机械毕业设计（论文）-汽车变速箱体零件左端面卧式钻孔专用机床【全套图纸】.doc

J I A N G S U U N I V E R S I T Y学 士 学 位 论 文 论文题目： 学科专业： 作者姓名： 指导教师： 答辩时间： 2013年6月毕 业 设 计 论 文全套图纸，加153893706指导教师 指导小组成员 申请学位级别 学 士 专业名称 论文提交日期 2013年6月 论文答辩日期 2013年 6 月 学位授予单位和日期 江苏大学2013年 月 答辩委员会主席 _评阅人 _摘 要随着自动化生产能力的提高，现代工厂中出现需要组合机床的场合越来越多，组合机床是以通用部件为基础，配以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。它一般采用多轴，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合系列化，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，在大批量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。本课题针对箱体零件上10X8.5孔钻孔这一特定工序而设计的一台专用立式组合机床。本设计中，在充分数据计算的基础上对标准通用零件做了仔细选择，并依据被加工零件的结构特点，加工部位的尺寸精度，表面粗糙度要求，以及定位夹紧方式，工艺方法和加工过程中所采用的刀具，生产率，切削用量情况等设计了结构合理的多轴箱。关键词：组合机床，三图一卡，夹具设计，多轴箱设计ABSTRACTWith automatic production capability is improved, the modern factories in need of modular machine tool, the combination of more occasions based on general parts, match with workpiece specific shape and process design of special components and fixtures, composed of semi-automatic or automatic special machine. It usually adopts the multiaxial, knife, processes, and multi-faceted or multistage and processing, production efficiency than general machine high several times or more. Due to the common parts have standard series, can according to the combined flexible configuration, can shorten the cycle of design and manufacture. Therefore, the combination machine has the advantages of low cost and high efficiency, in large, mass production is widely used, and the automatic production line can be used to composition.This paper introduces a special vertical combination machine tools designed for gearbox shell 10 8.5 holes on the surface drilling this specific processes. In this design, all the standard parts selection based on the carefully data calculation, and according to the characteristics of the structure by processing components, precision machining parts size, surface roughness, and the localization way, clamping technology and processing process using tools, cutting dosages as productivity, the structure design of reasonable spindle box.Key words: machine tool, fixture design, multi-axle design37目录摘 要IABSTRACTII目录III第一章 绪 论11.1 选题的背景及研究的意义11.2 组合机床发展概况21.3 组合机床的国内、外发展现状21.3.1 国内组合机床的发展21.3.2 国外组合机床的发展41.4 未来组合机床的发展趋势51.5 本文研究目的及内容61.5.1 组合机床设计的目的61.5.2 组合机床设计的主要内容61.5.3 设计要求71.6 设计步骤71.6.1 调查研究71.6.2 拟定方案71.6.3图纸设计8第二章 组合机床的总体设计92.1 组合机床方案的制定92.1.1 确定工艺方案92.1.2 结构方案设计102.2 确定切削用量及选择刀具112.2.1 确定工序间余量112.2.2 组合机床切削用量选择及计算122.3三图一卡142.3.1被加工零件工序图142.3.2 加工示意图152.3.3机床联系尺寸总图182.3.4 生产率计算卡192.4 夹具设计222.4.1 机床夹具222.4.2 夹具体的设计要求222.4.3 误差的分析与计算232.4.4 夹具精度分析计算232.4.5 夹具操作的简要说明252.5 多轴箱的设计262.5.1 绘制多轴箱设计原始依据图262.5.2 主轴结构的选择及计算272.5.3 齿轮模数选择272.5.4 主轴分布类型及多轴箱的传动设计272.5.4.1主轴分布类型272.5.4.2传动系统设计282.5.4.3最小齿数的确定282.5.4 绘制传动系统图302.5.5 传动零件的校核302.6 液压系统312.7 PLC控制图32第三章 结论34参考文献35致 谢36第一章 绪 论1.1 选题的背景及研究的意义组合机床被广泛应用于大、中批量零部件如汽车、拖拉机、摩托车等行业的汽缸体、汽缸盖、变速箱壳体、后桥等的生产加工领域。组合机床是一种以大量的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用高效专用机床。