平衡軸鉆孔組合機(jī)床總體及多軸箱體設(shè)計(jì)【說(shuō)明書+CAD+UG】
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畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
課題：平衡軸鉆孔組合機(jī)床總體及多軸箱體設(shè)計(jì)
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名 施蕾
班 級(jí) BU機(jī)制101
學(xué) 號(hào) 1011501126
指 導(dǎo) 教 師 趙健
專 業(yè) 系 主 任 王 平
發(fā) 放 日 期 2014年12月31日
一、設(shè)計(jì)內(nèi)容
設(shè)計(jì)一臺(tái)平衡軸鉆孔組合機(jī)床，具體進(jìn)行總體設(shè)計(jì)及多軸箱設(shè)計(jì)
主要內(nèi)容有：
1．總體設(shè)計(jì)
1）制定工藝方案，確定機(jī)床配置型式及結(jié)構(gòu)方案。
2）“三圖一卡”設(shè)計(jì)，包括：
(a) 被加工零件工序圖， (b) 加工示意圖，(c) 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖，
(d) 生產(chǎn)率計(jì)算卡，(e) 有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算、校核。
2．多軸箱設(shè)計(jì)
(a) 繪制多軸箱外形圖，(b)標(biāo)注位置尺寸，(c) 標(biāo)注轉(zhuǎn)向，（d）標(biāo)注工序內(nèi)容，
切削用量，主軸外伸尺寸，(e) 標(biāo)明動(dòng)力部件型號(hào)及其性能參數(shù)等
設(shè)計(jì)；
二、設(shè)計(jì)依據(jù)
1．課題來(lái)源：江蘇恒力組合機(jī)床有限公司
2．產(chǎn)品名稱：平衡軸鉆孔組合機(jī)床
3．被加工零件：平衡軸鉆孔組合機(jī)床
4．工件材料：HT250
5．加工內(nèi)容：鉆右側(cè)面上14個(gè)孔，9Xφ3.8深13.5，φ3.8平面至中心122.5，φ6.9
深17, 2Xφ3.8深13, φ6.5;
鉆左側(cè)面上7個(gè)孔，φ3深1，φ3.7深2.5，φ3.7深21, 2Xφ2.7深8
φ5.1深21，φ16.7深23
6. 生產(chǎn)綱領(lǐng)：大批大量
7. 批量：本機(jī)床設(shè)計(jì)、制造一臺(tái)
三、設(shè)計(jì)要求
1．機(jī)床應(yīng)能滿足加工要求，保證加工精度；
2．機(jī)床應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整；
3．機(jī)床盡量能用通用件以便降低制造成本；
4．設(shè)計(jì)圖樣總量：折合成A0幅面在3張以上；工具要求：應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件UG/NX
繪圖。過(guò)程要求：裝配圖需提供三維模型及爆炸圖；
5．畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書按照學(xué)校規(guī)定的格式規(guī)范統(tǒng)一編排、打印，字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字。
6．查閱文獻(xiàn)資料10篇以上，撰寫1500～2000字左右的文獻(xiàn)綜述，并有不少于3000
漢字的外文資料翻譯；
7．到相關(guān)單位進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，撰寫不少于3000字實(shí)習(xí)報(bào)告；
8．撰寫開題報(bào)告
9．進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)訓(xùn)練，按照規(guī)定要求考核。
四、畢業(yè)設(shè)計(jì)物化成果的具體內(nèi)容及要求
1．設(shè)計(jì)成果要求
1）畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1 份
2）三圖一卡
3）多軸箱總裝配圖 1 張
4）多軸箱體零件圖及其它零件圖 不少于5張
5）零件三維造型圖 1 張
2．外文資料翻譯（英譯中）要求
1）外文翻譯材料中文字不少于3000字。
2）內(nèi)容必須與畢業(yè)設(shè)計(jì)課題相關(guān)；
3）所選外文資料應(yīng)是近10年的文章，并標(biāo)明文章出處。
五、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃
起訖日期
工作內(nèi)容
備 注
1月3日～1月4日
布置任務(wù)
1月6日～1月19日
2月24日～3月9日
調(diào)查研究，畢業(yè)實(shí)習(xí)
2月24日～3月9日
方案論證，總體設(shè)計(jì)
3月10日～4月14日
技術(shù)設(shè)計(jì)（部件設(shè)計(jì)）
4月15日～5月4日
工作設(shè)計(jì)（零件設(shè)計(jì)）
5月5日～5月22日
撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
5月23日～5月24日
畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯
5月25日～6月4日
修改資料
6月5日～6月6日
評(píng)閱材料
6月7日～6月8日
畢業(yè)答辯
6月9日～6月15日
材料整理裝袋
六、 主要參考文獻(xiàn)：
[1]陳慧. V型發(fā)動(dòng)機(jī)氣門挺桿孔加工組合機(jī)床設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)床與液壓,2012(4):17-20
[2]張秀艷，李菊煥. 2100B1型柴油機(jī)氣缸體鉆2定位孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自
動(dòng)化，2013（10）：135-137
[3]袁旭群. 曲軸箱半精鏜缸孔并倒角組合機(jī)床的設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)床與液壓, 2012
(4):27-29
[4]王崇今. 組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技博覽，2013（4）：15
