卧式双面钻、扩孔组合机床总体及多轴箱的设计

机电工程系机械设计与制造技术毕业设计设计题目：卧式双面钻、扩孔组合机床总体及多轴箱的设计内容: 1.机床总图（一张）2.钻孔工序图（一张）3.钻孔加工示意图（一张）4.左多轴箱图（一张）5.生产率计算卡（一张）6.设计说明书（一份）班级: 机制0801 学生：孙献夺 学号:2008050324指导教师：教研室主任：日期：年月日卧式双面钻、扩孔组合机床总体及多轴箱的设计 姓名：孙献夺 班级：机制00801 指导教师:张延 日期：2011- - 目录目录.1第1章 绪论.31.1 组合机床的发展史.31.2 组合及的国内外发展状况.31.2.1 国内组合机床现状.31.2.2 国外组合机床现状.51.3 组合机床的特点.61.4 组合机床的分类及组成.61.5 组合机床设计的目的、内容、要求.71.5.1 设计的目的.71.5.2 设计内容71.5.3 设计要求.71.6 组合机床设计步骤.91.6.1 调查研究.91.6.2 拟定方案.101.6.3 工作图设计.10第2章 组合机床总体设计.112.1 制定组合机床工艺方案.112.2 选择刀具及切削用量.112.3 切削力及切削功率的确定.122.4 组合机床的总体分析三图一卡.132.4.1 被加工零件工序图132.4.2 加工示意图132.4.3 组合机床联系尺寸图172.4.4 生产率计算卡21第3章 组合机床多轴箱设计.233.1 多轴箱的组成及表示方法.233.1.1 多轴箱的组成.233.1.2 多轴箱总体图绘制方法特点.233.2 多轴箱通用零件.243.2.1 通用箱体类零件. 24.3.2.2 通用主轴、传动轴、齿轮和套.243.3 绘制多轴箱设计原始依据图.253.4 主轴、齿轮的确定及动力计算.263.4.1 主轴型式的确定.263.4.2 主轴位置的确定.263.4.3 齿轮模数.263.4.4 多轴箱所需动力的计算.273.5 多轴箱传动系统的设计.273.5.1 多轴箱传动系统的一般要求283.5.2 拟定多轴箱传动系统283.5.3 多轴箱坐标计算、绘制坐标检查图32第4章 组合机床夹具设计.354.1 组合机床夹具概述.354.2 定为支撑系统.36.4.3 夹紧机构.384.4 钻模.394.5 钻床夹具结构的选择.404.6 工艺规程.414.7 工序计算夹.414.8 紧力计算.414.9 误差的分析.42第5章 结论.43参考文献46第1章 绪论1.1 组合机床的发展史组合机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，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商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米1000毫米，表面粗糙度可低达2.50.63微米；镗孔精度可达IT76级，孔距精度可达0.030.02微米。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。1.2 组合及的国内外发展状况世界上第一台组合机床于1908年在美国问世，30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。1.2.1 国内组合机床现状我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份，组合机床行业企业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。（1）行业企业产品结构的变化组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003年生产数控机床890台，产值16187万元，生产加工中心148台，产值5770万元；2004年生产数控机床985台，产值25838万元，生产加工中心159台，产值7099万元；而2005年，截至4月份，数控机床、加工中心、产值已接近2003年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。（2）行业企业的快速转变“九五”后期，在组合机床行业企业的50多家组合机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从2001至2002年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后，焕发勃勃生机。”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。