轎車變速箱上蓋孔加工工藝、組合機(jī)床及夾具設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 課題的來(lái)源
在國(guó)內(nèi)外組合機(jī)床已發(fā)展成為一個(gè)新興的工業(yè)部門。由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)上的原因，早在50年代已經(jīng)迅速發(fā)展并具有專門經(jīng)營(yíng)這項(xiàng)業(yè)務(wù)的企業(yè)。
在技術(shù)上，由于傳統(tǒng)的普通機(jī)床精度低、并且不能同時(shí)加工同一零件，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低。而社會(huì)生產(chǎn)力的巨大發(fā)展要求制造技術(shù)向高精度與高效率方向前進(jìn)。而組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，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。它能對(duì)工件進(jìn)行多刀、多軸、多面、多工位、同時(shí)加工。采用組合機(jī)床即能提高生產(chǎn)率又能提高加工精度。
在經(jīng)濟(jì)上，如果就設(shè)備以淘汰的形式更換為新設(shè)備則耗資巨大，很不經(jīng)濟(jì)，而采用組合機(jī)床加以現(xiàn)代化，為中小型企業(yè)和大企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
在生產(chǎn)上，組合機(jī)床最適合多品種，中小批量生產(chǎn)，很符合現(xiàn)代化機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)需要。
就本課題的國(guó)內(nèi)外概況而言，我國(guó)是擁有上百萬(wàn)臺(tái)機(jī)床的國(guó)家，要在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)機(jī)床多方位加工和高效率、高精密、設(shè)備的更新，國(guó)情上講全面更新是不大可能的，組合機(jī)床的設(shè)計(jì)就以成為一個(gè)重要的研究方向。因此組合機(jī)床的設(shè)計(jì)加以自動(dòng)化將會(huì)使得我們的國(guó)家的制造業(yè)迅速發(fā)展。在組合機(jī)床設(shè)計(jì)中引入了微機(jī)，不但技術(shù)上具有先進(jìn)性，同時(shí)應(yīng)用上也比傳統(tǒng)的機(jī)床有了較大的通用性和可用性。
1.2 指導(dǎo)思想
組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，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。它能對(duì)工件進(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、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序，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。組合機(jī)床所使用的通用部件是具有特定功能、按標(biāo)準(zhǔn)化、系列化原則設(shè)計(jì)、制造的組合機(jī)床基礎(chǔ)部件。每種通用部件有合理的規(guī)格尺寸系列，有適用的技術(shù)參數(shù)和完善的配套關(guān)系。組合機(jī)床設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)機(jī)床的性能要求配套液壓、氣壓和電控等系統(tǒng)。
主要技術(shù)參數(shù)
1. 加工要求：汽車變速器上蓋孔2-φ8.5H10和孔4-φ8.5
2. 工件材料：HT200 190—241HBS
3. 生產(chǎn)綱領(lǐng)：6萬(wàn)件/（單班制）
2組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)方案
2.1計(jì)步組合機(jī)床的設(shè)驟
2.1.1 組合機(jī)床的特點(diǎn)
組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，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、多孔等同時(shí)加工。
在組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線上可以完成一系列的切削加工工序。
組合機(jī)床及其自動(dòng)生產(chǎn)線所使的通用部件是具有特定功能，按標(biāo)準(zhǔn)化、系列化通用化原則設(shè)計(jì)、制造的組合機(jī)床基礎(chǔ)設(shè)計(jì)部件。每種通用部件有合理的規(guī)格尺寸系列，有適用的技術(shù)參數(shù)和完善的配套關(guān)系。組合機(jī)床以其獨(dú)特的特點(diǎn)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)中占有重要的地位，其特點(diǎn)如下：
2.1.1.1 組合機(jī)床上的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)部件占全部機(jī)床零部件總重量的70％— 80％，因此設(shè)計(jì)周期短，經(jīng)濟(jì)效益好。
2.1.1.2 由于組合機(jī)床上采用多刀加工，機(jī)床自動(dòng)化程度高，因此生產(chǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動(dòng)強(qiáng)度低。
2.1.1.3 組合機(jī)床的通用部件是經(jīng)過周密設(shè)計(jì)和長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的，又有專門廠家成批生產(chǎn)，它與一般專用機(jī)床比較，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修方便。
2.1.1.4 組合機(jī)床加工零件，由于采用專用夾具、組合刀具和導(dǎo)向裝置等，產(chǎn)品加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對(duì)操作工人的技術(shù)水平要求不高。
2.1.1.5 當(dāng)機(jī)床被加工的產(chǎn)品更新時(shí)，專用機(jī)床的大部分部件要報(bào)銷。組合機(jī)床的通用部件是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，并等效于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因此其通用部件可以重復(fù)使用，不必另行設(shè)計(jì)和制造。
2.1.1.6 組合機(jī)床易于聯(lián)成組合機(jī)床自動(dòng)線，適用于大規(guī)模和自動(dòng)化生產(chǎn)需要。
本次設(shè)計(jì)的主要是為了使我們通過對(duì)組合機(jī)床的設(shè)計(jì)，對(duì)其結(jié)構(gòu)及工作原理有個(gè)初步了解。同時(shí)經(jīng)過設(shè)計(jì)完成組合機(jī)床達(dá)到加工工件的目的。在設(shè)計(jì)過程中需要查閱多種設(shè)計(jì)手冊(cè)，對(duì)各種設(shè)計(jì)手冊(cè)也有了一定了解，對(duì)以后走上工作崗位有很大的幫助，對(duì)以往所學(xué)的理論知識(shí)也是一個(gè)鞏固，把所學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)。
本次設(shè)計(jì)主要是為了鉆汽車變速器上蓋2-Φ8.5孔和4-Φ8.5孔，年生產(chǎn)汽車變速器上蓋6萬(wàn)件，單班生產(chǎn)。
2.1.2 擬定方案階段
2.1.2.1 制定工藝方案
制定工藝方案是設(shè)計(jì)組合機(jī)床最重要的一步。工藝方案制定得是否正確，將決定機(jī)床能否達(dá)到“體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，質(zhì)量好”的要求。為了使工藝方案制定的合理、先進(jìn)必須認(rèn)真分析被加工零件的圖紙，全面了解被加工件的結(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，工藝方法和加工過程所采用的刀具、輔具，切削用量情況及生產(chǎn)率要求等，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)設(shè)計(jì)、制造、使用單位和操作者豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以求理論聯(lián)系實(shí)際，從而確定零件在組合機(jī)床上的工藝內(nèi)容及方法，決定刀具種類、結(jié)構(gòu)形式、數(shù)量及切削用量等。