[5]吳慧萍，李前明. 立式單面四工位擴(kuò)鉸缸體挺柱孔組合機(jī)床[J]. 組合機(jī)床與自
動(dòng)化加工技術(shù)，2013（6）：119-123
[6]王夏. 淺談cy2108氣缸體頂面和底面多孔加工組合機(jī)床的設(shè)計(jì)[J].裝備制造計(jì)
術(shù)，2013（6）：92-93
[7]苗曉鵬 ,程建安. 薄壁長(zhǎng)筒零件深孔鏜削工藝與數(shù)控組合機(jī)床設(shè)計(jì)[J]. 組合機(jī)
床與自動(dòng)加工技術(shù)，2013（5）：117-119
[8]劉金勇.組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式以及加工特點(diǎn)探究[J].科技風(fēng)，2013（1）：54
[9]顧琪 ,周臨震. 基于外部數(shù)據(jù)的組合機(jī)床通用部件設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)床組合與自
動(dòng)加工技術(shù)，2012（12）：96-98
[10]郭安斌. 變速箱體兩側(cè)面鉆孔組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[J].科技向?qū)В?012（33）: 344
-346
七、其他
八、專業(yè)系審查意見
系主任：
年 月 日
九、機(jī)械工程學(xué)院優(yōu)集學(xué)院意見
院長(zhǎng)：
年 月 日
6
畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名 施蕾
班 級(jí) BU機(jī)制101
學(xué) 號(hào) 1011501126
指 導(dǎo) 教 師 趙健
日 期 2014年3月9日
一.概述
每年的七月份我校都會(huì)有預(yù)就業(yè)實(shí)踐。今年的預(yù)就業(yè)，通過(guò)學(xué)校的面世選拔我有幸參與了我們學(xué)院——優(yōu)集學(xué)院于上海西門子工業(yè)軟件有限公司合作的為期一年的預(yù)就業(yè)實(shí)踐。
企業(yè)介紹：西門子工業(yè)軟件（上海）有限公司，是德國(guó)西門子的一家在上海的分公司，主要是研發(fā)軟件和測(cè)試軟件，使其能夠發(fā)布，面向市場(chǎng)。更好的為各個(gè)行業(yè)所應(yīng)用。Siemens PLM Software是西門子工業(yè)自動(dòng)化事業(yè)部旗下機(jī)構(gòu)、全球領(lǐng)先的產(chǎn)品生命周期管理（PLM）軟件與服務(wù)提供商。PLM 是把更多創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為成功產(chǎn)品的平臺(tái)，因?yàn)橹挥蠵LM才能提供以數(shù)字化方式創(chuàng)建、驗(yàn)證和管理詳細(xì)產(chǎn)品與過(guò)程數(shù)據(jù)所需的應(yīng)用深度和廣度，支持持續(xù)創(chuàng)新。該公司分為許多模塊，例如CAE,CAM,KDA.PM等。我屬于PM模塊的，實(shí)踐崗位是中級(jí)軟件應(yīng)用測(cè)試員。我的任務(wù)就是應(yīng)用學(xué)到到的nx知識(shí)在nx平臺(tái)上來(lái)測(cè)試該軟件是否存在漏洞，或者是該軟件研發(fā)出來(lái)的新功能新明令在每個(gè)版本上是否穩(wěn)定。
二．實(shí)踐過(guò)程和內(nèi)容
實(shí)踐之初，該公司領(lǐng)導(dǎo)組織了為期一個(gè)星期的培訓(xùn)活動(dòng)，讓我們熟悉該公司的大概情況和我們?cè)诮酉聛?lái)一年的大概的工作任務(wù)。培訓(xùn)過(guò)后我們學(xué)會(huì)了怎樣去下載ip 和group ,怎樣去應(yīng)用ip和group 。我們可以應(yīng)用腳本去啟動(dòng)本地的 UG，創(chuàng)建unit來(lái)啟動(dòng)nx軟件。該公司還培訓(xùn)了怎樣去錄Autotest,怎樣去開pr test。
培訓(xùn)過(guò)后我們陸續(xù)進(jìn)入工作狀態(tài)，因?yàn)閷?duì)工作不是特別了解，有些東西還是比較陌生，所以每個(gè)實(shí)習(xí)生都被安排了一個(gè)組長(zhǎng)，由組長(zhǎng)來(lái)帶我們逐漸進(jìn)入和熟悉公司的工作流程。組長(zhǎng)對(duì)我們很有耐心，無(wú)論我們提出怎樣的問(wèn)題，他們都會(huì)很耐心的將給我們聽，讓我們明白因果關(guān)系。
我是part modeling 組的，我們組的工作任務(wù)流程大概是這樣的：
每周一會(huì)有SLED（System Log Error Detection） 測(cè)試,就是每個(gè)人會(huì)分配不同的命令在指定的nx版本上測(cè)試這些命令，在運(yùn)用的過(guò)程中看看會(huì)出現(xiàn)什么漏洞，或比較嚴(yán)重的錯(cuò)誤。該任務(wù)是基于ip 的，所以往往在測(cè)試之前就要把應(yīng)用的ip 下載本地，在測(cè)試時(shí)，在本地創(chuàng)建個(gè)腳本啟動(dòng)nx來(lái)測(cè)試。每周三會(huì)有MG（Product Testing. Maintenance Gates）測(cè)試,該測(cè)是之前報(bào)過(guò)的pr被develper 修了，但是還沒(méi)有測(cè)試，我們的任務(wù)就是在最新的group上來(lái)檢驗(yàn)該pr是否被修好，如果沒(méi)有修好我們就會(huì)reopen it ,如果修好了，我們就將該pr的狀態(tài)改稱fx，檢測(cè)完這些pr后，我們就要進(jìn)行一些bug hunt around，手工測(cè)試來(lái)測(cè)試尋找其他類型的pr。該任務(wù)是基于Group的，所以在檢測(cè)前我們要在本地下載最新的group ，在本地創(chuàng)建該group的unit來(lái)啟動(dòng)nx。其他的時(shí)間自己就可以去自由測(cè)試或者去學(xué)習(xí)一些新的命令。我們還有FPV（Product Testing.QA_Final Prduct Validation）測(cè)試，這個(gè)時(shí)間是不穩(wěn)定的，測(cè)試時(shí)間往往是兩三周，該任務(wù)就是把某一功能應(yīng)用在不同的命令上，看該功能是否能通過(guò)，當(dāng)然在這期間也可以去手工檢測(cè)一些隱藏的pr。我個(gè)人覺(jué)得在FPV 這個(gè)過(guò)程中穴道的知識(shí)還是很多的。因?yàn)槲覀冊(cè)趯W(xué)校學(xué)習(xí)的那些應(yīng)用是比較片面的，有些命令我們不是特別熟悉甚至對(duì)我們來(lái)說(shuō)根本是沒(méi)有用過(guò)的，在該測(cè)試期間我們就要把每個(gè)命令的作用了解和掌握 ，該命令往往用在哪些方面，怎樣去運(yùn)用這些命令，我們都要去學(xué)習(xí)和揣摩，慢慢的吸收到后來(lái)很熟悉這些命令。
