资源描述
摘要本设计的课题是汽缸体左右端面钻孔组合机床设计。主要说明组合机床设计的基本过程及要求。组合机床是根据工件加工的需要，以大量的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的一种高效的专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方法，生产效率比通用机床高几倍到几十倍。与传统的机床相比：组合机床具有许多优点：效率高、精度高、成本低。它由床身、立柱、工作台、及电源一些基本部件及一些特殊部件，根据不同的工件加工所需而设计的。多年来机械产品加工中广泛的采用万能机床，但是随着生产的发展，很多企业的产品的产量越来越大，精度越来越高，采用万能机床加工已经不能很好的满足要求。理所当然，组合机床可以提高生产效率和加工精度。在组合机床设计过程中，为了降低组合机床的制造成本，应尽可能的使用通用件和标准件。在组合机床上可以完成很多工序，但就目前使用的大多数组合机床来说，则主要用于平面加工和孔加工两大类工序。本设计主要内容包括三大部分大部分：1、组合机床的总体设计，就是确定机床各部件之间的相互关系，选择通用部件和刀具的导向，并确定切削用量及选择刀具；2、组合机床“三图一卡”的编制，就是绘制被加工零件的工序图，加工示意图、机床尺寸联系图及生产效率计算卡；3、多轴箱的设计，包括绘制多轴箱设计原始依据图，多轴箱的传动设计及传动零件的校核。专用多轴箱的设计，传动布局合理，轴与齿轮之间不发生干涉，保证传动的平稳性和精确性。专用主轴设计、轴承的选用及电机的选择等。关键词：组合机床；设计；汽缸体端盖；钻孔；工艺ABSTRACTThe subject of the design is the cylinder body end face drilling combination machine and fixture design. Mainly to explain the basic process and requirements of the combination machine design. combinationmachine is an efficient special purpose machine which is based on a large number of common components and a small number of dedicated components according to the needs of the work piece. Combination machine was developed in the end of industrial production compared with traditional machine; combination machine has many advantages , such as high efficiency , high accuracy and low cost . It is composed of some general parts , such as bed ,column ,workable, power unit ,and some special parts designed according to different work piece machining need. Over years, a universal machine is widely used in mechanical processing, but with the development of production, production is growing and accuracy is higher of many machining products, so the use of universal machine can not meet the requirements. Of course, combination machine can improve production efficiency and precision. It should be possible to use common parts and standard parts in order to reduce the manufacturing cost of combination machine in the combination machine design process.The preface of a lot of works can be completed on the combination machine, but in regard to the majority current usage of combination machine, then and primarily used for the flat surface to process and the bore to process two big work preface. The main part including：1) Combination machine frame design： determines the interrelation of the different part in the machining tool, select general parts and tool oriented .Then compute cut feed and productivity finally draw a sketch map of the machine. 2) The preparation of combination machine “Three figs and one card”, that is to draw the process diagram of the parts to be processed, processing schematic, machine dimensions contact map and production efficiency calculation card；3) Combination machine parts design including headstock, proper transmission layout, shaft and gear move freely without interference which ensure the stability and accuracy during transmission ,then design dedicated select bearings and engine etc.Key words：Combination Machine；Design；The Cylinder Body Face；Drilling；Process目录摘要IABSTRACTII目录1第1章 绪论11.1 机床概述11.2 机床设计的目的、要求及内容41.2.1 设计的目的41.2.2 设计要求41.2.3 设计内容41.3 机床的设计步骤51.3.1 调查研究51.3.2方案拟定51.3.3 工作图设计6第2章 汽缸体左右端面钻孔组合机床的总体设计82.1 组合机床总体方案的制定82.1.1 制定加工工艺方案82.1.2 确定组合机床的配置形式及结构方案92.2 确定切削用量及刀具选择102.2.1 确定加工工序间余量102.2.2 选择切削用量112.2.3 确定切削力、切削力矩及切削功率112.2.4刀具结构选择122.3 本章小结12第3章 端面钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制133.1 被加工零件工序图的绘制133.2 加工示意图的绘制153.4机床联系尺寸图的绘制193.5 生产效率计算卡的绘制213.6 本章小结23第4章 机床多轴箱体的设计244.1多轴箱设计原始依据图的绘制24第5章 夹具设计295.1.1机床夹具的组成295.1.2机床夹具的类型295.2夹紧方案和夹紧元件的设计305.3夹具的性能及优点305.4夹具操作的简要说明31结论32参考文献33致谢34第1章 绪论1.1机床概述现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量产品，日益广泛的使用各种机器、仪器和工具等技术设备与装备。为制造这些技术设备与装备，又必须具备各种加工金属零件的设备，诸如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。