毕业设计（论文）-四孔加工组合机床设计.doc

济南大学泉城学院毕业设计济南大学泉城学院毕 业 设 计题 目 四孔加工组合机床设计 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机设07Q1 学 生 郭永武 学 号 20073006021 指导教师 迟清 二一一 年 五 月 二十 日- 1 -济南大学泉城学院毕业设计- 22 -济南大学泉城学院毕业设计1 前言1.1 组合机床的简介组合机床是以通用部件作为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的机床。它能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，随着组合机床技术的发展，它能完成的工艺范围日益扩大。在组合机床自动线上可以完成一些非切削工序，例如：打印、清洗、热处理、简单的装配、试验和在线自动检查等工序1。一般来说，组合机床是由标准的通用部件动力滑台、动力箱、各种工艺切削头、侧底座、立柱、立柱底座及中间底座加上专用部件多轴相、刀、辅具系统，夹具，液，电，冷却、润滑、排屑系统组合装配而成。组合机床有大型组合机床和小型组合机床两大类，它们不仅在体积和功率上有大小之别，而且在结构和配置型式等方面也有差异。其中大型组合机床的配置型式主要有以下四种：卧式组合机床、立式组合机床、倾斜式组合机床和复合式组合机床。小型组合机床的配置型式主要有：固定式夹具的单工位组合机床和移动式夹具的组合机床两类。组合机床作为一种高效专用设备，广泛用于大批量生产的作业。从1908年美国福特汽车公司制造出第一台组合机床起，作为装备制造业中的一个分支组合机床产业就与汽车工业结下了不解之缘。随着汽车工业的发展和需求的变化，组合机床的制造技术不断发展，组合机床的机构性能不断提高，组合机床的技术不断进步。1953年在美国福特汽车公司和通用汽车公司协商下，美国机床制造厂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，但未对部件结构作详细规定。 我国从1956年设计制造出第一台组合机床，1961年自行设计制造了第一条组合机床自动生产线起，我国的组合机床开始了创业和发展。1.2 组合机床行业现状与发展趋势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。其中, 特别是汽车工业, 是组合机床和自动线最大的用户现代组合机床和自动线作为机电一体化产品, 它是控制、驱动、测量、监控、刀具和机械组件等技术的综合反映。近20 年来,这些技术有长足进步, 同时作为组合机床主要用户的汽车和内燃机等行业也有很大的变化, 其产品市场寿命不断缩短, 品种日益增多且质量不断提高。这些因素有力地推动和激励了组合机床和自动线技术的不断发展.随着我过加入WTO后与世界机床行业的进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。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新，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。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这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、多品种加工市场需求2。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。2 组合机床总体设计组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高度集中工序原则设计的一种高效率专用机床。设计组合机床前，首先应根据组合机床完成工艺的一些限制及组合机床各种工艺方法能达到的加工精度、表面粗糙度及技术要求，解决零件是否可以利用组合机床加工以及采用组合机床加工是否合理的问题。