蜗杆减速器箱体双面攻丝组合机床设计 说明书

编号 本科生毕业设计本科生毕业设计 蜗杆减速器箱体双面攻丝组合机床设计 Worm gear unit housing double tapping combination machine tool design 学 生 姓 名孙 硕 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 0803112-380803112-38 指 导 教 师乔 宏 学 院机电工程学院 二二一二年六月一二年六月 长春理工大学本科毕业设计长春理工大学本科毕业设计 毕业设计毕业设计（ （论论文）原文）原创创承承诺书诺书 1本人承诺：所呈交的毕业设计（论文）蜗杆减速器箱体双面攻丝组 合机床设计，是认真学习理解学校的长春理工大学本科毕业设计（论文） 工作条例后，在教师的指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的 内容，不弄虚作假，不抄袭别人的工作内容。 2本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和研究成果，均在文中 加以注释或以参考文献形式列出，对本文的研究工作做出重要贡献的个人 和集体均已在文中注明。 3在毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承 担相应的法律责任。 4本人完全了解学校关于保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按 照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；同意学校保留毕业 设计（论文）的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；学校可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文），可以公布其中的全部或部分内 容。 以上承诺的法律结果将完全由本人承担！ 作 者 签 名： 年 月日 长春理工大学本科毕业设计 I 摘摘 要要 本次的设计题目为蜗杆减速器箱体双面攻丝组合机床设计。组合攻螺纹 机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成 的一种高效专用机床。因为组合机床的结构模块化、组合化。可按工件或工 序要求，用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自 动线；机床易于改装；产品或工艺变化时，通用部件一般还可以重复利用。 本文首先介绍的是机床的总体设计部分，其中主要包含了制定工艺方案、确 定机床配置形式、制订影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。 然后根据选定好的方案设计并绘制加工零件工序图、加工示意图和机床总体 联系尺寸图，为组合机床的设计打好基础。其次是相应的技术设计部分，主 要是完成主轴箱装配图的绘制。机床主轴箱设计是本次设计的重点。主轴箱 中各轴的选择及分布是这项工作的关键部分，也是本设计的难点之一，这要 根据被加工零件的结构特点及所要加工孔的实际情况合理地布置各个主轴、 传动轴。 关键词：组合机床关键词：组合机床 主轴主轴 长春理工大学本科毕业设计 II ABSTRACT The design topic is worm gear unit housing double tapping combination machine tool design. As we know the combination of tapping the thread machine tool is an efficient especialized machine, which is designed according the need of workpiece, based on the large number of the common parts and combine with some special workpiece. Because the combination machine modular structure, combined. According to the workpiece or process requirements, flexible composition of various types of machine tool and automatic lines with a large number of common components and a small number of specially designed components; machine easy modification; changes in product or process, the generic components in general can also be reused. It is the overall designing which makes up the lathe at first, What this part will be done is how to design and draw the processing part process picture, the process sketch map, lathe get in touch with size general drawing , these