變速箱鉆孔工位組合機(jī)床左多軸箱設(shè)計(jì),變速箱,鉆孔,組合,機(jī)床,軸箱,設(shè)計(jì)
西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
摘 要
組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機(jī)床。目前，組合機(jī)床主要用于平面加工和孔加工兩類工序。其生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，因此廣泛應(yīng)用于到大批量生產(chǎn)場(chǎng)合。
本課題設(shè)計(jì)了變速箱體鉆孔工位組合機(jī)床及左多軸箱。在設(shè)計(jì)中，依據(jù)被加工工件進(jìn)行工藝分析；以及零件本身材料選取合適的切削用量，在充分計(jì)算動(dòng)力參數(shù)基礎(chǔ)上對(duì)標(biāo)準(zhǔn)通用部件做了選擇，繪制了加工示意圖，機(jī)床聯(lián)系尺寸圖以及生產(chǎn)率計(jì)算卡并且初定多軸箱的輪廓尺寸。
多軸箱是組合機(jī)床的重要專用部件，它是根據(jù)加工示意圖確定工件加工孔的數(shù)量和位置，切削用量和主軸類型設(shè)計(jì)的傳遞各主軸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件。其動(dòng)力來(lái)自通用的動(dòng)力箱，與動(dòng)力箱一起安裝于進(jìn)給滑臺(tái)，可完成鉆孔等加工工序。本設(shè)計(jì)最終目的是通過(guò)所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床左多軸箱實(shí)現(xiàn)多孔的一次加工完成，提高了工作效率并且減低人工勞動(dòng)強(qiáng)度。
關(guān)鍵詞：組合機(jī)床，三圖一卡，多軸箱
ABSTRACT
Combination machine tools is according to the work piece machining needs, on the basis of a large number of common components, with a small amount of dedicated components of an efficient special machine tool. At present, the modular machine tool is mainly used for surface machining and the machining process. Its high efficiency, stable machining precision, high degree of automation, reduce labor intensity of labor, therefore widely used in the mass production situation to.
This topic design of the gearbox casing drilling location and left spindle box of modular machine tool. On the basis of processed work piece in the design, process analysis; Materials and parts itself to select suitable cutting dosage, on the basis of sufficient computing dynamic parameters of standard general parts made choice, mapped the process diagram, machine tool with the size chart and productivity calculation card early and dimensioning the contours of the spindle box.
Spindle box of modular machine tool is important to special parts, it is according to the process diagram to determine the number and position of the work piece machining hole, cutting dosage and spindle type design of the main shaft power components of the movement. Its power from the general power box, together with the power box installed give sliding table, can complete the drilling and other processing operations. The purpose of this design is designed by left spindle box of modular machine tool of this design can achieve the porous once processing is complete, improve work efficiency and reduce the manual labor intensity.
Key words : combination machine , three figures-A-card , spindle box
目 錄
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3 主要技術(shù)指標(biāo) 3
1.4 設(shè)計(jì)思路 3
第二章 零件分析 4
2.1 零件分析 4
2.2 定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇 5
2.3 加工方案 6
2.4 箱體尺寸的確定 6
2.5 切削用量的確定 7
2.6 切削力，切削轉(zhuǎn)矩和切削功率等動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 7
2.6.1 切削力的計(jì)算 7
