柴油机曲轴箱钻削专用机床设计.doc

柴油机曲轴箱钻削专用机床设计摘 要：组合机床在提高产量和保证质量等方面起着重要作用“设计主要从机械、液压等几个方面简要介绍柴油机曲轴箱加工组合机床的设计思路与实现”。该机床采用移动工作台实现单工位！单向工作进给,工件随夹具移动,以缩短辅助工作时间,提高工作效率;其特点还在于任一工位可单独实现自动循环加工，机床夹具采用液压夹紧。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,因而被广泛用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。设计从工艺方案设计、总体设计、部件设计等几部分进行设计。关键词：柴油机曲轴箱；组合机床；设计The design of Drilling Special Machine Tool on Diesel Engine CrankcaseABSTRACT：The modular machine tool is an important way to increase the productivity and improve quality. The design introduce mainly from “the design of the modular machine tool for Crankcase of the Diesel Engine on mechanism, fluid drive etc.” Locomotive workbench was used in the machine tool to achieve one work place and one-way work. Work pieces move with jig to shorten the accessorial time and increase in productivity. The characteristic consist that whichever work place can automatically process too. In the machine tool, Modular machine and its automatic assembly line are the completed set of automatic equipment with combination of mechanism and electricity. It features high efficiency, high quality and economy ,so it is widely used in the industries such as engineering, traffic, energy, war industry, light industry and electric appliances etc. This design introduces the technique scheme, whole planning and assembly designing.Key words: Crankcase of the Diesel Engine; Modular machine tool; design 目 录1. 绪论21.1 组合机床及其特点21.2 组合机床的分类21.3 组合机床的工艺范围31.4 组合机床的发展方向42. 组合机床方案的制定62.1 影响组合机床方案制定的主要因素62.2 制定方案应考虑的问题72.3 选择定位的原则及注意问题93. 组合机床各参数的确定103.1 确定切削用量及刀具103.2 确定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度103.3 初定主轴直径123.4 主轴箱所需动力部件124. 组合机床总体设计三图一卡154.1 被加工零件工序图154.2 加工示意图154.3 机床总图185. 主轴箱设计235.1 原始依据图235.2 主轴结构形式及动力计算245.3 传动系统的设计与计算255.4 主轴箱坐标的计算285.5 绘制主轴箱装配总图305.6 轴的强度校核31专题报告组合机床柔性生产线的发展与探讨 37参考文献 44谢辞 45附录 46毕业设计是完成工程技术人员基本培训的最后一个重要环节。目的是为了培养学生综合运用专业知识和基础知识，解决本专业一般工程技术问题的能力。在设计方案的选定、设计资料的收集、手册和国家标准、规范的运用，设计方案的应用、零件图及总装图的绘制等方面有一定较全面的锻炼，并使每个学生树立起正确的设计思路和良好的工作风。本次的课题是柴油机曲轴箱钻孔组合机床的设计。采用卧式单工位一面同时加工的方案。这种方案广泛应用于生产实际中，是在技术上相当成熟的一种。