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組合機(jī)床的機(jī)器整合和控制設(shè)計
D. M. Tilbury 和 S. Kota
組合機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械工程部和應(yīng)用技巧工程研究中心
密西根大學(xué)
Ann Arbor, MI 48109-2125
ftilbury,kotag@umich.edu
摘要：在文中，我們針對組合機(jī)床及其相關(guān)控制系統(tǒng)給出了一個系統(tǒng)設(shè)計程序。
設(shè)計的出發(fā)點(diǎn)是一系列在給定的部位或者是部件上的操作，這些操作被分
解為一系列機(jī)器必須執(zhí)行的功能，每個功能對應(yīng)著一個機(jī)器控制組件，
一旦一個機(jī)器構(gòu)成了一系列的組件，整個機(jī)床就被連接起來了?？刂圃O(shè)計
由操作序列控制組件、操作者接口控制組件和轉(zhuǎn)變模態(tài)的邏輯來完成。
關(guān)于組合機(jī)床的機(jī)器整合和控制設(shè)計以下是詳細(xì)的描述。
I.介紹
在今天的競爭市場中，制造系統(tǒng)必須要快速適應(yīng)不同客戶的需求并盡可能地減少產(chǎn)品的生命周期。傳統(tǒng)的生產(chǎn)流水線只為高價值的產(chǎn)品設(shè)計，在一個固定的自動化模式下操作，因此不能很快適應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計方面的改變。而在另一方面，傳統(tǒng)的以加工中心為基礎(chǔ)的彈性制造系統(tǒng)提供了廣義的彈性但是通常非常慢和昂貴而且不會因為特殊產(chǎn)品和系列產(chǎn)品優(yōu)化。
密西根大學(xué)打算發(fā)展理論以便為組合機(jī)床系統(tǒng)促成技術(shù)[3][4]。新的系統(tǒng)能組合生產(chǎn)任意的新的部件，而非為某個部件而建立的專有制造系統(tǒng)。在文中, 我們描述一部整合機(jī)器和控制設(shè)計系統(tǒng)如何實現(xiàn)組合的。
為了要完全地提供工件加工過程中所需要的功能和能力，RMTs 被設(shè)計成一個給定的部件。給定一系列要運(yùn)行的操作，RMTs 就可以藉由裝配適當(dāng)?shù)臋C(jī)器組件來組合起來。每個運(yùn)動部件在庫中都有一個控制部件與它相聯(lián)系。當(dāng)機(jī)械組件被裝配起來后，控制組件將會被連接起來，機(jī)器也就準(zhǔn)備好運(yùn)行了。廣泛而耗時的專有控制系統(tǒng)將不再需要。在第II部分我們將會描述如何來通過一系列基礎(chǔ)機(jī)械組件來設(shè)計該機(jī)床，這項研究部分被NSF-ERC 所支持并授予編號EEC95-92125。
用一種定義明確的方式銜接。第III部分描述了該控制是如何同樣通過一個控制組件庫被裝配。在第IV部分我們將對該模組工程在設(shè)計和控制方面進(jìn)行多層次的組合。文章第v部分將以對將來工作的展望來結(jié)尾。
II.機(jī)械設(shè)計
在制造系統(tǒng)配置的持續(xù)的工作在密西根大學(xué)論及開始的問題從零件(或部件) 描述和提取機(jī)器操作必須制造零件（部件）。操作根據(jù)公差被聚集，次序?qū)嵭?，而且需要系統(tǒng)周期，根據(jù)每個“群”都能夠在機(jī)床上獨(dú)立制造的意圖，在這里我們對圖1上所示的V6和V8的圓筒頭進(jìn)行一系列的鉆孔操作。被輸入到組合機(jī)床內(nèi)的設(shè)計程序是程序設(shè)計者為進(jìn)行這一操作而生成的位置數(shù)據(jù)。圖2顯示了包含定位和鉆孔信息在內(nèi)的樣品數(shù)據(jù)。
RMT設(shè)計程序包含了三個主要的設(shè)計階段：任務(wù)闡明、組件選擇和評估。在一段簡短的文字回顧后，這三個階段將會在本部分概略說明。
A． 相關(guān)研究
雖然組合在機(jī)械制造系統(tǒng)中只是一個相對新的概念，然而出版了的文章中卻
很少有關(guān)于組合機(jī)床設(shè)計的。但是，模組機(jī)床已經(jīng)上市多年，也有一些關(guān)于機(jī)械手、模組機(jī)械的文章，多少和組合機(jī)床的設(shè)計有一些關(guān)系。例如，Shinno 和 Ito[17][18][19][20] 計劃建立一個結(jié)構(gòu)組合機(jī)床的理論，他們將機(jī)床分解成簡單的幾何形式，例如盒子、汽缸蓋等等。Yan 和Chen[21][1] 把這一個工作延長到機(jī)械中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計。Ouyang 等人 [12] 運(yùn)用Ito的方法為模組機(jī)床的綜合而且發(fā)展列舉機(jī)床組件的一個方法。Paradis 和 Khosla[15] 決定了模組的裝配時如何最佳地配置任務(wù)。
Fig.1.二個樣品零件，需要進(jìn)行的操作是給汽缸蓋上鉆定位孔，在V8汽缸蓋上，在一條線上二個這樣的定位孔，在V6汽缸蓋上有8個孔。
Fig.2.圖1中被顯示的樣品零件鉆孔時的數(shù)據(jù)，CL文件是一個從CAD系列 （譬如IDEAS）中產(chǎn)生的，它包含主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和冷凍劑數(shù)據(jù)…
Chen[2]講述了為指定工作發(fā)現(xiàn)最佳化裝配結(jié)構(gòu)的方法，他的程序以影響裝配的矩陣為基礎(chǔ)。而且運(yùn)用了一個遺傳基因的運(yùn)算法則來以最佳化的方法解決問題。在系統(tǒng)前面，羅杰和 Bottaci[16] 討論了組合制造系統(tǒng)的重要性，歐恩等人 [13]發(fā)明了模組制造系統(tǒng)綜合為教育的目標(biāo)規(guī)劃。在文中,運(yùn)動表現(xiàn)的傳統(tǒng)方法拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) (也就是螺絲釘理論, 曲線圖理論, 等等。) 是用來獲取 RMTs 的特性的。 這些數(shù)學(xué)的功能作為拓?fù)渚C合,功能-分解, 而且映射程序; 細(xì)節(jié)功能在 [9] 中被發(fā)現(xiàn)。
B.任務(wù)闡明
RMT 的設(shè)計從任務(wù)闡明開始, 哪些需要分析切削刀地點(diǎn)數(shù)據(jù)確定是必要完成的套作用需要的運(yùn)動學(xué)行動。分為三個步驟。首先, 圖表用來抽象地表示一個運(yùn)動。這些圖表然后被分解成功能, 并且功能最后被映射機(jī)器存在在庫里的模塊。
機(jī)床結(jié)構(gòu)的圖表表示法考慮到供選擇配置的系統(tǒng)的列舉并且提供證明方法非同形圖表。圖表表示法并且被使用為簿記分配機(jī)器模塊到圖表元素。圖表包括一套端點(diǎn)被連接一起由邊緣。在使用一張圖表作為一個抽象表示法機(jī)械工具結(jié)構(gòu), 我們定義二種不同類型端點(diǎn): 類型0和類型1。端點(diǎn)代表一個物理對象與二個口岸; 各個口岸代表在哪里它可能附有的對象 。類型0的 端點(diǎn)輸入和輸出口成一條直線, 反之類型1的端點(diǎn)輸入和輸出口互相垂直。機(jī)器制造的任務(wù)就是通過刀具是平行還是垂直工件來說明是類型0還是類型1的。