2.6.2 各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 8
2.6.3 各軸切削功率的計(jì)算 8
2.6.4 各軸刀具耐用度的計(jì)算 8
2.7 導(dǎo)向的選擇及其相關(guān)尺寸的計(jì)算 8
2.8 加工示意圖 11
2.9 本章小結(jié) 12
第三章 組合機(jī)床總體體設(shè)計(jì) 13
3.1 選擇動(dòng)力部件 13
3.1.1 動(dòng)力部件的選取計(jì)算 13
3.1.2 選取的動(dòng)力部件的主要尺寸及性能 14
3.2 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 14
3.2.1 機(jī)床裝料高度 14
3.2.2 中間底座輪廓尺寸 15
3.3 生產(chǎn)率計(jì)算卡 16
3.3.1 生產(chǎn)率計(jì)算卡的作用 16
3.3.2 單件加工時(shí)間 17
3.3.3 機(jī)床生產(chǎn)率與負(fù)荷率 17
3.4 本章小結(jié) 18
第四章 多軸箱的設(shè)計(jì) 19
4.1 多軸箱的概述 19
4.2 多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù) 19
4.3 主軸、傳動(dòng)軸及齒輪的確定 20
4.4 多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 21
4.4.1 對(duì)多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的一般要求 21
4.4.2 主軸分布類型及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22
4.4.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 24
4.4.4 驗(yàn)算各主軸轉(zhuǎn)速 26
4.5 多軸箱坐標(biāo)計(jì)算 27
4.6 本章小結(jié) 29
第五章 全文總結(jié) 30
參考文獻(xiàn) 31
致 謝 32
畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) 33
附 錄 34
36
第一章 緒論
1.1 研究背景
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和專業(yè)化程度的提高，很多企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量越來(lái)越大，對(duì)精度要求也越來(lái)越高，如以汽車、拖拉機(jī)的箱體零件為例，采用通用機(jī)床加工已經(jīng)不能很好的滿足其生產(chǎn)的要求。首先，用通用機(jī)床加工時(shí)，同時(shí)參加工作的刀具少，限制了機(jī)床生產(chǎn)效率的提高；其次，當(dāng)工件需要多個(gè)加工表面，則需要對(duì)零件進(jìn)行多次的定位和夾緊，這樣就會(huì)使零件的加工精度和生產(chǎn)率降低；第三，當(dāng)某些機(jī)床重復(fù)加工一種工件時(shí)，通用機(jī)床的很多部件和機(jī)構(gòu)變得毫無(wú)作用，造成設(shè)計(jì)功能上的浪費(fèi)。
為了改善通用機(jī)床的這些不利的加工條件，在生產(chǎn)實(shí)踐中就出現(xiàn)了專用機(jī)床。專用機(jī)床是為了完成某一工件的某一工序而設(shè)計(jì)制造的，其結(jié)構(gòu)要比通用機(jī)床簡(jiǎn)單，加工精度穩(wěn)定，生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度都較高。但是，專用機(jī)床也有自身固有的缺點(diǎn)，如設(shè)計(jì)制造的周期長(zhǎng)，不能盡快適應(yīng)工件的變化，一旦被加工工件的尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)有所變化，就必須重新設(shè)計(jì)制造。所以專用機(jī)床成本高，不利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。為消除上述兩種機(jī)床的弊端，在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中發(fā)展了一種新型機(jī)床——組合機(jī)床。
組合機(jī)床是以大量的通用部件為基礎(chǔ)（70%~90%），配以少量的專用部件，對(duì)一種或若干種工件按預(yù)先確定的工序進(jìn)行加工的機(jī)床。它能夠?qū)ぜM(jìn)行多刀、多軸、多面、多工位同時(shí)加工。在組合機(jī)床上可以完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋、車削、銑削、磨削以及滾壓等工序，隨著組合機(jī)床技術(shù)的發(fā)展，它能完成的工藝范圍日益擴(kuò)大。在組合機(jī)床自動(dòng)線上也可以完成一些非切削工序，例如，打印、清洗、熱處理、簡(jiǎn)單的裝配、試驗(yàn)和在線自動(dòng)檢查等。
多軸箱是組合機(jī)床的重要專用部件。它是根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量和位置、切削用量和主軸類型設(shè)計(jì)的傳遞各主軸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件。其動(dòng)力來(lái)自于通用的動(dòng)力箱，與動(dòng)力箱一起安裝于進(jìn)給滑臺(tái)可完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔等加工工序。多軸箱一般具有多根主軸同時(shí)對(duì)一列孔系進(jìn)行加工。但也有單軸的，用于鏜孔居多。多軸箱按標(biāo)準(zhǔn)分為通用多軸箱和專用多軸箱兩類。前者結(jié)構(gòu)典型；后者結(jié)構(gòu)特殊，往往需要加強(qiáng)主軸系統(tǒng)剛性，而使主軸及某些傳動(dòng)件必須專門設(shè)計(jì)，故專用多軸箱通常指剛性主軸箱，即采用不需刀具導(dǎo)向裝置的剛性主軸和用精密滑臺(tái)導(dǎo)軌來(lái)保證加工孔的位置精度。通用多軸箱又分大型多軸箱和小型多軸箱，這兩種多軸箱的設(shè)計(jì)方法基本相同。本設(shè)計(jì)為通用多軸箱的設(shè)計(jì)。