本設(shè)計(jì)為組合機(jī)床鉆孔的設(shè)計(jì)。加工后的表面粗糙度為Ra12.5。工件的材料為HT200，硬度為190—241HBS。工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)是每年6萬(wàn)件，單班生產(chǎn)。采用標(biāo)準(zhǔn)的錐柄麻花鉆，用接桿將其連接在主軸上。工件為汽車變速器上蓋，鉆Φ6.7孔和4—Φ7孔，采用一面兩孔的定位方式，根據(jù)汽車變速器上蓋的形狀，采用機(jī)械夾緊。
2.1.2.2 確定機(jī)床的工藝方案，確定機(jī)床的配置型式，并定出影響機(jī)床總體布局和技術(shù)性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。既要考慮能實(shí)現(xiàn)工藝方案，以確保零件加工精度，技術(shù)要求及生產(chǎn)率；又要考慮機(jī)床操作方便可靠，易于維修，且潤(rùn)滑冷卻排屑情況良好。
2.1.2.3 總體設(shè)計(jì)——三圖一卡
在本設(shè)計(jì)選定工藝方案并確定機(jī)床配置型式、結(jié)構(gòu)方案后，進(jìn)行方案圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。這些圖紙包括：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，統(tǒng)稱“三圖一卡”設(shè)計(jì)。在總設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)先設(shè)計(jì)機(jī)床的夾具方案，畫出夾具方案草圖，然后確定多軸箱的輪廓尺寸，從而確定了機(jī)床各部分間的尺寸。
2.1.3 技術(shù)設(shè)計(jì)階段
本設(shè)計(jì)要求只繪制多軸箱裝備圖，根據(jù)已確定的工藝和結(jié)構(gòu)方案，按照加工示意圖和機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的尺寸和主軸、傳動(dòng)軸的分布形式的設(shè)計(jì)及通用部件的選擇，繪制多軸箱等裝配圖。
2.1.4 工作設(shè)計(jì)階段
本設(shè)計(jì)要求繪制被加工零件的工序圖加工示意圖機(jī)床聯(lián)系尺寸圖及多軸箱裝配圖。還要求編制機(jī)床設(shè)計(jì)說(shuō)明書，并附一關(guān)于機(jī)械方面的外文翻譯。
2.2 組合機(jī)床方案的制定
組合機(jī)床是針對(duì)被加工零件的特點(diǎn)及工藝要求，按高度集中工序原則設(shè)計(jì)的一種高效率專用機(jī)床。設(shè)計(jì)組合機(jī)床前，首先應(yīng)根據(jù)組合機(jī)床完成工藝的一些限制及組合機(jī)床各種工藝方法能達(dá)到的加工精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，解決零件是否可以利用組合機(jī)床加工及采用組合機(jī)床加工是否合理。如果確定零件可以利用組合機(jī)床加工，那么，為使加工過程順利進(jìn)行，并達(dá)到要求的生產(chǎn)率，必須在掌握大量的零件加工工藝資料基礎(chǔ)上，統(tǒng)盤考慮影響制定零件工藝方案、機(jī)床配置型式結(jié)構(gòu)方安的各種因素及應(yīng)注意的問題。經(jīng)過分析比較，以確定零件在組合機(jī)床上合理可以的加工方法、確定工序間加工余量選擇合適的切削用量相應(yīng)的刀具結(jié)構(gòu)確定機(jī)床配置型式等，這些便是組合機(jī)床方安的主要內(nèi)容。
2.2.1 影響組合機(jī)床方案制定的主要因素
2.2.1.1 被加工零件的加工精度和加工工序
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，是制定機(jī)床方案的主要依據(jù)。采用剛性主軸結(jié)構(gòu)方案時(shí)，必須根據(jù)被加工零件的材料加工部位的特點(diǎn)及加工精度要求來(lái)選擇主軸結(jié)構(gòu)型式及數(shù)據(jù)參數(shù)，以使主軸有足夠的剛性及抗振性。還必須布置好刀具位置，以減少切削徑向力在加工過程中產(chǎn)生的振動(dòng)。
2.2.1.2 被加工零件的特點(diǎn)
本設(shè)計(jì)的被加工零件的材料是HT200，它的硬度為190—241HBS，加工的過程是鉆孔，孔的表面粗糙度為Ra12.5。工件采用一面雙銷定位。這些對(duì)機(jī)床工藝方案制定有著重要的影響。同樣精度的孔，因材料硬度的不同，其工藝方案也不同，如鋼件一般比鑄鐵件的加工工步數(shù)多。
2.2.1.3 被加工零件的生產(chǎn)批量
零件的生產(chǎn)批量是決定采用單工位、多工位或自動(dòng)線，還是按中小批生產(chǎn)特點(diǎn)設(shè)計(jì)組合機(jī)床的重要因素。
本次設(shè)計(jì)的批量為6萬(wàn)件每年，所以采用按中小批量設(shè)計(jì)組合機(jī)床。
2.2.1.4 機(jī)床使用條件
2.2.2 制定工藝方案工藝應(yīng)考慮的問題
2.2.2.1 組合機(jī)床常用工藝方法能達(dá)到的精度及表面粗糙度
由于被加工零件的精度要求加工部位尺寸、形狀特點(diǎn)、材料、生產(chǎn)率要求不同，設(shè)計(jì)組合機(jī)床必須采用不同的工藝方法和工藝過程。
根據(jù)對(duì)我國(guó)使用的組合機(jī)床的調(diào)查，加工鑄鐵件的某些主要工序所能達(dá)到的精度和表面粗糙度如下述，可供制定時(shí)參考。
孔的尺寸精度
鉆孔 加工孔徑在Φ40mm以下，一般為實(shí)心鑄件擴(kuò)、鉸工序之前鉆削底孔或螺紋底孔，精度可達(dá)IT10—IT11，表面粗糙度Ra6.3—12.5μm。見《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》P50表3—2
2.2.2.2 確定工藝方案的原則及注意問題
粗、精加工工序的安排 必須根據(jù)零件的生產(chǎn)批量、加工精度、技術(shù)要求進(jìn)行全面分析，按照經(jīng)濟(jì)地滿足加工要求的原則，合理解決加工工序的安排。不要不分具體情況而一律粗、精加工分開或粗、精加工工序的做法。
由于本次設(shè)計(jì)只有一道工序，為粗加工工序，不用考慮工序的安排問題。
2.2.2.3 制定工藝方案時(shí)孔中心距的問題
在確定組合機(jī)床完成工藝時(shí)，要考慮可同時(shí)加工最小孔間中心距。由于主軸箱的主軸結(jié)構(gòu)和設(shè)置導(dǎo)向的要求，以及保證必須的加工精度和工作可靠的要求，組合機(jī)床鉆孔對(duì)于通用的主軸箱，其最小中心距為24mm。
本次設(shè)計(jì)的中心距為55mm，所以主軸箱為通用主軸箱。
2.2.2.4 定位基準(zhǔn)及夾緊點(diǎn)選擇
組合機(jī)床是針對(duì)某種零件或零件某道工序而設(shè)計(jì)的。正確選擇加工用的定位基準(zhǔn)，是確保加工精度的重要條件，同時(shí)也有利于實(shí)現(xiàn)最大規(guī)模的集中工序，從而收到減少機(jī)床臺(tái)數(shù)的效果。
選擇定位基準(zhǔn)的原則及應(yīng)注意的問題
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)，這樣可減少基準(zhǔn)不符的誤差，保證加工精度。但在某些情況下，卻必須該用其它面作定位基準(zhǔn)，如組合機(jī)床經(jīng)常加工的各種發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體，其頂面為主要安裝基準(zhǔn)，即設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。
選擇定位基準(zhǔn)應(yīng)確保工件定位穩(wěn)定。盡量采用以加工的較大平面為定位基準(zhǔn)，這對(duì)于精加工尤為重要。在不得以的情況下，才選那些與加工表面有一定關(guān)系的、經(jīng)過仔細(xì)清理平整的毛面作為定位基準(zhǔn)。切記，定位基準(zhǔn)不可選在鑄鐵或鑄件的分型面上，也不要選在有鑄孔的部位，否則將影響定位精度。
