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箱體連接孔加工組合機床設計
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
學 生： 王 毅
指導老師： 張 帆
完成日期： 2014年6月2日
揚州大學廣陵學院
中文摘要
隨著自動化生產(chǎn)能力的提高，現(xiàn)代工廠中出現(xiàn)需要組合機床的場合越來越多，組合機床是以通用部件為基礎，配以工件特定外形和加工工藝設計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。它一般采用多軸，多刀，多工序，多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標準化合系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批量生產(chǎn)中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。
本課題針對箱體前斷面上的4個螺紋孔鉆削這一特定工序而設計的一臺專用立式組合機床。
本設計中，在充分數(shù)據(jù)計算的基礎上對標準通用零件做了仔細選擇，并依據(jù)被加工零件的結(jié)構(gòu)特點，加工部位的尺寸精度，表面粗糙度要求，以及定位夾緊方式，工藝方法和加工過程中所采用的刀具，生產(chǎn)率，切削用量情況等設計了結(jié)構(gòu)合理的多軸箱。
關(guān)鍵詞：組合機床，多軸箱，工藝流程，鉆削
I
Abstract
With the improvement of automation production capacity, the modern factories in need of modular machine tool more and more occasions, combination machine tools is based on common components, with the specific shape of the part and process design of special components and fixture, consisting of a special semi-automatic or automatic machine tools. It usually USES the multiple spindle, knife, working procedure, polyhedral or transfer processing ways at the same time, the production efficiency is higher than general machine tools several times or more. Because general parts have standard combined seriation, can according to need to be flexible configuration, can shorten the design and manufacturing cycle. Therefore, both the advantages of low cost and high efficiency of combined machine tool, widely used in mass production, and can be used to form an automatic production line.
This topic for the hole and four of beforethe end of the threaded hole drilling this specific process and design of a dedicated vertical combination machine tools.
In this design, on the basis of sufficient data for standard parts common careful selection, and according to the structure characteristics of the processed parts, machining parts size accuracy and surface roughness requirements, as well as the positioning clamping way, process method and tool adopted by the machining process, productivity, and cutting dosage situation such as reasonable structure of the spindle box is designed.
Key words: combination machine tools, spindle box, technological process, drilling
II
目錄
中文摘要 I
Abstract II
目錄 III
第一章 緒論 1
1.1組合機床概述 1
1.2國內(nèi)外該研究技術(shù)現(xiàn)狀 1
1.3該課題研究的目的和意義 4
1.4本課題主要研究解決的難點問題和擬采用的辦法 4
第二章 組合機床總體方案設計 5
2.1 加工零件分析 5
2.1.1、零件加工的技術(shù)要求 5
2.2定位分析、基準選取及制定工藝路線 5
2.2.1定位基準的選擇 6
2.2.2重要工序分析： 6
2.3確定機床的配置形式 7
2.4不同配置形式組合機床的加工精度 7
2.5選擇機床配置形式應注意的問題 7
2.5.1、適當提高工序集中程度 7
2.5.2、夾具形式對機床配置形式的影響 8
2.6機床總體布置方案確定 8
第三章 鉆夾具設計 9
3.1箱體連接孔加工組合機床夾具分析 9
3.1.1、基本定位原理分析 9
3.1.2、夾緊力“兩要素” 9
3.1.3、加工工藝技術(shù)分析 10
3.1.4、工作行程的確定 10
