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1、卧式组合机床设计结构设计 第一章绪论 1.1国内外研究现状及发展趋势 在我国，组合机床发展已有二十多年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。组合机床及其自动线是集机电于 一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加 工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床 加工连杆、板件等也占一定份额），
2、完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗 孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床 的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立 式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床一一柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴 箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC、数字控（NC等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加 工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机 床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在
3、组合机床行业中 所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据 用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清 洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国 家要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工 艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市 场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。最早 的组合机床于1911年在美国制成，用于加工汽车零件。1953年，
4、美国福特汽车公 司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原 则。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用 部件的互换性，便于用户使用和维修。1973年，国际标准化组织（ISO）公布了 第一批组合机床通用部件标准。1975年,中国第一机械工业部颁布了中国的第一 批组合机床通用部件标准。二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提 高。铣削平面的平面度可达 0.05毫米/1000毫米，表5面粗糙度可低达2.5 0.63微米；镗孔精度可达IT76级，孔距精度可达0.03O.0
5、2微米。从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界10多个国家和 地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度 加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专家分析，机床 装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。该届博 览会上展出的加工中心，主轴转速 1000020000r/min，最高进给速度可达2060m/min；复合、多功能、多轴化控 制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时加工的 形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外，产品 周期的缩短也要求加工机床能够随
