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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 皮套圈座多軸鉆孔專機(jī)設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923176 學(xué)生姓名： 孫 文 華 指導(dǎo)教師： 尤麗華 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 皮套圈座多軸鉆孔專 機(jī)設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除 了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 94 學(xué) 號： 0923176 作者姓名： 孫文華 2013 年 5 月 25 日 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 皮套圈座多軸鉆孔專機(jī)設(shè)計(jì) 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 無錫市江泰機(jī)械制造廠是一家專業(yè)從事外協(xié)件加工的企業(yè)，公司采用加 工中心加工紡織機(jī)械零件--皮套圈座上的三孔，加工成本高，效率不高。因 而，設(shè)計(jì)一臺專機(jī)提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)保證加工的質(zhì)量。 傳統(tǒng)機(jī)床只能對一種零件進(jìn)行單刀，單軸，單工位，單面加工，生產(chǎn)效 率低且加工精度不穩(wěn)定。組合機(jī)床能夠?qū)σ环N或多種零件進(jìn)行多刀、多軸、 多工位、多面加工。從而有利于提高大批量生產(chǎn)的生產(chǎn)效率，提高加工精度 的穩(wěn)定性，節(jié)約資源。提高企業(yè)在業(yè)內(nèi)的競爭力與生產(chǎn)效率。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： ① 熟悉組合機(jī)床的構(gòu)成，了解其工作進(jìn)程，畫出其聯(lián)系尺寸總圖； ② 熟練了解多軸箱各個(gè)部件的名稱及用途，畫出多軸箱的結(jié)構(gòu)圖； ③ 熟練掌握液壓滑臺的結(jié)構(gòu)，能畫出液壓滑臺的結(jié)構(gòu)圖； ④ 掌握機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)，能畫出夾具的結(jié)構(gòu)圖； ⑤ 能夠熟練使用 solidworks 等三維軟件。 I 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 94 班 姓名 孫文華 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長研究所所長〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 II 摘 要 隨著自動(dòng)化應(yīng)用的逐步提高，組合機(jī)床越來越多的出現(xiàn)在現(xiàn)代工廠中，組合機(jī)床是 以通用部件為基礎(chǔ)，配以工件特定外形和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具，組成的半自 動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。它一般采用多軸，多刀，多工序，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)化合系列化，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。 本次設(shè)計(jì)為皮套圈座鉆孔專用機(jī)床，同時(shí)完成 3 個(gè)孔的加工。主要有以下幾個(gè)方面： 1.方案的制定，根據(jù)提供的零件圖，通過相關(guān)材料分析制定可行性方案并擬定加工 工藝規(guī)程； 2.“三圖一卡”：工序圖、加工示意圖、尺寸聯(lián)系圖的繪制以及生產(chǎn)率計(jì)算卡的計(jì) 算，根據(jù)要求設(shè)計(jì)圖紙； 3.主軸箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)的制定，軸的設(shè)計(jì)，齒輪的設(shè)計(jì)， 軸承的選擇，潤滑系統(tǒng)的制定； 4.零件圖的繪制，包括軸、齒輪； 5.說明書的撰寫。 關(guān)鍵詞：組合機(jī)床；組合機(jī)床；三圖一卡 III Abstract With increasing automation applications, combined machine tool more and more appear in modern factories, the combination of more occasions based on general parts, match with workpiece specific shape and process design of special components and fixtures, composed of semi-automatic or automatic special machine. It usually adopts the multiaxial, knife, processes, and multi-faceted or multistage and processing, production efficiency than general machine high several times or more. Due to the common parts have standard series, can according to the combined flexible configuration, can shorten the cycle of design and manufacture. Therefore, the combination machine has the advantages of low cost and high efficiency, in large, mass production is widely used, and the automatic production line can be used to composition. The design for the leather seat drilling machine, the