017-033曲轴箱加工机床总体及精铣气缸面工位设计 PT20要求(带CAD图）
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017-033，曲轴箱加工机床总体及精铣气缸面工位设计
PT20要求(带CAD图）
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017-033曲轴箱加工机床总体及精铣气缸面工位设计 PT20要求(带CAD图）,017-033,曲轴箱加工机床总体及精铣气缸面工位设计,PT20要求(带CAD图）,017,033,曲轴,加工,机床,总体,气缸,面工位,设计,PT20,要求,CAD
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文 献 综 述专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 班 级 学 号 指 导 教 师 文献综述1.1研究的目的及意义研究的目的: 相对于传统机床而言，专用机床的造价过于昂贵，设计制造周期长。为了解决传统机床与专用机床之间的矛盾组合机床便应运而生了，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，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，引起了越来越多工程人员的关注。而传统的机床只能对一种零件进行单刀，单工位，单轴，单面加工，生产效率低且加工精度不稳定，为了克服传统机床的弊端，工程技术人员相应地设计出了专用机床。研究的目的: 本课题针对曲轴箱钻孔组合机床设计，有利于提高大批量生产的生产效率，提高加工精度稳定性，节约各方面的资源。曲轴箱在制造过程中由于需要加工的孔较多，且孔距精度要求较高、生产纲领大，因此有必要设计钻孔组合机床。培养学生正确的设计思想方法、严谨的科学态度和良好的工作作风，树立自信心；培养学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及素质；培养学生获取信息和综合处理信息的能力，提高文字和语言表达能力。1.2国内外同类研究概况 最早的组合机床于1911年在美国制成，用于加工汽车零件之后便广泛应用于大批量生产的机械工业中，并且随着机械工业的发展而逐步完善。我国的组合机床的发展已有28年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也深入到很多行业，它是提高生产效率和实现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。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。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要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床几乎都从国外进口。第21届日本国际机床博览会上来自世界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的机床设备中，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。该届博览会上展出的加工中心中，主轴转速10000-20000r/min，最高进给速度可达20-60m/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。在工程机械快速发展的今天，由于组合机床所具有的一系列有优点，在产品规模上，品质提升上所遭遇的难题，运用组合机床来进行加工都可以得到解决，相信组合机床在工程机械领域有着更大的发展空间。1.3研究内容:本课题的基本内容是设计曲轴箱加工机床总体及精铣气缸面工位设计。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动力设计并设计主传动系统总体结构可能遇到的困难：(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。熟悉曲轴箱的CAD图纸，查找出箱体上需要加工的地方。了解夹具的设计，并对第一道机加工进行夹具设计。撰写设计说明书。1.4特色与创新:该课题主要按照可完成工序内容进行该组合机床总体设计、分系统机械结构设计、主要零件设计。具体有：1拟定自动化方案，确定总体布局；2方案分析及方案设计；3总体设计（布局、主要参数、运动方案和原理、驱动及控制方案等）；4机械结构装配设计；5主要零部件结构设计。课题包括设计全过程，最终提交完整设计资料，即设计图纸和说明书（设计分析，方案确定，结构设计原则、特点和计算，零件设计原则思想、特点和计算，设计中其它必须说明的部分）。将理论知识运用到具体的设计当中。设计一套符合要求的毕业设计。1.5研究前景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 00060 000r/min，工作台快进速度高达90120m/min 。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PCD铣刀，铣削速度高达3 075m/min，进给速度达3 600mm/min，而采用安装有CBN刀片的新颖镗刀加工灰铸铁时， 切削速度达800m/min，进给速度达I 500 mm/min。64、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。 参考文献1陈立德.机械制造装备设计M.北京：高等教育出版社，20122艾兴，肖诗纲.切削用量简明手册M.北京：机械工业出版社，20133李益民.机械制造工艺设计简明手册M.北京：机械工业出版社，20134王绍俊.机械制造工艺设计手册M.北京：机械工业出版社，20125谢家瀛.组合机床设计简明手册M.北京：机械工业出版社，20116东北重型机械学院.机床夹具设计手册M.上海：上海科学技术出版社，20087施平.机电工程专业英语M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2012 8许福临.液压与气压传动M. 北京：机械工业出版社,20139李庆余.机械制造装备设计M. 北京：机械工业出版社,201410姚永明.非标准装备设计M. 北京:机械工业出版社,2010 11胡仁喜.CAXA 2006 平面与实体造型机械设计M. 北京:机械工业出版社2012 12 第一机械工业部大连组合机床研究所.组合机床图册M，石家庄工业出版社201313 沈阳工业大学 大连铁道学院 吉林工学院编.组合机床设计M ,上海科学技术出版社,201214 机床设计编写组编.机床设计手册第三册M，机械工业出版社,2006 15 哈尔滨工业大学 上海工业大学主编.机床夹具设计M,上海科学技术出版社,201016 刘品 徐晓希主编.机械精度设计与检测基础M，哈尔滨工业大学出版社,201317 中国机械设计大典编委会. 中国机械设计大典M，江西科学技术出版社，201218GrahamT.Smith.CNCmachiningtechnologyM.London:Springer-Verlag，1993：105-144.19MachinetooldesignhandbookM.NewDelhi:TataMcGraw-HillPublishingCo.Ltd.，1982：114-136. 毕业设计开题论证报告专 业 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 完成日期 课题名称：曲轴箱加工机床总体及精铣气缸面工位设计1、 课题来源、课题研究的主要内容及国内外现状综述课题来源:本课题来自生产实际，传统的通用机床，由于它为了适应各种零件的通用加工，强调了加工范围的广泛性，使其万能性增大，随之带来的便是机床结构复杂，并且在加工某一零件的某些加工表面时，使机床不能完全发挥出全部效能。