0033-P65F上箱體缸體粗鏜孔專機主軸箱設計,p65f,箱體,缸體,鏜孔,專機,主軸,設計
該方案是1P65F上箱體缸體粗鏜孔專機主軸箱設計，要求設計合理，裝夾方便，定位準確，滿足加工技術要
求，符合單班制年生產5萬臺的生產綱領，同時盡量提高生產效率，降低生產勞動成本。
1P65F上箱體缸體粗鏜孔專機是江蘇林海動力機械集團自主研發(fā)的專機。江蘇林海動力機械集團公司先后研
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本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁
目 錄
1 引言 1
1.1組合機床的概念 1
1.2組合機床的發(fā)展歷史 2
1.3加工對象及用途 3
1.4組合機床的組成 3
1.5組合機床通用部件分類 5
1.6組合機床的特點和分類 5
2 本設計主要研究內容及加工方案的制定 7
2.1原始數(shù)據(jù)的介紹 7
2.2主軸箱的總體設計方案 7
2.3加工方案制定 8
2.4選擇切削余量 8
2.5確定刀具 10
2.6確定夾具 10
3 “三圖一卡”的編制 11
3.1 被加工零件圖 11
3.2被加工零件工序圖 12
3.3被加工零件示意圖 17
3.5機床尺寸聯(lián)系圖 20
4 組合機床主軸箱設計 22
4.1主軸箱的用途、分類及組成 22
4.2主軸結構形式的選擇 22
4.3主軸箱的動力計算及動力箱的選擇 22
4.4傳動系統(tǒng)的設計與計算 23
4.5主軸箱輪廓尺寸及其相關系數(shù) 25
4.6強度校核 25
結束語 32
致謝 33
參考文獻 34
本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 34 頁 共 34 頁
1 引言
組合機床是根據(jù)工件加工需要，以大量系列化、標準化的通用部件為基礎，配以少量的專用部件，對一種或數(shù)種工件按預先確定的工序進行加工的高效專用機床。組合機床能夠對工件進行多刀、多軸、多面、多工位同時加工；可完成鉆孔、擴孔、鏜孔、攻螺紋、銑削、車孔端面等工序，隨著組合機床技術的發(fā)展，其工藝范圍日益擴大，如：焊接、熱處理、自動測量和自動裝配、清洗等非切削工序。
組合機床廣泛應用于大批量生產的行業(yè)，如：汽車、拖拉機、電動機、內燃機、閥門、縫紉機等制造業(yè)。主要加工箱體類零件，如氣缸體、變速箱體、汽缸蓋、閥體等；一些重要零件的關鍵加工工序，雖然生產批量不大，也采用組合機床來保證其加工質量。目前，組合機床的研制正向高效、高精度、高自動化的柔性化方向發(fā)展。
本文根據(jù)工廠需要,設計能高效、高精度的進行上箱體缸體精鏜孔專機上的主軸箱。
1.1 組合機床的概念
組合機床是一種自動化或半自動化的機床。無論是機械電氣或電氣控制的都能實現(xiàn)自動循環(huán)。半自動化的組合機床，工人只要將工件裝夾好，按一下按鈕，機床既可自動進行加工，加工一個循環(huán)停止。自動化的組合機床，工人只要將零件放到料斗或上料架上，機床即可連續(xù)不斷地進行加工。
組合機床的通用部件和標準件約占70%——80%，這些部件是系列化的，可以進行成批生產。其余20%——30%的專用部件是由被加工零件的形狀、輪廓尺寸、工藝和工序來決定，如夾具、主軸箱、刀具和工具等。
1.2 組合機床的發(fā)展歷史
1.2.1 國外組合機床的發(fā)展歷史
1911年，美國為了加工汽車零件研制了組合機床。在發(fā)展初期，各機床制造廠都執(zhí)行自己的通用部件標準。為了方便用戶使用和維護，提高互換性，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協(xié)定，確定了組合機床通用部件標準化的原則，并規(guī)定了部件間聯(lián)系尺寸。1973年ISO公布了第一批組合機床通用部件標準，使機床制造標準化做了行業(yè)性的規(guī)定。在剛過去的20世紀中，對機械制造裝備進行了多次更新?lián)Q代。50年代為“規(guī)模效益”模式，即少品種大批量生產模式；70年代，是“精益生產”模式，以提高質量，減低成本為標志，80年代較多的采用數(shù)控機床、機器人、柔性制造單元和系統(tǒng)等高技術的集成機械制造裝備；90年代，機械制造裝備普遍具有“柔性化”、“自動化”和“精密化”的特點，適應多品種小批量和經常更新產品的需要。
1.2.2 國內組合機床的發(fā)展歷史
在改革開放以來，我國機械制造業(yè)迅猛發(fā)展。已經具備了成套生產加工各種精密的，高度自動化的以及高效率的組合機床和自動生產線，有些機床甚至已經接近世界先進水平?，F(xiàn)在我國已經可以研制并生產出六軸五聯(lián)動的系統(tǒng)，分辨率可以達到1微米，適用于復雜型體的加工。組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結構、縮短生產節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。
1.3 加工對象及用途