一个零件的同一面上，往往有多个孔，如果在普通机床上加工。通常要一个一个孔的钻，生产率低下，同时，各加工孔的形状和它的位置公差以及尺寸精度都难以保证，工人劳动强度大。特别是大批大量生产的工艺，更是大大地增加了生产周期，而且成本也很高。为了克服多孔零件普通机床加工不利的一面，行之有效的方案就是在普通机床的主轴上装上多头轴，但是对于大型箱体零件，采用变种方案也不行，而采用组合钻床才是最佳方案。组合机床是按系列化、标准化设计的通用部件与按被加工零件的形状及加工论文详细说明了本次组合机床设计的步骤及其依据。包括被加工零件加工工艺的分析、刀具的选择、主轴箱轮廓尺寸的确定、机床配置形式的选择、滑台传动形式的确定、滑台型号的选取、动力箱的选择、主轴结构型式的选择、主轴箱传动系统的设计等工艺要设计的专用部件所组成的专用机床。1 绪 论1.1 组合机床及其特点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，因而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，又有专门厂成批制造，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，对操作工人的技术水平要求不高。(5)当被加工产品更新时，采用其他类型的专用机床时，其大部部件要报废。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。组合机床虽然有很多优点，但也还有缺点：(1)组合机床的可变性较万能机床低，重新改装时有10%20%的零件不能重复利用，而且改装时劳动量较大。(2)组合机床的通用部件不是为某一种机床设计的，它是具有较广的适应性。这样，就使组合机床的结构较专用机床稍为复杂些。1.2 组合机床的分类组合机床有大型组合机床与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很大的差异。这里主要说明大型组合机床的配置型式。大型组合机床的配置型式可分为三大类：1、具有固定式夹具的单工位组合机床这类组合机床夹具和工作台都固定不动。动力滑台实现进给运动，滑台上的动力箱实现切削主运动。根据动力箱和多轴箱的安置方式不同，又可分为以下几种：(1)卧式组合机床（动力箱水平安装）；(2)立式组合机床（动力箱垂直安装）；(3)倾斜式组合机床（动力箱倾斜安装）；(4)复合式组合机床（动力箱具有上述两种以上的安装状态）。2、具有移动式夹具的（多工位）组合机床这类组合机床的夹具安装在直线移动工作台或回转工作台上，并按照一定的节拍时间作间歇移动或转动，使工位得到转换。这类机床的配置型式，常见的有以下四种。(1)具有移动工作台的机床，这类机床的夹具和工件可作直线往复移动。(2)具有回转工作台的机床，这种机床的夹具和工件可绕垂直轴线回转，在回转工作台上每个工位通常都装有工件。(3)鼓轮式机床，这种机床的夹具和工件可绕水平轴线回转。此种机床一般为卧式单面或卧式双面，而较少采用三面配置。此外也有辐射式的，它除了安装卧式动力部件外，还在垂直于鼓轮回转的平面上安装动力部件。(4)中央立柱式机床，这种机床具有台面直径较大的环形回转工作台。在工作台中央安装立柱，立柱上安装动力部件，而在工作台的周围还安装有卧式动力部件，工件和夹具则安装在回转工作台上，这种机床一般都是复合式的。3、转塔多轴箱式组合机床转塔多轴箱式组合机床分为两类：单轴转塔动力头式组合机床和多轴转塔头式组合机床。前者转塔头的每个结合面可安装一个刚性主轴。后者转塔头的每个结合面可安装一个多轴箱。这种机床一般配置型式有：(1)转塔式多轴箱只实现切削运动，被加工零件安装在滑台上，由滑台实现进给运动；(2)转塔式多轴箱安装在滑台上，转塔式多轴箱既实现切削主运动又实现进给运动。其中，转塔多轴箱式组合机床可能组成双面式或三面式，同时对工件的两、三个平面进行加工。1.3 组合机床的工艺范围 组合机床可完成的工艺有铣平面、刮平面、车端面、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、攻丝、倒锪窝、钻深孔、切槽等。随着综合自动化技术的发展，组合机床可完成的工艺范围也在不断扩大，除了上述工艺外，还可完成车外圆、车锥面、车弧面、切削内外螺纹、滚压孔、拉削内外圆柱面和平面、磨削、抛光、珩磨，甚至还可以进行冲压、焊接、热处理、装配、自动测量和检查等。1.4 组合机床的发展方向 近几年组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器、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使用，一些中小批量生产部门也开始推广使用。