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中國地質(zhì)大學長城學院2015屆畢業(yè)設計·
中國地質(zhì)大學長城學院
本 科 畢 業(yè) 設 計
題目 多用途小型鉆銑床設計
系 別 工程技術系
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
學生姓名 王碩
學 號 05211611
指導教師 于建波
職 稱 高級工程師
2015 年 03 月 20 日
摘 要
本次設計的主題主要是通過對通用部件為基礎的研究，在配上根據(jù)被需要加工的工件的特定的形狀和特定的加工工藝，從而來確定的專用的部件等部分組成的專業(yè)型組合式機床。
多用途小型鉆銑床主要由動力部分，底座部分，進給部分以及工作臺部分組成，然后通過對原始數(shù)據(jù)的分析，對有關數(shù)據(jù)的計算，以及對設計方案的論證，完成對多用途小型鉆銑床的總體設計。
通過目前我們學習到的機械只是和組合鉆銑床的技術掌握。在目前科技允許的情況下，能夠做到把小型鉆床和銑床結(jié)合起來，做到工序集中，多工位同時運行加工的多用途小型鉆銑床，使之具有設計制造周期短，勞動強度低，操作簡單、安全低成本，高效率的優(yōu)點，能夠在大批量生產(chǎn)中得到廣泛應用，從而可以組成一條完整的生產(chǎn)線，該機床可以適用于多種環(huán)境，可以具有能耗低，成本小，噪聲小的特點。
關鍵詞：多用途小型鉆銑床； 組合機床； 高效率； 低成本
ABSTRACT
This design mainly studies the common components based on design process, and according to the specific shape and the workpiece in the line of sight, and determine the special professional tools and parts.
Multi purpose small milling is mainly composed of a power part, the base part, part material and the work table, and then through the analysis of the original data, the calculation of the relevant data, and it is proved that the design scheme, completed the overall design of multi-purpose small drilling and milling machine.
Through the grasp of our mechanical and combination of drilling milling technology. In the current technology allows it, can do small drilling and milling machine combined, the process of doing so, multiple operation processing at the same time, a small multi function drilling and milling machine, it has the design and manufacturing cycle is short, low labor intensity, simple operation, safety, low cost, high efficiency, and can be widely used in mass production, and can form a complete production line, the machine can be used in various environments, the advantages of low energy consumption, can have low cost, low noise characteristics.
Key words:Versatile small milling machine; combination machine; high efficiency; low cost.
目 錄
1、緒論 1
1.1 多用途小型鉆銑床的加工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢 1
2、多用途小型鉆銑床的組成、特點及設計 2
2.1 多用途小型鉆銑機床的分類及基本配置型式 2
2.2 多用途小型鉆銑床的組成以及特點 3
2.3 多用途小型鉆銑床的總體結(jié)構(gòu)方案設計 4
2.4 小型鉆銑組合式機床的設計方法 4
2.5 小型鉆銑床和其他組合式機床的工藝范圍及加工精度 5
3、動力系統(tǒng)的設計 6
3.1主軸箱的設計 6
3.1.1主軸箱的主要簡介 6
3.2主軸箱的設計 7