processing at the same time to complete the 3 hole.This design mainly in the following aspects: 1. According to the formulation of programmes, providing the parts drawing through relevant material analysis, the feasibility plan and plan formulated processing procedures; 2. "three graph one card" : process graph, processing schemes, size contact drawing and productivity calculation according to requirements of calculation, card design drawings; 3. Spindle box structure design, including power system and transmission system, the design of the formulation of shaft, the gear design, bearing the formulation of choice, lubricating system; 4. Component drawing, including shaft, gear; 5. Written instructions. Key words: Unit built machine tool; Spindle box; Three diagram a card IV 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III Abstract..........................................................................................................................................IV 目 錄 .............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 課題的來源及意義 ...............................................................................................................1 1.2 組合機(jī)床及特點(diǎn) ...................................................................................................................1 1.3 國內(nèi)外該研究技術(shù)現(xiàn)狀 .......................................................................................................1 2 組合機(jī)床總體方案設(shè)計(jì) .............................................................................................................2 2.1 組合機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟 ...........................................................................................................2 2.2 編制工藝規(guī)程的原始資料 ...................................................................................................2 2.2.1 被加工零件圖一張 .........................................................................................................2 2.2.2 零件機(jī)械加工工藝路線的擬定 .....................................................................................4 2.2.3 工序的加工余量及切削刀具的選擇 .............................................................................5 2.2.4 切削刀具的選擇 .............................................................................................................5 2.3 組合機(jī)床切削用量選擇及計(jì)算 ...........................................................................................5 2.4 確定機(jī)床的配置形式 ...........................................................................................................7 2.5 “三圖”的編制 ....................................................................................................................8 2.5.1 被加工零件工序圖 .........................................................................................................8 2.5.2 加工示意圖 .....................................................................................................................9 2.5.