6、时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的 加工需求。然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的 引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机床 的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数据；通过网络对远程的 设备进行维修和检查、提供售后服务等。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合机床技术装 备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应 用将是今后的发展方向。组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精 度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面，加强数控技术的应
7、用，提高组合机床产品数控化率；另一方面，进一步 发展新型部件，尤其是多坐标部件，使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品 种加工的市场需求。1.3 机床设计的目的、内容、要求 1.3.1设计的目的 机床设计毕业设计，其目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设 计，使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养基本的设计方法，并培养了自 己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。1.3.2 设计内容(1)运动设计 根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量，通
8、过分析比 较拟定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴 的实际转速与标准的相对误差。(2)动力设计 根据给定的工件，初算传动轴的直径、齿轮的模数；确定动 力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后，要验算传动轴的直径，齿轮模数否在允许范围内。还要验算主轴主件的静刚度。(3)结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、箱体、润滑与 密封等的布置和机构设计。即绘制装配图和零件工作图。(4)编写设计说明书 1.3.3 设计要求 评价机床性能的优劣，主要是根据技术一经济指标来判定的。技术先进合理,亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎，在国内和国际市场上才有竞争力。
9、机床 设计的技术一经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分 析。1.4 机床的设计步骤 1.4.1 调查研究 研究市场和用户对设计机床的要求，然后检索有关资料。其中包括情报、预 测、实验研究成果、发展趋势、新技术应用以及相应的图纸资料等。甚至还可以 通过网络检索技术查阅先进国家的有关资料和专利等。通过对上述资料的分析研 究，拟订适当的方案，以保证机床的质量和提高生产率，使用户有较好的经济效、人 益。1.4.2 拟定方案 通常可以拟定出几个方案进行分析比较。每个方案包括的内容有：工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统、液压系统、控制操作系统、电系统、主要部 件的结构草图、实验
10、结果及技术经济分析等。在制定方案时应注意以下几个方面：(1)当使用和制造出现矛盾时，应先满足使用要求，其次才是尽可能便于制 造。要尽量用先进的工艺和创新的结构；(2)设计必须以生产实践和科学实验为依据，凡是未经实践考验的方案，必 须经过实验证明可靠后才能用于设计；(3)继承与创造相结合，尽量采用先进工艺，迅速提高生产力，为实现四个 现代化服务。注意吸取前人和国外的先进经验，并在此基础上有所创造和发展。1.4.3 工作图设计 首先，在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上，进行方案图 纸的设计。这些图子包括：被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和 生产率计算卡，统称“三图一卡”设
