毕业设计（论文）-镗套座左侧面4孔钻孔机床总体及夹具设计(含全套CAD图纸)

优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载毕 业 设 计（论 文）设计(论文)题目： 镗套座左侧面 4 孔钻孔机床总体及夹具设计学生姓名： 指导教师： 二级学院： 专 业： 班级： 学 号： 提交日期： 年 月 日 答辩日期： 年 月 日 需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763目 录摘 要 .IIIAbstract .IV1 绪论 .11.1 课题研究意义 .11.2 钻孔专用设备应用 .11.3 钻孔专用设备 .21.4 钻孔专用设备趋势 .42 组合机床的总体设计 .52.1 组合机床方案的制定 .52.2 确定切削用量及选择刀具 .72.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制 .92.4 加工示意图 .102.5 机床联系尺寸图 .152.6 多轴箱的设计 .183 夹具设计 .253.1 研究原始质料 .253.2 定位、夹紧方案的选择 .253.3 切削力及夹紧力的计算 .253.4 误差分析与计算 .273.5 定位销选用 .283.6 夹具设计及操作的简要说明 .28结 论 .29参考文献 .30致 谢 .31需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763摘 要本论文主要说明组合机床设计的基本过程及要求。组合机床是按高度集中原则设计的，即在一台机床上可以同时完成同一种工序或多种不同工序的加工。组合机床发展于工业生产末期，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。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。论文主要内容包括四大部分：（1） 、制定工艺方案 通过了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹紧情况、生产效率及机床的结构特点等，确定在组合机床上完成的工艺内容及加工方法，并绘制被加工零件工序图。（2） 、组合机床的总体设计 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，计算切削用量及机床生产效率、绘制机床的尺寸联系图及加工示意图。（3） 、组合机床部件设计 包括专用多轴箱的设计，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。（4） 、液压装置的设计 液压滑台、定位夹紧装置均为液压控制。并采用了许多液压控制阀，保证了运动的平衡性，循环性和精确性。关键词：组合机床；设计；过程；功能4VAbstractThis thesis mainly elucidates the basic process and requirements that design of the combination machine. Combination machine is designed according the fundamental , which highly centralized ,or , more correctly it can process one working procedure or more different working procedures at one time . 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 ,work able ,power unit ,and some special parts designed according to different work piece machining need.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) Formulating technological plan We,ve learned the characteristic of the part designed ,accuracy and specification ,locating and fixing ,productivity and machining structure by the practice .Then the technological operation and work order can be determined which can be finished in combination machine.(2) 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 .(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.(4) It adopts many hydraulic control valves ,which ensure the stability ,circulation and accuracy .Key words: combination machine ;design ;process ;function11 绪论1.1 课题研究意义市场的开放性和全球化使产品的竞争日趋激烈。而决定产品竞争力的指标是产品的开发时间(Time ) ， 产品 (Quality)，成本 (Cost)，创新能力(Creation)和服务(Service)。用户在追求高质量产品的同时，会更多的追求较低的价格和较短的交货周期。美国制造业在 20 世纪 50 至 40 年代主要以扩大生产规模作为企业竞争力的第一要素，而在 70 年代竞争力的第一要素为降低生产成本，80 年代为提高产品质量，40 年代为市场响应速度。所以现代企业都期望通过提高自身的科技含量，增强竞争力。制造业是国家重要的基础工业之一，制造业的基础是。是众多机械制造的母机，它的发展水平，与制造业的生产能力和制造精度有着直接关系，关系到国家机械工业以至整个制造业的发展水平.是先进制造技术的基本单元载体，机械产品的质量、更新速度、对市场的应变能力、生产效率等在很大程度上取决于的效能。因此，制造业对于一个国家经济发展起着举足轻重的作用我国是世界上产量最多的国家.根据德国工业协会(VD W )2000 年统计资料，在主要的生产国家中，中国排名为世界第五位。但是在国际市场竞争中仍处于较低水平:即使在国内市场也面临着严峻的形势:一方面国内市场对各类产品有着大量的需求，而另一方面却有不少国产滞销积压，国外产品充斥市场。