3.2.1電動機選取 7
3.2.2轉(zhuǎn)速初定 7
3.2.3帶輪計算 7
4、機械系統(tǒng)設計 10
4.1 參數(shù)計算 10
4.1.1 切削力 10
4.1.2 切削功率的計算 11
4.2 工作臺外形概述以及尺寸和對重量估算 13
4.2.1 機床基礎作用 13
4.2.2機床類型 14
4.3機床導軌 14
4.3.1 X方向工作臺尺寸確定 15
4.3.2 Y方向工作臺尺寸的確定 15
4.3.3 重量估算 15
4.4 滾動導軌參數(shù)確定 16
總 結(jié) 20
參考文獻 21
致 謝 22
1、緒論
1.1多用途小型鉆銑床的加工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢
顧名思義，多用途小型鉆銑床的意思就是把小型鉆床和小型銑床結(jié)合起來，是組合機床能夠把鉆孔、銑平面和銑鍵槽的一些特種加工方法組合起來加工工件，從而獲得所要求零件的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量。機床的作業(yè)主要是用來加工一些機器部件的設備。在一般普通的機械零件的制造中，組合式機床的使用大概占機械加工行業(yè)中所有技術加工裝備的總臺數(shù)的60%—80% 。鉆銑床是一種同時具備鉆床和銑床兩種功能的綜合型組合式銑床，其設計原理主要是根據(jù)鉆床的主要特點來設計的，除了可以實現(xiàn)鉆孔擴孔、鉸孔外，還具有銑床的銑削和鏜削等多項作用。它主要是由電動機、底盤、滑套、導向套、工作臺（支撐工件）、絲錐固定套、皮帶輪、軸承套等結(jié)合零件組成。
我國是當今世界上機床產(chǎn)量最多的國家,其中包括山東滕州，遼寧沈陽，中國臺灣，浙江杭州等地方，不同的生產(chǎn)產(chǎn)地所生產(chǎn)的機床都是不同的，即便是這樣，我國生產(chǎn)的機床在國際市場的競爭中還是處于較低的水平；雖然在國內(nèi)的市場也面臨著嚴峻的形勢，一個方面是國內(nèi)市場對各類機床產(chǎn)品的使用都有嚴格的需求，而另外一方面則是國外的機床產(chǎn)品充斥國內(nèi)市場，使國產(chǎn)的機床滯銷積壓。在90年代的，國外生產(chǎn)的機床在國內(nèi)市場的占有率僅達到15%左右，但是到了95年代卻已達到了77%，這種現(xiàn)象使我國小型式組合機床的自主發(fā)展受到了嚴重影響。
造成這種現(xiàn)象的發(fā)生，除了在經(jīng)營上、產(chǎn)品質(zhì)量上和促銷手段上出現(xiàn)的原因外，另一個主要的原因是我國生產(chǎn)的機床品種、性能和結(jié)構(gòu)都不夠先進，而新產(chǎn)品(包括基礎型、改變型和專用機床)的開發(fā)周期長，從而不能夠及時針對用戶的需求來提供令人滿意的產(chǎn)品。具體地來說，這個問題反映在下列五個方面：
(1)目前，我國的大部分機床生產(chǎn)廠家開發(fā)基礎型產(chǎn)品的周期約為15～18個月，其中設計時間就大約需要5～8個月，占總周期的40%左右。而國外一些先進機床生產(chǎn)廠對此同類基型產(chǎn)品的開發(fā)周期為6～9個月，其中設計的時間約1.5～2個月，只占25%。從而得出的結(jié)論說明無論我國產(chǎn)品開發(fā)的總周期還是設計所占的時間比例均與國外先進水平存在很大的差距。
(2) 由于科學技術落后，使得我國工廠缺乏設計所需的科學分析工具(如分析和評價軟件、整機結(jié)構(gòu)有限元分析方法以及機床性能測試裝置等)，從而自行開發(fā)的新產(chǎn)品大多基于原有直觀經(jīng)驗和類比設計，使設計一次性成功的幾率降低，往往需要反復實驗才能定型，從而就可能錯過新產(chǎn)品推向市場的良機。
(3) 一些用戶根據(jù)使用需要，在訂貨時往往提出一些特殊要求，甚至有些客戶在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時又臨時提出一些要求，這就需要工作人員迅速根據(jù)要求變更設計和修改相應的圖紙及技術文件。在國外，這些修改工作在計算機的輔助下一般僅需數(shù)天到一周的時間，而在我國機床廠用手工操作修改就至少需要1～2個月的時間，并且由于這些圖紙
和文件涉及多個部門，常會出現(xiàn)漏改和失誤的現(xiàn)象發(fā)生，從而影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨期。
(4) 現(xiàn)在我國工廠設計和操作人員中青年占大多數(shù)，他們的專業(yè)知識和實際經(jīng)驗不足，但又擔負著開發(fā)的重任，所以壓力可想而知。
(5)由于長期發(fā)張形成的設計、工藝和制造部門的分立，缺乏部門之間有效的協(xié)同與開發(fā)的模式，使之不能從制訂機床方案的開始就融入各方面的意見，所以就造成了產(chǎn)品的反復修改，直至延長了開發(fā)的周期。
因此為了開始了此次課題設計。
2、 多用途小型鉆銑床的組成、特點及設計
2.1多用途小型鉆銑機床的分類及基本配置型式