1P65F上箱體缸體粗鏜孔專機是江蘇林海動力機械集團自主研發(fā)的專機。江蘇林海動力機械集團公司先后研制開發(fā)了排量從26ML到520ML的各種類型的二沖程、四沖程汽油機，臥式、立式、風冷、強制風冷、水冷、油冷及各種起動方式和用途的汽油發(fā)動機以及各類配套動力機械。主要產品有ATV、CUV等特種車輛；通用發(fā)動機及小型汽油發(fā)電機組、泵、油鋸、風力滅火機、割灌機等小動力配套機械；摩托車及摩托車發(fā)動機等。1P65F上箱體缸體粗鏜孔機床是林海集團為了滿足生產要求，自主研發(fā)的專機。它用來摩托車發(fā)動機活塞銷孔的鏜削，生產綱領：單班制5萬臺。摩托車發(fā)動機活塞銷孔的鏜削具有下列特點:1)孔公差要求嚴格;2)表面光潔度要求高:3)孔的幾何形狀要求較高;4)生產率較高。 本工序一般是在大量生產機床上進行的。通常采用三臺機床:一臺粗鏜孔、一臺精鏜孔及一臺切槽。不過,對于某些情況下的生產來說,分開在三臺高效率的機床上加工的投資畢竟是不合算的。所以林海集團考慮到大批量生產，研發(fā)了專機。
1P65F上箱體缸體粗鏜孔專機要求生產單班制年產5萬件零件。屬于大批量生產，在批量生產中為了提高生產率，必須注意縮短加工時間和輔助時間，而且盡可能使輔助和加工時間重合，使每個工位安裝多個工件同時進行多刀加工，實行工序高度集中，因而廣泛采用組合專用機床。組合機床是根據(jù)工件加工需要，以大量系列化、標準化的通用部件為基礎，配以少量專用部件，對一種或數(shù)種工件按預先確定的工序進行加工的高效專用機床。專用機床能夠對工件進行多刀、多軸、多面、多工位同時加工；可完成鉆孔、擴孔、鏜孔、攻螺紋、銑削、車孔端面等工序，隨著組合機床技術的發(fā)展，其工藝范圍日益擴大，如：焊接、熱處理、自動測量和自動裝配、清洗等非切削工序。組合機床是用已經系列化、標準化的通用部件和少量專用部件組成的多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的高效專用機床，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。專用機床廣泛應用于大批量生產的行業(yè)，如：汽車、拖拉機、電動機、內燃機、閥門、縫紉機等制造業(yè)。主要加工箱體類零件，如汽缸體、變速箱體、汽缸蓋、閥體等；一些重要零件的關鍵加工工序，雖然生產批量不大，也采用組合機床來保證其加工質量。
1.4 組合機床的組成
組合機床與一般所指的專用機床的最大不同點，在于組合機床是由大量通用部件及少量專用部件所組成。因此，通用部件是組合機床發(fā)展的一個很重要的基礎及標志。所謂組合機床通用部件，通常是泛指在組合機床及其自動線的設計與使用中，可以相互更換使用的一些專能部件。這些部件是經過試制與試驗而最后定型的。因此，相對而言，它的結構較可靠，使用性能是較穩(wěn)定的。同時還可以組織專業(yè)廠進行生產，使用廠可以象買標準設備一樣在市場上買到。這樣便可以大大縮短設備的設計與制造周期，降低設備的制造成本。通用部件之所以能相互更換使用，這就是由于各種通用部件之間均有著統(tǒng)一的聯(lián)系尺寸標準。在組合機床的零件總數(shù)中，通用零部件所占有的比重是較大的。一般可達60-70%，最高者則可達到90%以上。不僅如此，而且它的種類也是很多種的。大的通用部件可以是個床身、立柱、動力頭、動力滑臺及冷卻系統(tǒng)等，小的通用部件則可以是個電氣擋鐵、液壓元件（如油缸及單向閥）等。
1.5 組合機床通用部件分類
1.5.1 按在組合機床中所起作用分
（1） 動力部件 例如動力頭和動力滑臺等。
（2） 支承部件 例如滑臺，床身，立柱及中間底座等。
（3） 輸送部件 例如回轉分度工作臺，回轉鼓輪，自動線工作回轉臺及零件輸送裝置等。
（4） 控制部件 例如液壓元件，控制板，按鈕臺及電氣擋鐵等。
（5） 其他部件 例如機械扳手，氣動扳手，排屑裝置及潤滑裝置等。
1.5.2 按動力部件分
（1） 液壓通用部件
優(yōu)點：
（a） 結構簡單、工作可靠；
（b） 進給量可無級調整（利用節(jié)流挑速器）；
（c） 過載保護裝置簡單可靠；
（d） 容易實現(xiàn)較復雜的工作循環(huán)。
缺點：
（a） 進給穩(wěn)定性受油溫影響；
（b） 掌握液壓元件的制造比較慢一些；
（c） 液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，尋找較困難。
（2） 機械通用部件
優(yōu)點：
（a） 進給量穩(wěn)定，不受溫度和氣候影響；
（b） 掌握制造較快；
（c） 發(fā)生故障，易于尋找及消除。
缺點：
（a） 不采用先進技術，實現(xiàn)進給量無級調整困難；
（b） 結構較復雜，使用電機較多。
（3） 氣動液壓通用部件。
1.5.3 按動力部件實現(xiàn)的進給方式分
（1） 箱體移動式 它是通過動力部件沿床身導軌的移動來實現(xiàn)刀具進給運動的，通常習慣稱為大型通用部件。
（2） 套筒移動式 它是通過主軸套筒的移動來實現(xiàn)刀具進給運動的，通常習慣稱為小型通用部件。
1.6 組合機床的特點和分類
1.6.1 鏜床組合機床的特點
鏜床組合機床主要是用鏜刀在工件上鏜孔的機床，通常，鏜刀旋轉為主運動，鏜刀或工件的移動為進給運動。它的加工精度和表面質量要高于鉆床。鏜床是大型箱體零件加工的主要設備。
鏜床系指主要用鏜刀在工件上加工已有預制孔的機床。通常，鏜刀旋轉為主運動，鏜刀或工件的移動為進給運動。它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多個孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關的其他加工面的加工。