圖4 顯示一張圖表為類型0的任務(wù)。四個類型1的端點(diǎn)與幾個類型0的端點(diǎn)構(gòu)成一個C形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)。由于類型0 端點(diǎn)不會改變定位方向, 他們可能被各種各樣的組合當(dāng)成間隔號。根端點(diǎn)代表機(jī)床的基礎(chǔ)或?qū)?。選擇根端點(diǎn)不是唯一的; 不同的選擇將收效在分明機(jī)床的設(shè)計上。結(jié)構(gòu)作用是分配端點(diǎn)到圖表; 運(yùn)動學(xué)作用 (需要) 的地方被分配到邊緣。例如, 圖4 顯示一個例子怎樣平移行動 X; Y 和Z 方向可能被分配到圖表邊緣, 代表相對行動在物理對象之間由邊緣的二個端點(diǎn)代表。
機(jī)床的基本的功能就是刀具和工件之間的相對運(yùn)動。這些運(yùn)動學(xué)作用將由同類矩陣[ 11 ]來表示; 機(jī)床所需要的功能將被輸入在矩陣T 。機(jī)器制造行動必要執(zhí)行一項指定的任務(wù)是從操作序列獲得。在圖2顯示的程序文件包含了刀具位置和運(yùn)動在笛卡兒坐標(biāo)系下的同一系統(tǒng)。
Fig.3.高等操作序列，表示原因的產(chǎn)生和同作，序列的這一概要表現(xiàn)操作源于圖2顯示的CL數(shù)據(jù)，它將會用來設(shè)計序列控制。
Fig.4.一個表示機(jī)床結(jié)構(gòu)的圖，平移運(yùn)動被分配到圖表邊緣，端點(diǎn)有結(jié)構(gòu)的功能性。
Fig.5.功能分解模板
例如, 第一個運(yùn)動可以寫成：
這里P1 代表機(jī)床的位置和刀具的安置, 而F1代表進(jìn)給運(yùn)動。從在任何二個毗鄰位置之間的改變,運(yùn)動可以描述成：
其它運(yùn)動描述相似。對應(yīng)于各類型機(jī)器操作, 一個模板被檢索如同一個起點(diǎn)在辨認(rèn)各種各樣運(yùn)動學(xué)作用必要執(zhí)行用機(jī)器制造任務(wù)。例如, 模板為碾碎和鉆井操作表示, 運(yùn)動學(xué)作用是必要的為成主軸革命, 工件進(jìn)給和工件安置。由使用這塊模板, 與確切進(jìn)給和安置的信息提供在處理計劃, 我們能獲得是必要的確切的運(yùn)動學(xué)作用譬如工件自轉(zhuǎn), 依照表5的描述翻譯x; Y, 和Z 為進(jìn)給和翻譯Z 為工件安置。
每個運(yùn)動學(xué)作用被辨認(rèn)在作用分解階段被映射對圖表的邊緣描述上面。被分配作用到不同的邊緣能引起多種解答。由于純粹地平移行動是可交換的, 他們的次序在圖表能被互換。在作用映射, 重要信息是螺絲拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)行動(包括純凈的旋轉(zhuǎn)的行動) 和機(jī)床的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
Fig.6.圖4的結(jié)構(gòu)曲線圖能夠被多種不同的模塊選擇。
Fig.7.機(jī)床模塊表示法。CAD 模型一張幻燈片為一種模件機(jī)械工件被顯示在左邊,它的矩陣被顯示在右邊。
C. 組件選擇
商業(yè)可利用的模塊從被挑選模塊庫為每個作用(結(jié)構(gòu)如同運(yùn)動學(xué)) 被映射對圖表在任務(wù)闡明階段。數(shù)據(jù)被存放為各個模塊庫包括同源矩陣代表它的運(yùn)動學(xué)或結(jié)構(gòu)作用, 轉(zhuǎn)彎傳染媒介由運(yùn)動信息補(bǔ)充,一的范圍服從矩陣代表模塊突端, 模塊連通性信息, 和功率需要量(為活躍模塊譬如主軸和幻燈片) 。
第一步在模塊選擇將比較同類模塊的變革矩陣與任務(wù)要求矩陣這樣當(dāng)適當(dāng)模塊被選擇符合任務(wù)要求, 所有模塊矩陣產(chǎn)品應(yīng)該是相等的與需要任務(wù)矩陣: T = T1T2…Tn 。再, 那里也許是模塊許多可能的選擇為一指定的結(jié)構(gòu)配置。圖6 顯示怎么不同的幻燈片, 主軸, 并且結(jié)構(gòu)元素可能是裝配的達(dá)成協(xié)議對圖表圖4 。
一個幻燈片模塊, 以它的CAD 模型和變革矩陣, 被顯示在表7 。它是可勝任一線性行動的方向, 由μ 1個表明它的變革矩陣。它的數(shù)據(jù)庫詞條, 被顯示在表里 I, 存放不僅它的變革矩陣而且制造商名字, 模型號, 最初的位置, 力量水平, 和行動數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)彎傳染媒介被增添信息關(guān)于極小, 最初, 和最大位移模塊。
D.評估
一套運(yùn)動學(xué)可行的模塊一次是選擇, 有效的機(jī)器設(shè)計必須被評估。標(biāo)準(zhǔn)為組合機(jī)床的評估工具由上述系統(tǒng)的做法綜合包括工作信封, 自由度的數(shù)量, 模塊被使用的數(shù)量, 和動態(tài)曲度。
運(yùn)動學(xué)自由程度的數(shù)量機(jī)器的工具必須被保留對極小值必需見面要求, 減少驅(qū)動力量和使誤差鏈減到最小。各個活躍例子展示設(shè)計由這方法學(xué)引起確切地有自由程度的數(shù)量必要執(zhí)行必需的機(jī)器操作在指定的部份 [ 10 ] 。引起使用這的機(jī)械工具設(shè)計圖1 的例子零件的方法學(xué)被顯示在表8 。
有效的設(shè)計必須被評估談到期望的準(zhǔn)確性。整個機(jī)器的曲度工具, 最重要的因素的當(dāng)中一個在表現(xiàn), 是根據(jù)模塊估計服從矩陣和連接的方法。
Fig.8.為二個不同零件設(shè)計的組合機(jī)床。
III. 控制設(shè)計
用模塊構(gòu)成機(jī)床,便形成控制。在這一工作中, 我們集中于邏輯控制為機(jī)器模塊的程序化和協(xié)調(diào); 分離系統(tǒng)形式主義被顯示在[ 6 ]上。用一個控制模塊聯(lián)系了各個活躍機(jī)器模塊; 我們提到這些作為機(jī)器控制模塊。在機(jī)器設(shè)計, 那里是連接的被動元素活躍元素一起。在控制設(shè)計, 那里必需并且連接機(jī)器的模塊控制模塊?？刂频恼w建筑學(xué)系統(tǒng)為RMT 被顯示在表9 。結(jié)構(gòu)是相似為或者二個機(jī)器被顯示在上圖8; 為V-8 機(jī)器, 沒有Y軸方向的控制模塊。依照顯示, 機(jī)器控制模塊是在最低水平; 這交互式直接地以機(jī)械系統(tǒng)。用戶接口控制模塊是在最高的水平, 互動與用戶通過電鈕和顯示。操作序列控制模塊被定義根據(jù)了高級操作序列為部份依照圖3顯示。三個模塊處理方式開關(guān)邏輯。在這個部分, 我們簡要描述每個這些型控制模塊并且他們的互作用和協(xié)調(diào)。
A.機(jī)器控制模塊
各個機(jī)器控制模塊有一個明確定義的接口規(guī)格: 它接受分離事件命令從一個指定的集合, 和回歸分離事件反應(yīng)從被給集合。在控制模塊之內(nèi)將是所有連續(xù)易變控制, 譬如伺服操縱為軸。這連續(xù)控制被設(shè)計使用標(biāo)準(zhǔn)PID 算法并且軸參量譬如慣性, 力量, 主角螺絲投, 來自機(jī)器模塊定義。在加法, 各個機(jī)器控制模塊將包含控制為任一個機(jī)器服務(wù)聯(lián)系了機(jī)器模塊, 譬如潤滑或蓄冷劑。因而, 各個機(jī)器控制模塊是一位獨(dú)立性的控制器為它伴隨的機(jī)器模塊, 和可能被設(shè)計和獨(dú)立地測試機(jī)器的剩余。
機(jī)器控制模塊的設(shè)計必須完成只一次為各個機(jī)器模塊在圖書館里。每當(dāng)機(jī)器模塊被使用在機(jī)器設(shè)計, 控制模塊可能被使用在伴生的控制設(shè)計?？刂颇K也許獨(dú)立地被使用, 與它自己的處理能力、I/O 和網(wǎng)絡(luò)連接控制系統(tǒng)的剩余, 或它也許被使用作為片斷整體機(jī)器控制器被實施集中化時尚。一個機(jī)器控制模塊的例子為幻燈片是顯示在上圖10 。有四命令模塊可能接受: 行動向位置x, 中止, 凹凸部在正面 x, 和凹凸部在消極x 方向。當(dāng)它完成了必要的操作, 它返"done" 的命令。定時器是包括的(但沒顯示); 如果規(guī)定的時間過去了而一個完成命令都沒有返回, "error" 命令將返回。