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度較高的制造技術(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)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國(guó)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,以及銑削平面和成形面等。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)式組合機(jī)床等;隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,一種新型的組合機(jī)床——柔性組合機(jī)床越來(lái)越受到人們的青睞,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)多品種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外,近年來(lái)組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)(清洗機(jī)、裝配機(jī)、綜合測(cè)量機(jī)、試驗(yàn)機(jī)、輸送線)等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來(lái)越大。
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)床行業(yè)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。從近兩年的企業(yè)生產(chǎn)情況看,數(shù)控機(jī)床與加工中心的市場(chǎng)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(shì),中國(guó)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》的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,組合機(jī)床運(yùn)用廣泛出現(xiàn)在我國(guó)各個(gè)加工行業(yè)當(dāng)中其中在航空制造技術(shù)配和試漏等技術(shù)起到了十分重要的作用。我國(guó)組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國(guó)家要相對(duì)落后,國(guó)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(guó)外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢(shì)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(chǎng)要求我們不斷開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新工藝,研制新產(chǎn)品,由過(guò)去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu),向“柔性”化方向發(fā)展,滿足用戶需求,真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備。組合機(jī)床工作可靠性和組合機(jī)床技術(shù)的成套性為主攻方向。一方面,加強(qiáng)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用,提高組合機(jī)床產(chǎn)品數(shù)控化率;另一方面,進(jìn)一步發(fā)展新型部件,尤其是多坐標(biāo)部件,使其模塊化、柔性化,適應(yīng)可調(diào)可變、多品種加工的市場(chǎng)需求。第21屆日本國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)上獲悉,在來(lái)自世界10多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的500多家機(jī)床制造商和團(tuán)體展示的最先進(jìn)機(jī)床設(shè)備中,超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深受歡迎。據(jù)專家分析,機(jī)床裝備的高速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是提高機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。
1.3 主要技術(shù)指標(biāo)
1）鉆孔，被加工零件孔的直徑及相對(duì)技術(shù)指標(biāo)（見(jiàn)零件示意圖）；
2）被加工零件的材料為HT200；
3）工件對(duì)稱中心線與工作臺(tái)中心線重合（鉆孔工位）；
4）確定切削用量、計(jì)算切削力、選擇動(dòng)力箱型號(hào)；
5）熟悉組合機(jī)床的基本組成形式。
1.4 設(shè)計(jì)思路
1）制定工藝方案
分析用戶所提供的資料，加工要求，在此基礎(chǔ)上在確定機(jī)床完成的工藝內(nèi)容及其加工方法，決定刀具種類，結(jié)構(gòu)型式、數(shù)量及切削用量等。
2）總體設(shè)計(jì)
組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)主要包括繪制“三圖一卡”，及被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計(jì)算卡。通常，在總體設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)初定多軸箱輪廓尺寸，才能確定機(jī)床各部件的相互關(guān)系。
3）多軸箱設(shè)計(jì)
