毕业论文-汽车转向器壳体安装孔钻削加工设计.docx

武汉理工大学毕业设计（论文）武汉理工大学 毕业设计（论文）汽车转向器壳体转臂结合面安装孔 钻削加工工艺装备设计学院（系）： 机电工程学院 专业班级： xxx 专业 xx 班 学生姓名： xxx 指导教师： xxx 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在 年解密后适用本授权书2、不保密囗 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日导师签名： 年 月 日武汉理工大学本科生毕业设计（论文）任务书学生姓名： xx 专业班级： xx指导教师： xx 工作单位： 机电工程学院设计（论文）题目：汽车转向器壳体转臂结合面安装孔钻削加工工艺装备设计设计（论文）主要内容：汽车转向器壳体是汽车结构中的一个主要部件，其加工质量直接影响汽车整车的工作性能。生产批量：70，000件/年，采用组合机床加工1. 汽车转向器壳体加工总体工艺方案设计2. 转向器壳体转臂结合面安装孔钻削加工组合机床设计3. 转向器壳体转臂结合面安装孔钻削加工主轴箱设计要求完成的主要任务：1.查阅不少于10篇的相关资料，其中英文文献不少于两篇，完成开题报告；2.完成不少于2万英文（5000汉字）印刷符，且与选题相关的文献翻译工作；3.完成折合不少于5张1-2#图纸设绘工作量；4.完成一份10000字以上的设计计算说明书，设计计算说明书中涉及参考文献不少于10篇，其中外文文献不少于2篇必读参考资料：汽车构造机械设计手册机械加工工艺人员手册指导教师签名： 系主任签名： 院长签名（章）: 武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告一、目的及意义汽车转向器是汽车的重要组成部分，也是决定汽车主动安全性的关键总成，它的质量严重影响汽车的操纵稳定性。随着汽车工业的发展，汽车转向器也在不断的得到改进，虽然电子转向器已经开始应用，但机械式转向器仍然广泛地被世界各国汽车及汽车零部件生产厂商所采用。此次毕业设计旨在通过汽车转向器壳体的加工工艺设计及部分工序组合机床设计使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这一本科阶段的最后实践环节对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。二、汽车转向器的概念及其未来发展趋势（1）汽车转向器的概念用来改变或保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统(steering system)。汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要。汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。 完全靠驾驶员手力操纵的转向系统称为机械转向系统。借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统。动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。（2）发展趋势转向器生产专业化循环球式转向器在国外实现了专业化生产，同时以专业厂为主，大力进行试验和研究，大大提高了产品的产量和质量。在日本精工公司的循环球式转向器就以成本低质量好产量大等优点，逐步占领日本市场，并向全世界销售它的产品。德国zf公司也作为一个大象转向器专业厂著称于世。它从1948年开始生拆zf型转向器，年产各种转向器200多万台，还有一些诶比较大的转向器生产厂，如美国德尔福公司saginaw分部，英国an公司都是比较有名的专业厂家，都有很大的产量和销售面。专业化生产已经城位一种趋势，只有走这条道路才能是产品质量高、产量大、成本低，在市场上有竞争力。动力转向是发展方向动力转向系统的应用日益广泛，不仅在重型汽车上必须装备，在高级轿车上应用的比较多，在中型汽车上的应用也逐渐推广。主要是从减轻驾驶员疲劳，提高操纵性和稳定性出发，其次是要自从减小因在高速行驶中前轮突然爆胎而造成的事故处罚。虽然带来成本较高和结构复杂等问题，但由于有点明显，还是得到很快的发展。动力转向有三种形式：整体式、半分置式及联阀式动力转向结构。目前三种形式各有特点，发展较快，整体式多用于前桥负荷38t汽车，联阀式多用于前桥负荷5#0,18t汽车，半分置式多用于前桥负荷6t以上到超重型汽车。从发展趋势上看，国外整体式转向器发展较快，而整体式转向器中转阀结构是目前发展的方向。三、基本内容和技术方案(1). 