机械毕业设计（论文）-双头钻扩铰专机设计—专机总体设计主轴箱设计【全套图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 双头钻扩铰专机设计双头钻扩铰专机设计 专机总体设计，主轴箱设计专机总体设计，主轴箱设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：高级工程师 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 双头钻扩铰 专机设计专机总体设计，主轴箱设计 是本人在导师的指 导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论 文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计 （论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 93 学 号： 0923151 作者姓名： II 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 双头钻扩铰专机设计 2、专题 专机总体设计，主轴箱设计 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 课题来源：无锡市惠发特精密制造机械有限公司 减震器铝合金缸体的图纸，加工要求（包括实物）。 材料：ZAlSi9Mg 缸体年产纲领 50000 件/年 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 1、根据产品图样及样品进行工艺分析，选择比较合理的工艺方案。 2、进行专用机床总体设计， “三图一卡”的设计与绘制即完成本工序的 工序图、加工示意图、机床总图及床身部件图，折合不少于 3 张 A0图 纸。 3、编写设计说明书一份，要求对机床的总体设计部分详细分析说明， 并包括必要的计算，文字简洁通顺，重要公式数据应标明出处。字数 II 一万字左右。 4、专业英语翻译一万字符左右 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 93 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 组合机床是一种高效专用机床，有特定的使用条件。在确定设计机床前，应该进行 具体的经济技术分析。加工同一个机械产品的零件，通常会有很多种工艺方案，不同的 方案会有不同的经济效果，影响技术经济的因素有很多，有时技术指标先进的方案，经 济指标不一定优越。因此，需要对技术、经济指标作综合评价，选出优化方案进行经济 效果评价，如果满意即可决定。 本课题是双头钻扩铰专机设计。其来源于惠发特精密机械有限公司。在设计中，通 过研究被加工零件的特点，对相关数据进行计算，对相关部件进行选择，从而确定机床 的总体布局。并绘制出被加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图和生产率计算 卡。在此基础上拟定了主轴箱的传动路线，设计了轴的结构，进行了皮带轮及轴等相关 零件的强度，刚度校核，并绘制出主轴箱装配图。该机床对零件的两端孔同时进行加工， 加工的工艺性好，工件装夹方便。采用滚珠丝杠导轨实现刀具进给。工件采用 V 形块定 位，液压夹紧，一次装夹完成不仅保证了孔的加工精度，而且还提高了加工效率，降低 了工人的劳动强度。 关键词关键词：双头钻扩铰专机；组合机床；主轴箱 IV Abstract Portfolio is a highly efficient machine for machine tools, there are specific conditions of use, in determining the design of machine tools, should carry out specific economic and technical analysis. Processing products with a mechanical parts, usually have a variety of programmes, the impact of technological and economic factors are many, sometimes technical indicators advanced programmes, economic indicators do not necessarily superior, therefore, need to On the technical, economic indicators for comprehensive evaluation, comprehensive views of the majority, elected Optimization of economic evaluation, if you satisfied with the decision. This topic is designed to face double-processing machine combinations. Its benefits from the special Precision Machinery , In the design: The study was part of the processing characteristics of the relevant data, the relevant components