（3）组合机床技术装备现状与发展趋势组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的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的箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），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，以及铣削平面和成型面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台组合机床等；随着技术的不断是进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受人们是亲昧，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、机床辅机等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。1.2.2 国外组合机床现状80年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势是：（1）广泛应用数控技术国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。(2)发展柔性技术80年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。(3)发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面组合机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。(4)进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。1.3 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、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等工序，生产效率比通用机床高几倍至几十倍，且加工精度十分稳定。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。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，高效率，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。1.4 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1.1-2.2千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为和多工位机床两大类。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形式。本次设计的机床为单工位双面钻床。组合机床部件分类通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。1.5机床设计的目的、内容、要求1.5.1设计的目的机床设计毕业设计，其目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计，使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养基本的设计方法，并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。1.5.2 设计内容(1)运动设计 根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量，通过分析比较拟定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。(2)动力设计 根据给定的工件，初算传动轴的直径、齿轮的模数；确定动力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后，要验算传动轴的直径，齿轮模数否在允许范围内。还要验算主轴主件的静刚度。(3)结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、箱体、润滑与密封等的布置和机构设计。即绘制装配图和零件工作图。(4)编写设计说明书1.5.3 设计要求1、一定的工艺范围任何一台机床所能完成的加工零件的类型，零件尺寸，毛坯形式和工艺工序都是有一定范围的。一般来说，工艺范围越窄，机床结构可较简单，容易实现自动化，生产率也高。机床的工艺范围过窄，会限制加工工艺和产品的革新；而盲目扩大机床工艺范围，将使机床的结构趋于复杂，不能充分发挥各部件的性能，甚至影响机床主要性能的提高，增加机床成本。2、保证精度与光洁度机床应保证被加工零件的精度和光洁度 ，并能在长期内保持。工件的精度和光洁度是由机床，刀具，夹具，切削条件和操作者等方面的因素决定的。就机床方面来说，要保证被加工零件的精度和光洁度，机床本身就必须具备一定的几何精度，传动精度和动态精度。一般情况下，机床刚度越大则动态精度越高。机床的刚度包括结构刚度和接触刚度，机床的结构刚度取决于构件本身的材料性质，抗扭抗弯截面的大小，壁厚，筋板布置和窗口影响等。机床的接触刚度不仅与接触材料接触面的几何尺寸，硬度有关，而且还与接触面的光洁度，几何精度，加工方法，相对方向接触面间的介质，预压力有关。