11、计。并初定出主轴箱轮廓尺寸，才能确定机 床各部件间的相互关系。其次，绘制机床的总装图、部分部件装配图、液压系统图、PLC接线图和梯 形图。然后，整理机床有关部件与主要零件的设计计算书，编制各类零件明细表，编写机床说明书等技术文件。最后，对有关图纸进行工艺审查和标准化审查。第二章 组合机床的总体设计 2.1 组合机床方案的制定 2.1.1 制定工艺方案 零件加工工艺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。所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入现场了解零件的 形状、大小、材料、硬度、刚度，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
12、的刀具及切削用量，生产率要求，现场 所采用的环境和条件等等。并收集国内外有关技术资料，制定出合理的工艺方案。根据被加工被零件(气缸体)的零件图，加工左端面6个M12的螺纹底孔的 工艺过程。(1)加工孔的主要技术要求。加工左端面5个M10孔。工件材料为HT15Q HB15A200。要求生产纲领为(考虑废品及备品率)年产量 4 万件。(2)工艺分析 加工该孔时，孔的表面粗糙度为 3.2 根据组合机床用的工艺方法及能达到的经济精度，可采用如下的加工方案。一次性加工孔，孔径为8.5。(3)定位基准及夹紧点的选择 加工此气缸体的孔，以底面的两个定位孔(一面两销)限制六个自由度。在保证加工精度的情况下，提
13、高生产效率减轻工人劳动量，而工件也是大批 量生产，由于夹具在本设计考虑气缸夹紧。2.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案(1)被加工零件的加工精度 被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制造 机床方案的主要依据。气缸体的加工孔的精度要求不高，可采用钻孔组合机床，工件各孔间的位置精度为 0.1mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工时可以 在下一个安装工位上对所有孔进行最终精加工。为了加工出表面粗糙度为 3.2 的孔。采取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度并减少夹压变形等措施就 可以了。为此，机床通常采用尾置式齿轮动力装置，进给采用液压系统，气缸夹 紧。(2)被加
14、工零件的特点 这主要指零件的材料、硬度加工部位的结构形状，工件刚度定位基准面的特 点，它们对机床工艺方案制度有着重要的影响。此箱体的材料是 HT150硬度 HB150200孔呈规则分布，孔的直径为8.5。采用多孔同步加工，零件的刚度 足够，工件受力不大，振动，及发热变形对工件影响可以不计。(3)零件的生产批量 零件的生产批量是决定采用单工位、多工位、自动线或按中小批量生产特点 设计组合机床的重要因素。按设计要求生产纲领为年生产量为 4 万件，从工件外 形及轮廓尺寸，为了减少加工时间，采用多轴头，为了减少机床台数，此工序尽 量在一台机床上完成，以提高利用率。(4)机床使用条件 使用组合机床对对车
15、间布置情况、工序间的联系、使用厂的技术能力和自然 条件等一定的要求。在根据使用户实际情况来选择什么样的组合机床。综合以上所述：通过对缸体零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗 糙度和技术要求、定位、夹紧方式、工艺方法，并定出影响机床的总体布局和技 术性能等方面的考虑，最终决定设计六轴头多工位同步组合机床。2.2 确定切削用量及选择刀具 2.2.1 确定工序间余量 为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量。生产中常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量，以消除转、定位误差的影 响。8.5mm的孔在钻孔时，直径上工序间余量均为 0.2mm 222 选择切削用量 确定了在
16、组合机床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。因为 所设计的组合机床为多轴同步加工在大多数情况下，所选切削用量，根据经验比 一般通用机床单刀加工低30%左右多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力 滑台的每分钟进给量（mm/min应是适合有刀具的平均值。因此，同一主轴箱上 的刀具主轴可设计成同转速和同的每转 进给量（mm/r）与其适应。以满足直径 的加需要，即：n1 f1 n2 f2 ni fi vf 式中：ni n2 ni-各主轴转速（r/min）Vf-动力滑台每分钟进给量（mm/mir）由于气缸体顶面孔的加工精度、