然后是，在大量掌握零件加工工艺资料基础上，通盘考虑影响制定零件工艺方案、机床配置型式、结构方案的各种因素及应注意的问题。经过分析比较，以确定零件在组合机床上合理可行的加工方法、确定工序间加工余量，选择合适的切削用量、相应的刀具结构，确定机床配置型式等。2.1 制定工艺方案制定组合机床工艺方案是设计组合机床最重要的一步，工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到“体积小、重量轻、结构简单、使用方便、效率高、质量好”的要求。为了使工艺方案制定的合理、先进，必须从认真分析被加工零件图纸开始，深入现场全面了解被加工零件的机构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求，定位、夹紧方式，工艺方法和加工过程所采用的刀具、辅具，切削用量情况及生产率要求等。制定工艺方案主要涉及以下几方面内容：1.被加工零件的特点被加工零件的特点对工艺方案的制定有重要的影响，并且很大程度上决定了机床采取的配置型式。本设计汽车气缸盖所选用的材料为：HT2040，其特点是：铸造性能良好，耐磨性优良，价格低廉，并且切削性能良好，减震性强特别适用于作承压载荷的零件。 其硬度为 HB170241，切削性能良好，刚性能满足设计要求。2.加工精度和加工工序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。是制定机床方案的主要依据。此组合机床所加工四孔为：直径9mm,深度17mm，孔表面粗糙度为6.3m，相对位置度为0.20mm，经查使用组合机床钻40mm以下实心铸铁的孔，精度可达IT10IT11，表面粗糙度Ra 6.312.5m,Rz50m。均适合加工本加工零件的表面粗糙度和位置精度要求。因此在满足加工要求的条件下本加工零件适合使用组合机床加工。3.定位基准及夹压点选择正确选择加工用定位基准和夹压点，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的集中工序，从而收到减少机床台数的效果。本工件是铸造成型，由于进气孔的铸造精度不高，孔内粘砂现象严重，不能采用进气孔定位，故此工件的定位夹紧不能一面两销的定位方式。汽缸盖在钻四孔工序前已经经过铣两平面和车排气孔工序，所以可以选用一销来定位。这样定位基准就可以是精基准，能保证工件的加工精度。在已铣过的两平面中选一个便于装卸和夹压的面定位。由于上平面接触面积远小于底平面，选用底平面定位时，加压点较容易选择，而上平面定位时，工件的四边会是悬在空中的，当施加夹紧力时，有可能产生工件的变形，且不易选择加压点。选择定位销时，由于底面定位已限制了三个自由度，这样必定引起工件的过定位。因此排气孔处选用短销定位，短销能限制两个自由度，所以还需要对工件加一个定位，因为钻头是右旋，加工过程中产生逆时针方向的扭矩，所以在工件右下角加一可调支承钉即可满足六点定位原则。此工件的各加工孔中心线的设计基准是排气孔中心线，而定位基准也是排气孔，这样就使基准重合，消除了基准不重合产生的误差，加工精度得到提高。另外可调支承钉虽然选用粗基准，但此处在以后各工序中是非加工表面且远离排气孔中心线，所以对加工精度的影响可以忽略。因为上平面螺孔处是未加工铸造角，如果钻头从此面进刀容易导致钻头的引偏而产生废品，所以应选择底面进刀，这样有利于钻头的钻削。由于以上原因所以装夹工件可以使用固定钻模版，迎着钻头进给的方向装夹。工件夹压点选在摩擦较大、接触面也较大的筋板与凸台的平面上。由于工件右下角要安装可调支承钉，故选筋板与上凸台的平面作右压紧点，选筋板与下凸台之间的平面作左压紧点。4.被加工零件的生产批量零件的生产批量是决定采用单工位、多工位或自动线，还是按中小批生产特点设计组合机床的重要因素。