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1、摘 要组合机床是以通用部件作为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用主轴箱和夹具，组成的半自动或自动专用机床。组合机床是一种专用高效自动化技术装备，目前，它是大批量机械产品实现高效、 高质量和经济性生产的关键装备，因而被广泛应用于许多工业生产领域。在大批量生产的机械工业部门，大量采用的设备是组合机床。因此，组合机床及其自动线的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。矿车轮在矿山机械技术领域用途极为广泛。而本题目就包含了这两种在机械领域都有着重要用途的设备。矿车轮钻孔组合机床设计是一个复杂的
2、毕业设计。该零件（矿车轮）结构复杂，因此零件毛坯采用灰铸铁铸造成形，题目要求设计钻三个M10螺孔 的组合机床。组合机床设计过程复杂，需要查阅资料很多，所以在设计时尽量使加工简单，但又不影响加工质量，同时使各工序尽量集中，发挥组合机床的优点，同时使各种误差减小到最低限度。 关键词：组合机床、夹具、多轴箱、传动轴、三图一卡一、绪 论1.1课题背景1.1.1国内组合机床的发展现状近年来，随着数控技术，电子技术，计算机技术的发展，组合机床的服务对象已经由过去的农用机械，载货汽车向以轿车工业为重点的转移，组合机床行业开展了针对轿车零件关键工艺研究开发的科研攻关，采取引进技术，合作生产和自行开发相结合；组
3、合机床也由过去的刚性组合机床向具有一定柔性，可实现多品种加工方向的变化,先后开发了转塔组合机床,主轴移动式组合机床,自动更换主轴箱式组合机床,同时又应用数控技术发展了三坐标加工单元等数控组合机床,把纯刚性的设备变为具有一定柔性,可变可调的装备；组合机床的加工精度以过去多完成粗加工，半精加工向精加工方向转化。组合机床行业开发了针对汽车发动机五大件加工的关键工艺设备，使行业在精加工机床的品种上有了较大扩充，为提供成套设备创造了条件；组合机床制造技术由过去的以机加工为主的单机及自动化向综合成套方向转换，加强了相应配套技术与产品的研究开发，行业的已经初步具备了向用户提供自毛坯上线，经机械加工和非机械加
4、工至成品下线的成套技术装备，包括整个车间的切屑和冷却处理系统；组合机床的控制技术由传统的程序控制技术向数控，计算机管理与监控方向发展。组合机床行业企业生产的组合机床的控制技术，已完成了由接触-继电器控制向可编程控制的转变，从而大大的提高了组合机床的可靠性，故障率大为降低；组合机床的开发已经又过去的人工设计转向计算机辅助设计。组合机床行业大力推行CAD，为提高设计速度，保证设计质量，缩短供货周期创造了有利的条件。国内该行业虽然取得了很大的进步与发展，但是，在制造技术高速发展上的今天，由于基础比较薄弱，从整体看，与国外先进水平与国内的用户的要求还存在一定的差距，主要表现在产品的可靠性太差，难以适应
5、大批量生产的需要，可调可变性，柔性较差，缺少必要的适应多种加工的新产品，系统化，通用化，模块化程度底，致使制造周期过长，满足不了用户的要求，科学管理，成本控制水平不高，在市场上缺乏竞争力等不足之。1.1.2 组合机床的发展趋势(1)、高速化：由于机构各组件分工的专业化，在专业主轴厂的开发下，主轴高速化日益普及。过去只用于汽车工业高速化的机种（每分钟1.5万转以上的机种），现在已成为必备的机械产品要件。(2)、精密化：由于各组件加工的精密化，微米的误差已不是问题。以电脑辅助生产（CAM）系统的发展带动数控控制器的功能越来越多。(3)、高效能：对机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度的
6、要求提高。同时，由于产品竞争激烈，产品生命周期缩短，模具的快速加工已成为缩短产品开发时间所必须具备的条件。对制造速度的要求致使加工模具的机床向着高效能专业化机种发展。(4)、系统化：机床已逐渐发展成为系统化产品。现在可以用一台电脑控制一条生产线的作业，不但可缩短产品的开发时间，还可以提高产品的加工精度和产品质量。(5)、复合化：产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。1.2课题的提出及其意义机床工业是现代工业特别是现代制造业的基础，在国民经济中占有重要的战略地位。对我国而言，机床工业不仅仅具有重要的经济意义，而