17、工件材料、工作条件、技术要求都是相同的。按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表 6-11（用高速钢钻头加工铸件 的切削用量）得：M12螺纹底孔的钻头直径 D=6mm铸铁HB150-200，取HB=200 进给量f=0.14mm/r、切削速度v=15m/min。2.3 组合机床切削用量选择及计算 切削力F,切削转矩 由组合机床设计表 M切削功率P，刀具耐用度T的计算公式 6-20，可知计算公式如下：F 26Df 0.8HB06 M 10 D19f0.8HB0.6 P Mv 9740 D _(9600 D0.25)8(v f0.55HB1.3 式中：F切削轴向力（N）;D 钻头直径（mr）P
18、切削功率（KW；T 刀具耐用度（min）;V 切削速度（m/min）;各主轴进给量（mm/r）HB 零件的布氏硬度值，通常给出一个范围 由公式得 F=26X 9X 0.140.8 X 2410.6=1320.22N 由公式得 M=10 X 9X 0.140.8 X 2410.6=3668.88N.mm 由公式得 P=(3668.88 X 14.13)/(9740 nX 9)=0.19KW 由公式得 T=(9600 X 90.25)/(14.13 X 0.140.55 X 2241.3)=7370.34mm P 8 0.12 0.96kw 电机功率 P电 P（0.780.9）kw（0.8 0.9
19、）初定主轴转速 n=1000v/n d=1000X 14/3.14 X 9=495.5r/min 滑台每分钟进给量的计算 由组合机床设计 n f Vf 式中：n主轴转速（r/min）f 主轴进给量（mm7 r）Vf 滑台每分钟进给量（mm7min）vf n f 495.5 0.1 49.5mm/min 主轴直径的确定 由组合机床设计表3-4轴能承受的扭矩计算：d B%1 式中：d轴的直径（mm；M 轴所传递的转矩（N.mm;B 系数。B与扭矩角 有关，当为刚性主轴时，B 7.3 d B（M 100）0.25 15.4mm 取 d 20mm 第三章组合机床的总体设计 组合机床总体设计，就是针对具
20、体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案 的基础每转进给量（mm7r）；M 切削转矩（N.mr）上，进行方案图纸设计。这些图纸包括：被加工零件工序图，加工示意图，生产率计算卡，机床联系尺寸图。3.1 被加工零件工序图 被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床上完成的 工艺内容，加工部位的尺寸，精度，表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准，加紧部位以及被加工零件材料，硬度和在本机床加工前的加工余量等情况的图 样。是组合机床设计的具体依据，也是制造使用时调整机床，检查精度的重要技 术文件。被加工零件工序图应包括下列内容：A.在图纸上应表示出被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有
21、关的 部位的结构形状及尺寸。尤其是当需要设置中间导向套时，应表示出零件内部的 肋，壁布置及有关结构的形状及尺寸，以便检查工件，夹具，刀具是否发生干涉。B.在图上应表示出加工用定位基准，夹紧部位及夹压方向，以便依次进行定 为支撑，限位，夹紧，导向装置的设计。C.在图上应表示出加工表面的尺寸，精度，表面粗糙度，形状位置尺寸精度 及技术要求（包括对上道工序的要求及本机床保证的部分）。D.图中还应注明被加工零件的名称，编号，硬度，材料，重量以及被加工部 位的余量等。绘制被加工零件工序图的注意事项：.为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要突出该机床的加工内容。绘 制时，应按一定比例，选择足够视图及剖视，
22、突出加工部位（用粗实线），并把 零件轮廓及与机床，夹具设计有关的部位（用细实线）表示清楚。凡本道工序保 证的尺寸，角度等，均应在尺寸数值下方画粗实线标记，另外还要用专门符号表 示出加工用定位基准夹压位置，方向以及辅助支撑。.加工部位的位置尺寸应由定位基准注起。为方便加工及检查，尺寸应采 用直角坐标系标注，而不采用极坐标系标注。.应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。被加工零件工序图如 3.1 图所示。3.2 加工示意图 3.2.1 加工示意图的画法及注意事项 加工示意图是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。是设计刀具，辅具，夹具，多轴箱和液压，电气系统以及选择动力部件，绘制机床总联系尺寸图
23、的主 要依据。在绘制加工示意图时应注意以下几点：加工示意图绘制成展开图。按比例用细实线画出工件外形。加工部位、加工 表面画粗实线。必须使工件和加工方位与机床布局相吻合。为简化设计，同一多 轴箱上结构尺寸完全相同的主轴只画一根，但必须在主轴上标注与工件孔号相对 应的轴号。一般主轴的分布不受真实距离的限制。当主轴彼此间很近或需设置结 构尺寸较大的导向装置时，必须以实际中心距严格按比例画，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是否相互干涉。主轴应从多轴箱端面画起；刀具画加工终了 位置。对采用浮动卡头的镗刀刀杆，为避免刀杆退出导向时下垂，常选用托架支撑 推出的刀杆。这时必须画出拖架并标出联系尺寸。采用标
