1、 畢業設計說明書（畢業論文）WHCB1000/S3鋸鉆聯合機床（鉆床部分）WHCB1000/S3鋸鉆聯合機床設計（鉆床部分）摘要 鋸鉆聯合機床是一種組合機床，主要用于在鋼軌連續生產線上對鋼軌的鋸切、鉆削等加工。因為它可以在一臺機床上同時完成兩種加工，所以優點是生產效率高、生產成本少。本設計運用功能分析法著重論述機床總體方案的制定、主軸箱的設計及其零件部件的校核、進給控制系統以及夾具系統。通過多種方案比較選擇指定合理方案，實現機床功能和被加工零件的相關工藝要求。所選用的系統安全性高且設備簡單易于維護；所選用的液壓系統，控制精度高所占空間小，易于實現自動控制并且自動控制效果好。同時注重人機工程學的

2、運用并盡力降低成本，使得系統易于控制，便于操作維護，并且機構簡單可靠安全。關鍵詞：鋸鉆聯合機床 鉆床 主軸箱 液壓控制系統 夾具系統WHCB1000/S3 Combined machine of saws and drills designAbstractCombined machine of saws and drills is use to saw the end plane of steel rail and drillconnect bolts in serial production linc, it can accomplish two process on the same ma

3、chine ,not only increase efficiency but also reduce the production costs. This design apply themethod of function analysis means., emphasize deal with the overall plan establish,the designof the headstock and the check of machine replacement parts, move ahead-back and fixturesystem. Compare to the d

4、ifferent schemes , choose the most rational scheme to ensure thefunction of the machine tool come to ,also to ensure the demand relate processing technic ofthe separate part . The mechanical system which adopted, with high safety and simpleequipment, and easy to preserve. The hydraulic system which

5、to be put to use, with highcontrol precision, take up small space , easy to achieve automata control and have powerfulportability. At the same time ,it emphasize to use the man-machine engineering and endeavorreduce the production costs, make the system more easy to control, operate and preserve, al

6、sowith simple system structure ,safe and reliable ,and with a beautiful dignified appearanceKeywords: Combined machine ofsaws and drills; Drilling machine; Spinclle box;Hydraulic control system; Fixture system摘要IAbstractII第一章 緒論31.1引言31.2現代組合機床的特點及發展趨勢31.2.1現代組合機床的特點31.3機床設計的目的、內容、要求31.3.1設計目的31.3.2

7、設計內容31.4機床的設計步驟31.4.1調查研究31.4.2擬定方案31.4.3工作圖設計3第二章 組合機床總體設計32.1設計方案的選擇與制定32.2組合機床方案的制定32.2.1制定工藝方案32.2.2確定組合機床的配置形式和結構方案32.3確定切削用量及選擇刀具32.3.1確定工序間余量32.32選擇切削用量32.3.3確定切削力、切削扭矩、切削功率32.34 選擇刀具結構32.4鉆孔組合機床總體設計“三圖一卡”的編制32.4.1 被加工零件工序圖32.4.2加工示意圖32.4.3機床聯系尺寸圖32.4.4生產率計算卡3第三章 傳動系統設計33.1多軸箱的組成33.2多軸箱通用零件33

8、.2.1通用箱體類零件33.2.2通用主軸、通用傳動軸、通用齒輪和套類零件33.3多軸箱設計33.3.1多軸箱設計一般步驟33.3.2繪制多軸箱原始依據圖33.4主軸、齒輪的確定及動力計算33.4.1主軸型式的確定33.4.2主軸位置的確定33.4.3齒輪模數的確定33.5多軸箱傳動系統設計33.5.1對多軸箱傳動系統的一般要求33.5.2傳動系統擬定33.5.3繪制傳動系統圖33.5.4繪制多軸箱總圖33.5.5多軸箱零件設計33.6傳動零件的校核33. 6.1傳動軸的校核33.6.2齒輪的校核33.6.3鍵的校核33.6.4滾動軸承校核33.6.5其他零件的校核3第四章 鉆床液壓系統設計3

9、4.1鉆床受到的力34.1.1鉆床的工況要求34.1.2鉆床工進時的作用力34.2負載圖和速度圖34. 2.1鉆床工作循環各階段的時間34.2.2負載圖和速度圖34.3鉆床液壓缸的尺寸及工況圖34.3.1系統工作壓力的選定34.3.2動力滑臺驅動液壓缸的尺寸34.3.3根據壓力、流量和功率畫出工況圖34.4鉆床液壓系統原理圖34.5鉆床液壓控制系統34.5.1鉆床液壓動力元件34.5.2鉆床液壓控制元件34.5.3動作循環表34.6驅動電機和油管油箱34.6.1驅動電機34.6.2油管與油箱34.6.3液壓系統的性能驗算3第五章 夾具設計35.1機床夾具概述35.1.1機床夾具的組成35.1.