7、且还具有重要的国防战略意义。研究机床工业的特点，有助于我们了解机床工业的特殊规律，从而找到适合我国国情的机床工业发展之路。机床工业的发展带动了制造业和工业的发展。对一个国家而言，本土的机床工业与本土的制造业及工业紧密相连，高水平的本土机床工业有助于提升本土制造业及工业的水平。机床工业与一个国家的工业竞争力、制造业发展水平紧密相关，本国的机床工业水平越高，工业和制造业竞争力越强。我国工业竞争力和制造业发展水平不高，一定程度上是与我国机床工业发展水平不高相联系的。加快我国机床工业的发展，提高我国机床工业技术和管理水平，将有利于我国工业和制造业发展。所以对机床的研究设计意义是极其重大的。毕业设计是高
8、等教育体系中非常重要的环节，它可以检验自己对专业知识理解与掌握的程度，也可以提高自己综合运用所学知识的能力，也能在分析问题和解决问题的过程中学到更多新的知识。就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。1.3设计任务及其要求设计题目所给的是矿车轮端面钻孔组合机床设计。其设计任务及其要求有：（1）在保证满足各项技术要求的前提下，力求结构简单、先进和合理，动作准确可靠，便装拆维修，操作安全可靠；（2）设计内容包括：组合机
9、床设计、夹具设计；（3）零件尽可能的采用标准件；（4）在结构方案和有关尺寸确定后，绘制出装配图和零件图；（5）绘制零件图包括结构图形、尺寸、公差、形位公差和表面粗糙度值；尺寸表注要注意基准和完整；必须注明必要的技术要求；（6）掌握必要的机械零件的设计和加工工艺的有关知识；（7）熟悉机械制图、配合与公差、机械原理、金属材料等方面的有关知识。二、零件分析2.1 零件的结构特点及其技术要求被加工零件的材料为灰口铸铁ZG270-500，室温下的力学性能500，加工部位及其要求为：在面上加工3个M10螺孔，并且这3个螺孔是沿130圆周方向性三等分平均分布。表面粗糙度Ra为25。2.2 零件的生产批量与机
10、床的使用条件2.2.1 零件的生产批量由生产纲领知（考虑废品及备品率）年产量1万件，单班制生产。零件的生产批量是决定采用单工位，多工位或自动线，还是按中小批量设计组合机床的重要因素，被加工零件的生产批量越大，工序安排一般趋于分散，而且其粗，精加工应分别在不同的机床上完成，以保证加工精度，但对于中小批量生产的情况，则力求减少机床台数，此时应将工序尽量集中在一台或少数几台机床上进行，以提高机床的利用率，本课题要求年产量为1万台，结合实际情况，考虑零件的大小，形状，应属于中小批量的生产规模，所以宜采用组合机床。2.2.2 机床的使用条件（1）车间布置情况 车间内零件输送滚道的高度将影响机床的装料高度
11、，当工件输送滚道穿过机床时，机床应设计为通过式，且配置不能超过三面，同时，装卸工件只能推进拉出，机床通常不能安装中间导向，如果车间面积有限，则要限制机床轮廓尺寸，此外，生产线的工艺流程方向，机床在车间的安装位置等对机床配置方案也有一定的影响。（2）工艺间的联系 工件到组合机床加工前，毛坯或半成品必须达到一定的要求，否则，会造成工件在机床上夹紧定位不可靠，甚至造成刀具损坏，或者不能保证要求的加工精度，如果在组合机床上加工以后，还要转到其他机床上加工，而工件没有预先加工出保证精度的有关定位基面，那么组合机床应该考虑为下一道工序加工出定位面。（3）使用厂的技术能力和自然条件 如果使用厂没有相当能力的
12、工具车间，制造，刃磨复杂的整体复合刀具有困难，则制定方案时应避免采用此类刀具，必要时可增加机床工位，以便采用一般刀具分散加工。三、确定组合机床的配置形式和结构方案零件加工工艺方案将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。考虑到被加工的零件是钻三个M10螺孔，而且这三个螺孔是沿130圆周方向性三等分平均分布，并针对零件的形状、大小、材料、硬度、刚性、加工部位的结构特点、加工精度、表面粗糙度以及定位、夹紧方法、工艺过程、所采用的刀具及切削用量、现场的环境和条件、生产率要求等。划分工序可以有两种趋向：工序集中和工序分散。工序的集中分散各有其长处，一般说来，在大批量生产中以提高生产率为主