make up the foundation of designing of the lathe . The lathe get in touch with size general drawing has a lot of standard module, such as power slippery platform, incline base part etc .Second , it is the technique designing, mainly the lathe many axle case designing and the lathes tongs design and its assembles the diagram. the focal point of the many axle case designing, and it each choice and distribution of axle is the most key, so calculate every axle power, torsion wanted design each size of axle rational when working. Through analyse and process the situation of the hole, design the distribution of the main shaft and others Key Words: Modular Machine ； multiple spindle case ； tapping 长春理工大学本科毕业设计 III 目目 录录 摘摘 要要.I ABSTRACT .II 目目 录录III 第第 1 章章 绪绪 论论1 第第 2 章章 组合机床及其特点和设计步骤组合机床及其特点和设计步骤3 2.1 组合机床及其特点3 2.2 组合机床的设计步骤3 第第 3 章章 组合机床工艺方案的制定组合机床工艺方案的制定4 3.1 拟定工艺方案4 3.2 被加工零件的工艺分析及其工艺方案6 3.2.1 被加工零件工艺基面的分析6 3.2.2 被加工零件的技术要求6 3.2.3 零件的生产批量6 3.3 定位基准的选择6 3.4 蜗杆减速器箱体加工工序的设计7 第第 4 章章 组合机床总体设计组合机床总体设计9 4.1 被加工零件工序图的设计.9 4.1.1 被加工零件工序图的作用及内容9 4.2 选择合理的切削用量10 4.2.1 确定切削用量时应注意的问题10 4.2.2 组合机床攻螺纹切削用量的选择11 4.2.3 组合机床刀具的特点及选择12 4.3 加工示意图的设计13 4.3.1 加工意图的作用和内容13 4.3.2 加工示意图的注意事项13 4.3.3 刀具的选择及其有关计算13 4.3.4 初定主轴类型和选择攻螺纹靠模机构及螺纹卡头14 4.4 动力部件工作循环及行程的确定15 4.5 组合机床联系尺寸总图的设计17 4.6 绘制机床联系尺寸总图之前确定的主要内容17 4.6.1 主轴箱切削功率 P 的确定17 长春理工大学本科毕业设计 IV 4.6.2 组合机床动力部件的选择18 4.6.3 机床装料高度的确定18 4.6.4 夹具轮廓尺寸的确定19 4.6.5 组合机床中间底座尺寸的确定19 4.6.6 主轴箱轮廓尺寸的计算19 4.7 组合机床各部件的编组20 4.8 机床生产率计算卡的设计21 第第 5 章章 组合机床主轴箱设计组合机床主轴箱设计24 5.1 主轴箱的基本结构24 5.1.1 大型通用主轴箱的组成24 5.1.2 主轴箱总图绘制方法特点24 5.2 绘制主轴箱设计原始依据图25 5.3 主轴、齿轮的确定及动力计算26 5.3.1 主轴型式和直径、齿轮模数的确定26 5.3.2 主轴传递的动力计算26 5.4 主轴箱传动设计26 5.4.1 主轴的分布27 5.4.2 主轴箱传动系统的设计27 5.5 主轴箱轴的坐标计算29 5.6 主轴箱技术条件29 5.7 主轴的润滑和齿轮排数的选择29 毕业设计总结毕业设计总结30 致致 谢谢31 参考文献参考文献32 附附 表表 一一34 长春理工大学本科毕业设计 1 第第 1 章章 绪绪 论论 组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量的专用 部件组成的一种高效专用机床。它能够对一种（或几种）零件进行多刀、多轴、 多面、多工位加工。这种机床既有专用机床的结构简单、生产率和自动程度较 高的特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要，故而广泛应 用于大批量的生产中。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配 置，从而缩短了设计和制造的周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优 点，在大批、大量生产中得到了广泛的应用，并可用以组成自动生产线。 近些年来，组合机床自动线技术取得长足进步，自动线在加工精度、生产 效率、利用率、柔性化、和综合自动化等方面的巨大进步，标志着组合机床自 动线技术发展达到了高水平。自动线由组合机床、零件输送装置、转位装置、 排屑装置、及电气和液压控制设备等组成。采用组合机床自动线，可以明显改 善劳动强度、提高劳动强度；能减少占地面积和操作工人，并利于保证产品质 量和减少再制品。随着市场需要的变化，柔性将愈来愈成为抉择设备的重要因 素。因此，组合机床自动线将面临由高速加工中心组成的 FMS 的激烈竞争。