10、2機床夾具的類型35.2工件結構特點分析35.3工件定位方案和定位元件的設計35.4工件夾緊方案和夾緊元件的設計35.5夾具體的設計35.6夾緊元件設計35.7夾具液壓系統設計35.8夾具精度及誤差的分析3第六章 結論3參考文獻3致謝374第一章 緒論1.1引言 2010年1月7日，全國鐵路工作會議在京召開，報告數據顯示，截止2009年底，我國鐵路營業里程達到8.6萬公里，躍居世紀第二位。同時，自上海成功舉辦第九屆國際重載運輸大會暨第九屆中國國際現代化鐵路技術裝備展，進一步擴大了我國鐵路的國際影響，100多個國家的元首、政要和代表團參觀考察京津城際鐵路，對我國高速鐵路的發展給予高度評價，不少國

11、家表達了與我國合作的意愿，與美國、俄羅斯、沙特和巴西等高速鐵路合作項目取得積極進展。高鐵與重軌成為未來鐵路發展的主要方向。未來幾年，我國鐵路將不斷開創中國鐵路品牌新局面，堅持以鐵道部為主導、以鐵路關聯企業聯盟為主體、以先進技術為依托，注重發揮中國鐵路產業集成優勢，推出中國鐵路的技術和標準體系，打造中國鐵路品牌，以中國鐵路的技術優勢和競爭實力，大力開拓國際市場，形勢十分樂觀。 然而，重軌與高鐵的快速發展，無形間對其上游產業提出了更高的要求，如高新技術在冶煉和軋制技術中的運用、高精密自動化生產線的投產與使用等，也極大地促進了相關產業的發展，但是就目前我國的裝備制造技術還相對落后，許多關鍵技術還依賴

12、于國際進口，因此，高新技術的開發與先進裝備的國產化成為擺在業內研究人員面前的一火課題。 本文就高速重軌生產線上用于鋼軌鋸切與鉆孔的鋸鉆聯合機床展開論述，設備原產于德國，引進時無任何技術資料，使設備維護人員對設備的維修與維護產生諸多不便，基于此，參照國內組合機床的研究與設計方法，對該引進的鋸鉆聯合機床進行設計研究，相關通用零部件全部按國產標準生產、選用，進而完成其技術改造與國產化。1.2現代組合機床的特點及發展趨勢 世界上第一臺組合機床于19U8年在美國問世，30年代后組合機床在世界各國得到迅速發展。至今，它已成為現代制造工程的關鍵設備之一。現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，

13、而組合機床也在不斷吸取新技術成果而日趨發展和完善。1.2.1現代組合機床的特點 我國機床行業由于起步晚、底子薄。與世界先進水平相比，還有較大差距。為了適應我國工業、農業、國防和科學技術現代化的需要，為了提高機床產品在國際市場上的競爭能力，必須深入開展機床基礎理論研究，加強工藝試驗研究，大力開發精密、重型和數控機床，使我國的機床工業盡早躋身子世界先進行列。 組合機床及其自動線是集機電于一體是綜合自動化度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質、經濟實用，因而被廣泛應用與工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電行業。我國的傳統的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工

14、對象主要是生產批量比較大的大中型的箱體類和軸類零件（近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孑L、車端面和凸臺，在孔內鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成型面等。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、復合式，還有多工位回轉臺組合機床等；隨著技術的不斷是進步，一種新型的組合機床柔性組合機床越來越受人們是親睞，它應用多位主軸箱、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)、數字控制(NC)等，能任意改變工作循環控制和驅動系統，并能靈活適應多種加工的可調可變的組合機床。另外，近年來

15、組合機床加工中心、數控組合機床、機床輔機等在組合機床行業中所占份額也越來越大。 由于組合機床及其自動線是一種技術綜合性很高的高技術專用產品，是根據用戶特殊要求而設計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監控、清洗、裝配和試漏等技術。我國組合機床及其組合機床自動線總體技術水平比發達國家相對落后，國內所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導致投資規模的擴大，并使產品生產成本提高。因此，市場要求我們不斷開發新技術、新工藝、研制新產品，由過去的“剛性”機床結構，向“柔性”化方向發展，滿足用戶需要，真正成為剛柔兼備的自動化裝備。1.2.2組合機床發展趨勢 80年代

16、以來，國外組合機床技術在滿足精度和效率要求的基礎上，止朝著綜合成套和具備柔性的方向發展。組合機床的加工精度、多品種加工的柔性以及機床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進展，實現了機床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節拍和多功能知道監控。組合機床技術的發展趨勢是： (1)廣泛應用數控技術 國外主要的組合機床生產廠家都有自己的系列化完整的數控組合機床通用部件，在組合機床上不僅一般動力部件應用數控技術，而且夾具的轉位或轉角、換箱裝置的自動分度與定位也都應用數控技術，從而進一步提高了組合機床的工作可靠性和加工精度。廣州標致汽車公司由法國雷諾公司購置的缸蓋加工生產線，就是由三臺自動換箱組合機床組成的，

