【正文】 算 ............................................. 24 螺栓的設(shè)計校核計算（參考〈〈機械設(shè)計工程學(xué)Ⅱ〉〉） ........... 24 小軸的設(shè)計與校核 .......................................... 26 第 5 章 潤滑與密封 .................................................. 30 第 6 章 結(jié) 論 ...................................................... 31 致 謝 ............................................................. 32 參考文獻 ........................................................... 33 1 第 1 章 緒 論 眾所 周知，在現(xiàn)代機械制造業(yè)中，企業(yè)對專用機床有著廣泛的需求。 組合機床的國內(nèi) 外現(xiàn)狀 世界上第一臺組合機床于 1908 年在美國問世， 30年代后組合機床在世界各國得到迅速發(fā)展?，F(xiàn)代制造工程從各個角度對組合機床提出了愈來愈高的要求，而組合機床也在不斷吸取新技術(shù)成 果而完善和發(fā)展。 （ 1）行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化 組合機床行業(yè)企業(yè)主要針對汽車、摩托車、內(nèi)燃機、農(nóng)機、工程機械、化工機械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設(shè)備，隨著我國加入 WTO后 與世界機床進一步接軌，組合機床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開始向數(shù)控化、柔性化轉(zhuǎn)變。 （ 2）行業(yè)企業(yè)的快速轉(zhuǎn)變 “九五”后期，在組合機床行業(yè)企業(yè)的 50 多家組合機床分會會員中，僅有兩家企業(yè)實行了股份改造，一家企業(yè)退出國有轉(zhuǎn)為民營，其余的都是國有企業(yè)?！苯M合機床行業(yè)企業(yè)正在以股份制、民營化等多種形式快速發(fā)展。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟實用，因而被廣泛應(yīng)用與工程機械、交通、能源、 軍工、輕工、家電行業(yè)。組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺組合機床等；隨著技術(shù) 的不斷是進步，一種新型的組合機床—— 柔性組合機床越來越受人們是親昧，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制 器（ PLC）、數(shù)字控制（ NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng) ，并能靈活適應(yīng)多種加工的可調(diào)可變的組合機床。 由 于組合機床及其自動線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和 試漏等技術(shù)。工藝裝備的大量進 口勢必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。 國外組合機床現(xiàn)狀 80 年 代以來，國外組合機床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎(chǔ)上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機床技術(shù)的發(fā)展趨勢是： （ 1）廣泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù) 國外主要的組合機床生產(chǎn)廠家都有自己的系列化完整的數(shù)控組合機 床通用部件 ,在組合機床上不僅一般動力部件應(yīng)用數(shù)控技術(shù) ,而且夾具的轉(zhuǎn)位或轉(zhuǎn)角、換箱裝置的自動分度與定位也都應(yīng)用數(shù)控技術(shù) ,從而進一步提高了組合機床的工作可靠性和加工精度。 (2)發(fā)展柔性技術(shù) 80 年代以來 ,國外對中大批量生產(chǎn) ,多品種加工裝備采取了一系列的可調(diào)、可變、可換措施 ,使加工裝備具有了一定的柔性。