“万向节滑动叉”端面铣削组合机床设计.docx

河南理工大学万方科技学院摘 要组合机床，是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率机床。其特点有：结构紧凑、工作质量可靠、设计和制造周期短、投资少、经济效果好、生产率高等。本次设计首先针对所要加工的零件入手，对机床进行总体方案设计，进而确定机床的总体布局，随后，对主轴组件进行设计。在设计主轴组件时，以主轴为线索，在满足刚度、精度等要求下，完成其它（如轴承、轴向调节机构、锁紧机构等）所有零件的设计。关键词：万向节滑动叉；组合机床；主轴；轴承； ABSTRACTModular Machine, by the large number of common parts and a small number of specialized components of the process focused efficient machine. Its features include : compact, reliable quality, design and manufacturing cycle shorter, less investment and economic effects, and higher productivity .This design, first in response to the processing of parts, the paper machine for the overall program design, which will determine the overall layout of the machine. Subsequently, the spindle components of the design. Spindle components in the design, a spindle for clues to meet stiffness and precision requirements, the completion of the other (eg, bearings, Axial adjustment, locking, etc.) all parts of the design. Keywords: universal joint cross ；modular machine； stiffness； bearings；目 录摘 要IABSTRACTII目 录III前 言11 总体方案论证41.1 工艺方案设计41.2 加工设备方案选择51.3 确定总体布局52 机床主要技术参数的确定82.1 确定工件余量82.2 切削用量的选择82.3 确定切削力、切削转矩、切削功率92.4 运动参数103 组合机床通用部件的选择1331 进给动力部件选择1332 主运动动力部件选择153.2.1 主运动驱动装置153.2.2 通用主轴部件选择164组合机床总体设计184.1 被加工零件工序184.2 加工方案194.3 机床总联系尺寸图204.4 机床生产率计算215 组合机床主轴设计245.1主轴的基本要求245.1.1 旋转精度245.1.2 刚度255.1.3 耐磨性255.1.4 主轴的其他要求265.2 主轴组件的布局265.3 主轴结构的初步拟定285.4 主轴组件的计算285.3 主轴结构图306 组合机床主轴箱设计316.1主轴箱设计的原始依据316.2 运动参数和动力参数的确定31621 传动系统传动比分配31622 计算传动装置的运动和设计参数31623 齿轮模数的估算及其叫校核32624 轴各参数估算及强度校核366.3 主轴箱的坐标计算48结 论50致 谢51参考文献5252前 言机械制造业在国民经济中占有重要的地位，是国民经济各部门赖以发展的基础，是国民经济的重要支柱，是生产力的重要组成部分。机械制造业不仅为工业、农业、交通运输业、科研和国防等部门提供各种生产设备、仪器仪表和工具，而且为制造业包括机械制造业本身提供机械制造装备。机械制造业的生产能力和制造水平标志着一个国家或地区的科学技术水平、经济实力。机械制造业的生产能力和制造水平，主要取决于机械制造装备的先进程度。机械制造装备的核心是金属切削机床，精密零件的加工，主要依赖切削加工来达到所需要的精度。金属切削机床所担负的工作量约占机器制造总工作量的40%60%，金属切削机床的技术水平直接影响到机械制造业的产品质量和劳动生产率。换言之，一个国家的机床工业水平在很大程度上代表着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。