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湖北工业大学毕业设计（论文）中 文 摘 要 应用组合机床加工大批量零件，快捷高效，生产效率高是机械加工的发展方向。本次设计任务是制定梳棉机箱体结合件的加工工艺、组合钻孔工序的工装设计、液压控制系统设计、组合机床设计。 在工艺制定过程中，通过生产批量的分析确定梳棉机箱体结合件的加工方案，并寻求最佳的工艺方案，借此说明了工艺在生产过程中的重要性；在组合钻孔工序的工装设计过程中，结合实例，介绍了夹具设计方法，特别是对孔的加工精度进行了探讨；在液压控制系统设计过程中，以双面钻孔组合机床为对象，依据液压系统设计的基本原理，拟出合理的液压系统图。通过系统主要参数的计算确定了液压元件的规格；在组合机床设计过程中，结合具体实例和设计经验, 阐述了通用件(如液压滑台，动力箱等)的选取及专用部件（如主轴箱）的设计计算。关键词：组合机床 多轴箱 工艺 钻夹具 液压传动AbstractThis paper introduces the design of the box joint part of carding machine drill combination machine，which is widely used for its high efficiency. This design task includes five parts: working out processing technology of joint part of carding machine, design and assemble of drilling jig, design and assemble of main spindle box, design hydraulic control parts, design combination machine tool. During process planning, define the productive process of joint part of carding machine and find out the best process plan by analyzing production lot, which show process planning is very important in product process; this paper introduces experiences of attachment design by using a practical exampleIt focuses on discussing how to improve the precision of hole position; using two sides bore modular machine tool as an object, according to the basic principle of the hydraulic system design, formulates the reasonable schematic diagram, the hydraulic pressure part specification through computation of the system main parameters is determined; Some designing examples are analyzed in this paper, and the considerations are discussed for designing compo site tools for machining holes during designing combination machine tool, such as general parts (hydraulic slippery platform, driving force box, etc) selection and special use components (main spindle box) design .Key words: combination machine tool hydraulic transmission axle boxes handicraft drills clamp 目 录 1、毕业设计（论文）选题审批表2、毕业设计（论文）任务书3、毕业设计（论文）评审表一4、毕业设计（论文）评审表二5、毕业设计（论文）评审表三6、毕业设计（论文）答辩记录文摘 1英文文摘 2主要符号表 5第一章 引言 61.1本课题提出的背景及意义 61.2国内研究现状 61.3本论文的主要内容 6第二章 工艺方案的拟定7 2.1 