毕业论文定稿-精镗6102箱盖凸轮轴孔专用组合机床的设计

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763宁XX 大学毕 业 设 计 (论 文 )题目 精镗 6102 箱盖凸轮轴孔专用组合机床的设计 机械工程与自动化学院机械电子工程专业机电 093 班学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 (签 字 ) 设计(论文)工作自 2013 年 2 月 27 日至 2013 年 6 月 23 日2013 年 月 日诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业设计（论文） XXXXXXXX均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。承诺人（签名）： 年 月 日摘 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IIABSTRACTThis 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 .Keywords: combination machine ;design ;process ;function目 录摘 要.1Abstract II目 录 .III1 绪论.11.1 课题研究意义 11.2 镗孔专用设备应用 .11.3 镗孔专用设备 21.3.1 多轴头 21.3.2 多轴箱 .21.3.3 多轴钻床 31.3.4 自动更换主轴箱机床 .31.4 镗孔专用设备趋势 42 组合机床的总体设计.52.1 组合机床方案的制定 52.1.1 制定工艺方案 .52.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案。 .52.2 确定切削用量及选择刀具 72.2.1 确定工序间余量 .72.2.2 选择切削用量 .72.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率 .72.2.4 选择刀具结构 .82.2.5 被加工零件工序图 .92.2.6 机床尺寸联系总图 .103 镗孔专用机床及夹具设计.143.1 夹具的初步设计方案 143.2 机床的初步设计 143.2.1 动力部件的选择 .14IV3.2.2 确定切削用量及选择刀具 .153.2.3 确定切削力，切削扭矩，切削功率 .153.3 夹具设计的计算 173.3.1 受力计算 .173.3.2 夹紧力 .173.4 机床的液压滑台系统的具体设计 183.4.1 液压缸所受的外负载 .183.4.2 拟定液压系统原理图 .193.4.3 液压系统的计算和选择液压元件 .204 主轴箱设计.244.1 专用主轴箱设计 244.2 传动系统的设计 244.2.1 电动机的选择 .244.2.2 电动机功率的选择 .244.2.3 传动系统总传动比的确定及各级分传动比的分配 .254.3 齿轮的设计及参数的确定 254.3.1 齿轮的设计 .264.3.2 齿轮参数的确定 .284.4 轴承的选择 31结 论.33致 谢.34参考文献.3511 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，90 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 镗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，镗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，大型复杂的镗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，单单镗孔与锪沉头孔就要842.5 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2要 171.6 小时，划线也简单，只要 1.9 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，结合镗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 多个镗孔操作中，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。1975 年法国巴黎机床展览会也反映了镗孔专用设备的使用愈来愈多这一趋势。1.3 镗孔专用设备镗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。这种镗孔专用设备方法，由于镗孔效率、加工范围及精度的关系，使用范围有限。1.3.2 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3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 22.5 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镗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4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 180 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 90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 镗孔专用设备趋势镗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，镗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 6102 箱盖凸轮轴）的零件图（图 2.1） ，加工 5 个 43 孔的工艺过程：(1)加工孔的主要技术要求。