毕业设计（论文）-变速箱体双端面粗铣组合铣床设计

摘要组合机床是指以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床。卧式双端面组合铣床的设计，本次设计的内容为组合铣床的总体设计和铣刀以及夹具的设计。组合铣床的总体设计主要为“三图”的设计，“三图”包括：被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图。确定工件的工艺过程，明白具体的加工步骤，绘制出被加工零件工序图，以及加工示意图。在绘制加工示意图时，还要确定铣刀的形状大小等主要参数。根据加工零件的标准数据及加工要求，选定铣削用量，查找相关书籍，通过经验公式确定加工功率。由加工功率选择合适的电动机。通过选择的电动机型号以及工件的尺寸和加工要求，选择一系列通用部件，包括滑台、传动装置、主轴部件、支撑部件等。然后通和合理的装配与组合绘制出机床联系尺寸图。关键词：组合机床；双端面铣床；铣刀；机床联系尺寸图。AbstractModularmachinetoolreferstoaseries,standardizedgeneral-purposecomponentsbasedonasmallnumberofspecialcomponentsofthespecialmachinetool.ThedesignofthehorizontaldoubleendfacecombinationMillingMachineisdesignedfortheoveralldesignofthecombinedmillingmachineandthedesignofthemillingcutterandfixture.Theoveralldesignofthecombinationmillingmachineismainly"threediagrams"design,"threeDiagrams"includes:Theworkingpartprocessdiagram,theprocessingdiagram,themachinetoolcontactdimensionchart.Determinetheprocessoftheworkpiece,understandthespecificprocessingsteps,drawthepartoftheprocessmap,andprocessingdiagram.Whendrawingtheprocessingdiagram,alsodeterminesthemillingcuttershapesizeandsoonthemainparameter.Accordingtothestandarddataandprocessingrequirementsoftheprocessingparts,selectthemillingdosage,findtherelatedbooks,anddeterminetheprocessingpowerthroughtheempiricalformula.Selecttheappropriatemotorfromtheprocessingpower.Byselectingthemotormodelandworkpiecesizeandprocessingrequirements,selectaseriesofgeneral-purposecomponents,includingslide,transmission,spindleparts,supportingpartsandsoon.Thenpassandreasonableassemblyandcombinationtodrawthemachinecontactsizediagram.Keywords:Modularmachinetool；doublefacemillingmachine；millingcutter；machinetoolcontactsizemap.目录TOC\o"1-2"\h\z\u1. 绪论 11.1组合机床概述 11.2国内外研究现状及发展趋势 21.3机床设计的目的和内容 41.4机床的设计步骤 52.组合机床的总体设计 82.1组合机床方案的制定 82.2切削用量的确定 142.3通用部件的选择 212.4组合铣床总共体设计——“三图一卡” 253.铣刀及铣刀盘设计与选择 324.夹具设计 354.1定位机构 354.2夹紧机构 364.3机床夹具的总体形式 374.4夹紧力计算 395.技术经济分析 416.总结 427.参考文献 448.致谢 45绪论1.1组合机床概述1.1.1什么叫组合机床组合机床是指以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床。随着生产的发展，组合机床由通用机床和专用机床开发而成。组合机床的特点是它可以同时处理多个面，多个位置和多个轴上的一个或多个工件。具有结构简单，成本低，自动化程度高，加工效率高，加工质量稳定，减轻工人劳动强度等优点。而相对于专用机床，加工对象不再单一，能够满足产品的经常革新，并且具有设计制造周期短，造价相对较低等优点。在机械制造工业中，应用新的技术，装备高新工具，或者对原有的老装备进行改造提高，组合机床及其自动生产线的使用是开发生产和提高产品质量的重要途径。机械制造业中的机床组合应用越来越广泛，并显示出很大的优势。1.1.2组合机床的特点组合机床的优点：组合机床有重新改造的优越性，其通用零部件可以多次重复利用。组合机床可以按最合理的工艺过程进行加工。