　　　Modular machine tool is based on common components, with special components designed according to workpiece specific shape and process and fixture, consisting of semi-automatic or automatic machine tool.

　　　Analysis on parts is needed before the design of modular machine tool, understanding to the components processing features, precision and technology.

　　　Then the process plan, we must analysis the parts to be machined, and a deeper understanding of parts of the shape, size, material, hardness, stiffness, structural characteristics of processing parts of the machining accuracy, surface roughness, and the positioning, clamping method, technological process, the cutter and cutting parameter, productivity and so on. Ultimately determine the parts processed in modular machine when the locating datum and machining process.

　　　All ready to do a good job after lathe design -- the three charts card design, including the parts drawing process map parts, machining sketch, machine size contact map, making machine productivity calculation card.

　　　Finally, according to the main structure and dynamic design and structure design of main transmission system, the design of spindle box, determine the number of gear teeth, gear, gear center distance, shaft diameter, bearing, spindle box sketch drawing.

Keywords: combination of machine tools, process, three charts card, spindle box

中文摘要……………………………………………………………………… Ⅰ

Abstract……………………………………………………………………… Ⅱ

第一章概述……………………………………………………………………1

1.1 组合机床概述………………………………………………………………… 1

1.2 组合机床的发展……………………………………………………………… 1

1.3 组合机床的特点……………………………………………………………… 1

1.4 组合机床的设计方法………………………………………………………… 2

1.5 组合机床设计的目的、要求………………………………………………… 3

1.5.1 设计的目的………………………………………………………………… 3

1.5.2 设计要求…………………………………………………………………… 3

1.6 本课题任务的内容和要求…………………………………………………… 4

第二章组合机床方案的制定………………………………………………5

2.1制定工艺方案………………………………………………………………… 5

2.1.1被加工零件的特点………………………………………………………… 5

2.1.2被加工零件的加工精度…………………………………………………… 5

2.1.3加工孔的主要技术要求…………………………………………………… 5

2.1.4定位基准及夹紧点的选择………………………………………………… 5

2.1.5确定工艺方案的原则及注意问题………………………………………… 5

2.1.6零件的生产批量…………………………………………………………… 7

第三章确定切削用量及选择刀具………………………………………… 9

3.1选择切削用量………………………………………………………………… 9

3.2确定切削力、切削扭矩、切削功率…………………………………………… 10

3.3选择刀具结构………………………………………………………………… 11

第四章钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制…………………… 13

4.1被加工零件工序图…………………………………………………………… 13

4.1.1被加工零件工序图的作用及内容……………………………………… 13

4.2加工示意图…………………………………………………………………… 14

4.2.1加工示意图的作用和内容………………………………………………… 14

4.2.2绘制加工示意图之前的有关计算………………………………………… 14

4.3机床联系尺寸图……………………………………………………………… 17

4.3.1联系尺寸图的作用和内容………………………………………………… 17

4.3.2选用动力部件……………………………………………………………… 17

4.3.3配套支承部件的选用……………………………………………………… 19

4.3.4确定装料高度……………………………………………………………… 20

4.3.5确定多轴箱轮廓尺寸……………………………………………………… 20

4.4生产率计算卡………………………………………………………………… 21

第五章多轴箱的设计……………………………………………………… 21

5.1　主轴箱的设计步骤和内容………………………………………………… 24

5.1.1 主轴箱所需动力的计算………………………………………………… 24

5.1.2 主轴箱传动设计………………………………………………………… 25

5.1.3 拟定主轴箱传动系统. ………………………………………………… 26

5.2 轴的具体设计…………………………………………………………………28

5.3传动零件的校核……………………………………………………………… 31

5.4绘制传动系统图……………………………………………………………… 35

第六章工作总结和展望…………………………………………………… 36

参考文献………………………………………………………………………38

致辞………………………………………………………………………… 39

附录……………………………………………………………………………40

1.1 组合机床概述

　　　组合机床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。其中大量通用部件包括：单轴工艺切削头、传动装置、动力箱、进给滑台等动力部件，以及用以安装动力部件的支撑部件如侧底座、中间底座等。

1.2 组合机床的发展

　　　最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。

　　　在我国，组合机床发展已有28年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业，是当前机械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。

1.3 组合机床的特点

　　　组合机床与一般专用机床相比较,具有如下特点:

　　（1）组合机床自动化程度高,便于维修,通用的易耗易损件可以提前准备,必要时甚至可以改换整个通用部件。

　　　（2）设计与制造周期短。这是因为组合机床的通用化程度高,通用部件、通用零件和标准件约占70~90％,其中许多是预先制造好的,在制造新机床时可以根据需要选用。需要设计、制造的只是少量专用零部件。

　　　（3）组合机床的通用零部件,是经过生产实践考验多次反复修改定型的,因而结构的可靠性和工艺性较好,使用性能较稳定,有利于稳定地保证加工质量。

　　　（4）组合机床的通用零部件都己标准化、系列化,因而可以组织成批生产,这样不仅可提高制造精度,而且可以降低机床的成本,加快专用机床制造的速度。

　　　（5）便于产品更新。当改变加工对象时,通用部件可以重新利用,改装成新的专用机床。但由于组合机床的通用部件不是为某一种机床设计的,具有较广的适应性,而且规格也有限,这样就使组合机床的结构较一般专用机床稍为复杂。组合机床改装时,约有10%～20％的零件不能利用,改装劳动量也较大。

图1-1表示由通用部件和少量专用部件组成的卧式组合机床。1.4 组合机床的设计方法

　　　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。而且一些行业的或完成一定工艺范围的组合机床是极其相似的，有可能设计为通用的组合机床，这种机床称为“专能组合机床”。这种专能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，而是可以设计为通用品种，组织成批生产，然后按被加工零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效设备。

　　　组合机床的设计步骤：

　　　（1）制定工艺方案。要深入现场，了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求等。确定在组合机床上完成的工艺内容及其加工方法。这里要确定加工工步数，决定刀具的种类和型式。

　　　（2）机床结构方案的分析和确定。根据工艺方案确定机床的型式和总体布局。在选择机床配置型式时，既要考虑实现工艺方案，保证加工精度、技术要求及生产效率；又要考虑机床操作、维护、修理是否方便，排屑情况是否良好；还要注意被加工零件的生产批量，以便使设计的组合机床符合多快好省的要求。

　　　（3）组合机床总体设计。这里要确定机床各部件间的相互关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量及机床生产率。绘制机床的总联系尺寸图及加工示意图等。

　　　（4）组合机床的部件设计和施工设计。制定组合机床流水线的方案时，与一般单个的组合机床方案有所不同。在流水线上由于工序的组合不同，机床的型式和数量都会有较大的变化。因此，这是应按流水线进行全面考虑，而不应将某一台或几台机床分裂开来设计。即使暂时不能全面地进行流水线设计，制定方案时也应该综合研究，才能将工序组合得更为合理，更可靠地满足工件的加工要求，用较少的机床完成较多的工作，也为进一步发展创造了有利条件。

1.5 组合机床设计的目的、要求

1.5.1 设计的目的

　　　机床设计毕业设计，其目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计，使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。