1.2 钻孔专用设备应用据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的 15%。其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高 85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言，钻孔专用设备是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用可调式多轴头扩大了使用范围，仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随着工业的发展，大型复杂的钻孔专用设备更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管板有 15000 个 20 孔，若以摇臂钻床加工，单单钻孔与锪沉头孔就要2841.5 小时，另外还要划线工时 151.1 小时。但若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔只要 171.6 小时，划线也简单，只要 1.4 小时。因此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加工位置，结合钻孔专用设备不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机 30 种箱形与杆形零件的 2000 多个钻孔操作中，有 40%可以在自动更换主轴箱机床中用二轴、三轴或四轴多轴头加工，平均可减少 20%的加工时间。1475 年法国巴黎机床展览会也反映了钻孔专用设备的使用愈来愈多这一趋势。1.3 钻孔专用设备钻孔专用设备是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立钻或摇臂钻上装多轴头、多轴钻床、多轴组合机床心及自动更换主轴箱机床。甚至可以通过二个能自动调节轴距的主轴或多轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运动，加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。1.3.1 多轴头从传动方式来说主要有带传动、齿轮传动与万向联轴节传动三种。这是大家所熟悉的。前者效率较高，结构简单，后者易于调整轴距。从结构来说有不可调式与可调式二种。前者轴距不能改变，多采用齿轮传动，仅适用于大批量生产。为了扩大其赞许适应性，发展了可调式多轴头，在一定范围内可调整轴距。它主要装在有万向.二种。（1）万向轴式也有二种:具有对准装置的主轴。主轴装在可调支架中，而可调支架能在壳体的 T 形槽中移动，并能在对准的位置以螺栓固定。 （2）具有公差的圆柱形主轴套。主轴套固定在与式件孔型相同的模板中。前一种适用于批量小且孔组是规则分布的工件（如孔组分布在不同直径的圆周上） 。后一种适用于批量较大式中小批量的轮番生产中，刚性较好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多轴头可以装在立钻式摇臂钻床上，按钻床本身所具有的各种功能进行工作。这种钻孔专用设备方法，由于钻孔效率、加工范围及精度的关系，使用范围有限。31.3.2 多轴箱也象多轴头那样作为标准部件生产。美国 Secto 公司标准齿轮箱、多轴箱等设计的不可调式多轴箱。有 32 种规格，加工面积从 300300 毫米到 6001050 毫米，工作轴达 60 根，动力达 21.5 千瓦。Romai 工厂生产的可调多轴箱调整方便，只要先把齿轮调整到接近孔型的位置，然后把与它联接的可调轴移动到正确的位置。因此，这种结构只要改变模板，就能在一定范围内容易地改变孔型，并且可以达到比普通多轴箱更小的孔距。根据成组加工原理使用多轴箱或多轴头的组合机床很适用于大中批量生产。为了在加工中获得良好的效果，必需考虑以下数点：（1）工件装夹简单，有足够的冷却液冲走铁屑。 （2）夹具刚性好，加工时不形变，分度定位正确。 （3）使用二组刀具的可能性，以便一组使用，另一组刃磨与调整，从而缩短换刀停机时间。 （4）使用优质刀具，监视刀具是否变钝，钻头要机磨。 （5）尺寸超差时能立即发现。1.3.3 多轴钻床这是一种能满足钻孔专用设备要求的钻床。诸如导向、功率、进给、转速与加工范围等。巴黎展览会中展出的多轴钻床多具液压进给。其整个工作循坏如快进、工进与清除铁屑等都是自动进行。值得注意的是，多数具有单独的变速机构，这样可以适应某一组孔中不同孔径的加工需要。1.3.4 自动更换主轴箱机床为了中小批量生产合理化的需要，最近几年发展了自动更换主轴箱组合机床。(1) 自动更换主轴机床自动更换主轴机床顶部是回转式主轴箱库，挂有多个不可调主轴箱。纵横配线盘予先编好工作程序，使相应的主轴箱进入加工工位，定位紧并与动力联接，然后装有工件的工作台转动到主轴箱下面，向上移动进行加工。当变更加工对象时，只要调换悬挂的主轴箱，就能适应不同孔型与不同工序的需要。(2)多轴转塔机床转塔上装置多个不可调或万向联轴节主轴箱，转塔能自动转位，并对夹紧在回转4工作台的工件作进给运动。通过工作台回转，可以加工工件的多个面。因为转塔不宜过大，故它的工位数一般不超过 46 个。且主轴箱也不宜过大。当加工对象的工序较多、尺寸较大时，就不如自动更换主轴箱机床合适，但它的结构简单。(3)自动更换主轴箱组合机床它由自动线或组合机床中的标准部件组成。不可调多轴箱与动力箱按置在水平底座上，主轴箱库转动时整个装置紧固在进给系统的溜板上。主轴箱库转动与进给动作都按标准子程序工作。换主轴箱时间为几秒钟。工件夹紧于液压分度回转工作台，以便加工工件的各个面。好果回转工作台配以卸料装置，就能合流水生产自动化。在可变生产系统中采用这种装置，并配以相应的控制器可以获得完整的加工系统。(4) 数控八轴落地钻床大型冷凝器的水冷壁管板的孔多达 15000 个，它与支撑板联接在一起加工。孔径为 20 毫米，孔深 80 毫米。采用具有内冷却管道的麻花钻，57 巴压力的冷却液可直接进入切削区，有利于排屑。钻尖磨成 40供自动定心。它比普通麻花钻耐用，且进给量大。为了缩短加工时间，以 8 轴数控落地加工。1.4 钻孔专用设备趋势钻孔专用设备生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术的发展，钻孔专用设备的范围一定会愈来愈广，加工效率也会不断提高。52 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。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（镗套座）的零件图（图 3.1） ，加工 6 个螺纹底孔的工艺过程：(1) 加工孔的主要技术要求。