半轴套管-面钻孔专用机床设计【10张CAD图纸和文档完整资料】
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摘 要 应用组合机床加工大批量零件，快捷高效，生产效率高是机械加工的发展方向。本次设计任务是制定梳棉机箱体结合件的加工工艺、组合钻孔工序的工装设计、液压控制系统设计、组合机床设计。 在工艺制定过程中，通过生产批量的分析确定梳棉机箱体结合件的加工方案，并寻求最佳的工艺方案，借此说明了工艺在生产过程中的重要性；在组合钻孔工序的工装设计过程中，结合实例，介绍了夹具设计方法，特别是对孔的加工精度进行了探讨；在液压控制系统设计过程中，以钻孔组合机床为对象，依据液压系统设计的基本原理，拟出合理的液压系统图。通过系统主要参数的计算确定了液压元件的规格；在组合机床设计过程中，结合具体实例和设计经验, 阐述了通用件(如液压滑台，动力箱等)的选取及专用部件（如主轴箱）的设计计算。关键词：组合机床 多轴箱 工艺 钻夹具AbstractThis paper introduces the design of the box joint part of carding machine drill combination machine，which is widely used for its high efficiency. This design task includes five parts: working out processing technology of joint part of carding machine, design and assemble of drilling jig, design and assemble of main spindle box, design hydraulic control parts, design combination machine tool. During process planning, define the productive process of joint part of carding machine and find out the best process plan by analyzing production lot, which show process planning is very important in product process; this paper introduces experiences of attachment design by using a practical exampleIt focuses on discussing how to improve the precision of hole position; using two sides bore modular machine tool as an object, according to the basic principle of the hydraulic system design, formulates the reasonable schematic diagram, the hydraulic pressure part specification through computation of the system main parameters is determined; Some designing examples are analyzed in this paper, and the considerations are discussed for designing compo site tools for machining holes during designing combination machine tool, such as general parts (hydraulic slippery platform, driving force box, etc) selection and special use components (main spindle box) design .Key words: combination machine tool hydraulic transmission axle boxes handicraft 目 录目 录IV第1章 绪论71.1 组合机床71.2组合机床加工方式71.3 机床设计的目的、内容、要求71.3.1设计的目的71.3.2 设计内容81.3.3 设计要求81.4 机床的设计步骤81.4.1调查研究81.4.2 拟定方案81.4.3 工作图设计9第2章 组合机床的总体设计102.1 组合机床工艺方案的拟定102.1.1 确定组合机床工艺方案的基本原则102.1.2 组合机床工艺方案的拟订102.1.3 确定组合机床配置型式及结构方案应考虑的问题112.2 加工工序图122.2.1加工工序和加工精度122.2.2 被加工零件特点142.2.3 工件生产方式142.3 加工示意图142.3.1 技术分析142.3.2 刀具的选择142.3.3切削用量的选取152.3.4 确定主轴类型、尺寸、外伸长度152.3.5 选择接杆、浮动卡头162.3.6 动力部件工作循环及行程的确定162.4 机床联系尺寸图172.4.1机床联系尺寸图作用和内容172.4.2绘制机床尺寸联系总图之前应确定的内容172.4.3 机床分组202.5 机床生产率计算卡202.5.1 理想生产率Q202.5.2 实际生产率Q1212.5.3 机床负荷率212.5.4编制生产率计算卡21第3章 多轴箱设计223.1多轴箱的组成及表示方法223.1.1 多轴箱的组成223.1.2 多轴箱总图绘制方法特点223.2 多轴箱通用零件223.2.1 通用箱体类零件233.2.2 通用主轴、通用传动轴、通用齿轮和套233.3 绘制多轴箱设计原始依据图243.4 主轴、齿轮的确定及动力计算243.4.1 主轴型式的确定243.4.2 主轴位置的确定243.4.3齿轮模数253.4.4 多轴箱所需动力的计算253.5 多轴箱传动系统设计263.5.1 对多轴箱传动系统的一般要求263.5.2 拟订多轴箱传动系统的基本方法26第4章 夹具设计304.1 组合机床夹具概述304.2 定位支承系统314.3 夹紧机构334.5夹具结构的选择33第5章 液压系统方案设计345.1调速回路的选择345.2油源及其压力控制回路的选择345.3快速运动与换向回路355.4速度换接回路355.5压力控制回路355.6行程终点的控制方式355.7组成液压系统绘原理图36第6章 电路设计376.1关于各线路元件之间线路连接376.2关于电路原理图的一些说明38结论与展望41参考文献43致谢43 第1章 绪论1.1 组合机床组合机床（transfer and unit machine）组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状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。