第四章 組合機床總體設計（三圖一卡） 11
4.1被加工零件工序圖 11
4.1.1、被加工零件工序圖的作用與內(nèi)容 11
4.1.2、繪制工序圖的規(guī)定及注意事項 12
4.2加工示意圖 12
4.2.1、加工示意圖的作用和內(nèi)容 12
4.2.2選擇刀具、導向及有關(guān)計算 12
4.3組合機床切削用量 13
4.3.1、組合機床切削用量的選擇特點 13
4.3.2、確定切削用量應注意的問題 13
4.3.3、組合機床切削用量選擇及計算 13
4.4、機床聯(lián)系尺寸圖 13
4.4.1機床聯(lián)系尺寸圖作用和內(nèi)容 13
4.4.2機床聯(lián)系尺寸 13
4.5、生產(chǎn)率計算卡 13
第五章 多軸箱設計 13
5.1主軸箱設計的原始依據(jù) 13
5.2主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇 13
5.3多軸箱傳動設計 13
5.3.1對多軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求 13
5.4擬定多軸箱傳動的基本方法 13
5.5傳動系統(tǒng)的設計計算 13
5.5.1各齒輪參數(shù)的設計計算 13
5.5.2繪制傳動系統(tǒng)圖 13
結(jié)論和展望 13
致謝 13
參考文獻 13
IV
王毅 箱體連接孔加工組合機床設計
第一章 緒論
1.1組合機床概述
制造技術(shù)是各國經(jīng)濟競爭的重要支柱之一，經(jīng)濟的成功在很大程度上得益于先進的制造技術(shù)，而機床是機械制造技術(shù)重要的載體，它標志著一個國家的生產(chǎn)能力和技術(shù)水平。比如,我們傳統(tǒng)的通用機床,由于它為了適應各種零件的通用加工,強調(diào)了加工范圍的廣泛性,使其萬能性增大,隨之帶來的便是機床結(jié)構(gòu)復雜,并且在加工某一零件的某些加工表面時,使機床不能完全發(fā)揮出全部效能。為了克服通用機床的弊端,工程技術(shù)人員便相應地推出了專用機床。但由于專用機床是根據(jù)某一工藝要求專門設計制造的,且它的組成部件均是專門設計制造的,因此,相對于通用機床而言,專用機床的造價昂貴,設計、制造周期長,特別是在飛速發(fā)展的變化之中,一旦產(chǎn)品更新?lián)Q代產(chǎn)品 變型,原有的專用機床將不能滿足新產(chǎn)品加工工藝的要求,更有甚者是原專用機床完全不能加工新產(chǎn)品而變成一堆廢鐵,失去了機床應有的作用。為了使產(chǎn)品在市場中立于不敗之地,工程技術(shù)人員不得不重新花費時間,設計、制造新的專用機床。由此可見,專用機床在一定程度上阻礙著產(chǎn)品的更新?lián)Q代。為了解決以上通用機床與專用機床之間的矛盾,同時盡可能地兼顧通用機床與專用機床的優(yōu)越性,于是,組合機床便在通用機床與專用機床的夾縫中悄然興起,并得到了越來越廣泛的應用。
1.2國內(nèi)外該研究技術(shù)現(xiàn)狀
我國組合機床事業(yè)是從無到有,逐漸發(fā)展起來的。從1956年開始自行設計、制造了組合機床并得到很大發(fā)展。如北京、上海、遼寧、山東、江蘇等發(fā)展很快,西北、西南地區(qū)也又新的發(fā)展。國家又重點安排了一批工廠,如大連機床廠、常州機床廠、大河機床廠、長沙機床廠、上海第十機床廠等20多個工廠生產(chǎn)組合機床通用部件,為全國各地機械加工部門用組合機床自己武裝自己創(chuàng)造了非常有利的條件。許多工廠在大搞技術(shù)改造、設備更新、質(zhì)量翻新的熱潮中,制造了大量的組合機床及其自動線,成倍地提高了勞動生產(chǎn)率,保證了產(chǎn)量和質(zhì)量,降低了成本。目前,我國大多數(shù)省、市、自治區(qū)都能設計并制造組合機床及其自動線,產(chǎn)量、質(zhì)量和技術(shù)水平都在不斷提高。我國組合機床及其自動線已占有一定數(shù)量,特別是在汽車制造行業(yè)已有了大量的組合機床及其自動線,生產(chǎn)能力也在不斷提高。用我國自行設計與制造的組合機床及其自動線武裝起來的第二汽車制造廠,經(jīng)投產(chǎn)后證明具有規(guī)模、效率高,具有較高的自動化程度特點物理從工藝方案和布局,還是從加工精度和質(zhì)量方面看,這些組合機床及組合機床自動線都已達到國際先進水平。
近幾年來,組合機床在汽車、拖拉機、柴油機、電機、儀器、儀表、縫紉機、自行車、閥門、礦山機械、冶金、航空、紡織機械及軍工等部門已獲得廣泛的應用，由于組合機床具有的一系列優(yōu)點,因此在我國機械加工工業(yè)中廣泛推廣使用組合機床已成為多、快、好、省地發(fā)展我國機械加工工業(yè)的一條重要途徑,繼續(xù)發(fā)展和提高組合機床及自動線技術(shù)水平,是當前機械加工工業(yè)的一項重要任務。
我國的組合機床以及他的總體技術(shù)相比其他國家來說還是相對落后的，國內(nèi)所需的一些高水平組合機床幾乎都從國外進口。在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時，加的形狀卻日益復雜。多軸化控制的機床裝備適合加工形狀復雜的工件。另外，產(chǎn)品周期的縮短也要求加工機床能夠隨時調(diào)整和適應新的變化，滿足各種各樣產(chǎn)品的加工需求。