4 个螺纹孔 M10 底孔直径均为 8mm。孔的位置度公差为 0.05mm。工件材料为 HT200，HB170-241HBS要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量 5 万件，单班制生产(2) 工艺分析加工该孔时，孔的位置度公差为 0.05mm。根据组合机床的工艺方法及能达到的精度，可采用如下的加工方案：一次性加工通孔，孔径为 8mm。 (3) 定位基准及夹紧点的选择加工此零件上的孔，以上表面限制三个自由度和右端面限制三个自由度，位于中间的孔通过螺杆起到了很好的夹紧作用。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，因此在设计时就认为是人工夹紧。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。镗套座钻孔的精度要求较高，可采用钻孔组合机床。为了加工出表面粗糙度为 Ra1.6um 的孔，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6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 3.1 所示图 3.1 镗套座(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。此镗套座的材料是 HT200、硬度HB170241、孔的直径为 8mm。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位基准面是水平的且被加工孔与基准面垂直的工件，而不适7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，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 5 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：通过对镗套座零件的结构特点、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，最终决定设计卧式钻床。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。8mm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： 3.112.inffnfv式中： 各主轴转速（r/min）、 、8各主轴进给量（mm/r）12,.iff动力滑台每分钟进给量（mm/min）vf由于镗套座钻孔的加工精度、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=8mm，进给量f=0.8mm/r、切削速度 v=8m/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：切削力： =26 8FD8.0f6.HB=268 .2.0=2378.5N切削扭矩： =10 3.3T9.18.0f6.=10 .2.0=4474Nmm切削功率： = 3.4P/974vD=44748/(97403.148)=0.43kw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 选择刀具结构镗套座的布氏硬度在 HB170-241，孔径 D 为 8mm 刀具的材料选择高速钢钻头（W8Cr4V） ，为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择标准 8mm 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9便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。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。被加工零件工序图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、夹具部位及被加工零件的材料、硬度等状况的图纸。它是在原零件图基础上，突出本机床的加工的内容，加上必要的说明绘制成的，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。镗套座钻孔组合机床的被加工零件工序图如 8 所示。图上主要内容：（1）被加工零件的形状，主要外廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要求等。（2）本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。（3）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，一定要图出被本机床的加工内容。绘制时，应按一定的比例，选择足够的视图及剖位视图，突出加工部位（用粗实线） ，并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关粗实线标记。如图 8 中定位基准，机械夹压位置及方向，辅助支承均须用规定的符号部（用细实线）表清楚，凡本道工序保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方面用表示出来。10图 8 镗套座工序图（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，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。2.4 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。图3.3 为镗套座钻孔的加工示意图11图 3.3 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=8m/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：12表 3.1 固定导向装置的标准尺d d1 D D1 D2 l l1 l2 l3 l4 L58 8 22 30 34 150 40 8 12 17 46固定装置的配合如下表：表 8 固定装置的配合导向类别工艺方法D D D1刀具导向部分外径固定导向钻孔 G7（或 F8） H7/g6 H7/n6 g6固定导向装置的布置如图 3.4 所示图 3.4 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=81.0GPa,刚性主轴取 14（ 0）m,所以 B 取 3.316，根据刚性条件计算主轴的直径为：d B 1.544T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 40/28。