of choice to determine the overall layout of machine tools. And the mapping of processes to be processed parts map, diagram processing, machine size map and the associated productivity calculation card. On this basis the development of the spindle box of transmission lines, the design of the shaft structure, a pulley and shaft, and other relevant parts of the strength and stiffness Verification, and spindle box assembly to map out plans and related spare parts plans. Tool Guide to achieve a ball screw feed. Workpiece positioning using V-shaped blocks, hydraulic clamp, a fixture not only guarantee the completion of the hole processing precision, but also improve the processing efficiency and reduce the labor intensity of the workers. Key words: double-face processing; combination machine; Headstock V 目目 录录 摘 要.III ABSTRACTIV 目 录 V 1 绪 论.1 1.1 惠发特精密机械有限公司简介.1 1.2 本设计任务简介.1 1.3 本设计应达到的要求1 2 机床总体设计.2 2.1 工艺方案制定.2 2.1.1 工件和加工部位的主要要求2 2.1.2 拟定工艺路线2 2.1.3 二种工艺线路的比较与确定及其各分析其优缺点6 2.1.4 安装与夹紧方案的比较与确定，包括定位、夹紧、夹紧部位、形式等7 2.1.5 刀具、辅具的确定8 2.1.6 工序8 2.1.7 工序的集中与分散9 2.1.8 确定加工工艺路线9 2.1.9 加工工序卡片10 2.2 专机总体设计.11 2.2.1 确定专机的驱动方式，切削力，切削功率、电动机选择等计算13 2.2.2 基本参数（尺寸）设计17 2.2.3 传动系统设计17 2.2.4 三图一卡的设计.19 3 主轴箱的设计.27 3.1 主轴箱及其卸荷机构.27 3.2 主轴的结构型式.28 3.2.1 主轴的构造28 3.3 主轴的轴承选用.29 3.3.1 几种轴承的比较29 3.3.2 轴承的安装与定位30 3.4 主轴刚度计算.30 3.5 轴承寿命计算.31 3.6 电机的安装.33 3.7 两主轴箱等高与共线调节.33 4 其他设计.34 4.1 夹具.34 4.2 进给系统.34 VI 4.3 液压原理.34 4.4 冷却系统.35 5 附件设计部分（床身部件）.36 5.1 对床身部件的具体要求.36 5.2 选择床身部件的材料、毛胚制造方式.36 5.2.1 铸造加工工艺36 5.2.2 焊接加工工艺36 5.3 对床身部件与其他部件联系的方式确定.36 5.3.1 床身与其余部件的整体布局36 5.3.2 导轨安装36 5.3.3 排屑及冷却液回流37 5.3.4 起吊问题37 5.4 床身部件加工工艺方案及工艺路线确定.37 5.4.1 加工工艺方案的比较与确定37 5.4.2 加工工艺路线39 5.5 技术要求说明.39 6 结论与展望.41 致谢.42 参考文献.43 双头钻扩铰专机设计专机总体设计，主轴箱设计 1 1 绪绪 论论 1.1 惠发特精密机械有限公司简介惠发特精密机械有限公司简介 无锡惠发特精密机械有限公司位于无锡市惠山区堰桥镇工业园，公司生产工艺先进， 设备齐全，技术力量雄厚。专门从事各种系列型号液压机的生产，其各项性能指标均已 达到国外同类产品的水平。 公司全体员工秉承“追求卓越品质，满足客户需求”的经营理念，不断强化质量管 理，坚持跟踪服务，已通过了 ISO9001：2000 国际质量体系认证，为各种内燃机、电机 电器、汽车、摩托车、粉末冶金、轴承等良好组配创造了条件。同时还生产专用组合机 床、数控专用组合机床及三棍轮、二棍轮精密校直机。 1.2 本设计任务简介本设计任务简介 本设计是从事专业机床设计，包括总体设计、进给系统、床身部件、液压系统、主 轴箱设计。 课题来源于无锡市惠发特精密机械有限公司。本课题系机动车减震器缸筒加工的专 用机床设计，对于摩托车及其这一类机动车的减震器缸筒加工均有一定得参考价值，在 减震器行业技术更新中起相当的作用。 此次毕业设计任务要求机床功能得到进一步的完善，能够提高零件的加工精度和加 工效率，能够降低加工成本。该零件属摩托车减震器用，其材料为铸铝，要求单班制生 产，年产量 5 万件。限于水平和经验，不完善之处，敬请批评指正。 1.3 本设计应达到的要求本设计应达到的要求 1. 对缸体加工工艺（经简化）方案的简要分析比较。 2. 完成本工序的工序图，加工示意图，机床总图及床身部件图。 3. 设计说明书一份，要求对机床的总体设计部分详细分析说明，并包括必要的计算， 文字简洁通顺，重要公式数据应注明出处。 4. 对制造厂家调研，了解其对质量、成本要求，所设计的专机要结合厂方具体生产 条件。 