【導(dǎo)讀】機(jī)械制造業(yè)是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。而制造業(yè)的生產(chǎn)能力主要取決于。制造裝備——機(jī)床的先進(jìn)程度。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。隨著自動(dòng)化生產(chǎn)能力的提高，現(xiàn)代工廠中出現(xiàn)需要組合機(jī)床的場(chǎng)合越來越多，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)?；舷盗谢筛鶕?jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。本文對(duì)閥腔的加工工藝進(jìn)行了詳細(xì)的分析，就其孔的加工提出了“一次裝夾，單工位加工，達(dá)到產(chǎn)品圖樣的精度要求”的思路。該組合機(jī)床由立柱、立柱底座、中間底座、液壓滑臺(tái)、動(dòng)力箱、多軸箱等組成。本文對(duì)各部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和論證。

　　

【正文】 ①完整、恰當(dāng)?shù)貥?biāo)注機(jī)床各主要組成部件的輪廓尺寸及相關(guān)聯(lián)系尺寸，應(yīng)使機(jī)床在長、寬、高三個(gè)方向的尺寸鏈封閉。 ②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。 ③應(yīng)注明工件、夾具、動(dòng)力部件、中間底座對(duì)稱中心線間的位置關(guān)系。 ④應(yīng)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)格和其主要輪廓尺寸，并對(duì)組成機(jī)床的所有部件進(jìn)行分組編號(hào)，作為部件和零件設(shè)計(jì)的原始依據(jù)。 在機(jī)床各組成部件的設(shè)計(jì)完成之后，以聯(lián)系尺寸圖為基礎(chǔ)進(jìn)行細(xì)化，填加必要的電氣、液壓控制裝置、潤滑、冷卻、排屑裝置等，并加注技術(shù)要求等文字說明，便成為機(jī)床總圖 [4]。 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 26機(jī)床尺寸聯(lián)系圖 生產(chǎn)率卡 根據(jù)選定的工作循環(huán)所要求的工作行程長度，切削用量，動(dòng)力部件的快速及工進(jìn)速度等，可以編制生產(chǎn)率計(jì)算卡，生產(chǎn)率計(jì)算卡反映機(jī)床加工過程，完成每一動(dòng)作所需時(shí)間，切削用量，機(jī)床生產(chǎn)率及機(jī)床負(fù)荷率等。 按設(shè)計(jì)任務(wù)書，閥腔年產(chǎn)量為 12021 件 /年，設(shè)其備品率為 2%，廢品率為 2%，則該零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)由 A=Qn(1+α +β %+в %) （ 25） 可得 A=1202101(1+2%+2%)件 /年， 即閥腔年生產(chǎn)量為 124800 件查表知，閥腔屬于大批量生產(chǎn) ⑴ 理 想生產(chǎn)率 Q 指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng) A （包括備品及廢品率在內(nèi)）所要求的機(jī)床生產(chǎn)率。它與全年工時(shí)數(shù) K 有關(guān)，一般情況下，單班制生產(chǎn) K 取 2350h，兩班制生產(chǎn) K 取 4600h，則本機(jī)床的生產(chǎn)率 Q =KA =124800/4600=（件 /小時(shí)） 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 ⑵ 實(shí)際生產(chǎn)率 1Q 指所設(shè)計(jì)機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可以生產(chǎn)的零件數(shù)量。 