梳棉机箱体结合件零件的工艺技术分析 72.2 定位分析、基准选取及制定工艺路线 8第三章 钻夹具设计 113.1 梳棉机箱体结合件钻孔组合机床夹具分析 113.2 定位夹紧方案的确定 113.3 刀具选择及切削用量的选取 113.4 夹具体设计 13第四章 组合机床总体设计 174.1 被加工零件工序图174.2 加工示意图184.3 机床联系尺寸图194.4 机床分组21第五章 液压系统设计 235.1液压压紧系统设计235.2 钻削进给液压系统设计25第六章 多轴箱右主轴箱设计306.1引言 30 6.2绘制多轴箱设计原始依据图30第七章 经济性分析 397.1箱体结合件加工工艺的制定：39 7.2 夹具定位加紧分析： 397.3组合机床应用分析： 39第八章 结论和展望 41参考文献42致谢 43附件 44主要符号表符 号 单 位 意 义 M 牛.米 弯矩F 牛 力 n 转每分 转速 Z 齿数 m 模数 d 毫米 直径 v 米每秒 速度 S 转每毫米 进给量 L 毫米 长度 P 千瓦 功率 T 牛.米 扭矩 q 升每分 流量 p 帕 压力 t 秒 时间第一章 引言 1.1本课题提出的背景和意义梳棉机是棉纺工艺流程中的关键性机台,被称为纺纱工艺的“心脏”设备。进入九十年代，我国的梳棉机主要是在吸收国外先进技术的基础上进行研制，国内梳棉机的科研力量比较薄弱，国外各公司先后推出了具有国际先进水平的梳棉机C50, C51, DK760, DK788, DK803, DK903, CX400, MK5等超高产梳棉机，产量为50-120kgtho 2004年国外又推出了TC03, C60, MK6等超高产梳棉机。在消化吸收并结合我国研究高产梳棉机的经验基础上，2004年中国纺机集团清梳机械事业部推出了JFW1201, 202型高产梳棉机，可以被认为是我国的第四代梳棉机，主要满足国产清梳联的要求。在第四代梳棉机生产过程中，先进的生产工艺和生产设备被引入。本文针对组合机床在梳棉机制造过程中的应用现状，以梳棉机箱体结合件的加工为例，阐述了工艺、工装、组合机床的设计过程及其与经济效益之间的关系。1.2国内研究现状国内 曾 有 过以下记载:(1)青岛纺机厂宫业全1984年主编的梳棉机现状及发展前景一书介绍了八十年代以前国内外梳棉机的概况、现状及其发展趋势;(2)由山东纺织工程学会1987年编写的高产梳棉机研制工作组三十周年纪念专刊介绍了工作组部分人员的一些研究体会和经验总结;(3) 2003年青岛纺机厂编写的梳棉技术发展与创新文献汇编收录了关于梳理技术方面的较有价值的文章近30篇。其中 资 料 (1)和(2)都是针对某一特定时期内情况进行编写的，而且主要介绍的是高产梳棉机试验工作组的研究情况，内容也主要局限于梳棉机的工艺技术理论方面，而对梳棉机加工设备的发展现状没有系统的总结。本文结合前有文章，以梳棉机箱体结合件为例进行了工艺技术及加工设备、装夹设备的简单设计。1.3本论文的主要内容 本文从五个方面即梳棉机箱体结合件的加工工艺、组合钻孔工序的工装设计、液压控制系统设计、组合机床设计对梳棉机箱体结合件的制造做了详细的阐述，简要说明了现代制造工艺和制造设备与梳棉机的关系。 第二章 工艺方案的拟定2.1 梳棉机箱体结合件零件的工艺技术分析梳棉机箱体结合件零件如图1-1：图2-l 梳棉机箱体结合件图主要技术参数如下：2.1.1面：（1） 上下两平面的光洁度（2） 两侧面、两端面及结合面的光洁度2.1.2 孔：（1）光洁度：轴向中心孔、横向孔及其余（2）平行度：（3）同轴度 （4）垂直度2.1.3 螺纹孔：6-M6-6H M10-6H M12X1.25-6H M12-6H2.1.4 位置度：一般公差为即可。2.1.5 技术要求：1）时效处理 2）涂防锈漆 通过对图上众多标准及要求分析，可找出此工件上重要的加工表面和孔：底面B、结合面F、端面M、轴向孔52、横向孔47、62、90，这样在分析选取时就以保证这些部位的技术要求为前提。2.2 定位分析、基准选取及制定工艺路线根据生产纲领，该零件属于大批大量生产，因此采用砂型铸造的方法来进行毛坯生产。该零件的各个表面均为毛坯面，为加工需要，先加工一基准面为后备工序做准备。该箱体结合件分为箱体和箱盖两部分，箱体外形面有侧面A、端面M、底面B，依据便于装夹的原则及利于后续加工的原则，确定箱体底面B作为多道工序加工的基准面。有以上分析：2.2.1 粗基准的选择： 以F面为粗基准，定位装夹简单可靠。2.2.2 选择精基准：从各个表面的精度位置进行分析： 以B面作为精基准。 这样在后续加工过中，装夹方便可靠，又能满足加工要求。其它各面的加工精度虽然比基准面要高，但与基准面无特殊的形位公差，因此只需一次粗加工即可。 2.2.3 重要工序分析： （1）箱体结合面F的粗糙度为3.2，以B面和A面及端面为定位基准，进行加工。