能够有效地实现工序的集中，提高生产效率。能够较好的保证加工精度和和技术要求，提高产品质量；减少工件间的搬运，减轻劳动量；减少机床的占用空间。维护和修理更加方便快捷。制造成本低，经济实用。具有以上优点的同时，组合机床也有一定的缺点：1)刚性生产，可变性方面不如万能机床；2）通用部件设计较复杂，所以整体较专用机床结构复杂些。1.2国内外研究现状及发展趋势1.2.1国内外研究现状我国自十九世纪五十年代开始机床的生产，组合机床在我国已有六十年左右的应用与发展历史。在这段时间里，我国科研人员对其进行多方面研究，掌握了一定规模的生产技术，很多行业都已经深入应用组合机床。组合机床能够更加方便的实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和促进制造业高速发展。组合机床已经成为当前机械制造行业必不可少的设备之一。随着新兴技术的发展，组合机床也搭上技术革命的顺风车，与计算机等技术相结合，使得组合机床更加凸显它的优点：高效、高质、经济实用。从而，被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。中国早期的组合机床和组合机床的自动生产线主要采用机，电，气和液压控制，其加工对象相对单一。主要用于加工大中型箱体和轴类零件的大规模生产，可完成钻孔，铰孔，铰孔等加工各种螺纹，镗孔，汽车端面和凸台。在孔内，各种类型的凹槽，铣平面，成形表面等。我国组合机床的起步较国外发达国家较晚，同时生产能力在起步阶段也与发达国家有一定的差距。但是，经过我国科研人员及工作人员的发展与研究之后，近几年甚至近十几年，我国组合机床的研究与应用已经基本与国外发达国家相持平。制造业在我国日益繁荣，机械制造行业也因为科学技术的发展，获得了巨大的进步与繁荣。而与机械制造行业发展繁荣密切相关的就是组合机床及其组合机床自动线的发展与进步。组合机床由原先的生产产品单一、质量无法保证、笨重繁琐、技术要求过高等，慢慢地随着计算机与微电子技术的发展，变得高效率、高质量、经济实用、操作简单，适应了愈加繁多的产品加工。并且，形成了专业的工作团队，实现了“一边高效应用，一边高速发展”。国外机械制造行业起步早，发展快，在国际大环境下，机械制造行业蓬勃发展。而在机械制造行业中，组和机床扮演着重要角色。从最早的用于加工简单零件的简单组合机床，发展到制造繁琐的工件，甚至加工精密工件。从一战二战到冷战，竞争激烈的国际形势，国家之间的竞争，使科技与生产力高速发展。从而带动了制造业的发展，同时，组合机床的性能也得到提高。而中国由于国情，受二战严重打击，建国初期对社会主义的摸索，又走了一些歪路，导致二十世纪末期，组合机床的发展相较于国外有一些落后。但，二十一世纪以来，我国各个方面高速发展，制造行业随着科技的进步也迎来了空前的繁荣。在我国科研人员的努力与国家的重点照顾之下，组合机床的各方面性能逐渐与世界高水平接近。到目前，我国组合机床已大致与国外发达国家的水平相等。1.2.2组合机床的发展趋势目前，市场需求渐渐的变为多样化化，多样性，这样的市场需求也促使制造业由刚性化生产渐渐地转向柔性化生产。传统的组合机床及其组合机床生产线具有单一角色，单一产品和“专用性”，并且这些功能无法适应这种市场变化。因此，目前生产企业和研究机构的重要研究方向是：一个组合机床应该如何灵活地从刚性生产到生产并适应市场需求？除了市场和需求的变化，为了增加竞争力，机床联盟行业还必须不断加快新产品的开发。提高产品质量，降低生产成本，提高服务态度和能力，增强环保意识。这是在当前激烈的市场竞争中立于不败之地的唯一途径。面临着这些严峻的挑战以及苛刻的要求，将计算机技术，信息技术和控制技术等高科技科技应用于传统的机床综合制造业和机械制造业，并加以改造。是现代组合机床行业和机械制造行业适应时代潮流发展的大势所趋。归结起来，组合机床及其自动线的发展趋势：1）提高生产率和生产力；2）扩大工艺范围，产品多样性；3）提高加工精度；4）提高自动化程度，更多的结合高新技术；5）提高组合机床及其自动线的可调性，生产柔性化；6）创制小型组合机床，减少占用空间；7）经济环保，减少污染。1.3机床设计的目的和内容1.3.1机床设计的目的：通过对粗铣组合铣床的总体设计和铣刀夹具等的设计，其目的在于使我们在拟定总体设计方案和设计铣刀的过程中，设计概念得到全面培训，程序分析，结构，过程结构分析，机械制图，技术文件的准备和获取信息等方面得到提高。理论与实践相结合，从书本跳到现实，更直观客观地理解应用的机械知识。让我们培养自己的初步结构分析，结构设计和计算能力，把握机械设计和制造的关键和精髓。另外，要树立正确的设计理念，明确设计思路，掌握基本设计方法，为今后相关业务工作奠定基础。1.3.2机床设计的内容：（1）运动设计根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量，通过对切削用量的分析与选择，明确加工时的进程。明白零件加工时的行程与运动方式。拟定传动方案和传动系统图，并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。（2）动力设计根据通过被加工零件选定的切削用量，初步确定铣刀的大小、形状、齿数。然后进一步计算得出铣刀转速，再由铣削速度等确定铣削功率（加工功率）。最后根据功率选定电机以及同一系列传动装置、铣削头、滑台、支撑部件等。（3）结构设计初步确定机床整体大概形状与机构，再具体的进行电动机、主运动传动轴系、滑台、夹具、箱体、主轴主件、密封等的布置和机构设计。即绘制工序图、加工示意图、机床联系尺寸图。