1d13（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 1.5所示， 图 1.5 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 3.3 所示：表 3.3 可调接杆的尺寸d D1(h6) d2 d3 L l1 l2 l3螺母厚度28 Tr282 莫氏 1 号 13.061 36 85 51 42 50 12（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 3.3 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 321mm）,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 3.6 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 和切出长工L 1L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2L114大值，因此取 =8mm，切出长度 =1/3d+(38)= x8+7 12mm，所以1L2L13=8+12+12=32mm.工L（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 3.6 工作进给长度152.5 机床联系尺寸图图 3.7 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 3.7 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16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= =42378.5=458N进Fi式中： 各主轴加工时所产生的轴向力i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 4.58KN。进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=8mm/min。所以选择 1HY32A 液压滑台，工作进给速度范围vf20650mm/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 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 L120+20+80=220mm，取 L630mm。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， 可算主P 3.6主 切P6*0.430.8825KW式中：多轴箱传动效率，加工黑色金属时 0.80.4；有色金属时0.70.8，本系统加工 HT200，取 0.8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，17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80mm。主要技术参数如下表：表 3.4 电机型号及参数转速范围（r/min）主电机传动型号电机转速 输出转速主电机功率（）kw配套主轴部件型号D50 Y132M1-6 460 470 4 1HY32A,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 H5801060mm 之间选取，本系统取装料高度为 800mm。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=320，H=250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=320250mm。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 3.7 = 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18旋转 510 r 所需要时间。这里取 10r辅助时间 T 辅 = +t 移 +t 装 3.8fkvL43= （75120）/1000+0.13+2= 3.325min式中： L 3、L 4 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 mint 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 3.4= 60/（T 切 +T 辅 ）=60/（0.625+845）=15.3 件/h机床负荷率按下式计算 = Q / Q 1100%3.10= A / Q1tk100%=20000/15.31450100%=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 =1450h表 1.5 生产率计算卡2.6 多轴箱的设计2.6.1 绘制多轴箱设计原始依据图多轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的如图 3.8 所示:19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 3.6 所示：表 3.6 主轴外尺寸及切削用量主轴外伸尺寸 切削用量轴号D/d L工序内容N（r/min）V(m/min)f(mm/r)Vf(mm/min)1、2、 40/28 115 钻 8 415 8 0.8 74.7203、4注：1被加工零件编号及名称：箱体材料：HT200 JB247-62；硬度: HB170-241，前、后、侧盖等材料为 HT1502动力部件型号：1TD32I 动力箱，电动机型号 Y112M-6；功率 P8kw。2.6.2 齿轮模数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) =32 23.113)/(ZNP3)4159/(.2式中：m估算齿轮模数P齿轮所传递的功率（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=1.5。