本组合机床设计年产量要求3万件，属中小批量，故采用单工位固定夹具的机床，与多工位机床方案相比，可以有效提高机床利用率，减少工序，节省机床数量2.2 确定组合机床配置型式及结构方案根据选定的工艺方案，确定机床的配置型式，并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，以确保零件的加工精度、技术要求及生产率；又要考虑机床操作方便，易于维修，且润滑、冷却、排屑情况良好。不同配置方案对机床的复杂程度、通用化程度、结构公益性、加工精度、机床重新调整可能性及经济效果等，具有不同的影响。固定式夹具单工位组合机床的加工精度可达到的加工精度最高。因此，选用此种配置型式，可以保证按要求完成工件的加工。综合考虑定位基面与设计基面重合以及排屑的方便性，本设计选用卧式机床型式。2.3 机床主要参数2.3.1 确定切削用量，计算各主轴转速确定了组合机床上完成的工艺内容之后，就可以着手选择切削用量。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、机床的布局型式及正常工作均有很大影响。为符合加工要求采用较高转速和较小的进给量。组合机床切削用量的选择方法必须从实际出发，根据加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理地选择切削用量。一般采用查表法，参照生产现场同类工艺，通过工艺试验确定切削用量。本产品要加工的孔为9mm，硬度为HB170-241，依据确定切削用量时尽量做到合理利用所有刀具，其四孔切削用量选择同一值。根据零件加工要求年产量三万件，属中小批量，生产率要求不高，考虑到刀具耐用度，切削用量没必要选得过高。查“用高速钢钻头加工铸铁件的切削用量”表选择v（m/min）1018；f(mm/r)0.100.18根据加工要求等选择v=16m/min；f=0.1mm/r.由计算公式： （2.1）式中: 为各主轴转速，单位r/min.为主轴切削速度，单位m/min.为各钻头直径，单位mm.计算得主轴转速=566r/min，动力滑台的进给速度=56.6mm/min；2.3.2 确定切削力F、切削转矩M、切削功率P由选择的切削用量（主要指切削速度及进给量），确定切削力，作为选择动力部件及夹具设计的依据，确定切削转矩，用以确定主轴及其他传动件的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电机功率。根据人们生产实践及实验研究成果，已经整理出的不同材料工件各种加工条件下的切削力F、切削转矩M、切削功率P的计算公式，现选择高速钢钻头在灰铸铁上钻孔的公式如下： （2.2） （2.3） （2.4） （2.5）式中： 轴向切削力(N)钻头直径(mm)每转进给量(mm/r )切削功率(kw)扭矩(Nmm)刀具耐用度零件的布氏硬度值对于公式（2.2）（2.4）取最大值为241,对公式（2.5）取最大硬度值减去硬度偏差值的1/3。计算得： =3986N； =11076Nmm； =0.64kw； =17160min=286d2.4 机床总体设计三图一卡在选定工艺方案并确定机床配置型式、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。2.4.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据选得的工艺方案，表示一台组合机床完成的工艺内容、加工部位尺寸、表面粗糙度、公差和技术要求、加工时的定位基准、夹压部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在此工序加工前毛坯或半成品的图纸。它不能用产品图纸代替，而要在原零件图基础上，突出本机床的加工内容，加上必要的说明而绘制的。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。 根据以上被加工零件工序图的要求，现将汽车气缸盖加工工序图绘制如图2.1所示：图2.1 被加工零件加工工序图2.4.2 加工示意图加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占重要地位。