統(tǒng)一基面原則。即在各臺(tái)機(jī)床上采用共同的定位基面來(lái)加工零件不同表面上的孔或?qū)ν槐砻嫔系目淄瓿刹煌墓ば?，這對(duì)工序多的箱體類零件尤為重要。
當(dāng)被加工零件不具備理想的定位基準(zhǔn)，或者工件剛性不足時(shí)，為防止加工時(shí)工件變形，振動(dòng)而影響加工精度，可在機(jī)床上設(shè)置輔助支撐，以增加定位穩(wěn)定性和承受較大的切削力。
確定夾壓位置應(yīng)注意的問題
在選擇定位基面同時(shí)，要相應(yīng)決定夾壓位置。此時(shí)應(yīng)注意的問題是：保證零件夾壓后定位穩(wěn)定；盡量減少和避免零件夾壓后變形，消除其對(duì)加工的影響。
2.2.3 確定機(jī)床配置型式及結(jié)構(gòu)方案應(yīng)考慮的問題
根據(jù)被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工要求、工藝過程方案及生產(chǎn)率等，可大體確定采用哪種基本型式的組合機(jī)床。但由于工藝的安排動(dòng)力部件的不同配置零件安裝數(shù)目和工位數(shù)多少不同，而會(huì)產(chǎn)生多種配置方案。不同的配置方案對(duì)機(jī)床的復(fù)雜程度、通用化程度、結(jié)構(gòu)工藝性、加工精度、機(jī)床從新調(diào)整可能性及經(jīng)濟(jì)性等，具有不同的影響。因此，確定機(jī)床配置型式及結(jié)構(gòu)方案時(shí)，必須考慮下述問題：
2.2.3.1 組合機(jī)床的特點(diǎn)及適用性
單工位組合機(jī)床的工作特點(diǎn)是，加工過程中位置固定不變，由動(dòng)力部件移動(dòng)來(lái)完成各種加工。這類機(jī)床能保證較高的相互位置精度，它特別適合于大中型箱體類零件的加工。單工位組合機(jī)床根據(jù)工件加工表面的分布情況不同，其配置型式有臥式、立式、傾斜式和復(fù)合式等。
根據(jù)本設(shè)計(jì)的被加工件的特點(diǎn)，正適合采用單工位組合機(jī)床。
2.2.3.2 組合機(jī)床的加工精度
組合機(jī)床可完成的工藝范圍及所能達(dá)到的加工精度已有敘述。這里著重要說(shuō)明的是組合機(jī)床不同的配置型式對(duì)加工精度的影響。在確定機(jī)床配置型式和結(jié)構(gòu)方案時(shí)，首先必須注意零件加工精度能否穩(wěn)定的得到保證。影響組合機(jī)床加工精度的因素是多方面的，一般分為加工誤差和夾具誤差兩方面。
鉆孔位置精度：指孔與孔或孔與基面間的相對(duì)位置精度。通常，采用固定導(dǎo)向能達(dá)±0.2mm；若嚴(yán)格要求機(jī)床主軸和夾具導(dǎo)向的同軸度，減少刀具與導(dǎo)向間隙，精度可達(dá)±0.2—0.25mm。在組合機(jī)床上加工孔，其孔的中心線對(duì)基面或孔相對(duì)另一孔中心線的垂直度通?？蛇_(dá)0.02μm/100mm。
本設(shè)計(jì)要求達(dá)到的精度正好在上述范圍內(nèi)，所以組合機(jī)床鉆孔的位置精度能達(dá)到本零件的要求。
2.2.3.3 其它應(yīng)注意的問題
在確定機(jī)床配置型式和結(jié)構(gòu)方案時(shí)，要合理解決工序集中問題。在一個(gè)動(dòng)力部件上配置多軸箱加工多孔來(lái)集中工序是組合機(jī)床基本的加工方法。但主軸數(shù)量的多少，既要考慮動(dòng)力部件及多軸箱的性能和尺寸，又要調(diào)整機(jī)床和更換刀具方便。
要注意排屑和操作使用方便性。由于本設(shè)計(jì)是用前后導(dǎo)向進(jìn)行加工的機(jī)床，所以采用的方案是臥式加工。有時(shí)候，可將孔鉆的深一些，以避免由于孔內(nèi)積存切屑而折損刀具或破壞加工精度。
選擇機(jī)床配置型式要考慮夾具結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的可能性及工作可靠性。確定成套機(jī)床或流水線上的各機(jī)床型式時(shí)，應(yīng)注意使機(jī)床和夾具型式盡量一致，著不僅有利于保證加工精度，也可提高通用化程度，便于設(shè)計(jì)、制造、維修。
組合機(jī)床主要用于批量較大的生產(chǎn)。但有的情況下，如為了保證關(guān)鍵工序穩(wěn)定的加工精度又要縮短設(shè)計(jì)制造周期，雖然工件批量不大，也采用組合機(jī)床。
2.3 確定切削用量及選擇刀具
2.3.1 切削用量的選擇
確定了組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容之后，就可以著手選擇切削用量。切削用量選擇是否合理，對(duì)組合機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)率、刀具耐用度、機(jī)床的布局型式及正常工作有很大影響。
2.3.1.1 組合機(jī)床切削用量選擇的特點(diǎn)
在大多數(shù)情況下，組合機(jī)床為多軸、多刀、多面同時(shí)加工。因此，所選切削用量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)比一班萬(wàn)能機(jī)床單刀加工低30％左右。
組合機(jī)床多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)的每分鐘進(jìn)給量。
2.3.1.2 確定切削用量應(yīng)注意的問題
盡量做到合理利用所有刀具，充分發(fā)揮其性能。所以本設(shè)計(jì)選用錐柄麻花鉆。
選擇切削用量時(shí)，應(yīng)注意零件生產(chǎn)批量的影響。生產(chǎn)率要求不高時(shí)，就沒必要將切削用量選得過高，以免降低刀具耐用度。對(duì)于要求生產(chǎn)率高的大批大量生產(chǎn)用組合機(jī)床，要首先保證那些耐用度低，刃磨困難，造價(jià)高的所謂“限制性”工序刀具的合理切削用量，但須注意不能夠影響加工精度，也不能使刀具耐用度降低。
切削用量的選擇應(yīng)有利于多軸箱設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)主軸轉(zhuǎn)速相等，可使多軸箱傳動(dòng)鏈簡(jiǎn)單。刀具帶導(dǎo)向加工，由于不便冷卻潤(rùn)滑，應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。
選擇切削用量，還必須考慮所選動(dòng)力滑臺(tái)的性能。本設(shè)計(jì)采用液壓動(dòng)力滑臺(tái)，所選擇的每分鐘進(jìn)給量應(yīng)比動(dòng)力滑可實(shí)現(xiàn)的最小進(jìn)給量大50％。這樣能避免由于溫度和其他原因?qū)е逻M(jìn)給量不穩(wěn)定，影響加工精度，甚至造成機(jī)床不能工作。
2.3.1.3 組合機(jī)床切削用量的選擇方法
必須從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)加工精度工件材料技術(shù)要求等進(jìn)行分析，按照經(jīng)濟(jì)地滿足加工要求的原則，合理地選擇切削用量。一般常用查表法，參考生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)同類工藝，通過工藝實(shí)驗(yàn)確定切削用量。
2.3.2 確定切削力、切削扭矩、切削功率及耐用度
根據(jù)刀具材料工件材料加工直徑零件的布氏硬度植，由《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》P50表3—7選取進(jìn)給量f=0.14mm/r 切削速度ν共稱=14m/min
2.3.2.1 切削力F，切削轉(zhuǎn)距M，切削功率及刀具耐用度T的計(jì)算
F=26D f0.8 HB0.6 （3—1）
M=10D 1.9 f 0.8 HB0.6 （3—2）
P=mv/9740πD （3—3）
T=[(9600×14.30.25)]/(vf0.35 1801..3)] 8 （3—4）
式中F……………切削軸向力（N）
D……………鉆頭直徑（mm）
F……………每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）
M …………切削轉(zhuǎn)矩（n.mm）
P……………切削功率（k.N）
T……………刀具耐用度（min）
v ……………切削速度（m/min） v=ν公稱kv (kv ……修正系數(shù))
HB……………零件的布氏硬度值
公式（3—1）和（3—3）取最大值，公式（3—4）取最大硬度值減去硬度偏大值的1/3。
由公式v=ν公稱kv
由L/D=8/9=0.89 查表（3—5） 得
kv=1 則v=ν公稱kv =14×1=14m/min
n=1000v/πd=1000×14/3.14×9 =495.5r/min
將主軸轉(zhuǎn)速定為 n=500r/min
