机械毕业设计（论文）-后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计【全套图纸】

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 目目 录录 1 前言1 2 组合机床总体设计3 2.1 总体方案论证3 2.1.1 加工对象工艺性的分析 3 2.1.2 机床配置型式的选择3 2.1.3 定位基准的选择4 2.1.4 滑台型式的选择4 2.2 切削用量的确定及刀具选择4 2.2.1 切削用量选择4 2.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率6 2.3 组合机床总体设计三图一卡.9 2.3.1 被加工零件工序图9 2.3.2 加工示意图.10 2.3.3 机床尺寸联系总图 .13 2.3.4 机床生产率计算卡.16 3 组合机床左主轴箱设计.18 3.1 绘制多轴箱设计原始依据图18 3.2 主轴结构型式的选择及动力计算19 3.2.1 主轴型式的选择19 3.2.2 主轴直径和齿轮模数的初步确定.19 3.3 左主轴箱的传动设计和计算20 3.4 传动系统设计20 3.4.1 拟定传动路线20 3.4.2 确定各轴间传动比.22 3.4.3 确定各轴齿轮齿数及传动轴位置24 3.4.4 各传动轴直径的确定26 3.5 左主轴箱坐标计算、绘制坐标检查图26 3.5.1 计算传动轴的坐标26 3.5.2 绘制坐标检查图.28 3.6 轴、齿轮的校核29 3.6.1 齿轮的校核29 3.6.2 轴的校核 .31 4 左主轴箱体及其附件的选择设计.35 4.1 左主轴箱的选择设计 .35 4.2 左主轴箱上的附件材料的设计35 5.结论.36 致 谢.37 参考文献.38 附 录.39 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 1 后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计 摘 要：后桥壳体是需要大量生产的零件。为了提高加工精度和生产效率，需 要设计组合机床来改善加工情况。本课题设计的是后桥壳体双面钻组合机床。 该组合机床设计包括总体设计和部件设计两部分。总体设计包括机床配置型式 的确定、结构方案的选择以及“三图一卡”的绘制。部件设计为左主轴箱设计， 其中主轴箱设计包括绘制主轴箱设计原始依据图、确定主轴和齿轮、完成动力 计算、设计传动系统。主轴箱根据变速箱体所需要加工孔的数量、位置来确定 切削用量和主轴类型，采用 1000mm630mm 的通用主轴箱。同时借助钻套引导 麻花钻从而保证被加工孔的位置。设计过程中尽量使用了标准零部件，设计出 的组合机床结构简单，操作方便，加工精度高，减轻了劳动强度，提高了加工 效率，具有较好的经济性。 关键词：后桥壳体；钻孔；组合机床；主轴箱 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计 2 Design of General and Left Headstock of Modular Machine Tool for Drilling Holes on Two-Side of rear axle shaft housing Abstract: The rear axle shaft housing is a product which needs massive production. In order to improve the precision and the production efficiency, it is needed to design a high effective modular machine tool to make. This task is to design the general scheme and left headstock of modular machine tool for drilling holes on two-side of rear axle shaft housing. The design of modular machine tool includes the system design and the part design. The system design includes the definition of the modular machine tool, the selection of the structure plan and the completing of the technological drawings of the part which need to be manufactured, the general drawing of modular machine tool, drawings of cutter display and the efficiency card of manufacture. The part design includes headstock design, the headstock design includes drawing the primitive basic chart for the gear box, determing the spindle and the gears, completing the power computation, designing the transmission system, drawing the gear box assembly drawing and the part processing charts. The