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖 .......................................................................................................11 3 左多軸箱的設(shè)計(jì) .......................................................................................................................13 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 ......................................................................................................................13 3.2 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 .............................................................................................13 3.3 確定主軸結(jié)構(gòu)型式及齒輪模數(shù) .........................................................................................14 3.4 多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........................................................................................................................14 3.4.1 擬定傳動(dòng)路線 ...............................................................................................................................14 3.4.2 確定傳動(dòng)軸位置及齒輪齒數(shù) ...................................................................................................15 3.4.3 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 ..........................................................................................................................16 3.5 繪制多軸箱總圖 .................................................................................................................................16 4 右多軸箱設(shè)計(jì) ...........................................................................................................................21 4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 .....................................................................................................................21 4.2 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 .............................................................................................21 4.3 確定主軸結(jié)構(gòu)型式及齒輪模數(shù) .........................................................................................21 V 4.4 多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .........................................................................................................22 4.4.1 擬定傳動(dòng)路線 ...............................................................................................................22 4.4.2 確定傳動(dòng)軸位置及齒輪齒數(shù) .......................................................................................23 4.4.3 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 ...........................................................................................................24 4.5 液壓滑臺結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .........................................................................................................25 5 夾具的設(shè)計(jì) ...............................................................................................................................26 5.1 定位基準(zhǔn)的選擇： ..............................................................................................................26 