本次毕业设计的主要内容有：汽车转向器壳体加工总体工艺方案设计转向器壳体转臂结合面安装孔钻削加工组合机床设计转向器壳体转臂结合面安装孔钻削加工主轴箱设计(2). 技术方案1.工艺方案设计基准选择 基准面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准面选择的正常、合理，可以保证加工质量，提高生产效率。对于壳体类零件而言一般，以平面作粗基准是合理的。对于本零件来说，选择侧盖面相对的为了加工方便铣出来的凸台作为粗基准。精基准的选择主要考虑基准重合的问题。采用一面两孔作为统一的基准，侧盖面限制了z的移动和xy的转动，固定圆柱销限制了xy的移动，菱形销限制了z的转动。2.各表面加工方法与方案确定根据机械制造工艺设计简明手册选择确定零件各加工表面加工方法与方案如下：加工表面精度等级表面粗糙度加工方案侧盖面it12ra3.2粗铣精铣两端面it12ra3.2粗铣精铣油缸孔it8ra0.4 粗镗精镗滚挤侧盖孔it8ra1.6粗镗精镗侧盖面螺纹孔6h钻孔攻螺纹油缸端面螺纹孔6h钻孔攻螺纹三通孔it8ra12.5钻孔铰孔油封孔it11ra3.2粗镗精镗轴承孔it10ra3.2粗镗精镗切槽it10ra1.6切槽自动卸荷阀孔6h钻孔攻螺纹锥螺纹6h钻孔攻螺纹深孔6h钻孔3.工艺路线确定根据最终确定的加工方案制定工艺路线如下：粗精铣侧盖面铣凸台面，钻镗/铰大梁孔粗镗油缸孔，粗锪油缸孔，粗锪端面粗精镗侧盖孔，精镗油缸孔，铣油缸端面，钻孔车端面，粗精镗轴承油封孔，切槽钻侧盖面4孔钻攻自动卸荷阀孔，铣沉孔钻攻锥螺纹钻深孔攻油缸面4孔攻侧盖面4孔钻攻下腔油孔钻攻上腔油孔铣标记面清洗去毛刺滚挤油缸孔清洗终检。4. 转向器壳体转臂结合面安装孔钻削加工方案转向器壳体转臂结合面安装孔钻削加工是转向器壳体加工总体工艺方案中的一道重要工序,安装孔由五个m10的螺纹孔构成,由于安装对准的需要五个螺纹孔并不呈均匀分布,其加工设备选用组合机床,并设计专用夹具,钻孔刀具选用高速钢标准麻花钻,切削用量f=0.15mm/r;v=15m/min;ap=4mm;主轴转速n=1000v/d=600r/min。5. 转向器壳体转臂结合面安装孔钻削加工组合机床设计：（a）制定工艺方案：选择合适、可靠的工艺方法，粗、精加工要合理安排，工序集中的原则和定位基准及加紧点的选择原则。（b）确定组合机床的配置形式和结构方案：加工精度的影响、工件结构状况的影响、生产率的影响和现场条件的影响。（c）“三图一卡”的编制：被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图及生产率计算卡。6. 转向器壳体转臂结合面安装孔钻削加工主轴箱设计：（a）根据“三图一卡”绘制多轴箱设计原始依据图；（b）确定主轴结构形式及齿轮模数；（c）拟定多轴箱的传动系统；（d）绘制多轴箱总图及零件图：通用多轴箱的总图由主视图、展开图、装配表和技术要求等组成。四、进度安排第13周：广泛查阅有关汽车转向器和钻削加工组合机床及其主轴箱设计方面的资料,并完成开题报告。第45周：完成不少于2万英文印刷符且与选题相关的文献翻译工作。学习掌握并熟练autocad软件的使用方法为作图做准备。第67周：完成转向器壳体加工总体工艺方案设计并开始初步的图纸绘制。第810周：完成转向器壳体转臂结合面安装孔钻削加工组合机床设计。第1113周：完成转向器壳体转臂结合面安装孔钻削加工主轴箱设计。第1415周：对所有图纸进行检查修改并完成一份10000字以上的设计计算说明书，准备答辩。第16周：答辩。五、指导教师意见 指导教师签名：年 月 日目 录摘 要1abstract21 绪论32 汽车转向器壳体加工总体工艺方案设计52.1 零件分析52.1.1 技术要求及生产纲领计算52.1.2 零件的工艺结构分析52.1.3 毛坯的选择52.1.4 主要尺寸分析62.2工艺方案设计62.2.1 基准的选择62.2.2 各表面加工方法与方案确定72.2.3 各加工表面工序间余量工序尺寸的确定72.2.4 制定工艺路线82.3 工序设计93 转向器壳体转臂结合面安装孔钻削加工组合机床设计103.1 组合机床设计方案的制定103.1.1 组合机床工艺方案的制定103.1.2 组合机床切削用量的选择113.1.3 组合机床配置型式选择113.1.4组合机床刀具选择123.2 组合机床“三图一卡”绘制123.2.1被加工零件工序图123.2.2被加工零件加工示意图133.2.3机床联系尺寸图153.2.4机床生产率计算卡164 转向器壳体转臂结合面安装孔钻削加工主轴箱设计194.1 绘制多轴箱设计原始依据图194.2 确定主轴结构形式及齿轮模数选择204.3 传动系统设计204.3.1 传动比分配204.3.2 驱动轴、主轴坐标值计算214.3.3 齿数确定214.3.4 主轴箱坐标验算224.3.5主轴箱的润滑，手柄轴的设置235 结束语24参考文献25致谢26摘 要汽车转向器壳体是汽车结构中的一个主要部件，其加工质量直接影响汽车整车的工作性能。