Fig.10. 滑控制器?；脽羝刂破靼?在之內(nèi)箱子) 伺服控制器為幻燈片。當(dāng)幻燈片到達(dá)了命令的位置時, "done" 命令返回。
B.操作序列
操作序列模塊被定義從高階序列從切削刀地點(diǎn)數(shù)據(jù)被提取顯示在上圖3 。這控制主要結(jié)構(gòu)模塊是狀態(tài)序列代表序列操作必須進(jìn)行在零件; 等待狀態(tài)是包括的在各步的完成。圖 11表示操作序列模塊為機(jī)器圖8(b) 和操作序列圖3 。簡單錯誤處理僅僅通過錯誤用戶界面被合并在設(shè)計但不是顯示在上圖為樸素。如果"reset" 命令被接受, 主軸被關(guān)閉并且幻燈片被重新設(shè)置對它的位置。操作序列為V6 機(jī)器相似, 但有更多操作因為那里是需要程序化的二個線性軸。依照被顯示整體結(jié)構(gòu)圖9, 那里是二個口岸對操作序列控制模塊: 你連接到自動方式控制模塊, 和另連接到?jīng)_突驗查員。接口對操作序列控制模塊被顯示在表12 。
C.模塊控制結(jié)構(gòu)
用戶接口控制模塊與用戶相處融洽通過一套電鈕轉(zhuǎn)動控制系統(tǒng)斷斷續(xù)續(xù), 開關(guān)在控制方式之間, 和單向通過操作序列。它的主函數(shù)是通過用戶命令通過對控制器的剩余, 并且顯示機(jī)器的現(xiàn)狀用戶。
機(jī)床控制器有幾個不同的方式。在自動方式, 操作序列連續(xù)地執(zhí)行得; 其它方式也許執(zhí)行操作序列只一次。在步方式下, 電鈕命令必須是過去經(jīng)常創(chuàng)始操作序列的每步, 和在人工式, 更加美好的控制是可利用的通過凹凸部命令那移動活躍元素每少量在一個時間。而不是重覆操作序列為每控制方式, 序列的一個表示法被使用。方式開關(guān)邏輯確定適當(dāng)?shù)臅r候送"proceed" 命令給操作序列。
沖突驗查員控制模塊的主函數(shù)是通過命令從操作序列和人工式模塊對適當(dāng)?shù)臋C(jī)器控制 模塊 。它得以進(jìn)入對機(jī)器的數(shù)據(jù)庫的模塊定義, 和可能使用那些檢查非法導(dǎo)致機(jī)械干涉的命令。由于明確定義的接口對低級機(jī)器控制模塊, 沖突驗查員的設(shè)計能做使用高級控制命令。細(xì)節(jié)物理I/O 被處理在機(jī)器控制模塊。
如上所述, 各個控制模塊代表由接受某一語言的一臺有限狀態(tài)機(jī) (是允許的) 的事件順序。我們顯示了那以一些明確定義的條件在這些語言并且模塊連接, 整體控制結(jié)構(gòu)能被保證是無曲度[ 8 ]; 列舉聯(lián)合的邏輯控制器的可能的序列, 會是不切實際的, 不要求被證明。
Fig.11. 操作序列模塊, 顯示整體序列操作和事件。接口對模塊被顯示在表12 。重新設(shè)置命令可能在任何時候被接受; 只一些事件蹤影被簡單顯示。錯誤事件蹤影也被從圖中省去。
Fig.12. 操作序列控制模塊的結(jié)構(gòu)圖, 顯示接口和共有的事件。由模塊接受
的事件用斜體字表現(xiàn);與上層模塊共有的事件是其余的。
IV.組合機(jī)床
在庫中的機(jī)床模塊可能會在許多不同的機(jī)床設(shè)計被使用?？刂颇K聯(lián)系的各個機(jī)器模塊將被合并到整個機(jī)床的控制設(shè)計過程中各個模塊在他們被聯(lián)系之前都能夠被獨(dú)立地測試，因此通過變短設(shè)計循環(huán)周期和舷梯時間，機(jī)床模塊庫中的控制模塊可能極大減少一個新用機(jī)床制造系統(tǒng)的前置時間。
因為零件的改變(譬如顯示在上圖1中的V6和 V-8 氣缸蓋), 機(jī)床結(jié)構(gòu)將需要重新構(gòu)造, 或增加一根軸或改變主軸。當(dāng)這類型重組發(fā)生,需要被對操作序列控制模塊和沖突驗查員做變動(如果新機(jī)械干涉產(chǎn)生的話) 。
由于他們擁有一個明確定義的接口, 每個單獨(dú)控制模塊都能夠被獨(dú)立地更換成其他模塊。只要被重新設(shè)計的控制模塊也有同樣的離散接口, 最終的系統(tǒng)被保證是囊中之物。例如, 摩擦報償控制算法也許會添加在滑臺控制模塊上。這會增加那個模塊的表現(xiàn)力, 但在低級模塊之中肯定會有些許的變動。
V. 結(jié)論和展望
歷史上, 機(jī)床設(shè)計是經(jīng)驗所得 。在此次研究中, 我們描述了一個數(shù)學(xué)依據(jù)為組合的綜合評估機(jī)床以及和他們伴生的控制器。這種研究工作列舉兩個機(jī)床配置的產(chǎn)生和模件控制設(shè)計。系統(tǒng)的設(shè)計過程從用機(jī)器制造的要求開始。
機(jī)床綜合的被提出的理論是允許機(jī)器模塊庫是預(yù)先完成并且存放在數(shù)據(jù)庫, 獨(dú)立性與控制器并且準(zhǔn)備被使用在任一個機(jī)器設(shè)計。該理論要保證所有運(yùn)動學(xué)上可實行的不同的配置系統(tǒng)分別被列舉，以便減少錯過一個好設(shè)計的機(jī)會。
我們已經(jīng)開發(fā)了一個基于Java 項目的自動化機(jī)床設(shè)計過程;當(dāng)前任務(wù)是合并控制設(shè)計程序在已有的框架之內(nèi)。我們還擴(kuò)展當(dāng)前可用機(jī)床和控制模塊庫以及形式上抽象從連續(xù)多變的控制到離散領(lǐng)域。
鳴謝
作者衷心地感謝各方支持和參加了這個項目的ERC工業(yè)成員無私的反饋 。MEAM 畢業(yè)生Eric Endsley, Morrison Lucas和Yong-Moon對工作的貢獻(xiàn)已被描述在文中。
References
[1] F.-C. Chen and H.-S. Yan. Configuration synthesis of machining centres with tool change mechanisms. International Journal of
Machine Tools and Manufacture, 39(2):273-295, February 1999.
[2] I.-M. Chen. Theory and Application of Modular Reconfigurable
Robot Systems. PhD thesis, California Institute of Technology,
1994.
[3] Y. Koren. Reconfigurable machining systems: Vision with examples.ERC/RMS #19, University of Michigan, January 1999.
[4] Y. Koren and A. G. Ulsoy. Engineering research center for reconfigurable machining systems. http://erc.engin.umich.edu.
[5] S. Kota. A methodology for automated design of reconfigurable
machine tools. In ERC/RMS: Annual Report, pages35-40.Universityof Michigan, 1999.
[6] R. Kumar and V. K. Garg. Modeling and Control of Logical
Discrete Event Systems. Kluwer Academic Publishers, 1995.
[7] C. Ling, S.-Y. Sung, T. M. L. Olsen, and D. Yip-Hoi. System
level process planning for RMS. ERC/RMS #24, University of
Michigan, 1999.
