1P65F上箱体缸体粗镗孔专机主轴箱设计

1 引言组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。组合机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工；可完成钻孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削、车孔端面等工序，随着组合机床技术的发展，其工艺范围日益扩大，如：焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。组合机床广泛应用于大批量生产的行业，如：汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业。主要加工箱体类零件，如气缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等；一些重要零件的关键加工工序，虽然生产批量不大，也采用组合机床来保证其加工质量。目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化的柔性化方向发展。本文根据工厂需要,设计能高效、高精度的进行上箱体缸体精镗孔专机上的主轴箱。1.1 组合机床的概念组合机床是一种自动化或半自动化的机床。无论是机械电气或电气控制的都能实现自动循环。半自动化的组合机床，工人只要将工件装夹好，按一下按钮，机床既可自动进行加工，加工一个循环停止。自动化的组合机床，工人只要将零件放到料斗或上料架上，机床即可连续不断地进行加工。组合机床的通用部件和标准件约占70%80%，这些部件是系列化的，可以进行成批生产。其余20%30%的专用部件是由被加工零件的形状、轮廓尺寸、工艺和工序来决定，如夹具、主轴箱、刀具和工具等。1.2 组合机床的发展历史1.2.1 国外组合机床的发展历史1911 年，美国为了加工汽车零件研制了组合机床。在发展初期，各机床制造厂都执行自己的通用部件标准。为了方便用户使用和维护，提高互换性，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定，确定了组合机床通用部件标准化的原则，并规定了部件间联系尺寸。1973 年 ISO 公布了第一批组合机床通用部件标准，使机床制造标准化做了行业性的规定。在刚过去的 20 世纪中，对机械制造装备进行了多次更新换代。50 年代为“规模效益”模式，即少品种大批量生产模式；70 年代，是“精益生产”模式，以提高质量，减低成本为标志，80 年代较多的采用数控机床、机器人、柔性制造单元和系统等高技术的集成机械制造装备；90 年代，机械制造装备普遍具有“柔性化”、“自动化”和“精密化”的特点，适应多品种小批量和经常更新产品的需要。1.2.2 国内组合机床的发展历史在改革开放以来，我国机械制造业迅猛发展。已经具备了成套生产加工各种精密的，高度自动化的以及高效率的组合机床和自动生产线，有些机床甚至已经接近世界先进水平。现在我国已经可以研制并生产出六轴五联动的系统，分辨率可以达到 1 微米，适用于复杂型体的加工。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。1.3 加工对象及用途1P65F 上箱体缸体粗镗孔专机是江苏林海动力机械集团自主研发的专机。江苏林海动力机械集团公司先后研制开发了排量从 26ML 到 520ML 的各种类型的二冲程、四冲程汽油机，卧式、立式、风冷、强制风冷、水冷、油冷及各种起动方式和用途的汽油发动机以及各类配套动力机械。主要产品有 ATV、CUV 等特种车辆；通用发动机及小型汽油发电机组、泵、油锯、风力灭火机、割灌机等小动力配套机械；摩托车及摩托车发动机等。1P65F 上箱体缸体粗镗孔机床是林海集团为了满足生产要求，自主研发的专机。它用来摩托车发动机活塞销孔的镗削，生产纲领：单班制 5 万台。摩托车发动机活塞销孔的镗削具有下列特点:1)孔公差要求严格;2)表面光洁度要求高:3)孔的几何形状要求较高;4)生产率较高。 本工序一般是在大量生产机床上进行的。通常采用三台机床:一台粗镗孔、一台精镗孔及一台切槽。不过,对于某些情况下的生产来说,分开在三台高效率的机床上加工的投资毕竟是不合算的。所以林海集团考虑到大批量生产，研发了专机。1P65F 上箱体缸体粗镗孔专机要求生产单班制年产 5 万件零件。属于大批量生产，在批量生产中为了提高生产率，必须注意缩短加工时间和辅助时间，而且尽可能使辅助和加工时间重合，使每个工位安装多个工件同时进行多刀加工，实行工序高度集中，因而广泛采用组合专用机床。组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。专用机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工；可完成钻孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削、车孔端面等工序，随着组合机床技术的发展，其工艺范围日益扩大，如：焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。组合机床是用已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成的多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高效专用机床，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。