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摘 要
本文对曲轴箱箱体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。
在工艺制定过程中，通过批量的进行钻底孔的加工方案，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。本人的设计的主要内容是：进行了机床总体布局设计；对机床的进给和传动部分进行了设计；结合实例，介绍了夹具设计方法；通过此设计，本机床完全能满足设计要求，与传统的机床相比，本机床具有自动化程度高，生产率高，精度高等优点。
关键词：组合机床；钻底孔；夹具设计；手动
Abstract
This paper makes a detailed analysis on the machining process of the reducer hole, the hole processing put forward "one time clamping, multi station processing, reachthe precision requirement of product pattern" idea. According to this idea, the design of drill hole modular machine tool design. The combined machine tool by the column, column base, base, hydraulic pressure sliding table, the power box, multi axle box etc.. In this paper, the detailed calculation and verification of the design of each part.
In the process of the development process, through the batch drilling bottom hole processing scheme, and to seek the best technology solutions, which illustrates the importance of the process in the production process. The main contents of the design are: the general layout design of machine tool; feed and transmission part of the machine is designed; combined with the example, introduces the design method of fixture; with this design, this machine can meet the design requirements, compared with traditional machine, this machine has a high degree of automation, high productivity, advantages high precision.
Key Words: modular machine tool; drilling bottom hole; fixture design; manual
目 录
1 绪论 1
1.1组合机床的概论 1
1.2 组合机床的发展现状与趋势 1
1.3 机床设计意义、内容、要求 2
1.3.1设计的意义 2
1.3.2 设计内容与要求 3
2 组合机床的总体设计 4
2.1 组合机床方案的制定 4
2.1.1 制定工艺方案 4
2.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案 4
2.2 确定切削用量及选择刀具 6
2.2.1 确定工序间余量 6
2.2.2 选择切削用量 6
2.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率 7
2.2.4 选择刀具结构 7
2.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制 8
2.3.1 被加工零件工序图 8
2.3.2 加工示意图 5
2.3.3 机床联系尺寸图 14
2.3.4 生产率计算卡 17
2.4 多轴箱的设计 15
2.4.1 绘制多轴箱设计原始依据图 15
2.4.2 齿轮模数选择 20
2.4.3 多轴箱的传动设计 20
2.4.4 绘制传动系统图 22
2.4.5 传动零件的校核 23
3 钻孔夹具设计 24
3.1 研究原始质料 24
3.2 定位、夹紧方案的选择 24
3.3切削力及夹紧力的计算 24
3.4 误差分析与计算 26
3.5定位销选用 27
3.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用 28
3.7夹具设计及操作的简要说明 25
结论 31
参考文献 32
致 谢 33
1 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70～80%，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 组合机床夹具概述
“工欲其善，必先利其器”这是我国劳动人民在生产斗争中对工具重要性所作的结论。在现代化生产中，工具（工艺装备）的作用也是如此。在机械制造工业中，为了达到保证产品质量、改善劳动条件、提高劳动生产率及降低劳动成本的目的，在工艺过程中，除机床等设备外还大量使用着各种工艺装备。它包括夹具、模具、刀具、辅助工具及其测量工具等。因此，广义地说，夹具是一种保证产品质量并便利和加速工艺过程的一种工艺装备。不同的夹具，其结构形式、工作情况、设计原则都不同，但就其数量和生产中所占的地位来说，应该以机床夹具为首。
机床夹具设计是工艺准备工作的重要内容之一。夹具设计的质量对生产率、加工成本以及生产安全等都有直接的影响，为此设计夹具时应考虑以下几个方面的基本原则和要求。
1) 能保证工件的加工要求。保证加工质量是设计时首要考虑的要求，即必须稳定地达到工序图上所规定的加工精度和表面粗糙度。这主要有所设计的定位装置（有时要结合夹紧一起考虑）来保证。
2) 能提高加工效率。所设计的夹具结构在与生产批量相适应的条件下，应尽量采用夹紧可靠、快速高效的夹紧机构与传动方式以缩短辅助时间提高劳动生产率。
3) 有利于降低成本。在保证加工质量和效率的前提下，夹具结构应力求简单。尽量采用标准元件和组合元件，专用零件的结构工艺性要好，制造容易，可缩短夹具制造周期、降低工件的生产成本。
4) 夹具操作要安全方便。夹具结构中必要时要考虑安全防护装置(含防屑、防尘、防油及噪音污染等)；良好的排屑措施、滑润方式以及操作维护方便等要求。
5) 考虑夹具的适应性。在满足所要求的加工质量条件下，有时应考虑产品近期的发展，品种增多的要求，适当扩大夹具的适应能力，使夹具具有一定的通用性、也是夹具设计经常需要主意的问题之一
夹具是组合机床的重要组成部件，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。它是用于现实被加工零件的准确定位，夹压，刀具的导向，以及装卸工件时的限位等作用的。
组合机床夹具和一般的夹具所起的作用看起来好像很接近，但其结构和设计要求却有着显著的区别。组合机床夹具的结构和性能，对组合机床的配置方案的选择，有很大的影响。下面介绍一下组合机床夹具的一些主要特点。
（a） 一般的机床夹具是作为机床的辅助机构设计的，而组合机床机床夹具是机床的主要组成部分，其设计工作是整个组合机床设计的重要部分之一。
（b） 组合机床夹具和机床其它部分有极其密切的联系：如回转或移动工作台，回转鼓轮，主轴箱，刀具和辅具，钻模板和托架，以及支撑部件等等。正确地解决它们之间的关系，是保证组合机床的工作可靠和使用性能良好的重要条件之一。而且夹具的结构也要按这些部件的具体要求来确定。如在液压驱动的立式回转工作台机床上的夹具，其夹压系统就可以采用液压作为动力；而在卧式鼓轮机床上的夹具，则多采用电气——机械的加紧方式。
（c） 由于组合机床常是多刀，多面和多工序同时加工，会产生很大的切削力和振动。因此组合机床夹具必须具有很好的刚性和足够的加压力，以保证在整个加工过程中工作不产生任何位移。同时，也不应使工件产生不容许的变形。
（d） 组合机床夹具是保证加工精度（尺寸精度、几何精度和位置精度等）的关键部件，其设计、制造和调整都必须有严格的要求，使其能持久地保持精度。
（e） 组合机床夹具应便于实现定位和夹压的自动化，并有动作完成得检验信号；保证切削从加工空间自动排除；便于观察和检查，以及在不从机床上拆下夹具的情况下，能够跟换易损件和维护调整。
此外，组合机床夹具和一般的组合夹具不同，组合夹具是在万能机床上为了完成某一道工序的加工，用一些标准的和通用的元件组装成的定位夹压装置。用完后，可用这些元件重新组装成新的夹压装置。而组合机床夹具则是以部分的通用元件加上专用件组成的专用夹具，它不便于改装。
按结构特点，组合机床夹具分为单工位和多工位夹具两大类。单工位夹具是指工件在一个工位上完成加工工序的机床夹具。按被加工零件的结构和加工要求，单工位夹具有固定的，带滚动和浮动滚道的，带水盆和小车（或拖板）等形式。多工位组合机床夹具是指工件在几个工位上顺序或平行—顺序加工的机床夹具。按移位方式它又分为：固定是多位夹具、回转夹具、移动工作台夹具、回转工作台夹具和回转鼓轮夹具等。
1.5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。
1.6 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。
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