我国在组合机床及其自动线上将获得较快的发展，其发展方向为：1、提高通用部件的水平 衡量通用部件水平的主要标准是：品种规格齐全，动、静态性能参数先进，工艺性好，精度高和精度保持性好。目前应注意开发适应强力铣削的大功率动力滑台，高精度镗削头和高精度滑台，以及适应中、小批生产的快调、速换动力部件和支承部件。机械驱动的动力部件具有性能稳定，工作可靠等优点。目前，机械驱动的动力部件应用了交流变频调速电机和直流伺服电机等，使机械驱动的动力部件增添了新的竞争能力。动力部件采用镶钢导轨、滚珠丝杠、静压导轨、静压轴承、齿形皮带等新结构，支承部件采用焊接结构等。由于提高了部件的精度和动、静态性能，因而使被加工的工件精度明显提高，表面粗糙度减小。2、提高生产率 目前组合机床及其自动线的生产率不断提高，循环时间一般是12分钟，有的只用1030秒。提高生产率的主要方法是改善机床布局，增加同时加工的刀具，减少加工余量，提高切削用量，提高工作可靠性以及缩短辅助时间等。为了减少自动线的停车损失，提高自动线的柔性，采用电子计算机进行自动线的管理。3、扩大工艺范围 现在组合机床及其自动线一般已不是完成一个工件的某几道工序，而常常是用于完成工件的全部加工工序。除过去完成平面铣削、钻孔、扩孔、锪孔、攻丝、粗镗孔外，现在已扩大到能完成车削、磨削、拉削、精镗以及非切削加工（如检查、自动装配、清洗、试验以及打印分类等）工序。4、提高加工精度 现在在组合机床及其自动线上又纳入了很多精加工工序，如进行1级精镗，保证孔加工位置度在0.02毫米。为了使自动线能稳定地保证加工精度，已广泛采用自动测量和刀具自动补偿技术，保证调刀不停车。5、提高自动化程度 目前组合机床及其自动线发展十分迅速，越来越多的组合机床用于组成自动线，组合机床本身则是全自动方向发展的。为此，重点是解决工件夹压自动化和装卸自动化。6、提高组合机床及其自动线的可调性 为了提高中小批生产的一些箱体件的生产率，近几年来发展了可调的多工序多刀具的组合机床及其自动线，它们大多采用数字程序控制。除早期发展的多品种、成组加工的组合机床及其自动线外，还创造了自动换刀和自动更换多轴箱的组合机床，还有用于加工中小批生产箱体零件的可自动更换对多轴箱的组合机床。用一台这样的机床就能完成一种工件的全部工序加工，能起到一条流水线的作用。特别是数字程序控制的发展，为发展这种机床创造了更有利的条件。7、创制超小型组合机床 为了适应仪器仪表工业小箱体加工需要，创制超小型组合机床是必需的。这种机床多由超小型气动液压头配置而成，体积小，效率高，并能达到高的加工精度。8、发展专用组合机床及其自动线 随着组合机床技术的发展，过去一直被认为需按具体加工对象专门设计，而是可以作为通用品种进行成批生产的，用户根据自己加工产品的需要，配上刀具及工艺装备，即可组成加工一定对象的高效机床。2 组合机床方案的制定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。如果确定零件可以利用组合机床加工，那么为使加工过程顺利进行，并达到要求的生产率，必须在掌握大量的零件加工工艺资料基础上，统盘考虑影响制定零件工艺方案、机床配置形式、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（或工步）间加工余量、选择合适的切削用量、相应的刀具结构、确定机床配制形式等等，这些是组合机床方案的主要内容。2.1 影响组合机床方案制定的主要因素2.1.1 被加工零件的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。例如精度为H7的孔加工工序，不仅工步数多，而且对于不同尺寸的孔径，也须采取不同的工艺方法（镗或铰）。当孔与孔之间有较高位置精度要求时，安排工艺应考虑在一个安装工位上对所有孔同时进行最终精加工。当工件的加工精度要求较高时，应采用具有固定夹具的单工位组合机床，加工精度要求较低时，可采用具有移动夹具的多工位组合机床。此外，还要考虑到不同布置形式的机床所能达到的加工精度。例如，对于同轴度要求较高的各孔，应采用从同一面对工件进行加工机床布置形式。2.1.2 被加工零件的特点 被加工零件特点主要指零件的材料、硬度、加工部位的结构形状、零件刚性、定位基准面的特点等。它们对机床工艺方案制定有着重要的影响。同样精度的孔，因材料、硬度的不同，其工艺方案也不同，如钢件一般比铸铁件的加工工步数多。加工薄壁、易振的工件，安排工序时，必须考虑防止共振。 对于较大的工件，宜采用单工位机床，反之，宜采用多工位机床；对于大直径深孔的工件，宜采用具有刚性主轴结构的立式机床；对于小直径深孔的工件，通常采用专门的深孔加工机床；对于被加工孔的中心线与定位基准垂直的工件，一般采用立式机床。本原则也可根据机床的使用条件综合考虑。 还必须十分重视被加工零件在组合机床加工前所完成的工序及毛坯或半成品质量。对于加工余量很大或铸造质量较差的零件应安排预加工工序。被加工零件的特点在很大程度上决定了机床采用的配置型式。