過(guò)了一段時(shí)間我們自己能熟悉的判斷怎樣的情況是pr，怎樣去區(qū)分是p1,p2,和p3，自己也能很熟練的書寫pr test，file pr。
在我們比較熟悉公司的流程之后，Leader 也會(huì)讓我們參與一些項(xiàng)目中，我們會(huì)幫著AE 去完成一些任務(wù)，我們做的最多的就是Autotest,剛開始會(huì)給我們分配一些比較簡(jiǎn)單的pr的Autotest ，就是將某個(gè)pr 的過(guò)程錄一遍，看看pr有沒(méi)有問(wèn)題。 后來(lái)我們就會(huì)錄一些命名，例如face blend,Subd,Delete face 等。這些case就是相對(duì)比較難的了，這過(guò)程中不僅要把這個(gè)命令錄一遍，而且還要對(duì)他進(jìn)行面與面之間的分析檢查，檢查在誤差內(nèi)是否正確，最后還要手工run 和athena run .要保證每個(gè)case的手工run 和athena run 要正確。在這期間我們也學(xué)到的之前所陌生的東西，由陌生到熟悉，再到掌握，一路過(guò)來(lái)我們的確學(xué)到了不少東西。
在這半年的時(shí)間期間我們也遇到了好多問(wèn)題，比如我們會(huì)隊(duì)某些命令不熟悉，不知道怎樣去運(yùn)用以前學(xué)到的知識(shí)來(lái)測(cè)試，該怎樣去測(cè)試，有時(shí)候是很盲目的。對(duì)于這些問(wèn)題我們實(shí)習(xí)生之間會(huì)先討論一下，看看是否能解決，之后我們會(huì)去咨詢我門的組長(zhǎng)，向他請(qǐng)教我們所不會(huì)的東西。
三．實(shí)踐體會(huì)
在這期間我們?yōu)楣疽沧隽艘恍┯袃r(jià)值的事情，我們找了一些有價(jià)值的pr，錄了許多case,減輕了正式員工的工作量，我們自身也學(xué)到了許多東西。
在這實(shí)習(xí)期間，我們實(shí)習(xí)生都學(xué)到了很多東西。像我，在剛來(lái)的時(shí)候，什么都感到陌生，對(duì)著全室英文的電腦，對(duì)著很室陌生的操作命令，總之感覺(jué)什么都是陌生的，什么都不適應(yīng)。雖然leader 告訴我們不要急躁，慢慢來(lái)，漸漸熟悉了解?？墒切睦镞€是不免緊張擔(dān)心，剛來(lái)得前幾個(gè)星期，我晚上睡覺(jué)總是想著怎樣去找pr，做夢(mèng)也是，那時(shí)覺(jué)得自己快瘋了呢。我們的組長(zhǎng)對(duì)我們是真的好，他看出了我們的急躁，他對(duì)我說(shuō)：要不急不燥，把態(tài)度擺正，你不要看找了多少個(gè)pr，要看你自己學(xué)到了多少東西，這一天有沒(méi)有浪費(fèi)，要學(xué)著去有想法的去做，而不是為了某一目的而去做，這樣自然會(huì)給自己造成壓力感，按著自己的想發(fā)去做自己感興趣的東西，態(tài)度決定一切。我受益匪淺，我就不那么急躁了，也慢慢的適應(yīng)了工作環(huán)境。
我其實(shí)一直以來(lái)就是個(gè)粗心大意的人，心不仔細(xì)，總是丟三落四。在這期間也完全暴露了我的這個(gè)缺點(diǎn)，在剛開始的時(shí)候，pr test 老是出錯(cuò)，不是單詞用錯(cuò)就是字母拼錯(cuò)。組長(zhǎng)就是很有耐心的給我指出來(lái)，而且教我怎樣去寫test ,怎樣去簡(jiǎn)化操作步驟，怎樣去判斷某個(gè)pr的根源是由哪個(gè)步驟引起的。我?guī)еo我灌輸?shù)乃枷肴プ鍪?，慢慢的我發(fā)現(xiàn)我雖然有時(shí)候還是會(huì)出錯(cuò)，但是明顯比之前少了很多，我試著自己去找問(wèn)題的根源，去盡量簡(jiǎn)化操作步驟，從和學(xué)長(zhǎng)的交流我學(xué)會(huì)了想東西一定要盡可能的想全面，做事要盡可能的細(xì)心，這樣才能盡可能的把事情作好。在這期間組長(zhǎng)會(huì)給我們開個(gè)短會(huì)，針對(duì)每個(gè)同學(xué)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行客觀的點(diǎn)評(píng)，我在這點(diǎn)評(píng)中重新審視自己的態(tài)度，調(diào)整自己的工作態(tài)度。
現(xiàn)階段，公司陸續(xù)為我們提供畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題，我對(duì)其中的MCD 比較感興趣，該選題是比較罕見的，新的課題，具體的方面還在思考學(xué)習(xí)中，具體哪方面，等到學(xué)習(xí)了解后再做進(jìn)一步的選擇。
四．下一階段的工作
下一階段時(shí)間，公司組織人員給我們培訓(xùn)關(guān)于每次MCD的相關(guān)知識(shí)，有助于我們對(duì)MCD有進(jìn)一步的了解，讓我們能更好的選擇畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題。確定選題之后我會(huì)慢慢進(jìn)入到畢業(yè)設(shè)計(jì)中，會(huì)去咨詢跟選題有所了解的公司前輩們，會(huì)利用周末時(shí)間來(lái)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。
十二月中旬左右會(huì)有關(guān)于teamcenter 的認(rèn)證考試，前段時(shí)間到先在我都在認(rèn)真的學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)關(guān)于teamcenter的相關(guān)知識(shí)，為認(rèn)證考試做準(zhǔn)備。Nx二次開發(fā)也會(huì)在不久就開課，我會(huì)按照公司和學(xué)校的要求積極參加其中，力求學(xué)到更多有價(jià)值的東西，對(duì)以后的工作會(huì)有一定的幫助的。
在這期間我也會(huì)為就業(yè)做些準(zhǔn)備，在工作之余，我會(huì)完善自己的就業(yè)簡(jiǎn)歷，多咨詢一下當(dāng)下的就業(yè)趨向。多向公司的前輩了解我們以后的就業(yè)方向，我會(huì)利用自己的額外時(shí)間來(lái)補(bǔ)充一下自己的專業(yè)知識(shí)，對(duì)本專業(yè)涉及的內(nèi)容有個(gè)大概了解，做到對(duì)本專業(yè)的就業(yè)趨向有個(gè)大概的了解。
