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机械类 组合 机床 毕业设计 论文 cad

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摘 要机械制造业是一个国家经济发展的重要支柱。而制造业的生产能力主要取决于制造装备机床的先进程度。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。本文对离合器压盘螺纹孔的加工工艺进行了详细的分析，就其孔的加工提出了“一次装夹，单工位加工，达到产品图样的精度要求”的思路。根据这一思路设计了四轴头单工位攻丝组合机床。该组合机床由立柱、立柱底座、中间底座、液压滑台、动力箱、多轴箱等组成。本文对各部分的设计进行了详细的计算和论证。关键词 组合机床,离合器压盘,主轴箱,夹具IABSTRACTThe machinery Manufacture is an important pillar of economic development in a country. While the capability of production in trade of manufacture mostly depends on the advanced producing equipmentmachine tool .modular machine tools have advantages of high efficiency and low cost. It is widely used in large batch production and can be consisted automatic production line This paper analyzes the manufacturing process detail of threading holes of a disc. The idea is once clamping the work. The accuracy can be satisfied the demand of drawing. According above idea, the 4-spindle modular machine tool has been designed. This paper presents the design and calculating of each part of this machine tool.Key words Modular machine tool, Clutch plate33目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 机床在国民经济的地位及其发展简史11.2 组合机床的国内、外现状21.2.1 国内组合机床现状31.2.2 国外组合机床现状41.3 机床设计的目的、要求51.3.1 设计的目的51.3.2 设计要求52 总体方案设计62. 工艺方案62.2 配置形式62.2.1 确定组合机床的配置形式和结构方案62.3 “三图一卡”的编制72.3.1.被加工零件图72.3.2 加工示意图82.3.3 绘制加工示意图的有关计算82.3.5 机床联系尺寸图122.3.6 生产率卡163.主轴箱设计203.1 绘制主轴箱设计原始依据图203.2主轴结构形式的选择及动力计算223.2.1初步确定齿轮模数223.2.2主轴箱的动力计算223.3传动系统的设计与计算233.3.1传动系统设计233.3.2 验算各主轴转速243.4主轴箱的坐标计算253.4.1 计算各传动轴的坐标253.4.2绘制坐标检查图253.5 主轴箱总图设计263.5.1 主视图和侧视图263.5.2 展开图273.5.3主轴和传动轴装配表274 夹具设计294.1 机床夹具的概述294.1.1 机床夹具的组成294.1.2 机床夹具的类型294.2 工件的定位和夹具的定位设计294.3 夹紧方案的设计29结论31参考文献32致谢331 绪论1.1 机床在国民经济的地位及其发展简史现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量产品，日益广泛的使用各种机器、仪器和工具等技术设备与装备。为制造这些技术设备与装备，又必须具备各种加工金属零件的设备，诸如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。由于机械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法来达到，特别是形状复杂、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在机床上经过几道甚至几十道切削加工工艺才能完成。因此，机床是现代机械制造业中最重要的加工设备。在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量，约占机械制造总工作量的40%60%，机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性，进而决定着国民经济的发展水平。