它是刀具、辅具、夹具、多轴箱、液压电器装置设计及通用部件选择的主要原始材料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的依据。其内容为：1.刀具的选择所加工的孔为直径相同的，无特殊加工要求的四孔，在结构简单，工作可靠，刃磨容易的原则下，选择标准刀具。刀具材料选用高速钢3，钻头切削部分长度按下列公式确定： L切 =L工+L钻+ (2030) （2.6） L切 =L件+L入+L出+L钻+ (2030) = L件+L入+1/3d+(38)+ L钻+ (2030)=17+8+9+24+30=88（mm）由金属切削工艺手册选用切削部分长度为109mm总长为128mm的9mm的钻头，其锥柄莫氏锥度为1号。2.导向结构的选择（1）导向类型 由刀具导向线速度V=16m/min，在小于20m/min的范围内，所以采用固定式导向（第一类导向），刀具在导套内可以转动和移动，这种导向方法精度好4。（2）导向数量 综合考虑工件的外形、内部结构，刀具刚度、加工精度及工作实际情况采用单导向。（3）导向参数 导向的主要参数有：导套的长度、导套的直径及公差配合等。导套长度27mm，导套直径9.4mm，套筒的选择根据钻套选择。3.确定主轴类型、尺寸、外伸长度和选择接杆主轴直径: （2.7）式中： 轴的直径(mm ) 主轴承受的转矩(Nmm )系数，当材料的剪切弹性模量G=8.1104N/ mm时，非刚性主轴取6.2刚性主轴取7.3，传动轴为5.2 。由切削扭矩=11076Nmm，查组合机床设计表3-19 轴能承受的扭矩:主轴直径=20mm，当刚性主轴=1/4（度/米）时轴径为20mm得主轴能承受5500Nmm的扭矩。 通常长主轴用于刚性连接的钻孔、扩孔、铰孔、倒角等工序，短主轴用于浮动连接的镗孔、扩孔、铰孔等工序。故本机选用长主轴结构。查通用钻削类主轴的系列参数得：主轴前支承为推力球轴承和向心球轴承，后支承为向心球轴承，主轴直径选20mm，主轴外伸长尺寸D/d1=30/20,L=115mm接杆莫氏锥号1，2主轴总数12种。除刚性主轴外，组合机床主轴与刀具之间常用两种连接。一是接杆连接，另一个是浮动卡头连接。接杆连接也称刚性连接，用于单导向进行钻、扩、铰孔及倒角加工。通用的标准接杆分A、B、C型。接杆主要根据刀具尾部结构和主轴外伸部分的内孔直径而定5。查组合机床用接杆得接杆参数：接杆号3-230T0635-41,螺母编号30-T0642-41,接杆类型为A型，D1=22,D2=30,B=12,B1=1,L=215500，=110，垫片29T0654-414.加工示意图的联系尺寸主轴端面到工件端面的距离公式如下：+-（+） （2.8）式中各符号意义:L1主轴外伸长度 L2钻刀悬伸长度L3接杆伸出长度(可调)L4加工孔深L5刀具的切出值螺母及垫总厚度 代入数据计算得L=352mm。5.动力头工作循环及其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结束位置又返回到原始位置的动作过程。本组合机床根据被加工件为钻浅孔，循环过程包括：快速引进、工作进给和快速退回。（1）快速引进长度快速引进是动力头把刀具送到工作进给的位置，其长度定为20mm（2）工作进给长度工作进给长度L工应等于工件加工部位长度L与刀具深入长度L1和切出长度L2之和。带入数据得34mm（3）快速退回长度快速退回长度为快速引进长度和工作进给长度之和由（1）（2）得54mm由于是固定式夹具钻床的机床，动力头快退的行程只要把所有刀具都退到导套内，不影响工件的装卸即可。2.4.3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图是用来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系的，以检验机床各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求；通用部件的选择是否合理；并进一步开展多轴箱、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。