13、，需广泛采用多刀、单轴与多轴自动或半自动机床，多轴龙门铣床、组合机床等，故采取工序集中可以获得突出的效果。此次设计的矿车轮端面钻孔组合机床很大程度上使各工序尽量集中，发挥组合机床的优点，同时使各种误差减小到最低限度。由于此设计中所加工的零件3个孔中部分孔距离适中，所以完全可用一个工位完成。遵循以下几点基本原则：（1）选择合适、可靠的工艺方法；（2）精粗加工合理安排；（3）工序集中原则（4）定位基准及夹紧点选择原则。（5）制定工艺方案1)装卸、夹紧；2)钻3个孔；3)攻丝。3.1组合机床的组成一台组合机床主要由滑台、钻削头、夹具、多轴箱、动力箱、立柱、立柱底座、中间底座、侧底座以及控制部件和辅助
14、部件等组成。其中夹具和多轴箱是按加工对象设计的专用部件，其余均为通用部件，且专用部件中的绝大多数零件（约70%90%）也是通用零件。加工时，刀具由电动机通过动力箱、多轴箱驱动做旋转主体运动并通过各自的滑台带动做直线进给运动。 3.2组合机床类型 根据所选用的通用部件的规格大小以及结构和配置形式等方面的差异，将组合机床分为大型组合机床和小型组合机床两大类。习惯上滑台台面宽度大于250mm的为大型组合机床，滑台台面宽度小于250mm的为小型组合机床。 根据组合机床的配置形式，可将其分为具有固定夹具的单工位组合机床、具有移动夹具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类。3.2.1具有固定夹具的单工位组合
15、机床单工位组合机床特别适用于加工大、中型箱体类零件。在整个加工循环中，家具和工件固定不动，通过动力部件使刀具从单面、双面或多面对工件进行加工。这类机床加工精度较高，但生产率较低。按照组成部件的配置形式及动力部件的进给方向，单工位组合机床又分为卧式、立式、倾斜式和复合式四种类型。a 卧式组合机床卧式组合机床的刀具主轴水平布置，动力部件沿水平方向进给，按加工要求的不同，可配置成单面、双面或多面的形式。本题目选用单面即可。b 立式组合机床立式组合机床的道具主轴垂直布置，动力部件沿垂直方向进给。一般只有单面配置一种形式。c 倾斜式组合机床倾斜式组合机床的动力部件倾斜布置，沿倾斜方向进给。可配置成单面双
16、面或多面的形式，以加工工件上的倾斜表面。d 复合式组合机床复合式组合机床是卧式、立式、倾斜式两种或三种形式的组合。3.2.2具有移动夹具的多工位组合机床多工位组合机床的夹具和工件可按预定的工作循环，作间歇的移动或转动，以便依次在不同工位上对工件进行不同的工位加工。这类机床生产率高，但加工精度不如单工位组合机床，多用于大批量生产中对中小型零件的加工。按照夹具和工件的输送方式不同，可分为移动工作台式、回转工作台式、中央立柱式和鼓轮式四种类型。a 移动工作台组合机床移动工作台组合机床可以先后在两个工位上从两面对工件进行加工，夹具和工件可随工作台直线移动来实现工件的变换。b 回转工作台组合机床回转工作
17、台组合机床在每一个工位上可以同时加工一个活几个工件，其上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的回转工作台上，并随其作周期转动来实现工件的换位。由于这种机床适宜于对中小型工件进行多面、多工序加工，具有专门的装卸工位，使装卸工件的辅助时间和机动时间重合，所以不能获得较高的生产率。c 中央立柱式组合机床 中央立柱式组合机床上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的环形回转工作台上，并随其做周期转动以实现工位的变换。在环形回转工作台周围以及中央立柱上均可布置动力部件，在各个工位上，对工件进行多工序加工。d 鼓轮式组合机床鼓轮式组合机床上的夹具和工件安装在绕水平轴线回转的鼓轮上，并作周期转动以实现工位的变换。在鼓