可以这样说，如果没有机床的发展，如果不具备今天这样品种繁多、结构完善和性能精良的各种机床，现代社会目前所达到的高度物质文明将是不可想象的。一个国家要繁荣富强，必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，这就需要一个强大的机械制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备，即各种机器、仪器和工具等。然而，一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾。机床工业是机械制造业的“装备部”、“总工艺师”，对国民经济发展起着重大作用。因此，许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高，使本国国民经济的发展建立在坚实可靠的基础上。机床是人类在长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上生产的，并随着社会生产的发展和科学技术的进步而渐趋完善。最原始的机床是木制的，所有运动都是由人力或畜力驱动，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它们实际上并不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床，是在18世纪中叶才开始发展起来的。当时，欧美一些工业最发达的国家，开始了从工场手工业向资本主义机器大工业生产方式的过渡，需要越来越多的各种机器，这就推动了机床的迅速发展。为使蒸汽机的发明付诸实用，1770年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内孔用的镗床。1797年发明了带有机动刀架的车床，开创了用机械代替人手控制刀具运动的先声，不仅解放了人的双手，并使机床的加工精度和工效起了一个飞跃，初步形成了现代机床的雏型。续车床之后，随着机械制造业的发展，其他各种机床也陆续被创制出来。至19世纪末，车床、钻床、镗床、刨床、拉床、铣床、磨床、齿轮加工机床等基本类型的机床已先后形成。上世纪初以来，由于高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继出现，刀具切削性能不断提高，促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方向发展。与此同时，由于电动机、齿轮、轴承、电气和液压等技术有了很大的发展，使机床的转动、结构和控制等方面也得到相应的改进，加工精度和生产率显著提高。此外，为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求，机床品种的发展也与日俱增，例如，各种高效率自动化机床、重型机床、精密机床以及适应加工特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世。50年代，在综合应用电子技术、检测技术、计算技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上发展起来的数控机床，使机床自动化进入了一个崭新的阶段，与早期发展的仅适用于大批大量生产的纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比，它具有很高柔性，即使在单件和小批生产中也能得到经济的使用。综观机床的发展史，它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展，并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的，现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展。我国的机床工业是在1949年新中国成立后才开始建立起来的。解放前，由于长期的封锁统治和19世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。至解放前夕，全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂，制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等；1949年全国机床产量仅1000多台，品种不到10个。解放后，党和人民政府十分重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢复时期，就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂；在随后开始的几个五年计划期间，又陆续扩建、新建了一系列机床厂。经过50多年的建设，我国机床工业从无到有，从小到大，现在已经成门类比较齐全，具有一定实力的机床工业体系，能生产5000多种机床通用品种，数控机床1500多种；不仅装备了国内的工业，而且每年还有一定数量的机床出口。