机械毕业设计（论文）-缸头5个螺纹孔钻孔专机设计【全套图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 缸头缸头 5 个螺纹孔钻孔专机设计个螺纹孔钻孔专机设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 缸头 5 个螺纹孔钻孔 专机设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容 除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本 毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 94 学 号： 0923155 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 缸头 5 个螺纹孔钻孔专机设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 本课题来源于生产实践。随着工业生产规模化、专业化、集中化、高度机 械化乃至自动化的步伐的加快，在进行工件加工时，要求考虑使用专用机床 和夹具。组合机床和组合机床自动线是一种专用高效自动化技术装备,目前,由 于它仍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 广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。某企业因生 产发展需要，拟开发缸头 5 个螺纹孔钻孔专机，因此选定缸头 5 个螺纹孔钻 孔专机设计为本次设计课题。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 学习独立查阅参考文献的能力； 绘制加工零件的加工工序图，加工示意图； 完成缸头 5 个螺纹孔钻孔专机总体结构和主要部件（机床夹具、组合机床多 轴箱）设计； II 设计说明书一份，不少于 10000 字，必须有相关的计算和说明； 专业外语文献翻译不少于一万字符； 熟悉 CAD 制图软件，了解所设计的传动系统。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 94 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 组合机床是由通用部件及专用部件组成的,加工一种(或几种)零件的一道(或几道)工 序的高效率的专用机床, 是一种自动化或半自动化的机床.无论是机械电气或液压电气控 制的都能实现自动循环、半自动化的组合机床。一般采用多轴、多刀、多工序、多面和 多工位同时加工，一种工序集中的高效率机床。组合机床加工,刀具是借助钻模板和镗模 架,精加工机床采用高精度的导向,所以稳定的保证产品质量。 组合机床“三图一卡”就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方案的基础上进行 组合机床总体图样文件设计。其内容包括：绘制被加工零件图、加工示意图、机床联系 总图、机床生产率计算卡等。 机床夹具通常是指装夹工件用的装置，至于装夹各种刀具用的装置,则一般称为“辅 助工具” 。专用夹具在生产上起着很大的作用。机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重 要组成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。 通过对变速箱体零件图的分析，制定其工艺过程，确定组合机床形式，绘制三图一 卡；以及对专用部件多轴箱的设计。 关键词：关键词：组合机床；多轴箱设计；夹具；加工工艺 IV Abstract By the combination of machine tools and parts for dedicated components, a (or several) part of a (or several road) process for the high efficiency of the machine,which is an automated or semi-automated machine tools, whether electrical machinery electrical or hydraulic control can achieve automatic cycle, the combination of semi-automatic machine. General use of multi-axis, multi-tool, multi-process, multi-faceted and multi-processing at the same time, a concentration of highly efficient processes machine. Combination of machining, tool use is based on templates and planes, finishing a high-precision oriented machine tools, stable