1.2组合机床加工方式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。 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀 具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转， 由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。1.3 机床设计的目的、内容、要求1.3.1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，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。1.3.2 设计内容(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 进行主运动传宁XX大学毕业设计(论文)半轴套管-面钻孔专用机床设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日摘 要组合机床组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状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。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面 等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。本文对半轴套管孔的加工工艺进行了详细的分析，就其孔的加工提出了“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钻孔组合机床设计。该组合机床由立柱、立柱底座、中间底座、液压滑台、动力箱、多轴箱等组成。本文对各部分的设计进行了详细的计算和论证。关键词：组合机床,多轴箱,主轴箱,夹具Abstract Combination of machine tools is based on common components, according to the workpiece with a specific shape and design of the processing components and special fixture, the composition semiautomatic or automatic special machine. Processing, workpiece generally does not rotate, by movement of the rotatable cutter and tool and workpiece relative feed movement, to achieve the drilling, reaming, counterboring, reaming, boring, milling, cutting and processing of external thread face and etc. Some combination machine adopts clamping workpiece machining head to rotate, by the tool for the feed movement, also can achieve some rotating parts ( such as car rear axle flywheel, etc.) of the face and processing.The half shaft bushing hole machining process was analyzed in detail, its hole on the processing of a fixture, multi-site processing, product design to achieve the required accuracy train of thought. According to this design drill hole modular machine tool design.The combination of machine tools by a column, column base, intermediate base, hydraulic slipway, the power box, box. In this paper, on the part of the design of the detailed calculation and verification.Key words: modular machine tool, spindle, spindle box, fixture目 录摘 要2Abstract3目 录41绪 论61.1 组合机床的国内、外现状61.1.1 国内组合机床现状61.1.2 国外组合机床现状71.2 机床设计的目的、内容、要求81.2.1 设计的目的81.2.2 设计内容81.2.3 设计要求91.2.4 机床的设计步骤91） 调查研究92） 拟定方案93） 工作图设计92 组合机床的总体设计102.1 组合机床方案的制定102.1.1 制定工艺方案102.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案。102.2 确定切削用量及选择刀具122.2.1 确定工序间余量122.2.2 选择切削用量122.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率132.2.4 选择刀具结构142.