18、轮的两端布置动力部件，从两面对工件进行加工。3.2.3转塔式组合机床转塔式组合机床的特点是几个多轴箱安装在转塔回转工作台上，各个多轴箱依次转到加工位置对工件进行加工。按多轴箱是否作进给运动，可将这类机床分为两类：a 只实现主运动的转塔式多轴箱组合机床多轴箱安装在转塔回转工作台上，主轴由电动机通过多轴箱的传动装置带动作旋转主运动；工件安装在滑台的回转工作面上（如果不需要工件转位时，可直接安装在滑台上），由滑台带动作进给运动。b 既实现主运动又可随滑台作进给运动的转塔式多轴箱组合机床这类机床的工件固定不动（也可作周期转位），转塔式多轴箱安装在滑台上并随滑台作进给运动。转塔式组合机床可以完成一个工件
19、的多工序加工，因而可减少机床台数和占地面积，适宜于中、小批量生产。综合上述组合机床分类介绍及各自功用，在结合本题目所要求设计的组合机床特点初步选取单工位的卧式组合机床。3.3组合机床的通用部件组合机床的通用部件是组合机床的基础。部件通用化程度的高低标志着组合机床技术的水平。在组合机床设计中，选择通用部件是重要内容之一。3.3.1通用部件的分类按通用部件在组合机床上的作用可分为下列几类：a 动力部件动力部件是组合机床的主要部件，它为刀具提供主运动和进给运动。动力部件包括动力滑台及其相配套使用的动力箱和各种单轴头，如铣削头、钻削头、镗孔车断面头等，其他部件均以选定的动力部件为依据来配套选用。b 支
20、承部件支承部件是组合机床的基础部件，他包括侧底座、立柱、立柱底座和中间底座等，用于支承和安装各种部件。组合机床个部件之间的相对位置精度、机床的刚度主要由支承部件保证。c 输送部件输送部件用于带动夹具和工件的移动和转动，以实现工位的变换，因此，要求有较高的定位精度。输送部件主要有移动工作台和回转工作台。d 控制部件控制部件用于控制组合机床按预定的加工程序进行循环工作，它包括可编程控制器（PLC）、各种液压元件、操纵板、控制挡铁和按钮台等。e 辅助部件辅助部件包括用于实现自动夹紧工件的液压或气动装置、机械扳手、冷却和润滑装置、排屑装置以及上下料的机械手等。3.3.2通用部件的型号、规格及配套关系按
21、通用部件标准，动力滑台的主参数为其工作台面宽度，其他通用部件的主参数取与其配套的滑台主参数来表示。等效采用国际标准设计的“1字头”通用部件，按精度分为：普通级、精密级和高精度级三种精度等级。“1字头”滑台采用双矩形闭式导轨，纵向用双矩形的外侧导向，斜镶条调整导轨间隙；压板与支承导轨组成辅助导轨副，防止倾覆力矩过大导致滑鞍（动导轨）与滑座（支承导轨）分离。这种导轨制造工艺简单，导向精度高，刚度好。滑座导轨材料有两种，分别在型号后加A、B以区别，A表示滑座导轨材料为HT300，高频淬火，淬火硬度为4248HRC；B表示滑座为镶钢导轨，淬火硬度为48HRC以上。3.3影响因素通常，在确定工艺方案的同
22、时，也就大体上确定了组合机床的配置形式和结构方案。但是还要考虑下列因素的影响。3.3.1加工精度的影响 工件的加工精度要求，往往影响组合机床的配置形式和结构方案，例如，加工精度要求高时，应采用固定夹具的单工位组合机床，加工精度要求低时，可采用移动夹具的多工位组合机床；工件各孔间的位置精度要求高时，应采用在同一工位上对各孔同时精加工的方法；工件各孔同轴度要求高时，应单独采用精加工等。3.3.2工件结构状况影响工件的形状、大小和加工部位的结构特点，对机床的结构方案也有一定的影响。例如，对于外形尺寸和重量较大的工件，一般采用固定夹具的单工位组合机床，对多工序的中小型零件，则宜采用移动夹具的多工位组合
23、机床；对于大直径的深孔加工，宜采用具有刚性主轴的立式组合机床等。3.3.3生产率的影响生产率往往是决定采用单工位组合机床、多工位组合机床还是组合机床自动线的重要因素。例如，从其他因素考虑应采用单工位组合机床，但由于满足不了生产率的要求，就不得不采用多工位组合机床，甚至自动线来进行加工。而在多工位组合机床时，还要考虑：工位数不超过23个，并能满足生产率要求时，应选用移动工作台式组合机床；工位数超过4个时才选用回转工作台或鼓轮式组合机床。3.3.4现场条件的影响使用组合机床的现场条件对组合机床的结构方案也有一定的影响。例如使用单位的气候炎热，车间温度过高，使用液压传动机床不够稳定，则宜采用机械传动