17、其全部動作均為數控，包括自動上下料的交換工作臺、環形主軸箱庫、動力部件和夾具的運動，其節拍時間為58秒。 (2)發展柔性技術 80年代以來，國外對中大批量生產，多品種加工裝備采取了一系列的可調、可變、可換措施，使加工裝備具有了一定的柔性。如先后發展了轉塔動力頭、可換主軸箱等組成的組合機床；同時根據加工中心的發展，開發了二坐標、三坐標模塊化的加工單元，并以此為基礎組成了柔性加工自動線(FTL)。這種結構的變化，既可以實現多品種加工要求的調整變化快速靈敏，又可以使機床配置更加靈活多樣。 (3)發展綜合自動化技術 汽車工業的大發展，對自動化制造技術提出了許多新的需求，大批量生產的高效率，要求制造系統

18、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。德國大眾汽車公司KASSEL變速箱廠1987年投入使用的造價9000萬馬克的齒輪箱和離合器殼生產線，就是這種綜合自動化制造系統的典范。該系統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2000件，節拍時間為40秒。全線由12臺雙面組合機床、18臺三坐標加工單元、空架機器人、線兩端的毛坯庫和三坐標測量機組成，可實現3種零件的加工。空架機器人完成工件下線的碼垛裝箱工作。隨著綜合自動化技術的發展，出現了一批專門從事裝配、試驗、檢測、清洗等裝備的專業生產廠家，進一步提高了制造系統的配套水

19、平。 (4)進一步提高工序集中程度 國外為了減少機床數量，節省占地面積，對組合機床這種工序集中程度高的產品，繼續采取各種措施，進一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺、多坐標通用部件、移動主軸箱、雙頭鏜孔車端面頭等組成機床或在夾具部位設置刀庫，通過換刀加工實現工序集中，從而可最大限度地發揮設備的效能，獲取更好的經濟效益。1.3機床設計的目的、內容、要求1.3.1設計目的 機床設計畢業設計，其目的在于通過機床主運動機械傳動系統的結構設計和機床液壓系統設計，使我們在擬定傳動和變速的結構方案過程中，得到設計構思、方案的分析、結構工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術文件和查閱資料等方面的綜合訓練，樹立正

20、確的設計思想，掌握基本的設計方法，培養基本的設計方法，并培養了自己具有初步的結構分析、結構設計和計算能力。1.3.2設計內容 1)運動設計根據給定的被加工零件，確定機床的切削用量，通過分析比較擬定傳動方案和傳動系統圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數，并計算主軸的實際轉速與標準的相對誤差。 2)動力設計根據給定的工件，初算傳動軸的直徑、齒輪的模數；確定動力箱；計算多軸箱尺寸及設計傳動路線。完成裝配草圖后，要驗算傳動軸的直徑，齒輪模數是否在允許范圍內，還要驗算主軸主件的靜剛度。 3)結構設計進行主運動傳動軸系、變速機構、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機構設計，即繪制裝配圖和零件工作圖。 (4

21、)編寫設計說明書通過構思與驗算，確定設計方案并將設計方案編寫成一系列規范、嚴謹的技術性文件。1.3.3設計要求 評價機床性能的優劣，主要是根據技術一經濟指標來判定的。技術先進合理，亦即“質優價廉”才會受到用戶的歡迎，在國內和國際市場上才有競爭力。機床設計的技術一經濟指標可以從滿足性能要求、經濟效益和人機關系等方面進行分析。1.4機床的設計步驟1.4.1調查研究 研究市場和用戶對所設計機床的要求，然后檢索有關資料，其中包括情報、預測、實驗研究成果、發展趨勢、新技術應用以及相應的圖紙資料等，甚至還可以通過網絡檢索技術查閱先進國家的有關資料和專利等。通過對上述資料的分析研究，擬訂適當的方案，以保證機

22、床的質量和提高生產率，使用戶有較好的經濟效益。1.4.2擬定方案 通常可以擬定出幾個方案進行分析比較。每個方案包括的內容有：工藝分析、主要技術參數、總布局、傳動系統、液壓系統、控制操作系統、電系統、主要部件的結構草圖、實驗結果及技術經濟分析等。 在制定方案時應注意以下幾個方面： 1)當使用和制造出現矛盾時，應先滿足使用要求，其次才是盡可能便于制造。要盡量用先進的工藝和創新的結構； 2)設計必須以生產實踐和科學實驗為依據，凡是未經實踐考驗的方案，必須經過實驗證明可靠后才能用于設計； 3)繼承與創造相結合，盡量采用先進工藝，迅速提高生產力，為實現四個現代化服務。注意吸取前人和國外的先進經驗，并在此