（2）主轴孔52的定位：该孔有同轴度和平行度要求，因此，定位时以基准面B为主定位面，侧面A为副定位面，为防止轴向窜动在端部加一定位销。 (3) 孔47、62、90的定位：此三孔中，62、90有严格的位置要求，这两孔的加工应以B面为主定位面，端面为辅助定位面，采用卧式组合镗床进行加工。47加工方法类似。（4）工序前后分配的注意事项：在大批大量生产过程中，粗精加工应分开进行，这样工件能得到较好的冷却，减少热应变及内应力变形的影响，有利于保证加工精度。同时可以避免粗加工产生振动等不利因素，也有利于精加工机床精度的保持。2.2.4 工艺路线：基于以上分析，工艺路线制定如下：0# 铸造5# 时效处理10# 漆底漆15# 划线20# 粗铣箱体底面25# 粗、精铣箱体结合面30# 粗、精铣箱盖结合面35# 钻5.2光孔，铰制两销孔40# 钻5.2光孔，攻制6螺钉M6X30螺纹孔45# 粗、精铣两侧面50# 粗、精铣两端面55# 粗、半精、精镗52孔，刮环槽5560# 粗、半精、精镗62、90孔65# 粗、半精、精镗47孔，刮环槽49.570# 钻两端面6X5.2孔，攻制6-M6-6H螺纹孔75# 钻、攻制箱体底面螺纹孔80# 钻、铰6H12通孔85# 锪20孔，钻、攻制M10螺纹孔90# 锪25孔，钻、攻制M12螺纹孔95# 钻、攻制侧面M12螺纹孔100# 清洗去毛刺105# 检验110# 涂防锈漆 注：(1)工艺路线中，45#、50#两工序采用双面复合式多工位铣刀，一次加工完成。 （2）钻孔和攻制螺纹孔的工序建议采用组合机床，可以大大提高加工效率。 （3）镗孔工序采用多工位镗刀，一次完成加工。第三章 钻夹具设计3.1 梳棉机箱体结合件钻孔组合机床夹具分析3.1.1 根据工件不同的生产条件，可以有各种不同的安装方法：a)找正安装法b)夹具安装法3.1.2 基本定位原理分析：这里讨论6点定位中，6个自由度的消除，以便找出较合适的定位夹紧方案一个物体在空间可以有6个独立的运动，即沿X、y、Z轴的平移运动，分别记为 。X1、Y1、Z1；绕X、y、Z轴的转动，记为x 、y 、z ，习惯上，把上述6个独立运动称作6个自由度如果采用一定的约束措施，消除物体的6个自由度，则物体被完全定位例如讨论长方体工件时，可以在底面布置3个不共线的约束点，在侧面布置2个约束点，在端面布置一个约束点，则底面约束点可以限制X2、Y2 、Z2 3个自由度，侧面约束点限制X1、Z12个自由度，端面约束点限制y。这个自由度，就完全限制了长方体工件6个自由度3.1.3 夹紧力“两要素”，方向与作用点：夹紧力方向应朝向定位元件，并使所需的夹紧力最小确定夹紧力作用点的位置时应不破坏定位夹紧力作用点的位置应尽可能靠近加工部位，以减小切削力绕夹紧力作用点的力矩，防止工件在加工过程中产生转动或震动应保证夹紧变形不影响加工精度夹紧力作用点数目应使工件在整个接触面上受力均匀，接触变形小3.2 定位夹紧方案的确定如图1-1所示，此元件属于箱体类元件。一般的定位方法有：一面两销定位法和两面一销定位法。通过比较分析决定采用两面一销定位法。在钻孔加工时，底面和侧面采用定位板进行定位，端面采用定位钉来限制工件自由度。通过分析发现，该工件被完全定位。3.3 刀具选择及切削用量的选取3.3.1 技术分析：孔的类型：螺纹孔M6 精度等级：6H材料： 灰铸铁 硬度： HB190左端面为通孔 加工深度L=10mm右端面为盲孔 加工深度L=15mm3.3.2 刀具选择：一般的钻头类型决定于加工性质，被加工孔的位置，工件材料，生产批量及经济性等。此工序中的螺纹孔无特别加工要求，属于直径小、深度浅、生产批量大、材料为常用铸铁。参考组合机床设计P500所述，推荐使用标准高速锥柄麻花钻。但采用这种钻头，由于其倒锥度大，钻头与钻套间隙也较大，股组合机床上的位置精度较低，大约0.2左右。若想提高精度，可采用以下几项措施：（1） 适当选取导向套到工件表面距离及导套长度。（2） 减少导向套和钻头间隙。（3） 减少钻头的制造公差和倒锥度。此外，还可采用硬质合金锥柄锪直柄麻花钻，这可提高钻头的耐用度，但其切削速度要提高，走刀量也比高速钢钻头低。3.3.3 切削用量的选取： 由于组合机床有大量刀具同时工作，为了使机床正常工作，不经常停车换刀，而达到较高的生产率。所选择的切削用量比一般通用机床的切削用量要低一些。总体上说：在采用多轴加工的组合机床的切削用量和切削速度要低一些。根据现有组合机床使用情况，多轴加工的切削用量比通用机床单刀加工的切削用量约30%左右。 查阅组合机床设计P47表2-7 加工直径：d=5.2mm 切削速度：v=12m/min n=732r/min 进给量： f=0.1mm/r 钻头的实际参数，查阅金属机械加工工艺人员手册P838表10-22续：3.3.4 工作行程的确定和钻模板的设计（1）钻模板设计： 钻模是用来保证工件孔系的位置精度的。他应有足够的强度和刚度，避免因变形而影响钻套的导向精度。