則切削速度 v=πdn/1000=3.14×9×500/1000=14.13/min
計(jì)算硬度HB=190—241HBS
由公式（3—1）得
F=26D f0.8 HB0.6=26×9×0.140.8×2410.6 =1320.22N
由公式（3—2）得
M=10D 1.9 f 0.8 HB0.6 =10×9×0.140.8×2410.6=3668.88N.mm
由公式（3—3）得
P=mv/9740πd=(3668.88×14.13)/(9740π×9)=0.19KW
由公式（3—4）得
T=[(9600×14.30.25)]/(vf0.35 1801..3)] 8
=[(9600×90.25)/( 14.13×0.140.55×2241.3)]=7370.34mm
2.3.3 刀具結(jié)構(gòu)的選擇
根據(jù)工藝要求及加工精度的不同，組合機(jī)床采用的刀具有：簡(jiǎn)單刀具、復(fù)合刀具及特種刀具。選擇刀具結(jié)構(gòu)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：
只要條件允許，為使工件可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、刃磨容易，應(yīng)盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)刀具或簡(jiǎn)單刀具。
選擇刀具結(jié)構(gòu)時(shí)，還必須認(rèn)真分析被加工零件材料特點(diǎn)。
基于以上問題和對(duì)被加工零件的分析，本設(shè)計(jì)中選擇的刀具為標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆。
2.3.4 確定滑臺(tái)每分鐘進(jìn)給量
根據(jù)公式： nf=νf 《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》
n……………………主軸轉(zhuǎn)速(r/min)
f……………………主軸進(jìn)給量(mm/r)
νf………………滑臺(tái)每分鐘進(jìn)給量（mm/min）
νf=nf=500×0.14=70(mm/min)
B……………系數(shù) 根據(jù)主軸或傳動(dòng)軸1m長(zhǎng)度上允許最大扭轉(zhuǎn)角速度選擇3—19《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》
主軸為剛性主軸，材料為45號(hào)鋼。取[ψ]=1/4。/m
則系數(shù) B=7.3
則主軸直徑d=Bmm=7.3=17.97
WP——軸的抗扭轉(zhuǎn)截面模數(shù)（mm3）,實(shí)心軸的WP=0.2d3
[τ]——許用剪切應(yīng)力（N/mm2）。45號(hào)鋼的[τ]=31N/ mm2
WP =0.2×93=145.8（mm3）
M/ WP=3668.88/145.8=25.16＜[τ]
主軸的直徑取整，取為d=20mm。
3 三圖一卡的社計(jì)
3.1 加工零件工序圖
3.1.1 被加工零件工序圖的作用和要求
被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示在一臺(tái)機(jī)床上或一條自動(dòng)生產(chǎn)線完成的工藝內(nèi)容、加工部位的尺寸及精度、技術(shù)要求、加工用定位基準(zhǔn)、夾壓部位、以及被加工零件的材料、硬度和在機(jī)床加工前毛坯情況的圖紙。它是在原有的工件圖基礎(chǔ)上，以突出本機(jī)床或自動(dòng)線加工內(nèi)容，加上必要的說(shuō)明繪制的。它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是制造使用時(shí)調(diào)整機(jī)床、檢查精度的重要技術(shù)文件。被加工零件工序圖包括以下內(nèi)容：
3.1.1.1 在圖上應(yīng)表示出被加工零件的形狀，尤其是要設(shè)置中間導(dǎo)向時(shí)，應(yīng)表示工件內(nèi)部分的布置和尺寸，以便檢查工件裝進(jìn)夾具是否想碰，以及刀具通過的可能性。
3.1.1.2 在圖上應(yīng)表示出加工用基準(zhǔn)、夾緊部位及夾壓方向。以便依次進(jìn)行夾具的定位支撐、限位、夾緊、導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)。
3.1.1.3 在圖上應(yīng)表示出加工表面的尺寸、精度表面粗糙度、形狀位置尺寸精度及技術(shù)要求，還包括本道工序?qū)η暗拦ば蛱岢龅囊蟆?
3.1.1.4 圖上還應(yīng)有必要的文字說(shuō)明。如被加工零件的名稱、編號(hào)、材料、硬度、重量及被加工部位的余量。
汽車變速器上蓋工序圖1所示
圖 1
3.1.2 繪制被加工零件工序圖的注意事項(xiàng)
3.1.2.1 為了是被加工零件工序圖清晰明了，一般要突出本機(jī)床的加工內(nèi)容，繪制時(shí)，應(yīng)按一定的比例，選擇足夠的視圖及刨視，突出加工部位用粗實(shí)線表示，并把零件輪廓及機(jī)床、夾具設(shè)計(jì)有關(guān)的部位用細(xì)實(shí)線表示清楚。凡本道工序保證的尺寸、角度等，均在尺寸數(shù)值下方面粗實(shí)線標(biāo)記，與加工有關(guān)的尺寸打上方框。
3.1.2.2 本機(jī)床加工部位的位置尺寸應(yīng)由定位基準(zhǔn)注起，有的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不一致應(yīng)換算成為對(duì)稱公差尺寸。有時(shí)也可以將工件的某一孔的位置尺寸從定位基面標(biāo)注，其余各孔的位置尺寸以次孔為基準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)注，以免由于尺寸尺寸鏈的影響，而不能保證要求的精度。
3.1.2.3 應(yīng)注明零件加工對(duì)機(jī)床提出的某些特殊要求。如對(duì)多層壁同軸線等直孔加工，若要求孔表面不留退刀痕跡，則圖紙上應(yīng)注明要求“機(jī)床主軸定位，工件讓刀”。
3.1.3 繪制汽車變速器上蓋工序圖：
根據(jù)以上所述分析確定零件的加工工序圖。對(duì)零件進(jìn)行總體分析
3.1.3.1 被加工零件材料：HT200
3.1.3.2 被加工零件特點(diǎn)：每個(gè)工件5個(gè)孔。
3.1.3.3 定位方式的選擇：采用一面雙銷作為定位基準(zhǔn)
零件屬于不太正規(guī)圖形，其中有光滑的孔，一個(gè)加工比較光潔的表面，要加工的五個(gè)孔可以采用不完全定位，因此確定采用一面雙銷作為定位基準(zhǔn)。
3.2 被加工零件加工示意圖
3.2.1 加工示意圖是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的重要圖紙之一，在機(jī)床總設(shè)計(jì)中占有重要位置。它是設(shè)計(jì)刀具、夾具、主軸箱以及選擇動(dòng)力部件的主要資料，同時(shí)也是調(diào)整機(jī)床和刀具的依據(jù)。
加工示意圖，要反映機(jī)床的加工過程和加工方法，并決定接桿的尺寸，鉆桿長(zhǎng)度，刀具種類數(shù)量，刀具長(zhǎng)度及加工尺寸，主軸尺寸及伸出長(zhǎng)度，主軸、刀具、導(dǎo)向與工件的聯(lián)系尺寸等。
加工示意圖應(yīng)繪制成展開圖，其繪制順序是，首先按比例繪制工件的外形及加工部位的展開圖。特別是注意那些距離很近的孔嚴(yán)格按比例相鄰繪制，以便清晰地看見相鄰刀具、導(dǎo)向及工具、主軸等是否想撞。然后，根據(jù)工件加工要求幾次選定的加工方法繪制刀具，并確定導(dǎo)向形式、位置及尺寸，選定主軸和接桿。從這些刀具中找出影響其聯(lián)系尺寸的關(guān)鍵刀具，按其中最長(zhǎng)的一根刀具，從主軸箱到工件之間的最小距離來(lái)確定全部刀具，導(dǎo)向及工件之間的尺寸聯(lián)系。
加工示意圖還要繪制出工件加工部位的圖形。在軸數(shù)多時(shí)，必須在空旁邊標(biāo)上號(hào)碼，以便設(shè)計(jì)和調(diào)整機(jī)床。
3.2.2 加工示意圖的畫法及注意事項(xiàng)
3.2.2.1 加工示意圖的繪制順序是：先按比例用細(xì)實(shí)線繪出工件的加工部位和局部結(jié)構(gòu)的展開圖。加工表面用粗實(shí)線。以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，相同加工部位的加工示意圖（指對(duì)同一規(guī)格的孔加工，所用的的刀具、導(dǎo)向、主軸、接桿等規(guī)格的尺寸、精度完全相同），允許只表示其中之一，亦即同一多軸箱上結(jié)構(gòu)尺寸相同的主軸只畫一根。但必須在主軸上標(biāo)注軸號(hào)（與工件的孔號(hào)相對(duì)應(yīng)）。