23、基礎上有所創造和發展。1.4.3工作圖設計 首先，在選定工藝方案并確定機床配置形式、結構方案基礎上，進行方案圖紙的設計。這些圖紙包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯系尺寸圖和生產率計算卡，統稱“三圖一卡”設計。并初定出主軸箱輪廓尺寸，才能確定機床各部件間的相互關系。 其次，繪制機床的總裝圖、部分部件裝配圖、液壓系統圖、零件圖等。 然后，整理機床有關部件與主要零件的設計計算，編制各類零件明細表，編寫機床說明書等技術文件。 最后，對有關圖紙進行工藝審查和標準化審查。第二章 組合機床總體設計 組合機床由于只加工一種或數種工件的特定工序，工藝范圍窄，主要技術參數已知，且工藝方案一旦確定，也就確定

24、了結構布局，設計上具有一定的局限性。因而其側重點主要是通過工件分析等掌握機床設計的依據，畫出詳細的加工零件工序圖；通過工藝分析，畫出加工示意圖；然后進行總體布局，畫出機床尺寸聯系圖。最后制定出加工生產率計算卡。2.1設計方案的選擇與制定 首先確定總體設計方案，一般來說，考慮重點不同，設計方案有多種。 第一種是根據被加工對象的力學性能，計算出加工參數，以及驅動裝置及有關零件的相關參數。這種設計方案安全系數較大，安全性高，但設計時成本因素不能忽略，設計的工藝系統越經濟越好。 第二種方案是參照已有設備先確定電動機，再確定其它部件，因為已有設備都是已經經過調試，并且大多經過改裝，雖經濟合理，但適應條件

25、限制太多，如果按此方案，必須在新的條件下校核，才能保證其安全可靠，但是新的環境條件不確定因素太多，無法全面考慮，設計結果誤差太大，影響加工，常常無法達到技術要求。 如上所述，奉設計將采用安全系數較大的第一種設計方案，并在設計時綜合考慮成本因素，進行一定的設計優化，盡量使設計結果即安全可靠，又合理經濟。2.2組合機床方案的制定2.2.1制定工藝方案 零件加工工藝將決定組合機床的加工質量、生產率、總體布局和夾具結構等。所以，在制定工藝方案時，必須計算分析被加工零件圖，并深入現場了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛度，加工部位的結構特點加工精度，表面粗糙度，以及定位、夾緊方法，工藝過程，所采用的刀具

26、及切削用量，生產率要求，現場所采用的環境和條件等等。并收集國內外有關技術資料，制定出合理的工藝方案。 被加工被零件（75km/m鋼軌）的零件圖如圖2.1所示。 圖2.1 75kg/m重軌零件圖 加工要求：定位后鋸切端頭余料并在指定點鉆削三個直徑31mm螺栓孔。 (1)加工孔的主要技術要求： 鉆削3個031的螺栓孑L。孑L距鋼軌底面高度為80. 4mm，距離鋸削端面距離依次為96mm、316mm、446mm。 鉆孔孔徑公差為±lmm，位置度公差為00.Imm，孔距公差為±Imm。 鋼軌材料：考慮被加工鋼軌的多樣性，此處按U71Mn設計計算。硬度：207255HBS，抗拉強度盯

27、6880MP。 生產綱領：90萬噸年，24小時工作。 (2)工藝分析 加工該組孔時，孔的位置度公差為00.1mm，孔徑公差為±1mm，孔距公差為±1mm。 根據組合機床用的工藝方法及能達到的經濟精度，采用如下的加工方案：一次性加工螺栓孔，即采用三軸主軸箱，三軸同步鉆削，孔徑為31mm。 (3)定位基準及夾緊點的選擇 加工此種規格鋼軌，由于鋸切、鉆孔加工為同一工序，同用一次裝夾，故鋼軌通過機床工作臺支撐面和水平方向兩個夾緊點、豎直方向三個夾緊點聯合限制、五個自由度，其中豎直方向一夾緊點作用還在于限制鋸斷端頭自動脫落的影響。 工件為大批量連續生產，為了提高生產效率，減輕工人勞動

28、量，因此在保證加工精度的情況下，采用機床固定位置安裝液壓驅動自動控制的夾緊裝置。 (4)控制系統的選擇 傳統上，電機驅動應用最為廣泛，而液壓驅動則是近代才得到巨大發展，對比方案如下： 電機驅動，在整個傳動系統上，必須選擇機械機構，實現夾緊、進給和切削加工的主運動；動力傳遞上，可以選擇齒輪、螺紋實現機構力的傳遞。液壓傳動，則由液壓缸來驅動鋸床、鉆床滑臺的進給，夾具同時采用液壓控制，夾緊力大且易于實現。 電機驅動，機械傳動，設備易于實現，且設備簡單，易于維護，對環境要求也較低，但是設備笨重，占據大量空間，加工精度低，不易實現自動控制；在加工對象改變時，不易輕松改裝和調整，不易實現整條生產線的自動化