“组合机床”一词是从俄文翻译来的，英文和德文中仍然使用“专用机床”一词。因为其现在的通用化、系列化、标准化程度较高，其通用零部件达（7090）%，此外它还有高效、高质、经济实用等特征，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工等行业。传统机床只能对一种零件进行单刀，单工位，单轴，单面加工，成产效率低且加工精度不稳定，组合机床能够对一种（或几种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铣削磨削等工序，生产效率高，加工精度稳定。本课题针对变速箱壳体设计专用多孔钻机，有利于提高大批量生产的变速箱的生产效率，提高加工精度稳定性，节约社会资源。组合机床一般均为专用机床, 因此在设计组合机床时, 应根据具体加工对象的具体工艺要求和本公司的具体实际情况合理地确定工序集中程度, 选择恰当的机床配置型式, 合理地选择组合机床的通用部件, 设计高效的夹具、刀具及主轴箱等。采用先进的加工工艺, 制定最佳的设计方案, 达到“精、快、省”的最终目的。我国加入WT O 以后, 制造业所面临的机遇与挑战并存。组合机床行业企业适时调整战略, 采取了积极的应对策略, 出现了产、销两旺的良好势头, 截至2002 年9 月份, 组合机床行业企业仅组合机床产品一项, 据不完全统计产量已达800 余台, 产值达3 个亿以上, 较2001 年同比增长了10%以上, 另外组合机床行业工业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交货值等经济指标均有不同程度的增长, 新产品、新技术较去年均有大幅度提高, 可见行业企业运营状况良好。1.2 组合机床发展概况专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。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。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。铣削平面的平面度可达0.05毫米1000毫米，表面粗糙度可低达2.50.63微米；镗孔精度可达IT76级，孔距精度可达0.030.02微米 。1.3 组合机床的国内、外发展现状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。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。1.3.1 国内组合机床的发展我国的机床工业是在1949年新中国成立后才开始建立起来的。解放前，由于长期的封锁统治和19世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。至解放前夕，全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂，制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等；1949年全国机床产量仅1000多台，品种不到10个。解放后，党和人民政府十分重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢复时期，就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂；在随后开始的几个五年计划期间，又陆续扩建、新建了一系列机床厂。经过50多年的建设，我国机床工业从无到有，从小到大，现在已经成门类比较齐全，具有一定实力的机床工业体系，能生产5000多种机床通用品种，数控机床1500多种；不仅装备了国内的工业，而且每年还有一定数量的机床出口。我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份，组合机床行业企业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。(1) 行业企业产品结构的变化组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003年生产数控机床890台，产值16187万元，生产加工中心148台，产值5770万元；2004年生产数控机床985台，产值25838万元，生产加工中心159台，产值7099万元；而2005年，截至4月份，数控机床、加工中心、产值已接近2003年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。(2) 行业企业的快速转变“九五”后期，在组合机床行业企业的50多家组合机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从2001至2002年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后，焕发勃勃生机。”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。1.3.2 国外组合机床的发展80年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势是：(1) 广泛应用数控技术国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。(2) 发展柔性技术80年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。(3) 发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面组合机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。(4) 进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。1.4 未来组合机床的发展趋势现阶段组合机床主要应用于大批量生产中，随着组合机床加工的发展与各种生产管理技术的发展与完善，组合机床在中小批量生产中也将得到广泛的应用，应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。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。