机械机床毕业设计51后桥减速器壳体的钻孔加工组合机床

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1、组合机床是以通用部件作为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专 用主轴箱和夹具，组成的半自动或自动专用机床。组合机床是一种专用高效自动化技术装备，目前，它是大批量机械产品实现 高效、高质量和经济性生产的关键装备，因而被广泛应用于许多工业生产领域。 在大批量生产的机械工业部门，大量采用的设备是组合机床。因此，组合机床及 其自动线的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了这些工业部门产品 的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品 的竞争力。矿车轮在矿山机械技术领域用途极为广泛。而本题目就包含了这两种 在机械领域都有着重要用途的设备。矿车轮钻孔组合机床设计是一个

2、复杂的毕业设计。该零件（矿车轮）结构复 杂，因此零件毛坯采用灰铸铁铸造成形，题目要求设计 钻三个M10螺孔 的组合机床。组合机床设计过程复杂，需要查阅资料很多，所以在设计时尽量使 加工简单，但又不影响加工质量，同时使各工序尽量集中，发挥组合机床的优点， 同时使各种误差减小到最低限度。关键词：组合机床、夹具、多轴箱、传动轴、三图一卡、绪论1.1课题背景1.1.1国内组合机床的发展现状现代社会中，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

3、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。可以这样说，如果没有机床的 发展，如果不具备今天这样品种繁多、结构完善和性能精良的各种机床，现代社 会目前所达到的高度物质文明将是不可想象的。一个国家要繁荣富强，必须实现工业、农业、国防和科学技术

4、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，即各种机器、仪器和工具等。然而，一个现代化的机械制造业必须要有一 个现代化的机床制造业做后盾。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，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它们实 际上并不是一种完

5、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

6、床等基本类型的机床已先后形成。上世纪初以来，由于高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继出现，刀具切削 性能不断提高，促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方 向发展。与此同时，由于电动机、齿轮、轴承、电气和液压等技术有了很大的发 展，使机床的转动、结构和控制等方面也得到相应的改进，加工精度和生产率显 著提高。此外，为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求，机床品种的发展 也与日俱增，例如，各种高效率自动化机床、重型机床、精密机床以及适应加工 特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世。50年代，在综合应用电子 技术、检测技术、计算技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上

7、 发展起来的数控机床，使机床自动化进入了一个崭新的阶段，与早期发展的仅适 用于大批大量生产的纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比，它具有很高 柔性，即使在单件和小批生产中也能得到经济的使用。综观机床的发展史，它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展， 并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行 的，现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展。我国的机床工业是在1949年新中国成立后才开始建立起来的。解放前，由 于长期的封锁统治和19世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生 产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。全解放前夕，全 国只

8、有少数城市的一些规模很小的机械厂，制造少量简单的皮带车间、牛头刨床 和砂轮等；1949年全国机床产量仅1000多台，品种不到10个。解放后，党和人民政府十分重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢 复时期，就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂；在随后开始的几个五年计划 期间，又陆续扩建、新建了一系列机床厂。经过50多年的建设，我国机床工业 从无到有，从小到大，现在已经成门类比较齐全，具有一定实力的机床工业体系， 能生产5000多种机床通用品种，数控机床1500多种；不仅装备了国内的工业， 而且每年还有一定数量的机床出口。我国机床行业的发展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，与 世界

9、先进水平相比，还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术 现代化的需要，为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力，必须深入开展机床 基础理论研究，加强工艺试验研究，大力开发精密、重型和数控机床，使我国的 机床工业尽早跻身于世界先进行列。1.2组合机床的国内、外现状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。11.2.1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

10、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

11、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

12、，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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、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

18、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.rw.o1.2.3组合机床的发展趋势(1) 、高速化：由于机构各组件分工的专业化，在

19、专业主轴厂的开发下，主 轴高速化日益普及。过去只用于汽车工业高速化的机种(每分钟1.5万转以上 的机种)，现在已成为必备的机械产品要件。(2) 、精密化：由于各组件加工的精密化，微米的误差已不是问题。以电脑 辅助生产(CAM)系统的发展带动数控控制器的功能越来越多。(3) 、高效能：对机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度 的要求提高。同时，由于产品竞争激烈，产品生命周期缩短，模具的快速加工 已成为缩短产品开发时间所必须具备的条件。对制造速度的要求致使加工模具 的机床向着高效能专业化机种发展。(4) 、系统化：机床已逐渐发展成为系统化产品。现在可以用一台电脑控制 一条生产线的作业，