24、的结构形式；使用单位刃磨刀具、维修、调整能力以及车间布置得情况，都将影响组合机床的结构方案。综上：本题目应采用固定液压夹具的单工位组合机床。四、“三图一卡”的编制根据前几章分析和指定的机床工艺方案及机床的配置型式结构方案下面用图纸的表达形式三图一卡设计，来表示组合机床的总体设计。其内容包括：绘制被加工零件图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。被加工零件（见下图）。其材料为铸钢ZG270-500，硬度为HB175255，加工部位及要求为：面上有3孔，即，孔粗糙度为25；其他技术要求见图纸。要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量1万件，单班制生产。4.1被加工零件图 被加工零件图是根
25、据选定的工艺方案，表明零件的形状、尺寸、硬度、以及在所设计的组合机床上完成的工艺内容和所采用的定位基准、夹压点的图纸。是组合机床设计的主要依据，也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。1.在被加工零件图上标注的内容有：1）加工零件的形状、主要轮廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度 、表面粗燥度、形位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要求等。2）本工序所选定的定位基准，夹紧部位及夹紧方向。3）被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加工余量等。2、绘制被加工零件工序图的一些规定（1）除加工部位用粗实线画外，其余部位用细实线绘制。定位基准、夹紧部位、夹紧方向等需用符号表示；本道工序保证的
26、尺寸、角度等，均在尺寸下画横线标出（2）注明零件对机床加工提出的某些特殊要求，如对精镗孔机床应注明是否允许留有退刀痕迹。（3）各加工部位的位置尺寸，应由定位基准标起。当定位基准与设计基准不重合时应进行换算。（4）对各加工部位的位置尺寸当为不对称公称公差尺寸时，换算为对称公差尺寸即使名义尺寸位于公差带的中央。遵循绘制被加工零件图的规定画出零件图见附录CAD图。4.2加工示意图加工示意图是被加工零件工艺方案在图案上的反应，表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等，使刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据，是整台
27、组合机床布局形式的原始要求，也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。4.2.1在加工示意图要标注的内容（1）机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。（2）工件、夹具、刀具及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。（3）主轴的结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸；导向装置、攻螺纹靠模装置的结构尺寸；刀具与导向装置的配合，刀具、主轴之间连接方式。4.2.2绘制加工示意图的有关计算加工示意图绘制之前，应进行刀具、导向装置的选择以及切削用量、转矩、进给力、功率和有关联系尺寸计算。（1）刀具的选择选择刀具，应考虑工艺要求与加工尺寸精度、工件材质、表面粗糙度及生产率的要求。只要条件允许应尽量