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，同“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。 在设计机床时，首先应进行调查研究。主要研究内容包括以下几个方面： 1）认真阅读被加工零件图样，研究其尺寸、形状、材料、硬度、重量、加 工部位的结构和表面粗糙度等内容。通过对产品装配图样和有关工艺资料的分 析，充分认识被加工零件在产品中得地位和作用。同时必须深入到用户原来生 产所采用的加工设备、刀具、切削用量、定位基准、夹紧部位和加工质量及精 度检验方法、装卸方法及装卸时间、加工时间等作全面调查研究。 2）深入到组合机床使用和制造单位，全面了解使用单位车间的面积、机床 的布置、毛皮和在制品流向、工人的技术水平、刀具制造能力、设备维修能力、 动力和起重设备等条件以及制造单位的技术能力、生产经验和设备状况等条件。 3）研究分析合同要求，查阅、搜集和分析国内外有关的技术资料，吸取先 进的科学技术成就。对于满足合同要求的难点拟采用的新技术、新工艺应要求 进行必要的试验，以取得可靠的设计依据。 其次进行机床的总体方案设计。总体方案的设计主要包括制定工艺方案 （确定零件在组合机床上完成的工艺内容及加工方法，选定定位基准和夹紧部 位，决定工步和刀具种类及其结构形式等） 、确定机床配置形式、制定影响机床 总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。总体方案设计的具体工作是编制 长春理工大学本科毕业设计 2 “三图一卡” ，即绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床尺寸联系图，编制 生产计算卡 。总体方案的拟定是组合机床设计部分中最关键的一步。方案制定 得正确与否，将直接影响机床能否达到合同要求，保证加工精度和生产率，并 且结构简单、成本较低和使用方便。 然后进行技术设计。技术设计就是根据总体设计已经确定的“三图一卡” ， 设计机床各专用部件正式总图，如设计夹具、主轴箱等装配图以及根据运动部 件有关参数和机床循环要求，设计液压和电气控制原理图。设计过程中，应按 设计程序作必要的计算和验算等工作，并对第二、三阶段中初定的数据、结构 等作相应的调整或修改。 最后进行工作设计。当技术设计通过审查后即可开展工作设计，即绘制各 个专用部件的施工图样、编制各部件零件明细表。 本次毕业设计的课题为蜗杆减速器箱体双面攻丝组合机床设计，该论文共 分为五章。第一章为绪论，第二章为组合机床的组成、特点和设计步骤，第三 章为制定机械加工工艺过程，第四章为组合机床总体设计，第五章机床主轴箱 设计。 由于自身知识水平还有待提高，设计经验并不充足，设计过程中难免要出 现自身不能察觉的错误，还请各位老师批评订正。 长春理工大学本科毕业设计 3 第第 2 章章 组合机床及其特点和设计步骤组合机床及其特点和设计步骤 2.1 组合机床及其特点组合机床及其特点 组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按照高度集中工序的原则 设计的一种高效率的专用机床。典型的组合机床通常包括以下几个部分：侧底 座、滑台、夹具、主轴箱、动力箱、立柱、垫铁、立柱底座、中间底座、液压 装置、电气控制设备、刀具等。 组合机床相比其它机床具有以下特点： （1） 组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的 70%- 80%，因此设计和制造周期短，投资少，经济效果好。 （2） 由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因而比通用机床 生产率高，产品质量稳定，劳动强度低。 （3） 组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有 专门厂成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。 （4） 在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等， 加工质量靠工艺设备保证，对操作工人的技术水平要求不高。 （5） 当被加工产品更新时，采用其他类型的专用机床时，其大部分部件 要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计 和制造。 （6） 组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。 2.2 组合机床的设计步骤组合机床的设计步骤 组合机床一般是根据和用户签订的设计、制造合同而进行设计的。合同中 规定了具体的加工对象、加工内容、加工精度、生产率要求、交货期限和价格 等设计的原始数据。在设计过程中应尽量采用先进的工艺方案和合理的机床结 构方案；正确选择通用部件及机床布局形式；在保证精度和生产效率的同时， 也要顾及到用户具体生产环境的需求，争取设计出造价合理、高效可靠的组合 机床。 组合机床设计步骤大致如下： 1）调查研究 调查研究的主要内容有：认真阅读被加工零件图样，研究其尺寸、形状、 材料、硬度、重量、加工部位的结构及加工精度和表面粗糙度要求等内容。深 入到组合机床使用和制造单位，全面细致地调查使用单位车间的面积、机床的 布置、毛坯和在制品流向、工人的技术水平、刀具制造能力、设备维修能力、 动力和起重设备等条件以及制造单位的技术能力、生产经验和设备状况等条件。 长春理工大学本科毕业设计 4 研究分析合同要求，查阅、搜集和分析国内外有关的技术资料，吸取先进的科 学技术成就。 