我国机床行业的发展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，与世界先进水平相比，还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要，为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力，必须深入开展机床基础理论研究，加强工艺试验研究，大力开发精密、重型和数控机床，使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列。1.2 组合机床的国内、外现状世界上第一台组合机床于1908年在美国问世，30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。1.2.1 国内组合机床现状我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份，组合机床行业企业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。行业企业产品结构的变化组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003年生产数控机床890台，产值16187万元，生产加工中心148台，产值5770万元；2004年生产数控机床985台，产值25838万元，生产加工中心159台，产值7099万元；而2005年，截至4月份，数控机床、加工中心、产值已接近2003年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。行业企业的快速转变“九五”后期，在组合机床行业企业的50多家组合机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从2001至2002年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后，焕发勃勃生机。”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。组合机床技术装备现状与发展趋势组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化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，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的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的箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），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，以及铣削平面和成型面等。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，还有多工位回转台组合机床等；随着技术的不断是进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受人们是亲昧，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）、数字控制（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、机床辅机等在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。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，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，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。1.2.2 国外组合机床现状80年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势是：广泛应用数控技术国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。发展柔性技术80年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面组合机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。1.3 机床设计的目的、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 设计要求评价机床性能的优劣，主要是根据技术经济指标来判定的。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。机床设计的技术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。2 总体方案设计2. 工艺方案根据工件示意图，工件材料HT2040，HB170241。