headstock is designed by the quantity, the location of the holes which are needed to be processed. The headstock has been selected 1000mm630mm as the general body. The headstock uses the standard one, with the aid of drill bush to guide the twist drill and guarantee the precision of processed hole. During the design process, we must use standard component as much as possible to design the modular machine tool in order to simplifying the structure. The modular machine tool is easy to be operated, has high machining precision and can reduce the working intensity, enhance the machining 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 3 efficiency and had the very good efficiency. Keywords: rear axle shaft housing; Drill hole; Modular machine tool; Headstock. 1 前言 组合机床是用按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加 工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。组合机床是由万能机床和专用机 床发展来的，它既有专用机床结构简单的特点，又有万能机床能够重新调整， 能适应新工件加工的特性。组合机床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。它的基本组成是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。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。组成组合机 床的通用部件有如下几类：动力部件动力头、动力滑台和动力箱；工件运 送部件回转工作台、移动工作台和回转鼓轮；支承部件立柱、床身、 底座和滑座等。控制系统有通用的液压传动装置、电气柜、操纵台等。在当今 的发展趋势中，一台组合机床如果不能完成全部的工艺过程，这时往往把几台 机床布置流水线，大大缩短了加工时间。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)， 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()、数字控制()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。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。组合机床未来的 发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍； 采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳 入柔性制造系统等。组合机床的设计，目前基本上有两种情况：其一，是根据 具体加工对象的具体情况进行专门设计，这是当前最普遍的做法。其二，随着 组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人总结自己生产和使用组合机床 的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而 后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计 4 且一些行业在完成一定工艺范围内组合机床是极其相似的，有可能设计为通用 机床，这种机床称为“专能组合机床” 。这种组合机床就不需要每次按具体加工 对象进行专门设计和生产，而是可以设计成通用品种，组织成批生产，然后按 被加工的零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的 高效率设备。组合机床行业的产品技术现状与激烈竞争的市场以及与用户需求 之间的差距是比较大的， 在市场经济的新形势下，切实解决存在的薄弱环节， 完善售后服务体系，以求得行业企业的大发展，前景是美的。 本次设计的课题是后桥壳体组合机床总体及左主轴箱设计，课题来源于盐 城市超越组合机床有限公司。主轴箱设计是组合机床设计中的一个重要组成部 分。在主轴箱体设计中；首先根据已知条件和被加工零件的具体结构特征，确 定各轴的排布方案、结构、材料、转向、配合关系等，保证各轴互不干涉。轴 的排布方案是多种多样的，通过比较选择一种最佳的方案，然后选择主轴箱体 的规格、型号。确定好轴的排布方案及各种技术参数后，再选择其它各种零件， 编制各零件的明细表。尽可能选用标准件和通用件，降低制造成本。需对被加 工零件孔的分布情况及所要达到的要求进行分析，如各部件尺寸、材料、形状、 硬度及加工精度和表面粗糙度等。 首先是总体方案的设计，组合机床的总体设计必须要制定工艺方案，在工 艺制定过程中，通过生产批量的分析确定组合机床箱体结合件的加工方案，并 寻求最佳的工艺方案。