PAGEIIPAGE2完寧XX大學畢業設計(論文)題目減速器底座雙面鉆床設計-總體結構及PLC控制系統設計組合機床設計學生姓名學)摘要本論文主要說明組合機床設計的基本過程及要求。組合機床是按高度集中原則設計的，即在一臺機床上可以同時完成同一種工序或多種不同工序的加工。組合機床發展于工業生產末期，與傳統的機床相比：組合機床具有許多優點：效率高、精度高、成本低。它由床身、立柱、工作臺、及電源一些基本部件及一些特殊部件，根據不同的工件加工所需而設計的。在組合機床上可以完成很多工序，但就目前使用的大多數組合機床來說，則主要用于平面加工和孔加工兩大類工序。論文主要內容包括四大部分：（1）、制定工藝方案通過了解被加工零件的加工特點、精度和技術要求、定位夾緊情況、生產效率及機床的結構特點等，確定在組合機床上完成的工藝內容及加工方法，并繪制被加工零件工序圖。（2）、組合機床的總體設計 確定機床各部件之間的相互關系，選擇通用部件和刀具的導向，計算切削用量及機床生產效率、繪制機床的尺寸聯系圖及加工示意圖。（3）、組合機床部件設計 包括專用多軸箱的設計，傳動布局合理，軸與齒輪之間不發生干涉，保證傳動的平穩性和精確性。專用主軸設計、軸承的選用及電機的選擇等。（4）、液壓裝置的設計 液壓滑臺、定位夾緊裝置均為液壓控制。并采用了許多液壓控制閥，保證了運動的平衡性，循環性和精確性。 關鍵詞：組合機床；設計；過程；功能PAGEPAGE15AbstractThisthesismainlyelucidatesthebasicprocessandrequirementsthatdesignofthecombinationmachine.Combinationmachineisdesignedaccordingthefundamental,whichhighlycentralized,or,morecorrectlyitcanprocessoneworkingprocedureormoredifferentworkingproceduresatonetime.Combinationmachinewasdevelopedintheendofindustrialproductioncomparedwithtraditionalmachine;combinationmachinehasmanyadvantages,suchashighefficiency,highaccuracyandlowcost.Itiscomposedofsomegeneralparts,suchasbed,column,workable,powerunit,andsomespecialpartsdesignedaccordingtodifferentworkpiecemachiningneed.Theprefaceofalotofworkscanbecompletedonthecombinationmachine,butinregardtothemajoritycurrentusageofcombinationmachine,thenandprimarilyusedfortheflatsurfacetoprocessandtheboretoprocesstwobigworkpreface.Themainpartincluding:(1)FormulatingtechnologicalplanWe,velearnedthecharacteristicofthepartdesigned,accuracyandspecification,locatingandfixing,productivityandmachiningstructurebythepractice.Thenthetechnologicaloperationandworkordercanbedeterminedwhichcanbefinishedincombinationmachine.(2)Combinationmachineframedesigndeterminestheinterrelationofthedifferentpartinthemachiningtool,selectgeneralpartsandtooloriented.Thencomputecutfeedandproductivityfinallydrawasketchmapofthemachine.(3)Combinationmachinepartsdesignincludingheadstock、propertransmissionlayout、shaftandgearmovefreelywithoutinterferencewhichensurethestabilityandaccuracyduringtransmission,thendesigndedicatedselectbearingsandengineetc.(4)Itadoptsmanyhydrauliccontrolvalves,whichensurethestability,circulationandaccuracy.Keywords:combinationmachine;design;process;function全套設計請加197216396或401339828目錄摘要 2Abstract 3目錄 41緒論 61.1課題研究意義 6鉆孔專用設備應用 61.3鉆孔專用設備 7多軸頭 71.3.2多軸箱 8多軸鉆床 81.3.4自動更換主軸箱機床 81.4鉆孔專用設備趨勢 92減速器底座機械加工工藝 102.1了解零件的功用及技術要求 10分析零件的結構工藝性 10毛坯選擇 10毛坯的種類 10鑄件制造方法的選擇 10鑄件的尺寸公差與加工余量 11定位基準的選擇 112.5擬定工藝路線 12確定各表面的加工方法 12加工順序的安排 12確定加工余量 13計算工序尺寸及公差 14確定各工序切削用量 14機床及工藝裝備的選擇 143組合機床的總體設計 193.1組合機床方案的制定 193.1.1制定工藝方案 193.1.2確定組合機床的配置形式和結構方案 193.2確定切削用量及選擇刀具 213.2.1確定工序間余量 213.2.2選擇切削用量 213.2.3確定切削力、切削扭矩、切削功率 223.2.4選擇刀具結構 223.3鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制 223.3.1被加工零件工序圖 233.3.2加工示意圖 243.3.3機床聯系尺寸圖 293.3.4生產率計算卡 314減速器底座螺紋孔底孔夾具設計 334.1研究原始質料 334.2定位、夾緊方案的選擇 33切削力及夾緊力的計算 334.4誤差分析與計算 354.5夾具設計及操作的簡要說明 375基于PLC的組合機床控制系統設計 385.1引言 385.2組合機床的運動及控制要求 385.3plc控制系統的程序設計 41結束語 42結論 44致謝 45參考文獻 46

1緒論1.1課題研究意義市場的開放性和全球化使產品的競爭日趨激烈。而決定產品競爭力的指標是產品的開發時間(Time)，產品(Quality)，成本(Cost)，創新能力(Creation)和服務(Service)。用戶在追求高質量產品的同時，會更多的追求較低的價格和較短的交貨周期。美國制造業在20世紀50至40年代主要以擴大生產規模作為企業競爭力的第一要素，而在70年代競爭力的第一要素為降低生產成本，80年代為提高產品質量，90年代為市場響應速度。所以現代企業都期望通過提高自身的科技含量，增強競爭力。制造業是國家重要的基礎工業之一，制造業的基礎是。是眾多機械制造的母機，它的發展水平，與制造業的生產能力和制造精度有著直接關系，關系到國家機械工業以至整個制造業的發展水平.是先進制造技術的基本單元載體，機械產品的質量、更新速度、對市場的應變能力、生產效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業對于一個國家經濟發展起著舉足輕重的作用我國是世界上產量最多的國家.根據德國工業協會(VDW)2000年統計資料，在主要的生產國家中，中國排名為世界第五位。但是在國際市場競爭中仍處于較低水平:即使在國內市場也面臨著嚴峻的形勢:一方面國內市場對各類產品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產滯銷積壓，國外產品充斥市場。據統計，一般在車間中普通機床的平均切削時間很少超過全部工作時間的15%。其余時間是看圖、裝卸工件、調換刀具、操作機床、測量以及清除鐵屑等等。使用數控機床雖然能提高85%，但購置費用大。某些情況下，即使生產率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機床低。故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點，就鉆削加工而言，鉆孔專用設備是一種通過少量投資來提高生產率的有效措施。雖然不可調式多軸頭在自動線中早有應用，但只局限于大批量生產。即使采用可調式多軸頭擴大了使用范圍，仍然遠不能滿足批量小、孔型復雜的要求。尤其隨著工業的發展，大型復雜的鉆孔專用設備更是引人注目。例如原子能發電站中大型冷凝器水冷壁管板有15000個ψ20孔，若以搖臂鉆床加工，單單鉆孔與锪沉頭孔就要841.5小時，另外還要劃線工時151.1小時。但若以數控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要171.6小時，劃線也簡單，只要1.9小時。因此，利用數控控制的二個坐標軸，使刀具正確地對準加工位置，結合鉆孔專用設備不但可以擴大加工范圍，而且在提高精度的基礎上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機30種箱形與桿形零件的2000多個鉆孔操作中，有40%可以在自動更換主軸箱機床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少20%的加工時間。1975年法國巴黎機床展覽會也反映了鉆孔專用設備的使用愈來愈多這一趨勢。1.3鉆孔專用設備鉆孔專用設備是在一次進給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工一個孔。這不僅縮短切削時間，提高精度，減少裝夾或定位時間，并且在數控機床中不必計算坐標，減少字塊數而簡化編程。它可以采用以下一些設備進行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機床心及自動更換主軸箱機床。甚至可以通過二個能自動調節軸距的主軸或多軸箱，結合數控工作臺縱橫二個方向的運動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個或幾個工序。現在就這方面的現狀作一簡介。1.3.1多軸頭從傳動方式來說主要有帶傳動、齒輪傳動與萬向聯軸節傳動三種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結構簡單，后者易于調整軸距。從結構來說有不可調式與可調式二種。