組合專機-車床主軸箱箱體右側(cè)10-M8螺紋底孔組合鉆床設計2,組合,專機,車床,主軸,箱體,右側(cè),右邊,10,m8,螺紋,羅紋,底孔,鉆床,設計 南京林業(yè)大學畢業(yè)設計說明書 摘 要 本論文為加工主軸箱箱體右側(cè)十個螺紋底孔的組合鉆床的設計。 根據(jù)加工工件的尺寸圖和生產(chǎn)要求，合理的擬定設計方案，完成該機床各部件及系統(tǒng)的設計，主要包括加工工序的制定，主軸、刀具的選擇，多軸箱和滑臺的合理選用，主軸箱內(nèi)傳動系統(tǒng)的設定，夾具的設計，以及制定液壓和控制系統(tǒng)。設計過程中，在滿足設計要求的同時，應該注意相互間的合理配合，這樣才能從整體上把握組合機床的性能和結(jié)構(gòu)。 為使設計符合現(xiàn)代化要求，該組合機床采用PLC控制系統(tǒng)來控制機床的工作，PLC控制是具有功能完善、通用靈活、簡單易懂、操作方便和價格便宜等優(yōu)點，這不僅滿足了現(xiàn)代社會對生產(chǎn)的需要同時也體現(xiàn)了人性化設計的要求。 ABSTRACT This thesis combination machine for design processing many stalks the box ten screw threads of rights the bore bed. According to the processing work piece dimensional drawing and the production request, reasonable draws up the design proposal, completes this engine bed various parts and the system design, mainly includes the processing working procedure the formulation, the main axle, the cutting tool choice, the multi-axle-boxes and the sliding table select reasonably, in headstock transmission system hypothesis, jig design, as well as formulation hydraulic pressure and control system. In the design process, while satisfies the design request, should pay attention to mutually the reasonable coordination, like this can grasp the aggregate machine-tool overall the performance and the structure. For making design to meet the modern request, and reshuffle to match the machine bed to adopt the PLC to control the system to control the revolving of machine bed, PLC control to have the function perfect, in general use and vivid, in brief and easily understand, operation convenience with price cheapness etc. Advantage, this not only satisfied the modern society to demand production also now the request of the humanized design. 目 錄 前言 －－－－－－－－－－－－－－4 1．畢業(yè)設計的目的和內(nèi)容 －－－－－－－－－－－－－－5 1.1通過畢業(yè)設計應達到的目的 －－－－－－－－－－－－－－5 1.2畢業(yè)設計的有關(guān)內(nèi)容及計算 －－－－－－－－－－－－－－5 2．方案討論及總體設計 －－－－－－－－－－－－－－6 2.1 組合機床工藝方案的制定 －－－－－－－－－－－－－－6 2.2 切削用量的確定 －－－－－－－－－－－－－－7 2.3 確定切削力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率－－－－－－－－－－－－－－7 2.4 加工工序圖 －－－－－－－－－－－－－－8 2.5 液壓滑臺的設計計算 －－－－－－－－－－－－－－9 2.6 加工示意圖 －－－－－－－－－－－－－－11 2.7 機床聯(lián)系尺寸總圖 －－－－－－－－－－－－－－16 3．組合機床多軸箱設計 －－－－－－－－－－－－－－21 3.1多軸箱的組成 －－－－－－－－－－－－－－21 3.2 通用鉆削主軸 －－－－－－－－－－－－－－21 3.3通用傳動軸 －－－－－－－－－－－－－－22 3.4通用齒輪和套 －－－－－－－－－－－－－－22 3.5主軸型式和直徑、齒輪模數(shù)的確定 －－－－－－－－－－－－－－22 3.6多軸箱的動力計算 －－－－－－－－－－－－－－22 3.7 對多軸箱傳動的一般要求 －－－－－－－－－－－－－－23 3.8潤滑泵軸和手柄軸的安置 －－－－－－－－－－－－－－23 3.9 多軸箱傳動系統(tǒng)擬定 －－－－－－－－－－－－－－23 3.10 傳動零件的校核計算 －－－－－－－－－－－－－－27 3.11 傳動系統(tǒng)的校核計算 －－－－－－－－－－－－－－27 4．