國外組合機床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機床的加工精度、多品種加工的柔性以及機床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進展，實現(xiàn)了機床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節(jié)拍和多功能知道監(jiān)控。組合機床技術(shù)的發(fā)展趨勢是：（1）廣泛應用數(shù)控技術(shù) 國外主要的組合機床生產(chǎn)廠家都有自己的系列化完整的數(shù)控組合機床通用部件,在組合機床上不僅一般動力部件應用數(shù)控技術(shù),而且夾具的轉(zhuǎn)位或轉(zhuǎn)角、換箱裝置的自動分度與定位也都應用數(shù)控技術(shù),從而進一步提高了組合機床的工作可靠性和加工精度。廣州標致汽車公司由法國雷諾公司購置的缸蓋加工生產(chǎn)線,就是由三臺自動換箱組合機床組成的,其全部動作均為數(shù)控,包括自動上下料的交換工作臺、環(huán)形主軸箱庫、動力部件和夾具的運動,其節(jié)拍時間為58秒。(2)發(fā)展柔性技術(shù)80年代以來,國外對中大批量生產(chǎn),多品種加工裝備采取了一系列的可調(diào)、可變、可換措施,使加工裝備具有了一定的柔性。如先后發(fā)展了轉(zhuǎn)塔動力頭、可換主軸箱等組成的組合機床;同時根據(jù)加工中心的發(fā)展,開發(fā)了二坐標、三坐標模塊化的加工單元,并以此為基礎組成了柔性加工自動線(FTL)。這種結(jié)構(gòu)的變化,既可以實現(xiàn)多品種加工要求的調(diào)整變化快速靈敏,又可以使機床配置更加靈活多樣。(3)發(fā)展綜合自動化技術(shù)汽車工業(yè)的大發(fā)展,對自動化制造技術(shù)提出了許多新的需求,大批量生產(chǎn)的高效率,要求制造系統(tǒng)不僅能完成一般的機械加工工序,而且能完成零件從毛坯進線到成品下線的全部工序,以及下線后的自動碼垛、裝箱等。德國大眾汽車公司KASSEL變速箱廠1987年投入使用的造價9000萬馬克的齒輪箱和離合器殼生產(chǎn)線,就是這種綜合自動化制造系統(tǒng)的典范。該系統(tǒng)由兩條相似對稱布置的自動線組成,三班制工作,每條線日產(chǎn)2000件,節(jié)拍時間為40秒。全線由12臺雙面組合機床、18臺三坐標加工單元、空架機器人、線兩端的毛坯庫和三坐標測量機組成,可實現(xiàn)3種零件的加工?？占軝C器人完成工件下線的碼垛裝箱工作。隨著綜合自動化技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一批專門從事裝配、試驗、檢測、清洗等裝備的專業(yè)生產(chǎn)廠家,進一步提高了制造系統(tǒng)的配套水平。(4)進一步提高工序集中程度國外為了減少機床數(shù)量,節(jié)省占地面積,對組合機床這種工序集中程度高的產(chǎn)品,繼續(xù)采取各種措施,進一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺、多坐標通用部件、移動主軸箱、雙頭鏜孔車端面頭等組成機床或在夾具部位設置刀庫,通過換刀加工實現(xiàn)工序集中,從而可最大限度地發(fā)揮設備的效能,獲取更好的經(jīng)濟效益
近十多年來，組合機床及其自動線在高效、高生產(chǎn)率， 柔性化以及采用并行(同步)工程制訂更為合理、更為節(jié)省的方案方面取得了不小的進展。尤其是汽車工業(yè)， 為了提高汽車的性能，對零件的加工精度提出了一些新的要求， 因此對機床性能的要求也更高了.[4]近年來隨著數(shù)控技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)等的發(fā)展，組合機床的機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)也發(fā)生了巨大變化。[5]組合機床有了以下的發(fā)展：1、數(shù)控化。數(shù)控組合機床的出現(xiàn)，不僅完全改變了過去那種由繼電器電路組成的組合機床的控制系統(tǒng)，而目．也使組合機床機械結(jié)構(gòu)乃至通用部件標準發(fā)生了或正在發(fā)生著巨大的變化。2、模塊化。數(shù)控加1二模塊化極大地豐富了組合機床的通用件，它必將引起組合機床通用件發(fā)生根本性變化。3、高速化。由于高速加工可大大降低零件表面粗糙度及切削力，大大減小切削溫度，提高生產(chǎn)效率，故機床的高速化研究方興未艾，特別是數(shù)控機床的主運動和進給運動速度已達到了驚人高速。如美國生產(chǎn)的加工中心，主軸轉(zhuǎn)速可達15 000—60 000r／min，工作臺快進速度高達90—120m／min。順應機床高速化的潮流，組合機床的速度也越來越高。例如德國大眾汽車廠在加工鋁金缸蓋燃燒室側(cè)面時，采用PCD銑刀,銑削速度高達3 075m／min，進給速度達3 600mm／min，而采用安裝有CBN刀片的新穎鏜刀加工灰鑄鐵時， 切削速度達800m／min，進給速度達I 500 mm／min。[6]4、精密化。由于機床實現(xiàn)了數(shù)控化，因而機床的加工精度越來越高，使一些過去看來難以達到的加工精度今天也已經(jīng)實現(xiàn)了。5、全防護化。全封閉是現(xiàn)在機床的一大特點，不論是單機還是機床生產(chǎn)線，均采用全封閉的外罩，電器、液壓全部采用空中走線。全封閉防護，不但使機床及其生產(chǎn)線外形美觀，而且也提高了安全性、可靠性和維修的便利性。
1.3該課題研究的目的和意義
傳統(tǒng)機床只能對一種零件進行單刀，單工位，單軸，單面加工，成產(chǎn)效率低且加工精度不穩(wěn)定，組合機床能夠?qū)σ环N（或幾種）零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、銑削磨削等工序，生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定。本課題針對箱體設計專用軸孔加工組合機床，不僅有利于提高大批量生產(chǎn)的箱體的生產(chǎn)效率，提高加工精度穩(wěn)定性，還可以在不生產(chǎn)該箱體后只需稍改進就可以繼續(xù)使用機床，節(jié)約社會資源。
1.4本課題主要研究解決的難點問題和擬采用的辦法
1) 根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度v及進給量f）確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）及夾具設計的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動件（齒輪，傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電動（一般指動力箱）功率。一些參數(shù)可查《組合機床簡明手冊》。