2）总体方案设计 总体方案的设计主要包括制定工艺方案（确定零件在专用机床上完成的工 艺内容及加工方法，选择定位基准和夹紧部位，确定工步和刀具种类及其结构 形式，选择切削用量等） 、确定机床配置形式、制定影响机床总体布局和技术性 能的主要部件的结构方案。在保证生产精度和效率的基础上，力争满足结构简 单、成本较低和使用方便。总体方案设计的具体工作是编制“三图一卡” ，即绘 制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。 3）技术设计 技术设计就是根据设计已经确定的“三图一卡” ，设计机床各专用部件正式 总图（如设计夹具、主轴箱装装配图） ，设计过程中，应按设计程序作必要的计 算和验算工作，对各个需要调节的部分作出相应的修改。 4）工作设计 当技术设计通过审查后即可展开工作设计，即绘制所有专用零件图并绘制 润滑、冷却管路系统图及机床总图；编制机床说明书，制订机床精度检验、调 整试车规范等有关验收标准。 长春理工大学本科毕业设计 5 第第 3 章章 组合机床工艺方案的组合机床工艺方案的制定制定 3.1 拟定工艺方案拟定工艺方案 制定组合机床工艺方案是设计组合机床最重要的步骤之一。工艺方案制定 的正确与否，将决定机床能否达到“重量轻、体积小、结构简单、使用方便、 效率高、质量好”的要求。为了使机床方案制定得合理、先进，必须开展以工 人为主体的“三结合”设计，密切联系实际，总结生产经验，全面了解被加工 零件的加工情况和影响机床工艺方案制定得原则。 工艺方案的制定基本原则如下： （1）粗、精加工分开原则 粗加工时的切削符合较大，切削产生的热变形、较大夹压力引起的工件变 形以及 切削震动等，对精加工工序十分不利，影响加工尺寸精度和表面粗糙度。 因此，在拟定工件一个连续的 多工序工艺过程时，应选择粗精加工工序分开原 则。 粗精加工分开原则有几种含义。其一是在同一台多工位机床上，粗精加工 工序分开在相隔工位数较多的两个位置上进行，使粗加工切削热有足够的冷却 时间，避免或减轻对精加工的影响；其二是粗精加工分开在自动线或流水线相 离机床数（工序数）较多的两台机床上进行，同样可以达到粗加工过后有充足 的时间降低切削热的影响，又避免了粗加工时震动和夹压变形对精加工的影响。 （2）工序集中原则 工序集中是机械加工近代的主要发展方向之一。组合机床也正是基于工序 集中的工序原则发展起来的，即运用多种多刀（相同或者不同的刀具都可以） 在一台机床上对一个或几个零件完成复杂的工艺过程，从而提高生产的效率。 因此，在拟定工艺方案时，在保证质量和操作维修方便的前提下，应适当提高 工序集中程度，以便减少机床数目、占地面积和节省人力，取得理想效益。 但工序过分集中也会带来一些问题。增加机床设计和制造难度，机床使用 调整不便，如果刀具数过多、停机率增加甚至可能影响机床性能，使机床的生 产率降低。 因此，必须全面分析多方因素，合理决定工序集中程度。考虑的原则一般 如下： 1）适当考虑相同类型工序的集中；在条件许可时，把相同工序集中在一台 机床或者同一工位上加工，能简化循环和结构。例如，通常把箱体零件上的大 量螺纹孔攻丝工序集中在一台攻丝机床上，这样会使机床更为简单合理。加工 表面相互间有位置精度要求的工序应集中在同一工位或同一台机床上加工。具 长春理工大学本科毕业设计 6 体实施中可以集中攻螺纹、集中深孔加工工序、适当集中一般的钻铰工序和镗 孔工序。但也不可以过于追求工序的单一化，还要从各方面综合考虑。 2）有对位置精度要求的工序应集中加工。如箱体各面上主要的传动轴，相 互间有严格的位置精度。为避免二次安装误差影响，这类孔的精加工应该集中 在一台机床上一次安装完成。对一些位置精度要求不甚高的孔，如箱体件上联 接用的紧固孔，在大量生产时，应尽可能集中在同一机床上一次安装下加工， 以获得较高的位置精度，使装配容易些。 确定工序集中时，必须充分考虑加工节拍要求。如果工作循环时间满足不 了生产率要求时，须要对限制性的刀具或关键性工序予以恰当处理。如改用高 级耐磨刀具材料提高切削用量，或分散工序，减少叠加的切削时间。 3.2 被加工零件的工艺分析及其工艺方案被加工零件的工艺分析及其工艺方案 3.2.1 被加工零件被加工零件工艺基面的分析工艺基面的分析 首先要研究被加工零件的用途及其结构特点，这主要指零件的材料、硬度、 加工部位的结构形状、工件刚性、定位基准的特点等。它们对机床工艺方案的 制定有着重要的影响。同样精度的孔，因为材料、表面硬度的不同，其工艺方 案也不同。若工件刚性不足，安排工序就不能太过于集中，以免因同时加工表 面过多造成工件受力大，振动及发热变形而影响加工精度，还必须十分重视被 加工零件在组合机床加工前所完成的工序及毛坯或半成品质量，对加工余量很 大或铸造质量较差的零件应安排预加工工序。 蜗杆减速器机体是很典型的箱体类零件，其材料为 HT200，硬度为 HB200 左右，表面粗糙度要求并不高。虽然零件所需加工的部位比较多，但主要是平 面加工、钻孔，部分需要进行镗孔，部分需要进行攻丝，孔的种类比较多。大 多数设计尺寸都是以底面为基准，还有依照夹紧定位的要求选择较平整的底面 可作为定位基面进行“一面双销”定位 ，故在加工其它工序之前应该尽快加工 出底面及底面上的定位销孔，在后面的加工工序中尽量都以底面为定位基准， 以“一面双销”方式定位的。故应先加工其底面及加工底面上的两个定位销孔。 被加工零件的特点在很大程度上决定了组合机床的配置形式。一般说来， 攻减速器箱体前后轴承孔端面上各六个螺纹孔，用双面攻丝机床。 3.2.2 被加工零件的技术要求被加工零件的技术要求 被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应该保证的加工精度，是 制定机床方案的主要依据。