总体方案设计的主要成果是“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。 最后是技术设计和工作设计。技术设计是根据总体设计已经确定的“三图 一卡” ，设计主轴箱等专用部件的正式总图；工作设计即绘制各个专用部件的施 工图样，编制各部件明细表。 这次毕业设计是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等 基本技能的一次实践机会，它能让我综合运用机械设计的基本理论，并结合生 产实习和课程设计中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备 了设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力和运用主轴箱设计的基本原理 和方法，拟订夹具设计方案，完成主轴箱结构设计的能力，为未来从事的工作 打下良好的基础。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 5 2 组合机床总体设计 2.12.1 总体方案论证总体方案论证 2.1.12.1.1 加工对象工艺性的分析加工对象工艺性的分析 A.被加工零件特点 被加工零件材料是 HT200,硬度 HB160240，共计有 28 个孔需要加工，在 本工序之前各主要表面、主要孔已加工完毕。 B.本机床的加工内容及加工精度 本道工序：钻左、右面共计 61 个孔，由本组合机床完成，具体加工内 容及加工精度如下： a)钻左侧面：钻 2210.2，深 23；钻 28.5，深 18，粗糙度为 3.2。 锪左侧面：锪平 425，深 3，粗糙度为 3.2。 b)钻右侧面：钻 2210.2，深 23；钻 68.5，深 15，粗糙度为 3.2。 锪右侧面：锪平 525，深 3，粗糙度为 3.2。 各孔的具体位置精度及具体要求详见后桥壳体加工工序图。 C.本次设计技术要求 a)机床应能满足加工要求，保证加工精度； b)机床应运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调 整； c)机床尽可能用通用件以便降低制造成本； d)机床各动力部件用电气控制，液压驱动。 2.1.22.1.2 机床配置型式的选择机床配置型式的选择 确定机床的配置型式，定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结 构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件的精度、技术要求及生产率， 又要考虑机床操作方便可靠，易于维修，且润滑、冷却、排屑情况良好。对同 一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定 采取哪种方案时，绝不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进 行多种方案的对比，从中选择最佳方案。 后桥壳体的结构为卧式长方体，卧式组合机床的优点是加工和装配工艺性 好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输也都比较方便；而且，机床重心较 低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。立式组合机 后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计 6 床的优点是占地面积小，自由度大，操作方便。其缺点是机床重心高，振动大。 从装夹的角度来看，卧式平放比较方便，也减轻了工人的劳动强度。考虑到机 床运行的平稳性，选用卧式组合机床。 2.1.32.1.3 定位基准的选择定位基准的选择 被加工零件为后桥壳体属箱体类零件，加工工序集中、精度要求高。由于 箱体零件的定位方案一般有两种， “一面两孔”和“三平面”定位方法。 A. “一面双孔”的定位方法 它的特点是： a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位； b.有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各 面上孔的位置精度； c.“一面双孔”可作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零 件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证 零件的加工精度，同时，使机床各个工序（工位）的许多部件实现通用化，有 利于缩短设计、制造周期，降低成本。 d.易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切削落于定位基面上。 B.“三平面”定位方法 它的特点是： a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位； b.有同时加工零件两个表面的可能，能高度集中工序。 一般情况下， “一面双孔”是最常用的定位方案，即零件在机床上放置的底 面及底面上的两个孔作为定位基准，通过一个平面和两个定位销限制其六个自 由度。后桥壳体质量较大，底面上孔的直径足够，定位销不会受力变形，宜选 用“一面双孔”定位基准，所以初步拟定“一面双孔”定位方法，该定位方案 限制的自由度叙述如下：本机床加工时采用的定位方式是一面双孔，以底面为 定位基准面，限制一个自由度；两个孔限制五个自由度；为方便定位装夹在右 侧有两个定位板，在后面用一个定位块，作辅助支承，其不限制自由度。