組合機(jī)床主軸箱及其夾具設(shè)計(jì)

蔣凱 徐小寧 郭洋

摘 要：組合機(jī)床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率專用機(jī)床。它能夠?qū)σ环N（或幾種）零件進(jìn)行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機(jī)床上可以完成鉆孔、擴(kuò)孔、銑削磨削等工序，生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定。組合機(jī)床主要加工平面和孔，它能根據(jù)不同的零件組合出相應(yīng)的加工機(jī)床。所以此次組合機(jī)床設(shè)計(jì)主體內(nèi)容是機(jī)床的性能及規(guī)格、主要參數(shù)的選定、工藝方案的制定、“三圖一卡”的編制、主軸箱原始依據(jù)圖的繪制及設(shè)計(jì)尺寸鏈的檢驗(yàn)及有關(guān)校驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：組合機(jī)床：主軸箱;夾具設(shè)計(jì)

組合機(jī)床的通用部件分大型和小型兩大類。大型通用部件是指電機(jī)功率為1.5-30千瓦的動(dòng)力部件及其配套部件。這類動(dòng)力部件多為箱體移動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。小型通用部件是指電機(jī)功率為0.1-2.2千瓦的動(dòng)力部件及其配套部件。這類動(dòng)力部件多為套筒移動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。用大型通用部件組成的機(jī)床稱為大型組合機(jī)床。用小型通用部件組成的機(jī)床稱為小型組合機(jī)床。按設(shè)計(jì)的要求本次設(shè)計(jì)的機(jī)床為大型通用機(jī)床。組合機(jī)床除分為大型和小型外，按配置形式又分為單工位和多工位機(jī)床兩大類。工位指一次裝卡工件后，工件（或裝配單元）與卡具或設(shè)備的可動(dòng)部分一起相對(duì)刀具或設(shè)備的固定部分所占據(jù)的每一個(gè)位置。單工位機(jī)床又有單面、雙面、三面和四面幾種，多工位機(jī)床則有移動(dòng)工作臺(tái)式、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式、中央立柱式和回轉(zhuǎn)鼓輪式等配置型式。本次設(shè)計(jì)的機(jī)床為單工位雙面銑床。

1組合機(jī)床配置型式的選擇

對(duì)于加工發(fā)動(dòng)機(jī)連桿這樣的工件，特別適合大、中箱體件的加工。為盡可能地提高生產(chǎn)率，最理想的是將工件一次性全部加工。經(jīng)過(guò)和指導(dǎo)老師商量后，我們決定設(shè)計(jì)四根主軸兩端同時(shí)進(jìn)行銑削。在滿足條件的情況下，采用臥式雙面銑床是可行的。在加工連桿過(guò)程中，還必須考慮到加工零件特點(diǎn)對(duì)配置型式和結(jié)構(gòu)方案的影響。在加工精度要求影響方面，不僅提高原始精度，提高工件的定位基準(zhǔn)和減少夾壓變形等措施，還要采用如下措施。采用液壓進(jìn)給系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)能夠穩(wěn)定，便捷的操作，提高了加工過(guò)程精度和光潔度。采用剛性主軸方案，由于機(jī)床導(dǎo)軌間隙及導(dǎo)軌磨損的影響。在加工過(guò)程中就不易產(chǎn)生振動(dòng)，并且有足夠的剛性保證其徑向切削力。

2. 組合機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)

2.1主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù)

主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù)圖，是根據(jù)三圖一卡整理編繪出來(lái)的，其內(nèi)容包括主軸箱設(shè)計(jì)的原始要求和已知條件。 在編輯此圖時(shí)從三圖一卡中一已知：（1）主軸箱輪廓尺寸500 500mm。

（2）工件位置尺寸及連桿大小頭中心位置尺寸。（3）工件與主軸箱位置尺寸。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可編制出主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖。

2.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)的確定

本機(jī)床主軸箱采用三級(jí)傳動(dòng)： 傳動(dòng)比為3.765，根據(jù)所提供數(shù)據(jù)估算各對(duì)齒輪齒輪數(shù)及傳動(dòng)比：根據(jù)所提供數(shù)據(jù)估算各對(duì)齒輪齒輪數(shù)及傳動(dòng)比：

第一對(duì)： =22 ? ? ? ? =32 ? ?其傳動(dòng)比 ： ? i=1.45

第二對(duì)： ?=26 ? ? ? ? =38 ? 其傳動(dòng)比 ： i=1.46

第三對(duì)： ?=32 ? ? ? ?=57 ? ?其傳動(dòng)比 ： ? i=1.78

按要求，本機(jī)床要同時(shí)粗銑兩端面。因被加工零件兩端面所要達(dá)到的各級(jí)參數(shù)都完全相同，故設(shè)計(jì)成相互對(duì)稱的傳動(dòng)系統(tǒng)。

對(duì)傳遞動(dòng)力軸滿足強(qiáng)度條件是最基本的要求。通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步確定出軸的尺寸后，根據(jù)受載情況進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算。首先作出軸的計(jì)算圖。如果軸上零件的位置已知，即已知外載荷及支反力的作用位置。將齒輪帶輪等級(jí)裝配寬度的分布簡(jiǎn)化為集中力，并視為作用在輪轂寬度的中點(diǎn)上;略去軸和軸上的自重;略去軸上產(chǎn)生的拉壓應(yīng)力;把軸看成鉸鏈支承，支反力作用在軸承上。則將雙支點(diǎn)軸當(dāng)作受集中力的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行計(jì)算，然后繪制彎矩圖和扭矩圖，并進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核。