3.2.2.2 一般情況下，在加工示意圖上，主軸分布可不按真實(shí)距離繪制，當(dāng)被加工件的孔間距很小或需設(shè)置徑向結(jié)構(gòu)尺寸較大的導(dǎo)向裝置時(shí)，相臨主軸必須按嚴(yán)格比例繪制，并檢查相互是否干涉。
3.2.2.3 主軸應(yīng)從多軸箱端面畫起。刀具加工終了位置。標(biāo)準(zhǔn)的通用結(jié)構(gòu)只畫外形輪廓，并必須加注規(guī)格代號(hào)。對(duì)一些專用結(jié)構(gòu)，為顯示其結(jié)構(gòu)而必須剖視，并標(biāo)注尺寸、精度及配合。
3.2.3 選擇刀具、工具、導(dǎo)向裝置并標(biāo)注其相關(guān)位置及精度尺寸
3.2.3.1 刀具的選擇 刀具的選擇，要考慮工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素。本設(shè)計(jì)是鉆4—Φ7和Φ6.7的孔，所以選直徑為7mm和直徑為6.7mm 的鉆頭。由于要求的精度不是很高，選擇標(biāo)準(zhǔn)的高速鋼鉆頭即可，其長(zhǎng)度根據(jù)工件加工部位的距離，鉆頭的長(zhǎng)度選200mm就能達(dá)到要求。
3.2.3.2 導(dǎo)向選擇 在組合機(jī)床上加工孔，除用剛性主軸的方案除外，工件的尺寸、位置精度主要取決于夾具導(dǎo)向。因此，正確的選擇導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，確定導(dǎo)向類型、參數(shù)、精度，不但是繪制加工示意圖必須解決的問題，也是設(shè)計(jì)組合機(jī)床不可忽視的內(nèi)容。
選擇導(dǎo)向類型、型式和結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向通常分為兩類：一類是刀具導(dǎo)向部分與夾具導(dǎo)套之間具有相對(duì)移動(dòng)又有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的第一類導(dǎo)向，或稱固定導(dǎo)向。
本設(shè)計(jì)采用的就是固定導(dǎo)向。采用可換鉆套與襯套連接，襯套與鉆摸板連接。
通常依據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑d和刀具轉(zhuǎn)速n折合算出導(dǎo)向的線速度（v=πdn/1000m/min）在結(jié)合加工部位尺寸精度、工藝方法及刀具的具體工作條件來(lái)選擇導(dǎo)向類型、型式和結(jié)構(gòu)。
確定導(dǎo)向數(shù)量、選擇導(dǎo)向參數(shù) 導(dǎo)向參數(shù)應(yīng)根據(jù)工件形狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、刀具韌性、加工精度具體加工情況確定。
導(dǎo)向的主要參數(shù)包括：導(dǎo)套的直徑及公差配合，導(dǎo)向的長(zhǎng)度、導(dǎo)套離工件端面的距離等。按表3—17 3—18列出的固定式導(dǎo)向的數(shù)據(jù)，選擇和確定導(dǎo)向參數(shù)使用。
3.2.4 確定主軸類型、尺寸、外伸出長(zhǎng)度和選擇接桿
主軸型式主要取決于進(jìn)給抗力和主軸刀具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的需要。主軸尺寸規(guī)格應(yīng)根據(jù)選定的切削用量計(jì)算出切削轉(zhuǎn)矩M，查表3—19和3—20（組合機(jī)床設(shè)計(jì)）初定主軸直徑，再綜合考慮加工精度和具體工作條件，根據(jù)表3—21和3—22（組合機(jī)床設(shè)計(jì)）決定主軸外伸部分尺寸（直徑D/ d1,長(zhǎng)度L）及配套的刀具接桿莫式錐號(hào)。
根據(jù)上面的計(jì)算，主軸的直徑為Φ18mm,所以選擇主軸外伸的外徑為30mm,內(nèi)徑為20 mm,外伸長(zhǎng)度為115mm,接桿的莫式錐號(hào)為2—215 T0635—01。
3.2.5 確定動(dòng)力部件的工作循環(huán)行程：
動(dòng)力部件的工作循環(huán)是指：加工是動(dòng)力部件從原始位置開始到加工終了位置又返回到原始位置的動(dòng)作過程。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、多次反復(fù)進(jìn)給、跳躍進(jìn)給、死擋鐵停留等特殊等特殊要求，這是根據(jù)具體情況確定的。
工作行程長(zhǎng)度的確定
3.2.5.1 工作進(jìn)給長(zhǎng)度L1應(yīng)等于工件加工部位長(zhǎng)度L與刀具切入長(zhǎng)度L1和切出長(zhǎng)度之和，見圖2所示。切入長(zhǎng)度L1應(yīng)根據(jù)工件端面誤差情況在5—10mm間選擇，在本設(shè)計(jì)中將其定為6mm。切出長(zhǎng)度，在采用一般刀具時(shí)，可參考表3—24（組合機(jī)床設(shè)計(jì)）推薦值選取，本設(shè)計(jì)選取切入長(zhǎng)度為8mm。而加工部位長(zhǎng)度為8 mm，則確定工作進(jìn)給長(zhǎng)度為45mm，為了滿足退刀及換刀的要求確定快進(jìn)為115mm，快退為160mm。根據(jù)數(shù)據(jù)畫出工作循環(huán)圖，如圖3所示。
3.2.5.2 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)力部件把主軸箱連同刀具從原始位置送到開始位置。本次設(shè)計(jì)取決快速引進(jìn)長(zhǎng)度為115mm，則快退長(zhǎng)度為160mm。
3.2.5.3 動(dòng)力部件總行程長(zhǎng)度應(yīng)保證要求的工作循環(huán)工作行程外，還要考慮裝卸和調(diào)整刀具方便，即考慮前后備量。
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)的距離，將設(shè)計(jì)的前備量定為20mm。后備量是指寬闊了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)向外端面的距離大于接桿插入主軸孔的長(zhǎng)度。根據(jù)上述條件取后備量為80mm
因此，動(dòng)力部件的總行程長(zhǎng)度為
快退行程長(zhǎng)度與前后備量之和。
依此作為選擇動(dòng)力滑臺(tái)或設(shè)計(jì)
動(dòng)力部件的依據(jù)。
圖3
根據(jù)前面所選的刀具及導(dǎo)向裝置工作行程等繪制出零件的加工示意圖：如圖4所示
圖4
3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸鏈圖
3.3.1 聯(lián)系尺寸鏈的作用及內(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_(tái)、動(dòng)力箱、各種工藝切削頭、側(cè)底座、立柱、立柱底座、及中間底座加上專用部件——多軸箱、刀、輔助系統(tǒng)，夾具，液、電、冷卻、潤(rùn)滑、排屑系統(tǒng)組合裝配而成。聯(lián)系尺寸圖來(lái)表示機(jī)床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以檢驗(yàn)機(jī)床各個(gè)部分相對(duì)位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求；通用部件的選擇是否合理；并為進(jìn)一步開展多軸箱、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)械總圖，他表示機(jī)床的配置型式及總體布局。
聯(lián)系尺寸圖的主要內(nèi)容如下
3.1.3.1 以適應(yīng)數(shù)量的視圖（一般為主、左視圖）按同一比例畫出機(jī)床各主要組成部件的外形輪廓及相關(guān)位置，表明機(jī)床的配置型式及總體布局、主視圖的選擇應(yīng)與機(jī)床實(shí)際加工狀況一致。
3.3.1.2 圖中應(yīng)盡量減少不必要的線條及尺寸。擔(dān)反映各部分的聯(lián)系尺寸、專用部件的輪廓尺寸、運(yùn)動(dòng)部件的極限位置及行程尺寸，必須完整齊全。至于各部分的詳細(xì)結(jié)構(gòu)不畫出，留在具體設(shè)計(jì)部件時(shí)完成。
3.3.1.3 為便于開展部件設(shè)計(jì)，聯(lián)系尺寸圖上應(yīng)表注通用部件的規(guī)格代號(hào)，電動(dòng)機(jī)型號(hào)、功率及轉(zhuǎn)速，并注明機(jī)床部件的分組情況及總行程。
3.2.2 選擇動(dòng)力部件