一般来说，孔中心线与定位基面平行需由一面或几面加工的箱体件宜采用卧式机床；立式机床适宜加工定位基面是水平的且被加工孔与基面相垂直的工件，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，采用单工位机床较适宜；而中小型零件则多采用多工位机床加工。2.1.3 被加工零件的生产批量零件的生产批量大小是决定采用单工位、多工位或自动线，还是按中小批量生产特点来设计组合机床的重要因素。有时从工件的外形及轮廓尺寸上看，可采用单工位固定夹具的机床布置形式，但是由于生产率要求很高，就不得不采用多工位的机床布置方案，以便使装卸工件时间与机动时间重合。被加工的零件的生产批量越大，工序安排一般就越趋于分散，且粗、半精、精加工应分别在不同的机床上完成。对于中小批量生产的情况，则要力求减少机床的台数，并应将所有工序尽量集中在一台或少数几台机床上完成，以提高机床的利用率。根据上述原则，对于本零件，根据所加工的内容：钻柴油机曲轴箱上4-8.5mm与2-6.7mm孔，是小直径加工。可采用单面卧式组合钻床。2.2 制定工艺方案应考虑的问题2.2.1 组合机床常用工艺方法能达到的精度及表面粗糙度由于被加工零件的精度要求、加工部位尺寸、形状、结构特点、材料、生产率要求不同，设计组合机床必须采用不同的工艺方法和工艺过程。根据对我国组合机床的调查，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下述，可供制定工艺方案时参考。（1）孔的尺寸精度1)钻孔 加工孔径在40毫米以下，一般为实心铸铁件扩、铰工序之前钻削底孔或螺纹底孔，精度可达IT10IT11，表面粗糙度R50微米。2）扩孔 可扩圆柱孔、圆锥孔、锪窝、倒角、锪平面、扩成型面等。一般作为精铰或精镗前的工序，对精度要求不高的孔也可以作为最终工序。精度可达IT9IT10.表面粗糙度R3.26.3微米。3)铰孔 可铰削圆柱孔、圆锥孔、阶梯孔等。一般孔径为40毫米以内，个别情况下也铰40100毫米大孔。在钻扩后铰孔，精度可达IT8IT9，表面粗糙度R1.63.2微米。精铰时精度可达IT7IT8,表面粗糙度R0.81.6微米。4)镗孔 一般适应被加工孔径40毫米以上。镗孔分为两类：刚性主轴加工，一般多用大直径深孔。而非刚性主轴加工，适应中等直径单层壁或多层壁孔。精镗可达精度IT7,表面粗糙度R1.6微米。孔得形状(圆度及圆柱度)公差可达孔径尺寸公差之半左右。目前国内研制的静压镗头，采用精密夹具及相应工艺措施，对有色金属工件经34次镗削，精度可稳定在IT6IT7，表面粗糙度R0.20.8微米。（2）螺孔精度 组合机床利用攻丝靠模装置，在良好润滑条件下，对铸铁件可加工出23级精度螺孔，表面粗糙度为R3.2微米。2.2.2 确定工艺方案的原则及注意问题（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，按照经济的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、精加工分开或粗、精加工工序合并的做法。一般在大批大量生产中，确定工艺流程宜粗、精工序分开进行，其优点是：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，对精度要求较高的零件，更需如此安排。可避免粗加工振动对加工精度、表面粗糙度的影响。有利于精加工机床保持持久的精度。使机床结构简单，便于维修和调整。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，尽量减少由此带来的不利影响。（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的发展方向之一。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。2.3 选择定位基准的原则及注意问题组合机床是针某种零件或某道工序而设计的，正确选择加工用定位基准，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。（1）应选择零件设计基准为组合机床加工的定位基准，这样可减少基准不符的误差，保证加工精度。（2）选择定位基准应保证工件稳定定位。尽量采用已加工的较大平面为定位基准，这对精加工尤为必要。在不得已的情况下，才选那些与加工表面有一定关系的、经过仔细清理平整的毛面作为基准。（3）统一基准原则。即在各台机床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。（4）当被加工零件不具备理想的定位基准，或者工件刚性不足时，为防止加工时工件变形、震动而影响加工精度，可在机床上设置辅助支撑，以增加定位稳定性和承受较大的切削力。