然而，组合机床是根据工件加工要求，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。组合机床的设计，有以下两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计。其二，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人总结自己生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业的在完成一定工艺范围的组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专能组合机床”。这种组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是可以设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。组合机床是根据工件加工要求，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。组合机床的设计，有以下两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计。其二，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人总结自己生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业的在完成一定工艺范围的组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专能组合机床”。这种组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是可以设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。组合机床是一种专用高效自动化技术装备，目前，由于它仍是大批量机械产品实现高效，高质量和经济性生产的关键装备，因而被广泛应用许多工业生产领域。在大批量生产的机械工业部门，大量采用的设备是组合机床和自动线。因此，组合机床的应用在很大程度上决定了这些部门的生产效率及产品质量，也很大程度上决定了企业产品的竞争力。特别是近20年来，随着组合机床的发展，作为组合机床主要用户的汽车和内燃机等行业也有很大的变化，起产品市场寿命不断缩短，品种日益增多且质量不断提高。这些因素同时也有力地推动和激励了组合机床的不断发展。组合机床的发展主要有以下2点:(1) 组合机床品种的发展；(2) 组合机床柔性化的发展。随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为工艺装备。然而，一般企业仍习惯于大于采用传统的专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，更新的专用夹具占用比例很大，面夹具的实际磨损量仅占有小部分。特别是近年来，加工中心（MC），数控机床（NC），柔性制造系统（FMS），成组技术（GT）等新技术的应用，对机床夹具提出了新的要求：a.能迅速方便地装备新产品的投产，降低了生产准备周期，减少了生产成本。b.能装夹一类具有相似性特征的工件。c.能应用高精密加工的高精度机床夹具。d.能应用于各种现代化制造技术的新型组合机床夹具。e.采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。f.提高机床夹的标准化程度。现代机床夹具的发展方向主要表现在以下几个方面：a.精密化b.高效化c.柔性化d.标准化本次毕业设计的课题是万向节滑动叉39 孔两端面粗铣组合机床总体及主轴箱设计。根据万向节滑动叉两侧面的位置、加工精度等主要的设计原始数据，设计出技术上先进，经济上合理和工作上可靠的双面粗铣的组合机床。本次设计的组合机床夹具主要对万向节滑动叉两端面的粗铣。本次设计的组合机床能同时粗铣万向节滑动叉两端面，大大提高了生产效率，降低了劳动强度，从而降低了零件的加工成本。1 总体方案论证设计机床的第一步，是确定总体方案。总体方案是机床部件和零件的设计依据，对整个设计的影响较大。因此，在拟定总体方案的过程中，必须全面地、周密地考虑，使所定方案技术先进、经济合理。设计的机床要满足加工要求、保证加工精度；尽可能选用通用件、以降低成本。1.1 工艺方案设计工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步。组合机床的总体设计要注重工件及其加工的工艺分析，只有制定出先进合理的工艺方案,才能设计出先进合理的组合机床。