专用机床广泛应用于大批量生产的行业，如：汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业。主要加工箱体类零件，如汽缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等；一些重要零件的关键加工工序，虽然生产批量不大，也采用组合机床来保证其加工质量。1.4 组合机床的组成组合机床与一般所指的专用机床的最大不同点，在于组合机床是由大量通用部件及少量专用部件所组成。因此，通用部件是组合机床发展的一个很重要的基础及标志。所谓组合机床通用部件，通常是泛指在组合机床及其自动线的设计与使用中，可以相互更换使用的一些专能部件。这些部件是经过试制与试验而最后定型的。因此，相对而言，它的结构较可靠，使用性能是较稳定的。同时还可以组织专业厂进行生产，使用厂可以象买标准设备一样在市场上买到。这样便可以大大缩短设备的设计与制造周期，降低设备的制造成本。通用部件之所以能相互更换使用，这就是由于各种通用部件之间均有着统一的联系尺寸标准。在组合机床的零件总数中，通用零部件所占有的比重是较大的。一般可达60-70%，最高者则可达到90%以上。不仅如此，而且它的种类也是很多种的。大的通用部件可以是个床身、立柱、动力头、动力滑台及冷却系统等，小的通用部件则可以是个电气挡铁、液压元件（如油缸及单向阀）等。1.5 组合机床通用部件分类1.5.1 按在组合机床中所起作用分（1） 动力部件 例如动力头和动力滑台等。（2） 支承部件 例如滑台，床身，立柱及中间底座等。（3） 输送部件 例如回转分度工作台，回转鼓轮，自动线工作回转台及零件输送装置等。（4） 控制部件 例如液压元件，控制板，按钮台及电气挡铁等。（5） 其他部件 例如机械扳手，气动扳手，排屑装置及润滑装置等。1.5.2 按动力部件分（1） 液压通用部件优点：（a） 结构简单、工作可靠；（b） 进给量可无级调整（利用节流挑速器）；（c） 过载保护装置简单可靠；（d） 容易实现较复杂的工作循环。缺点：（a） 进给稳定性受油温影响；（b） 掌握液压元件的制造比较慢一些；（c） 液压系统出现故障，寻找较困难。（2） 机械通用部件优点：（a） 进给量稳定，不受温度和气候影响；（b） 掌握制造较快；（c） 发生故障，易于寻找及消除。缺点：（a） 不采用先进技术，实现进给量无级调整困难；（b） 结构较复杂，使用电机较多。（3） 气动液压通用部件。1.5.3 按动力部件实现的进给方式分（1） 箱体移动式 它是通过动力部件沿床身导轨的移动来实现刀具进给运动的，通常习惯称为大型通用部件。（2） 套筒移动式 它是通过主轴套筒的移动来实现刀具进给运动的，通常习惯称为小型通用部件。1.6 组合机床的特点和分类1.6.1 镗床组合机床的特点镗床组合机床主要是用镗刀在工件上镗孔的机床，通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。它的加工精度和表面质量要高于钻床。镗床是大型箱体零件加工的主要设备。镗床系指主要用镗刀在工件上加工已有预制孔的机床。通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。 1.6.2 镗床组和机床的加工特点加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动(主运动)。 1.6.3 组和机床镗床的分类(1) 卧式镗床我是镗床是镗床中应用最广泛的一种。它主要是孔加工，镗孔精度可达IT7，表面粗糙度 Ra 值为 1.6-0.8um.卧式镗床的主参数为主轴直径。 镗轴水平布置并做轴向进给，主轴箱沿前立柱导轨垂直移动，工作台做纵向或横向移动，进行镗削加工。这种机床应用广泛且比较经济，它主要用于箱体(或支架)类零件的孔加工及其与孔有关的其他加工面加工。 (2) 坐标镗床坐标镗床是高精度机床的一种。它的结构特点是有坐标位置的精密测量装置。坐标镗床可分为单柱式坐标镗床、双柱式坐标镗床和卧式坐标镗床。 有精密坐标定位装置的镗床，它主要用于镗削尺寸、形状、特别是位置精度要求较高的孔系，也可用于精密坐标测量、样板划线、刻度等工作。单柱式坐标镗床：主轴带动刀具作旋转主运动，主轴套筒沿轴向作进给运动。特点：结构简单，操作方便，特别适宜加工板状零件的精密孔，但它的刚性较差，所以这种结构只适用于中小型坐标镗床。双柱式坐标镗床：主轴上安装刀具作主运动，工件安装在工作台上随工作台沿床身导轨作纵向直线移动。它的刚性较好，目前大型坐标镗床都采用这种结构。双柱式坐标镗床的主参数为工作台面宽度。 卧式坐标镗床：工作台能在水平面内做旋转运动，进给运动可以由工作台纵向移动或主轴轴向移动来实现。它的加工精度较高。 (3)金刚镗床特点是以很小的进给量和很高的切削速度进行加工，因而加工 的工件具有较高的尺寸精度（IT6），表面粗糙度可达到 0.2 微米。 用金刚石或硬质合金等刀具，进行精密镗孔的镗床。 (4)深孔钻镗床深孔钻镗床本身刚性强，精度保持好，主轴转速范围广，进给系统由交流伺服电机驱动，能适应各种深孔加工工艺的需要。授油器紧固和工件顶紧采用液压装置，仪表显示、安全可靠。可选择下列几种工作形式：1.工件旋转、刀具旋转和往复进给运动，适用于钻孔和小直径镗孔；2.工件旋转、刀具不旋转只作往复运动，适用于镗大直径孔和套料加工；3.