ZH001-阀腔立式组合钻床设计【10-M12螺纹孔底孔】（全套含CAD图纸）
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i is an of of of s is to 1st a as a in an is to of so it a It be is an in of to is of of at is no as of 20000r/0,000 at 5 up 0m/is to be to be is a 1992. . in 2th on of as . in of to be is is of to or is to of t in to of NC By a in We be in is of is In or a In on in to we of is at to be a is of In to of DN of on of DN of N To an of to In of of in is of to By to at as by In of of up in of of no of of is is a a in of of a of up to By or of up to a up G of of up 0 or 2002 of 0 m / 00 m / 2 g 0000 r / 0 of up 0 m, 25 m is of a n of of in is to or or of is of of is be as 000 m / as a of 1st It is to is in so At of 5000m/a In to of is to is of of of If in or on of It is is to is an is a as a at In of it of of it be a of of of of 0 to of be a 0 0 m / as 20 m / is of of to to be of If a is of o to of of we to of in to be of be to to be To by of to of to be as as is a in of to is up in an of a to of TC to to to in a At of of or a In be of to / 10 a of a of of of to of of to 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 系： 机械系 专 业： 机械设计制造及自动化 姓 名： 学 号： 外文出处： 2002 附 件： 指导教师评语： 签名： 年 月 日 注： 请将该封面与附件装订成册。 附件 1：外文资料翻译译文 高速切削加工的发展及需求 郑家富，布莱恩罗德里格斯，肖飞，朱毅 高速切削加工是当代 先进制造技术的重要组成部分，拥有高效率、高精度及高表面质量等特征。本文介绍此技术的定义、发展现状、适用领域以及中国的需求情况。 高速切削加工是面向 21 世纪的一项高新技术， 他以 高效率、高精度和高表面质量为基本特征，在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行业中获得了愈来愈广泛的应用，并已取得了重大的技术经济效益，是当代先进制造技术的重要组成部分。 高速切削是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说，高速切削加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率 所必不可少的技术。高速切削加工的优点主要在于：提高生产效率、提高加工精度及降低切削阻力。 有关高速切削加工的含义，目前尚无统一的认识，通常有如下几种观点：切削速度很高，通常认为其速度超过普通切削的 5；机床主轴转速很高，一般将主轴转速在 10000上定为高速切削；进给速度很高，通常达15高可达 90m/于不同的切削材料和所釆用的刀具材料，高速切削的含义也不尽相同；切削过程中，刀刃的通过频率 (近 于“机床刀具工件”系统的主导自然频率 (，可认为是高速切削。可见高速切削加工是一个综合的概念。 1992 年，德国 业大学的 授在 提出了高速切削加工的概念及其涵盖的范围，如图 1 所示。认为对于不同的切削对象，图中所示的过渡区 (为通常所谓的高速切削 范 围，这也是当时金属切削工艺相关的技术人员所期待或者可望实现的切削速度。 高速切削加工对机床、刀具和切削工艺等方面都有一些具体的 要求。下面分别从这几个方面阐述高速切削加工技术的发展现状和趋势。 现阶段，为了实现高速切削加工，一般釆用高柔性的高速数控机床、加工中心，也有釆用专用的高速铣、钻床。这些设备的共同之处是：必须同时具有高速主轴系统和高速进给系统，才能实现材料切削过程的高速化。高速切削与传统切削最大的区别是，“机床刀具工件”系统的动态特性对切削性能有更强的影响力。在该系统中，机床主轴的刚度、刀柄形式、刀长设定、主轴拉刀力、刀具扭力设定等，都是影响高速切削性能的重要因素。 在高速切削中，材料去除率 (即单位时间内材料被切除的体积，通常受限于“机床 工件”工艺系统是否出现“颤振”。因此，为了满足高速切削加工的需求，首先要提高机床动静刚度尤其是主轴的刚度特性。现阶段高速切削之所以能够成功，一个很关键的因素在于对系统动态特性问题的掌握和处理能力。 为了更好地描述机床主轴的刚度特性，工程上提出新的无量纲参数 ，用以评价机床的主轴结构对高速切削加工的适应性。所谓 即“主轴直径与每分钟转速之积”。新近开发的加工中心主轴 大都已超过 100 万。为了减轻轴 承的重量，还釆用了比钢制品要轻得多的陶瓷球轴承；轴承润滑方式大都釆用油气混合润滑方式。在高速切削加工领域，目前已开发空气轴承和磁轴承以及由磁轴承和空气轴承合并构成的磁气 /空气混合主轴。 在机床进给机构方面，高速切削加工所用的进给驱动机构通常都为大导程、多头高速滚珠 丝杠 ，滚珠釆用小直径氮化硅（ 瓷球，以减少其离心力和陀螺力矩；釆用空心强冷技术来减少高速滚珠丝 杠 运转时由于摩擦产生温升而造成的丝 杠 热变形。 