（4）编写设计说明书。1.4机床的设计步骤1.4.1研究调查和制定工艺方案首先，通过学校课程与相关书籍资料，明白什么是组合机床，组合机床的作用和特点等。然后深入到应用组合机床的单位企业，询问组合机床的实际应用者，全面调查研究组合机床的各种技术能力和实际生产情况。再然后去图书馆等地查找相关书籍资料，以及通过网络寻找查阅国内外的先进的相关资料。最后通过对以上所有相关资料的分析研究，总结前人先辈经验以及询问老师，并根据被加工零件图样，与同学认真讨论研究，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，决定刀具的种类和类型。1.4.2机床结构方案的分析和确定根据前一节中定义的流程计划确定机器的类型和总体布局，制定相应的计划，尽最大努力满足实际生产加工要求，确保机床质量，提高生产效率，使用户有更好的经济效益。在考虑机床的配置时，不仅要考虑工艺计划的实施，还要考虑加工精度的技术要求和生产率。还要考虑机床的操作，维护等，以满足使用的方便性，便于维护和良好的排屑。使机床组合的设计可以更快地完成。1.4.3总体方案设计在选择方案和确定机床的结构形式的基础上，进行平面图的设计。这些图纸包括：加工示意图，加工工序图，机床联系尺寸图，即“三图”设计。主运动驱动装置的尺寸和整个机床的轮廓首先确定，以确定机床各部分之间的关​​系。选择通用组件和刀具方向，计算切削量和机床生产率。在设计机床联系尺寸图的时候，根据动力计算和功能要求选择各通用部件，并且，同时应当考虑机床的关键部位的专用部件结构设计方案。1.4.4技术设计技术设计是根据总体设计已经确定的“三图”来设计机床各专用部件正式总图，如机床联系尺寸图，铣刀，夹具等。设计过程中，应该按照设计进行严谨的计算和验算，通过比较计算结果与选定的用量之间关系的正确性，确定之前各个阶段选择的各种用量的准确性，做出相应的调整与修改。并通过技术设计，决定最终要选用和设计的组合机床的部件的相关数据。技术设计还包括组合机床的施工设计。1.4.5经济环保设计除了规定的产品要求以外，还应当考虑经济设计和环境保护。通过经济设计，才能保证组合机床的制作成本，使组合机床更加具有经济适用性。在保证加工效率，产品质量的前提下，应尽量减少工人们的劳动时间，控制成本消耗和环境污染。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过程将决定机床的加工质量，生产率，总体布局和夹具结构。因此，在制定工艺计划时，需要对要加工的零件图进行计算和分析，并深入了解零件的形状，尺寸，材料，硬度和刚度。加工零件的结构特征：加工精度，表面粗糙度和定位，夹紧方法，工艺，使用工具和切削量，生产力要求，现场使用的环境和条件等。并收集国内外有关技术资料，制定合理的工艺计划。根据被加工零件的零件简图要求如图2-1所示。图2-1零件简图表2-1制定零件总的加工工艺规程工序号工序名称工序内容工艺装备1铸造2清砂清除浇注系统，冒口，型砂，飞边，飞刺3热处理人工时效处理4涂漆非加工面涂防锈漆5粗铣A面以D面定位装夹工件，铣A面，保证高度尺333mm，精度10级组合铣床6粗铣D,E面以底面A定位，装夹工件，铣D,E面至宽度尺寸245mm，精度10级组合铣床7粗铣B,C面以A面定位，夹紧工件，铣至宽度尺寸579mm，精度10级，保证粗糙度Ra=6.3um组合铣床8半精铣A面以D面定位，装夹工件，精铣A面至高度尺寸332mm，精度8级，保证粗糙度Ra=3.2um组合铣床9钻、绞定位孔以D面和B,C面定位，钻A面2-Φ10mm定位孔，精度H6级专用钻扩绞复合刀具组合钻床10半精铣D,E面以A面及两定位孔定位，装夹工件，半精铣D,E面至宽度尺寸244mm，精度8级，保证粗糙度Ra=3.2um组合铣床11半精铣B,C面以A面及两定位孔定位，装夹工件，半精铣B,C面至长度尺寸578mm，精度8级，保证粗糙度Ra=3.2um组合铣床12粗镗D,E面孔I、IV、VI以A面及两定位孔定位，装夹工件，粗镗孔I至尺寸Φ69mm，精度K10级；孔IV至尺寸Φ59mm，精度K10级；孔VI至尺寸Φ112mm，精度H10级；粗糙度Ra=6.3um，平行度0.08组合镗床13粗镗D,E面孔II、III、V以A面及两定位孔定位，装夹工件，保证孔II至尺寸Φ49mm，精度K10级；孔III至尺寸Φ59mm，精度K10级；孔V尺寸至Φ77mm，精度K10级；保证粗糙度Ra=6.3um，平行度0.08组合镗床14钻B,C面小孔以A面及两定位孔定位，用钻模板导向，钻B,C面螺纹底孔径Φ8.5mm，孔深25mm，精度H7级组合钻床15半精镗D,E面孔I、IV、VI以A面及两定位孔定位，夹紧工件，半精镗孔I至尺寸Φ73mm，精度K8级；孔IV至尺寸Φ63mm，精度K8级；孔VI至尺寸Φ116mm，精度H8级；保证粗糙度Ra=6.3um，平行度0.08组合镗床16半精镗D,E面孔II、III、V以A面及两定位孔定位，夹紧工件，半精镗孔II至尺寸Φ53mm，精度K8级；孔III至尺寸Φ63mm，精度K8级；孔V尺寸至Φ81mm，精度K8级；粗糙度Ra=6.3um，平行度0.08组合镗床17钻D,E面小孔以A面及两定位孔定位，用钻模板导向，钻D,E面螺纹底孔孔径Φ8.5mm，孔深30mm，精度H7级组合钻床18钻A面小孔以D面及B,C面定位，用钻模板导向，钻螺纹底孔Φ8.5mm，孔深25mm，精度H7级组合钻床19精镗D,E面孔I、IV、VI以A面及两定位孔定位夹紧工件，精镗孔I至尺寸Φ72mm，精度K7级；孔IV至尺寸Φ62mm，精度K7级；孔VI至尺寸Φ115mm，精度H7级；并保证粗糙度Ra=3.2um，平行度0.08组合镗床20精镗D,E面孔II、III、V以A面及两定位孔定位夹紧工件，精镗孔II至尺寸Φ52mm，精度K7级；孔III至尺寸Φ62mm，精度K7级；孔V至尺寸Φ80mm，精度K7级；保证粗糙度Ra=3.2um，平行度0.08组合镗床21攻D,E面螺纹以A面及两定位孔定位，攻M10螺纹，深度20mm，精度H6级，位置度Φ0.4，表面粗糙度Ra=6.3um组合攻丝床22攻A面螺纹以D面及B,C面定位，攻M10螺纹，深度20mm，精度H6级，位置度Φ0.4，表面粗糙度Ra=6.3um组合攻丝床23攻B,C面螺纹以D面及B,C面定位，攻M10螺纹，深度20mm，精度H6级，位置度Φ0.4，表面粗糙度Ra=6.3um组合攻丝床24钳清理飞边，毛刺25检验检查各部尺寸及精度26入库入库分析整个加工步骤，工艺过程。可以看到本次设计选择的组合机床的加工内容为工序7：粗铣两面B,C。以A面定位，夹紧工件，铣至宽度尺寸579mm，精度10级，保证粗糙度Ra=6.3um。（1）加工面的主要技术要求加工两个相互平行的端面。面的尺寸为：B面长为208mm，宽为246mm；C面长为203mm，宽为246mm。工件材料为HT200，工件硬度HB170～241。精度11级，保证粗糙度Ra=6.3um。要求生产规模为大批量生产。（2）工艺分析拖拉机变速箱表面粗糙度要求不高，而且本次设计的为双端面粗铣组合铣床，进行面的粗铣加工。所以，加工该面时，该面的工艺没有粗糙度要求。根据组合铣床用的工艺方法及能达到的精度，可采用如下的加工方案：一次性铣双端面。

(3)定位基准及夹紧点的选择加工变速箱体双端面B、C两面，以粗铣后的底面A定位，通过夹具夹紧定位。在保证加工精度的情况下，提高生产效率，减少劳动量。工件是大批量生产，因此夹具在设计中，选择箱体顶部夹紧，装卸快速简便，利于提高工作效率。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。柴油机机体加工面的精度要求不高，可采用双端面粗铣组合机床。由于本次加工为粗铣加工，它的粗糙度要求不是很高，粗铣之后还要进行半精铣。经查证资料，端铣刀粗铣所能达到的粗糙度精度Ra12.5～3.2um。本此加工粗糙度度达到Ra6.3即可，精度要求10级。(2)被加工零件的特点此次加工的拖拉机变速箱体的材料为灰铸铁，型号为HT200；硬度为HB170-241；加工的面为变速箱体双端面，左端面B面长为218mm，宽为246mm,面积为53628mm2,右端面C面长为203mm，宽为246mm，面积为49938mm此零件为箱体式，本次加工的双端面相互平行，并且，与定位面即底面A垂直。两个端面可以一次性同时加工。因此，初步选择机床形式为卧式双端面组合铣床。(3)零件的生产批量零件的生产批量是决定采用单工位、多工位组合机床的重要因素。拖拉机变速箱体为大批量生产，需要尽量减少加工时间，并且减少加工步骤，同时机床台数也不应太多。按照上文的技术分析，此工序可以在一台机床上完成，这样可以充分提高利用率。(4)机床使用条件组合机床的使用对工厂的布局，工艺之间的联系，工厂的技术能力和自然条件的使用有一定的要求。根据用户的实际情况选择什么样的组合机床。综合以上所述：通过传动机构零件的结构特点，加工零件的尺寸精度，表面粗糙度和技术要求，定位，夹紧方法，工艺方法，此外，还考虑了机床的整体布局和技术性能，最终确定了卧式双端面铣床的设计。2.2切削用量的确定2.2.1切削运动及切削用量1、切削运动和工件表面1）切削运动切削运动是指切削过程中刀具与工件之间的相对运动。切削运动可分为主运动和进给运动：主运动是切削过程中所需的最基本动作。它的速度最高，消耗功率最多。进给运动是让主运动可以继续从工件上去除多余的金属，以创建工件表面所需的运动。为了加工工件的某些表面，各种切削机床迅速形成并发展起来。每种切削机床都有自己特定的切削运动。在加工机器时，只有一个主运动，并且可以有一个或多个进给运动。（2）工件表面在切削过程中，工件上有三个连续变化的表面：待加工表面，待去除工件上的金属层表面。切削面，被切削刃切削的工件表面是加工面与被加工面之间的过渡面。加工表面，工件上被切屑切断的新表面。2、切削用量切削用量是指切削速度、进给量及背吃刀量三个切削要素。他们表示切削过程中切削运动的大小及刀具切入工件的程度。切削速度切削刃上的选定点在主运动方向上相对于工件的瞬时线速度，称为切削速度。通常用vc表示，单位为m/min或者m/s当主运动为回转运动时vc=πdn式中n—工件或刀具的转速，r/min；d—工件或刀具的直径，mm。进给量在工件或刀具的每一转或每一往复行程的时间内，刀具与工件之沿进给方向的相对位移成为进给量。通常用f表示,单位为mmr单位时间内的进给量称为进给速度,它实在单位时间内刀具与工件之间沿进给方向的相对位移，也被成为每分进给量，用vf表示，单位为mm/min背吃刀量背吃刀量是指切削刃工作长度（在基面上的投影）沿垂直于进给运动方向上的投影值。通常用ap3、切削用量的选择原则切削用量的数值是否合理对加工的精准度、加工的效率、产品的质量、生产成本等都具有重要的意义。合理的切削用量能够使切削刀具的性能得到充分的发挥，使机床的加工过程顺利准确。总之，合理的切削用量能够提高加工质量、降低生产成本、增加加工效率，是机床设计前必须确定的参数。背吃刀量（切削深度）ap背吃刀量是根据工件的加工余量来确定的。也叫作切削深度。粗加工时，在留下精加工和半精加工的余量后，应尽可能一次走刀切除剩余的余量，以减少走刀次数，提高加工效率。