[8] M. R. Lucas, E. W. Endsley, and D. M. Tilbury. Coordinated
logic control for reconfigurable machine tools. In Proceedings of
the American Control Conference, pages 2107{2113, 1999.
[9] Y.-M. Moon and S. Kota. Generalized kinematic modeling
method for reconfigurable machine tools. In Proceedings of
the ASME Design Engineering Technical Conferences, Atlanta,
September 1998.
[10] Y.-M.Moon and S. Kota. Design of reconˉgurable machine tools.ASME Journal of Manufacturing Systems, 1999. Submitted.
[11] R. M. Murray, Z. Li, and S. S. Sastry. A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation. CRC Press, 1994.
[12] M.-A. Ouyang, C. Yi, C. Li, and J. Zhou. Intelligent layout for
modular design of machine tools. SPIE, 2620:547-552, 1995.
[13] S. Owen, M. C. Bonney, and A Denford. A modular reconfigurable approach to the creation of flexible manufacturing cellsfor educational purposes. Institute of Electrical Engineers, Colloquium Digest, 1(174):1-13, October 1995.
[14] G. Pahl and W. Beitz. Engineering Design. Springer-Verlag,
New York, 1984.
[15] C. J. J. Paredis and P. K. Khosla. Synthesis methodology for task based reconfiguration of modular manipulator systems. In Proceedings of the International Symposium on Robotics Research pages 2-5, 1993.
[16] G. G. Rogers and L. Bottaci. Modular production systems: a
new manufacturing paradigm. Journal of Intelligent Manufacturing,8:147-156, 1997.
[17] H. Shinno and Y. Ito. Structural description of machine tools
- 1. Description method and some application. Bulletin of the
JSME, 24(187):251-258, January 1981.
[18] H. Shinno and Y. Ito. Structural description of machine tools
- 2. Evaluation of structural similarity. Bulletin of the JSME,
24(187):259-265, January 1981.
[19] H. Shinno and Y. Ito. A proposed generating method for the
structural configuration of machine tools. In ASME Winter Annual Meeting, 1984. ASME paper 84-WA/Prod-22.
[20] H. Shinno and Y. Ito. Computer aided concept design for structural configuration of machine tools: Variant design using direct graph. ASME Journal of Mechanisms, Transmissions, an Automation in Design, 109:372-376, September 1987.
[21] H.-S. Yan and F.-C. Chen. Configuration synthesis of machiningcenters without tool change arms. Mechanism and MachineTheory, 33(1-2):197-212, 1998.
任務(wù)書
課題依據(jù):
1、 零件圖
2、 年產(chǎn)量6萬件
3、 采用液壓機(jī)構(gòu)定位夾緊
4、 機(jī)床電液控制
任務(wù)要求:
1、 調(diào)研報告(2000字報告)一篇；
2、 翻譯課題相關(guān)外文資料5000(漢)字以上，兩篇；
3、 加工工序圖、專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計及夾具裝配圖
4、 加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖、生產(chǎn)效率計算卡
5、 多軸箱裝配圖
6、 機(jī)床液壓原理圖
7、 PLC控制圖設(shè)計
8、 設(shè)計說明書2萬字以上；
畢業(yè)設(shè)計(論文)進(jìn)度計劃:
起 訖 日 期
工 作 內(nèi) 容
備 注
3.26～4.1
4.2～4.8
4.9～4.23
4.24～5.14
5.15～6.
6～6.
宣布畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，調(diào)研閱讀資料；
翻譯外文資料
調(diào)查研究、分析課題、整理調(diào)研報告
工藝方案確定，繪制工序圖、加工示意圖、后續(xù)工作中主要技術(shù)參數(shù)確定
繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸圖、生產(chǎn)效率計算卡
多軸箱設(shè)計
機(jī)床液壓原理圖、PLC控制圖設(shè)計
撰寫設(shè)計、計算說明書、答辯準(zhǔn)備
畢業(yè)答辯
1周
1
2
3
4
1
0
0.5
摘要:組合機(jī)床及其自動線所使用的通用部件是具有特定功能,按標(biāo)準(zhǔn)化,系列化,通用化原則設(shè)計、制造的組合機(jī)床基礎(chǔ)部件。每種通用部件有合理的規(guī)格尺寸系列，有適用的技術(shù)參數(shù)和完善的配套關(guān)系。組合機(jī)床設(shè)計應(yīng)根據(jù)機(jī)床性能 要求配套液壓、氣壓和電控等系統(tǒng)，本次畢業(yè)設(shè)計，采用PLC控制液壓系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞： 組合機(jī)床 液壓系統(tǒng) PLC
Abstract：The aggregate machine-tool and its the general part which uses fromthe generatrix has the specific function, according tostandardization, seriation, universalized principle design,manufacture aggregate machine-tool foundation part. Each kind ofgeneral part has the reasonable specification size series, has thesuitable technical parameter and the consummation necessary relations.The aggregate machine-tool design should act according to engine bedsystem and so on performance requirement necessary hydraulic pressure,barometric pressure and electric control, this graduation project,uses the PLC control hydraulic system.
Key word： Aggregate machine-tool Hydraulic system PLC
目 錄
引言 …………………………………………………………………………………1
第一章 通用部件簡介 …………………………………………………………2
1.通用部件的分類……………………………………………………………2
2.動力滑臺與動力箱…………………………………………………………3
3.組合機(jī)床支承部件…………………………………………………………4
第二章 組合機(jī)床的總體設(shè)計步驟 …………………………………………5
1組合機(jī)床工藝方案的制定 …………………………………………………5
2確定切削用量及選擇刀具 …………………………………………………6
3組合機(jī)床總體設(shè)計—三圖一卡 ……………………………………………7
第三章 組合機(jī)床多軸箱設(shè)計 ………………………………………………13
1概述…………………………………………………………………………13