前者軸距不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于大批量生產。為了擴大其贊許適應性，發展了可調式多軸頭，在一定范圍內可調整軸距。它主要裝在有萬向.二種。（1）萬向軸式也有二種:具有對準裝置的主軸。主軸裝在可調支架中，而可調支架能在殼體的T形槽中移動，并能在對準的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圓柱形主軸套。主軸套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規則分布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進行工作。這種鉆孔專用設備方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度的關系，使用范圍有限。1.3.2多軸箱也象多軸頭那樣作為標準部件生產。美國Secto公司標準齒輪箱、多軸箱等設計的不可調式多軸箱。有32種規格，加工面積從300Ｘ300毫米到600Ｘ1050毫米，工作軸達60根，動力達21.5千瓦。Romai工廠生產的可調多軸箱調整方便，只要先把齒輪調整到接近孔型的位置，然后把與它聯接的可調軸移動到正確的位置。因此，這種結構只要改變模板，就能在一定范圍內容易地改變孔型，并且可以達到比普通多軸箱更小的孔距。根據成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的組合機床很適用于大中批量生產。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數點：（1）工件裝夾簡單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。（2）夾具剛性好，加工時不形變，分度定位正確。（3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調整，從而縮短換刀停機時間。（4）使用優質刀具，監視刀具是否變鈍，鉆頭要機磨。（5）尺寸超差時能立即發現。1.3.3多軸鉆床這是一種能滿足鉆孔專用設備要求的鉆床。諸如導向、功率、進給、轉速與加工范圍等。巴黎展覽會中展出的多軸鉆床多具液壓進給。其整個工作循壞如快進、工進與清除鐵屑等都是自動進行。值得注意的是，多數具有單獨的變速機構，這樣可以適應某一組孔中不同孔徑的加工需要。1.3.4自動更換主軸箱機床為了中小批量生產合理化的需要，最近幾年發展了自動更換主軸箱組合機床。(1)自動更換主軸機床自動更換主軸機床頂部是回轉式主軸箱庫，掛有多個不可調主軸箱。縱橫配線盤予先編好工作程序，使相應的主軸箱進入加工工位，定位緊并與動力聯接，然后裝有工件的工作臺轉動到主軸箱下面，向上移動進行加工。當變更加工對象時，只要調換懸掛的主軸箱，就能適應不同孔型與不同工序的需要。(2)多軸轉塔機床轉塔上裝置多個不可調或萬向聯軸節主軸箱，轉塔能自動轉位，并對夾緊在回轉工作臺的工件作進給運動。通過工作臺回轉，可以加工工件的多個面。因為轉塔不宜過大，故它的工位數一般不超過4—6個。且主軸箱也不宜過大。當加工對象的工序較多、尺寸較大時，就不如自動更換主軸箱機床合適，但它的結構簡單。(3)自動更換主軸箱組合機床它由自動線或組合機床中的標準部件組成。不可調多軸箱與動力箱按置在水平底座上，主軸箱庫轉動時整個裝置緊固在進給系統的溜板上。主軸箱庫轉動與進給動作都按標準子程序工作。換主軸箱時間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉工作臺，以便加工工件的各個面。好果回轉工作臺配以卸料裝置，就能合流水生產自動化。在可變生產系統中采用這種裝置，并配以相應的控制器可以獲得完整的加工系統。(4)數控八軸落地鉆床大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達15000個，它與支撐板聯接在一起加工。孔徑為20毫米，孔深6.80毫米。采用具有內冷卻管道的麻花鉆，5－7巴壓力的冷卻液可直接進入切削區，有利于排屑。鉆尖磨成90°供自動定心。它比普通麻花鉆耐用，且進給量大。為了縮短加工時間，以8軸數控落地加工。1.4鉆孔專用設備趨勢鉆孔專用設備生產效率高，投資少，生產準備周期短，產品改型時設備損失少。而且隨著我國數控技術的發展，鉆孔專用設備的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。2減速器底座機械加工工藝2.1了解零件的功用及技術要求熟悉用途（機械傳動有級調速）、性能及工作條件密封（保證齒輪系中無雜，無灰層進入，機油潤滑），在產品中的位置（處于電機與執行機構之間）和功用（齒輪間的傳動比來改變轉速），零件的結構工藝分析主要應考慮以下幾個方面：零件的結構工藝分析主要應考慮以下幾個方面：（1）零件的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的要求應經濟合理，重要尺寸精度φ35，φ40，φ48公差在0.025之內，形位公差垂直度要求0.05之內,一般尺寸精度為9-11級。（2）各加工表面的幾何形狀應盡量簡單。（3）有相互位置要求的表面應盡量在一次裝夾中加工。該箱體在加工時，對φ35和φ40二孔加工要保證孔與孔的孔距高度方向在33±0.03及孔與孔軸線垂直度在0.05之內，故對φ35和φ40加工時采用一次定位安裝來加工。