20、不但可缩短产品的开发时间，还可以提高产品的加工精度 和产品质量。(5) 、复合化：产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，机 床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋 势。1.3课题的提出及其意义机床工业是现代工业特别是现代制造业的基础，在国民经济中占有重要的战 略地位。对我国而言，机床工业不仅仅具有重要的经济意义，而且还具有重要的 国防战略意义。研究机床工业的特点，有助于我们了解机床工业的特殊规律，从 而找到适合我国国情的机床工业发展之路。机床工业的发展带动了制造业和工业 的发展。对一个国家而言，本土的机床工业与本土的制造业及工业紧密相连，高 水平的本土

21、机床工业有助于提升本土制造业及工业的水平。机床工业与一个国家 的工业竞争力、制造业发展水平紧密相关，本国的机床工业水平越高，工业和制 造业竞争力越强。我国工业竞争力和制造业发展水平不高，一定程度上是与我国 机床工业发展水平不高相联系的。加快我国机床工业的发展，提高我国机床工业 技术和管理水平，将有利于我国工业和制造业发展。所以对机床的研究设计意义 是极其重大的。毕业设计是高等教育体系中非常重要的环节，它可以检验自己对专业知识理 解与掌握的程度，也可以提高自己综合运用所学知识的能力，也能在分析问题和 解决问题的过程中学到更多新的知识。就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进

22、行一 次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四 化”建设打下一个良好的基础。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。1.4机床设计的目的、内容、要求1.4.1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。1.4.2设计内容(1) 运动设计 根据给定的被加工零

23、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1.4.3设计要求评价机床性能的优劣，主要是根据技术一经济指标来判定的。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

24、际市场上才有竞争力。机床 设计的技术一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。其设计任务及其要求有：（1）在保证满足各项技术要求的前提下，力求结构简单、先进和合理，动作准 确可靠，便装拆维修，操作安全可靠；（2）设计内容包括：组合机床设计、夹具设计；（3）零件尽可能的采用标准件；（4）在结构方案和有关尺寸确定后，绘制出装配图和零件图；（5）绘制零件图包括结构图形、尺寸、公差、形位公差和表面粗糙度值；尺寸 表注要注意基准和完整；必须注明必要的技术要求；（6）掌握必要的机械零件的设计和加工工艺的有关知识；（7）熟悉机械制图、配合与公差、机械原理、金属材料等方面的有关知识。1

25、.5机床的设计步骤1.5.1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.rw.o1.5.2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

26、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。1.5.3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

27、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。二、零件分析2.1零件的结构特点及其技术要求2.1.1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。离合器压盘加工孔的精度要求不高，可采用钻孔组合机 床，工件各孔间的位置精度为0.1mm，它的位置精度要求不是很高，安排加工时 可以在下一个安装工位上对所有孔进行最终精加工。为了加工出表面粗糙度为 Ra3.2um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。

28、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， 人工夹紧。2.1.2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。此零件的材料是QT500-7、硬度 HB170-230、孔在整个压盘上呈均度分配，孔的直径为中12mm和中12.5mm。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

29、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。孔的分布范围是直线形状，工件比较长，一次钻完，多轴箱体积较大，采 用两工位以减小多轴箱的体积，使整个钻床瘦身，因而适合选择立式多工位钻床。2.2零件的生产批量与机床的使用条件2.2.1零件的生产批量由生产纲领知（考虑废品及备品率）年产量4万件，单班制生产。零件的生产批量是决定采用单工位，多工位或自动线，还是按中小批量设计 组合机床的重要因素，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，精加工应分别在不同的机床上完成，以保证加工精度，但

30、对于中小批量 生产的情况，则力求减少机床台数，此时应将工序尽量集中在一台或少数几台机 床上进行，以提高机床的利用率，本课题要求年产量为4万台，结合实际情况， 考虑零件的大小，形状，应属于中小批量的生产规模，所以宜采用组合机床。2.2.2机床的使用条件（1） 车间布置情况 车间内零件输送滚道的高度将影响机床的装料高度， 当工件输送滚道穿过机床时，机床应设计为通过式，且配置不能超过三面，同时， 装卸工件只能推进拉出，机床通常不能安装中间导向，如果车间面积有限，则要 限制机床轮廓尺寸，此外，生产线的工艺流程方向，机床在车间的安装位置等对 机床配置方案也有一定的影响。（2） 工艺间的联系 工件到组合机