蜗轮蜗杆减速器箱体加工部位为前后轴承孔端面各 六个螺纹孔，其尺寸为 12-M12-7H。由于加工的六个螺纹孔分布于机盖与机座 上，所以需将机盖与机座连接在一起后加工。变速箱的机座底面是比较规则且 比较大的平面，在加工时可以用底面及底面上两个底座孔采用“一面双销”定 长春理工大学本科毕业设计 7 位，用组合攻螺纹床同时加工前后 12 个螺纹孔。 3.2.3 零件的生产批量零件的生产批量 零件的生产批量是决定采用单工位、多工位或自动线，还是按照大批大量 生产特点来设计组合机床的重要因素。从工件的外型及轮廓尺寸看，可以采取 单工位固定式夹具的机床配置形式。 蜗杆减速器箱体的年产量为 10 000 件/年，单班制生产，且变速箱零件的尺 寸较大，故采用单工位机床加工。 3.3 定位基准的选择定位基准的选择 组合机床是针对某种零件或某道工序而设计的。正确选择加工用定位基准， 可以确保加工精度满足需求，同时也有利于实现最大限度的集中工序，进而达 到减少机床台数的目的。 组合机床一般为工序集中的多刀加工，不但切削负荷大，而且工件受力方 向变化。因此，正确选择定位基准和夹压部位是保证加工精度的重要条件。对 于毛坯基准选择要考虑有关工序加工余量的均匀性；对于光面定位基准的选择 要考虑基面与加工部位间位置尺寸关系，使它利于保证加工精度。定位夹压部 位的选择应在有足够的夹紧力下工件产生的变形最小，并且夹具易于设置导向 和通过刀具。 箱体类零件是机械加工中工序多，精度要求高的零件。这类零件一般都有 较高精度的孔要加工，又常常在几次装夹下进行。因此，定位基准选择“一面 双销”是最常用的方法。它可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得可 靠的定位；有同时加工五个面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面 上孔的位置精度。 “一面双销”定位可以作为零件从粗加工到精加工全部工序的 加工的基准，使整个工艺过程基准统一。 “一面双销”的定位方法使夹紧方便， 夹紧机构简单，容易使夹紧力对准支承，消除夹紧力引起工件变形对加工精度 的影响。 “一面双销”的定位方法易于实现自动化定位，并有利于防止切屑落入 基面。 长春理工大学本科毕业设计 8 3.4 蜗杆减速器箱体加工工序的设计蜗杆减速器箱体加工工序的设计 3-1 加工工序表 工序号工序名称加工设备 1 粗铣机座上结合面龙门铣床 2 粗铣机座下底面龙门铣床 3 钻，铰机座底面定位孔钻铰定位孔组合机床 4 精铣机座上结合面龙门铣床 5 钻机座上平面 4-17/锪 35 孔， 4-16 孔，钻机座底面 4-24/锪 48，钻 2-10 销孔 十四轴组合钻床 6 粗铣机座左右两端面圆台铣床 7 精铣机座左右两端面圆台铣床 8 镗 130 孔卧式镗床 9 钻 12-12 螺纹孔卧式钻床 10 攻 12-M12/4-M16 螺纹孔攻丝机床 11 粗铣机盖下结合面龙门铣床 12 粗铣机盖上平面龙门铣床 13 精铣机盖下平面龙门铣床 14 钻 8-17/锪 35 孔，6-6 孔， 2-10 销孔，钻 16 孔 十七轴组合钻床 15 粗铣机体前后两端面圆台铣床 16 精铣机体前后两端面圆台铣床 17 钻 12-12 螺纹孔卧式钻床 18 攻 12-M12 螺纹孔攻丝机床 19 攻 6-M6/M16 螺纹孔攻丝机床 长春理工大学本科毕业设计 9 第第 4 章章 组合机床总体设计组合机床总体设计 4.14.1 被加工零件工序图被加工零件工序图的设计的设计 4.1.1 被加工零件工序图的作用及内容被加工零件工序图的作用及内容 1.被加工零件工序图的作用与内容 被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床（或自动线） 上完成的工艺内容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用定 位基准、夹压部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本工序加工前毛坯或 半成品情况的图样。出了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，同 时也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是必 须说明和绘制的，其主要内容为： 1）被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状尺 寸。当须要设置中间导向套时，应表示出零件内部的筋、壁布置及有关结构的 形状尺寸。以便检查工件、夹具、刀具是否相互干涉。 2）本工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术 要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求。 3）本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹压方向。夹具的定位支承（包 括辅助支承） 、限位、夹紧、导向系统都是根据这些要求来设计的。本课题的工 序是攻蜗杆减速器前后轴承孔端面上各六个螺纹孔，定位基准是底面，从顶面 夹紧。 4）标明被加工零件的编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量。 2.绘制被加工零件工序图的规定及注意事项 1）为使被加工零件工序图清晰明了，并突出本机床的加工内容，绘制时应 按一定比例，绘制出足够的视图以剖面；本工序加工部位用粗实线表示；零件 轮廓及与机床、夹具设计有关的部位也要相应的用细实线表示出来。