所以在可选范围内尽量选大。进给量f的选择通常限制进给量的主要因素是切削力和加工表面的粗糙度。粗加工时，表面的粗糙度要求不高进给量主要受刀杆、刀片、工件及机床的强度和刚度所能承受的切削力的限制。所以进给量可以在可选范围内尽量往大选，以提高加攻速度，节省加工时间。半精加工和精加工时最大进给量主要受工件加工表面粗糙度的限制。切削速度vc影响切削速度的因素又工件硬度，表面粗糙度，进给量，切削深度等。可以用计算得方法或者用查表的方法确定切削速度vc的数值。2.2.2确定铣削要素、切削力、切削功率vc—铣削速度（m/min），vd0—铣刀外径（mmn—铣刀转数（r/min）,即主轴转速;f—铣刀每转工作台移动距离，即每转进给量（mm/r）；fz—铣刀每齿工作台移动距离，即每齿进给量（mm/zvf—进给速度（mm/min）vz—铣刀齿数；ae—铣削宽度（mm）ap—铣削深度(mm)选择刀具的大小，材料（1）铣刀的材料铣刀直径的大小直接影响切削力、扭矩，切削速度和刀具材料的消耗，不能任意选取。铣刀直径的选取主要取决于铣削宽度、铣削深度以及铣刀的材料，通用的铣刀材料有高速钢铣刀和硬质合金铣刀。根据《切削用量简明手册》表1·2，以及通过比较高速钢铣刀和硬质合金铣刀的各方面特点，硬质合金铣刀适合本次设计的粗加工过程。选择镶齿套式YG硬质合金端铣刀。（2）铣刀的直径以及齿数的选择根据《切削用量简明手册》，铣刀直径的选择方法，表2-2铣刀直径选择名称硬质合金端铣刀铣削深度a≤4～6～6～6～8～10铣削宽度a≤60～90～120～180～260～350铣刀直径d～80100～512100～200200～250320～400400～500注：ap,ae不能同时与表中数值统一，而ap（圆柱铣刀）或ae（端铣刀）又较大时，主要应根据由上表，已知切削宽度为246mm，选择该铣刀直径d0=350mm铣刀齿数的选择主要取决于铣刀材料、铣刀直径。而硬质合金面（端）铣刀的齿数取决于是粗齿、中齿还是细齿。其中粗齿多用于钢件粗铣；中齿多用于对带有断续表面的铸件进行铣削以及对钢件的连续表面的粗铣和精铣；细齿，面铣刀可以在机床功率足够的条件下对铸铁进行粗铣以及精铣。本次设计可以选择中齿硬质合金端铣刀。下表是影响铣刀齿数的选择因素（截取一部分如下）。表2-3影响铣刀齿数的选择的因素铣刀直径/mm……250315400500齿数粗齿……12162026中齿……16202634细齿……22283644由上表可知直径350的硬质合金端铣刀齿数在20～26之间。齿数：选择铣刀齿数Z=22。（3）铣刀角度的的选择铣刀的角度有主偏角、副偏角、后角、前角、刃倾角等。不同的角度组合可以满足不同的加工需求。其中最主要的是主偏角和前角。主偏角是切削刃与切削平面的夹角。本次设计选择主偏角为60°前角分为轴向前角和径向前角。本次设计选择双负前角，适用于钢铁、铸件的粗加工。2、选择切削用量(1)决定铣削深度a根据《机械加工工艺简明速查手册》表1·70和表1·72。铸件的机械加工余量选5mm,因此，可在一次走刀内切完。根据切削深度的的选择原则，由《切削用量简明手册》，粗铣铸铁的切削深度一般选2～5mm。所以，选择铣削深度ap(2)选择进给量，决定每齿进给量fz表2-4铣削用量的选择加工材料工序切削深度ap（mm铣削速度vc(m/min每齿走刀量fz(mm/z铸铁粗2～550～800.2～0.4精0.5～180～1300.05～0.2由上表得知：每齿走刀量的范围为0.2～0.4mm/z。所以，选择每齿走刀量af,即fz=(3)决定铣削速度vc和每分钟进给量v铣削速度由上表查得：50～80m/min。所以，选择铣削速度vc=60m/min由此可算出进给速度Vf和转速nvfn=vf=0.3×22×54.6mm/min计算铣削力、铣削功率等铣削力以及铣削功率计算公式，大都是些经验公式，各个教材资料的经验公式都不一样，所以，本次设计选取某一个经验公式进行计算。选择《简明金属切削计算手册》铣削力计算公式，其中端铣灰铸铁的硬质合金刀铣削力以及铣削功率的计算公式为：（1）计算铣削力Fc=cp=50=30538.6N式中B—铣削宽度CpK—刀具前角对切削力的影响系数K1关于上式2.2.3中对铣削力的影响系数，详见下表2-5影响铣削力的系数。表2-5影响铣削力的系数前角151050K0.911.11.21.31.41.51.6切削速度5075100125150175200250K1.00.980.960.940.920.900.880.86工件材料系数c圆柱铣刀端铣刀钢铸铁青铜683022.5825037.5（2）计算铣削扭矩M=F==5344.26N∙（3）计算主轴转速n=1000计算铣削功率Pc=2.3通用部件的选择组合机床的通用化程度，是衡量组合机床的技术水平的重要指标。而组合机床的通用部件是决定组合机床通用化程度的重要部分，通用部件的选择也是组合机床设计的重要步骤之一。通用部件是具有特定功能、按标准化、系列化、通用化原则设计制造的组合机床基础部件。其具有统一的联系尺寸标准，结构合理、性能稳定并且通用化程度高。一般通用部件根据其功能分类分为五类：动力部件，支撑部件，运输部件，控制部件和辅助部件。动力部件包括主运动驱动装置，动力箱，具有各种处理能力的电源头等。支撑部件包括侧面基座，中间基座，立柱，立柱底座，支架等;输送部件包括回转工作台，移动工作台，转鼓等;控制组件包括可编程控制器（PC），液压执行器，分级送料机构和自动监控装置;辅助部件包括定位，夹紧，润滑，冷却，排屑和自动清洗线。