近几年来，用直线电机驱动的高速进给系统问世，这种进给方式取消了从电动机到工作台 溜板之间的一切中间机械传动环节，实现了机床进给系统的零传动。由于直线电机没有任何旋转元件，不受离心力的作用，可以大大提高进给速度。直线电机的另一大优点是行程不受限制。直线电机的次极是一段一段连续铺在机床的床身上。次极铺到哪里，初极工作台就可运动到哪里，而且对整个进给系统的刚度没有任何影响。釆用高速丝 杠 或直线电机，能够大大提高机床进给系统的快速响应。直线电机最高加速度可达 2 为重力加速度 )，最大进给速度可达 60 2002 年举世瞩目的上海浦东磁悬浮列车工程中的磁浮轨道钢梁加工，釆用沈阳机床控股有限公司集团中捷友谊公司厂生产的超长进给系统高速大型加工中心实现。该机床的进给系统为直线导轨和齿轮齿条传动，工作台最大进给速度 60m/速行程 100m/速度 2g，主轴最高转速 20000r/电机功率 80X 轴的行程长达 30m，切削 25m 长的磁浮轨道钢梁误差小于 磁悬浮列车工程的顺利竣工提供了有力的技术保证。 此外，机床的运动性能也将直接影响加工效率和加工精度。在模具及 自由曲面的高速切削加工中，主要釆用小切深大进给的加工方法。要求机床在大进给速度条件下，应具有高精度定位功能和高精度插补功能，特别是圆弧高精度插补。圆弧加工是釆用立铣刀或螺纹刀具加工零部件或模具时，必不可少的加工方法。 刀具材料的发展：高速切削技术发展的历史，也就是刀具材料不断进步的历史。高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼（ 端面铣削使用 具时，其切削速度可高达 5000m/要用于灰口铸铁的切削加工。聚晶金刚石（ 具被称之为 21 世纪的刀具，它特别适用于切削含有 铝合金材 料，而这种金属材料重量轻、强度高，广泛地应用于汽车、摩托车发动机、电子装置的壳体、底座等方面。目前，用聚晶金刚石刀具端面铣削铝合金时， 5000m/切削速度已达到实用化水平，此外陶瓷刀具也适用于灰口铸铁的高速切削加工 。 涂层刀具： 金刚石刀具尽管具有很好的高速切削性能，但成本相对较高。釆用涂层技术能够使切削刀具既价格低廉，又具有优异性能，可有效降低加工成本。现在高速加工用的立铣刀，大都釆用 的复合多层涂镀技术进行处理，如目前在对铝合金或有色金属材料进行干式切削时， 层刀具就受到极大的关注，预计其巿场前景十分可观 。 刀具夹持系统：刀具的夹持系统是支撑高速切削的重要技术，目前使用最为广泛的是两面夹紧式工具系统。已作为商品正式投放巿场的两面夹紧式工具系统主要有： 系统。 在高速切削的情况下，刀具与夹具回转平衡性能的优劣，不仅影响加工精度和刀具寿命，而且也会影响机床的使用寿命。因此，在选择工具系统时，应尽量选用平衡性能良好的产品。 高速加工的切削速度为常规切速的 10 倍左右 。为了使刀具每齿进给量基本保持不变，以保证零件的加工精度、表面质量和刀具的耐用度，则进给量也必须相应提高 10 倍左右，达到 60m/上，有的甚至高达 120m/此，高速切削加工通常是釆用高转速、大进给和小切深的切削工艺参数。由于高速切削的切削余量往往很小，所形成的切屑很薄很轻，把切削时产生的热量很快带走；若釆用全新耐热性更好的刀具材料和涂层，釆用干切削工艺也是高速切削加工的理想工艺方案。 用高速加工中心组成高效率的柔性生产线 ( 具有小型化、柔性突出以及易于变更加工内容等显 着特点。上汽集团某发动机公司利用该生产线加工发动机机体、汽缸盖、滤清器座等工件的实例。 为了尽快适应新车型的需要，汽车车身覆盖件模具和树脂防冲挡的成形模具等，均必须缩短制作周期和降低生产成本，因此，必须下大力推进模具生产高速化的进程。上汽集团所属各公司认为：与过去的精加工相比，进一步实现高精度化；同时必须满足表面粗糙度、弯曲度的精度要求，为此应施以适当的手工精修加工，由于切削速度的极大提高，与过去的精加工工序相比，加工周期应大幅度缩短。 为了发挥以车削加工中心和镗铣类加工中心为代表的高速切削 加工技术和自动换刀功能的优势，提高加工效率，对复杂零件的加工应尽可能釆用集中工序的原则，即要求在一次装夹中实现多道工序的集中加工，淡化传统的车、铣、镗、螺纹加工等不同切削工艺的界限，充分发挥设备和刀具的高速切削功能，是当前提高数控机床效率、加快产品开发的有效途径。为此，对刀具提出了多功能的新要求，要求一种刀具能完成零件不同工序的加工，减少换刀次数，节省换刀时间，以减少刀具的数量和库存量，有利于管理和降低制造成本。较常用的有多功能车刀、铣刀、镗铣刀、钻铣刀、钻铣螺纹倒角等刀具。与此同时，在批量生产线上，使 用针对工艺需要开发的专用刀具、复合刀具或智能刀具，可以提高加工效率和精度，减少投资。在高速切削条件下，有的专用刀具可将零件的加工时间降至原来的 1/10以下，效果十分显着。 高速切削具有相当多的好处，例如：有大量材料需要切除的工件，具有超细、薄结构的工件，传统上需要花相当长的机动工时加工的工件以及设计变更快速、产品周期短的工件，均能显示出高速切削所带来的优点 。 附件 2：外文原文 （复印件） 共 1 页 第 1 页 机械加工工艺过程卡片 零件编号 零件名称 阀腔 工序号 工序名称 工序内容 设备 夹具 刀具 量具 工时 /s 名称 型号 名称 规格 名称 规格 名称 规格 铸造毛坯 回火处理 粗铣 粗铣底面 立式铣床 用夹具 硬质合金端铣刀 d=200L=45数 20 游标卡尺 57 粗铣 粗铣上端面 立式铣床 用夹具 硬质合金端铣刀 d=200L=45数 20 游标卡尺 48 钻孔 钻、扩 4 18，锪平 28式钻床 用夹具 直柄麻花钻 钻头直径 18mm，l=25标卡茨 17 粗镗 粗镗 76， 100， 110， 65， 85 卧式镗床 爪卡盘 硬质合金镗刀 主偏角 45 、直径20圆形镗刀 游标卡尺 65 精铣 精铣底面 立式铣床 爪卡盘 硬质合金端铣刀 d=200L=450 游标卡尺 68 精镗 精镗 100 76 100 110 65 85 孔 卧式镗床 爪卡盘 硬质合金镗刀 主偏角 45 、直径20圆形镗刀 游标卡尺 48 钻孔 钻、扩、绞 2* 20 立式钻床 用夹具 直柄麻花钻 铰刀直径 20mm，l=2285标卡尺 85 钻孔 攻螺纹 钻孔攻螺纹 10 式钻床 用夹具 