑臺。
支撐組件用于安裝動力滑臺進(jìn)給機(jī)構(gòu)，一頭或夾具切割，側(cè)基，中間底座，支架，可調(diào)支架，立柱和立柱底座等。
傳動部分可用于運輸或主軸箱的加工站組成，主要分度回轉(zhuǎn)臺，環(huán)形分度回轉(zhuǎn)臺，鼓和往復(fù)工作臺等。
控制單元用以控制機(jī)床的自動循環(huán)組成，液壓站，電氣柜和控制表。附件有潤滑裝置，冷卻裝置和排屑裝置等。
為了使組合機(jī)床能被用在小批量生產(chǎn)中，常常需要應(yīng)用成組技術(shù)，集中在一臺組合機(jī)床類似零件的結(jié)構(gòu)和工藝，以提高機(jī)床的利用率。本機(jī)有兩種常見的，但主軸箱組合機(jī)床和機(jī)床刀架。
組合機(jī)床未來的發(fā)展將更加調(diào)速電動機(jī)和滾珠絲杠驅(qū)動，簡化了結(jié)構(gòu)，縮短生產(chǎn)周期時間；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；柔性制造系統(tǒng)和成。
1.2本課題國內(nèi)外研究概況
在過去的20年中，組合機(jī)床自動線的技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，在精密加工，自動線的生產(chǎn)效率，巨大的進(jìn)步速度，靈活和綜合自動化，是組合機(jī)床自動線技術(shù)的發(fā)展達(dá)到了很高的水平。自動控制技術(shù)的發(fā)展，線切割機(jī)，及其他相關(guān)技術(shù)，尤其是數(shù)控技術(shù)的發(fā)展對自動線的結(jié)構(gòu)變化和靈活性起著決定性的作用。隨著市場需求的變化，靈活的將越來越成為在設(shè)備選擇的重要因素。因此，組合機(jī)床自動線將面臨激烈的競爭，包括高速加工中心的柔性制造系統(tǒng)。
組合機(jī)床是一種專用的高自動化的技術(shù)和設(shè)備，目前，它仍然是一個大量的關(guān)鍵設(shè)備和機(jī)械產(chǎn)品實現(xiàn)高效，高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，因此被廣泛用于汽車，拖拉機(jī)，柴油發(fā)動機(jī)和壓縮機(jī)等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。其中，特別是汽車工業(yè)，是組合機(jī)床的最大用戶。如德國的大眾汽車廠在該發(fā)動機(jī)廠在機(jī)械行業(yè)中，大量生產(chǎn)，大量使用的設(shè)備是組合機(jī)床。因此，組合機(jī)床與自動化水平的技術(shù)性能，工業(yè)部門的生產(chǎn)效率的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的決定在很大程度上，決定了其產(chǎn)品的競爭力在很大程度上。
現(xiàn)代組合機(jī)床和自動線作為機(jī)電一體化產(chǎn)品，它是綜合反映驅(qū)動，控制，測量，監(jiān)測，工具和機(jī)械組件技術(shù)。在過去的20年中，這些技術(shù)已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，在組合機(jī)床的汽車和內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的主要用戶同樣也有很大的變化，產(chǎn)品生命周期縮短，增加品種和質(zhì)量改進(jìn)。這些因素的發(fā)展，促進(jìn)和刺激組合機(jī)床。
組合機(jī)床是高效專用機(jī)床由大量的通用部件和少量的專用部件組成和工藝。通用機(jī)床和專用機(jī)床的發(fā)展。由于機(jī)械加工的組合是高度集中的，也可完成一個或幾個一機(jī)不同的過程，所以為了適應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)量，要求精度高，克服了通用機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，難以保證精度的缺點，專用設(shè)備通用性差，不適應(yīng)現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，往往更新的要求。因此，組合機(jī)床和自動線已被廣泛應(yīng)用于汽車，柴油機(jī)，電機(jī)，儀表、軍工產(chǎn)品的生產(chǎn)，并顯示出巨大的優(yōu)越性。
2 組合機(jī)床的總體設(shè)計
2.1 組合機(jī)床方案的制定