29、控制，發展空間小。液壓驅動，控制精度高，可以實現無級調速，易于實現生產的自動化。但實現液壓系統的條件較高，對環境要求也較高，成本投入大，尤其在應用高質量元件時，常常需要數倍價格的進口元件。 最終方案將綜合考慮兩者的優缺點，在進給和裝夾上，采用液壓控制，在主運動上，采用電機驅動，從而在成本上得到控制，在系統性能上得到改善。2.2.2確定組合機床的配置形式和結構方案 (1)被加工零件的加工精度 被加工零件需要在組合機床上完成的加工工序及應保證的加工精度，是制造機床方案的主要依據。75kg/m鋼軌鋸切端面及螺栓孔的加工精度要求相對不高，采用鋸鉆聯合機床，一次加工成型，不再需要后續精加工。為此，本聯合

30、機床采用鋸鉆雙面對置式布置；主運動采用機電動力，機械傳動；進給運動采用液壓驅動，自動控制；裝夾裝置采用液壓驅動自動夾緊。 (2)被加工零件的工藝特點 工藝特點主要指零件的材料、硬度、剛度及加工部位的結構形狀、定位基準面的特點，它們對機床工藝方案制定有著重要影響。此鋼軌材料是U71Mn、硬度207255 HBS，抗拉強度吼880MP。孔的位置距鋼軌底面高度80. 4mm，呈水平直線布置，不均勻分配，孔徑為31mm。采用群鉆同步加工，零件的剛度足夠，工件受力不大，振動、發熱變形等對工件影響可以不計。 一般來說，孔中心線與定位基準面平行且需由一面或幾面加工的零件宜用臥式機床，立式機床適宜加工定基準面

31、是水平的且被加工孔與基準面垂直的工件，而不適宜加工安裝不方便或高度較大的細長工件。對大型箱體件采用單工位機床加工較適宜，而中小型零件則多采用多工位機床加工。 此零件的加工特點是中心線與定位基準平面是平行的，并且定位基準面是水平的?？椎姆植际撬街本€，加工量較少，因而適合選擇臥式多單工位鉆床。 (3)零件的生產批量 零件的生產批量是決定采用單工位還是多工位、自動線還是半自動線等生產特點設計組合機床的重要因素。按設計要求，生產綱領為年生產量90萬噸，折合百米重軌12萬件。從工件外形尺寸和加工特點看，為了減少加工時間，提高生產效率，采用多軸頭，即三鉆頭同步加工。 (4)機床使用條件 由于組合機床對對

32、車間布置情況、工序問的聯系、廠方的技術能力和自然條件等均有一定的要求。再根據使用方實際情況及具體要求來選擇組合機床類型及布置形態。 綜合以上所述：通過對鋼軌的結構特點、加工部位、尺寸精度和技術要求、定位夾緊方式等工藝要求的考量，并考慮機床的總體布局和技術性能等各方面要求，最終決定設計三軸頭單工位同步鉆床。2.3確定切削用量及選擇刀具2.3.1確定工序間余量 為了使加工過程順利進行并保證加工精度穩定，必須合理地確定工序余量。生產中常用查表給出的組合機床對孔加工的工序余量，但由于鋼軌鉆孔工序為一次加工（一刀）成型，無后續加工，且可保證精度要求，故不存在工序間余量。31mm螺栓孔直接由30mm鉆頭鉆

33、孔，加工余量為： 式中：d-孔徑； L-鉆孔深度，此處通孔即為鋼軌厚度。2.32選擇切削用量 因為所設計的組合機床（鉆床部分）為三軸同步加工，在大多數情況下，所選切削用量，根據經驗比一般通用機床單刀加工低30%左右。多軸主軸箱上所有刀具共用一個進給系統，通常為標準動力滑臺，工作時，要求所有刀具的每分鐘進給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進給量( mm/min)。因此，主軸箱上的三個刀具主軸應設計成相同轉速和相同的每轉進給量( rnm/r)。 由于鋼軌螺栓孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術要求都是相同的，按照經濟且滿足加工要求的原則，采用查表法得： 參考3表20-21，選用硬質合金淺孔鉆。鉆頭

34、直徑D=30mm。 參考3表28-16，取進給量f=0. 5mmr，切削速度v=13m/min。2.3.3確定切削力、切削扭矩、切削功率 根據選定的切削用量（主要指切削速度v及進給量f），進而確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）及災具設計的依據；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動件（齒輪，傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電動（一般指動力箱）功率。 (1)鉆床工進時的軸向力 75k g/m的鋼軌加工要求有三個螺栓孔，因為鉆床是由電動機驅動，通過機械傳動將動力傳遞給鉆頭，工進時同步對鋼軌進行鉆削加工，考慮受力相等的三個鉆頭，因此計算時選擇群鉆公式。 由3表28-6，軸向力計算公式為

