机电工程专业毕业论文变速器后体5dya 卧式三面攻丝组合机床左右主传动系统设计

摘 要 目前，组合机床主要是用于平面加工和孔加工两类。现随着自动化技术的发 展，其工艺范围正在扩大可以完成如：车外圆、行星铣削、焊接、热处理等切削 与非切削工作。它在汽车、电机、仪器仪表等轻工业行业中获得了广泛的应用， 它在机床、机车、工程机械等制造业中也已推广应用。 论文主要介绍了变速器后体组合机床左、右主传动系统设计。以普通机床设 计为基础，结合现代此类相关课题的研究方法，在 CAD/CAM 软件辅助设计的基础 上，绘制机床总图、加工工序图、加工示意图、左、右主轴箱装配图及相关零部 件图。本文分以下几部分对以上内容进行了讨论：首先，根据零件的生产需要拟 定出了工序集中的工艺路线，确定机床结构方案。其次，依据被加工零件的加工 要求，选择合适的切削用量，通过计算选择合适的主轴箱等标准零部件及相应辅 件。在附录中收录了相关设计计算方面参考书目。最后，选取与论文相关的英文 文献进行翻译。 关键词关键词：组合机床 主轴箱 切削用量 Abstract At present, the combination of machine is mainly used for graphic processing and processing of two types of holes. Now with the development of automation, the technology is expanding the scope to be completed such as: cars cylindrical, planetary milling, welding, heat treatment and so the work of cutting and non-cutting. It in the automotive, electrical, instrumentation and other light industry to gain a wide range of applications, its machine tools, locomotives, construction machinery manufacturing industry has also been applied. The thesis primarily introduced the left and right main transmission system for the machine tool of transmission after the body. based on the design of common machine tools and integrated with this kind of related researchs,used the CAD/CAM software to plot the general drawing of the machine tool , Processing working procedure spindle box left assembly and the related parts. The thesis will discuss the content mentioned above as follow: Firstly , the route of the centralized machining process and the system of the machine tool are laid down according to the need of the production; Secondly , according to the request for processing cover of the parts processed, choose proper Cutting specifications, then after caculating,chose the Headstock and the other parts. In addition, in the appendix, titles of interrelated data are embodied.Lastly, choosed and translated the related English material. Key words: combination of machine Multi-axle-boxes Cutting specifications 目 录 引 言 1 1 绪 论 3 1.1 组合机床概述.3 1.2 主要任务.3 2 组合机床总体设计.4 2.1 工艺方案的拟定 .4 2.1.1 概述4 2.1.2 加工工序的初定.4 2.1.3 加工工序方案的比较.7 2.1.4 被加工零件的特点.8 2.2 加工工艺分析 .9 3 组合机床切削用量的选择 .10 3.1 概述10 3.2 确定切削用量 10 3.2.1 组合机床切削用量的选择特点10 3.2.2 组合机床切削用量的选择方法及注意事项10 3.2.3 组合机床切削用量的选择11 3.3 