5.2 夾緊方案的確定 .................................................................................................................26 5.3 夾緊力的計(jì)算 .....................................................................................................................26 5.4 定位誤差分析 .....................................................................................................................26 5.5 組合機(jī)床“一卡”的編制 .................................................................................................27 6 結(jié)論 ...........................................................................................................................................29 6.1 結(jié)論 .....................................................................................................................................29 6.2 不足之處及未來展望 .........................................................................................................29 致 謝 ...........................................................................................................................................30 參考文獻(xiàn)： ...................................................................................................................................31 皮套圈座多軸鉆孔專機(jī)設(shè)計(jì) 0 1 緒論 1.1 課題的來源及意義 無錫市江泰機(jī)械制造廠是一家專業(yè)從事外協(xié)件加工的企業(yè)，公司現(xiàn)采用加工 中心加工紡織機(jī)械零件--皮圈架座上的三個(gè)孔，工裝時(shí)間長，加工成本高，效率不高。 因而需要設(shè)計(jì)一臺專機(jī)達(dá)到提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)保證加工質(zhì)量的目的。 傳統(tǒng)機(jī)床只能對一種零件進(jìn)行單刀，單工位，單面，單軸加工，成產(chǎn)效率低而且加 工精度不穩(wěn)定，組合機(jī)床能夠?qū)σ环N或幾種零件進(jìn)行多刀、多面、多軸、多工位加工。 在組合機(jī)床上可以完成鉆孔、擴(kuò)孔、銑削磨削等工序，生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定。本 課題針對皮套圈座設(shè)計(jì)專用多孔鉆機(jī)，有利于提高大批量的生產(chǎn)效率，提高加工精度穩(wěn) 定性，節(jié)約資源。從而可以提高企業(yè)業(yè)內(nèi)的競爭力與生產(chǎn)效率 [1-3]。 1.2 組合機(jī)床及特點(diǎn) 組合機(jī)床是用按系列化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的通用部件和被加工零件的形狀及加工工藝要求設(shè) 計(jì)的部件組成的高效率組合機(jī)床。 組合機(jī)床常用的通用部件有：床身、立柱、底座、動(dòng)力箱、動(dòng)力滑臺、各種工藝切 削頭等。對于一些按順序加工的多工位組合機(jī)床，還具有移動(dòng)工作臺或回轉(zhuǎn)工作臺。根 據(jù)工件加工的需要，用這些通用部件配以部分專用部件就可組成組合機(jī)床。當(dāng)工件改變 了，還是用這些通用部件，只將部分部件改裝，又可以組成加工新工件的機(jī)床 [4]。 普通機(jī)床加工零件時(shí)，不僅工人勞動(dòng)強(qiáng)度很大，效率也不高，而且不利于保證產(chǎn)品 加工精度。組合機(jī)床是按高度工序集中原則設(shè)計(jì)的，即在一臺機(jī)床上可以同時(shí)完成許多 同一種工序或多種不同工序的加工，它可以同時(shí)用多個(gè)刀具進(jìn)行切削，機(jī)床的輔助動(dòng)作 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，結(jié)構(gòu)比普通機(jī)床簡單，提高了生產(chǎn)效率。 1.3 國內(nèi)外該研究技術(shù)現(xiàn)狀 組合機(jī)床自1911年在美國研制成功后便廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)的汽車工業(yè)中，并且 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而逐步完善。組合機(jī)床是根據(jù)被加工件的工藝要求，按照工序高度 集中的原則而設(shè)計(jì)的，并以系列化 、標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件而組 成的專用設(shè)備，并配以專用夾具，采用多把刀具同時(shí)進(jìn)行加工。 隨著國家對世貿(mào)承諾的逐步實(shí)現(xiàn)，價(jià)格的競爭優(yōu)勢也逐漸減少，在機(jī)構(gòu)件方面，廈 工、臨工、宜工、龍工紛紛采用組合機(jī)床對動(dòng)臂、前車架、后車架，前后鉸接架的孔系 進(jìn)行加工，零件一次裝夾，多頭同時(shí)加工，比通用機(jī)床單孔逐個(gè)加工，效率提高了 3—6 倍，而且避免了工件調(diào)頭而產(chǎn)生的二次定位誤差。