1Q =單T60 (件 /小時(shí) ) 式中：?jiǎn)蜹—— 生產(chǎn) 一個(gè)零件所需要的時(shí)間（ min），它可根據(jù)下式計(jì)算：?jiǎn)蜹 =切t +輔t =（11fvL +22fvL +停t ） +（ 裝卸移快退快進(jìn) ttv LLkf??? ） min 式中： 1L 、 2L —— 分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進(jìn)給行程長度（ mm ）； 1fv、2fv—— 分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進(jìn)給量（ /minmm ）； 停t —— 當(dāng)工件沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時(shí)，動(dòng)力滑臺(tái) 在死擋鐵上的停留時(shí)間，通常指刀具在加工終了時(shí)無進(jìn)給狀態(tài)下 旋轉(zhuǎn) 5～ 10轉(zhuǎn)所需時(shí)間（ min ） 快退快進(jìn) 、 LL —— 分別為動(dòng)力部件快進(jìn)、快退行程長度（ mm ）； kfv—— 動(dòng)力部件快速行程速度。采用機(jī)械動(dòng)力部件取 5~6 /minm ；液壓動(dòng)力部件取 3~10 /minm ； 移t —— 直線 移動(dòng)或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行一次工位轉(zhuǎn)換的時(shí)間，一般可取 ； 裝卸t —— 工件裝、卸（包括定位、夾壓及清除鐵屑等）時(shí)間，它取決于工 件重量大小、裝卸是否方便及工人的熟練程度。根據(jù)各類組合機(jī)床的統(tǒng)計(jì)，一般取 ~ 。 則 單T =切t +輔t =（11fvL +22fvL +停t ） +（ 裝卸移快退快進(jìn) ttv LLkf??? ） =（11fvL +22fvL +停t ） +（ 裝卸移快退快進(jìn) ttv LLkf??? ） =50/43++(130+180)/4000++ =+++ = 經(jīng)過計(jì)算得 1Q =60/= 經(jīng)過計(jì)算比較，本機(jī)床的設(shè)計(jì)生產(chǎn)率滿足理想生產(chǎn)率要求 1Q ＞ Q 。 ⑶ 機(jī)床負(fù)荷率 負(fù)? 當(dāng) 1Q ＞ Q 時(shí)，計(jì) 算二者的比值為負(fù)荷率 根據(jù)下表 25進(jìn)行比較所得： 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 表 25 機(jī)床復(fù)雜程度 主軸數(shù) 負(fù)荷率 負(fù)? 單面或雙面 15 = 16～ 40 ～ 41～ 80 ～ 三面或四面 15 = 16～ 40 ～ 41～ 80 ～ 本機(jī)床的負(fù)荷率為 負(fù)? =1 =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 負(fù)? =～ ⑷ 生產(chǎn)率計(jì)算卡 它是按一定格式編制，反映該零件在機(jī)床上加工過程、工作時(shí)間、機(jī)床生產(chǎn)率、機(jī)床負(fù)荷率的簡(jiǎn)明表格。表 26 為該零件 鏜 組合機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 26組合機(jī)床成產(chǎn)率計(jì)算卡 被加工零件 圖號(hào) 毛坯種類 鑄件 名稱 閥腔 毛坯重量 材料 HT200 硬度 180~220HBS 工序名稱 鏜Φ 100， ,Φ 76，Φ 65孔 工序號(hào) 工時(shí) (min) 序號(hào) 工步名稱 加工零件數(shù) 加 工 直徑（ mm） 加工 長度 （ mm） 工作 行程 （ mm） 切削速度 （ m/min） 轉(zhuǎn)速 (r/min) 進(jìn)給量 (mm/r) 進(jìn)給速度 (mm/min) 機(jī)加工時(shí)間 輔助時(shí)間 共計(jì) 1 裝卸工件 1 2 快進(jìn)快退 3 多軸箱工進(jìn) 33 50 90 286 43 4 工位轉(zhuǎn)換及擋鐵停留 備注 裝卸工件時(shí)間取決于操作者的熟練程度，本機(jī)床計(jì)算時(shí)取 總計(jì) 單件工時(shí) 機(jī)床生產(chǎn)率 30 件 /小時(shí) 機(jī)床負(fù)荷率 % 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 第三章 主軸箱設(shè)計(jì) 主軸箱是組合機(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，安排各主軸位置，并將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)或者動(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。主軸箱按結(jié)構(gòu)大小分為大型主軸箱和小型主軸箱。