3主軸箱的坐標(biāo)計(jì)算

坐標(biāo)計(jì)算是機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問(wèn)題。坐標(biāo)計(jì)算就是根據(jù)已知的驅(qū)動(dòng)軸和主軸的位置及傳動(dòng)關(guān)系。計(jì)算中間傳動(dòng)軸的坐標(biāo)，以便在繪制主軸零件加工圖時(shí)，將各孔的坐標(biāo)尺寸完整地出來(lái)。并用已繪制的坐標(biāo)檢查圖作為傳動(dòng)設(shè)計(jì)的全面檢查。加工基準(zhǔn)坐標(biāo)架的選擇及確定各主軸的坐標(biāo)。為了便于主軸箱的加工，設(shè)計(jì)時(shí)必須基準(zhǔn)坐標(biāo)架。通常采用直角坐標(biāo)。用xoy表示。它的選擇是根據(jù)主軸箱的安置情況和加工所用設(shè)備條件而定。針對(duì)本設(shè)計(jì)的組合機(jī)床，采用以下的方法確定主軸及驅(qū)動(dòng)軸坐標(biāo)。

4. 組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì)

夾具是組合機(jī)床的重要組成部件，是根據(jù)機(jī)床的工藝和結(jié)構(gòu)方案的具體要求而設(shè)計(jì)的。它是用于實(shí)現(xiàn)被加工零件的準(zhǔn)確定位，夾壓，刀具的導(dǎo)向，以及裝卸工件時(shí)限位等等作用的。

組合機(jī)床夾具跟一般夾具所起的作用看起來(lái)好像很接近，但其結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要求卻有著很顯著的甚至是根本的區(qū)別。組合機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)和性能，對(duì)組合機(jī)床配置方案的選擇有很大的影響。下面介紹一下組合機(jī)床夾具的一些主要特點(diǎn)。機(jī)械制造過(guò)程中用來(lái)固定加工對(duì)象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測(cè)的裝置。又稱卡具。夾具通常由定位元件（確定工件在夾具中的正確位置）、夾緊裝置、對(duì)刀引導(dǎo)元件（確定刀具與工件的相對(duì)位置或?qū)б毒叻较颍⒎侄妊b置（使工件在一次安裝中能完成數(shù)個(gè)工位的加工，有回轉(zhuǎn)分度裝置和直線移動(dòng)分度裝置兩類）、連接元件以及夾具體（夾具底座）等組成。夾具種類按使用特點(diǎn)可分為：①萬(wàn)能通用夾具。如機(jī)用虎鉗、卡盤、分度頭和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等，有很大的通用性，能較好地適應(yīng)加工工序和加工對(duì)象的變換，其結(jié)構(gòu)已定型，尺寸、規(guī)格已系列化，其中大多數(shù)已成為機(jī)床的一種標(biāo)準(zhǔn)附件。②專用性?shī)A具。為某種產(chǎn)品零件在某道工序上的裝夾需要而專門設(shè)計(jì)制造，服務(wù)對(duì)象專一，針對(duì)性很強(qiáng)，一般由產(chǎn)品制造廠自行設(shè)計(jì)。常用的有車床夾具、銑床夾具、鉆模（引導(dǎo)刀具在工件上鉆孔或鉸孔用的機(jī)床夾具）、鏜模（引導(dǎo)鏜刀桿在工件上鏜孔用的機(jī)床夾具）和隨行夾具（用于組合機(jī)床自動(dòng)線上的移動(dòng)式夾具）。③可調(diào)夾具?？梢愿鼡Q或調(diào)整元件的專用夾具。④組合夾具。由不同形狀、規(guī)格和用途的標(biāo)準(zhǔn)化元件組成的夾具，適用于新產(chǎn)品試制和產(chǎn)品經(jīng)常更換的單件、小批生產(chǎn)以及臨時(shí)任務(wù)。

一般的機(jī)床夾具是作為機(jī)床的輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的，而組合機(jī)床夾具是機(jī)床的主要組成部分，其設(shè)計(jì)工作是整個(gè)組合機(jī)床設(shè)計(jì)的重要部分之一。 ?組合機(jī)床夾具應(yīng)便于實(shí)現(xiàn)定位和夾壓的自動(dòng)化，并有動(dòng)作完成的檢查信號(hào);保證切屑從加工空間自動(dòng)排除;便于觀察和檢查，以及在不從機(jī)床上拆下夾具的情況下，能夠更換易損件和維護(hù)調(diào)整。組合機(jī)床夾具是組合機(jī)床的組成部件，其設(shè)計(jì)應(yīng)按如下的程序進(jìn)行：

（1）認(rèn)真研究分析所要設(shè)計(jì)夾具的原始數(shù)據(jù)和要求。 因?yàn)樵跀M訂組合機(jī)床的工藝和結(jié)構(gòu)方案時(shí)，對(duì)夾具的結(jié)構(gòu)型式和主要性能已提出了原則要求。（2）擬訂夾具結(jié)構(gòu)方案和進(jìn)行必要的計(jì)算。根據(jù)機(jī)床總體設(shè)計(jì)中確定的工件定位基面、夾壓位置、加工方法和刀具導(dǎo)向方式等，制定夾具的總體方案。（3）組合機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的總圖和零件。在已確定的夾具結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)生產(chǎn)用的夾具總圖和零件圖。

參考文獻(xiàn)

[1]機(jī)械加工工藝師手冊(cè). 楊叔子編.機(jī)械工程出版 ? 2000