拖拉机后桥两侧面钻孔机床总体设计

1、潍坊学院本科毕业设计目录中文摘要英文摘要第1章 前言1 1.1组合机床概述1 1.2组合机床及其特点1 1.3组合机床的发展方向2 1.4本课题研究的基本内容3第2章 组合机床总体设计3 2.1零件分析3 2.2定位基准和夹压部位的选择4 2.3配置形式及结构方案4第3章 三图一卡的编制5 3.1被加工零件工序图5 3.2加工示意图6 3.3机床联系尺寸图6 3.2.1加工示意图概述6 3.2.2 绘制加工示意图有关计算7 3.3.1 动力箱的选用10 3.3.2 夹具轮廓尺寸的确定12 3.3.3 机床的装料高度12 3.3.4中间底座的轮廓尺寸12 3.3.5多轴箱轮廓尺寸123.4 生产

2、率计算卡17结论18参考文献19致谢20第1章 前言 1.1组合机床概述多年来机械产品加工中广泛采用的是万能机床，但随着生产的发展，很多企业的产品产量越来越大，精度越来越高，采用万能机床加工就不能很好地满足要求，于是一种较先进的机床组合机床就产生了。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的专用机床，设计这种组合机床就是提高生产效率和加工精度。自从组合机床诞生以来就一直在不断的发展，其发展方向为：提高生产率 ；扩大工艺范围；提高加工精度；提高自动化程度；提高组合机床及其自动线的可调性；创造小型组合机床；发展专能组合机床及自动线。发展组合机床及其自动线，广泛地推广使用组合机

3、床，对于机械制造业，特别是汽车、拖拉机、柴油机、电动机、仪器、仪表、阀门、矿山机械、冶金、航空、纺织机械以及军工部门等生产的发展，有着很重要的意义。 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。1.2组合机床及其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专用机床。它能够对一种（或多种）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。组合机床与万能机床和专用机床相比，有如下特点： （1）组合机床由70%90%的通用部件组成，可以缩短设计和制造周期；而且在

4、需要的时候，还可以部分或者全部进行改装，以组成适应新加工要求的新设备。这就是说组合机床有重新改装的优越性，其通用零部件可以多次重复利用。 （2）组合机床是按照具体加工对象专门设计的，可以按最佳工艺方案进行加工。 （3）在组合机床上可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工件进行加工，是实现工序集中，提高生产率的最好途径。 （4）组合机床是在工件一次装夹下，用多轴实现多孔同时加工有利于保证各孔相互之间的精度要求，提高产品质量；减少了工序工件间的搬运，改善了劳动条件；减少了占地面积。 （5）由于组合机床大多数零部件是同类的通用部件，简化了机床的维护和管理。 （6）组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中

5、生产，有利于提高产品质量和技术水平，降低制造成本。1.3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

6、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

7、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

8、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

9、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。1.4本课题研究的基本内容(1)零件分析仔细阅读所拿到的零件图纸，分析零件的结构特点及技术要求。(2)拟定零件工艺方案确定零件的材料，加工时的定位基准以及零件的加工工艺方案。(3)总体方案设计确定机床的配置形式及总体结构方案。(4)组合机床设计三图一卡设计确定被加工零件的工序图，零件加工示意图，绘制机床尺寸联系图，机床生产率计算卡。第2章 组合机床

10、总体设计2.1零件分析被加工的零件是个650拖拉机后桥壳体，此壳体双面有69个孔要加工：左侧面钻40个孔，右侧面钻29个孔。设计一台双面钻孔的组合机床。为了满足其加工精度的要求，我们首先要对加工的零件做工艺方案的分析，制定组合机床工艺方案是设计组合机床最重要的步骤之一。工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到“重量轻、结构简单、效率高、质量好”的要求。2.2定位基准和夹压部位的选择 由于进行多刀加工，切削负荷大，工件受力方向变化，加工零件为箱体，所以采用三个定位面定位，上面夹紧。 本设计攻丝采用一个工步一次加工出需要的深度。一个底面定位可以限制工件三个自由度：X、Y方向转动，Z方向移动；两个

11、侧面定位，限制工件：Y、Z方向移动，Z方向转动，实现完全定位。2.3配置形式及结构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。考虑到被加工的零件是加工后桥两侧面的孔，并针对零件的形状、大小、材料、硬度、刚性、加工部位的结构特点、加工精度、表面粗糙度以及定位、夹紧方法、工艺过程、所采用的刀具及切削用量、现场的环境和条件、生产率要求等。制定工艺方案：（1）装卸、夹紧；（2）钻孔。根据工件的结构特点、工艺要求、生产率要求及工艺方案等，可大体确定采用哪种配置形式的机床。满足同样要求，可有多种配置方案。在确定机床配置形式和结构方案时，首先要考虑如何稳定地保证零件的加工精度