根据指定的加工要求,提出若干个工艺方案,择其佳者。工艺方案确定了,组合机床的结构、性能、运动、传动、布局等一系列问题也就解决了。所以，工艺方案设计是组合机床设计的重要环节。而且工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。因此，必须认真分析被加工零件图纸,深入了解被加工零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求及生产率要求等一些因素。拟定组合机床工艺方案的一般步骤如下:a.分析,研究加工要求和现场工艺，在制订组合机床工艺方案时，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途及其结构特点、加工部位及其精度、表面粗糙度、技术要求及生产纲领；其次深入现场调查分析零件的加工工艺方法、定位夹紧方式、所采用的设备、刀具及切用量、生产率情况等。 b.定位基准和夹压部位的选择组合机床一般为工序集中的多刀加工,不但切削负荷大，而且工件受力方面变化。因此，正确选择定位基准和夹压部位是保证加工精度的重要条件。本道工序主要是加工毛坯,因此,还要对毛坯基准选择考虑有关工序加工余量的均匀性。定位夹紧装置的选择应在有足够的夹紧力下工件产生的变形最小，并且夹具易于设置导向和能过刀具。本道工序:万向节滑动叉两端面的铣削。1.2 加工设备方案选择在机械制造业中，金属切削机床占机械设备总台数的50%70%，它负担的工作量约占一半左右，其中有30%50%的工作量是由组合机床来完成的，同时，机械加工方法是机电产品及零部件生产的主要方法，且机械加工质量又是提高整个产品质量的关键。因此，组合机床的开发、设计，是机械制造行业一项非常重要的工作。组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床，具有如下特点：a.生产率高；b.加工精度稳定；c.研制周期快，便于使用、维护和设计、制造；d.自动化程度变高，劳动强度降低；e.配置灵活，可按工件或工序要求灵活变换组成机床自动线，易于改装，加工过程和产品变化时，通用部件还具有重复利用价值；f.使用性质稳定，结构紧凑，机床消耗费用低。由于被加工零件已定型，生产产品较大，加工精度要求较高，所以必须采用组合机床来进行生产，同时，又是针对双面加工。因此，采用组合机床来进行加工是较适宜、理想的生产方案。1.3 确定总体布局根据上述确定的加工工艺方案，按照工序集中程度和生产批量大小，机床总体布局主要有如下配制型式：a.多工位组合机床多工位组合机床：主要用于中、小零件加工。生产占地面积大，但生产率高。这种方式若配合工作台的移动和精确定位，可以组成组合机床自动线，则自动化程度和生产率均很高。b.单工位组合机床各种型式的单工位组合机床，通常可安装一个工件，特别适宜于大、中型箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这类机床可分为单面、多面及复合式。这种方式组成灵活，结构简单，由于单工位加工，其机动时间与辅助时间不能重合，因而生产率比多工位机床低。根据以上所述, 柴油机气缸体的结构是比较规则的长方体，从装夹的角度来看，卧式平放比较方便，采用卧式组合机床加平面，有利于排屑，也减轻了工人的劳动强度。且柴油机气缸体属于中型加工零件，在本次设计中，铣平面工序是主要工序内容。因此为了保证铣平面的加工精度和结合被加工零件加工特点，卧式单工位组合机床是较好的选择。卧式单工位组合机床又可分为卧式单面组合机床，卧式多面组合机床等。若采用卧式单面组合机床，加工两端面需经过两次装夹，增加辅助时间，成本高，生产效率低，工人劳动强度大。因此，采用卧式双面组合机床是合理的选择。其特点：工件安装在夹具里，工件和夹具装在铣削工作台上，刀具相对固定，铣削工作台实现进给运动。生产占地面积小，加工精度高。机床总体布局图如图1-1所示：图1-2 机床总体布局图1.机座 2.动力滑台 3.工件 4.端铣刀 5.电动机 6.变速箱 7.主轴箱2 机床主要技术参数的确定机床主要技术参数包括主参数和基本参数，基本参数又包括尺寸参数，运动参数。2.1 确定工件余量VF-6/7型空压机减荷阀体，零件材料为HT200，硬度190210HB，生产类型为大批量，铸造毛坯。查机械制造工艺设计简明手册表2.22.5,取加工余量为2.5mm(此为双边加工)。2.2 切削用量的选择在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度，生产率，刀具耐用度，机床的结构形式及工作可靠性均有较大的影响。A.组合机床切削用量的选择特点:a.