product quality assurance. Combination machine “three plans and a card“ is for specific parts, having an overall composition of machine design on the basis of the overall composition of machine pattern design. It contents : Drawing processed parts map, diagram processing, machine tools contact the pattern, calculating productivity machine cards. Machine tool fixture is usually used in the workpiece clamping device.As for the clamping tool used in all kinds of devices, commonly known as a “tool“. Fixture for the production plays an important role. Machine tool fixture design process is an important part of the design of the equipment,ensuring product quality and raising labor productivity of an important technical measures. Through the analysis of gear-box patterns, We draw up the process of its craft and determine the form of combination of machine tools, drawing three patterns and a card and the design multi-axle box of dedicated devices . Key words: Modular machine tool;Multi-axle box design;Fixtures;Processing technic V 目目 录录 摘 要 .III AbstractIV 目 录.V 1 绪论 .1 1.1 本课题的研究内容和意义 1 1.2 国内外的发展概况 1 1.3 本课题应达到的要求 2 2 设计专用夹具 3 2.1 夹具的功用与组成3 2.2 夹具设计的基本要求 .3 2.2.1 保证工件的加工精度 .3 2.2.2 提高劳动生产率 .3 2.2.3 良好的加工使用性 .3 2.2.4 经济性好 .3 2.3 设计缸头专用夹具 .3 2.3.1 调研分析 .3 2.3.2 确定夹具设计方案 .4 2.3.3 方案审查 .4 2.3.4 绘制夹具装配图 .5 2.3.5 绘制夹具零件图 .5 3 设计组合机床 .6 3.1 组合机床工艺方案确定 .6 3.1.1 确定组合机床工艺方案的基本原则 .6 3.1.2 确定组合机床工艺方案应注意的问题 .7 3.1.3 工艺方案的拟订 .7 3.1.4 工序间余量的确定 .8 3.1.5 刀具结构的选择 .8 3.2 切削用量的确定 .8 3.2.1 组合机床切削用量选择 .8 3.2.2 确定切削力、切削转矩、切削功率和刀具耐用度 .8 3.2.4 切削力、切削转矩、切削功率 .8 3.2.5 确定主轴类型、尺寸、外伸长度 .9 3.2.6 动力部件工作循环及行程的确定 .10 3.3 组合机床总体设计“三图一卡” .10 3.3.1 被加工零件工序图 .10 VI 3.3.2 绘制被加工零件工序图 .10 3.3.3 零件加工工序图的绘制 .11 3.3.4 加工示意图 .11 3.3.5 机床联系尺寸图 .13 3.4 组合机床方案分析 .19 3.4.1 机床加工精度和生产率 .19 3.4.2 机床使用方便性和自动化程度 .19 3.4.3 经济性与可靠性 .19 4 设计组合机床多轴箱 .19 4.1 多轴箱的基本结构及表达式 .20 4.1.1 多轴箱的组成 .20 4.2 多轴箱设计 .20 4.2.1 绘制多轴箱设计原始依据图 .20 4.2.2 主轴、齿轮的确定及动力计算 .21 4.2.3 多轴箱传动设计 .22 4.2.4 绘制多轴箱总图及零件图 .26 5 结论与展望 27 5.1 结论 28 5.2 不足之处及未来展望 28 致谢 .30 参考文献 .31 附 录 .32 缸头 5 个螺纹孔钻孔专机设计 1 1 绪论绪论 1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 毕业设计作为大学里一个实践性教学环节，对巩固所学专业课程和基础课程起着非 常重要的作用。毕业实习作为毕业设计的主要内容，是增加学生感性认识、提高理论联 系实际的一个必不可少过程。 通过毕业设计能够培养学生综合运用基础理论和专业知识独立解决工程实践能力， 通过调查研究，收集资料，现场学习，使学生初步具有工程结构设计、解决生产中实际 问题以及在总结编写设计资料设计论文的能力。 