无锡太湖学院学士学位论文 2 2 机床总体设计机床总体设计 2.1 工艺方案制定工艺方案制定 机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法的工艺文件。 生产规模的大小，工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加 工工艺规程来体现。因此，机械加工工艺规程设计是一项重要而又严肃的工作。为能具 体确切地说明工艺过程，一般将机械加工工艺过程分为工序、安装、工位、工步、走刀。 工艺方案制定正确与否，将决定机床能否达到“体积小，重量轻，结构简单，使用 方便，效率高，质量好”的要求，这是设计最重要的一步。 为使工艺方案制定的合理、先进，必须认真分析被加工的零件图纸，深入现场全面 了解被加工零件的结构特点，加工部位，尺寸精度，表面粗糙度和技术要求，定位夹紧 方式工艺方法和加工过程所采用的刀具，辅具，切屑用量。分析其优缺点，总结设计， 制造，使用单位和操作者的丰富的实践经验，以求理论紧密联系实际，从而确定零件在 组合机床上完整的工艺（工序）内容及方法，从而决定刀具种类，结构型式，数量及切 屑用量等。 根据选定的工艺方案确定机床的配置形式，并制定出影响机床总体布局和技术性能 的主要部件结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件的加工精度，技术要求及 生产率；又要考虑机床的操作方便可靠，易于维修，且冷却，排屑情况良好。 对于同一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决 定采取哪种方案时，决不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进行多种 对比，选择最佳方案。 2.1.1 工件和加工部位的主要要求工件和加工部位的主要要求 被加工零件为棒状铝合金：MgZAlSi9 牌号：MgZAlSi9 代号：ZL104 铸造方法 ：金属型 热处理： 淬火+人工时效 力学性能：抗拉强度b/MPa：145 伸长率 5(%)：2 布氏硬度 HBS(5/250/30)：70 铸铝合金应具有良好的铸造性能，其成分应接近共晶点。 双孔加工：左端 14.5，表面粗糙度 Ra=6.3 微米 右端阶梯孔 最大 43，最小 35，表面粗糙度 Ra=6.3 微米 其他技术要求见零件图，要求年产量为 5 万件，单班制生产。实物图如图2.1。 图 2.1 实物图 双头钻扩铰专机设计专机总体设计，主轴箱设计 3 2.1.2 拟定工艺路线拟定工艺路线 根据厂方要求，该零件有两种加工方案，一是先加工深孔再加工双端面孔，二是先 加工双端面孔再加工深孔。 2.1.2.1 机床设计应满足的基本要求机床设计应满足的基本要求 (1) 工艺范围 机床的工艺范围只要取决于其使用于是生产模式。如使用于大批量生产模式，工序 分散，一台机床仅需对一种工件完成一道或几道工序的加工，工艺范围窄，但要求加工 效率高，自动化程度高，应采用专业机床。如使用于单件小批量生产模式，工序集中， 要求机床具有较宽的加工范围，对加工效率和自动化程度的要求相对低一些，应采用普 通机床或通用机床。在多品种小批量生产模式，要求机床能适应多品种工件的加工，具 有一定的工艺范围，较高 的加工效率和自动化程度，应采用专门化机床。 机床的工艺范围直接影响到机床结构的复杂程度，设计制造成本，加工效率和自动 化程度。对于生产率，就机床本身而言，工艺范围增加，可能会使加工效率下降，但就 工件的制造全过程而言，机床工艺范围的增加，将会减少工件的装卸次数，减少安装， 搬运等辅助时间，有可能使总的生产率提高。数控机床的出现较好地解决了上述矛盾。 万能数控机床是能进行自动化加工的通用机床， ，其工艺范围往往比普通通用机床还宽， 专用数控机床的生产率和自动化程度却比普通专用机床还高，因此数控机床不仅可使用 于多品种。 小批量生产模式，现已逐步推广应用于大批量生产模式。 (2) 柔性 机床的柔性是指其适应加工对象变化的能力。随着时常经济的发展，对机床机器组 成的生产线的柔性要求越来越高。机床的柔性包括空间上的柔性和时间上的柔性。所谓 空间柔性是指一台机床的工艺范围相当于多台机床的工艺范围，即机床的运动功能和刀 具的数目较多，工艺范围较广，机床能够在同一时期内完成。 多品种加工的能力。所谓时间上的柔性也就是结构柔性，指的是在不同时期，机床 各部件经过重新变化快的要求。为现实这项功能，在单位或极小批量生产 FMS 作业线上， 可通过识别装置对待加工的工件进行识别，并根据其加工要求，在较短的时间内自动地 对机床功能进行重构。要重构在较短的时间内完成，要求机床的功能部件具有快速分离 与组合的功能。 (3) 与物流系统的可接近性 可接近性是指机床与物流系统之间进行物料（工件，刀具，切屑等）流动的方便程 度。对于普通机床，是由人工进行物料流动的，要求机床的使用，操作，清理和维护方 便和安全。对于自动化制造系统，是采用工件传送带，自动换刀系统和自动排屑系统等 装置自动进行流动的，要求机床的结构便于物料的自动流动，可靠性好。 (4) 刚度 机床的刚度是指加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相对于工作在影响加工 精度方向变形的能力。刚度包括静态刚度，动态刚度，热态刚度。机床的刚度直接影响 机床的加工精度和生产率，因此机床应有足够的刚度。 无锡太湖学院学士学位论文 4 (5) 精度 要保证能加工出一定精度的工件，作为工作母机的机床必须具有更高的精度要求。 机床精度分为机床本身的精度，即空载条件下的精度（包括几何精度，运动精度，传动 精度，定位精度等）和工作精度（加工精度） 。 (6) 生产率 机床的生产率通常是指单位时间内机床所能加工的工件数量。机床的切屑效率越高， 辅助时间越短，则它的生产率越高。它是衡量生产技术的先进性，生产组织的合理性和 工人劳动积极性的重要指标之一。对用户而言，使用高效率机床，可以降低工件的加工 成本。 (7) 自动化 自动化机床可在无人工干预的情况下，按规定的动作要求，通过机械，电子或计算机 的控制，自动完成全部或部分的加工。机床的自动化程度越高，加工精度的稳定性越好， 还可以有效地降低工人的劳动强度，便于一个工人看管多台机床，大大地提高劳动生产 率。 (8) 成本 成本感念贯穿在产品的整个生命周期内，包括设计，制造，包装，运输，使用维护， 再利用和报废处理等费用，是衡量产品市场竞争力的重要指标，应尽可能在保证机床性 能要求的前提下，提高其性能价格比。 (9) 生产周期 生产周期（包括产品开发和制造周期）是衡量产品市场竞争力的重要指标，为了快 速响应市场需求变化，应尽可能缩短机床的生产周期。这就要求尽可能采用现代设计方 法，缩短新产品的开发周期；尽可能采用现代制造和管理技术，缩短制造周期。 2.1.2.2 机床设计方法机床设计方法 随着科学技术的进步和社会需求的变化，机床的设计理论和技术也在不断的发展。 计算机技术和分析技术的飞速进步，为机床设计方法的发展提供了有力的技术支撑。计 算机辅助设计和计算机辅助工程已在机床设计的各个阶段得到了应用，改变了传统的经 验设计方法，使机床设计由传统的人工设计向计算机辅助设计，由定性设计向定量设计， 有静态和线性分析向动态和非线性分析，由可行性设计向最佳设计过渡。 数控技术的发展与应用，使得机床的传动与结构发生了重大变化。伺服驱动系统可 以方便地实现机床的单轴运动及多轴联动，从而可以省去复杂笨重的机械传动系统，使 其结构及布局产生很大的变化。 随着生产的发展，社会需求也在发生变化。在机械制造业中，小批量生产需求日益 增加，因此出现了与之相适应的 FMS（柔性制造系统）等先进制造系统。数控机床是 FMS 的核心装备。前期的 FMS，可以说是“以机床为主的系统” ，即根据现有机床的特 点来构成 FMS。但是，传统的机床（包括数控机床）设计时并未考虑到它在 FMS 中的应 用，因此在功能上制约了 FMS 的发展。 FMS 的发展对机床提出了新的要求，要求机床设计向“以系统为主的机床设计发展” 方向发展，即在机床设计时就要考虑他如何更好地适应 FMS 等先进制造系统的要求，例 双头钻扩铰专机设计专机总体设计，主轴箱设计 5 如要求具有时空柔性，与物流的可接近性等等，这就对机床设计的方法学提出了新的要 求。 机床的设计方法是根据其设计类型而定的。通用机床采用系列化设计方法。系列中 基型产品为创新设计类型，其他为变型设计类型。有些机床，如组合机床为组合设计类 型。 在创新设计类型中，机床总体方案（包括运动功能方案和结构布局方案）的产生方 法可采用分析式设计（又称试行设计）或创成式设计（又称解析式设计） 。前者是用类比 分析，推理方法产生方案，是目前创新设计一般采用的方法，后者则用创成解析的方法 生成方案，创新能力强，这种方法尚在研究发展之中。 2.1.2.3 机床设计步骤机床设计步骤 机床的类型和要求不同，设计步骤也不同。按新的原理进行加工的机床应按创新设 计的步骤进行；成系列的机床产品应按系列化设计的步骤进行；通用化程度较高的机床 产品，例如组合机床应按模块化设计的步骤进行。 (1) 确定结构原理 根据初步设计方案，确定被设计机床的结构原理方案的主要内容包括： 用途：即机床的工艺范围，包括加工件的材料类型，形状，质量和尺寸范围等。 生产率：包括加工件的类型，批量及所要求的生产率。 性能指标：加工件要求的精度（用户定货设计）或机床的精度，刚度，热变形，噪 声等性能指标。 主要参数：即确定机床的加工空间和主要参数。 驱动方式：机床的驱动方式有电动机驱动和液压驱动方式。电动机驱动方式中又有 普通电动机驱动，步进电动机驱动与伺服电动机驱动。驱动方式的确定不仅与机床的成 本有关，还将直接影响传动方式的确定。 结构原理：主要零部件应满足的要求和结构原理，有时还需进行草图设计，确定关 键零部件自制还是外协。 成本及生产周期：无论是订货还是工厂规划产品，都应确定成本及生产周期方面的 指标。 (2) 总体设计 总体设计的内容 运动功能设计：包括确定机床所需运动的个数，形式（直线运动，回转运动） ，功能 （主运动，进给运动，其它运动）及排列顺序，最后画出机床的运动功能图。 基本参数设计：包括尺寸参数，运动参数和动力参数设计。 传动系统设计：包括传动方式，传动原理图及传动系统图设计。 总体结构布局设计：包括运动功能分配，总体布局结构形式及总体结构方案图设计。 控制系统设计：包括控制方式及控制原理，控制系统图设计。 总体方案综合评价与选择 在总体方案设计阶段，对其各种方案进行综合评价，从中选择较好的方案。 无锡太湖学院学士学位论文 6 对所选择的方案进行进一步修改或优化，确定最终方案。上述设计内容，在设计过程中 要交叉进行。 (3) 结构设计 设计机床的传动系统，确定各主要结构的原理方案，设计部件装配图，对主要零件 进行分析计算或优化，设计液压原理和相应的液压部件装配图，设计电气控制系统原理 图和相应的电气安装接线图，设计和完善机床总装图和总联系尺寸图。 (4) 工艺设计 该机床的全部自制零件图，编制标准件，通用件和自制件明细表，撰写设计说明书， 使用说明书，指定机床的检验方法和标准等技术文档。 (5) 机床整机综合评价 对所设计的机床进行整机性能分析和综合评价。可对所设计的机床进行计算机建模， 得到所谓的数学化样机，又称虚拟样机。