按結(jié)構(gòu)特 點(diǎn)分為通用（標(biāo)準(zhǔn)）和專用主軸箱。 (1) 通用零件選擇 本設(shè)計(jì)選用通用主軸箱。據(jù)上面算得的主軸箱數(shù)據(jù)，選擇 500 400。（立式）動(dòng)力箱型號(hào)： 1TD40IA (2) 箱體類零件 主軸箱箱體標(biāo)準(zhǔn)厚度為 180 mm ,立式的前蓋厚度為 70 mm 基型后蓋厚度為90mm ,變型后蓋厚度為 50、 100、 125mm三種，可根據(jù)主軸箱內(nèi)傳動(dòng)系統(tǒng)安 排等合理選用。 (3) 軸類零件 a）鏜 主軸：選擇前后支承均為滾珠軸承的主軸。（ 參考文獻(xiàn) [8]pg58）主軸材料為 40Cr 鋼，熱處理 C42。 b）傳動(dòng)軸：選擇一般滾珠軸承傳動(dòng)軸。傳動(dòng)軸材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理 T c）齒輪：通用齒輪有三種，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。查通用齒輪的系列參數(shù)表。 本機(jī)床齒輪的選用按照下表 選用 主軸箱是組合機(jī)床的重要部件之一，它關(guān)系到整個(gè)組合機(jī)床質(zhì)量的好壞。 主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖，是根據(jù)“ 三圖一卡”整理編繪出來的，其內(nèi)容包括主軸箱設(shè)計(jì)的原始要求和已知條件。本組合機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù)圖應(yīng)包括的主要內(nèi)容如下： 在編制下圖時(shí)從“三圖一卡”中已知： （ 1）主軸箱輪廓尺寸 500 400mm （ 2）工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸 （ 3）工件與主軸箱相對(duì)位置尺寸。 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 根據(jù)這些數(shù)據(jù)可編制出主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖。通用齒輪系列參數(shù)如表 示： 表 31通用齒輪系列參數(shù) 齒輪種類 寬度（ mm ） 齒數(shù) 模數(shù)（ mm ） 孔徑（ mm ） 傳動(dòng)齒輪 24 32 16～ 50連續(xù) 16～ 70 、 3 、 4 1 340 2 3 50 動(dòng)力箱齒輪 84（ A型） 44（ B型） 21～ 26 4 2 50 電機(jī)齒輪 79 21～ 26 3 1 2 2 3 36 附表： a）被加工零件 名稱： 閥腔 材料： HT200 硬度： HB180～ 240 b)主軸外伸尺寸及切削用量 ,見表 32 c）動(dòng)力部件 1TD40IA型動(dòng)力箱，電機(jī)功率 ,轉(zhuǎn)速 960 /minr ，驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 480 /minr ，驅(qū)動(dòng)軸到滑臺(tái)表面距離為 170mm，其他尺寸可查動(dòng)力箱裝配圖。 表 32鏜孔 切削用量參數(shù) 軸號(hào) 工序內(nèi) 容 主軸直徑 d (mm) 主軸外伸尺寸（ mm） V（ m/min） n (r/min) f (mm/r) fv (mm/min) 1， 2 鏜 M100和 M76孔 Ф 60 130 90和 68 286 43 主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇及動(dòng)力計(jì)算 初步確定齒輪模數(shù) 初選模數(shù)：由下式估算，再通過類比確定 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 m ≥（ 30～ 32） 3 nZN? （ mm ） （ 3— 1） 式中： N —— 齒輪傳遞功率（ kw ）； Z —— 一對(duì)齒輪中小齒輪的齒數(shù)； n —— 小齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)（ /minr ）。 由于目前大型組合機(jī)床通用的主軸箱中常用的齒輪模數(shù)有 、 、 4等幾種，為了便于組織生產(chǎn)，本機(jī)床主軸箱中齒輪模數(shù)選 M =3。 主軸箱的動(dòng)力計(jì)算 主軸箱的動(dòng)力計(jì)算，應(yīng)包括計(jì)算主軸箱所需功率和進(jìn)給力兩項(xiàng)。 