在大多情况下，组合机床为多轴、多刀、多面同时切削，因此，切削用量比一般万能机床单刀加工低30%左右。 b.组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给，由于多轴箱上同时工作的刀具种类不同且直径大小不同，其切削用量也各有特点。因此，一般先按各刀具选择较合理的切削速度v(m/min) 和每转进给量f(mm/r),再根据其中工作时间最长，负荷最重，刃磨较困难的刀具来确定并调整每转进给量和转速，通常用试凑法来满足每分钟进给量相同的要求。参照1即 c.在选择切削用量时要注意既要保证生产批量要求，又要保证刀具一定的耐用度。d.选择切削用量时，还须考虑可选动力滑台的性能。B.组合机床切削用量选择方法从实际出发，根据加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理的选择切削用量。本次设计中，采用查表法选择加工柴油机气缸体孔的切削用量。由参考文献1表6-18,查得，每齿进给量fz=0.2mm/z切削速度vc=75m/minn=47r/min进给速vf=fn=fzzn =0.23447=320mm/min2.3 确定切削力、切削转矩、切削功率根据选择的切削用量，确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其他传动件的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电机功率。切削功率选择:由vc=75m/min，工件材料:铸铁HBS250，ap=4mm，fz=0.2mm/z，vf=320mm/min，由参考文献4表3.24，得pc=15.9KW电动机选择：由pc=15.9KW，由参考文献9表20-3得，电动机型号：Y180L-6同步转速：1000r/min，满载转速：975r/min，P电机=18.5KW铣削切削力的计算由参考文献10表1-2-9,P=490t1.0Sz0.74D-1.0B0.90z （3-3）式中 P-铣削力(N)；t-铣削削的深度(mm)；Sz-每齿的进给量(mm/z)；D-铣刀的直径(mm)；B-铣削的宽度(mm)；z-铣刀的齿数。由前面计算的切削用量得， t=4mm； Sz=0.2mm/z； D=512mm； B=425mm； z=34。将上述数值代入式（3-3）得P=490 t1.0Sz0.74D-1.0B0.90z=490 41.00.20.74512-1.04250.9034=9398.1(N)2.4 运动参数 机床的运动参数包括主运动转速和转速范围、进给量范围、进给量数列以及空行程速度等。此次设计主要确定主运动的运动参数。(1)主轴最高，最低转速按照典型工序的切削速度和刀具(或工件)直径、计算主轴最高转速n、最低转速n。计算公式如下：n= ， n=式中：n、n主轴最高、最低转速(r/min)V、V最高、最低切削速度(m/min)d、d最大、最小计算直径(mm)根据机械制造工艺金属切削机床设计指导第6970页，可查出以下数据： 查表2.2-3 取最大，最小切削速度：V=200300m/min， 取V=250m/minV=1520m/min, 取V=20m/min铣床的d、d可取使用的刀具最大、最小直径，即：d=110mm, d=75mm则主轴最高转速为n= =1061.6r/min取标准数列值：n=1000r/min 最低转速为：n= =57.9r/min取标准数列值：n=56r/min(2)主轴转速的合理排列最高、最低转速确定后，还需确定中间转速，选择公比，转速级数Z，则转速数列为：n= n=56r/min, n= n, n= n, n= n查标准数列，取公比=1.78 (12)转速范围： R=17.8转速级数： Z=+1=5.99 取Z=6由于本次设计的要求，主轴转速级数只需设计四级就能满足要求，故取Z=4。即：n=56， n=100, n=180, n=315 (r/min)3 组合机床通用部件的选择通用部件是按标准化、系列化、通用化原则设计制造的组合机床基础部件。我国通用部件不仅具有完整的国家标准，并已贯彻了国际标准，许多标准与国际标准等效。通用部件按其尺寸大小，可分为大型和小型通用部件；按驱动和控制方式的不同，可分为机械驱动、液压驱动、风动或数控通用部件；按单机和自动线的不同，可分为组合机床和组合机床自动线通用部件；按其功能不同，可分为动力部件、支承部件、控制部件、辅助部件。31 进给动力部件选择进给动力部件主要为刀具或工件提供进给运动。最新动力部件共有液压滑台、机械滑台、数控滑台、长台面液压滑台、十字滑台、铣削工作台、回转盘等九个品种。对于组合铣床来说，进给动力部件主要是铣削工作台，其上通常安装夹具或工件。