12、。固定式夹具单工位组合机床可达到的加工精度最高；移动（或回转）式夹具多工位组合机床，因存在移位、定位误差，其加工精度一般比固定式夹具低。单工位组合机床可以从单面或同时从几个方面对工件进行加工。各种形式的单工位组合机床具有固定的夹具。通常可以安装一个工件特别适合于大中型零件的加工。本设计题目只进行锪孔加工，基于这点考虑，所以采用单工位组合机床是合适的。机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输也都比较方便；而且，机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。立式组合机床

13、床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优点是占地面积小，自由度大，操作方便。其缺点是机床重心高，振动大。根据工作要求，孔中心线与定位基面平行，所以采用卧式固定夹具单工位组合机床。第3章 三图一卡的编制组合机床总体设计，就是针对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行方案图纸设计。这些图纸包括：被加工零件工序图，加工示意图，生产率计算卡，机床联系尺寸图。3.1被加工零件工序图 加工零件工序图具有直观的作用，此外，它还具有一些特定的要求。被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容，加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹压部以及被加工零件

14、的材料、硬度和在本机床上加工前毛坯情况的图纸。它是在原有的工件图基础上，以突出本机床或自动线加工内容，加上必要的说明绘制的。它是组合机床设计的主要依据。也是制造使用时调整机床，检查精度的重要技术文件。被加工零件工序图应包括下列内容： （1）在图上应表示出被加工零件的形状，尤其是要设置中间导向时，应表示出工件内部筋的布置和尺寸，以便检查工件装进夹具是否相碰，以及刀具通过的可能性。 （2）在图上应表示出加工用基面和夹压的方向及位置，以便依此进行夹具的支承，定位及夹压系统的设计。 （3）在图上应表示出加工表面的尺寸、精度、光洁度，位置尺寸及精度和技术条件（包括对上道工序的要求及本机床保证的部分）。

15、（4）图中还注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及被加工部位的余量。此外，为了使被加工零件工序图清晰明了，能突出本机床的加工内容，绘制时对本机床加工部位用粗实线表示，其尺寸打上方框，其余部位用细实线表示。本设计是变速箱前盖攻螺纹，采用三个定位面定位，实现完全定位。由于利用工件的底面作为基面，为了使夹紧可靠以及部件配置合理，采用对工件的顶面进行夹紧。本设计的工序为攻螺纹孔，攻丝孔分别为：一个M20的螺纹孔，三个M12的螺纹孔，三个M10的螺纹孔。零件的加工工序图如图3.1所示。图3.1 工序图3.2加工示意图3.2.1加工示意图概述加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体设计中占有

16、重要地位。它是设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床和刀具的依据。加工示意图是被加工零件工艺方案在图案上的反应，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，使刀具、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技术文件。加工示意图，反映机床的加工过程和加工方法，刀具尺寸及加工尺寸，主轴尺寸及伸出长度，主轴、刀具、工件间的联系尺寸等，根据机床要求的生产率及刀具特点，合理地选择刀削用量，决定动力头的工作循环。加工示意图应绘制成展开图，

17、其绘制顺序是：首先按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图，加工示意图还要绘制出工件加工部位的图形。加工示意图还要考虑一些特殊要求（如工件抬起、主轴定位、危险区等）。决定动力头的工作循环及行程。最后，选择切削用量及附加必要的说明。 在加工示意图在标注的内容有： 机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。 工件、夹具、刀具及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。 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；导向装置、攻螺纹靠模装置的结构尺寸；刀具与导向装置的配合，刀具、主轴之间连接方式。3.2.2 绘制加工示意图有关计算初定切削用量：这是根据被加工孔的直径来选择的。以左端面为例：加工

18、的孔直径为ø10.2mm ø10mm ø11.8mm ø13.8mm ø11.5mm.，钻13孔深27mm，孔411,1317,2021深30mm，1112孔深18mm，18.19孔为通孔，2227孔深27mm，2829孔深32mm。根据文献查表硬质合金钻头切削用量。其中加工材料为HT200，硬度为190240HBS。选择进给量：孔129 确定钻削速度同上确定： 孔 127 孔 28,29 由文献可知： 式( 3-1 ) 式（3-2）式中： -刀具直径（mm）； 刀具每分钟的转数（r/min）；所以由公式得： 13,2227孔转速： 468.3