組合機床夾具設計 －－－－－－－－－－－－－－29 4.1夾具的作用 －－－－－－－－－－－－－－29 4.2具的組成 －－－－－－－－－－－－－－29 4.3工件的定位 －－－－－－－－－－－－－－30 4.4工件的夾緊 －－－－－－－－－－－－－－30 4.5夾具總圖 －－－－－－－－－－－－－－30 5．液壓系統(tǒng)的設計 －－－－－－－－－－－－－－31 5.1 滑臺原位停止 －－－－－－－－－－－－－－31 5.2 滑臺快進 －－－－－－－－－－－－－－31 5.3 滑臺工進 －－－－－－－－－－－－－－31 5.4 滑臺快退 －－－－－－－－－－－－－－31 5.5液壓系統(tǒng)圖 －－－－－－－－－－－－－－32 6．PLC控制系統(tǒng)設計 －－－－－－－－－－－－－－33 6.1PLC工作原理 －－－－－－－－－－－－－－33 6.2PLC的控制方式 －－－－－－－－－－－－－－33 6.3動作循環(huán)圖 －－－－－－－－－－－－－－34 6.4端子分配圖 －－－－－－－－－－－－－－35 6.5梯形圖 －－－－－－－－－－－－－－36 6.6指令程序 －－－－－－－－－－－－－－37 7．畢業(yè)設計體會 －－－－－－－－－－－－－－38 8．致謝 －－－－－－－－－－－－－－39 9．參考文獻 －－－－－－－－－－－－－－40 10．附錄 －－－－－－－－－－－－－－41 前 言 科學技術(shù)日新月異，工業(yè)生產(chǎn)不斷進步，市場對產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率提出了越來越高的要求。產(chǎn)品加工工藝過程的自動化是實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率最重要的措施之一。 組合機床作為一種專用高效自動化技術(shù)設備，已成為大批量機械產(chǎn)品實現(xiàn)高效、 高質(zhì)量和經(jīng)濟性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備，是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。組合機床及的技術(shù)性能和綜合自動化水平，在很大程度上決定了這些工業(yè)部門產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的結(jié)構(gòu)，也在很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競爭力。 組合機床根據(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床。PLC控制機械加工是當今主流的一種機械加工方式。是在各類生產(chǎn)中應用最多的一項技術(shù)，也是機械設計類大學畢業(yè)生必須掌握的一種設計方法，這次設計的課題就是有關(guān)PLC來控制車床主軸箱箱體右側(cè)十個M8螺紋底孔組合鉆床的設計。 PLC控制是具有功能完善、通用靈活、簡單易懂、操作方便和價格便宜等優(yōu)點，這不僅滿足了現(xiàn)代社會對生產(chǎn)的需要同時也體現(xiàn)了人性化設計的同時，PLC控制也存在某些方面的不足，如國外進口設備上的可編程控制器型號多樣，技術(shù)資料不全，缺少實驗裝置的配置等，還需要在具體的實踐中不斷的完善與改進。 1．畢業(yè)設計的目的和內(nèi)容 畢業(yè)設計是學生在校學習期間最后一個重要環(huán)節(jié)，畢業(yè)設計旨在培養(yǎng)學生綜合運用所學知識進行設計的能力。 1.1通過畢業(yè)設計應達到以下目的： （1）了解有關(guān)產(chǎn)品的設計的一般程序和方法。 （2）綜合運用所學知識培養(yǎng)獨立解決有關(guān)工程技術(shù)問題的能力，鞏固和提高計算和制圖基本技能。 （3）初步具備調(diào)查研究，收集資料、分析和綜合問題及撰寫技術(shù)文件方面的能力。 （4）圍繞畢業(yè)設計課題一步一步加深和擴大知識領(lǐng)域。 （5）逐步樹立真確的設計思想和認真的設計作風。 1.2畢業(yè)設計的有關(guān)內(nèi)容及計算： （1）材料HT300：該加工件為主軸箱箱體，由表3-1 灰鑄鐵的牌號和力學性能 ，可知HT300型號的鑄鐵適于制造多軸機床主軸箱。 （2）硬度242HBS：查表3.2-3 灰鑄鐵鑄件預計的機械性能及應用舉例，有σb=290MPa，由硬度與抗拉強度間對應的經(jīng)驗公式，當σb>196MPa時 HB=RH（100+0.438σb） 灰鑄鐵相對硬度 RH=0.8～1.20 所以 HBmax=272HBS， HBmin=182HBS， 查表7-24 組合機床設計中推薦的切削力、扭矩及功率計算公式的注解中 HB=HBmax-（HBmax- HBmin）/3 從而 HB=272-（272-182）/3 =242HBS （3）重量估算 m= =38Kg 2．方案討論及總體設計 組合機床是由大量的通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。它能對一種或幾種零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工，在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序；生產(chǎn)效力高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。其組成是：床身（側(cè)底座）、底座（中間底座、立柱底座）、動力滑臺、夾具、動力箱、多軸箱、立拄、墊鐵、液壓裝置、電器控制設備、刀具等。 