（《组合机床设计简明手册》）通用部件的选择原则：1）电机功率应满足加工所需的计算功率（包括切削功率和传输功率等）2）进给部分应满足最大计算进给力，进给速度，工作行程和加工所需的工作周期的要求，还应考虑加载和调整刀具的方便性。3）动力箱和多轴箱尺寸应适应和匹配。4）应满足产品的加工精度要求。5）尽可能根据所选配件的一般部件的匹配关系。本次设计步骤主要选择的通用部件包括：动力滑台、动力箱、铣削头以及工作台等支撑部件。2.3.1动力滑台的选择动力滑台主要分为液压滑台、机械滑台以及数控机械滑台三大类。通过三类滑台的了解比较，本次组合铣床的设计选择机械滑台机械滑台的优点：1、进给量稳定，慢速无爬行，高速无振动，可以降低加工工件的表面粗糙度。2、具有较好的抗冲击能力，不会因冲击而损坏刀具。3、运行安全可靠，出现故障时易发现，维修调整时方便。4、没有液压驱动的管路、泄露、噪声和液压站占地的问题。机械滑台有1HJ、1HJb、具有刚度高、热变形小、进给稳定性高等特点，常用于不加工及半精加工。本次设计粗铣组合铣床，所以选择1HJ机械滑台的机械传动装置采用的传动方式，是双电机传动。两个电机分别为工作进给电机和快进电机。其中快进电机也承担着快退的任务。在传动装置中设有过转矩保护装置，当滑鞍碰上死挡铁停留，工作电机仍在工作迫使蜗杆产生轴向窜动，通过杠杆机构压下行程开关5发出指令，使电机反转，滑鞍快速退回。2.3.2主运动驱动装置的选择主运驱动装置主要有两大类：一类是与通用主轴部件配套使用的主运动传动装置；另一种是与多轴箱（专用部件）相配的动力箱。本次设计端铣床不需要多轴箱，所以选择主运动传动装置。主运动传动装置规格主要根据切削功率来选用。可按下列简化公式进行估算：p≥P根据以上计算,铣削功率Pc根据《组合机床设计简明手册》可知，P进η是指传动装置的传动效率，取η=0.9。将以上数据代入公式（2.3.1）可得，P≥33.94kw。计算得主电机功率约为33.94kw。根据《组合机床设计简明手册》1NG系列主运动传动装置主要技术参数及配套关系，以下为截取一部分表2-61NGb63主运动传动装置参数传动装置型号转速范围/（r∙min主电机功率（kw）配套主轴部件型号低速组高速组1NG40～16080～32022,30,371TX63，1所以选取1NGb63主运动传动装置。转速范围是40～160r∙min-1，2.3.3主轴部件的选择主轴部件又称单轴头或工艺切削头，其端部安装刀具，尾部连接传动装置。本次设计主要是铣削头的选择。铣削头与相应规格的1HJ系列滑台配套，或与IXG系列铣削工作台配套，可组成各种形式的组合铣床。可以满足本次设计，完成对铸铁的平面铣削工作。上一步确定了1NGb63主运动传动装置，配套的主轴部件型号也相应在表中确定。1TX系列铣削头可选配四种传动装置。配以1NF××顶置式交换齿轮的传动装置，可以完成对铸铁和钢件中低速粗、精铣削。主轴部件与电机传动装置的大体形状图2-2主运动驱动装置与铣削头2.3.4工作台工作台是一个输送部件，它可以将工件从一个工位转移到另一个工位。是工件进给时工件和夹具的支撑载体。工作台主要分为回转工作台和多工位移动工作台。多工位移动工作台的进给力小于回转工作台，且大部分只进行直线运动，所有多用于移送工件并更换工件（夹具）的加工位置，也可用于进给力不是很大的进给运动。通过本次设计过程的计算以及查到的《组合机床设计简明手册》表5-44，本次组合铣床的设计可以选用多工位移动工作台。而查证相关资料，多工位移动工作台可以按要求准确的移动和定位工件或夹具，并且定位之后使之夹紧牢固。它也具有普通滑台的移动能力，所以，实际上，它就是进给力略低的滑台。综上所述，1HJ系列滑台足以满足工作台的功能，完成工件的准确进给加工。2.3.5支撑部件机床的支撑部件就是用来支撑机床的主运动驱动装置、滑台、主轴部件等机构的部分。根据所选的滑台尺寸、主运动驱动装置的尺寸，可以确定组合机床的中间底座以及侧底座。详见机床尺寸联系图。2.4组合铣床总共体设计——“三图一卡”绘制组合铣床“三图一卡”，就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合铣床总体方案图样文件的设计。其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。（《组合机床设计简明手册》）2.4.1被加工零件工序图1、被加工零件工序图的作用与内容加工零件工序图反映了被加工工件的尺寸、精度、表面粗糙度等技术要求和加工时如何定位的参考，加工余量，毛胚铸件的尺寸，材料硬度等信息也可以从图中获得。它在加工过程中十分重要，是加工工件的开始。一张明确的好的加工工序图，能够为之后的加工过程带来相当大的帮助其主要内容包括：（1）待加工零件的形状，待加工零件的尺寸以及待加工零件的尺寸，精度，表面粗糙度，形状和位置精度等。以及对上道工序的技术要求等。（2）在此步骤中选择的定位基准，夹紧位置和夹紧方向。（3）待加工零件的名称，编号，材料，硬度以及待加工零件的边距。2、画出加工零件工序图的规则和注意事项（1）绘制被加工零件工序图的规定1）为了突出操作的内容，应绘制足够数量的视图和部分。2）粗实线用于突出加工现场，其余部位可用细实线表示，以便加工零件的加工图清晰表达。3）粗实线绘制在加工零件的保证尺寸和位置的值以下。4）定位参考符号，表明消除了自由度的数量;夹具压力位置符号，辅助支持符合性，按“复合机床设计简明手册”绘制。（2）加工零件的绘制工序图的注意事项1）应有工件毛坯的要求，并应仔细分析孔的余量。2）当本工序有特殊要求时必须标明。否则会影响加工效率以及刀具寿命。3）加工现场的位置和尺寸应从定位基准中注入。