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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： 缸頭兩面鉆孔專機設(shè)計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923003 學(xué)生姓名： 季婷婷 指導(dǎo)教師： 劉新佳 （職稱：副教授） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 缸頭兩面鉆 孔專機設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨 立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中 特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文） 不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 91 學(xué) 號： 0923003 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 缸頭兩面鉆孔專機設(shè)計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；I(yè)化、集中化、高度機械化乃至自動 化的步伐的加快，在進行工件加工時，要求考慮使用專用機床和夾 具。組合機床和組合機床自動線是一種專用高效自動化技術(shù)裝備,目 前,由于它仍是大批量機械產(chǎn)品實現(xiàn)高效、高質(zhì)量和經(jīng)濟性生產(chǎn)的關(guān) 鍵裝備,因而被廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機、內(nèi)燃機和壓縮機等許多工 業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。某企業(yè)因生產(chǎn)發(fā)展需要，擬開發(fā)缸頭兩面鉆鏜專機， 因此選定缸頭兩面鉆孔專機設(shè)計為本次設(shè)計課題。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： ①設(shè)計原始參數(shù)； ②依據(jù)原始參數(shù)繪制零件工序圖及零件加工示意圖； ③完成滿足生產(chǎn)需要的工程設(shè)計圖一套（折合零號圖 3 張） ，包括機 II 床夾具設(shè)計、組合機床總體設(shè)計、組合機床多軸箱設(shè)計； ④編譯設(shè)計說明書一份； ⑤完成英文翻譯資料一份。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機械 91 班 姓名 季婷婷 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長研究所 所長〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 本課題是研究一臺對缸頭進行加工的兩面精鏜組合機床，主要是對組合機床的總體 結(jié)構(gòu)、夾具和多軸箱的設(shè)計。首先概括了組合機床的發(fā)展，闡述了組合機床的低成本、 高效率、操作使用簡單等優(yōu)點。然后是機床夾具的設(shè)計，采用“一面兩銷”的定位方式， 使定位更準(zhǔn)確；通過誤差分析，夾緊力計算等確定夾具的總體結(jié)構(gòu)。其次是對組合機床 的設(shè)計，關(guān)鍵是工藝方案的擬定，這大體決定組合機床的配置形式和使用性能，然后編 制“三圖一卡”。最后是多軸箱的設(shè)計，通過工件的尺寸和加工孔的位置計算出主軸箱 的輪廓尺寸；根據(jù)扭矩的計算得出主軸和傳動軸的直徑；通過類比法確定齒輪的模數(shù)； 通過“計算、作圖和多次試湊”確定齒輪齒數(shù)和中間傳動軸的位置。在總體設(shè)計過程中， 首先通過計算所需功率選擇動力箱，然后根據(jù)主軸的分布情況選用多軸箱；之后根據(jù)動 力箱和加工行程圖來選擇液壓滑臺，再由液壓滑臺選用配套的多軸箱；再配合裝料高度、 滑臺、側(cè)底座相互位置等來確定中間底座的高度和長度。 關(guān)鍵詞：組合機床；精鏜；缸頭；多軸箱 IV Abstract This topic is the study of a station on both sides of the cylinder head for processing fine boring combination machine, mainly on the overall structure of machine tool, fixtures, and multi-axle design. Firstly, this paper outlines the development of combined machine, explians its feature is low-cost, high efficiency, and with simple operation etc... Then tells the machine tool fixture design, the use of "locating a surface with two pins" positioning ways to make more accurate positioning; through error analysis, fixture clamping force calculation to determine the overall structure. Secondly, the design is a combination machine, the key is the program development process, which largely determines the form of combination machine configuration and performance, and the preparation of "the three charts card". Finally, the research is about multi-axle