2) 選擇刀具，應考慮工藝要求與加工尺寸精度、工件材質(zhì)、表面粗糙度及生產(chǎn)率的要求。為了提高工序集中程度或滿足精度要求，可以采用復合刀具?？准庸さ毒叩拈L度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾端與導向套之間有30—50mm距離，以便于排出切削和刀具磨損后又一定的向前調(diào)整量。
19
王毅 箱體連接孔加工組合機床設計
第二章 組合機床總體方案設計
2.1 加工零件分析
零件的工藝分析，就是通過對零件圖紙的分析研究，判斷該零件的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求是否合理，是否符合工藝性要求。找出主要技術(shù)要求和加工關(guān)鍵，研究零件加工過程中可能出現(xiàn)的問題及需要采取的措施，對圖紙的完整性、技術(shù)要求的合理性提出意見，對不合理的部分提出修改意見，以保證能用經(jīng)濟合理的方法制造出符合質(zhì)量要求的零件。通過對零件圖的重新繪制，知原圖樣的視圖正確、完整，尺寸、公差及技術(shù)要求齊全?？傮w來說，這個零件的工藝性較好。
本課題主要是加工箱體前斷面上的4個M10螺紋孔，該4個螺紋孔在箱體毛胚時為4個直徑為8的孔，上三個為沉孔，最下面一個為通孔。具體尺寸如圖2-1所示:
圖2-1 被加工零件尺寸
2.1.1、零件加工的技術(shù)要求
1）保證箱體直徑為132mm孔的的中心位置，保證后軸孔的面粗糙度在3.2以內(nèi)。
2）保證箱體后軸孔的中心位置，在水平位置與基準面和在垂直位置與基準面的位置偏差在±0.5之內(nèi)。保證后軸孔的面粗糙度在1.6以內(nèi)。
2.2定位分析、基準選取及制定工藝路線
根據(jù)生產(chǎn)綱領，該零件屬于大批大量生產(chǎn)，因此采用砂型鑄造的方法來進行毛坯生產(chǎn)。該零件的各個表面均為毛坯面，為加工需要，先加工一基準面為后備工序做準備。該箱體結(jié)合件分為箱體和箱蓋兩部分，箱體外形面有兩側(cè)面?zhèn)让?、前后待加工端面和安裝底面，依據(jù)便于裝夾的原則及利于后續(xù)加工的原則，確定箱體安裝底面作為多道工序加工的基準面。
2.2.1定位基準的選擇
選擇定位基準的原則及應注意的問題：
1) 應盡量選擇零件設計基準作為組合機床加工的定位基準。這樣可以減少基準不符的誤差，以保證加工精度，但在某些情況下，卻必須選用其他作為定位基準。
2) 選擇定位基準應確定工件定位穩(wěn)定。盡量采用已加工較大平面作為定位基準，這對于加工尤為重要。
3) 統(tǒng)一基準原則。即在各臺機床上采取共同的定位基面來加工零件不同表面的孔或?qū)ν槐砻嫔系目淄瓿刹煌墓ば?。這對工序多的箱體類尤為重要。
圖2-2 待加工零件定位基準面確立
根據(jù)以上選擇定位基準的要定，現(xiàn)選定箱體的底面為定位基準，如圖2-2所示，定位裝夾簡單可靠。
2.2.2重要工序分析：
工藝分析是設計組合機床最重要的一步，必須認真分析被加工零件的工藝過程。深入現(xiàn)場全面了解被加工零件的結(jié)構(gòu)特點，加工部位，夾緊方式，工藝方法和加工過程所用的刀具，切削用量及生產(chǎn)率等。 選擇單工位，單面組合機床，使機床結(jié)構(gòu)簡單，工件可靠，更符合多，快，好，省的要求。
為了在加工過程中能夠滿足精度的要求，由于加工孔相對于中心的位置度要求比較高，因此采用單工位方法一次定位，可以減少定位誤差。
由于被加工的箱體零部件特點以及加工部位特點，被加工的孔為與定位基準平行，且零部件需要雙面加工等，一般來說，被加工的孔中心線與定位基面平行時宜采用臥式機床。正因為這些特點在很大的程度上決定本次設計采用臥式機床。該臥式組合機床的左主軸箱是鉆4個直徑為10mm的螺紋孔，精度要求為b8，加工直徑為132mm的孔，其粗糙度為3.2；右主軸箱是鉆1個直徑為74mm的軸孔，表面粗糙度為1.6。由于右軸加工的軸孔尺寸較大，需要設計一個玉米刀盤來滿足設計要求。
2.3確定機床的配置形式
通常根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點，加工要求，生產(chǎn)率和工藝過程方案等，大體上就可以確定應采用哪種基本形式的組合機床。但在基本形式的基礎上，由于工藝的組織，動力頭的不同配置方法，零件安裝數(shù)目和工位數(shù)多少等具體安排不同，而具有多種配置方案。它們對機床的結(jié)構(gòu)復雜程度，通用化程度，結(jié)構(gòu)工藝性能，重新調(diào)整的可能性以及經(jīng)濟效果，還有維修操作是否方便等，都具有不同的影響。另外，還必須看到，就是在有些情況下，對于工藝過程方案做不大的更改或重新安排，往往會使機床簡單，工作可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，更符合多快好省的要求。
2.4不同配置形式組合機床的加工精度
在組合機床上影響加工精度的因素很多，一般分為與切削負荷無關(guān)的誤差（如機床原始誤差，工件安裝誤差，夾具與刀具的誤差，其它偶然性誤差等）和與切削負荷有關(guān)的誤差（如夾壓變形，熱變形，刀具磨損所引起的誤差和其他偶然性誤差）。組合機床加工精度通常是靠夾具來保證的，我們也可以把影響加工精度的因素分為加工誤差和夾具誤差兩大類。那么現(xiàn)在的問題在于確定夾具誤差和加工誤差的比例，這個問題的解決通常是根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)來進行機床配置形式的選擇。一般從固定式夾具組合機床的加工精度和移動式夾具組合機床的加工精度來考慮。固定式夾具單工位組合機床加工精度最高。這種機床由于零件采用固定導向的位置度可以達到0.2mm?？梢娺@種形式的組合機床加工此零件能穩(wěn)定的保證加工精度。
2.5選擇機床配置形式應注意的問題
2.5.1、適當提高工序集中程度
在確定機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案時，要合理解決工序集中程度的問題。在一個動力頭上安裝多軸，同時加工多孔來集中工序，是組合機床最基本的方法，在一臺機床主軸數(shù)量有達200根左右的。但是，也不應無限制地增加主軸數(shù)量，要考慮到動力頭及主軸箱的性能和尺寸，并保證調(diào)整和更換刀具的方便性。這些在以后的設計中藥得以解決。