由于机械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法来达到，特别是形状复杂、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在机床上经过几道甚至几十道切削加工工艺才能完成。因此，机床是现代机械制造业中最重要的加工设备。在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量，约占机械制造总工作量的40%60%，机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性，进而决定着国民经济的发展水平。一个国家要繁荣富强，必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，这就需要一个强大的机械制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备，即机床工业是机械制造业的“装备部”、“总工艺师”，对国民经济发展起着重大作用。因此，许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高，使本国国民经济的发展建立在坚实可靠的基础上。机床是人类在长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上生产的，并随着社会生产的发展和科学技术的进步而渐趋完善。最原始的机床是木制的，所有运动都是由人力或畜力驱动，它们实际上并不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床，是在18世纪中叶才开始发展起来的。当时，欧美一些工业最发达的国家，开始了从工场手工业向资本主义机器大工业生产方式的过度，需要越来越多的各种机器，这就推动了机床的迅速发展。为使蒸汽机的发明付诸实用，1770年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内孔用的镗床。1797年发明了带有机动刀架的车床，开创了用机械代替人手控制刀具运动的先声，不仅解放了人的双手，并使机床的加工精度和工效起了一个飞跃，初步形成了现代机床的雏型。续车床之后，随着机械制造业的发展，其他各种机床也陆续被创制出来。至19世纪末，车床、钻床、镗床、刨床、拉床、铣床、磨床、齿轮加工机床等基本类型的机床已先后形成。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。 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2008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2007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。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，2007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；2008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。“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。2002年，不到，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。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。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：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。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。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。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。1.2 机床设计的目的、要求及内容 设计的目的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，并培养自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。 设计要求评价机床性能的优劣，主要是根据技术经济指标来判定的。技术先进合理，亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎，在国内和国际市场上才有竞争力。机床设计的技术经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分析。 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、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1.3 机床的设计步骤 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。方案拟定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。汽缸体加工工艺方案： 1：以顶面为粗基准,粗铣底面2：以底面定位，粗铣顶面3: 以顶面定位，半精铣底面4: 钻对角2-11通孔5: 铰对角2-11通孔6: 粗铣左右面7: 粗铣前后面8: 粗镗76孔9: 粗镗2-65孔10: 粗镗M37沉头孔11: 以底面定位，半精铣顶面12：精铣左右面13：精铣前后面14：以顶面定位，精铣底面15：钻底面另外两个11通孔16：铰底面另外两个11通孔17：钻8-M8-7H螺纹底孔18：钻8-M6-7H螺纹底孔19：钻6-M8-7H深15螺纹底孔 20：攻8-M8-7H螺纹21：攻8-M6-7H螺纹22：攻6-M8-7H深15螺纹23：攻M37螺纹24：钻Z3/8锥孔25：攻Z3/8锥孔26：精镗76H8孔27：精镗2-65H7孔28：去毛刺29：零件终检 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。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 汽缸体左右端面钻孔组合机床的总体设计2.1 组合机床总体方案的制定 制定加工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。所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、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（汽缸体左右端面）的零件图（图2.1），加工四个螺纹孔的工艺过程如下：（1） 加工孔的主要技术要求。4个螺纹孔的直径均为8，孔的位置度公差为0.4mm，工件材料为HT200，HB190-247，要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量4万件，单班制生产。（2） 工艺分析加工该螺纹孔时，孔的位置度公差为0.4mm，根据组合机床用的工艺方法及能达到的精度，可采用如下的加工方案：a.首先铣汽缸体左端盖的底面、顶面，然后在其上按照要求加工两个直径为11mm的通孔，进而为加工螺纹孔做下基础；b.其次铣汽缸体左端盖的前面、后面，然后在其上按照要求加工四个直径为7.5mm的通孔；c.最后对已加工好的直径为7.5mm的通孔进行攻丝处理，其中选择8mm，加工余量为0.5mm。其中右端盖螺纹孔加工同理可得，在此不在赘述。 （3） 定位基准及夹紧点的选择加工此零件上的螺纹孔，以底面的两个长条形板限制、和三个自由度，位于顶面上的长心轴起到了很好的定位作用，限制了和，一共限制了5个自由度，面5gect of the design is the 。其中夹具上的整套螺母起到了很好的夹紧作用。这样就保证了工件在加工过程中完全定位，满足了要求。 在保证加工精度的情况下，提高生产效率减轻工人劳动量，由于工件是大批量生产，夹具在本设计中没有考虑，因此在设计时就认为是人工夹紧。 确定组合机床的配置形式及结构方案（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。汽缸体螺纹孔的精度要求不高，可采用钻孔攻丝组合机床。