24、准通用结构时只画外轮 廓,但须加注规格代号。加工示意图的绘制为夹具力的计算和夹具体各部分尺寸的确定提供了基 础。322选择刀具，工具，导向装置并标注其相关位置及尺寸（1）刀具选择 刀具选择要考虑工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切屑的排除及生产率 要求等因素。一般孔加工刀具其直径选择应与加工部位尺寸，精度相适应，其长 度要保证加工终了时，刀具螺旋槽尾端与导向外套端面有一定距离（一般 3050mm。查组合机床设计简明手册莫氏锥柄麻花钻的直径系列 由D=6mm 选取麻花钻类型为锥柄麻花钻，参数如下：L=150mm 1=108 mm 顶角2=118 后角a=7 螺旋角B=29 锥度号为2 （2）接杆选择
25、 由组合机床设计简明手册表 3-6主轴外伸尺寸 L 115mm，D/d1 32/20 查组合机床设计简明手册表 8-1可得，接杆参数 d 20mm L 95mm l1 42mm i2 51mm(3)导向选择 由机械制造技术基础课程设计指南表 5-181，选取可换钻套，可换 钻套尺寸：导向长度12mm；由表5-183，选取钻套用A型衬套；由表5-184 得,钻套螺钉选取 M6;由组合机床设计简明手册表 8-5可得，导向至工作端面 钻铸件时 l2 d 6mm 图3-3可换钻套 3.2.3确定动力部件的工作循环及工作行程 动力部件的工作循环是指：加工时动力部件从原始位置开始运动到加工终了 位置又返回
26、原始位置的动作过程。一般包括快速引进，工作进给，快速退回等动 作。有时还有中间停止，多次往复进给，跳跃进给，死挡铁停留等特殊要求，这 是根据具体的加工工艺需要确定的。J)DI 图3-4工作行程示意图（1）快速进给长度应等于工件加工部位长度与刀具切入长度 L1和切出长 度L2之和，切入长度应根据工件端面的误差情况在 5-10mm之间选择。（2）快速退回长度等于快速引进与工作进给长度之和。快速进给是指动力 部件把多轴箱连同刀具从原始位置送进到工作进给开始位置，其长度按加工具体 情况确定。（3）工作进给长度L工应等于工件加工部位长度 L与刀具切入长度 J 和切 出长度L2之和。切入长应应根据工件端面
27、误差情况在 510mm之间选择，误 差大时取大值，因此取 L|=10mmL2=15mm L工=10+15+10=35m。切入 图 3-5 工作循环图 3.2.4 其它注意问题（1）加工示意图上应有足够的联系尺寸，并标注恰当。尤其是从多轴箱端 面到刀尖的轴向尺寸应齐全，以备检查行程和调整机床使用。图上应标注各主轴 的切削用量及必要说明。（2）加工示意图应按加工终了状态绘制。（3）加工示意图上应有表示加工过程的工作循环图及各行程长度。加工示意图如 3.6 图所示。图 3-6 加工示意图 3.3 机床联系尺寸总图 机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步 选定的主要通用部件以
28、及确定的专用部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床 的配置型式，主要构成级各部件安装位置，相互联系，运动关系和操作方位的总 体布局图。331动力部件的选择 组合机床的动力部件是配置组合机床的基础。它主要包括用以实现刀具主轴 旋转主运动的动力箱，各种工艺切削用头及实现进给运动的动力滑台。影响动力部件选择的主要因素为：（1）切削功率（2）进给力（3）进给速度（4）行程（5）多轴箱轮廓尺寸（6）动力滑台的精度和导轨材料 具体动力部件的选择：（1）选择动力箱 由 P电 P 0.8kw 查组合机床设计简明手册表 5-38选择动力箱为 仃 D25A（2）选择动力滑台 由组合机床设计简明手册表5-1液压滑台
29、与附属部件，支撑部件配套表可 知1HY25型液压动力滑台总行程 400mm，其台面宽度250mm，长度500mm,工进速度为328000mm/min，快进速度12 m/min，最大进给力8000N。3.3.2夹具轮廓尺寸的确定 组合机床夹具是保证零件加工精度的重要部件，是用于定位和夹紧工件的，所以工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据。具体要考虑布置工件的 定位、限位、加紧机构、刀具导向装置以及夹具底座排屑和安装等方面的空间和 面积需要。加工示意图中已经确定了一个或多个加工方向的工件与导向间距以及导向 套的尺寸。这里主要合理确定设置导向的钻模架体尺寸，它在加工方向的尺寸一 般不小于导向长