1.6.2 鏜床組和機床的加工特點
加工過程中工件不動，讓刀具移動，將刀具中心對正孔中心，并使刀具轉動(主運動)。
1.6.3 組和機床鏜床的分類
(1) 臥式鏜床
我是鏜床是鏜床中應用最廣泛的一種。它主要是孔加工，鏜孔精度可達IT7，表面粗糙度Ra值為1.6-0.8um.臥式鏜床的主參數(shù)為主軸直徑。
鏜軸水平布置并做軸向進給，主軸箱沿前立柱導軌垂直移動，工作臺做縱向或橫向移動，進行鏜削加工。這種機床應用廣泛且比較經濟，它主要用于箱體(或支架)類零件的孔加工及其與孔有關的其他加工面加工。
(2) 坐標鏜床
坐標鏜床是高精度機床的一種。它的結構特點是有坐標位置的精密測量裝置。坐標鏜床可分為單柱式坐標鏜床、雙柱式坐標鏜床和臥式坐標鏜床。
有精密坐標定位裝置的鏜床，它主要用于鏜削尺寸、形狀、特別是位置精度要求較高的孔系，也可用于精密坐標測量、樣板劃線、刻度等工作。
單柱式坐標鏜床：主軸帶動刀具作旋轉主運動，主軸套筒沿軸向作進給運動。特點：結構簡單，操作方便，特別適宜加工板狀零件的精密孔，但它的剛性較差，所以這種結構只適用于中小型坐標鏜床。
雙柱式坐標鏜床：主軸上安裝刀具作主運動，工件安裝在工作臺上隨工作臺沿床身導軌作縱向直線移動。它的剛性較好，目前大型坐標鏜床都采用這種結構。雙柱式坐標鏜床的主參數(shù)為工作臺面寬度。
臥式坐標鏜床：工作臺能在水平面內做旋轉運動，進給運動可以由工作臺縱向移動或主軸軸向移動來實現(xiàn)。它的加工精度較高。
(3)金剛鏜床
特點是以很小的進給量和很高的切削速度進行加工，因而加工
的工件具有較高的尺寸精度（IT6），表面粗糙度可達到0.2微米。
用金剛石或硬質合金等刀具，進行精密鏜孔的鏜床。
(4)深孔鉆鏜床
深孔鉆鏜床本身剛性強，精度保持好，主軸轉速范圍廣，進給系統(tǒng)由交流伺服電機驅動，能適應各種深孔加工工藝的需要。授油器緊固和工件頂緊采用液壓裝置，儀表顯示、安全可靠?？蛇x擇下列幾種工作形式：1.工件旋轉、刀具旋轉和往復進給運動，適用于鉆孔和小直徑鏜孔；2.工件旋轉、刀具不旋轉只作往復運動，適用于鏜大直徑孔和套料加工；3.工件不旋轉、刀具旋轉和往復進給運動，適用于復雜工件的鉆孔和小直徑的鉆孔和小直徑鏜孔。
(5)落地鏜床
工件安置在落地工作臺上，立柱沿床身縱向或橫向運動。用于加工大型工件。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面、多工位同時加工，是一種工序集中的高效率機床。組合機床加工，刀具是借助于鉆摸板和鏜模架，精加工機床采用高精度的導向，所以能穩(wěn)定的保證產品質量。
在本設計中我選用了臥式鏜床，因為本道工序的加工要求不是很高。臥式鏜床鏜軸水平布置并做軸向進給，主軸箱沿前立柱導軌垂直移動，工作臺做縱向或橫向移動，進行鏜削加工。這樣不但方便加工，而且臥式鏜床還比較便宜。同樣的坐標鏜床運用于高精度的加工，價格高，就不選用了。精鋼鏜床特點是以很小的進給量和很高的切削速度進行加工。本道工序要加工的孔徑很大，而且年產5萬件，屬大批量生產，容不得我選它。深孔鉆鏜床比較適合鏜孔，但一般的企業(yè)可能沒有，為了生產零件而特意建一條生產線，有點過火了。落地鏜床工件安置在落地工作臺上，立柱沿床身縱向或橫向運動。用于加工大型工件，我們加工的是摩托車零件，相對而言還是比較輕巧的，不利于選擇落地鏜床。
2 本設計主要研究內容及加工方案的制定
本設計研究內容是：完成1P65F上箱體缸體粗鏜孔專機主軸箱設計
2.1 原始資料數(shù)據(jù)介紹
(1) 工件材質：ADC12壓鑄鋁
(2) 工藝內容：上箱體要粗鏜一個孔。要求生產綱領為單班制年產5萬臺
上箱體的上端一個Φ62.5的孔，本課題要求鏜Φ64.5的孔。
2.2 主軸箱的總體設計方案
零件加工工藝方案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，必須認真分析被加工零件圖，并深入現(xiàn)場了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛性、加工部位的結構特點、加工精度、表面粗糙度，以及現(xiàn)場所采用的定位、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(xiàn)場的環(huán)境和條件等等。如條件允許，還應廣泛收集國內外有關技術材料，制定出合理的工藝方案。指定工藝方案時，還要考慮下列幾點基本原則：
(1) 選擇合適、可靠的工藝方案
(2) 粗、精加工要合理安排
(3) 工序集中原則
(4) 定位基準及夾緊點的選擇原則
在確定工藝方案的同時，也就大體上確定了組合機床的配置形式和結構方案。但還得考慮下列影響因素的影響。
(1) 加工精度的影響
工件的加工精度要求，往往影響組合機床的配置形式和結構方案，例如，加工精度要求高時，應采用固定夾具的單工位組合機床，加工精度要求較低時，可采用移動夾具的多工位組合機床；工件各孔間的位置精度要求高時，應采用在同一工位上對各孔同時精加工的方法；工件各孔間同軸度要求較高時，應單獨進行精加工等等。
(2) 工件結構狀況的影響
工件的形狀、大小和加工部位的結構特點，對機床的結構方案也有一定的影響。例如，對于外形尺寸和重量較大的工件，一般采用固定夾具的單工位組合機床，對多工序的中小型零件，則宜采用移動夾具的多工位組合機床；對于大直徑的深孔加工，宜采用具有剛性主軸的立式組合機床等等。