1.5.2 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。“质优价廉”才会受到用户的欢迎，在国内和国外市场上才有竞争力。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。

1.6 本课题任务的内容和要求

本课题研究的内容是汽车传动壳体螺纹攻丝组合机床设计，包括：工序图、加工示意图、机床联系尺寸图的设计，机床生产率计算卡的制定，主轴箱结构设计。第二章组合机床的工艺方案制定

　2.1制定工艺方案

　　　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，生产率要求等等。并查阅有关技术资料，制定出合理的工艺方案。

　　　根据被加工被零件（箱体）的才（图2-1），加工四个螺纹底孔的工艺过程。

　　2.1.1被加工零件的特点

　　　此箱体的材料是HT200、硬度HB170-241，孔的位置分配不规则，孔的直径为Φ5mm。采用多孔同步加工，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。孔的分布不规则，工件比较小，可一次钻完，因而适合选择卧式双工位钻床。

　2.1.2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，工件各孔间的位置精度为0.15mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工时可以在下一个安装工位上对所有孔进行最终精加工。为了加工出表面粗糙度为Ra3.2um的孔。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。被加工零件图如图2-1所示。

2.1.3加工孔的主要技术要求：

　　　　　加工8个M5螺纹底孔的孔；

　　　　　孔的位置度公差为Φ0.15mm；

　　　　　工件材料为HT200，HB170～241；

　　　　　要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量7万件，单班制生产。

　2.1.4定位基准及夹紧点的选择

加工此箱体的孔，以底面的两个对角楞来限制X、Y方向上的自由度。

由于夹具的使用在本设计中没有考虑，因此在设计时就认为是人工夹紧。

　2.1.5确定工艺方案的原则及注意问题

　　　　　加工该孔时，孔的位置度公差为0.15mm

　　　　　根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：一次性加工螺纹底孔，孔径为Φ5

　　　 ① 粗、精加工工序的安排必须根据零件的生产批量、加工精度、技术要求进行全面分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理解决粗加工和精加工工序的安排。不要不分具体情况而一律粗、精加工工序合并的做法。

　　　一般在大批大量生产中，确定工艺流程宜、精工序分开进行，其优点是：

　　　 a）工件能得到较好的冷却，有利于减少热变形及内应力变形的影响，对精度要求高的零件，更需要如此安排。

　　　 b）可避免粗加工振动对于精度、表面粗糙度的影响。

　　　 c）有利于精加工机床保持持久的精度。

　　　 d）使机床机构简单，便于维修、调整。

　　　但是，粗、精加工工序分开，将使机床台数增多。当工件生产批量不大时，由于机床负荷率低，则经济性不好。因此，在能够保证加工精度前提下，有时也采取粗、精加工合并在同一台机床上进行的工艺方案。但须采取措施，尽量减少由此而带来的不利影响。例如使大量切除余量和有铸造黑皮的第一道工序与最后一道精加工工序不同的夹压力；若工件一次安装，也应使粗、精加工工序分别具有不同夹压力。

　　　 ② 工序集中与分散的处理

　　　工序集中是机械加工近代的主要发展方向之一。组合机床也正是基于工序集中的工艺原则发展起来的，即运用多种不同刀具，采用多面、多工位和复合刀具等方法，在一台机床上对一个或几个零件完成复杂的工艺过程，从而有效地提高生产率，取得更好的技术经济效果。

　　　但也应当看到，工序集中程度的提高也会带来下述一些问题：

　　　① 工序过分集中会使机床结构复杂，刀具数量增加，机床大而笨重，调整使用不便，可靠性降低，反而影响生产率的提高。

　　　② 工序过分集中导致切削负荷加大，往往由于工件刚性不足及变形等影响加工精度。

　　　因此，提高工序集中程度时，应注意：

　　　（a）适当考虑单一工序。即把相同工序内容的工序集中在同一台机床或同一工位上加工。例如，通常把箱体零件上的大量螺孔攻丝工序集中在一台攻丝机床上，而不与大量钻、镗工序集中在同一个多轴或同一台机床上进行，这样会使机床更为简单合理。

　　　（b）相互间有位置精度要求的工序应集中在同一个工位或同一台机床上加工。例如，箱体零件各面上的孔，相互间有位置精度要求时，其孔的精加工应集中在同一台机床上一次安装并完成加工。一般来说，对这些孔的粗加工也应集中在一台机床上进行，这可以使得精加工余量分布均匀，以利于保证加工精度

　　　（c）大量的钻、镗工序最好分开，不要集中在同一个多轴箱完成。这是因为，钻孔与镗孔直径不一样，主轴转速也就相差很大，导致多轴箱的传动链复杂和设计困难。同时，大量钻孔会产生很大轴向力，有可能使工件变形而影响镗孔精度；而且，粗镗孔振动较大又会影响钻孔，甚至会造成小钻头的损坏和折断。

　　　（d）确定工序集中时，必须充分考虑零件是否会因刚性不足而较大的切削力、夹压力下变形对加工精度带来不利影响。

　　　（e）工序集中时，必须考虑前述粗、精加工工序的合理安排及由于多轴箱结构及设置导向的需要。主轴排列不宜过密，否则会造成机床、刀具调整不便、加工精度、可靠性及生产率低的不良后果。

2.1.6零件的生产批量

　　　　　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，采用多轴头以提高利用率。

　　　综上所述：通过对箱体零件的结构特点、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，最终决定设计四轴头单工位同步钻床。第六章工作总结和展望

　　　由本文的论述，我们了解到，通过对喷油泵下体加工设备及工艺的研究与应用，在机床、刀具、工艺流程、多轴箱等方面进行了合理设计和选择，有效提高了加工效率和产品质量，扩大了加工适应范围，提高了可靠性，具备一定的先进性，取得了良好的经济效益和社会效益，为解决此类多孔同时加工问题举了一件实例。

　　　本成果设计制造的机床为四轴钻孔卧式组合机床。我们将钻削主轴设为机械传动，而进给系统为液压控制，使在满足使用要求的前提下降低了成本。作为关键部件的液压滑台采用通用部件。以比较简单的方式完成旋转运动和直线运动的同步进行，非常实用。

　　　本机床所用夹具的通用性强，工件采用液压定位夹紧，快速方便。定位采用一面两销的定位方式，夹紧采用液压加紧，采用这种方式完全能够满足精度要求。而且简易方便，制造成本低，通用性好。

　　　在刀具方面，由于所加工孔的尺寸精度和表面粗糙度要求都不算高，采用麻花钻。这种钻头采购比较方便，而且价格比深孔钻头也要便宜。在刀具的几何角度方面，麻花钻头的螺旋角即是其轴向前角。当加工工件时，切削力和切削热随钻头螺旋角的增大而减小(减少)，切削轻快，刀具耐用度高。为此，我们选取钻头螺旋角为32，在保证强度的前提下，有效降低了切削力和切削温度，提高了刀具使用寿命和生产效率。

　　　通过本成果的实施，喷油泵下体两侧面钻孔加工的生产效率得到较大幅度提高，经济和社会效益显著。而且加工精度也完全能够满足设计要求。则在直接经济效益方面，节省了大量加工工时。主要完成了以下工作：