design, size and processing through the workpiece hole position calculated headstock outline dimensions; calculated according to the torque shaft and shaft diameter; determined by analogy gear modulus; through the "Calculation , mapping and repeated trial and error "OK gear and intermediate shaft position. In the overall design process, first select the required power by calculating the power box, and then choose the distribution of multi-spindle axle; after power box and processed according to the choice of hydraulic travel diagram slide, and then the hydraulic multi-slide supporting optional axle; together with loading height, slide, side stand each other to determine the location of the middle of the base of the height and length. Key words: Aombination machine; Boring; Cylinder head; Multi-spindle box V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目錄 ...............................................................................................................................................IV 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 ....................................................................................................1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 ................................................................................................................1 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 ............................................................................................................1 2 設(shè)計方案的確定 .........................................................................................................................2 2.1 工件的大小、形狀和加工部分的特點 ................................................................................2 2.2 生產(chǎn)率的影響 ........................................................................................................................2 2.3 經(jīng)濟性與可靠性 ....................................................................................................................2 3 專用夾具的設(shè)計 ..........................................................................................................................3 3.1 夾具的功用與組成 ................................................................................................................3 3.2 夾具的設(shè)計 ............................................................................................................................3 3.2.1 調(diào)研分析 .........................................................................................................................3 3.2.2 確定工件定位方式 .........................................................................................................3 3.2.3 確定工件加緊方式 .........................................................................................................4 3.2.4 必要的加工精度計算及分析 .........................................................................................4 3.2.5 夾緊力計算、分析 .........................................................................................................4 4 組合機床總體設(shè)計 .....................................................................................................................6 4.1 組合機床的組成 ....................................................................................................................6 4.1.1 組合機床的特點 .............................................................................................................6 4.1.2 組合機床的工藝范圍 .....................................................................................................6 4.1.3 組合機床配置型式 .........................................................................................................6 4.1.4 組合機床的設(shè)計步驟 .....................................................................................................7 4.2 組合機床工藝方案的確定 ....................................................................................................7 4.2.1 組合機床工藝方案的基本原則 .....................................................................................7 4.2.2 確定組合機床工藝方案應(yīng)注意的問題 .........................................................................7 4.2.3 工藝方案的擬訂 .............................................................................................................8 4.2.4 工序間余量的確定 .........................................................................................................8 4.2.5 刀具結(jié)構(gòu)的選擇 .............................................................................................................9 4.3 切削用量的確定 ....................................................................................................................9 4.3.1 組合機床切削用量選擇的特點、方法及注意問題 .....................................................9 4.3.2 組合機床切削用量選擇方法及應(yīng)注意的問題 .............................................................9 4.3.3 確定切削速度和切削用量 .............................................................................................9 4.3.4 切削力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率 ...................................................................................10 4.3.5 確定主軸類型、尺寸、外伸長度 ...............................................................................10 VI 4.3.6 動力部件工作循環(huán)及行程的確定 ...............................................................................11 4.4 組合機床總體設(shè)計—— “三圖一卡” ..................................................................................11 4.4.1 被加工零件工序圖 .......................................................................................................11 4.4.2 繪制加工零件工序圖 ...................................................................................................12 4.4.3 加工示意圖 ...................................................................................................................13 4.4.4 機床聯(lián)系尺寸圖 ...........................................................................................................16 5 組合機床多軸箱的設(shè)計 ...........................................................................................................22 5.1 多軸箱的基本結(jié)構(gòu)及表達(dá)式 ..............................................................................................22 5.1.1 多軸箱的組成 ..............................................................................................................22 5.1.2 多軸箱總圖繪制方法特點 ..........................................................................................22 5.2 通用多軸箱設(shè)計 ..................................................................................................................22 5.2.1 繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖 ......................................................................................22 5.2.2 主軸、齒輪的確定及動力計算 ..................................................................................23 5.2.3 多軸箱傳動設(shè)計 ..........................................................................................................25 5.2.4 繪制多軸箱總圖及零件圖 ..........................................................................................28 6 結(jié)論與展望 ...............................................................................................................................30 6.1 結(jié)論 ......................................................................................................................................30 6.2 不足之處及未來展望 ..........................................................................................................30 致 謝 ...........................................................................................................................................31 參考文獻 .......................................................................................................................................32 附 錄 ...........................................................................................................................................33 缸頭兩面鉆孔專機設(shè)計 1 1 緒論 畢業(yè)設(shè)計是我們結(jié)束大學(xué)生涯一個重要的部分，檢驗一個學(xué)生的綜合能力的重要舉 措，是我們在校期間專業(yè)考核的重要環(huán)節(jié)。通過系統(tǒng)的運用基礎(chǔ)知識、基本技能以及設(shè) 計能力、邏輯分析能力調(diào)查研究、查閱文獻、收集資料、撰寫論文等各方面能力進行的 綜合設(shè)計的過程，使我們重溫了大學(xué)所學(xué)習(xí)的大部分內(nèi)容，將所學(xué)習(xí)的理論知識和現(xiàn)實 設(shè)計生產(chǎn)做了初步嘗試性的結(jié)合。 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 此項設(shè)計的主要任務(wù)是鉆缸體兩個直徑5的側(cè)孔和2個直徑10的底孔專機總體設(shè)計、 多軸箱及專用夾具設(shè)計。內(nèi)容包括：機床夾具的設(shè)計，組合機床總體設(shè)計，組合機床多 軸箱設(shè)計，編寫畢業(yè)設(shè)計論文。在這次設(shè)計任務(wù)對缸體鉆孔的專機。所以設(shè)計時對機床 的精度的要求還是很高的，在保證機床的精度上才能保證所要加工孔的精度。在設(shè)計多 軸箱時要注意，因為在組合機床的諸多零件中，主軸箱是組合機床設(shè)計過程中工作量最 大的部件。