31、床加工前，毛坯或半成品必须达到一 定的要求，否则，会造成工件在机床上夹紧定位不可靠，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，那么组合机床应该考虑 为下一道工序加工出定位面。（3） 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， 必要时可增加机床工位，以便采用一般刀具分散加工。综合以上所述：通过对后桥减速器壳体的结构特点、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

32、布 局和技术性能等方面的考虑，最终决定设计多工位同步钻床。三、确定组合机床的配置形式和结构方案零件加工工艺方案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。考虑到被加工的零件是加工10个M12.5和2个M12的通孔，而且这12 个通孔是沿圆周方向性分布，并针对零件的形状、大小、材料、硬度、刚性、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、现场的环境和条件、生产率要求等。划分工序可以有两 种趋向：工序集中和工序分散。工序的集中分散各有其长处，一般说来，在大 批量生产中以提高生产率为主，需广泛采用多刀、单轴与多轴自动或半自动机床，

33、多轴龙门铣床、组合机床等，故采取工序集中可以获得突出的效果。此次设计的后桥减速器壳体端面钻孔组合机床很大程度上使各工序尽量集 中，发挥组合机床的优点，同时使各种误差减小到最低限度。由于此设计中所加工的零件12个孔中部分孔距离适中，所以完全可用一个 工位完成。遵循以下几点基本原则：（1）选择合适、可靠的工艺方法；（2）精粗加工合理安排；（3）工序集中原则（4）定位基准及夹紧点选择原则。（5）制定工艺方案1）装卸、夹紧；2）钻12个孔；3.1组合机床的组成一台组合机床主要由滑台、钻削头、夹具、多轴箱、动力箱、立柱、立柱底 座、中间底座、侧底座以及控制部件和辅助部件等组成。其中夹具和多轴箱是按 加工

34、对象设计的专用部件，其余均为通用部件，且专用部件中的绝大多数零件（约 70%90%）也是通用零件。加工时，刀具由电动机通过动力箱、多轴箱驱动做旋转主体运动并通过各自 的滑台带动做直线进给运动。3.2组合机床类型根据所选用的通用部件的规格大小以及结构和配置形式等方面的差异，将组 合机床分为大型组合机床和小型组合机床两大类。习惯上滑台台面宽度大于 250mm的为大型组合机床，滑台台面宽度小于250mm的为小型组合机床。根据组合机床的配置形式，可将其分为具有固定夹具的单工位组合机床、具 有移动夹具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类。3.2.1具有固定夹具的单工位组合机床单工位组合机床特别适用于加工

35、大、中型箱体类零件。在整个加工循环中， 家具和工件固定不动，通过动力部件使刀具从单面、双面或多面对工件进行加工。 这类机床加工精度较高，但生产率较低。按照组成部件的配置形式及动力部件的进给方向，单工位组合机床又分为卧 式、立式、倾斜式和复合式四种类型。a卧式组合机床卧式组合机床的刀具主轴水平布置，动力部件沿水平方向进给，按加工要求 的不同，可配置成单面、双面或多面的形式。本题目选用单面即可。b立式组合机床立式组合机床的道具主轴垂直布置，动力部件沿垂直方向进给。一般只有单 面配置一种形式。c倾斜式组合机床倾斜式组合机床的动力部件倾斜布置，沿倾斜方向进给。可配置成单面双面 或多面的形式，以加工工件

36、上的倾斜表面。d复合式组合机床复合式组合机床是卧式、立式、倾斜式两种或三种形式的组合。3.2.2具有移动夹具的多工位组合机床多工位组合机床的夹具和工件可按预定的工作循环，作间歇的移动或转动， 以便依次在不同工位上对工件进行不同的工位加工。这类机床生产率高，但加工 精度不如单工位组合机床，多用于大批量生产中对中小型零件的加工。按照夹具和工件的输送方式不同，可分为移动工作台式、回转工作台式、中 央立柱式和鼓轮式四种类型。a移动工作台组合机床移动工作台组合机床可以先后在两个工位上从两面对工件进行加工，夹具和 工件可随工作台直线移动来实现工件的变换。b回转工作台组合机床回转工作台组合机床在每一个工位上

