-气缸盖钻孔组合机床学士学位论文

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1、长 春 工 业 大 学 毕 业 论 文目 录1 组合机床总体设计方案31.1 零件分析31.1.1 零件分析31.1.2 选择定位基准的原则及应注意的事项31.1.3 确定夹压位置应注意的问题31.2 工艺分析41.3 确定机床的配置形式41.3.1 组合机床部件的选择51.3.2 不同配置型式组合机床的特点及适应性51.4 确定切削用量及刀具的选择51.4.1 确定切削用量时应注意的问题51.4.2 组合机床切削用量选择及计算62 组合机床的总体设计（三图一卡）72.1 被加工零件工序图的绘制72.1.1 气缸盖工序图72.2 气缸盖的加工示意图绘制82.2.1 绘制加工示意图的作用和内容8

2、2.2.2 加工示意图的画法及注意事项82.2.3 选择刀具、工具、导向装置并标注相关的位置及尺寸92.2.4 确定动力部件的工作循环112.3 机床总联系尺寸图的绘制122.3.1 动力部件的选择122.3.2 夹具轮廓尺寸的确定132.3.3 机床的装料高度132.3.4 中间底座轮廓尺寸132.3.5 主轴箱轮廓尺寸的确定142.4 编制生产率计算卡142.4.1 机床负荷率152.4.2 编制生产率计算卡163 组合机床主轴箱设计163.1 组合机床主轴箱设计内容简介163.1.1 组合机床主轴箱的用途及分类163.1.2 设计的具体内容163.2 主轴箱设计183.2.1 绘制主轴箱

3、设计原始依据图183.2.2 轴结构型式的选择及动力计算193.2.3 传动系统的设计234 钻孔专用夹具设计244.1 概述244.1.1 机床夹具的作用244.1.2 机床夹具的分类254.1.3 专用机床夹具的组成254.2 工件夹具的设计264.3 工件在夹具中的定位264.3.1 定位支承系统设计264.3.2 定位误差的计算274.4 工件在夹具中的夹紧274.4.1 夹紧装置的组成和要求274.4.2 夹紧力的确定274.4.3 夹紧力的计算28致 谢29参 考 文 献30附录311 组合机床总体设计方案组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高精度集中原则设计的一种高效率专

4、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以及采用组合机床加工是否合理的问题。如果确定零件可以用组合机床加工，那么为使加工过程顺利进行，并达到要求的生产率，必须在掌握大量的零件加工工艺数据基础上，统盘考虑影响制定零件工艺方案，机床配置形式，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方法，确定工序间加工余量，选择合适的切削用量，相应的刀具结构确定机床配置形式等，这些是组合机床方案拟定的主要内容。1.1 零件分析1.1.1 零件分析被加工工件：气缸盖

5、材 料：HT 150 硬度 HB163HB229生产纲领 ： 5万件/年（单班）1.被加工工件的技术要求（1） 保证孔对基准中心的位置度。（2） 保证孔的加工精度。2.结构方案分析和定位方案的选择组合机床是针对某种零件或某道工序而设计的。在设计前应仔细分析被加工零件的结构，合理地选择最佳定位基准，以确保加工精度的要求。同时也有利于实现最大限度的集中工序，可以减少机床的台数。从而也可以降低工件的生产成本。1.1.2 选择定位基准的原则及应注意的事项（1） 应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准。从而可以减少由基准选择不佳而产生的误差，保证加工精度。但对于某些特殊工件，可以改用其它基准为

6、定位基准。（2） 选择定位基准时应确保工件定位稳定。尽量选用已加工过的较大平面为定位基准，这点对于工件加工尤为重要。(3) 统一定位基准的原则。即在各台机床上尽量采用同一定位基准来加工零件上不同表面的孔或对同一表面上的孔完成不同的工序。这对工序多的箱体类零件加工尤为重要。1.1.3 确定夹压位置应注意的问题在选择定位基准面同时，要合理选择出夹压位置的基准面。此时应注意的问题如下：(1) 保证零件夹压后定位稳定。为使工件加工过程中不产振荡和移动，夹压力要足够，夹压点应均匀分布在夹压合力落在定位平面上。(2) 尽量避免夹压力过大而造成工件夹压后产生变形。尽量消除其对加工精度的影响。 1.2 工艺分