在选择定位基面同时，要相应决定夹压位置。此时要注意的问题是：（1）保证零件夹压后定位稳定。为使工件在加工过程中不产生震动和位移，夹压力要足够，夹压点布置应使夹压合力落在定位平面内，力求接近平面的中心（2）尽量减少和避免零件夹压后的变形，消除其对加工精度的不利影响。综合考虑上述因素，本零件采用“一面两销”定位，具体情况见“加工工序图”。3 组合机床各参数的确定3.1 确定切削用量及刀具 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的影响。在多数情况下，组合机床为多轴、多刀、多面同时加工。因此，所选切削用量，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。这各每分钟进给量（毫米/分）应是适合于所有刀具的平均值。因此，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速和选择不同的每转进给量（毫米/转）与其相适应，以满足不同直径工件的加工需要。根据被加工零件材料和加工内容查组合机床设计中表3-7确定切削用量钻6.7孔 取v=15m/min，f=0.12mm/r，n=714r/min钻8.5孔 取v=16.3m/min，f=0.14mm/r，n=612r/min 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）、符合刀具及特种刀具。选择刀具结构应主要下述主要问题： 只要条件允许，为使工作可靠，结构简单、刃磨容易，应尽量选择标准刀具（如标准的麻花钻、扩孔钻绞刀等）和简单刀具。采用此类刀具的缺点是加工一个零件所需的工位数或机床台数多。为提高工序集中程度或保证加工精度，可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。根据该零件本道工序的工艺要求，刀具选择麻花钻，材料为高速钢W18Cr4V3.2 确定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度根据选定的切削用量(主要指切削速度与进给量),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，是以确定主轴和其它传动件（齿轮和传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电机（一般指动力箱电机）功率；确定刀具耐用度，用以验证所选刀具是否合理。以下是切削力P、切削扭矩M、切削功率N、刀具耐用度T的计算公式： 3.1 3.2 3.3 3.4式中： P-切削轴向力（牛）； D-钻头直径（毫米）； f-每转进给量（毫米/转）； M-切削扭矩（牛毫米）； N-切削功率（千瓦）； T-刀具耐用度（分）； -切削速度（米/分）； HB-零件的布氏硬度值。零件的布氏硬度为HB170220。对于公式3.13.3取最大值220，对于3.4取最大硬度减去硬度偏差值的三分之一。本次设计为柴油机曲轴箱一面上的六个孔加工。分别是加工6.7和8.5的孔。根据刀具直径和工件、刀具材料，确定以上各值：钻6.7孔时：P=266.70.120.82000.6=765.1N M=106.71.90.120.82000.6=1629.4NmmL/D=16/6.7=2.388 取 KV=1V=15m/minN=0.119kwT=17858min钻8.5孔时：P=268.50.140. 82000.6=1113.8NM=108.51.90.142000.6=2938.3 NmmL/D=20/8.5=2.35取k=1V=16.3 m/min N=0.181KwT=6631min3.3 初定主轴直径 当确定了切削扭矩M疑惑，便可根据扭转刚度初定主轴及传动轴直径，计算公式为：dB (厘米) 3.5式中： M-切削扭矩（牛厘米） B-系数，根据主轴或传动轴在1米长度上允许最大扭转角按组合机床设计中表3-15选择。通常，主轴允许最大扭转角为1/2度/米，则B=0.62。钻6.7孔时，即1、2轴d=0.62=12.5mm取d=15mm钻8.5孔时，即3、4、5、6轴d=0.62=14.4mm取d=20mm为了便于统一，选择轴承方便，取两主轴直径均为20mm。3.4 主轴箱所需动力部件影响动力部件选择的主要因素为：（1）切削功率 根据各刀具主轴的切削用量，计算出总切削功率，再考虑传动效率或空载功率及载荷附加功率损耗，作为选择组合机床主传动用动力箱型号规格的依据。每种型号的动力箱皆可配用两种规格的电动机，这两种电动机除功率大小不同外，转速也不同。因此动力箱输出轴转速也有高低两种，应根据主轴箱传动系统设计要求，并要求主轴箱传动链短和设计简单来选用。 （2）进给力 每种规格的动力滑台有其最大进给力的限制。选用时，可根据确定的切削用量计算出各主轴的轴向切削合力P,以P来确定动力滑台的型号和规格。