为了克服通用机床的弊端，工程技术人员便相应地推出了专用机床。但由于专用机床是根据某一工艺要求专门设计制造的，且它的组成部件均是专门设计制造的，因此，相对于通用机床而言，专用机床的造价昂贵，设计、制造周期长，特别是在飞速发展的变化之中，一旦产品更新换代，产品变型，原有的专用机床将不能满足新产品加工工艺的要求，更有甚者是原专用机床完全不能加工新产品而变成一堆废铁，失去了机床应有的作用。课题研究的主要内容: 课题的研究内容是曲轴箱组合机床设计，包括：切削功率的计算、动力部件参数的选择、机床总体设计和刀具的选择。 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 这里要确定机床个部件间的相互关系，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，这时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。 设计完成后提交的文件和图表（论文完成后提交的文件）： （1）计算说明部分：切削功率计算、动力部件参数的选择、机床总体设计和刀具的选择。（2）图纸部分：曲轴箱加工工序图、加工示意图、多轴箱展开图、多轴箱检查图和机床尺寸联系图。 国内外现状综述: 组合机床出现在世界上只有50多年的历史。我国组合机床事业是从无到有，逐渐发展起来的。从1956年开始自行设计、制造了组合机床并得到很大发展。如北京、上海、辽宁、山东、江苏等发展很快，西北、西南地区也又新的发展。国家又重点安排了一批工厂，如大连机床厂、常州机床厂、大河机床厂、长沙机床厂、上海第十机床厂等20多个工厂生产组合机床通用部件，为全国各地机械加工部门用组合机床自己武装自己创造了非常有利的条件。许多工厂在大搞技术改造、设备更新、质量翻新的热潮中，制造了大量的组合机床及其自动线，成倍地提高了劳动生产率，保证了产量和质量，降低了成本。目前，我国大多数省、市、自治区都能设计并制造组合机床及其自动线，产量、质量和技术水平都在不断提高。我国组合机床及其自动线已占有一定数量，特别是在汽车制造行业已有了大量的组合机床及其自动线，生产能力也在不断提高。用我国自行设计与制造的组合机床及其自动线武装起来的第二汽车制造厂，经投产后证明具有规模、效率高，具有较高的自动化程度特点物理从工艺方案和布局，还是从加工精度和质量方面看，这些组合机床及组合机床自动线都已达到国际先进水平。 近几年来，组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器、仪表、缝纫机、自行车、阀门、矿山机械、冶金、航空、纺织机械及军工等部门已获得广泛的应用，甚至一些中小批量生产部门也开始推广使用。由于组合机床具有的一系列优点，因此在我国机械加工工业中广泛推广使用组合机床已成为多、快、好、省地发展我国机械加工工业的一条重要途径，继续发展和提高组合机床及自动线技术水平，是当前机械加工工业的一项重要任务。 综观世界四大机床展览会的概况，我们可以从中看到未来机床的发展动向有以下特点： （1）从开发FA、CIM等制造系统转变到积极深入开发单机与环节技术，提高其先进性、可靠性、实用性和性能价格比，力求价廉，切实用于生产，产业经济效果。这是当前世界机床技术发展的主流。 （2）进一步提高和开发高精度、高效率、高自动化（简称“三高”）及多样性、成套性、综合性（简称“三性”）的单机与环节。这是目前世界机床技术发展的根本趋势。（3）进一步发展不同程度的低、中、高档机电一体化的各类单机与环节产品，这对于不同生产规模，大中小不同技术水平的工厂，从提高加工精度、效率、自动化、全面提高制造技术水平来说，都是有利的长远发展趋势。二、本课题拟解决的问题 了解组合机床机床及其自动线；各类组合机床及其自动线的配置形式；组合机床的特点和工艺范围；组合机床标准及通用部件；组合机床总体设计（包括：组合机床的设计基础、组合机床的设计步骤、组合机床加工工艺规程的制定、组合机床通用部件的选择、组合机床加工示意图和联系尺寸图）；组合机床多轴箱设计（包括：标准多轴箱及其通用零件、标准多轴箱设计、多轴箱附加机构-主轴定位机构、攻丝多轴箱设计、专用多轴箱设计）；组合机床自动线设计；组合机床及其自动线的调整。 通过对以上知识的了解和熟练掌握AUTO CAD的用法，为以后的课题设计做准备。三、解决方案及预期效果(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动力设计并设计主传动系统总体结构可能遇到的困难：(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。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。可行性分析：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总之，根据自己已掌握的机械设计和组合机床的相关专业知识和多次课程设计的经验，再结合与同学的讨论及指导老师的帮助可以完成本课题的设计。四、课题进度安排2017年2月18日2017年2月20日2017年2月21日2017年2月28日毕业实习阶段。毕业实习，查阅资料，到多个公司实践，撰写实习报告。2017年2月28日2017年3月9日开题阶段。提出总体设计方案及草图，填写开题报告，前期检查。2017年3月10日2017年5月4日 设计初稿阶段。完成总体设计图、部件图、零件图，中期检查。2017年5月5日2017年5月22日 设计完善工作阶段。完善设计图纸，编写毕业设计说明书。2017年5月23日2017年5月24日毕业设计预答辩。2017年5月25日2017年6月3日毕业设计整改。图纸修改、设计说明书修改、定稿，材料复查。2017年6月4日2017年6月5日毕业设计材料评阅。2017年6月6日2017年6月7日毕业答辩。2017年6月8日2017年6月15日材料整理装袋。五、指导教师意见 签名 年 月日六、专业系意见 签名 年 月日七、学院意见 签名 年 月日6被加工零件图号毛坯种类铸件名称曲轴箱毛坯重量材料HT200硬度HBS160220工序名称工序号工时/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装卸工件1.52动力部件3滑台快进476.30.00754多轴向工进730.0650020.411.225滑台快退1206.30.0196789备注 装卸工件时间取决于操作者熟练程度，本机计算时取1.5min累计1.221.53单件总工时2.75机床生产率17.02件/h理论生产率20.966件/h负荷率81.4% 外文翻译专 业 工 业 工 程 学 生 姓 名 班 级 B工业121 学 号 指 导 教 师 外文资料名称： Experimental investigation of the heat and mass transfer in a centrifugal fluidized bed dryer (用外文写)外文资料出处： Chemical Engineering Journal 78 (2000) 107-113 附 件： 1.外文资料翻译译文 2.外文原文 指导教师评语： 签名： 年 月 日外文翻译排版要求翻译字数要求中文3000字以上，内容与本课题或者本专业相关，同学之间不得出现雷同；排版左边距3cm右边距2.5cm，上下边距2.5cm;论文标题三号黑体；标题与摘要或正文间单倍行距；作者小四号宋体1.5倍行距;注明译者;摘要及关键词这两个词小四号宋体加粗，摘要及关键词内容小四号宋体，1.5倍行距;正文中标题一律小四号宋体加粗；1.5倍行距；正文：宋体小四号字，1.5倍行距;封面不显示页码，页码位置：页面底端右边;论文后的参考文献可不翻译。原文附后下页为示例：面向二十一世纪的先进制造技术马克,丹尼王成译摘要:数控技术的广泛应用。关键词:数控技术;技能训练1前言数控技术是工业自动化的一门基础技术,在工业生产中越来越得到广泛的应用.