工件不旋转、刀具旋转和往复进给运动，适用于复杂工件的钻孔和小直径的钻孔和小直径镗孔。 (5)落地镗床工件安置在落地工作台上，立柱沿床身纵向或横向运动。用于加工大型工件。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面、多工位同时加工，是一种工序集中的高效率机床。组合机床加工，刀具是借助于钻摸板和镗模架，精加工机床采用高精度的导向，所以能稳定的保证产品质量。在本设计中我选用了卧式镗床，因为本道工序的加工要求不是很高。卧式镗床镗轴水平布置并做轴向进给，主轴箱沿前立柱导轨垂直移动，工作台做纵向或横向移动，进行镗削加工。这样不但方便加工，而且卧式镗床还比较便宜。同样的坐标镗床运用于高精度的加工，价格高，就不选用了。精钢镗床特点是以很小的进给量和很高的切削速度进行加工。本道工序要加工的孔径很大，而且年产 5 万件，属大批量生产，容不得我选它。深孔钻镗床比较适合镗孔，但一般的企业可能没有，为了生产零件而特意建一条生产线，有点过火了。落地镗床工件安置在落地工作台上，立柱沿床身纵向或横向运动。用于加工大型工件，我们加工的是摩托车零件，相对而言还是比较轻巧的，不利于选择落地镗床。2 本设计主要研究内容及加工方案的制定本设计研究内容是：完成 1P65F 上箱体缸体粗镗孔专机主轴箱设计2.1 原始资料数据介绍(1) 工件材质：ADC12 压铸铝(2) 工艺内容：上箱体要粗镗一个孔。要求生产纲领为单班制年产 5 万台上箱体的上端一个 62.5 的孔，本课题要求镗 64.5 的孔。2.2 主轴箱的总体设计方案零件加工工艺方案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，必须认真分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚性、加工部位的结构特点、加工精度、表面粗糙度，以及现场所采用的定位、夹紧方法、工艺过程、所采用的刀具及切削用量、生产率要求、现场的环境和条件等等。如条件允许，还应广泛收集国内外有关技术材料，制定出合理的工艺方案。指定工艺方案时，还要考虑下列几点基本原则：(1) 选择合适、可靠的工艺方案(2) 粗、精加工要合理安排(3) 工序集中原则(4) 定位基准及夹紧点的选择原则在确定工艺方案的同时，也就大体上确定了组合机床的配置形式和结构方案。但还得考虑下列影响因素的影响。(1) 加工精度的影响工件的加工精度要求，往往影响组合机床的配置形式和结构方案，例如，加工精度要求高时，应采用固定夹具的单工位组合机床，加工精度要求较低时，可采用移动夹具的多工位组合机床；工件各孔间的位置精度要求高时，应采用在同一工位上对各孔同时精加工的方法；工件各孔间同轴度要求较高时，应单独进行精加工等等。(2) 工件结构状况的影响工件的形状、大小和加工部位的结构特点，对机床的结构方案也有一定的影响。例如，对于外形尺寸和重量较大的工件，一般采用固定夹具的单工位组合机床，对多工序的中小型零件，则宜采用移动夹具的多工位组合机床；对于大直径的深孔加工，宜采用具有刚性主轴的立式组合机床等等。(3) 生产率的影响生产率往往是决定采用单工位组合机床、多工位组合机床还是组合机床自动线的重要因素。例如，从其他因素考虑应采用单工位组合机床，但由于满足不了生产率的要求，就不得不采用多工位组合机床，甚至自动线来进行加工。而在选择多工位组合机床时，还要考虑：工位数不超过2-3个，并能满足生产率要求时，应选用移动工作台时组合机床；工位数超过4个时才选用回转工作台或鼓轮式组合机床。(4) 现场条件影响使用组合机床的现场条件对组合机床的结构方案也有一定的影响。使用单位刃磨刀具、维修、调整能力以及车间布置的情况，都将会影响组合机床的结构方案。2.3 加工方案制定总体方案的图纸表达形式,三图一卡的设计，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，编制生产率计算卡。2.3.1 加工方案根据被加工零件的具体要求和生产纲领的需要，我们设计了下列方案，并根据适合企业年生产纲领要求，使其达到加工效率最高，成本最低。2.4 选择切削用量确定了组合机床上完成的工艺内容后，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、机床的布局形式及正常工作均有很大影响 5。2.4.1 镗孔专机切削用量选择的特点(1) 在大多数情况下，镗孔专机为多轴、多刀、多面同时加工。因此，所选择切削用量，根据经验应比一般万能机床单刀加工低 30%左右。(2) 镗孔专机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，要求所有的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。这个每分钟进给量（mm/min)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以设计成不同转速和选择不同的每转进给量（mm/r)与其相适应，以满足于不同直径工件的加工要求。2.4.2 确定切削用量应注意的问题(1) 尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能。由于连接动力部件的多轴箱上同时工作的刀具种类不同且直径大小不等，因此，切削用量选择也各有特点。如钻孔要求切削速度高而每转进给量小；铰孔却要求切削速度低而每转进给量大；铣端面则是要求切削速度低而每转进给量小；而同一多轴箱上的刀具每分钟进给量是相同的，要使每把刀具都能有合适的切削用量是很困难的。