30、度，在这取 360 mm，至于宽度尺寸可根据导向分布及工件限位 元件安置需要确定，取 400 mm。对于夹具体的高度尺寸，一方面要保证其具有足够的刚度，同时要考虑机床 的装料高度、中间底座的刚度、排屑的方便和便于设置定位、加紧机构，在这取 316mm。3.3.3 机床的装料高度 装料高度是指机床上工件的定位基准面到底面的垂直距离。选取机床装料高 度应与车间工件输送轨道高度相适应，还应考虑通用部件，中间底座，夹具等部 件高度尺寸的限制等，滑台高度为250mm，侧底座高度为560mm,取装料高度 为 H 950mm。3.3.4 中间底座的轮廓尺寸 中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其面上面连接安装的需
31、要。其长度方向尺 寸要根据所选动力部件及配套部件的位置关系，照顾各部件联系尺寸的合理性来 确定。本设计中，中间底座长 720mm，宽520mm，高560mm。3.3.5 多轴箱轮廓尺寸 标准通用钻多轴箱的厚度是一定的，卧式为325mm，立式为340mm。因此,确定多轴箱尺寸，主要是确定多轴箱的宽度 B 和高度 H 以及最低主轴高度hi 可按公式确定：B b 2b1 H h h1 b1 式中 b-工件在宽度方向相距最远的两孔距离，单位为 mm b1-最边缘主轴中心至箱体外壁距离，单位为 mm h-工件在高度方向相距最远的两孔距离，单位为 mm h1-最低主轴高度，单位为 mm 为保证多轴箱内有足
32、够安排齿轮的空间，推荐 b1 70 100mm。多轴箱最低 主轴高度 h1 必须考虑工件最低孔位置 h2、机床装料高度 H、滑台总高 h3、侧底 座高度h4等尺寸之间的关系。在本设计多轴箱中，h2 81.42mm，H 950mm，h3 250mm，h4 560mm。对于卧式组合机床，h1 要保证润滑油不致从主轴衬 套处泄露到箱外，推荐 hi 85 140mm。计算如下：h1 h2 H(0.5 h3 h4 5)81.42 950(0.5 250 560 5)215.92mm 若取 b1 100mm，则可求多轴箱的轮廓尺寸：H h1 h b1 216 136 100 452mm B b 2b1 1
33、57 2 100 357 mm(11)由此按通用箱体系列尺寸标准，选定多轴箱轮廓尺寸为 B H 500 400mm。3.3.6 绘制机床联系尺寸总图的注意事项 机床联系尺寸总图应按机床加工终了状态绘制。图中应该画出机床各部件在 长、宽、高方向相对位置联系尺寸及动力部件退至起始位置尺寸(动力部件起始 位置画虚线)；画出动力部件的总行程和工件循环图；应该著名通用部件的型号、规格和电动机型号、功率及转速。机床联系尺寸总图如 3.7 图所示。图 3-7 机床联系尺寸总图 3.4 生产率计算卡 根据选定的工作循环所要求的工作行程长度，切削用量，动力部件的快速及 工进速度等，可以编制生产率计算卡，生产率计
34、算卡反映机床加工过程，完成每 一动作所需时间，切削用量，机床生产率及机床负荷率等。计算如下：切削时间：T切=L/Vf+t停=40/96.96 0.01 0.42min(12)式中：T切机加工时间（min）L 工进行程长度（mm vf-刀具进给量（mm/mir）t停一一死挡铁停留时间。一般为在动力部件进给停止状 态下，刀具旋转510 r所需要时间。这里取5r 辅助时间：T辅=鼻一+t 移+t 装（20+60）/500+0.1+1.5 Vfk 1.76 min（13）式中：L3、L4 分别为动力部件快进、快退长度（mm v fk 快速移动速度（m/min）。用机械动力部件时取 56m/min;用液
35、压动力部件取 310m/min。t 移一一工作台移动时间（min）,般为0.050.13min,取0.1 min t 装-装卸工件时间（min）般为0.51.5min,取1.5min 机床生产率：Q=60/T单=60/（T切+T辅）式中：Q-机床的理想生产率（件/h）A 年生产纲领（件）年工作时间，单班制工作时间 t k=2350h=60/=27.5 机床负荷率按下式计算=Q=27.5=64.6%(0.42+1.76)件/h n=Q1/Q x 100%1t k/A x 100%x 2350/100000 x 100%(14)(15)机床生产率计算卡如表1下:机床生产率计算卡 被 加 工 零 件
36、 图号 Z-11362A 毛坯种类 铸件 名称 箱体 毛坏重量 材料 HT150 硬度 150-2007 HBS 工序名称 钻左侧面螺纹底孔 10.5 工序号 序 号 工步名称 被加 工零 件 数(个)加工 直径(mm 加工 长度(mm 工作 行程(mm 切削 速度(m/m in)转速(r/m in)每转 进给 量(mn/r)每分钟 进给量(mm/r 1 in)工时(分)机 动 n 时 间 辅助 时间 共计 1 装卸工件 1 1.5 1.5 2 动力部件 快进 20 50 0.00 8 0.00 8 3 动力部件 工进 8.5 22（盲 孔）40 20 496 0.16 50 0.5 4 0.