在组合机床孔加工工序中，除采用刚性主轴加工方法外，多数情况下多数情况下都让切削刀具在导向装置中工作。在本道孔加工工序中因主轴为非刚性主轴，故采用钻模导向装置，其作用是： 1）保证刀具对工件的正确位置。 2）保证各刀具相互间的正确位置。 3）提高刀具系统的支承刚度。 已知钻头直径d=5.2mm，参照组合机床设计P221表3-3，选择钻模板厚度为L=22mm。钻模板形式为固定式钻模板，钻套采用可换式钻套，这样便于磨损后可以快速更换。钻套、衬套、钻套螺钉其具体参数具体参数机床夹具设计手册P298：可换钻套 图2-1-46P308：钻套用衬套 图2-1-85 内径:d=12mm ；外径：D=16mmP310：钻套用螺钉 图2-1-60 M6钻模板与被加工零件之间的距离不宜过大，取4mm。（3） 工作行程的确定：在本道工序加工过程中，采用组合机床进行加工，各动力头工作情况一样，故其工作循环也一样：由于被加工孔无特殊要求，故采用图示工作循环方式： 图3-1 工作行程图 设计过程中注意的因素：1） 工件为大批大量生产，加工效率要求很高，要求每次加工耗时少，因此。快进距离不宜过长。2） 钻孔过程中，无需考虑孔内壁是否有直线痕或螺旋痕。3） 每次钻孔前至少在加工表面前3mm处开始工进。 从而确定： 工进距离 考虑到大批量生产、导向原因等因素取 快退距离 3.3.5 主轴尺寸类型及接杆选择： 主轴尺寸详见第五章主轴箱设计。 接杆：查组合机床简明设计手册P174 表8-2，采用特长可调接杆。3.4 夹具体设计：3.4.1 定位支撑的选择： 根据前面所述，本工序采用两面一销的定位方式，即底面限制三个自由度；侧面为一窄长平面限制两个自由度；端面为一定位销限制一个自由度。 结合实际生产情况：批量大，生产率高。这样的话，加工过程中，会频繁的移动工件位置，对定位表面产生摩擦，定位精度减低，夹具体使用寿命减低。基于这种情况，在实际过程中，采用面支撑板代替底面定位支撑。这样更换较方便，成本较低，同样侧面用以支撑板代替，端面仍是用定位销定位。 选用支撑板及销的情况如下图： 图3-2 定位元件支撑板的选用参照机床夹具设计手册P272图2-1-10 支撑钉的选用参照机床夹具设计手册P271图2-1-93.4.2 夹具结构设计及尺寸确定：（1）设计原则： 由于此工件为大批大量生产，需满足以下几点要求：1） 安装方便，夹紧迅速可靠2） 结构刚度好3） 夹具设计误差小最好采用一体结构。（2）方案确定 图 3-3 钻孔工序的定位与夹紧示意图基于以下设计原则及定位夹紧情况，结合实际生产活动中所使用的组合夹具情况，采用箱式夹具体结构，并采用液压夹紧机构：结构特点：1） 各定位面之间的位置精度好:由于夹具采用箱体式结构，个面之间的精度要求可通过后期加工来保证，可消除分散机构因装配产生的装配误差。2） 结构简单： 采用这种结构，钻模板可以直接安装在箱壁上；液压压紧装置置于顶部，向下压紧工件，操作方便。3） 尺寸的确定：由上述可知，箱体侧壁与工件加工表面之间的距离为4mm，具体结构如下： 图 3-4 夹具结构图箱体壁厚：经验值推荐25-30mm，由于箱体顶部承受工件压紧力反作用力，选用26mm壁厚来保证其强度。两侧厚度根据钻模板类型选取25mm壁厚，被保证其强度要求采用加强肋板结构。 液压缸的选取详见第五章。第四章 组合机床总体设计 机床的总体设计就是绘制组合机床“三图一卡”，就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样设计。其内容包括：绘制加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和绘制生产功率计算卡等。4.1 被加工零件工序图4.1.1 被加工零件工序图的作用与内容被加工零件工序图是在被加工零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要说明而绘制的。其主要内容包括如下：（1） 被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本机床设计有关部位结构形状和尺寸。（2） 本工序选用的定位基准、夹紧部位及方向。（3） 本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及上道工序的技术要求。（4） 注明加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。钻梳棉机箱体结合件两端面孔的被加工零件工序图如图3-1所示. 图4-1 被加工零件工序图4.1.2 绘制被加工零件图的规定及注意事项：（1）绘制被加工零件工序图的规定 为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定；应按一定比例，绘制足够的视图以剖面；本工序加工部位用粗实线表示，其余部位用细实线表示；定位基准符号用，并下标数表明消除自由度量。