切削过程中机床的振动降低了加工精度，工件表面质量和刀具耐用度，影响了生产效率的提高，加速了机床的损坏。机床抵抗振动的能力称为抗振性。机床的抗振性和机床的结构刚度，阻尼特性，固有频率有关。机床长时间保持其合格精度的性能称为机床精度保持性。机床按精度可分为普通精度机床，精密机床，高精度机床和精密母机床。3、有足够高的生产率和自动化程度生产率的要求根据生产纲领决定，常用单位时间内机床所能加工的零件数量表示。要提高机床的生产效率，必须缩短加工一个工件的平均时间，其中包括缩短切削加工时间，辅助时间以及分摊到每一个工件上的准备和结束时间。采用先进刀具提高机床的切削速度，采用大切深，大进给，多刀多刃和成型刀具等都可以缩短切削加工时间，提高生产效率。同时，缩短辅助时间，例如：空行程快进，夹紧用气压或液压卡盘，从而减少辅助时间，提高生产率。为了提高机床的生产率和自动化程度，就要在保证工件加工质量的前提下，以最经济的方法，合理的利用刀具，最大限度的缩短机动时间和辅助时间。机床的自动化可减少人对加工的干预，从而保证加工的一致性，即被加工零件的精度稳定性。还具有提高生产率和减轻工人劳动强度的优点。4、操作维修方便，使用安全可靠机床的操纵，观察，调整，装卸工件和工具应方便省力。机床维护须简单，部件便于拆装，易于查找故障进行修理，并便于安装和运输。使用安全包括操作者的安全，误操作的防止，超载的保护，有关动作的互锁以及对故障或废品的报警。5、提高三化程度三化是指机床品种系列化，零部件通用化和零件标准化。提高三化程度对发展机床品种，规格，数量和质量，对于机床的制造，使用和修理，对于新产品的设计和老产品的革新等方面都有十分重要的意义。6、噪声小由于机床切削速度的提高，功率的增加，自动化功能的增多和机床变速范围的扩大，机床噪声问题已经成为机床设计中必须考虑的一个问题。7、成本低在保证实现机床的性能要求的同时，也要注意使机床具有很高的经济效益。对于机床生产厂的经济效益来说，机床成本尤为重要。机床的成本不仅包括材料，加工制造费用，还包括研制和管理费用，必须十分重视和努力降低机床的成本。8、可靠性机床的工作可靠性也是一项重要的技术经济指标。随着自动化水平的不断提高，需要许多机床，仪表，控制系统和辅助装置协同工作。它们对机床的可靠性指标的要求是相当高的。1.6 机床的设计步骤1.6.1调查研究研究市场和用户对设计机床的要求，然后检索有关资料。其中包括情报、预测、实验研究成果、发展趋势、新技术应用以及相应的图纸资料等。甚至还可以通过网络检索技术查阅先进国家的有关资料和专利等。通过对上述资料的分析研究，拟订适当的方案，以保证机床的质量和提高生产率，使用户有较好的经济效益。1.6.2 拟定方案通常可以拟定出几个方案进行分析比较。每个方案包括的内容有：工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统、液压系统、控制操作系统、电系统、主要部件的结构草图、实验结果及技术经济分析等。在制定方案时应注意以下几个方面：（1） 当使用和制造出现矛盾时，应先满足使用要求，其次才是尽可能便于制造。要尽量用先进的工艺和创新的结构；（2） 设计必须以生产实践和科学实验为依据，凡是未经实践考验的方案，必须经过实验证明可靠后才能用于设计；（3） 继承与创造相结合，尽量采用先进工艺，迅速提高生产力，为实现四个现代化服务。注意吸取前人和国外的先进经验，并在此基础上有所创造和发展。1.6.3 工作图设计首先，在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上，进行方案图纸的设计。这些图子包括：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，统称“三图一卡”设计。并初定出主轴箱轮廓尺寸，才能确定机床各部件间的相互关系。其次，绘制机床的总装图、部分部件装配图。然后，整理机床有关部件与主要零件的设计计算书，编制各类零件明细表，编写机床说明书等技术文件。最后，对有关图纸进行工艺审查和标准化审查第2章 组合机床总体设计2.1 制定组合机床工艺方案1被加工零件特点被加工零件是一气缸缸头。该零件外形复杂。本工序所要加工孔的数量较多，而且是不同位置处的不同形状的孔。同时，各孔又有一定的位置度要求。但各孔没有尺寸精度要求，孔内表面粗糙度要求为Ra6.3、Rz50。因此，直接钻孔即可满足次精度要求。该零件材料为合金灰铸铁，其硬度为HB220-250(火力面)、HS48最大(边缘)，其质量为15kg，其生产类型为中型零件大量生产（生产纲领：70000件/年）。2确定工件的定位基准加工时，工件以底面（限制三个自由度）、H面（限制二个自由度）和L面（限制一个自由度）定位；并以顶面上的四点夹压（见工序图）。3本工序内容从工序图中可以看出：在顶面上钻6个f 8.7mm孔(图上编号为12-17)，在底面上钻2个f 6.7mm孔(图上编号为1-2)、钻2个f 8.2mm通孔(图上编号为3-4)、钻3个f 5mm孔(图上编号为5-7)和钻4个f 5mm通孔(图上编号为8-11)。各孔没有尺寸精度要求，但相对2个基准面有一定的位置度要求。根据以上工艺特点，若选用普通机床加工，难以保证各孔的位置度，同时效率也不高。因此，选用单工位的双面卧式组合钻床进行加工。