本文从传统的汽车转向器壳体入手，主要分析转向器壳体的总体加工工艺方案,说明转向器壳体转臂结合面安装孔钻削加工组合机床设计的基本过程和要求及其主轴箱设计的基本过程。根据任务书中的技术要求及生产纲领合理分析零件的工艺结构和主要尺寸，确定毛坯类型，选择基准，确定各表面加工方法与方案并制定工艺路线。组合机床是按高度集中原则设计的，即在一台机床上可以同时完成同一种工序或多种不同工序的加工。与传统的机床相比组合机床具有许多优点：效率高、精度高、成本低。它由床身、底座、工作台及动力箱主轴箱等部件根据不同的工件加工所需而设计。多轴箱是组合机床的重要专用部件，根据加工示意图所确定的工件加工孔数及配置、切削用量和主轴类型设计；它能将动力箱的动力传递给主轴，使之按要求的转速和转向旋转，提供切削动力。关键词： 转向器壳体； 工艺方案； 组合机床； 主轴箱abstractthe vehicle steering gear housing is one of the main components of the vehicle structure, the processing quality directly affects the performance of the automobile. start from the traditional automotive steering gear housing, the main analysis of the overall process of the steering gear housing program, the basic process and requirements of the joint surface of the steering gear housing arm mounting hole drilling modular machine tool design and the spindle box the basic process. reasonable analysis of the structure and main dimensions of parts of the process according to the technical requirements of the task book and production program to determine the rough type, choosing a baseline to determine the surface processing methods and programs and to develop a process route. the machine tool is a highly centralized basis, on a machine can complete the same processes or a variety of different processes processing. compared with the conventional machine tool combination machine has many advantages: high efficiency, high precision, low cost. by the bed, base, table and power box spindle boxes and other components according to different workpieces require. multi-axle box is a combination of machine tools, special parts, according to the number and configuration of the workpiece hole processing schematic, cutting parameters and spindle type design; that the power transmission of the power box to the spindle, so that the requirements of speed and steering rotation, cutting power. key words：steering gear housing; process scheme; combination machine; spindle box1 绪论汽车转向系统是用来改变或者保持汽车行驶或倒退方向的一系列装置称为汽车转向系统。汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向器是汽车的重要组成部分，也是决定汽车主动安全性的关键总成，它的质量严重影响汽车的操纵稳定性。随着汽车工业的发展，汽车转向器也在不断的得到改进，虽然电子转向器已经开始应用，但机械式转向器仍然广泛地被世界各国汽车及汽车零部件生产厂商所采用。汽车转向系统分为两大类：机械转向系统和动力转向系统。 完全靠驾驶员手力操纵的转向系统称为机械转向系统。借助动力来操纵的转向系统称为动力转向系统。动力转向系统又可分为液压动力转向系统和电动助力动力转向系统。改革开放以来，我国汽车工业发展迅猛。作为汽车关键部件之一的转向系统也得到了相应的发展，基本已形成了专业化、系列化生产的局面。资料显示，循环球式转向器在国外实现了专业化生产，同时以专业厂为主，大力进行试验和研究，大大提高了产品的产量和质量。在日本精工公司的循环球式转向器就以成本低质量好产量大等优点，逐步占领日本市场，并向全世界销售它的产品。德国zf公司也作为一个大象转向器专业厂著称于世。专业化生产已经城位一种趋势，只有走这条道路才能是产品质量高、产量大、成本低，在市场上有竞争力。动力转向是发展方向。动力转向系统的应用日益广泛，不仅在重型汽车上必须装备，在高级轿车上应用的比较多，在中型汽车上的应用也逐渐推广。主要是从减轻驾驶员疲劳，提高操纵性和稳定性出发，其次是要自从减小因在高速行驶中前轮突然爆胎而造成的事故处罚。虽然带来成本较高和结构复杂等问题，但由于有点明显，还是得到很快的发展。动力转向有三种形式：整体式、半分置式及联阀式动力转向结构。目前三种形式各有特点，发展较快。从发展趋势上看，国外整体式转向器发展较快，而整体式转向器中转阀结构是目前发展的方向。现代汽车转向装置的设计趋势：适应汽车高速行驶的需要；充分考虑安全性、轻便性；低成本、低油耗、大批量专业化生产；汽车转向器装置的电脑化。组合机床是按系列化标准化设计的，由大量的通用部件和少量的专用部件组合的工序集中的高效率专用机床。它能对工件进行多刀,多轴，多面，多工位，同时加工30多年来，我国组合机床通用部件经历了一个从无到有、从点到面、从低到高的逐步发展的历史时期。进入90年代，组合机床行业加快发展，行业的整体实力和新产品的质量及水平有了显著的提高。目前的现状的是：1.组合机床制造技术由过去的以加工为主的单机及自动线想综合成套方向转化。2.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。3.组合机床的开发设计手段由过去的人工设计，转向计算机辅助设计。 组合机床行业虽然取得了较大的进步与发展，但是，在制造技术高速发展的今天，由于基础薄弱，从整体上看，与国外先进水平、与国内用户的要求还存在着一定的差距，主要表现在：产品可靠性较差；可调可变性差；缺少必要的适应多品种加工的新品种；系列化、通用化、模块化程度低，致使制造周期过长，满足不了用户要求。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发展，实现了机床工作程序软件化，工序高度集中，高效短节拍和多种功能的自动监控。主轴箱是机床的重要的部件，是用于布置机床工作主轴及其传动零件和相应的附加结构的。主轴箱采用多级齿轮传动，通过一定的传动系统，经主轴箱内各个位置上的传动齿轮和传动轴，最后把运动传到主轴上，使主轴获得规定的转速和方向。主轴箱传动系统的设计，一级主轴箱内各部件的加工工艺直接影响机床的性能。2 汽车转向器壳体加工总体工艺方案设计2.1 零件分析2.1.1 技术要求及生产纲领计算（1） 零件技术要求1) 铸造抽模角不大于22) 未注明的铸造圆角半径为23) 涂漆4) 当套在f及g表面时，t1端面的摆差不大于0.15) t2端面的不平度不大于0.08（2） 生产纲领的计算产品的年生产量q=70000件/年每台汽车的加工数量n=1，废品率=2%，备品率=2%所以n=qn（1+）（1+）=700001.021.02=72828件/年2.1.2 零件的工艺结构分析该壳体的主要加工面为方向轴端面和转向轴端面以及轴孔和各个端面孔的加工。表面粗糙度最小值为1.6，端面的摆差不大于0.1，方向轴内孔表面摆差不大于0.3，端面的不平度不大于0.08，方向轴和转向轴端面孔的位置准确度为0.25。所有表面加工精度要求都不高，壳体本身结构也不复杂，所以工艺过程也较简单。2.1.3 毛坯的选择该转向器壳体的材料为球墨铸铁，硬度160-210hb。该材料强度高、容易成形、切削性能好、价格低廉，且吸震性和耐磨性也比较好，并有一定的韧性，可用于汽车的转向器壳体的制作。