以總體設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)根據(jù)被加工零件制定合理的傳動(dòng)方案，根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)速確定齒輪大小數(shù)目以及排數(shù)，完成多軸箱設(shè)計(jì)。
第二章 零件分析
2.1 零件分析
1）材料：HT200；
2）材料硬度：180~210HB；
3）零件圖2-1；
圖2-1 零件圖
2.2 定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)的選擇
a. 應(yīng)盡量選擇零件設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為組合機(jī)床加工的定位基準(zhǔn)。這樣可以減少基準(zhǔn)不符的誤差，以保證加工精度，但在某些情況下，卻必須選用其他作為定位基準(zhǔn)。
b. 選擇定位基準(zhǔn)應(yīng)保證工件定位穩(wěn)定。盡量采用已加工的較大平面作為定位基準(zhǔn)，這對(duì)于加工尤為重要。
c.統(tǒng)一基準(zhǔn)原則，即在各臺(tái)機(jī)床上采取共同的定位基面來(lái)加工零件不同表面的孔或?qū)ν槐砻嫔系目淄瓿刹煌墓ば颉＿@對(duì)工序多的箱體類尤為重要。
箱體類零件是機(jī)械加工中工序多、精度要求高的零件，如汽車、 拖拉機(jī)柴油機(jī)等行業(yè)的氣缸體、氣缸蓋、變速、減速器、離合器本體等。這類零件一般有較高精度的孔需要加工，又常常要在幾次安裝下進(jìn)行，因此，定位基準(zhǔn)選擇 “一面兩孔”是最常用的方法，它的特點(diǎn)是：
圖2-2 “一面兩孔”
a.可以簡(jiǎn)便地限制工件的6個(gè)自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位。
b.有同時(shí)加工零件五個(gè)表面的可能，既能高度集中工序，又能有利于提高各面上孔的位置精度。
c.“一面兩孔”可作為零件從粗加工到精加工所有工序的定位基準(zhǔn)，使零件整個(gè)工藝過(guò)程基準(zhǔn)統(tǒng)一，從而減少由基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來(lái)的累積誤差，有利于保證零件加工精度。同時(shí)，使機(jī)床各個(gè)工序（工位）的許多部件（如夾具）實(shí)現(xiàn)通用化，有利于縮短設(shè)計(jì)、制造周期，降低成本。
d.易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化定位、夾緊，并有利于防止切削落于定位基準(zhǔn)面上。
在本設(shè)計(jì)中加工汽車變速箱箱體兩側(cè)的孔系，以頂面的兩個(gè)定位銷孔（一面兩孔）定位限制六個(gè)自由度。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。
2.3 加工方案
（1）4×Φ17，由其公差以及加工基本尺寸查《互換性與技術(shù)測(cè)量》表3-3可得精度要求IT12，表面粗糙度為Ra12.5再由《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》可知加工孔在直徑40mm以下，精度IT10~IT11，表面粗糙度為Ra12.5，加工方法可采用鉆孔。
（2）鉆螺孔（8-M10-6H）的底孔Φ8.5
共計(jì)8個(gè)由于這幾個(gè)孔未注公差（自由公差，應(yīng)為H12級(jí)精度以下），表面粗糙度為Ra12.5;查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表3-1和3-2可知其加工方法應(yīng)采用鉆孔。
2.4 箱體尺寸的確定
箱體類零件包括側(cè)蓋、后蓋、多軸箱中間箱體、前蓋、上蓋等。多軸箱寬度B高度H的大小主要與被加工零件空的位置分布有關(guān)，參照零件圖2.1，可按下式確定：
B=b+2b1 (2-1)
H=h+h1+b1 (2-2)
式中：b——工件在寬度方向上相距最遠(yuǎn)的兩孔距離，mm；
b1——最邊緣主軸中心距箱外壁的距離，mm；
h——工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離，mm；
h1——多軸箱最低主軸中心線至箱底平面的高度（多軸箱最低主軸高度），mm；
b和h為已知尺寸。為保證多軸箱有排布齒輪的足夠空間，推薦 ： b1≥70~100mm
則B=270+200=470mm，H=211+100+109.5=420.5mm；
標(biāo)準(zhǔn)通用鉆鏜類多軸箱的厚度是一定的，通常臥式多軸箱厚度為325mm,立式多軸箱厚度為340mm。主軸箱厚度為180mm，前蓋有兩種選擇，臥式為55mm,立式為70mm。后蓋厚度有90mm和50mm兩種尺寸，通常采用90mm的后蓋。
結(jié)合所選零件，前蓋55mm,箱體厚度180mm，后蓋90mm,多軸箱厚度325mm。
結(jié)合《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表4-2可得，選擇箱體尺寸B=500mm,H=500mm。
2.5 切削用量的確定
注意問(wèn)題：1）鉆孔要求切削速度高而每轉(zhuǎn)進(jìn)給量小；
2）生產(chǎn)率要求不高的時(shí)候，就沒(méi)有必要將切削用量選的過(guò)高，以免降低刀具耐用度；
3）若能做到相鄰主軸轉(zhuǎn)速接近相等，則可使多軸箱傳動(dòng)鏈簡(jiǎn)單；
4）保證單位時(shí)間（每分鐘）進(jìn)給量相等。
表2-1 用高速鋼鉆頭加工鑄鐵件的切削用量
加工直徑／mm
HB160~200
切削用量
v／(m／min)
f／(mm／r)
1~6
16~24
0.07~0.12
6~12
0.12~0.20
12~22
0.20~0.40
22~50
0.40~0.80
(節(jié)選自《組合機(jī)床設(shè)計(jì)P65表3-9》)
（1）1、2、3、4軸
1、2、3、4軸均為D=Φ17mm的高速鋼麻花鉆在硬度為HB=180~210的灰鑄鐵材料的零件上鉆孔，因此這4根軸可選擇相同的切削用量。
選擇v=24m/min, f=0.204mm/r, n=1000v/πD=24×1000/π×17≈450r/min
(2)5、6、7、8、9、10、11、12軸
5、6、7、8、9、10、11、12軸用D=Φ8.5mm的高速麻花鉆在硬度為HB=180~210的灰鑄鐵材料的零件上鉆孔，因此這8根軸可選擇相同的切削用量。