（2）绘制被加工零件工序图注意事项：1）本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。2）对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量应认真分析。3）当本工序有特殊要求时必须注明。4.2 加工示意图4.2.1 加工示意图的作用和内容： 加工示意图是在工艺方案和机床整体方案初步确定的基础上绘制的。是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。它是绘制机床联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。4.2.2选择刀具、导向及有关计算（1）刀具的选择：工件材料为HT200，钻孔加工，选用锥柄麻花钻。（2）导向结构的选择： 夹具选用可换钻套，轴采用刚性轴来保证孔的位置精度。（3）确定主轴类型、尺寸、外伸长度（见第五章主轴箱设计）（4）选择接杆 除刚性主轴外，组合机床主轴与刀具间常用接杆连接。根据选用原则选取特长可调接杆。（5） 标注联系尺寸（6）标注切削用量： 各主轴的切削用量应标注在相应主轴后端。其内容包括：主轴转速、相应刀具的切削速度、每转进给量。（7）动力部件工作循环及行程的确定 动力部件的工作循环是指加工时，动力部件从原始位置开始运动到终了位置，又返回到原位的动作过程。1) 工作进给长度的确定 =18mm：工作进给长度 ：切入长度 ：加工长度 ：切出长度2）快速引进长度的确定：快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度由具体情况确定。本工序选取快速引进长度为30mm。3）快速退回长度的确定：快速退回长度是快速引进长度和工作进给长度之和。本工序为48mm。4）动力部件总行程的确定：动力部件总行程为快退行程和前后备量之和。总行程为215mm前备量为30mm，后备量为137mm。 图 4-2 加工示意图4.3 机床联系尺寸图4.3.1 机床联系尺寸图作用和内容： 机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定专用部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置形式、主要构成及各部件安装位置、相互关系、运动关系和操作方位的总体布局图。 机床联系尺寸总图表示的内容： 1）表示机床的配置形式和总布局。 2）完整齐全的反映各部件之间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及滑台工作循环总的工作行程和前后备量尺寸。 3）标注主要通用部件的规格代号和电动机型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件。 4)标明机床验收标准及安装规程。4.3.2 绘制机床尺寸联系总图之前应确定的内容：（1）选择动力部件 动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理因素，确定机床为卧式单工位液压传动组合机床，选用配套的动力箱驱动多轴箱钻孔。 动力箱规格与滑台要匹配，其驱动功率主要依据是根据多轴箱所传递的且学功率来选用。本机床左右多轴箱均采用TD25-B型动力箱（=785r/min;电动机选Y100L1-4型，功率为2.2KW 根据选定的切削用量，计算总的进给力，根据所需的最小进给速度、工作行程、结合多轴箱轮廓尺寸，考虑工作稳定性，选用HY25B-I 型液压滑台，以及相配套的侧底座（1CC251型）。查组合机床简明设计手册P91表5-1 滑鞍宽度：w=250mm 滑鞍长度：L1=500mm 行 程：S=250mm滑座长度：L2=790mm高 度：H=250mm工进速度：32-800mm/min快进速度：12m/min（2）确定机床装料高度H 装料高度是指工件安装基面至地面的垂直距离。考虑上述刚度结构功能和使用要求等因素选取计算： 侧底座高度：560mm 滑台高度：250 主轴箱的最低主轴高度为：275mm 工件最低孔中心距底面距离：92.5mm H=560+250+275-92.5=992.5mm(3)确定夹具轮廓尺寸 参照夹具设计。（4）确定中间底座尺寸 中间底座尺寸在长度和宽度上满足夹具的安装要求。他在加工方向上的尺寸，实际已由加工示意图确定。由此根据选定的动力箱、滑台、侧底座等标准的位置关系计算长度为974mm,装料高度和夹具底座高度确定后，中间底座高度已确定为560mm。（5）确定多轴箱轮廓尺寸 标准通用钻类多轴箱厚度是一定的、卧式325mm。因此，确定多轴箱，主要是确定多轴箱的宽度和高度及最低主轴高度。