總體方案設計主要包括制定工藝方案（確定零件在組合機床完成的工藝內(nèi)容及加工方法，選擇定位基準和夾緊部位，決定工步和刀具結(jié)構(gòu)形式、種類及切削用量等）、確定機床裝配形式、制定影響機床總體布局和技術(shù)性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。 2.1 組合機床工藝方案的制定 2.1.1 根據(jù)題目要求，該組合機床采用液壓滑臺驅(qū)動，實現(xiàn)進給運動。本設計為鉆10個M8的螺紋底孔，分析可知，其加工為單工位的平面加工，且其加工的精度要求不是不高，生產(chǎn)需要為大批大量生產(chǎn)，故該組合機床的通用部件使用大型部件。 （1）由工序集中的原則 考慮該工件加工孔間相對位置有嚴格的精度要求，所以應該在一次工序中集中加工，以免2次安裝產(chǎn)生的誤差影響和便于機床精度調(diào)整與找正 （2）孔間中心距的限制 查表7-37 通用主軸最小間距 對于滾針軸承主軸 dmin>35.5mm 由加工工序圖可有主軸7和9之間距離最小，因此 dmin= =41.5mm>35.5mm （3）生產(chǎn)批量要求 該組合機床要求能夠滿足大批量工件的加工需求，其通用部件因該使用大型部件。 2.1..2 定位基準和夾壓部位的選擇 組合機床一般為工序集中的多刀加工，不但切削負荷大，而且工件受力方向變化。因此，正確選擇定位基準和夾壓部位是保證加工精度的重要條件。對于毛坯基準選擇要考慮有關(guān)工序加工余量的均勻性；對于光面定位基準的選擇要考慮基面與加工部位間位置尺寸關(guān)系，使它利于保證加工精度。定位夾壓部位的選擇應在有足夠的夾緊力下工件產(chǎn)生的變形最小，并且夾具易于設置導向和通過刀具。該螺紋底孔分別以孔Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的軸線為中心作為定位基準，而孔Ⅱ、Ⅳ的軸線又以孔Ⅲ的軸線為平行基準，考慮到夾緊問題，選擇孔Ⅱ、Ⅲ的軸線為加工件的定位基準，另一側(cè)面為定位面，加工面作為夾緊面。 2.1..3 工序間余量的確定 為保證加工質(zhì)量，必須合理確定工序間余量。該組合機床為螺紋底孔初步加工，一次性完成，按螺孔M8的小徑來加工，其工序的余量可以忽略，不予考慮。 2.1.4 刀具結(jié)構(gòu)的選擇 正確選擇刀具結(jié)構(gòu)，對保證機床正常工作極為重要。根據(jù)工藝要求和加工精度不同，組合機床常用刀具有一般刀具（標準刀具）、復合刀具及特種刀具等。選擇刀具結(jié)構(gòu)應注意以下問題： a. 只要條件許可，為使工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單刃磨容易，應盡量選用標準刀具和一般簡單刀具。 b. 為提高工序集中程度或保證加工精度，可采用先后加工或同時加工兩個或兩個以上表面的復合刀具。但應盡量采用組裝式結(jié)構(gòu)，如裝幾把鏜刀的鏜桿：幾把擴孔鉆或鉸刀的刀桿，同時加工孔及端面的鏜刀頭等。整體式復合刀具制造刃磨較困難，刀體不能重復使用，成本高，只有為了節(jié)省工位或機床臺數(shù)和為了保證加工精度所必須時才能采用。 c. 選擇刀具結(jié)構(gòu)必須考慮工件材料特點。如加工硬度要求較高的鑄鐵或鋼件時，為提高刀具耐用度，減少換刀時間，宜采用多刃鉸刀或多刃鏜頭加工，以解決斷屑及排屑問題。 2.2 切削用量的確定 切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度、生產(chǎn)率、刀具耐用度、機床的結(jié)構(gòu)型式及工作可靠性均有較大影響。由于鉆孔要求較高的切削速度和較小的進給量，查表7-19 高速鋼鉆頭切削用量 有刀具切削速度為v=（10～18）m/min，進給量為f=(0.1～0.18)mm/r,現(xiàn)取v=18m/min、f=0.15mm/r。 2.3 確定切削力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率 根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度v及進給量f），確定進給力作為選用動力滑臺及設計夾具的依據(jù)；確定切削轉(zhuǎn)矩用以確定主軸及其他傳動件的尺寸；確定切削功率用作選擇主傳動電機功率。 根據(jù)表7-24組合機床設計中推薦的切削力、扭矩及功率計算公式有 M8的孔： 切削力 F= = =（N） 切削轉(zhuǎn)矩 T= = = （N*mm） 切削功率 P=Tv/（9740ΠD） = = 0.2KW 2.4 組合鉆床主軸箱體上的10個M8螺紋底孔的加工工序圖 根據(jù)加工工序圖上加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位基準、夾壓部位以及被加工零件的材料HT300，其布氏硬度為242HBS，加工部位壁厚20mm來制定工藝方案。 加工工序圖如下： 2.5 液壓滑臺的設計計算 為了完成主軸箱體側(cè)面10個螺紋底孔的加工，液壓滑臺工作循環(huán)如圖所示： 為實現(xiàn)上述工作循環(huán)，可以采用液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)操縱行程開關(guān)來實現(xiàn)快進 ——工進——快退的工作循環(huán)。其工作過程為：液壓滑臺快進后，當擺桿碰到中間行程開關(guān)時，經(jīng)液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為工作進給，動力頭以慢進速度完成加工循環(huán)，當碰到終點行程開關(guān)時，延時一段時間，動力頭再變?yōu)榭焱?，到碰到原位的行程開關(guān)后快退結(jié)束，動力頭停止。