37、可以同时加工一个活几个工件，其上的 夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的回转工作台上，并随其作周期转动来实现工 件的换位。由于这种机床适宜于对中小型工件进行多面、多工序加工，具有专门 的装卸工位，使装卸工件的辅助时间和机动时间重合，所以不能获得较高的生产 率。c中央立柱式组合机床中央立柱式组合机床上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的环形回转工 作台上，并随其做周期转动以实现工位的变换。在环形回转工作台周围以及中央 立柱上均可布置动力部件，在各个工位上，对工件进行多工序加工。d鼓轮式组合机床鼓轮式组合机床上的夹具和工件安装在绕水平轴线回转的鼓轮上，并作周期 转动以实现工位的变换。在鼓轮的两端布置动力

38、部件，从两面对工件进行加工。3.2.3转塔式组合机床转塔式组合机床的特点是几个多轴箱安装在转塔回转工作台上，各个多轴箱 依次转到加工位置对工件进行加工。按多轴箱是否作进给运动，可将这类机床分 为两类：a只实现主运动的转塔式多轴箱组合机床多轴箱安装在转塔回转工作台上，主轴由电动机通过多轴箱的传动装置带动 作旋转主运动；工件安装在滑台的回转工作面上（如果不需要工件转位时，可直 接安装在滑台上），由滑台带动作进给运动。b既实现主运动又可随滑台作进给运动的转塔式多轴箱组合机床这类机床的工件固定不动（也可作周期转位），转塔式多轴箱安装在滑台上 并随滑台作进给运动。转塔式组合机床可以完成一个工件的多工序加

39、工，因而可减少机床台数和占 地面积，适宜于中、小批量生产。综合上述组合机床分类介绍及各自功用，在结合本题目所要求设计的组合机 床特点初步选取单工位的卧式组合机床。3.4组合机床的通用部件组合机床的通用部件是组合机床的基础。部件通用化程度的高低标志着组合 机床技术的水平。在组合机床设计中，选择通用部件是重要内容之一。3.4.1通用部件的分类按通用部件在组合机床上的作用可分为下列几类： a动力部件动力部件是组合机床的主要部件，它为刀具提供主运动和进给运动。动力部 件包括动力滑台及其相配套使用的动力箱和各种单轴头，如铣削头、钻削头、镗 孔车断面头等，其他部件均以选定的动力部件为依据来配套选用。b支承

40、部件支承部件是组合机床的基础部件，他包括侧底座、立柱、立柱底座和中间底 座等，用于支承和安装各种部件。组合机床个部件之间的相对位置精度、机床的 刚度主要由支承部件保证。c输送部件输送部件用于带动夹具和工件的移动和转动，以实现工位的变换，因此，要 求有较高的定位精度。输送部件主要有移动工作台和回转工作台。d控制部件控制部件用于控制组合机床按预定的加工程序进行循环工作，它包括可编程 控制器（PLC）、各种液压元件、操纵板、控制挡铁和按钮台等。e辅助部件辅助部件包括用于实现自动夹紧工件的液压或气动装置、机械扳手、冷却和润滑装置、排屑装置以及上下料的机械手等。3.4.2通用部件的型号、规格及配套关系按

41、通用部件标准，动力滑台的主参数为其工作台面宽度，其他通用部件的主 参数取与其配套的滑台主参数来表示。等效采用国际标准设计的“1字头”通用部件，按精度分为：普通级、精密 级和高精度级三种精度等级。“1字头”滑台采用双矩形闭式导轨，纵向用双矩形的外侧导向，斜镶条调 整导轨间隙；压板与支承导轨组成辅助导轨副，防止倾覆力矩过大导致滑鞍（动 导轨）与滑座（支承导轨）分离。这种导轨制造工艺简单，导向精度高，刚度好。 滑座导轨材料有两种，分别在型号后加A、B以区别，A表示滑座导轨材料为HT300， 高频淬火，淬火硬度为4248HRC； B表示滑座为镶钢导轨，淬火硬度为48HRC 以上。3.5影响因素通常，在