数控机床和加工中心是典型的机电一体化产品3设计说明书 曲轴箱加工机床总体及精铣气缸面工位设计教 学 系： 机械制造及其自动化 指导教师： 专业班级： 学生姓名： 39目 录1 绪论11.1组合机床的特点11.2组合机床的分类和组成11.3组合机床的方案选择21.4本课题的意义21.5国内发展概况32 组合机床总体设计-三图一卡42.1被加工零件工序图42.1.1 被加工零件工序图的作用和内容42.1.2 绘制被加工零件工序图的规定及注意事项42.1.3工序图CAD52.2加工示意图52.2.1 加工示意图的内容和作用52.2.2 绘制加工示意图的注意事项52.2.3 选择刀具，导向及有关计算62.2.4 加工示意图CAD82.3机床联系尺寸图82.3.1 机床联系总图的内容和作用82.3.2 绘制机床联系总图注意事项92.3.3 机床的分组92.3.4 机床联系尺寸总图102.3.5 机床生产率计算卡103 主轴箱部件设计123.1 机床主要技术参数的确定123.1.1 确定工件余量123.1.2 选择切削用量123.1.3 运动参数123.1.4动力参数主运动驱动电动机功率的确定133.2 进给驱动电动机功率的确定143.3 主轴组件的计算153.3.1 主轴直径的选择153.3.2 主轴前后支承轴承的选择163.3.3 主轴内孔直径173.3.4 主轴前端悬伸量193.3.5 主轴支承跨距203.4 主轴结构图203.5 主轴组件的验算213.6 主轴组件的润滑244 两坐标单元设计254.1 滚珠丝杠螺母副的选用设计254.1.1 滚珠丝杠副的传动原理254.1.2 滚珠丝杠副的传动特点254.1.3 滚珠丝杠副的结构与调整263.1.4 轴向间隙的调整和加预紧力的方法274.2滚珠丝杆副的选择294.2.1导程确定294.2.2确定丝杆的等效转速304.2.3估计工作台质量及负重304.2.4确定丝杆的等效负载304.2.5确定丝杆所受的最大动载荷304.2.6精度的选择314.2.7选择滚珠丝杆型号324.2.8校核324.3电机的选择344.3.1电机轴的转动惯量344.3.2电机扭矩计算35总结36致 谢38参考文献39 摘 要根据设计任务书的要求,本设计说明书针对曲轴箱箱体机床的设计及专用夹具设计进行说明。要内容包括组合机床工艺方案的制定、组合机床配置型式的选择、组合机床总体设计以及多轴箱设计。本文对曲轴箱箱体的加工工艺进行了详细的分析，就其加工的部位提出了“一次装夹，多工位加工，达到产品图样的精度要求”的思路。根据这一思路设计了组合机床设计。该组合机床由立柱、立柱底座、中间底座、机械滑台、动力箱、主轴箱等组成。本文对各部分的设计进行了详细的计算和论证。全文要包括组合机床的总体设计和主轴箱设计两部分。机床总体设计要是在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上确定“三图一卡”， 主轴箱设计根据“三图一卡”，整理编绘出主轴箱原始依据图，重点分析传动系统，经过各种方案的比较，最后确定最优方案。关键词：工序，工艺分析，定位方案，夹具设计ABSTRACTAccording to the requirements of the design task book, the design specification for the crankcase box machine design and special fixture design. The contents include the formulation of the combined machine tool, the selection of the configuration type of the combined machine tool, the overall design of the combined machine tool and the design of the multi axle box. In this paper, the processing technology of the crankcase box is analyzed in detail, and the idea of one time clamping, multi station processing to achieve the precision requirement of the product drawing is put forward. According to this idea, the design of modular machine tool is designed. The combined machine tool is composed of an upright post, a column base, an intermediate base, a mechanical sliding table, a power box, a spindle box, etc. In this paper, the design of the various parts of the detailed calculation and demonstration.The paper includes two parts: the overall design of the modular machine tool and the design of the headstock. The overall design of machine tools in the selected process scheme and determine the basis of machine configuration form in the structure plan to determine the three charts card, the headstock design according to the three charts card, reorganizes the compilation to leave the headstock primitive basis chart, focuses on the analysis of the transmission system, through the comparison of various schemes, finally determine the optimal solution.Key words:process, process analysis, positioning scheme, fixture design1 绪论1.1组合机床的特点 组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它能够对一种（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。组合机床与通用机床、其他专用机床比较具有以下特点： （1）组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的7080%，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。 （2） 由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因此比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。 （3）组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有厂成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。 （4） 在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人水平要求不高。 （5）当被加工产品更新时，采用其他类型的专用机床时，其大部分件要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造。 （6）组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。组合机床常用的通用部件有：机身、底座、立柱、动力箱、动力滑台，各种工艺切削头等。对于一些按循序加工的多工位组合机床，还具有移动工作台或回转工作台。 动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动或进给运动的动力部件。其中还有能同时完成切削主运动和进给运动的动力头。 机身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件，起着机床的基础骨架作用。组合机床的刚度和部件之间的精度保持性，主要是由这些部件保证。 1.2组合机床的分类和组成 组合机床的通用部件分大型和小型两大类。大型通用部件是指电机功率为1.5-30千瓦的动力部件及其配套部件。这类动力部件多为箱体移动的结构形式。小型通用部件是指电机功率为0.1-2.2千瓦的动力部件及其配套部件。这类动力部件多为套筒移动的结构形式。用大型通用部件组成的机床称为大型组合机床。用小型通用部件组成的机床称为小型组合机床。按设计的要求本次设计的机床为大型通用机床。组合机床除分为大型和小型外，按配置形式又分为单工位和多工位机床两大类。工位指一次装卡工件后，工件（或装配单元）与卡具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置。单工位机床又有单面、双面、三面和四面几种，多工位机床则有移动工作台式、回转工作台式、中央立柱式和回转鼓轮式等配置型式。本次设计的机床为单工位双面铣床。 1.3组合机床的方案选择(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)组合机床总体方案。这里要确定机床各部件间的相互关系，选择通用部件的刀具的导向，计算切削用量及机床生产率。给制机床的总联系尺寸图及加工示意图等。（4）组合机床的部份方案和施工方案。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。 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，这时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，也为进一步发展创造了有利条件。1.4本课题的意义组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它能够对一种(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、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序,生产效率高,加工精度稳定。因此,在现代化大生产中,要使零件加工具有高的生产效率,良好的加工精度、精度稳定性,好的经济性,采用组合机床加工是一个和好的选择。而如何设计一台好的组合机床就成为了关键,机床夹具是在金属切削加工中,用以准确地确定工件位置,并将其牢固地夹紧,以接受加工的工艺装备。它的主要作用是:可靠地保证工件的加工质量,提高加工效率,减轻劳动强度,充分发挥和扩大机床的工艺性能。因此,机床夹具在机械制造中占有重要的地位,这正是本课题需要解决的问题。 1.5国内发展概况 目前,组合机床在机械制造工业中应用越来越普遍,并已显示出其巨大的优越性。主要表现在以下几个方面:高速度、高精度、柔性化、模块化、高生产率等方向发展。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。同时,高性能的组合机床的应用也越来越多,诸如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,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。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。 夹具方面,随着科学技术的进步和市场需求的变化,现代机械制造业得到了较快的发展。多品种、小批量生产方式将成为今后的主要生产形式,制造系统正向着柔性化、集成化、智能化方向发展,机床愈来愈多地采用先进的技术,加工效率不断地提高。机械产品的加工精度日益提高,高精度的机床大量出现 。为了适应生产发展的需要 ,机床夹具正在向柔性化、高效化、自动化、精密化、标准化方向发展。2 组合机床总体设计-三图一卡 绘制组合机床“三图一卡”，就是针对具体零件，在选用的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括：绘制被加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图和编制生产率计算卡。2.1被加工零件工序图2.1.1 被加工零件工序图的作用和内容 （1）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，夹压部位以及被加工零件的材料，硬度和在本机床加工前加工余量，毛坯或半成品情况的图样。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。被加工零件工序图是在被加工零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明绘制的。其包括的主要内容： 1）被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。当需要设置中间导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部肋，壁布置及有关结构形状和尺寸表示清楚，以便检查工件，夹具，刀具之间是否相互干涉。 2）本工序所选用的定位基准，夹压部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的支承，定位，夹紧和导向等机构设计。 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上道工序的技术要求。 4）注明被加工零件的名称，编号，材料，硬度以及加工部位的余量。2.1.2 绘制被加工零件工序图的规定及注意事项（1） 绘制加工零件工序图的规定 为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定，应按一定比例，绘制足够的视图以及剖面；本工序加工部位用粗实线表示，要求保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画粗实线。（2） 绘制被加工零件工序图注意事项 1）本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。当本工序定位基准与设计基准不符时，必须对加工部位的位置精度进行分析和换算，并把不对称公差换算为对称公差 2）对工件毛培应有要求，对孔的加工余量要认真分析。在镗阶梯孔时，其大孔单边余量应小于相邻两孔的半径之差，以便镗刀能够通过。 3）当本工序有特殊要求时必须注明。如精镗孔时，当不允许有退刀痕迹或只允许有某种形状的刀痕时必须注明。又如薄壁或孔底部壁薄，加工螺孔时螺孔底孔深度不够及能否钻通等。2.1.3工序图CAD图2-1 加工工序图2.2加工示意图2.2.1 加工示意图的内容和作用 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。它是设计刀具，辅具，夹具，多轴箱和液压，电器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；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必须的重要技术文件。 