多用途小型鉆銑機床就是一種組合式機床，把立式鉆床和立式銑床有效的組合在一起，使之能夠發(fā)揮更大的作用。通常情況下，組合式機床一般分為大型組合式機床和小型組合式機床兩大類，這兩類不僅在體積和運轉(zhuǎn)的功率上有大小之別，而且還在結(jié)構(gòu)組成上和配置型式等方面也有很大的差異。根據(jù)設計題目“多用途小型鉆銑床”的要求，我們這里主要運用的小型組合式機床的配置形式。下面來介紹一下組合式機床的配置形式：
組合式機床的配置型式可以分為三大類：
一、具有平臺的固定式夾具的工位組合式機床
這一類組合式機床的夾具和機床的工作臺都是固定不動的，通過動力滑臺的運動來實現(xiàn)進給運動，然后使得滑臺上的動力箱實現(xiàn)切削主運動。這一類機床的配置型式有以下幾種：
1、臥式組合式機床（動力箱是水平安裝的）；
2、立式組合式機床（動力箱是垂直安裝的）；
3、傾斜式組合式機床（動力箱是傾斜安裝的）；
4、復合式組合式機床（動力箱具有上述兩種或兩種以上的安裝狀態(tài)的機床）。
二、具有移動式夾具的（多工位）組合式機床
這一類組合式機床的夾具一般都安裝在通過直線移動的工作臺或通過回轉(zhuǎn)運動的工作臺上，并且能按照一定的節(jié)拍做間歇移動或間歇轉(zhuǎn)動，使得工位得到轉(zhuǎn)換。這類機床的配置型式常見的主要有以下四種：
1、具有移動的工作平臺的組合機床；
2、具有回轉(zhuǎn)的工作平臺的組合機床；
3、鼓輪式組合機床；
4、中央立柱式組合機床。
三、轉(zhuǎn)塔主軸箱式組合機床
轉(zhuǎn)塔主軸箱式組合機床，這一類機床主要分為兩類：單軸轉(zhuǎn)塔動力頭式組合機床和多軸轉(zhuǎn)塔動力頭式組合機床。這一類機床的配置型式有以下兩種：
1、轉(zhuǎn)塔式組合機床的主軸箱只能實現(xiàn)切削運動，被加工零件安裝固定在滑臺上，由滑臺來實現(xiàn)工件的進給運動。
2、轉(zhuǎn)塔式機床的主軸箱一般都安裝在滑臺上，轉(zhuǎn)塔式機床的主軸箱既實現(xiàn)機床的切削主運動又實現(xiàn)進給運動。
2.2多用途小型鉆銑床的組成以及特點
多用途小型鉆銑床是針對被加工零件的特點及加工工藝要求，按照高度集中工序的原則設計的一種高效率、低成本的專用組合式機床。組合式機床的各個部件都是具有一定獨立功能性的部件，并且大都已經(jīng)形成系統(tǒng)化、標準化、和通用化的通用部件。
組合機床相比于其它機床具有以下幾點特點：
（1）主要具有銑；鉆；鏜；磨；攻絲等多種切削功能，也用于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，操作靈活，可以運用多軸面進行加工。
（3）加工精度比較穩(wěn)定。因為工序是固定的，可選用較為成熟的通用部件、精密夾具來保證加工精度的一致性；
（4）因為機床所具有的通用化、系列化、標準化程度高，所以研制周期變短，便于機床設計、制造和日常的使用維護，且成本低。
（5）半自動化程度高，可有效降低工人的勞動強度；
（6）配置靈活。因為結(jié)構(gòu)組合化。可按固定工件或工序的要求，使用大量通用部件和少量專用部件組成各種類型的組合機床或者自動線，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利用。
因此組合式機床適宜用于加工箱體類額零件。根據(jù)組合機床完成工藝的一些限制及組合機床的各種工藝方法能達到的加工精度、表面粗糙度及技術要求，可以確定用組合機床來鉆EQY-112-90汽車減速箱后面孔系的六個孔是經(jīng)濟合理的。
2.3多用途小型鉆銑床的總體結(jié)構(gòu)方案設計
此次多用途小型鉆銑床的方案設計主要包括功能設計、結(jié)構(gòu)設計和性能設計等幾個方面。
功能設計，即為在調(diào)研分析，確定了所設計的多用途組合式機床的工作參數(shù)（運動、動力以及外形尺寸）之后，通過功能分析，創(chuàng)新出或者是類比出可以實現(xiàn)加工所要求的各種總體布局的方案。創(chuàng)新設計，主要通過對組合式機床運動功能過程的分解以及合成來確定其布局的方案，這對于設計加工具有特殊要求的特定零件的一些專用機床較為有效。而所謂的變型設計或者類比設計主要通過查詢比較確定可以參照的機床布局的方案，大量用于設計一般的通用性機床需要。
結(jié)構(gòu)設計是在總體布局的方案基本確定后，對機械結(jié)構(gòu)件進行主要形狀和尺寸的設計和加工，這同樣有類比和創(chuàng)新設計的兩類。類比設計是建立在成組技術和模塊化技術的基礎上，采用參數(shù)化設計的方法來實現(xiàn)。而創(chuàng)成式的設計主要是按照設計人員的意志，通過對基礎模塊的一些實體進行拼裝、重迭等操作來實現(xiàn)這一規(guī)程的。
性能設計是根據(jù)機床的總體性能要求對運動過程中所產(chǎn)生的誤差、精度和剛度等一些部分進行設計分配，并綜合應用有限元法、邊界元法、分布參數(shù)法等方法快速計算，然后比較各種可能方案的優(yōu)劣，從而確定有效可行的方案。
2.4小型鉆銑組合式機床的設計方法