42、确定工艺方案的同时，也就大体上确定了组合机床的配置形式和结 构方案。但是还要考虑下列因素的影响。3.5.1加工精度的影响工件的加工精度要求，往往影响组合机床的配置形式和结构方案，例如，加 工精度要求高时，应采用固定夹具的单工位组合机床，加工精度要求低时，可采 用移动夹具的多工位组合机床；工件各孔间的位置精度要求高时，应采用在同一 工位上对各孔同时精加工的方法；工件各孔同轴度要求高时，应单独采用精加工3.5.2工件结构状况影响工件的形状、大小和加工部位的结构特点，对机床的结构方案也有一定的影 响。例如，对于外形尺寸和重量较大的工件，一般采用固定夹具的单工位组合机 床，对多工序的中小型零件，则宜采

43、用移动夹具的多工位组合机床；对于大直径 的深孔加工，宜采用具有刚性主轴的立式组合机床等。3.5.3生产率的影响生产率往往是决定采用单工位组合机床、多工位组合机床还是组合机床自动 线的重要因素。例如，从其他因素考虑应采用单工位组合机床，但由于满足不了 生产率的要求，就不得不采用多工位组合机床，甚至自动线来进行加工。而在多 工位组合机床时，还要考虑：工位数不超过23个，并能满足生产率要求时， 应选用移动工作台式组合机床；工位数超过4个时才选用回转工作台或鼓轮式组 合机床。3.5.4现场条件的影响使用组合机床的现场条件对组合机床的结构方案也有一定的影响。例如使用 单位的气候炎热，车间温度过高，使用液

44、压传动机床不够稳定，则宜采用机械传 动的结构形式；使用单位刃磨刀具、维修、调整能力以及车间布置得情况，都将 影响组合机床的结构方案。综上：本题目应采用固定液压夹具的单工位组合机床。3.6组合机床方案的制定3.6.1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。根据被加工被零件

45、的零件图(图2-1)，加工12个螺纹孔的工艺过程。(1) 加工孔的主要技术要求。加工10个M12.5和2个M12的螺纹底孔的孔。孔的位置度公差为0.1mm，与12孔同心。工件材料为 QT5007，HB170-230O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) 工艺分析加工该孔时，孔的位置度公差为0.05mm根据组合机床用的工艺方法及能达到的经济精度，可采用如下的加工方案。一次性加工螺纹底孔，孔径为012.5(3) 定位基准及夹紧点的选择加工此离合器压盖的孔，以底面的两个支承点限制X、Y和X、Y四个自由度，位于中间的心轴起到了很好的定位作用。-在保证加工精度的情况下，提高生

46、产效率减轻工人劳动量，而工件也是大批 量生产，由于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。图2 1被加工零件图3.7确定切削用量及选择刀具3.7.1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，由于在本钻床上钻孔后重 新安装或在其他多工位机床上加工下道工序，应适当加大余量，以消除转、定位 误差的影响。12mm的孔在钻孔后铰孔，直径上工序间余量0.5-1mm。3.7.2选择切削用量切削用量是指切削速度、进给量、背吃刀量等三个切削要素。它们表示切削 过程中切削运动的大小及刀具切入工件的程度，切削速度是

47、切削刃的选定点相对 于工件的主运动的瞬时速度，通常用Vc表示，单位为米/分或米/秒。进给量是 工件或刀具的每一转或每一往返行程的时间内，刀具与工件之间沿进给运动方向 的相对位移，通常用f来表示，单位为毫米/转或毫米/行程。背吃刀量是指通过 切削刃基点并垂直于工件平面方向上测量的吃刀深ap，也就是工件待加工表面 与已加工表面之间的垂直距离，习惯上也将背吃刀量称为切削深度，通常用ap 表示，单位为毫米。切削深度ap选择原则是根据工件的加工余量来决定的，选择是应考虑:a在 留下精加工及半精加工余量后，粗加工应尽可能将剩下的余量一次切除以减少走 刀次数；b如果工件余量过大，或机床动力不足而不能将粗切削