在加工終了，壓下終點行程開關(guān)，同時發(fā)出信號切斷主軸旋轉(zhuǎn)的信號即可，也既當液壓滑臺在快退到壓下開始的限位開關(guān)，主軸旋轉(zhuǎn)停止。 由F總=10745N， 查表7-15 1HY系列液壓滑臺主要技術(shù)性能，選擇1HY40M型液壓滑臺以及相配套的側(cè)底座，其行程為630mm，臺面寬度為400mm，臺面長度為800mm，最大進給力為20000（N），工進速度為12.5～500mm﹒min-1，快進速度為8m﹒min-1。液壓滑臺與其附屬部件配套，通過電氣、液壓聯(lián)合控制實現(xiàn)自動循環(huán)。根據(jù)零件的尺寸圖，選用一次工作進給，這種工作循環(huán)主要用于對工作進給速度要求不變的情況下，如：鉆孔、擴孔、鏜孔等。當孔加工深度要求較高精度時，可采用死擋鐵停留來保證。 附屬部件、支承部件配套表： 滑臺型 號 行程 (mm) 二級進給及壓力 導軌防護 分級進給裝置 滑臺側(cè)底座 立柱 立柱側(cè)底座 1HY40 630 1HY40-F51 1HY40-F81 1CC401M 1CL40M 1CD401M 查表 5-3 1HY系列液壓滑臺臥式配置時聯(lián)系尺寸： 液壓滑臺的尺寸為: B=400m B1=400 B2=96 B360.5 B4=330 B5=85 b1=355 L=630 L1=1470 L2=800 L3=307 l=100～180 e=120～90 取e=110 H1=320 H2=245 n=7 m=0 d0=M16 側(cè)底座的尺寸為: B6=600 B7=85 L4=1580 L5=250 L6=60 H3=560 H4=210 H5=110 H6=40 d1=M20*70 d2=￠20 d3=￠24 d4=G1 d5=G1/4 根據(jù)加工工件的尺寸，可以按 快進（264mm）， 工進（36mm）， 快退（300mm）。 的過程來放置行程開關(guān)，完成工件的加工。 2.6 加工示意圖 2.6.1 加工示意圖的作用和內(nèi)容 加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎(chǔ)上繪制的。是表達工藝方案具體內(nèi)容的機床工藝方案圖。它是設計刀具、輔具、夾具、多軸箱和液壓、電氣系統(tǒng)以及選擇動力部件、繪制機床總聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調(diào)整機床和刀具所必須的重要技術(shù)文件。 見加工示意圖II表達和標注的內(nèi)容用：機床的加工方法，工作循環(huán)和工作行程；工件、刀具及導向、托架及多軸箱之間的相對位置及其聯(lián)系尺寸；主軸結(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（直徑和長度）；接桿（包括鏜桿）、浮動卡頭、導向裝置、等結(jié)構(gòu)尺寸；刀具、導向套間的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式及配合尺寸等。 2.6.2選擇刀具、導向及有關(guān)計算 （1）刀具的選擇 根據(jù)工件的材質(zhì)、加工精度、表面粗糙度、排屑及生產(chǎn)率等要求，刀具選用高速剛。只要條件允許，應盡量選用標準刀具。刀具插入接桿孔內(nèi)的長度，在繪制加工示意圖時應注意從刀具的總長度中減去。 由表5-2 普通螺紋基本尺寸 可以查得螺距為1的M8螺紋孔小徑D1=6.917mm,根據(jù)工件的加工及材料特點，宜選用高速鋼型的直柄麻花鉆，通過表2-106 直柄麻花鉆 ,選擇d=7.00 上偏差為0 下偏差為-0.22的刀具。 其尺寸聯(lián)系圖： （2）導向結(jié)構(gòu)的選擇 組合機床加工孔時，除采用剛性主軸加工方案外，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的導向裝置來保證的。因此，正確選擇導向結(jié)構(gòu)和確定導向類型、參數(shù)、精度，是設計組合機床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時必須解決的問題。 查表 7-26 導向裝置的布置與參數(shù)選擇及表7-27 導向裝置的配合來確定， 其尺寸見圖： （3）確定主軸類型、尺寸、外伸長度 主軸類型主要依據(jù)工藝方法和刀桿與主軸的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)進行確定。主軸軸頸及軸端尺寸主要取決于進給抗力和主軸——刀具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如與刀桿有浮動聯(lián)接或剛性聯(lián)接，主軸則有短懸伸鏜孔主軸和長懸伸的鉆孔主軸。主軸軸頸尺寸規(guī)格應根據(jù)選定的切削用量計算出切削轉(zhuǎn)矩T總=23.8N 根據(jù)表7-28軸能承受的扭矩可以得傳動軸直徑為20mm. 綜合考慮加工精度和具體工作條件，按表7-31 通用主軸的系列參數(shù) 選定主軸外伸長度L，外徑D和內(nèi)徑d1及配套的刀具接桿莫氏錐度或攻螺紋靠模規(guī)格代號等。 對于臥式類鉆削類主軸： 有主軸外伸長度L=115mm， 外徑D=32mm， 內(nèi)徑d1=20mm, (4）選擇接桿、浮動卡頭 除剛性主軸外，組合機床主軸與刀具間常用接桿連接（稱剛性連接）和浮動卡頭連接（稱浮動連接）。 在鉆、擴、鉸、锪孔及倒角等加工小孔時，通常都采用接桿。因多軸箱各主軸的外伸長度和刀具長度都為定值，為保證多軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，須采用軸向可調(diào)整的接桿來協(xié)調(diào)各軸的軸向長度，以滿足同時加工完成各孔的要求。