铣削工作台与1TX系列铣削头，1XS系列床身组成铣削组合机床，可用于大走刀强力铣削和高效高精度铣削。由于待加工的工件的外形尺寸，由参考文献2表7.9选取1XG63型铣削工作台，铣削工作台的联系尺寸如下表4-1:表4-1 铣削工作台联系尺寸型号BA（台长）C（行程）LL1B1L21XG63型630160016003180584808888由表7.8查得，1XG63型铣削工作台与传动装置配套及其性能如下表：表4-2 1XG63型铣削工作台与传动装置配套及其性能型号传动装置快进功率(kW)快进速度(m/min)工进功率(kW)工进速度(mm/min)许用切削功率(kW)1XG63F4149.23200-2500371XG铣削工作台还具有以下特点：a.刚性好 导轨与底座铸成一体，底座采用封闭式的箱体结构，采用“米”字形斜肋等，大大提高其结构刚性。采用一个V形导轨和一个平导轨导向，通常铣削力压向导轨面。这种导轨可以提高导向精度和导向刚度，从而保证机床加工精度，提高机床的切削抗振性。例如1XG63铣削工作台，大走刀强力铣削功率达到40KW，仍能保证切削平稳。b.精度高 由于结构刚性好，可以使导轨达到较高的加工精度，并且工作台台面较长，以是V形导轨导向，从而保证机床的加工粗度，接近平面磨床的水平。c.生产率高 从性能表可以看出，最大的进给速度为2500mm/min。实践证明：当进给速度为2080mm/min时，进行大走刀强力铣削和高效高精度铣削，切削性能良好。传动效率高 采用双螺母可调隙的滚珠丝杠，传动效率比滑动丝杠高一倍，节能效果显著。另外由于间隙可调，可保证切削平稳。32 主运动动力部件选择 主运动部件用来实现组合机床的主运动切削运动。它安在滑台或其他进给部件的结合面上，通常主轴部件（或多轴箱专用部件）和主运动驱动装置组成的。3.2.1 主运动驱动装置主运动驱动装置主要有两大类：一类是与通用主轴部件配套使用的主运动传动装置；另一类是与多轴箱(专用部件)相配的动力箱。 由于1NG系列主运动装置具有通用化程度高,选配灵活,便于生产管理等优点.因此本组合机床采用的是：1NG系列主运动传动装置。它的联系尺寸符合JB3557-83标准。 1NG系列主运动传动装置主要有1Nga、1NGb、1NGc、1NGd等四种,特点与用途如下：a1Nga型带传动装置 它采用聚氨脂同步齿形带传动及交换带轮方式变速，具有传动平稳、噪声小、传动准确及传动效率高等优点。适用于转速要求高的场合，如与镗销头配套,适宜对各种工件的半精镗和精镗。b1NGb型顶置式齿轮传动装置 它适用于中，低速加工场合，如卧式配置时的粗、精镗孔。一般适用于卧式配置。c1NGc型尾置式齿轮传动装置 它适用于中、低速加工，不经常变速的场合，一般配置成立式机床。d1NGd型手柄变速传动装置 它采用手柄操纵滑移齿轮变速，适用于经常变速场合，一般组成卧式配置的给合机床，加工小批量生产，多品种零件，如粗、精镗孔。 由于本组合铣床采用卧式配置形式，因此选用第二种类型1NGb型顶置式齿轮传动装置。 1NGb型顶置式齿轮传动装置结构大体为:通用主轴部件的主轴尾部伸入到传动装置的空心轴V内，以花键连接。传动装置以轴V左端法兰的外圆与主轴部件壳体尾端的内止口配合定位，用四个螺钉紧固.旋转运动由电动机轴1经联轴器，轴2、3、4、5及其上的齿轮传动主轴。根据2、3轴间的齿轮传动比的不同配置，1NGb型传动装置分为A(低速级)和B型(高速级)，每组又可通过3、4轴间齿轮的不同，得到8级转速。润滑泵由轴2通过一对齿轮传动，对传动装置中的传动件及轴承进行润滑。3.2.2 通用主轴部件选择主轴部件又称单轴头或工艺切削头，其端部安装刀，尾部连接传动装置就可进行切削，如进行铣削，镗削，钻削及攻螺纹等加工工序。每种主轴部件均采用刚性主轴结构。在加工时，刀杆（或刀具）一般不需要导向装置，加工精度主要由主轴部件本身以及滑台（或工作台）的精度来保证。主轴部件与相应规格的主运动传动装置（跨系列）配套使用。主轴部件配上传动装置安装在动力滑台上，可以组成立式或卧式组合机床。这类机床不设导向装置，夹具结构较简单，机床配置灵活。主轴部件种类较多，对于组合铣床来说，主要采用1TX系列铣削头。1TX系列铣削头与1XG系列铣削工作台等进给动力部件配套，可组成各种类型的铣削组合机床。由切削功率pc=15.9KW，由参考文献1表5-13，选型号1TX50。