因為通常主軸箱是采用一根動力軸帶動多根主軸的工作方式，各傳動軸必須 在有限的標(biāo)準(zhǔn)箱體空間中找到適宜的分布位置并避免干涉，而各軸的設(shè)計又必須保證其 轉(zhuǎn)速、旋向、強度和剛度，因此難度大、設(shè)計周期長。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 隨著工業(yè)生產(chǎn)社會化、專業(yè)化、集中化、高度機械化乃至自動化的步伐的加快，在 進行工件加工時，為了降低成本和提高生產(chǎn)率，要求考慮使用專用機床和夾具。 組合機床發(fā)展前景:美國機床市場中組合機床所占的份額將會有所下降，其他一些工 業(yè)發(fā)達(dá)國家也大體是如此。從柔件方面看，組合機床與柔性制造系統(tǒng)的目標(biāo)是一致的， 但在柔性化程度上畢竟組合機床還是受到一定的制約，兩者相互靠攏，也有可能融合成 為一種新的加工設(shè)備。 在我國由于汽車工業(yè)還會有較大的發(fā)展，而在資金上，不可能大量采用柔性制造設(shè) 備，所以組合機床市場還會行進一步的增張。但目前汽車都是一些引進外外的產(chǎn)品，技 術(shù)要求較高，國內(nèi)組合機床短時期內(nèi)尚不能滿足這些高技術(shù)要求。因此中國組合機床生 產(chǎn)廠面臨國外工廠的競爭，需要進一步提高質(zhì)量和精度，否則在競爭中將會有擠垮的危 險。 組合機床行業(yè)雖然取得了較大的進步與發(fā)展，但是，在制造技術(shù)高速發(fā)展的今天， 由于基礎(chǔ)薄弱，從整體上看，與國外先進水平還存在著一定的差距。國外組合機床技術(shù) 在滿足精度和效率要求的基礎(chǔ)上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展，實現(xiàn)了機床 工作程序軟件化，工序高度集中，高效短節(jié)拍和多種功能的自動監(jiān)控。 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 此項設(shè)計是專機的設(shè)計但是在保證使用條件下仍才采用了很多通用部件，這樣可以 降低成本，所以這次設(shè)計的任務(wù)主要是設(shè)計專用夾具和多軸箱，專機的一些部件等等。 熟悉組合機床通用部件和專用部件的選用；完成繪制組合機床的尺寸聯(lián)系圖、多軸箱圖 和夾具設(shè)計圖及零件圖；編制說明書一份；熟練運用CAD等制圖軟件。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 設(shè)計方案的確定 根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點，是一個回轉(zhuǎn)體，考慮定位基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)的重合的原則，選 擇一面和兩個 的孔作為定位基準(zhǔn)，定位基準(zhǔn)定了，組合機床的總體布置大體上也就定8? 了。但是在確定機床總體布置時，還要考慮其他的一些因素的影響。 2.1 工件的大小、形狀和加工部分的特點 對于 2 面同時加工的工件，宜采用雙工位的機床，以此來提高加工效率；對于小直 徑深孔的工件，通常采用專門的深孔加工的機床；對于被加工孔的中心線與定位基準(zhǔn)平 行，或需從幾個面同時加工的工件，一般采用臥式機床；對于被加工孔的中心線與定位 基準(zhǔn)垂直的工件，一般采用立式機床，但是在采用這些原則時也要根據(jù)機床的使用條件 來綜合考慮。根據(jù)上述原則和缸體的特點，故采用臥式組合機床。 2.2 生產(chǎn)率的影響 零件的生產(chǎn)批量的大小是決定采用單工位、多工位或者自動線，還是按中小批量生 產(chǎn)特點來設(shè)計組合機床的重要因素。有時從工件的外行及輪廓尺寸上看，可采用單工位 固定夾具的機床布置形式，但是由于生產(chǎn)率要求很高，就不得不采用多工位的機床布置 方案，以便使裝卸工件時間和機動時間重合。對于這個缸體的生產(chǎn)綱領(lǐng)：2 萬/年；單班 制。是小批量的生產(chǎn)采用了單工位固定夾具的組合機床。機床使用方便性和自動化程度 分析比較時一定要與生產(chǎn)率相適應(yīng)，不應(yīng)過分追求機床的自動化程度。生產(chǎn)率高、節(jié)拍 短，則要求自動化程度高、刀具耐磨且更換調(diào)整方便，這樣使用才有方便性。 2.3 經(jīng)濟性與可靠性 在滿足加工要求的前提下，機床避免使用復(fù)雜刀具，力求簡單和較高的通用化程度。 這樣可以降低機床成本，提高工作可靠性。有兩點要注意： 1）應(yīng)根據(jù)加工精度的需要選擇相應(yīng)精度等級的通用部件。 2）應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)率要求合理安排工藝流程，均衡負(fù)荷，使機床數(shù)量少，機床利用率高 （機床利用率不應(yīng)低于 50%） ，以取得好的經(jīng)濟效果 [1]。 把組合機床的總體設(shè)計定下來后，再設(shè)計其中的零部件時根據(jù)機床的特點進行選擇。 缸頭鉆孔夾具設(shè)計 3 3 專用夾具的設(shè)計 3.1 夾具的功用與組成 夾具是在機床上加工零件時使用的一種工藝裝備，其主要功用時實現(xiàn)工件的定位和 夾緊，使得工件加工時相對機床、刀具有正確地位置，以保證工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率 的要求。 夾具通常由定位元件或裝置、夾緊元件或裝置、夾具體、對刀和導(dǎo)引元件、分度元 件或裝置、動力元件或裝置以及其他元件或裝置（如定位鍵及有關(guān)零部件）等組成 [2]。 夾具設(shè)計時常用的零部件已有國家標(biāo)準(zhǔn)或部頒標(biāo)準(zhǔn)。 3.2 夾具的設(shè)計 3.2.1 調(diào)研分析 1）工件生產(chǎn)綱領(lǐng)、生產(chǎn)類型分析； 2）工件加工工藝方案分析，工件結(jié)構(gòu)、精度特點分析； 3）機床設(shè)計情況分析； 4）夾具操作要求分析； 工件尺寸如圖 3.1。 