2多軸箱的設(shè)計………………………………………………………………13
第四章夾具的設(shè)計 ……………………………………………………16
第五章液壓原理圖 ……………………………………………………17
1液壓傳動圖 ………………………………………………………17
2工作循環(huán)表 ………………………………………………………17
第六章PLC梯形圖 ………………………………………………………18
結(jié)論 ……………………………………………………………………19
致謝 ……………………………………………………………………19
參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………19
前 言
組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件，對一種或若干中工件按預(yù)先確定的工序進(jìn)行加工的機(jī)床。它能夠?qū)ぜM(jìn)行多刃多軸多面多工位同時加工。在組合機(jī)床上可以完成鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及液壓等工序，隨著組合機(jī)床的發(fā)展它能完成的工藝范圍將日益擴(kuò)大。
組合機(jī)床所使用的通用部件具有特定功能，按標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化原則設(shè)計制造的組合機(jī)床基礎(chǔ)部件，每種通用部件有合理的規(guī)格尺寸系列，有適用的技術(shù)參數(shù)和完善的配套關(guān)系。
組合機(jī)床與通用機(jī)床、其它機(jī)床比較具有以下特點(diǎn)：
（1）組合機(jī)床上的通用部件和特征零件越占全部機(jī)床零部件的70%-80%，因此設(shè)計和制造周期短，經(jīng)濟(jì)效益好。
（2）用于組合機(jī)床采用多刀加工，機(jī)床自動化程度高，因此比通用機(jī)床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強(qiáng)度低。
（3）組合機(jī)床的通用部件是經(jīng)過周密設(shè)計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又有專門廠家成批生產(chǎn)，它與一般專用機(jī)床比較，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修容易。
（4）組合機(jī)床加工工件，采用專用夾具，組合刀具和導(dǎo)向裝置等，產(chǎn)品加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術(shù)水平要求不高。
（5）當(dāng)機(jī)床被加工的產(chǎn)品更新時，專用機(jī)床的大部分的部件報廢，組合機(jī)床的通用部件是根據(jù)國家檢驗設(shè)計的，并等效于國際檢驗，因此其通用部件可以重復(fù)使用，不必另行設(shè)計和制造。
（6）組合機(jī)床易于聯(lián)成組合機(jī)床自動線，以適應(yīng)大規(guī)模和自動化生產(chǎn)需要。目前，我國組合機(jī)床以廣泛用于大批量生產(chǎn)和使用，例如：汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)等。
第一章 通用部件簡介
一.通用部件的分類
通用部件已列為國家標(biāo)準(zhǔn)，并等效為國際標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時應(yīng)貫徹執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)。我國有些企業(yè)有內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，但其主要技術(shù)參數(shù)及部件和聯(lián)系尺寸必須統(tǒng)一執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)，以實現(xiàn)部件通用化標(biāo)準(zhǔn)。
1.動力部件
（1）主運(yùn)動動力部件—用來實現(xiàn)組合機(jī)床的切削運(yùn)動。例如：刀具的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。
動力箱：1TD12—1TD25，適用小型組合機(jī)床；1TD32—1TD80，適用大型組合機(jī)床。
多軸箱：主軸固定多軸箱；主軸可調(diào)多軸箱。
（2）進(jìn)給運(yùn)動部件—實現(xiàn)刀具的進(jìn)給運(yùn)動。
液壓滑臺：1HY系列液壓滑臺；1HYA系列長臺面型液壓滑臺；1HYS系列液壓十字滑臺。
機(jī)械滑臺：1HJ系列機(jī)械滑臺；1HJC系列機(jī)械滑臺；NC-1HJ系列交流伺服數(shù)
機(jī)械滑臺。
（3）既能實現(xiàn)主運(yùn)動，又能實現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動的部件。
動力頭：1LHJb系列機(jī)械滑套式動力頭；1LXJB系列箱體移動式機(jī)械動力頭；LHF系列風(fēng)動動力頭；1LZY系列多軸轉(zhuǎn)塔動力頭。
（4）為單軸頭變化主軸轉(zhuǎn)速的跨系列通用部件：1XG系列傳動裝置。
2.輸送部件
輸送部件是將工件由一個工位輸送到另一個工位的部件：1AHY系列液壓回
轉(zhuǎn)臺工作臺；1HYA系列長臺面型液壓滑臺。
3.支承部件
支承部件是可用來安裝組合機(jī)床其它部件，它包括1CC系列滑臺，側(cè)底座；
1CD系列立柱側(cè)底座；1CL系列立柱及中間底座等。
4.控制部件
控制部件用來控制組合機(jī)床行動循環(huán)。
5.輔助部件
除上述部件外的部件稱輔助部件，主要指用于潤滑、冷卻和排屑等部件。
二.動力滑臺與動力箱
1.動力滑臺是由滑座、滑鞍和驅(qū)動裝置等組成，是實現(xiàn)組合機(jī)床直線進(jìn)給運(yùn)動的動力部件。
動力滑臺的用途：根據(jù)被加工工件的工藝要求，可以在滑臺上安裝動力箱、鉆削頭、銑削頭和鏜孔車端面頭等各種部件，以完成對工件的鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、螳孔、倒角、削端面、車端面、銑削及攻絲等工序，有時也作為輸送部件使用，配置多工位組合機(jī)床。
2.1TD系列動力箱的用途
動力箱是將電動機(jī)的動力傳遞給多軸箱的動力部件。動力箱安裝在滑臺或其它進(jìn)給部件的結(jié)合面上，動力箱前端結(jié)合面上安裝多軸箱，動力箱的輸出軸驅(qū)動動力箱的每個主軸及傳動軸，使多軸箱完成各種工藝切削運(yùn)動。
1TD系列動力箱分兩種：第一種根據(jù)用于配置小型組合機(jī)床，其型號為1TD12—1TD25，本規(guī)格的動力箱輸出軸有兩種傳動形式，I型用輸出軸安裝的平鍵，齒輪輸出轉(zhuǎn)矩；II型用輸出軸端面鍵輸出轉(zhuǎn)矩。第二種動力箱用于配置大型組合機(jī)床，其規(guī)格為1TD32—1TD80，其輸出軸只有平鍵，齒輪一種輸出轉(zhuǎn)矩的形式。
三.組合機(jī)床支承部件
組合機(jī)床支承部件包括中間底座，側(cè)底座，立柱，立柱底座，支架及墊塊等。支承部件主要用來安裝動力部件及其它工作部件是組合機(jī)床的基礎(chǔ)部件。支承部件應(yīng)用于足夠的剛度，以保證各部件之間相對位置精度長期正確，從而保證組合機(jī)床的加工精度。
組合機(jī)床的支承部件采用組合式，例如：臥式組合機(jī)床的床身，由中間底座與側(cè)底座裝配而成，而立式組合機(jī)床的床身由立柱及立柱底座裝配而成。此種裝配結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是加工和裝配工藝性好，調(diào)整和運(yùn)輸比較方便。但是，組合式結(jié)構(gòu)減弱了床身的整體剛性，這一缺點(diǎn)通常用加強(qiáng)部件之間的連接剛度來補(bǔ)償。
1.1CC系列滑臺側(cè)底座
1CC系列滑臺側(cè)底座用于安裝1HY系列液壓滑臺及各種機(jī)械滑臺側(cè)底座長度按滑臺行程長度分型并與其配套?；惭b在側(cè)底座上，側(cè)底座與中間底座用螺釘及銷（或鍵）連接成一體，滑臺與側(cè)底座之間裝有5mm厚的調(diào)整墊。采用調(diào)整墊鐵對機(jī)床的制造和維修都方便。因為當(dāng)滑座導(dǎo)軌磨損后，或重新組裝機(jī)床時，只須取下滑臺將導(dǎo)軌面重新修刮或修磨，再重新更換調(diào)整墊厚度，可使機(jī)床達(dá)到應(yīng)有精度。
側(cè)底座的頂面具有與滑座結(jié)合的平面外在其周圍有收集冷卻液或潤滑油用的溝槽，用管道將油液引回存儲槽中，側(cè)底座的另一側(cè)面有電氣壁盒，以供安裝電器元件用。一般電器壁盒與冷卻液存儲箱不應(yīng)靠近，以防電氣元件潮濕。
為了便于支承部件及整臺機(jī)床運(yùn)輸，側(cè)底座應(yīng)用走絲吊孔或吊環(huán)螺釘孔及放入撬杠用的底面凹槽。
2.中間底座
中間底座用于安裝運(yùn)輸部件和夾具等的支承部件。它可以與側(cè)底座支架和立柱等相接。
中間底座在配置組合機(jī)床時，往往不能用一種系列滿足不同使用要求，因此，中間底座無標(biāo)準(zhǔn)化系列，尚須根據(jù)具體情況設(shè)計專用的中間底座。
中間底座分為安裝固定夾具和安裝回轉(zhuǎn)工作臺的兩種類型。
根據(jù)組合機(jī)床配置形式的不同，中間底座多種多樣?？傊S著組合機(jī)床形式不同，中間底座在結(jié)構(gòu)，尺寸方面就有不同的要求。
中間底座的高度為560mm，也可選用630mm或710mm，本次設(shè)計底座選用560mm.