4
XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
平衡軸鉆孔組合機(jī)床總體及多軸箱體設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
年 月 日
IV
摘 要
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求,本設(shè)計(jì)說(shuō)明書針對(duì)平衡軸機(jī)床的設(shè)計(jì)及專用夾具設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。要內(nèi)容包括組合機(jī)床工藝方案的制定、組合機(jī)床配置型式的選擇、組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)以及軸箱設(shè)計(jì)。
全文要包括組合鉆床的總體設(shè)計(jì)和多軸箱設(shè)計(jì)兩部分。機(jī)床總體設(shè)計(jì)要是在選定工藝方案并確定機(jī)床配置形式、結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上確定“三圖一卡”， 主軸箱設(shè)計(jì)根據(jù)“三圖一卡”，整理編繪出主軸箱原始依據(jù)圖，重點(diǎn)分析傳動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)各種方案的比較，最后確定最優(yōu)方案。此外，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保證加工質(zhì)量，需設(shè)計(jì)專用夾具。
關(guān)鍵詞：主軸箱；組合機(jī)床；夾具
Abstract
According to the requirements of the mission design, design for wallboard machine and special fixture for the design specification is described. 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 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 課題研究意義 1
1.2鉆孔專用設(shè)備應(yīng)用 1
1.3 鉆孔專用設(shè)備 2
1.3.1多軸頭 2
1.3.2 主軸箱 3
1.3.3多軸鉆床 3
1.3.4 自動(dòng)更換軸箱機(jī)床 3
1.4 鉆孔專用設(shè)備趨勢(shì) 4
1.5 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 4
1.5.1 組合機(jī)床的概述 4
1.5.2 組合機(jī)床的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 6
2 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 8
2.1 組合機(jī)床方案的制定 8
2.1.1制定工藝方案 8
2.1.2確定組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案 9
2.2 確定切削用量及選擇刀具 11
2.2.1確定工序間余量 11
2.2.2選擇切削用量 11
2.2.3確定切削力、切削扭矩、切削功率 12
2.2.4選擇刀具結(jié)構(gòu) 12
2.3 鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制 13
2.3.1 被加工零件工序圖 13
2.3.2 加工示意圖 15
2.3.3機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 18
2.3.4生產(chǎn)率計(jì)算卡 21
3 主軸箱的設(shè)計(jì) 23
3.1 主軸箱的設(shè)計(jì) 23
3.1.1繪制主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 23
3.1.2齒輪模數(shù)選擇 24
3.1.3主軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 24
3.1.4繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 26
3.2 傳動(dòng)軸的直徑估算 27
3.2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 27
3.2.2傳動(dòng)軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 28
3.2.3 鍵的選擇 28
3.3 傳動(dòng)軸的校核 28
3.3.1 傳動(dòng)軸的校核 29
3.3.2 鍵的校核 29
3.4 各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 30
3.4.1 齒輪模數(shù)的確定 30
3.4.3 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 32
3.5 齒輪校驗(yàn) 33
3.5.1 校核a變速組齒輪 33
3.5.2 校核b變速組齒輪 34
3.5.3 校核c變速組齒輪 36
3.6 軸承的選用與校核 37
3.6.1 各軸軸承的選用 37
3.6.2 各軸軸承的校核 37
3.7 軸組件設(shè)計(jì) 39
3.8 軸的基本尺寸確定 39
3.8.1 外徑尺寸D 39
3.8.2 軸孔徑d 39
3.8.3 軸懸伸量a 40
3.8.4 支撐跨距L 40
3.8.5 軸最佳跨距的確定 41
3.9 軸剛度驗(yàn)算 43
3.9.1 軸前支撐轉(zhuǎn)角的驗(yàn)算 44
3.9.2 軸前端位移的驗(yàn)算 45
結(jié) 論 48
致 謝 49
參考文獻(xiàn) 50
1 緒論
1.1 課題研究意義
市場(chǎng)的開放性和全球化使產(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，80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)各類產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國(guó)產(chǎn)滯銷積壓，國(guó)外產(chǎn)品充斥市場(chǎng)。
1.2鉆孔專用設(shè)備應(yīng)用