運(yùn)用組合機(jī)床加工結(jié)構(gòu)件與通用機(jī)床 相比各孔系坐標(biāo)精度可以由 ±1mm 提高到 ±0.2mm，同軸度 ±0.5mm 提高到 ±0． 08mm, 孔系平行度由 0.7mm 提高到 ±0.1mm,而且所有精度均靠機(jī)床本身的裝配精度保證，為提 高整車的質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。組合機(jī)床與通用機(jī)床組合生產(chǎn)線使適當(dāng)?shù)耐顿Y能迅速擴(kuò)大生 產(chǎn)規(guī)模，解決通用機(jī)床加工效率低，同一工序需要多臺機(jī)床加工的難題。 皮套圈座多軸鉆孔專機(jī)設(shè)計(jì) 1 2 組合機(jī)床總體方案設(shè)計(jì) 2.1 組合機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟 ⑴擬定方案階段 ①制定工藝方案，這是設(shè)計(jì)組合機(jī)床最重要一步，所以必須認(rèn)真分析被加工零件圖 紙，全面了解其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工部位、尺寸精度、定位、夾緊方式、工藝方法和加工過 程所用的刀具、輔具，切削用量等，分析總結(jié)后確定工藝方案； ②確定機(jī)床配置形式及結(jié)構(gòu)方案； ③總體設(shè)計(jì)----------三圖一卡； 在選好工藝方案并確定機(jī)床配置形式及結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行方案圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：被 加工零件工序圖，加工示意圖，機(jī)床尺寸聯(lián)系圖和生產(chǎn)率計(jì)算卡，統(tǒng)稱“三圖一卡” 。 ⑵技術(shù)設(shè)計(jì)階段 根據(jù)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)系尺寸圖等展開部件設(shè)計(jì)， 繪制夾具、主軸箱等的裝配圖。 ⑶工作設(shè)計(jì)階段 ①繪制零件圖； ②編制機(jī)床說明書，制定機(jī)床精度檢驗(yàn)、調(diào)整試車規(guī)范等相關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。 ⑷制定工藝方案 組合機(jī)床是針對被加工零件的特點(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。組合機(jī)床方案制定的主要內(nèi)容：經(jīng)過分析比較，確定可行的加工方法確 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)床配置形式等。 2.2 編制工藝規(guī)程的原始資料 2.2.1 被加工零件圖一張 皮圈架座是紡機(jī)卷繞機(jī)構(gòu)中安裝皮圈架的一個(gè)重要零件，材料為 ZL101，硬度為 50HBS。分析圖紙可知，三個(gè)待加工孔之間的位置精度要求不是很高，而單個(gè)孔的尺寸精 度和粗糙度要求比較高，分別為 12U6（-0.033/-0.044mm ） ， 11H7（+0.018/0mm ） ，?? 10H7（+0.015/0mm ） ，粗糙度 Ra 都為 1.6μm。另外 12 孔的軸線和底面的平行度要求? 為 0.1mm，因而 12 孔的要求最高。 在本道工序前，底面已經(jīng)過銑削加工，平面度為 0.1mm。三個(gè)待加工孔為鑄孔，毛坯 上孔尺寸為： 9.4-9.0mm, 10.4-10.0mm, 11.4-11.0mm。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 圖 2.1 皮套圈座零件三維圖 圖 2.2 皮套圈座機(jī)加工圖 ⑴零件圖上的技術(shù)要求： ①材料為 ZL101; ②零件硬度 50HBS; ⑵生產(chǎn)綱領(lǐng)的計(jì)算 要求：批量生產(chǎn) 10000 件/年，備品率 1%，廢品率 2% （2.1）)/%(1)(年件banQN??? 式中：N：零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件/年） Q：產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺/年） n：每臺產(chǎn)品中，該零件的數(shù)量（件/臺） a%： 備品率 b%：廢品率 皮套圈座多軸鉆孔專機(jī)設(shè)計(jì) 3 零件年生產(chǎn)綱領(lǐng)的計(jì)算： 年件年件 /50)/(1032%)()1(10 ?????N 故該零件的生產(chǎn)屬于大量生產(chǎn)。 2.2.2 零件機(jī)械加工工藝路線的擬定 通過圖紙的要求，對該零件進(jìn)行加工工藝分析如下： 該零件為皮套圈座，材料為鑄鋁，其毛坯為鑄造出來的，所以需要安排人工時(shí)效， 進(jìn)行熱處理以改善性材料性能和消除內(nèi)應(yīng)力。該工件的主要加工為鉆孔，鉸孔，考慮加 工零件的結(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，按照先粗后精，先 主后次，先基面后其他，先面后孔的工序安排原則，生產(chǎn)效率要求制定初步的設(shè)計(jì)方案、 零件加工的工藝過程，初步確定了工藝路線 [5]。 工藝規(guī)程的初步制定： 工序 0：熱處理 工序 5：車底端面 工序 10：銑底端面 工序 15：加工底端兩孔（鉆，鉸） 工序 20：鉆孔，鉸孔 工序 25：尺寸檢驗(yàn) 工序 30：零件要求檢驗(yàn) 對該工藝分析：先加工下端面，然后再加工下端部兩孔，再加工剩下的三個(gè)孔，這 樣就可以保證孔的位置精度，并且可以為后的加工提供定位基準(zhǔn)；而且最大程度地采取 了工序集中得原則，以便提高每一臺機(jī)床的利用率，該規(guī)程經(jīng)老師指導(dǎo)后將工藝路線制 定為表 2-1： 表 2-1 機(jī)械加工工藝規(guī)程 工序號 工步名稱 工步名稱 工藝設(shè)備 0 熱處理 退火 退火設(shè)備 5 車底端面 以毛坯預(yù)留孔為粗基準(zhǔn)，粗車下端面 車床 10 銑底端面 以達(dá)到零件所要平面度誤差 0.05 銑床 15 鉆孔 鉆 φ7 的孔 鉆床 20 鉸孔 鉸 φ7，達(dá) φ7H7 鉸刀 25 鉆孔 鉆 φ10，達(dá)圖要求 組合機(jī)床 30 鉆 φ11，達(dá)圖要求 銑鉸刀具 35 鉆 φ12，達(dá)圖要求 40 終檢 按圖紙要求檢驗(yàn) 2.2.3 工序的加工余量及切削刀具的選擇 加工余量的確定 鉆孔加工不留余量一次加工完成。