钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制

总体设计方案的图纸表达形式——“三图一卡”设计，其内容包括：

1、被加工零件工序图的作用及内容

被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹具部位及被加工零件的材料、硬度等状况的图纸。它是在原零件图基础上，突出本机床的加工的内容，加上必要的说明绘制成的，是组合机床设计的要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。阀体钻孔组合机床的被加工零件工序图如2.2所示。

（1）被加工零件的形状，要外廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要求等。

（2）本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。

（3）被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。

2、绘制被加工零件工序图的注意事项

（1）为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要图出被本机床的加工内容。绘制时，应按一定的比例，选择足够的视图及剖位视图，突出加工部位（用粗实线），并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关粗实线标记。如图2.2中定位基准，机械夹压位置及方向，辅助支承均须用规定的符号部（用细实线）表清楚，凡本道工序保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方面用表示出来。

图2.2阀体工序图

（2）加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，为便于加工及检查，有时因所选定位基准与设计基准不重合，则须对加工部位要求位置尺寸精度进行分析换算。

1、加工示意图的作用和内容

加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映，表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等，是刀具、夹具、主轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的要依据，是整台组合机床布局形式的原始要求，也是调整机床和刀具所必需的重要文件。图2.3为阀体钻孔的加工示意图

 

图2.3加工示意图

（1）机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。

（2）工件、夹具、刀具及主轴箱端面之间的距离等。

（3）轴的结构类型，尺寸及外伸长度；刀具类型，数量和结构尺寸、接杆、导向装置的结构尺寸；刀具与导向置的配合，刀具、接杆、轴之间的连接方式，刀具应按加工终了位置绘制。

2、绘制加工示意图之前的有关计算

（1）刀具的选择   

（2）导向套的选择   

1）选择导向类型   根据刀具导向部分直径和刀具导向的线速度v=18m/min，选择固定式导向。

2）导向套的参数   根据刀具的直径选择固定导向装置

表2.1  固定导向装置的标准尺

表2.2  固定装置的配合

固定导向装置的布置如图2.4所示

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图2.4  固定导向装置的布置

（3）初定轴类型、尺寸、外伸长度

因为轴的材料为40Cr，剪切弹性模量G=81.0GPa,刚性轴取ψ＝1／4（⁰）／m,所以B取2.316，

                    dB……………………………………2.59

式中：     d——轴直径（mm）（24.65）

      T——轴所承受的转矩（N·mm）

B——系数

本设计中轴直径d=5mm,轴外伸长度为：L=115mm，D/为40/28。

（4）选择刀具接杆   

由以上可知，主轴箱各轴的外伸长度为一定值，而刀具的长度也是一定值，因此，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，就需要在轴与刀具之间设置可调环节，这个可调节在组合机床上是通过可调整的刀具接杆来解决的,连接杆如图2.5所示， 

 

 

 

 

 

 

 

 

图2.5   可调连接杆

连接杆上的尺寸d与轴外伸长度的内孔D配合，因此，根据接杆直径d选择刀具接杆参数如表2.3所示：

表2.3   可调接杆的尺寸

（5）确定加工示意图的联系尺寸

从保证加工终了时主轴箱端面到工件端面间距离最小来确定全部联系尺寸，加工示意图联系尺寸的标注如图2.3所示。其中最重要的联系尺寸即工件端面到主轴箱端面之间的距离（图中的尺寸321mm）,它等于刀具悬伸长度、螺母厚度、轴外伸长度与接杆伸出长度（可调）之和，再减去加工孔深度和切出值。

（6）工作进给长度的确定   

如图2.6工作进给长度应等于工件加工部位长度L与刀具切入长度和切出长度之和。切入长应应根据工件端面误差情况在5～10mm之间选择，误差大时取大值，因此取=8mm，切出长度=1/3d+(3～8)= x5+712mm，所以=8+12+12=32mm.

（7）快进长度的确定   

考虑实际加工情况，在未加工之前，保证工件表面与刀尖之间有足够的工作空间，也就是快速退回行程须保证所有刀具均退至夹具导套内而不影响工件装卸。这里取快速退回行程为120mm，快退长度等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度120-45=75mm.