2.5.2、夾具形式對機床配置形式的影響
選擇機床配置形式時要注意考慮夾具結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)可能性和工作的可靠性，在決定加工一個工件的成套流水線上個機床的型式時，還應注意，是機床與夾具的型式盡量一致，尤其是粗加工機床。這樣不僅有利于保證加工精度，而且便于設計，制造和維修，也提高了機床之間的通用化程度。
2.6機床總體布置方案確定
機床的總體布置方案如圖2-3所示，該箱體連接孔加工組合機床是由 組成的。
圖2-3 箱體連接孔加工組合機床布置方案圖
第三章 鉆夾具設計
3.1箱體連接孔加工組合機床夾具分析
3.1.1、基本定位原理分析
這里討論6點定位中，6個自由度的消除，以便找出較合適的定位夾緊方案。一個物體在空間可以有6個獨立的運動，即沿X、y、Z軸的平移運動，分別記為 。X1、Y1、Z1；繞X、y、Z軸的轉(zhuǎn)動，記為x 、y 、z 。習慣上，把上述6個獨立運動稱作6個自由度．如果采用一定的約束措施，消除物體的6個自由度，則物體被完全定位。
針對課題中被加工的工件為箱體，其依靠箱體底部的4個孔安裝，箱體的加工及定位都是依據(jù)這一基準進行的，所以本次設計的組合機床也可以參照這一基準，如圖3-1所示。
圖3-1 箱體定位示意圖
3.1.2、夾緊力“兩要素”
夾緊力的“兩要素”為方向與作用點。夾緊力方向應朝向定位元件，并使所需的夾緊力最小。確定夾緊力作用點的位置時應不破壞定位。夾緊力作用點的位置應盡可能靠近加工部位，以減小切削力繞夾緊力作用點的力矩，防止工件在加工過程中產(chǎn)生轉(zhuǎn)動或震動，保證夾緊變形不影響加工精度。夾緊力作用點數(shù)目應使工件在整個接觸面上受力均勻，接觸變形小。
因為本次設計的組合機床一次性需要加工正面的4個M10的螺紋孔和一個直徑為134mm的軸孔，同時加工箱體后面的一個直徑為74mm的軸孔，為防止箱體在加工中產(chǎn)生震動而降低加工精度，需在箱體的上部增加一個作用力用來固定箱體。通過分析發(fā)現(xiàn)，該工件被完全定位。
3.1.3、加工工藝技術(shù)分析
孔的類型：螺紋孔M10 精度等級：6H
材料： 灰鑄鐵 硬度： HB190
左端面為通孔、孔徑為134mm、加工深度L=16mm
右端面為通孔、孔徑為74mm、加工深度L=98mm
3.1.4、工作行程的確定
在本道工序加工過程中，采用組合機床進行加工，各動力頭工作情況一樣，故其工作循環(huán)也一樣：
由于被加工孔無特殊要求，故采用圖3-2所示的工作循環(huán)方式：
圖3-2 工作行程圖
設計過程中注意的因素：
工件為大批大量生產(chǎn)，加工效率要求很高，要求每次加工耗時少，因此?？爝M距離不宜過長。
鉆孔過程中，無需考慮孔內(nèi)壁是否有直線痕或螺旋痕。
每次鉆孔前至少在加工表面前4mm處開始工進。
從而確定：左主軸箱的工進距離 。
考慮到大批量生產(chǎn)、導向原因等因素取。
綜上所述，可以求出快退距離。
右主軸箱的工進距離 。
考慮到大批量生產(chǎn)、導向原因等因素取。
綜上所述，可以求出快退距離。
第四章 組合機床總體設計（三圖一卡）
機床的總體設計就是繪制組合機床“三圖一卡”，就是針對具體零件，在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎上，進行組合機床總體方案圖樣設計。其內(nèi)容包括：繪制加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和繪制生產(chǎn)功率計算卡等。
4.1被加工零件工序圖
4.1.1、被加工零件工序圖的作用與內(nèi)容
被加工零件工序圖是在被加工零件圖基礎上，突出本機床或自動線的加工內(nèi)容，并作必要說明而繪制的。其主要內(nèi)容包括如下：
被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本機床設計有關(guān)部位結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。
本工序選用的定位基準、夾緊部位及方向。中文摘要
本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術(shù)要求以及上道工序的技術(shù)要求。
注明加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量。
鉆梳棉機箱體結(jié)合件兩端面孔的被加工零件工序圖如圖4-1所示。
圖4-1 被加工零件工序圖
4.1.2、繪制工序圖的規(guī)定及注意事項
繪制被加工零件工序圖的規(guī)定及注意事項：
繪制被加工零件工序圖的規(guī)定：為使被加工零件工序圖表達清晰明了，突出本工序內(nèi)容，繪制時規(guī)定；應按一定比例，繪制足夠的視圖以剖面；本工序加工部位用粗實線表示，其余部位用細實線表示；定位基準符號用，并下標數(shù)表明消除自由度量。
繪制被加工零件工序圖注意事項：
本工序加工部位的位置尺寸應與定位基準直接發(fā)生關(guān)系。
對工件毛坯應有要求，對孔的加工余量應認真分析。
當本工序有特殊要求時必須注明。
4.2加工示意圖
4.2.1、加工示意圖的作用和內(nèi)容
加工示意圖是在工藝方案和機床整體方案初步確定的基礎上繪制的，是表達工藝方案具體內(nèi)容的機床工藝方案圖。它是繪制機床聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調(diào)整機床和刀具所必需的重要技術(shù)文件。
4.2.2選擇刀具、導向及有關(guān)計算
（一） 刀具的選擇：
工件材料為HT200，軸孔加工與螺紋孔加工，選用玉米刀盤和螺紋絲錐。
（二）選擇接桿
除剛性主軸外，組合機床主軸與刀具間常用接桿連接。根據(jù)選用原則選取特長可調(diào)接桿，由以上可知，多軸箱各主軸的外伸長度為一定值，而刀具的長度也是一定值，因此，為保證多軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，就需要在主軸與刀具之間設置可調(diào)環(huán)節(jié)，這個可調(diào)節(jié)在組合機床上是通過可調(diào)整的刀具接桿來解決的，連接桿如圖4-2所示，