这样不仅提高了加工效率，而且多个孔一次走刀即加工成形，能够较好的保证其位置精度。此外，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也不高。2.2 选择刀具及切削用量本工序加工所需刀具为钻头。选择刀具首先是选择刀具材料，对于钻头来说，常见材料有高速钢和硬质合金两种。高速钢钻头主要用于切削硬度在250-280HBS的部分结构钢和铸铁；硬质合金钻头则主要用于加工硬度较高的钢件。被加工零件的材料为铸铁，硬度为212-285HBS。所以，选用高速钢钻头。查机械加工工艺手册(GB/T6135.3-1996) 选择刀具类型为锥柄麻花钻，同时查组合机床设计简明手册表6-11选择切削用量并计算主轴转速进给速度，汇总于表2-1。表2-1刀具类型刀具标准切削速度v(m/min)进给量f(mm/r)主轴转速n(r/min)进给速度vf(mm/min)f 6.7mm锥柄麻花钻GB/T6135.3-199610.10.10048048f 8.2mm锥柄麻花钻GB/T6135.3-199611.60.10745048f 5mm锥柄麻花钻GB/T6135.3-19969.420.08060048f 8.7mm锥柄麻花钻GB/T6135.3-199612.30.107450482.3 切削力、切削功率的确定根据选定的切削用量（组要指切削速度v及进给量f），确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，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功率。查组合机床设计简明手册表6-20，得：切削力(N):式中，。切削扭矩(N.mm): 切削功率(kw): 2.4 组合机床的总体分析三图一卡2.4.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示设计的组合机床所完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件图的基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括:1）被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。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。以便依此进行夹具的定位支承（包括辅助定位支承）、限位、夹紧、导向系统的设计。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、重量及加工部位的余量等。为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要突出本机床的加工内容。绘制时，应按一定比例，选择足够的视图及剖视图，突出加工部位（用粗实线），并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关的部位（用细实线）表示清楚。凡本道工序保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方画粗实线标记。加工用定位基准、机械夹压位置及方向、辅助支承均须使用规定的符号表示出来。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。但有时因所选定位基准与设计基准不重合,则需对加工部位要求的位置尺寸精度进行分析换算。此外，应将零件图上的不对称位置尺寸公差应换算成对称尺寸公差，其公差数值的决定要考虑两方面，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。2.4.2 加工示意图1加工示意图的作用和内容零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据重要地位。它是刀具、辅具、主轴箱、液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的依据。其内容为：1）应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。2）根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型、数量、结构、尺寸（直径和长度）。3）决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。4）选择标准的或设计专用的接杆、浮动卡头、导向装置、攻丝靠模装置、刀杆托架等，并决定它们的结构、参数及尺寸。5）标明主轴、接杆（卡头）、夹具（导向）与工件之间的联系尺寸、配合及精度。6）根据机床要求的生产率及刀具、被加工零件材料特点等，合理确定并标注各主轴的切削用量。7）决定机床动力部件的工作行程及工作循环。本设计中，工件的底面是朝左安装的，距离机床中心线向左100mm处是工件的底面，向右101.15mm处是工件的顶面，加工部位的分布情况参照加工时意图中的M、N向视图所示。