2.1.1 制定工藝方案
加工技術(shù)將確定組合機(jī)床的加工質(zhì)量，生產(chǎn)率，夾具的總體布局和結(jié)構(gòu)。因此，在計劃的過程中，我們必須要被加工零件的分析，和現(xiàn)場的形狀，尺寸，材料，硬度，剛度的深入了解，表面粗糙度的加工精度，加工零件的結(jié)構(gòu)特點，和定位，夾緊方法，過程，和切割工具，生產(chǎn)力的場景，環(huán)境和條件等。與國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料的收集，制定合理的工藝。
根據(jù)被加工零件（減速器箱體）的零件圖（圖2.1），加工過程5螺紋底孔：
(1) 加工孔的主要技術(shù)要求。
3個螺紋孔M6底孔直徑均為Φ5mm。
孔的位置度公差為0.05mm。
工件材料為HT200，HB170-241HBS
(2) 工藝分析
加工該孔時，孔的位置度公差為0.3mm。
根據(jù)組合機(jī)床和精密加工方案的過程，可以用如下：
一次性加工孔，直徑為Φ5mm
(3) 定位基準(zhǔn)及夾緊點的選擇
部分被加工孔的表面上，上面的三自由度和三個自由度的右端極限的限制，位于中間的孔通過螺釘夾有很好的作用。
為保證加工精度，提高生產(chǎn)效率和降低勞動量，工件是批量生產(chǎn)，所以在設(shè)計，手動夾緊。
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
被加工零件的過程來完成組合機(jī)床加工精度應(yīng)保證，是制造機(jī)器的主要依據(jù)。較高的減速器箱體鉆孔的精度要求，可用于鉆孔組合機(jī)床。為了機(jī)ra1.6um孔的表面粗糙度，改善原機(jī)的制造精度和工件的定位精度和減少夾緊變形的對策研究。因此，該機(jī)通常采用的尾部安裝的齒輪傳動裝置，進(jìn)給使用液壓系統(tǒng)，被加工零件圖如圖2.1所示
圖2.1 減速器箱體
(2) 被加工零件的特點
這主要是指結(jié)構(gòu)形狀的材料，零件加工工件硬度工件剛度，定位基準(zhǔn)特征，他們有重要影響的機(jī)床工藝方案系統(tǒng)。這個盒子是HT200材料，硬度HB100，5mm孔直徑。多孔同步處理，部分的剛度是足夠的，振動，和工件變形的影響可以忽略不計的加熱。
在一般情況下，孔的中心線與定位基準(zhǔn)平面平行和由一個或多個表面處理身體應(yīng)橫機(jī)，該機(jī)適用于加工定位面水平和加工孔和垂直參考平面，但不適合加工安裝不方便或高細(xì)長件。一個單一的加工機(jī)適用于大箱，和中小型零件則多采用多處理機(jī)。
這些組件的加工特點的中心線與定位基準(zhǔn)面是垂直的，和定位基準(zhǔn)水平，工件較小，孔隙分布密集，多軸箱體積較大，選擇鉆床，立式鉆床。
(3) 零件的生產(chǎn)批量
生產(chǎn)批次的部分是由單工位定，在多工位的一個重要因素，在自動線或組合機(jī)床設(shè)計的小批量生產(chǎn)的特點。根據(jù)年生產(chǎn)能力的生產(chǎn)程序設(shè)計的要求，從工件的形狀和輪廓尺寸，以減少處理時間，采用多軸，以減少機(jī)床數(shù)量，過程在一臺機(jī)器上完成，為了提高利用率。
(4) 機(jī)床使用條件
根據(jù)車間布局，組合機(jī)床的使用選擇合適的組合機(jī)床工藝連接，技術(shù)能力和自然條件和要求。
基于上述：減速器箱體的結(jié)構(gòu)特點，加工零件，尺寸精度，表面粗糙度和技術(shù)要求，定位，夾緊方法，過程，和機(jī)床的總體布局和技術(shù)性能等的影響因素，最終決定設(shè)計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，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。Φ5mm的孔在鉆孔時，直徑上工序間余量均為0.2mm。
2.2.2 選擇切削用量
技術(shù)含量決定完成機(jī)器的組合，你可以選擇切削參數(shù)。因為在大多數(shù)情況下，多軸聯(lián)動加工機(jī)床的設(shè)計組合，切削參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗，30%低于普通機(jī)床的加工單。多軸主軸箱的所有工具都有一個進(jìn)料系統(tǒng)，通常作為一個標(biāo)準(zhǔn)的電力幻燈片，工作，每分鐘進(jìn)給量的所有工具的相同，等于每分鐘的動力滑臺的進(jìn)給（毫米/分鐘）適用于一般的工具。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設(shè)計成同轉(zhuǎn)速和同的每轉(zhuǎn) 進(jìn)給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足直徑的加需要，即： …………………………………2.1