通过毕业实习，可以培养学生严肃认真的工作作风，培养学生调查研究、查阅技术 文献、资料、手册的能力，培养学生独立思考、解决实际问题的能力。总之，毕业设计 对提高毕业生全面素质具有很重要的意义。 1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况 在我国，组合机床发展已有多年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也 深入到很多行业。是当前急需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设备。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、 板件等也占了一定份额），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 工位回转台组合机床等；随着技术的不断基本，一种新型的组合机床柔性组合机床 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，它涉及加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏 技术。我国组合机床及组合机床自动线总体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。 无锡太湖学院学士学位论文 2 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和 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10000-20000r/min,最高进给速度可达20-60m/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，加工的形状却利益复 杂。多轴化控制的基础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、可变可调、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的 发展方向。 1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求 要习独立查阅参考文献的能力；完成缸头 5 个螺纹孔钻孔专机总体结构和主要部件 （机床夹具、组合机床多轴箱）设计；学习撰写学术论文，完成毕业论文规定的各项任 务。 缸头 5 个螺纹孔钻孔专机设计 3 2 设计专用夹具设计专用夹具 2.1 夹具的功用与组成夹具的功用与组成 夹具是在机床上加工零件时使用的一种工艺装备，其主要功用时实现工件的定位和 夹紧，使得工件加工时相对机床、刀具有正确地位置，以保证工件的加工质量和生产率 的要求。 夹具通常由定位元件或装置、夹紧元件或装置、夹具体、对刀和导引元件、分度元 件或装置、动力元件或装置以及其他元件或装置（如定位键及有关零部件）等组成。 夹具设计时常用的零部件已有国家标准或行业标准。 2.2 夹具设计的基本要求夹具设计的基本要求 2.2.1 保证工件的加工精度保证工件的加工精度 夹具应采用合理的定位、夹紧方案，选择合适的定位、夹紧元件，确定合适的尺寸、 形位公差，保证工件的加工精度要求。 2.2.2 提高劳动生产率提高劳动生产率 夹具设计合理，能缩短辅助时间，提高生产率。 2.2.3 良好的加工使用性良好的加工使用性 夹具结构简单、合理，便于加工、装配、检验、维修。使用简便、安全、可靠，减 轻劳动强度。 2.2.4 经济性好经济性好 夹具元件标准化程度高，成本低廉，根据生产批量设计不同复杂程度的夹具，提高 生产中的经济效益。 2.3 设计缸头专用夹具设计缸头专用夹具 2.3.1 调研分析调研分析 1）工件生产纲领、生产类型分析：本次所加工工件的年生产纲领是 20000 件/年，单班 制，属于中小批量生产。 2）工件加工工艺方案分析，工件结构、精度特点分析：本次加工为在缸头顶面上钻 5 个 5.0m 的孔。 3）机床设计情况分析； 4）夹具操作要求分析： 钻床夹具：工件采用典型的一面两销定位方式，并用两个回转压板来夹紧；其钻模 板为可拆卸的，用 2 个定位销定位，并用两螺钉拧紧。 工件图如 2.1： 无锡太湖学院学士学位论文 4 图 2.1 缸头零件图 2.3.2 确定夹具设计方案确定夹具设计方案 1）确定工件定位方式，选择定位元件:本次加工定位方案选择一面两销，定位元件两销 为圆柱销和菱形销，一面为夹具体工作面。 2）确定工件夹紧方式： 钻床是以压板夹紧工件和螺钉固定钻模板。 3）确定对刀或导引方式： 钻床用钻套来引导钻头加工 4）确定其他装置架构方式：（附图二） 5）确定夹具总体结构，协调各装置：（附图二） 2.3.3 方案审查方案审查 1）必要的加工精度计算、分析； 2）必要的夹紧力计算、分析9； 由于夹紧力与切削力的方向一致,切削力可以帮助夹紧,夹紧力只用于防止加工中工件 产生振动。于是,平衡方程为 MKafW= 所以 fa KM W = 式中 a切削合力 P 至压板的距离 f切削合力 P 至夹具体工作面的系数 )( 2 . 57 403 . 0 4 .3432 N fa KM W= = )( 6 . 