加工 5 个 43 孔工件材料为 HT200，HB170-241HBS要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量 2 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。(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 6102 箱盖凸轮轴镗孔的精度要求较高，可采用镗孔组合机床。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6(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 6102 箱盖凸轮轴的材料是 HT200、硬度 HB170241、孔的直径为 43mm。采用同步加工，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，一次镗孔。(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 2 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7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。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。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： 2.112.inffnfv式中： 各主轴转速（r/min）、 、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 6102 箱盖凸轮轴镗孔的加工精度、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=43mm，进给量 f=0.18mm/r、切削速度 v=18m/min2.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率根据文献9的 134 页表 6-20 中公式计算钻孔（2-2）6.08.2HBDfF（2-3 ） 91T（ 2-4）vP740根据文献9的 134 页表 6-20 中公式计算镗孔（2-5）5.0751HBfaFpZ（2-6）1.6.2.0X（2-7） 5.07fDTp8（2-8）6120vFPZ式中， F、Fz-切削力（N） ；T-切削转矩（N） ；P-切削功率（Kw ） ；v- 切削速度（m/min） ；f-进给量（mm/r） ；ap-切削深度（mm） ； D-加工（或钻头）直径（ mm） ； HB-布氏硬度， 得 HB=223。由 d22-50，硬度大于 190-240HBS，选择 v=10-18m/min,f0.25-0.4mm/r,又 d=35.8mm,取定第一次进给 v1=17.9m/min,f1=0.3mm/r,则=100017.9/43 =157r/min dvn10取 v2=17.9m/min,f2=0.3mm/r由以上公式可得：6.08.2HBDfF6.08.0231432N1.5891T 9.m92DTvP7431.90628kw5.2.2.4 选择刀具结构根据加工精度、工件材料、工件条件、技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理地选择刀具。只要所选工艺方案可以采用刚性较好的镗杆，还是采用镗削方法，这是因为镗刀制造简单，刃磨方便。当被加工孔直径在 40mm 以上时，组合机床上多采用镗削加工，其加工精度可高达 1-2 级。直径小于 40mm 时，选用钻削方法，钻头选用高速钢修磨棱带及横刃钻头。镗孔选用合金镗刀头。直径大于 40mm 时，选用镗削方法，刀具材料为硬质合金。当加工阶梯孔时，选用阶梯杆，由于多刀加工，扭矩较大，所以要选用强度较好的刀杆材料：41Gr。92.2.5 被加工零件工序图A被加工零件工序图的作用和内容被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床上完成的工艺内容，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、硬度和在本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重要依据，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：a.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。b.本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。c.