一般情况下，可先按各类刀具选择较合理的主轴转速 n(r/mm)和每分钟进给量f(mm/r),然后进行适当调整，使各个刀具的每分钟进给量相同，皆等于动力滑台的每分钟进给量。这样，各类刀具都不是按最合理的切削用量而是按一个中间切削用量工作。假如确实需要，也可按多数刀具选择一个统一的每分钟进给量，对少数刀具采取附加机构，使之按各自需要的合理的进给量工作，一达到合理使用刀具的目的。(2) 选择合理的切削用量时，应注意零件生产批量的影响。生产率要求不高时就没有必要将切削用量选的过高，以免降低刀具耐用性。对于要求生产率高的大批量生产用组合机床，要首先保证那些耐用度低，刃磨困难，造价高的所谓“限制性”工序刀具的合理切削用量。但须注意不能影响加工精度，也不能使刀具耐用度降低。对于“非限制性”刀具应采取不使刀具耐用度降低的某一极限值，这样可减少切削功率。镗孔专机通常要求切削用量的选择使刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于 4h。(3) 切削用量的选择应有利于多轴箱的设计。若能做到相邻主轴转速相近、相等，则可使多轴箱传动链简单。刀具带导向加工，若不便冷却润滑，则应适当降低切削速度。d) 选择切削用量时，还必须考虑所选动力滑台的性能。2.4.3 粗镗孔专机切削用量选择方法必须从实际出发，根据加工精度、工作材料、工作条件、技术要求等进行分析，按照经济的满足加工要求的原则，合理的选择切削用量，一般常用查表法。因为零件材料为铝合金，所以选择硬质合金钢镗刀具镗孔。查机械加工工艺设计实用手册表 15-37 得硬质合金钢镗铝合金材料孔时切削速度为 V=100m/min。根据要加工的孔的直径可以确定镗刀的直径为 64mm。根据 得：n =493.75r/min。.5641010wdvn根据机床说明书（见机械制造工艺设计简明手册表 4.2-8） ，与493.75r/min 相近的机床转速为 500r/min 和 600r/min。现选取 n=500r/min,如果选 n=600/min，则速度损失太大。所以实际切削转速 n=500r/min。2.5 确定刀具根据工艺要求及加工精度的不同，组合机床采用的刀具有:简单刀具（标准刀具） 、复合刀具及特种刀具。选择刀具结构应注意下述主要问题：（1） 要条件允许，为使工作可靠、结构简单、刃磨容易，应尽可能选择标准刀具或简单刀具。（2） 选择刀具结构时还需要认真分析被加工零件的特点。如加工硬度较高的铸铁或钢件时，为提高刀具耐用度，减少换刀时间以采用多刃绞刀或多刃镗刀头加工，以及解决断屑及排屑问题。（3） 在组合机床上，为了某种特殊的目的，需选用或设计特殊刀具的，可参考组合机床设计的有关资料。参考资料后，我选择的刀具为硬质合金钢镗刀刀具。查工艺手册表 12-27 得 64.5 镗孔刀具的耐用度为 2100min。经对照，所选刀具符合要求。2.6 确定夹具在设计夹具时，应严格遵照定位基准及夹紧点的选择原则，保证能迅速可靠的加工出精基准，保证各加工表面有足够的加工余量，并尽量使主要加工表面加工余量均匀，保证各加工表面与不加工表面之间的相互位置精度。同时必须考虑定位准确、夹紧可靠，夹具结构简单、操作方便。因此，应选择毛坯上平整、光洁，尺寸较大，没有浇注系统、冒口的不加工表面或加工余量小的表面做粗基准。根据加工的零件图分析，故采用“一面两销”为定位基准，应选择缸体的结合面做为平面精基准。定位和定向采用两装配销孔。这样使得加工基准和装配基准重合，能够保证本工序所加工的孔和其他孔和平面的位置精度。最后考虑到该组合机床加工时放置在可以进行大规模的加工的厂房中，再结合机床制造的最低成本，机床的传动系统为液压传动系统 63 “三图一卡”的编制编制“三图一卡”的工作内容包括：绘制被加工零件图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。“三图一卡”是组合机床总体方案的具体表现。3.1 被加工零件图被加工零件图是根据选定的工艺方案，表明零件形状、尺寸、硬度、以及在所设计的组合机床上完成的工艺内容和所采用的定位基准、夹压点的图纸。而且同时它也是组合机床设计的主要依据，也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。3.1.1 在被加工零件图上应标注的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或自动线完成的工艺内容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求、加工用定位基准、夹压部位及被加工的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情况的图纸。它不能用用户提供的产品图纸代替，而需在原零件图基础上，突出本机床及自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制的。它是组合机床设计的主要依据，也使制造、使用、验收和调整机床的重要技术文件。图上应表示出：(1) 被加工零件的形状和轮廓尺寸及预备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。(2) 加工用定位基准、夹压部位及夹压方向。以便依次进行夹具的定位、支承、限位、夹紧、导向装置的设计。