為使工件端面至多軸箱端面為最小距離，首先應按加工部位在外壁、加工孔深最淺、孔徑又最大的主軸選定接桿（通常先按最小長度選取），由此選用其它接桿。接桿已標準化，通用標準接桿號和彈簧卡頭可根據(jù)刀具尾部（莫氏號）和主軸頭部內(nèi)孔徑直徑按圖5-38 彈簧卡頭、圖5-39接桿 來選取。 為提高加工精度、減少主軸位置誤差和主軸振擺對加工精度的影響，在采用長導向或雙導向和多導向進行鏜、擴、鉸孔時，一般孔的位置精度靠夾具來保證。為避免主軸與夾具導套不同軸而引起的刀桿“別勁”現(xiàn)象影響加工精度，均可采用浮動卡頭連接。 （5）標注聯(lián)系尺寸 首先從同一多軸箱上所有刀具中找出影響聯(lián)系尺寸的關(guān)鍵刀具，使其接桿最短，以獲得加工終了時多軸箱前端面到工件端面之間所需的最小距離，并據(jù)此確定全部刀具、接桿、導向托架及工件之間的聯(lián)系尺寸。主軸端部須標注外徑和孔徑（D/d）、外伸長度L；刀具結(jié)構(gòu)尺寸須標注直徑和長度；導向結(jié)構(gòu)尺寸應標注直徑、長度、配合；工件至夾具之間須標注工件離導套端面的距離；還必須標注托架與夾具之間的尺寸、工件本身以及加工部位的尺寸和精度等。 多軸箱端面到工件端面之間的距離是加工示意圖上重要的聯(lián)系尺寸。為使所設計的機床結(jié)構(gòu)緊湊，應盡量縮小這一距離。這一距離取決于兩方面：一是多軸箱上刀具、接桿、主軸等結(jié)構(gòu)和互相聯(lián)系所需的最小軸向尺寸；二是機床總布局所要求的聯(lián)系尺寸。這兩個方面是互相制約的。 （6）標注切削用量 各主軸的切削用量應標注在相應的主軸后端。其內(nèi)容包括：主軸轉(zhuǎn)速n、相應刀具的切削速度v、每轉(zhuǎn)進給量f。同一多軸箱上各主軸的每分鐘進給量是相等的，等于動力滑臺的工進速度v，即fM=vf。 （7）動力部件工作循環(huán)及行程的確定 動力部件的工作循環(huán)是指加工時，動力部件從原始位置開始運動到加工終了位置，又返回原位的動作過程。一般包括快速引進、工進進給和快速退回等動作。有時還有中間停止、多次往復進給、跳躍進給、死擋鐵停留等特殊要求。 a.工作進給長度LI的確定 組合機床上有第一工作進給和第二工作進給之分。前者用于鉆、擴、鉸和鏜孔等工序；后者常用于鉆或擴孔后需要進行锪平面、倒大角等工序。工作進給長度LI，應等于加工部位長度L（多軸加工時按最長孔決定）與刀具切入長度L1和切出長度L2之和，即LI=L+L1+L2 切入長度一般為5～10mm，取L1=10mm。 根據(jù)端面的誤差情況確定。切出長度查表3-7有 ： L2=1/3d+（3～8）=2.3+（3～8）=5.3～10.3mm， 取 L2=6mm 則：LI= L+L1+L2=10+20+6=36mm b.快速引進長度的確定 快速引進是指動力部件把刀具送到工作進給位置，其長度按具體情況確定，考慮到安裝工件的必要尺寸取L快進=264mm。 c.快速退回長度的確定 快速退回的長度等于快進長度和工進進給長度之和。一般在固定式夾具鉆孔或擴孔的機床上，動力部件快速退回的行程，只要把所有刀具都退回導套內(nèi)，不影響工作的裝卸就行了。但對于夾具需要回轉(zhuǎn)或移動的機床，動力部件快速退回行程必須把刀具、托架、活動鉆模板及定位銷都退離到夾具運動可能碰到的范圍之外,L快退=36+264=300mm。 d.動力部件總行程的確定 動力部件的總行程除了滿足工作循環(huán)向前和向后所需的行程外,還要考慮因刀具磨損或補償制造、安裝誤差,動力部件能夠向前調(diào)節(jié)的距離(即前備量)和刀具裝卸以及從接桿中或接桿連同刀具一起從主軸孔中取出時,動力部件需后退的距離(刀具退離夾具導套外端面的距離應大于接桿插入主軸孔內(nèi)或刀具插入接桿孔內(nèi)的長度,即后備量)。因此,動力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。 2.7 機床聯(lián)系尺寸總圖 2.7.1 機床聯(lián)系尺寸總圖的作用與內(nèi)容 機床聯(lián)系尺寸總圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并按初步選定的主要通用部件以及確定的專用部件的總體結(jié)構(gòu)而繪制的。是用來表示機床的配置型式、主要構(gòu)成及各部件安裝位置、相互聯(lián)系、運動關(guān)系和操作方式的總體布局。用以檢驗各部件相對位置及尺寸聯(lián)系能否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適；它為多軸箱、夾具等專用部件設計提供重要依據(jù)；它可以看成是機床總體外觀圖。由其輪廓尺寸、占地面積、操作方式等可以檢驗是否適應用戶現(xiàn)場使用環(huán)境。 2.7.2 繪制機床聯(lián)系尺寸總圖之前應確定的主要內(nèi)容 （1）選擇動力部件 動力部件的選擇主要是確定動力箱（或各種工藝切削頭）和動力滑臺。動力箱規(guī)格要與滑臺匹配，其驅(qū)動功率主要依據(jù)多軸箱所需傳遞的切削功率來選用。在不需要精確計算多軸箱功率或多軸箱尚未設計出來之前，可按下列簡化公式進行估算： P多軸箱=P切削 /η 式中P切削——消耗于各主軸的切削功率的總和，單位為KW；計算公式查表6-20計算。 η——多軸箱的傳動效率，加工黑色金屬時取0.8～0.9，加工有色金屬時取0.7～0.8；取η為0.8。 則：P多軸箱=P切削/η=2/0.8 =2.5KW 查表7-9 1TD32-1TD50動力箱性能 ，多軸箱選用1TD40Ⅲ型動力箱，其內(nèi)部電動機型號為Y132M-4，電動機功率為3.0KW，電動機轉(zhuǎn)速為960r·min-1。驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速為480r·min-1。 （2） 確定機床裝料高度H 裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離。在確定機床裝料高度時，首先要考慮工人操作的方便性；對于流水線要考慮車間運送工件的滾道高度；對于自動線要考慮中間底座的足夠高度，以便允許內(nèi)腔通過隨行夾具返回系統(tǒng)或泠卻排屑系統(tǒng)。其次是機床內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸限制和剛性要求。如工件最底孔位置h2、多軸箱允許的最底主軸高度h1和通用部件、中間底座及夾具底座基本尺寸的限制等?？紤]上述剛度、結(jié)構(gòu)功能和使用要求等因素，新國家標準裝料高度為1060mm，與國際標準ISO一致。實際設計時常在850～1060mm之間選取。本課題取裝料高度為H=930.5mm。 （3） 確定夾具輪廓尺寸 主要確定底座的長、寬、高尺寸。工件的輪廓尺寸和形狀是確定夾具底座輪廓尺寸的基本依據(jù)。具體要考慮布置工件的定位、限位、夾緊機構(gòu)、刀具導向裝置以及夾具底座排屑和安裝等方面的空間和面積需要。 加工示意圖中已確定了一個或幾個加工方向的工件與導向間距離以及導向套的尺寸。這里主要是合理確定設置導向的鉆模架體尺寸，可初步確定它在加工方向的尺寸一般不小于導向長度，取L長503mm,至于寬度尺寸可據(jù)導向分布尺寸及工件限位元件安置需要確定，取L寬480mm，工件夾緊高度L=1072.5mm,夾具底座的高度尺寸，一方面要保證其有足夠的剛度，同時要考慮機床的裝料高度、中間底座的剛度、排屑的方便性和便于設置定位、夾緊機構(gòu)，一般不小于240mm。本課題高度為240mm。對于較復雜的夾具，繪制聯(lián)系尺寸總圖之前應繪制夾具夾具結(jié)構(gòu)草圖，以便于確定夾具的主要參數(shù)、基本結(jié)構(gòu)方案及其外形控制尺寸。 （4） 確定中間底座尺寸 中間底座的輪廓尺寸，在長寬方向應滿足夾具的安裝需要。它在加工方向的尺寸，實際已由加工示意圖所確定，圖中已規(guī)定了機床在加工終了時工件端面至多軸箱前端面的距離。由此，根據(jù)選定的動力箱、滑臺、側(cè)底座等標準的位置關(guān)系，并考慮滑臺的前備量，通過尺寸鏈就可以計算確定中間底座加工方向的尺寸（本課題選前備量為30mm，計算長度為740mm）。算出長度通常應圓整，并按R20優(yōu)選數(shù)系選用。應注意，考慮到毛坯誤差和裝配偏移，中間底座支承夾具底座的空余邊緣尺寸。當機床不用泠卻液時不要小于10～15mm；使用冷卻液時不小于70～100mm。還須注意：當加工終了時，多軸箱與夾具體輪廓間應有足夠的距離，以便于調(diào)整和維修，并應有一定的前備量。 確定中間底座的高度方向尺寸時，應注意機床的剛性要求、冷卻排屑系統(tǒng)要求以及側(cè)底座連接尺寸要求。裝料高度和夾具底座高度確定后，中間底座高度就已確定，本課題中高度為560mm。 （5）確定多軸箱輪廓尺寸 標準通用鉆、鏜類多軸箱的厚度是一定的、臥式為325mm，立式為340mm。因此，確定多軸箱尺寸，主要是確定多軸箱的寬度B和高度H及最底主軸高度h1。見圖多軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關(guān)，可按下式確定：B=b+2b1 H=h+h1+b1 式中 b——工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離，單位為mm； b1——最邊緣主軸中心至箱體外壁距離，單位為mm； h——工件在高度方向相距最遠的兩孔距離，單位為mm； h1——最底主軸高度，單位為mm。 b和h為已知尺寸，從加工工序圖中查得：b=197.5mm， h=192mm。 為保證多軸箱內(nèi)有足夠安排齒輪的空間，推薦b1>70～100mm。取b1=100mm，多軸箱最底主軸高度h1必須考慮與工件最低孔位置h2、機床裝料高度H、滑臺總高h3、側(cè)底座高度h4等尺寸之間的關(guān)系而確定。推薦h1>85～140mm，取h1=108mm。H、B的計算如下： B= b+2b1=197.5+2*100=397.5mm H= h+h1+b1=192+108+100=400mm 查表5-40 1TD25-1TD80動力箱與多軸箱、滑臺的聯(lián)系尺寸 及表7-3 多軸箱體規(guī)格尺寸及動力箱法蘭尺寸，考慮到兩者間的安裝連接，應該選用 B*H=630mm*500mm的多軸箱。 2.7.3 機床生產(chǎn)率計算卡 加工零件 圖號 毛坯種類 灰鑄鐵 名稱 車床主軸箱箱體 毛坯重量 38Kg 材料 HT300 硬度 HB242 工序名稱 鉆螺紋底孔 工序號 序號 工步名稱 零件個數(shù) 加工直徑/mm 加工長度 工作行程/mm 切削速度 每分鐘轉(zhuǎn)速 每轉(zhuǎn)進給量 每分鐘進給量 工時/min 機動時間 輔助時間 共計 1 裝入工件 1 0.75 2 定位、夾緊 46 0.025 3 快進 264 8000 0.033 4 工進 ￠7 20 36 18 468 0.15 70.2 0.51 5 停留 0.033 6 快退 300 8000 0.038 7 松開工件 46 0.025 8 卸下工件 0.75 備注 本機床裝卸工件時間取為1.5min 單件總工時 0.51 1.654 2.164 實際生產(chǎn)率 27.7（件/h） 要求生產(chǎn)率 15～30（件/h） 3．組合機床多軸箱設計 3.1多軸箱的組成 大型通用多軸箱由通用零件如箱體、主軸、傳動軸、齒輪和附加機構(gòu)等組成，其基本結(jié)構(gòu)見多軸箱設計總圖。