28、选用标准刀具。为了提高工序集中程度或满足精度要求，可以采用复合刀具。孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有3050mm距离，以便于排出切削和刀具磨损后又一定的向前调整量。所以，根据零件要加工的孔是三个M10螺孔，参照以上要求，依据机械加工工艺师手册（杨叔子主编）孔加工刀具表20-2和表20-3（P587）加工M10螺孔选择高速钢直柄短麻花钻（GB143585）直径d=8.2mm，l=79mm，l1=37mm。（2）导向套的选择组合机床加工孔时，除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔的位置精度主要靠刀具的导向装置来保证。因此，正确选择导向装置的类型，合理确定其尺寸、精度，是设计
29、组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须解决的问题。导向装置有两大类，即固定式导向和旋转式导向。在加工孔径不大于40mm或摩擦表面线速度小于20m/min时，一般采用固定式导向，刀具或刀杆的导向部分，在导向套内即转动又作轴向移动。固定导向装置一般由中间套、可换导套华人压套螺钉组成。中间套的作用是在可换导套磨损后，可较为方便的更换，不会破坏钻模体上的孔德精度。加工孔径较大或线速度大于20mm/min时，一般采用旋转式导向装置。旋转式导向装置将旋转副和直线移动（导向）副分别设置，按旋转副和直线副的相对位置分为内滚式和外滚式两种；滚动轴承安装在刀杆上的旋转导向为内滚式导向，中间导向套只作直线移动
30、，导向长度为(23）d1(d1刀杆直径),导向至工件端面的距离为2050mm，视导向结构而定；滚动轴承内圈安装在中间导向套上，中间导向套不随主轴一起的旋转导向为外滚式导向装置，导向长度为 （2.53.5）d1。旋转式导向装置的极限转速由轴承的极限转速和刀具允许的切削速度决定，导向精度由轴承精度和刀杆、导向套的精度决定。旋转式导向一般通过滑块连轴器（JB/ZQ4384-1986）与主轴“浮动”联接。 综上：依据机械加工工艺师手册（杨叔子主编）表17-46钻套的基本类型（P491）选择固定钻套。由于加工的是三个M10螺孔，故选择加工孔直径710mm，所以导套长度也就选择22mm。 导向套布置图 （
31、3）导向装置的选择 由于选择刚性主轴，其位置尺寸精度取决于主轴的位置和尺寸精度，对于所加工出的孔的精度将起着重要的角色，而与选择的刀具和有无导向装置没有太大的关系，另外由于改机床所加工的孔的直径和长度均不大，所以选用第一类导向装置，则其布局与参数的选择查阅组合机床设计简明手册如下: 工艺方法导向布局简图导向长度导向至工件端面的距离刀具与主轴的连接形式钻孔（24）（钻铸钢）刚性导向装置的配合：导向装置的配合依据参考资料书组合机床设计中的精度进行选择和设计。其导向装置的配合形式如下图：导向装置之间的配合其精度以及配合的相互关系为： 导向类别工艺方法dD刀具导向部分的外径第一类导向钻孔G7（F8）H
32、7/g6H7/js6用钻头本身导向（4）初定切削用量切削用量是指切削速度、进给量、背吃刀量等三个切削要素。它们表示切削过程中切削运动的大小及刀具切入工件的程度，切削速度是切削刃的选定点相对于工件的主运动的瞬时速度，通常用Vc表示，单位为米/分或米/秒。进给量是工件或刀具的每一转或每一往返行程的时间内，刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移，通常用f来表示，单位为毫米/转或毫米/行程。背吃刀量是指通过切削刃基点并垂直于工件平面方向上测量的吃刀深ap，也就是工件待加工表面与已加工表面之间的垂直距离，习惯上也将背吃刀量称为切削深度，通常用ap表示，单位为毫米 。切削深度ap 选择原则是根据工件的加工
33、余量来决定的，选择是应考虑：a 在留下精加工及半精加工余量后，粗加工应尽可能将剩下的余量一次切除以减少走刀次数；b如果工件余量过大，或机床动力不足而不能将粗切削余量一次切除，也应将第一次走刀的切削深度尽可能取大些；c 当冲击负载较大，或工艺系统刚性较差时，应适当减少切削深度；d 一般精切时，可取ap=0.050.8毫米，半精加工时可取ap=1.03.0毫米 。进给量f的选择是主要是根据切削力及加工表面粗糙度：粗加工时，加工表面粗糙度要求不高，进给量主要受刀杆、刀片、工件及机床的强度和刚度所能承受的切削力的限制；半精切削及精切时，进给量主要受表面粗糙度要求的限制，刀具的副偏角愈小，刀尖圆弧半径愈