图2.7  机床联系尺寸图

1、联系尺寸图的作用和内容

一般来说，组合机床是由标准的通用部件——动力箱、动力滑台、立柱、立柱底座加上专用部件组合而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配和运动关

如图2.7所示，机床联系尺寸图的内容包括机床的布局形式，通用部件的型号、规格、动力部件的运动尺寸和所用电动机的要参数、工件与各部件间的要联系尺寸，专用部件的轮廓尺寸等。

2、选用动力部件

（1）滑台的选用   通常，根据滑台的驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素来选用合适的滑台。

1）驱动形式的确定   根据对液压滑台和机械滑台的性能特点比较，并结合具体的加工要求，使用条件选择HY系列液压滑台。

2）确定轴向进给力   滑台所需的进给力

=∑=4×2378.5=955N

          式中： ——各轴加工时所产生的轴向力

由于滑台工作时，除了克服各轴的轴的向力外，还要克服滑台移动时所产生的摩擦力。因而选择滑台的最大进给力应大于＝9.55KN。

3）确定进给速度   液压滑台的工作进给速度规定一定范围内无级调速，对液压滑台确定切削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的0.5～1倍;液压进给系统中采用应力继电器时，实际进给速度应更大一些。本系统中进给速度=n·f=18mm/min。所以选择1HY32ⅡA液压滑台，工作进给速度范围20～650mm/min，快速速度10m/min。

4）确定滑台行程   滑台的行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。前备量的作用是动力部件有一定的向前移动的余地，以弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前调整。本系统前备量为20mm，后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，为方便装卸刀具，这里取80mm,所以滑台总行程应大于工作行程，前备量，后备量之和。

即：行程L＞120+20+80=220mm，取L＝630mm。综合上述条件，确定液压动力滑台型号1HY32ⅡA,以及相配套的滑台底座（1CC321型）。

（2）由下式确定动力箱的选用   动力箱要依据多轴所需的电动机功率来选用，在主轴箱没有设计之前，可算

  ＝／η……………………………2.6

＝6*0.43／0.8

＝3.25KW

式中：η——主轴箱传动效率，加工黑色金属时η＝0.8～0.9；有色金属时η＝0.7～0.8，本系统加工HT200，取η＝0.8．

动力箱的电动机功率应大于计算功率，并结合轴要求的转速大小选择。因此，选用电动机型号为Y132M1-6的1TD32I型动力箱，动力箱输出轴至箱底面高度为180mm。要技术参数如下表：

表2.4电机型号及参数

3、配套支承部件的选用

立柱底座1CD322。

4、确定装料高度

装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离，在现阶段设计组合机床时，装料高度可视具体情况在H＝580～1060mm之间选取，本系统取装料高度为800mm。

5、中间底座轮廓尺寸

中间底座的轮廓尺寸要满足滑台在其上面联接安装的需要，又考虑到与立柱底座相连接。因此，中间底座采用侧底座1CD321。

6、确定主轴箱轮廓尺寸

本机床配置的主轴箱总厚度为340mm，宽度和高度按标准尺寸中选取。计算时，主轴箱的宽度B和高度H可确定为：B=320，H=50

根据上述计算值，按主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱轮廓尺寸B×H=320×50mm。

切削时间：        T_切= L/v_f+t_停……………………………2.7             

        = 45/74.7＋10/415

                              =0.65 min

式中： T_切——机加工时间（min）

            L——工进行程长度（mm）

            v_f—— 刀具进给量（mm/min）

            t_停——死挡铁停留时间。一般为在动力部件进给停止状态下，刀具旋转5～10 r所需要时间。这里取10r

辅助时间            T_辅 = +t_移+t_装……………………2.8

                = （75＋120）/1000+0.13+2

= 2.35min

 式中：    L₃、L₄ ——分别为动力部件快进、快退长度（mm）

           v_fk ——快速移动速度（mm/min）

           t_移 ——工作台移动时间（min）,一般为0.05～0.13min,取0.13 min

           t_装 ——装卸工件时间（min）一般为0.5～1.5min,本例取2min

机床生产率            Q₁ = 60/T_单…………………………………2.9

                              = 60/（T_切+T_辅）

                              =60/（0.65+3.295）

                              =15.3 件/h

机床负荷率按下式计算    η = Q / Q₁×100%…………………………2.10

                              = A / Q₁t_k×100%

                              =20000/15.3×1950×100%

                              =67.04%

          式中：Q——机床的理想生产率（件/h）

                A——年生产纲领（件）

 t_k——年工作时间，单班制工作时间t_k =1950h

表2.5   生产率计算卡