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2.2.4 切削刀具的選擇 刀具用廠方提供的硬質(zhì)合金銑鉸復(fù)合刀具。 2.3 組合機(jī)床切削用量選擇及計(jì)算 查 [1]表 6-14 并結(jié)合其它參數(shù)，確定主軸轉(zhuǎn)速的確定 n=1000r／min，f=0.6mm ／r 切削力 F，切削轉(zhuǎn)矩 M，切削功率 P 的計(jì)算公式 由 [1]可知計(jì)算公式如下： （2.1）DT/6.0? （2.2）6.068.03.79.HBafp （2.3）?? vP974 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） ； T—切削轉(zhuǎn)矩（N.mm ） ； P—切削功率（ KW） ； pa—切削深度（mm ） ； v—切削速度（m／min） ； HB—零件的布氏硬度值，通常給出一個(gè)范圍。 對于公式（2.1）~（2.3）取最大值，對于（2.4）取最大值減去硬度偏差值的三分之 一。 ⑴用直徑 D=12mm 的硬質(zhì)合金銑鉸復(fù)合刀具鉆 22.2mm 深的孔，根據(jù)刀具直徑和工 件，刀具材料，查 [1]可知: D=12mm， n=1000r／min，f=0.6mm／r。 硬度 HB 50 由公式 2.2 得 mNT .27095.06.12.806.79883.1 ???? 由公式 2.1 得 ??F479?? 由公式 2.3 得 KWDP8.1040n?? ①滑臺每分鐘進(jìn)給量的計(jì)算 由 [3] 知 fvn?? 式中：n—主軸轉(zhuǎn)速（r／min） f—主軸進(jìn)給量（mm／r） 皮套圈座多軸鉆孔專機(jī)設(shè)計(jì) 5 —滑臺每分鐘進(jìn)給量（mm／min）fv min/60.1vf ?? ②主軸直徑的確定 由 [1]表 3-4，軸能承受的轉(zhuǎn)矩計(jì)算： 41)0(MBd? 式中：d—軸的直徑（mm） ； M—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.mm） ； B—系數(shù)。B 與扭矩角[φ]有關(guān)，當(dāng)為剛性主軸時(shí)，B=7.3 m MBd7.16)0(25.??? 取 d=20mm ⑵用直徑 D=10mm 的硬質(zhì)合金銑鉸復(fù)合刀具鉆 19mm 深的孔，根據(jù)刀具直徑和工件， 刀具材料，查 [1]可知: D=10mm， n=1000r／min，f=0.6mm／r。 硬度 HB 50 由公式 2.2 得 mNT .423850.6.01.86.79883.2 ???? 由公式 2.1 得 ??NF14?? 由公式 2.3 得 KWDP.09740n.?? ①滑臺每分鐘進(jìn)給量的計(jì)算 由 [3] 知 fvn?? 式中：n—主軸轉(zhuǎn)速（r／min） f—主軸進(jìn)給量（mm／r） —滑臺每分鐘進(jìn)給量（mm／min）fv min/60.1f ?? ②主軸直徑的確定 由 [1]表 3-4 軸能承受的轉(zhuǎn)矩計(jì)算： 41)0(MBd? 式中：d—軸的直徑（mm） ； 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 M—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.mm） ； B—系數(shù)。B 與扭矩角[φ]有關(guān)，當(dāng)為剛性主軸時(shí)，B=7.3 m MBd1.6)0(25.??? 取 d=20mm ⑶用直徑 D=11mm 的硬質(zhì)合金銑鉸復(fù)合刀具鉆 19mm 深的孔，根據(jù)刀具直徑和工件， 刀具材料，查 [1]可知: D=11mm， n=1000r／min，f=0.6mm／r。 硬度 HB 50 v= nd? 由公式 2.2 得 mNT .2505.06.1.80 6.079883.3 ???? 由公式 2.1 得 ??mNF25?? 由公式 2.3 得 KWDP26.019740n?? ①滑臺每分鐘進(jìn)給量的計(jì)算 由 [3] 知 fvn?? 式中：n—主軸轉(zhuǎn)速（r／min） f—主軸進(jìn)給量（mm／r） —滑臺每分鐘進(jìn)給量（mm／min）fv min/60.1vf ?? ②主軸直徑的確定 由 [1]表 3-4 軸能承受的轉(zhuǎn)矩計(jì)算： 41)0(MBd? 式中：d—軸的直徑（mm） ； M—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.mm） ； B—系數(shù)。B 與扭矩角[φ]有關(guān)，當(dāng)為剛性主軸時(shí)，B=7.3 m MBd4.16)0(25.??? 取 d=20mm 2.4 確定機(jī)床的配置形式 由前文中的工藝可知，可采取單面或雙面單工序配置形式，一次進(jìn)給，不留余量， 皮套圈座多軸鉆孔專機(jī)設(shè)計(jì) 7 其配置形式如下： 圖 2.3 單面配置 圖 2.4 雙面配置 采用圖 2.3 單面配置可實(shí)現(xiàn)三個(gè)孔的位置精度與技術(shù)要求，但由于孔 Φ12 與孔 Φ10 位置較為靠近，主軸的軸承須采用滾針軸承，無保持架的滾針軸承在使用過程中可靠性 差，易發(fā)生抱軸、過熱，穩(wěn)定性能較差。同時(shí)，孔 Φ12 的精度要求最高和相對底平面要 有一定的平行度要求，則采用圖 2.4 雙面配置。一面加工孔 Φ12，另一面同時(shí)加工孔 Φ10 與孔 Φ11，故機(jī)床為單工位雙面臥式組合機(jī)床 [5-6]。 2.5 “三圖”的編制 組合機(jī)床的三圖的編制，也就是為皮套圈座鉆孔進(jìn)行設(shè)計(jì)，提供總體方案圖樣以及 設(shè)計(jì)，為機(jī)床的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 2.5.1 被加工零件工序圖 由零件的工藝流程為基礎(chǔ)來確定零件的工序圖，圖如下： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 2.5 皮套圈座工序圖 2.5.2 加工示意圖 2.5.2.1 主軸外伸直徑的確定 由“2.5 組合機(jī)床切削用量選擇及計(jì)算 ”可知，鉆 φ12 孔的主軸直徑選取為 φ20mm，鉆 φ11 孔的主軸直徑選取為 φ20mm，鉆 φ10 孔的主軸直徑選取為 φ20mm，則查《組合機(jī)床簡明手冊》表 3-6 通用主軸的系列參數(shù)，又由于主軸為剛性主 軸，則主軸參數(shù)如下： 表 2-1 各主軸尺寸參數(shù) 2.5.2.2 刀柄的選擇 現(xiàn)有的銑鉸刀為圓柱刀柄，三軸均采用 ER20 彈簧夾頭直接裝在主軸孔中，剛性好， 加工零件精度高。