工件的两面布置刀具，左多轴箱有11根主轴，右多轴箱有6根主轴，每根主轴上均有相应的钻头，用来加工与其相对应的孔。2加工示意图的画法及注意事项1）加工示意图的绘制顺序是：先按比例用细实线绘出工件加工部位和局部结构的展开图，加工表面用粗实线画。为简化设计，相同加工部位的加工示意（指对同一规格的孔加工，所用刀具、导向、主轴、接杆等的规格尺寸、精度完全相同），允许只表示其中之一，亦即同一主轴箱上结构尺寸相同的主轴可只画一根。但必须在主轴上标注轴号（与工件孔号相对应）。2）一般情况下，在加工示意图上，主轴分布可不按真实距离绘制。当被加工孔间距很小或需设置径向结构尺寸较大的导向装置时，相邻主轴必须严格按比例绘制，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向是否干涉。3）主轴应从主轴箱端面画起。刀具画加工终了位置（攻丝加工则应画开始位置）。标准的通用结构只画外形轮廓，但须加注规格代号。对一些专用结构，为显示其结构而必须剖视，并标注尺寸、精度及配合。4)当轴数较多时，加工示意图可缩小比例，用细实线画出工件加工部位分布情况简图（向视图），并在孔旁标注相应号码，以便于设计和调整机床。3导向结构的选择组合机床加工孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。由于要加工的孔径较小且其线速度（切削速度）12.3m/min20m/min，因此，选用固定式导向装置。根据所要加工孔的直径，参考组合机床设计简明手册表8-4与表8-6选择长型导向装置，其主要尺寸及配合如表2-2。 表2-2 通用导套的尺寸规格（mm）D(G7)D()D1()D2Ll+l1f 51420222011f 6.71420222011f 8.21622262011f 8.716222625114确定主轴及其配件尺寸初定主轴直径D根据已选择的切削用量，由组合机床设计简明手册表3-4公式计算得：取，并带入公式（）验算：均满足要求，即主轴轴颈合适根据主轴轴颈d，查组合机床设计简明手册表3-6，得：主轴外伸尺寸 。根据主轴参数，选择接杆为可调接杆，查组合机床设计简明手册表8-1，选择接杆型号为Tr141.5，锥度为莫氏0号，类型为B型长接杆； Tr202，锥度为莫氏1号，类型为A型短接杆。查表8-5选择相应的夹紧螺母型式及尺寸。5确定动力部件的工作循环及工作行程动力部件的工作循环是指加工时，动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置，又返回到原位的动作过程。一般包括快速引进、工作进给和快速退回等动作。（1）工作进给长度工作进给长度应等于加工部位长度与刀具切入长度和切出长度之和，即式中，加工长度；切入长度，应根据工件端面的误差情况在510mm之间选择，误差大时取大值； 切出长度, 一般为。图2-1 工作进给长度根据图2-1所示选择计算工作进给长度并汇总于表2-3表 2-3加工直径加工长度工作行程左主轴箱f 5 mm16.5 mm28 mmf 6.7 mm22 mmf 8.2 mm9 mm右主轴箱f 8.7 mm31.6 mm38 mm（2）快进、快退长度按加工具体情况而定，保证加工所有刀具均退至夹具套内，不影响工件装卸，因此取左主轴箱快进长度为152mm，快退长度为180 mm；右主轴箱快进长度为142mm，快退长度为180 mm。（3）动力部件总行程长度动力部件的总行程除应保证要求的工作循环行程外，还要考虑装卸和调整刀具方便，即考虑前、后备量。前备量是指因刀具磨损或补偿制造、安装误差，动力部件尚可向前调节的距离。后备量是指考虑刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中取出所需要的动力部件尚能向后退的距离。理想情况是保证刀具退离夹具导套外端面的距离大于接杆插入主轴孔内（或刀具插入接杆孔内）的长度。因此，动力部件的总行程为快退行程长度与前后备量之和。以此作为选择标准动力滑台及设计专用动力部件的依据。2.4.3 组合机床联系尺寸图1机床联系尺寸图的作用与内容一般来说，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、辅具系统、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和运动关系，以检验机床各部件的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，并为进一步开展主轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。联系尺寸图也可看成是简化的机床总图，它表示机床的配置型式及总体布局。联系尺寸图的主要内容如下：1）以适当数量的视图（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形轮廓及相对位置，表明机床的配置型式及总体布局，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及尺寸，但反映各部件的联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的极限位置及行程尺寸，必须完整齐全。