切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度的确定 11 3.3.1 切削力、切削转矩及切削功率的计算11 3.3.2 刀具耐用度的确定 12 3.3.3 选择刀具结构12 4 组合机床总体设计“三图一卡” .13 4.1 被加工零件工序图13 4.2 加工示意图13 4.2.1 刀具的选择14 4.2.2 攻螺纹靠模机构及攻螺纹卡头的选择14 4.2.3 攻螺纹行程的控制 15 4.2.4 攻螺纹电机的选择和主轴的制动 15 4.2.5 确定主轴类型、尺寸、外伸长度15 4.2.6 接杆的选择 16 4.2.7 确定动力部件的工作循环及行程16 4.3 机床联系尺寸图18 4.3.1 动力部件及其配套通用部件的选择18 4.3.2 其他尺寸的确定19 4.4 生产率计算卡20 4.4.1 理想生产率 Q 21 4.4.2 实际生产率 Q1 .21 4.4.3 机床负荷率 负.22 5 组合机床多轴箱设计24 5.1 概述 .24 5.2 绘制主轴箱设计原始依据图24 5.3 主轴箱结构的确定26 5.4 主轴、齿轮的确定及动力的计算27 5.4.1 主轴型式和直径、齿轮模数的确定 27 5.5 多轴箱的传动设计28 5.5.1 多轴箱传动系统的设计要求 28 5.5.2 拟定多轴箱传动系统的基本方法29 5.5.3 传动件校核32 5.5.4 润滑泵轴的位置34 5.6 多轴箱中各主轴、传动轴坐标、位置计算结果34 5.6.1 加工基准坐标系的选择34 5.6.2 主轴和驱动轴坐标的计算 34 6 主轴箱零件补充加工示意图的绘制 .35 结论 .36 谢辞 .37 参考文献 .38 外文资料 .39 1 引 言 毕业设计是学生在学完大学的全部课程及进行了生产实习和机械制造基础 、 机械设计基础等多门课程设计之后进行的。是对大学期间学习成果的一次深 入的综合性考察。同时，也是将大学生在校期间学到的基本理论知识同生产实习 中学到的实践知识相结合去解决实际问题的一次很好的锻炼机会。大学生应学会 各种思考问题，解决问题的方法，以提高认识问题解决问题的能力。从而为其今 后的学习、工作奠定结实的理论基础和实践基础。 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。可以对一种或一类零件进行高效率的加工。主要用于零 件的大批量生产，具有低成本、自动化程度高、配置灵活、高效率和高精度的特 点。此外，由于大量地使用通用部件，组合机床的设计周期也很短，便于生产的 组织和调整。 本次的课题是针对 5DYA（储备零件有 035A,5GA,5DYC）变速器后体组合机床 （进给驱动系统）的设计。工件采用三面同时加工的加工方案，工件安装在机床 的固定夹具里，夹具和工件固定不动，动力滑台实现进给运动，滑台上的动力箱 连同多轴箱实现切削主运动。 论文详细说明了 5DYA（储备零件有 035A,5GA,5DYC）变速器后体组合机床 （进给驱动系统）设计的步骤及其依据。包括被加工零件加工工艺的分析、系统 原理图的设计、元件的选取、部件的装备情况等。 题目的要求为：（1）搜集资料，查阅文献，现场实习，熟悉当前相关研究动态； （2）机床总图，工序图，加工示意图的设计； （3）部件装配图绘制，装配图设计； （4）专用零件工作图的设计； （5）相关外文翻译一份（5000 字以上） ，撰写论文一篇。 当前组合机床的发展概况： 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 套工艺装备。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 2 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（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。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国 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。 随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高，高精度、高生产率、柔性化、多品种、 短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业，因此组 合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机 床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面，加强数控技术的应 用，提高组合机床产品数控化率；另一方面，进一步发展新型部件，尤其是多坐 标部件，使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品种加工的市场需求。