查閱資料，刀柄采用 BT30-ER20-060 系列。 2.5.2.3 動(dòng)力部件工作循環(huán)及行程的確定 動(dòng)力部件的工作循環(huán)是指：加工時(shí)動(dòng)力部件從原始位置開始運(yùn)動(dòng)到加工終了位置又 鉆孔 （mm） 直徑 d （mm） 外伸長度 L（ mm） 外伸部分的直徑 d 外 （mm） Φ10 20 115 32 Φ11 20 115 32 Φ12 20 115 32 皮套圈座多軸鉆孔專機(jī)設(shè)計(jì) 9 返回原始位置的動(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。 由工藝方案可得到兩個(gè)動(dòng)力部件的工作循環(huán)均為： 快進(jìn)-工進(jìn)-快退 工作進(jìn)給長度 的確定工L 圖 2.6 工作進(jìn)給長度 21L??工 其中 L1—切入長度，一般取 5—10mm L—加工孔長度（mm） L2 —切出長度（mm） 查 [1]表 3-7，從而確定切出長度 2L 鉆 Φ10 孔與 Φ11 孔處的工作行程均為： mL3719621????工 鉆 Φ12 孔處的工作行程為： 402.8521工 動(dòng)力部件總行程的確定：取兩頭動(dòng)力部件的前備量都為 10mm；后備量左頭為 58， 右頭為 55。則總行程都為 150mm。 2.5.2.4 確定聯(lián)系尺寸 工件端面到雙軸動(dòng)力箱端面的距離為： 115+60+70-19-12=214mm 工件另一端面到單軸動(dòng)力頭端面的距離為： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 115+60+70-22.2-12=210.8mm 其它注意問題 ⑴加工示意圖上應(yīng)有足夠的聯(lián)系尺寸，并標(biāo)注恰當(dāng)。尤其是從多軸箱端面到刀尖的 軸向尺寸應(yīng)齊全，以備檢查行程和調(diào)整機(jī)床使用。圖上應(yīng)標(biāo)注各主軸的切削用量及必要 說明。 ⑵加工示意圖應(yīng)按加工終了狀態(tài)繪制。 ⑶加工示意圖上應(yīng)有表示加工過程的工作循環(huán)圖及各行程長度。 由上可知加工示意圖如下： BT30-ER26 右 鉆 削 頭 箱 端 面快 進(jìn) 45工 進(jìn) 0快 退 8右 頭 工 作 循 環(huán)左 頭 工 作 循 環(huán)快 退 82工 進(jìn) 37快 進(jìn) 45左 多 軸 箱 端 面 圖 2.7 皮套圈座加工示意圖 2.5.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖 機(jī)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(jī)床的配置型式，主 要構(gòu)成級各部件安裝位置，相互聯(lián)系，運(yùn)動(dòng)關(guān)系和操作方位的總體布局圖 [1]。 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，各種工藝切削用頭及實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力滑臺。 具體動(dòng)力部件的選擇： ⑴選擇動(dòng)力部件 機(jī)床已確定為單工位雙面臥式組合機(jī)床，液壓滑臺實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，選用配套的 動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)主軸。 ①左多軸箱動(dòng)力部件的選用： KWP625.08/)2.40(/ ????切 削左 多 軸 箱 —消耗于各主軸的切削功率的總和（ KW）切 削 —多軸箱的傳動(dòng)效率，加工有色金屬時(shí)取 0.7-0.8 皮套圈座多軸鉆孔專機(jī)設(shè)計(jì) 11 考慮到轉(zhuǎn)速損失，采用驅(qū)動(dòng)軸到主軸為降速傳動(dòng)。故動(dòng)力箱 n＞1000r/min 查閱 [1]和 [3]等相關(guān)資料，選用不到合適的動(dòng)力箱，經(jīng)與導(dǎo)師商量，決定亦自行設(shè)計(jì)。 ②右多軸箱動(dòng)力部件的選用： KWP35.08/2./???切 削右 多 軸 箱 —消耗于各主軸的切削功率的總和（KW）切 削P —多軸箱的傳動(dòng)效率，加工有色金屬時(shí)取 0.7-0.8? 考慮到轉(zhuǎn)速損失，采用驅(qū)動(dòng)軸到主軸為降速傳動(dòng)。故動(dòng)力箱 n＞1000r/min 查閱 [1]和 [3]等相關(guān)資料，選用不到合適的動(dòng)力箱，經(jīng)與導(dǎo)師商量，決定亦自行設(shè)計(jì)。 ③由于資料有限，沒有找到合適的小型組合機(jī)床用 HYA 液壓滑臺。故將在動(dòng)力頭設(shè) 計(jì)的基礎(chǔ)上自行設(shè)計(jì)。 ④底座、工作臺和夾具全部自行設(shè)計(jì) ⑵機(jī)床總圖的繪制 由于查找資料找不到合適的動(dòng)力箱，則自行設(shè)計(jì)，把傳統(tǒng)的動(dòng)力箱-多軸箱組合結(jié)構(gòu) 改造設(shè)計(jì)為電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)式多軸箱，多軸箱安裝在滑鞍上的結(jié)構(gòu)；由于找不到適用于小 型組合機(jī)床上的 HYA 液壓滑臺，則亦不遵循傳統(tǒng)的雙面組合機(jī)床一邊一滑臺結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新 使用“合二為一”思想，整體滑臺，此方案又省略設(shè)計(jì)了中間底座，工作臺直接安裝在 導(dǎo)軌上；參考 CA6140 配置，在兩側(cè)底座中間設(shè)置托盤，用以切屑和冷卻液的收集。結(jié)合 這些設(shè)計(jì)思想，可以在加工示意圖的基礎(chǔ)上繪制出機(jī)床聯(lián)系總圖 [7-10]。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 2.8 機(jī)床尺寸聯(lián)系總圖 皮套圈座多軸鉆孔專機(jī)設(shè)計(jì) 13 3 左多軸箱的設(shè)計(jì) 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 多軸箱需要的驅(qū)動(dòng)功率為：0.625KW，驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速不小于 1000r/min， 故選用 Y90L- 4 電動(dòng)機(jī)，同步轉(zhuǎn)速為 1400r/min。 