第二章 組合機(jī)床的總體設(shè)計
一.組合機(jī)床工藝方案的制定
工藝方案制定的正確與否，將決定機(jī)床能否達(dá)到體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單。為了使工藝方案制定得合理，先進(jìn)，必須認(rèn)真分析被加工零件圖紙開始，深入現(xiàn)場全面了解被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工部位，尺寸精度，表面粗糙度和技術(shù)要求，定位、夾緊要求，工藝方法和加工過程所采用的刀具、輔具，切削用量及生產(chǎn)率要求等，分析優(yōu)缺點(diǎn)。
1.零件的工藝分析
被加工零件為減速箱的箱體，加工頂面鉆孔，且要一次加工完成，因此需在專用機(jī)床上加工，并要保證它們之間的粗糙度和位置精度要求。
2.工藝方案的制定
1）初銑?52平面 2）初、半精銑?80平面
3）初銑頂面?zhèn)绕矫? 4）初磨頂面?13孔的上下表面，底面?13孔的上表面
5）初磨?80、?72的外表面
6）鉆底面?13、?8的孔 7）擴(kuò)底面?8的孔
8）鉆頂面?13、?8的孔 9）擴(kuò)頂面?8的孔
10）去毛刺，打號，清洗 12）終檢
3．工件的定位基準(zhǔn)選擇
根據(jù)上面工序的安排，定位基準(zhǔn)選擇“一面兩銷”進(jìn)行，其原因：
a可簡單的消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠的定位。
b有同時加工零件五個表面的可能，即能高度集中工序，又有利于提高各面孔的位置精度。
c“一面兩銷”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準(zhǔn)，使零件整個工藝過程基準(zhǔn)統(tǒng)一，從而減少由基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來的累積誤差，有利于保證零件加工精度。
d易于實現(xiàn)自動化定位，并有利于防止切屑落于定位基面上。
4.夾緊方案的制定
夾緊機(jī)構(gòu)由夾緊動力，中間傳動機(jī)構(gòu)，夾緊元件三部分組成，夾緊動力用于產(chǎn)生力源，并將作用力傳給中間傳動機(jī)構(gòu)。采用中間傳動機(jī)構(gòu)可改變作用力的大小和方向，同時能產(chǎn)生的鎖作用，以保證在加工過程中，當(dāng)力源消失時，工件在切削力或振動作用下仍能可靠夾緊。夾緊元件剛用以承受由中間傳動機(jī)構(gòu)傳遞的夾緊力。并與工件直接接觸而執(zhí)行夾緊動作。工件夾緊時，夾緊裝置應(yīng)重點(diǎn)解決下列問題：
（1）夾緊裝置在對工件夾緊時，不應(yīng)破壞工件的定位應(yīng)正確選擇夾緊力的方向及著力點(diǎn)。
（2）夾緊力的大小應(yīng)可靠，適當(dāng)。要保證工件在夾緊后的變形和受壓表面的損壞不能超過允許的范圍。
（3）結(jié)構(gòu)簡單合理，夾緊動作迅速，操作方便，省力，安全。
（4）夾緊力或夾緊行程在一定范圍內(nèi)可調(diào)整或補(bǔ)償。
二.確定切削用量及選擇刀具
切削用量選擇是否合理，對組合機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)率、刀具的耐用度、機(jī)床的布局及正常工作均有很大的影響。
組合機(jī)床切削用量的選擇特點(diǎn)：
1.在大多數(shù)情況下，組合機(jī)床為多軸，多刀，多面同時加工，因此切削用量，根據(jù)經(jīng)驗應(yīng)比一般萬能機(jī)床單刀加工低30%左右。
2.組合機(jī)床多軸箱下，所有刀具共用一個進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動力滑臺，工作時，要求所以的刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動力滑臺的分鐘進(jìn)給量。
a 由于工件材料：HT200 HBS:200 ?8 深16mm ?13 深16mm
查鉆孔切削速度查得：鑄鐵：v=16～24m/min.
(1)a ?8孔的計算：
f=0.2mm/r 由L/D=16/8=2 選取v=18m/min 查表得Kv=0.9
可得：
切削力F=26×D×f0.8×HB0.6=1377.522N
切削扭矩： =10×D1.9×f0.8×HB0.6=3445.982N·mm
切削功率：
刀具耐用度：
b ?13孔的計算：
f=0.2mm/r 由L/D=16/13=1.23 選取v=16m/min 查表得Kv=0.9
可得：
切削力F=26×D×f0.8×HB0.6=2238.473N
切削扭矩： =10×D1.9×f0.8×HB0.6=8630.507N·mm
切削功率：
刀具耐用度 ：
總功率P=4x0.33+0.248=1.568Kw
三.組合機(jī)床總體設(shè)計—三圖一卡
1.被加工零件工序圖
被加工零件的工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示一臺組合機(jī)床或自動線完成的工藝內(nèi)容，加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用定位基準(zhǔn)，夾緊符號及被加工零件的材料、硬度、重量等表示。不能用客戶提供的圖紙，而需在原零件圖的基礎(chǔ)上，突出被加工的內(nèi)容，加上必要的說明繪制而成的，它是組合機(jī)床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造，使用，檢驗和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)元件，圖上應(yīng)表示出：
（1）被加工零件的形狀和輪廓尺寸及本機(jī)床設(shè)計有關(guān)的部位的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸。
（2）加工用定位基準(zhǔn)，夾緊部位及夾緊方向，以便依此進(jìn)行夾具的定位支承，限位，夾緊，導(dǎo)向裝置的設(shè)計。
（3）本道工序加工部位尺寸、精度、表面粗糙度、形狀位置尺寸及技術(shù)要求，還包括本道工序?qū)η暗拦ば蛱岢龅囊蟆?
（4）必要的文字說明，如被加工零件的編號名稱，硬度，重量，加工余量等
2.加工示意圖
1.加工示意圖的作用和內(nèi)容
零件的加工工藝方案要通過加工示意圖反映出來，加工示意圖表示被加工零件在機(jī)床尚的加工過程，刀具輔具的布置狀況以及工件，夾具，刀具等機(jī)床各部件間的相對位置關(guān)系，機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等。因此，加工示意圖是組合機(jī)床設(shè)計的主要圖紙之一。在總體設(shè)計中占據(jù)重要地位。它是刀具，輔具，夾具，多軸箱，液壓電氣裝置設(shè)計及通用部件選擇的主要原始資料；也是整臺組合機(jī)床布局和性能的原始要求，同時還是調(diào)整機(jī)床刀具及成車的依據(jù)，其內(nèi)容為：
（1）應(yīng)反映機(jī)床的加工方法，加工條件及加工過程。
（2）根據(jù)加工部位特點(diǎn)及加工要求，決定刀具類型，數(shù)量，結(jié)構(gòu)，尺寸（直徑
和長度），包括鏜削加工是鏜桿直徑和長度。
（3）決定主軸的結(jié)構(gòu)類型，規(guī)格尺寸及外伸長度。
（4）選擇標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計專用的接桿，浮動卡頭，導(dǎo)向裝置，攻絲靠模裝置，刀桿
托架等，并決定它們的結(jié)構(gòu)參數(shù)及尺寸。
（5）標(biāo)明主軸，接桿，夾具（導(dǎo)向）與工件之間的聯(lián)系尺寸，配合及精度。
（6）根據(jù)機(jī)床要求的生產(chǎn)率及刀具，材料特點(diǎn)等，合理正確定并標(biāo)注各主軸的
切削用量。
2.加工示意圖零件的選擇
（1）刀具的選擇
刀具的選擇要求考慮工件加工尺寸精度，切削的排除，及生產(chǎn)率要求等因素。
由《機(jī)械加工工藝設(shè)計手冊》表11.29選擇：
莫氏錐柄長麻花鉆：
（2）初定主軸類型、尺寸、外伸長度和選擇接桿主軸形式主要取決于進(jìn)給力和主軸－刀具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的需要。主軸尺寸規(guī)格應(yīng)根據(jù)選定的切削用量計算出切削轉(zhuǎn)矩， 由d=13mm 查表3-5得：確定主軸直徑d=16mm. 取d=20mm。
（3）彈簧漲套：T0631-41 。
（4）除剛性主軸外，組合機(jī)床主軸與刀具之間常用兩種連接：一是接桿連接，也稱剛性連接，用于單導(dǎo)向進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸及倒角加工；二是浮動卡頭連接，也稱浮動連接，用于長導(dǎo)向、雙導(dǎo)向和多導(dǎo)向進(jìn)行鏜、擴(kuò)、鉸孔，以減少主軸位置誤差及主軸徑向跳動對加工精度的影響。
選接桿： T0635-01 B型。
3.影響聯(lián)系尺寸的關(guān)鍵刀具
保證加工終了時，多軸箱端面到工件端面之間的尺寸最小，來確定全部刀具，接桿，導(dǎo)向，刀具托架及工件之間的聯(lián)系尺寸。其中，須標(biāo)注主軸端部外徑和內(nèi)孔徑，外伸長度，刀具各段直徑及長度，導(dǎo)向的直徑，長度配合，工件至夾具之間須標(biāo)注工件距離導(dǎo)套端面的距離，還需標(biāo)注刀具托架與夾具之間的尺寸，工件本身及加工部位的尺寸和精度等。
4.動力部件的工作循環(huán)
動力部件的工作循環(huán)是指：加工時，動力部件從原始位置開始到加工終了位置又返回到原始位置的動力過程。一般包括快速引進(jìn)，工作進(jìn)給，快速退回等動作，有時還有中間停止，多次往復(fù)進(jìn)給，跳躍進(jìn)給，死擋鐵停留等特殊要求，這是根據(jù)具體的加工工藝需要確定的。
5.動力部件的工作行程
（1）工作進(jìn)給長度L應(yīng)等于工件加工部位長度與刀具切入長度和切出長度之和。參考《組合機(jī)床設(shè)計》表3－17得：切入長度 =8mm.