　　　1、对箱体的四个孔的加工工艺进行了分析研究，明确了四个孔加工的技术要求和工艺要点。

　　　2、恰当地选择了机床的切削参数，动力头及液压滑台驱动机构的结构参数。

　　　3、采用Z轴液压滑台驱动动力头和多轴箱实现进给。

　　　4、设计了稳定可靠的多轴箱和，从而保证了被加工孔的精度要求。

　　　5、根据通用、经济的原则，选择了刀具，满足了工艺的需要。

　　　设计的钻孔组合机床，保证了加工孔的生产质量，提高了工效，加工成本大幅下降。

　　　本设计还有许多值得完善的地方，例如：装夹、定位由人工完成，效率较低；自动化程度有待提高等问题。这些问题通过改进设计、完善工艺、现场的不断实践、总结，必将会得到进步的提高。　　　　　　　　　　　　　　　　

参考文献

[1] 王肃主编.机械设计基础.大连：大连海运学院出版社，1987

[2] 杨玉鼎主编.机械设计.重庆：重庆大学出版社，1989

[3] 许晓肠主编.专用机床设备设计：重庆大学出版社，2003

[4] 金振华主编.组合机床及其调整与应用：机械工业出版社，1990

[5] 李庆余，张佳主编.机械装备设计：机械工业出版社，2003

[6] 顾维邦主编.金属切削机床概论：机械工业出版社，2002

[7] 戴曙主编.金属切削机床设计：机械工业出版社，1993

[8] 华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津大学主编机床设计图册上海科学技术出版社，1984