这样 工件的 6 个自由度被完全约束了也就得到了完全的定位。 2.1.42.1.4 滑台型式的选择滑台型式的选择 与机械滑台相比较，液压滑台的进给量可以无级调速；可以获得较大的进 给力；零件磨损小，使用寿命长；工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀， 很容易实现；过载保护简单可靠；工作可靠。但采用液压滑台的不足之处在于 进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定；液压系统漏油影响工作环境， 浪费能源；调整维修比较麻烦。本课题的加工对象是后桥壳体，为了提高加工 效率，降低生产成本，所以选用了液压滑台。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 7 2.22.2 切削用量的确定及刀具切削用量的确定及刀具选择选择 2.2.12.2.1 切削用量切削用量选择选择 在被加工的 61 中，有钻孔和锪孔加工，所以选择切削用量时从钻孔和 锪孔两方面考虑，具体的钻孔切削用量从文献1表 6-11 中选取,锪孔切削用量 从文献1表 6-13 中选取。钻孔时，降低进给量的目的是为了减小轴向切削力， 以避免钻头折断，降低切削速度主要是为了提高刀具寿命8。所有刀具都采用 高速钢。 在选择切削速度时，要求同一多轴箱上各刀具每分钟进给量必须相等并等 于滑台的工进速度（单位为mm/min） ，因此，一般先按各刀具选择较合理的 f v 转速(单位为r/min)和每转进给量（单位为mm/r） ，再根据其工作时间最长、 i n i f 负荷最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具”来确定并调整每转进给量和转速， 通过“试凑法”来满足每分钟进给量相同的要求，即 （2- fii vfnfnfn 2211 1） 在选择了转速后就可以根据下列公式选择合理的切削速度。 （2- 1000 nd v 2） A对左面 28 孔的切削用量选择： a）钻孔 2210.2，深23mm 查文献1表6-11高速钢钻头切削用量得 由d612，硬度大于160240HBS，选择v=1018m/min， f 0.10.18mm/r， 又d=10.2mm，初选v=12 m/min， f=0.11 mm/r,则由 (2-3) 1000v n d 得： 取 n=375r/min 1000 12 374.67 / min 10.2 nr b）钻孔 28.5，深18mm 查文献1表6-11高速钢钻头切削用量得 由d612，硬度大于160240HBS，选择v=1018m/min， f 0.10.18mm/r， 又d=8.5mm，初选v=10 m/min， f=0.11 mm/r, 得： 取 n=375r/min 1000 10 374.67 / min 8.5 nr c）锪孔 425，深3mm 查文献1表6-13扩孔切削用量得 由d1525，硬度大于160240HBS，选择v=812m/min， f 0.150.3mm/r， 又d=25mm，初选v=8.6 m/min， f=0.36 mm/r， 得： 取 n=110r/min 1000 8.6 109.55 / min 25 nr B对右面 33 孔的切削用量选择： a）钻孔 2210.2，深23mm 查文献1表6-11高速钢钻头切削用量得 由d612，硬度大于160240HBS，选择v=1018m/min， f 后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计 8 0.10.18mm/r， 又d=10.2mm，初选v=12m/min， f=0.11mm/r, 得： 取 n=375r/min 1000 12 374.67 / min 10.2 nr b）钻孔 68.5，深15mm 查文献1表6-11高速钢钻头切削用量得 由d612，硬度大于160240HBS，选择v=1018m/min， f 0.10.18mm/r， 又d=8.5mm，初选v=10m/min， f=0.11mm/r, 得： 取 n=375r/min 1000 10 374.67 / min 8.5 nr c）锪孔 525，深3mm 查文献1表6-13扩孔切削用量得 由d1525，硬度大于160240HBS，选择v=812m/min， f 0.150.3mm/r， 又d=25mm，初选v=8.6m/min， f=0.36mm/r， 得： 取 n=110r/min 1000 8.6 109.55 / min 25 nr 2.2.22.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率计算切削力、切削扭矩及切削功率 根据文献1P.134 表 6-20 中公式计算钻孔 (2-4) 6 . 08 . 0 26HBDfF (2-5) 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT (2-6) D Tv P 9740 式中， F 切削力（N） ； T 切削转矩（Nmm） ； P 切削功率（kW） ； v 切削速度（m/min） ； f 进给量（mm/r） ； D 加工（或钻头）直径（mm） ； 根据文献1P.134 表 6-20 中公式计算锪孔 (2-7) 6 . 0 2 . 1 4 . 0 2 . 9HBafF p (2-8) 6 . 08 . 075. 0 6 . 31HBfDT (2-9) D Tv P 9740 式中， F 切削力（N） ； T 切削转矩（Nmm） ； P 切削功率（kW） ； 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 9 v 切削速度（m/min） ； f 进给量（mm/r） ； D 加工（或钻头）直径（mm） ； 切削深度（mm） ； p a HB 布氏硬度。