1.选择动力部件影响动力部件选择的因素有：切削功率、进给力、进给速度、行程、多轴箱轮廓尺寸、动力滑台的精度和导轨材料，综合考虑上述因素，根据具体加工要求，正确合理选择动力部件动力滑台和动力箱，并以此为基础进行通用部件配套。（1） 动力滑台的选用动力滑台是由滑座、滑鞍和驱动装置等组成，是实现组合机床直线进给运动的动力部件。动力滑台的选用主要取决于驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素。综合前面设计的内容，我们选择机械式滑台，滑台进给速度定为56.6mm/min，由前面计算的总切削力F=3986N,滑台在工作时，除了克服各主轴的轴向力，还要克服滑台移动时产生的摩擦阻力和滑台移动时的摩擦阻力，因此所选滑台的最大进给力应大于F滑台行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。前备量主要是用来使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和保证刀具磨损后可以向前调整，前备量取30mm。同样后备量主要是使动力部件有一定的向后移动的余地，以方便装卸刀具，取130mm。工作行程为54mm，所以动力滑台的总行程为214mm.综合以上因素，选用HJ25M机械滑台，其主要性能指标如下：台面宽250mm，滑台台面长500mm，最大行程长250mm，最大进给力8000N(大于3986N)，滑台及滑座总高250mm。配套的支承部件选用1CC251-1侧底座。查得1CC系列侧底座的参数为：总长900mm，高560mm，总宽450mm，滑台行程250mm。滑台与侧底座之间用调整垫（h=5mm），这样可以保证最低主轴中心与最低被加工孔在垂直方向上等高6。（2）动力箱的选用动力箱是将电动机的动力传递给多轴箱的动力部件，它的选用主要依据主轴箱所需的电动机功率来选用。根据公式： =（1+30%）/ （2.9）式中：切削用总功率，由前面计算为0.64kw。主轴箱传动效率，因主轴数目不多，故取0.85。带入数据得=0.98kw。当动力箱应用于小型组合机床时，使用1TD12-1TD25系列规格。根据1TD12-1TD25动力箱性能表选用1TD201B型。电动机功率1.5Kw，电动机型号为Y90L-4，转速1400r/min，驱动轴转速950r/min。由组合机床设计附表7 1TD12-1TD25系列动力箱查得：动力箱与机械滑台接合面尺寸：长250mm，宽250mm;动力箱与主轴接合面尺寸：宽250mm，高200mm，动力箱输出轴距离主轴箱底面高度为105mm.2.确定装料高度H装料高度H指工件安装基面至机床底面的距离。选取范围一般在8501060mm之间，主要取决于最低主轴中心至主轴箱底面的高度h1,滑台与侧底座之间的调整垫h2，滑台高度h3，侧底座高度h4，最低主轴至安装基面高度h5。即 (2.10)式中: HJ25M机械滑台=250mm。 1CC251-I侧底座高度=560mm。为求，需先确定主轴箱轮廓尺寸。（1） 确定主轴箱轮廓尺寸标准中规定：卧式主轴箱总厚度为325mm，宽度和高度按标准尺寸系列选用主轴箱的宽度B和高H计算公式如下： (2.11) + (2.12)式中：-边缘主轴中心到主轴箱外壁之间距离，一般取70100mm， -分别为工件在宽度和高度方向上相距最远两加工孔的中心距，-最低主轴中心到主轴箱底面之间的距离。一般取85140mm.根据被加工零件的参数知b=64,h=64,h1=85,b1=100.带入公式得B=264mm,H=249mm，所以应取BH=320320mm滑台与侧底座之间的调整垫h2,可以保证最低主轴中心与最低被加工孔中心在垂直方向上的等高，取为h2=5mm.，最低主轴至安装基面的高度h3=52mm综合上述可得出装料高度H=85+5+250+560+52=952mm。