(1).優(yōu)化設計：這種設計是指在能滿足客戶需求的功能條件下使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)做到最合理，用料消耗做到最少，成本做到最低，同時，工作性能還要最好。這種設計所采用的方法是以數(shù)學最優(yōu)化的原理為基礎下，在能滿足各種約束條件的前提下，能過做到合理性選擇設計的變量數(shù)值，以此來獲得在一定意義上可以達到最佳的方案和最完美的設計方法，一般都采用計算機處理。
(2).可靠性設計：這種設計是指在產(chǎn)品或系統(tǒng)規(guī)定的時間內(nèi)，按照客戶給定的條件，使工件產(chǎn)品或系統(tǒng)的運行處于“最完滿的狀態(tài)”，即無故障或故障率低的情況出現(xiàn)，失效率也非常的低，可靠性非常高。做到這樣的一般采用的方法是：必須做到明確可靠性要求，確立可靠性的指標，然后進行可靠性分配，從而減輕部件或者系統(tǒng)的負荷，必須要做到安全、謹慎的使用。進行應力分析時，必須使零部件的變動應力變得最小，做成簡化結(jié)構(gòu)使達到組合化技術、標準化技術以及利用成熟的技術，適當?shù)娜哂嘣O計（如安全因數(shù)、保鮮期等），還可以通過利用預測方法（機床的可靠性、維修性、故障性），從而進行可靠性試驗、審查設計。
(3).設計決策方法：這種方法是指在工件設計、數(shù)據(jù)計算、工件評價選擇的過程中，能顧做到正確的使用的決策方法，以求得問題的解決合理性和系統(tǒng)運行的最優(yōu)化。一般采用的方法有：直接決策法，確定性和非確定性決策法，風險決策法，決策樹，培欣決策法，試驗決策法，多目標決策法等一系列的方法。
(4).三化設計（包括系列、通用、標準化）：這種設計是指著眼于開發(fā)通用性，多功能和高性能的產(chǎn)品來滿足各種用戶的需求。這種設計主要采用的方法就是開發(fā)一些系列產(chǎn)品內(nèi)部的零、部件設計的通用化等部分，把單個產(chǎn)品的設計改變?yōu)橄盗挟a(chǎn)品的設計，從而提高產(chǎn)品標準化的程度。
(5).成組技術：這種技術是指在多品種生產(chǎn)中能夠做到統(tǒng)一的、標準化的零件的結(jié)構(gòu)（尺寸、材料要素等），從而減少零件和一些部件的數(shù)量，還可以擴大增加能夠重復的使用已有的設計的成果，可以有效的減少設計人員的重復性勞動，以及工件工藝設計和制造的重復性勞動，還可以縮短工件生產(chǎn)周期，降低工件生產(chǎn)成本。這種設計所采用的方法是利用相似性的原理，對那些實現(xiàn)多品種生產(chǎn)的零件和一些部件進行簡化，統(tǒng)一化，標準化，建立設計和加工工藝的指導資料。從而能夠規(guī)范的形成加工工藝的數(shù)據(jù)庫、工件圖形庫，這些都為以后組織成組生產(chǎn)、社會化協(xié)作生產(chǎn)、柔性自動化打下基礎。
(6).模塊化設計：這種設計是以通用性、標準性的組件和部件為模塊，通過組合，形成積木化，從而能夠組成功能不同的多品種產(chǎn)品，可以滿足客戶的特定需求，還能最大限度的縮短設計周期，降低加工成本。這種設計系統(tǒng)是是促進模塊通用化，擴大模塊的使用，以此來改變傳統(tǒng)以產(chǎn)品為單位的設計制造系統(tǒng)。
(7).面向制造（和工件裝配）的設計：這種設計方法是在保證被加工產(chǎn)品的功能和性能的前提下，從考慮毛坯的組成、加工如何能夠提高生產(chǎn)率，加工的安全性，工件質(zhì)量的穩(wěn)定性，加工的低成本，有效的減輕勞動強度，改善制造環(huán)境的方法?？紫抵睆绞且粋€方面變化，做到孔端盡可能的不加工，可以使用通用機床和通用刀具，以防止細長、薄壁件的出現(xiàn)，考慮到刀具的進、退，來明確加工基面，來減少手工勞動，做到遵守已有的各種標準。
2.5小型鉆銑床和其他組合式機床的工藝范圍及加工精度
組合式機床可完成的工藝有鉆孔、擴孔、鏜孔、鉸孔、攻絲、倒角、鉆深孔、且槽，還能做到銑平面、刮平面、車平面、車端面等各方面工作。隨著綜合技術的發(fā)展，組合式機床可完成的工藝范圍也在不斷擴大，除了上述工藝外，有的組合式機床還可完成車外圓、車錐面、車弧面、車削內(nèi)外的螺紋、鉆滾壓孔、拉削內(nèi)外的圓柱面和平面，以及工件的磨削、拋光、珩磨等，甚至有的組合式還可以進行工件沖壓、工件的焊接、熱處理、裝配、自動測量和檢查工件等。
現(xiàn)階段下，在小型鉆銑組合式機床上加工大平面的平面度已達到1m長，誤差在0.02~0.04mm之間。粗糙度可以達到0.4~0.8；鉆孔的孔徑精度達到~；鉆孔的圓度和圓柱度的精度可以達到0.0015~0.055；一些定位銷的孔的中心距精度也可達到0.013mm；一般孔位的精度可以達到0.02~0.025mm之間；一些單向鏜孔的同軸度可以達到0.005~0.01mm；一些雙向鏜孔的同軸精度可以達到0.015~0.02mm之間；還有一些特種加工工藝的精度，精度可達到0.015~0.02mm，另外缸蓋閥座以及導管孔的同軸度也可以達到0.0075~0.01mm之間。
3、動力系統(tǒng)的設計
3.1、主軸箱的設計
3.1.1主軸箱的主要簡介
主軸箱是多用途小型鉆銑組合式機床的重要的組成部件，主要是用于裝備布置組合式機床工作的主軸及其傳動零件的連接和相應的附加機構(gòu)存在的。