该零件主要是在工件单面进行多孔加工，属大批量的中、小零件加工，因为是只完成攻丝工序，所以选择单工位组合机床。工件安装在机床的固定夹具里，夹具和工件都固定不动。因为被加工零件直径较大，厚度却较小。所以选择立式机床。机床工作循环如下：上料工件夹紧滑台快进滑台锁紧主轴启动攻丝靠模带动丝锥工进主轴反转进给滑台快退丝锥后退滑台快退工件松开下料本设计是攻丝这一单一工序。2.2 配置形式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4个M8螺孔，而且这4个螺孔是沿301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。由于此设计是对4个孔攻丝，用一个工位完成。制定工艺方案1)装卸、夹紧；2)攻丝。2.2.1 确定组合机床的配置形式和结构方案 通常，在确定工艺方案的同时，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。. 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。. 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。. 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。. 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。2.3 “三图一卡”的编制 编制“三图一卡”的工作内容包括：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。“三图一卡”是组合机床总体方案的具体体现。2.3.1.被加工零件图 被加工零件图是根据选定的工艺方案，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。.在被加工零件图上标注的内容有：a）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。b）本工序所选定的定位基准，夹紧部位及夹紧方向。c）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。遵循绘制被加工零件图的规定画出零件图见图2.1。图2.12.3.2 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。在加工示意图在标注的内容有：机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。工件、夹具、刀具及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。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。2.3.3 绘制加工示意图的有关计算.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4个M8螺孔，参照以上要求，依据加工M8螺孔选择M8丝锥。 导向套的选择a) 选择导向类型组合机床加工孔时，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的精度。所以本设计选择固定式导向套。b) 确定导向数量、选择导向参数导向数量应根据刀件形状、内部结构、刀具刚性、加工精度及具体加工情况决定。通常对于小孔加工用单个导向加工。 导向的主要参数包括：导套的直径及公差配合，导套的长度、导套离工件端面的距离等。导套的直径为8mm，导套长度为（24）=1632，取16导套到工件端面的距离=8（工件材料为铸铁时） 初定切削用量查表2.1攻丝切削速度：表2.1加工材料铸铁钢及其合金铝及其合金切削速度（米/分）2.551.55515 因为加工材料是铸铁，所以初选v为3米/分。 由 计算出=119.37 各主轴转速（转/分） 各主轴进给量（毫米/转）丝锥每分进给量（毫米/分）得到 =119.37 切削功率查组合机床设计书表3-19，3-20，3-21，3-22。得：加工M8螺纹，被加工材料是铸铁时，攻丝主轴的直径是17 ，扭矩是5000由此得：=0.192初定主轴类型、尺寸、外伸长度和选择接杆、浮动卡头a)主轴类型主轴型式主要取决于进给抗力和主轴-刀具系统结构上的需要。主轴尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削扭矩M，查组合机床设计书表3-19，3-20，3-21，3-22。得：加工M8螺纹，被加工材料是铸铁时，攻丝主轴的直径是17mm，扭矩是5000主轴类型为前后支承均为圆锥滚子轴承的主轴。攻丝靠模规格为1。主轴外伸选长主轴。，接杆莫氏圆锥号为1。b) 接杆连接 选择接杆主要是决定其号数，应根据刀具莫氏锥号和主轴外伸部分的内孔直径d1而定。选择接杆1（接杆1-L T0635-41，螺母23 T0642-41，垫22 T0654-41，平键420 GB1096-72）.c) 攻丝卡头和攻丝靠模装置 攻丝卡头主要型式：丝锥超前进给的单向补偿攻丝卡头和主轴超前进给的单向补偿攻丝卡头。