1TX50铣削头主轴端部尺寸如下表：表4-4 1TX50铣削头主轴端部尺寸型号d(h5)d1d2d3d4D0.3b(h5)l1l21TX50221.44107.95M24M30M20117.825.4119451TX50铣削头主要性能及参数如下表：表4-5 1TX50铣削头主要性能及参数型号b1L1dL2b2d1h功率(kw)1TX50500800221.44200450M1625015;18.5;22由于所设计的组合铣床选用顶置式齿轮传动,所以铣削头联系尺寸如下表：表4-6 铣削头联系尺寸型号BB1B2LL1L2L31TX50500450470800200275126型号L4L5HH1H2H31TX50665942504689115004组合机床总体设计组合机床总体设计,通常是针对具体加工零件，拟订工艺和结构方案，并进行方案图样和有关技术文件设计。并且在选取定加工方法和机床总体布局结构的基础上绘制组合机床“三图一卡”。其内容包括：绘制被加工零件工序图，机床联系尺寸图和进行机床生产率的计算。绘制给合机床三图一卡，就是针对具体零件，在先定的工艺和结构方案的基础上，进行总体方案图样文件设计.其内容包括：绘制被加工零件工序图加工示意图机床联系尺寸总图和编制生产效率计算等。4.1 被加工零件工序本次设计的组合机床主要对柴油机气缸体两端面的粗铣。在实践中，在大多数情况下，工件的一个平面，在夹具中不是支承在三个点上，而是支承在四个或者更多一些的支承点上，有时放在两条长的支承板上，这样可以提高“机床-夹具-刀具-工件”系统的刚性，避免夹压力和切削力超出支承点，引起工件的弹性变形，这种变形不仅影响加工精度，还会引起振动,严重时造成刀具的折断。A.由于本次的加工的工序是要加工好柴万向节滑动叉底面的情况下进行的，因此被加工零件的顶,底面是较光滑的，因此采用万向节滑动叉的下底面作为定位基准。a.被加工零件图是在用户提供的产品图样的基础上，选定的工艺方案，定本机床的加工内容，加上必要的说明而绘制的，它是组合机床设计的主要依据，也是制造使用检验和调整机床的重要技术文件。它的要求如下：b.被加工零件的形状和主要轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构开头及尺寸。c.加工用定位基准夹压部位及夹压方向，以便依次进行夹具定位支承夹紧导向装置的设计。d.本道工序加工部位的尺寸精度表面粗糙度形状位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求。e.要有必要的文字说明。设计有关的技术指标如下：a.定位方法： b.零件材料：HT250；c.硬度：187255HBS；d.方框内尺寸及相应粗糙度为本机床所保证，其余尺寸及相应光洁度为前序保证；e.单边加工余量：4mm。4.2 加工方案零件的加工方案要通过加工示意图反映出来，加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程工件夹具刀具等机床各部件间的相对位置关系。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图样之一。在总体设计中占据重要地位。其主要内容为：a.反映机床的加工方法,切削用量及工作循环。b.决定刀具类型数量结构尺寸。c.决定主轴的结构类型，规格尺寸及外伸长度。d.选择标准或设计专用的接杆，导向装置，刀杆托架等。e.标明主轴接杆夹具与工件之间的联系尺寸,配合及精度。加工示意图的画法如下：a.加工示意图的绘制顺序是：先按比例用细实线绘出工作加工部位和局部结构的展开图。加工表面用粗实线画。为简化设计，相同加工部位的加工示意图只需表示其中之一，亦即同一多轴箱上结构尺寸相同的主轴可只画一根。b.一般情况下，在加工示意图上，主轴分布可不按真实距离绘制。c.主轴应从多轴箱端面画起。刀具应处于加工终了位置。标准的通用结构只画外轮廓，但需加注规格代号。4.3 机床总联系尺寸图机床总联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系，可用以检验：机床各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求；通用部件的选择是否合适；并为进一步开展多轴箱，夹具等专用部件的设计提供依据。总联系尺寸图，它表示机床的配置型式及总体布局。A.绘制总联系尺寸图的要求：a.以适当数量的视图按同一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相关位置，表明机床的配置型式及总体布局，主视图应与机床实际加工状态一致。b.图上应尽量减少不必要的线条及尺寸，但反映各部件的联系尺寸，专用部件的主要轮廓尺寸，运动部件的极限位置及行程尺寸，必须完整齐全，至于各部件的详细结构不必画出，留在具体设计部件时完成。c.为便于开展部件设计,联系尺寸图上应标注通用部件的规格代号，电动机型号，功率及转速，并注明机床部件的分组情况及总行程。