圖4-2 可調(diào)連接桿
連接桿上的尺寸d與主軸外伸長度的內(nèi)孔D配合，因此，根據(jù)接桿直徑d選擇刀具接桿參數(shù)如表4-1所示：
表4-1可調(diào)接桿的尺寸
d(h6)
D1(h6)
d2
3
L
1
2
l3
螺母
厚度
20
Tr20×6
莫氏1號
12.061
7
188
6
0
100
12
（三） 標注切削用量
各主軸的切削用量應標注在相應主軸后端。其內(nèi)容包括：主軸轉(zhuǎn)速、相應刀具的切削速度、每轉(zhuǎn)進給量。
動力部件工作循環(huán)及行程的確定
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運動到終了位置，又返回到原位的動作過程。
工作進給長度的確定
：工作進給總長度 ：切入長度即快進長度 ：工作進給長度 ：切出長度即快速退回長度
2）快速引進長度的確定：快速引進是指動力部件把刀具送到工作進給位置，其長度由具體情況確定。本工序選取快速引進長度為30mm。
3）快速退回長度的確定：快速退回長度是快速引進長度和工作進給長度之和。本工序的左主軸箱的快速退回長度為50mm，右主軸箱的快速退回長度為132mm。
4）動力部件總行程的確定：動力部件總行程為快退行程和前后備量之和。本設計的組合機床前備量為30mm，后備量為100mm，左主軸箱的總行程為180mm，右主軸箱的總行程為262mm。加工示意圖如圖4-2所示。
圖 4-2 加工示意圖
4.3組合機床切削用量
選擇切削用量是否合理對組合機床的加工精度，生產(chǎn)線，刀具耐用度，機床的形式及工作穩(wěn)定性都有很大的影響。
4.3.1、組合機床切削用量的選擇特點
在大多數(shù)情況下，組合機床為多軸，多刀，多面同時加工。因此，所選用的切削用量，根據(jù)經(jīng)驗應比一般萬能機床單刀加工低30%左右。
組合機床多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。工作時要求所有刀具每分鐘進給量相同，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設計成不同轉(zhuǎn)速和選擇不同的每轉(zhuǎn)進給量與其相適應，以滿足不同直徑的加工需要。
4.3.2、確定切削用量應注意的問題
盡量做到合理利用所有刀具，充分發(fā)揮其性能。由于本設計所加工孔工藝要求相同，所以選擇同一數(shù)據(jù)即可。
復合刀具切削用量的選擇，應考慮刀具的使用壽命。進給量通常按復合刀具最小直徑選擇，切削速度按復合刀具的最大直徑選擇。
選擇切削用量時，應注意零件生產(chǎn)批量的影響。
切削用量選擇應有利于多軸箱設計。
選擇切削用量時，還應考慮所選動力滑臺的性能尤其是當采用液壓動力滑臺時，所選擇的每分鐘進給量一般應比動力滑臺可實現(xiàn)的最小進給量大50%左右。否則，會由于溫度和其他原因?qū)е逻M給量不穩(wěn)定，影響加工精度，甚至造成機床不能正常工作。
4.3.3、組合機床切削用量選擇及計算
本次設計的組合機床所涉及到的加工孔有螺紋孔和軸孔，加工方式即有攻螺紋又有擴孔。本論文對后端面的擴孔進行計算。
切削力F，切削轉(zhuǎn)矩T，切削功率P的計算公式：由《組合機床設計》表6-20 組合機床切削用量計算圖中推薦的切削力、轉(zhuǎn)矩、機功率。
表4-2 擴孔切削力、轉(zhuǎn)矩及功率
可知擴孔的計算公式如下：
（4-1）
（4-2）
（4-3）
式中：F—切削軸向力（N）；D—鉆頭直徑（mm）；
f—每轉(zhuǎn)進給量（mm／r）；T—切削轉(zhuǎn)矩（N.mm）；
P—切削功率（KW）；
v—切削速度（m／min）；
——切削深度（mm）
HB—零件的布氏硬度值，通常給出一個范圍。
對于公式（2-1）~（2-3）取最大值。
用直徑D=74mm的高速鋼擴孔刀擴孔深度為98mm，根據(jù)刀具直徑和工件，刀具材料，由表4-3（用高速鋼鉆頭加工鑄件的切削用量）
表4-3 擴孔切削用量（高速鋼擴孔鉆）
選取D=74mm， v=15m／min，f=0.4mm／r。
由于材料硬度HB=180 ~ 220
硬度計算公式為：
由公式4-1得
由公式4-2得
由公式4-3得
初定主軸轉(zhuǎn)速
滑臺每分鐘進給量的計算
式中：n—主軸轉(zhuǎn)速（r／min）
f—主軸進給量（mm／r）
—滑臺每分鐘進給量（mm／min）
主軸直徑的確定
由《組合機床設計》表3-19軸能承受的扭矩計算：
式中：d—軸的直徑（mm）；
T—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.mm）；
B—系數(shù)。B與扭矩角[φ]有關(guān)，當為剛性主軸時，B=7.3
取d=45mm
4.4、機床聯(lián)系尺寸圖
4.4.1機床聯(lián)系尺寸圖作用和內(nèi)容
機床聯(lián)系尺寸圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并按初步選定的主要通用部件以及確定專用部件的總體結(jié)構(gòu)而繪制的。是用來表示機床的配置形式、主要構(gòu)成及各部件安裝位置、相互關(guān)系、運動關(guān)系和操作方位的總體布局圖。
機床聯(lián)系尺寸總圖表示的內(nèi)容：
表示機床的配置形式和總布局;
完整齊全的反映各部件之間的主要裝配關(guān)系和聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運動部件的運動極限位置及滑臺工作循環(huán)總的工作行程和前后備量尺寸;
標注主要通用部件的規(guī)格代號和電動機型號、功率及轉(zhuǎn)速，并標出機床分組編號及組件名稱，全部組件應包括機床全部通用及專用零部件;
標明機床驗收標準及安裝規(guī)程。
4.4.2機床聯(lián)系尺寸
為了便于設計和組織生產(chǎn)，組合機床各部件和裝置按不同功能劃分編組。本機床編組如下：
圖4-4 機床聯(lián)系尺寸圖
4.5、生產(chǎn)率計算卡