采用虚拟样机对所设计的机床进行运动学仿真， 在实际样机试造出来之前对其进行综合评价，可以大大减少新产品研制的风险，缩短研 制的周期，提高研制的质量。 (6) 定型设计 在上述步骤（三）完成后，可进行实物样机的制造，实验及评论。根据实物样机的 评论结果进行修改设计，最终完成产品的定型设计。 2.1.3 二种工艺线路的比较与确定及其各分析其优缺点二种工艺线路的比较与确定及其各分析其优缺点 2.1.3.1 先加工深孔方案及工艺路线先加工深孔方案及工艺路线 根据加工深孔时工件旋转而刀具不转的原理，此方案在先加工深孔时需要一个导航 设备，以确保刀具能够精准地校准工件中心。在工件夹紧方面，工件左面可考虑选用三 爪卡盘夹具，这样可以带动工件高速旋转。由于深孔加工的特殊要求，工件若只夹紧一 侧，会由于震动而导致误差偏大，达不到工件的精度要求。故而需要设计一辅助夹具， 用来夹紧工件的另一侧，以确保工件能够达到厂方要求。但由于工件需要高速旋转，此 辅助夹具也必须能够高速旋转。这一特殊要求将给此辅助夹具的设计带来相当大的困难， 暂考虑以同样的三爪卡盘来夹紧工件的另一侧。由于深孔加工对刀具的特殊要求，刀具 在加工时需要一个导航设备，以避免刀具在加工时产生较大的偏移。经这样考虑，辅助 夹具和导航设备的安装又将是另一难题。若将此两个设备以前后顺序安装于同一板垫上， 则或多或少会影响加工精度。 现在来考虑加工两端面孔。我们要求两端面孔要同时加工，这样不仅可以提高工作 效率，对两端孔的中心线的合一也能够很好的解决，避免了先后加工两端面孔时由于拆 卸工件所带来的认为误差。由于这一要求，所以对夹具的设计要进行一番考虑。现设计 夹具为臂杆式，左右各一个，如“T”型状，利用液压缸夹紧，简图如图 2.2。 双头钻扩铰专机设计专机总体设计，主轴箱设计 7 图 2.2 夹具简图 综上所述，此方案需消耗人力，才力和资源比较大，成本高，方案实行比较困难。 2.1.3.2 先加工两端孔的方案及工艺路线先加工两端孔的方案及工艺路线 两端面孔的加工要求同步进行，并在同时间内完成加工任务，在刀具设计方面同上 方案。现在来考虑加工深孔。深孔加工要求工件高速旋转，上一方案考虑用三爪卡盘夹 紧两端面里带动工件完成高速运转。此方案在实际亦不可行，现由于工件两端面孔已经 加工完成，故可考虑用顶针顶住工件左端面孔，依靠机床结构对工件向左的紧压力所产 生的摩擦力带动工件高速运转。根据工件右端面孔的特征，可以设计一个刀具导向套， 利于机床部件运动给工件一个向左的压紧力。 图 2.3 刀具导向套简图 这样便可以成功地解决工件高速运转所带来的夹具设计困难问题。此方案不仅方便 可行，而且成本低，运用合理，完全能够满足加工要求。 2.1.4 安装与夹紧方案的比较与确定，包括定位、夹紧、夹紧部位、形式等安装与夹紧方案的比较与确定，包括定位、夹紧、夹紧部位、形式等 在同一个工序中，工件每定位和夹紧一次所完成的那部分加工称为一个安装。此次 全部工序的完成需要两次定位和夹紧。如表 2-1 所示。 表 2-1 铝合金缸筒的工序和安装 工序号安 装 号安 装 内 容设 备 11左右两端钻孔专业钻床 22加工深孔专业钻床 2.1.4.1 定位定位 无锡太湖学院学士学位论文 8 在制定工件的工艺规程时，已经初步考虑了加工中的工艺基准问题，有时还绘制了 工序简图。设计夹具时原则上应选该工艺基准为定位基准。 工件以外圆柱表面定位有两种形式，一种是定心定位，另一种是支承定位。 (1) 定心定位 与工件以圆柱孔定心类似，用各种卡头或弹性筒夹代替心轴或柱销， 来定位和夹紧工件的外圆。有时也可以采用套筒和锥套来定位。 (2) V 型块定位 工件外圆以 V 型块定位是最常见的定位方式之一，两斜面夹角有 60、90、120等，90V 型块使用最广泛，其定位精度和定位稳定性介于 60和 120V 型块之间，精度比 60V 型块高，稳定性比 120V 型块高。使用 V 型块定位的 优点是对中性好，可用于非完整外圆柱表面定位。V 型块有长短之分，长 V 型块限制 4 个自由度，其宽度 B 与圆柱直径 D 之比 B/D1，短 V 型块只能限制两个自由度，其宽 度有时仅 2mm。它们均已标准化，可以选用，特殊场合也可以自行设计。 本设计采用的是 V 型块定位的方式。 2.1.4.2 夹紧夹紧 设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则： (1) 夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位； (2) 工件和夹具变形必须在允许的范围内； (3) 夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构必须 保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够； (4) 夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯； (5) 夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。 气动夹紧装置采用空气作为夹紧装置的动力源。压缩空气具有粘度小，不污染，传 送分配方便的优点。缺点是夹紧力比液压夹紧小，一般压缩空气工作压力为 0.40.6MPa，结构尺寸较大，有排气噪音。 液压夹紧装置的工作原理和结构基本上与气动夹紧装置相似，它与气动夹紧装置相 比有下列优点： 压力油工作压力可达 6MPa，因此液压缸尺寸小，不需增力机构，夹紧装置紧凑。 压力油具有不可压缩性，因此夹紧装置刚度大，工作平稳可靠。 液压夹紧装置噪声小。 其缺点是需要有一套供油装置，成本要相对高一些。因此适用于具有液压传动系统 的机床和切削力较大的场合。