28 2 0 N W F= 3）必要的零部件强度及刚度计算、分析； 缸头 5 个螺纹孔钻孔专机设计 5 4）有关人员、部门审查； 2.3.4 绘制夹具装配图绘制夹具装配图 1）按制图标准绘图；工件用双点划线绘制，工件视作透明体；依次绘出夹具体、定 位机构、夹紧机构及其其他装置； 2）标注必要的尺寸、公差和技术要求； 3）编制夹具明细栏及标题栏； 2.3.5 绘制夹具零件图绘制夹具零件图 夹具中非标准零件均要画（包括夹具体、钻套） ，并按夹具总图要求确定零件的尺寸、 公差及技术要求。 无锡太湖学院学士学位论文 6 3 设计组合机床设计组合机床 组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的 一种高效专用机床。 组合机床通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助 部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削 头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件， 有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件 或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮 和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电 气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。 组合机床一般都是根据和用户签定的设计、制造合同进行设计的。我所做的课题就 是这样的。 1.调查研究，主要是对加工图样研究和工厂实际情况的调查研究：我加工的零件为缸 头，其主要用在燃油机上（特别是在摩托车上）放置火花塞。 2.总体方案设计，就是编制“三图一卡”：即加工工序图、加工示意图、尺寸联系图 和一张生产率效率卡。 3.技术设计就是设计机床各专用部件正式总图，如设计夹具，多轴箱等。 工艺方案的拟定是组合机床设计的关键一步。因为工艺方案在很大程度上决定了组 合机床的结构配置和使用性能。因此，应根据工件的加工要求和特点，按一定的原则， 结合组合机床常用的工艺方法，充分考虑各种影响因素，并经技术、经济分析后拟定出 先进、合理、经济、可靠的工艺方案。 3.1 组合机床工艺方案组合机床工艺方案确定确定 3.1.1 确定组合机床工艺方案的基本原则确定组合机床工艺方案的基本原则 1.粗、细加工分开原则 粗加工时的切削负荷较大，切削产生的热变形。较大夹紧压力引起的工件变形以及 切削振动等，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的原则。 2.工序集中原则 工序集中是近代机械加工主要发展方向之一。组合机床正是基于这一原则发展而来 的，即运用多刀（相同或不同刀具）集中在一台机床上完成一个或几个共建的不同表面 的复杂工艺过程，从而有效地提高生产率。因此，拟定工艺方案时，在保证工件质量和 操作维修方面的前提下，应适当提高工序集中程度，以便减少机床台数、占地面积和节 省人力，取得理想的效果。但是，工序过于集中会使机床结构台复杂，增加机床设计和 制造难度，机床使用调整不便，甚至影响机床是使用性能。因此须全面分析多方因素， 合理决定工序集中程度。考虑的一般原则有如下两个方面：一是适当考虑相同类型工序 的集中；二是有相对位置精度要求的工序应集中加工。 缸头 5 个螺纹孔钻孔专机设计 7 3.1.2 确定组合机床工艺方案应注意的问题确定组合机床工艺方案应注意的问题 按一般原则时的拟定工艺方案一些限制： （1）孔间中心距的限制：根据切削扭矩计算要求，主轴轴颈和轴承外径有一最小许 用尺寸；对于螺纹孔加工还要考虑相应攻螺纹靠模的径向尺寸限制。所以近距离孔能否 在同一多轴箱上同一工位进行加工，要受各类主轴允许的最小中心距限制。 （2）工件结构工艺性不好的限制：有些工件结构工艺性不好，如箱体多层壁上的同 轴线的孔径中间大两头小时，则进刀困难。又如多层壁同轴孔，为便于布置中间导向装 置，孔中心离箱体侧壁间距离也应足够。 3.1.3 工艺方案的拟订工艺方案的拟订 拟订专用机床工艺方案的一般步骤如下。 1.分析、研究加工要求和现场工艺 在制定组合机床工艺方案时，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途 及其结构特点，加工部位及其精度、表面粗糙度、技术要求及生产纲领。深入现场调查 分析零件的加工工艺方法，定位和夹紧方式，所采用的设备、刀具及切削用量，生产率 情况及工作条件等方面的现行工艺资料，以便制定出切合实际的合理工艺方案。 本设计所加工的是缸头，其结构不是很复杂，加工不是很困难。我所加工的是在其 顶面上钻孔，生产纲领为 2 万/年,属单班制，属于中小批量生产。因此可以采用组合机床 来进行生产。因为是工业生产，要求操作简单迅速，故采用较简单的机械夹紧方式。 2.定位基准和夹压部位的选择 正确选择定位基准和夹紧部位是保证加工精度的重要条件。 