，在本设计中，)( 3 1 minmaxmax HBHBHBHB ， ，得 HB=213。由以上公式可得：240 max HB160 min HB A.左侧面钻孔和锪孔 a)钻 2210.2，深 23 由公式（2-4）得： 6 . 08 . 0 26HBDfF =2610.20.110.82130.6 =1131.66 N 由公式（2-5）得： 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT =1010.21.90.110.82130.6 =3519.51 Nmm 由公式（2-6）得： D Tv P 9740 = 2 .1014 . 3 9740 1251.3519 =0.1354 kW b)钻 28.5，深 18 由公式（2-4）得： 6 . 08 . 0 26HBDfF =268.50.110.82130.6 =943.05 N 由公式（2-5）得： 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT =108.51.90.110.82130.6 =2489.07 Nmm 由公式（2-6）得： D Tv P 9740 = 5 . 814 . 3 9740 1007.2489 =0.0957 kW c) 锪 425，深 3 由公式（2-7）得： 6 . 0 2 . 1 4 . 0 2 . 9HBafF p =9.20.360.431.22130.6 后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计 10 =570.01N 由公式（2-8）得： 6 . 08 . 075. 0 6 . 31HBfDT =31.6250.750.360.82130.6 =3892.35Nmm 由公式（2-9）得： D Tv P 9740 = 2514.39740 6.835.3892 =0.0438 kW B.右侧面钻孔和锪孔 a)钻 2210.2，深 23 由公式（2-4）得： 6 . 08 . 0 26HBDfF =2610.20.110.82130.6 =1131.66 N 由公式（2-5）得： 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT =1010.21.90.110.82130.6 =3519.51 Nmm 由公式（2-6）得： D Tv P 9740 = 2 .1014 . 3 9740 1251.3519 =0.1354 kW b)钻 68.5，深 15 由公式（2-4）得： 6 . 08 . 0 26HBDfF =268.50.110.82130.6 =943.05 N 由公式（2-5）得： 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT =108.51.90.110.82130.6 =2489.07 Nmm 由公式（2-6）得： D Tv P 9740 = 5 . 814 . 3 9740 1007.2489 =0.0957 kW c) 锪 525，深 3 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 11 由公式（2-7）得： 6 . 0 2 . 1 4 . 0 2 . 9HBafF p =9.20.360.431.22130.6 =570.01N 由公式（2-8）得： 6 . 08 . 075. 0 6 . 31HBfDT =31.6250.750.360.82130.6 =3892.35Nmm 由公式（2-9）得： D Tv P 9740 = 2514.39740 6.835.3892 =0.0438 kW 总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和 左面 =220.1354+20.0957+40.589+0.0438=3.3454kW w P 右面 =220.1354+60.0957+50.0438=3.772kW w P 实际切削功率 根据文献4，P=(1.52.5),因为是多轴加工，故取定 P=2Pw W P 则 =2=23.34546.6908kWP 左w P 左 =2=23.7727.544kWP 右w P 右 2.32.3 组合机床总体设计组合机床总体设计三图一卡三图一卡 2.3.12.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图 A.被加工零件工序图的作用和内容 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，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位 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重要依据， 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在被 加工零件的基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制 的。其主要内容包括： a)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 后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计 12 相互干涉。 b)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 支承、定位、夹紧和导向等机构设计。 