(3) 生產率的影響
生產率往往是決定采用單工位組合機床、多工位組合機床還是組合機床自動線的重要因素。例如，從其他因素考慮應采用單工位組合機床，但由于滿足不了生產率的要求，就不得不采用多工位組合機床，甚至自動線來進行加工。而在選擇多工位組合機床時，還要考慮：工位數(shù)不超過2-3個，并能滿足生產率要求時，應選用移動工作臺時組合機床；工位數(shù)超過4個時才選用回轉工作臺或鼓輪式組合機床。
(4) 現(xiàn)場條件影響
使用組合機床的現(xiàn)場條件對組合機床的結構方案也有一定的影響。使用單位刃磨刀具、維修、調整能力以及車間布置的情況，都將會影響組合機床的結構方案。
2.3 加工方案制定
總體方案的圖紙表達形式,三圖一卡的設計，其內容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖，編制生產率計算卡。
2.3.1 加工方案
根據(jù)被加工零件的具體要求和生產綱領的需要，我們設計了下列方案，并根據(jù)適合企業(yè)年生產綱領要求，使其達到加工效率最高，成本最低。
2.4 選擇切削用量
確定了組合機床上完成的工藝內容后，就可以著手選擇切削用量。切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度、生產率、刀具耐用度、機床的布局形式及正常工作均有很大影響[5]。
2.4.1 鏜孔專機切削用量選擇的特點
(1) 在大多數(shù)情況下，鏜孔專機為多軸、多刀、多面同時加工。因此，所選擇切削用量，根據(jù)經驗應比一般萬能機床單刀加工低30%左右。
(2) 鏜孔專機主軸箱上所有刀具共用一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺。工作時，要求所有的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。這個每分鐘進給量（mm/min)應是適合于所有刀具的平均值。因此，同一多軸箱上的刀具主軸可以設計成不同轉速和選擇不同的每轉進給量（mm/r)與其相適應，以滿足于不同直徑工件的加工要求。
2.4.2 確定切削用量應注意的問題
(1) 盡量做到合理利用所有刀具，充分發(fā)揮其性能。由于連接動力部件的多軸箱上同時工作的刀具種類不同且直徑大小不等，因此，切削用量選擇也各有特點。如鉆孔要求切削速度高而每轉進給量??；鉸孔卻要求切削速度低而每轉進給量大；銑端面則是要求切削速度低而每轉進給量小；而同一多軸箱上的刀具每分鐘進給量是相同的，要使每把刀具都能有合適的切削用量是很困難的。一般情況下，可先按各類刀具選擇較合理的主軸轉速n(r/mm)和每分鐘進給量f(mm/r),然后進行適當調整，使各個刀具的每分鐘進給量相同，皆等于動力滑臺的每分鐘進給量。這樣，各類刀具都不是按最合理的切削用量而是按一個中間切削用量工作。假如確實需要，也可按多數(shù)刀具選擇一個統(tǒng)一的每分鐘進給量，對少數(shù)刀具采取附加機構，使之按各自需要的合理的進給量工作，一達到合理使用刀具的目的。
(2) 選擇合理的切削用量時，應注意零件生產批量的影響。生產率要求不高時就沒有必要將切削用量選的過高，以免降低刀具耐用性。對于要求生產率高的大批量生產用組合機床，要首先保證那些耐用度低，刃磨困難，造價高的所謂“限制性”工序刀具的合理切削用量。但須注意不能影響加工精度，也不能使刀具耐用度降低。對于“非限制性”刀具應采取不使刀具耐用度降低的某一極限值，這樣可減少切削功率。鏜孔專機通常要求切削用量的選擇使刀具耐用度不低于一個工作班，最少不低于4h。
(3) 切削用量的選擇應有利于多軸箱的設計。若能做到相鄰主軸轉速相近、相等，則可使多軸箱傳動鏈簡單。刀具帶導向加工，若不便冷卻潤滑，則應適當降低切削速度。d) 選擇切削用量時，還必須考慮所選動力滑臺的性能。
2.4.3 粗鏜孔專機切削用量選擇方法
必須從實際出發(fā)，根據(jù)加工精度、工作材料、工作條件、技術要求等進行分析，按照經濟的滿足加工要求的原則，合理的選擇切削用量，一般常用查表法。
因為零件材料為鋁合金，所以選擇硬質合金鋼鏜刀具鏜孔。
查機械加工工藝設計實用手冊表15-37得硬質合金鋼鏜鋁合金材料孔時切削速度為V=100m/min。根據(jù)要加工的孔的直徑可以確定鏜刀的直徑為64mm。根據(jù)得：n =493.75r/min。
根據(jù)機床說明書（見《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-8），與493.75r/min相近的機床轉速為500r/min和600r/min。現(xiàn)選取n=500r/min,如果選n=600/min，則速度損失太大。
所以實際切削轉速n=500r/min。
2.5 確定刀具
根據(jù)工藝要求及加工精度的不同，組合機床采用的刀具有:簡單刀具（標準刀具）、復合刀具及特種刀具。選擇刀具結構應注意下述主要問題：
（1） 要條件允許，為使工作可靠、結構簡單、刃磨容易，應盡可能選擇標準刀具或簡單刀具。
（2） 選擇刀具結構時還需要認真分析被加工零件的特點。如加工硬度較高的鑄鐵或鋼件時，為提高刀具耐用度，減少換刀時間以采用多刃絞刀或多刃鏜刀頭加工，以及解決斷屑及排屑問題。
（3） 在組合機床上，為了某種特殊的目的，需選用或設計特殊刀具的，可參考組合機床設計的有關資料。