（2） 初定夹具轮廓尺寸组合机床夹具是保证零件加工精度的重要专用部件。这里所要确定的夹具轮廓尺寸主要是指夹具底座的长宽高，这些尺寸的确定，除了首先必须考虑工件的形状、轮廓尺寸、具体结构外，还须考虑能够布置下保证加工要求的定位、限位、夹紧机构、导向系统等。夹具底座高度应根据夹具结构大小和装料高度而定，一般取300mm左右，根据本机床的具体数据选用夹具底座长宽高为300225267mm，设计钻模板长宽高为270149170mm，以方便布置定位元件和具有足够的刚度。综合上述各尺寸和标准，画出所设计的组合机床联系尺寸图。2.4.4 机床生产率计算卡生产率计算卡是按一定格式要求编制的反映零件在机床上的加工过程、工作时间、机床生产率、机床负荷率的简明表格。根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度、切削用量、动力部件的快速及工进速度等，就可以计算机床是生产率并编制生产率计算卡。1.理想生产率Q1是指完成年生产纲领所要求的机床生产率。它与全年工时总数K有关，一般情况下，单班制生产K取2350h，两班制生产K取4600h,根据公式：（件/时） (2.13)计算得Q1=17.022.实际生产率Q是指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。（件/时） （2.14） 式中：生产一个零件所需的时间（min）=；为机加工时间, 包括动力部件工作进给时间和死挡铁停留时间； （2.15）是辅助时间，包括快进时间、快退时间和装卸时间； （2.16）式中：分别为动力部件工进长度、快进和快退行程长度，单位（mm）。分别为动力部件的工进速度、快进和快退速度，单位（mm/min）。为死挡铁停留时间，取动力部件进给停止状态下刀具旋转510转所需时间，单位min。为装卸工件时间，取1.5min。带入计算得Q=27.6（件/时）。3.机床负荷率负 ，当Q1Q时，计算二者的比值即为负荷率。负=0.62。表 2.1 生产率计算卡被加工零件图号毛坯种类铸件名称汽缸盖毛坯重量材料HT20-40硬度HB170-241工序名称钻四孔工序号主轴轴号工步名称加工直径加工长度工作行程每分钟转数（转/分）进刀量工时(s)每转（毫米/转）每分钟（毫米/分）机动时间辅助时间合计1、2、3、4钻孔917545660.156.60.661.512.17备注单班制，年产量30000件装卸工件时间取决于操作者熟练程度，本机取1. 5min机床实际生产率27.6机床理想生产率17.02机床负荷率0.62由上表知机床是实际生产率能够满足理想生产率的要求，所以以上组合机床的总体方案制定的合理可行。3 组合机床夹具设计夹具是组合机床的重要组成部件，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。所设计的夹具要满足以下要求：能保证工件的加工要求，能提高生产率，降低成本，操作方便、省力、安全，便于排屑，有良好的工艺性【7】3.1定位支承系统设计3.1.1 定位支承系统的设计原则夹具的定位支承系统是用来在组合机床进行加工时，使刀具及其导向与被加工零件保持正确相互位置的。定位支承系统的设计遵循以下原则：1.合理布置定位支承元件，力求使其组成较大的定位支承平面。2.提高刚度，减少定位支承系统的变形。3.提高定位支承系统精度及其元件的耐磨性，以便长期保持夹具的定位精度。4.可靠地排除落入定位支承系统的切屑。3.1.2 定位支承元件及其布置由第二章工艺方案中“定位基准及夹压点选择”可知，定位基准为一面一销加上一可调支承钉来完成汽缸盖的六点定位。定位面是汽缸盖与汽缸结合的底面，定位销是排气孔内圆面定位，选用固定定位销。可调支承钉根据切削扭矩方向选在第二孔右边过孔水平中心线，选用MD可调支承钉。3.2夹紧机构设计3.2.1 加紧方案的确定由第二章工艺方案中“定位基准及夹压点选择”可知，工件夹紧点右边选在筋板与上凸台之间的平面，左边选在筋板与下凸台之间的平面。