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 备与复合、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 1000020000r/min，最高进给速度可达 2060m/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，加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状 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。 然而更关键的是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 以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关 数据；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、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方 向。 3 1 1 绪 论 1.1 组合机床概述 后体作为变速器的重要部件之一，它的加工精度直接影响到发动机的工作性能，因 而它的加工显得尤其重要。后体的一大特点是多螺纹孔且这些孔的排列大多不规则，加 之部分部位加工难度较大。如果采用普通车床进行手动逐孔进行加工，不仅工人劳动强 度大，而且生产效率和加工精度也会很低。因此，我们应用组合机床机用丝锥加工，因 此组合机床在这个领域得到了广泛的应用。 组合机床主轴箱设计时我们应遵循以下原则：保证转速和转向的前提下，力求用最 少的传动轴和齿轮(数量和规格)，以减少各类零件的品种。具体措施可以采用一根传动 轴同时带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排位置上。当齿轮啮合中心距不符合标准时， 可以采用变位齿轮；从而避开了用主轴带主轴的方案，这样就避免了增加主轴负荷，不 会影响加工品质；为使主轴箱结构紧凑，主轴箱内齿轮传动副的传动比都在115之 间；为了使主轴上的齿轮不太大，有的在最后一级采用升速传动；如果切削力大，为了 减少主轴的扭曲变形，主轴上的齿轮尽量安排靠近前支承。 1.2 主要任务 本设计的主要任务是：在知道后体零件图的情况下，设计出加工某些特定孔 的专用加工机床，以此来提高加工效率，减小工人劳动强度。 在设计过程中，首先，要认真分析后体零件图，选定所加工孔系，根据组合 机床设计步骤合理制订机床设计方案。在设计过程中要做到：能用标准件就选标 准件。对重要承载部件进行核算，以确定机床的受力及加工精度。 （1）本次设计的题目： 变速器后体 5DYA 卧式三面攻丝组合机床左、右主传动系统设计 （2）生产纲领：184000 件/年 （3）本机床是经过实地调查研究，为满足社会需求和零件加工的实际要求，针对 ADC12Z 变速器而设计的，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组 成的一种高效机床，它具有以下特点： 1）生产率高 2）加工精度稳定 3）研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低 4）自动化程度高，劳动强度低，配置灵活 4 2 组合机床总体设计 2.1 工艺方案的拟定 2.1.1 概述 被加工零件是 ADC12Z 变速器后体，它属于箱体类零件，底面有定位销孔。 精度要求较高，顶、底面有平面度要求。 设计合理的加工方法、工序数量和顺序，应考虑一下关系： 1）零件成型的内在关系。零件材料与工艺手段的成型属性，以及工厂的生产条 件；机械加工中的安排原则与零件材料种类、结构形状、尺寸大小、精度高低相 关联。 2）零件加工质量的内在联系。在加工阶段划分中，粗、精加工阶段顺序分开， 其目的在于对主要表面能及时发现毛坯的气孔、缩孔、疏松等缺陷，避免不必要 的后续加工的浪费；粗、精加工由于其加工目的的不同，切削用量选取的原则各 异，其切削力、切削热和切削功率也不同，由此可合理选取机床（其精度和功率 等） ；为保证加工质量，粗精加工应分阶段和工序，以减少或消除由切削力、切削 热所引起的内应力；对于零件中的主要表面和次要表面，为保证主要表面的加工 精度和表面粗糙度不受加工的影响，也应分出加工阶段和工序。 3）零件加工成本的内在联系。机械加工工艺过程的设计要考虑工厂的优势，即 设备、人员和财力的实际情况，是否发挥工厂原有设备的潜力，技术人员和工人 的特长；机械加工工艺过程设计施工以投入小、物力消耗低为主要前提。 4）零件加工生产率的内在联系。机械加工工艺设计中采用工序集中还是工序分 散原则；各工序的工时定额是否符合生产节拍；是否采用了高生产率的工艺方法 等。 2.1.2 加工工序的初定 方案一： 、准备工作； 毛坯清理，打字头。 、铣： 铣大面。 、钻铰： 铰工艺孔、钻内腔 3-M8 螺纹底孔及端面、12 底孔。 5 、钻： 钻两销孔底孔、钻内腔 14 底孔、锪内腔 14 端面。 、车： 车小头、端面、倒角。 、钻： 钻侧面螺纹底孔。 、铣： 铣托架孔端面。 、铣: 铣窗口面。 、压瓦： 压衬套。 、镗： 镗大面两销孔、镗小头。 