7、析1.2.1 工艺分析工艺分析是设计组合机床最重要的一步，必须认真分析被加工零件的工艺过程。深入生产现场，全面了解被加工零件的结构特点、定位基准选择、夹紧方式、加工部位、工艺方法和加工过程中所用的刀具、切削用量及生产率等。对于本次设计的零件“气缸盖”的加工工序为：钻M9的通孔1) 加工精度的要求由于加工孔之间轴线的平行度要求较高而采用单工位方法，一次定位，可以减少一定的误差。2）被加工零件大小形状特点，加工部位特点要求:这些特点在很大的程度上决定采用卧式机床、立式或倾斜式机床。本次对钻孔组合机床设计采用了卧式机床。本次设计的组合机床是加工气缸盖工件的第7道工序。钻9的通孔，表面粗糙度为6.3，

8、所以可采用固定式钻孔靠模体。本道工艺的夹紧也非常方便，可以利用上一道工序的加工特点。采用内孔定位、端面定位、另一端面夹紧。可使工件定位可靠、夹紧方便、装卸方便和工艺装备简单。1.2.2 根据上述被加工零件的结构特点、加工要求、工艺过程及生产率，可确定机床的配置形式为单工位卧式单面组合机床，这种配置形式可达到较高的加工精度，对于精加工机床的夹具公差，一般加工零件的1/31/5。对于粗加工机床采用固定式导向，能达到。1.3 确定机床的配置形式根据被加工工件的结构特点、加工要求、工艺过程方案及生产率等，可大体确定组合机床的配置型式。一般来说，定位基准是水平的，且被加工工件与定位基准平行采用卧式组合机

9、床。保证排屑顺畅、操作简单以及其它具体方面都应简单、方便。根据加工部位的特点，孔的直径相同且在同一加工面内位置度要求降低，并且使其设计的组合机床完全可以满足其要求。由于轴箱体的结构不是十分复杂。而且又是单面加工。所以采用单工位卧式组合机床可完全达到本道工序加工的技术要求。卧式组合机床优点是加工和装备配置的工艺性好，安装调整与运输比较方便；其缺点是削弱了床身刚性。但是这个弊端通常可利用加强部件的连结部分的刚度来补偿。 1.3.1 组合机床部件的选择本次设计的组合机床采用卧式床身。滑台安装在侧底座上，底座和中间底座用螺钉联为一体，滑台与侧底座间有一个厚的调整垫。采用调整垫对机床的制造和维修都很方便

10、。因为当滑台导轨面磨损或重新组装时，必须取下滑台导轨面重新修刮并更换调整组。使之恢复应有高度即可，而且滑台可使用较好的材料（耐磨性较好的铸铁），而侧底座可使用较差的一些材料。1.3.2 不同配置型式组合机床的特点及适应性（1） 单工位组合机床 各种型式的单工位组合机床，具有固定式夹具，通常可安装一个工件，特别适用大、中型箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这种机床可分为单面、多面及复合式。利用多轴箱同时从几个方向（面）对工件进行加工。但其机动时间不能与辅助时间重合，因而生产率也比多工位机床低。由于本次设计的工件较大以及其它方面的要求，正适合选用单工位组合机床。（2） 多工位组合机床