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）
由于減速器箱體鉆孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求等，按照經(jīng)濟(jì)地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：孔鉆頭直徑D=5mm，進(jìn)給量f=0.15mm/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，作為選擇動力部件（滑臺）；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，用以選擇主傳動電動（一般指動力箱）功率，通過查表計算如下：
切削力： =26…………………………2.2
=26×5××
=2375.5N
切削扭矩： =10………………………2.3
=10×××
=9979N·mm
切削功率： =……………………………2.4
=9979×15/(9740×3.5×5)
=0.43kw
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)
在減速器箱體的布氏硬度HB200，孔徑d高速鋼鉆頭為5mm的刀具材料（W15Cr4V），為了使工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，加工簡單，Φ5mm的麻花鉆的選擇標(biāo)準(zhǔn)?？准庸さ毒唛L度應(yīng)確保在工具和導(dǎo)套的末端之間的螺旋槽加工結(jié)束30 ~ 50mm范圍，以排出切屑與刀具磨損已調(diào)整了一定量。
2.3 鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計“三圖一卡”的編制
總體設(shè)計方案的圖紙表達(dá)形式——“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。
2.3.1 被加工零件工序圖
1，通過處理流程圖的作用及內(nèi)容
零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案加工，稱為組合機(jī)床的工藝內(nèi)容完整，尺寸，加工零件的精度，表面粗糙度和技術(shù)要求，定位基準(zhǔn)，加工零件和材料零件的夾具加工圖紙，硬度。它是基于原來的繪圖，突出本機(jī)床的加工內(nèi)容，再加上畫出必要的說明，主要是基于組合機(jī)床的設(shè)計，制造，使用，也是重要的技術(shù)文件，檢查和機(jī)床的調(diào)整。減速器箱體孔組合機(jī)床是加工零件的過程如圖2.2所示。
地圖的主要內(nèi)容：
（1）被加工零件的形狀，主要尺寸和機(jī)加工零件的尺寸，精度，表面粗糙度，形狀和位置精度等技術(shù)要求，以及工作程序和技術(shù)要求。
（2）定位基準(zhǔn)選擇定位夾緊，夾緊方向的過程。
（3）加工零件的名稱，數(shù)量，材料，硬度和加工件與津貼。
2，繪制加工零件的工序圖的注意
（1）為了使被加工零件工序圖是明確的，必須通過處理這臺機(jī)器的內(nèi)容。繪制時，要按一定比例，選擇足夠的視圖和剖面看，優(yōu)秀的處理站點（用粗實線），和零件和機(jī)床的輪廓，重行標(biāo)記的夾具設(shè)計。如在參考2.2位置，機(jī)械夾緊位置和方向，輔助支持由符號部規(guī)定（細(xì)實線）表清楚，所有的程序來確保尺寸，角度等，應(yīng)使用尺寸的數(shù)值表示。
圖2.2減速器箱體工序圖
（2）加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基準(zhǔn)注起，為了便于加工和檢驗，有時為選定的定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合，應(yīng)處理轉(zhuǎn)換位置精度要求。
2.3.2 加工示意圖
1、加工示意圖的作用和內(nèi)容
（2）和定位基準(zhǔn)加工零件的注射位置大小，為了便于加工和檢驗，有時為選定的定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合，應(yīng)處理網(wǎng)站的轉(zhuǎn)換位置精度要求。
與加工示意含量的作用.