（3）进给速度 各种规定的动力滑台都有规定的快速行程速度及最小进给量限制。所选择的快速行程速度应小于滑台规定的快速行程速度。所选切削用量的每分钟工作进给速度应大于所选动力滑台额定的最小进给量。（4）行程 选用动力滑台时，必须考虑其允许的最大行程。所选定的动力部件总行程应小于所选动力滑台的最大行程。（5）主轴箱轮廓尺寸 为使加工过程中动力部件有良好的稳定性，不同规格的动力滑台与何种规格的动力箱配套使用，其上能安装多大轮廓尺寸的主轴箱是有一定限制的。可查组合机床通用部件相应标准的推荐值。（6）动力滑台导轨形式 动力滑台导轨组合有“矩-矩”和“矩-山”两种形式，前者一般多用于带导向引导刀具进行加工的机床及其他粗加工机床。后者导向性好，精度高，主要用于不带导向的刚性主轴加工及其他精加工机床。随着导轨制造工艺水平的提高，加工“矩-山”导轨的成本逐渐降低，因此，今后设计组合机床，以“矩-山”导轨的动力滑台进行配套将是必然趋势，这对提高组合机床的加工精度无疑是有益的。总切削功率=3.7=0.962Kw总轴向力P=5985.4N 综合考虑上述因素，根据具体加工要求选择合适的动力部件，并以此为基础进行通用部件的配套选择。（1） 动力箱的选择动力箱型号为TD32A，相应的电动机为JO2-21-4D，其功率为1.5Kw。动力箱与滑台的结合面尺寸：宽400mm，长500mm。动力箱与主轴箱的结合面尺寸：宽400mm，高400mm。（2） 动力滑台的选择采用机械动力滑台，其型号为HJ40B，台面宽400mm，长800mm，行程400mm，进给力16000N，快进速度6.4米/分，工进速度14.5-404米/分，驱动轴转速715r/min。（3） 通用配套部件侧底座型号CC40,立柱型号CL40B，钻削头型号TZ40。4 组合机床总体设计-三图一卡4.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是指根据已确定的工艺方案，表示一台组合机床或自动线对加工零件应完成的工艺内容的示意图，它包括加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求等内容。它不能用产品的零件图代替，而须在原零件图的基础上，突出本机床或自动线的加工内容及必要的说明进行重新绘制。它是进行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。其内容应包括以下几个方面：（1）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和尺寸。尤其是当需要中间导向套时，应表示出零件内部的筋、壁布置及有关结构的形状和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。（2）表示出加工用定位基准、夹紧部位及夹紧方向，以便依此进行夹具的定位支承（包括辅助定位支承）、限位、夹紧及导向系统的设计。（3）表示出本道工序加工部位的尺寸 、尺寸精度、表面粗糙度、形状位置精度及技术要求，另外还应表示出本道工序对前道工序提出的要求（主要指定位基准）。（4）表示出必要的文字说明，如被加工零件的编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。（5）绘制时，按一定的比例，细实线表示与本道工序加工无关的部分，粗实线表示被加工部位精度、粗糙度、位置精度、定位面及夹压方向。（6）凡本道工序保证的尺寸、角度等，应在基尺寸数值上打上方框，并在下面加一横线（粗实线）。具体情况见“加工工序图”。4.2 加工示意图4.2.1 加工示意图的作用和内容零件加工的工艺方案要通过加工意图才能反映出来。加工示意图表示：被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况，工件与夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，以及机床的工作行程和工作循环等。因此，它是刀具、辅具、夹具、主轴箱、液压和电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是对整台机床布置和技术性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的依据。其内容包括以下几方面：（1）应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。（2）根据加工部位的特点及加工要求，决定刀具的类型、数量、结构、尺寸（直径和长度）。（3）决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。