11、 主要适用于中、小零件加工。所以不能定为本次设计的选择对象。1.4 确定切削用量及刀具的选择 切削用量是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的布置型式及正常工作有很大影响。组合机床切削用量的选择特点1.大多数情况下组合机床为多轴、多刀、多面同时加工。因此所选用的切削用量要比一般万能机床单刀加工低30%左右。2.组合机床多轴箱上所有刀具共同一个进给系统，通常为标准滑台。工作时要求所有刀具的每分钟进给量相同，并且等于标准滑台的每分钟进给量。这个每分钟进给量应是适用于所有刀具的平均值。即 1122式中： 各主轴转速；各主轴进给量； 滑台每分进给量 1.4.1 确定切削用量时应注意的

12、问题1 尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能，钻孔要求切削速度高而每分钟进给量小。2 选择切削用量时应注意零件生产批量的影响，生产率要求不高时就没有必要将切削用量选的太高，以免降低刀具耐用度。3 对于复杂的刀具切削用量应考虑刀具的使用寿命；进给量按刀具最小直径选择；切削速度按最大直径选择。4 切削用量选择应有利于多轴箱设计，还必须考虑动力滑台性能。1.4.2 组合机床切削用量选择及计算确定切削力：由组合机床设计页表（3-7）查取在工件上的孔钻孔切削速度。根据工件材料可选公称 f=0.15mm/r 由组合机床设计P62页查取为。 由此可计算出： 电机功率 取由此可初步定义主轴直径，由组合机床

13、设计页中公式 B取 由组合机床设计页表（3-22）查取主轴直径为。由初定主轴转速，取n=500r/min2 组合机床的总体设计（三图一卡） 组合机床总体设计方案包括绘制被加工零件工序图、加工示意图、联系尺寸图、编制生产率计算卡。2.1 被加工零件工序图的绘制 被加工零件工序图是根据选定的工艺方案表示一台机床自动完成的工艺内容，加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工的定位基准，夹紧部位及被加工零件的材料、硬度、重量及在本工序前毛坯或半成品情况的图纸。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条件。2.1.1 气缸盖工序图1.被加工零件工序图的作用及内容被加工零件

14、工序图是根据选定工艺方案。表示一台组合机床式自动线完成工艺内容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求、加工用定位基准、夹压部位及被加工零件材料、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自动线加工内容，加上必要的说明而绘制的。它是组合机床设计主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。在工序图上应表示：(1) 被加工零件的形状和轮廓尺寸与本机床设计有关的部位结构形状及尺寸。(2) 加工用定位基准，夹压部位及夹压方向。(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

15、工序对前工序提出的要求（主要指定位基准）。(4) 必要的文字说明（即被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位余量等）。2.绘制被加工零件工序图的注意事项(1) 为应按一定比例选择足够视图及剖视，突出加工部位（加工孔）用粗实线表示，并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关的部位用细实线表示清楚、凡在本工序要保证的尺寸、角度、均应在尺寸数值下方画粗实线标记，加工用定位基准符号用“ _ ”表示，夹压位置及方向符号“”和“”表示，具体详见该零件工序图所示。(2) 加工部位的位置尺寸应由定位基准注起。为了便于加工及检查，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

16、须对加工部门要求的位置尺寸精度进行分析换算。此外应将零件图上不对称位置尺寸公差换算成对称尺寸公差，其公差数值的决定要考虑两方面。一是要能达到产品图纸要求的精度，二是要采用组合机床能够加工出来，以便在进行夹具和主轴箱设计时，确定导向孔与位置坐标尺寸。(3) 应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。2.2 气缸盖的加工示意图绘制2.2.1 绘制加工示意图的作用和内容零件的加工工艺方案是通过加工示意图反应出来的。加工示意图表示被加工零件在机床的加工过程、刀具、辅具的布置状况以及工件、刀具、夹具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计