參考資料后，我選擇的刀具為硬質合金鋼鏜刀刀具。
查《工藝手冊》表12-27得φ64.5鏜孔刀具的耐用度為2100min。經對照，所選刀具符合要求。
2.6 確定夾具
在設計夾具時，應嚴格遵照定位基準及夾緊點的選擇原則，保證能迅速可靠的加工出精基準，保證各加工表面有足夠的加工余量，并盡量使主要加工表面加工余量均勻，保證各加工表面與不加工表面之間的相互位置精度。同時必須考慮定位準確、夾緊可靠，夾具結構簡單、操作方便。因此，應選擇毛坯上平整、光潔，尺寸較大，沒有澆注系統(tǒng)、冒口的不加工表面或加工余量小的表面做粗基準。根據(jù)加工的零件圖分析，故采用“一面兩銷”為定位基準，應選擇缸體的結合面做為平面精基準。定位和定向采用兩裝配銷孔。這樣使得加工基準和裝配基準重合，能夠保證本工序所加工的孔和其他孔和平面的位置精度。最后考慮到該組合機床加工時放置在可以進行大規(guī)模的加工的廠房中，再結合機床制造的最低成本，機床的傳動系統(tǒng)為液壓傳動系統(tǒng)[6]
3 “三圖一卡”的編制
編制“三圖一卡”的工作內容包括：繪制被加工零件圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖，編制生產率計算卡?！叭龍D一卡”是組合機床總體方案的具體表現(xiàn)。
3.1 被加工零件圖
被加工零件圖是根據(jù)選定的工藝方案，表明零件形狀、尺寸、硬度、以及在所設計的組合機床上完成的工藝內容和所采用的定位基準、夾壓點的圖紙。而且同時它也是組合機床設計的主要依據(jù)，也是制造、驗收和調整機床的重要技術條件。
3.1.1 在被加工零件圖上應標注的內容
被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案表示一臺組合機床或自動線完成的工藝內容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求、加工用定位基準、夾壓部位及被加工的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情況的圖紙。它不能用用戶提供的產品圖紙代替，而需在原零件圖基礎上，突出本機床及自動線的加工內容，加上必要的說明而繪制的。它是組合機床設計的主要依據(jù)，也使制造、使用、驗收和調整機床的重要技術文件。圖上應表示出：
(1) 被加工零件的形狀和輪廓尺寸及預備機床設計有關的部位的結構形狀及尺寸。尤其是當需要設置中間導向套時，應表示出零件內部的肋、壁布置及有關結構的形狀及尺寸，以便檢查工件、夾具、刀具是否發(fā)生干涉。
(2) 加工用定位基準、夾壓部位及夾壓方向。以便依次進行夾具的定位、支承、限位、夾緊、導向裝置的設計。
(3) 本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形狀位置尺寸精度及技術要求，還包括本道工序對前道工序提出的要求（主要指定位基準）。
(4) 必要的文字說明。如被加工零件編號、名稱、材料、硬度、重量及加工余量等。
圖3.1 上箱體零件圖
3.2 被加工零件工序圖
3.2.1 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(jù)選定的工藝方案表示一臺組合機床或自動線完成的工藝內容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求、加工用定位基準、夾壓部位及被加工的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情況的圖紙。它不能用用戶提供的產品圖紙代替，而需在原零件圖基礎上，突出本機床及自動線的加工內容，加上必要的說明而繪制的。它是組合機床設計的主要依據(jù)，也使制造、使用、驗收和調整機床的重要技術文件。圖上應表示出：
(1) 被加工零件的形狀和輪廓尺寸及預備機床設計有關的部位的結構形狀及尺寸。尤其是當需要設置中間導向套時，應表示出零件內部的肋、壁布置及有關結構的形狀及尺寸，以便檢查工件、夾具、刀具是否發(fā)生干涉。
(2) 加工用定位基準、夾壓部位及夾壓方向。以便依次進行夾具的定位、支承、限位、夾緊、導向裝置的設計。
(3) 本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形狀位置尺寸精度及技術要求，還包括本道工序對前道工序提出的要求（主要指定位基準）。
(4) 必要的文字說明。如被加工零件編號、名稱、材料、硬度、重量及加工部位余量等。
3.2.2 繪制被加工零件工序圖的注意事項
(1) 為了使加工零件工序圖清晰明了，一定要突出該機床的加工內容。繪制時應按一定比例；選擇足夠視圖及剖視，突出加工部位（用粗實線），并把零件輪廓及機床、夾具設計有關的部位（用細實線）表示清楚。
(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，尺寸應采用直角坐標系標注，而不采用極坐標系。但有時因所選擇定位基準與設計基準不重合，則需對加工部位要求的位置精度進行分析換算。此外，應將零件圖上不對稱位置尺寸公差換成對稱位置尺寸公差,其公差數(shù)值的決定要考慮兩個方面，一是要能達到產品圖紙要求的精度，二是采用組合機床能夠加工出來。
(3) 應注明零件加工對機床提出的某些特殊要求。如對多層壁同軸線等直徑孔加工，若要求空表面不留退刀痕跡，則圖紙上應注明要求“機床主軸定位，工件（夾具）讓刀”。