各部件的详细结构不必画出，留在具体设计部件时完成。3）为便于部件设计，联系尺寸图上应标注通用部件的规格代号、电动机型号、功率及转速，并注明机床部件的分组情况及总行程。2动力部件的选择动力滑台选择液压滑台，原因如下：液压滑台在相当大的范围内进给量可实现无级调速；可以获得较大的进给力；由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长；过载保护简单可靠；由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。进给力：进给速度：根据进给力及进给速度，查组合机床设计简明手册表5-1，并考虑进给过程中的摩擦力及进给速度的平稳性，选择左右液压滑台均为1HY32A型液压滑台，其最大进给力为12500N，最小进给速度为20mm/min。因为，所以能够保证平稳进给。根据液压滑台的参数，查表5-3，配置1CC321型滑台侧底座。计算电机功率：式中，多轴箱传动效率，加工黑色金属时取0.80.9，主轴数多，转动复杂时取小值，反之取大值。（式中取=0.8）动力箱规格要与动力滑台相匹配，根据电机功率，滑台滑鞍尺寸630320，初选1TD32型动力箱，电机型号为Y100 L1-4，电机功率为2.2KW，电机转速为1430r/min，输出轴转速为715r/min。3装料高度的确定机床装料高度是指机床上工件的安装基面到地面的垂直距离。为提高通用部件及支承部件的刚度并考虑自动线设计时中间底座内要安装夹具输送装置、冷却排屑装置，新颁布的组合机床标准推荐装料高度，与国际标准一致。在现阶段设计组合机床时，装料高度可根据具体情况在之间选取。由于受工件最低孔位置、多轴箱最低主轴高度和所选通用部件、中间底座、夹具高度等尺寸的限制的限制，再考虑到工人操作的方便性和机床的共度要求，本设计的机床装料高度取。4初定中间底座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。根据选定的动力箱滑台、侧底座等标准的位置关系，并考虑到毛坯误差和装配偏移，中间底座支承夹具底座的空余边缘尺寸，算出的长度应圆整，并按优选数系选用。应使空余边缘尺寸不小于。由金属切削机床组合机床部分的内容可知：中间底座的高度优先选取630mm，还可以选取710mm和560mm。据此选定中间底座高度为630mm。中间底座长度方向尺寸可按下式确定： 式中：加工终了位置，多轴箱端面至工件端面间的距离，本设计中； 主轴箱厚度，本设计中； 工件沿机床长度方向的尺寸，本设计中； 机床长度方向上，主轴箱与动力滑台的重合长度，本设计取； 加工终了位置，滑台前端面至滑座前端面的距离，对于通用的标准动力滑台，尺寸的最大范围为。本设计取； 滑座前端面至侧底座前端面的距离，本设计取。 根据，查组合机床设计简明手册表2-5（中间底座主要尺寸）：选定中间底座长为又根据被加工零件的宽度为，以及其他联系尺寸，选定中间底座宽度为。中间底座的长宽为。5多轴箱轮廓尺寸的确定标准通用多轴箱的厚度是一定的，卧式为，立式为。因此，确定多轴箱尺寸，主要是确定多轴箱宽度和高度及最低主轴高度。多轴箱宽度、高度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：式中：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（）。为保证多轴箱有排布齿轮的足够空间，推荐。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（）、滑台滑座总高（）、侧底座高度（）等尺寸之间的关系而确定。对于卧式组合机床，要保证润滑油不致从主轴衬套处泄露，通常推荐：根据上述计算值，按多轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定多轴箱轮廓尺寸为6机床分组为了便于设计和组织生产，组合机床各部件和装置按不同的功能划分编组。组号划分规定为：1）第1019组支撑部件。一般由通用的侧底座、立柱及其底座和专用中间底座组成。2）第2029组夹具及输送设备。夹具是组合机床主要的专用部件，常编为20组，包含工件定位加紧及固定导向部分。对一些活动性较强的活动钻模板、攻螺纹末模板、自动夹压机构、自动上下料装置等常单独编组。移动工作台。回转台等输送设备，如果属于通用部件，则可纳入夹具组，明细表中列出通用部件即可，如果专用则单独成组编号。3）第3039组电气设备。电气设计常编为30组，包括原理图、接线图和安装图等设计，专用操纵台、控制柜等则另遍组号。4）第4049组传动装置。包括机床中所有动力部件如动力滑台、动力箱等通用部件，编号40组，其余须修改部分内容或专用的传动设备则单独编组。5）第5059组液压和气动装置。6）第6069组刀具、工具、量具和辅助工具等。7）第7079组多轴箱及其附属部件。8）第8089组冷却、排屑机润滑装置。9）第9099组电气、液压、气动等各种控制挡铁。2.4.4 生产率计算卡1. 理想生产率理想生产率指完成年生产纲领（包括备品及废品率在内）所要求的机床生产率。它与全年工时总数有关，一般情况下，单班制生产取，则 件h2、 实际生产率实际生产率指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。 