c)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。 d)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。 B.绘制被加工零件工序图的规定及注意事项 a)绘制被加工零件工序图的规定：应按一定的比例，绘制足够的视图以及 剖面；本工序加工部位用粗实线表示；定位用定位基准符号表示，并用下标数 表明消除自由度符号；夹紧用夹紧符号表示，辅助支承用支承符号表示。 b)绘制被加工零件工序图注意事项 本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。 对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析。在钻孔时，其大孔单 边余量应小于相邻两孔半径之差，以便钻头能通过。 当本工序有特殊要求时必须注明。如精钻孔时，当不允许有退刀痕迹或者 允许有某种形状的刀痕时必须注明。 图 2-1 所示为被加工零件工序图。 图 2-1 被加工零件工序图 2.3.22.3.2 加工示意图加工示意图 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工 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等。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 13 A.导向结构的选择 组合机床钻孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。 导向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位 置；提高刀具系统的支承刚性。 B. 刀具的选择 在编制加工示意图的过程中，首先是对刀具进行选择。一台机床刀具的选 择是否合理，直接影响到机床的加工精度、生产率和工作情况。因而正确选择 刀具是一个相当重要的工作。刀具的选择要考虑到工件加工尺寸精度、表面粗 糙度、切屑的排除及生产率要求等因素。钻孔刀具其直径应与加工终了时刀具 螺纹螺旋槽后端和导向套外端有一定的距离。 a.刀具直径的选择 刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。根据工艺要求及加工精 度的要求，钻8.5孔时采用8.5/11复合麻花钻头，钻10.2孔时采用 10.2/12复合麻花钻头，锪25孔时采用25/35锪刀。 b.刀具耐用度的计算 确定刀具耐用度，用以验证选用量或刀具是否合理，刀具的耐用度至少大 于4个小时。查阅文献2中公式： （2- 8 3 . 155 . 0 25 . 0 9600 HBvf D T 10） 式中： 刀具耐用度，单位 min；T 钻头直径，单位 mm；D 切削速度，单位 m/min；v 每转进给量，单位 mm/r；f 布氏硬度。HB 选择8.5mm的钻头进行计算： T= 1512min 根据计算，所得刀具耐用度满足要求。 C.确定主轴、尺寸、外伸尺寸 在本课题中，主轴是用于钻孔的，钻孔选用滚珠轴承主轴。钻孔时采用刚 性连接，主轴采用长主轴。 根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩 T，由文献1P43 页公式 （2- 4 10TBd 11） 式中，d 表示轴的直径（） ；T 表示轴所传递的转矩（Nm） ；B 表示系数， 本课题中钻孔主轴为非刚性主轴，取 B=6.2。 后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计 14 由公式可得： 左面 轴 1-4 d=15.49mm 取定 d=25 轴 5-26 d=15.10mm 取定 d=20 轴 27，28 d=13.85mm 取定 d=20 右面 轴 29-33 d=15.49mm 取定 d=25 轴 34-39 d=13.85mm 取定 d=20 轴 40-61 d=15.10mm 取定 d=20 根据主轴类型及初定的主轴轴径，查文献1第 44 页表 3-6 可得到主轴外 伸尺寸及接杆莫氏圆锥号。主轴轴径=25时，主轴外伸尺寸为：d mm，=115；主轴轴径=20时，主轴外伸尺寸为：/38/ 26D d Ld 、=115；接杆莫氏圆锥号为。/30/ 20D d L D.选择接杆、浮动卡头 在钻、扩、铰、锪孔及倒角等加工小孔时，通常都采用接杆（刚性接杆） 。 各主轴的外伸长度和刀具均为定值，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终 了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完 成孔的要求。 为提高加工精度、减少主轴位置误差和主轴振摆对加工精度的影响，在采 用长导向或双导向进行钻孔时，一般孔的位置精度靠夹具保证。为避免主轴与 夹具导套不同而引起的刀杆“别劲”现象影响加工精度，均可采用浮动卡头连 接。 所以钻孔一般采用刚性连接。 E.动力部件工作循环及行程的确定 a)工作进给长度 L工的确定 工作进给长度 L工，应等于加工部位长度 L（多轴加工时按最长孔计算）与 刀具切入长度 L1和切出长度 L2之和。切入长度一般为 510，根据工件端面 的误差情况确定。 锪孔时，切出长度一般为 1015mm；钻孔时，切出长度一般为d+(38) 1 3 mm。 当采用复合刀具时,应根据具体情况决定。所以得出以下结果: 左主轴箱：工进长度： 72330Lmm 工 右主轴箱：工进长度： 72330Lmm 工 b)快速进给长度的确定 快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度按具体情况确定。 