为了加工出表面粗糙度为Ra3.2um的螺纹孔，采取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度并减少夹压变形等措施就可以了。为此，机床通常采用尾置式齿轮动力装置，进给采用液压系统，被加工零件图如图2.1所示。图2.1 被加工零件图（2） 被加工零件的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。此汽缸体端盖的材料是HT200、硬度HB190247、孔的直径为8。采用多孔同步加工，零件的刚度足够，工件受力不大，振动，及发热变形对工件影响可以不计。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宜用卧式机床，立式机床适宜加工定基准面是水平的且被加工孔与基准面垂直的工件，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。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，工件较小，其孔分布较密集，多轴箱体积较大，所以分一次钻孔，选择立式钻床。（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、自动线或按中小批量生产特点设计组合机床的重要因素。按设计要求生产纲领为年生产量为4万件，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，以提高利用率。（4） 机床使用条件根据使用组合机床对车间布置情况、工序间的联系、技术能力和自然条件等的要求来选择适合的组合机床。综合以上所述：通过对汽缸体端盖零件的结构特点、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，最终决定设计四轴头多工位同步立式钻床。2.2 确定切削用量及刀具选择 确定加工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。8mm的孔在钻孔时，直径上工序间余量均为0.1mm。 选择切削用量确定了在组合机床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。因为所设计的组合机床为多轴同步加工在大多数情况下，所选切削用量，根据经验比一般通用机床单刀加工低30%左右多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量（mm/min）应是适合应有刀具的平均值。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）。由于汽缸体端面钻孔的加工精度、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=7mm，进给量f=0.1mm/r、切削速度v=10m/min。 确定切削力、切削力矩及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：切削力： =26 （2.2） =267=692.92 N切削扭矩： =10 （2.3） =10=773.46Nmm切削功率： = （2.4）=773.4610/(97403.147)=0.036kw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(N mm)；V切削速度（m/min）；P切削功率(kw)。刀具结构选择汽缸体端盖的布氏硬度在HB190-247，孔径D为7mm刀具的材料选择高速钢钻头（W18Cr4V），为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择标准7的麻花钻。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的距离，以便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。2.3 本章小结本章主要对组合机床作了总体设计，主要包括组合机床方案的制定（制定工艺方案、确定组合机床的配置形式和结构方案）；切削用量的计算及刀具的选择（确定工序间余量、选择切削用量、确定切削力、切削力矩及切削功率以及刀具结构的选择）。通过以上设计，进而为组合机床的设计奠定了基础。第3章 端面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。3.1 被加工零件工序图的绘制1、被加工零件工序图的作用及内容被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床或自动生产线完成的工艺内容，加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情况的图纸。它不能用用户提供的产品图纸代替，而须在原零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制的。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。如图4.1为汽缸体左端面钻孔组合机床的被加工零件工序图，图上主要内容包括：图3.1 零件加工工序图（1） 被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。尤其是当须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，一遍检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。（2）本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。以便依次进行夹具的定位支承、限位、夹紧、导向装置的设计。（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。（4）必要的文字说明，被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。2、绘制被加工零件工序图的注意事项（1）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，应按一定的比例，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用粗实线标记。（2）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，则须对加工部位要求位置尺寸精度进行分析换算。（3）应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。如对多层壁同轴线等直直径孔加工，若要求孔表面不留退刀痕迹，则图纸上应标明要求“机床主轴定位，工件让刀”。壁对标系清楚，凡本道工序保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方面3.2 加工示意图的绘制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、夹具、多轴箱、电气和液压系统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形式和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的必需重要文件。图4.2为汽缸体端面钻孔的加工示意图。在图上应标注的内容：（1）反应机床的加工方法、加工条件及加工过程。（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。（4）决定机床动力部件的工作循环及工作行程。图3.2 加工示意图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 在组合机床上加工孔，除用刚性主轴的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。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内容。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=20m/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3.1所示：表3.1 固定导向装置的标准尺dd1d2d3d4L0L1L2L3L4L53.555.5673666710固定装置的配合如下表3.2所示：表3.2 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F8）g6固定导向装置的布置如图3.3所示。