17、中占据重要地位。它是刀具、辅具、多轴箱、液压电气装置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和性能的原始要求。同时还是调整机床、刀具、及试钻孔的依据。其主要内容如下：(1) 应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。(2) 根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型、数量、结构、尺寸（直径和长度）。(3) 决定主轴的结构、类型、规格、尺寸及外伸长度。(4) 选择标准式设计专用接杆、浮动卡头、导向装置、靠模装置、刀杆和托架等。并决定它们的结构、参数及尺寸。(5) 标明主轴、接杆（卡头）、夹具（导向）与工件之间的联系尺寸和配合精度。(6) 根据机床要求的生产率及刀具、材料等特点，合理确

18、定并标注各主轴的切削用量。(7) 决定机床动力部件的工作循环及工作行程。2.2.2 加工示意图的画法及注意事项(1)加工示意图的绘制顺序是：先按比例(本图为1：1)用细实线绘出工件部位和局部结构的展开图，加工表面用粗实线画，为简化设计，相同加工部位的加工示意图指对同一规格的孔加工用刀具、导向、主轴、接杆等规格尺寸精度完全相同允许只表示其中之一。即同一多轴箱上结构尺寸相同的主轴可以只画一根，但必须在主轴上标注轴号（与工件孔号相对应），当轴数较多时可缩小比例，用细实线画出工件加部位简图，并标注孔号，以便设计和调整机床。(2)在加工示意图上，主轴分布可不按真实距离绘制。当被加工孔间距很小或需要设置径

19、向结构尺寸较大的导向装置时，相邻主轴必须按严格比例绘制，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是否干涉。(3)主轴应用多轴箱端面画起。刀具通过加工终了位置，标准的通用结构只画外轮廓，并须加注规格代号。对一些专用结构须剖视，并标注尺寸、精度及配合。2.2.3 选择刀具、工具、导向装置并标注相关的位置及尺寸根据气缸盖的材料和加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生产率要求等因素选择。1、刀具的选择选择刀具要考虑工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生产率要求等因素。一般孔加工刀具（钻、扩、铰等），其直径选择应与加工部位尺寸，精度相适应，其长度要保证加工终了时，刀具螺旋槽尾端与导向套外端面有一定距

20、离（一般为）。根据本次设计所要加工零件的特点，查机械加工工艺手册第2卷 表10.26 标准高速钢麻花钻的直径系列 由选取麻花钻类型为长锥柄麻花钻：图（1）d=9mm L=197mm l1=116mm由表10.211由锥柄麻花钻莫氏锥柄号的划分可知麻花钻的莫氏锥柄号为1，由组合机床设计表322可知：D/d=30/20的主轴外伸尺寸L=115mm。2、导向装置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，正确的选择导向结构，确定导向类型、参数、精度，不但是绘制加工示意图必须解决的问题，也是设计组合机床不可忽视的重要内容。导向通常分为两类：一类是刀具导

21、向部分与夹具导套之间既有相对移动又有相对转动的第一类导向，或称固定式导向，此类导向的允许线速度为v20m/min。另一类是刀具导向部分与夹具导套之间只有相对移动而无相对转动的第二类导向，或称旋 转式导向。词类导向的允许线速度为v20m/min。其相对转动部分通常以各种型式 设置在刀杆上则称内滚式旋转导向；若相对转动部分设置在夹具上则称外滚式旋转导 向。通常依据刀具导向部分直径d和刀具转速n折算出导向的线速度v 再结合加工部位尺寸精度、工艺方法及刀具的具体工作条件来选择导向类型、型式和结构。导向数量应根据工件形状、内部结构、刀具刚性、加工精度及具体 加工情况决定。导向的主要参数包括：导套的直径及

22、公差配合，导套的长度、导套离工件端面的距离等。图（2）和图（3）分别表示出导向布置简图，具体尺寸配合可参见加工示意图。（1）选择导向装置通常依据刀具导向部分直径d和刀具转速n折算出导向的线速度v，再结合加工部分尺寸精度工艺方法及刀具具体条件来选择导向类型、形式结构。由于v14m/min故选用第一类导向，即固定式导向。（2）选择导向数量和参数导向数量应根据工件形状，内部结构，刀具刚度，加工精度，具体加工情况图（2） 图（3） 决定。本次设计任务是钻9盲孔，所以选择单个导向加工即可满足要求。导向的主要参数包括：导向套的直径及公差配合。导套的长度、导套离工件端面的距离等。由教材组合机床设计表317和