、镗: 镗内腔 12 、镗： 镗 14 孔。 、铣： 铣里程表面。 、钻铰： 钻、铰侧面 5 孔。 、镗： 镗里程表面 、钻： 钻 4-M10 螺纹底孔、倒角。 、攻： 攻托孔 4-M10-6H。 、攻： 攻内腔 3-M8 螺纹。 、钻： 钻窗口面 6-M8 螺纹底孔。 、攻： 6 攻侧面螺纹 、钻铰： 钻、铰内腔 18 孔。 、钻铰： 钻大面周边孔 8-11。 、清洗； 、终检： 按产品图纸及技术要求进行检查。 、打压： 进行打压试验。 方案二： 、准备工作； 毛坯清理，打字头。 、铣： 铣大面； 、钻铰： 铰工艺孔、钻内腔 3-M8 螺纹底孔及端面、12 底孔。 、钻： 钻两销孔底孔、钻内腔 14 底孔、锪内腔 14 端面。 、车： 车小头、端面、倒角。 、钻： 钻侧面螺纹底孔。 、铣： 铣托架孔端面。 、铣: 铣窗口面。 、压瓦： 压衬套。 、镗： 镗大面两销孔、镗小头。 、镗: 镗内腔 12、14 孔。 、铣： 7 铣里程表面。 、钻铰： 钻、铰侧面 5 孔。 、镗： 镗里程表面 、钻： 钻 4-M10 螺纹底孔、倒角。 、攻： 攻托孔 4-M10-6H。 、攻： 攻内腔 3-M8 螺纹。 、钻： 钻窗口面 6-M8 螺纹底孔。 、攻： 攻侧面螺纹 、钻铰： 钻、铰内腔 18 孔。 、钻铰： 钻大面周边孔 8-11。 、清洗； 、终检： 按产品图纸及技术要求进行检查。 、打压： 进行打压试验。 2.1.3 加工工序方案的比较 方案一的工序较分散，每道工序内所安排的加工内容少，工艺路线长，工序 多，对机床设备及夹具的结构要求简单，调整较为容易，生产工人易于掌握操作， 对工人的技术要求低。适用于大批量生产，但其广泛应用于专用机床，适用于传 统的流水线线产方式，占地面积大，设备投资多，深产成本高，周期长，在制品 数量多，转产也比较困难。而且工序过于分散，装夹次数多，因而零件的形状精 度和位置精度也不易保证。而方案二与方案一相比，工序则趋于集中，工序减少 了，每道工序内的加工内容多了，则可以在一次装夹过程中完成多个平面和孔的 8 加工，这样对提高零件的加工精度是有益的。同时工序集中后，所用的设备相应 的减少，也就节省了设备投资，减少了占地面积，从而降低了产品的生产成本， 此外，方案二与方案一相比生产率有所提高。 综上所述，不难看出，以上两种方案中，方案二更合理，所以我们采用第 二种加工方案 。 2.1.4 被加工零件的特点 被加工零件的特点，如工件的材料和硬度，加工部位的结构形状，工件刚性， 定位基准面的特点等，对组合机床的工艺方案的拟订都有重要影响。 （1）工件的材料及硬度： 工件的材料及硬度不同时加工方法和效果也有所不同。 本工件材料为：ADC12Z（铸铝合金） 硬度 HB75-105 抗拉强度 b=150-240MPa 延伸率 =1.5%-2% 加工时，要比加工铸铁件或钢件采用的切削用量高。 （2）组合机床的配置形式： 本次设计所解决的问题是方案二第 19 道工序，以大面和工艺孔定位，夹紧顶 面，攻侧面及窗口面螺纹 攻左侧面 M18X1.5-6H， M12X1.25-6H 螺纹 攻右侧面 M18X1.5-6H, M12X1.25-6H 螺纹 攻里程表上方 M8X1.25 螺纹 攻窗口面 6-M8-6H 螺纹 同时攻左、右面及窗口面螺纹，因此采用三面单工位机床加工。 （3）定位基准及夹紧方法的选择 定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。定位基准选择的是否正 确与合理，可以影响到加工质量的高低及生产率的提高。如果选择不当，会造成 零件的大批报废，使生产无法正常进行。 定位基准分为精基准、粗基准和辅助基准。在最初加工工序中，只能用毛坯 中尚未加工的表面作为定位基准（粗基准） 。在后续加工中则使用已加工的表面作 为定位基准（精基准） 。在制定工艺规程时，总是先考虑选择怎样的精基准以保证 达到精度要求并把各个表面加工出来，然后再考虑选择合适的粗基准把精基准面 加工出来。另外，为了使工件便于装夹和易于获得所需加工精度，可在工件上某 9 一部位做一辅助基准，用以定位。在选择定位基准时，应先选择精基准，再选择 粗基准。 1）.精基准的选择 选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计所要达到的技术要求，以及 如何使装夹准确、可靠、方便，选择精基准是应遵循以下原则： “基准重合”原则，应尽量选择被加工表面的设计基准作为精基准。 “基准统一”原则，应选择多个表面加工时都能用的表面作为基准。 “互为基准”原则，当两个表面相互间的形位精度和其自身尺寸都要求较 高时，可采用两面互为基准，反复进行加工。 “自为基准”原则，在光整加工或某些精加工工序中，要求余量尽量小且 均匀，应尽量选择加工表面本身作为基准。 对于本工件，多数尺寸都以底面、定位孔为设计基准。因此，应选择底面和 定位孔作为本零件加工的定位精基准。 （1）.粗基准的选择 粗基准的好坏，对以后各加工表面的加工余量的分配，以及工件上加工 表面和不加工表面的相对位置精度均有很大影响，选择粗基准的总要求是为后续 工序提供必要的定位基面，粗基准的选择原则如下： 保证相对位置要求的原则：如果必须保证工件上加工表面的相互位置要求， 则应以不加工的表面作为粗基准。 