初步选定两个主轴箱上刀具的快速进给长度分别为 150mm,150mm。 c)快速退回长度的确定 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 15 快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。由已确定的快速进给和 工作进给长度可知，三面快速退回长度分别为 180mm,180mm。 d)动力部件总行程的确定 动力部件总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外，还要考虑因 刀具磨损或补偿制造、安装误差，动力部件能够向前调节的距离（即前备量） 和刀具装卸以及刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中拿出时，动力部 件需要后退的距离（刀具退离夹具导套外端面的距离应大于接杆插入主轴孔内 或刀具插入接杆孔的长度，即后备量） 。因此，动力部件的总行程为快退行程与 前后备量之和。图 2-2 为被加工零件的加工示意图。 图 2-2 加工示意图 2.3.32.3.3 机床尺寸联系总图机床尺寸联系总图 A动力滑台的选择 a)动力滑台形式的选择 本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台具有如下优 点：在相当大的范围内进给量可以无级调速；可以获得较大的进给力；由于液 压驱动，零件磨损小，使用寿命长；工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀， 很容易实现；过载保护简单可靠；由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转 换精度高，工作可靠。但采用液压滑台也有其弊端，如：进给量由于载荷的变 化和温度的影响而不够稳定；液压系统漏油影响工作环境，浪费能源；调整维 修比较麻烦。本课题的加工对象是后桥壳体左、右两个面上的 61 个孔，位置精 度和尺寸精度要求较高，因此采用液压滑台。 b)动力滑台型号的选择 根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，按文献1第 62 页公 （2- n i i FF 1 多轴箱 12） 后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计 16 式中，各主轴所需的 向切削力，单位为 N。 i F 则 左主轴箱 22 1131.662 943.054 570.0129062.66FN 多轴箱 右主轴箱 22 1131.665 943.054 570.0131891.81FN 多轴箱 实际上,为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于。 多轴箱 F 又考虑到所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为 了保证工作的稳定性，由文献1第 91 页表 5-1，左、右两面的液压滑台均选 用 1HY50A 型。台面宽 500mm，台面长 1000mm,行程长 400mm，滑台及滑座总高 360mm,滑座长 1440mm，允许最大进给力 32000N，快速行程速度 6.3m/min，工 进速度 10350mm/min。 B动力箱型号的选择 由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和，根据文献1第 47 切削 P 页公式 （2- 切削 多轴箱 P P 13） 式中, 消耗于各主轴的切削功率的总和（kW） ； 切削 P 多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取 0.80.9，加工有色金属时取 0.70.8；主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。本课题中，被加工零 件材料为灰铸铁，属黑色金属，又主轴数量较多、传动复杂，故取。8 . 0 左主轴箱：6.6908PkW 左 则 6.6908 8.36 0.8 PkW 多轴箱 右主轴箱：7.544PkW 右 则 7.544 9.43 0.8 PkW 多轴箱 根据液压滑台的配套要求，滑台额定功率应大于电机功率的原则，查文献 1 第 114115 页表 5-38 得出动力箱及电动机的型号。 表 2-1 动力箱及电动机的型号选择 动力箱型号电动机型号 电动机功率 (kW) 电动机转速 (r/min) 输出轴转速 (r/min) 左主轴箱1TD50Y160M-4111460730 右主轴箱1TD50Y160M-4111460730 C.配套通用部件的选择 侧底座 1CC501 型号，其高度 H=560mm，宽度 B=700mm，长度 L=1550mm。 D.确定机床装料高度 H 装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。在确定之前，首 先要考虑工人操作的方便性，还要考虑车间运送共建的滚到高度，工件最低孔 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 17 的位置，主轴箱最低主轴高度和通用不见的高度尺寸的限制。本课题中，工件 最低孔位置 h2=70，主轴箱最低主轴高度 h1=143.55，所选滑台与滑座总高 h3=320，侧底座高度 h4=560，夹具底座高度 h5=330，中间底座高度 h6=560，综合上述因素，该组合机床装料高度取 H=1000。 