圖式加工是反映在拉深零件加工工藝方案，表示被加工零件在機(jī)床，刀具和工件，夾具，布局之間的相對位置的刀具，機(jī)床的工作行程和工作周期，是工具，夾具，主軸箱，主要對功率器件依據(jù)電氣和液壓系統(tǒng)的設(shè)計，是整個機(jī)床布局原來的需求，重要文件也是必要的調(diào)整工具。圖2.3是減速器箱體孔加工示意圖
圖2.3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)床主軸孔加工，除了使用剛性方案，工件的尺寸，位置精度主要取決于夾具指南。所以正確的選擇式導(dǎo)向裝置，合理確定規(guī)模，精度，是組合機(jī)床設(shè)計的重要內(nèi)容，也是解決必須處理內(nèi)容繪制示意圖。
1）選擇導(dǎo)向類型 根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑和刀具導(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
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
d1
D
D1
D2
l
l1
l2
l3
l4
L5
5
5
22
30
34
150
40
5
12
17
46
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F5）
H7/g6
H7/n6
g6
固定導(dǎo)向裝置的布置如圖2.4所示
圖2.4 固定導(dǎo)向裝置的布置
（3）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=51.0GPa,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……………………………………2.59
式中： d——軸直徑（mm）（24.65）
T——軸所承受的轉(zhuǎn)矩（N·mm）
B——系數(shù)
本設(shè)計中主軸直徑d=25mm,主軸外伸長度為：L=115mm，D/為40/25。
（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2.5所示，
圖2.5 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2.3所示：
表2.3 可調(diào)接桿的尺寸
d
D1(h6)
d2
d3
L
l1
l2
l3
螺母
厚度
25
Tr25×2
莫氏1號
12.061
36
55
51
42
50
12
（5）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸
從加工結(jié)束主軸箱的端到端的所有鏈接的大小來確定的表面之間的最小距離，加工示意圖連接尺寸如圖2.3所示。面對的工件端面最重要的連接尺寸（多軸箱的大小321mm），它等于刀具懸伸長度，螺母的厚度，主軸伸出長度和連桿長度（可調(diào)）和減去加工，孔的深度和切出值。
（6）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，誤差大時取大值，因此取=5mm，切出長度=1/3d+(3～5)= x5+712mm，所以=5+12+12=32mm.
（7）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120mm，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120-45=75mm.
圖2.6 工作進(jìn)給長度
2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
圖2.7 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
1、聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容
在一般情況下，組合機(jī)床是由通用部件標(biāo)準(zhǔn)——動力箱，動力滑臺，柱，柱腳及特殊部件的裝配。聯(lián)系尺寸圖是用來表示機(jī)床運動部件相互組裝
在該系統(tǒng)中，相對位置和尺寸的機(jī)器部件接觸測試是否滿足要求，通用部件的選擇是適當(dāng)?shù)?，并對主軸箱設(shè)計的進(jìn)一步發(fā)展提供基礎(chǔ)，夾具等專用部件，零件。聯(lián)系尺寸圖也可以被視為一個簡化的設(shè)備布局，它代表了機(jī)床的結(jié)構(gòu)類型和總體布局。
如圖2.7所示，機(jī)床聯(lián)系尺寸圖包括機(jī)床的布局，主要接觸尺寸電機(jī)尺寸，規(guī)格，通用組件和電機(jī)的主要參數(shù)的動態(tài)組件，工件和各部分之間的特殊部位，外形尺寸。
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）滑臺的選用 通常，根據(jù)滑臺的驅(qū)動方式、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。
1）驅(qū)動形式的確定 根據(jù)對液壓滑臺和機(jī)械滑臺的性能特點比較，并結(jié)合具體的加工要求，使用條件選擇HY系列液壓滑臺。
2）確定軸向進(jìn)給力 滑臺所需的進(jìn)給力
=∑=3×2375.5=955N
式中： ——各主軸加工時所產(chǎn)生的軸向力
由于滑臺工作時，除了克服各主軸的軸的向力外，還要克服滑臺移動時所產(chǎn)生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進(jìn)給力應(yīng)大于＝9.55KN。
3）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=15mm/min。所以選擇1HY32ⅡA液壓滑臺，工作進(jìn)給速度范圍20～650mm/min，快速速度10m/min。
4）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50mm,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＞120+20+50=220mm，取L＝400mm。綜合上述條件，確定液壓動力滑臺型號1HY32ⅡA,以及相配套的滑臺底座（1CC321型）。