圖 3.1 工件尺寸圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 3.2.2 確定工件定位方式 由圖上可知，定位基準(zhǔn)是 A 面和 2 個 Φ8 的孔。所以，定位方式選用一面兩銷式。兩 銷為一圓柱式定位銷和一菱形式定位銷。 3.2.3 確定工件加緊方式 一面兩銷確定了 6 個方向的自由度，用壓板壓緊工件，用螺栓把鉆模板與夾具體連 接。 3.2.4 必要的加工精度計算及分析 保證工件的加工精度是能夠得到合格工件的前提條件，而影響工件加工精度的因素 很多，一般影響加工精度是因為各種誤差的存在，主要有：定位誤差、夾緊誤差、夾具 的安裝誤差、導(dǎo)向?qū)Φ墩`差、工藝系統(tǒng)誤差等。其中夾具采用合理的定位、夾緊方案， 選擇合適的定位、夾緊元件，確定合適的尺寸、形位公差，保證工件的加工精度要求。 定位誤差是由于工件在夾具中定位不準(zhǔn)確引起的加工誤差。引起定位誤差的原因， 一是由定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合，叫基準(zhǔn)不重合誤差；另一種是由于定位基準(zhǔn)在夾具 中定位不一致，叫定位基準(zhǔn)位移誤差。 本夾具的定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)一致，基準(zhǔn)不重合誤差為零。基準(zhǔn)位移誤差為 0.03mm。所以其定位誤差為 0.03mm。 夾具制造與安裝誤差 該項誤差包括：鉆套與襯套的配合間隙，由配合尺寸 H7/h6 可確定其最大間隙為 0.029mm。鉆套孔與外圓的同軸度誤差此處取為 0.01mm。 刀具引偏量 采用鉆套引導(dǎo)刀具時，刀具引偏量 [3]公式： （3.1）H Bhe???)2( 式中： e----- 刀具引偏量； H-----鉆套高度； h------排削間隙； B------鉆孔深度； -----刀具與鉆套之間的最大間隙；? 本夾具鉆套與鉆頭的配合取 ΦH7/h6，可確定 mm，將02.?? H=23mm，h=10mm，B=24.25mm,代入上式： =（ 23/2+24.25+8） x0.02/23=0.039mmHBhe??)2( 該值略大于零件相應(yīng)公差的三分之二，夾具可以使用。 3.2.5 夾緊力計算、分析 由于夾緊力與軸向力的方向相反，所以夾緊力至少要大于軸向力，軸向力的公式 [4]： F = = 4 × 2C ×d ×f ×K多 軸 箱 ? ni1FxFY 式中 Fi——各主軸所需的軸向切削力，單位為 N。 C = 418.89 X = 1 Y = 0.8 K = 250FfFF6.0 計算得 F = 432.6N 多 軸 箱 缸頭鉆孔夾具設(shè)計 5 所以夾緊力為 F /2 = 216.3N多 軸 箱 1）確定對刀或?qū)б绞?；在鉆床上的主要引導(dǎo)裝置為鉆套，其借助引導(dǎo)裝置提高被 加工零件的幾何精度、尺寸精度以及孔系的位置精度。由于工件是中小批量生產(chǎn)，且選 用可換鉆套將引起鉆套間的相碰，所以我選擇固定式鉆套。鉆套與鉆模板之間配合為 H7/r6。 2）確定夾具總體結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)各裝置；如圖 3.2。 圖 3.2 夾具裝配圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 4 組合機床總體設(shè)計 4.1 組合機床的組成 組合機床是根據(jù)工件加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的 一種高效專用機床。 組合機床通用部件按功能可分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助 部件五類。動力部件是為組合機床提供主運動和進給運動的部件。主要有動力箱、切削 頭和動力滑臺。支承部件是用以安裝動力滑臺、帶有進給機構(gòu)的切削頭或夾具等的部件， 有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。輸送部件是用以輸送工件 或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺、分度鼓輪 和往復(fù)移動工作臺等。控制部件是用以控制機床的自動工作循環(huán)的部件，有液壓站、電 氣柜和操縱臺等。輔助部件有潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。 4.1.1 組合機床的特點 1、組合機床對于普通機床的優(yōu)點在于更適合棱體類零件和雜件的孔面加工。 2、生產(chǎn)率高。因為工序集中，可多面、多工位、多軸、多刀同時自動加工。 3、加工精度穩(wěn)定。因為工序固定，可選用成熟的通用零件、精密夾具和自動工作循 環(huán)來保證加工精度的一致性。 4、研制周期短，便于設(shè)計、制造和使用維護，成本低。因為通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn) 化程度高，通用零件占 70%～90%，通用件可組織批量生產(chǎn)進行預(yù)制或外購。 5、自動化程度高，勞動強度低。 6、配置靈活。因為結(jié)構(gòu)模塊化、組合化?？砂垂ぜ蚬ば蛞螅么罅客ㄓ貌考?少量專用部件靈活組成各種類型的組合機床或生產(chǎn)線；機床易于改裝；產(chǎn)品或工藝變化 時，通用部件一般還可以重復(fù)利用 [5]。 4.1.2 組合機床的工藝范圍 組合機床加工時，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進給運 動進行平面加工和孔加工兩大類工序。平面加工包括銑平面、锪（刮）平面、車端面等； 孔加工包括鉆、擴、鉸、鏜孔以及倒角、切槽、攻螺紋、锪沉孔、滾壓孔等。隨著綜合 自動化的發(fā)展，其工藝范圍正擴大到車外圓、行星銑削、拉削、推削、磨削、珩磨及拋 光、沖壓等工序。此外，還可以完成焊接、熱處理、自動裝配和檢測、清洗和零件分類 及打印等非切削工藝。 4.1.3 組合機床配置型式 組合機床的通用件部件分大型和小型兩大類。所以大型組合機床和小型組合機床在 結(jié)構(gòu)和配置型式有較大的差別。 大型組合機床的配置型式多種多樣，根據(jù)配置型式，組合機床可分為單工位和多工 位兩大類。