确定机床的装料高度H装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。考虑刚度，结构要功能和使用要求等因素，新颁国家标准装料高度为1060mm，与国际标准ISO一致。实际设计时常在8501060之间选取。由于铣削工作台高度为700mm，夹具体高度为220mm，支承板高度为47.5mm，则装料高度为H=700mm+220mm+47.5mm=967.5mm。确定侧床身侧床身为XS10B型号，其高度H=950mm，宽度B=470mm，长度L=930mm。图 5-3 机床总联系尺寸图4.4 机床生产率计算 根据加工示意图所确定的工作循环及切削用量等，就可以计算出机床生产率度编制生产率计算卡。组合机床生产率计算卡是按一定格式要求编制的，反映零件在机床上的加工过程，工作时间,机床生产率，机床负荷率的简明表格。它是用户验收机床生产效率的重要依据。a.理想生产率Q理想生产率Q（单件为件/h）是指完成年生产纲领A（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。它与全年工时总数tk有关，一般情况下，单班制取2350h,两班制取4600h,则Q= （5-1）有已知条件知，A=65000件，tk=4600h则 由式（5-1）得Q=14.13（件）b.实际生产率Q1实际生产率（单位为件/h）是指所设计机床每小时实际可生产的零件数量。则Q1 = （5-2）式中，T单生产一个零件所需时间（min），可按下式计算：T单=t切+t辅=(+t停)+（+ t移+t装卸）（5-3）式中 L1L2分别为刀具第第工作进给长度，单位为mm；vf1vf2分别为刀具第第工作进给量，单位为mm/min；t停当加工沉孔止口锪窝倒角光整表面时，滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转510转所需的时间，单位为min；L快进L快退分别为动力部件快进，快退行程长度，单位为mm；vfk动力部件快行程速度。用机械动力部件时取56m/min；用液压动力部件时取310m/min；t移直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取0。1min；t装卸工件装卸（包括定位或撤消定位夹紧或松开清理基面或切屑及吊运工件等）时间。它取决于装卸自动化程度工件重量大小装卸是否方便及工人的熟练程度。通常取0.51.5min。由已知条件知，L1=320mm+250mm=570mm；vf1=320mm/min；t停=0；L快进=300mm；t移=0.1min；L快退=320mm+822mm=1122mm；vfk=9.2m/min=9200mm/min；t移=0.1min；t装卸=1.5min。所以，由式（5-3）得，T单=+0.1+1.5=3.53（min）则，由式（5-2）得，Q1=17（件/h）由于Q1Q，即机床实际生产率满足理想生产率，则所选择的切削用量符合机床设计。c.机床负荷率负I当Q1Q，机床负荷率为二者之比。即负=0.835 组合机床主轴设计主轴组件是机床的执行件，它的功用是支承和带动工件或者刀具的旋转，完成表面的加工成形运动，同时还起传递动力加工和扭矩、承受一定的切削力和驱动力等载荷的效果。由于主轴工件的工作性能直接对机床的加工质量和生产率的影响，因此主轴是机床中的一个关键的组件。主轴和一般传动轴的相同点有两点，两者都传递动力加工性、承受并扭矩传动力，并且保证传动件和支承的正常的工件条件。5.1主轴的基本要求5.1.1 旋转精度主轴的旋转精度是指主轴在手动或低速、空载时，主轴前端定位面的径向跳动r、端面跳动a和轴向窜动值o。如图所示：主轴的旋转误差图中实线表示理想的旋转轴线，虚线表示实际的旋转轴线。当主轴以工作转速旋转时，主轴回转轴线在空间的漂移量即为运动精度。主轴组件的旋转精度取决于部件中各主要件的制造精度和装配、调整精度；运动精度还取决于主轴的转速、轴承的性能和润滑以及主轴部件的动态特性。各类通用机床主轴部件的旋转精度已在机床精度标准中作了规定，专用机床主轴部件的旋转精度则根据工件精度要求确定。5.1.2 刚度主轴组件的刚度K是指其在承受外载荷时抵抗变形的能力，如图所示， 主轴组件静刚度即K=F/y（单位为N/m），刚度的倒数y/F称为柔度。主轴组件的刚度，是主轴、轴承和支承座的刚度的综合反映，它直接影响主轴组件的旋转精度。显然，主轴组件的刚度越高，主轴受力后的变形就越小，如若刚度不足，在加工精度方面，主轴前端弹性变形直接影响着工件的精度；在传动质量方面，主轴的弯曲变形将恶化传动齿轮的啮合状况，并使轴承产生侧边压力，从而使这些零件的磨损加剧，寿命缩短；在工件平稳性方面，将使主轴在变化的切削力和传动力等作用下，产生过大的受迫振动，并容易引起切削自激振动，降低了工件的平稳性。