—鑄件HT15-132（適用于形狀復雜的毛坯，良好的耐磨性、抗震性、切削加工性和鑄造性能）—表1-6HT的牌號、性能及主要用途（機械制造基礎）毛坯制造方法應與材料的工藝性、零件的結構形狀及大小、生產類型及特點以及工廠的現有條件相適應毛坯種類制造精度（IT）加工余量原材料工件尺寸工件形狀砂型鑄造13級以下大HT15-132各種尺寸復雜表1-2各類毛坯的特點及應用范圍1、鑄件的尺寸公差（GB646.8-1986）規定：鑄件尺寸代號為CT，分16級造型材料公差等級CT灰鑄鐵自硬砂11~13表1-4小批和單件生產鑄件的尺寸公差等級表1-5鑄件尺寸公差數值（機械制造技術課程設計）2鑄件加工余量表1-6用于成批和大量生產與鑄件尺寸公差配套使用的鑄件機械加工余量等級和表1-7鑄件尺寸公差配套使用的鑄件機械加工余量（機械制造技術課程設計）3鑄件最小孔徑表面類型成批生產通孔15~30MM表1-8鑄件最小孔徑3毛坯—零件合圖用查表法確定各表面的加工總余量和余量公差。表1-5鑄件尺寸公差數值（機械制造技術課程設計）表1-6用于成批和大量生產與鑄件尺寸公差配套使用的鑄件機械加工余量等級和表1-7鑄件尺寸公差配套使用的鑄件機械加工余量（機械制造技術課程設計）正確地選擇定位基準是設計工藝過程的一項重要內容，也是保證加工精度的關鍵。定位基準分為粗基準和精基準。對于無合適定位面的零件可在毛坯上另外專門設計或加工出定位表面，稱為輔助基準。定位基準的選擇原則（機械制造基礎P254）粗基準的選擇原則應選擇不加工表面為粗基準。對于具有較多加工表面的工件，粗基準的選擇，應合理分配各加工表面的加工余量，以保證：各加工表面都有足夠的加工余量；對某些重要的表面，盡量使其加工余量均勻；使工件上各加工表面總的金屬切除量最小；作為粗基準的表面，應盡量平整，沒有澆口，冒口或飛邊等其它表面缺陷，以便定位準確；同一尺寸方向上的粗基準表面只能使用一次；2.5擬定工藝路線工件各加工表面的加工方法和加工次數是擬定工藝路線的重要內容。主要依據零件各加工表面本身的技術要求確定，同時還要綜合考慮生產類型，零件的結構形狀和加工表面的尺寸，工廠現有的設備情況，工件材料性質和毛坯情況等。在確定了零件各表面的加工方法之后，就要安排加工的先后順序，零件加工順序是否合適，對加工質量，生產率和經濟性有著較大的影響。機械加工順序的安排在安排機械加工順序時，一般遵循先粗后精．先面后孔．先主后次．基準先行的原則。對于工序內容復雜的零件則視具體情況采取工序集中與分散的原則處理。加工階段的劃分對于精度和表面質量要求較高的零件，應將粗．精加工分開進行。為此，一般將整個工藝過程劃分階段，按加工性質和作用不同，一般劃分為粗加工階段．半精加工階段．精加工階段和光整加工階段。這對于保證零件加工質量．合理使用機床設備．及時發現毛坯缺陷及合理安排熱處理工序等有很大好處。熱處理工序的安排熱處理工序主要用來改善材料的性能及消除應力。熱處理的方法．次數和在工藝路線中的位置，應根據零件材料和熱處理的目的而定。（退火正火時效）（人工時效）（氮化）↓↓↓毛坯→粗加工→半精加工→精加工→精磨→細磨↑↑（調質退火）（高頻淬火滲碳淬火整體淬火去應力處理）圖1-4熱處理工序的安排圖（機械制造技術課程設計）由圖可得熱處理安排為毛坯→粗加工→半精加工→精加工↑↑（去應力退火時效去應力）（表面淬火）合理安排輔助工序輔助工序種類很多，主要包括檢驗．劃線，去毛刺．清洗．平衡．退磁．防銹．包裝等，根據工藝需要穿插在工序中。合理確定加工余量對零件的加工質量和整個工藝過程的經濟性都有很大影響。余量過大（材料．工時．機床．刀具）則消耗大；余量過小，不能去掉加工前道工序存在的誤差和缺陷層，影響加工質量，造成廢品。故應在保證加工質量的前提下盡量減小加工余量。毛坯余量（總余量）已在畫毛坯圖時確定，這里主要是確定工序余量。平面加工余量加工工序加工長度加工寬度粗加工后精銑≤30≤100＞100~300＞300~1000表1-38平面加工余量鏜孔加工余量項目加工直徑直徑余量半精鏜20~80精鏜30~130表1-37鏜孔加工余量在實心工件上加工H7孔的工序尺寸零件基本尺寸鉆粗鉸精鉸Φ8ΦΦΦ8H7零件基本尺寸鉆擴孔鉆粗鉸Φ12ΦΦΦ12H9表1-132在實心工件上加工H7孔的工序尺寸工序順序確定后，就要計算各個工序加工時所應達到的工序尺寸及其公差。工序尺寸及其公差的確定與工序余量大小．工序尺寸的標注方法．基準選擇．中間工序安排等密切相關，是一項細致的工作。在單件小批生產中，各工序的切削用量一般由操作工人根據具體情況自己確定，以簡化工藝文件。在大批大量生產中則應科學地．嚴格地選擇切削用量，以充分發揮高效率設備的潛力和作用。切削用量的選用與下列因素有關：生產率，加工質量（主要是表面粗糙），切削力所收起的工藝系統彈性變形，工藝系統的振動，刀具耐用度，機床功率等。在綜合考慮上述因素的基礎上，使背吃刀量ap，進給量f，切削速度v的積最大。一般應先盡量取在的ap，其次盡量取大的進給量f，最后取合適的切削速度v.選擇機床：數控銑床．臥式鏜床。夾具（專用夾具）選擇機床和工藝裝備的總原則是根據生產類型與加工要求使所選擇的機床及工藝裝備既能保證加工質量，又經濟合理。中批生產時，通常采用通用機床加專用工．夾具；在大批大量生產條件下，多采用高效率專用機床．組合機床流水線．自動線與隨行夾具。在需要改裝設備或設計專用機床時，應根據具體要求提出設計任務書，其中包括與加工工序內容有關的必要參數，所要求的生產率．保證產品質量的技術條件以及機床的總體布置形式等。在選擇工藝裝備時，既工考慮適應性又要注意新技術的應用，當需要設計專用刀具．量具時，也應提出設計任務書。