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制142.3.1 被加工零件工序图142.3.2 加工示意图152.3.3 机床联系尺寸图192.3.4 生产率计算卡212.4 多轴箱的设计232.4.1 绘制多轴箱设计原始依据图232.4.2 齿轮模数选择242.4.3 多轴箱的传动设计242.3.4 绘制传动系统图262.3.5 传动零件的校核26第3章 夹具设计273.1 夹具概述273.1.1 夹具分类273.1.2 机床夹具的现状273.1.3 现代机床夹具的发展方向283.2 夹具设计任务283.3 零件分析283.4 定位机构283.5 夹紧机构294 液压系统方案设计304.1调速回路的选择304.2油源及其压力控制回路的选择314.3快速运动与换向回路314.4速度换接回路324.5压力控制回路324.6行程终点的控制方式324.7组成液压系统绘原理图32第5章 电路设计345.1绘制系统电器控制的结构框图345.2选择中央处理器的类型345.3存储器扩展电路设计345.4 I/O口接口电路设计355.5 8031单片机的基本特性355.6 8031芯片引脚及其功能355.7 8031芯片内部的存储器结构及地址分配37结 论42参考文献431绪 论1.1 组合机床的国内、外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。1.1.1 国内组合机床现状我国加入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178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。（3）组合机床技术装备现状与发展趋势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。1.1.2 国外组合机床现状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。1.2 机床设计的目的、内容、要求1.2.1 设计的目的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，并培养自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。1.2.2 设计内容(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、密封等的布置和机构设计。即绘制装配图和零件工作图。(4)编写设计说明书1.2.3 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。1.2.4 机床的设计步骤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。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。3） 工作图设计首先，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。这些图子包括：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。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。2 组合机床的总体设计2.1 组合机床方案的制定2.1.1 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，并深入现场了解零件的形状、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，现场所采用的环境和条件等等。并收集国内外有关技术资料，制定出合理的工艺方案。根据被加工被零件（半轴套管）的零件图（图2-1），加工四个通孔的工艺过程：(1) 加工孔的主要技术要求。4个孔通孔直径17。孔的位置度公差为0.5mm。工件材料为HT200。 要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量3万件，大批量生产(2) 工艺分析加工该孔时，根据组合机床用的工艺方法及能达到的精度，可采用如下的加工方案：一次性加工通孔，孔径为17。 (3) 定位基准及夹紧点的选择加工此零件上的孔，底面限制三个自由度，断面限制三个自由度，位于中间的方孔起到了很好的定位作用。在保证加工精度的情况下，提高生产效率减轻工人劳动量，由于工件是大批量生产，夹具在本设计中没有考虑，因此在设计时就认为是人工夹紧。2.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案。(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。半轴套管钻孔的精度要求不高，可采用钻孔组合机床。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，被加工零件图如图2.1所示图2.1 被加工零件图(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。此半轴套管的材料是HT200、硬度HB170241、孔的直径为17。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平行的，并且定位基准面是水平的，工件较小，其孔分布较密集，多轴箱体积较大，所以分两次钻孔，选择卧式钻床。(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。按设计要求生产纲领为年生产量为2万件，从工件外形及轮廓尺寸，为了减少加工时间，采用多轴头，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) 机床使用条件根据使用组合机床对对车间布置情况、工序间的联系、技术能力和自然条件等的要求来选择适合的组合机床。综合以上所述：通过对法兰盘零件的结构特点、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，最终决定设计三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，以消除转、定位误差的影响。17mm的孔在钻孔时，直径上工序间余量均为0.2mm。2.2.2 选择切削用量确定了在组合机床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。因为所设计的组合机床为多轴同步加工在大多数情况下，所选切削用量，根据经验比一般通用机床单刀加工低30%左右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（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同转速和同的每转 进给量（mm/r）与其适应。