加工示意图应表达和标注的内容有：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，托架及多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（包括镗杆），浮动卡头，导向装置，攻螺纹靠模装置等结构尺寸；刀具，导向套间的配合，刀具，接杆，主轴之间的连接方式及配合尺寸等。2.2.2 绘制加工示意图的注意事项 加工示意图应绘制成展开图。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,攻螺纹则应画加工开始位置。对采用浮动卡头的镗孔刀杆，为避免刀杆退出导向时下垂，常选用托架支撑退出的刀杆。这时必须画出托架并标注联系尺寸。常用标准通用结构只画外轮廓，但须加注规格代号；对一些专用结构，如专用的刀具，导向，刀杆托架，专用接杆或浮动卡头等，须用剖视图表示其结构，并标注尺寸，配合及精度。2.2.3 选择刀具，导向及有关计算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或满足精度要求，可以采用复合刀具。孔加工刀具的直径与加工部位尺寸，精度相适应，其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外端面30-50mm，以利于排屑和刀具磨损后有一定的向前调整量。2） 导向结构的选择 组合机床加工孔时，除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。因此，正确选择导向结构和确定导向类型，参数，精度，是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须考虑的问题。3） 确定主轴类型，尺寸，外伸长度 主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联结结构进行确定。主轴轴颈及轴端尺寸主要取决于进给抗力和主轴-刀具系统结构。如与刀杆有浮动联接，主轴则有短悬伸镗孔主轴和长悬伸镗孔主轴。主轴轴颈尺寸规格应按照选定的切削用量计算切削转矩4） 选择接杆，浮动卡头 除刚性主轴外，组合机床主轴与刀具间常用接杆连接和浮动卡头连接，在钻扩铰，锪孔及倒角等加工小孔时，通常都采用接杆。因多轴箱各主轴的外伸长度和刀具长度都为定值，为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完各孔的要求。为使工件端面至多轴箱端面为最小距离，首先应按加工部位在外壁，加工孔深最浅，孔径又最大的主轴选定接杆，由此选用其他接杆。接杆已标准化，通用标准接杆号可根据刀具尾部结构和主轴头部内孔直径选取 为提高加工精度，减少主轴位置误差和主轴振摆对加工精度的影响，在采用长导向或双导向进行镗，扩，铰孔时，一般孔的位置精度靠夹具保证。为避免主轴与夹具导套不同轴而引起的刀杆别劲现象而影响加工精度，均可采用浮动卡头连接 加工螺纹时，常采用攻螺纹靠模装置和攻螺纹卡头及相配套的攻螺纹接杆，丝锥用相应的弹簧夹头装在攻螺纹接杆上。5） 标注联系尺寸 首先从同一多轴箱上所有刀具中找出影响联系尺寸的关键刀具，使其接杆最短，以获得加工终了时多轴箱前端面到工件端面之间所需最小距离，并据此确定全部刀具，接杆，导向托架及工件之间的联系尺寸。多轴箱端面到工件端面之间的距离是加工示意图上最重要的联系尺寸，为使所设计的机床结构紧凑，应尽量缩小这一距离。这一距离取决于两方面：一是多轴箱上刀具，接杆，主轴等结构和相互联系所需的最小轴向尺寸；二是机床总布局所需求的联系尺寸。两方面是相互制约的6） 标注切削用量 各主轴切削用量应标注在相应主轴右端。其内容包括：主轴转速NI，相应刀具的切削速度VI，每转进给量fi和每分钟进给量fm.同一多轴箱上各主轴的每分钟进给量是相等的，等于动力滑台的工进速度Vf7） 动力部件工作循环及行程确定 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，又返回到原位的动作过程。一般包括快速引进，工作进给和快退等动作。有时还有中间停止，多次往复进给，跳跃进给，死档铁停留等特殊要求、1 工作进给长度L的确定，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，铰和镗孔等工序；后者常用于钻或扩孔之后需要进行锪平面，倒大角等工序。工作进给长度等于加工部位长度与刀具切入，刀具切出长度之和。2 快速引进长度的确定 快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度按具体情况确定。在加工双层或多层的同轴孔系时，可采用跳跃进给循环进行加工，既在加工完一层壁厚，动力部件再次快速引进到位，再加工第二层壁孔，以缩短循环时间。3 快速退回长度的确定 快速退回的长度等于快速引进和工件进给长度之和。一般在固定式夹具钻孔或扩孔的机床上，动力部件快速退回的行程，只要把所有刀具都退回至导套内，不影响工作的装卸就行。但对于夹具需要回转或移动的机床，动力部件快速退回行程必须把刀具，托架，活动钻模板及定位销都推离到夹具运动可能碰到的范围之外。4 动力部件总行程的确定 动力部件的总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外，还要考虑因刀具磨损或补偿制造，安装误差，动力部件能够向前调节的距离和刀具装卸以及刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中取出时，动力部件需后退的距离。动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。8 其他应注意的问题1） 加工示意图与机床实际加工状态一致。表示出工件安装状态机主轴加工的方法2） 图中尺寸应标注完整，尤其是从多轴箱端面至刀尖的轴向尺寸链应全，以便于检查行程和调整机床。图中应表示出机床动力部件的工作循环图及各行程长度。注意攻螺纹循环丝锥提前退出工件后，动力部件才能开始退回。3） 加工示意图应有必要的说明2.2.4 加工示意图CAD图2-2 加工示意图2.3机床联系尺寸图2.3.1 机床联系总图的内容和作用机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并初步选定的主要通用部件以及确定的专业部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置形式，主要结构及各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，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。用以检验各部件相互位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件是否合理；它为多轴箱，夹具等专业部件设计提供依据；它可以看成是机床联系总体外观简图。由其轮廓尺寸，占地面积，操作方式等可以检验是否适合影虎现场使用环境。机床联系尺寸图的内容1） 表明机床的配置型式和总布局。以适当数量的视图（一般至少两个视图，主视图应选择机床实际加工状态），用同一比例画出各部件的外廓形状和相关位置。表明机床基本形式及操作者的位置等。2） 完整全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸，专业部件的主要轮廓尺寸，运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程后量尺寸。3） 标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号，功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件，不得遗漏。4） 标明机床验收标准及安装规格。2.3.2 绘制机床联系总图注意事项机床联系尺寸总图应按机床加工终了状态绘制。图中应画出机床各部件在长，宽，高方向的相对位置联系尺寸及动力部件退至起始位置尺寸；画出动力部件的总行程和工作循环；应注明通用部件的型号，规格和电动机型号，功率及转速；对机床各组成部分标注分组编号。