毛坯种类的确定是与零件的结构形状、尺寸大小、材料的力学性能和零件的生产类型直接相关的，另外还和毛坯车间的具体生产条件相关。铸件包括铸钢、铸铁、有色金属及合金的铸件等。铸件毛胚的形状可以相当复杂，尺寸可以相当大，且吸震性能好，但铸件的力学性能较差。在大批量生产中，常采用精度和生产率高的毛坯制造方法，如金属型铸造，并采用机器造型，可以使毛坯的形状接近于零件的形状，因此可以减少切削加工用量，从而提高材料的利用率，降低了机械加工成本。2.1.4 主要尺寸分析（1） 转向轴孔尺寸41+0.05，孔内表面粗糙度为6。（2） 转向轴端面孔尺寸110+0.054，孔内表面粗糙度为4（3） 转向轴端盖螺纹孔尺寸5-m10-2孔，位置准确度为0.25，孔深25，螺纹深16。（4） 转向轴外圆柱表面尺寸65-0.064，表面粗糙度为4（5） 方向轴孔尺寸44+0.05，孔内表面粗糙度为6。（6） 方向轴端面孔尺寸72+0.046，孔内表面粗糙度为6。（7） 方向轴端盖螺纹孔尺寸4-m10-2孔，位置准确度为0.25，孔深25，螺纹深162.2工艺方案设计2.2.1 基准的选择基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正常、合理，可以保证加工尽量，提高生产效率。否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件的大批报废，使生产无法进行。工件在机床上用夹具进行夹紧加工时，用来决定工件相对于刀具位置的工件表面上的点、线、面称为定位基准。定位基准分为粗基准和精基准。（1） 粗基准的选择按照有关粗基准的选择原则，即当零件上有一些不需要进行机械加工，且不加工表面与加工表面之间具有一定的相互位置精度要求时，应以不加工表面中与加工表面相互位置精度要求较高的不加工表面作为粗基准。对于壳体类零件而言，一般以平面作粗基准是合理的。对于本零件来说，选择转向轴端盖端面相对的为了加工方便铣出来的凸台作为粗基准。（2） 精基准的选择精基准的选择有四大原则，即基准重合、基准统一、互为基准、自为基准原则。精基准的选择主要考虑基准重合的问题。为了便于保证壳体上孔与孔、孔与平面及平面与平面之间较高的位置精度要求，壳体类零件应遵循“基准统一”的原则选择精基准，使具有位置精度要求的大部分表面能用同一个精基准定位加工。我采用“一面两孔”作为同意的基准，转向轴端面限制了z的移动和xy的转动，固定圆柱形限制了xy的移动，菱形销先知了z的的转动。同时，定位平面是零件的设计基准，这样，既符合基准同意原则，又符合基准重合原则。2.2.2 各表面加工方法与方案确定根据机械制造工艺设计简明手册选择确定零件各加工表面加工方法与方案如下加工表面表面粗糙度加工方案转向轴端面ra12.5粗铣精铣转向轴端盖面ra6.3粗铣精铣方向轴端盖面ra1.6粗铣精铣转向轴65外表面ra6.3粗车精车转向轴41、54孔ra1.6粗镗精镗转向轴110孔ra6.3粗镗精镗方向轴44孔ra1.6粗镗精镗方向轴72孔ra1.6粗镗精镗转向轴端盖面螺纹孔钻孔攻螺纹转向轴方向13孔钻孔扩孔方向轴端盖面螺纹孔钻孔攻螺纹2.2.3 各加工表面工序间余量工序尺寸的确定通过毛坯的确定以及查手册来确定工序间余量、表面粗糙度以及尺寸公差等，如下表所示：工序名称工步工序间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间尺寸、公差/mm经济精度表面粗糙度ra/m转向轴端面精铣0.5it812.5133133粗铣2it1225134134毛坯ct8138138转向轴端盖面精铣0.5it86.354540.1粗铣2it1212.555550.3毛坯ct859591.1方向轴端盖面精铣0.5it71.61511510.2粗铣2it113.21521520.6毛坯ct81561561.4转向轴65外表面精车0.5it86.36565-0.06粗车2it1212.565.565.5+0.14毛坯ct867.567.5+0.94转向轴41孔精镗0.3it71.64141+0.05粗镗1.5it113.240.740.7-0.01毛坯ct839.239.2-0.61转向轴54孔精镗0.3it71.65454-0.06+0.06粗镗1.5it113.253.753.7-0.12毛坯ct852.252.2-0.72转向轴110孔精镗0.5it86.3110110+0.054粗镗1.5it1212.5109.5109.5-0.946毛坯ct8108108-1.546方向轴44孔精镗0.3it71.64444+0.05粗镗1.5it113.243.743.7-0.01毛坯ct842.242.2-0.61方向轴72孔精镗0.3it71.67272+0.046粗镗1.5it113.271.771.7-0.014毛坯ct870.270.2-0.614转向轴端盖面m10螺纹攻螺纹6h3.2m10m10钻8孔it1212.588转向轴方向13孔钻12孔it1212.51212扩13孔it1112.513132.2.4 制定工艺路线根据最终确定的加工方案制定工艺路线如下：粗精铣侧盖面铣凸台面，钻镗/铰大梁孔粗镗油缸孔，粗锪油缸孔，粗锪端面粗精镗侧盖孔，精镗油缸孔，铣油缸端面，钻孔车端面，粗精镗轴承油封孔，切槽钻侧盖面4孔钻攻自动卸荷阀孔，铣沉孔钻攻锥螺纹钻深孔攻油缸面4孔攻侧盖面4孔钻攻下腔油孔钻攻上腔油孔铣标记面清洗去毛刺滚挤油缸孔清洗终检。