[9] 徐景辉主编.机床装配. 四川人民出版社，1982

[10] 储凯，许斌等主编.机械工程材料：重庆大学出版社，2002

[11] 邱宣怀主编.机械设计：高等教育出版社，2003

[12] 吴宗泽主编.机械设计实用手册：化学工业出版社，2000

[13] 龚桂主编.机械设计课程设计指导书：高等教育出版社，1990

[14] 张利平主编.液压站设计与应用：海军出版社，2004

[15] 梁俊有，李洪波主编.CAD工程设计：呼和浩特：远方出版社，2005

[16] 侯镇冰编.机械设计制图手册: 同济大学出版社,2005

[17] 张纪真编.机械制造工艺标准手册:机械工业出版社

[18] 迟建山等编. 组合机床设计：上海科学技术出版社，1994

[19] 谢家瀛编.组合机床设计简明手册:机械工业出版社，1999

[20]东北重型机械学院编.机床夹具设计手册:机械工业出版社，1988

[21]濮良贵编.机械设计:高等教育出版社

[22]王积伟章宏甲黄谊编.液压与气压传动:高等教育出版社 2005年01月

[23]张文灼?编.工程材料基础:机械工业出版社 2010年02月

[24]闫晓鹏、武瑛、杨丽萍、高保凤、李志刚编.材料力学 :高等教育出版社

[25]陆宁、樊江玲编.机械原理（第2版）:清华大学出版社

机床联系尺寸图.gif

加工示意图.gif

零件图.gif

主轴箱.gif

内容简介：: 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）中期自查表（中期教学检查用）学生姓名吴一非学号100012129专业机械设计制造及其自动化班级机械81001班指导教师任皓职称讲师设计（论文）题目箱体类零件钻削组合机床设计个人精力实际投入每天平均工作时间6h迄今缺席天数无出勤率%100%指导教师每周指导次数1周每周指导时间（小时）2h未指导的周次及原因无毕业设计（论文）工作进度（完成）内容及比重已完成主要内容（70%）待完成主要内容（40%）工序图加工示意图机床联系尺寸图机床生产率计算卡1份主轴箱说明书存在问题及解决方案加工示意图接杆设计问题，通过老师指导一起查阅相关资料确定接杆设计指导教师意见：指导教师签名：年月日扬州大学广陵学院本科生毕业论文任务书论文题目箱体类零件钻削组合机床设计年级大四专业机械设计制造及其自动化学生姓名吴一非学号100012129主要内容：（1）明确本题目的设计参数，技术条件等；（2）“三图一卡”总体设计；根据零件图绘制工序图绘制加工示意图绘制机床联系尺寸图制定机床生产率计算卡（3）主轴箱结构设计；（4）专业外文资料译文（1篇）；（5）设计说明书（1份）。主要任务及基本要求（包括指定的参考资料）：（1）“三图一卡”总体设计工序图（A3 1张）加工示意图（A3 1张）机床联系尺寸图（A1 1张）机床生产率计算卡1份（2）主轴箱结构设计 A1 1张；（3）专业外文资料译文1篇（不少于10，000个印刷符号）；（4）设计说明书1份。参考文献：机械工程手册机械制造工艺及设备卷（二）机械工业出版社 1997机械零件设计手册机械工业出版社机械制造工艺学福建科技出版社机械设计制图手册侯镇冰同济大学出版社机械制造工艺标准手册张纪真机械工业出版社组合机床设计迟建山等上海：上海科学技术出版社，1994组合机床设计简明手册谢家瀛北京：机械工业出版社，1999组合机床设计参考图册大连组合机床研究所北京：机械工业出版社，机床夹具设计手册东北重型机械学院北京：机械工业出版社，1988机床夹具图册孟宪栋等北京：机械工业出版社，1994发出任务书日期：2014年3月1日完成期限：2014年3月5日指导教师签名：专业主任签名：年月日扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）选题及成绩分析表系：专业名称毕业生人数选题性质及选题人数指导教师人数毕业设计(论文)成绩比例结合科研结合生产实际结合大学生科研训练计划结合学科竞赛模拟仿真其他教授副教授讲师其他优良中及格不及格人数%人数%人数%人数%人数%合计系主任签名：系签章：填报日期：年月日填表人签名：扬州大学广陵学院届本科生毕业设计（论文）题目及成绩汇总表系：专业：班级：序号学号学生姓名毕业设计（论文）题目题目类型题目来源指导教师成绩备注姓名职称学历123456789101112131415注：1、“题目类型”栏只要填写1-6数字代码；“题目来源”栏只要填写A或 B；2、“成绩”栏一律采用“优”、“良”、“中”、“及格”、“不及格”五级记分制；3、学生如果更改毕业设计（论文）题目，请在备注栏注明。更改题目必须履行审批手续，审批材料由学院保存。系盖章：填表人签名：填报日期：扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）指导教师审阅意见表设计（论文）题目箱体类零件钻削组合机床设计学生姓名吴一非专业机械设计制造及其自动化班级机械81001班指导教师姓名职称得分指导教师审阅意见：指导教师签名：年月日扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）答辩结果表设计（论文）题目箱体类零件钻削组合机床设计学生姓名吴一非专业机械设计制造及其自动化班级机械81001班答辩记录：答辩小组意见：得分组长签名日期答辩委员会意见：指导教师评分评阅人评分答辩小组得分结构分最终成绩主任签章日期扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目箱体类零件钻削组合机床设计题目来源题目类型A指导教师学生姓名学号专业机械设计制造及其自动化开题报告内容：组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。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。研究目的： (1）培养学生的调查研究以及资料、信息的获取、分析、综合能力；（2）培养学生的工程设计能力，主要包括设计、计算及绘图能力；（3）培养学生的综合运用专业理论知识，分析解决实际问题的能力；（4）培养学生的在设计过程中使用计算机的能力；（5）培养学生的撰写设计说明书、论文的能力；（6）培养学生创新能力和创新精神。箱体类零件钻削组合机床设计基本内容：(1)零件分析仔细了解所欲加工零件的加工特点，精度和技术要求。(2)拟定零件工艺方案确定零件在组合机床上完成加工时的定位基准以及零件的加工工艺方案。(3) 总体方案设计根据工艺方案确定机床的配置形式及总体结构布局。(4)组合机床设计三图一卡设计根据零件图绘制零件工序图，零件加工示意图，机床尺寸联系图，制机床生产率计算卡。(5)主轴箱设计绘制主轴箱草图，确定主轴结构形式和一般设计步骤：计划阶段：提出任务分析零件加工对机器的需求确定任务要求。方案设计：机床功能分析提出几种可能的解决方案组合几种可能的方案对比评价讨论优化得出最佳方案。技术设计：明确构形要求结构化选择材料、计算尺寸评价决策确定结构形状及尺寸零件设计部件设计总体设计。时间安排：2月20日至3月6日实习调研、资料收集、翻译、撰写开题报告（3周）3月7 日至4月24日组合机床设计 7周4月25日至5 月 8 日编写说明书 2周6月1 日至6月7日评分及答辩 1周可能遇到的问题：（1）组合机床被加工零件的夹具设计（2）主轴箱传动系统的设计（3）组合机床的总体配置形式主要解决方法是通过已学过的基础理论和专业知识并参考各类相关专业书籍，熟悉组合机床工作原理和设计原则，了解各项设计参数和技术要求进行设计计算，同时利用绘图软件进行初步结构设计，参考已有的先进设计实例，学习其计算过程和其中的先进创新理念并运用到自己的计算创新设计中。相关自已无力解决的问题可以与同学讨论解决，一些自己的创新思想也可与同学讨论其可行性，或者向指导教师请教。拟采用的研究手段（途径）：1.对组合机床的设计有一定的掌握2.运用金属切削原理及刀具知识可以确定切削用量和刀具3.运用机械制造技术知识可以完成“三图一卡”4.运用机械制造装备设计可以解决主轴箱设计的过程5.运用机械设计的知识可以完成传动零件的校核6.运用机械制图的知识和计算机绘图软件的帮助可以完成设计图纸的绘制7.已经拥有大量有关组合机床的书籍、图样，可以到图书馆查阅相关国家标准8.参考相关的设计的经验9.与指导老师讨论协商学生签名：指导教师审核签名：日期：为了保证形体钻孔的合理性、实用性以及加工精度等要求，我们在图书馆努力收集有关钻孔组合机床的各类资料在箱体钻孔组合机床的设计中作为参考，提高其加工的合理性。在箱体钻孔组合机床的设计中，我们必须保证其主轴箱中各个主轴的进给量相同，而且必须保证各个主轴的转速的同步性，以及加工时的各切削用量的准确性。经过以上对箱体钻孔组合机床的分析，结合平时老师的讲解及书本知识，本次课题设计将圆满完成。参考文献：机械工程手册机械制造工艺及设备卷（二）机械工业出版社 1997机械零件设计手册机械工业出版社机械制造工艺学福建科技出版社机械设计制图手册侯镇冰同济大学出版社机械制造工艺标准手册张纪真机械工业出版社组合机床设计迟建山等上海：上海科学技术出版社，1994组合机床设计简明手册谢家瀛北京：机械工业出版社，1999组合机床设计参考图册大连组合机床研究所北京：机械工业出版机床夹具设计手册东北重型机械学院北京：机械工业出版社，1988机床夹具图册孟宪栋等北京：机械工业出版社，1994机械设计濮良贵高等教育出版社液压与气压传动王积伟章宏甲黄谊高等教育出版社 2005年01月01日工程材料基础张文灼机械工业出版社 2010年02月材料力学闫晓鹏、武瑛、杨丽萍、高保凤、李志刚高等教育出版社机械原理（第2版）陆宁、樊江玲清华大学出版社学生签名：指导教师审核签名：日期：中文摘要组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。设计组合机床之前需要零件分析，了解所欲加工零件的加工特点，精度和技术要求。然后制定工艺方案，必须计算分析被加工零件图，并深入了解零件的形状、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，生产率要求等等。