2.3.3 机床的分组1) 第10-19组-支承部件。一般用通用的侧底座，立柱及其底座和专业中间底座等组成。2) 第20-29组-夹具及输送设备。夹具是组合机床主要的专业部件，常编为20组，包含工件定位夹紧及固定导向部分。对一些独立性较强的活动钻模板，攻螺纹模板，自动夹压机构，自动上下料装置常单独 编组。移动工作台，回转台等输送设备，如果属通用部件，则可纳入夹具组，明细表中列出通用部件型号型号即可，如果专业则单独成组编号。3) 第30-39组-电气设备。电气设计常编为30组，包括原理图，接线图和安装图等设计，专用操纵台，控制柜等则另编组号。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，编号40组，其余须修改部分内容或专用的传动设备则单独编组。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9) 第90-99组-电气，液压，气动等各种控制挡铁。2.3.4 机床联系尺寸总图 图2-3 机床联系尺寸总图2.3.5 机床生产率计算卡被加工零件图号毛坯种类铸件名称曲轴箱毛坯重量材料HT200硬度HBS160220工序名称精铣气缸面工位工序号工时/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装卸工件1.52动力部件3滑台快进476.30.00754多轴向工进730.0650020.411.225滑台快退1206.30.0196789备注装卸工件时间取决于操作者熟练程度，本机计算时取1.5min累计1.221.53单件总工时2.75机床生产率17.02件/h理论生产率20.966件/h负荷率81.4%3 主轴箱部件设计3.1 机床主要技术参数的确定机床主要技术参数包括主参数和基本参数，基本参数又包括尺寸参数，运动参数，动力参数。3.1.1 确定工件余量曲轴箱，零件材料为HT200，硬度190210HB，生产类型为大批量，铸造毛坯。查机械制造工艺设计简明手册表2.22.5,取加工余量为2.5mm(此为单边加工)。3.1.2 选择切削用量由于被加工零件的铣削宽度为70mm,需进行一次走刀，故一次走刀为70mm(宽度)，即：a=70mm。根据组合机床设计简明手册第132133页，选择铣削切削用量。铣削用量的选择与要求的加工表面粗糙度值及其生产率有关系。当铣削表面粗糙度数值要求较低时，铣削速度应选高一些，每齿走刀量应小些。若生产率要求不高，可以取很小的每齿走刀量，一次铣削45mm的余量达到R=1.6m的表面粗糙度。这时每齿的进给量一般为0.020.03mm。根据本次设计所加工的零件要求，其表面粗糙度数值较高，加工材料为铸铁，查表6-16得：a=0.20.4mm/z,V=5080m/min,取a=0.2mm/z。3.1.3 运动参数 机床的运动参数包括主运动转速和转速范围、进给量范围、进给量数列以及空行程速度等。此次设计主要确定主运动的运动参数。 主轴最高，最低转速按照典型工序的切削速度和刀具(或工件)直径、计算主轴最高转速n、最低转速n。计算公式如下：n= ， n=式中：n、n主轴最高、最低转速(r/min)V、V最高、最低切削速度(m/min)d、d最大、最小计算直径(mm)根据机械制造工艺金属切削机床设计指导第6970页，可查出以下数据： 查表2.2-3 取最大，最小切削速度：V=200300m/min， 取V=250m/minV=1520m/min, 取V=20m/min铣床的d、d可取使用的刀具最大、最小直径，即：d=110mm, d=75mm则主轴最高转速为n= =1061.6r/min 取标准数列值：n=1000r/min 最低转速为：n= =57.9r/min取标准数列值：n=56r/min3.1.4动力参数主运动驱动电动机功率的确定 切削力的计算计算铣削工件时的切削力F=9.1854.5aaaZd式中：a铣削宽度，a=7mma铣削深度，由于是一次铣削就能达到设计尺寸，则铣削深度为工件加工余量，即a=2.5mm。a每齿进给量，a=0.2mm/rZ转数级数，取Z=4则铣削力的大小为： F=9.1854.5700.22.54110=1213.1N 切削功率的计算根据机械制造工艺金属机床设计指导第72页，可得切削功率公式为：P=2.2KW 估算电动机功率根据机械制造工艺金属机床设计指导第72页，有P=3.14KW 式中：主传动系统的机械效率，回转运动的机床=0.70.85。 选择主电机查机械设计课程设计手册第155页表12-1，选Y112-4电机，主要参数有：额定功率P=4KW，满载转速 n=1440r/min，同步转速n=1500r/min，级数P=4，质量m=43kg。3.2 进给驱动电动机功率的确定查金属切削机床设计第41页，可知：进给驱动电动机功率取决于进给的有效功率和传动件的机械效率，即：N=式中：N进给驱动电动机功率(KW) Q 进给抗力(N) V进给速度(m/min)进给传动系统的总机械效率(一般取0.150.2)粗略计算时，可根据进给传动与主传动所需功率之比值来估算进给驱动电机功率。对于铣床： N=0.2N=0.24=0.8KW查机械设计课程设计手册第155页表12-1，选Y90S-4电机，主要参数有：额定功率P=1.1KW，满载转速n=1440r/min，同步转速n=1500r/min，级数P=4，质量m=22kg。3.3 主轴组件的计算主轴组件的结构参数主要包括：主轴的平均直径D（初选时常用主轴前轴颈的直径D来表示）；主轴内孔直径d；主轴前端部的悬伸量a；以及主轴支承跨距L等。一般步骤是：首先根据机床主电机功率或机床的主参数来选取D，在满足主轴本身刚度的前提下，按照工艺要求来确定d，根据主轴前端部结构形状和前支承的结构型式来确定a,最后根据D、a和主轴前支承的支承刚度来确定L。主轴轴承的配置型式，对主要结构参数的确定很有关系，故在设计过程中常需交叉进行，最终以主轴组件刚度等性能来衡量其设计的合理性。3.3.1 主轴直径的选择主轴直径对主轴组件刚度的影响很大，直径越大，主轴本身的变形和轴承变形引起的主轴前端位移越小，即主轴组件的刚度越高。但主轴前端轴颈直径D越大，与之相配的轴承等零件的尺寸越大，要达到相同的公差则制造越困难，重量也增加。同时，加大直径还受到轴承所允许的极限转速的限制，甚至为机床结构所不允许。通常，主轴前轴颈直径D可根据传递功率，并参考现有同类机床的主轴轴颈尺寸确定。查金属切削机床设计第157页表5-12中，几种常见的通用机床钢质主轴前轴颈的直径D，可供参考，如下表3-1所示：已知主电机功率P=4KW，机床类型是铣床，查上表中对应项，初取D=80。主轴后轴颈直径D和前轴颈直径D的关系，可根据下列经验公式来定：D=（0.70.85）D因此，有D=（0.70.85）D=（0.70.85）80=5668，取D=65。表3-1 主轴前轴颈直径D的选择机床机 床 功 率 （千瓦）1.47.37.4111114.7车床608070907010595130110145140165铣床5090609060957510090105100115外圆磨床5090557070807590751003.3.2 主轴前后支承轴承的选择 主轴前支承轴承的选择根据前述关于轴承的选择原则，查金属切削机床设计简明手册第375页，选取主轴前支承的双列向心短圆柱滚子轴承型号为3182116。其中，d=80，D=125，B=34，D=91，D=117，D=117，r=1。具体结构参数如图3-1所示： 图3-1 双列向心短圆柱滚子轴承（GB285-87）结构参数及安装尺寸再查金属切削机床设计简明手册第365页，选取主轴前支承的推力球轴轴承型号为8215。其中，d=75，d=75.2，D=110，H=27, D=86, D=99，r=1。具体结构参数如图3-2所示： 主轴后支承轴承的选择查金属切削机床设计简明手册第368页，选取主轴后支承的圆柱滚子轴承型号为2213。其中：d=65，D=120，B=23，D=77，D=110，r=1.5。具体结构参数如图3-3所示：3.3.3 主轴内孔直径该组合机床用于铣削加工，其主轴需有一通过铣刀拉杆的孔，该主轴内孔直径应取在一定范围内，才不致影响主轴刚度。