以满足直径的加需要，即： 2.1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）由于法兰盘钻孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等，按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表的方法查得：孔钻头直径D=5.8mm，进给量f=0.18mm/r、切削速度v=18m/min.2.2.3 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）；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：切削力： =262.2 =2617=2185.19 N切削扭矩： =102.3 =10 =8924.96Nmm切削功率： =2.4 =8924.9618/(97403.1717)=0.38kw 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)2.2.4 选择刀具结构半轴套管的布氏硬度在HB170-241，孔径D为17mm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17的麻花钻。孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有3050mm的距离，以便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。2.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制总体设计方案的图纸表达形式“三图一卡”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、编制生产率卡。2.3.1 被加工零件工序图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，加工用的定位基准、夹具部位及被加工零件的材料、硬度等状况的图纸。它是在原零件图基础上，突出本机床的加工的内容，加上必要的说明绘制成的，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。半轴套管钻孔组合机床的被加工零件工序图如2.2所示。图上主要内容：（1）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。（2）本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。（3）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。2、绘制被加工零件工序图的注意事项（1）为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要图出被本机床的加工内容。绘制时，应按一定的比例，选择足够的视图及剖视图，突出加工部位（用粗实线），并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关部位（用细实线）表清楚，凡本道工序保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方面用粗实线标记。如图2.2中定位基准，机械夹压位置及方向，辅助支承均须用规定的符号表示出来。图2.2 被加工零件工序图（2）加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，为便于加工及检查，有时因所选定位基准与设计基准不重合，则须对加工部位要求位置尺寸精度进行分析换算。2.3.2 加工示意图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。图2.3为半轴套管钻孔的加工示意图图2.3加工示意图在图上应标注的内容：（1）机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。（2）工件、夹具、刀具及多轴箱端面之间的距离等。（3）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；刀具与导向置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式，刀具应按加工终了位置绘制。2、绘制加工示意图之前的有关计算（1）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。刀具的选择前已述及，此处就不在追述了。（2）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，也是绘制加工示意图时必须解决的内容。1）选择导向类型 根据刀具导向部分直径和刀具导向的线速度v=18m/min，选择固定式导向。2）导向套的参数 根据刀具的直径选择固定导向装置固定导向装置的标准尺寸如下表：表2.1 固定导向装置的标准尺dd1d2d3d4ll1l2l3l4L513.813.82230341701030173646固定装置的配合如下表：表2.2 固定装置的配合导向类别工艺方法DDD1刀具导向部分外径固定导向钻孔G7（或F8）H7/g6H7/n6g6固定导向装置的布置如图2.4所示图2.4 固定导向装置的布置（3）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（0）m,所以B取2.316，根据刚性条件计算主轴的直径为： dB2.5式中： d轴直径（mm）(22.51) T轴所承受的转矩（Nmm）B系数本设计中主轴直径d=25mm,主轴外伸长度为：L=115mm，D/为40/28。（4）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2.5所示， 图2.5 可调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2.3所示：表2.3 可调接杆的尺寸dD1(h6)d2d3Ll1l2l3螺母厚度28Tr282莫氏1号12.0612517551425012（5）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2.3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（图中的尺寸380mm）,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。（6）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=5mm，切出长度=1/3d+(38)= x13.8 +610mm，所以=30+7+10=45mm.（7）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120mm，快退长度等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度120-45=75mm. 