2.6.3 多轴箱的传动设计（1）根据原始依据图（图 3.8） ，画出驱动轴、主轴坐标位置。如下表：表 3.7 驱动轴、主轴坐标值坐标 销 O1 驱动轴 O 主轴 1 主轴 2 主轴 3 主轴 4X 175 0 37 37 -37 -37Y 0 86.5 101.5 84.5 84.5 101.5（2）确定传动轴位置及齿轮齿数21图 3.4 齿轮的最小壁厚1）最小齿数的确定为保证齿轮齿根强度，根据组合机床简明设计手册可知，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齿轮估算3.8302Pmzn多轴箱输入齿轮模数取 m=2。主轴 1，2，3，4 要求的转速一致且较高，所以采用降速传动。主轴齿数选取 Z=21，传动齿轮采用 z=22 齿的齿轮，变位系数 。0.18x=传动轴的转速为:3.15735/minr由于前面选取了主轴直径为 40，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:/i3.161735i所以选择两级传动，且传动比分配为：一级为 1.01.0;二级为 1.41.0。驱动轴的直径为 40mm，由组合机床简明设计手册查得知：t=132.3mm,当 m=3 时，驱动轴上的齿数为：Zmin 3.17303.2(1.5)2(1.25).8dmt去驱动齿轮齿数 Z=24。通用的齿轮有三种，即传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮。材料均为 45 钢，热处理为齿部高频淬火 G54。本机床齿轮的选用按照下表选用表 3.8 齿轮种类及参数齿轮种类 宽度（mm） 齿 数 模数（mm） 孔径（mm）驱动轴齿轮 24 17 50 连续 2、1.5、3 15、20、30、140、402232 1770 2、1.5、3、4 25、30、140、40、50传动轴齿轮 44（B 型） 21-24 3 25、30、140、40、50输出轴齿轮 32 21-24 3 8、22、28、32、36计算各主轴转速使各主轴转速的相对转速损失在 5%以内，由公式：V= 知：.140Dnn1=n2=n3=n4=8x1000/3.8/8=415r/min3.82.6.4 绘制传动系统图传动系统图是表示传动关系是示意图，即用以确定的传动轴将驱动轴和各主轴连接起来，绘制在多轴箱轮廓内的传动示意图，如图 3.10 所示23图 3.10 钻孔多轴箱传动系统图图中传动轴齿轮和驱动轴齿轮为第排。在图中标出齿轮的齿数、模数、变位系数，以校核驱动轴是否正确。另外，应检查同排的非啮合齿轮是否齿顶干涉；还画出主轴直径和轴套直径，以避免齿轮和相邻的主轴轴套相碰。2.6.5 传动零件的校核（1）验算传动轴的直径校核传动轴以承受的总扭矩最大传动轴 5，由它驱动的有主轴 1、2、3、4主轴扭矩：T 1=T2=T3=T4=4474Nmm油泵轴的扭矩：查得 R12-1A 油泵的最高压力为 0.3MPa、排量为 5.88ml/r。假设在理想无泄漏状态，24即： Pq=T式中：P油泵的压力 N/q油泵的排量 m3/sT输入扭矩 Nm输入角速度 rad/s单位换算： P=0.3MPa=0.310 6Pan =550r/min=4.17r/s3.14q=5.884.17=53.42ml/r=53.4210-6m3/s80=2n/60=23.8550/6081=57.57rad/s代入公式： Pq=T8253.4210-60.3106=57.57T6解得：T 6=281NmmT5=T1/i5-1+T2/i5-2+T3/i5-3+T4/i5-4+T6/i5-683=44474/0.48+281/0.667=44043.06Nmm根据 d=B =3.316 =132.6mm140mm4T46.093因此传动轴 4 是符合要求的。253 夹具设计3.1 研究原始质料利用本夹具主要用来加工 4 个 M10 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：在对钻孔进 4 个 M102 孔行加工前，底平面进行了粗、精铣加工，底面孔进行了钻、扩加工。因此，定位、夹紧方案有：选一面两销定位方式，工艺孔用短圆柱销，用棱形销定位，夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。4 个 M10 孔时为了使定位误差达到要求的范围之内，采用一面两销的定位方式，这种定位在结构上简单易操作。一面即底平面。3.3 切削力及夹紧力的计算镗刀材料： （硬质合金镗刀）5YT刀具的几何参数： 60粗K90精10s8由参考文献5查表 可得：321圆周切削分力公式： 0.75.14CpcPFafvK式中 0.4pam./frrpsopkKK查5表 得： 查5表 取 21()736nb1250.6b.75n由表 可得参数： 694.0pk 0.opKsp1rpK即： 74.8()CFN同理：径向切削分力公式 ： 0.9750.328PpcPFafv式中参数： 7.0pkK .1ops.1rp即： 32.4()P轴向切削分力公式 ： 0.5.4326fpcPafvK式中参数： 1.pko1sp0.rp即： 605.48()fFN26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： FKW安全系数 K 可按下式计算有： 6543210式中： 为各种因素的安全系数，查参考文献5表 可得： 6 12.01.301.56C22.3PK1.2.f所以有： 19308()CWFN76.KP5()f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：Nm93.103.24.05.14.3108.90 MYFXKfdC在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数 2K由资料机床夹具设计手册查表 可得：7切削力公式： 式（2.17）PffD75.02.14式中 m8r/3查表 得： 219.)(6.0HBKp即： 69.0NFf实际所需夹紧力：由参考文献16机床夹具设计手册表 得：12WfK安全系数 K 可按下式计算，由式（2.5）有： 6543210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627可得： 1225.01.32.10. K所以 )(465698NFWf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两销定位，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。 gwj与机床夹具有关的加