據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般在車間中普通機(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85%，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842.5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)也反映了鉆孔專用設(shè)備的使用愈來(lái)愈多這一趨勢(shì)。
1.3 鉆孔專用設(shè)備
鉆孔專用設(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
這是一種能滿足鉆孔專用設(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?0毫米，孔深180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8軸數(shù)控落地加工。
1.4 鉆孔專用設(shè)備趨勢(shì)
鉆孔專用設(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、車端面、車錐面、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)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)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。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。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。
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，用于加工汽車零件。1953年，美國(guó)福特汽車公司和通用汽車公司與美國(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)床這類專用機(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、摩托車和壓縮機(jī)等工業(yè)部門所采用。
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)為特征的轎車和輕型載貨車，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?？s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)床重要用戶的汽車工業(yè)，為迎合人們個(gè)性化需求，汽車變型品種日益增多，以多品種展開競(jìng)爭(zhēng)已成為汽車市場(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。開發(fā)柔性組合機(jī)床和柔性自動(dòng)線的重要前提是開發(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80年代中期以來(lái)，汽車制造業(yè)為增強(qiáng)其汽車的競(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)床制造廠為了滿足用戶對(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（平衡軸）的零件圖（圖2.1），加工14個(gè)孔的工藝過(guò)程：
(1) 加工孔的要技術(shù)要求。
12個(gè)直徑為Φ14.5mm，其他2個(gè)Φ10mm。
工件材料為42CrMo，HB170-241HBS
假設(shè) 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Φ14.5mm Φ10mm。
(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)。平衡軸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 平衡軸
(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。此平衡軸的材料是42CrMo、硬度HB170～241、孔的直徑為Φ14.5mm。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)平衡軸零件的結(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)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。Φ14.5mm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)。以滿足直徑的加需要，即：
…………………………………2.1
式中： … ——各軸轉(zhuǎn)速（r/min）
——各軸進(jìn)給量（mm/r）
——?jiǎng)恿_(tái)每分鐘進(jìn)給量（mm/min）
由于平衡軸鉆孔的加工精度、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=14.5mm，進(jìn)給量f=0.2mm/r、切削速度v=18m/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（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…………………………2.2
=26×14.5××
=4372N
切削扭矩： =10………………………2.3
=10×××
=30463.4N·mm
切削功率： =……………………………2.4
=30463.4×18/(9740×3.14×14.5)
=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)
平衡軸的布氏硬度在HB170-241，孔徑D為14.5mm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)Φ14.5mm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30～50mm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 鉆孔組合機(jī)床總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制