凡本工序 保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方画粗实线标记。加工用定位基准、 夹压位置及方向、辅助支承等都要用规定的标准符号标出。 2）本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。当本工序定位 基准与设计基准不符时，必须对工件部位的位置进行分析和换算，并把不对称 的公差换算成对称的公差。有时也可将工件某一主要孔的位置尺寸从定位基准 面开始标注，其余各孔则以该孔为基准标注。 3）对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析。当本工序有特殊要 求时必须注明。如精镗孔时，当不允许有退刀痕迹或者只允许有某种形状的刀 痕时必须注明。 此次攻前后轴承各六个螺纹孔，满足相关条件，于是采用“一面双销”定位 长春理工大学本科毕业设计 10 方案，工序图如图 4-1 所示。 图 4-1 加工工序图 4.2 选择合理的切削用量选择合理的切削用量 切削过程是刀具从工件表面上切去多余材料的过程，伴随着切削过程的进 行，将有切削变形、切削热和刀具磨损等现象发生。故而合理的切削用量选， 可以使组合机床获得降低停车损失，提高生产效率，延长刀具寿命和保证加工 质量等诸多优势，最终达到多快好省的进行生产效果。组合机床大多为多刀加 工，而且是多种刀具同时工作。 结合组合机床上需要完成的工艺内容，可以初步进行切削用量的选择。目前 组合机床目前在选择切削用量时，主要需要调查加工现场采用的切削用量的情 况，并参考以往积累的经验来进行。由于组合机床常常是多种刀具同时工作， 为了能保证工作可以正常进行，不必频繁的停车换刀，从而获得生产效率的增 高，选用的切削用量一般要比万能机床单刀加工时要低些，通常来讲在多轴加 工的组合机床上不宜最大的切削用量。 4.2.1 确定切削用量时应注意的问题确定切削用量时应注意的问题 1）尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能。由于连接于动力部件 的主轴箱上同时工作的刀具种类不同且直径大小不等，因此其切削用量选择也 各有特点。一般情况下可先按各类刀具选择较合理的主轴转速 n（转/分）和每 转进给量 f（毫米/转） ，然后适当调整，使各刀具的每分钟进给量。这样，各 f v 类刀具都不是按最合理的切削用量而是按一个中间切削用量。 2）复合刀具切削用量选择，应考虑刀具的使用寿命。进给量通常按复合 刀具最小直径选择，切削速度按复合刀具的最大直径选择。由于整体小直径复 合刀具的强度较低，故切削速度应选得稍低些。 长春理工大学本科毕业设计 11 3）选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响。生产率要求不高时， 就没有必要将切削用量选的过高，以免降低刀具耐用度。对于生产率高的大批 大量生产用组合机床，也只是提高那些耐用度低，刃磨困难，造价高的所谓 “限制性”工序刀具的切削用量。但须注意不能影响加工精度，也不能使刀具 耐用度降低。对于“非限制性”刀具，应采取不使刀具耐用度降低的某一极限 值，这样可减少切削功率。组合机床通常要求切削用量的选择使刀具耐用度不 低于一个工作班，最低不低于 4 小时。 4）切削用量选择应有利用主轴箱设计。若能作到相邻主轴转速接近相等， 则可使主轴箱传动链简单；某些刀具带导向加工，若不变冷却润滑，则应适当 降低切削速度。 5）选择切削用量时，还必须考虑所选动力滑台性能。尤其是当采用液压 动力滑台时，所选择的每分钟进给量一般应比动力滑台可实现的最小进给量大 50%。否者，会由于温度和其他原因导致进给量不稳定，影响加工精度，甚至造 成机床不能正常工作。 4.2.2 组合机床攻螺纹切削用量的选择组合机床攻螺纹切削用量的选择 必须从实际出发，根据加工精度、工件材料，工作条件、技术要求等进行 分析，按照经济地满足加工要求地原则，合理地选择切削用量。一般常用查表 法，参照生产现场同类工艺，通过工艺试验确定切削用量。 攻丝的切削用量一般与工件螺纹的螺距和工件材料有关。所选攻螺纹切削 用量由加工材料有关，如表 4-1.再由切削速度决定其他切削用量，已知切削速 度，可由公式 （4-1） 1000 d v n = 由于所加工工件的材料为铸铁，因此表 4-1 可选出切削速度 v=6m/min， 由上面公式可算出 n=160r/min。 切削转矩 T(Nmm)可由公式 （4-2） 1.41.5 w T=195D P 由于加工螺纹为 M12 细牙螺纹，所以选择螺距=1.5mm，即可算出 w P T=1165.16Nmm。 切削功率 P(kW)可由公式 （4-3） 9740 Tv P = D 由切削转矩 T，即可算出 P=0.2386kW，前后轴承各六个螺纹的加工切削 功率相同。 由于螺纹加工的原理可知攻螺纹加工的进给量为此螺纹的螺距， f=1.5mm 又知进给速度公式 （4-4） f vnf= 长春理工大学本科毕业设计 12 可算出进给速度=240mmmin。 f v 表 4-1 高速钢丝锥攻螺纹切削速度 加工材料铸铁钢及其合金铝及其合金 切削速度 v（m/min） 4846515 4.2.3 组合机床刀具的特点及选择组合机床刀具的特点及选择 组合机床刀具是组合机床主要组成成分之一。组合机床刀具设计、制造和 使用的情况将影响到组合机床加工出零件的质量、组合机床的生产率及经济效 果。 组合机床有如下特点： 1）要求有较高的耐用度和可靠性，并便于装卸和调整。