選擇v=16m/min, f=0.153mm/r, n=1000v/πD=16×1000/π×8.5≈600r/min
2.6 切削力，切削轉(zhuǎn)矩和切削功率等動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
2.6.1 切削力的計(jì)算
F=26Df0.8HB0.6 (2-3)
（1）1、2、3、4軸
F1~4=26Df0.8HB0.6=26×17×0.2040.8×2100.6=2965.19N
（2）5、6、7、8、9、10、11、12軸
F5~12=26Df0.8HB0.6=26×8.5×0.1530.8×2100.6=1017.52N
2.6.2 各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
M=10D1.9f0.8HB0.6 (2-4)
（1）1、2、3、4軸
M1~4=10D1.9f0.8HB0.6=10×171.9×0.2040.8×2100.6=15096.93N?mm
(2)5、6、7、8、9、10、11、12軸
M5~12=10D1.9f0.8HB0.6=10×8.51.9×0.1530.8×2100.6=3213.52N?mm
2.6.3 各軸切削功率的計(jì)算
切削功率P=MV9740πD (2-5)
（1）1、2、3、4軸
P1~4=MV9740πD=15096.93×249740π×17≈0.7KW
(2)5、6、7、8、9、10、11、12軸
P5~12=MV9740πD=3213.52×169740π×8.5≈0.19KW
2.6.4 各軸刀具耐用度的計(jì)算
T=(9600D0.25vf0.55HB1.3) (2-6)
HB=HBmax-13(HBmax-HBmin) (2-7)
HB=210-13210-180=200
（1）1、2、3、4軸
T=9600D0.25Vf0.55HB1.3= 9600×170.2524×0.2040.55×2001.3=984.48min=16.4h>4h
(2)5、6、7、8、9、10、11、12軸
T=9600D0.25Vf0.55HB1.3= 9600×8.50.2516×0.1530.55×2001.3=4873.24min=203h>4h
通過(guò)上面的計(jì)算，可以得知前面所確定的切削用量是合理的。
2.7 導(dǎo)向的選擇及其相關(guān)尺寸的計(jì)算
（1）導(dǎo)向類型地選擇
導(dǎo)向通常分兩類：一類是刀具導(dǎo)向部分與刀具導(dǎo)套之間既有相對(duì)移動(dòng)又有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的第一類導(dǎo)向，或稱固定式導(dǎo)向。另一類是刀具導(dǎo)向部分與夾具導(dǎo)套之間只有相對(duì)移動(dòng)而無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的第二類導(dǎo)向，或稱旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向。
由于本例中隔主軸導(dǎo)向的線速度均小于等于24m/min，因此均可采用固定導(dǎo)向;各軸均采用單導(dǎo)向。
（2）導(dǎo)套尺寸及其配合的確定
1、2、3、4軸導(dǎo)向部分的直徑Φ17mm,查表3-21，取D=25mm,D1=36mm,D2=35mm；
5、6、7、8、9、10、11、12軸導(dǎo)向部分的直徑Φ8.5mm，查表3-21，取D=16mm，D1=23mm，D2=22mm；
各軸導(dǎo)向的導(dǎo)套的配合查表3-22均按照如下配合選定：
刀具采用G7公差，D-H7/g6， D2-H7/n6。
（3）導(dǎo)套距離工件端面的距離
由《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表3-23，可得1、2、3、4軸導(dǎo)套距離工件端面的距離l2=17mm；5、6、7、8、9、10、11、12軸導(dǎo)套距離工件端面的距離l2=8.5mm。
（4）刀具刀尖到達(dá)位置
a.當(dāng)鉆削通孔時(shí)，其刀尖到達(dá)的位置按照?qǐng)D2.3；
圖2-3 工作進(jìn)給圖
b.當(dāng)切削盲孔時(shí)，其刀尖到達(dá)位置按盲孔深度確定；
本設(shè)計(jì)所需加工的孔均為通孔，因此確定如下：
1、2、3、4軸：L2=13d1~4+3~8=13×17+3~8≈9~14mm，本設(shè)計(jì)取10mm；
5、6、7、8、9、10、11、12軸:L2= 13d5~12+3~8=13×8.5+3~8≈3~9mm，本設(shè)計(jì)取7mm。
（5）主軸類型、尺寸、外伸長(zhǎng)度、直徑和接刀桿的確定
根據(jù)前面對(duì)各主軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算結(jié)果，查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表3-25可以初步確定各主軸的直徑，然后再根據(jù)表3-28決定主軸外伸部分尺寸（D/d,長(zhǎng)度L）及配套的刀具連接桿莫氏錐號(hào)。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中各主軸用于單導(dǎo)向進(jìn)行切削加工，因此主軸與刀具之間的連接采用接桿連接，也稱剛性連接，且接桿采用A型。
a. 1、2、3、4軸M1~4=15096.93N?mm,查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表3-25可初步確定這4根主軸軸頸應(yīng)為d1=30mm根據(jù)該數(shù)據(jù)在查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表3-28可確定這3根主軸的外伸直徑應(yīng)為Φ50/Φ36。由于本設(shè)計(jì)中個(gè)主軸用于刀具的剛性連接的切削加工，所以均采用長(zhǎng)主軸，查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表3-28，可知這4根主軸的伸出長(zhǎng)度為L(zhǎng)=115mm。再查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表3-29，插入主軸部分的長(zhǎng)度為110mm。