總體設(shè)計(jì)方案的圖紙表達(dá)形式——“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、硬度等狀況的圖紙。它是在原零件圖基礎(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，是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的要依據(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。平衡軸鉆孔組合機(jī)床的被加工零件工序圖如2.2所示。
圖上要內(nèi)容：
（1）被加工零件的形狀，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）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、繪制被加工零件工序圖的注意事項(xiàng)
（1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要圖出被本機(jī)床的加工內(nèi)容。繪制時(shí)，應(yīng)按一定的比例，選擇足夠的視圖及剖位視圖，突出加工部位（用粗實(shí)線），并把零件輪廓及與機(jī)床、夾具設(shè)計(jì)有關(guān)粗實(shí)線標(biāo)記。如圖2.2中定位基準(zhǔn)，機(jī)械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號(hào)部（用細(xì)實(shí)線）表清楚，凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應(yīng)在尺寸數(shù)值下方面用表示出來(lái)。
圖2.2平衡軸工序圖
（2）加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基準(zhǔn)注起，為便于加工及檢查，有時(shí)因所選定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，則須對(duì)加工部位要求位置尺寸精度進(jìn)行分析換算。
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環(huán)等，是刀具、夾具、主軸箱、電氣和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇動(dòng)力部件的要依據(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。圖2.3為平衡軸鉆孔的加工示意圖
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、刀具及主軸箱端面之間的距離等。
（3）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、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(jì)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)床上加工孔，除用剛性軸的方案外，工件的尺寸、位置精度要取決于夾具導(dǎo)向。因此正確選擇導(dǎo)向裝置的類型，合理確定其尺寸、精度，是設(shè)計(jì)組合機(jī)床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時(shí)必須解決的內(nèi)容。
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=18m/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
14.5
14.5
40
30
34
150
40
14.5
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F8）
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）初定軸類型、尺寸、外伸長(zhǎng)度
因?yàn)檩S的材料為40Cr，剪切彈性模量G=81.0GPa,剛性軸取ψ＝1／4（0）／m,所以B取2.316，
根據(jù)剛性條件計(jì)算軸的直徑為：
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(jì)中軸直徑d=14.5mm,軸外伸長(zhǎng)度為：L=115mm，D/為40/28。
（4）選擇刀具接桿
由以上可知，主軸箱各軸的外伸長(zhǎng)度為一定值，而刀具的長(zhǎng)度也是一定值，因此，為保證主軸箱上各刀具能同時(shí)到達(dá)加工終了位置，就需要在軸與刀具之間設(shè)置可調(diào)環(huán)節(jié)，這個(gè)可調(diào)節(jié)在組合機(jī)床上是通過(guò)可調(diào)整的刀具接桿來(lái)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與軸外伸長(zhǎng)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
28
Tr28×2
莫氏1號(hào)
12.061
36
14.55
51
42
50
12
（5）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸
從保證加工終了時(shí)軸箱端面到工件端面間距離最小來(lái)確定全部聯(lián)系尺寸，加工示意圖聯(lián)系尺寸的標(biāo)注如圖2.3所示。其中最重要的聯(lián)系尺寸即工件端面到主軸箱端面之間的距離（圖中的尺寸321mm）,它等于刀具懸伸長(zhǎng)度、螺母厚度、軸外伸長(zhǎng)度與接桿伸出長(zhǎng)度（可調(diào)）之和，再減去加工孔深度和切出值。
（6）工作進(jìn)給長(zhǎng)度的確定
如圖2.6工作進(jìn)給長(zhǎng)度應(yīng)等于工件加工部位長(zhǎng)度L與刀具切入長(zhǎng)度和切出長(zhǎng)度之和。切入長(zhǎng)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(shí)取大值，因此取=8mm，切出長(zhǎng)度=1/3d+(3～8)= x14.5+712mm，所以=8+12+12=32mm.
（7）快進(jìn)長(zhǎng)度的確定
考慮實(shí)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(zhǎng)度等于快速引進(jìn)與工作工進(jìn)之和，因此快進(jìn)長(zhǎng)度120-45=75mm.