最终确定零件在组合机床上完成加工时的定位基准以及零件的加工工艺方案。各方面准备做好以后进行组合机床设计三图一卡设计，包括零件图绘制零件工序图、零件加工示意图、机床尺寸联系图、制机床生产率计算卡。最后根据主轴结构形式和动力设计并设计主传动系统总体结构，进行主轴箱设计，确定齿轮齿数、齿轮直径、齿轮中心距、轴、轴承等等，绘制主轴箱草图。关键字：组合机床，工艺，三图一卡，主轴箱AbstractModular machine tool is based on common components, with special components designed according to workpiece specific shape and process and fixture, consisting of semi-automatic or automatic machine tool.Analysis on parts is needed before the design of modular machine tool, understanding to the components processing features, precision and technology.Then the process plan, we must analysis the parts to be machined, and a deeper understanding of parts of the shape, size, material, hardness, stiffness, structural characteristics of processing parts of the machining accuracy, surface roughness, and the positioning, clamping method, technological process, the cutter and cutting parameter, productivity and so on. Ultimately determine the parts processed in modular machine when the locating datum and machining process.All ready to do a good job after lathe design - the three charts card design, including the parts drawing process map parts, machining sketch, machine size contact map, making machine productivity calculation card.Finally, according to the main structure and dynamic design and structure design of main transmission system, the design of spindle box, determine the number of gear teeth, gear, gear center distance, shaft diameter, bearing, spindle box sketch drawing.Keywords: combination of machine tools, process, three charts card, spindle box目录中文摘要 Abstract 第一章概述11.1 组合机床概述 11.2 组合机床的发展 11.3 组合机床的特点 11.4 组合机床的设计方法 21.5 组合机床设计的目的、要求 31.5.1 设计的目的 31.5.2 设计要求 31.6 本课题任务的内容和要求 4第二章组合机床方案的制定5 2.1制定工艺方案 52.1.1被加工零件的特点 52.1.2被加工零件的加工精度 5 2.1.3加工孔的主要技术要求 52.1.4定位基准及夹紧点的选择 52.1.5确定工艺方案的原则及注意问题 52.1.6零件的生产批量 7第三章确定切削用量及选择刀具 93.1选择切削用量 93.2确定切削力、切削扭矩、切削功率 103.3选择刀具结构 11第四章钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制 134.1被加工零件工序图 134.1.1被加工零件工序图的作用及内容 134.2加工示意图 144.2.1加工示意图的作用和内容 144.2.2绘制加工示意图之前的有关计算 144.3机床联系尺寸图 174.3.1联系尺寸图的作用和内容 174.3.2选用动力部件 174.3.3配套支承部件的选用 194.3.4确定装料高度 204.3.5确定多轴箱轮廓尺寸 204.4生产率计算卡 21第五章多轴箱的设计 215.1主轴箱的设计步骤和内容 245.1.1 主轴箱所需动力的计算 245.1.2 主轴箱传动设计 255.1.3 拟定主轴箱传动系统. 265.2 轴的具体设计285.3传动零件的校核 315.4绘制传动系统图 35第六章工作总结和展望 36参考文献38致辞 39附录40 箱体类零件钻削组合机床设计第一章概述1.1 组合机床概述组合机床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。其中大量通用部件包括：单轴工艺切削头、传动装置、动力箱、进给滑台等动力部件，以及用以安装动力部件的支撑部件如侧底座、中间底座等。1.2 组合机床的发展最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。在我国，组合机床发展已有28年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业，是当前机械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。1.3 组合机床的特点组合机床与一般专用机床相比较,具有如下特点: （1）组合机床自动化程度高,便于维修,通用的易耗易损件可以提前准备,必要时甚至可以改换整个通用部件。（2）设计与制造周期短。这是因为组合机床的通用化程度高,通用部件、通用零件和标准件约占7090,其中许多是预先制造好的,在制造新机床时可以根据需要选用。需要设计、制造的只是少量专用零部件。（3）组合机床的通用零部件,是经过生产实践考验多次反复修改定型的,因而结构的可靠性和工艺性较好,使用性能较稳定,有利于稳定地保证加工质量。（4）组合机床的通用零部件都己标准化、系列化,因而可以组织成批生产,这样不仅可提高制造精度,而且可以降低机床的成本,加快专用机床制造的速度。（5）便于产品更新。当改变加工对象时,通用部件可以重新利用,改装成新的专用机床。但由于组合机床的通用部件不是为某一种机床设计的,具有较广的适应性,而且规格也有限,这样就使组合机床的结构较一般专用机床稍为复杂。组合机床改装时,约有10%20的零件不能利用,改装劳动量也较大。图1-1表示由通用部件和少量专用部件组成的卧式组合机床。图1-1 卧室组合机床及其组成部件1-中间底座；2-夹具；3-主轴箱；4-动力箱5-滑台；6-滑座；7-床身（侧底座）1.4 组合机床的设计方法组合机床的设计，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。而且一些行业的或完成一定工艺范围的组合机床是极其相似的，有可能设计为通用的组合机床，这种机床称为“专能组合机床”。这种专能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，而是可以设计为通用品种，组织成批生产，然后按被加工零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效设备。组合机床的设计步骤：（1）制定工艺方案。要深入现场，了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求等。确定在组合机床上完成的工艺内容及其加工方法。这里要确定加工工步数，决定刀具的种类和型式。（2）机床结构方案的分析和确定。根据工艺方案确定机床的型式和总体布局。在选择机床配置型式时，既要考虑实现工艺方案，保证加工精度、技术要求及生产效率；又要考虑机床操作、维护、修理是否方便，排屑情况是否良好；还要注意被加工零件的生产批量，以便使设计的组合机床符合多快好省的要求。（3）组合机床总体设计。这里要确定机床各部件间的相互关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量及机床生产率。绘制机床的总联系尺寸图及加工示意图等。（4）组合机床的部件设计和施工设计。制定组合机床流水线的方案时，与一般单个的组合机床方案有所不同。在流水线上由于工序的组合不同，机床的型式和数量都会有较大的变化。因此，这是应按流水线进行全面考虑，而不应将某一台或几台机床分裂开来设计。即使暂时不能全面地进行流水线设计，制定方案时也应该综合研究，才能将工序组合得更为合理，更可靠地满足工件的加工要求，用较少的机床完成较多的工作，也为进一步发展创造了有利条件。1.5 组合机床设计的目的、要求 1.5.1 设计的目的机床设计毕业设计，其目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计，使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。1.5.2 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。“质优价廉”才会受到用户的欢迎，在国内和国外市场上才有竞争力。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。