如图3-3所示 图 4-3多轴箱轮廓尺寸确定被加工零件轮廓以点化线表示，多轴箱轮廓以粗实线表示。查组合机床简明设计手册，P135表7-1选取多轴箱体规格尺寸400*400.4.4 机床分组为了便于设计和组织生产，组合机床各部件和装置按不同功能划分编组。本机床编组如下：（1） 第10组 左侧床身（2） 第20组 夹具（3） 第11组 右侧床身（4） 第12组 中间底座（5） 第30组 电气装置（6） 第40组 传动装置（7） 第50组 润滑装置（8） 第60组 刀具（9） 第61组 工具（10） 第71组 左多主轴箱（11） 第72组 右多主轴箱 图4-4 机床联系尺寸图第五章 液压系统设计5.1液压压紧系统设计5.1.1作F-t与V-t图1、 计算压紧力 钻铸铁孔时铸件受到轴向切削力和扭矩作用，查看机床专用夹具手册P34:根据公式： 公式中符号的意义： D钻头直径 S每转进给量 Kp修正系数已知 D=5.2mm S=0.1mm/r Kp=1得 M=900N.mm F=345.3N进行受力分析： 两组钻头同时工作时，因为两组钻头对称分布轴向力相互抵消。而此工件的扭矩作用的结果并不产生轴向力，因此工件总体受力较小。 随着行程增加，工进10mm处，右侧钻头开始空转，即对工件无进给力作用，左侧继续工进，产生力和力矩作用，力的大小如下：FcFc 图 5-1 钻头受力分析左图可视做某一时刻径向力的作用情况，因此： 即主切削力为173N。假如只考虑向上的力的作用，那么三根主轴的合力：查阅机床夹具设计设计手册P354表2-3-32，考虑到更为安全的夹紧状态，选用双向作用法兰式小型液压缸： 工作行程：l=40mm 推力： F=1448N 活塞直径： D=60mm2、计算夹紧和松开时间夹紧和松开时液压缸速度 ； 夹紧时间 ： s,松开时间 ： s 3、根据上述数据绘液压缸F-t 与V-t图tt519F/Nt2V mm/sv1t1t2t1图 5-2 图 5-35.1.2 确定液压系统参数 1、初选液压缸工作压力 由工况分析中可知，夹紧阶段压力最大，所以，液压缸的工作压力按此负载力计算，根据液压缸与负载的关系，选P1=0.2MPa 2、液压缸尺寸 液压缸取标准直径 D=60mm5.1.3 拟定液压系统图 1、选择液压回路 （1）调速方式：由工况可知该液压系统功率小，工作负载变化小，采用单向阀和二位四通阀。 （2）液压泵形式的选择：根据工况要求选用变量叶片泵适宜。 5.2 钻削进给液压系统设计5.2.1 作F-t与V-t图 1、计算切削力 钻铸铁孔时，其轴向力的切削力根据公式： 公式中符号的意义： D钻头直径 S每转进给量 Kp修正系数已知 D=5.2mm S=0.1mm/r Kp=1得 M=0.9N/m F=345.5N2、 计算摩擦阻力静摩擦阻力： 动摩擦阻力： 3、 计算惯性阻力： 4、 计算工进速度工进速度按加工5.2的切削用量计算，即： 5、 根据以上分析计算各工况负载 如表4-1 表5-1 液压缸负载的计算工 况计算公式液压缸负载F/N 液压缸驱动力F0/N 启 动 980 1090 加 速 740 825 快 进 490 545 工 进 1526 1695 反向启动 980 1090 加 速 740 825 快 退 490 545 制 动 240 270其中，取液压缸机械效率6、计算快进、工进和快退时间 快进： 工进： 快退： 7、根据上述数据描绘液压缸F-t 与V-t图 ttF/Nt2V mm/sv1t1t2t1t31526t3 图 5-4 图 5-55.2.2 确定液压系统参数1、初选液压缸工作压力 由工况分析中可知，工进阶段的负载力最大，所以，液压缸的工作压力按此负载力计算，根据液压缸与负载的关系，选。本机床是钻孔组合机床，为防止钻通时发生前冲现象，液压缸回油腔应有背压，设背压 ，为使快进，快退速度相等，选用的差动液压缸，假定快进、快退的回油压力损失为2、计算液压缸尺寸 由式得： 液压缸直径： 取标准直径： D=70mm5.2.3 拟定液压系统图1、选择液压回路（1）调速方式：由工况图知，该液压系统功率小，工作负载变化小，可用进油路节流调速，为防止钻通孔时的前冲现象，在回油路上加背压阀。（2）液压泵形式的选择：通过工况分析选用变量叶片泵比较适宜。（3）速度换接方式：因钻孔工序对位置精度及工作平稳性要求不高，可选用行程调速阀和电磁换向阀。2、组成系统 图5-6 液压系统图5.2.4 选择液压元件1、选择液压泵和电动机 （1）确定液压泵的工作压力：前面已确定液压缸的最大工作压力为 ，选取进油管路压力损失 ，其调整压力比系统最大压力大，所以泵的工作压力 。 （2）液压泵的流量： 由图4-6可知，快进时的流量最大，其值为26L/min，工进时最小，为0.26L/min,根据液压技术公式9-20，取，则： （3）选取电动机： P=0.8KW 2、选择其他元件 图5-7 液压元件选择表 3、确定管道尺寸（略） 4、确定油箱容量 油箱容量可按经验公式估算，取 。