直柄麻花钻机用丝锥 钻头直径 11mm，l=142l=94标卡尺 1014 终检 按零件图样要求全面检查 千分尺 本 科 毕 业 论 文 阀腔立式组合钻床设计 学院名称： 专业班级： 机械设计制造及自动化 学生姓名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 2012 年 6 月 目 录 第一章 绪论 4 合机床的概论 4 合机床的发展现状与趋势 4 床设计的目的、内容、要求 5 计的目的 5 计内容 5 计要求 6 床的设计步骤 6 查研究 6 定方案 6 作图设计 7 第二章 零件分析 零件的结构特点及其技术要求 7 件结构特点 7 术要求 8 件的生产批量及其机床的使用 9 件的生产批量 9 床的使用条件 9 件工艺方案 9 产工艺方案 9 第三章 组合机床的总体设计 10 合机床方案的制定 10 定工艺方案 10 定组合机床的配置形式和结构方案 11 定切削用量及选择刀具 12 定工序间余量 12 择切削用量 12 定切削力、切削扭矩、切削功率 12 择刀具结构 13 孔组合机床总设计“三图一卡”的编制 14 加工零件工序图 15 工示意图 16 床联系尺寸图 19 产率计算卡 21 多轴箱的设计 23 绘制多轴箱 设计原始依据图 23 多轴箱的传动设计 24 绘制传动系统图 26 传动零件的校核 26 第四章 夹具设计 31 机床夹具的概述 31 床夹具的组成 31 床夹具的类型 31 紧方案和夹紧元件的设计 31 具的性能及优点 32 具体的设计 32 具精度分析计算 33 具操作的简要说明 34 结论 34 参考文献 35 致谢 36 组合机床行业 历史 与发展思考 摘要 综述了国内组合机床技术装备的现状和行业的发展方向 ,并提出了作者的一些观点。 关键词 : 组合机床 制造技术 成套工艺装备 发展思路 技术创新 of at s of of 组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以 少量的专用部件组成的专用机床。它适宜于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。这种机床既有专用机床的结构简单、生产率和自动程度较高的特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要。 1组合机床广泛应用于大批量生产的行业，如；汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业。 2 1908 年，美国福持汽车公司率先制造出第一台组合机床，用于汽车零件的加工。 1928 年，前苏联开始生产组合机床。我国的组合机床制造技术是从“一五”计划期间，“ 汽”、 洛拖引进组合机床开始的。 1956 年 3月，当时的第一机械工业部第二机器管理局批准成立了第一专业设计处 (即现大连组合机床研究所的前身 )，全面引进了前苏联的组合机床通用部件和设计指导资料，开始了我国组合机床的创业阶段。并于同年在大连机床厂制 造出我国的第一台组合机床、 1961 年，又制造出我国第一条组合机床自动线。组合机床设计制造从“一所一厂”起步已发展到如今 个独立的配套齐全的行业。 3 我国组合机床制造技术的发展大体经历以下四个阶段 : (1)创我国组合机床技术标准体系 (2)合机床技术，发展形成行业 (3)力担高组合机床技术水平 (4)动了组合机床传统制造技术的转变 近十多年来，组合机床及其自动线在高效、高生产率， 柔性化以及采用并行 (同步 )工程制订更为合理、更为节省的方案方面取得了不小的进展。尤其是汽车工业， 为了提高汽车的性能，对零件的加工精度提出了一些新的要求， 因此对机床性能的要求也更高了。 4 近年来随着数控技术、电子技术、计算机技术等的发展，组合机床的机械结构和控制系统也发生 了巨大变化。 5 组合机床有了以下的发展： 1、数控化 数控组合机床的出现，不仅完全改变了过去那种由继电器电路组成的组合机床的控制系统，而目也使组合机床机械结构乃至通用部件标准发生了或正在发生着巨大的变化。 2、模块化 数控加 1 二模块化极大地丰富了组合机床的通用件，它必将引起组合机床通用件发生根本性变化。 3、高速化 由于高速加工可大大降低零件表面粗糙度及切削力，大大减小切削温度，提高生产效率，故机床的高速化研究方兴未艾，特别是数控机床的主运动和进给运动速度已达到了惊人高速。如美国生产的加工中心，主轴转 速可达 15 000 60 000r 作台快进速度高达 90 120m 顺应机床高速化的潮流，组合机床的速度也 越来越高。例如德国大众汽车厂在加工铝金缸盖燃烧室侧面时，采用 刀， 铣削速度高达 3 075m 给速度达 3 600采用安装有 片的新颖镗刀加工灰铸铁时， 切削速度达 800m 给速度达 I 500 6 4、精密化 由于机床实现了数控化，因而机床的加工精度越来越高，使一些过去看来难以达到的加工精度今天也已经实现了。 5、全防护化 全封闭是现在机床的一大特点，不论是单机还是机床生产线，均采用全封闭的外罩， 电器、液压全部采用空中走线。全封闭防护，不但使机床及其生产线外形美观而且也提高了安全性、可靠性和维修的便利性。 近两年虽然组合机床行业产销呈现上升趋势 ,但行业内一些企业同样存在负债经营的情况 ,主要原因是传统的组合机床产品不能满足用户柔性化、高精度、短周期的市场需求 ,同时组合机床行业一些企业存在现代化管理水平低、人才流失严重、科研成果不能迅速转化为生产力等缺陷。为此提出如下建议。 (1) 提高现 代化管理水平。 中国加入 ,迫切要求企业提高现代化管理水平 ,进一步深化企业内部改革 ,建立健全适应市场经济的运行机制 ,“建立企业的科学的管理体制 ,做到集权有道、分权有序、授权有章、用权有度的责权利内在统一的有机结合 ,是提高企业控制力所必须的。”要彻底改变落后的体制 ,必须树立全球化经营理念 ,提高国际市场竞争能力 ,建立市场快速反应机制 ,以适应日趋发展的市场需求。 (2) 亟待提高企业创新能力。 企业的生存 ,关键在于产品的生命力。