1.6 本课题任务的内容和要求本课题研究的内容是汽车传动壳体螺纹攻丝组合机床设计，包括：工序图、加工示意图、机床联系尺寸图的设计，机床生产率计算卡的制定，主轴箱结构设计。图1-2 加工图第二章组合机床的工艺方案制定2.1制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，生产率要求等等。并查阅有关技术资料，制定出合理的工艺方案。根据被加工被零件（箱体）的才（图2-1），加工四个螺纹底孔的工艺过程。2.1.1被加工零件的特点此箱体的材料是HT200、硬度HB170-241，孔的位置分配不规则，孔的直径为5mm。采用多孔同步加工，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。孔的分布不规则，工件比较小，可一次钻完，因而适合选择卧式双工位钻床。2.1.2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，工件各孔间的位置精度为0.15mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工时可以在下一个安装工位上对所有孔进行最终精加工。为了加工出表面粗糙度为Ra3.2um的孔。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。被加工零件图如图2-1所示。 2.1.3加工孔的主要技术要求：加工8个M5螺纹底孔的孔；孔的位置度公差为0.15mm；工件材料为HT200，HB170241；要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量7万件，单班制生产。2.1.4定位基准及夹紧点的选择加工此箱体的孔，以底面的两个对角楞来限制X、Y方向上的自由度。由于夹具的使用在本设计中没有考虑，因此在设计时就认为是人工夹紧。 2.1.5确定工艺方案的原则及注意问题加工该孔时，孔的位置度公差为0.15mm根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：一次性加工螺纹底孔，孔径为5 粗、精加工工序的安排必须根据零件的生产批量、加工精度、技术要求进行全面分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理解决粗加工和精加工工序的安排。不要不分具体情况而一律粗、精加工工序合并的做法。一般在大批大量生产中，确定工艺流程宜、精工序分开进行，其优点是： a）工件能得到较好的冷却，有利于减少热变形及内应力变形的影响，对精度要求高的零件，更需要如此安排。 b）可避免粗加工振动对于精度、表面粗糙度的影响。 c）有利于精加工机床保持持久的精度。 d）使机床机构简单，便于维修、调整。但是，粗、精加工工序分开，将使机床台数增多。当工件生产批量不大时，由于机床负荷率低，则经济性不好。因此，在能够保证加工精度前提下，有时也采取粗、精加工合并在同一台机床上进行的工艺方案。但须采取措施，尽量减少由此而带来的不利影响。例如使大量切除余量和有铸造黑皮的第一道工序与最后一道精加工工序不同的夹压力；若工件一次安装，也应使粗、精加工工序分别具有不同夹压力。工序集中与分散的处理工序集中是机械加工近代的主要发展方向之一。组合机床也正是基于工序集中的工艺原则发展起来的，即运用多种不同刀具，采用多面、多工位和复合刀具等方法，在一台机床上对一个或几个零件完成复杂的工艺过程，从而有效地提高生产率，取得更好的技术经济效果。但也应当看到，工序集中程度的提高也会带来下述一些问题：工序过分集中会使机床结构复杂，刀具数量增加，机床大而笨重，调整使用不便，可靠性降低，反而影响生产率的提高。工序过分集中导致切削负荷加大，往往由于工件刚性不足及变形等影响加工精度。因此，提高工序集中程度时，应注意：（a）适当考虑单一工序。即把相同工序内容的工序集中在同一台机床或同一工位上加工。例如，通常把箱体零件上的大量螺孔攻丝工序集中在一台攻丝机床上，而不与大量钻、镗工序集中在同一个多轴或同一台机床上进行，这样会使机床更为简单合理。（b）相互间有位置精度要求的工序应集中在同一个工位或同一台机床上加工。例如，箱体零件各面上的孔，相互间有位置精度要求时，其孔的精加工应集中在同一台机床上一次安装并完成加工。一般来说，对这些孔的粗加工也应集中在一台机床上进行，这可以使得精加工余量分布均匀，以利于保证加工精度（c）大量的钻、镗工序最好分开，不要集中在同一个多轴箱完成。这是因为，钻孔与镗孔直径不一样，主轴转速也就相差很大，导致多轴箱的传动链复杂和设计困难。同时，大量钻孔会产生很大轴向力，有可能使工件变形而影响镗孔精度；而且，粗镗孔振动较大又会影响钻孔，甚至会造成小钻头的损坏和折断。（d）确定工序集中时，必须充分考虑零件是否会因刚性不足而较大的切削力、夹压力下变形对加工精度带来不利影响。（e）工序集中时，必须考虑前述粗、精加工工序的合理安排及由于多轴箱结构及设置导向的需要。主轴排列不宜过密，否则会造成机床、刀具调整不便、加工精度、可靠性及生产率低的不良后果。 2.1.6零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，采用多轴头以提高利用率。综上所述：通过对箱体零件的结构特点、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，最终决定设计四轴头单工位同步钻床。图2-1 零件图第三章确定切削用量及选择刀具3.1选择切削用量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/min）应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：=式中：各主轴转速（r/min）各主轴进给量（mm/r）动力滑台每分钟进给量（mm/min）表3.1 钻孔切削速度加工材料铸铁刚及其合金铝及其合金切削速度v(m/min)16-2418-2520-50表3.2钻孔进给量加工材料铸铁刚及其合金铝及其合金进给量f(m/min)0.07-0.120.05-0.10.03-0.2表3.3加工孔的加工精度和表面粗糙度项目加工工序钻孔扩孔走刀次数 1 1 加工条件事先未加工的孔表面粗糙度Ra(m) 6.312.5 6.312.5 孔的精度等级 H12 H11 孔中心对名义位置的偏移量（mm） 0.150.25 0.100.15 对基准面的平行度和垂直度（mm） 0.10 0.08 对其他孔中心线的垂直度（mm） 0.20 0.16 注：平行度和垂直度对于钻孔、扩孔和铰孔是指100mm长度上的。根据对我国使用组合机床的调查，加工铸铁件的某些主要工序所能达到的精度和表面粗糙度如：钻孔加工直径在40mm以下，一般为实心铸件扩、铰工序之前钻削底孔或螺纹底孔，精度可达到IT10IT11,表面粗糙度Ra6.312.5m.由于箱体孔的加工精度、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，见P130表6-11由查表的方法查得：钻头直径D=5mm,铸铁HB175255、进给量f=0.07mm/r、切削速度v=12m/min、转速n=764r/min3.2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v及进给量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）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：HB = HBmax(HBmaxHBmin) =200(200160) =186.67切削力：=26 =356.96N切削扭矩：=10 =584.48Nmm切削功率：= =584.4824/(97403.145) =0.092 kw 式中：HB布氏硬度 F切削力（N） D钻头直径（mm） f每转进给量（mm/r） T切削扭矩(Nmm) V切削速度（m/min） P切削功率(kw)3.3选择刀具结构根据工艺要求及加工精度不同，组合机床采用的刀具有：一般简单刀具（标准刀具）、复合刀具及特种刀具。选择刀具结构应注意一些问题：（1）只要条件允许，为使工作可靠，结构简单、应尽量选择标准刀具和简单刀具。采用此类刀具的特点是加工一个零件所需要的工位数或机床台数多。（2）为提高工序集中程度或保证加工精度，采用先后加工或同时加工两个或两个以上表面的复合刀具。(3) 选择刀具结构时，还必须认真分析被加工零件材料特点。如加工硬度较高的铸铁或刚件时，为提高刀具耐用度，减少换刀时间，宜采用多刃铰刀或多刃镗刀头加工，以解决断屑及排屑问题。根据上述要求选取钻孔刀具。箱体的布氏硬度在HB170241，孔径D为5mm，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，选择标准5的麻花钻。如图3-1图3-1 麻花钻第四章钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制 “三图一卡”是指被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率卡。4.1被加工零件工序图4.1.1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，是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。图上主要内容：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。本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。加工时如需要中间向导，应表示出工件与中间向导有关部位结构和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。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。