本设计采用一面两孔的定位方案来保证此加工方案的加工精度，其定位方案选择 2- 5 的孔和其所在的底面作为定位基准，它们又是设计基准，用他们做定位基准，能使加 工遵循“基准重合”的原则，保证工艺基准和设计基准的重合。实现箱体零件“一面两 孔”的典型定位方式。夹紧位置选择在有足够的夹紧力下箱体产生变形最小的部位。 3.影响工艺方案的主要因素 （1）加工的工序内容和加工精度：我所加工的工序为钻孔，其没有具体的公差要求， 综合考虑只有位置公差的影响。这是制定机床工艺方案的主要依据。 （2）被加工零件的特点 工件材料及硬度：材料 ZL101，硬度不低于 90HBS。 加工部位的构造形状：分别为顶面上同一位置的 5 个 5.0 孔。 工件的刚性：满足要求。 零件的生产批量：生产纲领是 20000 件/年，单班制。 3.1.4 工序间余量的确定工序间余量的确定 钻孔主要是为攻螺纹做准备的，工作要求中需要加工钻 5 个 5.0 的孔。 3.1.5 刀具结构的选择刀具结构的选择 钻孔选用钻刀具。采用高速钢材料的麻花钻。 无锡太湖学院学士学位论文 8 3.2 切削用量的确定切削用量的确定 在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和关键工序的切削用量选择十分重要。 切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的结构型 式即工作可靠性均有较大的影响。 3.2.1 组合机床切削用量选择组合机床切削用量选择 1.组合机床切削用量选择的特点 组合机床常采用多刀多刃同时切削，为尽量减少换刀时间的消耗，保证机床的生产 率及经济效果，选用的切削用量应比通用机床单刀加工时低 30%左右。 2.组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给。因此，同一滑台带动的多轴箱上所有刀 具（除丝锥外）的每分钟进给量相同，即等于滑台的工进速度。 目前常用查表法，参照生产现场同类工艺，必要时经工艺试验确定切削用量。组合 机床加工孔和螺纹的常用切削用量都要查一般的手册。确定切削用量时用注意以下问题。 1）应尽量做到合理使用所有刀具，充分发挥其使用性能。 2）复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用受命。 3）选择切削用量时要注意既要保证生产批量要求，又要保证刀具一定的耐用度。 4）确定切削用量时，还需考虑所选动力滑台的性能。 3.2.2 确定切削力、切削转矩、切削功率和刀具耐用度确定切削力、切削转矩、切削功率和刀具耐用度 1.钻削用量 加工材料：铝合金 ZL101。 工序：顶面钻 5.0 孔 1）5.0 的钻削用量 查5130 页表 6-11 得： 加工直径为 5.0 布氏硬度不低于 90HBS 切削速度为 2050m/min 取 20m/min 进给量为 0.030.1mm/r 取 0.1mm/r 根据表6-12深孔钻削切削用量递减表5得： 切削速度为20m/min（0.70.8）1416m/min 取16m/min 进给量为0.1mm/r0.9=0.09mm/r 取0.09mm/r 3.2.4 切削力、切削转矩、切削功率切削力、切削转矩、切削功率 钻孔计算： 1) 钻 5.0 孔 取钻 5.0m 孔的切削速度 v=16m/min，由此算出转速为 min/1019 0 . 514. 3 161000 14 . 3 1000 r D v n= = = 按机床实际转速取 n=1080r/min，则实际切削速度为 缸头 5 个螺纹孔钻孔专机设计 9 vmin/96.16 1000 10800 . 514 . 3 m= 工进速度 vf =min/2.9709.01080mmfn= NHBDfF46821009 . 0 0 . 52626 6 . 08 . 06 . 08 . 0 = mmNHBfD=18021009. 00 . 51010M 6 . 08 . 09 . 16 . 08 . 09 . 1 mmNfDT=29909 . 0 255959 663. 0663 . 0 2 kW0338 . 0 10009550 1080299 9550 = = Tn p 其中 切削速度（m/min） ；v M转矩（） ；mmN T扭矩（） ；mmN f每转进给量（mm/r） ； P切削功率（kW） ； HB 布氏硬度； D钻头直径（mm） 。 3.2.5 确定主轴类型、尺寸、外伸长度确定主轴类型、尺寸、外伸长度 主轴类型主要根据工艺的方法和刀杆与主轴的连接结构进行确定。我在设计中采用 的是下列公式来确定主轴的： 1) 5.0 孔 mmTD 2 . 12826 . 1 3 = 因尽量不使用 15mm 的直径主轴，故选用 d=20mm。 进行轴的校核： 633 108202 . 02 . 0=dW MPa W 3 . 4 108 343T 6 = = =40 MPa 满足要求。 根据课本查书得 D/d=32/20，L=115mm，接杆莫氏圆锥 1 号 3.2.6 动力部件工作循环及行程的确定动力部件工作循环及行程的确定 工作进给长度的确定： 1）钻孔 工作进给长度的确定： L工 =L1 +L L1取16mm 无锡太湖学院学士学位论文 10 L为25 mm 则L工=25+16=41mm 钻模板与工件距离为10 mm。 钻头快进距离为 90mm 则快退距离为 131mm 动力部件总行程的确定： 总行程为250 mm，前备量为30 mm，后备量为89mm。 