由表3－24得：＝12mm.
(2)快速退回和攻退長度之和等于快速引進(jìn)和進(jìn)給長度之和。其長度按加工具體要求而定。?13快進(jìn)取125mm；工進(jìn)35mm；快退取160mm .?8快進(jìn)取105mm;工進(jìn)35mm；快退取140mm。
（3）動力部件總行程長度除了應(yīng)保證要求的工作循環(huán)工作過程外，還要考慮裝卸調(diào)整刀具方便，及考慮前備量。前備量取35mm 。
3.機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
一般來說，組合機(jī)床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件—動力滑臺、動力箱、各種工藝、切削頭、側(cè)底座、立柱底座及中間底座加上專用部件—多軸箱、刀具、輔具系統(tǒng)、夾具、液電、冷卻、潤滑、排屑系統(tǒng)組合裝配而成的。
聯(lián)系尺寸圖的主要內(nèi)容為：
（1）以適當(dāng)數(shù)量的視圖按同一比例畫出機(jī)床各主要組成部件的外形輪廓及相關(guān)位置，表明機(jī)床的配置型式及總體布局，主視圖的選擇應(yīng)與機(jī)床實際加工狀態(tài)一致。
（2）圖上應(yīng)盡量減少在必要的線條及尺寸應(yīng)標(biāo)注，但反映部件的聯(lián)系，專用部件及主要輪廓尺寸，運(yùn)動部件的極限位置及行程尺寸必須完全。
（3）為便于開展局部設(shè)計，聯(lián)系尺寸圖上應(yīng)標(biāo)注通用部件的規(guī)格，代號，電動機(jī)型號，功率及轉(zhuǎn)速，并說明機(jī)床部件的分組情況及總行程。
組合機(jī)床的動力部件是配置組合機(jī)床的基礎(chǔ)，它主要包括用以實現(xiàn)刀具主軸旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動的動力箱，各種工藝切削用量及進(jìn)給運(yùn)動的運(yùn)功動滑臺。
影響動力部件選擇的主要因素為：切削功率，進(jìn)給力，進(jìn)給速度，行程，多軸箱輪廓，尺寸，動力滑臺的精度和導(dǎo)軌材料，綜合這些因素，根據(jù)具體加工要求正確合理選擇動力部件—動力滑臺和動力箱，并以其為基礎(chǔ)進(jìn)行通用部件配置。
根據(jù)前面算的再查《組合機(jī)床設(shè)計》表2－15選1TD32動力箱，電機(jī)型號:Y112M-6,電動機(jī)功率：P=2.2KW,電動機(jī)轉(zhuǎn)速：n=940r/min,驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速：n=470r/min.動力箱輸出軸距底面高度為124.5mm。
由表2－3結(jié)合附表1:選液壓動力滑臺1HY63 ，臺面寬:B=250mm，
面長:1250mm，行程長:H＝630mm，導(dǎo)軌為鑄鐵材料，允許最大進(jìn)給力:5000N，快速行程速度:5mm，工進(jìn)速度6.5～250mm/min。
配套通用部件：滑臺側(cè)底座，附表19:其型號：1CD321,高度h=560mm，寬度=600mm，長度L＝900mm
計算多軸箱輪廓尺寸
標(biāo)準(zhǔn)的通用鉆，鏜類多軸箱的厚度有兩種尺寸規(guī)格，立式為340mm
繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸圖時，重要確定的尺寸是多軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度：
B=b+ H=h++
式中：b—工件再寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（mm）
—最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（mm）
h—工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（mm）
—最低主軸高度。
為保證多軸箱有排布齒輪的足夠空間，推薦b1>70—100 mm，取b1=100mm，=124.5mm,H=900mm,h3=250mm,h4=630mm,h7=5mm,推薦>85140 mm。
=h2+H-(0.5+h3+h7+h4)＝10＋900－(0.5+250+5+560)=94.5mm
B=b+2b1=102+1002=302mm
H=h++b1==72+94.5+100=266.5mm
根據(jù)上述計算值，按多軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)最后確定多軸箱輪廓尺寸由P92表4－1，取B×H=400400mm。
動力箱以及底面與動力滑臺定位連接，在機(jī)床長度方向上，通常動力箱后端面應(yīng)與滑臺后端面平齊安裝。動力滑臺與滑座在機(jī)床長度方向的相對位置由加工終了時滑臺前端面到滑座前面的距離決定，是在機(jī)床長度方向上各部件聯(lián)系尺寸的可調(diào)環(huán)節(jié)；對于通用的標(biāo)準(zhǔn)動力滑臺，尺寸的最大范圍為50mm，是動力滑臺，滑座本身結(jié)構(gòu)決定的滑臺前端面到滑臺前端面的最小距離與前備量兩者之和。前者通常不應(yīng)小于15－20mm，后者用補(bǔ)償?shù)毒咧啬ズ筝S向可調(diào)的尺寸并用于彌補(bǔ)機(jī)床制造和安裝誤差前備量取35mm；剛＝35＋35＝70mm。
為便于機(jī)床的調(diào)整和維修，滑臺與側(cè)底座在機(jī)床長度方向上的相對位置由滑座前端面到側(cè)底座前端面的距離決定。若采用的側(cè)底座為標(biāo)準(zhǔn)型，則可由組合機(jī)床通用部件聯(lián)系尺寸標(biāo)準(zhǔn)中查得；若不能采用標(biāo)準(zhǔn)型側(cè)底座則可根據(jù)具體情況而定，取110mm。
中間底座輪廓尺寸其長度方向尺寸安下式確定：
L=(+＋2＋)－2（＋＋）
＝(315+315+2340+126)-2(250+70+110)
＝576mm
4.機(jī)床生產(chǎn)率計算卡
機(jī)床負(fù)荷率等。根據(jù)選定得機(jī)床工作循環(huán)所需要的工作行程長度，切削用量，動力部件的速度及工進(jìn)速度等；就可以計算機(jī)床的生產(chǎn)率并編制生產(chǎn)率計算卡；用以反映機(jī)床的加工過程；完成每一動作所需的時間，切削用量，機(jī)床生產(chǎn)率等
1.理想生產(chǎn)率Q1
指定成年生產(chǎn)綱領(lǐng)A（包括備量及廢品率在內(nèi)）所需求的機(jī)床生產(chǎn)率。它與全年工時總數(shù)有關(guān)，一般情況下，單班制生產(chǎn)K取2350h，兩班制生產(chǎn)取4600h，則Q1=（件/h）
Q1=60000/2350=25.53（件/h）
2.實際生產(chǎn)率Q
指所設(shè)計機(jī)床每小時實際可以生產(chǎn)的零件數(shù)量
Q=60/
求出：—生產(chǎn)一個零件所需的時間（min）
=t切+t輔=（L1/Vf1+L2/Vf2+T停）+（L順進(jìn)/Vfk+L快退/Vfk+T移+t卸裝）=1.431min
Q=60/=60/1.431=41.93（件/h）
3.機(jī)床負(fù)荷率μ負(fù)
當(dāng)Q1〈Q時，計算二者的比值即為負(fù)荷率
h負(fù)=Q1/Q
則h負(fù)=25.53/41.93=0.61
4. 機(jī)床生產(chǎn)率計算卡 見表1
第三章 組合機(jī)床多軸箱設(shè)計
1.概述
多軸箱是組合機(jī)床的主要部件之一，按專用要求進(jìn)行設(shè)計，由通用零件組成。其主要作用是根據(jù)被加工零件的加工要求，安排各主軸位置，并將動力和運(yùn)動由電機(jī)或動力部件傳給各工作主軸，使之得到要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。
多軸箱按其結(jié)構(gòu)大小，可分為大型多軸箱和小型多軸箱兩類。大型又分為通用多軸箱和專用多軸箱兩種。
通用多軸箱主要由箱體，主軸，傳動軸，齒輪，軸套等零件和通用（專用）的附加機(jī)構(gòu)組成。
在多軸箱體前后壁之間可安排厚度為24mm的齒輪三排或32mm的齒輪兩排；在多軸箱體后壁之間可安排一或兩排齒輪。
通用多軸箱體厚度為180mm，用于臥式的多軸箱前蓋厚度為55mm（基型），用于立式的多軸箱前蓋并作油池，加厚為70mm，基型后蓋厚度為90mm，其余三種厚度的后蓋（50，100，125mm),可根據(jù)多軸箱內(nèi)傳動系統(tǒng)安排動力部件與多軸箱的具體連接情況而定。
2.多軸箱的設(shè)計
多軸箱是組合機(jī)床的重要部件之一，它關(guān)系到整臺組合機(jī)床質(zhì)量的好壞。
具體設(shè)計時，需根據(jù)“三圖一卡”，仔細(xì)分析研究零件的加工部件，工藝要求，確定多軸箱與被加工零件，機(jī)床其它部分的相互關(guān)系。
1.繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖
根據(jù)“三圖一卡”整理編匯，內(nèi)容包括多軸箱設(shè)計的原始要求和已知條件。
在編制此圖時從“三圖一卡”中已知：
（1）多軸箱輪廓尺寸400mm400mm
（2）工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸
（3）工件與多軸箱相對位置尺寸
多軸箱圖一般應(yīng)包括以下內(nèi)容:
（1）所有主軸的位置尺寸及工件與多軸箱的相對尺寸,在標(biāo)注主軸的位置及相關(guān)尺寸時,首先要注意多軸箱和被加工零件在機(jī)床上是面對面擺放的,因此多軸箱橫截面上的水平方向尺寸因與被加工零件工序圖的水平方向相反;其次,多軸箱上的坐標(biāo)尺寸基準(zhǔn)和被加工零件工序圖的尺寸基準(zhǔn)常不相重合,應(yīng)根據(jù)多軸箱和被加工零件的相對位置找出統(tǒng)一基準(zhǔn),并標(biāo)注出其相對位置關(guān)系尺寸.