为了使被加工零件工序图清晰明了，绘制时，应按一定的比例，选择足够的视图。箱体用钻孔组合机床的被加工零件工序图如22所示。图41工序图4.2加工示意图4.2.1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。在图上应标注的内容：机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。工件、夹具、刀具及多轴箱端面之间的距离等。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。4.2.2绘制加工示意图之前的有关计算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。选择锥柄麻花钻头。导向套的选择在组合机床上加工孔，除用刚性主轴的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。因此正确选择导向装置的类型，合理确定其尺寸、精度，是设计组合机床的重要内容。选择导向类型根据刀具导向部分直径d=5mm和刀具导向的线速度v=24m/min，选择固定式导向。导向套的参数根据刀具的直径选择固定导向装置，如图42所示：固定导向装置的标准尺寸如下表：表21 固定导向装置的标准尺DDD1D2Ll1D3l5101518203M68固定装置的配合如下表：表22 固定装置的配合导向类别工艺方法D刀具导向部分外径固定导向钻孔H7/h6H7/h6g6图42固定导向装置初定主轴类型、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14,所以B取2.316，根据刚性条件计算主轴的直径为：T=584.48 NmmdB=11.4mm式中：d轴直径（mm） T轴所承受的转矩（Nmm）B系数本设计中所有主轴直径皆取d=32mm,主轴外伸长度为：L=115mm，D/为32/20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43所示，图43连接杆连接杆上的尺寸d与主轴外伸长度的内孔D配合，因此，根据接杆直径d选择刀具接杆参数如表23所示：表23 可调接杆的尺寸d(h6)D1(h6)d2L4l1l2l320Tr201.5莫氏1号12.065188404675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23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。工作进给长度的确定如图2-6工作进给长度应等于工件加工部位长度L与刀具切入长度和切出长度之和。切入长应根据工件端面误差情况在510mm之间选择，误差大时取大值，因此取=7mm，切出长度=1/3d+(38)=1/3*5 +8 9mm,所以=10+16+9=35mm.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155mm，快退长度等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度15535=120mm. 图44 工作进给长度综上图45为箱体上8孔卧式钻床加工示意图图45加工示意图4.3机床联系尺寸图4.3.1联系尺寸图的作用和内容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。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。4.3.2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。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。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HY系列液压滑台。确定轴向进给力滑台所需的进给力 =4356.96=1426.38N 式中：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1.5KN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0.51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=nf=7640.07=53.50mm/min。所以选择1HY25IA液压滑台。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。前后备量的作用是动力部件有一定的向前后移动的余地，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20mm， 1HY25IA液压滑台的工作行程由查表可取250mm，工作行程=快进行程+工进行程+前备量+后备量，即250=120+35+20+后备量，所以后备量取75mm。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，可算 40.0920.8 0.46KW式中：多轴箱传动效率，加工黑色金属时0.80.9；有色金属时0.70.8，本系统加工HT200，取0.8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Y90S-4的1TD16 IB型动力箱。查表5-38主要技术参数如表2-4主电机传动型号转速范围（r/min）主电机功率（）电机转速输出转速Y90S-414009201.1综上数据选择如图4-6所示数据关系及其标准件的选择：图4-6动力部件及其滑台4.3.3配套支承部件的选用滑台侧底座1CC251各尺寸见图4-7图4-7滑台侧底座4.3.4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H5801060mm之间选取，本系统取装料高度为810mm。如图4-8图4-8装料高度4.3.5确定多轴箱轮廓尺寸多轴箱宽度B、高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按下式确定： B=b+2b1=40+2*100=240mm h1=h2+H-(0.5+h3+h4)=11+810-(0.5+250+560)=10.5mmH=h+h1+b1=50+10.5+100=160.5mm 多轴箱宽度和高度按标准尺寸中选取。计算时，多轴箱的宽度B和高度H可确定为：B=320mm H=320mm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=320 mm320 mm。如图4-9图4-9多轴箱综上图4-10为机床联系尺寸图图4-10机床联系尺寸图 4.4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要求。计算如下：切削时间： T切= L/vf+t停 = 35/53.515/764 =0.67 min式中：T切机加工时间（min） L工进行程长度（mm） vf 刀具进给量（mm/min） t停死挡铁停留时间。一般为在动力部件进给停止状态下，刀具旋转515 r所需要时间。这里取15r 辅助时间 T辅 = +t装 = （155+120）/12000+1.5 = 1.50min 式中：L3、L4 分别为动力部件快进、快退长度（mm） vfk 快速移动速度（mm/min） t装装卸工件时间（min）一般为0.51.5min,取1.5min机床生产率 Q1 = 60/T单 = 60/（T切+T辅） =60/（0.8+1.5） =26.09 件/h机床负荷率按下式计算 = Q1/Q100% = Q1tk/A100% =26.091950/70000100% =72.7% 式中：Q机床的理想生产率（件/h） A年生产纲领（件） tk年工作时间，单班制工作时间tk =1950h表25 生产率计算卡被加工零件图号毛坯种类铸件名称箱体毛坯重量材料HT200 JB297-62硬度HB170-241工序名称壳体螺纹底孔钻削工序号工时/min序号工步名称工作行程/mm切速/（mmin-1）进给量/（mmr-1）进给量/（mmmin-1）工进时间辅助时间1按装工件0.52工件定位夹紧0.253Z轴快下120120.0114Z轴工进350.0753.50.675Z轴暂停0.036Z轴快退155120.0137工件松开0.258卸下工件0.5备注1、主轴转速764r/min2、一次安装加工完一个工件累计0.671.554单件总工时2.22机床生产率26.09件/h理论生产率35.90件/h负荷率72.7%第五章多轴箱的设计5.1主轴箱的设计步骤和内容（1）主轴结构形式的选择可参考组合机床设计简明手册表主轴联系尺寸轴的直径为15mm。（2）齿轮模数m（单位为）一般用类比法确定，也可按公式估算，即：（0-32）=2式中 P齿轮所传递的功率，单位为KW； Z一对啮合齿轮中的小齿轮齿数； n小齿轮的转速，单位为r/min。主轴箱中的齿轮模数常用2、2.5、3、3.5、4几种。为便于生产，同一主轴箱中的模数规格最好不要多于两种。由计算并选择m2；动力箱过来与主轴啮合的那对齿轮模数取3。5.1.1 主轴箱所需动力的计算主轴箱的动力计算包括主轴箱所需要的功率和进给力两项。传动系统确定之后，主轴箱所需功率P主轴箱按下列公式计算： P主轴箱= P切削+ P空转+ P损失式中 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。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；每根轴上的功率损失，一般可取所传递的1%。主轴箱所需的进给力F主轴箱（单位为N）可按下式计算：式中 Fi各主轴所需的轴向切削力，单位为N。