本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。d.注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。 B. 绘制被加工零件工序图的规定及注意事项a.绘制被加工零件工序图的规定 应按一定的比例，绘制足够的视图以及剖面；本工序加工部位用粗实线表示；定位用定位基准符号表示，并用下标数表明消除自由度符号；夹紧用夹紧符号表示，辅助支承用支承符号表示。b.绘制被加工零件工序图注意事项a) 本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。b) 对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析。c) 当本工序有特殊要求时必须注明。图 2-1 所示为被加工零件工序图。102.2.6 机床尺寸联系总图A. 选择动力部件a.动力滑台型号的选择根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，按文献9的 62 页公式niF1多 轴 箱计算。 式中，Fi各主轴所需的 向切削力，单位为 N。则 主轴箱： 5234127F多 主 轴 箱实际上,为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于 F。又考虑到所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的稳定性，由文献9的 91 页表 5-1，左、右、后面分别选用机械滑台 HJ40A 型、HJ40A 型、HJ40A 型，台面宽 400mm，台面长 800mm，滑台及滑座总高为 320mm，允许最大进给力为 20000N；其相应的侧底座型号分为 1CC401M、1CC401M、1CC401。b.动力箱型号的选择由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和 ，根据文献9的 47 页公式切 削P计算：切 削多 轴 箱P式中, 消耗于各主轴的切削功率的总和（Kw） ；切 削P11多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取 0.80.9，加工有色金属时取0.70.8；主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。本课题中，被加工零件材料为灰铸铁，属黑色金属，又主轴数量较多、传动复杂，故取 5。8.0右主轴箱： 0.8561.270.9682.7194.3PKW中则4.3.KW中根据液压滑台的配套要求，滑台额定功率应大于电机功率的原则，查文献9的页表 5-38 得出动力箱及电动机的型号,见表 2-1。154表 2-1 动力箱及电动机的型号 动力箱型号 电动机型号 电动机功率(Kw)电动机转速(r/PM)输出轴转速(r/min)后主轴箱 1TD40-I Y100-L8 2 1440 720c.配套通用部件的选择侧底座 1CC401 型号，其高度 H=560mm，宽度 B=600mm，长度 L=1350mm。B. 确定机床装料高度 H装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。本课题中，工件最低孔位置 h2=70.52，主轴箱最低主轴高度 h1=145.02，所选滑台与滑座总高h3=320，侧底座高度 h4=560，夹具底座高度 h5=345，中间底座高度 h6=600，综合以上因素，该组合机床装料高度取 H=1005。确定夹具轮廓尺寸夹具是用于定位和夹紧工件的，所以工件轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据，由于加工示意图中对工件和靠模杆的距离，以及导套尺寸都作了规定，掌握了12以上尺寸后，确定夹具总长尺寸 A，A=590 mm。夹具底座高度应视夹具大小而定，既要求保证有足够的刚性，又要考虑工件的装料高度，一般夹具底座高度不小于 240mm。根据具体情况，本夹具底座取高度为 345mm。确定中间底座尺寸在加工示意图中，已经确定了工件端面至主轴箱在加工终了时距离：L1 左=650mm，L2 右=800mm 根据选定的动力部件及其配套部件的位置关系，并考虑动力头的前备量因素，通过尺寸链就可确定中间底座尺寸 LL=2（L1 左+L2 右+2L2+L3）-2（L 1+ L 2+ L 3）其中 L1-动力头支承凸台尺寸。L2-动力头支承凸台端面到滑座前端面加工完了时距离，由于动力头支承凸台端面到滑座端面最小尺寸和动力头向前备量组成。L3-滑座前端面到床身端面距离取 L=585mm。确定中间底高度尺寸时，应考虑铁屑的储存及排除电气接线安排，中间底座高度一般不小于 540mm。本机床确定中间底座高度为 600mm。确定主轴箱轮廓尺寸主要需确定的尺寸是主轴箱的宽度 B 和高度 H 及最低主轴高度 h1。主轴箱宽度B、高度 H 的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按文献9的 49 页公式计算：B=b+2b1 13H=h+h1+b1式中，b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（） ；b1最边缘主轴中心距箱外壁的距离（） ；h工件在高度方向相距最远的两孔距离（） ；h1最低主轴高度（） 。其中，h1 还与工件最低孔位置（h2=70.52） 、机床装料高度（H=1005） 、滑台滑座总高（h3=320） 、侧底座高度（h4=560）等尺寸有关。