組合機(jī)床的動(dòng)力部件是配置組合機(jī)床的基礎(chǔ)。它主要包括用以實(shí)現(xiàn)刀具主軸旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力箱、各個(gè)工藝切削用頭及實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力滑臺(tái)。關(guān)于各種動(dòng)力部件的傳動(dòng)方式、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合、主要性能參數(shù)、聯(lián)系尺寸及配套關(guān)系見第二張及附錄。
影響動(dòng)力部件選擇的主要因素 ：
3.3.2.1 切削速度 根據(jù)各刀具主軸的切削用量，計(jì)算出總切削功率，再考慮傳動(dòng)效率或空載功率損耗及載荷附加功率損耗，作為選擇組合機(jī)床主傳動(dòng)用動(dòng)力箱型事情規(guī)格的依據(jù)。每種型號(hào)的動(dòng)力箱皆可以配用兩種規(guī)格的電動(dòng)機(jī)，這兩種電機(jī)除功率大小不同外，轉(zhuǎn)速也不同。因此動(dòng)力箱輸出轉(zhuǎn)速也有高低兩種，應(yīng)根據(jù)多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)施設(shè)計(jì)要求，并使多軸傳動(dòng)鏈短和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單來(lái)選用。
3..3.2.2 進(jìn)給力 每種規(guī)格的動(dòng)力滑臺(tái)有最大進(jìn)給力F進(jìn)的限制。選用時(shí)，可根據(jù)確定的切削用量計(jì)算出主軸的軸向切削力合力∑F，以∑F來(lái)確定動(dòng)力滑臺(tái)的型號(hào)和規(guī)格。
3.2.3.2 進(jìn)給速度 各種規(guī)格的動(dòng)力滑臺(tái)都有規(guī)定的快速行程速度及最小進(jìn)給限制。所選擇的快速行程速度應(yīng)大于動(dòng)力滑臺(tái)額定的最小進(jìn)給量。
3.3.2.4 行程 選用動(dòng)力滑臺(tái)時(shí)，必須考慮其允許最大行程。目前設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)有三種行程。設(shè)計(jì)時(shí)，所確定的動(dòng)力部件總行程應(yīng)小于所選動(dòng)力滑臺(tái)的最大行程。
3.3.2.5 多軸箱輪廓尺寸 為使加工過程中動(dòng)力部件有良好的穩(wěn)定性，不同規(guī)格的動(dòng)力滑臺(tái)與何種規(guī)格的動(dòng)力箱配套使用，其上能安裝多大輪廓尺寸的多軸箱是有一定限制的。設(shè)計(jì)時(shí)可查組合機(jī)床通用部件相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的推薦值。
夾具，液、電、冷卻、潤(rùn)滑、排屑系統(tǒng)組合裝配而成。聯(lián)系尺寸圖來(lái)表示機(jī)床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以檢驗(yàn)機(jī)床各個(gè)部分相對(duì)位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求；通用部件的選擇是否合理；并為進(jìn)一步開展多軸箱、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)械總圖，他表示機(jī)床的配置型式及總體布局。
聯(lián)系尺寸圖的主要內(nèi)容如下
3.1.3.1 以適應(yīng)數(shù)量的視圖（一般為主、左視圖）按同一比例畫出機(jī)床各主要組成部件的外形輪廓及相關(guān)位置，表明機(jī)床的配置型式及總體布局、主視圖的選擇應(yīng)與機(jī)床實(shí)際加工狀況一致。
3.3.1.2 圖中應(yīng)盡量減少不必要的線條及尺寸。擔(dān)反映各部分的聯(lián)系尺寸、專用部件的輪廓尺寸、運(yùn)動(dòng)部件的極限位置及行程尺寸，必須完整齊全。至于各部分的詳細(xì)結(jié)構(gòu)不畫出，留在具體設(shè)計(jì)部件時(shí)完成。
3.3.1.3 為便于開展部件設(shè)計(jì)，聯(lián)系尺寸圖上應(yīng)表注通用部件的規(guī)格代號(hào)，電動(dòng)機(jī)型號(hào)、功率及轉(zhuǎn)速，并注明機(jī)床部件的分組情況及總行程。
3.2.2 選擇動(dòng)力部件
組合機(jī)床的動(dòng)力部件是配置組合機(jī)床的基礎(chǔ)。它主要包括用以實(shí)現(xiàn)刀具主軸旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力箱、各個(gè)工藝切削用頭及實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力滑臺(tái)。關(guān)于各種動(dòng)力部件的傳動(dòng)方式、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合、主要性能參數(shù)、聯(lián)系尺寸及配套關(guān)系見第二張及附錄。
影響動(dòng)力部件選擇的主要因素 ：
3.3.2.1 切削速度 根據(jù)各刀具主軸的切削用量，計(jì)算出總切削功率，再考慮傳動(dòng)效率或空載功率損耗及載荷附加功率損耗，作為選擇組合機(jī)床主傳動(dòng)用動(dòng)力箱型事情規(guī)格的依據(jù)。每種型號(hào)的動(dòng)力箱皆可以配用兩種規(guī)格的電動(dòng)機(jī)，這兩種電機(jī)除功率大小不同外，轉(zhuǎn)速也不同。因此動(dòng)力箱輸出轉(zhuǎn)速也有高低兩種，應(yīng)根據(jù)多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)施設(shè)計(jì)要求，并使多軸傳動(dòng)鏈短和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單來(lái)選用。
3..3.2.2 進(jìn)給力 每種規(guī)格的動(dòng)力滑臺(tái)有最大進(jìn)給力F進(jìn)的限制。選用時(shí)，可根據(jù)確定的切削用量計(jì)算出主軸的軸向切削力合力∑F，以∑F來(lái)確定動(dòng)力滑臺(tái)的型號(hào)和規(guī)格。
3.2.3.2 進(jìn)給速度 各種規(guī)格的動(dòng)力滑臺(tái)都有規(guī)定的快速行程速度及最小進(jìn)給限制。所選擇的快速行程速度應(yīng)大于動(dòng)力滑臺(tái)額定的最小進(jìn)給量。
3.3.2.4 行程 選用動(dòng)力滑臺(tái)時(shí)，必須考慮其允許最大行程。目前設(shè)計(jì)的動(dòng)力滑臺(tái)有三種行程。設(shè)計(jì)時(shí)，所確定的動(dòng)力部件總行程應(yīng)小于所選動(dòng)力滑臺(tái)的最大行程。
3.3.2.5 多軸箱輪廓尺寸 為使加工過程中動(dòng)力部件有良好的穩(wěn)定性，不同規(guī)格的動(dòng)力滑臺(tái)與何種規(guī)格的動(dòng)力箱配套使用，其上能安裝多大輪廓尺寸的多軸箱是有一定限制的。設(shè)計(jì)時(shí)可查組合機(jī)床通用部件相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的推薦值。
3.3.2.6 動(dòng)力滑臺(tái)的精度和導(dǎo)軌材料 新標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力滑臺(tái)均采用單導(dǎo)軌兩側(cè)導(dǎo)向，增加了導(dǎo)向的長(zhǎng)度比，提到了導(dǎo)向精度。導(dǎo)向材料有兩種，A型為鑄鐵導(dǎo)軌，B型為鑲鐵導(dǎo)軌，兩種材料導(dǎo)軌皆經(jīng)淬火，硬度達(dá)G42—48，故導(dǎo)軌壽命高。動(dòng)力滑臺(tái)共有3個(gè)精度等級(jí)，“M”表示精密級(jí)，“G”表示高精度級(jí)，型號(hào)尾部無(wú)符號(hào)為普通精度級(jí)，如1HY25M，1HY25G，1HY25?？筛鶕?jù)加工精度，經(jīng)濟(jì)合理地選用動(dòng)力滑臺(tái)。
綜合考慮上述因素，根據(jù)具體加工要求，正確合理的選擇動(dòng)力部件——?jiǎng)恿_(tái)和動(dòng)力箱，并以其為基礎(chǔ)進(jìn)行通用部件配套。