同時根據(jù)加工中心的發(fā)展 ,開發(fā)了二坐標、三坐標模塊化的加工單元 ,并以此為基礎(chǔ)組成了柔性加工自動線 (FTL)。 (3)發(fā)展綜合自動化技術(shù) 汽車工業(yè)的大發(fā)展 ,對自動化制造技術(shù)提出了許多新的需求 ,大批量生產(chǎn)的高效率 ,要求制造系統(tǒng)不僅能完成一般的機械加工工序 ,而且能完成零件從毛坯進線到成品下線的全部工序 ,以及下線后的自動碼垛、裝箱等。該系統(tǒng)由兩條相似對稱布置的自動線組成 ,三班制工作 ,每條線日產(chǎn) 2021 件 ,節(jié)拍時間為 40 秒?？占軝C器人完成工件下線的碼垛裝箱工作。 (4)進一步提高工序集中程度 國外為了減少機床數(shù)量 ,節(jié)省占地面積 ,對組合機床這 種工序集中程度高的產(chǎn)品 ,繼續(xù)采取各種措施 ,進一步提高工序集中程度。 多軸鉆床設(shè)計的目的 據(jù)有關(guān)資料報道，在一些工業(yè)發(fā)達的國家，設(shè)備的平均役齡控制在 10~20年之間，設(shè)備的 “ 技術(shù)老化 ” 期短于 10 年， 10 年役齡以內(nèi)的設(shè)備數(shù)量能夠達到設(shè)備總數(shù)的 50%左右，由此可見，設(shè)備更新速度相當快，一是用技術(shù) 更為先進的新設(shè)備來代替技術(shù)性能 “ 老化 ” 了的舊設(shè)備；另一是進行有效的技術(shù)改造，使舊設(shè)備適應(yīng)新的生產(chǎn)需要。如果大批量生產(chǎn)中也用這種方法加工，不僅生產(chǎn)率低，而且勞動強度大。 可以看出，改裝后的多軸鉆床，可以同時完成多個孔的鉆、擴、鉸等工序。多軸頭架可以起到提高生產(chǎn)效率、降低成本、提高孔系加工精度等作用。 這種齒輪式多軸頭架的潤滑性能好，不易生熱，適應(yīng)于在較高轉(zhuǎn)速下工作，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些，尤其鉆孔主軸比較多時，更顯的比較突出。這些圖紙包括：被加工零件工序圖，加工示意圖，生產(chǎn)率計算卡片，機床聯(lián)系尺 寸圖等。 5 專用機床區(qū)別于普 通機床的基本特點就是它是專為某一固定工序服務(wù)的。由于專用機床是為某一固定的，所以專用機床的先進程度、種類、型式和規(guī)格都取決于工藝需要。 在生產(chǎn)中用機械加工方法直接改變毛坯的形狀，尺寸和材料性能，使之成為零件的過程，叫做機械加工工藝過程。制定工藝方案時，應(yīng)首先分析生產(chǎn)類型。 多軸鉆床的應(yīng)用 多軸鉆床廣泛應(yīng)用于機械行 業(yè)多孔零部件的鉆孔及攻絲加工。多軸鉆床可分為可調(diào)式和固定式兩種規(guī)格，可調(diào)式多軸鉆床在其加工范圍內(nèi)，其主軸的數(shù)量、主軸間的距離，相對可以任意調(diào)整，一次進給同時加工數(shù)孔。尤其機床的自動化大大減輕操作者的勞動強度。除用到常規(guī)的產(chǎn)品外，還可根據(jù)客戶的特殊要求進行專項設(shè)計 磨床的分類 加工前，須先調(diào)整工件在工作臺上的位置，使被加工孔中心線對準刀具軸線。工作臺和主軸箱可沿立柱導(dǎo)軌調(diào)整位置，以適應(yīng)不同高度的工件。 ① 排式 鉆床 ：一般由 2~6 個立柱和主軸箱排列在一個公用底座上，各主軸順次加工同一工件上的不同孔或分別進行各種孔加工工序，可節(jié)省更換刀具的時間，用于中小批量生產(chǎn)。 ③坐標立式鉆床：在方柱立鉆上加可縱、橫移動的十字工作臺而成，可按坐標尺寸進行鉆削。 7 第 2 章 概 述 問題的提出 本次 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)的提出，是為適應(yīng)目前我國大部分制造廠的實際生產(chǎn)狀況。既解決了加工要求與現(xiàn)有設(shè)備的矛盾，又有效的利用了閑置機床，極大的提高了設(shè)備利用率，給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。其中有一些結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，當然這與 加工零件的相關(guān)工藝參數(shù)有關(guān)。比如在鄭州的一個汽車制造車間上，運用了改造后的鉆床進行加工，取得了良好的經(jīng)濟效果。 課題的意義 為了 使廣大的一般小型生產(chǎn)廠家具有同一端面的多孔加工能力，我設(shè)計了重量較輕，鉆削軸均布的三軸頭架。 齒輪 固定式 三軸頭架， 因為它是一種 固定式 的設(shè)備，所以 適應(yīng)生產(chǎn)過程中大 批量的生產(chǎn)。