鉴于工件结构和装卸方便性，组合机床的生产率较高而生产批量属于中小批量，对工件的夹紧采用手动夹紧的方式能达到所设计的要求。工件的夹紧主要可以采用斜楔夹紧、偏心夹紧、螺旋夹紧、可移动夹板夹紧等8。相对斜楔夹紧夹紧力有限而且操作费时，同时需要考虑原始作用力与夹紧力的变换，自锁等条件；偏心夹紧因受偏心力矩限制，夹紧力小，仅适用于被夹压表面尺寸公差较小的场合；螺旋夹紧虽然结构简单，工作可靠且通用性大，但是夹紧、松开工件费时费力，而可移动压板夹紧可避免费时的特点。根据前面是的计算工作切削力不大，工件夹紧不会太费力，所以本设计机床选用可移动压板夹紧。综合确定的以上方案，该夹具达到了结构简单、定位夹紧方便、夹具体积小、重量轻等优点，缺点是夹紧力与切削力不利于工件夹紧力的减小，但是对于利于装卸工件（刀具只要脱离工件，工件就可以自由装卸，而不需要刀具给工作留装卸空间）9。夹具图如下图：图3.1 夹具图3.2.2 夹紧力的计算由前面的计算知工件受切削力为3986N，当取安全系数为1.5时，工件受力大约为6000N。当单个螺栓受力月为6000N时,因螺栓压板为减力机构，带入公式： （3.1）算得：d1=9.6mm,取夹紧螺栓直径为12mm。4 组合机床多轴箱设计多轴箱是组合机床的重要部件之一，它关系到整台组合机床质量的好坏。其主要作用是，根据被加工零件的加工要求，安排各主轴位置，并将动力和运动由电机或动力部件传给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向10。具体设计多轴箱时，除了要熟悉多轴箱本身的一些设计规律和要求外，还须依据“三图一卡”，仔细分析研究零件的加工部位，工艺要求，确定多轴箱与被加工零件、机床其它部分的相互关系。根据被加工零件的特点和提高机床的标准化程度的原则，所设计的汽缸盖四孔加工组合机床，选用通用主轴箱。4.1 绘制多轴箱原始依据图多轴箱设计原始依据图，是根据“三图一卡”整理编制出来的，其内容包括多轴箱设计的原始要求和条件1.多轴箱轮廓尺寸320320mm2.工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸3.工件与多轴箱相对位置尺寸 根据这些数据可编制出多轴箱设计原始依据图如图4.1所示，主轴外伸尺寸及切削用量表如表4.1所示图4.1 多轴箱设计原始依据图轴号主轴外伸尺寸切削用量/工序转速(r/min)切削速度m/min进给量mm/r动力滑台进给速度mm/min1、23、430/20115钻9孔566160.10 56.6表 4.1 主轴外伸尺寸及切削用量表动力部件，由总联系尺寸图可知，动力箱选用1TD201B型，电动机功率为1.5KW，转速1400r/min，驱动轴转速950r/min，动力箱输出轴距离主轴箱底面高度105mm，其他尺寸可查动力箱装配图。4.2 主轴结构型式的选择及动力计算4.2.1 主轴结构型式的选择主轴结构型式由零件加工工艺决定，并应考虑主轴的工作条件和受力情况。轴承型式是主轴部件结构的主要特征，进行钻削加工的主轴，轴向切削力较大，最好用推力球轴承承受轴向力，而用向心球轴承承受径向力。又因钻削时轴向力是单向的，因此推力球轴承在主轴前端安排即可。主轴结构型式的选择，除了轴承之外，还应考虑轴头结构。长主轴的轴头内孔较长，可增大与刀具尾部连接的接触面，因而增强刀具与主轴的连接刚度，减少刀具前端下垂。可用标准导套导向，用于钻、扩、铰等工序，所以本机床选择长主轴。4.2.2 主轴直径和齿轮模数的初步确定主轴直径一般在编制“三图一卡”时初步确定。目前，组合机床通用多轴箱设计中，人工确定齿轮模数时，一般用类比法确定，或按一下公式估算11：(mm) （4.1）式中：-齿轮模数(mm);-齿轮传递功率(KW );-对齿轮中小齿轮的齿数;-小齿轮的转速(r/min ) ;代入数值，=23得1.84mm。在同一主轴箱中齿轮模数最好不多于两种，并且目前组合机床通用主轴箱中常用齿轮模数有2，2.5，3，3.5，4 ，所以主轴箱内的齿轮全部选用2mm。