34、大，切削速度愈高，工件材料的强度愈大，则进给量可愈大 。切削速度vc的选择原则主要考虑切削加工的经济性，必须保证刀具经济寿命，同时切削负载不应超过机床的额定功率，通常的原则是：a 刀具材料的耐热性好，切削速度可高些；b工件材料的强度、硬度高，或塑性太大或太小，切削速度均应取低些，c 加工带外皮的工件时，应付适当降低速度；d要求得到较小的表面粗糙度时，切削速度应避开积屑瘤的生成速度范围，对硬质合金刀具，可取较高的切削速度，对高速钢刀具，常采用低速切削；e 断续切削时，应取较低的切削速度；f 工艺系统刚性差时，切削速度应适当减小；h在切削速度最后确定之前，须验算机床电动机的功率是否足够 。组合机床
35、往往采用多轴、多刀、多面同时加工，且组合机床上的刀具要有足够的使用寿命，以减少频繁换刀。因此，组合机床切削用量一般比通用机床的单刀加工要低30%以上。 同一多轴箱上的刀具由于采用同一滑台实现进给，多以各刀具的每分钟进给量应该相等。因此，应按工件时间最长、负荷最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具”来确定；对于其他刀具，可以在这基础上进行调整其每转进给量，以满足每转进给量相同的要求。另外，在多轴箱传动系统设计完毕、传动齿轮齿数确定后，还要反过来调整初定的切削用量。选择切削用量时，应尽量使相邻主轴转速接近，以使多轴箱的传动链简单些。使用液压滑台时，所选的每分钟进给量一般应比滑台的最小进给量大50%，以
36、保证进给稳定。表2 用高速钢钻头加工时切削用量加工直径切削用量V(mm/min)S0/(mm/r)1610180.050.161210180.10.18表3 用高速钢刀具扩孔的切削用量加工直径切削用量扩通孔锪沉孔V(mm/min)S0/(mm/r)V(mm/min)S0/(mm/r)101510180.150.20.150.216250.20.250.150.326400.250.38120.150.340600.30.40.150.3601000.40.60.150.3综上：根据本题目加工情况最终加工完成M10（公称直径为10mm）螺孔，首先钻孔8mm f=0.220.26,取f=0.25m
37、m/r;(见机械加工工艺手册表2.4-38及表3.1-36)v=18m/min;F=2413N;M=6.426N.M见机械加工工艺手册表2.4-41按机床选取=750（机械加工工艺手册表3.1-36）所以切削工时，其中切入=21mm，切出=3mm, =80mm2) 扩孔到10mm。因该工步能加工完后能直接保证精度,即加工完后即可满足要求。根据机械加工工艺手册表2.4-52查得扩孔钻扩10孔时的进给量, ,根据机床规格选f=0.5mm/r。扩孔钻扩孔时切削速度，确定为 （为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度。）故v=0.430m/min=12m/min ; 按机床选取：=195；实际切削速度：由
38、机械加工工艺手册表2.5-7，切削时间 其中，取4 3 故 （5）确定切削转矩、轴向力和切削功率 确定切削转矩、轴向力和切削功率是为了分别确定主轴及其他传动件尺寸、选择滑台及设计夹具、选择主电动机（一般是选择动力箱盒驱动电动机）提供依据。本题目是采用高速钢直柄麻花钻，所以：采用高速钢钻头钻孔时:轴向切削力：F=26Df0.8HB0.6=26100.250.84500.6=1635N切削转矩：T=10D1.9f0.8HB0.6=10101.90.250.84500.6=4178N.mm切削功率：KwD：钻头直径（mm）f:每转进给量（mm/r）v:切削速度（m/min） HB:材料硬度，HB一般
39、取HB的最大值450。采用高速钢扩孔时：F=9.2f0.4t1.2HB0.6T=31.6Dt0.75f0.8HB0.6式中t背吃刀量深度（mm）另外：刀具的耐用度在60120min左右（由于采用的是硬质合金麻花钻）。用以上公式计算出主轴箱上各刀具主轴的轴向切削力后，求出多轴加工的总的轴向力：=+=3F=31635=4905N。（6）计算主轴直径强度条件下45钢质主轴的直径为刚度条件下的主轴直径为其中：d为轴直径T为轴所承受的转矩为许用剪切应力；45钢=31Mpa(机械制造装配设计P136)B为系数，当材料的剪切弹性模量G=8.1104MPa，刚性主轴=0.5。/m，B=1.984；传动轴=1。