48、余量一次切除， 也应将第一次走刀的切削深度尽可能取大些；c当冲击负载较大，或工艺系统刚 性较差时，应适当减少切削深度；d 一般精切时，可取ap=0.050.8毫米，半精 加工时可取ap=1.03.0毫米 。进给量f的选择是主要是根据切削力及加工表面粗糙度：粗加工时，加工表 面粗糙度要求不高，进给量主要受刀杆、刀片、工件及机床的强度和刚度所能承 受的切削力的限制；半精切削及精切时，进给量主要受表面粗糙度要求的限制， 刀具的副偏角愈小，刀尖圆弧半径愈大，切削速度愈高，工件材料的强度愈大， 则进给量可愈大。切削速度vc的选择原则主要考虑切削加工的经济性，必须保证刀具经济寿 命，同时切削负载不应超过机

49、床的额定功率，通常的原则是：a刀具材料的耐热 性好，切削速度可高些；b工件材料的强度、硬度高，或塑性太大或太小，切削 速度均应取低些，c加工带外皮的工件时，应付适当降低速度；d要求得到较小 的表面粗糙度时，切削速度应避开积屑瘤的生成速度范围，对硬质合金刀具，可 取较高的切削速度，对高速钢刀具，常采用低速切削；e断续切削时，应取较低 的切削速度；f工艺系统刚性差时，切削速度应适当减小；h在切削速度最后确 定之前，须验算机床电动机的功率是否足够。组合机床往往采用多轴、多刀、多面同时加工，且组合机床上的刀具要有足 够的使用寿命，以减少频繁换刀。因此，组合机床切削用量一般比通用机床的单 刀加工要低30

50、%以上。同一多轴箱上的刀具由于采用同一滑台实现进给，多以各刀具的每分钟进给 量应该相等。因此，应按工件时间最长、负荷最重、刃磨较困难的所谓“限制性 刀具”来确定；对于其他刀具，可以在这基础上进行调整其每转进给量，以满足 每转进给量相同的要求。另外，在多轴箱传动系统设计完毕、传动齿轮齿数确定 后，还要反过来调整初定的切削用量。选择切削用量时，应尽量使相邻主轴转速接近，以使多轴箱的传动链简单些。 使用液压滑台时，所选的每分钟进给量一般应比滑台的最小进给量大50%，以保 证进给稳定。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

51、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不同转速和不同的每转进给量（mm/r） 与其适应。以满 足不同直径的加需要，即：nf = n/ =n/ = v1122i i f式中：1、2、i 各主轴转速（r/min）f 、f 、f 各主轴进给量（mm/r）Vf动力滑台每分钟进给量（mm/min ）由于离合器压盘孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求都是相同的。按照经济地选择

52、满足加工要求的原则，采用查组合机床设计P54查得： 进给量 f(0.2-0.4mm/r)、切削速度 V=16-24m/min。取 f=0.2mm/r 和 V=20m/min3.7.3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)及夹具设计的依据；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：1布氏硬度：HB =HBmax - 3 (HBmax-HBmin)1 二230 (230-170) =210钻孔径D=12.5mm通孔时：切削力

53、：F =26D f 0.8 HB0.6=26 X 12.5 X 0.20.8 X 2300.6二2342.85N切削扭矩：T =10D1.9 f 0.8 HB0.6=10X 12.51.9 X 0.20.8 X 2300.6=8749.63N mm切削功率: P = T%740 D=8749.63 X 20/(9740 X3.14X 12.5)=0.458 kw刀具耐用度：t=(9600D0.25/ V f 0.55 HBl3)8=(9600 X 12.50.25/20 X 0.20.55 X 2101.3 )8=370 分钻孔径D=12mm通孔时:切削力：F =26D f 0.8 HB0.6

54、=26X12X 0.20.8 X 2300.6=2249.13切削扭矩：T =10Di.9 f 0.8 HB0.6=10X 121.9 X 0.20.8 X 2300.6=8096.64 N mm切削功率: P = T/9740 D=8096.64 X 20/9740 X3.14X12=0.441kw刀具耐用度：t=（9600D025/ V f 0.55 HB 1.3）8=（9600 X 120.25 /20X 0.20.55 X 2101.3 ）8=341 分式中：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（

55、kw）3.7.4选择刀具结构后桥减速器壳体的布氏硬度在HB170230,孔径D为12.5mm和12mm, 查机械制造工艺设计手册P25表5-7,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12.5和6 12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。dLl莫氏锥度11.9-13.11821011号“三图一卡”的编制根据前几章分析和指定的机床工艺方案及机床的配置型式结构方案下面用 图纸的表达形式一三图一卡设计，来表示组合机床的总体设计。其内容包括：绘制被加工