组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化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，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的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的箱体类和轴类零件（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，以及铣削平面和成型面等。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，还有多工位回转台组合机床等；随着技术的不断是进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受人们是亲昧，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。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，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，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。1.5 本文研究目的及内容1.5.1 组合机床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，培养基本的设计方法，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 组合机床设计的主要内容仔细阅读所拿到的零件图纸，分析零件的结构特点及技术要求。确定零件的材料，加工时的定位基准以及零件的加工工艺方案。(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)液压及PLC设计。(4)编写设计说明书。1.5.3 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。1.6 设计步骤1.6.1 调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。1.6.2 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、液压系统、控制操作系统、电系统、主要部件的结构草图、实验结果及技术经济分析等。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。1.6.3图纸设计首先，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、液压系统图、PLC接线图和梯形图。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。第二章 组合机床的总体设计2.1 组合机床方案的制定2.1.1 确定工艺方案组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等都受到零件加工工艺的影响。所以要制定出合理的工艺方案，以保证要求，根据被加工被箱体零件的零件图，如图2.1所示，加工八个螺栓孔的工艺过程。(1) 加工孔的主要技术要求。加工10个M8.5螺纹底孔。孔的位置度公差为0.15 mm。工件材料为HT200，HB190220(2) 工艺分析加工该孔时，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。一次性加工孔，孔径为8.5。(3) 定位基准及夹紧点的选择应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准。这样可以减少基准不符的误差，以保证加工精度，但在某些情况下，却必须选用其他作为定位基准。选择定位基准应确定工件定位稳定。尽量采用已加工较大平面作为定位基准，这对于加工尤为重要。统一基准原则。即在各台机床上采取共同的定位基面来加工零件不同表面的孔或对同一表面上的孔完成不同的工序。这对工序多的箱体类尤为重要。综合以上，加工此箱体的孔，采用“一面两销”定位，具体如图2.1所示。图2.1 箱体零件图及加工定位2.1.2 结构方案设计(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。离合器压盘加工孔的精度要求不高，可采用钻孔组合机床，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。为此，机床通常采用尾置式齿轮动力装置，进给采用液压系统，人工夹紧。(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。此箱体材料是HT200、硬度HB190-220、孔呈60度均度分配，钻孔8.5。采用多孔同步加工，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箱体宜用卧式机床，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。对大型箱体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。孔的分布范围是直线形状，工件比较长，一次钻完，多轴箱体积较大，采用两工位以减小多轴箱的体积，使整个钻床瘦身，因而适合选择立式多工位钻床。(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。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：通过对箱盖零件的结构特点、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，最终决定设计多轴头多工位同步钻床。2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 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，由于在本钻床上钻孔后重新安装或在其他多工位机床上加工下道工序，应适当加大余量，以消除转、定位误差的影响。在大多数情况下，组合机床为多轴，多刀，多面同时加工。因此，所选用的切削用量，根据经验应比一般万能机床单刀加工低30%左右。组合机床多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每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量。这个每分钟进给量应是适合于所有刀具的平均值。