由于则和机床是生 产率很高的专用机床，他的循环时间短，而在每一个循环中，道具不工作的时 间也很短。而组合机床又是多刀加工，道具数量较多，更换和调整刀具比较花 费时间。这样，如果换刀次数太多，势必占用大量的时间，降低生产率。 2）有较高的复合程度。在组合机床上，为了提高生产率、保证加工精度， 或者为了减少工位，一般供需比较集中，因此采用了大量复合刀具。这些刀具 结构复杂，切削力较大，排屑不方便，制造也比较复杂，与一般道具有所不同， 设计时必须特别注意。 3）有良好的导向。组合机床在大多数情况下，是多轴加工箱体零件上的孔， 孔的位置精度往往是通过夹具和刀杆导向保证的，因为组合机床的孔加工刀具 往往具有各种形式的导向。 4）具有一定的通用性。组合机床上用的刀具，除部分是选用外购的标准刀 具外，不少是专用刀具。但是由于组合机床大多是加工比较固定的零件，结构 比较成熟的系列化，可以加快设计速度，也可以减少刀具规格，增加刀具制造 批量，有利于生产。 本次设计所加工的部位为变速箱体前后轴承孔上的各六个螺纹孔，其精度 要求较低，材料为铸铁，硬度不高，采用标准的公制细牙机用丝锥，即可满足 加工的技术要求。 由机械加工工工艺设计手册刀具及其选用可选择如下刀具： M12x1.5 公制细牙机用丝锥。 4.3 加工示意图加工示意图的设计的设计 4.3.1 加工意图的作用和内容加工意图的作用和内容 加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的，是用 来表示工艺方案具体内容的机床工艺案图。他是设计刀具、辅具、夹具、主轴 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的主要依据。 长春理工大学本科毕业设计 13 加工示意图应表达和标注的内容有：机床的加工方法，切削用量，工作驯 化和工作进程；工件、刀具及导向、托架及主轴箱之间的相对位置及其联系尺 寸；主轴结构类型、尺寸及外延长度；刀具类型、数量和结构尺寸，比如直径 和长度；接杆，比如镗杆、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置等结构尺寸； 刀具、导向套间的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式及配合尺寸等。 4.3.2 加工示意图的注意事项加工示意图的注意事项 加工示意图应绘制成展开图。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， 同一主轴箱上结构尺寸完全相同点的主轴（即是加工表面，所用刀具及导向， 主轴及接杆规格尺寸、精度完全相同时）可以只画一根，但必须在主轴上标注 于工件孔号相对应的轴号。当轴数较多，可采用缩小比例，用细实线画出工件 加工部位简图并标注孔号，以便设计和调整机床。在加工示意图上，主轴分布 可不按真实距离绘制。当被加工孔间距很小或需设置径向尺寸结构较大的导向 装置时，相邻主轴必须严格按比例绘制，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导 向等是否干涉。主轴应从主轴箱端面画起，刀具画加工终了位置（攻丝加工则 应画开始位置） 。标准的通用结构如接杆、浮动卡头、通用主轴箱的标准钻镗主 轴外伸部分等只画外轮廓，并须加注规格代号。对一些专用结构如导向、专用 接杆或浮动卡头等，御用剖视图表示其结构，并标注尺寸、配合及精度。 当轴数较多，可采用缩小比例，用细实线画出工件加工部位简图并标注孔 号，以便设计和调整机床。多面多工位机床的加工示意图一定要分工位，按每 个工位的加工内容顺序进行绘制。并应画出工件在回转工作台或鼓轮上的位置 示意图，以便清楚地看出工件及在不同工位与相应主轴箱主轴的相对位置。 4.3.3 刀具刀具的选择及其有关计算的选择及其有关计算 1)刀具的选择 刀具的选择一般应当考虑工件的材质、加工精度、表面粗 糙度、排除切屑及生产率要求等因素。只要允许，应该尽量使用标准刀具。孔 加工刀具（钻、扩、铰等）的直径应与加工部位尺寸、精度相适应，其长度应 保证保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外端面 30 50mm，以便排屑和刀 具磨损后有一定的向前调整量。刀具锥柄插入接杆孔内长度，在绘制加工示意 图时应注意从刀具总长中减去。 2) 导向结构的选择 组合机床在加工孔，除了刚性主轴的方案外，工件的 尺寸、位置精度主要由夹具导向来保证。因此，正确选择导向的结构，确定导 向类型、参数、精度，不但是绘制加工示意图应该解决的问题，也是设计专用 机床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须解决的问题。 3）导向类型、形式和结构 导向通常分为两类：一类是刀具导向部分与夹 具导套之间既有相对移动又有相对转动的第一类导向，或称固定式导向。另一 类是刀具导向部分与夹具导套之间只有相对移动而无相对转动的第二类导向， 长春理工大学本科毕业设计 14 或称旋转式导向。通常依据刀具导向部分的直径 d 和刀具转速 n 折算出导向的 线速度 v，其中m/min，在结合加工部位的尺寸精度，工艺方法和刀具 nd 1000 v = 的具体工作条件来选择导向的类型、形式和结构。 4）加工螺纹时，常采用攻螺纹靠模装置和攻螺纹卡头及相配套的攻螺纹接 杆，丝锥用相应的弹簧夹头装在攻螺纹接杆上。 4.3.4 初定主轴类型和选择初定主轴类型和选择攻螺纹靠模机构及螺纹卡头攻螺纹靠模机构及螺纹卡头 主轴轴颈及轴端尺寸主要取决于进给力和主轴刀具系统结构。如与刀 杆有浮动连接或刚性连接，主轴则有短悬于主轴和长悬伸钻孔主轴。