本设计采用的是液压夹紧装置。 2.1.5 刀具、辅具的确定刀具、辅具的确定 孔加工复合刀具是由两把或两把以上单个孔加工刀具结合在一个刀体上形成的专用 刀具。这种刀具在组合机床及其自动线上获得广泛使用，一般需要进行专门设计。 孔加工复合刀具在组合机床及其自动线上能获得广泛应用，因为它具有以下优点： （1）生产效率高：用同类工艺复合刀具同时加工几个表面时，能使机动时间重合； 用不同类型工艺复合刀具对一个或几个表面进行顺序加工时，能减少（换刀等）的辅助 时间。因此，使用孔加工复合刀具能大大提高生产效率。 （2）加工精度高：用孔加工复合刀具能使工件被加工表面之间获得较高的位置精度 双头钻扩铰专机设计专机总体设计，主轴箱设计 9 （如孔的同轴度、孔与端面垂直度等） ，还能减少工件的安装次数和定位误差，有利于提 高工件加工精度和表面质量。 （3）加工成本低：用孔加工复合刀具可方便工序集中，从而减少工序或工位数量。 对自动加工生产则可以大大节省投资，同时对工人的操作水平要求也较低。 （4）加工范围广：用孔加工复合刀具不仅可以在实心材料上加工出孔，也可以对已 有孔进行扩孔。既能加工圆柱孔、圆锥孔、螺纹孔、台阶孔以及相隔一定距离的同轴孔， 还可以锪凸台、深孔平面等。 但是，孔加工复合刀具与单个刀具相比较，不仅需要专门设计、制造，同时刃磨也 比较麻烦。因此，孔加工复合刀具多用于成批大量生产的组合机床和自动线上。应该指 出，如果复合刀具的设计、制造、刃磨、使用不当或在刀具管理上缺乏相应的措施，也 难以得到预期的加工效果。综上所述，本设计采用的是孔加工复合刀具。 2.1.6 工序工序 机械加工工艺过程的工序是指：一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同 时对几个）工件连续完成的那一部分加工过程。本次毕业设计所要加工零件，为了简化 课题，零件图已作抽象处理，只标出内孔结构以便工艺分析，其余次要结构均简略。加 工零件的零件图如图 2.4。 图 2.4 零件图（已抽象） 其加工内容是： 对左右两端钻孔 加工深孔 去毛刺 这些加工内容安排在 3 个工序中完成，如表 2-2 所示。 表 2-2 铝合金缸筒工序安排方案 工 序 号工 序 内 容设 备 1对左右两端钻孔专业钻床 2加工深孔专业钻床 3手工去毛刺 2.1.7 工序的集中与分散工序的集中与分散 同一工件，同样的加工内容可以安排两种不同的形式的工艺规程：一种是工序集中， 另一种是工序分散。 无锡太湖学院学士学位论文 10 工序集中有利于保证各加工面相互位置精度要求，有利于采用高生产率机床，节省 安装工件的时间，减少工件的搬动次数。工序分散可使每个工序使用的设备和夹具比较 简单，调整，对刀也比较容易，对操作工人的技术水平要求比较低。 采用高效自动化机床,以工序集中的形式组织生产,除了具有上述工序集中的优点以外, 生产适应强,因而虽然设备价格昂贵,但仍然受到愈来愈多的重视。综上所述,此次加工采用 的是工序集中的工艺规程。 2.1.8 确定加工工艺路线确定加工工艺路线 根据上述内容,对各种方案的比较，选用先加工两端面孔再加工深孔这一方案比较合 理，也比较科学，这一方案不仅降低了生产成本,提高了生产效率，同时也容易完成加工 任务。工艺路线简图如图 2.5 所示。 钻 两 端 面 孔钻 深 孔 图 2.5 工艺路线简图 2.1.9 加工工序卡片加工工序卡片 表 2-3 加工工序卡片 产 品 型 号 零件图号01工序号1共 1 页 惠发特精密机 械有限公司 产 品 名 称 铝合金 缸 筒 零件名称 减震 器 工序名称钻 孔第 1 页 材 料 牌号名称硬 度 ZAlSi9M g 铝合金HBS70 毛坯 种类 毛坯外 形尺寸 每毛坯 可制造 件数 铸造 503001 设备 名称 设备 型号 同时加 工件数 专用 钻床 1 工步 号 共步 内容 刀具量具 走刀 长度 走刀 次数 主轴 转速 切削 速度 进给量 背 吃 刀 量 工步工 时 双头钻扩铰专机设计专机总体设计，主轴箱设计 11 1 两端 面钻 孔 专用 钻头 游标 卡尺 29/141 1000 210.350.6 2 钻深 孔 专用 钻头 游标 卡尺 248120801.51 编制校 对审 核 无锡太湖学院学士学位论文 12 2.2 专机总体设计专机总体设计 此次毕业设计为摩托车减震器，为了简化课题，零件图已作抽象处理，只标出内孔 结构以便工艺分析，其余次要结构均简略(如图 2.6 所示)，其材料为铸铝，硬度为 HBS70，加工部位及要求为： 深孔即 31，表面粗糙度 0.2，其他技术要求见零件图，要求年产量为 5 万件，单班 制生产。 图 2.6 摩托车减震器零件图（已抽象） 组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高度集中工序原则设计的一种高 效率专用机床。设计组合机床前，首先应根据组合机床完成工艺的一些限制及组合机床 各种工艺方法能达到的加工精度，表面粗糙度及技术要求，解决零件是否可以利用组合 机床加工过程顺利进行，并达到要求的生产率，必须在掌握大量的零件加工工艺资料基 础上，统盘考虑影响制定零件工艺方案，机床配置型式，结构方案的各种因素及应注意 的问题。经过分析比较，以确定零件在组合机床上合理可行的加工方法（包括安排工序 及工艺流程，确定工序中的工步数，选择加工的定位基准及夹压方案等） 。确定工序（或 工步）间加工余量，选择合适的切屑用量，相应的刀具结构，确定机床配置型式等等， 这些便是组合机床方案制定的主要的内容。 (1) 影响组合机床方案制定的主要因素 被加工零件的加工精度和加工工序： 被加工零件要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制定机床方案 的主要依据。