已步入电子时代的今天 ,传统的组合机床已经不能适应高速发展的国内外市场需要 ,这就要求企业 必须适应科学技术的飞速发展 ,建立技术创新体系 ,推进企业的技术进步 ,加速向柔性化、数控化、高精度、短周期方向发展 ,提高组合机床适用范围和市场覆盖面 ;同时实施名牌战略 ,争创世界品牌 , 加速我国组合机床的发展进程 ,使我国组合机床行业企业在世界制造领域里立于不败之地。 (3) 企业发展、技术创新和管理水平的提高都需要高技术人才。 在全球化经济格局不断明朗的今天 ,人才争夺战已渗透到各个领域 ,组合机床行业应适时把握国际大环境 ,广招高技术人才、高技能工人。现在企业尤其缺少高技能工人 ,专家指出 ,目前我国企业产品平均合格率仅为 7 成 ,不良产品每年损失近 2 000 亿元 ,而其中 50 %以上系由工人技能不高所致。因此 ,建立强大的技术生力军 ,不断更新知识 ,更新观念 ,依靠优秀的高技术人才、高技能工人 ,加快企业信息化建设 ,是企业发展的必由之路。综上所述 ,组合机床行业企业一要开展科技攻关 ,攻克当前行业企业技术发展上的 难题 ;二要加强与国外的合资合作 ,利用和学习国外的先进技术 ,提高企业的现代化管理水平和技术水平 ;三要通过对引进技术的消化吸收进行再创新 ,发展自己的产品。通过我们的努力 ,使我国真正由制造大国变成制造强国。 7 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。 参考文献 1黄奇葵、钟华珍、张福润 .机械制造基础 2李庆余、张佳 .机械制造装备设计 3佟璞玮 . 中国组合机床市场 . 1999 中国机电产品市场展望 . 4裘愉 . 从几个侧面看组合机床的发展动向 .组合机床与自动化加工技术 1994 年第 11 期 . 5李明、王合增、张应午 . 组合机床的发展趋势及企业的对策 机械产品与科技 2002 年第 1 期 . 6 李如松组合机床和自动线的技术发展组合机床与自动化加工技术，1999 (1)： 5 10 7 于 珍 . 贯彻“三个代表”思想积极推进国企改革 . 中国机械企业管理 ,2002 , (9) :6 11 1 本 科 毕 业 论 文 阀腔 立式组合 钻 床设计 学院 名称 ： 专业 班级： 机械设计制造及自动化 学生姓名： 指导教师 姓名 ： 指导教师 职称 ： 2012 年 6 月 2 目 录 第一章 绪论 4 合机床的概论 4 合机床的发展现状与趋势 4 床设计的目的、内容、要求 5 计的目的 5 计内容 5 计要求 6 床的设计步骤 6 查研究 6 定方案 6 作图设计 7 第二章 零件分析 零件的结构特点及其技术要求 7 件结构特点 7 术要求 8 件的生产批量及其机床的使用 9 件的生产批量 9 床的使用条件 9 件工艺方案 9 产工艺方案 9 第三章 组合机床的总体设计 10 合机床方案的制定 10 定工艺方案 10 定组合机床的配置形式和结构方案 11 定切削用量及选择刀具 12 定工序间余量 12 3 择切削用量 12 定切削力、切削扭矩、切削功率 12 择刀具结构 13 孔组合机床总设计“三图一卡”的编制 14 加工零件工序图 15 工示意图 16 床联系尺寸图 19 产率计算卡 21 多轴箱的设计 23 绘制多轴箱 设计原始依据图 23 多轴箱的传动设 计 24 绘制传动系统图 26 传动零件的校核 26 第四章 夹具设计 31 机床夹具的概述 31 31 31 31 32 32 33 具操作的简要说明 34 结论 34 参考文献 35 致谢 36 4 1 绪论 合机床的概论 组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机 床。它适宜于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。这种机床既有专用机床的结构简单、生产率和自动程度较高的特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要。组合机床广泛应用于大批量生产的行业，如 ；汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业。 组合机床的发展现状与趋势 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。 近年来，随着数控技术，电子技术，计算机技术的发展，组合机床的服务对象已经由过去的农用机械，载货汽车向以轿车工业为重点的转移，组合机床行业开展了针对轿车零件关键工艺研究开发的科研攻关，采取引进技术，合作生产和自行开发相结合；组合机床也由过去的刚性组合机床向具有一定柔 性，可实现多品种加工方向的变化 ,同时又应用数控技术发展了三坐标加工单元等数控组合机床 ,把纯刚性的设备变为可变可调的装备；组合机床的加工精度由半精加工向精加工方向转化 ,还开发了针对汽车发动机五大件加工的关键工艺设备，使行业在精加工机床的品种上有了较大扩充，为提供成套设备创造了条件；组合机床制造技术由过去的以机加工为主的单机及自动化向综合成套方向转换，加强了相应配套技术与产品的研究开发；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；组合机床行业企业生产的组合机床的控制技术，已完成了由接 触继电器控制向可编程控制的转变，大大的提高了组合机床的可靠性，故障率大为降低；组合机床的开发已经又过去的人工设计转向计算机辅助设计，大力推行 提高设计速度，保证设计质量，缩短供货周期创造了有利的条件。 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) 高速化：由于机构各组件分工的专业化，在专业主轴厂的开发下，主轴高速化日益普及。过去只用于汽车工业高速化的机种（每分钟 转以上的机种），现在已成为必备的机械产品要件。 5 (2) 精密化 ：由于各组件加工的精密化，微米的误差已不是问题。以电脑辅助生产（ 统的发展带动数控控制器的功能越来越多。 (3) 高效能：对机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度的要求提高。同时，由于产品竞争激烈，产品生命周期缩短，模具的快速加工已成为缩短产品开发时间所必须具备的条件。对制造速度的要求致使加工模具的机床向着高效能专业化机种发展。 (4) 系统化：机床已逐渐发展成为系统化产品。现在可以用一台电脑控制一条生产线的作业，不但可缩短产品的开发时间，还可以提高产品的加工精度和产品质量。 (5) 复合化：产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。 机床设计的目的、内容、要求 计的目的 机床工业是现代工业特别是现代制造业的基础，在国民经济中占有重要的战略地位。机床工业与一个国家的工业竞争力、制造业发展水平紧密相关，本国的机床工业水平越高，工业和制造业竞争力越强。对我国而言，机床工业不仅仅具有重要的经济意义，而且还具有重要的国防战略意义。研究机床工业的特点，有助于我们了解机床工业的特殊规律，从而找 到适合我国国情的机床工业发展之路。我国工业竞争力和制造业发展水平不高，一定程度上是与我国机床工业发展水平不高相联系的，加快我国机床工业的发展，提高我国机床工业技术和管理水平，将有利于我国工业和制造业发展。所以对机床的研究设计意义是极其重大的。 毕业设计是高等教育体系中非常重要的环节，它可以检验自己对专业知识理解与掌握的程度，也可以提高自己综合运用所学知识的能力，也能在分析问题和解决问题的过程中学到更多新的知识。 设计内容 (1)运动设计 根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量，通过分析 比较拟定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。 (2)动力设计 根据给定的工件，初算传动轴的直径、齿轮的模数；确定动力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后，要验算传动轴的直径，齿轮模数否在允许范 6 围内。还要验算主轴主件的静刚度。 (3)结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、箱体、润滑与密封等的布置和机构设计。即绘制装配图和零件工作图。 (4)编写设计说明书 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。 机床的设计步骤 查研究 研究市场和用户对设计机床的要求，然后检索有关资料。其中包括情报、预测、实验研究成果、发展趋势、新技术应用以及相应的图纸资料等。甚至还可以通过网络检索技术查阅先进国家的有关资料和专利等。通过对上述资料的分析研究，拟订适当的方案，以保证机床的质量和提高生产率，使用户有较好的经济效益。 拟定 方案 通常可以拟定出几个方案进行分析比较。每个方案包括的内容有：工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统 主要部件的结构草图 等。 在制定方案时应注意以下几个方面： （ 1） 当使用和制造出现矛盾时，应先满足使用要求，其次才是尽可能便于制造。要尽量用先进的工艺和创新的结构； （ 2） 设计必须以生产实践和科学实验为依据，凡是未经实践考验的方案，必须经过实验证明可靠后才能用于设计； （ 3） 继承与创造相结合，尽量采用先进工艺，迅速提高生产力，为实现四个现代化服务。注意吸取前人和国外的先进经验，并在此基础上有所创 造和发展。 7 工作图设计 首先，在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上，进行方案图纸的设计。这些 图纸 包括：被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡，统称“三图一卡”设计。并初定出主轴箱轮廓尺寸，才能确定机床各部件间的相互关系。 其次，绘制机床的总装图、部分部件装配图 。 然后，整理机床有关部件与主要零件的设计计算书，编制各类零件明细表，编写机床说明书等技术文件。 最后，对有关图纸进行工艺审查和标准化审查。 2 零件分析 零件的结构特点及其技术要求 件 分析 设计中所给定的阀腔是普通油阀中的阀腔，从零件图上分析，大体作用为：通过阀腔 做为油的分油岔口，将液压油输送到阀体，其中 100内孔与阀体结合， 100内孔有 110凹槽，用于垫密封胶圈，阀腔底部孔 65圆有宽 73 凹槽与阀座配合，用于垫密封橡胶圈，保证密封性，防止漏油。设计“阀腔”零件机械加工工艺规程及工艺设备 通过零件 工序 图的绘制（图 1） 分析、研究。该零件的结构要求合理，符合工艺要求。从零件图上可以看出，阀腔零件还算比较规则，属于箱体零件，上、下端面通 过粗铣、精铣即可达到所需表面粗糙度。 100、 65 76通过铣削加工可以达到所需技术要求，与 76工精度要求较高。 6 000分布，其径向设计基准为 110的轴线，轴向设计基准是 1002 20分布于 100工要求在阀腔的对称中心线上。 8 图（ 1） 术要求 根据本次加工零件的零件图 ,技术要求有以下几点 : 1)： 铸件应符合 积式压缩机球墨铸铁技术条件的规定 ； 2): 壳体铸成后 ,应清理并进行时效处理，消除内应力； 3)：未注明的铸造圆角半径为 38 4)： 铸件需进行回火处理 ； 5)： 零件的材料为 零件的材料为 学性能 b 450，硬度： 160 210本组织碳素体，能承受冲击、振动。从提高生产效率和保证加工精度方面考虑，由于零件的生产类型为 大 批生产，零件的轮廓不大，选用砂型铸造，采用机器造型，铸造精度 2 级，铸件应符合积式压缩机球墨铸铁技术条件的规定，能够保证铸件的尺寸要求，由于铸件的主要缺点是力学性能差，阀体在控制液压油时，在阀腔内壁会产生压力，故铸件需进行回火处理。 9 零件的生产批量及其机床的使用 件的生产 批量 本次课题要求，零件的生产批量以年产 1件计。 床的使用条件 本次课题要求生产纲领为年产 1件 ,而机床的使用设备为：大部分工艺采用通用机床 ,部分采用专用机床 ,机床按流水线生产布置 ,也可以广泛使用专用夹具 ,采用部分专用刀具 ,部分采用专用量具 . 