选主轴超前进给的攻丝卡头。 攻丝靠模装置的原理是“自引法”攻丝。选通用的TO281型攻丝靠模装置。这种装置易于调整。图2.2 攻丝靠模装置如图2.2所示，攻丝靠模装置由靠模杆1、靠模螺母7及支承套筒2等元件组成。丝锥通过心杆和攻丝卡头8装在靠模杆1的前端。靠模杆的中部支承在衬套4上，并与靠模螺母7相啮合。靠模杆的尾部与攻螺纹主轴相连接。攻螺纹主轴借助双键将主运动传给靠模杆，靠模杆随着转动可在主轴孔内移动一段距离，即攻螺纹靠模的工作行程。套筒装在靠模头前壁上，并用两个压板3固定，两个压板之连的布置角度决定于多轴箱的主轴数和主轴的分布情况。靠模螺母借助结合子6与套筒相连接，当靠模杆回转时，因靠模螺母固定不动而迫使靠模杆向前进给，并推动丝锥切人工件。带丝锥遇故障使靠模杆不能前进时，转矩增大导致压板打滑靠模螺母跟随靠模杆同步回转而停止进给，避免机构或丝锥损坏。所以装配时压板的压力要适当。 为了保证丝锥稳定可靠地攻入工件，又不干扰丝锥的自行引进，应使靠模杆每转进给量与丝锥的自行引进量一致，即保证靠模杆螺距与丝锥螺距名义尺寸相同。而靠模螺距和丝锥螺距的制造误差，可以通过套筒2内压簧5和配用攻螺纹卡头的方法进行补偿。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到原始位置的动作过程。工作进给长度应等于工件加工部位长度与刀具切人长度和切出长度之和。因为是盲孔，所以=0，=510=10,=12-4=8，再多加上一部分余量，得工件进给长度=18快退长度等于快速引进与工件进给长度之和。快速引进是指动力部件把主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。快退138=120+18动力部件总行程长度除了应保证要求的工作循环工作行程外，还要考虑装卸和调整刀具方便，即前后备量。总行程138+82=220 图2.3 加工示意图2.3.5 机床联系尺寸图 一般来说，组合机床是由标准的通用部件动力滑台，动力箱，各种工艺切削头，侧底座，立柱，立柱底座及中间底座加上专用部件主轴箱，刀、辅具系统，夹具，液、电、冷却、润滑、排屑系统组合装配而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系，以检验机床各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求；通用部件的选择是否合适；并为进一步开张主轴箱、夹具设计提供依据。动力滑台的选择通常根据滑台的驱动方式所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素来选用合适的滑台。初选1HY型液压滑台：a) 选择动力滑台及附属部件根据动力滑台中，液压滑台与机械滑台的优缺点的比较：快进转工进时，转换位置精度较低且考虑到过载保护方面的原因，选择液压滑台，根据前面计算得到的动力滑台每分钟进给量应比滑台的最小进给量大50%，选择1HY25型系列液压滑台。具体液压滑台的主要技术参数见下表2.2：表2.2型号台面宽台面长行程进给力快进速度最小进给量1HY25250 500400100001025根据1HY25系列液压滑台，选择该系列滑台的附属部件、支承部件以及配套设施部件，经过查组合机床设计简明手册可知，如下表2.3所示：表2.3部件型号立柱滑台侧底座立柱侧底座1HY251HY25M1HY25GABAB2504001CL251CL25M1CC2511CC2521CC251M1CC252M1CD2511CD2521CD251M1CD252M由于该机床所选择的加工方式是立式单面，则该液压滑台的配置型式为立式。其具体配置时联系尺寸以及相关部件的位置关系根据组合机床设计简明手册中表53来确定，相关的图纸亦见参考书。b) 确定进给速度液压滑台是靠液压系统中变量叶片泵供油，进口节流调速来实现液压滑台的工作进给速度在一定范围内的无级调节。液压在确定刀具的切削用量是所规定的工作进给速度应大于滑台最小进给速度，1HY型滑台为无级变速，工作进给速度为4800范围内快速移动速度为定值。则选取滑台的型号为 1HY25型 c) 确定滑台进程 由于滑台的行程除保证足够的工作行程外还应留有前备量和后备量。前备量的作用是使动力部件有一定的向前移动的余地，以弥补机床的制造误差及刀具磨损后能向前调整，前备量一般取值范围为1020 本设计取前备量为20，后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地以方便装卸刀具，后备量一般不小于4050本设计取为50 所以总行程为：工作行程+前备量+后备量=138+20+62=220 动力箱的选用 动力箱主要依据主轴箱所需的电动机功率来选用。主轴箱所需的电动机功率为主=切+空+附切=4=40.192=0.768空可根据轴的直径及转速查资料，得0.008附是所传功率的1%。得P主=0.784估算主=0.90查组合机床设计简明手册，选择1TD40型动力箱。电动机型号Y100L-6，电动机功率3.0，电动机转速960，驱动轴转速为480，动力箱输出轴至箱底面高度为170. 确定装料高度装料高度是指及穿个上工件的定位基准面到地面的垂直距离。