b. 5、6、7、8、9、10、11、12軸M5~12=3213.52N?mm,查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表3-25可初步確定這4根主軸軸頸應(yīng)為d1=20mm根據(jù)該數(shù)據(jù)在查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表3-28可確定這3根主軸的外伸直徑應(yīng)為Φ30/Φ20。由于本設(shè)計(jì)中個(gè)主軸用于刀具的剛性連接的切削加工，所以均采用長(zhǎng)主軸，查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表3-28，可知這4根主軸的伸出長(zhǎng)度為L(zhǎng)=115mm。再查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表3-29，插入主軸部分的長(zhǎng)度為110mm。
(6)動(dòng)力部件的工作循環(huán)及工作行程的確定
加工時(shí)動(dòng)力部件從原始位置開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到加工終了位置又返回到原始位置的動(dòng)作過(guò)程稱為動(dòng)力部件的工作循環(huán)。一般包括快速引進(jìn)、工作進(jìn)給、快速退回等動(dòng)作。有時(shí)還有中間停止、多次往復(fù)進(jìn)給、跳躍進(jìn)給、死擋鐵停留等特殊要求，這是根據(jù)具體的加工工藝需要確定的。
工作行程長(zhǎng)度的確定如下：
a.工作進(jìn)給長(zhǎng)度 L工
L工=L1+L+L2 (2-8)
切入長(zhǎng)度L1應(yīng)根據(jù)工件端面的誤差情況在5~10mm之間選擇，誤差大時(shí)取大值。切出長(zhǎng)度L2，在采用一般簡(jiǎn)單刀具時(shí)已由上述計(jì)算得出。
L工=L1+L+L2=（5~10）+16+10=31~36mm
本設(shè)計(jì)取40mm
b.快速退回長(zhǎng)度
快速退回長(zhǎng)度等于快速引進(jìn)與工件進(jìn)給長(zhǎng)度之和。快速引進(jìn)是指動(dòng)力部件把多軸箱連同刀具從原始位置送進(jìn)到工作進(jìn)給的開(kāi)始位置，其長(zhǎng)度按加工具體情況確定。通常，在采用固定式夾具的鉆、擴(kuò)、鉸孔組合機(jī)床上，快速退回行程長(zhǎng)度需保證所有刀具均退至夾具導(dǎo)套內(nèi)而不影響工件的裝卸。所以可得10+16+17+25+10=78mm。假如刀具的剛性較好，且滿足生產(chǎn)率的要求，那么，為使動(dòng)力滑臺(tái)導(dǎo)軌在前長(zhǎng)行程上均勻磨損，也可使快速退回長(zhǎng)度加大。因此選擇長(zhǎng)度為100mm。
根據(jù)前面確定的工作進(jìn)給長(zhǎng)度和快速退回長(zhǎng)度，可以確定他們的快速進(jìn)給行程為100-40=60mm。
c.動(dòng)力部件總行程長(zhǎng)度
動(dòng)力部件總行程長(zhǎng)度除應(yīng)保證要求的循環(huán)工作行程（快速引進(jìn)+工作進(jìn)給=快速退回）外，還要考慮裝卸和調(diào)整刀具方便，既考慮前、后備量。前備量是指因刀具磨損或補(bǔ)償制造、安裝誤差，動(dòng)力部件尚可向前調(diào)節(jié)距離，通常取30~50mm，本設(shè)計(jì)取30mm。后備量是指考慮刀具從接桿或接桿連同刀具一起從主軸孔中取出所需要的軸向距離。理想情況是保證刀具退離夾具導(dǎo)套外端面的距離大于接桿插入主軸孔內(nèi)（或刀具插入連接桿內(nèi)）的長(zhǎng)度。根據(jù)前面接桿型號(hào)的選擇已確定了接桿插入主軸孔內(nèi)的長(zhǎng)度為110mm，為此后備量選擇應(yīng)大于110mm即可，這里選為120mm。
因此，動(dòng)力部件的總行程為快速退回長(zhǎng)度與前后備量之和，即總行程長(zhǎng)度為100+30+110=250mm。
2.8 加工示意圖
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。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、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。
2.9 本章小結(jié)
通過(guò)分析被加工零件的特點(diǎn)，查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》確定箱體的基本尺寸。以及各個(gè)軸的加工尺寸。并繪制出加工示意圖。
第三章 組合機(jī)床總體體設(shè)計(jì)
3.1 選擇動(dòng)力部件
3.1.1 動(dòng)力部件的選取計(jì)算
動(dòng)力部件的選取主要是確定動(dòng)力箱的選擇，由于組合機(jī)床各通用部件的配套以動(dòng)力滑臺(tái)為基準(zhǔn)，根據(jù)前面對(duì)各主軸的進(jìn)給力和功率的計(jì)算，可以計(jì)算出左多軸箱中所有主軸所需要的總進(jìn)給力和功率。
F左=F1+F2+F3+F4+F5+F6+F7+F8+F9+F10+F11+F12=4×3065.19+8×1217.52=19964.92N
P左=P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7+P8+P9+P10+P11+P12=4×0.7+8×0.19=4.32kw
P主=P切η （3-1）
式中：P切——個(gè)主軸切削功率總和；
η——組合機(jī)床多軸箱傳動(dòng)效率。
加工黑色金屬時(shí)，取η=0.8~0.9；加工有色金屬時(shí)，取η=0.7~0.8。當(dāng)多軸箱數(shù)多，傳動(dòng)較復(fù)雜時(shí)取小值，反之取大值。
考慮效率問(wèn)題，選取的動(dòng)力箱功率P左D=P左η=5.4kw, (η=0.8)