生產(chǎn)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(chǎn)率、負荷率等技術(shù)文件，通過生產(chǎn)率計算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產(chǎn)率及負荷率的要求。計算如下：
切削時間： （公式4-4）
式中：——機加工時間（min）
——工進行程長度（mm）
—— 刀具進給量（mm/min）
——死擋鐵停留時間。一般為在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)5～15 r所需要時間。這里取15r
根據(jù)公式4-4，
暫定機床的輔助時間為=3min
機床生產(chǎn)率
機床負荷率按下式計算
式中：Q——機床的理想生產(chǎn)率（件/h） A—年生產(chǎn)綱領（件）約為60000件
——年工作時間，單班制工作時間 =1950h
表2－5 生產(chǎn)率計算卡
被加工
零件
圖號
毛坯種類
鑄件
名稱
箱體
毛坯重量
材料
鑄鐵
硬度
HB180-220
工序名稱
鉆壓盤連接孔
工序號
工時/min
序號
工步
名稱
工作行程/mm
切速/（m·min-1）
進給量/（mm·r-1）
進給量/（mm·min-1）
工進時間
輔助時間
1
按裝工件
0.5
2
工件定位夾緊
0.25
3
Z軸快進
30
12000
0.013
4
Z軸工進
120
15
0.4mm
106
1
5
Z軸暫停
0.03
6
Z軸快退
150
12000
0.015
13
工件松開
0.25
14
卸下工件
0.5
備注
1、主軸轉(zhuǎn)速265r/min
2、一次安裝加工完一個工件
累計
單件總工時
4min
機床生產(chǎn)率
15件/h
理論生產(chǎn)率
20.2件/h
負荷率
48.75%
第五章 多軸箱設計
多軸箱是組合機床的重要部件之一，它關(guān)系到整臺組合機床質(zhì)量的好壞。
具體設計時，除了要熟悉多軸箱本身的一些設計規(guī)律和要求外，還須依據(jù)“三圖一卡”，仔細分析研究零件的加工部位，工藝要求，確定多軸箱與被加工零件、機床其他部分的相互關(guān)系。
本機床有左、右兩個主軸箱，它們的結(jié)構(gòu)基本相同，只是主軸的數(shù)量和位置不同。現(xiàn)以左主軸箱為例，說明其設計方法。
5.1主軸箱設計的原始依據(jù)
多軸箱設計原始依據(jù)圖，是依據(jù)“三圖一卡”整理編繪出來的，其一般應包括下列內(nèi)容：
1）所有主軸的位置尺寸及工件與多軸箱的相關(guān)尺寸。在標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應與被加工零件工序圖的水平尺寸方向相反。其次，多軸箱上的坐標尺寸基準和被加工零件工序圖的尺寸基準常不相重合，應根據(jù)多軸箱和被加工零件的相對位置找出統(tǒng)一基準，并標注出其相對位置關(guān)系尺寸。
2）在圖中標注主軸轉(zhuǎn)向。由于標準刀具多為右旋，因此要求主軸一般為逆時針旋轉(zhuǎn)，逆時針轉(zhuǎn)向可不標，只注順時針轉(zhuǎn)向。
3）圖中應標出多軸箱的外形尺寸。
4）列表標明各主軸的工序內(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，轉(zhuǎn)速和其它主要參數(shù)。
圖5-1 多軸箱設計原始依據(jù)圖
5.2主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇
主軸結(jié)構(gòu)型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。軸承型式是主軸部件結(jié)構(gòu)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，而用向心球軸承承受徑向力。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，軸向切削力較小，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，一般選用前后支承均為圓錐滾子軸承的主軸結(jié)構(gòu)。
本設計中的工序內(nèi)容為鉆直徑為132mm的孔和M10的螺紋孔，故選用滾珠軸承主軸。前支承為向心球軸承、后支承也為向心球軸承。
5.3多軸箱傳動設計
多軸箱的傳動系統(tǒng)設計，就是通過一定的傳動鏈把動力箱輸出軸傳進來的動力和轉(zhuǎn)速按要求分配到各主軸。傳動系統(tǒng)設計的好壞，將直接影響多軸箱的質(zhì)量、通用化程度、設計和制造工作量的大小以及成本的高低。
5.3.1對多軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求
在保證主軸強度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的前提下，力求使主要傳動件的規(guī)格少，數(shù)量少，體積小。因此，在設計傳動系統(tǒng)時，盡量用一根中間轉(zhuǎn)動軸帶動多根主軸并將齒輪布置在同一排上。當齒輪嚙合中心距不符合標準時，可用變位齒輪或略微改變傳動比的方法解決。
一般情況下，盡量不采用主軸帶動主軸的方案，因為這會增加主動主軸的負荷。
為使結(jié)構(gòu)緊湊，多軸箱體內(nèi)的齒輪傳動副的最佳傳動比為1~1.5,如果在多軸箱后蓋內(nèi)的齒輪傳動鏈中超過4排，那么根據(jù)需要，第四排齒輪其傳動比可以取大些，但一般不超過3~3.5。
粗加工切削力大，主軸上的齒輪應盡量安排靠近前支承，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形。
多軸箱內(nèi)具有粗精加工主軸時，最好從動力箱驅(qū)動軸齒輪傳動開始，就分兩條傳動路線，以免影響加工精度。
剛性鏜孔主軸上的齒輪，其分度圓直徑要盡可能大于被加工孔的直徑，以減少振動，提高運動平穩(wěn)性。
驅(qū)動軸直接帶動的軸數(shù)不能超過兩根，以免給裝配帶來困難。
齒輪排數(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.