（2）在圖中標(biāo)注主軸轉(zhuǎn)向由于標(biāo)注刀具多為右旋,因此要求主軸一般為逆時針旋轉(zhuǎn)。
（3）圖中應(yīng)標(biāo)出多軸箱的外形尺寸.
（4）列表標(biāo)明工件材料,加工表面要求,并標(biāo)出各主軸的工序內(nèi)容,主軸外伸部分尺寸和切削用量等.
（5）注明動力箱型號,功率P,轉(zhuǎn)速機(jī)和其它主要參數(shù).
2.主軸直徑和齒輪模樹的初步確定
m≥(30-32) （mm）
3.主軸的動力計算
4.傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算
（1）對傳動系統(tǒng)的一般要求
1) 盡量用一根中間軸帶動很多根主軸,當(dāng)齒輪齒合中心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時,可用變位齒輪或略變傳動比的方法解決.
2) 一般情況下,盡量不采用主軸帶動主軸的方案,因為會增加主動軸的負(fù)荷,如遇到主軸分布密集而切削負(fù)荷又不大時,為了減少中心軸,也可用一根主軸帶1-2根或更多根主軸的傳動方案.
3) 為使結(jié)構(gòu)緊湊多軸箱體的齒輪傳動副的最佳傳動比為1-1.5,在多軸箱后蓋內(nèi)的第IV排(或第V排)齒輪,根據(jù)需要,其傳動比可以取大些,但一般不超過33.5。
4) 根據(jù)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)距成反比的道理，一般情況下如驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速較高時，可采用逐步降速傳動，如驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速較低時可先使速度升高一點(diǎn)再降速，這樣可使傳動鏈前面幾根軸齒輪上的齒輪應(yīng)盡量安排靠近前支承，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形。
5）粗加工切削力大，主軸上的齒輪應(yīng)盡量安排靠近前支承，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形。
6）齒輪安排數(shù)可按下面方法安排：
不同軸上齒輪不相碰，可放在箱體內(nèi)同一排上。
不同軸上齒輪與軸或軸套不相碰，可放在箱體內(nèi)不同排上。
齒輪與軸相碰，可放在后蓋內(nèi)。
2 計算主軸和傳動軸的齒數(shù)
驅(qū)動軸上齒數(shù)有一定限制（＝21－26） ?。?6，m=3
則總傳動比：
第Ⅲ位：
1）假設(shè)中間傳動軸 =27, m=3
由：和得：
=26；=27
2）手柄軸 =26；=27
第Ⅱ位：
1)主軸1.2.3.4 由A=51mm, 定義m=2,Z=26得
＝25
第Ⅰ位：
1）主軸5 由A=47mm，定義m=2,Z=25 得
=22
驗算如下：
轉(zhuǎn)速相對損失在5%以內(nèi)，符合設(shè)計要求。
第四章 夾具的設(shè)計
機(jī)床夾具是在機(jī)床上所使用的一種輔助裝置，用它來準(zhǔn)確迅速地確定工件與機(jī)床刀具間地相對位置，即將工件定位及夾緊，以完成加工所需地相對運(yùn)動。
使用夾具地最終目的是保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善工人勞動條件，提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品成本。
1.左臂殼體的定位基準(zhǔn)的選擇
由零件圖可知，零件底部的孔已經(jīng)加工，因此，以左臂殼體的下表面作為主要定位基面。為了提高加工效率，決定采用液壓式伸縮銷定位，同時為了縮短輔助時間采用液壓夾緊。
2 夾緊力的計算
查《機(jī)床夾具設(shè)計手冊》表1－2－11 工件以平面定位，夾緊力與切削力方向垂直。
其中為基本安全系數(shù)1，2 為加工性質(zhì)系數(shù)1，2
為刀具鈍化系數(shù)1 為斷續(xù)切削系數(shù)1
＝0.16 ＝0.7
＝2.5
則＝＝2750N
現(xiàn)選用地腳式的液壓缸，查《機(jī)床夾具設(shè)計手冊》：
故本夾具可安全工作。
結(jié)論
四年的大學(xué)生活接近尾聲，這是在學(xué)校最重要的設(shè)計——畢業(yè)設(shè)計。設(shè)計的題目是組合機(jī)床，組合機(jī)床對我來說是一個比較陌生的名詞，經(jīng)過這幾個月的摸索，終于了解到其中的一些知識。從繪制工序圖到主軸箱裝配圖一路走來，使我對設(shè)計組合機(jī)床的工藝過程有了深刻了解，也使我的胸中平添了幾分底氣，我相信以后碰到相同或類似的問題，我會做得更快更好！
致謝
這次設(shè)計是在郭娟導(dǎo)師的精心指導(dǎo)下完成的。郭老師雖然很忙，但她還是抽出大量寶貴時間來關(guān)心我們。每當(dāng)我們在設(shè)計上遇到什么問題或是有什么想不通的，她都會細(xì)心地講解，直到我們懂為止，在此，獻(xiàn)上誠摯的謝意。還要謝謝在設(shè)計中幫助我的同學(xué)，以及幫我答辯的各位老師！
參考文獻(xiàn)
【1】 金正華主編 《組合機(jī)床及其調(diào)整與使用》 機(jī)械工業(yè)出版社 1990
【2】 黑龍江人民出版社 《組合機(jī)床設(shè)計與制造》 1982
【3】 趙如福主編 《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》第三版 上海科技出版社 1982
【4】 周澤華主編 《金屬切削原理》第二版 上?？茖W(xué)出版社 1993
【5】 謝家瀛主編 組合機(jī)床設(shè)計簡明手冊 機(jī)械工業(yè)出版社
【6】 大連組合機(jī)床研究所編 《組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)》
【7】 叢鳳延，遲建山主編 《組合機(jī)床設(shè)計》 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社
【8】 組合機(jī)床編寫小組編 《組合機(jī)床講義》 北京：國防工業(yè)出版社 1975
【9】 大連組合機(jī)床研究所編 《組合機(jī)床設(shè)計參考圖冊》 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1990
【10】中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) GB 6477.1-6477.16 _86 《金屬切削機(jī)床術(shù)語》 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 1988