第六章 多轴箱右主轴箱设计6.1 引言多轴箱是组合机床的重要专用部件。他是根据加工示意图所确定的工件加工孔数和位置、切削用量和主轴类型设计的传动各主轴运动的动力部件。其动力来自通用的动力箱，与动力箱一起安装于进给滑台，可完成钻、扩、铰、镗孔等加工工序。 多轴箱一般具有多根主轴同时对一列孔进行加工。但也有单独的，用于镗孔居多。 多轴箱的通用箱体材料为HT200，前、后、侧盖等材料为HT150。多轴箱体基本尺寸系列标准（GB3668.183）规定，9种名义尺寸用相应滑台的滑鞍宽度表示。目前，多轴设计有一般设计法和电子计算机辅助设计法两种。6.2 绘制多轴箱设计原始依据图多轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的。其主要内容及注意事项如下： 图6-1 主轴位置关系尺寸图6.2.1根据机床联系尺寸图，绘制多轴箱外形图，并标注轮廓尺寸及动力箱驱动轴的相对位置尺寸。6.2.2根据联系尺寸图和加工示意图，标注所有主轴位置尺寸及工件与主轴、主轴与驱动轴的相关位置尺寸。6.2.3根据加工示意图标注各主轴转速及转向主轴逆时针转向。6.2.4列表标明各主轴的工序内容、切削用量及主轴外伸尺寸6.2.5 标明动力件型号及其性能参数 表6-1主轴外伸尺寸及切削用量轴号主轴外伸尺寸（mm） 切 削 用 量备注D/dL工序内容n(r/min)v(m/min)f(mm/r)130/20115钻5.2孔732130.1230/20115钻5.2孔732130.1332/25115钻5.2孔732130.1注：1、被加工零件编号及名称：ZFA211-3600-7箱体结合件，。材料及硬度，铸铁，200HBS2、动力部件1TD25-A，1HY-25，N=2.2KW，n=1420 图6-2 多轴箱设计原始数据图6.2.6 主轴、齿轮的确定及动力运算（1）主轴型式和直径 主轴的型式和直径，主要取决与工艺方法、刀具主轴联接机构、刀具的进给抗力和切削转矩。如钻孔时常采用滚珠轴承主轴；扩、镗、铰孔等工序工序常采用滚锥轴承主轴；主轴间距较小时常选用滚针轴承主轴。设计时，尽可能不选用15mm直径的主轴和滚针主轴，因为滚针轴承精度低、结构刚度及装配工艺性都较差，既不便于制造又不便于维修。 首先，根据切削用量，查机床夹具手册P34表1-2-7由计算公式计算扭矩： D钻头直径 S每转进给量已知 D=5.2mm S=0.1mm/r得 M=900N.mm 从表5-10可选择轴径d=12mm，由组合机床设计简明手册P56表4-1选取主轴直径d=20mm满足设计要求。 （2）多轴箱所需动力计算 多轴箱的动力计算包括多轴箱所需要的功率和进给力两项。 传动系统确定之后，多轴箱所需要的功率按下列公式计算： 式中 切削功率，单位为KW 空转功率，单位为KW 与负荷成正比的功率损失，单位为KW 每根主轴的切削功率，由选定的切削用量按公式计算或查图表获得；每根主轴的空转功率按组合机床设计简明手册P62表4-6确定；每根主轴上的功率损失，一般取所传递功率的1%。 根据机床夹具设计手册功率计算公式得主轴切削功率： M扭矩V切削速度D钻头直径 则有 空转功率： 由于主轴直径为20mm、25mm，根据组合机床设计简明手册P62表4-6： 转速： n=630r/min ,轴径为20mm时：;轴径为25mm时： n=1000r/min, 轴径为20mm时：；轴径为25mm时：而主轴转速为n=732r/min，根据插值法： 因此： 功率损失：每根轴上的功率损失，一般可取所传递功率的1%因此： =0.203+0.356+0.006=0.565KW多轴箱所需的进给力可按下式计算： 式中 各主轴所需的轴向切削力，单位为N D钻头直径 S每转进给量 Kp修正系数已知 D=5.2mm S=0.1mm/r Kp=1F=345.3N 6.2.7 多轴箱传动设计多轴箱传动设计，是根据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转速要求，设计传动链，把驱动轴和主轴联系起来，使各主轴获得预定的转速和转向。1、对多轴箱传动系统的一般要求（1）在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下，力求传动轴和齿轮规格、数量为最少。为此，应尽量用一根中间传动轴带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排上。（2）尽量不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴负荷。遇到主轴较密时，布置齿轮的空间受到限制或主轴负荷较小、加工精度要求不高，也可用一根强度较高的主轴带动1-2根主轴的传动方案。