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毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目： 曲轴箱箱体左侧面3M6螺纹底孔组合钻床及夹具设计 学 院 名 称： 机械工程学院 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号 指 导 教 师： 职 称 定稿日期： 年 月 日31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AbstractThis 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11.1组合机床的概论11.2 组合机床的发展现状与趋势11.3 机床设计意义、内容、要求21.3.1设计的意义21.3.2 设计内容与要求32 组合机床的总体设计42.1 组合机床方案的制定42.1.1 制定工艺方案42.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案42.2 确定切削用量及选择刀具62.2.1 确定工序间余量62.2.2 选择切削用量62.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率72.2.4 选择刀具结构72.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制82.3.1 被加工零件工序图82.3.2 加工示意图52.3.3 机床联系尺寸图142.3.4 生产率计算卡172.4 多轴箱的设计152.4.1 绘制多轴箱设计原始依据图152.4.2 齿轮模数选择202.4.3 多轴箱的传动设计202.4.4 绘制传动系统图222.4.5 传动零件的校核233 钻孔夹具设计243.1 研究原始质料243.2 定位、夹紧方案的选择243.3切削力及夹紧力的计算243.4 误差分析与计算263.5定位销选用273.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用283.7夹具设计及操作的简要说明25结论31参考文献32致 谢331 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7080%，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。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。在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并了解零件的形状、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。并收集国内外有关技术资料，制定出合理的工艺方案。根据被加工零件（曲轴箱箱体体）的零件图（图2.1），加工孔： (1) 加工孔的主要技术要求。3M6螺纹底孔,3个孔直径均为5mm。孔的位置度公差为0.05mm。工件材料为HT200，HB170-241HBS (2) 工艺分析加工该孔时，孔的位置度公差为0.3mm。根据组合机床和精密加工方案的过程，可以用如下：一次性加工孔，直径为5mm (3) 定位基准及夹紧点的选择部分被加工孔的表面上，上面的三自由度和三个自由度的右端极限的限制，位于中间的孔通过螺钉夹有很好的作用。为保证加工精度，提高生产效率和降低劳动量，工件是批量生产，所以在设计，手动夹紧。2.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案通常，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,但是还要考虑下列因素的影响。(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，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；工件各孔同轴度要求高时，应单独采用精加工等。(2) 工件结构的影响 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。此箱体的材料是HT21-40、硬度HB170-241、孔在整个压盘上呈50度均度分配，孔的直径为6.5mm。采用多孔同步加工，零件的刚度足够，工件受力不大，发热变形对工件影响可以不计,此零件的加工特点是中心线与定位基准平面是垂直的，并且定位基准面是水平的,孔的分布范围是直线形状，工件比较长，一次钻完，多轴箱体积较大，采用两工位以减小多轴箱的体积，因而适合选择立式多工位钻床。(3) 生产率的影响 生产率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，按设计要求生产纲领为年生产量为6万件，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。(4) 现场条件的影响1.车间布置情况 车间内零件输送滚道的高度将影响机床的装料高度，当工件输送滚道穿过机床时，机床应设计为通过式，且配置不能超过三面，同时装卸工件只能推进拉出，机床通常不能安装中间导向，如果车间面积有限，则要限制机床轮廓尺寸，此外，机床在车间的安装位置等对机床配置方案也有一定的影响。2.工艺间的联系 工件到组合机床加工前，毛坯或半成品必须达到一定的要求，否则会造成工件在机床上夹紧定位不可靠，甚至造成刀具损坏，如果在组合机床上加工以后，还要转到其他机床上加工，而工件没有预先加工出保证精度的有关定位基面，那么组合机床应该考虑为下一道工序加工出定位面。3.使用厂的技术能力和自然条件 如果使用厂没有相当能力的工具车间,制造，刃磨复杂的整体复合刀具有困难，则制定方案时应避免采用此类刀具，必要时可增加机床工位，以便采用一般刀具分散加工。综合以上所述,通过对曲轴箱箱体零件的结构特点、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，最终决定设计水平钻床。被加工零件图如图2.1所示图2.1 曲轴箱箱体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。5mm的孔在钻孔时，直径上工序间余量均为0.2mm。2.2.2 选择切削用量技术含量决定完成机器的组合，你可以选择切削参数。因为在大多数情况下，多轴联动加工机床的设计组合，切削参数，根据经验，30%低于普通机床的加工单。多轴主轴箱的所有工具都有一个进料系统，通常作为一个标准的电力幻灯片，工作，每分钟进给量的所有工具的相同，等于每分钟的动力滑台的进给（毫米/分钟）适用于一般的工具。