(3) 本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求（主要指定位基准） 。(4) 必要的文字说明。如被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量及加工余量等。图3.1 上箱体零件图3.2 被加工零件工序图3.2.1 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或自动线完成的工艺内容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求、加工用定位基准、夹压部位及被加工的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情况的图纸。它不能用用户提供的产品图纸代替，而需在原零件图基础上，突出本机床及自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制的。它是组合机床设计的主要依据，也使制造、使用、验收和调整机床的重要技术文件。图上应表示出：(1) 被加工零件的形状和轮廓尺寸及预备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。(2) 加工用定位基准、夹压部位及夹压方向。以便依次进行夹具的定位、支承、限位、夹紧、导向装置的设计。(3) 本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求（主要指定位基准） 。(4) 必要的文字说明。如被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位余量等。3.2.2 绘制被加工零件工序图的注意事项(1) 为了使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） ，并把零件轮廓及机床、夹具设计有关的部位（用细实线）表示清楚。(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，尺寸应采用直角坐标系标注，而不采用极坐标系。但有时因所选择定位基准与设计基准不重合，则需对加工部位要求的位置精度进行分析换算。此外，应将零件图上不对称位置尺寸公差换成对称位置尺寸公差,其公差数值的决定要考虑两个方面，一是要能达到产品图纸要求的精度，二是采用组合机床能够加工出来。(3) 应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。如对多层壁同轴线等直径孔加工，若要求空表面不留退刀痕迹，则图纸上应注明要求“机床主轴定位，工件（夹具）让刀” 。加工零件工序图如图 3.2 所示:图 3.2 粗镗孔被加工零件工序图要加工 64.5 的孔，首先要考虑工件的装夹。工件上有已加工的面，平面度小于 0.05；2 个 6 的孔，表面粗糙度小于 1.6。根据工件上现有的孔和基准面，我们可以用一面两销的方法，一面控制三个自由度，圆柱销控制一个自由度，菱形销控制一个自由度。这样还剩一个自由度，完全满足定位准确，装夹方便的原则。加工的这个 64.5 的孔，要保证以 C 面为基准，达到小于0.03 的垂直度；要保证内孔的表面粗糙度小于 3.2,倒角的粗糙度小于 1.6。倒角为 20 度，长为 0.5mm。3.3 被加工零件示意图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，机床的工作行程以及工作循环等，是刀具、夹具、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须的重要技术文件。3.3.1 在加工示意图上应标注的内容（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、动力头之间的相对位置及联系尺寸。3.3.2 参数的确定（1） 刀具的选择上箱体的上端有一个64.5mm的孔，本课题要求粗镗64.5mm的孔，考虑到材料为铝合金铸造而成，故我们选用主偏角为45 。 ，未涂层的硬质合金刀具（2） 切削用量的初定表3.1 加工铝及铝合金的切削用量每转进给量f(毫米/转)加工直径d(毫米)切削速度V(毫米/分) 纯铝 铝合金长切屑 铝合金短切屑64.5 100-150 0.5-1.5 0.5-1.0 0.5-1.5本课题加工直径为64.5毫米的孔，根据上表取铝合金的切削速度100mm/min，每转进给量1mm/r（3）确定切削转矩、轴向力、径向力、切向力和切削功率根据选定的切削用量（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（齿轮、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格。本课题中高速钢钻头钻削切削铝的计算公式为扭矩：M=0.0589D2f0.633切削力：切向力 Fz=Cpzts0.75=92x1.5x10.75=138N径向力 Fy=Cpyt0.9s0.75=92x1.5 0.9x10.75=132.5N轴向力 Fx=Cpxts0.4=92 x1.5x 10.4=138N镗孔过程中起主要主用的是切向力故，切削功率: P 切 = 0*VKN（4）计算主轴直径主轴直径通常都是根据扭矩来计算的，计算时采用经验公式d=B (mm)4kpM式中 M 扭矩kpB 系数。根据主轴在100厘米长度上允许最大扭转角的数值来选取B值。