查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表2-14可選擇1TD40Ⅰ或更大的動(dòng)力箱；由《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》P47頁(yè)的必須注意事項(xiàng)可得：當(dāng)某一規(guī)格的動(dòng)力部件的功率或進(jìn)給力不能滿足要求，但又相差不大時(shí)，不要輕易選擇大一規(guī)格的動(dòng)力部件，而應(yīng)不影響加工精度和效率的前提，適當(dāng)降低關(guān)鍵性刀具的切削用量或?qū)⒌毒咤e(cuò)開(kāi)順序加工，以降低功率和進(jìn)給力。保證機(jī)床加工過(guò)程中進(jìn)給的穩(wěn)定性，選擇動(dòng)力部件還應(yīng)考慮各刀具的合力作用點(diǎn)應(yīng)在多軸箱與動(dòng)力箱的結(jié)合面內(nèi)，并盡可能縮小合力作用線與滑臺(tái)或絲杠垂直中心面之間的距離，以減少顛覆力矩。由于所選擇的動(dòng)力箱應(yīng)與液壓滑臺(tái)配套，而根據(jù)總進(jìn)給力查表2-6，液壓滑臺(tái)應(yīng)選擇1HY40型，再根據(jù)《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表2-4可知，應(yīng)選擇1TD40Ⅰ的動(dòng)力箱和1HY40的液壓滑臺(tái)。
3.1.2 選取的動(dòng)力部件的主要尺寸及性能
選取的動(dòng)力部件的主要尺寸及性能可查表，結(jié)果如下：
a.查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》附表1可得：液壓動(dòng)力滑臺(tái)1HY40Ⅰ臺(tái)面寬B=400mm,臺(tái)面長(zhǎng)L2=800mm，行程長(zhǎng)L=400mm，導(dǎo)軌為鑄鐵材料，滑臺(tái)及滑座總高H1=320mm，滑座長(zhǎng)L1=1240mm;查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表2-6可知其允許的快速行程速度為8m/min，工進(jìn)速度12.5~500mm/min。
b.查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表2-14可知，動(dòng)力箱1TD40Ⅰ電動(dòng)機(jī)為Y132S-4型，功率為5.5kW,動(dòng)力箱輸出轉(zhuǎn)速n=720r/min；查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》附表6可得：動(dòng)力箱與動(dòng)力滑臺(tái)結(jié)合面尺寸：長(zhǎng)L1=500mm,寬B2=400mm；動(dòng)力箱與多軸箱結(jié)合面尺寸：寬B1=400mm，H1=320(319.5)mm，動(dòng)力箱輸出軸距動(dòng)力箱底面高度為K+30=129.5+30=159.5mm。
c.查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》表2-4可知:配套側(cè)底座為1CC401；查附表27可得，其高度H=560mm，寬度B1=600mm，L=1350mm。
3.2 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
通常在已畫出被加工零件工序圖、加工示意圖。并初選定了動(dòng)力部件及與其配套的通用部件之后，繪制聯(lián)系尺寸圖。對(duì)于機(jī)床的某些重要尺寸也應(yīng)在畫聯(lián)系尺寸圖之前的方案階段初步確定，如機(jī)床的裝料高度H，多軸箱輪廓尺寸等。
3.2.1 機(jī)床裝料高度
裝料高度一般是指工件安裝基準(zhǔn)面至地面的垂直距離。過(guò)去我國(guó)設(shè)計(jì)組合機(jī)床一般取裝料高度H4=850mm。根據(jù)我國(guó)具體情況，對(duì)于一般立式機(jī)床及臥式組合機(jī)床、流水線和自動(dòng)線，一般在H4=850~1060mm之間選取，推薦采用1060mm；
對(duì)于鼓輪式組合機(jī)床，由于結(jié)構(gòu)關(guān)系一般取H4=1200~1300mm，此時(shí)需要腳踏墊板，以便操作者裝卸工件和操縱調(diào)整機(jī)床、刀具方便；對(duì)一些中小型零件的自動(dòng)線，應(yīng)考慮自動(dòng)排屑裝置的安排，特別是隨行家具從機(jī)床下方返回的自動(dòng)線設(shè)計(jì)，機(jī)床裝料高度一般應(yīng)提高到1000mm左右。
H4=H1+H5+H2+H3+0.5+h1-hmin (3-2)
式中:H4——裝料高度，可取850~1060mm,推薦取1060mm；
h1——多軸箱最低主軸中心線至箱底平面的高度（多軸箱最低主軸高度），對(duì)于臥式機(jī)床h1的尺寸還需要受箱體內(nèi)油面高度的限制。如果h1太小，即主軸接近箱體底面，箱內(nèi)的潤(rùn)滑油將主軸漏出；若h1取得太大時(shí)，主軸偏在多軸箱的上部位置，使整個(gè)機(jī)床的總體布置很不勻稱，同時(shí)使滑臺(tái)的受力情況不好。因此，h1與主軸外伸部分內(nèi)、外圓直徑大小有關(guān)。它的尺寸應(yīng)取得與下表所列數(shù)值相近（參考值）實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)具體情況可以進(jìn)行調(diào)整。
表3-1 最低主軸伸出高度
主軸外伸部分尺寸
22/14
30/20
38/26
50/36
65/44
80/60
h1
85
90
90
105
110
120
本設(shè)計(jì)中最低主軸外伸部分內(nèi)外圓直徑為Φ50/Φ36取h1=109.5mm。 H2+H3——滑臺(tái)與滑座總高320mm；
H5——調(diào)整墊的厚度一般為5mm；
0.5——多軸箱體底平面至滑臺(tái)體上平面間隙，0.5mm；
hmin——工件上最低孔到工件安裝基面的垂直距離32mm（工件最低孔位置）； H4=560+5+320+0.5+109.5-32=962mm。滿足推薦值850mm~1060mm的取值范圍。故設(shè)計(jì)合理。
3.2.2 中間底座輪廓尺寸