对于卧式组合机床， h1 要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐 h185-140，本组合机床按文献9的 50 页公式h1=h2+H-(0.5+h3+h4) 计算，得： h1=150.52。b=212.33,h=186.48,取 b1=100，则求出主轴箱轮廓尺寸：B=b+2b1=212.33+2100=412.33H=h+h1+b1=186.48+150.52+100=437根据上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准，主轴箱轮廓尺寸都预定为BH=500500。143 镗孔专用机床及夹具设计3.1 夹具的初步设计方案粗镗孔专用夹具的自由度：它用止口及端面定位，消去个自由度，剩下的转动自由度用一根装在尾座套筒中的削边销插入销孔中来定位，从而保证镗孔的加工余量均匀。当用螺母与螺杆及压块将活塞压紧后，再将削边销从销孔中退出，即可进行加工。3.2 机床的初步设计根据加工工序的需要决定采用具有固定式夹具的主轴箱横向进给的卧式单工位专用机床 3.2.1 动力部件的选择采用通用部件。第一种动力部件是传递主运动的部件，包括动力源和主轴箱。第二种传递进给运动的部件，包括液压滑台。（1） ，液压滑台 液压滑台由滑台，滑座，油缸三部分组成。滑台与滑座配置双矩形导轨，初选 HY20A 型液压滑台，导轨为“矩矩”型式。液压滑台技术性能：台面宽(mm)行程(mm)进给力(N)油缸内径/活塞直径(mm)油泵流量(升/分)快进流量(升/分)最小进给量(mm/分)工进速度（mm/min）200 400 6300 50/35 12 12 40 401000（2） ，动力源动力源是为主轴箱的刀具提供切削主运动的驱动装置它与主轴配套使用。因为对铝及其合金等轻金属进行粗镗削时，根据组合机床设计p20 对传动装置的选择，应采用皮带轮传动装置，所以现决定采用皮带轮传动装置的型号为 TXxx-F42。15（3） ，主轴箱主轴箱安装在滑台上，镗刀杆上安装多个镗刀进行镗削。本设计采用自行设计的主轴箱和 TX20A-F42 皮带轮传动装置。3.2.2 确定切削用量及选择刀具查组合机床设计表 3-11 得。粗镗的镗刀的材料高速钢，切削速度 v（m/min）在 100150 范围内选取，初步定为 120。每转进给量 f（mm/转）在 0.51.5 范围内选取，但考虑到液压滑台的进给速度 v （401000mm/min）的限制要取合适的值。f由公式 n=1000v/D 得：n=1000120/27=1414.7(r/min)v =fn 取滑台的进给速度为 1000，则 f=v /n=1000/1414.7=0.7（mm/r）f f3.2.3 确定切削力，切削扭矩，切削功率切削力 Fc,切削扭矩 M，切削功率 N，刀具耐用度 T 的计初定镗刀装在镗杆上的几何参数为：主偏角 K=45，前角 。=20，刃倾角s0，刀尖圆弧半径 =20（mm）,初定镗孔加工余量 ap=1.5mm（1） ，切削力 Fc=9.81CFCapXFCfyFCKFC=9.81401.510.70.751200KFC其中 KFC= KMFC K0FC KKFC KsFC KFC查机械制造技术p48 表 2-3，得 KMFC=1查表 2-4 得 K0FC=1.0 KKFC=1.0KsFC=1.0 KFC=1.0KFC= KMFC K0FC KKFC KsFC KFC=11.01.01.01.01.0=116Fc=9.81CFCapXFCfyFCKFC=9.81401.510.70.751200KFC=9.81401.510.70.7512001=450.4(N)（2） ，切削功率：Pc=FcVc/60103=450.4120/60000=0.895(kW)（3） ，快速运动速度的确定：由 HY20A 液压滑台技术性能可知快进速度为12 米/分。（4） ，选择刀具结构及切削扭矩：镗杆直径及镗刀截面尺寸： 查组合机床设计p60 表 3-16 得由镗孔直径 D=27(mm)，取镗杆直径=22(mm),镗刀截面 BXB=88(mmXmm)主轴直径 d=25(mm)由式 d=B 4(M/100) 17查组合机床设计p59 表 3-15 得,取系 B=7.3M=(d/B)4100=(25/7.3)4100=13755.25(N.mm)（5） ，电动机的选用：根据上面算出的转速为 1414.7(r/min)和功率为 0.8952=1.79(kW)。现决定选用型号为 Y100L2-4 的电动机。其额定功率为 3(kW)，转速为 1420(r/min)。3.3 夹具设计的计算3.3.1 受力计算Me=Wk【rtg1+rztg(+2)】/0(N.mm)其中：Wk-实际所需夹紧力(N)r-螺杆端部与工件间的当量摩擦半径(mm)，参见表 1-2-20螺杆端部的结构形式为点接触 r=01-螺杆端部与工件的摩擦角（）rz-螺纹中径之半(mm)，初选 M10，P=1，查表 1-2-21 得 rz=4.675-螺纹升角（） ，初选 M10，P=1，查表 1-2-21 得 =1572-螺旋副当量摩擦角。当选用三角螺纹时，由表 1-2-22 查得 2=9500-除螺旋外机构的效率，其值为 0.850.95，取 0.90由表 1-2-24 中，初选螺纹公称直径为 10(mm)的螺栓，查得其许用夹紧力为3924(N)，加在螺母上的夹紧扭矩为 9.320(N.mm)Me=450.4【0+4.675tg(157+950)】/0.9=484.7(N.mm)M10 的许用夹紧力=3924450.4(N)M10 的螺栓满足强度要求。