允许最大扭转角1/4 1/2 1 1 22 2 1B 0.73 0.62 0.52 0.47 0.44 0.42通常，主轴允许最大扭转角为1/2度，即B取0.62，故在本次设计中，主轴直径为d=B =0.62 =34.29 mm，由机械制造装备设计表4-7得取4kpM41.3主轴最小值35mm，所以主轴最小的直径为35 mm。通过对所加工零件孔的分析，由工艺手册中表10-2可得，因工件孔径为 64.5 mm，考虑到还要倒角，故采用复合镗刀。所以第一把刀镗杆直径取50 mm，第二把刀镗杆直径取 55mm。其中杆部长度为249mm，和主轴连接部分长16 mm，经过进一步的总体分析，可以依次推出主轴各段的直径及长度，其如下图3.3.1所示。图3.3.1 主轴及镗刀形状图图3.3.2 粗镗孔加工零件示意图根据孔的加工要求，可知我设计的这一步为粗镗，加工要求不是很高。接着我参考了一些资料后，再加上导师的悉心讲解，现决定采用复合镗刀来完成本道工序，第一把刀镗 64.5的孔，第二把刀镗20度的倒角。主轴的转速为500r/min,v=100m/min,f=1r/mm,将镗刀杆用四个螺钉固定在主轴上，镗杆柄部留有一定的间隙，方便调整刀具。这样就可以在试刀过程中，调整了。镗削加工的整个过程分为快进90mm，工进120mm，快退210mm。快进和快退的时候，可以进给速度给的大点，这样可以减少加工中浪费时间，从而提高生产效率，为公司创造更多的财富。3.4 机床尺寸联系图3.4.1 联系尺寸图的作用及内容一般来说，组合机床是由标准的通用的部件动力滑台、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箱、刀、辅助系统，夹具，液、电、冷却、润滑、排屑系统组合装配而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配联系的运用关系，以及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适；并为进一步开展多轴箱、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，它表示机床的配置形式及总体布局。联系尺寸图的主要内容如下：(1) 适当数量的视图（一般为主、左、右视图）按同一比例画出机床各主要组成部件的外行轮廓及相关位置，表明机床的配置形式及总体布局、主视图的选择应与机床实际加工状态一致。(2) 图上应尽量减少不必要的线条。但反映各部件的联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部位的极限位置及行程的尺寸，必须完整齐全。至于各部件的详细结构不必画出，留在具体设计部件时完成。(3)为了方便开展部件设计，联系尺寸图上应注明通用部件的规格代号，电动机类型、功率及转速，并标明机床部件的分组情况及总行程。3.4.2 选择动力部件组合机床动力部件是配置组合机床的基础。它主要包括用以实现刀具主轴旋转主运动的动力箱、各种工艺切削用头及实现进给运动的动力滑台。滑台的选用液压动力滑台型号为 HY32，查表得滑台长 920mm,台面宽度为 320mm,行程250mm。3.4.3 选择通用部件配套滑台侧底座选用型号 1CC25,其长度为 1400mm,宽度为 520mm,高度为 698mm,滑座与侧底座之间有 5mm 间隙。机床装料高度 1110mm（国际标准 ISO） ，夹具底座高 164mm。3.4.4 电动机的选择(1)镗孔切削用量（铝合金）精镗 V =100-150m/min f=0.51.5mm/r根据实际情况取V =100 m/min f=1mm/r(2)功率的确定切向力 Pz=Cpzts0.75=92x1.5x10.75=138N径向力 py=Cpy.t0.9s0.75=132.5N轴向力 px=Cpx.ts0.75=138N镗孔过程中起主要主用的是切向力Pm=(Fzv+ )x10-3kw10.NwfFxm-机床传动效率，一般为0.75-0.85PePm/ m=1.38/(0.75_0.85)=(1.84-1.62)kw根据功率取2.2KW的电动机Y112M-6 额定功率2.2kw 转速940r/min电流5.61A效率80.5%额定转矩2.0净重45KGY90L-2 额定功率2.2kw转速2840r/min电流4.74A 效率82% 额定转矩2.2净重25kgY132S-8 额定功率2.2kw转速710r/min电流5.81A效率81% 额定转矩2.2净重70kg再根据同步转速1000 r/min和净重轻的比较好，综合考虑选用Y112M-6机械设计手册 第三版 第五卷 23-37确定电动机的总体尺寸，最后根据尺寸画出电动机。安装方式用四个螺钉和皮带轮箱体连接，而电动机和皮带轮的连接用紧定螺钉。用M6的紧定螺钉固定，再用铁丝固定，防止皮带轮的移动。图3.4.1 电动机结构图3.4.5 联系尺寸图的画法与步骤(1) 画主视图 主视图的图形布局一致，并应选择适当的比例。先用双点划线或细实线画出被加工零件的长*宽轮廓，以工件两端面及工件最低孔中心线 O1O1 分别为长度与高度方向上的基准，根据已确定的机床各组成部件轮廓尺寸及主要相关尺寸按顺序进行画图。以一机床左面为例，以工件左端面为基准，根据前面已经确定的工件端面到主轴箱前端面的最小距离为 325mm,确定机床左面主轴箱前端面的轴向位置。再根据主轴箱最低主轴高度位置尺寸 120mm 及主轴箱轮廓尺寸画出多轴箱外廓。