（4）选择标准或设计专用的接杆、浮动卡头、导向装置、攻丝靠模装置、刀杆托架等，并决定它们的结构参数及尺寸。（5）标明主轴、接杆、夹具（导向装置）与工件之间的联系尺寸、配合及精度等。（6）根据机床的生产率及刀具和工件的材料等，合理确定并标注各主轴的切削用量。（7）加工示意图的绘制顺序是：先按比例用细实线绘出工件加工部位和局部结构的展开图，然后用粗实线绘出加工表面。为了简化，对同一主轴箱上结构尺寸完全相同的主轴，可只画一根，但必须在主轴上标注孔号。当轴数多时，可缩小比例。最后，用细实线画出加工部位简图，并标注孔号。（8）在加工示意图上，主轴的分布可不按真实距离绘制。但当被加工孔的间距很小时或需设置径向结构尺寸较大的导向装置时，相邻的主轴必须严格按比例绘制，以便检查相邻的主轴、刀具、辅具、导向装置等之间是否发生干涉。（9）主轴应从主轴箱端面画起。刀具画在加工终了位置上（攻丝加工则画在开始位置上）。对标准的通用结构，只须画出外廓，并须加注标准代号，对一些专用结构，则必须画出剖视图，并标注尺寸、精度及配合种类。4.2.2 选择刀具、工具、导向装置并标注其相关位置及尺寸（1）刀具的选择一般孔加工用刀具（钻、扩、铰等刀具）其直径的选择应与加工部位的尺寸、精度相适应，其长度的选择要保证加工终了时，刀具螺旋槽尾端面与导向装置外端面之间有定的距离。其标准见加工示意图。（2）导向装置的选择在组合机床上加工孔，除刚性主轴的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。选择导向装置的类型、形式和结构导向通常分为两类：一类是刀具导向部分与夹具导套之间既有相对移动又有转动的第一类导向，另一类是刀具导向部分只有相对移动而无相对转动的第二类导向或称旋转式导向。其相对转动部分通常以各种形式设置在刀杆上则称内滚式旋转导向；若相对转动部分设置在夹具上则称内滚式旋转导向。 第一类导向装置允许刀具的线速度V20m/min。除铰孔外，这类导向装置很少用于大直径的加工。第二类导向装置允许刀具的线速度V20m/min。这类装置一般用孔径在25mm以上的孔的加工，尤其是大直径镗孔时应用较多。在此选第一类导向装置。4.2.3 粗定主轴的类型、尺寸、外伸长度及选择接杆、浮动卡头查资料1表3-17和表3-18初定主轴直径D，再综合考虑加工精度和具体工作条件，根据资料1表3-21和表3-22决定主轴外伸部分的尺寸（轴端的外径和内径：D/d1，外伸长度L）及配套的刀具接杆莫氏圆锥号、攻丝靠模规格代号等。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到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。（1）动力部件的工作进给长度应等于工件加工部位的长度L（多轴加工时应按最长孔计算）与刀具切入长度和切出长度之和。 即 =L+=28+5+7=40（2）动力部件的快速退回长度等于快速引进与工作进给长度之和。快速引进是指动力部件把主轴箱连同刀具从原始位置送到工作进给开始位置，其长度按加工具体情况确定。在此处为155mm。（3）动力部件的总行程长度 动力部件的总行程除应保证要求的工作循环工作行程（快速引进+工作进给=快速退回）外，还要考虑装卸和调整刀具方便，即考虑前、后备量。前备量是指因刀具磨损或补偿制造、安装误差，动力部件尚可向前调节的距离。后备量是指考虑刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中取出所需要的轴向距离。L=155+40=195mm。4.3 机床总图4.3.1 机床总图的作用和内容机床总图表示机床各组成件的相互装配关系及各零件、部件、标准件、通用件等的名称、代号、数量和运动的关系，以检录机床各部件的相对位置及尺寸之间的联系是否满足加工要求，通用部件的选择是否合适等。它是主轴箱、夹具等专用部件及零件设计的依据。其内容应包括以下几个方面：（1）以适当数量的视图，按一定的比例，画出机床所有的部件、零件、通用件、标准件、专用件、附件等，完整的表明机床的装配关系，并按组合机床的设计规定进行编号和直接标注。主视图的选择应与机床实际加工状况一致。（2）运动部件的极限位置及行程长度，应在图中表示，并且要完整齐全。主视图和侧视图是用机床以表明主轴的传动系统、齿轮的排列机床位置、附加机构和、润滑泵的位置、润滑点的位置、手柄轴的位置和各轴的编号、主轴箱的轮廓、驱动轴的水平和垂直方向的位置尺寸、最低主轴的高度等。（3）绘制机床总图时应考虑的主要问题夹具尺寸的确定 夹具尺寸主要指夹具体的长X宽X高。对这些尺寸的确定，考虑工件的尺寸、形状、具体结构外，还要考虑能否布置下保证加工要求的定位、限位、夹紧机构及导向装置，并要考虑夹具底座与机床其他部件的连接、固定所需要的位置。机床装料高度H的确定 装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。