35、：F=C式中：do-鉆頭直徑(mm)； f -進給量(mm/r)； V-鉆削速度(m/min)； 其余為軸向力相關參數。 考慮加工鋼軌的材料有所不同，故公式中各項參數值有所不同，按75kg/m鋼軌計算，加工螺栓孔直徑為31mm，材料的抗拉強度不小于880MP，因此， 參考3表28-6，取、。 將各參數代入上式得，群鉆加工時軸向力為： 本機床共有三個鉆頭同時鉆孔，故鉆孔總軸向力為： F=3F=36.3KN (2)鉆床工進時的轉矩 由3表28-6，鉆削轉矩計算公式為： 式中：鉆削加工轉矩計算相關參數。 參考3表28-6，取C=0. 625、Y =0. 923、=0. 059、=1.1。 將各參數代

36、入上式得，加工時所需轉矩為：本機床工有三個鉆頭同時鉆孔，故鉆孔總鉆矩為： (3)鉆床切削功率切削速度與鉆頭直徑已選定，由公式可知，切削轉速為： 因此可估算的鉆床切削功率為：式中：p切削功率 T切削總轉矩2.34 選擇刀具結構 鋼軌硬度為207255HBS，孔徑為31mm，鉆孔深度為20mm。刀具材料選擇硬質合金，為了使工作可靠、結構簡單、刃磨及更換方便，選擇標準30的硬質合金淺孔鉆。其顯著優點還在于淺孔鉆不會將孔鉆偏，且能加工出較低粗糙度和較高精度的圓度和圓柱度的孔。加工刀具的長度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾端與導向套之間有3050mm的距離，以便排出切屑和刀具磨損后有一定的向前的調整量。該刀

37、具總長133mm，工作部長88mm。其他尺寸詳見3表20-21。 2.4鉆孔組合機床總體設計“三圖一卡”的編制 前面對三軸頭單工位同步鉆床的工藝方案、配置型式、結構方案確定做了相關分析說明，它是鉆床總體設計的重要內容。下面以鉆床加工鋼軌具體說明總體設計的另一個問題：總體設計方案的圖紙表達形式“三圖一卡”設計。其內容包括： 繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯系尺寸圖、編制生產率卡。 2.4.1 被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據選定的工藝方案，表示一臺組合機床完成的工藝內容，如加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求，加工用的定位基準、夾具部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道

38、工序加工前毛坯或半成品狀況的圖紙，它不能用用廣提供的圖紙代替，而是在原零件圖基礎上，突出木機床的加工的內容，加上必要的說明繪制成的。它是組合機床設計的主要依據，也是制造、使用、檢驗和調整機床的重要技術文什。鋼軌用鉆孔組合機床的被加工零件工序圖如2.2所示。 圖上主要內容包括： 1)被加工零件的形狀，主要外廓尺寸和本機床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技術要求，以及對上道工序的技術要求等。 2)本工序所選定的定位基準、夾緊部位及夾緊方向。 3)加工時如需要中間向導，應表示出工件與中間向導有關部位結構和尺寸，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉。 4)被加工零件的名稱、編號、材料

39、、硬度及被加工部位的加工余量等。圖2.2被加工零件工序圖 附注：1被加工零件名稱及編號：75kg/m鋼軌； 2材料及硬度：U71Mn， HBS207-255; 3工序名稱：鉆31mm孔；加工設備：鉆床。2.4.2加工示意圖 (1)加工示意圖的作用和內容 加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖樣上的反映，表示被加工零件在機床上的加工過程，刀具的布置以及工件、夾具、刀具的相對位置關系，機床的工作行程及工作循環等，是刀具、夾具、多軸箱、電氣和液壓系統設計選擇動力部件的主要依據，是整臺組合機床布局形式的原始要求，也是調整機床和刀具所必需的重要文件。 圖2.3為組合機床上鉆削鋼軌腰部三個螺栓孔的加工示意圖。

40、圖2.3加工示意圖 在圖上應標注的內容： 1)機床的加工方法，切削用量，工作循環和工作行程。 2)工件、夾具、刀具及多軸箱端面之間的距離等。 3)主軸的結構類型，尺寸及外伸長度，刀具類型，數量和結構尺寸，刀具、接桿、主軸之間的連接方式，刀具加工終了位置等。 (2)繪制加工示意圖之前的有關計算 1)刀具的選擇 刀具選擇考慮加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生產率要求等因素。刀具的選擇前己述及，此處不在贅述。 2)初定主軸類型、尺寸、外伸長度 因為軸的材料一般選為45鋼或40Cr，調質處理，其剪切彈性模量，剛性主軸許用扭轉角取。 由6表6-1-2，按扭轉剛度計算軸徑為： 式中：d軸最小直徑(m