4.2.3 多轴箱的动力计算多轴箱的动力计算应包括计算多轴箱所需功率和进给力两项多轴箱所需要的功率应等于切削功率、空载消耗功率及与负载成正比的附加功率之和，即： =+ （4.2） 式中： 主轴箱总功率；各主轴切削功率的总和；各轴空载消耗功率的总和；各轴附加功率的总和；查轴的空转功率表得0.233KW。为传递功率的1%。4.3 多轴箱传动系统的设计及计算多轴箱的传动系统设计，就是通过一定的传动链把动力箱输出轴（亦称多轴箱驱动轴）传进来的动力和转速按要求分配到各主轴。本设计的四孔加工组合机床为了达到用一根中间轴带多主轴的目的，采用同心圆似的主轴分布。因为驱动轴到滑台的距离和中间传动轴到滑台的距离都是一定的，后者为117mm，所以驱动轴和中间传动轴的中间距离就只剩下12mm了。这样就不能由驱动轴直接传给中间传动轴，必须还要安排一根传动轴，将驱动轴传来的动力传给主轴的中间传动轴12。为了使传动轴上的齿轮和传动轴不向碰，这两组齿轮就安排在后箱内。又因后箱的设计厚度为90mm，而齿轮和壁还有齿轮之间还须留下2mm的间隙，所以这两组齿轮就不能选标准的齿宽24mm，因传动功率不大，所以可以将齿宽定为20mm.由以上分析可知本机床的传动路线为：动力箱上的驱动轴传动轴（手柄轴）主轴的中间传动轴主轴。将传动轴作为手柄轴的好处是可以把它安排在主轴箱的最上面，使其有足够的操纵空间，达到操纵省力的目的。因为驱动轴的转速为950r/min，主轴转速为566r/min，所以利用一次就可达到降速的要求。传动比计算如下： （4.3）带入数据得：i=950/566=1.68 适合要求。其他各轴间的传动比都去1即可。4.4 多轴箱通用轴类零件选择4.4.1 各轴上齿轮齿数的确定1.主轴和中间传动轴上的齿轮齿数因为其传动比为1，查机床传动齿数表得z都取23，由于空间位置关系，中间传动轴取为变位齿轮13，变位系数x=-0.375.四个主轴对称分布，与中间传动轴的距离是45.25mm,根据公式： =(+)/2 （4.4）计算得=46mm,则=46-0.3752=45.25mm,满足要求。2.手柄轴和驱动轴间传动齿轮齿数的确定因被加工零件上各孔的位置决定机床上的各轴的距离较近，又根据查通用传动轴的系列参数表，取手柄轴的直径30mm.为了不使轴承和轴承，齿轮和轴套之间不相碰，手柄轴和驱动轴之间的距离取为98mm，由传动齿轮齿数表取=1.69的=37，=61。带入验证满足要求。3.中间传动轴和手柄轴上的齿轮齿数因为其传动比为1，手柄轴和中间传动轴的距离是86mm，根据公式（4.4）计算可确定齿数都为434.4.2 中间传动轴的结构由前面知本机床的中间传动轴和主轴间的中心距较小，因此只能选用滚针轴承的传动轴，根据通用传动轴的系列参数表选取其d=20mm。其具体结构采用通用的结构形式。4.4.3 手柄轴的结构手柄轴的结构采用圆锥滚子轴承的传动轴，其直径根据通用传动轴的系列参数表选其d=30mm。4.4.4 各轴上轴承的选择四主轴轴承的选择： 单列向心球轴承 6104 204212 单向推力球轴承 8204 204014手柄轴轴承的选择： 单列圆锥滚子轴承 7506 306221中间传动轴轴承的选择： 单列向心球轴承 6104 2042124.5 润滑泵轴的安排油泵轴的位置要尽可能靠近油池，离油面高度不大于400500mm，油泵的转速用R12-1型叶片泵时，转速可在400800r/min，直径选为20mm。其泵轴齿轮安排在第一排，由手柄带动，方便维修。因为手柄轴的转速为566r/min，故采用等比传动可以满足要求。两轴间的距离设计为70mm，取=35，=35。油泵齿轮设计在对着主轴箱看在左上角相对水平面斜30度角的位置。4.6 多轴箱的坐标计算坐标计算是组合机床多轴箱设计中的一个特殊问题。坐标计算就是根据已知的驱动轴和主轴的位置及传动关系，计算出中间传动轴的坐标，以便在绘制多轴箱体零件加工图时，将各孔的坐标尺寸完整地标注出来，并用以绘制坐标检查图，作为对传动系统设计的全面检查。坐标检查图如图 4-2 所示：图4.2 坐标检查图5 结 论本组合机床为加工汽缸盖四孔的单工位卧式组合机床，加工