主轴尺寸 规格应根据所加工螺纹大小，根据,组合机床设计简明手册表 3-5 初选主轴 直径 d，并综合考虑加工精度和具体工作条件，根据表 3-6 和 4-2 选定主轴外伸 长度 L、外径 D 和内径 d1 及相应的刀具接杆莫氏锥度号等其他代号。 由所加工零件的螺纹尺寸，可确定主轴的直径为： 攻 M12 螺纹主轴直径选择25mm。 再由表 3-6 选择25mm 的主轴的外伸尺寸为 115mm，其接杆的莫氏锥度 为 2 号锥度。接杆连接也称为刚性连接，用于单导向进行钻、扩、铰等孔加工。 通用的标准接杆有大小型之分，其规格、尺寸随接杆号不同而不同。选择接杆 主要时决定其号数，应根据攻丝靠模和主轴外伸部分的内孔直径 d1 而定。 主轴箱端面至工件之间的轴向距离时加工示意图上最重要的联系尺寸。必 须从保证加工终了时主轴箱端面到工件端面间距离最小来确定全部刀具、接杆、 导向等与工件之间的联系尺寸，其中，须标注主轴端部外径和内孔径，外伸尺 寸，刀具各段长度及直径，导向的直径、长度、配合，工件至夹具之间须标注 工件距导套端面的距离为了缩短刀具悬伸长度与工作行程长度，要求这一距离 越小越好。它取决于两个方面，一是主轴箱上刀具、接杆、主轴等由于相互连 接所需的最小轴向尺寸，如采用麻花钻钻孔时，刀具长度要考虑其螺旋槽尾部 离开导套端面有一定的距离，以备排屑和刀具刃磨后有向前调整的可能。接杆 长度的标准尺寸，各规格均有可选择的范围，设计时通常先按最小长度选取。 二是机床总体布局要求的联系尺寸。设计时要综合考虑 两者的因素。 由表 4-2 选择攻丝靠模的型号： 25mm 的主轴：攻丝靠模规格代号为 2。 攻螺纹靠模装置用于同一方向纯攻螺纹工序。由攻螺纹主轴箱和攻螺纹靠 模头组成。靠模螺母和靠模螺杆是经过磨制并精细研配的，因此螺孔加工精度 较高。靠模装置结构简单，制造成本低，并能在一个攻螺纹装置上方便地攻制 不同规格的螺纹，且可各自选用合理的切削用量。目前应用很广泛。 若在一个主轴箱工完成攻螺纹的同时还要完成钻孔等工序时，就要采用攻 螺纹模板攻螺纹，即只需在主轴箱的前面附加一个专用的活动攻螺纹模板，即 长春理工大学本科毕业设计 15 可完成攻螺纹工序。 组合机床上攻螺纹，是由主轴系统带动丝锥实现主运动和进给运动，即螺 纹锥每转一转的同时，丝锥向前进给一个螺距，当丝锥攻入螺孔 12 扣之后，P 丝 丝锥便自行引进，主运动和进给运动之间严格的相对运动关系由丝锥保证。丝 锥每转进给量（螺距）与靠模螺母或与整个主轴箱进给量的差异由攻螺纹靠模 机构补偿。攻螺纹主轴系统的主运动由主轴箱主轴传动。进给运动是通过攻螺 纹机构来实现，用来组成攻螺纹靠模装置的攻螺纹机构称为第 II 类攻螺纹靠模。 由加工部位的螺纹尺寸为 M12,所以选择第二类攻丝靠模。这类靠模不需用攻螺 纹卡头，丝锥直接装入心杆（用涨套或紧定螺钉夹持） ，轴向尺寸较小。使用时 尽量选择较小的 L 和较大的值，以减小丝锥和工件螺纹底孔间的同轴度误差。 0 L 同时还应计算靠模杆尾部伸入主轴孔内的最大重合长度（其值不能使靠模杆 1 L 和主轴孔底相碰）和最小重合长度（核算此值应能保证弹簧键的工作部分不脱 开主轴） 。当靠模杆退回原位，而滑台工作进给到终点时，靠模杆的尾柄与主轴 孔的重合长度为最大。有时，靠模杆尾柄与主轴孔的最小重合长度并不出现在 靠模杆攻螺纹至前端，而是出现在滑台退到原位时，则需验算在原位时靠模杆 在主轴孔内的重合长度能否保证机构的正常工作。 攻螺纹装置在组合机床上由固定式、装在手动滑板上和装在滑动台上三种 安装方式。如果攻螺纹靠模的行程能满足加工要求，工件的装卸和丝锥的更换 又很方便时，则可将攻螺纹装置安装在固定的侧底座上组成“固定式”的攻螺 纹机床。攻螺纹行程控制机构是组合机床的一个通用部件，用于控制攻螺纹工 作循环。常有的有回转式或直线式两种形式。 4.4 动力动力部件工作循环及行程的确定部件工作循环及行程的确定 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。有时还有中间还会有停止、多次往复进给和跳跃进给等其他特殊要 求。本次加工十四个孔，精度要求不高，故而采用一般的钻削加工。其工作循 环只需要快进，工进，快退三个步骤来完成。 工作行程长度 L 工的确定：工作进给长度 L 工应等于工件加工部位的长度 L 与刀具切入长度和切出长度之和，即=+L+.切入长度 L1 根据工 1 L 2 LL工 1 L 2 L 件端在 510mm 之间选择，具体还要视工件端面的误差情况来确定。长度 2 L 的确定见表 4-3。 表 4-2 切出长度的确定 2 L 工序名称钻孔扩孔铰孔镗孔攻螺纹 长春理工大学本科毕业设计 16 切出长度 2 L ）83( 3 1 +d 10151015510 5+L切 由此工进长度=73mm。快速退回长度等于快速进长度、工作进给长度、L工 切出长度三者之和，其中快速引进长度按具体加工情况确定。通常，在采用固 定式夹具的钻、扩、铰孔专用机床上，快速退回行程长度须保证所有刀具均退 至夹具导套内而不影响工件的装卸。假如刀具的刚性较好，且能够满足生产率 的要求，为了使动力滑台导轨在全行程上均匀磨损，也可使快退行程长度加大。 动力部件总行程长度。动力部件的总行程除了要保证要求的工作行程外， 还要考虑装卸和调整刀具的方便，即要考虑前、后备量。前备量是指因为刀具 的磨损或补偿制造、安装误差，动力部件尚有可向前调节的距离。后备量是考 虑刀具从接杆或接杆连同刀具一起从主轴孔内取出所需的轴向距离。 动力部件 的总行程为快退行程长度与前后备量之和。并依次作为选择标准动力滑台的依 据。 图 4-2 工作台工作循环总过程示意图 图 4-3 加工示意图 4.5 组合机床联系尺寸总图组合机床联系尺寸总图的设计的设计 机床联系尺寸图是以被加工