加工零件工序圖如圖3.2所示:
圖3.2 粗鏜孔被加工零件工序圖
要加工φ64.5的孔，首先要考慮工件的裝夾。工件上有已加工的面，平面度小于0.05；2個φ6的孔，表面粗糙度小于1.6。根據(jù)工件上現(xiàn)有的孔和基準面，我們可以用一面兩銷的方法，一面控制三個自由度，圓柱銷控制一個自由度，菱形銷控制一個自由度。這樣還剩一個自由度，完全滿足定位準確，裝夾方便的原則。加工的這個φ64.5的孔，要保證以C面為基準，達到小于0.03的垂直度；要保證內孔的表面粗糙度小于3.2,倒角的粗糙度小于1.6。倒角為20度，長為0.5mm。
3.3 被加工零件示意圖
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，機床的工作行程以及工作循環(huán)等，是刀具、夾具、電氣和液壓系統(tǒng)設計選擇動力部件的主要依據(jù)，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須的重要技術文件。
3.3.1 在加工示意圖上應標注的內容
（1） 機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。
（2） 工件、夾具、動力頭之間的相對位置及聯(lián)系尺寸。
3.3.2 參數(shù)的確定
（1） 刀具的選擇
上箱體的上端有一個Φ64.5mm的孔，本課題要求粗鏜Φ64.5mm的孔，考慮到材料為鋁合金鑄造而成，故我們選用主偏角為45。，未涂層的硬質合金刀具
（2） 切削用量的初定
表3.1 加工鋁及鋁合金的切削用量
加工直徑d
(毫米)
切削速度
V(毫米/分)
每轉進給量f(毫米/轉)
純鋁
鋁合金長切屑
鋁合金短切屑
64.5
100-150
0.5-1.5
0.5-1.0
0.5-1.5
本課題加工直徑為Φ64.5毫米的孔，根據(jù)上表取鋁合金的切削速度100mm/min，每轉進給量1mm/r
（3）確定切削轉矩、軸向力、徑向力、切向力和切削功率
根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度及進給量），確定切削力作為選擇動力部件及夾具設計的依據(jù)；確定切削轉矩，用以確定主軸及其他傳動件（齒輪、傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電機（一般指動力箱電機）功率；確定刀具耐用度，用以驗證所選刀具是否合格。
本課題中高速鋼鉆頭鉆削切削鋁的計算公式為
扭矩：
M=0.0589D2f0.633
切削力：
切向力Fz=Cpzts0.75=92x1.5x10.75=138N
徑向力Fy=Cpyt0.9s0.75=92x1.5 0.9x10.75=132.5N
軸向力Fx=Cpxts0.4=92 x1.5x 10.4=138N
鏜孔過程中起主要主用的是切向力
故，切削功率: P切=
（4）計算主軸直徑
主軸直徑通常都是根據(jù)扭矩來計算的，計算時采用經驗公式
d=B(mm)
式中 M——扭矩
B ——系數(shù)。根據(jù)主軸在100厘米長度上允許最大扭轉角的數(shù)值來選取B值。
允許最大扭轉角
1/4
1/2
1
1
2
2
B
0.73
0.62
0.52
0.47
0.44
0.42
通常，主軸允許最大扭轉角為1/2度，即B取0.62，故在本次設計中，主軸直徑為d=B=0.62×=34.29 mm，由《機械制造裝備設計》表4-7得取主軸最小值35mm，所以主軸最小的直徑為35 mm。
通過對所加工零件孔的分析，由《工藝手冊》中表10-2可得，因工件孔徑為64.5 mm，考慮到還要倒角，故采用復合鏜刀。所以第一把刀鏜桿直徑取50 mm，第二把刀鏜桿直徑取55mm。其中桿部長度為249mm，和主軸連接部分長16 mm，經過進一步的總體分析，可以依次推出主軸各段的直徑及長度，其如下圖3.3.1所示。
圖3.3.1 主軸及鏜刀形狀圖
圖3.3.2 粗鏜孔加工零件示意圖
根據(jù)孔的加工要求，可知我設計的這一步為粗鏜，加工要求不是很高。接著我參考了一些資料后，再加上導師的悉心講解，現(xiàn)決定采用復合鏜刀來完成本道工序，第一把刀鏜64.5的孔，第二把刀鏜20度的倒角。主軸的轉速為500r/min,v=100m/min,f=1r/mm,將鏜刀桿用四個螺釘固定在主軸上，鏜桿柄部留有一定的間隙，方便調整刀具。這樣就可以在試刀過程中，調整了。鏜削加工的整個過程分為快進90mm，工進120mm，快退210mm?？爝M和快退的時候，可以進給速度給的大點，這樣可以減少加工中浪費時間，從而提高生產效率，為公司創(chuàng)造更多的財富。
3.4 機床尺寸聯(lián)系圖
3.4.1 聯(lián)系尺寸圖的作用及內容
一般來說，組合機床是由標準的通用的部件—動力滑臺、動力箱、各種工藝切削頭、側底座、立柱、立柱底座及中間底座加上專用部件—多軸箱、刀、輔助系統(tǒng)，夾具，液、電、冷卻、潤滑、排屑系統(tǒng)組合裝配而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配聯(lián)系的運用關系，以及檢驗機床各部件相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求；通用部件的選擇是否合適；并為進一步開展多軸箱、夾具等專用部件、零件的設計提供依據(jù)。聯(lián)系尺寸圖也可以看成是簡化的機床總圖，它表示機床的配置形式及總體布局。