因此，同一多轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速和选择不同的每转进给量与其相适应，以满足不同直径的加工需要。尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能。由于本设计所加工孔工艺要求基本相同，所以选择同一数据即可。复合刀具切削用量的选择，应考虑刀具的使用寿命。进给量通常按复合刀具最小直径选择，切削速度按复合刀具的最大直径选择。选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响。切削用量选择应有利于多轴箱设计。选择切削用量时，还应考虑所选动力滑台的性能尤其是当采用液压动力滑台时，所选择的每分钟进给量一般应比动力滑台可实现的最小进给量大50%左右。否则，会由于温度和其他原因导致进给量不稳定，影响加工精度，甚至造成机床不能正常工作。2.2.2 组合机床切削用量选择及计算(1) 切削力F，切削转矩M，切削功率P，刀具耐用度T的计算公式由组合机床设计可知计算公式如下： （2-1） （2-2） （2-3） （2-4）式中：F切削轴向力（N）； D钻头直径（mm）；f每转进给量（mmr）； M切削转矩（N.mm）；P切削功率（KW）； T刀具耐用度（min）；v切削速度（mmin）； HB零件的布氏硬度值，通常给出一个范围。用直径D=8 mm的高速钢钻头钻孔，根据刀具直径和工件，刀具材料，由表3-7（用高速钢钻头加工铸件的切削用量）D=8.5 mm， v=20mmin，f=0.1 mmr。硬度HB 190 220，L/D=30/8=3.75，查表3-14 速度修正系数(组合机床设计手册)，Kv=0.8，所以V=200.8=16m/min计算硬度 HB=22013（220-190）=210由公式2-1得 由公式2-3得 由公式2-4得 由公式2-5得 电机功率 （）总轴向力：(2) 初定主轴转速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。以满足不同直径的加需要，即：n1f1=n2f2=nifi=vf式中：n1 n2ni各主轴转速（r/min） f1 f2 fi各主轴进给量（mm/r） 动力滑台每分钟进给量（mm/min）(3) 滑台每分钟进给量的计算 由组合机床设计 式中：n主轴转速（rmin） f主轴进给量（mmr） 滑台每分钟进给量（mmmin）(4) 主轴直径的确定由组合机床设计表3-19轴能承受的扭矩计算： 式中：d轴的直径（mm）； M轴所传递的转矩（N.mm）； B系数。B与扭矩角有关，当为刚性主轴时，B=7.3 取d=20mm2.3三图一卡组合机床总体设计，就是针对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行方案图纸设计。这些图纸包括：被加工零件工序图，加工示意图，生产率计算卡，机床联系尺寸图。2.3.1被加工零件工序图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，加紧部位以及被加工零件材料，硬度和在本机床加工前的加工余量等情况的图样。是组合机床设计的具体依据，也是制造使用时调整机床，检查精度的重要技术文件。被加工零件工序图应包括下列内容：在图纸上应表示出被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。尤其是当需要设置中间导向套时，应表示出零件内部的肋，壁布置及有关结构的形状及尺寸，以便检查工件，夹具，刀具是否发生干涉。在图上应表示出加工用定位基准，夹紧部位及夹压方向，以便依次进行定为支撑，限位，夹紧，导向装置的设计。在图上应表示出加工表面的尺寸，精度，表面粗糙度，形状位置尺寸精度及技术要求（包括对上道工序的要求及本机床保证的部分）。图中还应注明被加工零件的名称，编号，硬度，材料，重量以及被加工部位的余量等。 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，一定要突出该机床的加工内容。绘制时，应按一定比例，选择足够视图及剖视，突出加工部位（用粗实线），并把零件轮廓及与机床，夹具设计有关的部位（用细实线）表示清楚。凡本道工序保证的尺寸，角度等，均应在尺寸数值下方画粗实线标记，另外还要用专门符号表示出加工用定位基准夹压位置，方向以及辅助支撑。加工部位的位置尺寸应由定位基准注起。为方便加工及检查，尺寸应采用直角坐标系标注，而不采用极坐标系标注。应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。被加工零件工序图如2.2图所示。图2.2 加工工序图2.3.2 加工示意图加工示意图的画法及注意事项：加工示意图是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。是设计刀具，辅具，夹具，多轴箱和液压，电气系统以及选择动力部件，绘制机床总联系尺寸图的主要依据。在绘制加工示意图时应注意以下几点：加工示意图绘制成展开图。按比例用细实线画出工件外形。加工部位、加工表面画粗实线。必须使工件和加工方位与机床布局相吻合。为简化设计，同一多轴箱上结构尺寸完全相同的主轴只画一根，但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号。一般主轴的分布不受真实距离的限制。当主轴彼此间很近或需设置结构尺寸较大的导向装置时，必须以实际中心距严格按比例画，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是否相互干涉。主轴应从多轴箱端面画起；刀具画加工终了位置。对采用浮动卡头的镗刀刀杆，为避免刀杆退出导向时下垂,常选用托架支撑推出的刀杆。这时必须画出拖架并标出联系尺寸。采用标准通用结构时只画外轮廓，但须加注规格代号。加工示意图的绘制为夹具力的计算和夹具体各部分尺寸的确定提供了基础。(1) 刀具选择刀具选择要考虑工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切屑的排除及生产率要求等因素。一般孔加工刀具其直径选择应与加工部位尺寸，精度相适应，其长度要保证加工终了时，刀具螺旋槽尾端与导向外套端面有一定距离（一般3050mm）。查组合机床设计简明手册莫氏锥柄麻花钻的直径系列 由D=8.5mm选取麻花钻类型为锥柄麻花钻，参数如下：L=220mm l=130 mm顶角2= 后角=螺旋角= 锥度号为2图2.3刀具示意图(2) 导向选择选用可换钻套，如图3.3所示。图2.3可换钻套(3) 确定动力部件的工作循环及工作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又返回原始位置的动作过程。一般包括快速引进，工作进给，快速退回等动作。