56、零件图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。被加工零件（见下图）。其材料为铸钢QT500-7,硬度为HB170230,加工 部位及要求为：面上有加工10个M12.5和2个M12，孔粗糙度为七25 m ；其他技术要求见图纸。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。4.1被加工零件工序图被加工零件图是根据选定的工艺方案，表明零件的形状、尺寸、硬度、以 及在所设计的组合机床上完成的工艺内容和所采用的定位基准、夹压点的图纸。 是组合机床设计的主要依据，也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。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

57、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、重量和在本道工序加工前毛坯或成品状况的图 纸，它不能用用户提供的图纸代替，而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。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。后桥减速器壳体用钻孔组合机床的被加 工零件工序图如2 2所示。图22被加工零件工序图附注：1.被加工零件名称及编号：后桥减速器壳体；2.材料及硬度：铸铁QT500-7HB170230；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

58、、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）加工时如需要中间向导，应表示出工件与中间向导有关部位结构和尺 寸，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。（4）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粗实线标记

59、。(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 直角坐标系标出，而不采用极坐标，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。4.2加工示意图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2 3为后桥减速器壳体12孔卧式钻床加工示意图。4.2.1在加工示意图要标注的内容(1) 机床

60、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。4.2.2绘制加工示意图的有关计算加工示意图绘制之前，应进行刀具、导向装置的选择以及切削用量、转矩、 进给力、功率和有关联系尺寸计算。(1)刀具的选择选择刀具，应考虑工艺要求与加工尺寸精度、工件材质、 表面粗糙度及生产率的要求。只要条件允许应尽量选用标准刀具。为了提高工序 集中程度或满足精度要求，可以采用复合刀具。孔加工刀具的长度应

61、保证加工终 了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有30- 50mm距离，以便于排出切削和刀具 磨损后又一定的向前调整量。（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。导向装置有两大类，即固定式导向和旋转式导向。在加工孔径不大于 40mm或摩擦表面线速度小于20m/min时，一般采用固定式导向，刀具或刀杆的 导向部分，在导向套内即转动又作轴向移动。固定导向装置一般由中间套、可换 导套华人压套螺钉组成。中间套的作用是在可换导套磨损后

62、，可较为方便的更换， 不会破坏钻模体上的孔德精度。加工孔径较大或线速度大于20mm/min时，一般 采用旋转式导向装置。旋转式导向装置将旋转副和直线移动（导向）副分别设置， 按旋转副和直线副的相对位置分为内滚式和外滚式两种；滚动轴承安装在刀杆上 的旋转导向为内滚式导向，中间导向套只作直线移动，导向长度为（23）d（d1 刀杆直径），导向全工件端面的距离为2050mm，视导向结构而定；滚动轴承内 圈安装在中间导向套上，中间导向套不随主轴一起的旋转导向为外滚式导向装 置，导向长度为（2.53.5）d1。旋转式导向装置的极限转速由轴承的极限转速 和刀具允许的切削速度决定，导向精度由轴承精度和刀杆、导

63、向套的精度决定。 旋转式导向一般通过滑块连轴器（JB/ZQ4384-1986）与主轴“浮动”联接。1）选择导向类型 根据刀具导向部分直径d=12.5mm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，如图2-4所示：图2-4固定导向装置3）导向装置的选择由于选择刚性主轴，其位置尺寸精度取决于主轴的位置和尺寸精度，对于所 加工出的孔的精度将起着重要的角色，而与选择的刀具和有无导向装置没有太大 的关系，另外由于改机床所加工的孔的直径和长度均不大，所以选用第一类导向 装置，则其布局与参数的选择查阅组合机床设计简明手册如下：工 艺 方 法导向布局简图导向长度1 1导向至工件端面的距离l2刀具与主轴的连接形式钻孔(24) d（钻铸钢 d ）刚性查组合机床设计P221固定导向装置的标准尺寸如下表:表2 1固定导向装置的标准尺dDD1D2LLmRd1d2】12-1522313025351321.5M8161210-12182625253510.519M81612固定装置的配合如下表:表22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)H 7 g 6H 7 js6g6导向装置