23、表318得导向长度：L1=30mm ；导向至工件端面的距离：L2=9mm ；导套直径：d=9G7 ；配合：D=18 H7/g6 ；中间套与可换套的配合：D1=22H7/js6可参考加工示意图3、选定的主轴类型尺寸外伸长度和选择接杆（1）主轴类型主轴形式主要取决于进给拉力和主轴刀具系统结构上的需要，主轴尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削转矩M由教材组合机床设计表319查得，主轴外伸部分尺寸：初定主轴直径 d=20mm由表322查得主轴外伸部分尺寸：D/d1=30/20 L=115mm（2）接杆的选择选择接杆主要决于其参数，应根据刀具尾部结构和主轴外伸部分的内孔直径d1而定。因此选取锥号为1号

24、，主轴外伸部分的内孔直径d1=20mm,所以由表323选择杆号为2号，类型为A,取总长L=260mm。主轴箱端面至工件端面之间的轴间距离是加工示意图上最重要的联系尺寸，为了缩短刀具悬伸长度与工作行程长度，要求这一距离越短越好。2.2.4 确定动力部件的工作循环工作循环是指加工时动力部件从原始位置的动作过程。包括快速进给、工作进给、快速退刀等动作。(1)工作进给长度的确定工作长度工等于工件加工部位长度（多轴加工时应按最长计算）与刀具切入长度1和切出长度2之和。切入长度1根据本工件端面误差情况分析选取1；因为本机床是专用钻孔机床，切出长度 工12具体如下2-2图所示：图2-2(2)快退长度的确定快

25、速退刀长度等于快进和工进长度之和。快退长度必须保证刀具在钻孔完毕后，必须回到初始位置，而不影响工件装卸；快速进给是指动力部件把主轴连同刀具以原始位置送入到工作位置，其长度按具体情况而定。所以 快退长度快进长度工进长度(3)动力部件的总行程长度动力部件的总行程除应保证要求的工作循环和工作行程外，还要考虑装卸和调整刀具方便，即考虑前后备量。前备量是指因刀具磨损或补偿制造安装误差，动力部件尚可向前调节的距离。所以根据加工要求选择前备量为；后备量是指刀具从接杆或接杆连同刀具一起从主轴孔中所需的轴向距离。所以根据加工要求选择后备为。 总快退前后 2.3 机床总联系尺寸图的绘制机床总联系尺寸图清楚地表明了

26、机床的型式和布局，规定各部件的轮廓尺寸及相互间的装配关系和运动关系，以检验机床各部件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理，并为进一步开展主轴箱、夹具等设计提供依据。联系尺寸图也可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。联系尺寸图的主要内容如下： 以适当数量的视图按同一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相关位置，表明机床的配置型式及总体布局、主视图的选择应与机床实际加工状态一致。 图上应尽量减少不必要的线条及尺寸。但反映各部件的联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的极限位置及行程尺寸，必须完整齐全。至于各部件的详细结构不必画出，留在具体设计部件时完成

27、。 为便于开展部件设计，联系尺寸图上应标注通用部件的规格代号，电动机型号、功率及转速，并注明机床部件的分组情况及总行程。2.3.1 动力部件的选择组合机床的动力部件是配置组合机床的基础。组合机床动力部件包括实现刀具主轴旋转的主运动的动力箱，各种工艺切削头及实现进给运动的动力滑台，具体选择如下：(1)选择动力箱 （进给功率）由组合机床设计表选择动力箱为II。电动机型号，功率，电机转速为，动力箱输出轴转速；动力箱与动力滑台结合面尺寸：多轴箱的厚度为、高度为 、宽度为。动力箱输出轴距箱底面高度为。(2)选择动力滑台计算得出8022N查组合机床设计页表，可知1HY32-1型滑台总行程为，其具体性能如下