中間底座輪廓尺寸要滿足夾具在其上面連接安裝的需求。其長(zhǎng)度方向尺寸要根據(jù)所選動(dòng)力部件（滑臺(tái)和滑座）及其配套部件（側(cè)底座）的位置關(guān)系，照顧各部件聯(lián)系尺寸的合理性來(lái)確定。非常重要的是，一定要保證加工終了位置時(shí)，工件端面至多軸箱前面的距離不小于加工示意圖上要求的距離（本設(shè)計(jì)左367mm,右同）。同時(shí)，要考慮動(dòng)力部件處于加工終了位置時(shí)，多軸向與夾具外輪廓剪應(yīng)有便于機(jī)床調(diào)整、修理的距離。
L=(2L1左+2L2+L3)-2(l1+l2+l3) (3-4)
式中:L1——加工終了位置，多軸箱端面至工件端面間的距離，本設(shè)計(jì) L1左=342mm；
L2——多軸箱的厚度，本設(shè)計(jì)為325mm；
L3——延機(jī)床長(zhǎng)度方向工件加工尺寸375mm；
l1——機(jī)床長(zhǎng)度方向上，多軸箱與動(dòng)力滑臺(tái)重合長(zhǎng)度，因?yàn)榘惭b動(dòng)力箱 其后端面應(yīng)與滑鞍的后端對(duì)齊，因此該尺寸應(yīng)為滑鞍長(zhǎng)度（附表1中的L2）與動(dòng)力箱底安裝面長(zhǎng)度（附表6中的L1）之差，本設(shè)計(jì)l1=800-500=300mm。
l2——加工終了位置，滑臺(tái)前端面至滑座前端面的距離80mm。(l2取值的最大范圍為75~85mm。
l3——滑臺(tái)前端面至側(cè)底座前端面的距離本設(shè)計(jì)取115mm。
則：
L=(2L1左++2L2+L3)-2l1+l2+l3=719mm
根據(jù)L=719mm，又根據(jù)被加工零件的寬度375mm，以及其他聯(lián)系尺寸選定中間底座寬度為500mm，長(zhǎng)L=720mm。
通過(guò)以上的數(shù)據(jù)計(jì)算以及選取的專用部件可以初步確定機(jī)床中各個(gè)專用部件的的尺寸，通過(guò)各個(gè)尺寸我們可以完成組合機(jī)床的聯(lián)系尺寸圖。
3.3 生產(chǎn)率計(jì)算卡
3.3.1 生產(chǎn)率計(jì)算卡的作用
組合機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡是表示機(jī)床每小時(shí)生產(chǎn)率與負(fù)荷率的表格。它是根據(jù)加工示意圖所確定的工作循環(huán)、工作行程、切削用量、動(dòng)力部件的快速及工進(jìn)速度等編制出來(lái)的，用以反應(yīng)機(jī)床的加工過(guò)程、完成每一動(dòng)作所需的時(shí)間、切削用量、機(jī)床生產(chǎn)率及機(jī)床負(fù)荷率等。同時(shí)反應(yīng)所設(shè)計(jì)組合機(jī)床的自動(dòng)化程度。通過(guò)生產(chǎn)率計(jì)算卡的編制可以分析所制定的機(jī)床方案是否滿足生產(chǎn)要求及使用是否合理。
3.3.2 單件加工時(shí)間
單件加工時(shí)間是指所設(shè)計(jì)機(jī)床加工一個(gè)工件的加工工時(shí)。它是以工件在機(jī)床上進(jìn)行本工序所占機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間最長(zhǎng)的動(dòng)力部件作為計(jì)算基礎(chǔ)。有些比較特殊的動(dòng)力部件的機(jī)動(dòng)循環(huán)時(shí)間顯然很短，但由于他開(kāi)始的早或結(jié)束的晚，因此，有需要考慮它早開(kāi)始或晚結(jié)束的一段時(shí)間。單件時(shí)間可按下式確定：
T單=t切+t輔=L1vf1+L2vf2+t停+（L快進(jìn)vfs+L快退vfs+t移+t裝卸） （3-5）
式中：L1，L2——刀具第一、第二工作進(jìn)給行程長(zhǎng)度，mm;
vf1，vf2——刀具第一、第二工作進(jìn)給量，mm/min；
t?！?dāng)加工沉孔、止口、倒角、光整表面時(shí)。動(dòng)力滑臺(tái)在死擋鐵上的停留時(shí)間，通常指刀具在加工終了時(shí)無(wú)盡給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)5~10r所需時(shí)間，min；
L快進(jìn),L快退——?jiǎng)恿Σ考爝M(jìn)、快退行程長(zhǎng)度，mm；
vfs——?jiǎng)恿Σ考焖傩谐趟俣?。用機(jī)械動(dòng)力部件時(shí)，取5~6m/min；用液壓動(dòng)力部件時(shí)，取3~10m/min；
t移——直線移動(dòng)或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行一次工位轉(zhuǎn)換的時(shí)間，一般可取0.1min；
t裝卸——工件裝卸（包括定位、夾壓及清除鐵屑等）時(shí)間，它取決于工件重量大小、裝卸是否方便及工人熟練程度。根據(jù)各類組合機(jī)床統(tǒng)計(jì)，一般取0.5~1.5min。
3.3.3 機(jī)床生產(chǎn)率與負(fù)荷率
（1）實(shí)際生產(chǎn)率、理想生產(chǎn)率和負(fù)荷率的關(guān)系
假設(shè)組合機(jī)床實(shí)際可能生產(chǎn)率為Q1，由于組合機(jī)床工作過(guò)程中偶然事故以及操作人員的自然需要等還需要一些時(shí)間，因此，機(jī)床實(shí)際生產(chǎn)率Q1應(yīng)低于機(jī)床理想生產(chǎn)率Q，及
Q1=η負(fù)Q （3-6）
式中：η負(fù)——組合機(jī)床負(fù)荷率，一般為75%~90%；機(jī)床越復(fù)雜時(shí)它的負(fù)荷率就越底。
（2）理想生產(chǎn)率Q
理想生產(chǎn)率Q是指所設(shè)計(jì)機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。即：
Q=60T單 （3-7）
（3）實(shí)際生產(chǎn)率Q1
實(shí)際生產(chǎn)率Q1 是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)A（包括備品及廢品率在內(nèi)）所要求的生產(chǎn)率。它與全年工時(shí)總數(shù)K有關(guān)，一般情況下，單班制生產(chǎn)K=2350h，兩班制生產(chǎn)K取4600h,即：
Q1=AK （3-8）
如果計(jì)算出機(jī)床實(shí)際生產(chǎn)率不能滿足理想生產(chǎn)率要求，即Q
收藏