主轴箱以其后盖与皮带轮箱定位连接，主轴箱以其底面与动力滑台定位连接，在机床长度方向上，通常主轴箱后端面应与滑台后端面到滑台前端面的距离决定。为了便于机床的调整和维修，滑座与侧底座之间须加 5mm 厚的调整垫。而滑座与侧底座在机床长度方向上的相对位置由滑座前端面到侧底座前端面的距离决定。(2)应注明工件、夹具、动力部件、中间底座对称中心线间的位置关系。特别是当工件加工部位对工作中心不对称和有某些具体条件时，动力部件相对夹具，夹具相对中间底座也就不对称，此时应表明它们相互间偏置的尺寸。(3) 应标注电机的型号、功率、转速及所选标准通用部件的型号规格和主要轮廓尺寸，并对组合机床的所有部件进行分组编号，作为部件和零件设计的原始依据。机床联系尺寸图如图 3.5 所示：图3.5 机床联系尺寸图机床联系尺寸图对无论是对机床的总体设计，还是对机床的主轴箱设计，都有一定的指导意义。联系尺寸图宏观的为我们指出了机床中心高，这样设计主轴箱时就能考虑到实际使用过程中的问题了。太高了工人加料，操作都会很不方便的，太低了同样会遇到这样的问题。机床联系尺寸图还对确定工件的装夹高度有指导意义。确定了中心高，我们就知道自己设计的夹具能不能用，会不会太高了，超过中心高了，就不能加工了。一般略低一些，可以用调整垫板调整，从而达到理想的加工位置。机床联系尺寸图还有个要考虑的重要问题是滑台加工的移动距离，如果移动距离过小，就会加工不了工件。所以在实际的设计过程中要选的大一点，当然也不用过分大，这样就不经济了。滑台本身的长度也要考虑下，会不会放不下主轴箱，会不会撞到皮带轮箱，鉴于这些问题，实际设计过程中，箱盖以及皮带轮箱体高度要比主轴箱稍微高点。机床联系尺寸图还要考虑材料的刚性，机床的床身要能承受主轴箱，工件，夹具体等重量。一般选用铸铁，比较便宜，抗压能力也比较好。3.5 机床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、负荷率等的技术文件。通过生产率计算率计算卡，可以分析所拟定的方案是否满足用户对生产率及负荷率的要求。机床的生产率Q 1（件/h）按下式计算Q1=60/T单 =60/（T 切 +T辅 ）式中 T 单- 单件工时（min）T切 -机加工时间（min）,包括动力部件工作进给和定磁阀停留时间t 停 。即 T 切 =L1/Vf1+L2/Vf2+t停L1 、L 2-分别为刀具的第、第工作进给行程长度（mm）Vf1 、V f2-分别为刀具的第、第工作进给量（mm/min）t停 -定磁阀停留时间一般在动力部件进给停止状态下，刀具切削5-10转所需的时间（min）T辅 -辅助时间（min），包括快进时间、快退时间t 移 ，装卸工件时间t 装 ；即T 辅 =( L3 +L4/ Vfk）+t 装 +t移L3 、L 4-分别为动力部件快进行行程长度、快退行程长度（mm）；Vfk-动力部件的快速移动速度（mm/min）t移 -快进时间、快退时间（min）t装 -装卸工件时间（min），一般为0.5-1.5min；机床负荷率按下式计算=Q/Q 1= tK/A Q1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(h)；单班制工作时t K=2400h；机床负荷率一般以65%-75%为宜。机床复杂时取小值，反之取大值。根据实际生产经验，本机床的装卸工件时间为1.4min。工件的定位和夹紧时间为0.05min。动力头的快进的行程为90mm,进给量为3000mm/min,用时为0.03min。动力头的工进的行程都为120mm,切速为100m/min(参考铸铁),进给量为1mm/r,工进时间为0.24min。动力头的快退的行程都为210mm,进给量为3000mm/min, 用时为0.07min。夹具松开工件的时间为0.05min。由上述所知：单件总工时为1.84min。机床生产率为32.6件/h,理论生产率为22件/h。根据机床负荷率计算公式：=Q/Q 1= tK/A Q1我们得到该机床的负荷率为64.4%。4 组合机床主轴箱设计4.1 主轴箱的用途、分类及组成4.1.1 组合机床主轴箱的用途及分类主轴箱是组合机床的重要部件之一，按专用要求进行设计，由通用零件组成。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船给主轴，使之得到要求的转速和转向。4.1.2 主轴箱的组成通用主轴箱主要由箱体、主轴、皮带轮、轴套的零件和通用（专用）的附加机构组成。4.2 主轴结构形式的选择主轴结构形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。轴承形式是主轴部件结构的主要特征，如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，而用向心推力轴承承受径向力。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。进行镗削加工的主轴，轴向切削力小，但不能忽略。有时由于工艺要求，主轴进退都要切削，两个方向都有切削力，一般选用前后支撑均为圆锥滚子轴承的主轴结构。这种轴承可承受较大的轴向力和径向力，且结构简单，轴承个数少，装配调整很方便，广泛用于扩孔、镗孔、铰孔等加工，上述两种主轴结构的径向尺寸较大，如主轴孔间距较小，只好用滚针轴承和推力球轴承组成前后支承，此种结构无论架构刚度、轴承本身精度和装配工艺性都较差，除非必要，一般最好不选用。主轴结构形式的选择，除了轴承外，还应考虑轴头结构。