两侧计算如下：光孔切削力：F=26Df0.8HB0.6=26x5x0.10.8x2000.6=493.4N螺纹底孔：F=26Df0.8HB0.6=26x4.9x0.10.8x2000.6=483.56NF左=493.4+483.56x4=2427.7N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F主轴箱。故选取HY25滑台，其最大进给力是8000N，是符合条件的。主轴的工序内容，切削用量及主轴尺寸及动力部件的型号和性能参数如表 26所示：表26 主轴外尺寸及切削用量轴号主轴外伸尺寸工序内容切削用量D/dLN（r/min）V(m/min)f(mm/r)Vf(mm/min)1、2、3、432/20115钻5764120.0753.50注：1被加工零件编号及名称：箱体；材料：HT200 JB297-62；硬度: HB170-2412动力部件型号：1TD16 IB动力箱，电动机型号Y90S-4的；功率P1.1 kw。5.1.2 主轴箱传动设计主轴箱传动设计，是根据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转速要求，设计传动链，把驱动轴与各主轴连接起来，使各主轴获得预定的转速和转向。（1）对主轴箱传动系统的一般要求在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下，力求使传动轴和齿轮的规格、数量为最少。为此，应尽量用一根中间传动轴带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排上。当中心距不符合标准时，可采用变位齿轮或略微改变传动比的方法解决。尽量不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴负荷，影响加工质量。遇到主轴分布较密，齿轮的空间受到限制或主轴负荷较小、加工精度不够要求时，也可用一根强度较高的主轴带动12根主轴的传动方案。为使结构紧凑，主轴箱内齿轮副的传动比一般要大于1/2（最佳传动比为11/1.5），后盖内齿轮传动比允许取至1/31/3.5；尽量避免用升速传动。当驱动轴转速较低时，允许先升速后再降一些，使传动链前面的轴、齿轮转矩较小，结构紧凑，但空转功率损失随之增加，故要求升速传动比小于等于2；为使主轴上的齿轮不过大，最后一级经常采用升速传动。用于粗加工主轴上的齿轮，应尽可能设置在第排，以减少主轴的扭转变形；精加工主轴上的齿轮，应设置在第排，以减少抓后端的弯曲变形。主轴箱内具有粗精加工主轴时，最好从动力箱驱动轴齿轮传动开始，就分两条传动路线，以免影响加工精度。刚性镗孔主轴上的齿轮，其分度圆直径要尽可能大于被加工孔的孔径，以减少振动，提高运动平稳性。驱动轴直接带动的转动轴数不能超过两根，以免给装配带来困难。5.1.3 拟定主轴箱传动系统.1.原始依据图图5-1 原始依据图2.传动方案的确定. (1)主轴1,2,3,4 用同一根传动轴8来带动,呈四根主轴同心圆的排列形式.总传动比: i=n电/n轴=920/764=1.2根据中心距公式A =mz总/2 得 z总=31选取主轴上得齿轮齿数为13 驱动轴上齿轮得齿数为18 模数都为2(2)电机轴上齿轮的确定根据电机轴和传动轴的中心距120mm 选取配对的齿轮数分别为15和25,模数都为3.(3)油泵轴得安排油泵轴的位置要尽可能的靠近油池,油泵的转速可在400-800r/min的范围内选取.选取油泵轴上齿轮的齿数为18数为3,齿轮与驱动轴上的齿轮啮合.(4) 手柄轴的确定. 手柄轴上的齿轮与主轴2上的齿轮啮合,齿数为22,模数为2.综上一共有两排齿轮 .各轴在多轴箱里的排布如下图所示: 图 5-2 各轴的位置关系图综上：使各主轴转速的相对转速损失在5%以内。由公式：V= 知：n=n=n=n=764r/min总传动比: i=n电/n轴=920/764=1.24.5.3.2各齿轮的基本数据Z1=Z2=Z3=Z4=13 Z0=15Z5=22 Z6=25Z7=18 Z8=18d1=d2=d3=2*13=26mm d0=3*15=45mmd5=2*22=44mm d6=3*25=75mmd7=3*18=54mm d8=2*18=36mm5.2 轴的具体设计(1) 主轴1,2,3,4的相关尺寸如下图和下表所示:图5-3 主轴的相关尺寸图表3.1 主轴配套零件序号123456轴径15套键毛衬圈螺母15181530153042422M1.25.序号789101112轴径15单向推力球轴承滚子滚针环1528915289216216255255(2) 手柄轴5的相关尺寸如下图和下表所示: 图 5-4手柄轴表3.2 手柄轴配套零件序号123456轴径15套键毛衬圈螺母15181530153042422M1.25.序号789101112轴径15单向推力球轴承滚子滚针环1528915289216216255255(3) 传动轴8的相关尺寸如下图和下表所示: 图 5-5传动轴表3.3 传动轴配套零件序号1234567轴径15螺母套单向推力球轴承M121.25M121.25152215301530151812289序号891011121314轴径15单向推力球轴承滚子滚针环键12289216216255255424424(4) 油泵轴的相关尺寸如下图和下表所示:图5-6油泵轴综上可以可以得到如下图所示的主轴箱装配图:图5-7轴箱展开图润滑泵和手柄轴的安置主轴箱长采用叶片油泵润滑，油泵供油至分油器经油管分送各润滑点。箱体较大、主轴超过30根时用两个润滑泵。油泵安装在箱体前壁上，泵轴尽量靠近油池。（吸油高度不超过400500）；通常油泵放在第排；当泵体或管接头与传动轴端相碰时，可改用埋头传动轴。主轴箱设手柄轴，用于对刀、调整或装配检修时检查主轴精度。手柄轴转速精良高些，其周围用有较大的空间。5.3传动零件的校核1）验算传动轴的直径校核传动轴以承受的总扭矩最大传动轴8，由它驱动的有主轴1、2、3、4，主轴扭矩：T=2337.92Nmm液压泵轴的扭矩：查得R12-1A液压泵的最高压力为0.3MPa、排量为5.88ml/r。假设在理想无泄漏状态，即：Pq=T式中：P液压泵的压力N/ q液压泵的排量m3/s T输入扭矩Nm 输入角速度rad/s单位换算：P=0.3MPa=0.3106Pa n =764r/min=12.73r/s q=5.8812.73=74.87ml/r=74.8710-6m3/s =2n/60=23.14764/60 =79.97rad/s代入公式：Pq=T 74.8710-60.3106=79.97T7 解得：T7=281NmmT5=3T1/i5-1=32337.92/2=3506.88Nmm根据 d=B=17.8mm20mm因此传动轴1、2、3、4是符合要求的。2）齿轮模数的验算对多轴箱中承受载荷最大、最薄弱的轴8上的齿轮进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的验算。齿轮的材料为45钢，表面淬火，布氏硬度HB=229286，平均值240HB。设使用寿命10年。齿轮Z8=18、Z1=13，传动比i8-1=1.38。校核计算：接触疲劳极限Hlim Hlim =410MPa齿轮5的圆周速度v5 v5=d5*n5/60*1000=0.72m/s精度等级选9级精度使用系数KA KA=1.1动载系数KV KV=1.24齿间载荷分配系数KH 先求 Ft=2T8/d8=23506.88/36=194.83N KAFt/b=1.1194.83/26=7.49N/mm100N/mm =1.883.2(1/z8+1/z1)cos (=0) =1.883.2(1/18+1/13) =1.45 Z=0.92由此得KH=1/0.92=1.18齿向载荷分布系数KH KB=A+B1+0.6（）2（）2+C10-3b =1.17+0.161+0.6(26/40)2 (26/40)2+0.6110-326 =1.82载荷系数K K=KAKVKHKH =1.11.241.261.82 =2.20弹性系数ZE ZE=189.8MPa节点区域系数ZH （X1X2）/(Z1Z2)=0.005 ZH=2.62接触最小安全系数SHmin 由表12.14 SHmin=1.25总工作时间th th=1036580.26=7592h应力循环次数NL1=60rn8th = 6015527592 =2.5108 NL2=60rn1th =6017647592 =3.4108接触寿命系数ZN 由图12.18 ZN1=1.14 ZN2=1.24许用接触应力H H1= =373.92MPa H2= =406.7MPa验算 H=ZEZHZ =189.82.620.92 (2*2.2*3506.88/37*36)*(2+1/2) =317.84MPa373.92 MPa计算表明：接触疲劳强度是合适是，齿轮尺寸无须调整。齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数Y Y= 0.25+0.75/=0.25+0.75/1.45=0.7齿间载荷分配系数KF 由表12.10 KF=1/Y=1/0.7=1.43齿向载荷分配系数KF b/h=26/(2.252)=8.22 KF =1.2载荷系数K K=KAKVKFKF =1.11.241.431.2 =2.34齿形系数YF YF1=2.37 YF2=2.56应力修正系数YS YS1=1.68 YS2=1.62弯曲疲劳极限Flim Flim=380MPa弯曲最小安全系数SFmin SFmin=1.25应力循环系数 NL1=60rn5th=2.5108 NL2=60rn1th =3.4108弯曲寿命系数YN YN1=0.98 YN2=1.0尺寸系数Yx Yx=0.85许用弯曲应力F F1 =3800.980.85/1.25=253.25MPa F2= =38010.85/1.25 =258.4MPa验算 f1=YF1 YS1Y = (2*2.34*3506.88)/(37*40*2)2.371.630.7 =15.0MPaf1 f2=f1 =21.0 =21.87MPaf2传动无严重过载，所以综上所有数据

温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。