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
一般來(lái)說(shuō)，組合機(jī)床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件——?jiǎng)恿ο?、?dòng)力滑臺(tái)、立柱、立柱底座加上專用部件組合而成。聯(lián)系尺寸圖用來(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，通用部件的選擇是否合適，并為進(jìn)一步開展軸箱、夾具等專用部件、零件的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。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。
如圖2.7所示，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)的要參數(shù)、工件與各部件間的要聯(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
=∑=8×4372=34976N
式中： ——各軸加工時(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＝34.976KN。
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0.5～1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=n·f=18mm/min。所以選擇1HY32ⅡA液壓滑臺(tái)，工作進(jìn)給速度范圍20～650mm/min，快速速度10m/min。
4）確定滑臺(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，這里取80mm,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L＞120+20+80=220mm，取L＝500mm。綜合上述條件，確定動(dòng)力滑臺(tái)型號(hào)1HY32ⅡA,以及相配套的滑臺(tái)底座（1CC321型）。
（2）由下式確定動(dòng)力箱的選用 動(dòng)力箱要依據(jù)多軸所需的電動(dòng)機(jī)功率來(lái)選用，在主軸箱沒(méi)有設(shè)計(jì)之前，可算
＝／η……………………………2.6
＝8*0.717／0.8
＝7.1 KW
式中：η——主軸箱傳動(dòng)效率，加工黑色金屬時(shí)η＝0.8～0.9；有色金屬時(shí)η＝0.7～0.8，本系統(tǒng)加工42CrMo，取η＝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)合軸要求的轉(zhuǎn)速大小選擇。因此，選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132M1-6的1TD32I型動(dòng)力箱，動(dòng)力箱輸出軸至箱底面高度為180mm。要技術(shù)參數(shù)如下表：
表2.4電機(jī)型號(hào)及參數(shù)
電機(jī)傳動(dòng)型號(hào)
轉(zhuǎn)速范圍（r/min）
電機(jī)功率（）
配套軸部件型號(hào)
電機(jī)轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)速
D50 Y160M-6
970
470
7.5
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(jì)組合機(jī)床時(shí)，裝料高度可視具體情況在H＝580～1060mm之間選取，本系統(tǒng)取裝料高度為800mm。
5、中間底座輪廓尺寸
中間底座的輪廓尺寸要滿足滑臺(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1CD321。
6、確定主軸箱輪廓尺寸
本機(jī)床配置的主軸箱總厚度為630mm，寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取。計(jì)算時(shí)，主軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=630，H=400
根據(jù)上述計(jì)算值，按軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定軸箱輪廓尺寸B×H=630×400mm。
2.3.4生產(chǎn)率計(jì)算卡
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?！?.7
= 45/74.7＋10/415
=0.614.5 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)5～10 r所需要時(shí)間。這里取10r
輔助時(shí)間 T輔 = +t移+t裝……………………2.8
= （75＋120）/1000+0.13+2
= 2.314.5min
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0.05～0.13min,取0.13 min
t裝 ——裝卸工件時(shí)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/（0.614.5+3.295）
=15.3 件/h
機(jī)床負(fù)荷率按下式計(jì)算 η = Q / Q1×100%…………………………2.10
= A / Q1tk×100%
=20000/15.3×1950×100%
=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(shí)間，單班制工作時(shí)間tk =1950h
表2.5 生產(chǎn)率計(jì)算卡
3 主軸箱的設(shè)計(jì)
3.1 主軸箱的設(shè)計(jì)
3.1.1繪制主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖
主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪
圖中主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。軸部為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（面對(duì)軸看）。
軸的工序內(nèi)容，切削用量及軸尺寸及動(dòng)力部件的型號(hào)和性能參數(shù)如表3.1所示：
表3.1 軸外尺寸及切削用量
軸號(hào)
軸外伸尺寸
工序
內(nèi)容
切削用量
D/d
L
N
（r/min）
V
(m/min)
f
(mm/r)
Vf
(mm/min)
1、2、
3、4
5、6
7、8
40/28
115
鉆Φ14.5
415
18
0.18
74.7
注：1．被加工零件編號(hào)及名稱：箱體材料：42CrMo JB297-62；硬度: HB170-241，
前、后、側(cè)蓋等材料為HT150
2．動(dòng)力部件型號(hào)：1TD32I動(dòng)力箱，電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y160M-6；功率P＝7.5kw。
3.1.2齒輪模數(shù)選擇
本組合機(jī)床要用于鉆孔，因此采用滾珠軸承軸。
齒輪模數(shù)m可按下式估算：
m=(30～32)=32×≈2.45……………2.11
式中：m——估算齒輪模數(shù)
P——齒輪所傳遞的功率（kw）
Z——對(duì)嚙合齒中的小齒輪數(shù)
N——小齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min）
為了模數(shù)計(jì)算還需要滿足中心距的關(guān)系
主軸箱輸入齒輪模數(shù)取m=2.5。取m=2.5齒輪分配可以圓整