保证加工表面加工余量合理分配的原则：如果必须首先保证工件某重要表 面的余量均匀，应选择该毛坯表面作为粗基准。 便于工件装夹的原则：要求选用的粗基准尽可能平整、光洁，有足够大的 尺寸。 粗基准一般只使用一次，以后不得重复使用。 因此为保证定位基准与工序基准重合，以减少定位误差对孔位置精度的影 响，采用一面两销定位。 2.2 加工工艺分析 由图纸及装配图分析知，减速器后体所需加工的主要表面有顶面，底面，窗 口面，工艺定位孔，各连接孔，各螺纹孔，等特征。又根据图纸得要求： 工艺孔和大端面是本工序的工序基准，也是定位基准之一，所以销孔孔和大 端面的加工精度必须严格保证。 变速器后体的大端面和销孔它们相互间有一定的位置要求。 10 （1）三点定位洗大端面，保证平面度 0.06 ，并去除周边毛刺。 （2）以大端面和销孔底孔 2、6 定位钻铰工艺孔 4、6 孔 0.027 0 13 以大端面和工艺孔定位攻 5DYA、5DYC、035A、5GA 两侧面及后面孔。 在加工各零件各个侧面孔与定位面和工艺孔有不同的相对位置关系和各自的 加工精度要求，这些要借助专有夹具和提高机床加工精度的办法来保证它们的加 工要求。 根据图纸得技术要求: 未注明之铸造圆角半径为 R35，拔模角为 2。 铸件不容许有气孔、沙眼等铸造缺陷。 3 组合机床切削用量的选择 3.1 概述 根据工件的结构特点、工艺要求，生产率要求，即工艺方案，可大体确定机 床的配置形式为：固定式夹具、单工位三面组合机床，这种组合方式可达到的加 工精度高的要求。为保证排屑通畅，采用卧式布置。 工件安装在机床的固定式夹具里，夹具和工件固定不动，动力滑台实现进给运 动。滑台上的动力箱连同多轴箱，实现切削运动。 3.2 确定切削用量 3.2.1 组合机床切削用量的选择特点 1、组合机床常用多刀多刃同时切削。为尽量减少换刀的时间和刀具的消耗， 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 上的所有刀具（丝锥除外）的每分钟进给量相同，即等于滑台的工进速度。 3.2.2 组合机床切削用量的选择方法及注意事项 1、尽量做到合理使用所有刀具，充分发挥其使用性能。 2、复合刀具的选择应考虑刀具的使用寿命。保证刀具应有的使用寿命，进 给量按刀具最小直径选择，切削速度按复合刀具的最大直径选择。 3、选择切削用量时要注意既要保证生产批量的要求，又要保证刀具一定的 耐用度，在生产率要求不很高时，切削用量就不必选的很高，以免降低刀具的耐 11 用度。即使是生产率要求很高的组合机床也是在保证加工精度和刀具耐用度的情 况下，提高“限制性刀具”的切削用量，对于“非限制性刀具”其耐用度只要求 不低于某一极限值，这样可以减少切削功率。组合机床切削用量选择通常要求刀 具耐用度不低于一个工作班，最少不低于 4h。 4、确定切削用量时，还须考虑所选动力滑台的性能，采用液压滑台时选择 每分钟进给量 fm 应比该滑台最小工进速度大 50% ，否则，会受温度和其他因素影 响而导致进给不稳定。 3.2.3 组合机床切削用量的选择 由组合机床设计简明手册表 6-19 查得： 高速钢丝锥攻螺纹切削速度：515m/min 孔 18 攻螺纹 进给量 f=1.5mm/r 孔 12 攻螺纹 进给量 f=1.25mm/r 孔 8 攻螺纹 进给量：f=1.25mm/r 3.3 切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度的确定 3.3.1 切削力、切削转矩及切削功率的计算 由组合机床设计简明手册表 6-20 得 切削转距： T=270D1.4P1.5 切削功率: P=Tv/9740D M18X1.5-6H 螺纹： 切削转矩：T（N.m） T=270D1.4P1.5 =270181.41.51.5 27057.1981.837 28369.6 N.m 切削功率 P（KW） /974028369.3 11.3/974018 60PTVd =0.01 KW M12 X 1.25-6H 螺纹： 切削转矩 T（N.m） T=270D1.4P1.5 12 =270121.41.251.5 =27057.1981.837 =12229.7N.m 切削功率 P（KM） /974012229.7 9.04/974012 60PTVd =0.005 kW M8 X 1.25 螺纹： 切削转矩 T（N.m） T=270D1.4P1.5 =270121.41.251.5 =27057.1981.837 =6945.3 N.m 切削功率 P（KM） /97406945.3 6.03/97408 60PTVd =0.003 kW 6-M8X 1.25 螺纹： T=270D1.4P1.5 =270121.41.251.5 =27057.1981.837 =6945.3 N.m 切削功率 P（KM） /97406945.3 6.03/97408 60PTVd =0.003 kW 3.3.2 刀具耐用度的确定 由机械制造工艺学课程设计简明手册查得：丝锥耐用度为：T=300 分 3.3.3 选择刀具结构 正确选择刀具结构，对保证组合机床正常工作极为重要。根据工艺要求和 加工精度不同，常用刀具有一般刀具（标准）、复合刀具及特种刀具等。