因此，在擬定總體方案的過程中，必須綜合的考慮，使所定方案技術(shù)上先進，經(jīng)濟效果好。加工零件為典型的盤類零件，砂輪機端蓋，如圖： 圖 31 砂輪機端蓋 分析工件的結(jié)構(gòu)特點 工件的結(jié)構(gòu)決定了它的安裝方式和加工廠方法。 分析工件的材料及加工性能 9 工件的材料對加工方法有很大的影 響。 砂輪機端蓋的毛坯為鑄件，材料是球墨鑄鐵，可根據(jù)相關(guān)手冊計算加工時的加工參數(shù)，以此來確定多軸頭架的設(shè)計參數(shù)。工件的批量大，改裝后的機床的生產(chǎn)效率則要求高，若工件的批量小，則對機床的效率要求不高。砂輪機端蓋的生產(chǎn)為中批量生產(chǎn)，設(shè)計周期短、經(jīng)濟的三軸頭架十分適合它的生產(chǎn)批量加工條件。所以確定工件加工方法時，應(yīng)考慮以下主要問題：（ 1）加工表面要求的精度和粗糙度；（ 2）工件的生產(chǎn)批量；（ 3）工件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸（ 4）鉆床改裝的實際可能性。 Z535 型立式鉆床是一種傳統(tǒng)的立式鉆床，在機械制造和維修中的單件、小批量生產(chǎn)中，對中小型零件進行鉆孔、 擴孔、鉸孔、锪孔及攻螺紋等加工工藝上得到了普遍的應(yīng)用。為此，為了挖掘設(shè)備潛力，將其改裝成多頭鉆床，根據(jù)在實際加工中的要求，同一加工平面三孔或四孔加工 比較常見，設(shè)計了齒輪式 多軸頭架，以便于更高效的使用 Z535 立式鉆床。 有關(guān) Z535 鉆床的動力參數(shù)將在以下內(nèi)容進行詳盡的分析計算。最后，繪制多軸頭架與機床的總聯(lián)系尺寸圖，以表達所 用的總體布局，規(guī)定聯(lián)系尺寸，并確定主要的技術(shù)參數(shù)?？紤]到在鉆床上安裝了三軸頭架之后，再裝上鉆頭，鉆頭前端到 被加工工件之間必須留有一定的高度 用于進刀用，在加上工件孔的深度，鉆頭架的垂直尺寸必須滿足一定的范圍。 12 第 4 章 齒輪 固定式 三軸頭架的 結(jié)構(gòu) 設(shè)計 齒輪 固定式 三軸頭架的傳動原理及調(diào)整方法 固定 式三軸頭架的傳動原理如圖 1 所示。 圖 41三軸頭架原理圖 13 圖 42 傳動原理簡圖 Z535鉆床動力所允許的工況條件 多軸頭架是根據(jù)加工工件的需要進行設(shè)計的，與之相配套的立鉆動力是否夠用，設(shè)計前必須驗證。 應(yīng)用公式計算切削速度、切削力和切削功率，根據(jù)設(shè)計 說明書的要求，最大孔徑為 φ 20mm，此時在各種工況條件下的 V、 F、 P。 m 14 功率 P=??P = 查《工藝師》表 2815 高速鋼鉆頭鉆削灰鑄鐵（ 190HBS），當 d=10mm 時，最大的進給速度為 f=，對應(yīng)的 切削速度 V=12m/min 軸向力 F=3765N 轉(zhuǎn)矩 T= （ 1） 鉆削結(jié)構(gòu)碳鋼（ 650b Mpa? ? ）時的切削速度 V、軸向力 F、轉(zhuǎn)矩T、功率 P 查 表得 ?? ? ? 0vX? ? ? 600FC ? ? ? ? ? ? 有 15 ? ? 1 2 0 101 / m i n25 600 10 1 227 10 1 . 30 30 10vmFNT N mTvP k w P k wd?? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ??? ? ? ? ?? 滿足功率要求。 綜上所述，高速鋼鉆頭加工碳素鋼（ 650b Mpa? ? ）時， max /f mm r? 高速鋼鉆頭加工灰鑄鐵（ 190HBS）時， max /f mm r? （ 3） 用硬質(zhì)合金鉆頭（ YG8）鉆孔時 一般，用硬質(zhì)合金 鉆頭用于加工灰鑄鐵，這里按 HBS=190HBS 計算 據(jù)表 2811硬質(zhì)合金鉆頭加工灰鑄鐵的進給量（ HBS170HBS） ,這里按f=查表得 ? ? 0vX? ? ? 16 410FC ? ? ? ? ? ? 有 ? ? 0 101 / m i n35 410 10 1 227 10 1 . 30 30 10vmFNT N mTvP k w P k wd?? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ??? ? ? ? ?? 滿足功率要求。如果把傳動比分配的合理，傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、對機床的作用力就小，潤滑條件也好。 取 ? 總傳動比 221 2 i i i i? ? ? 1 ?? 2 ??