2.3 工序设计根据本人题目要求，特对转向器壳体转臂结合面安装孔钻削加工工步进行设计。钻8螺纹底孔及13孔1) 加工设备：组合机床2) 工装：游标卡尺，钻头3) 切削要素：（8孔）主轴转速n=600r/min 进给量f=0.15mm/r 切削速度v=15m/min 背吃刀量ap=4mm进给速度vf=90mm/min（13孔）主轴转速n=400r/min 进给量f=0.15mm/r 切削速度v=16.3m/min 背吃刀量ap=6.5mm进给速度vf=60mm/min3 转向器壳体转臂结合面安装孔钻削加工组合机床设计在组合机床上可以完成很多工序，但就目前使用的大多数组合机床来说，则主要用于平面加工和孔加工两大类工序。本文设计组合机床用于孔加工；本部分通过了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹紧情况、生产效率及机床的结构特点等，确定在组合机床上完成的工艺内容及加工方法，并绘制被加工零件工序图。确定机床各部件之间的相互关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量及机床生产效率、绘制机床的加工示意图及尺寸联系图，并填写生产率计算卡。3.1 组合机床设计方案的制定3.1.1 组合机床工艺方案的制定组合机床用于钻削转向器壳体转臂结合面上的安装孔，并且要达到其加工精度。为了满足其加工精度的要求，我们首先要对加工的零件做工艺方案的分析，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、结构简单、效率高、质量好”的要求。(1)加工工序和加工精度被加工零件需要在组合机床上完成的工序及加工精度，是制定机床工艺方案的主要依据。本组合机床为钻孔：5个孔（4个8孔、1个13孔）孔的精度：it12(2)被加工零件特点工件硬度：hb 160210材料：球墨铸铁铸件(3)工件生产方式被加工零件的生产批量的大小，对机床工艺方案制定也有影响。转向器壳体的粗加工、半精加工、精加工分别在不同的机床上进行。这样，机床虽然多一些，但由于生产批量很大，从提高生产率、稳定保证加工精度的角度来讲仍然是合理的。技术要求要求生产纲领为70，000件/年。加工该孔时，要求位置准确度为0.25。根据组合机床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5个孔，孔径分别为8和13。定位基准及夹紧点的选择加工此汽车转向器壳体转臂结合面安装孔，以转臂结合面、方向轴端面及110的孔（两面一孔）限制六个自由度。在保证加工精度的情况下，提高生产效率减轻工人的劳动量，而工件也是大批量生产，由于夹具在本设计中没有考虑，因此在设计时就认为是人工夹紧。3.1.2 组合机床切削用量的选择组合机床的正常工作与合理地选用切削用量，即确定合理的切削速度、工作进给量和切削深度，有很大关系。切削用量选择适当，能使组合机床以最少的停车损失，最高的生产效率，最长的刀具寿命和最好的加工质量，也就是多快多省地进行生产。组合机床钻孔时的切削用量的选择与加工精度及刀具的材料有很大关系。在确定切削用量时应注意的问题如下：(1)尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能；(2)复合刀具切削用量选择，应考虑刀具的使用寿命；(3)选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响；(4)切削用量选择应有利于多轴箱设计；(5)选择切削用量时，还必须考虑所选动力滑台的性能。考虑以上问题根据工件参数查切削用量表可知，切削速度选择范围为1018m/min，进给量选择范围为0.100.18mm/r，钻孔背吃刀量根据钻头直径确定。对进给量的选取，考虑到工件系球墨铸铁件，材质较差，可选用较低的数值，即取f=0.15mm/min。对8孔，选取切削速度v=15m/min，背吃刀量ap=4mm，主轴转速n=1000v/(d)=600r/min,进给速度vf=fn=0.15600=90mm/min。