3.2 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 由“三圖”中初定的電機(jī)輸入軸 O 和兩主軸 1、2 相對與底面的位置可繪制出： 圖 3.1 左多軸箱原始依據(jù)圖 切削用量見表 3-1 表 3-1 兩主軸外伸尺寸及切削用量 主軸外伸尺寸 切削用量 軸號 D l 工序內(nèi)容 n v(m/min) f(mm/r) Vf(m/min) 1 32 115 銑鉸 Φ10H7 孔 1000 31.4 0.6 600 2 32 115 銑鉸 Φ11H7 孔 1000 34.5 0.6 600 3.3 確定主軸結(jié)構(gòu)型式及齒輪模數(shù) ①兩主軸均完成銑鉸加工，由前計(jì)算得切削力都很小，故參照通用主軸支承型式選 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 用前后支承都是圓錐滾子軸承的主軸結(jié)構(gòu) [11]； ②由 [8]知，傳動(dòng)軸直徑初估： 傳動(dòng)軸上最大轉(zhuǎn)矩 Mmax=（M 2+M3 ）/1.1=（2328.4+2520）/1.1=4407.5N.mm 則軸徑： md 9.185.407316.216.4max????傳 動(dòng) 取直徑為 20mm ③齒輪模數(shù) m 的的估算：（所有齒輪采用直齒圓柱齒輪） ?? 320znP?? p—齒輪所傳遞的功率（ KW） z—對嚙合齒輪中小齒輪齒數(shù) n—小齒輪轉(zhuǎn)速 （r/min） 按所需最大 m 算：取 P=1.5KW，Zmin=20，n=1400r/min ??2.1314025.30????? 取 m=2 3.4 多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是用一定數(shù)量的傳動(dòng)元件，把電機(jī)輸入軸和 1、2 兩主軸連接起來， 組成一定的傳動(dòng)鏈并滿足各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求。 3.4.1 擬定傳動(dòng)路線 ①整個(gè)多軸箱就 1、 2 兩根主軸，且轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向相同，看作直線分布，在兩主軸中心 連線的垂直平分線上布置傳動(dòng)軸 3，再將 3 與電機(jī)軸 O 連接起來；由于空間位置的限制， 油泵軸 5 由 3 軸經(jīng)中間傳動(dòng)軸 4 傳給的。這樣形成了多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)（圖 3.2） 。 ②確定電機(jī)軸、主軸位置如下表： 表 3-2 多軸箱主軸、驅(qū)動(dòng)軸坐標(biāo)值 單位：mm 坐標(biāo) 左銷孔 電機(jī)軸 主軸 1 主軸 2 x 0 65 65.76 48.26 y 0 100 178 129 皮套圈座多軸鉆孔專機(jī)設(shè)計(jì) 15 圖 3.2 多軸箱傳動(dòng)數(shù)形圖 3.4.2 確定傳動(dòng)軸位置及齒輪齒數(shù) ⑴確定傳動(dòng)軸 3 的位置及其與主軸 1、2 間的齒輪副齒數(shù) 3 軸位于主軸 1、2 中心連線的中垂線上，為了避免 3 軸軸承孔和主軸干涉，用試湊 法最終確定傳動(dòng)軸 3 的坐標(biāo)為：（95，140） 3 與主軸 1、2 的軸心距為： min/10285140 3.213 rnmA???? 則主軸 1、2 齒輪副的齒數(shù)均為 28，主軸 1、2 采用降速傳動(dòng)，傳動(dòng)比取為 1.4。3 軸 轉(zhuǎn)速為 1400r/min。 ⑵確定傳動(dòng)軸 3 與電機(jī)軸 O 間距離： 3 與電機(jī)軸 O 間的軸心距： mA503??1:03??i ⑶確定中間傳動(dòng)軸 3 的位置及與軸 4 間的傳動(dòng)比 中間軸 4 的位置由作圖試湊法確定為（89.5，90） 4 軸與 3 軸間的軸心距： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 mA5043?? 6:53024??i ⑷確定液壓泵軸 5 的位置及與 4 軸間的傳動(dòng)比 葉片泵軸 5 的位置確定由于考慮到泵體的安裝。其位置為（47，52.67） 。 5 軸與 4 軸中心距為： 45?? 采用 R12-1A 液壓泵因，而傳動(dòng)比 ，則轉(zhuǎn)速為 1120r/min。5:430245??i ⑸確定手柄軸 由于軸 3 的轉(zhuǎn)速最高，用 3 軸兼做調(diào)整的手柄軸，對刀或機(jī)床調(diào)整時(shí)較為省力。 3.4.3 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 考慮到各齒輪不干涉，箱體內(nèi)腔排放 4 排齒輪，后蓋內(nèi)放電機(jī)齒輪；且泵驅(qū)動(dòng)齒輪 必須為第一排。 圖 3.3 多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)圖 由系統(tǒng)圖檢驗(yàn)得到：所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)符合要求，沒有干涉現(xiàn)象存在。 3.5 繪制多軸箱總圖 箱體為一種新型結(jié)構(gòu),與傳統(tǒng)多軸箱相比具有以下好處:電機(jī)直接與箱體聯(lián)接,節(jié)省了 動(dòng)力箱裝置;箱體直接用螺釘緊固在滑臺上,采用銷定位,使聯(lián)接可靠,定位準(zhǔn)確。箱體采 用分體式,使加工更加方便。 皮套圈座多軸鉆孔專機(jī)設(shè)計(jì) 17 3.5.1 多軸箱零件設(shè)計(jì) 主軸 2 的設(shè)計(jì) 主軸 1、2 的結(jié)構(gòu)除端部與刀具連接處采用特殊結(jié)構(gòu)外,其余參考多軸箱通用主軸結(jié) 構(gòu) ⑴軸結(jié)構(gòu)圖 圖 3.4 軸的尺寸圖 ⑵計(jì)算齒輪受力 大齒輪直徑：由前面部分得 md562? 大齒輪受力：轉(zhuǎn)矩 T T=2520N.mm 圓周力 tF NdTt 905622?? 徑向力 r Ftr 8.32tana?? 畫軸受力圖 圖 3.5 軸受力圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 ⑶計(jì)算支承反力 水平面反力 齒輪作用在軸上的水平力 4.5217.3cos8.217.3sin9000???? 齒輪作用在軸上的垂直力力 6.8.sin.. 00?COS ⑷水平面反力 Fr1“=16N