有时还有中间停止，多次往复进给，跳跃进给，死挡铁停留等特殊要求，这是根据具体的加工工艺需要确定的。工作行程示意图如图3.4所示。图2.4工作行程示意图快速进给长度应等于工件加工部位长度与刀具切入长度L1和切出长度L2之和，切入长度应根据工件端面的误差情况在5-10mm之间选择。快速退回长度等于快速引进与工作进给长度之和。快速进给是指动力部件把多轴箱连同刀具从原始位置送进到工作进给开始位置，其长度按加工具体情况确定。图2.5工作循环图注意问题：加工示意图上应有足够的联系尺寸，并标注恰当。尤其是从多轴箱端面到刀尖的轴向尺寸应齐全，以备检查行程和调整机床使用。图上应标注各主轴的切削用量及必要说明。加工示意图应按加工终了状态绘制。加工示意图上应有表示加工过程的工作循环图及各行程长度。加工示意图如2.6图所示图2.6 加工示意图2.3.3机床联系尺寸总图(1) 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。如图2.7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。机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置型式，主要构成级各部件安装位置，相互联系，运动关系和操作方位的总体布局图。图2.7 机床联系尺寸总图2.3.4 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。 辅助时间 T辅 = +t移+t装 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移 工作台移动时间（min） t装 装卸工件时间（min）机床生产率 Q1 = 60/T单= 60/（T切+T辅）机床负荷率按下式计算 = Q1/Q100% = Q1tk/A100% 式中：Q机床的理想生产率（件/h） A年生产纲领（件） tk年工作时间根据选定的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，可以编制生产率计算卡，如表2.1所示，生产率计算卡反映机床加工过程，完成每一动作所需时间，切削用量，机床生产率及机床负荷率等。表2.1 生产率计算卡图号A4毛坯种类铸件名称变速箱箱体毛坯重量材料HT200硬度HB190220工序名称钻左端面上的孔工序号工步名称被加工零件数加工直径mm加工长度mm工作行程mm切削速度mm/min转速r/min进给量mm/r工时min机动时间辅助时间共计装夹工件18.5300.80.8滑台快进1500.40.4多轴箱工进30404000.10.750.75滑台快退1800.50.5卸下工件0.40.4装卸工件时间取决与操作者熟练程度单件总工时0.752.12.85机床实际生产率17件/小时机床理想生产率21件/小时负荷率m负80%2.4 夹具设计机床夹具设计在组合机床设计中占有重要的地位。它的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度。整个需要加工的孔的位置尺寸用机床和夹具就能直接保证。因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何保证垂直度要求的前题下，提高劳动生产率，降低劳动强度。为了很好利用工厂实际设备和提高生产率，设计专用夹具进行加工。2.4.1 机床夹具夹具的组成：主要包括定位元件和定位装置、夹紧元件和夹紧装置、导向元件、夹具体；机床夹具的种类很多，形状千差万别，为了设计和制造方便，一般按某一属性进行分类，如按所使用的机床分：车床夹具，铣床夹具，镗床夹具，磨床夹具和钻床夹具。工件在夹具中的定位就是要确定工件与夹具定位元件的相对位置，并通过到向元件或对刀装置来保证工件与刀具之间的相对位置，从而满足加工精度的要求，工件在夹具中的定位一定要通过定位元件，并以六点定位原理分析所限制工件的自由度。本夹具采用了一面两销定位，其中大平面限制了三个自由度分别是1个移动自由度和2个旋转自由度；2销（1圆柱销和1菱形销）限制了2个自由度及1个旋转自由度。工件在切削过程中会受到切削力、惯性力等作用，因此必须夹紧以保证定位，典型的夹紧装置是由夹紧元件、中间传力机构和动力源装置所组成。夹紧元件是执行夹紧的最终元件，是直接与零件接触来完成夹紧的。中间传力机构是传传递动力源装置的力到夹紧元件来完成夹紧，它可以改变夹紧力的大小、方向和使夹紧具有自锁性能。动力装置是产生夹紧力的动力源，所产生的力称为原始力。由于该道工序是钻8.5孔，此零件属于中批量生产，并且切削力较小，所以力求夹具设计简单，降低成本的原则。2.4.2 夹具体的设计要求夹具体的设计是整个夹具的基础零件，定位元件、夹紧装置、连接元件、导向元件或对刀装置等都要求装在它上面，因此夹具体是一个复杂而又重要的零件，而且必须满足一定的要求：夹具体要有足够的刚度，承受夹紧力及加工时的切削力，一般夹具体为铸件，但也可是焊接件；夹具体一般应考虑搬运的吊装问题，以方便夹具的安装对于小规模当然可以不考虑吊装，但也应该考虑搬运的问题；夹具体上应考虑排屑和清理切屑方便；夹具体的结构尺寸应考虑夹具体的稳定性，夹具底面可以做的稍大些；由于夹具体一般都比较复杂，故要考虑结构工艺性，对加工和安装都应该合理、方便。具体的夹具图如图2.8所示。2.4.3 误差的分析与计算该夹具以底平面为定位基准，要求保证孔的位置度公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。M8螺纹孔轴线与左侧面为线性尺寸一般公差。根据国家标准的规定，由互换性与技术测量表可知：取（中等级）即 ：尺寸偏差为由机床夹具设计手册可得： 定位误差： 夹紧误差： 其中接触变形位移值： 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。2.4.4 夹具精度分析计算夹具精度计算是一个非常重要的环节，它是检验夹具是否合乎零件加工要求。利用夹具在机床上加工工件时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统，它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系，从而保证工序尺寸的要求。这些联系环节中的任何误差，都将以加工误差的形式直接影响工件的加工精度，这些误差主要有：1）因工件在夹具中定位不准确，使工件的原始基准偏离规定位置而产生工件定位误差dw。2）因夹具在机床上安装不准确，使夹具的安装面偏离规定位置而产生夹具安装误差a。3）因刀具相对夹具位置不准确，或刀具与导向、对刀元件之间的配合间隙引起的导向或对刀误差t。4）因机床精度、刀具制造精度和磨损，加工调整、加工变形等因素引起的与加工方法有关的加工方法误差g。为了使夹具能加工出合格的工件，上述各项误差的总和应不超过工序尺