对13孔，选取切削速度v=16.3m/min，背吃刀量ap=6.5mm，主轴转速n=1000v/(d)=400r/min,进给速度vf=fn=0.15400=60mm/min。3.1.3 组合机床配置型式选择（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应保证的加工精度是制造机床方案的主要依据。汽车转向器壳体转臂结合面安装孔的加工精度要求不高，可采用钻孔组合机床，工件各孔间的位置精度为0.25，它的位置精度要求不是很高，安排加工时可以在一个安装工位上对所有孔进行最终精加工。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，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，人工加紧。（2）被加工零件的特点这主要指零件的材料、硬度及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。一般的汽车转向器壳体的材料是球墨铸铁，硬度为160-210hb，孔的直径为8和13。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。一般来说，孔中心线与定位基准面平行且需由一面或几面加工的箱体宜用卧式机床，立式机床适宜加工基准面是水平的且被加工孔与基准面垂直的工件，而不适宜加工安装不方便或高度较大的细长工件。对大型箱体件采用单工位机床加工较适宜，而中小型零件则多采用多工位机床加工。此零件的加工特点是中心线与定位基准平面是平行的，因而适合选择卧式机床。（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7万件，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车间布置情况、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：通过对汽车转向器壳体的结构特点、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，最终决定设计五轴头同步卧式组合机床。3.1.4组合机床刀具选择汽车转向器壳体的硬度在160-210hb，加工孔径为8和13，刀具的材料选择高速钢钻头（w18cr4v），为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择8和13的标准麻花钻。3.2 组合机床“三图一卡”绘制组合机床的总体设计，就是针对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，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，机床联系尺寸图，生产率计算卡。3.2.1被加工零件工序图1.被加工零件工序图的作用及内容被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容，加工部分的尺寸及精度，技术要求，加工定位基准，夹压部位，以及被加工零件的材料，硬度和在本机床加工前毛坯情况的图纸。它是组合机床设计的主要依据，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：(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及尺寸。(2)加工用定位基准，夹压部位及夹压方向。以便依此进行夹具的定位支承（包括辅助定位支承），限位夹紧，导向系统的设计。(3)本道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（主要指定位基准）。(4)必要的文字说明。如被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。2.绘制被加工零件工序图的注意事项（1）为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要画出被本机床加工的内容。绘制时，应按一定的比例，选择足够的视图及剖视图，突出加工部位，并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关部位表示清楚。（2）加工部位的位置尺寸应由定位基准标注，为便于加工及检查，尺寸应采用直角坐标系标出，而不是采用极坐标，但有时因所选定位基准与设计基准不重合，则须对加工部位要求位置尺寸精度进行分析换算。3.2.2被加工零件加工示意图1.