图2.6 工作进给长度2.3.3 机床联系尺寸图图2.7 机床联系尺寸图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。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。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。（1）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。1）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。2）确定轴向进给力 滑台所需的进给力=42185.19=8745N 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8.745KN。3）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=75mm/min。所以选择1HY32A液压滑台，工作进给速度范围20650mm/min，快速速度10m/min。4）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。前备量的作用是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以及刀具磨损后能向前调整。本系统前备量为20mm，后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，为方便装卸刀具，这是取110mm,所以滑台总行程应大于工作行程，前备量，后备量之和。即：行程L120+20+110=250mm，取L630mm。综合上述条件，确定液压动力滑台型号1HY32A以及相配套的滑台底座（1CC321型）。（2）由下式确定动力箱的选用 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 2.640.380.81.9KW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Q235，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Y112M-6的1TD Y112M-6I型动力箱，动力箱输出轴至箱底面高度为125mm。主要技术参数如下表：表2.4主电机传动型号转速范围（r/min）主电机功率（）配套主轴部件型号电机转速输出转速D501TD32I9404702.21HY32A,1CC321,1CD3213、配套支承部件的选用立柱底座1CD321。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900mm。5、中间底座轮廓尺寸中间底座的轮廓尺寸要满足滑台在其上面联接安装的需要，又考虑到与立柱底座相连接。因此，中间底座采用侧底座1CD321。6、确定多轴箱轮廓尺寸本机床配置的多轴箱总厚度为325mm，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=288 H=428.5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=400500mm。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2.7 = 45/7510/415 =0.624 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510 r所需要时间。这里取10r辅助时间 T辅 = +t移+t装2.8 = （75120）/1000+0.1+2= 2.295min 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）,一般为0.050.13min,取0.1 min t装 装卸工件时间（min）一般为0.51.5min,取2min机床生产率 Q1 = 60/T单2.9 = 60/（T切+T辅） =60/（0.624+2.295） =14.76 件/h机床负荷率按下式计算 = Q1/Q100%2.10 = Q1tk/A100% =14.121950/20000100% =64.08% 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2.5 生产率计算卡2.4 多轴箱的设计2.4.1 绘制多轴箱设计原始依据图多轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的如图2.8所示:图中多轴箱的两定位销孔中心连线为横坐标，工件加工孔对称，选择箱体中垂线为纵坐标，在建立的坐标系中标注轮廓尺寸及动力箱驱动轴的相对位置尺寸。主轴部为逆时针旋转（面对主轴看）。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 2.6所示：表2.6 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、23、448/28115钻13.8415180.1875注：1被加工零件编号及名称：箱盖；材料：HT200 JB297-62；硬度: HB170-2412动力部件型号：1TD32I动力箱，电动机型号Y112M-65；功率P2.2kw。2.4.2 齿轮模数选择本组合机床主要用于钻孔，因此采用滚珠轴承主轴。齿轮模数m可按下式估算： m=(3032)=322.12.11式中：m估算齿轮模数 P齿轮所传递率（kw） Z对啮合齿中的小齿轮数 N小齿轮的转速（r/min）多轴箱输入齿轮模数取m=2.5。2.4.3 多轴箱的传动设计（1）根据原始依据图（图2.8），画出驱动轴、主轴坐标位置。如下表：表2.7 驱动轴、主轴坐标值坐标销O1驱动轴O主轴1主轴2主轴3主轴4X17503737-37-37Y070.585.5173.5173.585.5（2）确定传动轴位置及齿轮齿数图2.9 齿轮的最小壁厚1）最小齿数的确定为保证齿轮齿根强度，有组合机床简明设计手册知，驱动所以驱动轴齿数要在21-24之间。2）传动轴2为主轴1，2，3，4都各自在同一同心圆上。多轴箱的齿轮模数按驱动轴出轮估算 2.17多轴箱输入出轮模数取m=2.5。主轴1，2，3，4要求的转速一致且较高，所以采用降速传动。主轴齿数选取Z=21，传动齿轮采用z=22齿的齿轮，变位系数。传动轴的转速为:2.15由于前面选取了主轴直径为48，显然传动轴直径都选取40，这样为了减少传动轴种类和设计题目需要由于传动轴转速是，则驱动轴至传动轴的传动比为:2.16所以选择两级传动，且传动比分配为：一级为1.01.0;二级为1.41.0。