41、m)； B系數，當材料的剪切彈性模量G=8.lMPa，剛性主軸許用扭轉角取m時，B=2. 316。非剛性主軸，B=l. 948;傳動軸，B=1.638 T軸所承受的轉矩(Nm)。 本設計中所有主軸直徑皆取d=40mm，由2表4-7，查得主軸外伸長度為135mm，內孔孔深129mm，D/d=67/48。 (3)確定加工示意圖的聯系尺寸 從保證加工終了時主軸箱端面到工件端面間距離最小來確定全部聯系尺寸，加工示意圖聯系尺寸的標注如圖2.3所示。其中最重要的聯系尺寸即工件端面到多軸箱端面之間的距離（圖中的尺寸560mm），它等于刀具懸伸長度、螺母厚度、主軸外伸長度與接桿伸出長度（可調）之和，再減去加工

42、孔深度和切出值。 (4)工作進給長度的確定 工作進給長度I應等于工件加工部位長度d與刀具切入長度Lr和切出長度Lc之和。 切入長應根據工件端面誤差情況在510mm之間選擇，誤差大時取大值，因此取Lr=lOmm，切出長度Lc=l/3d+(38)15mm，所以L=20+10+15=45mm?？紤]被加工鋼軌型號略有不同，此處取工作進給長度為60mm。 (5)快進長度的確定 考慮實際加工情況，在未加工之前，保證工件表面與刀尖之間有足夠的工作空間，也就是快速退回行程須保證所有刀具均退至遠離夾具和工件而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為340mm，快退行程等于快進與工進行程之和，因此快進長度為280mm

43、。2.4.3機床聯系尺寸圖 (1)聯系尺寸圖的作用和內容 一般來說，組合機床是由標準的通用部件動力箱、動力滑臺、底座加上專用部件多軸箱、刀、輔具系統、夾具、液、電、冷卻、潤滑、排屬系統組合而成。聯系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配和運動關系，以檢驗機床各部件的相對位置及尺寸聯系是否滿足要求，通用部件的選擇是否合適，并為進一步開展主軸箱、夾具等專用部件、零件的設計提供依據。聯系尺寸圖也可以看成是簡化的機床總圖，它表示機床的配置型式及總體布局。 機床聯系尺寸圖的內容包括機床的布局形式，通用部件的型號、規格、動力部件的運動尺寸和所用電動機的主要參數、工件與各部件間的主要聯系尺寸，專用部件的輪廓

44、尺寸等。 鋸鉆聯合機床機床聯系尺寸圖如圖2.4。 (2)選用動力部件 選用動力部件主要選擇型號、規格合適的動力滑臺、動力箱。 1)滑臺的選用 通常，根據滑臺的驅動方式、所需進給力、進給速度、最大行程長度和加工精度等因素來選用合適的滑臺。 驅動形式的確定 根據對液壓滑臺和機械滑臺的性能特點比較，并結合具體的加工要求、使用條件選擇。本機床選用常用的臥式HY系列液壓滑臺。 確定軸向進給力 刀具工進時產生總的軸向力由2.2.3計算出為36.3KN，但由于滑臺工作時，除了克服各主軸的軸向力外，還要克服滑臺移動時所產生的摩擦力，以及慣性負載、背壓負載等。具體計算詳見本文第四章，此取其計算結果Fmax=43

45、.7KN。圖2.4機床聯系尺寸圖確定進給速度 液壓滑臺的工作進給速度規定一定范圍(0. 3320mm/s)內無級調速，對液壓滑臺確定切削用量時所規定的工作進給速度應大于滑臺最小工作進給速度的0.51倍；液壓進給系統中采用壓力繼電器時，實際進給速度應更大一些。本系統中進給速度為：v=nf=0.5mm/r138.0r/min=69.0mm/min.確定滑臺行程 滑臺的行程除保證足夠的工作行程外，還應留有前備量和后備量。前備量的作用是動力部件有一定的向前移動的余地，以彌補機床的制造誤差以及刀具磨損后能向前調整，一般大于1020mm。后備量的作用是使動力部件有一定的向后移動的余地，為方便裝卸刀具，后備

46、量一般不小于4050mm。本系統前備量取為40mm，后備量取為80mm，所以滑臺總行程應大于工作行程、前備量、后備量之和。 即：行程L> 340+40+80=460mm，取系列值L=500mm。 工作質量計算液壓滑臺工作質量包括滑臺組件、動力箱、電機等，粗略估計總質量為30t。 綜合上述條件，參考3表52-9，選擇液壓動力滑臺型號為1HY50。名義尺寸500mm，工作進給速度范圍32800mm/min，最大速度12m/min。其他尺寸詳見表述。 2)動力箱的選用 動力箱主要依據多軸箱所需的電動機功率來選用，在多軸箱沒有設計之前，其功率可由下式估算： 式中：n多軸箱傳動效率，加工黑色金屬時