在此設(shè)計(jì)中，根據(jù)對(duì)加工零件的分析及相關(guān)尺寸的計(jì)算決定選用液壓動(dòng)力滑臺(tái)1HY25—ⅠA，臺(tái)面寬250mm，臺(tái)長(zhǎng)500mm,行程長(zhǎng)250mm,導(dǎo)軌為鑄鐵材料，滑臺(tái)及滑座總高250mm，滑座長(zhǎng)790mm，允許最大進(jìn)給力F進(jìn)=8000N，快速行程速度為12m/min，工進(jìn)速度32-800mm/min。
選取1TD20型號(hào)的動(dòng)力箱,電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y90L-6,其電動(dòng)機(jī)功率不小于1.1KW,電動(dòng)機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)速為910 r/min,驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速度為615r/min,動(dòng)力箱與動(dòng)力滑臺(tái)結(jié)合面尺寸,長(zhǎng)250mm,寬250mm,動(dòng)力箱與多軸箱結(jié)合面尺寸,寬250mm,高200mm,動(dòng)力箱輸出軸距箱底面高度燭124.5mm。動(dòng)力箱間圖5如下：
圖5
選用配套通用部件 側(cè)底座1CC251， 其高度H=560mm,寬度B1=450mm,長(zhǎng)度L=900mm。
3.3.3 聯(lián)系尺寸圖應(yīng)考慮的主要問題
繪制聯(lián)系尺寸圖，一般是在以畫出加工零件的工序圖、加工示意圖，并初選用動(dòng)力部件及與其配套的通用部件之后進(jìn)行的 。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設(shè)計(jì)階段初步確定，如機(jī)床的裝卸高度H，多軸箱的輪廓尺寸及夾具輪廓尺寸等。尤其對(duì)于加工精度要求比較復(fù)雜的組合機(jī)床，往往需要預(yù)先畫出夾具方安的詳細(xì)草圖，以確定其主要輪廓尺寸。所以，總體設(shè)計(jì)更確切地說(shuō)是包括夾具方案在內(nèi)的四圖一卡的設(shè)計(jì)。
對(duì)于加工汽車變速器上蓋的組合機(jī)床的聯(lián)系尺寸圖的確定。
3.3.3.1 夾具輪廓尺寸的確定
組合機(jī)床夾具是保證零件加工精度的重要專用部件。這里所確定的夾具輪廓尺寸是指夾具底座的長(zhǎng)、寬、高。這些尺寸的確定，除了首先必須考慮工件的形狀、輪廓尺寸、具體結(jié)構(gòu)外，還必須考慮能夠布置下保證加工要求的定位、限位、夾緊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向系統(tǒng)，并要考慮夾具底座與機(jī)床其他部件連接、固定所需要的尺寸。滿足要求后即可繪制出夾具圖。
3.3.3.2 機(jī)床的裝料高度H 裝料高度是指機(jī)床上工件的定位基準(zhǔn)到地面的垂直距離，我國(guó)過去的設(shè)計(jì)組合機(jī)床一般H=850mm。為提高通用部件及支撐部件的剛度并考慮自動(dòng)線設(shè)計(jì)時(shí)中間底座內(nèi)要安裝夾具輸送、冷屑、排屑裝置，新頒布的組合機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)推薦可視具體情況在H=850—1060mm之間選取。選取裝料高度裝料高度H考慮的主要因素是：應(yīng)與車間里運(yùn)送工件的滾道高度相適應(yīng)，工件定位的孔到最低主軸的距離為h1=94.5mm, 最低主軸距主軸箱箱底為h2=10mm，主軸與液壓滑臺(tái)之間的有0.5mm的間隙。和選用通用部件、中間底座、夾具等部件高度尺寸的限制選用滑臺(tái)與滑座總高度h3=250mm，底座高度h4=560mm,中間底座高度h5=240mm,滑座與側(cè)底座之間調(diào)整高度 h6=560mm,綜合上述因素，本機(jī)床的裝料高度取H=900 mm。
3.3.3.3 中間底座輪廓尺寸 中間底座的輪廓尺寸要滿足夾具在其上面連接安裝的需要。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）及配套部件的位置關(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)，工件端面至多軸箱的距離不小于加工示意要求的距離。同時(shí)要考慮動(dòng)力部件處于加工終了位置時(shí)，多軸箱與夾具外輪廓間應(yīng)有便于機(jī)床調(diào)整、維修的距離。
3.3.3.4 多軸箱的輪廓尺寸 標(biāo)準(zhǔn)的通用鉆床多軸箱的厚度有兩種尺寸規(guī)格臥式 325mm。立式340mm。在繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸圖時(shí)，著重要確定的尺寸是多軸箱的寬度B和高度H及最低主軸的高度h。如圖6所示
圖6
被加工零件的輪廓以點(diǎn)劃線、多軸箱輪廓尺寸用粗實(shí)線表示。多軸箱的寬度B和高度大小主要與被加工零件孔的分布有關(guān)，可按下式確定：
B=b+2b1 H=2h +h1+b2 《組合機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》P84
式中b——工件的寬度方向相距最遠(yuǎn)兩孔的距離（mm）
b2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)兩孔的距離（mm）
h1——最低主軸高度（mm）
b和h為以知尺寸。為保證多軸箱排布齒輪有足夠的空間，推薦b>70——100mm。
多軸箱最低主軸高度h1須考慮到與工件最低孔位置、機(jī)床裝料高度、滑臺(tái)滑座總高度、側(cè)底座高度、滑座與側(cè)底座之間的調(diào)整高度（5mm）等之間的關(guān)系確定。對(duì)于臥式組合機(jī)床，h1要保證潤(rùn)滑油不至于從主軸襯套泄出箱外，通常用：
h1>85——140mm
對(duì)于本次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床
h1=h2+H－（0.5+h3+h6+h4）
=10+900－（0.5＋250＋5＋560）=94.5
若取b1=150mm,則可求出多軸箱輪廓尺寸為：B=b+2b1
B=152+2×100=352（mm）
H=2h+ h1+ b2=2×99+94.5+100=392.5(mm)
根據(jù)上訴計(jì)算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定多軸箱輪廓尺寸為
B×H=400×400mm。
3.3.4 聯(lián)系尺寸圖的畫法及步驟
3.3.4.1 畫主視圖 主視圖的圖形布置位置應(yīng)與實(shí)際位置一致，并應(yīng)選擇適當(dāng)比例。先用雙點(diǎn)劃線或細(xì)實(shí)線畫出被加工零件的長(zhǎng)×高輪廓。以工件兩端及最低孔中心O—O1分別為長(zhǎng)度與寬度的定位基準(zhǔn)，根據(jù)以確定的機(jī)床各組成部件輪廓尺寸及主要相關(guān)尺寸按下列順序進(jìn)行。
以工件的下表面為基準(zhǔn)，根據(jù)前面已經(jīng)確定的工件前端面至多軸箱外輪廓。
多軸箱以其后蓋與動(dòng)力箱定位連接，根據(jù)選擇的ITD25型動(dòng)力箱的安裝連接尺寸畫出動(dòng)力箱的輪廓。動(dòng)力箱以其底面與動(dòng)力滑臺(tái)定位連接，再機(jī)床長(zhǎng)度方向上，通常動(dòng)力箱后端面應(yīng)與滑臺(tái)后端面平齊安裝。動(dòng)力滑臺(tái)與滑座在機(jī)床長(zhǎng)度方向的相對(duì)位置，由加工終了時(shí)滑臺(tái)前端到滑座前端面L2決定，L2是機(jī)床長(zhǎng)度方向上各部分聯(lián)系尺寸的可調(diào)環(huán)節(jié)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)力滑臺(tái)，L2尺寸的最大范圍75—85mm。
L2是動(dòng)力滑臺(tái)、滑座本身結(jié)構(gòu)決定的滑臺(tái)前端面到滑座前端面的最小與前備量二者之和。前者不應(yīng)小于15—20mm,對(duì)于這次設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)取20mm,則L2=60+20=80mm 。
為便于機(jī)床的調(diào)整和維修，滑座與底座之間需加5mm厚的調(diào)整墊片批。而滑座與側(cè)底座在機(jī)床長(zhǎng)度方向上的相對(duì)位置由滑座前端面到側(cè)底座前端面的距離L3決定。若采用的側(cè)底座為標(biāo)準(zhǔn)型，則L3可由組合機(jī)床通用部件聯(lián)系尺寸標(biāo)準(zhǔn)中查的：L3=180。