（2）由下式確定動力箱的選用 動力箱主要依據(jù)多軸所需的電動機(jī)功率來選用，在多軸箱沒有設(shè)計之前，可算
＝／η……………………………2.6
＝6*0.43／0.5
＝3.225KW
式中：η——多軸箱傳動效率，加工黑色金屬時η＝0.5～0.9；有色金屬時η＝0.7～0.5，本系統(tǒng)加工HT200，取η＝0.5．
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Y132M1-6的1TD32I型動力箱，動力箱輸出軸至箱底面高度為150mm。主要技術(shù)參數(shù)如下表：
表2.4電機(jī)型號及參數(shù)
主電機(jī)傳動型號
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
D50 Y132M1-6
960
470
4
1HY32ⅡA,1CC321,1CD321
3、配套支承部件的選用
立柱底座1CD322。
4、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＝550～1060mm之間選取，本系統(tǒng)取裝料高度為500mm。
5、中間底座輪廓尺寸
中間底座的輪廓尺寸要滿足滑臺在其上面聯(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1CD321。
6、確定多軸箱輪廓尺寸
本機(jī)床配置的多軸箱總厚度為340mm，寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取。計算時，多軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=400，H=320
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=400×320mm。
2.3.4 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?！?.7
= 45/74.7＋10/415
=0.625 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）
t?！罁蹊F停留時間。一般為在動力部件進(jìn)給停止?fàn)顟B(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)5～10 r所需要時間。這里取10r
輔助時間 T輔 = +t移+t裝……………………2.5
= （75＋120）/1000+0.13+2
= 2.325min
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移 ——工作臺移動時間（min）,一般為0.05～0.13min,取0.13 min
t裝 ——裝卸工件時間（min）一般為0.5～1.5min,本例取2min
機(jī)床生產(chǎn)率 Q1 = 60/T單…………………………………2.9
= 60/（T切+T輔）
=60/（0.625+3.295）
=15.3 件/h
機(jī)床負(fù)荷率按下式計算 η = Q / Q1×100%…………………………2.10
= A / Q1tk×100%
=15000/15.3×1950×100%
=67.04%
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 =1950h
表2.5 生產(chǎn)率計算卡
3 鉆孔夾具設(shè)計
3.1 研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來加工鉆3-M6螺紋底孔Φ5，加工時除了要滿足粗糙度要求外，還應(yīng)滿足兩孔軸線間公差要求。為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準(zhǔn)。同時，應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強(qiáng)度。
3.2 定位、夾緊方案的選擇
由零件圖可知：在對加工鉆3-M6螺紋底孔Φ5加工前，平面進(jìn)行了粗、精銑加工，底面4-Φ13孔進(jìn)行了鉆、擴(kuò)加工。因此，定位、夾緊方案有：
選一面兩銷定位方式，工藝孔用短圓柱銷，用棱形銷定位，夾緊方式用操作簡單，通用性較強(qiáng)的鉸鏈移動壓板來夾緊。
鉆5-M5螺紋底孔為了使定位誤差達(dá)到要求的范圍之內(nèi)，采用一面兩銷的定位方式，這種定位在結(jié)構(gòu)上簡單易操作。一面即底平面。
3.3切削力及夾緊力的計算
刀具：M6的底孔鉆頭 D=5。
則軸向力：見《工藝師手冊》表25.4
F=Cdfk……………………………………3.1
式中： C=420， Z=1.0, y=0.5, f=0.35
k=(
F=420
轉(zhuǎn)矩
T=Cdfk
式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.5
T=0.206
功率 P=
在計算切削力時,必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)
K=KKKK
式中 K—基本安全系數(shù)，1.5;
K—加工性質(zhì)系數(shù)，1.1;
K—刀具鈍化系數(shù), 1.1;
K—斷續(xù)切削系數(shù), 1.1
則 F=KF=1.5
鉆削時 T=17.34 N
切向方向所受力:
F=
取
F=4416
F> F
所以,時工件不會轉(zhuǎn)動,故本夾具可安全工作。
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即：
安全系數(shù)K可按下式計算有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[5]表可得：
所以有：
該孔的設(shè)計基準(zhǔn)為中心軸，故以回轉(zhuǎn)面做定位基準(zhǔn)，實現(xiàn)“基準(zhǔn)重合”原則； 參考文獻(xiàn)，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力F夾與切削力Ｆ之間的關(guān)系F夾＝KF