28、：台面宽，台面长，行程长，滑座长，允许最大进给力为，快速行程速度为，工进速度范围为。本次设计的组合机床选用双矩形导轨，采用双矩形导轨的外侧面导向，用斜镶条调整导轨间隙，平压板将滑鞍与滑座脱离，此种导轨制造工艺简单，导向刚度好，经过改进设计后的各种滑台，淘汰了山形导轨。（3）配套通用部件侧底座、其高度、宽度为、长度绘制联系尺寸图应考虑的主要问题绘制联系尺寸图，一般是在已画出被加工零件工序图、加工示意图，并初选动力部件及与其配套的通用部件之后进行的。对于机床的某重要尺寸也应在画联系尺寸图之前的方案设计阶段初步确定，如机床的装料高度H，多轴箱轮廓尺寸及夹具轮廓尺寸等。尤其对于加工精度要求较高，比较复

29、杂的组合机床，往往需要预先画出夹具方案的详细草图以确定其主要轮廓尺寸。2.3.2 夹具轮廓尺寸的确定夹具轮廓尺寸的确定主要是指夹具底座和长宽高，根据工件的尺寸、形状、具体结构及考虑布置下保证加工要求的定位、限位、夹紧机构、导向系统及与其它部件的联系尺寸最后确定。关于夹具的详细资料将在夹具的具体方案设计中体现出来。2.3.3 机床的装料高度机床的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。设计组合机床时装料高度H应考虑的主要因素是：应与车间运送工件的滚道相适应，工件最低孔位置，主轴最低高度和选用通用部件、中间底座、夹具等高度限制。由于本次设计受四个孔的位置影响。即四个孔的中心线，装料高度

30、选取了。此时工人操作时可加脚踏板以便操作者装卸工件和调整机床、刀具方便。2.3.4 中间底座轮廓尺寸中间底座轮廓尺寸要满足夹具在其上面安装过程的需要，所选长度方向尺寸要依据动力部件(滑台和滑座以及其配套部件侧底座)的位置关系。照顾各部件联系尺寸的合理性来确定。非常重要的一定要保证加工终了位置时，工件端面至主轴箱端面的距离不小于加工示意图的要求。本次设计这一距离为，同时考虑动力部件处于加工终了位置时，主轴箱与夹具外轮廓间应有利于机床调整和维修的距离，为了便于切屑和冷却液回收。由可确定中间底座长度L 为加工终了时主轴箱端面到工件端面的距离 为多轴箱厚度 为沿机床长度方向工件的尺寸 为机床方向上，多

31、轴箱与滑台的重合长度 为加工终了位置，滑台前端面至滑座前端面的距离 为滑座前端面至侧底座端面的距离所以 为提高中间底座的通用性，应选取优先数列的数，因此，取L=800mm综上所述：中间底座长， 高。中间底座轮廓尺寸为可参考机床联系图2.3.5 主轴箱轮廓尺寸的确定绘制主轴箱时，着重确定的尺寸就是主轴箱的宽度B和高度H及最底主轴高度。具体内容可按以下公式确定。 式中： 最低主轴高度 工件在高度方向上相距最远的两孔距离最边缘主轴中心距外箱壁的距离工件在宽度方向相距最远的两孔距离据机床设计手册选取主轴箱轮廓尺寸为：2.4 编制生产率计算卡根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度、切削用量、动力部件

32、的快速及工进速度等，就可以计算机床的生产率并编制生产率计算卡，用以反映机床的加工过程、完成每一动作所需要的时间、切削用量、机床生产率及机床负荷率等。1.理想生产率指完成年生产率纲领A(包括各种品及废品率在内)所要求的机床生产率。它与全年工时总数有关，两班制生产，则 2.实际生产率指实际设计机床每小时实际可以生产的零件数量。 式中： 生产一个零件所需的时间，它可根据下式计算： 式中：、分别为刀具第、第工作进给行程长度； 、分别为刀具第、第工作进给量； 当加工沉孔、止口，锪窝、倒角、光整表面时，动力滑 台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无 进给状态下旋转所需时间； 、分别为动力部件快进