主軸箱所需要的功率，應(yīng)等于切削功率、空載消耗功率及與負(fù)載成正比的功率損失之和，即： 主P = 切P + 空P + 損P 式中： 主P —— 主軸箱總功率； 切P —— 各主軸切削功率的總和； 空P —— 各軸空載消耗功率的總和； 損p —— 各軸損失功率的總和。 式中 切P 根據(jù)各主軸的切削用量查 參考文獻(xiàn) [5]得到， 空P 的確定可查表 44。與負(fù)載成正比的功率損失 損P ，取所傳遞功率的 1%。 空P 和 損P 的計(jì)算在傳動(dòng)結(jié)構(gòu)確定以后才進(jìn)行 [11]。 傳動(dòng)系統(tǒng)確定前按照下式初步估算主軸箱所需功率 主P 。 主P =?切P （ 3— 2） 式中： 切N —— 各主軸切削功率總和； ? —— 組合機(jī)床主軸箱傳遞效率。 由于在加工黑色金屬時(shí)取 ? =~；加工有色金屬時(shí)，取 ? =~。 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 所以取 ? =。 所以 主N =?切N=取 主N = 主軸箱所需的進(jìn)給力，就是動(dòng)力滑臺(tái)所需的進(jìn)給力 進(jìn)F ，按下式計(jì)算： 進(jìn)F = F? = 1F + 2F +?? + nF （ N） 式中： 1F 、 2F ? —— 各主軸切削時(shí)產(chǎn)生的軸向力，實(shí)際上動(dòng)力滑臺(tái)的進(jìn)給力 進(jìn)P應(yīng)大于各主軸切削產(chǎn)生的軸向力的總和，這是因?yàn)檫€要克服滑臺(tái)移動(dòng)引起的摩擦阻力的緣故 [7]。 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ⑴已知各主軸轉(zhuǎn)速及驅(qū)動(dòng)軸到主軸之間的傳動(dòng)比 ： 主軸 n1=n2=286 轉(zhuǎn) /分 驅(qū)動(dòng)軸 on =480 轉(zhuǎn) /分 各主軸總傳動(dòng)比： 1oi? =286480 = ⑵各軸傳動(dòng)比分配 由于總降速不超過 2，故可用一對(duì)齒輪傳動(dòng)， Z驅(qū) =21~26，取 m=3， Z驅(qū) =25由 i=ZZ驅(qū)主得到 Z 主 =42 由 m+2 ZA ? 驅(qū)主（ Z ）得到 A= 驗(yàn)算各主軸轉(zhuǎn)速 n1=n2=286 轉(zhuǎn) /分 江蘇科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 轉(zhuǎn)速相對(duì)損失在 5%以內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求 [9]。 由于潤滑器件的位置度沒有較高的要求，所以在設(shè) 計(jì)時(shí)就不需要和傳動(dòng)軸、中間軸齒輪那樣設(shè)計(jì)。該組合機(jī)床采用 R122型葉片泵，由主軸經(jīng)過一對(duì)齒輪傳遞給葉片泵 。 坐標(biāo)計(jì)算是組合機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)中的一個(gè)特殊問題，就是根據(jù)已知的驅(qū)動(dòng)軸和主軸的位置及傳動(dòng)關(guān)系，計(jì)算出中間傳動(dòng)軸的坐標(biāo)，以便在繪制主軸箱體零件加工圖時(shí)，將各孔的坐標(biāo)尺寸完整地標(biāo)注出來，并用以繪制坐標(biāo)檢查圖，作為對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全面檢查。 計(jì)算各傳動(dòng)軸的坐標(biāo) ⑴ 加工基準(zhǔn)坐標(biāo)架的選擇及確定各主軸坐標(biāo) 坐標(biāo)架的橫軸（ X軸）選在箱體的底面，縱軸（ Y 軸）且均通過定位銷釘孔。 ⑵ 繪出 各主軸及驅(qū)動(dòng)軸的坐標(biāo) 坐標(biāo)原點(diǎn)確定以后，根據(jù)主軸箱設(shè)計(jì)依據(jù)原始圖，在基準(zhǔn)坐標(biāo)架 XOY 上繪出各主軸及驅(qū)動(dòng)軸的坐標(biāo)，主軸坐標(biāo)計(jì)算精度要求到小數(shù)點(diǎn)后第三位，如果被加工零件孔距尺寸要求帶有公差，則需要把公差考慮進(jìn)去，使主軸的名義尺寸恰好在公差帶的中央；而本組合機(jī)床加工的零件的大部分尺寸不帶公差，即使帶公差也是正負(fù)公差，所以不需要考慮公差，該主軸箱各主軸坐標(biāo)見圖及下表 33 表 33驅(qū)動(dòng)軸、主軸坐標(biāo)值 0銷 01銷 01軸