例如精度为 H7 的孔加工工序，不仅工步数多（通常 34 个） ，而且对于不 同尺寸的孔径，也必须采取不同的工艺方法（镗或铰） 。当孔与孔之间有较高位置精度要 求 9 如0.05 毫米） ，其最后精加工应从一面进行。又如，为了加工精度为 H6，表面粗糙 度为 Ra0.4 微米的孔，除采取提高机床原始制造精度和工件定位基准度并减少夹压变形等 一般措施外，机床必须采取主轴高速，低进给量的加工方法没，以使切屑力尽量小，还 须尽量消除主轴振动的影响，并保持稳定的小进给量（一般 f0.0 1 毫 米/转） ，为此， 机床通常采用皮带传动的精镗头，主轴设卸载装置，进给采用液压增稳系统。又如加工 精度为 H6H7，直径为 80150 毫米的汽缸孔，机床一般采用立式刚性主轴结构， 而不采用浮动主轴带导向加工，因为采用前，后导向加工，不仅机床结构复杂，庞大， 还常因汽缸孔间距较小而不便安置导向套，同时立式加工时，切屑也易落入下导向，造 成导向精度早期走失，不利于保证加工精度。 采用刚性主轴结构方案时，必须根据被加工零件材料，加工部位特点及加工精度要 双头钻扩铰专机设计专机总体设计,主轴箱设计 13 求来选择主轴结构型式和具体参数，以使主轴有足够刚度及抗振性。还必须合理布置镗 刀位置，力求减少切削径向力在加工过程中产生的振动。当气缸体缸孔孔间距及平行度 要求精度较高（0.020.03 毫米） ，缸孔对定位基准位置精度要求高于0.05 毫米时， 通常采用由单个精镗头组成的多轴机床结构方案，目的是各精镗头可单独调整位置。为 提高机床工作过程中的稳定性，镗头滑台应采用矩型三角型导轨型式，并把机床设计成 10或者 45倾斜式。 被加工零件特点： 这主要指零件的材料，硬度，加工部位的结构形状，工件刚性，定位基准的特点等。 它们对机床工艺方案制定有着重要的影响。同样精度的孔，因材料，硬度的不同，其工 艺方案也不同，如钢件一般比铸铁件的加工工步数多。加工薄壁易振的工件，安排工序 时，必须考虑防止共振。加工箱体零件多层壁同轴线等直径孔，通常在一根镗杆上安装 多个镗刀头进行镗削，退刀时，要求工件（夹具） “让刀” ，镗刀头周向定位3。 若工件刚性不组，安排工序就不能过于集中，以免因同时加工表面多造成工件受力大， 振动及发热变形而影响加工精度。 还必须十分重视被加工零件在组合机床加工前完成的工序及毛坯或半成品质量。对 加工余量很大或铸造质量较差的零件安排预加工工序。被加工零件的特点在很大程度上 决定了机床采取的配置型式。一般来说，孔中心线与定位基准面平行且需由一面或几面 加工的箱体见宜采用卧式机床；立式机床适宜加工定位基面是水平的被加工孔与基面相 垂直的工件，而不适宜加工安装不方便或高度较大的细长工件。对大型箱体件，采用单 工位机床加工较适宜；而中小型零件则多采用多工位机床加工。 零件的生产批量： 零件的生产批量是决定采用单工位，多工位或自动线，还是按中小批生产特点设计 组合机床的重要因素。有时从工件外形及轮廓尺寸看，本来可以采取单工位固定式夹具 的机床配置型式，但由于生产批量较大，就不得不采取多工位的机床方案以使装卸工件 时间与机动时间重合。被加工零件的生产批量越大，工序安排一般趋于分散。而且，其 粗，半精，精加工应分别在不同机床上完成。对于中小批量生产情况，则要力求减少机 床台数，此时应将工序尽量集中在一台（多工位）或少数几台机床上加工，以提高机床 利用率。 机床使用条件： 车间布置情况：车间内零件输送滚道的高度将直接影响机床装料高度。当工件输出， 机床通常不能安置中间导向（采取特殊机构时除外） 。如果车间面积有限，则要限制机床 轮廓尺寸。有的机床安装在楼上，则对机床单位面积重量有严格要求。此外，生产线的 工艺流程方向，机床在车间的安装位置等也对机床配置方案有一定影响。 工艺间的联系：工件到组合机床加工前，其毛坯或半成品必须达到一定要求，否则， 会造成工件在机床夹具上定位和夹紧不可靠，甚至造成刀具损坏，或者不能保证要求的 加工精度。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，那么组合机床应考虑为下道工序加工出定位基面。 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 无锡太湖学院学士学位论文 14 床工位，以便采用一般刀具分散加工。 2.2.1 确定专机的驱动方式，切削力，切削功率、电动机选择等计算确定专机的驱动方式，切削力，切削功率、电动机选择等计算 2.2.1.1 切削力切削力 P、切削扭矩、切削扭矩 M、切削功率、切削功率 N 6.08.0 26HBfDP （2.1） 6.08.09.1 10HBfDM （2.2） D vM N 14.39740 （2.3） 式（2.1）中：P切削轴向力（牛） ； D钻头直径（毫米） ； 式（2.2）中：f每转进给量（毫米/转） ；M切削扭矩（牛毫米） ； f 、v 查表 表 2-4 采用硬质合金刀具钻削的 v 及 f 铸 铁铜、铝及其合金加工直径 mmv m/minf mm/rv m/minf mm/r 1020 2030 3040 4050 50 5080 4575 4070 3565 3060 0.20.4 0.30.6 0.40.8 0.51.0 0.61.2 6090 5585 5080 4575 4070 0.20.5 0.31.5 0.41.8 0.52.0 0.62.5 切削力 6.08.0 1 26HBfDP 6.08.0 7035.04326N7.6176 切削扭矩 6.08.09.1 1 10HBfDM mmN701237035.04310 6.08.09.1 切削功率 D vM N 14.39740 1 