图3.3 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=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（3.1）式中：d轴直径（mm）；T轴所承受的转矩（Nmm）；B系数。本设计中主轴直径d=48mm,主轴外伸长度为：L=285mm，D/为66/48。（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3.3所示，图3.4 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3.3所示：表3.3 可调接杆的尺寸dD1(h6)d2D3Ll1l2l3螺母厚度48Tr206莫氏1号3612.06136285806514012（5）确定加工示意图的联系尺寸从保证加工终了时主轴箱端面到工件端面间距离最小来确定全部联系尺寸，加工示意图联系尺寸的标注如图3.2所示。其中最重要的联系尺寸即工件端面到多轴箱端面之间的距离（图中的尺寸285mm）,它等于刀具悬伸长度、螺母厚度、主轴外伸长度与接杆伸出长度（可调）之和，再减去加工孔深度和切出值。（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=7mm，切出长度=1/3d+(38)=+89mm，所以=10+7+9=26mm。（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180mm，快退长度等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度180-60=120mm，如图3.5所示。图3.5 工作进给长度3.4机床联系尺寸图的绘制图3.6 机床联系尺寸图1、联系尺寸图的作用和内容一般来说，组合机床是由标准的通用部件动力箱、动力滑台、立柱、立柱底座加上专用部件组合而成。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。联系尺寸图也可以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。如图4.6所示，机床联系尺寸图的内容包括机床的布局形式，通用部件的型号、规格、动力部件的运动尺寸和所用电动机的主要参数、工件与各部件间的主要联系尺寸，专用部件的轮廓尺寸等。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HC系列液压滑台。2）确定轴向进给力：滑台所需的进给力=41045.45=4181.8N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4.18KN。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=21.8mm/min。所以选择1HC50液压滑台，工作进给速度范围25700mm/min，快速速度15m/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80mm,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L180+20+80=280mm，取L630mm。综合上述条件，确定液压动力滑台型号1HC5048IA以及相配套的滑台底座（1CC504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 (3.2)28.8870.8520.911KW式中：多轴箱传动效率，加工黑色金属时0.80.9；有色金属时0.70.8，本系统加工Q235，取0.85。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Y132M2-6的1TD50型动力箱，动力箱输出轴至箱底面高度为400mm。主要技术参数如下表3.4所示：表3.4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D501TD509604805.51HY50,1CD501,1CD5013、配套支承部件的选用立柱底座1CD504。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H5501800mm之间选取，本系统取装料高度为1400mm。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1CD504。6、确定多轴箱轮廓尺寸本机床配置的多轴箱总厚度为400mm，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=800mm。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=8001800mm。3.5 生产效率计算卡的绘制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，如下表4.5所示。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 （3.3）= 226/21.8215/478 =2.448 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515 r所需要时间。这里取15r。表3.5 生产率计算卡辅助时间 T辅 = +t移+t装 （3.4） = （249300）/200+0.10+1.5= 4.363min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0.12 min； t装装卸工件时间（min）一般为0.51.5min,取1.5min。机床生产率 Q1 = 60/T单 （3.5）= 60/（T切+T辅）=60/（2.448+4.363）=8.81 件/h机床负荷率按下式计算 = Q1/Q100% （3.6） = Q1tk/A100% =8.812350/40000100% =51.8%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 =2350h。3.6 本章小结本章主要对钻孔组合机床的“三图一卡”作了总体编制，主要包括被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图及生产效率计算卡。通过以上设计，进而为组合机床的设计奠定了基础。第4章 机床多轴箱体的设计4.1多轴箱设计原始依据图的绘制多轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的如图5.1所示:图4.1 钻孔组合机床多轴箱原始依据图图中多轴箱的两定位销孔中心连线为横坐标，工件加工孔对称，选择箱体中垂线为纵坐标，在建立的坐标系中标注轮廓尺寸及动力箱驱动轴的相对位置尺寸。主轴部为逆时针旋转（面对主轴看）。主轴的工序内容，切削用量及主轴尺寸及动力部件的型号和性能参数如表 5.1所示：表5.1 主轴外尺寸及切削用量轴号主轴外伸尺寸工序内容切削用量D/dLN（r/min）V(m/min)f(mm/r)Vf(mm/min)1、2、3、466/48130钻7.5500100.121.8注：1被加工零件编号及名称：汽缸体端盖；材料：HT200 JB297-62；硬度：HB190-247。2动力部件型号：1TD50动力箱，电动机型号Y132M2-6；功率P5.5kw。4.2 齿轮模数的选择本组合机床主要用于钻孔，因此采用滚珠轴承主轴。齿轮模数m可按下式估算：m=(3032)=323 （4.1）式中：m估算齿轮模数；P齿轮所传递率（kw）； Z对啮合齿中的小齿轮数；N小齿轮的转速（r/min）。多轴箱输入齿轮模数取m=3。4.3 多轴箱的传动设计1）最小齿数的确定为保证齿轮齿根强度，有组合机床简明设计手册知，驱动所以驱动轴齿数要在21-24之间。2）传动轴2为主轴1，2，3，4都各自在同一同心圆上。多轴箱的齿轮模数按驱动轴出轮估算 （4.2）多轴箱输入出轮模数取m=3，且设转速为。主轴1，2，3，4要求的转速一致且较高，所以采用降速传动。现选取驱动轴齿数Z=22，传动齿轮采用z=24齿的齿轮，变位系数。传动轴的转速为: （4.3）由于前面选取了主轴直径为45，显然传动轴直径都选取40，这样为了减少传动轴种类和设计题目需要由于传动轴转速是，则驱动轴至传动轴的传动比为:
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