3.3 组合机床总体设计组合机床总体设计“三图一卡三图一卡” 绘制组合机床“三图一卡” ，就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方案的基础上， 进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意 图、机床联系尺寸图和编制生产率计算卡等。 3.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图 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，加工部件的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹紧部位以 及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样。除 了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，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被加工零件图基础上，突出本机床或生产线的加 工内容，并作必要的说明而绘制的。其内容主要包括： (1)被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺 寸。当需要设置中间导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部肋、壁布置及有关结 构形状和尺寸表示清楚，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。 (2)本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的支撑、定 位、夹紧和导向等机构设计。 (3)本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工 序的技术要求。 (4)注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。 3.3.2 绘制被加工零件工序图绘制被加工零件工序图 1.绘制被加工零件工序图的规定： 为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定：应按一定的 比例，绘制足够的视图以剖面；本工序加工部位用粗实线表示，保证的加工部位尺寸及 位置尺寸数值下方画“”粗实线，其余部件用细实线表示；定位基准符号用， 并用下标数表明消除自由度数量（如） ；夹紧位置符号用。 2.绘制被加工零件工序图注意事项： （1）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 缸头 5 个螺纹孔钻孔专机设计 11 设计基准不符时，必须对加工部位的位置精度进行分析和换算，并把不对称公差换算成 对称公差。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。 （2）对毛坯应有要求，对孔加工余量要认真分析。 （3）当本工序有特殊要求时必须注明。 3.3.3 零件加工工序图的绘制零件加工工序图的绘制 我所加工零件的部位是它的正面，在正上钻孔，它的轮廓尺寸是 136mm108mm62mm，绘制加工示意图主要是把它的要钻孔、倒角和攻螺纹的位置表达 出来。另外，再标上尺寸、定位基准、尺寸标注、夹压部位及夹紧方向、精度、表面粗 糙度、形位公差、硬度等内容。 零件工序图如图 3.1 所示： 图 3.1 被加工零件工序图 3.3.4 加工示意图加工示意图 1.加工示意图的作用和内容 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，是表达工艺方 案具体内容的机床工艺方案图。它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液压、电气系统 以及选择动力部件、绘制机床总体联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的 原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。 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、工作循环和工作 行程；工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸；主轴结构类型、 尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸（直径和长度） ；接杆（包括镗杆） 、浮动 卡头、导向装置等结构尺寸；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。如图 3.2 无锡太湖学院学士学位论文 12 图 3.2 钻加工示意图 2.绘制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 粗糙度画粗实线。