中間底座長(zhǎng)度尺寸L確定后，必須根據(jù)夾具長(zhǎng)度尺寸A及中間底座的相對(duì)安裝位置來(lái)檢查尺寸a的大小是否合適。
通常，當(dāng)機(jī)機(jī)床不采用切削液時(shí)，a尺寸最小可取10-15mm，當(dāng)機(jī)床采用切削液時(shí)，要考慮中間底座周邊應(yīng)有一定寬度的回收冷卻液及排屑溝槽，a一般不小于70-100mm。
如果計(jì)算出的L值不能滿足A和a尺寸要求，可采取改變加區(qū)終了位置時(shí)多軸箱端面至于工件端的距離L1尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時(shí)必須同時(shí)修改加工示意圖，以達(dá)到相關(guān)尺寸，但必須保證滑臺(tái)有足夠的前備量15-20mm。
若計(jì)算出中間底座尺寸L過大而造成a尺寸過大時(shí)，一般可通過增加L2尺寸或側(cè)底座與中間底座之間加墊鐵的辦法,使L尺寸減小,a尺寸減小。但必須注意，增加12的尺寸，不要超過動(dòng)力滑臺(tái)關(guān)于尺寸的最大調(diào)節(jié)范圍。
綜上所述可以看出中間輪廓尺寸（尤其是沿機(jī)床長(zhǎng)度方向的尺寸L）的決定比較靈活，即要照顧到與其他部件之間聯(lián)系尺寸的合理性，又要盡量使機(jī)床布局勻均節(jié)省材料。
3.3.4.2畫右視圖在于重點(diǎn)表示清楚機(jī)床各部件在寬度方向輪廓尺寸及相關(guān)的位置，配合主視圖完成聯(lián)系尺寸圖所需要表達(dá)的內(nèi)容。
3.3.4.3 聯(lián)系尺寸圖應(yīng)標(biāo)注機(jī)床各主要組成部件輪廓尺寸及相關(guān)尺寸，應(yīng)使機(jī)床在長(zhǎng)、寬、高三方向的尺寸鏈閉。
完整、恰當(dāng)?shù)臉?biāo)注機(jī)床各主要組成部件的輪廓尺寸及相關(guān)尺寸，應(yīng)使機(jī)床在長(zhǎng)、寬、高三方向的尺寸鏈封閉。
應(yīng)表示清楚運(yùn)動(dòng)部件的原位、終點(diǎn)狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)過程情況（可用工作循環(huán)圖表示），以確定機(jī)床最大輪廓尺寸。
應(yīng)注明工件、夾具、動(dòng)力部件、中間底座對(duì)稱中心線的位置關(guān)系。
一般注明電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、功率、轉(zhuǎn)速及所選標(biāo)準(zhǔn)通用部件的型號(hào)規(guī)格和主要輪廓尺寸，并對(duì)組合機(jī)床所有部件進(jìn)行分組編號(hào)、作為部件和零件設(shè)計(jì)的原始依據(jù)。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過計(jì)算繪制出組合機(jī)床的聯(lián)系尺寸圖詳細(xì)見機(jī)床聯(lián)系尺寸圖圖紙。
3.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡
根據(jù)選定的機(jī)床工作循環(huán)所要求的工作行程長(zhǎng)度、切削用量、動(dòng)力部件的快速及工進(jìn)速度等，就可以計(jì)算機(jī)床的生產(chǎn)率計(jì)算卡，用以反映機(jī)床的加工過程、完成每個(gè)動(dòng)作所須的時(shí)間、切削用量、機(jī)床生產(chǎn)率及機(jī)床負(fù)荷率等。
3.4.1 理想生產(chǎn)率Q1
Q1=A/K（件/h） 《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》P87
A——年生產(chǎn)綱領(lǐng) 6萬(wàn)件
K——單班制取2350h
所以 Q1=60000/2350=25.53件/h
3.4.2 實(shí)際生產(chǎn)率Q
Q=60/T單（件/h） 《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》P87
T單——生產(chǎn)一個(gè)零件所需的時(shí)間（min）
T單=t切+ t輔=L1 L2——分別為刀具第1,第2工作進(jìn)給行程長(zhǎng)度(mm);
Vf1 vf2——分別為刀具第1,第2工作進(jìn)給量(mm/min)
t?！?dāng)加工沉孔\止口,光整表面,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)進(jìn)給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)5-10r所需時(shí)間(min);
L快進(jìn), L快退——分別為動(dòng)力部件快進(jìn)\快退行程長(zhǎng)度(mm)
vfk——機(jī)械比肩取6-8m/min;液壓取4-12m/mm
t移——一般取0.1min
t裝卸——一般取0.5-1.5min
T單= t移+ t移=(L1/vf1+ L2/vf2+t停)+(L快進(jìn)+ L快退)/vfk+t移+t裝卸=22/70+128/4000+150/4000+1.4=1.984
Q=60/1.984=30.24(件/h)
3.4.3 機(jī)床負(fù)荷率
當(dāng)Q1＜Q2=25.53/30.24=0.844
根據(jù)組合機(jī)床的使用經(jīng)驗(yàn),適宜的機(jī)床負(fù)荷率為η負(fù)=0.75-0.90,設(shè)計(jì)時(shí),可按機(jī)床復(fù)雜程度參照下面表1確定。
表1組合機(jī)床允許的最大負(fù)荷率
機(jī) 床
主軸數(shù)
負(fù)荷率η負(fù)
單面或雙面
15
0．90
16-40
0．90-0．86
41-84
0．86-0．80
4 多軸箱的設(shè)計(jì)
4.1 概述
4.1.1 組合機(jī)床主軸箱的用途及分類
多軸箱是組合機(jī)床的主要部件之一，按專用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，由通用零件組成。
其主要作用是，根據(jù)被加工零件的加工要求，安排各主軸的位置，并將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)由電機(jī)或動(dòng)力部件傳給各工作主軸，使之得到要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。
多軸箱按其結(jié)構(gòu)大小，可分為大型主軸箱和小型主軸箱兩大類。大型又分為通用主軸箱和專用主軸箱兩種。專用主軸箱根據(jù)加工特點(diǎn)及加工工藝要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，由大量的專用零件組成，其結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)方法與通用機(jī)床類似，由于本設(shè)計(jì)工件較大。所以本設(shè)計(jì)說(shuō)明書著重介紹大型通用主軸箱的設(shè)計(jì)的有關(guān)問題。
4.1.2 主軸箱的組成
4.1.2.1 組成
通用主軸箱主要由箱體、主軸、傳動(dòng)軸、齒輪、軸套、軸承等部件和通用（專用）的附加機(jī)構(gòu)組成。
４.１.２.２ 多軸箱的通用零件
箱體類零件 通用主軸箱箱體零件采用灰鑄鐵材料，箱體用牌號(hào)為ＨＴ２００
前、后、側(cè)蓋牌號(hào)為ＨＴ１５０。主軸箱編號(hào)４００×４００，臥式主軸厚度為３２５mm。
軸類零件
由于本次設(shè)計(jì)主軸箱屬于“鉆削類”主軸箱。所用的鉆削類主軸為滾珠主軸。滾珠主軸是前后為推力球軸承和向心軸承、后支撐為向心球軸承或圓錐滾子軸承的主軸。
主軸材料一般為40Cr鋼，熱處理C42，有滾針軸承的主軸材料為20Cr鋼，熱處理S0.5—C59。
傳動(dòng)軸按其用途和支撐型式不同，有以下六種：
分別為圓錐滾子軸承傳動(dòng)軸、滾針軸承傳動(dòng)軸、埋頭式傳動(dòng)軸、手柄軸、油泵傳動(dòng)軸、攻絲用蝸桿軸。
在本次設(shè)計(jì)中采用了圓錐滾子軸承傳動(dòng)軸、手柄軸、油泵傳動(dòng)軸。傳動(dòng)軸的材料采用45鋼，調(diào)質(zhì)處理T215。
齒輪
主軸箱用的通用齒輪，有傳動(dòng)齒輪、動(dòng)力箱齒輪和電機(jī)齒輪三種。三種齒輪的材料均采用45號(hào)鋼，齒輪進(jìn)行高頻淬火G54。通用齒輪可參看下表2
表2通用齒輪的系列參考表
齒輪種類
寬度
齒數(shù)
模數(shù)
孔徑（mm）
數(shù)量
傳動(dòng)齒輪
20
16～50
2、2.5、3
15、20、25、30、35、40
395
32
16