1 KW12.1 4314.39740 2170123 切削力 6.08.0 2 26HBfDP N5.50277035.03526 6.08.0 切削扭矩 6.08.09.1 2 10HBfDM mmN474297035.03510 6.08.09.1 切削功率 D vM N 14.39740 2 2 双头钻扩铰专机设计专机总体设计,主轴箱设计 15 KW93.0 3514.39740 2147429 切削力 6.08.0 3 26HBfDP NP20837035.05.1426 6.08.0 3 切削扭矩 6.08.09.1 3 10HBfDM mmN88907035.05.1410 6.08.09.1 切削功率 D vM N 14.39740 3 3 KW421.0 5.1414.39740 218890 KWPPP05.293.012.1 21 查设计手册 电机功率为 2.2 kw 型号 Y100L1-4 在主电机选用时，两端切削选择切削功率大的一台计算，另一台用相同的电机和主 轴箱以简化设计。 当确定了切削扭矩 M 以后，便可根据扭转刚度初定主轴及传动直径，计算公式为： 25.0 100 M Bd （2.4） 式（2.4）中：M切削扭矩mmN B系数，根据主轴或传动轴在 1 米长度上允许最大扭转角按表 2-5 选 择。 表 2-5 系数 允许最大扭转角 （度/米） 1/41/2111/2221/2 B0.730.620.520.470.440.42 通常，主轴允许最大扭转角为 1/2 度/米，则 B=0.62， 传动轴允许最大扭转角可按 1 或 11/2度米选取，则 B=0.52 或 B=0.47。 25.0 100 M Bd =mm30 100 70123 62.0 25.0 2.2.1.2 V 带传动的设计计算带传动的设计计算 V 带设计已知数据：传递功率 P，带轮转速，工作条件，及外轮廓尺寸要求等。设计 无锡太湖学院学士学位论文 16 内容包括：确定 V 带的型号；标准长度；根数；中心距；带轮直径、材料和结构；张紧 力以及对带轮轴的压力等。 工作情况系数 KA，查表 2-6。 表 2-6 工作情况系数 KA 原动机（一天工作时数，h） I 类II 类 工 作 机 1010161610101616 载荷 平稳 液体搅拌机；离心式水泵； 通风和鼓风机（7.5KW） ； 离心式压缩机；轻型运输机 1.01.11.21.11.21.3 载荷 变动 小 带式运输机（运送砂石、谷 物） ；通风机（7.5KW） ； 发电机；旋转式水泵；金属 切削机床；剪床；压力机； 印刷机；振动筛 1.11.21.31.21.31.4 载荷 变动 较大 螺旋式运输机；斗式提升机； 往复式水泵和压缩机；锻锤； 磨粉机；锯木机；和木工机 械；纺织机械 1.21.31.41.41.51.6 载荷 变动 很大 破碎机（旋转式、颚式等） ； 球磨机；棒磨机；起重机； 挖掘机；橡胶辊压机 1.31.41.51.51.61.8 注：I 类直流电动机、Y 系列三相异步电动机、汽轮机、水轮机； II 类交流同步电动机、交流异步滑环电动机、内燃机、蒸汽机。 单班 KA取 1.1 计算功率 Pc PKP AC （2.5） KW42.22.21.1 V 带型号，由机械设计普通 V 带选型图，确定带轮基准直径 D1、D2 小带轮直径 D1 查下表 2-7 表 2-7 V 带带轮最小基准直径)( min mmD和基准直径系列)(mmD 型 号YZABCDE 最小基准直径 Dmin205075125200335500 基准直径系列 D 20，22.4，25，28，31.5，35.5，40，45，50，56，63，71，75 ，80，85，90，95，100，106，112，118，125，132，140，150， 160，170，180，200，212，224，236，250，265，280，300，315 ，355，375，400，425，450，500，530，560，600，630，670，7 双头钻扩铰专机设计专机总体设计,主轴箱设计 17 10，750，800，900，1000 选取mmD100 1 大带轮直径 D2 1 2 1 2 D n n Dmm145100 1000 1450 （2.6） 按上表圆整mmD145 2 2.2.1.3 验算带速验算带速 v 100060 14.3 11 nD v （2.7） sm59.7 100060 1450100 14.3 要求带速在 525 之间，smv59.7 带速符合要求。 2.2.1.4 确定确定 V 带长度带长度 Ld 和中心距和中心距 a 若没有给定中心距，可按 21021 27.0DDaDD （2.8 ） 初取中心距mma400 0 ，由下式初算带的基准长度 L 0 2 12210 4214.32aDDDDaL （2.9） mm11864004100145214510014.34002 2 由机械设计P48 表 4.3 圆整 基准长度mmLd1250 2 0 LLaa d （2.10） mm432211861256400 2.2.1.5 验算小带轮包角验算小带轮包角 1 3.57 D-D 180 12 1 a （2.11） 1201743.57 432 100-145 180 2.2.1.6 确定确定 V 带跟数带跟数 z 单根 V 带试验条件下许用功率 0 P查表 KWP32.1 0 传递功率增量 0 P KWP13.0 0 包角系数 K 99.0 K 长度系数 L K 93.0 L K LC KKPPPz 00 （2.12） 无锡太湖学院学士学位论文 18 27.293.099.013.032.142.2 取整 z =3 2.2.1.7 计算初拉力计算初拉力 F0 2