驱动轴的直径为40mm，由组合机床简明设计手册查得知：t=33.3mm,当m=3时，驱动轴上的齿数为：Zmin2.17去驱动齿轮齿数Z=24。通用的齿轮有三种，即传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮。材料均为45钢，热处理为齿部高频淬火G54。本机床齿轮的选用按照下表选用表2.8齿轮种类宽度（mm）齿 数模数（mm）孔径（mm）驱动轴齿轮24321750连续17702、2.5、32、2.5、3、415、20、30、35、4025、30、35、40、50传动轴齿轮44（B型）21-24325、30、35、40、50输出轴齿轮3221-24318、22、28、32、36计算各主轴转速使各主轴转速的相对转速损失在5%以内，由公式：V= 知： n1=n2=n3=n4=18x1000/3.17/13.8=415r/min2.182.3.4 绘制传动系统图传动系统图是表示传动关系是示意图，即用以确定的传动轴将驱动轴和各主轴连接起来，绘制在多轴箱轮廓内的传动示意图图中传动轴齿轮和驱动轴齿轮为第排。在图中标出齿轮的齿数、模数、变位系数，以校核驱动轴是否正确。另外，应检查同排的非啮合齿轮是否齿顶干涉；还画出主轴直径和轴套直径，以避免齿轮和相邻的主轴轴套相碰。2.3.5 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4，由它驱动的有主轴1、2、3、4和油泵轴6。主轴扭矩：T1=T2=8924.96Nmm油泵轴的扭矩：查得R12-1A油泵的最高压力为0.3MPa、排量为4.88ml/r。假设在理想无泄漏状态，即： Pq=T式中：P油泵的压力N/ q油泵的排量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 =550r/min=9.17r/s2.19 q=4.889.17=53.92ml/r=53.9210-6m3/s2.20 =2n/60=23.17550/602.21 =57.57rad/s代入公式： Pq=T2.2253.9210-60.3106=57.57T6解得：T6=281NmmT5=T1/i5-1+T4/i5-4+T7/i5-72.23=23273.45/0.917+281/0.667=44093.06Nmm根据 d=B=2.316=33.6mm35mm因此传动轴4是符合要求的。第3章 夹具设计3.1 夹具概述3.1.1 夹具分类由机械制造工艺系统的组成机床、工件、刀具和夹具可以看出夹具在机械加工中占有很重要的地位，是制造系统的重要组成部分。无论是传统制造还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。尤其在成批生产时更是大量的采用机床夹具，它们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对与机床或刀具获得正确的位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围。机床夹具按其通用特性划分可分为：通用夹具、专用夹具、可调夹具、成组夹具、组合夹具、随行夹具。按所使用的机床划分可分为：车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、磨床夹具、镗床夹具等。机床夹具的组成元件一般包括：定位元件及定位装置，夹紧元件及夹紧装置，导向元件，对刀元件及定向元件，夹具体，其它元件及装置。3.1.2 机床夹具的现状国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔34年就要更新5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为1020左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：(1) 能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本； (2) 能装夹一组具有相似性特征的工件； (3) 能适用于精密加工的高精度机床夹具； (4) 能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；(5) 采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率； (6) 提高机床夹具的标准化程度。 3.1.3 现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面：(1) 标准化：机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。(2) 精密化：随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5m 。(3) 高效化：高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。(4) 柔性化：具有高度柔性的夹具，能实现多种工艺要求的、具有一定相似性的不同零件的定位夹紧，缩短零件加工的准备时间和辅助时间，稳定性好，可靠性强。3.2 夹具设计任务为提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，故需设计专用夹具。根据设计任务书的要求为设计专用夹具。所用机床为前面章节所设计的双面卧式组合机床，生产规模为大批生产，孔精度要求IT13。3.3 零件分析本设计是要为钻孔的夹具，最终实现将工件定位，更加精确和方便的完成钻孔工作，并保证能夹紧工件，夹紧力要适中，不要使工件变形，又能保证工件所要求的加工精度。零件图标出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等总体要求，它决定了工件在机床夹具中的放置方法，是设计机床夹具总体结构的依据,本工件放置方法应如图4-1所示。装配图给出了零件本工序的定位、夹紧原理方案。工件的工序基准、已加工表面决定了机床夹具的方位方案，如选用平面定位、孔定位以及外圆面定位等；定位方案的选择依据六点定位原理和采用的机床加工方法，定位方案不一定要定六个自由度，但要完全定位。工件的待加工表面是选择机床、刀具的依据。确定夹紧机构要依据零件的外型尺寸，选择合适的定位点，确保夹紧力安全、可靠同时夹紧机构不能与刀具的运动轨迹相冲突。3.4 定位机构定位支承系统主要由定位支承、辅助支承和一些限位元件组成。定位支承是指在加工过程中维持被加工零件有一定位置的元件，辅助支承是仅用作增加被加工零件在加工过程中刚度及稳定性的一种活动式支承元件。