式中：生产一个零件所需的时间（），它可以根据下式计算：式中：、分别为刀具第、第工作进给行程长度（）；、分别为刀具第、第工作进给速度（）；当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时，动力滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转转所需的时间（）；、分别为动力部件快进、快退行程长度（）；动力部件快速行程速度。采用机械动力部件取，液压动力部件取；直线移动或回转工作台进行一次工位转换的时间，一般可取；工件装、卸（包括定位、夹压及清除铁屑等）时间，它取决于工件重量大小、装卸的方便性及工人的熟练程度。根据各类组合机床的统计，一般取。 3、 机床负荷率当时，计算二者的比值即为负荷率。根据组合机床的使用经验，适宜的机床负荷率为。所以该负荷率满足要求。第3章 多轴箱设计多轴箱是组合机床的重要部件之一，它关系到整台组合机床质量的好坏。具体设计时，除了要熟悉多轴箱本身的一些设计规律和要求外，还须依据“三图一卡”，仔细分析研究零件的加工部位，工艺要求，确定多轴箱与被加工零件、机床其他部分的相互关系。本机床有左、右两个主轴箱，它们的结构基本相同，只是主轴的数量和位置不同。现以右主轴箱为例，说明其设计方法。3.1多轴箱的组成及表示方法多轴箱按结构特点分为通用（即标准）和专用多轴箱两大类。前者结构典型，能利用同用的箱体和传动件；后者结构特殊，往往需要加强主轴系统刚性，而使主轴及某些传动件必须专门设计，故专用主轴箱通常指“刚性主轴箱”，即采用不需要刀具导向装置的刚性主轴和用精密滑台导轨来保证加工孔的位置精度。通用主轴箱则采用标准主轴，借助导向套引导刀具来保证被加工孔的位置精度。本设计中所采用的就是通用主轴箱。3.1.1 多轴箱的组成多轴箱由通用零件如箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构等组成。其基本结构中，箱体、前盖、后盖、上盖、侧盖等为箱体类零件；主轴、传动轴、传动齿轮、动力箱和电动机齿轮等为传动类零件；分油器、注油标、排油塞、和防油套等为润滑及防油元件。在多轴箱箱体内腔，可安排两排32mm宽的齿轮或三排24mm宽的齿轮；箱体后壁与后盖之间可安排一排（后盖用90mm厚时）或两排（后盖用125mm厚时）24mm宽的齿轮。本多轴箱考虑到实际情况，在箱体体内安排了三排24mm宽的齿轮和一排32mm宽的齿轮。3.1.2 多轴箱总图绘制方法特点（1）主视图 用点划线表示齿轮节圆，标注齿轮齿数和模数，两啮合齿轮相切处标注罗马字母，表示齿轮所在排数。标注各轴轴号及主轴和驱动轴、液压泵轴的转速和方向。（2）展开图 每根轴、轴承、齿轮等组件只画轴线上边或下边（左边或右边）一半，对于结构尺寸完全相同的轴组件只画一根，但必须在轴端注明相应的轴号；齿轮可不按比例绘制，在图形一侧用数码箭头标明齿轮所在排数。3.2 多轴箱通用零件多轴箱的通用零件的编号方法如下：T07或1T07系指与TD或与1TD系列动力箱配套的主轴箱同用零件，其标记方法详见组合机床设计简明手册中表4-1、表4-2、表4-4、表4-5和第七章相应的配套零件表。顺序号和零件顺序号表示的内容随类别号和小组号的不同而不同。例如：800630T0711-11，表示宽800mm，高400mm的主轴箱体；30T0731-42，表示有排齿轮，用圆锥滚子轴承、直径为40mm的传动轴；34040T0741-41表示模数为3、齿数为40、孔径为20mm和宽度为32mm的齿轮。3.2.1 通用箱体类零件多轴箱的通用箱体类零件配套表详见组合机床设计简明手册中表7-4；箱体材料为HT200，前、后、侧盖等材料为HT150。多轴箱体基本尺寸系列标准（GB3668.1-83）规定，9种名义尺寸用相应滑台的滑鞍宽度表示，多轴箱体宽度和高度是根据配套滑台的规格按规定的系列尺寸（组合机床设计简明手册中表7-1）选择；多轴箱后盖与动力箱法兰尺寸见组合机床设计简明手册中表7-2，其结合面上联接螺孔、定位销孔及其位置与动力箱联系尺寸相适应（参见组合机床设计简明手册中表5-40）；通用多轴箱体结构尺寸及螺孔位置详见组合机床设计简明手册中表7-1及表7-3。多轴箱的标准厚度为180mm，用于卧式主轴箱的前盖厚度为55mm，用于立式的因兼作油池用，故加后到70mm，基型后盖的厚度为90mm，变形后盖厚度为50mm，100mm和125mm三种，应根据多轴箱的传动系统安排和动力部件与多轴箱的连接情况合理选用。3.2.2 通用主轴、通用传动轴、通用齿轮和套本设计中，通用主轴、通用传动轴的传动结构，配套零件及联系尺寸，详见组合机床设计简明手册中第七章第二节。多轴箱通用齿轮有：传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮三种（见组合机床设计简明手册表4-5），其结构型式、尺寸参数及制造装配要求详见组合机床设计简明手册表7-247-23。多轴箱用套和防油套综合表参阅组合机床设计简明手册表7-24、表7-23。3.3 主轴箱设计的原始依据多轴箱设计原始依据图，是依据“三图一卡”整理编绘出来的，其一般应