应对加工现场的位置和尺寸的精度进行分析和转换。绘制而成的加工工序图大体如下图2-3。图2-3加工工序图2.4.2加工示意图1、加工示意图的作用和内容加工示意图是在初步确定工艺计划和机床整体计划的基础上绘制的。它是表达流程计划特定内容的机床流程计划。这是设计工具，辅助工具，夹具，多轴箱和液压和电气系统，以及选择功率元件和绘制机床总接触尺寸图的主要依据;这是机床整体布局和性能的原始要求;这也是调整机床和工具所需的重要技术文件。零件的加工示意图应包括：机床加工方式，切削量，工作周期和工作时间表;工件，工具和导轨，支架和多轴箱的相对位置和接触尺寸;主轴结构类型，尺寸和外伸长度;工具类型，数量和尺寸（直径和长度）;接杆、导向装置等结构尺寸；刀具与导套之间的配合，刀具与支柱与主轴之间的连接及配合尺寸。2、绘制加工示意图的注意事项（1）加工示意图应绘制成展开图。（2）按照比例用细实线画出工件外形。加工部位、加工表面画粗实线。（3）必须使工件和加工方位与机床布局相吻合。绘制而成的加工示意图大体如下图2-4。图2-4加工示意图2.4.3机床联系尺寸图总图机床联系尺寸图总图的作用与内容机床联系尺寸图的总图基于加工件的加工工序图和加工示意图，并根据主要通用件的总体结构和确定的具体部件进行绘制。它主要用来表示机床的大体形状，各个部件的位置，以及具体的组合情况。从机床联系尺寸图中可以看出夹具、滑台、动力部件、传动装置等是否选择合理，是否布局合理，是否能够顺利的完成加工。可以从图中看出机床整体的尺寸，从而推断出机床的占地面积，据此安排在工厂中、生产自动线上的合理布局。机床联系尺寸总图表示的内容：1）表明机床的配置型式和总布局。2）完整地反映主要装配关系和部件之间的接触尺寸，特殊部件的主要外形尺寸，运动部件的移动极限位置和总工作行程以及滑动工作循环的前后行程准备大小。3）标记主要通用部件的代码编号和电机类型，功率和速度，并标注机器的编号和部件名称。大体的机床联系尺寸图如下图2-4。图2-5机床联系尺寸图2.4.4生产率计算卡生产率计算卡是判断所设计机床是否能满足加工需求，是否满足用户对加工效率以及生产力的要求。生产率计算卡上的主要内容有：加工工件的工作过程，加工过程所用时间，切削用量，加工效率，生产效率等。反映了加工的快慢，机床的性能。（1）理想生产率Q理想生产率Q（单位为件/h）是指每年完成包括报废品在内的60000件的生产纲领所要求的机床生产率。Q与全年工时总数有关。单班制有2350h，两班制有4600h。Q=60000（2）实际生产率Q1切削时间：T切=L/vf+t停式（2.4.2）=690/360.36＋6/54.6=2.02min式中：L——工进行程长度（mm）vf——工件进给速度（mm/min）t停——死挡铁停留时间。铣刀转速不是特别高，这里取6r辅助时间T辅=+t移+t装式（2.4.3）=（310＋1000）/10000+0.1+1.5=1.731min式中：L3、L4——分别为动力部件快进、快退长度（mm）vfk——快速移动速度用液压动力部件时取3~10m/mint移——工作台移动时间,一般为0.05～0.13min,取0.1mint装——装卸工件时间（min）一般为0.5～1.5min,取1.5min机床生产率Q1=60/T单式（2.4.4）=60/（T切+T辅）=60/（2.02+1.731）=16件/h机床负荷率按下式计算η=Q/Q1×100%式（2.4.5）=13.04/16×100%=81.5%机床负荷率一般是0.75～0.90，可知本次设计机床负荷率符合要求。生产率计算卡见下表2-7。表2-7生产率计算卡被加工零件图号毛坯种类铸件名称拖拉机变速箱体毛坯重量材料HT200硬度170~241HBS工序名称粗铣双端面D、E工序号工时(min)序号工步名称加工零件数加工宽度（mm）加工长度（mm）工作行程（mm）切削速度（m/min）转速(r/min)进给量(mm/r)进给速度(mm/min)机加工时间辅助时间共计1装卸工件11.52滑台快进3100.0313滑台工进218/2032466906054.60.3360.362.022.024滑台快退10000.15备注装卸工件时间取决于操作者的熟练程度，本机床计算时取1.5min总计3.751min单件工时3.751min机床生产率16件/h机床负荷率81.5%铣刀及铣刀盘设计与选择图3-1铣刀基本结构1、刀具结构大多数刀具都是由切削部分和刀柄两部分组成。刀柄是用来固定刀具，将刀具夹持到机床上，使刀具能够准确的在工作位置上就位。传递所需的运动和动力，并且夹持可靠，装卸方便，利于维修和调整。本次设计的刀柄部分相当于铣刀盘用来固定铣刀，传递动力和运动。切削部分承担着切削加工的任务，与工件接触，完成加工要求。外圆车刀的切削部分可以看成是各类刀具切削部分的基本形态。2、刀具的几何角度铣刀的角度有主偏角、副偏角、后角、前角、刃倾角等。不同的角度组合可以满足不同的加工需求。其中最主要的是主偏角和前角。主偏角是切削刃与切削平面的夹角。本次设计选择主偏角为60°前角分为轴向前角和径向前角。本次设计选择双负前角，适用于钢铁、铸件的粗加工。采用方形无后角的刀片，刀具切削刃多，且强度高、抗冲击性好。通用铣刀的参数截图如下：图3-2通用铣刀参数4.夹具设计夹具，根据所查询的相关资料以及个人的理解，简单来说就是用来保证加工过程中工件牢固的夹紧设备。合理的设计选择夹具，正确的装夹方法，可以确保加工精度，提高加工质量和加工效率，降低生产成本，减少工人的劳动强度，降低对工人的技术要求。现代机械制造行业大多数离不开金属切削机床，而金属切削机床离不开合相应的夹具。