选择 刀具结构应注意以下问题： 1只要条件允许，尽可能选用标准刀具和一般简单刀具。 2为提高工序集中程度或保证加工精度，可采用先后加工或同时加工两个或 13 两个以上表面的复合刀具。同时选择和设计复合刀具时，还应注意刀具加 工行程和导向位置的变化，刀具制造、刃磨、排屑是否方便，而且应使复 合刀具各切削部分的耐用度大致相同。 3选择刀具时，必须注意工件材料的特点。 根据上述原则，选择如下刀具：选用 GB3464-83 M8X1.25 机用丝锥细柄粗牙 （3） 总长 72mm,d1=6.3mm 选用 GB3464-83 M12X1.25-H2 机用丝锥细柄细牙（2）总长 84mm,d1=9mm 选用 GB3464-83 M18X1.5-H2 机用丝锥细柄细牙（7）总长 104mm,d1=14mm 选用 GB3464-83 M8X1.25-H2 机用丝锥细柄粗牙（6）总长 72mm,d1=6.3mm 4 组合机床总体设计“三图一卡” 4.1 被加工零件工序图 被加工零件工序图是根据制订的工艺方案，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， 夹紧部分及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前的加工余量，毛坯或半成 品的情况图样。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 床精度的重要文件主要包括以下内容： （1）被加工零件的形状和主要轮廓尺寸，以及与本工序机床涉及有关部件、结构、 形状和尺寸。 （2）本工序所选用的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。 （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七 道工序的技术要求。 （4）注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度等。 具体内容详见零件加工工序图 4.2 加工示意图 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。它是涉及刀具、辅具、夹具、主轴箱和液 压、电气系统一及选择动力部件、绘制机床总联系尺寸图的重要依据；是随机床 总体布局和性能的原始要求；同时也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。 14 主要内容有：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、尺寸及外伸 长度、刀具类型、数量和结构尺寸，接杆、导向装置，刀具、导套之间的配合。 刀具、接杆、主轴之间的连接方式及配合尺寸等。 4.2.1 刀具的选择 选择刀具应考虑工件材质、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。为提高工序集中程度和满足精度要求，可 以采用复合刀具。孔加工刀具（钻、扩、铰）的直径应与加工部位尺寸、精度相 适应，其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端距离导向套外端面 30-50，以 利于排屑和刀具磨损后有一定的调整量。对于攻螺纹类刀具类型的选择决定于所 切螺纹的性质、所切螺纹在工件上的位置、工件的构造与尺寸及生产的批量。 由此选用： 选用 GB3464-83 M8X1.25 机用丝锥细柄粗牙（3） 总长 72mm,d1=6.3mm 选用 GB3464-83 M12X1.25-H2 机用丝锥细柄细牙（2）总长 84mm,d1=9mm 选用 GB3464-83 M18X1.5-H2 机用丝锥细柄细牙（7）总长 104mm,d1=14mm 选用 GB3464-83 M8X1.25-H2 机用丝锥细柄粗牙（6）总长 72mm,d1=6.3mm 4.2.2 攻螺纹靠模机构及攻螺纹卡头的选择 在组合机床上攻螺纹，根据工件加工部位分布情况和工艺要求，常有攻螺纹 动力头攻螺纹，攻螺纹靠模装置攻螺纹和活动攻螺纹模板攻螺纹三种方法。 普通车床上车削螺纹时，主运动和进给运动这间应保持严格的相对运动，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 1-2 扣之后，丝锥便自行 进给，主运动和进给运动之间的严格的相对运动关系由丝锥自身保证。丝锥每转 进给量（螺距）与靠模螺母或整个多轴箱进给量的差异同螺纹靠模机构补偿。用 来组成攻螺纹靠模装置的攻螺纹机构称为第类攻螺纹靠模；用来组成活动攻螺 纹模板的攻螺纹机构称为第类攻螺纹靠模。 在组合机床上攻制螺纹多采用攻丝靠模装置。其原理仍然是“自引法”攻丝。 这种攻丝装置的进给运动，直接由靠模螺杆、螺母得到。常用的靠模装置有： TO281 型攻丝靠模装置和 TO282 型靠模装置。 本设计中采用了通用的 TO281 型攻丝靠模装置 15 TO281 型攻丝靠模 这种靠模装置有攻丝靠模和攻丝卡头配合组成，并由攻丝装置配置成攻丝组 合机床。 动力由攻丝主轴通过双键传到攻丝靠模杆，再经平键传递给攻丝卡头上的丝 锥。