主軸箱一般采用多級齒輪傳動，通過一定的齒輪傳動系統(tǒng)的帶動，通過主軸箱內(nèi)各個位置上的傳動齒輪和傳動軸的帶動，最后把運動傳遞到主軸上，從而使主軸獲得規(guī)定的轉(zhuǎn)速和方向。
主軸箱的傳動系統(tǒng)方面的設計，以及主軸箱各部件之間的加工工藝將直接影響機床的性能優(yōu)劣。
圖3-1.主軸箱的傳動簡圖
3.2主軸箱的設計
3.2.1電動機選取
根據(jù)實際要求和功率的取值；故電動機選擇：
550W 1400r/min 電機是四級電機
3.2.2 轉(zhuǎn)速初定
根據(jù)要求主軸轉(zhuǎn)速定為5級
轉(zhuǎn)速分別為560 980 1400 2100 3500
圖3-2.帶輪的變速
3.2.3帶輪計算
圖3-3.帶輪的結(jié)構(gòu)簡圖
1. 設計功率的計算
式中： ——工況系數(shù)；自動鉆床一般為空載啟動取=1.2
——傳遞功率；取電動機額定功率=550W
計算出=660W。
2. 選擇帶型
根據(jù)=660W，=1400 r/min，根據(jù)查《機械設計》中的皮帶規(guī)格手冊，可以得出選用Z型V帶。
3. 電機帶輪的直徑和、中心距以及帶長的計算
公式為：
傳動比的公式：i=/
其中式子中：
——鉆床主軸帶輪直徑；
——鉆床主軸帶輪直徑；
——小帶輪的轉(zhuǎn)速 r/min；
——大袋輪的轉(zhuǎn)速r/min；
——滑動率；取=0.01~0.02。
傳動比的公式：i=/
①.軸帶輪直徑 80mm
電機帶輪直徑 2.5X80X（1—0.02）=196mm
取標準值200mm
中心距：由于機器較小所以中心距取值較小。
中心距選定要求：
初定224mm 符合此要求。
帶長計算：
帶長計算公式：
Ld0=448+436.6+87.5=887.6mm
取標準 880mm
確定實際中心距a。
公式：
a≈224+(880-887.6)/2
=220.2mm。
②. 帶輪計算：
軸帶輪直徑 120mm
電機帶輪直徑 1.5x120x（1-0.02）=176.4mm
取標準值175mm
帶長Ld0=2x224+463.15+97=1008.15mm
取標準值為1000mm
中心距：
中心距取平均值224mm
介于1#和2#帶輪之間的關系
V帶取值1000mm
中心距取平均值224mm
③. 帶輪計算：
電機帶輪直徑 150mm
軸帶輪直徑 1.0X150X(1-0.02)=147mm
取標準值150mm
中心距：初定280mm
帶長取平均值Ld0=1111mm
取平均值為1100mm
中心距：a≈294mm
④. 帶輪計算：
軸帶輪直徑 175mm
電機帶輪直徑 0.7x175x（1-0.02）=120.05mm
取標準值120mm
中心距：初定285mm
帶長：Ld0=1131mm
取平均值為1100mm
中心距：a=290mm
介于3#和4#帶輪之間的關系：
帶長取1100mm
中心距取平均值292mm
⑤. 帶輪計算
軸帶輪直徑 200mm
電機帶輪直徑0.4x200x（1-0.02）=78.4mm
取標準值為80mm中心距：初定285mm
帶長取為Ld0=1078mm
取平均值為1100mm
中心距的平均值為291mm
⑥.傳動比的計算
在一般的皮帶傳動中，因滑動率不大（0.01~0.02），故可以不考慮滑動率的大小。所以，兩個五級塔輪從上到下的傳動比為：
i1=0.16；i2=0.47；i3=1；i4=2.14；i5=6.25
4. 驗算帶速
帶速的計算公式為：
由以上確定的數(shù)值，分別代入可計算出帶速分別等于5.86；8.98；18.84；13.19；14.65。在5～20范圍之間，帶速合適
4、機械系統(tǒng)設計
多用途小型鉆銑床的機械系統(tǒng)的設計主要內(nèi)容包括：機床運動部件的慣性計算、工件傳動及導向元件的設計、數(shù)據(jù)計算及制造零件的選用。
4.1 參數(shù)計算
4.1.1 切削力
1）、鉆削力的計算公式為：
=(N)
其中，式中 ——軸向力系數(shù) ;
——鉆孔直徑mm;
——鉆削進給量mm;
其中：，，——修正系數(shù)。
考慮到鉆銑床不僅除了實現(xiàn)鉆孔外，還具有擴孔，鉸孔、攻絲紋和銑削、鏜削等多項作用，所以工件材料以鐵來設計，其中d的最大孔徑為14mm，銑槽的寬度為10mm來計算。通過查機械加工手冊，可以得出=304.11，=1，=0.8，=1的固定值，進給量f查得0.18~0.22，其中取f=0.20。
則有：
=304.11×14××1=1174.85(N)
2）、多用途小型鉆銑床的銑削力的計算
其中銑削圓周力
式中 ——銑削寬度mm；
——銑削深度mm；
——每齒進給量mm；
——銑刀直徑mm；
Z——銑刀齒數(shù)mm。
將數(shù)據(jù)帶入公式可以求得 =123(N)
對于機床的銑削加工，刀具走刀的抗力與圓周銑削力相等，則刀具走刀抗力＝123N。
4.1.2 切削功率的計算
1）. 切削扭矩：
（N·M）
通過查機械加工手冊，可知：=0.117，=2.0，=0.8，=1.0，所以，
切削扭矩（N·M）
2). 切削速度的公式：
其中式中：T——刀具耐用度（min），查機械手冊標準表，取20min。