由于定位支承元件直接与被加工零件接触，因此其尺寸、结构、精度和布置都直接影响被加工零件的精度。因此设计时应该注意以下几点：(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。最好使夹压力的位置对准定位支承元件。(2) 提高刚性，减少定位支承系统的变形。(3) 提高定位支承系统的精度及其元件的耐磨性，以便长期保持夹具的定位精度。(4) 可靠地排除定位支承部件的切屑。此外，选择工艺基面应该遵循下面的原则：1、应当尽量选用设计基面作为在组合机床上加工用的定位基面，这样能减少累积误差，有利于保证加工精度。但在某些情况下却必须改用其他面作为定位基面。2、选择的定位基面应确保工件稳定定位。定位的支撑面应该大一些，力求已加工面做为定位基面，在本次的加工中，顶面是已经加工过的，而且满足一定的技术要求，面积也比较大，因此选择顶面做为定位基面符合要求。3、选择基面应该考虑夹紧方便，夹具结构简单。常见定位元件有支承钉、支承板、定位销、锥面定位销、V型块、定位套、锥度心轴等。在夹具设计中，定位方案不合理，工件的加工精度就无法保证。工件定位方案的确定是夹具设计中首先要解决的问题。设计夹具是原则上应选该工艺基准为定位基准。无论是工艺基准还是定为基准，均应符合六点定位原理。由于该零件的加工是钻12-12孔并以底面和底面上的两孔定位，为一面两销定位，因此本次设计采用的定位机构为定位支承板和伸缩式定位销定位。定位支承板限制三个自由度，圆柱销限制两个自由度，菱形销限制一个自由度，实现六点定位，完全限制自由度。3.5 夹紧机构1、夹紧力的方向的确定：(1)夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面。(2)夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。(3)夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。2 、夹紧力的作用点的选择：(1)夹紧力的作用点应与支承点“点对点”对应，或在支承点确定的区域内，以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形。(2)夹紧力的作用点应选择在工件刚度高的部位。(3)夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性。(4)夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。3、夹紧机构的基本要求(1) 在夹紧过程中，工件应能保持在既定位置，即在夹紧力的作用下，工件不应离开定位支承。(2)夹紧力的大小要适当、可靠。既要使工件在加工过程中不产生移动和振动，又不使工件产生不允许的变形和损伤。(3)夹紧装置应操作安全、方便、省力。夹紧装置的自动化程度和复杂程度应与工件的产量和批量相适应。基本要求4、选择夹紧机构：设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则：(1)夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位。(2)工件和夹具的变形必须在允许的范围内。(3)夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构(4)必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。(5)夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。(6)夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应4 液压系统方案设计 4.1调速回路的选择该机床液压系统的功率小,速度较低；钻镗加工时连续切削，切削力变化小，故采用节流调速的开式回路是合适的，为了增加运动的平稳性，防止钻孔时工件突然前冲，系统采用调速阀的进油节流调速回路，并在回油路中加背压阀。4.2油源及其压力控制回路的选择该系统由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，因此为了节能，考虑采用双联叶片泵油源供油。4.3快速运动与换向回路由于系统要求快进与快退的速度相同，因此在双泵供油的基础上，快进时采用液压缸差动连接快速运动回路，快退时采用液压缸有杆腔进油，无杆腔回油的快速运动回路。4.4速度换接回路由工况图可以看出，当动力头部件从快进转为工进时滑台速度变化较大，可选用行程阀来控制快进转工进的速度换接，以减少液压冲击。4.5压力控制回路在泵出口并联一先导式溢流阀，实现系统的定压溢流，同时在该溢流阀的远程控制口连接一个二位二通电磁换向阀，以便一个工作循环结束后，等待装卸工件时，液压泵卸载，并便于液压泵空载下迅速启动。4.6行程终点的控制方式这台机床用于钻、镗孔（通孔与不通孔）加工，因此要求行程终点的定位精度高因此在行程终点采用死挡铁停留的控制方式。4.7组成液压系统绘原理图将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充，即组成如下图1-3所示的液压系统图。为便于观察调整压力，在液压泵的进口处、背压阀和液压缸无腔进口处设置测压点，并设置多点压力表开关。这样只需一个压力表即能观测各点压力。 图1-3液压系统原理图液压系统中各电磁铁的动作顺序如表3-2所示。动作名称1YA2YA工作台快进+-工作台工进+-工作台快退-+液压泵卸载-3-2电磁铁动作顺序表第5章 电路设计5.1绘制系统电器控制的结构框图 根据总体方案及机械结构的控制要求，确定硬件电路的总体方案，绘制系统电气控制的结构框图。 数控系统是由硬件和软件两部分组成。硬件是组成系统的基础，有了硬件，软件才能有效地运行。硬件电路可靠性直接影响到数控系统性能指标。机床硬件电路由以下五部分组成：（1）主控制器，即中央处理单元（CPU）；（2）总线，包括数据总线、地址总线和控制总线；（3）存储器，包括程序存储器和数据存储器；（4）接口，即I/O输入/输出接口电路；（5）外围设备，如键盘、显示器及光电输入机等。5.2选择中央处理器的类型在微机应用系统中，CPU的选择应考虑以下因素：（1）时钟频率和字长，这个指标将控制数据处理的度；（2）可扩展存储器的容量；（3）指令系统功能，影响编程灵活性；（4）I/O口扩展的能力，即对外设控制的能力；（5）开发手段，包括支持开发的软件和硬件电路。此外还要考虑到系统应用场合、控制对象对各种参数的要求，以及经济价格比等经济的要求。 目前在机床中，一般选用MCS51系列单片机作为主控制器。5.3存储器扩展电路设计存储器扩展电路设计应该包括程序存储器和数据存储器的扩展。