主轴组件的刚度是综合刚度，影响主轴组件刚度的因素很多，主要有：主轴的结构尺寸、轴承的类型及其配置型式、轴承的间隙大小、传动件的布置方式、主轴组件的制造与装配质量等。5.1.3 耐磨性主轴组件耐磨性是指长期保持其原始精度的能力，即精度的保持性。因此，主轴组件各个滑动精度，包括锥孔、主轴端部定位面，与移动式主轴套筒外圆表面、滑动轴承配合的轴颈表面等，都必须具有很好的的硬度，以保证其耐磨的性能。为了提高主轴的耐磨性能，应该正确地选用滑动轴承的材料和主轴及热处理的方法、润滑的种类，和调整轴承间的间隙，可靠密封和良好润滑。5.1.4 主轴的其他要求主轴组件除应保证上述基本要求外，还应满足下列要求：（1）主轴的定位可靠。主轴在切削力和传动力的作用下，应有可靠的径向和轴向定位，使主轴在工作时受到的切削力和传动力通过轴承可靠地传至箱体等基础零件上。（2）主轴前端结构应保证工件或刀具装卡可靠，并有足够的定位精度。（3）结构工艺好。在保证好用的基础上，尽可能地做到好造、好装、好拆及好修，并尽可能降低主轴组件的成本。5.2 主轴组件的布局主轴组件的设计，必须保证满足上述的基本要求，从而从全局出发，考虑主轴组件的布局。机床主轴有前、中、后三个支承两种和前、后两个支承，以前者较多见。两支承主轴轴承配置的型式，包括主轴轴承的布置、组合以及选型，主要根据对所设计主轴组件在承载能力、刚度、转速以及精度等方面要求，并考虑轴承的经济性、供应等具体情况，加以确定。在选择时，具体有以下要求：当承载能力和适应刚度的要求时；主轴轴承选型应满足所要求的承载能力和刚度。径向载荷比较大时，可选用滚子型号轴承；较小时，可选用球型轴承。双列滚动轴承的承载能力和径向刚度，比单列大。同一支承中采用多个轴承的承载能力和支承刚度，比采用单个轴承大。一般来说，前支承的刚度，应比后支承的大。因为前支承刚度对主轴组件刚度的影响要比后支承的大。如图所示为滚动轴承和滑动轴承：滚动轴承和滑动轴承的比较基本要求滚动轴承滑 动 轴 承动压轴承静压轴承旋转精度精度一般或较差。可在无隙或预加载荷下工作。精度也可以很高，但制造困难单油楔轴承一般，多油楔轴承较高可以很高刚 度仅与轴承型号有关，与转速、载荷无关，预紧后可提高一些随转速和载荷升高而增大与节流形式有关，与载荷转速无关承载能力一般为恒定值，高速时受材料疲劳强度限制随转速增加而增加，高速时受温升限制与油腔相对压差有关，不计动压效应时与速度无关抗振性能不好，阻尼系数D=0.029较好，阻尼系数D=0.055很好，阻尼系数D=0.4速度性能高速受疲劳强度和离心力限制，低中速性能较好中高速性能较好。低速时形不成油漠，无承载能力适应于各种转速摩擦功耗一般较小，润滑调整不当时则较大f=0.0020.008较小f=0.0010.008本身功耗小，但有相当大的泵功耗f=0.00050.001噪 声较大无噪声本身无噪声，泵有噪声寿 命受疲劳强度限制在不频繁启动时，寿命较长本身寿命无限，但供油系统的寿命有限5.3 主轴结构的初步拟定主轴的结构主要决定于主轴上所安装的刀具、夹具、传动件、轴承和密封装置等的类型、数目、位置和安装定位的方法，同时还要考虑主轴加工和装配的工艺性，一般在机床主轴上装有较多的零件，为了满足刚度要求和能得到足够的止推面以及便于装配，常把主轴设计成阶梯轴，即轴径从前轴颈起向后依次递减。主轴是空心的或者是实心的，主要取决于机床的类型。此次设计的主轴，也设计成阶梯形，同时，在满足刚度要求的前提下，设计成空心轴，以便通过刀具拉杆。5.4 主轴组件的计算主轴组件的结构参数主要包括：主轴的平均直径D（初选时常用主轴前轴颈的直径D来表示）；主轴内孔直径d；主轴前端部的悬伸量a；以及主轴支承跨距L等。一般般步骤是：首先根据机床主电机功率或机床的主参数来选取D，在满足主轴本身刚度的前提下，按照工艺要求来确定d，根据主轴前端部结构形状和前支承的结构型式来确定a,最后根据D、a和主轴前支承的支承刚度来确定L。主轴轴承的配置型式，对主要结构参数的确定很有关系，故在设计过程中常需交叉进行，最终以主轴组件刚度等性能来衡量其设计的合理性。主轴直径对主轴组件刚度的影响很大，直径越大，主轴本身的变形和轴承变形引起的主轴前端位移越小，即主轴组件的刚度越高。但主轴前端轴颈直径D越大，与之相配的轴承等零件的尺寸越大，要达到相同的公差则制造越困难，重量也增加。同时，加大直径还受到轴承所允许的极限转速的限制，甚至为机床结构所不允许。通常，主轴前轴颈直径D可根据传递功率，并参考现有同类机床的主轴轴颈尺寸确定。查金属切削机床设计第157页表5-12中，几种常见的通用机床钢质主轴前轴颈的直径D，可供参考，如下表2-3所示：已知主电机功率P=4KW，机床类型是