组合机床的标准装料高度可视具体情况在850-1060毫米之间选取。选取装料高度H应考虑的主要因素是，应与车间里运送工件的滚道高度相适应，工件最底孔位置（毫米），主轴箱最底主轴高度（毫米）和所选通用部件、中间底座、夹具等高度尺寸的限制（滑台与滑座总高毫米），综合上述因素，机床装料高度取H=900毫米。中间底座尺寸的确定 中间底座尺寸主要满足夹具在其上安装连接的需要，同时满足配套部件对其的要求，因此应合理地选定中间底座尺寸。重要的是，一定要保证动力部件处于加工终了位置时，工件端面至主轴箱端面之间的距离应不小于加工示意图上所要求的距离。同时要考虑动力部件加工终了时，主轴箱与夹具外轮廓见应有机床调整、维修的距离。为便于切屑及冷却液回收，中间底座周边须有足够宽度的沟槽主轴箱尺寸的确定 有关标准中规定，卧式主轴箱厚325mm，立式主轴箱厚340mm。主轴箱的宽度B和高度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+2H=式中： b-工件在宽度方向相距最远的两孔距离（毫米）；-最边缘主轴中心距箱外壁的距离（毫米）；h-工件在高度方向相距最远的两孔距离（毫米）；-最底主轴高度（毫米）； b 和h为已知尺寸。为保证主轴箱有排布齿轮发足够空间，推荐70100毫米。 主轴箱最底主轴高度须考虑到与工件最底孔位置（=10毫米）、机床装料高度（H=900毫米）、滑台滑座总高（=250毫米）、侧底座高度（=560毫米）、滑座与侧底座之间调整垫高度（=5毫米）等尺寸之间的关系而确定。对于卧式组合机床，要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外。=+ H-（0.5+） =10+900-（0.5+250+5+560）=94.5毫米 若取=100毫米，则可求出主轴箱轮廓尺寸为： B=b+2=152+2100=352毫米H=198+94.5+100=392.5毫米 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为BH=400400毫米。4.3.2 其他应注意的问题机床总图要按加工终了时的状态画出。同时，要表明动力部件退回到最远时所处的位置。应注明电动机的型号、功率和转速。应注明动力部件的总行程。 应表明液压系统和电气控制按钮等的安装位置。当工件加工部位对其中心线不对称，而使动力部件对夹具和中间底座不对称时，应注明动力部件中心线与夹具中心线之间的偏移量。4.4 机床生产率计算卡（1）机床的理想生产率Q 指完成生产纲领A所要求的机床生产。它与全年工时总数K有关，一般情况下，单班制生产K取2350小时。 （件/小时） （2）实际生产率 指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。 （件/小时）式中： -生产一个零件所需的时间（分），它可根据下式计算 （分）式中： 、-分别为刀具第、第工作进给行程长度（毫米）； 、-分别为刀具第、第工作进给量（毫米/分）； -当加工沉孔、止口、倒角、光整表面时，动力滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态小旋转510转所需时间（分） 、-分别为动力部件快进、快退行程长度（毫米） -动力部件快进行程速度。采用机械动力部件取56米/分； 液压动力部件取310米/分； -工件装卸时间（3）机床负荷率 =根据组合机床的使用经验，适宜的机床负荷率为=0.750.90。生产率计算卡是只按一定格式要求标志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。本设计的机床生产率计算卡如表4.1所示。表4.1机床生产率计算卡被加工零件图 号A毛坯种类铸件名 称柴油机曲轴箱毛坯重量9Kg材料HT200硬度HB170220工序名称单面钻孔工序号序号工 步名 称被加工零件各数直径mm长度mm行程mm切削速度m/m转速r/min进给量工时minR/minmm/min机动时间辅助时间共计1装入工件11.51.52工件夹紧3滑台快进155mm0.0310.0314工进钻4个8.5孔并倒角8.5203517.66590.1598.80.3550.355钻2个6.7孔并倒角6.71635167600.1398.85滑台快退190mm0.0380.038备 注1、 单班制：5.55件/年，满足5万件/年的要求2、 装卸工时取决于操作者的熟练程度，对于本机床，计算时取1.5min生产一件。总 计1.924min单件工时1.924min机床生产率31件/小时机床负荷率77.45主轴箱设计5.1 原始依据图绘制主轴箱设计原始依据图。在编制此图时从“三图一卡”中已知：（1） 主轴箱轮廓尺寸400400毫米。（2） 工件轮廓尺寸及