其中單工位組合機床按被加工面的數(shù)量又有單面、雙面、三面和四面 4 種， 通常只能對各個加工部位同時進行一次加工；多工位組合機床則有回轉(zhuǎn)工作臺式、往復(fù) 工作臺式、中長立柱式和回轉(zhuǎn)鼓輪式 4 種 [6]，能對加工部位進行多次加工。 小型組合機床的配置型式可分為單工位和多工位兩大類等。 缸頭鉆孔夾具設(shè)計 7 本次設(shè)計的是單工位、單面、臥式的大型組合機床。 4.1.4 組合機床的設(shè)計步驟 組合機床一般都是根據(jù)和用戶簽定的設(shè)計、制造合同進行設(shè)計的。我所做的課題就 是這樣的。 1、 調(diào)查研究主要是對加工圖樣研究和工廠實際情況的調(diào)查研究； 2、總體方案設(shè)計，就是編制“三圖一卡” ； 3、技術(shù)設(shè)計就是設(shè)計機床各專用部件正式總圖，如設(shè)計夾具，多軸箱等； 工作設(shè)計即繪制各個專用部件的施工圖樣、編制各部件零件明細(xì)表。 工藝方案的擬定是組合機床設(shè)計的關(guān)鍵一步。因為工藝方案在很大程度上決定了組 合機床的結(jié)構(gòu)配置和使用性能。因此，應(yīng)根據(jù)工件的加工要求和特點，按一定的原則， 結(jié)合組合機床常用工藝方法，充分考慮各種影響因素，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟分析后擬定出先進、 合理、經(jīng)濟、可靠的工藝方案。 4.2 組合機床工藝方案的確定 4.2.1 組合機床工藝方案的基本原則 1、粗細(xì)加工分開原則 粗加工時的切削負(fù)荷較大，切削產(chǎn)生的熱變形。較大夾緊壓力引起的工件變形以及 切削振動等，對精加工工序十分不利，影響加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在擬定 工件一個連續(xù)的多工序工藝過程時，應(yīng)選擇粗精加工工序分開的原則。 2、工序集中原則 工序集中時近代機械加工主要發(fā)展方向之一。組合機床正是基于這一原則發(fā)展而來 的，即運用多刀（相同或不同刀具）集中在一臺機床上完成一個或幾個共建的不同表面 的復(fù)雜工藝過程，從而有效地提高生產(chǎn)率。因此，擬定工藝方案時，在保證工件質(zhì)量和 操作維修方面的前提下，應(yīng)適當(dāng)提高工序集中程度，以便減少機床臺數(shù)、占地面積和節(jié) 省人力，取得理想的效果。但是，工序過于集中會使機床結(jié)構(gòu)臺復(fù)雜，增加機床設(shè)計和 制造難度，機床使用調(diào)整不便，甚至影響機床是使用性能。如刀具數(shù)過多，停機率增加， 反而會影響機床生產(chǎn)率，切削負(fù)載過大，當(dāng)工件剛性不足而產(chǎn)生變形會影響工件質(zhì)量。 因此須全面分析多方因素，合理決定工序集中程度?？紤]的一般原則有如下兩個方面： 一是適當(dāng)考慮相同類型工序的集中；二是有相對位置精度要求的工序應(yīng)集中加工。 4.2.2 確定組合機床工藝方案應(yīng)注意的問題 1、按一般原則擬定工藝方案時的一些限制 （1）孔間中心距的限制：根據(jù)切削扭矩計算要求，主軸軸頸和軸承外徑有一最小許 用尺寸；對于螺紋孔加工還要考慮相應(yīng)攻螺紋靠模的徑向尺寸限制；對于鏜孔，要考慮 浮動卡頭和導(dǎo)向尺寸或剛性主軸機構(gòu)尺寸限制。所以近距離孔能否在同一多軸箱上同一 工位進行加工，要受各類主軸允許的最小中心距限制。 （2）工件結(jié)構(gòu)工藝性不好的限制：有些工件結(jié)構(gòu)工藝性不好，如箱體多層壁上的同 軸線的孔徑中間大兩頭小時，則進刀困難。又如多層壁同軸孔，為便于布置中間導(dǎo)向裝 置，孔中心離箱體側(cè)壁間距離也應(yīng)足夠 [7]。 2、其他應(yīng)注意的問題 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 （1）精鏜孔時用注意孔表面是否允許留有退刀刀痕。 （2）對互相結(jié)合的量殼體零件，均應(yīng)分別從截獲面加工聯(lián)接孔。 （3）鉆階梯孔時，應(yīng)先鉆大孔后鉆小孔。 （4）平面一般采用銑削加工。 （5）在制定加工一個工件的幾臺成套機床或流水線的工藝方案時，應(yīng)盡可能使精加 工集中在所有粗加工之后，以減少內(nèi)應(yīng)力變形影響，有利于保證加工精度。 4.2.3 工藝方案的擬訂 擬訂專用機床工藝方案的一般步驟如下： 1、分析、研究加工要求和現(xiàn)場工藝 在制定組合機床工藝方案時，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途 及其結(jié)構(gòu)特點，加工部位及其精度、表面粗糙度、技術(shù)要求及生產(chǎn)綱領(lǐng)。深入現(xiàn)場調(diào)查 分析零件的加工工藝方法，定位和夾緊方式，所采用的設(shè)備、刀具及切削用量，生產(chǎn)率 情況及工作條件等方面的現(xiàn)行工藝資料，以便制定出切合實際的合理工藝方案。 本設(shè)計所加工的是缸體，屬于箱體類零件，其結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜，加工不是很困難。 我所加工的是兩個側(cè)面上的鉆孔都屬于普通級別，生產(chǎn)綱領(lǐng)是 2 萬件/年，單班制，屬于 小批量生產(chǎn)。因此可以采用組合機床來進行生產(chǎn)。本次設(shè)計專用鉆夾具，因為是工業(yè)生 產(chǎn)，要求操作簡單迅速，故采用較簡單的手動夾緊方式。 2、定位基準(zhǔn)和夾壓部位的選擇 正確選擇定位基準(zhǔn)和夾緊部位時保證加工精度的重要條件。 本設(shè)計采用一面兩孔的定位方案來保證此鉆孔的加工精度，則選擇 2-Φ8 的孔和其所 在的下底面平面作為定位基準(zhǔn)。它們又是設(shè)計基準(zhǔn)，用他們做定位基準(zhǔn)，能使加工遵循 “基準(zhǔn)重合”的原則，保證工藝基準(zhǔn)和設(shè)計基準(zhǔn)的重合。實現(xiàn)箱體零件“一面兩孔”的 典型定位方式。夾緊位置選擇在有足夠的夾緊力下箱體產(chǎn)生變形最小的部位。 3、影響工藝方案的主要因素 （1）加工的工序內(nèi)容和加工精度:我所加工的是鉆孔，工序上有具體的公差要求。 （2）被加工零件的特點。 