機械加工工藝過程卡片零件名稱減速箱體材料牌號HT15-33毛坯種類灰鑄鐵工序號工序名稱工序內容設備工藝裝備010毛坯鑄造砂型鑄造自硬砂為造型材料020熱處理1去應力退火030平面粗/半精加工6.80，170尺寸加工數控銑床立銑刀，專用夾具1，機械卡尺040面粗/半精加工15尺寸加工臥式鏜床面銑刀（高速鋼），專用夾具1，機械卡尺050平面粗/半精加工117，130，127尺寸加工臥式鏜床面銑刀（高速鋼），專用夾具1，機械卡尺060孔粗/半精加工Φ35，Φ40臥式鏜床單刃鏜刀，專用夾具2，機械卡尺070鉆孔Φ12080孔粗/半精加工Φ75，Φ47臥式鏜床單刃鏜刀，專用夾具3，機械卡尺090面粗/半精加工2，45臥式鏜床單刃鏜刀，專用夾具3，機械卡尺100鉆孔Φ8，Φ9，Φ14，M5-7H臥式鏜床鉆頭，鉸刀，絲攻，機械卡尺110熱處理2表面淬火120面精加工15，2，45臥式鏜床精銑刀，專用夾具2，機械卡尺130孔精加工Φ35，Φ40，Φ47臥式鏜床雙刃鏜刀，專用夾具2與3，機械卡尺編制（日期）審核（日期）共（）頁第（）頁機械加工工藝卡片零件名稱減速箱體材料牌號HT15-33毛坯種類灰鑄鐵工序裝夾工步工序內容背吃刀量切削速度m/s每分鐘轉數進給量mm/r設備名稱工藝裝備03016.80，1700401151.4，1.1，0501117，130，1271.5，0.75，0602Φ35，Φ401.45，0.6，1/20701Φ1212，0.425，臥式鏜床鉆頭0801Φ750802Φ471.45，0.6，09022，451001Φ8，Φ9，Φ148，0.08，9，14臥式鏜床鉆頭1001M5-7H4.8，臥式鏜床鉆頭編制（日期）審核（日期）共（）頁第（）頁機械加工工序卡片零件名稱減速箱體材料牌號HT15-33毛坯種類灰鑄鐵工序工步號工步內容背吃刀量切削速度m/s每分鐘轉數進給量mm/r設備名稱工藝裝備03015040117，130，127050Φ35，Φ401/6060Φ12臥式鏜床鉸刀080Φ470802，45090Φ8，0.02，臥式鏜床鉸刀100M5-7H臥式鏜床鉸刀編制（日期）審核（日期）共（）頁第（）頁3組合機床的總體設計3.1組合機床方案的制定3.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。根據被加工零件（減速器底座）的零件圖（圖），加工6個螺紋底孔的工藝過程：(1)加工孔的主要技術要求。12個螺紋孔M8底孔直徑均為Φ6.8mm。孔的位置度公差為0.05mm。工件材料為HT200，HB170-241HBS要求生產綱領為（考慮廢品及備品率）年產量2萬件，單班制生產(2)工藝分析加工該孔時，孔的位置度公差為0.05mm。根據組合機床的工藝方法及能達到的精度，可采用如下的加工方案：一次性加工通孔，孔徑為Φ。(3)定位基準及夾緊點的選擇加工此零件上的孔，以上表面限制三個自由度和右端面限制三個自由度，位于中間的孔通過螺桿起到了很好的夾緊作用。在保證加工精度的情況下，提高生產效率減輕工人勞動量，由于工件是大批量生產，因此在設計時就認為是人工夾緊。3.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。減速器底座鉆孔的精度要求較高，可采用鉆孔組合機床。為了加工出表面粗糙度為Raum(2)被加工零件的特點這主要指零件的材料、硬度加工部位的結構形狀，工件剛度定位基準面的特點，它們對機床工藝方案制度有著重要的影響。此減速器底座的材料是HT200、硬度HB170～241、孔的直徑為Φ。采用多孔同步加工，零件的剛度足夠，工件受力不大，振動，及發熱變形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箱體宜用臥式機床，立式機床適宜加工定位基準面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垂直的，并且定位基準面是水平的，工件較小，其孔分布較密集，多軸箱體積較大，一次鉆孔，選擇立式鉆床。(3)零件的生產批量零件的生產批量是決定采用單工位、多工位、自動線或按中小批量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為2萬件，從工件外形及輪廓尺寸，為了減少加工時間，采用多軸頭，為了減少機床臺數，此工序盡量在一臺機床上完成，以提高利用率。(4)機床使用條件根據使用組合機床對車間布置情況、工序間的聯系、技術能力和自然條件等的要求來選擇適合的組合機床。綜合以上所述：通過對減速器底座零件的結構特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術要求、定位、夾緊方式、工藝方法，并定出影響機床的總體布局和技術性能等方面的考慮，最終決定設計四軸頭多工位同步鉆床。確定切削用量及選擇刀具3.2.1確定工序間余量為使加工過程順利進行并穩定的保證加工精度，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，以消除轉、定位誤差的影響。Φ6.8mm的孔在鉆孔時，直徑上工序間余量均為0.2mm。3.2.2選擇切削用量確定了在組合機床上完成的工藝內容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設計的組合機床為多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）應是適合有刀具的平均值。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設計成同轉速和同的每轉進給量（mm/r）與其適應。以滿足直徑的加需要，即：…………………式中：…——各主軸轉速（r/min）——各主軸進給量（mm/r）——動力滑臺每分鐘進給量（mm/min）.