圖中箱體、前蓋、后蓋、上蓋、側(cè)蓋等為箱體類零件；主軸、傳動軸、手柄軸、傳動齒輪、動力箱或電動機齒輪等為傳動類零件；葉片泵、分油器、注油標、排油塞、和防油套等為潤滑及防油元件。在多軸箱內(nèi)腔，安排3排24mm寬的齒輪；箱體后壁與后蓋之間安排24mm寬的齒輪。后蓋的厚度為90mm，多軸箱的標準厚度為180mm。 多軸箱的通用箱體類零件配套表見表7-4，選用DZ27型多軸箱；箱體材料為HT300，前、后、側(cè)蓋等材料為HT200。多軸箱體基本尺寸系列標準（GB3668.1-83）規(guī)定，9種名義尺寸用相應滑臺的滑鞍寬度表示，多軸箱寬度和高度是根據(jù)配套滑臺的規(guī)格按規(guī)定的系列尺寸（表7-1）選擇；多軸箱后蓋與動力箱法蘭尺寸如表7-2所示，其結(jié)合面上連接螺紋孔、定位銷孔及其位置與動力箱聯(lián)系尺寸相適應（參閱表5-40）；通用多軸箱體結(jié)構(gòu)尺寸及螺孔位置見表7-3。 多軸箱設計原始依據(jù)表： 軸號 主軸外伸尺寸 切 削 用 量 D/d L 工序內(nèi)容 n（r*min-1） v（m*min-1） f（mm*r-1） 1、2、3、 4、5、 6 32/20 115 鉆M8螺紋內(nèi)底孔 480 18 0.15 3.2 通用鉆削主軸 該工件加工底孔間距較小，決定了主軸宜采用滾針軸承主軸，前后支承均無內(nèi)環(huán)滾針軸承和推力球軸承，其型號為dT0724-41。 3.3通用傳動軸 通用傳動軸按用途和支承形式分為圖4-5所示六種，表4-4所示為通用傳動軸的系列參數(shù)六種傳動軸結(jié)構(gòu)，配套零件及聯(lián)系尺寸，其型號為dT0733-41 3.4通用齒輪和套 多軸箱用通用齒輪有：傳動齒輪、動力箱齒輪和電動機齒輪三種（見表4-5），其結(jié)構(gòu)型式、尺寸參數(shù)及制造裝配要求見表7-21～表7-23。多軸箱用套和防油套綜合表參閱表7-24、表7-25。 3.5主軸型式和直徑、齒輪模數(shù)的確定 主軸的型式和直徑，主要取決于工藝方法、刀具主軸聯(lián)接結(jié)構(gòu)、刀具的進給抗力和切削轉(zhuǎn)矩。主軸直徑按加工示意圖所示主軸類型及外伸尺寸可初步確定。傳動軸直徑也可以參考主軸直徑大小初步選定。齒輪模數(shù)m（單位為mm）一般用類比法確定，也可按公式估算，即m≥（30～32）（P/zn）1/3 式中 P——齒輪所傳遞的功率，單位為KW ； z——一對嚙合齒輪的小齒輪齒數(shù)； n——小齒輪的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。 多軸箱中的齒輪模數(shù)常用2、2.5、3、3.5、4幾種，為便于生產(chǎn)，同一多軸箱中的模數(shù)最好不要多于兩種。 3.6多軸箱的動力計算 多軸箱的動力計算包括多軸箱所需要的功率和進給力兩項。傳動系統(tǒng)確定后，多軸箱所需功率P多軸箱按下列公式計算： P多軸箱=P切削+P空轉(zhuǎn)+P損失 =++ 式中 P切削——切削功率，單位為KW； P空轉(zhuǎn)——空轉(zhuǎn)功率，單位KW； P損失——與負荷成正比的功率損失，單位為KW。 每根主軸的切削功率，由選定的切削用量按公式計算或查圖表獲得；每根軸的空轉(zhuǎn)功率按表4-6確定；每根軸上的功率損失，一般可取所傳遞功率的1%。軸徑為20的主軸的功率為0.046KW。則： P多軸箱=P切削+P空轉(zhuǎn)+P損失 =（2+10*0.046）*（1+1%）=2.5KW 3.7 對多軸箱傳動的一般要求 3.7.1 在保證主軸的強度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的條件下，力求使傳動軸和齒輪的規(guī)格、數(shù)量為最少。為此，應盡量用一根中間傳動軸帶動多根主軸，并將齒輪布置在同一排上。當中心距不符合標準時，可采用變位齒輪或略微改動傳動比的方法解決。 3.7.2 盡量不用主軸帶動主軸的方案，以免增加主軸負荷，影響加工質(zhì)量。遇到主軸分布較密，布置齒輪的空間受到限制或主軸負荷較小、加工精度要求不高時，也可用一根強度較高的主軸帶動1～2根主軸傳動方案。 3.7.3 為使結(jié)構(gòu)緊湊，多軸箱內(nèi)齒輪副的傳動比一般要大于1/2（最佳傳動比為1～1/1.5），后蓋內(nèi)齒輪傳動比允許取至1/3～1/3.5；盡量避免用升速傳動。當驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速較低時，允許先升速后再降一些，使傳動鏈前面的軸、齒輪轉(zhuǎn)矩較小，結(jié)構(gòu)緊湊，但空轉(zhuǎn)功率損失隨之增加，故要求升速傳動比小于等于2；為使主軸上的齒輪不過大，最后一級經(jīng)常采用升速傳動。 3.7.4 用于粗加工主軸上的齒輪，應盡可能設置在第I排，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形；精加工主軸上的齒輪，應設置在第III排，以減少主軸端的彎曲變形。 3.7.5 驅(qū)動軸直接帶動的轉(zhuǎn)動軸數(shù)不能超過兩根，以免給裝配帶來困難。 3.8潤滑泵軸和手柄軸的安置 多軸箱常采用葉片油泵潤滑，油泵供油至分油器經(jīng)油管分送各潤滑點。箱體較大、主軸超過30根時用兩個潤滑泵。油泵安裝在箱體前壁上，泵軸盡量靠近油池；通常油泵齒輪放在第I排，以便于維修，當泵體或油管接頭與傳動軸端相碰時，可改用埋頭傳動軸。 多軸箱一般設計手柄軸，用于對刀、調(diào)整或裝配檢修時檢查這、主軸精度。手柄軸轉(zhuǎn)速盡量高些，其周圍應有較大的空間。 