我国过去设计组合机床一般取装料高度 H=850。为提高通用部件及支撑部件的刚度并考虑自动线设计时中间底座内袄安装夹具输送、冷却排屑装置，新颁布的组合机床标准推荐装料高度H=1060，与国际标准（ISO）一致。在现阶段，设计组合机床时，装料高度视具体情况在H=850 1060之间选取。本机床装料高度取H=935。 确定夹具轮廓尺寸根据工件尺寸和形状，考虑工件的定位件、夹紧机构、刀杆导向装置的要求空间；并应满足排屑和安装的需要夹具底座的轮廓尺寸由与之配合的滑台底座轮廓尺寸，工件的轮廓尺寸形状，具体结构为：底座直径为700，高为356。 中间底座轮廓尺寸中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面安装连接的需要。其长度方向尺寸要根据所选动力部件（滑台和滑座）及其配套部件（侧底座）的位置关系，照顾各部件联系尺寸的合理性来确定。非常重要的是，一定要保证加工终了位置时，工件端面至主轴箱前端面的距离不小于加工示意图上要求的距离。同时，要考虑动力部件处于加工终了位置时，主轴箱与夹具轮廓间应有便于机床调整、维修的距离。为便于切屑及冷却液回收，中间底座周边须有足够宽度的沟槽。因此，中间底座采用侧底座1CC32。 初步确定多轴箱轮廓尺寸 标准中规定立式配置的多轴箱总厚度为340 宽度和高度按标准尺寸系列表选取，通用主轴箱箱体的前盖厚度为70，基型后盖厚度为90，其余三种后盖厚度为50，100，125，绘制机床联系尺寸图时，着重要确定的尺寸是主轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度。主轴箱宽度B、高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按下式确定：B=b+2bH=+式中：b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（）； 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（）； 工件在高度方向相距最远的两孔距离（）； 最低主轴高度（）。b和h为已知尺寸。为保证主轴箱由排布齿轮的足够空间，取 =100。主轴箱最低主轴高度须考虑到与工件最低孔位置、机床装料高度（H=900 ）、滑台滑座总高（=250）、侧底座高度（560）、滑座与侧底座之间调整垫高度（5）等尺寸之间的关系来确定。对于该组合机床，要保证润滑不致从主轴衬套处泄漏箱外，则：85140 对于本组合机床的设计为： =150若取100毫米，则可求出主轴箱轮廓尺寸为： B=b+2=305+2100=515 H=h+=305+150+100=550.5根据上述计算值，按主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱轮廓尺寸为：BH=630630 机床联系尺寸图的画法和步骤a）画主视图 主视图的图形布置应与实际机床工作位置一致，并应选择适当的比例 。b）画左（右）视图 重点在于表示清楚组合机床各部件在宽度方向的轮廓尺寸及相关位置，配合知识图完成联系尺寸图所要求表达的内容。c）在联系尺寸图上标注尺寸具体的要求是：完整、恰当地标注机床各主要组成部件的轮廓尺寸及相关联系尺寸，应使机床在长、宽、高三个方向的尺寸链封闭。应表示清楚运动部件的原位、终点状态及运动过程情况（可用工作循环图表示），以确定机床最大轮廓尺寸。应注明工件、夹具、动力部件、中间底座对称中心线间的位置关系。应注明电动机的型号、功率、转速及所选标准通用部件的型号规格和其主要轮廓尺寸，并对组成机床的所有部件进行分组编号，作为部件和零件设计的原始依据。在机床各组成部件的设计完成之后，以联系尺寸图为基础进行细化，填加必要的电气、液压控制装置、润滑、冷却、排屑装置等，并加注技术要求等文字说明，便成为机床总图。2.3.6 生产率卡 理想生产率指完成年生产纲领（包括备品及废品率在内）所要求的机床生产率。它与全年工时数有关，一般情况下，单班制生产取2350h，两班制生产取4600h，则本机床的生产率=30.43（件/小时） 实际生产率指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。 = (件/小时)式中：生产一个零件所需要的时间（min），它可根据下式计算：=+=（+）+（）式中：、分别为刀具第、第工作进给行程长度（）；、分别为刀具第、第工作进给量（）； 当工件沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时，动力滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转510转所需时间（）； 总体方案设计图2.4 机床联系尺寸图 分别为动力部件快进、快退行程长度（）；动力部件快速行程速度。采用机械动力部件取56；液压动力部件取310；直线移动或回转工作台进行一次工位转换的时间，一般可取0.1；工件装、卸（包括定位、夹压及清除铁屑等）时间，它取决于工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。根据各类组合机床的统计，一般取0.51.5。