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）確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）；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，通過查表計算如下：切削力：=26…………=26×××切削扭矩：=10………=10×××=9979N·mm切削功率：=……………=9979×/(9740×3.6.8×)=kw式中：HB——布氏硬度F——切削力（N）D——鉆頭直徑（mm）f——每轉進給量（mm/r）T——切削扭矩(N·mm)V——切削速度（m/min）P——切削功率(kw).4選擇刀具結構減速器底座的布氏硬度在HB170-241，孔徑D為6.8mm刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W6.8Cr4V），為了使工作可靠、結構簡單、刃磨簡單，選擇標準Φ6.8mm的麻花鉆。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30～50mm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。3.3鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制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。3.被加工零件工序圖1、被加工零件工序圖的作用及內容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，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、硬度等狀況的圖紙。它是在原零件圖基礎上，突出本機床的加工的內容，加上必要的說明繪制成的，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件。減速器底座鉆孔組合機床的被加工零件工序圖如6.8所示。圖上主要內容：（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）被加工零件的名稱、編號、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。2、繪制被加工零件工序圖的注意事項（1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要圖出被本機床的加工內容。繪制時，應按一定的比例，選擇足夠的視圖及剖位視圖，突出加工部位（用粗實線），并把零件輪廓及與機床、夾具設計有關粗實線標記。如圖6.8中定位基準，機械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規定的符號部（用細實線）表清楚，凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應在尺寸數值下方面用表示出來。減速器底座工序圖（2）加工部位的位置尺寸應由定位基準注起，為便于加工及檢查，有時因所選定位基準與設計基準不重合，則須對加工部位要求位置尺寸精度進行分析換算。3.3.2加工示意圖1、加工示意圖的作用和內容減速器底座鉆孔的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、接桿、導向裝置的結構尺寸；刀具與導向置的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式，刀具應按加工終了位置繪制。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。刀具的選擇前已述及，此處就不在追述了。（2）導向套的選擇在組合機床上加工孔，除用剛性主軸的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取決于夾具導向。因此正確選擇導向裝置的類型，合理確定其尺寸、精度，是設計組合機床的重要內容，也是繪制加工示意圖時必須解決的內容。1）選擇導向類型根據刀具導向部分直徑和刀具導向的線速度v=m/min，選擇固定式導向。2）導向套的參數根據刀具的直徑選擇固定導向裝置固定導向裝置的標準尺寸如下表：表3.1固定導向裝置的標準尺dd1DD1D2ll1l2l3l4L522303415040121746固定裝置的配合如下表：表6.8固定裝置的配合導向類別工藝方法DDD1刀具導向部分外徑固定導向鉆孔G7（或F8）H7/g6H7/n6g6圖3.4固定導向裝置的布置（3）初定主軸類型、尺寸、外伸長度因為軸的材料為40Cr，剪切彈性模量G=81.0GPa,剛性主軸取ψ＝1／4（0）／m,所以B取3.316，根據剛性條件計算主軸的直徑為：dB……9式中：d——軸直徑（mm）（24.65）T——軸所承受的轉矩（N·mm）B——系數本設計中主軸直徑d=25mm,主軸外伸長度為：L=115mm，D/為40/28。