通過查機械加工手冊表，可知：=28.1，，，，m=0.125，因此將數(shù)據(jù)帶入可以得出，
（m∕min）
3) . 切削功率的公式為：
將數(shù)據(jù)帶入可以得出下列式子：
（kW）
4).軸徑的計算：
根據(jù)金屬切削的原理可以得出，鉆銑床的主軸切削功率的計算公式為：
式中：—— 軸向切削力（N）
—— 每轉(zhuǎn)進給量(mm)
n——主軸固定轉(zhuǎn)速（r/min）
—— 切削力矩（N·M）
將這些數(shù)值代入公式中可以計算出功率=0.8KW
因為還有軸承的傳動效率（根據(jù)手冊可以查得為0.99）和平鍵的傳動效率（可以查得為0.98），所以可計算出鉆床主軸要傳遞的功率P為：
P=/(0.99×0.99×0.98)=0.83KW
由工況分析可知，在鉆床的切削加工過程中，鉆床主軸主要受到切削扭矩和軸向進給力的作用。軸向進給力是沿主軸軸向的，在主軸保持其與工作臺的垂直度的情況下，軸向力作用產(chǎn)生的彎矩基本為零，可忽略不計。所以，鉆床主軸為僅受轉(zhuǎn)矩作用的軸類。查《機械設計》得鉆床最小直徑的計算公式如下：
選C=110，計算出dmin=9.3mm
根據(jù)以上的計算結(jié)果可知，在滿足鉆銑床加工條件的情況下，組合機床的主軸最小直徑不能小于9.3mm，根據(jù)組合式鉆銑床的主軸結(jié)構(gòu)，現(xiàn)選擇機床的直徑為30mm。
因為機床傳動的效率可以得出，鉆銑床的主軸要傳遞的轉(zhuǎn)矩為：M=Mk/（0.99×0.99×0.98）=0.54 N·M
其主軸扭轉(zhuǎn)強度約束條件為：
式中：τT——軸的扭轉(zhuǎn)應力（MPa）
M——軸的傳遞轉(zhuǎn)矩(N·mm)
WT——軸的抗扭截面模量（mm3）
[τT]——軸的許用扭轉(zhuǎn)應力（）
根據(jù)《機械設計》可以得出主軸抗扭的截面的模量WT的計算公式為：
式中： d1——鍵的內(nèi)徑（mm）
b——鍵的齒寬(mm)
z——鍵的齒數(shù)
D——鍵的外徑（mm）
把選擇的平鍵的基本參數(shù)代入公式中可計算出WT=42.73，所以可以得出鉆銑床主軸的扭轉(zhuǎn)應力=0.12。
因為[]=35，可以得出≤[]，所以，軸滿足強度要求。
4.2 工作臺外形概述以及尺寸和對重量估算
4.2.1機床基礎作用
組合式機床的受到的全部載荷都是由其底座下面的底層所承受的，受組合式鉆銑機床影響的哪個部分稱為地基，機床向地基傳遞基本載荷的結(jié)構(gòu)就是機床的基礎，機床的基礎都是應該具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性的，并可以滿足機床控制振動的要求，以此來確保機床良好的運轉(zhuǎn)。
主要作用為：
1.承受機床的負荷并吸收機床工作時的振動，從而能夠有效的保持機床的精度和使用壽命。
2.可以提高組合機床的床身和支撐立柱等大件的剛度。
3.增加組合鉆銑機床的系統(tǒng)的動剛度，消減和隔離所受外界振動的影響。
4.還需要保證各分離器部件之間的相對位置的精度；如落地式、坑式等重型機床。
4.2.2機床類型
組合式機床按其大小、重量可以劃分為：
中、小型機床 單機重量大概是≤10tf
大型機床 單機重量大概是10~30 tf
重型機床 單機重量大概是30~100 tf
超重型機床 單機重量大概是≥100 tf
我們現(xiàn)所設計的是小型機床，一般都廣泛應用于小型工件的加工。
4.3機床導軌
機床的導軌的要求應滿足：（1）精度高，使用壽命長，剛度及承載能力比較大；（2）摩擦阻力小，平臺運動平穩(wěn)，組裝結(jié)構(gòu)簡單，便于工件的加工、裝配和調(diào)整，還要做到維修成本低。
因此次所設計的機床主要是用于小型個體戶的機械加工，不是大型工廠所需要的設備，故此次選用的是滑動導軌。因滑動導軌的構(gòu)成結(jié)構(gòu)簡單，制造起來比較，比較容易進行維護，而且成本比較低，使用的壽命長，其中粘結(jié)的塑料復合導軌板造成磨損后還可以更換，還可以廣泛應用于普通機床進給運動的導軌。
機床的導軌截面形式：
1.矩形導軌（其中包括：1）寬式組合；2）窄式組合；兩個方面）
2.雙三角型導軌；
3.矩形和三角型導軌；
4.矩形和燕尾型組合；
5.燕尾型導軌；
6.凸V型和燕尾型導軌的組合；
7.雙V型對頂組合；
8.雙圓柱式導軌；
9.雙圓柱式與矩形的導軌結(jié)合；
綜合各種導軌的性能、以及導軌的實際應用、組成結(jié)構(gòu)和美觀程度，此次設計我選用了燕尾導軌，其應用情況具體如下：
由于作用于固定部件高度的尺寸受限的場合限制，如車床橫滑的座臺溜板導軌，和刀架式導軌。
4.3.1 X方向工作臺尺寸確定
拖板尺寸公式=長×寬×高=250mm×135mm×50mm
其中上導軌為X方向
可以取動導軌長度：＝240mm
其中動導軌行程：＝220mm
所以可以算出支承導軌長度：＝＋＝460mm
同時可以算出保持器長度：＝＋/2＝350mm
4.3.2 Y方向工作臺尺寸的確定
拖板尺寸公式=長×寬×高=110mm×120mm×45mm
其中下導軌 為Y方向
可以取動導軌長度：＝100mm
已知，動導軌行程：＝80mm