一般，主轴内孔直径受到主轴后轴颈的直径所限制。 图3-2 推力球轴承（GB301-84）结构参数及安装尺寸 图3-3 圆柱滚子轴承（GB283-87）结构参数及安装尺寸由材料力学可知，刚度K正比于截面惯性矩I，它与直径之间有下列关系：=1-（）=1-根据此式可得：当0.3时，空心与实心截面主轴的刚度很接近；当=0.5时，空心主轴的刚度为实心主轴刚度的90%，对刚度影响不大；0.7时，则主轴刚度急剧下降，故一般应使0.7，即d0.7D。由以上分析可得：d0.7 D=0.765=45.5考虑到此组合机床主轴为铣削主轴，铣刀拉杆的直径比较小，故可将取小些，即取=0.5，即：d2.5根据上表所列，所设计的组合机床属于型，所以取a/ D为1.252.5，即：a=（1.252.5）D=（1.252.5）80=100200初取a=120。3.3.5 主轴支承跨距主轴支承跨距L是指主轴前、后支承支承反力作用点之间的距离。合理确定主轴支承跨距，可提高主轴部件的静刚度。可以证明，支承跨距越小，主轴自身的刚度越大，弯曲变形越小，但支承的变形引起的主轴前端的位移量将增大；支承跨距大，支承的变形引起的主轴前端的位移量较小，但主轴本身的弯曲变形将增大。可见，支承跨距过大或过小都会降低主轴部件的刚度。有关资料对合理跨距选择的推荐值可作参考：（1） L=（45）D；（2） L=（35）a，用于悬伸长度较小时；（3） L=（12）a，用于悬伸长度较大时。根据此次设计的组合机床刚性主轴的悬伸量较大，取L2.5a为宜。即此次设计的主轴两支承的合理跨距L2.5a=2.5120=300初取L=280。3.4 主轴结构图根据以上的分析计算，可初步得出主轴的结构如图3-4所示：图3-4 主轴结构图3.5 主轴组件的验算主轴在工作中的受力情况严重，而允许的变形则很微小，决定主轴尺寸的基本因素是所允许的变形的大小，因此主轴的计算主要是刚度的验算，与一般轴着重于强度的情况不一样。通常能满足刚度要求的主轴也能满足强度的要求。刚度乃是载荷与弹性变形的比值。当载荷一定时，刚度与弹性变形成反比。因此，算出弹性变形量后，很容易得到静刚度。主轴组件的弹性变形计算包括：主轴端部挠度和主轴倾角的计算。3.5.1 主轴端部挠度主轴端部挠度直接影响加工精度和表面粗糙度，因此必须加以限制，一般计算主轴端部最大挠度。 支承的简化对于两支承主轴，若每个支承中仅有一个单列或双列滚动轴承，或者有两个单列球轴承，则可将主轴组件简化为简支梁，如下图3-5所示；若前支承有两个以上滚动轴承，图3-5 主轴组件简化为简支梁可认为主轴在前支承处无弯曲变形，可简化为固定端梁，如下图3-6所示：图3-6 主轴组件简化为固定端梁此次设计的主轴，前支承选用了一个双列向心短圆柱滚子轴承和两个推力球轴承作为支承，即可认为主轴在前支承处无弯曲变形，可简化为上图3-6所示。 主轴的挠度查材料力学I第188页的表6.1，对图2-9作更进一步的分析，如下图3-7所示：根据图2-10，可得此时的最大挠度=-其中，F主轴前端受力。此处，F=F=1213.1NlA、B之间的距离。此处，l=a=12cm图3-7 固定端梁在载荷作用下的变形E主轴材料的弹性模量。45钢的E=2.110N/cmI主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为D，内孔直径为d时，I=。此处，D=133故可计算出，主轴端部的最大挠度：=-1.8710 mm 主轴倾角主轴上安装主轴和安装传动齿轮处的倾角，称为主轴的倾角。此次设计的主轴主要考虑主轴前支承处的倾角。若安装轴承处的倾角太大，会破坏轴承的正常工作，缩短轴承的使用寿命。根据图3-7，可得此时的最大倾角=-其中，F主轴前端受力。此处，F=F=1213.1NlA、B之间的距离。此处，l=a=12cmE主轴材料的弹性模量。45钢的E=2.110N/cmI主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为D，内孔直径为d时，I=。此处，D=133故可计算出，主轴倾角为：=-2.310 rad查组合机床设计第一册中机械部分的第670页，可知：当x0.0002L mm0.001 rad时，刚性主轴的刚度满足要求。此处的x，即为最大挠度和最大倾角，L为主轴支承跨距。将已知数据和代入，即可得：初步设计的主轴满足刚度要求。3.6 主轴组件的润滑润滑的作用是降低摩擦，减小温升，并与密封装置在一起，保护轴承不受外物的磨损和防止腐蚀。润滑剂和润滑方式决定于轴承的类型、速度和工作负荷。如果选择得合适，可以降低轴承的工作温度和延长使用期限。滚动轴承可以用润滑油或润滑脂来润滑。试验证明，在速度较低时，用润滑脂比用润滑油温升低。所以，此次设计的主轴支承均采用润滑脂。同时，主轴是装在主轴套筒内的，为防止使用润滑油时泄漏，也应采用润滑脂润滑。加润滑脂时，应该注意润滑脂的充填量不能过多，不能把轴承的空间填满，否则会引起过高的发热，并使润滑脂熔化流出而恶化润滑效果。4 两坐标单元设计4.1 滚珠丝杠螺母副的选用设计进给机构的进给运动，由进电机的转动，然后带动工作台丝杠传动。在数控工作台上的丝杠传动，可以用普通的丝杠传动，也还有应用滚珠丝杠来转动。原因是普通丝杠传动摩，但总是不太稳定。 所以要擦系数大，效率低，传动中有间隙。虽然传动中的间隙可以用一些办法来补偿，修正采用滚珠丝杠传动。 滚珠丝杠传动都使用防护罩，以防止空气中的尘土和其它杂物等进入。 滚珠丝杠和滚珠螺母组成滚珠丝杠螺母副，它是把步进电机的转动角位移，变换成数控工作台进给机构的的直线位移。 滚珠丝杠螺母副，也简称为滚珠丝杠副，是一种新的传动机构，它是在丝杠和螺母的螺旋槽之间装有滚珠，以此作为中间元件的一种传动机构。4.1.1 滚珠丝杠副的传动原理丝杠和螺母上都有圆弧形的螺旋槽,这两个圆弧形的螺旋槽对合起来就形成螺旋线的滚道,在滚道内装有许多滚珠.当丝杠旋转时,滚珠相对于螺母上的滚道滚动,因此丝杠与螺母之间滚道的摩擦为滚动摩擦.为防止滚珠从螺母中吊出来,在螺母的螺旋槽两端应用挡住器挡住,并设有回路滚道是他的两端连接起来.使滚珠从滚道的一端滚出后,沿着这个回路滚道从新返回到滚道的另一端,可以循环进行不断地滚动。4.1.2 滚珠丝杠副的传动特点滚珠丝杠副的优点是:传动效率高,因为它是滚动摩擦,传动效率可达0.920.96,比普通的丝杠传动提高34倍.由此带来了一系列的优点,如功率损耗小,传动平稳,磨损小,无爬行现象等等.除此而外还有两个特点,一是:一般的丝杠传动总是有间隙,而滚珠丝杠可以消除间隙,所以当丝杠转动反向时,可以没有空程,提高了反向的定位精度,也增强了传动刚度.二是:一般的丝杠传动只能使旋转运动转变为直线运动,而滚珠丝杠副由于传动的摩擦系数小,所以既能把旋转运动转变为直线运动,也可以从直线运动转变为螺旋运动,具有传动的可逆性,因此可以作为主动件,也可以作为从动件.它也有缺点,主要是元件的精度要求高,光洁度要求也高,所以制造工艺很复杂,成本也高.对于丝杠和螺母上的螺旋槽,一般要求磨削成型,因而制造困难,也限制了使用.又由于传动的可逆性,所以不能自锁,当应用在垂直传动装置时,由于自重和惯性的关系,在下降过程中不能立刻停止,因此还需要备有制动装置.4.1.3 滚珠丝杠副的结构与调整滚珠丝杠副的结构尽管在形式上有很多类型，但其主要区别是在螺纹滚到的型面形状，滚珠循环的方式，轴向间隙的调整和加预紧力的方法等三个方面。（1）螺纹滚道型面的形状螺纹滚道型面的形状有很多种，目前国内正式投产的，仅有单圆弧型面和双圆弧型面两种，如图4-1所示。滚珠与滚道型面接触点法线与丝杠轴线的垂线之间的夹角，称为接触角（）。（a）单圆弧 (b) 双圆弧图4-1 滚珠丝杠副螺纹滚道型面的截形（2）单圆弧型面 一般滚道的圆弧半径要比滚柱的半径稍大一些。对于单圆弧型面的螺纹滚道，接触角是随着轴向负载大小而变化的，当轴向负载为零时，接触角也为零；当负载逐渐增大，接触角也逐渐增大。实验证明：当接触角增大时，传动效率，轴向刚度，承载能力都随之增大。（3）双圆弧型面 双圆弧型面螺纹滚道的接触角是不变的。在偏心距（e）决定后，滚珠与滚道的圆弧角接处，会有很小的空隙。