3.3.2 夹紧力当用扳手扳动 M10 螺栓上的六角螺母时，查表 1-2-25 得，柄长度 L=120(mm),作用力为 45（N） ，而夹紧力为 3550（N） ，远大于 450.4N）18用 M10 的螺栓，并用扳手长度 L=120(mm)的扳手的方案符合要求。3.4 机床的液压滑台系统的具体设计工进长度的确定：工进长度=切入长度+加工孔长度+切出长度取切入长度为 7(mm)，加工孔长度为 102(mm)， 切出长度取 8(mm)。工进长度=7+102+8=117(mm)快进长度，初定为 283(mm)快退长度=快进长度+工进长度=283+117=400(mm)滑台式后带“A”表示滑座导轨为铸铁导轨。又球墨铸铁的密度为 7300kg/m3可根据滑座的外形尺寸和密度来估算其重力。估算液压滑台的重力 N1=9.840020080730010-9=457.86(N)估算主轴箱和动力源的重力 N2=9.8200472388730010-9=2799.78(N)即运动部件的重力 N= N1 +N2=3257.64(N) 取 N=4000(N)3.4.1 液压缸所受的外负载F 包括三种类型：F-工作负载 F=6300(N)Fa-运动部件速度变化时的惯性负载 Fa=Gv/gXt 一般取t=0.05（s）Fa=400012/9.8/0.05/60=1632.65(N)Ff-导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力 Ff=fG在本设计中取静摩擦系数为 0.18，动摩擦系数为 0.1Ffs=0.184000=720(N)Ffa=0.14000=400(N)工作循环各阶段的外负载为：启动加速：F= Ffs +Fa = 720+1632.65=2352.65(N)工进 ：F= Ffa+ F=400+6300=6700(N)快进 ：F= Ffa=400(N)快退 ：F= Ffa=400(N)19速度循环图： 负载循环图：3.4.2 拟定液压系统原理图（1） ， 确定供油方式：考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进，快退时负载较小，速度较高。从节省能量，减少发热考虑，泵源系统宜选用变量泵供油。现采用限压式变量叶片泵。（2） ， 调速方式的选择：在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据镗削类专用机床的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热少和速度刚性好的特点。（3） ， 速度换接方式的选择：本系统采用行程阀切换的速度换接回路，它的特点是可提高系统的换接平稳性。（4） ， 最后把所选择的液压回路组合起来，即可组成图纸所示的液压系统原理图。其工作原理如下：1） ，快进按下启动按钮，电磁铁 1YA 通电吸合控制油路有泵 16 经电磁先导阀 13 的左位，单向阀 11，进入液动阀 14 的左端油腔，液动阀 14 左位接入系统。液动阀 14 右端回油经过节流器和阀 13 回油箱。阀 14 处于左位。主油路从泵 16单向阀 15液动阀 14 左位行程阀 9（常态）液压缸左腔。回油路从液压缸的右腔阀 14 的左位单向阀 3阀 9液压缸的左腔。2） ，工进20压下行程阀 9，则油路不能通过而只能通过调速阀 6，此时系统的压力升高，压力的升高使顺序控制阀 2 打开而且也会另限量叶片泵的流量减少，直到与经过调速阀 6 流量相同为止。液压的有杠腔的油液则通过液动阀 14，经顺序阀 2 和背压阀 1 回油路。 （两侧的压力差使单向阀 3 关闭）3） ，死档铁停留：滑台工进终了，滑台体前端顶上固定在滑座体上的死档铁，滑台不能前进，而而油路系统还在供油，迫使油缸大腔油压升高，压力继电器 5 发出信号，使 2YA 通电，1YA断电，实现滑台快退。压力继电器 7 延时的过程就是滑台在死挡铁停留的时间。4） ，滑台快退及原位停止：2YA 的通电使阀 14 接入系统，进油路有泵 16阀 15液动阀 14 右路液压缸右腔。回油：液压缸的左腔单向阀 7阀 14 右位回油缸。由于此时空载，系统的压力很低，泵输出的流量最大，滑台快退。当滑台快退到原位时，档块压下原位的行程开关，使电磁铁都断电，阀 13 和 14都处于中位，滑台停止运动。泵通过阀 14 的中位卸荷。3.4.3 液压系统的计算和选择液压元件（1） ， 液压缸主要尺寸的确定：1） ，工作压力 P 的确定：工作压力 P 可根据负载大小及机器的类型来初步确定，现参阅液压系统设计简明手册p10 表 2-1 取液压缸工作压力为 4(Mpa)。2） ，计算液压缸内径 D 和活塞杠直径 d：按 HY20A 液压滑台的参数定 D/d 为 50/35按最低工作速度验算液压缸的最小稳定速度由式 A(qmin/vmin)式中 A 为液压缸节流腔的有效工作面积，qmin 是由产品样本查得 GE 系列调速阀AQF3-E10B 的最小稳定流量为 50(mL/min)，vmin=4(cm/min)A(qmin/vmin)=50/4=12.5(cm2)由于调速阀是安装在油路上的，故液压缸节流腔有效工作面积应选液压缸无杠腔的实际面积。即 A=（/4） D2= （/4） 5221=19.63(cm2)19.6312.5液压缸能选到所需流速。