（4）選擇刀具接桿由以上可知，多軸箱各主軸的外伸長度為一定值，而刀具的長度也是一定值，因此，為保證多軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，就需要在主軸與刀具之間設置可調環節，這個可調節在組合機床上是通過可調整的刀具接桿來解決的,連接桿如圖1.5所示，圖1.5可調連接桿連接桿上的尺寸d與主軸外伸長度的內孔D配合，因此，根據接桿直徑d選擇刀具接桿參數如表3.3所示：表3.3可調接桿的尺寸dD1(h6)d2d3Ll1l2l3螺母厚度28Tr28×2莫氏1號3651425012（5）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321mm）,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，再減去加工孔深度和切出值。（6）工作進給長度的確定如圖3.6工作進給長度應等于工件加工部位長度L與刀具切入長度和切出長度之和。切入長應應根據工件端面誤差情況在5～10mm之間選擇，誤差大時取大值，因此取=8mm，切出長度=1/3d+(3～8)=+712mm，所以=8+12+12=32mm.（7）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夾具導套內而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為120mm，快退長度等于快速引進與工作工進之和，因此快進長度120-45=75mm.圖3.6工作進給長度3.機床聯系尺寸圖圖3.7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、立柱、立柱底座加上專用部件組合而成。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。如圖3.7所示，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，專用部件的輪廓尺寸等。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。1）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HY系列液壓滑臺。2）確定軸向進給力滑臺所需的進給力=∑=4×式中：——各主軸加工時所產生的軸向力由于滑臺工作時，除了克服各主軸的軸的向力外，還要克服滑臺移動時所產生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進給力應大于＝9.56.8KN。3）確定進給速度液壓滑臺的工作進給速度規定一定范圍內無級調速，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0.5～1倍;液壓進給系統中采用應力繼電器時，實際進給速度應更大一些。本系統中進給速度=n·f=6.8mm/min。所以選擇1HY32ⅡA液壓滑臺，工作進給速度范圍20～650mm/min，快速速度10m/min。4）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。本系統前備量為20mm，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，這里取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＞120+20+80=220mm，取L＝630mm。綜合上述條件，確定液壓動力滑臺型號1HY32ⅡA,以及相配套的滑臺底座（1CC321型）。（2）由下式確定動力箱的選用動力箱主要依據多軸所需的電動機功率來選用，在多軸箱沒有設計之前，可算＝／η……………＝／＝KW式中：η——多軸箱傳動效率，加工黑色金屬時；有色金屬時η＝～，本系統加工HT200，取η＝．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Y132M1-6的1TD32I型動力箱，動力箱輸出軸至箱底面高度為mm。主要技術參數如下表：主電機傳動型號轉速范圍（r/min）主電機功率（）配套主軸部件型號電機轉速輸出轉速D50Y132M1-696047041HY32ⅡA,1CC321,1CD3213、配套支承部件的選用立柱底座1CD322。4、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，在現階段設計組合機床時，裝料高度可視具體情況在H＝580～1060mm之間選取，本系統取裝料高度為800mm。5、中間底座輪廓尺寸中間底座的輪廓尺寸要滿足滑臺在其上面聯接安裝的需要，又考慮到與立柱底座相連接。因此，中間底座采用側底座1CD321。6、確定多軸箱輪廓尺寸本機床配置的多軸箱總厚度為340mm，寬度和高度按標準尺寸中選取。計算時，多軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=320，H=250根據上述計算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定主軸箱輪廓尺寸B×H=320×250mm。3.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：T切=L/vf+t停……………=45/＋10/415=min式中：T切——機加工時間（min）L——工進行程長度（mm）vf——刀具進給量（mm/min）t停——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5～10r所需要時間。