19、4r/min 18,19孔转速： 1011孔转速： 49，1221孔转速： 28,29孔转速： r/min由文献可知圆整为470 r/min由公式变换得实际切削速度：13,2227孔 18,19孔 1011 421孔 由公式得工进速度：13,1819，1127 孔 421 孔28,29 孔组合机床设计中，要求同一端面上各个刀具的工进速度和切削用量应相等。以上确定的参数符合要求，可以使用。加工示意图如图3.2所示。图3.2 加工示意图3.3 机床联系尺寸图一般来说，组合机床是由标准的通用部件动力滑台，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主轴箱，刀、辅具系统，夹具，

20、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和运动关系，以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；并为进一步开张主轴箱、夹具设计提供依据。3.3.1 动力箱的选用查文献1表6-20得公式：材料为硬质合金时： 切削力 式( 3-3 ) 切削、转矩 式( 3-4 )切削功率 式( 3-5 )式中： ； D-钻头直径（mm）；k-修正系数0.1； 。D= Ø10mm,Ø10,2mm,Ø11.5,Ø11.8,Ø13.8; ; 由公式3-3得 ：13，2227孔 421 孔 2

21、8,19孔 10,11孔 由公式3-4得： 13,2227孔 421孔 28,29孔 10,11孔由公式3-5得： 13,2227孔 421孔 28,29孔 10,11孔 传动系统确定以后，主轴箱所需的功率按以下公式计算： 式( 3-6 )式中： 切削功率，单位为KW; ； 每根主轴的切削功率，由选定的切削效率，由选定的切削用量按公式计算或查表获得：每根主轴的空转功率由文献表4-6确定，每根轴上的功率损失，一般可以取所传递功率为1%。则在本设计中主轴箱所需功率计算如下： 则 主轴箱所需要的进给力可按下式计算： 式( 3-7 )式中: 查组合机床设计简明手册,本机床左右多轴箱均采用TD40AY型

22、动力箱。3.3.2 夹具轮廓尺寸的确定 根据工件尺寸和形状，考虑工件的定位件、夹紧机构、刀杆导向装置的要求空间；并应满足排屑和安装的需要。 夹具底座的轮廓尺寸由与之配合的滑台底座轮廓尺寸，工件的轮廓尺寸形状，具体结构为：宽为260mm,高为280mm。3.3.3 机床的装料高度装料高度是指及穿个上工件的定位基准面到地面的垂直距离。我国过去设计组合机床一般取装料高度 H=850。为提高通用部件及支撑部件的刚度并考虑自动线设计时中间底座内袄安装夹具输送、冷却排屑装置，新颁布的组合机床标准推荐装料高度H=1060，与国际标准（ISO）一致。在现阶段，设计组合机床时，装料高度视具体情况在H=850 1

23、060之间选取。本机床装料高度取H=925。3.3.4中间底座的轮廓尺寸 中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面安装连接的需要。其长度方向尺寸要根据所选动力部件（滑台和滑座）及其配套部件（侧底座）的位置关系，照顾各部件联系尺寸的合理性来确定。非常重要的是，一定要保证加工终了位置时，工件端面至主轴箱前端面的距离不小于加工示意图上要求的距离。同时，要考虑动力部件处于加工终了位置时，主轴箱与夹具轮廓间应有便于机床调整、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。因此，中间底座采用长1124mm，宽1000mm，高600mm。3.3.5多轴箱轮廓尺寸标准中规定立式配置的多轴箱总厚

24、度为320 宽度和高度按标准尺寸系列表选取，通用后桥箱体的前盖厚度为55，基型后盖厚度为90，其余三种后盖厚度为50，100，125，绘制机床联系尺寸图时，着重要确定的尺寸是后桥的宽度B和高度H及最低主轴高度。后桥宽度B、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+2b 式（3-8）H=+ 式（3-9）式中：b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（）； 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（）； 工件在高度方向相距最远的两孔距离（）； 最低主轴高度（）。b和h为已知尺寸。为保证主轴箱由排布齿轮的足够空间，取 =80。主轴箱最低主轴高度须考虑到与工件最低孔位置、机床装料高度（H=92

25、5 ）、滑台滑座总高（=280）、侧底座高度（560）、滑座与侧底座之间调整垫高度（5）等尺寸之间的关系来确定。对于该组合机床，要保证润滑不致从主轴衬套处泄漏箱外，则：85140 对于本组合机床的设计为： =127.971若取100毫米，则可求出主轴箱轮廓尺寸为： B=b+2=32+280=325 H=h+=202+100+80=382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在机床各组成部件的设计完成之后，以联系尺寸图为基础进行细化，填加必要的电气、液压控制装置、润滑、冷却、排屑装置等，并加注技术要求等文字说明，便成为机床总图。机床联系尺寸总图表示