件工艺方案 产工艺方案 序号 工序内容 定位基准 1 铸造毛坯 2 回火 处理 3 粗铣下端面 4 粗铣 上端面 5 钻，扩 4- 18 底 面 6 粗镗 100， 110， 65， 85和 76 孔 一面俩销 7 精铣 底面 一面俩销 8 扩 2* 20孔 一面俩销 9 钻顶 面 10一面俩销 10 攻丝螺纹孔 一面俩销 11 清洗，去毛刺，倒角 10 3 组合机床的总体设计 组合机床方案的制定 定工艺方案 零件加工工艺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。所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，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，生产率要求，现场所采用的环境和条件等等。并收集国内外有关技术资料，制定出合理的工艺方案。 根据被加工被零件的零件图，加工 10个顶面 (1) 加工孔的主要技术要求。 加工 10个 工件材料为 求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量 5万件，单班制生产 (2) 工艺分析 加工该孔时，孔的表面粗糙度为 据组合机床用的工艺方法及能达到的经济精度，可采用如下的加工方案。 一次性加工孔，孔径为 后攻丝 (3) 定位基准的选择 加工此 箱 体的孔时，通过以底平面和 2个 18 孔来定位并通过夹具压紧来限制六个自由度。 在保证加工精度的情况下，提高生产效率减轻工人劳动量，而工件也是大批量生产，夹具的具体设计见装配图。 12 检验 13 入库 11 确定组合机床的配置形式和结构方案 。 (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及应保证的加工精度，是制造机床 方案的主要依据。 箱 体 顶面加工孔的精度要求不高，可采用钻孔组合机床 ,它的位置精度要求不是很高，安排加工时可以直接通过夹具定位、 夹紧 ，并对所有孔进行最终精加工 。为了加工出表面粗糙度为 孔。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就可以了。 (2) 被加工零件的特点 这主要指零件的材料、硬度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。此 箱 体的材料是 在顶面上的分布有一定的规律，螺纹孔为 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工件宜用卧式机床，立式机床适宜加工定基准 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。对大型工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垂直的，并且定位基准面是水平的。孔的分布范围是非直线形状，工件比较长，只能一次钻完，多轴箱体积较大，因而适合选择立式单工位钻床。 (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、自动线或按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 2万件，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，此工序尽量在一台机床上完成，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。在根据使用户实际情况来选择什么样的组合机床。 综合以上所述：通过对零件的结构特点、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 12 定设计三轴头单工位同步钻床。 确定切削用量及选择刀具 确定工序间余量 为使加工过程顺利进行并稳 定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量。生产中常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量，以消除转、定位误差的影响。但 箱 体顶面上10会影响到其他工序的加工， 径较小，因此可以一次性钻孔到位，然后攻丝。 选择切削用量 确定了在组合机床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。因为所设计的组合机床为多轴同步加工在大多数情况下，所选切削用量，根据经验比一般通用机床单刀加工要低 30%左右多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标 准动力滑台，工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量（ mm/是适合有刀具的平均值。因此，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速和不同的每转进给量（ mm/r）与其适应。以满足不同直径的加需要，即： f1= = fi= 各主轴转速（ r/ 各主轴进给量（ mm/r） 动力滑台每分钟进给量（ mm/ 由于 箱 体顶面孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求都是相同的。按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表的方法查得：钻头直径 D=10、进给量 f=r、切削速度 v=16m/确定切削力、切削扭矩、切削功率 根据选定的切削用量（主要指切削速度 f）确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮，传动轴等） 13 的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电动（一般指动力箱）功率，通过查表计算如下： 布氏硬度： 1(=16031(210 160) =削力： F =26D =26 =削扭矩： T =10 =10 =3556N 削功率： P = =3556 16/(9740 =中 ： 布氏硬度 F 切削力（ N） D 钻头直径（ f 每转进给量（ mm/r） T 切削扭矩 (N V 切削速度 （ m/ P 切削功率 (选择刀具结构 阀腔 的布氏硬度 在 210，孔径 D 为 具的材料选择高速钢钻头（ 为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择标准 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 30 50距离，以便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。 