軸向力：F夾＝KF （N）
扭距：
Nm
在計算切削力時必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)，安全系數(shù)
由資料《機(jī)床夾具設(shè)計手冊》查表可得：
切削力公式： 式（2.17）
式中
查表得：
即：
實際所需夾緊力：由參考文獻(xiàn)[16]《機(jī)床夾具設(shè)計手冊》表得：
安全系數(shù)K可按下式計算，由式（2.5）有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻(xiàn)[16]《機(jī)床夾具設(shè)計手冊》表 可得：
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。
3.4 誤差分析與計算
該夾具以一面兩銷定位，為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機(jī)床夾具有關(guān)的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻(xiàn)[5]可得：
⑴ 兩定位銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
3.5定位銷選用
本夾具選用一可換定位銷和棱形銷來定位，其參數(shù)如下表：
表3.1 定位銷
d
H
D
公稱尺寸
允差
5
16
15
～0.011
22
5
1
4
M12
4
3.6 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計與選用
工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求。故選用可換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。
圖6.1 可換鉆套
鉸工藝孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表6.4：
表6.4 鉆套
d
H
D
公稱尺寸
允差
5
12
12
+0.015
+0.007
22
15
10
4
9
0.5
15
襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖6.2 固定襯套
其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表6.5：
表6.5 固定襯套
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
5
+0.034
+0.016
12
10
+0.023
+0.012
0.5
2
鉆模板選用固定式鉆模板，用4個沉頭螺釘和2個錐銷定位于夾具體上。
3.7夾具設(shè)計及操作的簡要說明
為提高生產(chǎn)率，經(jīng)過方案的認(rèn)真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋機(jī)構(gòu)）。這類夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、夾緊可靠、通用性大，在機(jī)床夾具中很廣泛的應(yīng)用。
此外，當(dāng)夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整換取。
結(jié)論
本課題開發(fā)研制的鉆孔組合機(jī)床，用于加工減速器箱體的3個孔。在開發(fā)過程中，針對加工過程中存在的難點進(jìn)行了攻關(guān)。在鉆床的設(shè)計上采取了一系列的措施，保證了被加工孔的加工精度。主要完成了以下工作：
1、對減速器箱體的3個孔的加工工藝進(jìn)行了分析研究，明確了3個孔加工的技術(shù)要求和工藝要點。
2、恰當(dāng)?shù)剡x擇了機(jī)床的切削參數(shù)，動力頭及液壓滑臺驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
3、采用液壓滑臺驅(qū)動動力頭和多軸箱實現(xiàn)進(jìn)給，驅(qū)動工件實現(xiàn)兩工位運動。制定了液壓滑臺的進(jìn)給工作循環(huán)。經(jīng)分析證明可以滿足工藝要求。
4、設(shè)計了穩(wěn)定可靠的多軸箱和鉆模板，從而保證了被加工孔的精度要求。
5、根據(jù)通用、經(jīng)濟(jì)的原則，選擇了刀具，滿足了工藝的需要。
設(shè)計的鉆孔組合機(jī)床，保證了加工孔的生產(chǎn)質(zhì)量，提高工效3倍以上，加工成本大幅下降。
這項工作還存在許多值得完善的地方，例如：夾緊定位，由人工完成，效率低；自動化程度有待提高等問題。這些問題，通過改進(jìn)設(shè)計，改進(jìn)技術(shù)，不斷的實踐，總結(jié)，肯定會有提高。
。
致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計涉及的全部內(nèi)容是在指導(dǎo)老師XX老師的悉心指導(dǎo)下完成的。謝謝老師XX提供了良好的條件，讓我在本設(shè)計中得到了很好的鍛煉。同時也說明了很多問題我，謝謝。XX老師淵博的知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，平易近人和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度的風(fēng)格，讓我們受益不淺。從XX老師我們學(xué)到了很多專業(yè)知識和設(shè)計方法。在這里，我想對老師表示最誠摯的感謝。感謝他給我們指引。當(dāng)然，其他老師的指導(dǎo)。我在這里給你我的老師表示感謝和致敬。
最后，感謝，也是最應(yīng)該感謝的是大學(xué)，大學(xué)讓我們有這么好的學(xué)習(xí)條件。通過四年的學(xué)習(xí)，讓我們成為有用之才；同時學(xué)校給了我們這次畢業(yè)設(shè)計的機(jī)會，讓我們在去工作來鍛煉自己。
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