靠模螺母通过结合子和弹簧装在套筒内，套筒由压板压在靠模板谁上。攻丝 时，靠模杆边转动边向前移动，其进给量与丝锥引进量相同。压板的压力要适当， 以保证丝锥遇到故障不能前进，扭力增大，靠模杆与靠模螺母同时转动，停止进 给，避免破坏传动件或扭转丝锥。 这种装置易于调整，只要松开压板，则可方便的将攻丝靠模取出，且在变动 加工螺孔规格时，易装卸调换。 左面选用 3-1.5T0281,2-1.25T0281 攻丝靠模,7-240T284-41,4-240T284-41 心 杆；3-T0283，2-T0283 卡头。 右侧面选用 3-1.5T0281,2-1.25T0281，2-1.25T0281 攻丝靠模；7-240T284- 41,4-255T0284-41，4-170T0284-41 心杆；3-T0283，2-T0283，2-T0283 卡头。 窗口面选用 2-1.25T0281 攻丝靠模；2-T0283 卡头；4-205T284-4 心杆。 4.2.3 攻螺纹行程的控制 攻螺纹行程控制机构是组合机床的一个通用组件，用于控制攻螺纹工作循环。 在此选用直线式攻螺纹行程控制机构。 4.2.4 攻螺纹电机的选择和主轴的制动 大型标准攻螺纹多轴箱一般都是同电动机直接驱动。在确定电动机功率时， 要考虑丝锥工作时钝化的影响，一般取为计算功率的 1.5-2.5 倍（轴数少时取大 值，轴数多时取小值） 。 丝锥退回原位时，电动机应能迅速停止，以避免攻螺纹主轴靠模系统在电 动机反转停止时惯性的影响，不致造成丝锥超程而破坏攻螺纹机构的原位状态。 因此，一般攻螺纹主轴都要制动（转动惯量小，攻螺纹主轴少于 8 根的多轴箱可 不采用） 。常用的制动方式有制动电动机和电磁抱闸两种。直接制动电机可使攻螺 纹多轴箱结构简单，制动效果较好。由表 5-34 选用 T3542 型制动器。 16 4.2.5 确定主轴类型、尺寸、外伸长度 1主轴类型主要依据工艺方法，刀杆和主轴的连接进行确定。主轴轴径及轴端尺 寸主要取决于仅给抗力和主轴刀具系统结构。 2确定主轴类型为非刚性主轴。由组合机床设计简明手册表 3-5 得： 攻 M18X1.5-6H 时，T=28369.6N/mm 44 106.210 28.425.45dBTmm 攻 M12X1.25-6H 时，T=12229.7N/mm 44 106.210 12.2320.65dBTmm 攻 M8X1.25-6H 时，T=6945.3N/mm 44 106.210 6.9517.9dBTmm 根据表 3-6 选择参数如下： 攻 M18X1.5-6H 螺纹 D1/d138/20 L=120 攻 M12X1.25-6H 螺纹 D1/d130/16 L=120 攻 M8X1.25-6H 螺纹 D1/d132/14 L=120 4.2.6 接杆的选择 接杆是用于连接组合机床主轴与刀具的。在钻、扩、锪孔及倒角等加工小孔 时，通常都采用接杆。因为主轴箱各主轴的外伸长度和刀具的长度都是定值。为 了保证主轴箱上各刀具都能同时到达加工终了位置，须采用轴向可调的接杆来协 调各主轴的长度，以此来满足同时完成加工的要求。 根据组合机床设计简明手册图 8-6 得：选用下列接杆（T0284-41） 孔径 接杆号 M18X1.25 7-240 M8X1.25 4-255 M12X1.25 4-170 M8X1.5 4-205 4.2.7 确定动力部件的工作循环及行程 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，然后返回原是位置的动作过程，一般包括快进、工进和快退等动作。 1工作进给长度 LI 的确定： 17 组合机床上有第一工作进给和第二工作进给之分。前者用于钻、扩、铰孔等 工序。后者常用于钻、扩之后进行锪平面、倒大角等工序。 LI=L1+L+L2 LI工进长度 L1切入长度 L2切出长度 L加工长度 切入长度一般为 5-10mm，攻螺纹时切出长度为 5+L切 由组合机床设计简明手册表 3-7 攻左侧面 M18X1.5-6H 螺纹时：LI=L1+L+L2=5+15+20=40mm 攻左侧面 M12 X1.25-6H 螺纹时：LI=L1+L+L2=5+10+15=30mm 选 L1 左=40mm 攻右侧面 M18X1.5-6H 螺纹时：LI=L1+L+L2=5+15+20=40mm 攻右侧面 M8X1.25-6H 螺纹时：LI=L1+L+L2=5+13+18=36mm 攻右侧面 M12 X1.25-6H 螺纹时：LI=L1+L+L2=5+10+15=30mm 选 LI 右=40mm 攻后面 M8X1.25-6H 螺纹时：LI=L1+L+L2=5+15+20=40mm 选 LI 后=40mm 2快速进给长度： 快速进给是指动力部件快速把刀具送到工作进给位置。其长度按具体长度取下 列值： L 快进左=185mm L 快进右=200mm L 快进后=150mm 3快退长度确定 快退长度等于快进与工进长度之和。一般固定式夹具钻孔或扩孔的机床上动 力部件快退行程只要把所有刀具都退到导套内，不影响工作装卸就行了。 L 左退=LI+LI 快进 =40+185=225mm L 右退=LI+L 快进 =40+200=240mm L 后退=LI+L 快进 =40+150=190mm 4动力部件总行程的确定： 18 动力部件的总行程除了满足工作循环向前、向后所需的行程外，还要考虑因 刀具磨损或补偿制造、安装误差等。 