14 孔组合机床总设计“三图一卡”的编制 前面对三轴头单工位同步钻床工艺方案及配置型式、结构方案确定的有关问题，它是钻床总体设计的重要内容。下面就以钻床加工变速箱体总体设计的另一个问题，既总体设计方案的图纸表达形式 “三图一 卡”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、编制生产率卡。 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，表示一台组合机床完成的工艺内容，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、夹具部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或成品状况的图纸，它不能用用户提供的图纸代替，而是在原零件图基础上，突出本机床的加工的内容，加上必要的说明绘制成的。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验 和调整机床的重要技术文件。壳体用 钻孔组合机床 的被加工零件工序图如 2 2所示。 图上主要内容： （ 1）被加工零件的形状，主要外廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要求等。 （ 2）本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。 （ 3）被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。 2、绘制被加工零件工序图的注意事项 为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要图出被本机床的加工内容。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（用粗实线 ），并把零件轮廓 及与机床、夹具设计有关部位（用细实线）表清楚，凡本道工序保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方面用粗实线标记。 15 图 2 2 被加工零件工序图 附注： 阀腔 ； 10； 16 加工示意图 图 2 3加工示意图 1、加工示意图的作用和内容 加工示意图是被加工零件 工艺方案在图样上的反映，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，是刀具、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文件。图 2 3 为 阀腔 上 10个孔立式钻床加工示意图。 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、接杆的结构 尺寸；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 17 （ 1）刀具的选择 刀具选择考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生产率要求等因素。 （ 2）初定主轴类型、尺寸、外伸长度 因为轴的材料为 40切弹性模量 G=性主轴取 1 4（ 0） m,所以 根据刚性条件计算主轴的直径为： d 4 3556 =中： d 轴直径（ T 轴所承受的转矩（ N B 系数 本设计中所有主轴直径皆取 d=20轴外伸长度为： L=115D/ 1d 为 30/ （ 3）选择刀具接杆 由以上可知，多轴箱各主轴的外伸长度为一定值，而刀具的长度也是一定值，因此，为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，就需要在主轴与刀具之间设置可调环节 ，这个可调节在组合机床上是通过可调整的刀具接杆来解决的 ,连接杆如图 3图 3可调连接杆 连接杆上的尺寸 配合，因此，根据接杆直径 4所示： 表 2 4 可调接杆的尺寸 d(D1(d2 l1 l2 母 厚度 20 6 莫氏 1号 12 20 186 46 40 100 12 18 （ 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 3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 如图 3作进给长度工 与刀具切入长度 1L 和切出长度 2L 之和。切入长应 1L 应根据工件端面误差情况在 5 10间选择， 误差大时取大值，因此取 1L =5出长度 2L =1/3d+(3 8)=+8 8以工L=+8=（ 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 160退长度等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度160 机床联系尺寸图 19 图 21、联系尺寸图的作用和内容 一般来说，组合机床是由标准的通用部件 动力箱、动力滑台、立柱、立柱底座加上专用部件 多轴箱、刀、辅具系统、夹具、液、电、冷却、润滑、排屑系统组合而成。联系 尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配和运动关 系，以检验机床各部件的相对位置及尺寸联系是否满足要求，通用部件的选择是否合适，并为进一步开展主轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。