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）由于曲轴箱箱体体钻孔的加工精度、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=5mm，进给量f=0.15mm/r、切削速度v=15m/min2.2.3 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：布氏硬度：HB =HBmin(HBmaxHBmin) =170(241170) =146.33 切削力：=26 =265 =535.16 N切削扭矩：=10 =10 =2452.26Nmm 切削功率：= =2452.2615/(57403.145) =0.123 kw 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 选择刀具结构选择刀具，应考虑工艺要求与加工尺寸精度、工件材质、表面粗糙度及生产率的要求。为了提高工序集中程度或满足精度要求，可以采用复合刀具。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距离，以便于排出切削和刀具磨损后又一定的向前调整量。在曲轴箱箱体体的布氏硬度HB200，孔径d高速钢钻头为5mm的刀具材料（W15Cr4V），为了使工作可靠，结构简单，加工简单，5mm的麻花钻的选择标准。孔加工刀具长度应确保在工具和导套的末端之间的螺旋槽加工结束30 50mm范围，以排出切屑与刀具磨损已调整了一定量。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，通过处理流程图的作用及内容零件工序图是根据选定的工艺方案加工，称为组合机床的工艺内容完整，尺寸，加工零件的精度，表面粗糙度和技术要求，定位基准，加工零件和材料零件的夹具加工图纸，硬度。它是基于原来的绘图，突出本机床的加工内容，再加上画出必要的说明，主要是基于组合机床的设计，制造，使用，也是重要的技术文件，检查和机床的调整。曲轴箱箱体体孔组合机床是加工零件的过程如图2.2所示。地图的主要内容：（1）被加工零件的形状，主要尺寸和机加工零件的尺寸，精度，表面粗糙度，形状和位置精度等技术要求，以及工作程序和技术要求。（2）定位基准选择定位夹紧，夹紧方向的过程。（3）加工零件的名称，数量，材料，硬度和加工件与津贴。2，绘制加工零件的工序图的注意（1）为了使被加工零件工序图是明确的，必须通过处理这台机器的内容。绘制时，要按一定比例，选择足够的视图和剖面看，优秀的处理站点（用粗实线），和零件和机床的轮廓，重行标记的夹具设计。如在参考2.2位置，机械夹紧位置和方向，辅助支持由符号部规定（细实线）表清楚，所有的程序来确保尺寸，角度等，应使用尺寸的数值表示。图2.2曲轴箱箱体体工序图（2）加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，为了便于加工和检验，有时为选定的定位基准与设计基准不重合，应处理转换位置精度要求。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。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 组合机床加工孔时，除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔的位置精度主要靠刀具的导向装置来保证。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问题。 1）选择导向类型 导向装置有两大类，即固定式导向和旋转式导向。根据刀具导向部分直径d=10mm和刀具导向的线速度v=15m/min，选择固定式导向。2）选择导向套参数 根据刀具的直径选择固定导向装置，如图24所示： 图24 固定导向装置固定导向装置的标准尺寸如下表：表21 固定导向装置的标准尺dDD1D2Ll1mRd1d2l06.512223028381318M81616固定装置的配合如下表：表22 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）g6导向装置的布置如表23所示：表23 导向装置的参数(mm)尺寸项目l1l2l3与直径d的关系(23)d加工铸铁dd/3+(38)计算值3d=3025425.4/3+8=16.5（3）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：dB=2.316=17.52mm式中：d轴直径（mm） T轴所承受的转矩（Nmm）B系数图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 在组合机床主轴孔加工，除了使用刚性方案，工件的尺寸，位置精度主要取决于夹具指南。所以正确的选择式导向装置，合理确定规模，精度，是组合机床设计的重要内容，也是解决必须处理内容绘制示意图。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=15m/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dd1DD1D2ll1l2l3l4L555223034150405121746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F5）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=51.0GPa,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： dB2.55式中： d轴直径（mm）（24.65） 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40/25。（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25Tr252莫氏1号12.061365551425012（5）确定加工示意图的联系尺寸从加工结束主轴箱的端到端的所有链接的大小来确定的表面之间的最小距离，加工示意图连接尺寸如图2.3所示。面对的工件端面最重要的连接尺寸（多轴箱的大小321mm），它等于刀具悬伸长度，螺母的厚度，主轴伸出长度和连杆长度（可调）和减去加工，孔的深度和切出值。（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+(35)= x5+712mm，所以=5+12+12=32mm.