（3）为使结构紧凑，多轴箱内齿轮副的传动比一般要大于1/2，后盖内齿轮齿轮传动比允许至1/3，尽量避免用升速传动。当驱动轴转速较低时，允许先升速然后再降一些。（4）驱动轴直接带动的转动轴数不能超过两根，以免给装配带来困难。2、拟定多轴箱传动的基本方法拟定多轴箱传动系统的基本方法是：先把全部主轴中心尽可能分布在几个同心圆上，在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴；非同心圆分布的一些主轴，也宜设置中间传动轴；然后根据已经选定的中心传动轴再取同心圆，并用最少的传动轴带动这些中心传动轴；最后通过合拢传动轴与动力箱驱动轴连接起来。（1）主轴分布类型 图 6-3 主轴分布示意图单组圆周分布，但各轴心间距较小。（2）根据此种类型设计出三种传动联系方案：图6-4 设计方案图第一种传动设计方案分析：第一种传动设计方案十分符合主轴箱设计的各项原则：a. 传动轴、齿轮数最少，用一根传动轴带动多根主轴b. 主轴齿轮规格相同。从理论上来说是一种经济有效的传动方案。但在进一步设计时发现该传动方案有以下缺陷：主轴直径d=20mm中心传动轴轴线与最下轴轴心线距离为32.5mm若两轴真的实现传动，两轴所配套轴承的外径尺寸D=47mm，然而，为使两轴承间安装不发生冲突，其间距最少为47mm而32.547mm，轴承不能进行安装。 第二种传动方案分析： 第二种传动方案采用了一种完全不同的方法，避免了第一种传动方案的结构冲突，满足传动要求。但该传动方案并不适合于该工序：本工序加工扭矩小，因此在传动过程中负载小，对轴和齿轮的要求不高，传动方式应尽求简单；而该传动方案形式复杂，齿轮选择多坐标确立烦琐不适于设计。 第三种传动方案分析： 此方案采用对称分布，其中4、3两传动轴无论轴还是齿轮规格均相同。此种结构结构紧凑，相对位置关系容易确立，与方案2相比还减少了轴和齿轮的数量和规格。但该方案把一根主轴同时做传动轴，向另外两主轴传动动力，增加了负荷。 通过比较，方案1结构不合理，不能采用。方案2、3符合设计要求。然而，通过进一步比较发现，方案3更合理一些： 在结构布局和成本方面方案3都是合理的，但它与设计原则中：通过主轴传动带动主轴将增加主动主轴的负荷；通过计算： 每根主轴实际切削扭矩： M=90kg.mm，轴径为20mm，查组合机床设计p607表5-10知轴径 d=20mm的轴能承受的扭矩为M=1100kg.mm而本传动系统中只有三根主轴，设其中两根从动主轴与主动主轴之间有扭矩损失5%，那么：主动轴所能承受的全部扭矩为 2791100kg.mm 即所受负荷远在其所承受的范围之内，或者说，所增加负荷对其运行或特性没有半点影响，因此满足设计要求。所以在小扭矩作用下，方案3是合理的。 3、传动系统的设计计算： （1）各齿轮参数的设计计算： 已知：主轴转速 n=732r/min，主轴直径 d=20mm，主轴齿轮模数 m=2 设主轴齿轮齿数Z=25，即 ;传动轴小齿轮齿数 ，m=2;动力头齿轮 ，m=3;对于传动轴齿轮、由于它们是作为过渡齿轮存在，只要其尺寸结构不影响其他轴及齿轮，其齿轮可以任意选取：设 ，m=2因此： 已知：所取动力箱型号1TD25，电动机转速1420r/min，驱动轴转速785r/min。 则： m=3 (2) 轴径尺寸的确定： 本套传动系统中有三根主轴，三根传动轴，其中一根主轴也起传动作用。 各传动轴的计算结果如下： 轴3：查组合机床设计P607表5-10：选取直径d=15mm，为了提高轴的刚度，并减小传动件的规格，选取轴径d=20mm。轴4: 同上 选取轴径d=20mm。 轴5： 查表 选取轴径d=20mm；但此轴既是主轴又是传动轴，负荷较大，为提高轴的刚度，取轴径d=25mm。 轴6： 此轴为主传动轴，由其传递的扭矩是由动力箱输出的，扭矩大，此外，该轴还是手柄轴，根据组合机床设计简明手册表7-19，选取轴径 d=30mm。 表 6-2 各轴轴径及齿轮参数轴径齿数扭矩转速12025907322 202590 732 3203096 610 4203096 610 52525250 732 63040400 458 73036400 4584、校验：(1)齿轮模数校核：分析：传动过程中，齿轮啮合会产生很大的弯曲疲劳强度，在所有齿轮啮合过程中，以动力头齿轮和齿轮7啮合产生的应力最大。因此选取动力头齿轮进行模数计算：查机械设计P209，公式10-5 有： 公式中： 为载荷系数 ：使用系数，查P201 ，表10-2，取=1.25 ：动载系数，查P202 ，图10-8，取=1.25 ：齿间载荷分布系数，查P203 ，表10-3，取=1.0 ：齿间载荷分布系数, 查P204 ，表10-4，取=1.117T：传递扭矩； 因为传递的功率较小，选取， 、查P209，表10-5 查P216
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