联系尺寸图也可以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。 如图 2 8所示，机床联系尺寸图的内容包括机床的布局形式，通用部件的型号、规格、动力部件的运动尺寸和所用电动机的主要参数、工件与各部件间的主要联系尺寸，专用部件的轮廓尺寸等。 2、选用动力部件 选用动力部件主要选择型号、规格合适的动力滑台、动力箱。 （ 1）滑台的选用 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。 1）驱动形式的确定 根据对液压滑台和机械滑台的性能特点比较，并结合具体的加工要求，使用条件选择 列液压滑台。 2）确定轴向进给力 滑台所需的进给力 进F= 6 中： 各主轴加工时所产生的轴向力 由于滑台工作时，除了克服各主轴的轴的向力外，还要克服滑台移动时所产生的摩擦力。因而选择滑台的最大进给力应大于进F 8 3）确定进给速度 液压滑台的工作进给速度规定一定范围内无级调速，对液压滑台确定切削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的 1倍 ;液压进给系统中采用应力继电器时，实际进给速度应更大一些。本系统中进给速度 vf=n f= 以选择 作进给速度范围 32 800mm/速速度 12m/ 4）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 20 能向前调整。本系统前备量为 20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，这是取 40以滑台总行程应大于工作行程，前、后备量，后备量之和。 即：行程 L 160+20+40=220 L 250合上述条件，确定液压 动力滑台型号 （ 2）由下式估动力箱的选用 动力箱主要依据多轴所需的电动机功率来选用，在多轴箱没有设计之前，主主P切P 10 中： 多轴箱传动效率，加工黑色金属时 色金属时 系统加工 动力箱的电动机功率应大于计算功率，并结合主轴要 求的转速大小选择。因此，选用电动机型号为 6 1力箱输出轴至箱底面高度为 125 3、确定装料高度 装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离，在现阶段设计组合机床时，装料高度可视具体情况在 H 580 1060系统取装料高度为 850m。 4、中间底座轮廓尺寸 中间底座的轮廓尺寸要满足 考虑到与立柱底座相连接。因此，中间底座采用侧底座 1 5、确定多轴箱轮廓尺寸 本机床 配置的多轴箱总厚度为 340度和高度按标准尺寸中选取。计算时，多轴箱的宽度 可确定为： B=500 H=500 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 BH=500 生产率计算卡 生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、负荷率等技术文件，通过生产率计算卡，可以分析拟定的方案是否满足用户对生产率及负荷率的 21 要求。计算如下： 切削时间： T 切 = L/vf+t 停 = 2 15/250=中： T 切 机加工时间（ L 工进行程长度（ 刀具进给量（ mm/ 死挡铁停留时间。一般为在动力部件进给停止状态下，刀具旋转 515 里取 15r 辅助时间 T 辅 = 3 +t 移 +t 装 = （ 160） 2/12000+ 中： 分别为动力部件快进、快退长度（ 快速移动速度（ mm/ t 移 工作台移动时间（ ,一般为 0.1 t 装 装卸工件时间（ 般为 床生产率 60/T 单 = 60/（ T 切 +T 辅 ） =60/（ =23 件 /h 机床负荷率按下式计算 = 100% = A/ 100% =20000/20 1950 100% =式中： Q 机床的理想生产率（件 /h） A 年生产纲领（件） 年工作时间，单班制工作时间 1950h 22 表 2 5 生产率计算卡 被加工 零件 图号 毛坯种类 铸件 名称 阀腔 毛坯重量 材料 度 210 工序名称 阀腔钻孔 10序号 工时 /号 工步 名称 工作行程 /速 / （ r 进给量 /（ 进给量 /（ 工进时间 辅助时间 1 按装工件 工件定位夹紧 12000 50 5 160 12000 工件松开 卸下工件 注 1、主轴转速 500r/、一次安装加工完一个工件 累计 件总工时 床生产率 23 件 /h 理论生产率 20件 /h 负荷率 多轴箱的设计 绘制多轴箱设计原始依据图 多轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的如图 2 9所示 : 23 如图 2 9 钻孔组合机床多轴箱原始依据图 多轴箱的传动设计 （ 1）根据原始依据图（图 2 9），画出驱动轴、主轴坐标位置。如下表： 表 2 7 驱动轴、主轴坐标值 坐标 驱动轴 O 主轴 1 主轴 2 主轴 3 主轴 4 主轴 5 X 0 35 35 35 35 Y 3 43 104 164 164 坐标 主 轴 6 主轴 7 主轴 8 主轴 9 主轴 10 X 70 5 5 Y 104 225 225 324 324 （ 2）确定 各 轴位置及齿轮齿数 24 1） 主轴型式和直径、齿轮模数的确定 主轴的型式和直径，主 要取决于工艺方法、刀具主轴联结结构、刀具的进给抗力和切削转矩。钻孔采用滚珠轴承主轴。主轴直径按加工示意图所示主轴类型及外伸尺寸可初步确定。传动轴的直径也可参考主轴直径大小初步选定。 齿轮模数 m（单位为 下列公式估算： 2（ t/+ d0/2 (+2+ 30/3 =以驱动轴齿数要大于等于 19。 为减小传动轴的种类，所有传动轴的直径取 222）传动轴 11为主轴 1， 2， 3 ， 4， 5， 6都各自在同一同心圆上。 计算如下： 驱动轴 1 取 m=3 A=66 u=1 Z 驱 + 2A/m= 2 66/3=44 取 Z 驱 =22 2 d 驱 =66 6mm n 驱 =720r/ 20r/ 传动轴 11 取 m=2
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