其中支承導軌的長度為＝＋＝180mm
可以算出保持器長度為＝＋/2＝140mm
4.3.3 重量估算
根據(jù)實際要求可知以下數(shù)據(jù)：
（1）上拖板重量：＝200×80×50×10-3×7.8×10-2=80.0(N)
（2）下拖板重量：＝450×220×8×10-3×7.8×10-3=79.20(N)
（3）X方向?qū)к壷亓浚?×(460＋140)×30×20×7.8×10-2×10-3≈56.16(N)
（4）Y方向動導軌重量：(350+140)×30×20×7.8×10-2×10-3≈22.93(N)
（5）夾具及工件重量：約180N。
所以X工作臺的運動部分的重量為
＝(1)＋(3)/2＋(5)＝80＋56.16/2＋180＝288.08(N)
工作臺運動部分總重量為：
＝(1)＋(2)＋(3)＋(4)＋(5)＝80＋79.20＋56.16＋22.93＋180=418.29(N)
4.4 滾動導軌參數(shù)確定
機床工作臺的滾動導軌系統(tǒng)的設計，是為了控制固定平臺元件和移動平臺元件之間最大的接觸面積，這樣的設計不但能提高機床系統(tǒng)的承載被加工元件能力，而且組合鉆銑床的系統(tǒng)還可以承受工作時產(chǎn)生的間歇切削或產(chǎn)生的重力切削的沖擊力，從而能夠把所受到的作用力可以廣泛擴散，然后可以擴大工作臺承受力的面積。為了實現(xiàn)這一點要求，所以工作臺導軌系統(tǒng)的溝槽形狀就有很多不同的樣式，其中具有代表性的有兩種樣式，一種是稱為哥特式可以叫做尖拱式的，這種樣式的形狀是一個半圓的延伸，他的接觸點為他的頂點；另一種形式為圓弧形，同樣能起到和哥特式導軌的相同作用。無論是這兩種的哪一種結(jié)構(gòu)形式，他的目的只有一個，那就是力求使把滾動鋼球的半徑與工作臺導軌的接觸(固定元件)。其決定組合機床的系統(tǒng)的性能特點的因素是：滾動導軌元件怎樣才能做到與導軌的完美導軌接觸，這才是是問題的關鍵。
根據(jù)機床運動的要求，工作臺在左右平移時可以選用雙Ｖ形滾珠導軌，在工作臺前后移動時可以才用燕尾式導軌。
①雙V型滾珠導軌：導軌的制作工藝比較好，可以提高加工工件時的加工精度，但這種導軌在工價加工時所受到的接觸應力比較大，容易被工件壓出溝槽，損壞導軌。當組合式機床工作時部作件移動時，導軌內(nèi)的鋼球就在導軌支架的溝槽中做循環(huán)的流動，在滾動的過程中把導軌支架之間產(chǎn)生的磨損量平均分攤到各個鋼球上，這樣工作可以延長直線滾珠導軌的使用壽命。同時，為了消除工作臺支架與滾珠導軌之間產(chǎn)生的間隙，然后可以預加工作時的負載，可以提高導軌運動系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而可以預加工作負荷的獲得．這樣就是在滾珠導軌和工作臺支架之間安裝的鋼球超了尺寸。安裝的鋼球的直徑公差一般為±20微米，以0.5微米為增量變化，可以根據(jù)這個規(guī)格將鋼球進行篩選分類，然后在分別把分好的鋼珠裝入導軌上，預加負載產(chǎn)生的大小，一般都決定于鋼球上受到的作用力。如果鋼球上受到的作用力比較大，經(jīng)受的預加的負荷的時間比較長，從而導致了工作臺支架的運動阻力增強，這樣就出現(xiàn)了工作平衡時的問題；還有為了提高工作系統(tǒng)的靈敏度，減少運動時產(chǎn)生的阻力，對應地還要減少導軌所受的預加負荷，而為了提高機床運動時精度和保持精度的準確性，就必須要求要有足夠的預加負數(shù)，這就是產(chǎn)生矛盾的兩方面。
由于機床工作的時間比較長，鋼球就開始磨損，其機床作用在鋼球上的預加負載減弱了，然后導致了機床的工作各部件的運動精度降低了。但是，如果要保持機床工作的初始精度，就必須要更換導軌的支架，甚至要更換導軌。如果組機床已經(jīng)喪失了的系統(tǒng)精度，那唯一的方法就是更換滾動的元件。
圖4-1.滾珠導軌的簡圖
②燕尾式導軌：這種導軌是銑床上的專用導軌，參數(shù)一般都是國家標準的具體參數(shù)，導軌的形狀是燕尾形的，即像等腰梯形的形狀。一般導軌的零件為HT200，其技術的主要要求是：燕尾導軌面的直線度為0.008，其中兩個燕尾面的之間的平行度為0.010，而導軌與底面的垂直度為0.020，另外，工作導軌的的平行面還有導軌的平行度和表面粗糙度等方面的要求。但是這些精度的的高低將直接影響著組合機床的刀具的加工進給精度，所以必須要得到嚴格保證。
圖4-2.燕尾型導軌的結(jié)構(gòu)簡圖
2）、其中滾動體尺寸與數(shù)目的確定
根據(jù)標準滾珠導軌實物可以選出滾珠的直徑。
滾珠的直徑可以取為=6mm,數(shù)目根據(jù)決定。
由于上導軌的 ＝299.8N
故有=12.9
已知方向的導軌長度＝180mm,取=13，兩滾珠之間的間距=15mm。
可以得出下導軌所受到的力為：
=391.5N
故有=16.8
所以可以取=15，=9mm。
3）、導軌上滾珠所用的負荷計算
導軌上平均每個滾珠上的最大負荷可以用公式計算,從而得出
其中式中 導軌的欲加負荷，按最大負荷的1/2計算。
機床在銑削時軸承所受的復合比鉆削小，故根據(jù)鉆孔驗算，有
X方向?qū)к壸畲筘摵蔀椋?
=34.6N
Y方向?qū)к壸畲筘摵蔀椋?