4.3 主轴箱的动力计算及动力箱的选择主轴箱所需的功率，应等于切削功率、空载消耗功率及负载成正比的附加功率之和，即：P 主 =P 切 +P 空 + P 附式中：P 主 主轴箱功率 P 切 主轴切削功率P 空 轴空载消耗功率P 附 轴附加功率上式中 P 切 已在切削用量计算中的到 P 切 = 1.635kw，P 空 和 P 附 的计算都须在传动结构确定以后才能进行。传动系统确定前可按下式初步估算多轴箱所需功率 P 主P 主 =P 切 /式中：P 切 各主轴切削功率的总和组合机床多轴箱传动效率加工黑色金属时取 =0.80.9；加工有色金属时取 =0.70.8。当主轴轴数多，传动复杂时取小值，反之取大值。 4.4 传动系统的设计与计算4.4.1 V带轮的结构设计 (1) 设计功率 Pd 由表 33.。1-12 查得工况系数 KA=1.1Pd=Ka.P=1.1x2.2=2.42kw(2) 选定带型 根据 Pd=2.42kw 和 N1=1000r/min,由图 33.1-2,3 或图 33.1-4选取，确定 V 带 A 型。(3) 传动比i=n1/n2=1000/500=2(4) 小带轮基准直径 DD1 按表 33.1-18 19 选定d1=90mm da1=95.5mm(5) 大带轮基准直径d2=180mm da2=185.5mm(6) 带速V=d p1n1/60x1000Vmax=4.71m/s普通 V 带 Vmax=25-30 m/s(7) 初定轴间距 0.7（d1+d2）a 02（d1+d2）189mma 0540mm 初定选取 a0=300mm(8) 所需基准长度 Ld0=2a0+/2（d1+d2）+(d2-d1) 2/4a0 Ld01032mm由表 33.1-7 选取基准长度 Ld=1000mm(9) 实际轴间距 A Aa 0+(Ld-Ld0)/2=284mm(10) 小带轮包角 =180-(d2-d1)/a x.57.3=161.8(11) 单根 V 带传递的额定功根据带型，d 1和 n1查表 33.1-17A P1=0.93(12) 传动比 i1 的额定功率增量 根据带型，n 1和 i 查表 33.1-17A-NP1=0.11(13) V 带根数Z=Pd/(P1+P1)Ka X KL=2.79Ka查表 33.1-13 小带轮包角修正系数Ka=0.95KL查表 33.1-15,16 带长修正系数KL=0.87(14) 单根 V 带的预紧力F0 mv2ZvPda)15(2./由表 33.1-14 查得 m=0.1kg/mF0=500( )X +0.1X(4.71)2=140.9N5.971.43X(15) 作用在轴上的力Fr=2F0Zsin =2x140.9x3xsin80=832.6N2a(16) 带轮的结构和尺寸由 Y112M-6 电动机可知，其轴伸直径 D=28mm,长度 L=60mm由表 33.1-22 查得，小带轮结构为实心轮。轮槽尺寸及轮宽按表 33.1-20 计算，最后画出小带轮的工作图图3.4.2 V带轮结构图4.5 主轴箱轮廓尺寸及相关系数动力部件的选择确定了主轴箱外形轮廓尺寸为 350230mm，根据动力箱输出轴高度为 120mm，故主轴箱最低主轴高度为 120mm，又根据工件定位的设计结果，工件定位中心到滑台距离为 120mm。4.6 强度校核4.6.1 轴设计计算和强度校核(1) 轴系结构的总体设计轴和其零件组成的系统称为轴系，轴是核心，直接与轴的功能配合的元件称为轴系元件，包括滚动与滑动轴承、联轴器与离合器、制动器等。为控制轴系振动的减振系统或减振器，为监控轴承或整个轴系工作的在线监测系统，也是现代机械轴系设计的内容。在有些机械设备中，由于位置和性质的重要性，或是工作环境的特殊性，轴系成为其中的关键，无论在设计或制造成本中都占有很大的比重。轴按其工作的特点分为三大类，它决定着轴系的总体结构：(a) 心轴 只用于支承转动零件，承受弯矩而不传递扭矩，按轴自身旋转与否分为固定心轴和转动心轴两类。(b) 传动轴 主要用于传递扭矩，不承受或只承受很小的弯矩。(c) 转轴 既用于支承转动零件，承受弯矩，又用于传递扭矩，是应用最广的类型。轴系的总体结构设计必须考虑如下几个方面：(a) 轴承形式的选择 轴承的形式直接影响轴系的结构，它分滚动与滑动轴承两大类，各类之中又包含众多形式，各有其适用场合。(b) 轴系自身的定位 轴必须在轴向有定位措施，这主要靠轴承的组合结构来实现。有的也可依靠相关零件的集合约束来保证。(c) 轴上零件的合理布置 轴上零件的布置方式对载荷分布有重要影响，并由此影响轴的强度或支承反力，最终影响轴的总体设计。(d) 联轴器与离合器的选型 为与其他轴系相联结，必须采用联轴器与离合器。联轴器形式的选择首先取决于轴与轴之间的位置偏差以及联轴器的补偿能力。弹性联轴器同时还是轴向减振和缓冲元件，带有特种功能的离合器则能对轴系的过载、超载等起保护作用。(2) 轴的材料及其选择轴的常用材料有碳素钢和合金钢。碳素钢对应力集中的敏感性较低，还可通过热处理改善其综合性能，价格也比合金钢低廉。依次应用较为广泛，常用45 号钢合金钢则具有更高的机械性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。在一般工作温度下碳素钢和合金钢的弹性模量基本相同。因此，用合金钢代替碳素钢并不能提高轴的刚度。各种热处理（如高温淬火、渗碳、氮化、氰化）以及表面强化处理（如喷丸、液压等），对提高轴的抗疲劳强度都有显著的效果。(3) 轴上零件的定位(a) 轴肩 用轴肩定位方便可靠，能承受较大的轴向载荷，应用较多。但轴肩处因轴截面的变化将