37、54 4 死挡铁停 留 0.01 0.01 5 动力部件 快退 60 50 0.01 4 0.01 4 备 注 装卸工件时间取决于操作者熟练程度，本 机床装卸工件时间取为1.5mi n 单件总工时 0.5 4 1.53 2 2.17 机床实际生产率Q1 27.5（件/小 时）机床理想生产率Q 17（件/小时）负荷率n负 0.646 表1机床生产率计算卡 第四章组合机床多轴箱设计 4.1通用多轴箱的组成 通用多轴箱主要由箱体，主轴，传动轴，齿轮，轴套等零件和通用附加机构 组成。4.2多轴箱设计步骤和内容 421多轴箱设计原始依据 1）多轴箱轮廓尺寸500 400mm。工件轮廓尺寸及所加工孔位置。
38、2）多轴箱也工件相对位置尺寸。3）被加工零件。4）动力部件 动力箱型号为1TD25I，电动机型号为 Y100J-4,功率为2.2 kw，电动机转 速为 1430r/min，动力箱输出转速为 715r/min。4.2.2主轴结构的选择及计算（1）主轴结构形式的选择 主轴结构形式由零件加工工艺决定，并考虑主轴的工作条件和受力情况。滚 锥轴承主轴：前后支撑位圆锥滚子轴承。这种轴承可承受较大的径向和轴向力，且结构简单、装配调整方便，广泛用于扩、镗、铰孔和攻螺纹等加工。（2）主轴直径和齿轮模数的初步确定 根据前期设计计算初步选定主轴轴径为25 mm，初选齿轮模数 m（30 32）32”2.2 1.8，故
39、，多轴箱输入齿轮模数取 m 2。Vzn 19 606 4.2.3主轴分布类型及传动系统设计（1）主轴分布类型 组合机床加工的零件时多种多样的，结构也是各不相同，零件上孔的分布可 分为4类：1）同心圆分布 2）直线分布 3）圆周和直线混合分布 4）任意分布 本设计中采用同心圆分布。（2）传动系统设计 1）将主轴同心分布，用一根传动轴带动多根主轴。2）确定驱动轴转速，转向及位置。3）用最少的齿轮和中间传动轴把主轴和驱动轴连接起来。4）设计手柄轴手动调节装配。5）润滑油泵安排。4.2.4 绘制多轴箱设计原始依据图 图 4-1 多轴箱设计原始依据图 4.3 传动系统的设计计算 根据各轴的中心距确定个齿
40、轮齿数，按照多轴箱设计原始依据图安排齿轮位 齿顶圆直径 da(z 2ha*)m(16)齿根圆直径 df(z 2ha*2c*)m(17)分度圆直径 d mz(18)(1)轴 0 齿轮：z=21 m=4 d=84(2)轴 1-2 齿轮：z=22 m=2 d=44(3)轴 3-5 齿轮：z=33 m 2 d=66(4)轴 6 齿轮：z=14 m=4 d=56 z=18 m=2 d=36(5)轴 7 齿轮：z=26 m=2 d=52 z=40 m=2 d=80 z=40 m=2 d=80(6)轴 8 齿轮：z=25 m=2 d=50(7)轴 9 齿轮：z=19 m=2 d=48(8)轴 11 齿轮：z
41、=27 m=2 d=54 第五章 夹具设计 机床夹具设计在组合机床设计中占有重要的地位。它的好坏将直接影响工件 加工表面的位置精度。本夹具主要是用来钻顶面 6 个螺纹底孔，整个需要加工的孔的位置尺寸用机 床和夹具就能直接保证。因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何保证垂直度 要求的前题下，提高劳动生产率，降低劳动强度。为了很好利用工厂实际设备和 提高生产率，设计专用夹具进行加工。5.1 机床夹具的概述 5.1.1 机床夹具的组成(1)定位元件和定位装置 用于确定工件正确位置的元件或装置，如 V 形块，定 位销，凡是夹具都有定位元件，它是实现夹具基本功能的元件。(2)夹紧元件和夹紧装置 用于固定
42、工件以获得的正确位置的元件或装置。工件 在夹具定位之后引进加工之前必须将工件夹紧，使其在加工时在切削力的作 用下不离开已获得的定位，有时同一个元件既能定位，也具有夹紧的双重功 效。(3)导向元件 确定刀具的位置并引导刀具的元件，它也可以供钻镗类夹具在机 床上安装时做基准找正用。(4)夹具体 夹具体也称为夹具本体，用于将各种元件，装置连于一体，并通过 它将整个夹具安装在机床上，一般采用铸铁制造，它是保证夹具的刚度和改 善夹具动力学特性的重要部分。如果夹具体的刚性不好，加工时将要引起较 大的变形和震动，产生较大的加工误差。5.1.2 机床夹具的类型 机床夹具的种类很多，形状千差万别，为了设计和制造
43、方便，一般按某一 属性进行分类，如按所使用的机床分：车床夹具，铣床夹具，镗床夹具，磨床 夹具和钻床夹具。5.2 夹紧方案和夹紧元件的设计 工件在切削过程中会受到切削力、惯性力等作用，因此必须夹紧以保证定位，典型的夹紧装置是由夹紧元件、中间传力机构和动力源装置所组成。夹紧元件是 执行夹紧的最终元件，是直接与零件接触来完成夹紧的。中间传力机构是传传递 动力源装置的力到夹紧元件来完成夹紧，它可以改变夹紧力的大小、方向和使夹 紧具有自锁性能。动力装置是产生夹紧力的动力源，所产生的力称为原始力。夹紧装置在夹紧过程中有一定的要求：(1)夹紧装置应保证工件定位，而不能破坏工件的定位。(2)夹紧力的大小应能保