47、=0.80.9，本機床加工合金鋼，取=0. 85。 動力箱的電動機功率應大于計算功率，并結合主軸要求的轉速大小選擇。因此，選用電動機型號為Y180L-8的動力箱，電機軸與支腳高度為180mm，動力箱輸出軸至箱底面高度為220rnm。主要技術參數如下表： 電機型號電機轉速(r/min)電機功率(kw)額定轉矩(kN/m) Y180L-8 730 1 1 2 (3)確定裝料高度 裝料高度指工件安裝基面至機床底面的垂直距離。組合機床標準中，推薦裝料高度為1060mm，但根據具體情況，如車間運送工件的滾道高度、多軸箱最低主軸高度等因素，裝料高度可視具體情況在H=8501060mm之間選取，考慮運送輥道

48、高度，本系統取裝料高度為800mm。 (4)中間底座輪廓尺寸 中間底座的輪廓尺寸要滿足工件加工及定位要求，又要考慮裝料高度、夾具及聯接方式，以及機床總體尺寸和位置關系。同時還應考慮多軸箱處于終了位置時，多軸箱與夾具之間應有適當距離，以便于機床調整、維修；另外中間底座周邊應有不小于70100mm的排屑或冷卻液回流槽。中問底座長度方向尺寸L，要根據所選動力部件和夾具安裝要求來確定。一般可按下式計算： 式中:L加工終了位置時，多軸箱端面至工件端面間的距離。此選L=290mm，L=300mm; L多軸箱厚度，此多軸箱用90mm后蓋，厚度為325mm; L工件長度，L=150mm; l滑臺與多軸箱重合長

49、度，此為180mm; l加工終了位置時，滑臺前端至滑臺端面間的距離和前備量之和，此為40mm; 滑臺前端面與側底座端面距離，此為l10mm。 由此，計算中間底座長度為： L= (310+290+2 x325+110) -2×(180+40+110) =700mm 取標準值L=710mm。 因此，參考3表52-14，中間底座采用平底座：Bz=710mm，Hz=710mm。 (5)確定多軸箱輪廓尺寸 標準通用多軸箱的厚度是一定的，臥式為325mm，立式為340mm。因此，確定多軸箱尺寸，主要是確定多軸箱寬度B和高度H及最低主軸高度向。本機床配置的多軸箱厚度取為325mm，寬度和高度按標準

50、尺寸中選取。 多軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關，可按下式確定：B=b+2b 式中：b工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離； b最邊緣主軸中心距箱外壁的距離； h工件在高度方向相距最遠的兩孔距離； h最低主軸高度； 為保證多軸箱有排布齒輪的足夠空間，推薦b >85140mm。 主軸箱最低主軸高度h須考慮到與工件最低孔位置（h=80. 4mm）、機床裝料高度( H=800mm)、滑臺滑座總高(h)等尺寸之間的關系而確定。對于臥式組合機床，h還要保證潤滑油不致從主軸襯套處泄露，通常推薦h>85140mm。選取h=140mm。B=b+2b=350+2100=550mm

51、H=h十h+2b=0+140+2100=340mm 根據上述計算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標準，參考3表52-16，選擇動力箱型號為1TD50A，主軸箱輪廓尺寸Bx×Hx=630mm×400mm。2.4.4生產率計算卡 生產率計算卡是反映所設計機床的工作循環過程、動作時間、切削用量、生產率、負荷率等技術文件，通過生產率計算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產率及負荷率的要求。計算如下： 切削時間： 式中：t機加工時間(S); l工進行程長度(mm)； v刀具進給量(mm/s); t t死擋鐵停留時間。一般為在動力部件進給停止狀態下，刀具旋轉515 r所需要時間。這里取15

52、r。 輔助時間： t=式中：l分別為動力部件快進、快退長度(mm)； v快速移動速度( rnm/s)； t夾具移動時間(S)，一般為38s，此取5s; t裝卸工件時間(s)一般為3090s，此取90s。機床生產率： Q=3600/t=3600/(t+t) =3600/(126.5+106.2) =15.47件/h機床負荷率： = =92.82式中：Q機床的理想生產率（件/h）；A年生產綱領（件），90萬噸折合75kg/m百米鋼軌12萬什；t年工作時間，三班制300工作日年工作時間t=7200h。根據組合機床的使用經驗，適宜的機床負荷率為= 0.80.95。 所以該負荷率滿足要求。最終確定本機床生產率計算卡如表2.1所示。表2.1 生產率計算卡圖號毛坯種類軋件被加工零件名稱75kg/m鋼軌毛坯重量約8000kg材料U71Mn硬度HBS207-255 工序名稱鋸切斷面，鉆螺栓孔 工序號序行程切削速度進給量進給速度工時s 號工步名稱mmmminmmrmmS工進輔助l安裝工件52定位夾緊53鋸滑臺快進4鋸鋼軌端而5鋸滑臺快退6鉆滑臺快進2