40、/m，B=1.638（机械加工工艺手册和机械制造装备设计P136）查阅机械加工工艺手册和机械加工工艺师手册通用钻削类主轴的系列参数主轴外伸主轴类型短主轴滚锥轴承短主轴2530354050长主轴滚锥轴承长主轴202530354050滚珠轴承主轴152025303540滚针轴承主轴152025303540主轴外伸尺寸/mmD/d25/1632/2040/2850/3650/3667/4880/60L85115115115115135135孔深l 747785106106129129接杆模式锥号l1，21，2，32，32，33，44，5本题目中，所有主轴直径皆为20mm，主轴外伸长度为：L=115m
41、m,内径为：D=20（H7）mm，内孔长度为：l=77mm.(7)选取刀具接杆由以上可知，多轴箱各主轴的外伸长度为一定值，而刀具的长度也是一定值。因此，为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，就需要在主轴和刀具之间设置可调环节。这个可调环节在组合机床上就是通过刻调整的刀具接杆来解决的。接杆的尺寸d与主轴外伸长度的内孔D配合，根据接杆直径d和刀具的锥体莫式锥度，查阅机械加工工艺手册和机械设计手册（GB/T 3668.101983）选取可调接杆如下：d(h6) d1(h6) d2d3Ll1l2l3螺母厚度锥度基准直径20Tr202莫式1号12.0611711346402512138501637
42、5188100（8）确定加工示意图的联系尺寸 为了使所设计的机床结构紧凑，应尽量使工件端面至多轴箱端面间距离最小。因此选取接杆时，在主轴外伸长度及刀具类型相同的条件下，应首先选取加工部位在外壁的盲孔孔径最大，长度最小的主轴刀具接杆；应保证在加工终了位置时钻头等刀具的螺旋槽尾部至导向套端面的距离，以利于排屑和刀具刃磨后向前调整。工件端面到多轴箱端面之间的距离还与机床的总布局有关。 加工示意图联系尺寸的标注如下图所示。其中最重要的联系尺寸是工件端面到多轴箱端面之间的距离（320mm）。它等于刀具旋伸长度、螺母厚度、主轴外伸长度与接杆伸出长度（可调节）之和，再减去加工孔深度（本题目为21）。（9）工
43、作进给长度的确定 工作进给长度应按加工长度最大的孔来确定。工件进给长度等于刀具的切入值（根据工件端面的情况，一般取510mm）加工孔深及切出值之和。本题目中所加工的3个螺孔大小深度完全一致，所以选择起来比较容易。（10）计算查阅机械加工工艺手册和机械设计手册得：钻8的通孔时：进给量fn=0.3mm/r，转速n=1000r/min，切削速度vc=0.45mm/min。钻M10的螺纹孔时：进给量fn=0.3mm/r，转速n=1000r/min，切削速度vc=0.45mm/min。攻M10的螺纹孔时：进给量fn=1.5mm/r，转速n=300r/min，切削速度vc=0.148mm/min 根据机械
44、加工工艺师手册得钻孔工时计算公式为：= 根据机械加工工艺师手册得扩、铰孔工时计算公式为： = 根据机械加工工艺师手册得钻孔工时计算公式为： （盲孔加工时=0）钻8的孔工时计算 钻10的孔工时计算 螺纹孔的工时计算 M10螺纹孔的工时计算由公式（12.12）和公式（12.13）得：攻丝计算 工件加工长度（mm） 1刀具切入长度（mm） 2刀具切出长度（mm）主轴、工件每转进给量（mm/r）主轴每分钟转速（r/min）进给次数（次） M10的螺纹攻丝工时计算 由公式（12.14）得： 装卸工件时间钻床装卸时间：在工作台上，用吊车装卸时间为5min准备终结时间钻床的准备终结时间：固定部分时间为33min，另加部分为1.3 min工序间尺寸和加工余量的确定由于毛坯不能达到零件所要求的精度和表面粗糙度，因此要留有加工余量，以便经过机械加工达到这些要求，当然，每道工序都有加工余量。如果加工余量过大，则