在选择程序存储器芯片时，要考虑CPU和EPROM时序的匹配，还应考虑最大读出速度、工作温度及存储器的容量等问题。 在存储器扩展电路的设计中还应包括地址锁存器和译码电路的设计。5.4 I/O口接口电路设计应包括接口芯片的选用，步进电机控制电路、键盘显示电路以及其他辅助电路的设计。3.4 .1 MCS51系列单片机的选用MCS51系列单片机主要有三种型号的产品：8031、8051和8751。三种型号的引脚完全相同，仅在内部结构上有少数差异。8031片内无ROM，适用于需扩展ROM，可在现场修改和更新程序存储器的应用场合，其价格低，使用灵活，非常适合在我国使用。此次作业使用的是8031芯片。5.5 8031单片机的基本特性8031单片机具有以下几个特点：（1）具有功能很强的8位中央处理单元（CPU）；（2）片内有时钟发生电路（6MH或12MH）、每执行一条指令时间为 或 ；（3）片内具有128字节的RAM；（4）具有21个特殊寄存器。（5）可扩展64K字节的外部数据存储器和64K字节的外部程序存储器；（6）具有4个I/O口，32根I/O线；（7）具有2个16位定时器/计数器；（8）具有5个中断源，配备2个中断优先级；（9）具有一个全双功串行接口；（10）具有位寻址能力，适用逻辑运算。从上述特性可以看出这种8031芯片集成度高、功能强，只需增加少量外围器件就可以构成一个完整的微机系统。5.6 8031芯片引脚及其功能 8031芯片具有40根引脚，其引脚图如下。40根引脚按其功能可以分为四类：1.电源线 2根。Vcc：编程和正常操作时的电源电压，接+5V。Vss：地电平。2.晶体振荡器 2根。XTAL1：振荡器的反向放大器输入。使用外部振荡器时必须接地。XTAL2：振荡器的反向放大器输出和内部时钟发生器的输入。当使用外部振荡器时用于输入外部震荡信号。3.I/O口 共有P0、P1、P2、P3四个8位口，32根I/O线，其功能如下：（1）P0.0P0.7（AD0AD7）是I/O端口0的引脚。端口0是一个8位漏极开路的双向I/O端口。在存取外部存储器时，该端口分时地用作低8位的地址线和8位双向的数据端口（在此时内部上拉电阻有效）。（2）P1.0P1.7端口1的引脚，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O通道，专供用户使用。（3）P2.0P2.7（A8A15）端口2的引脚。端口2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址A8A15。（4）P3.0P3.7端口3的引脚。端口3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，该口的每一位均可独立地定义第一I/O口功能或第二I/O口功能。作为第一功能使用时，口的结构与P1操作与口完全相同，第二功能如下所示：口引脚 第二功能P3.0 RXD (串行输入口)P3.1 TXD (串行输出口)P3.2 INT0 (外部中断)P3.3 INT1 (外部中断)P3.4 T0 (定时器0外部输入)P3.5 T1 (定时器1外部输入)P3.6 WR (外部数据存储器写选通)P3.7 RD (外部数据存储器读选通)由上看出，8031单片机不是将地址总线、数据总线和控制总线分开，而是地址线、数据线和部分控制均由I/O口完成。4.控制线（1）PSEN：程序存储器的使能引脚，是外部程序存储器的选通信号，低电平有效。从外部程序存储器取数时，在每个机器周期内二次有效。（2）EA/VPP：EA为高电平时，CPU执行内部程序存储器的指令。EA为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器的指令。因为8031芯片没有内部程序存储器，所以EA必须接地。（3）ALE/PROG：ALE是地址锁存器使能信号。作为地址锁存允许时高电平有效。因为P1端口是分时传送数据和低8位地址。所以访问外部存储器时，ALE信号锁存低8位地址。即使在不访问外部存储器时，也以1/6振荡频率的固定频率产生ALE，因此可以用它作为外部的时钟信号。ALE主要是提供一个定时信号，在从外部程序存储器取指令时，把P0口的低位地址字节锁存到外接的地址锁存器中。（4）RST/VPD：是复位/备用电源端。在振荡器运行时，使RST引脚至少保持两个机器周期为高电平，可实现复位操作，复位后程序计数器清零，即程序从0000H单元开始执行。在VCC关断前加上VPD（掉电保护）RAM的内容将不变。5.7 8031芯片内部的存储器结构及地址分配8031芯片内部无程序存储器，只有256 字节的数据存储器，地址从00H7FH，其地址分配如下图：8031芯片内部256字节的空间被分成两部分，其中内部数据存储器（RAM）地址为00H7FH，特殊功能寄存器（SFR）的地址为80HFFH。在内部数据存储器中的00H1FH为四个工作寄存器区，其中： 0区 00H07H 1区 08H0FH 2区 10H17H 3区 18H1FH 每个区都有8个8位寄存器R0R7。可以用来暂存运算的中间结果，以提高运算速度。其中的R0和R1还可以用来存放8位地址。要确定采用哪个工作寄存器区，可通过标志寄存器PSW中的RS0、RS1两位来指定。 从20H2FH是“位寻址”空间。在此空间中，CPU既可对其执行按字节操作，又可对其中每个单元的8位二进制代码执行按位的操作。从30H7FH是可以按字节寻址的数据缓冲区，在此区域中可以设置堆栈。由于8031复位后堆栈指针SP指向工作寄存器区（即SP=07H），所以用户必须在初始化程序中对SP设置30H以后的地址区间为初值。 8031芯片内部没有程序存储器，且仅有128字节的数据存储器，因而再组成控制系统时可根据需要扩展外部程序存储器和外部数据存储器。由于地址线是16位的，故最多能扩展64KB程序存储器和64KB数据存储器，其地址均为0000HFFFFH，即程序存储器和数据存储器为独立编址；因此EPROM和RAM的地址分配比较自由，编程时不必考虑地址冲突问题。 MCS51的程序存储器的寻址空间为64K字节，8031片内不带ROM，用作程序存储器的器件是EPROM。由于综合作业设计要求扩展的程序存储器和数据存储器必须大于等于16KB，所以在此选取程序存储器为一片27128和数据存储器为两片6264。一、程序存储器的扩展1、27128芯片的结构及工作方式 27128芯片为28脚双列直插式扁平封装芯片，其引脚排列如下图：图中VPP是编程电压端，PGM是编程控制端，OE是输出使能端，CS是片选端，它们均为低电平有效。下表是EPROM工作方式选择。表中VIH表示输入高电平，VIL表示输入低电平，芯片的数据引脚是三态的，当芯片未选中，即CS是高电平时，它们处于高阻状态，不会影响其他芯片输出状态。而当CS和OE均为低电平时，芯片被选中，其存储内容从数据端输出，即处于
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