齒輪與軸或軸套相碰，可放在后蓋內(nèi)。
5.4擬定多軸箱傳動的基本方法
擬定多軸箱傳動系統(tǒng)的基本方法是：先把全部主軸中心盡可能分布在幾個同心圓上，在各個同心圓的圓心上分別設置中心傳動軸；非同心圓分布的一些主軸，也宜設置中間傳動軸；然后根據(jù)已經(jīng)選定的中心傳動軸再取同心圓，并用最少的傳動軸帶動這些中心傳動軸；最后通過合攏傳動軸與動力箱驅(qū)動軸連接起來。
圖5-2 多軸箱傳動方案
每根主軸實際切削扭矩： M=90kg.mm，軸徑為20mm，查《組合機床設計》p607表5-10知軸徑d=20mm的軸能承受的扭矩為M=1100kg.mm。而本傳動系統(tǒng)中有四根主軸，設其中兩根從動主軸與主動主軸之間有扭矩損失5%，那么主動軸所能承受的全部扭矩為
279<<1100kg.mm
即所受負荷遠在其所承受的范圍之內(nèi)，或者說，所增加負荷對其運行或特性沒有半點影響，因此滿足設計要求。
5.5傳動系統(tǒng)的設計計算
5.5.1各齒輪參數(shù)的設計計算
已知：主軸轉(zhuǎn)速 n=265r/min，主軸直徑 d=20mm，主軸齒輪模數(shù) m=2
設主軸1傳動到其他四個主軸的傳動比為1，即主軸1與其他主軸的齒數(shù)相同。為設計方便和設計可靠，所以選擇中間軸也與主軸一樣有相同齒數(shù)。經(jīng)計算得出齒輪的分度圓直徑約為27mm?？梢缘玫街鬏S齒輪齒數(shù)Z=27 。
已知：所取動力箱型號1TD25，電動機轉(zhuǎn)速940r/min，驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速520r/min。
則：
5.5.2繪制傳動系統(tǒng)圖
傳動系統(tǒng)圖是表示傳動關(guān)系是示意圖，即用以確定的傳動軸將驅(qū)動軸和各主軸連接起來，繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動示意圖，如圖5-3所示。
圖5-3 多軸箱裝配圖
圖中多軸箱箱體內(nèi)只排放一排20mm寬的齒輪，離箱體前壁20mm，離箱體后壁20mm，傳動軸齒輪和驅(qū)動軸齒輪為第Ⅱ排。在圖中標出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、變位系數(shù)，以校核驅(qū)動軸是否正確。另外，應檢查同排的非嚙合齒輪是否齒頂干涉；還畫出主軸直徑和軸套直徑，以避免齒輪和相鄰的主軸軸套相碰。
26
結(jié)論和展望
由本文的論述，我們了解到，通過對箱體結(jié)合件加工設備及工藝的研究與應用，在機床、夾具、刀具、工藝流程等方面進行合理設計和選擇，有效提高了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量，擴大了加工適應范圍，提高了可靠性，具備一定的先進性，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，為解決此類多孔同時加工問題舉了一件實例。
本成果設計制造的機床為雙面臥式組合機床。我們將鉆削主軸設為機械傳動，而進給系統(tǒng)為液壓控制，使在滿足使用要求的前提下降低了成本。作為關(guān)鍵部件的液壓滑臺采用國產(chǎn)通用部件。以比較簡單的方式完成旋轉(zhuǎn)運動和直線運動的同步進行，非常實用。
在刀具方面，由于所加工孔的尺寸精度和表面粗糙度要求都不算高，采用麻花鉆。這種鉆頭采購比較方便，而且價格比深孔鉆頭也要便宜。在刀具的幾何角度方面，麻花鉆頭的螺旋角即是其軸向前角。當加工工件時，切削力和切削熱隨鉆頭螺旋角的增大而減小(減 少)，切削輕快，刀具耐用度高。為此，我們選取鉆頭螺旋角為32，在保證強度的前提下，有效降低了切削力和切削溫度，提高了刀具使用壽命和生產(chǎn)效率。
通過本成果的實施，進排氣搖臂的深孔加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率得到較大幅度提高，經(jīng)濟和社會效益顯著。而且加工精度也完全能夠滿足設計要求。則在直接經(jīng)濟效益方面，節(jié)省了大量加工工時。
致謝
在這次畢業(yè)設計中，從剛開始的毫無頭緒，到最后的順利完工，一路走來頗為艱辛。在此，要十分感謝張帆老師對我的教導，從開始的給課題，到后來的修改，找不足，再修改，再找不足等等……。感謝張帆老師給了我十分大的幫助，不但及時地發(fā)現(xiàn)我的不足之處，還給出正確的指導。
通過這次的畢業(yè)設計，我能比較全面的綜合運用機械加工工藝及機床夾具設計的理論和實踐知識，能根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求，運用零件制造的基本工藝路線和方法，學會擬訂機床床頭箱的加工工藝路線，完成箱體的加工設計，并且對有關(guān)手冊、規(guī)范、圖表等技術(shù)資料有了一定的熟悉，也重新鞏固了識圖、制圖和編寫技術(shù)文件等的基本技能。更加全面的復習了機械方面的專業(yè)知識，加強鍛煉獨立思考的能力和自己動手的能力。綜合運用機械制造工藝學課程和其它相關(guān)課程的知識,分析和解決機械加工問題,進一步鞏固、加深和拓寬所學的知識。在這一過程中，我不僅學會了如何完整地設計出一個符合要求的夾具，還學會了一種方法一種態(tài)度：一種獨立分析和解決問題的方法，一種面對困難從容不迫的態(tài)度, 增強和提高從事機械加工工作的自信心。
因此，還要感謝老師這一路上的譖譖教誨，使這大學里最后一次設計能夠順利成功的完成， 這與老師的幫助與指導是分不開的。由于本人水平有限，經(jīng)驗不足，設計中難免存在錯誤疏忽之處，希望各位老師能予批評和指出。
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