所以，夹具的设计在组合机床的设计过程中十分重要。本次设计的是与拖拉机变速箱体双端面粗铣组合铣床相配套的夹具，主要内容有定位机构的设计（支撑板）、夹紧机构、总体形式和夹紧力的计算。4.1定位机构由于本次设计是粗铣变速箱体双端面的夹具，在此之前，底面经过粗铣，还并没有销孔，无法用一面两销定位。而粗铣过程精度要求不是特别高，所以设计了特殊的支撑板，集支撑板与定位于一体。整体形状为L形，由底部支撑板和竖板与圆柱，以及挡板前的销组成。其中底面支撑板限制工件两个自由度，销限制一个自由度，圆柱限制两个自由度。总共限制工件的六个自由度，满足夹具的设计要求。底面支撑板，主要起支撑作用，并且保证与零件底面的良好接触，保证加工精度要求。所以，上平面有粗糙度要求。挡板部分，起到一部分定位作用，便于工件装到夹具的准确位置，另一个作用就是支撑定位部分。对挡板部分没有粗糙度要求，相对平整就可以满足要求。定位部分，定位部分其实就是一根插入大孔A6的圆柱体，用于矫正工件位置，确保加工准确。此圆柱不需要太长，大约A6孔深度的三分之一到二分之一即可。可以弄成如图4-1的形状，方便插入定位。整个定位与支撑机构大体形状如下图：图4-1支撑板与定位机构4.2夹紧机构1、夹紧机构的基本要求（1）在夹紧过程中，工件应能保持在预定位置，即工件不应该在夹紧力的作用下离开定位支撑。(2)夹紧力的大小要适当、可靠。有必要在加工过程中使工件不产生运动和振动，并且不会使工件不允许变形和损坏。（3）夹紧装置应安全，方便，省力。夹紧装置的自动化程度和复杂程度应与工件的生产和批量尺寸相适应。2、夹紧力的方向应有利于工件的精确定位，且不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面；夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以减少工件的变形；夹紧力的方向尽可能与切削力和重力方向一致，这有助于减小夹紧力。3、选择夹紧机构：设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则：（1）夹紧必须确保准确和可靠的定位，而不会损坏定位。（2）工件和夹具的变形必须在允许范围内。（3）夹紧机构必须可靠。夹紧机构的部件应具有足够的强度和刚度，手动夹紧机构。（4）必须确保自锁。（5）夹紧机构的操作必须安全，省力，方便，快捷，并符合工人的操作习惯。（6）夹紧机构的复杂程度和自动化程度必须符合生产计划和工厂的条件。4.3机床夹具的总体形式选用的机床尺寸，以及工件的大小、形状、尺寸和加工内容等，决定了积聚的整体形式使什么样的。夹具的组成归纳为：(1)定位元件及定位装置用于确定工件正确位置的元件或装置。(2)加紧元件及夹紧装置用于固定元件已获得的正确位置的元件或装置。(3)导向及对刀元件用于确定工件与刀具相互位置的元件。(4)动力装置在成批生产中，为了减轻工人劳动强度，提高生产率，常采用液动等动力装置。(5)夹具体用于将各种元件装置连接在一体，并通过它将整个夹具安装在机床上。(6)其他元件及装置根据加工需要来设置的元件或装置。4.3.1确定夹具体夹具体通常不带有定位和定向装置。夹子通常设计为平板，但本次夹装的变速箱顶面不是一个平面，所以夹子专门设计为特殊形状，以确保足够的刚性，夹紧牢固。4.3.2夹具体的总体设计图图4-2夹具装配图4.4夹紧力计算当使用估算方法计算夹紧力的大小时，为了简化计算，夹具和工件通常被认为是一个刚性系统。根据工件的切削力和夹紧力的影响，在加工过程中发现最不利的夹紧状态。根据静态平衡原理计算理论夹紧力，并将其乘以安全系数作为实际所需夹紧力，即Fwk式中Fwk—实际夹紧时所需夹紧力Fw—在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力K—安全系数。K=根据参考文献《现代机床夹具设计及案例》P50表3.3可知，铣削切削力的计算公式F=490a已知ap=4.0mm,fzF=根据参考文献《机床夹具设计手册》式2.8可得，安全系数K=K根据参考文献《机床夹具设计手册》表1.2.2可得，K1=1.0,K2=1.2,K3=1.0将以上数据代入公式可得，K=1.32则FWK根据参考文献《机床设计手册》P355表2.3.29可知，液压缸所能提供的压力F则液压缸所能提供的夹紧力F夹由此可见夹紧工件所需的实际夹紧力远远小于液压缸所能提供的夹紧力，满足所需的夹紧条件，因此夹紧力合适，可以采用液压动力源。

5.技术经济分析在保证变速箱体的设计要求的前提下，力求柜体设计美观，减少柜体材料的使用。对变速器箱体制定的机械加工工艺方案，在保证零件加工质量的基础上，可靠地达到了产品图纸所提出的全部技术要求。根据这个方案，齿轮箱被加工，这可以大大降低模具成本，缩短生产周期。变速箱体特殊加工组合铣床的设计使加工工件更加省时省力。在模块化机床的设计和制造中使用大量的通用部件大大降低了设计和制造成本。由于具体加工对象的具体设计，更容易保证产品的合格率。由于组合机床的大多数部件是相同类型的通用部件，因此可以简化机床的维护和维修工作，并且如有必要，可以更换整个部件以提高机床的维护速度。随着我们进一步设计特殊夹具，铣削加工将节省时间和精力。它还提高了生产效率，节省了原材料，减少了工时消耗，并降低了生产成本。本课题是基于机床结构设计简单，使用方便，效率高，质量要求好的基础上，选择最佳工艺方案。适当确定机床的集中度，合理选择组合机床的一般零部件，并适当配置机床配置。本设计的主要内容是合理选择切削量，选择最合适的铣刀，设计高效夹具。具体任务是制定工艺计划，分析和