3.1.3主軸箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì)
（1）根據(jù)原始依據(jù)圖（圖3.2），畫出驅(qū)動(dòng)軸、軸坐標(biāo)位置。如下表：
表3.2 驅(qū)動(dòng)軸、軸坐標(biāo)值
坐標(biāo)
銷O1
驅(qū)動(dòng)軸O
軸1
軸2
軸3
軸4
X
－175
0
37
37
-37
-37
Y
0
86.5
103.5
14.59.5
14.59.5
103.5
（2）確定傳動(dòng)軸位置及齒輪齒數(shù)
圖3.2 齒輪的最小壁厚
2）傳動(dòng)軸2為軸1，2，3，4都各自在同一同心圓上。
主軸箱的齒輪模數(shù)按驅(qū)動(dòng)軸齒輪估算
………………………2.14.5
主軸箱輸入齒輪模數(shù)取m=4。軸1，2，3，4要求的轉(zhuǎn)速一致且較高，所以采用降速傳動(dòng)。軸齒數(shù)選取Z=21，傳動(dòng)齒輪采用z=22齒的齒輪，變位系數(shù)。傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速為:
…………………………2.15
由于前面選取了軸直徑為40，顯然傳動(dòng)軸直徑都選取40，這樣為了減少傳動(dòng)軸種類和設(shè)計(jì)題目需要由于傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速是，則驅(qū)動(dòng)軸至傳動(dòng)軸的傳動(dòng)比為:
……………………………2.16
所以選擇兩級(jí)傳動(dòng)，且傳動(dòng)比分配為：一級(jí)為1.0×1.0;二級(jí)為1.4×1.0。
驅(qū)動(dòng)軸的直徑為40mm，由《組合機(jī)床簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得知：t=33.3mm,當(dāng)m=3時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸上的齒數(shù)為：
Zmin≥………2.17
去驅(qū)動(dòng)齒輪齒數(shù)Z=24。
通用的齒輪有三種，即傳動(dòng)齒輪、動(dòng)力箱齒輪和電機(jī)齒輪。材料均為45鋼，熱處理為齒部高頻淬火G54。本機(jī)床齒輪的選用按照下表選用
表2.8齒輪種類及參數(shù)
齒輪種類
寬度（mm）
齒 數(shù)
模數(shù)（mm）
孔徑（mm）
驅(qū)動(dòng)軸齒輪
24
32
17～50連續(xù)
17～70
2、2.5、3
2、2.5、3、4
15、20、30、35、40
14.5、30、35、40、50
傳動(dòng)軸齒輪
44（B型）
21-24
3
14.5、30、35、40、50
輸出軸齒輪
32
21-24
3
18、22、28、32、36
計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速
使各軸轉(zhuǎn)速的相對(duì)轉(zhuǎn)速損失在5%以內(nèi)，由公式：V= 知：
n1=n2=n3=n4=18x1000/3.14.5/14.5=415r/min…………………2.18
3.1.4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)軸和各軸連接起來(lái)，繪制在主軸箱輪廓內(nèi)的傳動(dòng)示意圖，如圖3.3所示
圖3.3 鉆孔主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)圖
圖中傳動(dòng)軸齒輪和驅(qū)動(dòng)軸齒輪為第Ⅰ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；還畫出軸直徑和軸套直徑，以避免齒輪和相鄰的軸軸套相碰。
3.2 傳動(dòng)軸的直徑估算
傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度的要求，強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強(qiáng)度一般不失是要矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過(guò)大的變形。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。
3.2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速
⑴、確定軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：計(jì)算轉(zhuǎn)速是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系確定。
3.2.2傳動(dòng)軸直徑的估算：確定各軸最小直徑
當(dāng)軸上有鍵槽時(shí)，d值應(yīng)相應(yīng)增大4～5%;當(dāng)軸為花鍵軸時(shí)，可將估算的d值減小7%為花鍵軸的小徑;空心軸時(shí)，d需乘以計(jì)算系數(shù)b，b值見【5】表7-12。Ⅰ和Ⅳ為由鍵槽并且軸Ⅳ為空心軸，Ⅱ和Ⅲ為花鍵軸。根據(jù)以上原則各軸的直徑取值：，和在后文給定，軸采用光軸，軸和軸因?yàn)橐惭b滑移齒輪所以都采用花鍵軸。因?yàn)榫匦位ㄦI定心精度高，定心穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理變形，定心直徑尺寸公差和位置公差都能獲得較高的精度，故我采用矩形花鍵連接。按規(guī)定，矩形花鍵的定心方式為小徑定心。查【15】表5-3-30的矩形花鍵的基本尺寸系列，軸花鍵軸的規(guī)格；軸花鍵軸的規(guī)格。
3.2.3 鍵的選擇
查【4】表6-1選擇軸上的鍵，根據(jù)軸的直徑，鍵的尺寸選擇，鍵的長(zhǎng)度L取22。軸處鍵的選擇同上，鍵的尺寸為，鍵的長(zhǎng)度L取100。
3.3 傳動(dòng)軸的校核
需要驗(yàn)算傳動(dòng)軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗(yàn)算傾角時(shí)，若支撐類型相同則只需驗(yàn)算支反力最大支撐處傾角；當(dāng)此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時(shí)，則齒輪處傾角不必驗(yàn)算。驗(yàn)算撓度時(shí)，要求驗(yàn)算受力最大的齒輪處，但通?？沈?yàn)算傳動(dòng)軸中點(diǎn)處撓度（誤差<%3）。
當(dāng)軸的各段直徑相差不大，計(jì)算精度要求不高時(shí)，可看做等直徑，采用平均直徑進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算花鍵軸傳動(dòng)軸一般只驗(yàn)算彎曲剛度，花鍵軸還應(yīng)進(jìn)行鍵側(cè)擠壓驗(yàn)算。彎曲剛度驗(yàn)算；的剛度時(shí)可采用平均直徑或當(dāng)量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡(jiǎn)支梁，其撓度和傾角計(jì)算公式見【5】表7-15.分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角，然后疊加，注意方向符號(hào)，在同一平面上進(jìn)行代數(shù)疊加，不在同一平面上進(jìn)行向量疊加。
3.3.1 傳動(dòng)軸的校核
①Ⅰ軸的校核：通過(guò)受力分析，在一軸的三對(duì)嚙合齒輪副中，中間的兩對(duì)齒輪對(duì)Ⅰ軸中點(diǎn)處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來(lái)進(jìn)行校核
最大撓度：
查【1】表3-12許用撓度；
。
②Ⅱ軸、Ⅲ軸的校核同上。
3.3.2 鍵的校核
鍵和軸的材料都是鋼，由【4】表6-2查的許用
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