聯(lián)系尺寸圖的主要內容如下：
(1) 適當數(shù)量的視圖（一般為主、左、右視圖）按同一比例畫出機床各主要組成部件的外行輪廓及相關位置，表明機床的配置形式及總體布局、主視圖的選擇應與機床實際加工狀態(tài)一致。
(2) 圖上應盡量減少不必要的線條。但反映各部件的聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運動部位的極限位置及行程的尺寸，必須完整齊全。至于各部件的詳細結構不必畫出，留在具體設計部件時完成。
(3)為了方便開展部件設計，聯(lián)系尺寸圖上應注明通用部件的規(guī)格代號，電動機類型、功率及轉速，并標明機床部件的分組情況及總行程。
3.4.2 選擇動力部件
組合機床動力部件是配置組合機床的基礎。它主要包括用以實現(xiàn)刀具主軸旋轉主運動的動力箱、各種工藝切削用頭及實現(xiàn)進給運動的動力滑臺。
滑臺的選用
液壓動力滑臺型號為HY32，查表得滑臺長920mm,臺面寬度為320mm,行程250mm。
3.4.3 選擇通用部件配套
滑臺側底座選用型號1CC25,其長度為1400mm,寬度為520mm,高度為698mm,滑座與側底座之間有5mm間隙。
機床裝料高度1110mm（國際標準ISO），夾具底座高164mm。
3.4.4 電動機的選擇
(1)鏜孔切削用量（鋁合金）
精鏜 V =100-150m/min f=0.5—1.5mm/r
根據(jù)實際情況取V =100 m/min f=1mm/r
(2)功率的確定
切向力Pz=Cpzts0.75=92x1.5x10.75=138N
徑向力py=Cpy.t0.9s0.75=132.5N
軸向力px=Cpx.ts0.75=138N
鏜孔過程中起主要主用的是切向力
Pm=(Fzv+)x10-3kw
ηm-機床傳動效率，一般為0.75-0.85
Pe≥Pm/ ηm=1.38/(0.75_0.85)=(1.84-1.62)kw
根據(jù)功率取2.2KW的電動機
Y112M-6
額定功率2.2kw
轉速
940r/min
電流5.61A
效率80.5%
額定轉
矩2.0
凈重
45KG
Y90L-2
額定功率2.2kw
轉速2840r/min
電流4.74A
效率82%
額定轉矩2.2
凈重25kg
Y132S-8
額定功率2.2kw
轉速710r/min
電流5.81A
效率81%
額定轉矩2.2
凈重70kg
再根據(jù)同步轉速1000 r/min和凈重輕的比較好，綜合考慮選用Y112M-6
機械設計手冊 第三版 第五卷 23-37確定電動機的總體尺寸，最后根據(jù)尺寸畫出電動機。安裝方式用四個螺釘和皮帶輪箱體連接，而電動機和皮帶輪的連接用緊定螺釘。用M6的緊定螺釘固定，再用鐵絲固定，防止皮帶輪的移動。
圖3.4.1 電動機結構圖
3.4.5 聯(lián)系尺寸圖的畫法與步驟
(1) 畫主視圖 主視圖的圖形布局一致，并應選擇適當?shù)谋壤?
先用雙點劃線或細實線畫出被加工零件的長*寬輪廓，以工件兩端面及工件最低孔中心線O1—O1分別為長度與高度方向上的基準，根據(jù)已確定的機床各組成部件輪廓尺寸及主要相關尺寸按順序進行畫圖。
以一機床左面為例，以工件左端面為基準，根據(jù)前面已經確定的工件端面到主軸箱前端面的最小距離為325mm,確定機床左面主軸箱前端面的軸向位置。再根據(jù)主軸箱最低主軸高度位置尺寸120mm及主軸箱輪廓尺寸畫出多軸箱外廓。主軸箱以其后蓋與皮帶輪箱定位連接，主軸箱以其底面與動力滑臺定位連接，在機床長度方向上，通常主軸箱后端面應與滑臺后端面到滑臺前端面的距離決定。
為了便于機床的調整和維修，滑座與側底座之間須加5mm厚的調整墊。而滑座與側底座在機床長度方向上的相對位置由滑座前端面到側底座前端面的距離決定。
(2)應注明工件、夾具、動力部件、中間底座對稱中心線間的位置關系。特別是當工件加工部位對工作中心不對稱和有某些具體條件時，動力部件相對夾具，夾具相對中間底座也就不對稱，此時應表明它們相互間偏置的尺寸。
(3) 應標注電機的型號、功率、轉速及所選標準通用部件的型號規(guī)格和主要輪廓尺寸，并對組合機床的所有部件進行分組編號，作為部件和零件設計的原始依據(jù)。
機床聯(lián)系尺寸圖如圖3.5所示：
圖3.5 機床聯(lián)系尺寸圖
機床聯(lián)系尺寸圖對無論是對機床的總體設計，還是對機床的主軸箱設計，都有一定的指導意義。聯(lián)系尺寸圖宏觀的為我們指出了機床中心高，這樣設計主軸箱時就能考慮到實際使用過程中的問題了。太高了工人加料，操作都會很不方便的，太低了同樣會遇到這樣的問題。
機床聯(lián)系尺寸圖還對確定工件的裝夾高度有指導意義。確定了中心高，我們就知道自己設計的夾具能不能用，會不會太高了，超過中心高了，就不能加工了。一般略低一些，可以用調整墊板調整，從而達到理想的加工位置。
機床聯(lián)系尺寸圖還有個要考慮的重要問題是滑臺加工的移動距離，如果移動距離過小，就會加工不了工件。所以在實際的設計過程中要選的大一點，當然也不用過分大，這樣就不經濟了?；_本身的長度也要考慮下，會不會放不下主軸箱，會不會撞到皮帶輪箱，鑒于這些問題，實際設計過程中，箱蓋以及皮帶輪箱體高度要比主軸箱稍微高點。