26、的内容： 1表示机床的配置形式和总布局。 2完整齐全的反映各部件之间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及滑台工作循环总的工作行程和前后备量尺寸。 3标注主要通用部件的规格代号和电动机型号、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。机床联系尺寸总图如图3.3所示。 图3.3 机床联系尺寸总图3.4组合机床生产率的计算根据加工示意图所确定的工作循环及切削用量等。就可以计算机床生产率并编制生产率计算卡。（1）理想生产效率Q（单位为件/h），是指完成年生产纲领A（包括备品及废品率）所要求的机床生产效率。它与全年工作总数有关系

27、，这里两班制取4600h，有文献1的第51页公式： 得出：Q=60000/4600=13.04 件/时（2）实际生产效率（单位为件/h）是指所设计机床实际每小时可生产式中：生产一个零件所需要的时间（min），可按下式计算： 式（3-10）式中：-分别是刀具工件进给长度，单位为mm； 分别为刀具工作进给量，单位为mm/min； ;-分别指动力部件快进，快退行程长度，单位为mm；动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取56分钟；用液压动力部件时取310min；-直线移动或者回转工作台进行一次工位转换时间，一般为0.1min；工件装，卸时间。它取决于装卸自动化程度，工件重量大小，装卸是否方便以及工人

28、的熟练程度。通常取0.51.5min；如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率的要求，即<Q，则必须重新选择切削用量或修改及机床设计方案。 已知： ； ； ； ； ；实际生产率：C.机床负荷率3.5生产率计算卡表 3.1组合机床成产率计算卡被加工零件图号毛坯种类铸件名称后桥两侧面钻孔毛坯重量材料HT200硬度170241HRC工序名称钻18.5孔 工序号序号工步名称被加工零件数量加工直径（mm）加工长度（mm）工作行程（mm）切削速度（m/min）每分钟转数（r/min）进给量（mm/r）进给速度（mm/min）工 时（min）机加工时间辅助时间共计1装卸工件1112滑台快进1360

29、.06880.06883钻孔176166047.81960.6117.61.413移动0.10.1停留0.050.05快退0.10.1备注装卸工件时间取于操作者的熟练程度，本机床计算时取1min. 总计2.625min单件工时2.625min机床生产率22.86件/h机床负荷率84.8%结论本课题基于使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好提出的要求，着重选择最佳的工艺方案，合适地确定机床工序集中程度，合理地选择组合机床的通用部件，恰当的组合机床的配置型式，合理地选择切削用量，以及设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱就是本次设计主要内容。具体的工作就是要制定工艺方案，进行机床

30、结构方案的分析和确定，进行组合机床总体设计，组合机床的部件设计和施工设计，使其具有工程意义，实现其在实际应用中的价值。本课题开发研制钻孔组合机床，用于拖拉机后桥两侧面钻孔加工。在研发过程中，针对加工过程中存在的难点进行了攻关。在钻孔组合机床的设计上采取了一系列的措施，保证了被加工孔的加工精度。主要完成了以下工作：1、对后桥两侧面的加工工艺进行了分析研究，明确了各个孔加工的技术要求和工艺要点。2、恰当地选择了机床的切削参数，动力头及液压滑台驱动机构的结构参数。近几十年来组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、机械、航空及军工等部门已获得了广泛的使用，一些中小批量生产的部门也开始推广使用。除了组合机

31、床及其自动线方向外，还有以下几个发展方向为：提高生产率、扩大工艺范围、提高加工精度、提高自动化程度、创制超小型组合机床、发展专能组合机床及自动线。设计的机床，保证了加工孔的生产质量，提高了工效，加工成本大幅下降。本项工作还有许多值得完善的地方，例如：装夹、定位由人工完成，效率较低；自动化程度有待提高等问题。这些问题通过改进设计、完善工艺、现场的不断实践、总结，必将会得到进步的提高。参考文献1 左建民. 组合机床在工程机械方面的发展.组合机床与自动化加工技术M.2005年07期:65-672 多功能组合机床时代.汽车工艺与材料M2007年 第1期:43-441 施华. 通用机床、组合机床和加工中心在工艺方案中的选用.机械制造与研究M.2007年08期:77-783 周震宝.组合机床在小批量生产中的应用.组合机床与自动化加工技术M.2006年05期：35-374 吴自浩高速铣削铝合金刀具选型及模糊综合评判J电子机械工程M.2005年02期：44-485 吴何畏.王