工件材料及硬度: 材料 ZL108，硬度為 HB40-60。 加工部位的構(gòu)造形狀: 分別為底面上的 2 個 Φ10 孔和側(cè)面 2 個 Φ5 孔。 工件的剛性:滿足要求。 零件的生產(chǎn)批量: 生產(chǎn)綱領(lǐng)是 2 萬件/年，單班制。 使用廠后方車間的制造能力：可以勝任。 4.2.4 工序間余量的確定 鉆 2 個 Φ10 的孔，應(yīng)粗加工 Φ9.2 的孔。在鉆 2 個 Φ5 的孔應(yīng)該先粗加工 Φ4.2 的孔。 4.2.5 刀具結(jié)構(gòu)的選擇 鉆孔：選擇高速鋼錐柄長麻花鉆。高速鋼的優(yōu)點是：強度、韌性和工藝性能好，且 價格便宜。 4.3 切削用量的確定 在組合機床工藝方案確定過程中，工藝方法和關(guān)鍵工序的切削用量選擇十分重要。 缸頭鉆孔夾具設(shè)計 9 切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度、生產(chǎn)率、刀具耐用度、機床的結(jié)構(gòu)型 式即工作可靠性均有較大的影響。 4.3.1 組合機床切削用量選擇的特點、方法及注意問題 1、組合機床切削用量選擇的特點 1)組合機床常采用多刀多刃同時切削，為盡量減少換刀時間的消耗，保證機床的生產(chǎn) 率及經(jīng)濟效果，選用的切削用量應(yīng)比通用機床單刀加工時低 30%左右。 2)組合機床通常用動力滑臺來帶動刀具進給。因此，同一滑臺帶動的多軸箱上所有刀 具的每分鐘進給量相同，即等于滑臺的工進速度。 2、組合機床切削用量選擇方法及應(yīng)注意的問題 目前常用查表法，參照生產(chǎn)現(xiàn)場同類工藝，必要時經(jīng)工藝試驗確定切削用量。組合 機床加工孔、平面及螺紋的常用切削用量都要查一般的手冊。確定切削用量時用注意以 下問題。 1）應(yīng)盡量做到合理使用所有刀具，充分發(fā)揮其使用性能。 2）復(fù)合刀具切削用量選擇應(yīng)考慮刀具的使用受命。 3）多軸鏜孔主軸刀頭均需定向快速進退時（刀頭處于同一角度位置進入或退出工件 孔） ，各鏜軸轉(zhuǎn)速應(yīng)相等或成整數(shù)倍。 4）選擇切削用量時要注意既要保證生產(chǎn)批量要求，又要保證刀具一定的耐用度。 5）確定切削用量時，還需考慮所選動力滑臺的性能。 4.3.2 確定切削速度和切削用量 1、鉆孔： 2-Φ5mm 加工材料：HT250 工序：側(cè)面鉆孔。 查高速鋼鉆頭切削用量表得： 加工直徑 Φ5 mm，布氏硬度為 180-220 的孔： 切削速度為 10-18m/min， 取 18m/min； 進給量為 0.05-0.1mm/r，取 0.08mm/r。 d=孔深 /直徑 =24.25/5=4.8 因為深孔鉆削切削用量需要遞減，根據(jù)深孔鉆削切削用量遞減表得： 所以， 實際切削速度為：v=0.7×18=12.6m/min 實際進給量為：0.9×0.08=0.072mm/r 2、鉆孔： 2-Φ10mm 加工材料：HT250 工序：頂面鉆孔。 查高速鋼鉆頭切削用量表得： 加工直徑 Φ10 mm，布氏硬度為 180-220 的孔： 切削速度為 18-25m/min， 取 18m/min； 進給量為 0.05-0.1mm/r，取 0.08mm/r。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 d=孔深 /直徑 =24.25/5=4.8 因為深孔鉆削切削用量需要遞減，根據(jù)深孔鉆削切削用量遞減表得： 所以， 實際切削速度為：v=0.7×18=12.6m/min 實際進給量為：0.9×0.08=0.072mm/r 4.3.3 切削力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率 鉆孔計算[8]： 加工孔：Φ5 和 Φ10 取鉆 Φ5mm 孔的切削速度 v=12.6m/min，由此算出轉(zhuǎn)速為 1000v/(πd)=(1000×12.6)/(3.14×5.2)=894r/min?n 按機床實際轉(zhuǎn)速取 n=1000r/min，則實際切削速度為 (1000×3.14×5.2)/1000=16.33m/minv 工進速度 vf =n×f=1000×0.072=72mm/min HB=HBmax-1/3(HBmax-HBmin)=220-1/3(220-180)=206.7 F=26Df0.8HB0.6=26×5.2×0.0720.8×206.70.6=403.7N T=10D1.9f0.8HB0.6=10×5.21.9×0.0720.8×206.70.6=685.3N·mm P=（Tv）/(9550πD)= （685.3×16.33）/（9550×3.14×5.2）=0.0717kW d─主軸直徑（mm） ； —切削速度（m/min） ；v T—扭矩（ ） ；mN? f—每轉(zhuǎn)進給量（mm/r） ； P—切削功率（ kW） ； HB—布氏硬度； D—鉆頭直徑（mm） 。 4.3.4 確定主軸類型、尺寸、外伸長度 主軸類型主要根據(jù)工藝的方法和刀桿與主軸的連接結(jié)構(gòu)進行確定。我在設(shè)計中采用 的是下列公式來確定主軸的： 1) 鉆 Φ 5 的孔 d=B （4.1）10 4T 查得 B=6.2 則 d=B m8.73.654? 所以軸的直徑選擇為 20mm。 進行軸的校核： Wρ=0.2d3 =0.2 ×203 =675×10-9 =T/ Wρ =(10 ×684.7×0.001)/(675 × 10-9 )=10.14MPa? [ =40 MPa > 滿足要求。]? 缸頭鉆孔夾具設(shè)計 11 D/d1=25/16,L=85mm，接桿莫氏圓錐號 1[9]。 4.3.5 動力部件工作循環(huán)及行程的確定 工作進給長度的確定： L 工 =L1 +L+L2 切入長度 L1 取 10mm 切出長度 L2 取 9.75mm L 為 24.25 mm 則 L 工 =24.25 +10+9.75=48 mm 因此取 L 工 =70mm 鉆頭快進距離為 50mm 則取快退距離為 120 mm 前備刀量為 20 mm，后備刀量為 30 mm 前備刀量—動力部件尚可向前調(diào)節(jié)的距離，作用是為了彌補機床的制造誤差以及刀 具磨損后能向前調(diào)整。 后備刀量—刀具從接杠中或連接杠同刀具一起從主軸孔中得出所需要的軸向距離， 作用是使動力部件有一定的向后移動的余地，以方便裝卸刀具。 動力部件總行程的確定：120+