機床聯(lián)系尺寸圖還要考慮材料的剛性，機床的床身要能承受主軸箱，工件，夾具體等重量。一般選用鑄鐵，比較便宜，抗壓能力也比較好。
3.5 機床生產率計算卡
生產率計算卡是反映所設計機床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產率、負荷率等的技術文件。通過生產率計算率計算卡，可以分析所擬定的方案是否滿足用戶對生產率及負荷率的要求。機床的生產率Q1（件/h）按下式計算
Q1=60/T單=60/（T切+T輔）
式中 T單-------- 單件工時（min）
T切-----機加工時間（min）,包括動力部件工作進給和定磁閥停留時間t停。
即 T切=L1/Vf1+L2/Vf2+t停
L1 、L2-----分別為刀具的第Ⅰ、第Ⅱ工作進給行程長度（mm）
Vf1 、Vf2-----分別為刀具的第Ⅰ、第Ⅱ工作進給量（mm/min）
t停-----定磁閥停留時間一般在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具切削5-10轉所需的時間（min）
T輔-----輔助時間（min），包括快進時間、快退時間t移，裝卸工件時間t裝；即T輔=( L3 +L4/ Vfk）+t裝+t移
L3 、L4-----分別為動力部件快進行行程長度、快退行程長度（mm）；
Vfk-----動力部件的快速移動速度（mm/min）
t移-----快進時間、快退時間（min）
t裝-----裝卸工件時間（min），一般為0.5-1.5min；
機床負荷率按下式計算
η=Q/Q1= tK/A Q1
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(h)；單班制工作時tK=2400h；
機床負荷率一般以65%-75%為宜。機床復雜時取小值，反之取大值。
根據(jù)實際生產經驗，本機床的裝卸工件時間為1.4min。工件的定位和夾緊時間為0.05min。動力頭的快進的行程為90mm,進給量為3000mm/min,用時為0.03min。動力頭的工進的行程都為120mm,切速為100m/min(參考鑄鐵),進給量為1mm/r,工進時間為0.24min。動力頭的快退的行程都為210mm,進給量為3000mm/min, 用時為0.07min。夾具松開工件的時間為0.05min。
由上述所知：單件總工時為1.84min。機床生產率為32.6件/h,理論生產率為22件/h。根據(jù)機床負荷率計算公式：
η=Q/Q1= tK/A Q1
我們得到該機床的負荷率為64.4%。
4 組合機床主軸箱設計
4.1 主軸箱的用途、分類及組成
4.1.1 組合機床主軸箱的用途及分類
主軸箱是組合機床的重要部件之一，按專用要求進行設計，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，并將動力和運動由電機或動力部件船給主軸，使之得到要求的轉速和轉向。
4.1.2 主軸箱的組成
通用主軸箱主要由箱體、主軸、皮帶輪、軸套的零件和通用（專用）的附加機構組成。
4.2 主軸結構形式的選擇
主軸結構形式由零件加工工藝決定，并應考慮主軸的工作條件和受力情況。軸承形式是主軸部件結構的主要特征，如進行鉆削加工的主軸，軸向切削力較大，最好用推力球軸承承受軸向力，而用向心推力軸承承受徑向力。又因鉆削時軸向力是單向的，因此推力球軸承在主軸前端安排即可。進行鏜削加工的主軸，軸向切削力小，但不能忽略。有時由于工藝要求，主軸進退都要切削，兩個方向都有切削力，一般選用前后支撐均為圓錐滾子軸承的主軸結構。這種軸承可承受較大的軸向力和徑向力，且結構簡單，軸承個數(shù)少，裝配調整很方便，廣泛用于擴孔、鏜孔、鉸孔等加工，上述兩種主軸結構的徑向尺寸較大，如主軸孔間距較小，只好用滾針軸承和推力球軸承組成前后支承，此種結構無論架構剛度、軸承本身精度和裝配工藝性都較差，除非必要，一般最好不選用。主軸結構形式的選擇，除了軸承外，還應考慮軸頭結構。
4.3 主軸箱的動力計算及動力箱的選擇
主軸箱所需的功率，應等于切削功率、空載消耗功率及負載成正比的附加功率之和，即：
P主=P切+P空+ P附
式中：P主—主軸箱功率
P切—主軸切削功率
P空—軸空載消耗功率
P附—軸附加功率
上式中P切已在切削用量計算中的到P切= 1.635kw，P空和P附的計算都須在傳動結構確定以后才能進行。
傳動系統(tǒng)確定前可按下式初步估算多軸箱所需功率P主
P主=P切/η
式中：P切—各主軸切削功率的總和
Η—組合機床多軸箱傳動效率
加工黑色金屬時取η=0.8～0.9；加工有色金屬時取η=0.7～0.8。當主軸軸數(shù)多，傳動復雜時取小值，反之取大值。
4.4 傳動系統(tǒng)的設計與計算
4.4.1 V帶輪的結構設計
(1) 設計功率Pd由表33.。1-12查得工況系數(shù)KA=1.1
Pd=Ka.P=1.1x2.2=2.42kw
(2) 選定帶型 根據(jù)Pd=2.42kw和N1=1000r/min,由圖33.1-2,3或圖33.1-4
選取，確定V帶A型。
(3) 傳動比
i=n1/n2=1000/500=2
(4) 小帶輪基準直徑DD1 按表33.1-18 19選定
d1=90mm da1=95.5mm
(5) 大帶輪基準直徑
d2=180mm da2=185.5mm
(6) 帶速
V=πdp1n1/60x1000
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