E.确定夹具轮廓尺寸 主要确定夹具底座的长、宽、高尺寸。工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具 底座轮廓尺寸的基本依据。具体要考虑布置工件的定位、限位、夹紧机构、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。夹具底座的高 度尺寸，一方面要保证其有足够的高度，同时考虑机床的装料高度、排屑的方 便性和便于设置定位、夹紧机构。一般不小于 240 mm。本机床夹具的长度为 750mm，宽度为 700mm，高度为 330mm。 F.确定中间底座尺寸 中间底座的顶面安装夹具或输送部件，侧面与侧底座或立柱底座相连接， 并通过端面键或定位销定位。根据机床配置形式不同，中间底座有多种形式， 如：双面卧式组合机床的中间底座，两侧面都安装侧底座；三面卧式组合机床 的中间底座为三面安装侧底座；立式回状工作台式组合机床，除了安装立柱外， 还需安装回转工作台。总之，中间底座的结构，尺寸需根据工件的大小、形状 以及组合机床的配置形式等来确定。因此，中间底座一般按专用部件进行设计， 但为了不致使组合机床的外廓尺寸过分繁多，中间底座的主要尺寸应符合国家 标准规定。 确定中间底高度尺寸时，应考虑铁屑的储存及排除电气接线安排，中间底 座高度一般不小于 540mm。 本机床确定中间底座高度为 560mm。 G.确定主轴箱轮廓尺寸 主要需确定的尺寸是主轴箱的宽度 B 和高度 H 及最低主轴高度，可按下 1 h 式计算： （2- 1 2bbB 14） （2- 11 bhhH 15）式中，工件在宽度方向相距最远的两孔距离（） ；b 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（） ； 1 b 工件在高度方向相距最远的两孔距离（） ；h 最低主轴高度（） 。 1 h 对于卧式组合机床， h1 要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常 推荐，本组合机床按式mmh14085 1 （2- 12347 (0.5)hhHhhh 16） 计算，得： ， 1 54.41hmm 后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计 18 ,取，则求出主轴箱轮廓尺寸：724.23,323.85bmm hmmmmb100 1 1 2724.232 100924.23Bbbmm 11 323.8554.41 100478.26Hhhbmm 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=1000630。 2.3.42.3.4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡 A.理想生产率(单位为件/h)是指完成年生产纲领 A(包括备品及废品率)Q 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 tk取 2350h,两班制 tk取 4600h,由文献1的 51 页公式 （2- k t A Q 17） 得： 50000/235021.28/Qh件 B.实际生产率(单位为件/h)是指所设计机床每小时实际可生产的零件数 1 Q （2- 单 T Q 60 1 18） 式中:生产一个零件所需时间(min)，可按下式计算： 单 T （2- 装移 快退快进 停辅切单 tt V LL t V L V L ttT k f ff2 2 1 1 19） 式中:分别为刀具第、第工作进给长度,单位为 mm； 21 LL 、 分别为刀具第、第工作进给量,单位为 mm/min； 21ff VV 、 当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时，滑台在死挡铁上 停 t 的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 转所需的时间，单 位 min； 分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为 mm; 快退快进、L L 动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取 56m/min;用液压 k f V 动力部件时取 310m/min; 直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取 0.1min; 移 t 工件装、卸（包括定位或撤销定位、夹紧或松开、清理基面或切 装卸 t 屑及吊运工件）时间。它取决于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方 便及工人的熟练程度。通常取 0.51.5min。 如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求,即,则必须重QQ 1 新选择切削用量或修改机床设计方案。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 19 已知: 钻左面孔 30;375 0.1140/ min f Lmm Vnfmm 工 150Lmm 快进 180Lmm 快退 钻右面孔 ;30Lmm 工 375 0.1140/ min f Vnfmm 150Lmm 快进 180Lmm 快退 左面孔 30 0.020.77min 40 f L tt V 机 工进 停 150 180 0.1 1.51.652min 6300 k f LL ttt V 快进快退 移辅装卸 0.77 1.6522.422m