则=+=（+）+（）=（+）+（） = =1.2866经过计算得 =46.63经过计算比较，本机床的设计生产率满足理想生产率要求。 机床负荷率当时，计算二者的比值为负荷率根据下表2.3进行比较所得： 表2.3机床复杂程度主轴数负荷率单面或双面15=0.90116400.900.8641800.800.75三面或四面15=0.8616400.860.8041800.800.75本机床的负荷率为 =0.65根据组合机床的使用经验，适宜的机床负荷率为=0.650.75。4 生产率计算卡它是按一定格式编制，反映该零件在机床上加工过程、工作时间、机床生产率、机床负荷率的简明表格。表2.4为该零件加工双面钻组合机床生产率计算卡铸件HB170241工时（分）辅助时间0.50.050.020.51286646.6330.430.65机动时间0.15毛坯种类毛坯重量硬度工序号每分钟进给量（毫米/分）119.37单件总工时机床实际生产率机床理论生产率负荷率每转进给量（毫米/转）1每分钟转速（转/分）11937离合器压盘HT21-40攻螺纹切削速度（米/分）3本机床装卸工件时间取1分工作进程（毫米）13218150加工直径（毫米）被加工零件（个）1图号名称材料工序名称工步名称装人工件工件定位夹紧动力部件快进动力部件工进死挡铁停留动力部件快退松开工件卸下工件被加工零件序号12345678备注 表2.4 主轴箱设计3. 主轴箱设计主轴箱是组合机床的主要部件之一，按专用要求进行设计，由通用零件组成。其主要作用是，根据被加工零件的加工要求，安排各主轴位置，并将动力和运动由电动机或者动力部件传给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向。主轴箱按结构大小分为大型主轴箱和小型主轴箱。按结构特点分为通用（标准）和专用主轴箱。1 通用零件选择本设计选用通用主轴箱。被加工零件最大直径305，所以选择500500T0711-11。（立式）动力箱型号：1TD40A2 箱体类零件主轴箱箱体标准厚度为180,立式的前盖厚度为70（兼作油池）基型后盖厚度为90,变型后盖厚度为50、100、125三种，可根据主轴箱内传动系统安排等合理选用。3 轴类零件a）攻丝主轴：选择前后支承均为圆锥滚子轴承的主轴。（组合机床设计pg83）主轴材料为40Cr钢，热处理C42。b）传动轴：选择攻螺纹用蜗杆轴。传动轴材料为45钢，调质处理T215。c）齿轮：通用齿轮有三种，传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮。材料均为45钢，热处理为齿部高频淬火G54。查通用齿轮的系列参数表。通用的齿轮有三种，即传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮。材料均为45钢，热处理为齿部高频淬火G54。本机床齿轮的选用按照下表3.1选用 3.1 绘制主轴箱设计原始依据图主轴箱是组合机床的重要部件之一，它关系到整个组合机床质量的好坏。主轴箱设计原始依据图，是根据“三图一卡”整理编绘出来的 ，其内容包括主轴箱设计的原始要求和已知条件。本组合机床主轴箱设计的原始依据图应包括的主要内容如下： 在编制下图时从“三图一卡”中已知： （1）主轴箱轮廓尺寸630630 （2）工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸。 （3）工件与主轴箱相对位置尺寸。 根据这些数据可编制出主轴箱设计原始依据图。表3.1齿轮种类宽度（）齿 数模数（）孔径（）数量传动齿轮24321650连续16702、2.5、32、2.5、3、415、20、30、35、4025、30、35、40、50395507动力箱齿轮84（A型）44（B型）21263、425、30、40、5040电机齿轮792126318、22、28、32、3620附表：a） 被加工零件名称：离合器压盘材料：HT21-40硬度：HB170241b) 主轴外伸尺寸及切削用量,见表3.2c） 动力部件1TD40型动力箱，电机功率3.0,转速940，驱动轴转速480，驱动轴到滑台表面距离为170，其他尺寸可查动力箱装配图。 表3.2轴号工序内容加工直径（mm）主轴直径 (mm)主轴外伸尺寸D/（mm）L=85(mm)（m/min）(r/min)(mm/r)(mm/min)1、2、3、4攻M8螺纹82030/143119371119373.2主轴结构形式的选择及动力计算3.2.1初步确定齿轮模数初选模数：由下式估算，再通过类比确定 （3032）（）式中：齿轮传递功率（）； 一对齿轮中小齿轮的齿数； 小齿轮的转数（）。由于目前大型组合机床通用的主轴箱中常用的齿轮模数有2、2.5、3、3.5、4等几种，为了便于组织生产，本机床主轴箱中齿轮模数选=2。3.2.2主轴箱的动力计算主轴箱的动力计算，应包括计算主轴箱所需功率和进给力两项。主轴箱所需要的功率，应等于切削功率、空载消耗功率及与负载成正比的功率损失之和，即：=+式中：主轴箱总功率； 各主轴切削功率的总和； 各轴空载消耗功率的总和； 各轴损失功率的总和。式中根据各主轴的切削用量查组合机床切削力及功率计算图得到，的确定可查表4-4。与负载成正比的功率损失，取所传递功率的1%。