（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在一般情况下，组合机床是由通用部件标准动力箱，动力滑台，柱，柱脚及特殊部件的装配。联系尺寸图是用来表示机床运动部件相互组装在该系统中，相对位置和尺寸的机器部件接触测试是否满足要求，通用部件的选择是适当的，并对主轴箱设计的进一步发展提供基础，夹具等专用部件，零件。联系尺寸图也可以被视为一个简化的设备布局，它代表了机床的结构类型和总体布局。如图2.7所示，机床联系尺寸图包括机床的布局，主要接触尺寸电机尺寸，规格，通用组件和电机的主要参数的动态组件，工件和各部分之间的特殊部位，外形尺寸。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=42375.5=555N 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5.55KN。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=15mm/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，这里取50mm,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+50=220mm，取L400mm。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 2.66*0.430.53.225KW式中：多轴箱传动效率，加工黑色金属时0.50.5；有色金属时0.70.5，本系统加工HT200，取0.5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Y132M1-6的1TD32I型动力箱，动力箱输出轴至箱底面高度为150mm。主要技术参数如下表：表2.4电机型号及参数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D50 Y132M1-656047041HY32A,1CC321,1CD3213、配套支承部件的选用立柱底座1CD322。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H5501060mm之间选取，本系统取装料高度为500mm。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340mm，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=400，H=320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=400320mm。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 = 45/74.710/415 =0.625 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2.5 = （75120）/1000+0.13+2= 2.325min 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0.13 min t装 装卸工件时间（min）一般为0.51.5min,本例取2min机床生产率 Q1 = 60/T单2.5 = 60/（T切+T辅） =60/（0.625+3.255） =15.3 件/h机床负荷率按下式计算 = Q / Q1100%2.10 = A / Q1tk100% =15000/15.31550100% =67.04% 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 =1550h表2.5 生产率计算卡3 钻孔夹具设计3.1 研究原始质料利用本夹具主要用来加工钻3-5孔，加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。3.2 定位、夹紧方案的选择由零件图可知：在对加工钻钻3-5加工前，平面进行了粗、精铣加工，底面80孔进行了镗加工。因此，定位、夹紧方案有：选一面一销一挡销定位方式，工艺孔用短圆柱销，用棱形销定位，夹紧方式用操作简单，通用性较强的铰链移动压板来夹紧。3.3切削力及夹紧力的计算刀具：钻头 D=5。则轴向力：见工艺师手册表25.4F=Cdfk3.1 式中： C=420， Z=1.0, y=0.5, f=0.35 k=(F=420转矩T=Cdfk式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.5T=0.206功率 P=在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数 K=KKKK式中 K基本安全系数，1.5; K加工性质系数，1.1;K刀具钝化系数, 1.1;K断续切削系数, 1.1则 F=KF=1.5钻削时 T=17.34 N切向方向所受力: F=取F=4416F F所以,时工件不会转动,故本夹具可安全工作。根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，查参考文献5表可得： 所以有： 该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原则；参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力F夹与切削力之间的关系F夹KF轴向力：F夹KF （N）扭距：Nm在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数由资料机床夹具设计手册查表可得：切削力公式： 式（2.17）式中 查表得： 即：实际所需夹紧力：由参考文献16机床夹具设计手册表得： 安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献16机床夹具设计手册表 可得： 所以 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用螺旋夹紧机构。3.4 误差分析与计算该夹具以一面2销定位，为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 由参考文献5可得： 两定位销的定位误差 ： 其中：， 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查5表1215有。 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