动力部件的总行程为快退行程与前、后备量之和。 L 左总=前备量+L 快退+后备量 =20+225+40 =285mm L 右总=前备量+L 快退+后备量 =20+240+40 =300mm L 后总=前备量+L 快退+后备量 =20+190+40 =250mm 4.3 机床联系尺寸图 机床联系尺寸总图用来表示机床的配置型式，主要构成及各部件安装位置， 相互联系，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 联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适，它是多轴箱，夹具等专用部件 设计的重要依据。可以看成机床总体外观图。 4.3.1 动力部件及其配套通用部件的选择 动力箱的选择 动力箱规格要与滑台匹配、其驱动功率主要依据多轴箱所需传递的切削功率来 选用，在多轴箱尚未设计出来之前，可按下列简化公式进行估算： P 多轴箱=P 切削/ P 切削消耗于各主轴的切削功率的总和（KM） 多轴箱的传动效率，加工有色金属时取 0.7-0.8 在此取 =0.7 则 P 右多轴箱=0.013+0.0052/0.7=0.57KW P 左多轴箱=0.014+0.0052/0.7=0.71KW P 后多轴箱=0.0036/0.7=0.26KW 19 根据表 5-39 选用左、右、后相同的动力箱为：1TD20 型动力箱。 电动机选用 Y90L-6 P=1.1KM 通用部件的选择 ： 根据选定的切削用量及计算所得进给力，及其他已知条件，选择如下配套通 用部件。 动力箱：1TD20IA 表 5-38 电动机：Y90L-6 表 5-9 动力滑台：HJ25B-I 表 5-5 侧底座：ICC251 表 5-6 4.3.2 其他尺寸的确定 机床装料高度的确定 一般指工件安装基准面至地面的垂直距离，在确定机床材料高度时，首先要 考虑工人操作的方便性；对于流水线要考虑车间运送工件的滚道高度；对自动线 要考虑中间底座的足够高度，其次还要考虑机床内部结构尺寸限制和刚度要求。 一般装料高度在 850-1060mm 之间选取 取 H=900mm 1）.夹具轮廓尺寸的确定 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。 夹具底座长度：L=650 夹具底座宽度：L=294.5 夹具底座高度：L=317.2 夹具体的轮廓尺寸： L=1000 B=660 H=974.8 （包括底座） 2）.中间底座尺寸 中间底座的轮廓尺寸，在长、宽方向上应满足夹具的安装需要。同时满足中 间底座尺寸在支承夹具底座时有空余边缘尺寸。使用冷却液时不小于 70-100mm。 而当加工终了时，多轴箱与夹具轮廓间应有足够的距离，以便调整和维修，并应 留有一定的前备量。（取 20mm） 20 考虑到机床的刚性要求，冷却排屑系统要求以及侧底座联系尺寸要求等，确 定中间底座个高度 560mm。 3）.主轴箱的轮廓尺寸： 标准通用多轴箱的厚度是一定的，卧式为 325mm，因此确定多轴箱尺寸，主要 是确定箱体的高度 H、宽度 B 及最低主轴高度 h1。 B=b+2b1 H=h+h1+b1 b工件在宽度方向相距最远的两孔距离。 b1最边缘主轴中心到箱体外壁距离（mm） h工件在高度方向上相距最远的两孔距离（mm） h1最低主轴高度（mm） b170100mm 取 b1=100mm 左多轴箱：B=b+2b1=113.1+2x100=313.1mm H=h+h1+b1=174.9+98.9+100=373.8mm 右多轴箱：B=b+2b1=106.5+2x100=306.5mm H=h+h1+b1=205+90+100=395mm 后多轴箱：B=b+2b1=178+100x2=378mm H=h+h1+b1=225+71+100=396mm 因此，按通用箱体系列尺寸标准选择多轴箱规格： BxH=400x400 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 10-19 组支承部件。一般由通用侧底座、专用中间底座等组成。 2 第 20-29 组夹具及输送设备。包括工件定位，夹紧及固定导向部 分。 3 第 30-39 组电气设备。包括原理图、接线图和安装图等设计。 4 第 40-49 组传动装置。包括机床中所有动力部件。如动力滑台、 动力箱等通用部件。 5 第 50-59 组液压和气动装置。 6 第 60-69 组刀具、工具、量具和辅助工具等。 7 第 70-79 组多轴箱及其附属部件。 8 第 80-89 组冷却、排屑及润滑装置。 21 9 第 90-99 组电气、液压、气动等各种控制挡铁。 注：机床联系尺寸图应按机床加工终了位置绘制。 4.4 生产率计算卡 生产率计算卡是反映机床生产节拍或实际生产率和切削用量、动作时间、生产 纲领及负荷率等关系得技术文件。它是用户验收机床生产效率的重要依据。 4.4.1 理想生产率 Q 理想生产 Q（单位为：件/h）是指完成年生产纲领 A（包括废品率及备品率） 所要求的机床生产率，它与