这些空隙虽然能容纳一些脏物，但不至于堵塞，反而对滚柱的滚动有利。从传动效率，轴向刚度，承载能力等要求出发，接触角大一些好，但接触角过大制造就会困难。一般接触角为，滚道的圆弧半径也同样比滚柱的半径稍大一些。 滚珠的循环方式目前国内常用的滚珠循环方式由外循环和内循环两种。（1）外循环方式 如图所示为外循环方式，滚柱在循环过程中与丝杠脱离接触，通过外面的循环回路称为外循环（W系列）。这种外循环是直接在螺母的外圆上铣出螺旋槽，用挡珠器从螺母内部切断螺纹滚道，挡珠滚珠的去路，迫使滚珠导入通向外圆螺旋槽中，构成了外面的旋环回路。外循环的结构和制造较为简单容易，因此应用较广，他可以制成单列或式双列两种的结构形式。（2）内循环方式 滚柱在循环过程中与丝杠始终保持接触的称为内循环（N系列），如图所示。这种内循环是在螺母外侧孔中装了一个接通相邻滚道的反向器，借助这个反向器迫使滚珠翻过丝杠的牙顶，而进入相邻的滚道。内循环滚珠丝杠副回路短，工作滚珠数目少，结构尺寸紧凑，流畅性好，摩擦磨损小，传动效率高，轴向刚度和承载能力都较高，具有一系列优点，但制造困难，结构复杂，所以不及外循环方式应用的广泛。图4-2 外循环的滚珠丝杠 图4-3 内循环的滚珠丝杠3.1.4 轴向间隙的调整和加预紧力的方法对于滚珠丝杠副，除了单一方向的进给传动精度有一定的要求外，对它的轴向间隙也有严格的要求，以保证反向传动的精度。要把轴向间隙完全消除，也是相当困难的。通常采用双螺母，并加预紧力的方法来消除其轴向间隙。双螺母经加预紧力调整后，能基本上消除轴向间隙。单螺母的滚珠丝杠副是不能调整轴向间隙和预紧力的，其轴向间隙只能依靠滚珠丝杠副本的精度和安装时丝杠和螺母的连接精度来保证。双螺母加预紧力消除轴向间隙必须注意两点，一是：通过预紧后产生的力，可促使预拉变形，以减少弹性变形所引起的位移。但预紧力不能太大，否则会使驱动力矩增大，传动效率反而降低，使用寿命也随之缩短。二是：轴向间隙的消除，不能忽视丝杠的安装部分和驱动部分的轴向间隙，应同时调整是它减少到最小。目前常用的双螺母预紧力调整方法有下面三种。（1）垫片调隙式如图所示为垫片调隙式，一般用螺钉来连接滚珠丝杠上的两个螺母的凸缘处，在中间加垫片。垫片的厚度是螺母间产生轴向位移，以达到消除间隙和产生预紧力的目的。 这种结构特点是结构简单，可靠，装拆方便。但缺点是调整很费时，在工作状态下不能随意调整，因为要更换不同厚度的垫片才能消除间隙，所以是用于一般精度的机构中使用。（2）螺纹调隙式 如图所示为螺纹调隙式。它是一个螺母的外端有凸缘，而另一个螺母的外端没有凸缘，车有螺纹，它伸出在套筒外，并用两个圆螺母调整好间隙后，再用一圆螺母锁紧螺母锁紧就可以了。 这种结构的特点是结构紧凑，调整方便，所以应用广泛，但调整的位移量不太精确。图4-4 垫片调隙式 图4-5螺纹调隙式（3）齿差调隙式 如图4-6所示为齿差调隙式。它是在两个螺母的凸缘上各有圆齿轮2，两者的齿数值相差一个齿，装入内齿圆3中，内齿圆3是用螺钉1和定位销4固定在套筒5上的。调整是先取下内齿圆3，转动圆柱齿轮2，在两个滚柱螺母相对于滚筒5转动时，可以使两个螺母相互产生角位移，这样滚柱螺母对于滚珠丝杠的螺旋滚道也相对移动是两个螺母中的滚柱分别贴近在螺旋滚到的两个相反的侧面上。消除间隙并产生预紧力后，把内齿圆3套上用定位销4固定。这种结构的特点是调整精确可靠，定位精度高，但结构复杂，仅在高精度的数控机床有所应用。1螺钉； 2圆柱齿轮； 3内齿圆；4定位销； 5套筒。图4-6 齿差调隙式表 3-1滚珠丝杆副支承支承方式简图特点一端固定一端自由结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速都较低设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用于短丝杆。一端固定一端游动需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同，压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝杆有膨胀余地，这种安装方式一般用在丝杆较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。两端固定只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固定的四倍。一般情况下，丝杆不会受压，不存在压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高。可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较困难，这种装置适用于对刚度和位移精度要求较高的场合。4.2滚珠丝杆副的选择滚珠丝杆副就是由丝杆、螺母和滚珠组成的一个机构。他的作用就是把旋转运动转和直线运动进行相互转换。丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体，丝杠转动时带动滚珠滚动。设最大行程为400mm,基本要求：电机输出功率：0.12kw；输出扭矩：5Nm；转速：60r/min；可正反转；电机输出带动丝杆转动，利用丝杆原理把旋转运动转化为直线运动，实现丝母套在丝杆上直线运动。丝母套带动工件运动。工件总重量不小于100kg. 4.2.1导程确定电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比i=1, 选择电机的最高转速，选 丝杠的导程为取Ph=5mm4.2.2确定丝杆的等效转速基本公式 丝杆的等效转速 式中取故4.2.3估计工作台质量及负重 估算测量物重量 工作台重量 移动部件重量 4.2.4确定丝杆的等效负载工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为0.03，K为颠覆力矩影响系数，一般取1.11.5，本课题中取1.3，则丝杆所受的力为其等效载荷按下式计算（式中取，）4.2.5确定丝杆所受的最大动载荷fw-负载性质系数，（查表：取fw=1.2）ft-温度系数（查表：取ft=1）fh-硬度系数（查表：取fh =1）fa-精度系数（查表：取fa =1）fk-可靠性系数（查表：取fk =1）Fm-等效负载nz-等效转速Th -工作寿命，取丝杆的工作寿命为15000h由上式计算得Car=17300N表4-1-1各类机械预期工作时间Lh表4-1-2精度系数fa表4-1-3可靠性系数fk表4-1-4负载性质系数fw4.2.6精度的选择滚珠丝杠副的精度对电气机床的定位精度会有影响，在滚珠丝杠精度参数中，导程误差对机床定位精度是最明显的。一般在初步设计时设定丝杠的任意300行程变动量应小于目标设定定位精度值的1/31/2,在最后精度验算中确定。，选用滚珠丝杠的精度等级X轴为13级（1级精度最高），Z轴为25级，考虑到本设计的定位精度要求及其经济性，选择精度等级为3级，Z轴为4级。4.2.7选择滚珠丝杆型号 计算得出Ca=Car=17.3KN,则Coa=(23)Fm=（34.651.9）KN公称直径Ph=5mm则选择FFZD型内循环浮动返向器，双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为FFZD4005。公称直径 d0=40mm 丝杆外径d1=39.5mm 钢球直径dw=7.144mm 丝杆底径d2=34.3mm 圈数=3圈 Ca=30KN Coa=66.3KN 刚度kc=973N/m4.2.8校核滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度KO有丝杆本身的拉压刚度KS，丝杆副内滚道的接触刚度KC，轴承的接触刚度Ka，螺母座的刚度Kn，按不同支撑组合方式计算而定。 临界压缩负荷验证丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。临界压缩负荷按下列计算：式中E-材料的弹性模量
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