和的计算在传动结构确定以后才进行。 传动系统确定前按照下式初步估算主轴箱所需功率。 =式中：各主轴切削功率总和；组合机床主轴箱传递效率。由于在加工黑色金属时取=0.80.9；加工有色金属时，取=0.70.8。所以取=0.8。所以 =0.768/0.8=0.96kw取 =1主轴箱所需的进给力，就是动力滑台所需的进给力，按下式计算： =+（N）式中： 、各主轴切削时产生的轴向力，实际上动力滑台的进给力应大于各主轴切削产生的轴向力的总和，这是因为还要克服滑台移动引起的摩擦阻力的缘故。3.3传动系统的设计与计算3.3.1传动系统设计 已知各主轴转速及驱动轴到主轴之间的传动比： 主轴 =119.37转/分 驱动轴 =480转/分各主轴总传动比：=4各轴传动比分配可以将传动比分配为：4=22即传动比为：=2=2采用两根主轴11进行转速的传递。驱动轴到中间传动轴11的传动比及齿轮分配=2经过初步排齿轮，取驱动轴到中间传动轴11的距离为172.5（Y方向距离172.5） =172.5 =2代入公式 A=得（）=172.5 =2解得： =66 则 =132齿11轴同时作为手柄轴。中间传动轴11到各攻丝主轴的传动比及齿轮分配 =2R=152.5 =2代入公式 A=得（）=152.5=2解得：=102 齿 =51 齿3.3.2 验算各主轴转速：=480120转/分 转速相对损失约为0.5%，在5%以内，符合设计要求。由于润滑器件的位置度没有较高的要求，所以在设计时就不需要和传动轴、中间轴齿轮那样设计。该组合机床采用R12-2型叶片泵，由中间轴12，经过一对齿轮传递给叶片泵，其具体的配对形式为： 480=360转/分3.4主轴箱的坐标计算坐标计算是组合机床主轴箱设计中的一个特殊问题，就是根据已知的驱动轴和主轴的位置及传动关系，计算出中间传动轴的坐标，以便在绘制主轴箱体零件加工图时，将各孔的坐标尺寸完整地标注出来，并用以绘制坐标检查图，作为对传动系统设计的全面检查。3.4.1 计算各传动轴的坐标加工基准坐标架的选择及确定各轴坐标坐标架的横轴（X轴）选在箱体的底面，纵轴（Y轴）通过定位销钉孔。绘出各主轴及驱动轴的坐标坐标原点确定以后，根据主轴箱设计依据原始图，在基准坐标架XOY上绘出各主轴及驱动轴的坐标，主轴坐标计算精度要求到小数点后第三位，如果被加工零件孔距尺寸要求带有公差，则需要把公差考虑进去，使主轴的名义尺寸恰好在公差带的中央；而本组合机床加工的零件的大部分尺寸不带公差，即使带公差也是正负公差，所以不需要考虑公差，该主轴箱各主轴坐标见图及下表3.1：表3.10销10销1轴XYXYXY005800397.5419.52轴3轴4轴XYXYXY182.5419.5182.5204.5397.5204.5轴11轴12轴XYXYXY290140290312.5290392.53.4.2绘制坐标检查图绘制坐标检查图及传动关系检查图，用以检查传动系统设计的正确性。通过齿轮啮合，检查坐标位置是否正确，检查各零件有无碰撞现象，检查附加机构的位置是否合适等。根据计算得出的各轴坐标，建立箱体坐标，在图上画出各轴所在位置按 1：2画出，画出齿轮的分度圆，标明各齿轮的排数、齿数、模数，绘图顺序为：1 画出选定的外轮廓尺寸，并根据坐标计算选定的基准坐标架，画出箱体的横纵坐标。 按计算的坐标值，在图上标出各轴的位置，注明轴号、转速等。 画出各轴上的齿轮的分度圆，注明各齿轮齿数、模数等。经过检查检查图，可以得出：该传动系统的设计正确。3.5 主轴箱总图设计主轴箱总图的设计包括绘制主视图、展开图、侧视图以及编制装配表和制定技术条件。3.5.1 主视图和侧视图主视图重要用以表明主轴箱的传动系统、齿轮排列位置，附加机构及润滑油泵的位置，润滑点的配置和各轴的编号。其实只要在原来的传动系统图的基础上，加上润滑系统、轴的编号即可。画出主轴箱轮廓，注上主轴箱联系尺寸等，便完成了主视图，本组合机床的主轴箱总装图见下图。 图3.1 多轴箱主视图3.5.2 展开图 组合机床通用主轴箱与普通机床变速箱相比，一方面主轴多，齿轮啮合关系比较复杂，另一方面主轴箱中各主轴和传动轴及其上的零件大多通用化，且排列是有规律的，因此除很简单的主轴箱外，一般采用简化的展开图并配合装配表来表达主轴箱的装配结构。具体的内容包括： 1）展开图主要表示各轴装配关系，主轴、传动轴、齿轮、隔套、防油套、轴承等的形状和相对位置，图中各零件的轴向尺寸按照比例画出；各轴径向可不按传动关系和展开顺序画。注明齿轮排数，轴的编号，直径和规格。2）对于结构相同的同类型主轴和传动轴，可以只画一根，在轴头上注明相同轴的编号即可。7、8、9、10轴和11轴就是属于此种情况，所以只画出一根轴来表示。3）展开图上完整标注主轴箱的厚度尺寸和与厚度有关的尺寸，主轴外伸部分长度及内、外径，具体的图见下图3.2。图3.2 多轴箱展开图3.5.3主轴和传动轴装配表主轴箱内的零件数量很多，规格不一。把每根轴上的廉价的规格、尺寸和数量用装配表表示，不仅使图形清楚醒目，节省了设计的时间，而且有利于组织生产，装配方便，表的格式和内容见下表3.1：表3.1主轴箱的技术条件在主轴箱总图上应注明主轴箱部装要求，包括：1 主轴箱制造的技术条件2 主轴精度等级3 加入主轴箱的润滑油种类、数量。此外，还要注明必要的设计、装配、检验、调整和使用说明。 夹具设计4 夹具设计 由机械制造工