3.9 多軸箱傳動系統(tǒng)擬定 3.9.1 多軸箱傳動系統(tǒng)擬定基本方法 （1）將主軸劃分為各種分布類型 被加工零件上加工孔的位置分布是多種多樣的，但大致可歸納為：同心圓分布、直線分布和任意分布三種類型。 （2）確定驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向及其在多軸箱上的位置、 驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速按動力箱型號選定，當采用動力滑臺時驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)方向可任意選擇，動力箱與多軸箱連接時，應注意驅(qū)動軸中心一般設置于多軸箱箱體寬度的中心線上，其中心高度則決定于所選動力箱的型號規(guī)格，驅(qū)動軸中心位置在機床聯(lián)系尺寸圖中已確定。 （3）用最少的傳動軸及齒輪副把驅(qū)動軸和各主軸連接起來，在多軸箱設計原始依據(jù)圖中確定了各主軸的位置、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，首先分析主軸位置，擬訂傳動方案，選定齒輪模數(shù)，再通過計算、作圖和多次試湊相結(jié)合的方法，確定齒輪齒數(shù)和中間傳動軸的位置及轉(zhuǎn)速。 3.9.2齒輪齒數(shù)、傳動軸轉(zhuǎn)速的計算公式： 式中：u－－－嚙合齒輪副的傳動比, Sz－－－嚙合齒輪副的齒數(shù)和， Z主，Z從－－－分別為主動和從動齒輪齒數(shù)， N主，n從－－－分別為主動和從動齒輪轉(zhuǎn)速，單位r/min A－－－齒輪嚙合中心距，單位為mm m－－－齒輪模數(shù)，單位為mm 3.9.3 多軸箱傳動系統(tǒng)擬定方案 先把全部主軸中心盡可能分布在幾個同心圓上，在各個同心圓的圓心上分別設置中心傳動軸。 （1）擬訂傳動路線,如圖： 把主軸1、2、3、4視為一組同心圓主軸，在其圓心處設中心轉(zhuǎn)動軸11；把主軸5、6、7視為一組同心圓主軸，在其圓心處設中心轉(zhuǎn)動軸12；把主軸8、9、10視為一組同心圓主軸，在其圓心處設中心轉(zhuǎn)動軸15。 （2）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù) ①確定傳動軸15的位置及各軸齒輪齒數(shù)，傳動軸15的位置為主軸8、9、10同心圓圓心上，查表7-21 傳動齒輪綜合表 d=20mm, m=2, Z=19～36 連續(xù) m=3, Z=16～45 連續(xù) A=45mm, n8=468r/min, 若取m=2, Z15=25, , , 由于主軸9、10的類型和8一樣，所以有： Z9=Z10=Z8=20 ②確定傳動軸12的位置及各軸齒輪齒數(shù)，傳動軸12的位置為主軸5、6、7同心圓圓心上， A=40mm, n5=468r/min, 若m=2, Z12=20 , , 由于主軸6、7的類型和5一樣，所以有： Z6=Z7=Z5=20 ③確定傳動軸12與驅(qū)動軸間的傳動關(guān)系，驅(qū)動軸軸心位置與主軸1重合 查表7-22 動力箱齒輪 m=3或m=4 A=53.5mm, n驅(qū)=480r/min, 若取m=3 , , 解得：取Z驅(qū)=17， Z12=18 ④確定傳動軸11的位置及與驅(qū)動軸間的傳動關(guān)系，傳動軸11的位置為主軸1、2、3、4同心圓圓心上， 由于傳動軸11也由同一驅(qū)動軸傳動的，因此 m=3, 又A=52mm , 取Z11=17 ⑤確定傳動軸11與 主軸1、2、3、4間的傳動關(guān)系， A=52mm， 若m=3, , , 取Z1=18， Z11=17 ⑥確定傳動軸13的位置及其傳動關(guān)系， 傳動軸13分別與主軸6、8嚙合，由于主軸6和8的主軸和齒輪類型及轉(zhuǎn)速一樣，故傳動軸13根據(jù)需要適當選取，從主軸6傳到傳動軸13，再傳至主軸8，現(xiàn)選傳動軸13的齒輪模數(shù)m=2, Z13=30 在整個傳動系統(tǒng)中主軸6和8在作為鉆軸的同時，也承擔一部分傳動軸的作用，經(jīng)過計算，各主軸的實際轉(zhuǎn)速n=453.3r/mm,接近最大轉(zhuǎn)速n=468r/mm。 3.10 傳動零件的校核計算 傳動系統(tǒng)擬訂后，應對總體設計和傳動設計中選定的傳動軸頸和齒輪模數(shù)進行驗算，校核是否滿足工作要求。驗算傳動軸的直徑按下式計算傳動軸所承受的總轉(zhuǎn)矩T總： T總=T1U1+T2U2+…+TnUn 直徑由公式： d=B（10T）1/4 則T11=T1U1+T2U2+ T3U3+ T4U4=2.38*4*0.944=8.99（N*mm） d11=B（10T11）1/4=5.2*（10*8.99）1/4=16.0mm〈20mm T12=T5U5+T6U6+ T7U7 = 2.38*2*1+9.52*1=14.28（N*mm） d12=B（10T12）1/4=5.2*（10*14.28）1/4=18.0mm〈20mm T13=T8U8=7.14*1.5=10.71（N*mm） d13=B（10T13）1/4=5.2*（10*10.71）1/4=16.7mm〈20mm T15=T9U9+T10U10 =2.38*2*1=4.76（N*mm） d15=B（10T15）1/4=5.2*（10*4.76）1/4=13.7mm〈20mm 所以所選用的傳動軸直徑滿足要求。 3.11 傳動系統(tǒng)的校核計算 傳動件系統(tǒng)的校核包括強度和幾何干涉校核，強度校核包括軸、齒輪的強度和軸承的壽命校核計算。若發(fā)現(xiàn)某一項指標不滿足規(guī)定要求時，系統(tǒng)將根據(jù)可能，修改有關(guān)參數(shù)。如驗算某一軸上受轉(zhuǎn)矩超過允許值，則系統(tǒng)視空間的可能性，自動地將該軸