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 否互相干涉。主轴应从多轴箱端面画起；刀具画终了位置。对于采用浮动卡头的镗孔刀 杆，为避免刀杆退出导向时下垂，常选用托架支撑退出的刀杆。这时必须画出托架并标 出联系尺寸。采用标准通用结构只画外轮廓，但必须加注规格代号；对一些专用的刀具、 导向、刀杆托架、专用接杆或浮动卡头等，须用剖视图表示其结构，并标注尺寸、配合 及精度。 当轴数较多时，加工示意图必须用细实线画出工件加工部位分布情况简图，并在孔 旁标明相应号码，以便于设计和调整机床。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多轴箱主轴的相应位置。 3.选择刀具有关计算 （1）刀具的选择 选择刀具应考虑工件材料、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求。只要条 件允许，应尽量选用标准刀具。 （2）标注联系尺寸 主要标注从钻头的钻削头到被加工面尺寸、钻头尺寸、钻头夹头尺寸和必要的定位 等尺寸。 （3）标注切削用量 其内容主要有钻头的转速 n，切削速度 v，进给量 f。 （4）动力部件工作循环及行程确定 缸头 5 个螺纹孔钻孔专机设计 13 钻头的快进、工进、快退的一个循环行程的计算。 （5）其他应注意事项 加工示意图应于机床实际加工状态一致。表示出工件安装状态及主轴加工方法。图 中尺寸应标注完整，尤其是从钻削头至钻头刀尖的轴向尺寸链应齐全，以便于检查行程 和调整机床。图中应表示出机床动力部件的工作循环图及各行程长度。加工示意图应有 必要的说明。如加工零件的名称、图号、材料、硬度、加工余量、毛坯要求、是否加冷 却液及其他的工艺要求等。 4.零件加工示意图的绘制 我所绘制的内容主要有要加工的平面和所用的钻头。此外，还要标注它们与被加工 表面的联系尺寸、它们的切削用量、工作循环和工作行程等内容。而具体的数值计算前 面已算好，此处不再重复。 3.3.5 机床联系尺寸图机床联系尺寸图 1.机床联系尺寸总图的作用与内容 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的，并按初步选定的 主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。它是用来表示机床的配置形式、 主要构成及各部件安装位置、互相联系、运动关系和操作方位的总体布局图，用以检验 各部件相对位置及尺寸联系能否满足要求和通用部件选择是否合适；它为多轴箱、夹具 等专用部件设计提供重要依据；它可以看成是机床总体外观简图。由其轮廓尺寸、占地 面积、操作方式等可以检验是否适应用户现场使用环境。 机床联系尺寸总图表示的内容： （1）表明机床的配置形式和总布局。以适当数量的视图（一般至少两个视图，主视 图应选择机床实际加工状态） ，用同一比例画出各主要部件的外轮廓形状和相关位置。表 明机床基本形式及操作者的位置等。 （2）完整齐全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺 寸、运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。 （3）标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标出机床分组 编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件，不得遗漏。 （4）标明机床验收标准及安装规格。 2.绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容 （1）选择动力部件 动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。 （2）确定机床装料高度 H （3）确定夹具轮廓尺寸 （4）确定中间底座尺寸 钻床：900mm500mm560mm 3.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。图中应画出机床各部件在长、宽、 无锡太湖学院学士学位论文 14 高方向的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作循环图；应注明通用部件的型号、规格和电动机型号、功 率及转速；对机床各组成部件标注分组编号。 当工件上加工部件对工件中心线部对称时，应注明动力部件中心线同夹具中心线的 偏移量。对机床单独安装的液压站和电气控制台等设备也应确定安装位置。绘制机床联 系尺寸总图时，各部件应严格按同一比例绘制，并仔细检查长、宽、高、三个坐标方向 的尺寸链均要封闭。 4.机床分组 为了便于设计和组织生产，组合机床各部件和装置按不同的功能划分编组。组号划 分规定如下： 1）第 1019 组支撑部件。一般由通用的侧底座、立柱及其底座和专用中间底 座等组成。 2）第 2029 组夹具及输送设备。夹具时组合机床主要的专用部件，常编制为 20 组，包括工件定位加紧及固定导向部分。对于一些独立性较强的活动钻模板、攻螺纹模 板、自动夹压机构、自动上下料装置等常单独编组。