=39.5N
許用的負荷為
查機械加工表可以得出得60N,考慮到制造精度比較高，且運行導軌短，k可以提高為50%，k取100N，查表得，故
由此可知 < ，<
所以選用的導軌是可用的。
總 結(jié)
通過這次課題設計，使我更深層次的了解到了設計工作的困難與不易。在設計過程中首先需要了解非常全面的各種理論的知識。打個比方說，設計過程中僅軸上裝配的軸承的一個臺階就涉及到了很多方面的知計算知識。因此機械設計也是一個非常細致的活。
這次的畢業(yè)設計讓我們跨進了機械設計工作的門檻，此次課題的設計讓我們能夠更加深入的了解到了設計工作的種種方法與不容易。整臺組合式機床的設計并不僅僅是設計一個零件那么簡單，必須要做到零件與零件之間需要進行相互配合，能夠相互連接，同時還在位置的配合以及體積的大小的上尤為突出。組合式機床的每個零件為了便于裝配，都需要經(jīng)過反復的修正，既保證了零件本身的合格，又很最大程度上的配合其零件的裝配。這個過程中需要一次又一次的否決設計好的零件，還要一遍又一遍的對數(shù)據(jù)進行修正計算，這不僅僅是光需要工作的細致，更重要的是需要工作的耐心。
在機械設計的同時還考驗了我們對有關機械市場的分析能力，對各類不同的機械材料，各種材質(zhì)的金屬的處理方式的應用。要在經(jīng)濟方面和實用方面尋找到平衡點，通過對各類機械材料性能的了解以及對熱處理方式的應用將設計組合式機床的成本盡量的降到最低。
此次的進行的畢業(yè)設計的主要目的是為了培養(yǎng)我們綜合的分析能力和如何解決本專業(yè)的一般機械工程技術問題的獨立性工作能力依稀來拓寬和深化我們所學到的知識，同時也需要培養(yǎng)我們樹立了正確的設計思想思維，從而可以更好的掌握機械設計這一方面的一般步驟和方法，再就是培養(yǎng)我們?nèi)绾文軌蛘_的使用現(xiàn)成的技術資料、國家標準的工作手冊、以及圖冊工具書所進行的設計計算，來進行數(shù)據(jù)處理，編寫一些與技術相關的文件等方面的工作能力，最重要的就是培養(yǎng)我們?nèi)绾芜M行調(diào)查研究，從而能夠面向?qū)嶋H情況，來進行工件的生產(chǎn)，還需要向工人和技術人員學習他們的基本的工作態(tài)度和工作作風。
通過本次的設計，我深深的覺得自己在每個方面都很欠缺。經(jīng)驗欠缺，這是不可避免的，經(jīng)驗是必須要長時間的累積。知識面得欠缺，這就必須通過學習，通過翻閱各類資料來彌補。在這次的畢業(yè)設計中，從開始的對成型設備的選型的參考選擇，到后來對于機械成型設計的制造與制定的幾個必要的環(huán)節(jié)來進行的設計。還有重點是缺乏工作效率，在設計過程中出現(xiàn)的一些小問題和小細節(jié)上的思考上，造成了時間的耽誤緊張，無法進一步完善整體設計。由于學生的設計水平有限，再加上時間倉促，本次設計的說明書中難免會有錯誤和欠妥之處，懇請各位老師的批評指正。
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致 謝
這次設計是在于建波老師的悉心指導之下。于老師為我的設計提供了非常多的的指導，不管是遇到什么問題，于老師都會耐心的教導我克服各種困難。為此，特向于建波老師致以深深的敬意，老師您辛苦了！
在設計過程曲折復雜，圍繞多用途小型鉆銑床的精加工，低成本的設計步驟來進行進行，并力求使機床的結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝，調(diào)整和維修，但由于我知識水平和實踐機會有限，所在設計過程中對課題的深度和廣度，難免有出現(xiàn)漏洞及不如意之處，加上時間有限，對整個機床的全部設計還有較多工作做的不是很完整，這都需要在今后的工作中使自己更加努力學習，不斷完善自己，最終不斷促進自己。
? 四年的艱苦學習，五個月的精心準備，畢業(yè)論文終于到了劃句號的時候，心頭按說該如釋重負，但寫作過程中常常出現(xiàn)的輾轉(zhuǎn)反側(cè)和力不從心之感卻揮之不去，論文寫作的過程并不輕松，工作的壓力時時襲擾，知識的積累尚欠火候，于是，我只能一次次埋頭于圖書館中，一次次在深夜奮筆疾書。我第一次費如此長的時間和如此多的精力，完成一篇具有一定學術價值的論文，其中的艱辛與困難難以訴說，但曲終幕落后留下的滋味，值得我一生慢慢品嘗。敲完最后一個字符，重新從頭細細閱讀早已不陌生的文字，我感觸頗多。雖然其中沒有什么值得特炫耀的成果，但對我而言，這些都是寶貴的財富。它是指導老師無數(shù)教誨、關愛和幫助的結(jié)果。
??我要感謝我的指導教師于老師。于老師雖身負教學、科研重任，仍抽出時間，不時召集我和同門以督責課業(yè)，耳提面命，殷殷之情盡在諄諄教誨中。這篇論文更傾注了她的大量心血。從初稿到定稿，于老師不厭其煩，一審再審，大到篇章布局的偏頗，小到語句格式的瑕疵，都一一予以指出，同時，我要感謝長城學院所有給我上過課老師，是他們傳授給我方方面面的知識，拓寬了我的知識面，培養(yǎng)了我的功底，對論文的完成不無裨益。我還要感謝學院的各位工作人員，他們細致的工作使我和同學們的學習和生活井然有序。
??謹向我的父母和家人表示誠摯的謝意。他們是我生命中永遠的依靠和支持，他們無微不至的關懷，是我前進的動力；他們的殷殷希望，激發(fā)我不斷前行。沒有他們就沒有我，我的點滴成就都來自他們。
??讓我依依不舍的還有各位學友、同門和室友。在我需要幫助的時候，同學們伸出溫暖的雙手，鼎立襄助。能和他們相遇、相交、相知是人生的一大幸事。
??本論文的完成遠非終點，文中的不足和淺顯之處則是我新的征程上一個個新的起點我將繼續(xù)前行！
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