這里取10r輔助時間T輔=+t移+t裝……=（75＋120）/10003+2=min式中：L3、L4——分別為動力部件快進、快退長度（mm）vfk——快速移動速度（mm/min）t移——工作臺移動時間（min）,一般為～0.13min,取3mint裝——裝卸工件時間（min）一般為0.5～1.5min,本例取2min機床生產率Q1=60/T單…………………=60/（T切+T輔）=60/（+）=件/h機床負荷率按下式計算η=Q/Q1×100%…………=A/Q1tk×100%=20000/×1950×100%=%式中：Q——機床的理想生產率（件/h）A——年生產綱領（件）tk——年工作時間，單班制工作時間tk=1950h4減速器底座螺紋孔底孔夾具設計4.1研究原始質料利用本夾具主要用來加工減速器底座螺紋孔底孔，加工時除了要滿足粗糙度要求外，還應滿足兩孔軸線間公差要求。為了保證技術要求，最關鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產率和降低勞動強度。4.2定位、夾緊方案的選擇由零件圖可知：在對減速器底座螺紋孔底孔孔加工前，底平面進行了粗、精銑加工因此，定位、夾緊方案有：在加工中用作確定工件在夾具中占有正確位置的基準，稱為定位基準。據《夾具手冊》知定位基準應盡可能與工序基準重合，在同一工件的各道工序中，應盡量采用同一定位基準進行加工。該零件以三面定位，滑鞍上的裝配基準為平面，而它們又是滑鞍上其他要素的設計基準，因此以這些裝配基準平面作為定位基準，避免了基準不重合誤差，有利于提高滑鞍各主要表面的相互位置精度。有零件圖可知,根據本道工序，選底面和側面為定位基準。刀具的幾何參數：由參考文獻[5]查表可得：圓周切削分力公式：式中查[5]表得：查[5]表取由表可得參數：即：同理：徑向切削分力公式：式中參數：即：軸向切削分力公式：式中參數：即：根據工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數作為實際所需夾緊力的數值。即：安全系數K可按下式計算有：：式中：為各種因素的安全系數，查參考文獻[5]表可得：所以有：螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算有：式中參數由參考文獻[5]可查得：其中：螺旋夾緊力：該夾具采用螺旋夾緊機構，用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件，受力簡圖如下：圖5.1移動壓板受力簡圖由表得：原動力計算公式即：由上述計算易得：由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。4.4誤差分析與計算該夾具以一個平面和和2個直徑為14的定位銷定位，要求保證孔軸線間的尺寸公差。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規定的尺寸公差。由[5]和[6]可得：定位誤差：當以任意邊接觸時通過分析可得：因此：當以任意邊接觸時夾緊誤差：其中接觸變形位移值：⑶磨損造成的加工誤差：通常不超過⑷夾具相對刀具位置誤差：取誤差總和：從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。4.5夾具設計及操作的簡要說明如前所述，該工件為提高生產率，經過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋夾緊機構）。這類夾緊機構結構簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現象，選用可換定位銷。以便隨時根據情況進行調整換取。5基于PLC的組合機床控制系統設計引言可編程控制器(plc)是以微處理機為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術等現代科技而發展起來的一種新型工業自動控制裝置，其具有邏輯控制、計時、計數、數據處理、聯網與通信等強大功能，同時，由于plc具有很高的可靠性和極大的應用靈活性，用它來替代傳統的繼電接觸控制系統巳成為必然。大量采用傳統繼電一接觸控制系統的設備通過改造更新，成為plc控制的自動化系統，而且具有改造成本低、周期短和可靠性高等特點。本文介紹雙面單工位液壓傳動組合機床plc控制系統的設計與應用。5.2組合機床的運動及控制要求組合機床指可同時進行多種或多處加工的機床，組合機床的加工動作常常是按預定的步驟安排的，類似于簡單的程序控制，這也正是plc最擅長的。

雙面單工位液壓傳動組合機床采用三臺電動機進行拖動，m1、m2為左右動力頭電動機，m3為冷卻泵電動機，其對應的控制交流接觸器分別為km1、km2、km3。sa1為左動力頭單獨調整開關，sa2為右動力頭單獨調整開關，通過它們可實現左、右動力頭的單獨調整。sa3為冷卻泵電動機工作選擇開關。該機床的左、右動力頭的工作循環如圖1所示，電磁鐵動作順序表見表1。

圖1

動力頭的工作循環圖

由圖1和表1可知，組合機床為自動循環狀態時，按下啟動按鈕后，左、右動力頭電動機m1、m2同時旋轉，按下“快進”按鈕，電磁閥yv1、yv3通電，左、右動力頭快速進給并離開原位，行程開關sq1、sq2、sq5、sq6先復位，行程sq3、sq4后復位。當sq3、sq4復位后，在動力頭進給過程中，靠各自行程閥自動變快進為工進，同時壓下行程開關sq，冷卻泵電動機m3工作，供給冷卻液。當左動力頭加工完畢，將壓下sq7并頂在死擋鐵上，其油路油壓升高使kp1動作，當右動力頭加工完畢，將壓下sq8并使kp2動作，yv2、yv4將通電，同時yv1、yv3也將失電，左、右動力頭將快退。當左動力頭使sq復位后，冷卻泵電動機將停轉。左右動力頭快退至原位時，先壓下sq3、sq4，再壓下sq1、sq2、s