加工示意图的作用和内容零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环余等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据重要地位。它是刀具、辅具、夹具、多轴箱、液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的依据。在图上应标注的内容：（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、刀具及多轴箱端面之间的距离等。(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、接杆、导向装置的结构尺寸；刀具与导向装置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式，刀具应按加工终了位置绘制。2. 绘制加工示意图之前的有关计算(1)刀具的选择标准麻花钻（8、13）（2）导向套的选择根据刀具导向部分直径d=8和刀具导向的线速度v=dn1000=3.1486001000=15.07220m/min；直径d=13和刀具导向的线速度v=dn1000=316.32820m/min；选择固定式导向。（3）初定主轴类型、尺寸、外伸长度因为轴的材料为40cr，剪切弹性模量g=81.0gpa，刚性主轴取=0.25/m，所以b取2.316。根据刚性条件计算主轴的直径为：db4t=2.31647090.83=19.60mm 式中：d轴直径（mm） t轴所承受的转矩（n*mm） b系数内孔长度为：l1=77mm。本设计中所有主轴d/d1为32/20，主轴外伸长度为：l=115mm。（4）确定加工示意图的联系尺寸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联系尺寸，加工示意图联系尺寸的标注如图所示。其中最重要的联系尺寸即工件端面到多轴箱端面之间的距离，它等于刀具悬伸长度、螺母厚度、主轴外伸长度与接杆伸出长度（可调）之和，再减去加工孔深度和切出值。（5）工作进给长度的确定工作进给长度应等于工件加工部位长度与刀具切入长度之和，切入长度应根据工件端面误差情况在5-10之间选择，误差大时去大值，因此取切入长度为5mm，工件加工长度为25mm，所以工作进给长度l=30mm。（6）快进长度的确定考虑实际加工情况，在未加工之前，保证工件表面与刀尖之间有足够的工作空间，也就是快速退回行程须保证所有刀具均退至夹具导套内而不影响工件装卸。这里取快速退回行程为80mm，快退长度等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度为80-30=50mm。3.2.3机床联系尺寸图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；并为进一步开展多轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。联系尺寸图也可看成是简化的机床总图，它表示机床的配置型式及总体布局。组合机床是由一些通用部件和专用部件组成的。为了使所设计的组合机床既能满足预期目的性能要求，又能做到配置上匀称合理、符合多快好省的精神，必须对所设计的组合机床各部件之间的关系进行全面的分析研究。这是通过绘制机床联系尺寸图来达到的。1.机床多轴头电动机功率计算零件材料：球墨铸铁，hb160210刀具：标准麻花钻（4个8、1个13）轴向切削力公式f=26df0.8hb0.6总切削力f=2680.150.82100.64+26130.150.82100.66344.40n切削转矩（8）t=10d1.9f0.8hb0.6=1081.90.150.82100.62818.87nm（13）t=10d1.9f0.8hb0.6=10131.90.150.82100.67090.83nm切削功率(8)p=tv9550d=2818.871595503.148=0.176kw(13)p=tv9550d=7090.8316.395503.1413=0.296kw总切削功率p切=0.1764+0.296=1.0kw p空=0.1000kw 取=0.85， p主=p切=1.00.85=1.176kw2.确定滑台行程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以及刀具磨损后能向前调整。本系统前备量为25mm。后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，为方便装卸刀具，取45mm，所以滑台总行程应大于工作行程，前备量和后备量之和。即：行程l80+25+45=150mm，取l=250mm。3