44、证工件在加工时的位置不变，同时又不能使工件产 生变形。(3)夹紧力的方向应和切削力方向相应，使夹紧力减小。(4)夹紧装置的动作应迅速、方便、安全。(5)夹紧装置的结构应简单、合理、制造方便。由于该道工序是钻顶面7的6个螺纹底孔，此零件属于中批量生产，并且 切削力较小，所以力求夹具设计简单，降低成本的原则。本夹具采用手动夹紧。5.3 夹具的性能及优点(1)刚性好 该夹具在高转速、大吃刀的情况下不会产生振动，自动定心效果优于三爪卡 盘。套筒用铸铁件制造，无薄弱环节。整个机构不存在刚性不足、偏载和偏心现 象。(2)应用范围广 此夹具更换不同直径的弹簧套筒，可以加工不同直径的同类产品，通用性好。(3)
45、精度保证较高 5.4 夹具体的设计 夹具体的设计是整个夹具的基础零件，定位元件、夹紧装置、连接元件、导 向元件或对刀装置等都要求装在它上面，因此夹具体是一个复杂而又重要的零 件，而且必须满足一定的要求：1）夹具体要有足够的刚度，承受夹紧力及加工时的切削力，一般夹具体为 铸件，但也可是焊接件。2）夹具体一般应考虑搬运的吊装问题，以方便夹具的安装对于小规模当然 可以不考虑吊装，但也应该考虑搬运的问题。3）夹具体上应考虑排屑和清理切屑方便。4）夹具体的结构尺寸应考虑夹具体的稳定性，夹具底面可以做的稍大些。结论 本课题设计的顶面钻孔组合机床机械系统用于加工气缸体的 6 个孔。在开发 过程中，针对加工过
46、程中存在的难点进行了钻研。在钻床的设计上采取了一系列 的措施，保证了被加工孔的加工精度。主要完成了以下工作：1.对气缸体孔的加工工艺进行了分析研究，明确了 6 个孔加工的技术要求和 工艺要点。2.恰当地选择了机床的切削参数，动力头及液压滑台驱动机构的结构参数。3.采用Z轴液压滑台驱动动力头和多轴箱实现进给。4.设计了稳定可靠的多轴箱和钻模板，从而保证了被加工孔的精度要求。5.根据通用、经济的原则，选择了刀具，满足了工艺的需要。设计的钻孔组合机床，保证了加工孔的生产质量，提高工效 3 倍以上，加工 成本大幅下降。本项工作还有许多值得完善的地方，例如：装夹、定位由人工完成，效率较 低；自动化程度有
47、待提高等问题。这些问题通过改进设计、完善工艺、现场的不 断实践、总结，必将会得到进步的提高。致谢 历时将近三个月的毕业设计已近尾声，在这段时间内我们都有了很大的改 变，毕业设计带给我们的不仅是一次锻炼，更是一次成长的机会。本次毕业设计 涉及的全部内容是在吴勃老师的悉心指导下完成的，感谢吴老师给我提供了良好 的课题条件，让我从这次设计中得到了很好的锻炼。同时也为我讲解了不少难题，在此表示感谢。吴老师严谨的教学态度、平易近人的作风和认真负责的工作态度 让我们受益非浅。他让我们学到了许多的专业知识和相关的设计方法。在此，谨 向老师表示最真诚的感谢。感谢他在百忙中给予我们的指导和帮助。在这次的设计过程
48、中也得到了许多老师和同学的帮助。在此我向各位给予我 帮助的老师和同学表示忠心的感谢和致敬。最后还要感谢的，也是最应该感谢的是江苏大学，学校给我们提供了这么好 的学习条件，让我们能全身心的投入学习中。通过大学四年的学习，让我们成为 了有用之才；也是学校给了我们这次毕业设计的机会，让我们在走上工作岗位之 前可以好好的锻炼一下自己。参考文献：1 大连组合机床研究所编 组合机床设计 第一册 机械部分.1975 年 6 月第一版 2 第一机械工业部编 金属切削机床产品样本 组合机床 机械工业出版社，1980年第一版 3 许晓肠主编 专用机床设备设计 重庆大学出版社，2003 4 金振华主编 组合机床及其
49、调整与应用 机械工业出版社，1990 5 李庆余、张佳主编 机械装备设计 机械工业出版社，2003 6 顾维邦主编 金属切削机床概论 机械工业出版社，2002 7 戴曙主编 金属切削机床设计 机械工业出版社，1993 8 华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津大学主编 机床设计图册 上 海科学技术出版社，1984 9 徐景辉等编 机床装配 四川人民出版社，1982 储凯、许斌等主编 机械工程材料 重庆大学出版社，2002 15 江南大学 郑修本主编 机械制造工艺学 第二版 机械工业出版社，2007 16 华东纺织工学院机制教研室编 机床课程设计图册 1982 17 沈阳工业大学 大连铁道学院 吉林工学院编 组合机床设计 上海科学 技术出版社 1985 10 11 邱宣怀主编 机械设计 高等教育出版社，2003 12 吴宗泽主编 机械设计实用手册 化学工业出版社，2000 13 龚桂主编 机械设计课程设计指导书 高等教育出版社，1990 14 张利平主编 液压站设计与应用 海军出版社，2004