3） 计算在各工作阶段液压缸所需的流量：q 快进=（/4 ）d2V 快进 =（/4）(3.5X10-2)212=11.5(L/min)q 工进=（/4 ）D2 V 工进 =（/4）(510-2)2 1=2 (L/min)q 快退=（/4 ） (D2d2) V 快退=（/4） (0.052 0.0352) 12=12(L/min)（2） ， 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格：1） ， 泵的工作压力的确定：pp=p1+p式中 pp液压泵的最大工作压力p1执行元件最大工作压力p进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取 0.20.5（Mpa） ，复杂系统取0.51.5（Mpa） 。本设计中取 0.5 （Mpa ） 。pp=p1+p=4+0.5=4.5 （Mpa）上述计算所得的 pp 是系统的静态压力，考虑到系统有各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力 pn 应满足 pn（1.251.6）pp。本设计中 pn= 1.25pp=5.625 （Mpa）2） ， 泵的流量的确定：由 HY20A 液压滑台的技术性能参数可知油泵的流量为 qp=12（L/min）3） ， 选择液压泵的规格：根据以上算得的 pp 和 qp，再查阅液压系统设计简明手册p81，现选用 YBX-16 限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量 q0=16m（L/r） ，泵的额定压力pn=6.3（Mpa） ，电动机转速 nH=1450（r/min） ，容积效率 v=0.85 ，总效率 =0.74） ， 与液压泵匹配的电动机的选定：22首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率，取两者较大值为选择电动机规格的依据，由于在慢进时泵输出的流量减少，泵的效率急剧降低，一般当流量在0.21L/min 范围内，可取 =0.030.14。同时还应该注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时不致停转，需进行验算，即pBqp/2pn式中 pn所选电动机额定功率pB限压式变量泵的限定压力qp压力为 pB 时，泵的输出流量首先计算快进时的功率，快进时的外负载为 400N，进油路的压力损失定为 0.3 （Mpa ） ，由式pp=p1+p 得pp=400/（/4）0.0352）10-6+0.3=0.40(Mpa)快进时所需电动机的功率为：P= pp qp/=0.4011.5/60/0.7=0.11(kW)工进时所需电动机功率为：P= pp qp/=4.52/60/0.7=0.22 (kW)查阅电动机产品样本，选用 Y90S-4 型电动机，其具体参数为：满载时功率(kW) 电流（A）转速（r/min）效率（%）功率因数（COS）额定电流额定转矩1.1 2.7 1400 79 0.78 6.5 2.2根据产品样本可查得 YBX-16 的流量压力特性曲线。再由已知的快进时的流量为11.5（L/min） ，工进时的流量为 2（L/min） ，压力为 4.5(Mpa),作出泵的实际工作时的流量压力特性曲线，查得该曲线拐点处的流量为 24（L/min） ，压力为 2.9(Mpa)，该工作点处对应的功率为P=2.924/60/0.7=1.66(kW)21.1=2.2(kW)23所选的电动机在拐点处能正常工作。（3） ， 液压阀的选择：本设计均用 GE 系列阀，根据拟定的液压系统图。按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。1.背压阀2.液控顺序阀3.7.11.1215.-单向阀 AF3-EA10B4，10 节流阀 5.-压力继电器 DP1-63B6.调速阀 AQF3-E10B9.行程阀13，电磁先导阀14，液动换向阀16，液压泵 YBX-1617，滤油器 XU-B32X100 （4） ， 确定管道尺寸：油管内径尺寸可参照选用的液压元件的接口尺寸而定。（5） ， 液压油箱容积的确定：本设计为中压系统。液压油箱有效容量按泵的流量的 57 倍来确定。现选用容量为160L 的油箱。244 主轴箱设计4.1 专用主轴箱设计合机床及自动线上，当采用标准结构的主轴箱不能满足加工工艺的要求（如大直径深孔加工、平面加工等） ，或者难以保证精度时，就应设计专用主轴箱和专用头。要想按计算来设计专用主轴箱箱体，这几乎是不可能的。应充分参考调查的实例进行设计。对受力大的地方要适当加大刚性；对受力小的地方应酌情减薄壁厚。设计时应考虑使主轴上受的力尽快的通过轴承传到箱体上。这就要求组成前支承的受径向和轴向载荷的轴承，尽量设置在靠近主轴的前端。为了缩短前轴承至镗刀（加工部位）的距离，刚性主轴箱可以不用前盖。4.2 传动系统的设计4.2.1 电动机的选择电动机类型和结构形式可以根据电源（直流或交流） 、工作条件（温度、环境、空间尺寸等）和载荷特点（性质、大小、启动性能和过载情况）来选择。一般情况下应选用交流电动机。Y 系列电动机为 80 年代的更新换代产品，具有高效、节能、振动小、噪声小和运行安全可靠的特点，安装尺寸和功率等级符合 IEC 国际标准，适合于无特殊要求的各种机械设备。电动机容量的选择须根据工作机容量的需要来确定。如所选电动机的容量过大，必然会增加成本，造成浪费；相反容量过小，则不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载，发热量大而过早损坏。4.2.2 电动机功率的选择N 动 （千瓦） （3-1）进切 N 进 为 0.82 千瓦， =0.9N 动 4.0 千瓦动力箱的选择：表 3-1 动力箱型号型号 型式 电动机型号 电动机的功率电动机的转速rmin-1输出轴转速rmin-1