移动工作台、回转台等输送设备， 如果属通用部件，则可纳入夹具组，明细表中列出通用部件型号即可，如果专用则单独 成组编号。 3）第 3039 组电气设备。电气设计常编为 30 组，包括原理图、连线图和安装 图等设计，专用操作台、控制柜等另编组号。 4）第 4049 组传动装置。包括机床中所有动力部件如滑台、动力箱等通用部 件，编号为 40 组，其余须修改部分内容或专用的传动设备则单独编组。 5）第 5059 组液压和气动装置。 6）第 6069 组刀具、工具、量具和辅助工具等。 7）第 7079 组多轴箱及其附属部件。 8）第 8089 组冷却、排屑及润滑装置。 9）第 9099 组电气、液压、气动等各种控制挡铁。 5、机床联系尺寸图的绘制 我所绘制的内容主要有我要设计的机床结构的选择及相互关系等。主要有： （1）动力箱及电动机的选择：实例中根据已定的工艺方案和机床的配置形式并结合 使用及修理等因素确定机床为卧式双面单工位组合机床，用液压滑台实现工作进给运动， 选择配套的动力箱驱动多轴箱钻孔。根据下列公式进行估算： i 1 i 1 i n 1i PPPP 损失空转切削损失空转切削多轴箱 PPP n i n i= +=+= P多轴箱消耗于各主轴的切削功率的总和，单位为 kW； 式中 P切削切削功率，单位为 kW； P空转空转功率，单位为 kW； P损失与负荷成正比的功率损失，单位为 kW。 缸头 5 个螺纹孔钻孔专机设计 15 每根主轴的切削功率，由选定的切削用量按公式计算或查图表获得；每根轴的空转 功率 查组合机床设计简明手册62 页表 4-6 确定；每根轴上的功率损失，一般可取所 传递功率的 1%。 钻 5.0 孔时： kW57 . 0 0338 . 0 %108 . 0 0338 . 0 5P=+=）（ 对于钻孔在实际上对于右多轴箱我选 用的是 1TD25IB 型动力箱驱动（n驱 =785r/min；电动机选 Y100L1-4 型，电动机转速 n点=1420r/min 功率为 2.2kW） 。根据选定 的切削用量，计算的总的进给力，并根据所需要的最小进给速度、工作行程、结合多轴 箱轮廓尺寸，考虑工作的稳定性，选用 1HY25 型液压滑台。 （2）确定机床装料高度 H 装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。在我设计的两台组合机床中均 选取高度为 900mm. （3）确定夹具轮廓尺寸 主要是确定夹具底座的长、宽、高尺寸。具体尺寸可见夹具图。 （4）确定中间底座尺寸 中间底座的轮廓尺寸应满足夹具在其上的连接安装需要。它长度根据所选动力及配 套（侧底座）的位置关系确定，同时应考虑多轴箱处于终了位置时，多轴箱与夹具体之 间应有合适的距离，以便于机床的维修、调整。另外周围不小于 70100mm 的排屑或冷 却液回流槽。长度方向可以按下式进行计算。 L = L1+ L2 + L3-（l1 + l2 + l3） 上式中 L1 为终了加工位置时，多轴箱与工件的距离 L2 为多轴箱的厚度 L3 为工件长度 l1 为滑台与多轴箱的重合长度 l2 为加工终了位置时，滑台前端与滑座端面间的距离和前备量直和 l3 为滑座前端面与侧底座端面距离 我取的是组合钻床长度方向为 500mm，高度方向为 560mm。满足国家的技术要求。 （5）确定多轴箱轮廓尺寸 标准通用钻，镗多轴箱的厚度是一定的。卧式为 325 mm，立式为 340 mm。确定多 轴箱，主要是确定多轴箱的宽度 B 和高度 H 及最低主轴高度 h1。 由此按通用箱体系列尺寸标准，选定多轴箱轮廓尺寸，实际选取尺寸为 BH=400mm400mm。 根据我选的是卧式组合机床,所以选择厚度为 325mm。 另外，要标注各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运 动部件的运动极限位置、主要通用部件的规格代号、电动机的型号、功率及转速，并标 出机床分组编号及组件名称等内容。 无锡太湖学院学士学位论文 16 (6)机床生产效率计算卡（见表 3-1） 根据基多工示意图所确定的工作循环及切削用量等，就可以计算机床生产率并编制 生产率计算卡。生产率计算卡是反映机床生产节拍或切削用量、动作时间、生产纲领及 负荷等关系的技术文件。它是用户验收机床生产效率的重要依据。 1.理想生产率 Q 理想生产率 Q（单位为件/h）是指所设计机床每小时实际可生产的零件数量 单 T 60 Q = 2.实际生产率 Q1 实际生产率 Q1（单位为件/h）是指完成年生产纲领 A（包括备品及废品率）所要求 的机床生产率。它与全年工时总数 tk有关，一般情况下，单班制 K 取 2350h，两班制 K 取 4600h，则 K A Q1= 因我所加工的箱体零件的生产纲领为 2 万台/年，单班制。因此，经计算得 Q1=20000/2350=8.5 件/h 式中 T单生产一个零件所需时间（min） ，可按下式(3.1)计算： (3.1) ）（）（ 装卸移 快退快进 停槽切单 tt v LL t v L v L ttT fsff + + +=+= 2 2 1 1 式中 L工进、L快退、L进刀、L退刀分别为动力部件的工进、快退、进刀、退刀行程 长度，单位为 mm。 vfs动力部件快速行程速度。用机械动力部件时，取 56m/min；用液压动力部件 时，取 310m/min； vf1、vf2分别为动力部件的工进、快退、进刀（