33、、快退行程长度； 动力部件快速行程速度。采用机械动力部件取液压动力部件取； 直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般可取； 工件装卸(包括定位、夹压及清除铁屑等)时间，它取决于工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。根据各类组合机床的统计，一般取。 =2.188min 2.4.1 机床负荷率当时，计算二者的比值即为负率。 根据组合机床的使用经验，适宜机床负荷率为，但本次设计由于客车厂年生产气缸盖的数量不大，所以机床负荷率偏小，可见机床的工作效率可进一步提高。2.4.2 编制生产率计算卡生产率计算卡是按一定格式要求编制的反映零件在机床上的加工过程、工作时间、机床生产率、机床负荷率的简明

34、表格。具体内容生产率计算卡（见附表）。3 组合机床主轴箱设计3.1 组合机床主轴箱设计内容简介3.1.1 组合机床主轴箱的用途及分类主轴箱是组合机床的主要部件之一，按专用要求进行设计，由通用零件组成。其主要作用是，根据被加工零件的加工要求，安排各主轴位置，并将动力和运动由电机或动力部件传给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向。3.1.2 设计的具体内容主轴箱按专业要求设计，由通用件组成。通用主轴箱主要由箱体、主轴、传动轴、齿轮、轴套、轴承等零件和附加机构组成。1.箱体类零件其中箱体类零件：主轴箱体、前后上侧盖等。卧式主轴箱厚度为，传动类零件有主轴、传动轴、手柄轴(供更换、调整刀具和主轴箱装配及

35、维修检查主轴精度时回转主轴用)传动齿轮、动力箱或电机齿轮等为传动类零件。叶片泵、分油器、注油杯、排油塞、通用油盘和防油套等为润滑和密封元件。主轴箱体编号、前后盖材料、前盖编号为、后盖编号为，主轴箱体厚180mm，前盖厚度为、后盖厚度为；泵的齿轮安排在第IV排，前后壁间安排为，箱体类零件采用铸铁材料。2.轴类零件由于本次设计主轴箱属于钻孔主轴箱。按支承型式不同可分为2种：(a)前、后支承均为圆锥滚子轴承的主轴(简称滚锥主轴)。(b)前后支承均为推力球轴承和无内圈滚子轴承的主轴。主轴材料一般为钢，热处理，有滚针轴承的主轴材料为钢，热处理。通用主轴的最小轴间距可参看有关资料。通用主轴的最小系列参数见

36、表(3-1). 表3-1通用传动轴的系列参数传动轴类型传 动 轴 直 径 种 类滚锥传动轴2025303540506017滚针传动轴202530408埋头传动轴253035408手 柄 轴3040506油泵传动轴201钻孔用蜗杆轴252传动轴采用滚针传动轴；前后支承均为滚针轴承，手柄轴、油泵轴材料45钢，调质处理。通常齿轮有三种，传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮，材料为45钢。热处理为齿部高频淬火G54。通用齿轮的系列参数见表(4-3).动力箱齿轮有A型(宽度为)和B型(宽度为)两种。当采用厚的基型后盖时，选A型；当采用厚后盖和、厚的加后盖时，均采用B型动力齿轮。表3-2通用齿轮的系列参数齿轮

37、种类宽度(mm)齿 数模数(mm)孔径(mm)数量传动 齿轮2432连续(连续，仅有偶数齿)2 2.5 32 2.5 3 415、20、25、30、35、4025、30、35、40、50、60395597动力箱齿 轮844421263、425、30、40、5040电机 齿轮793 18、22、28、32、36203.2 主轴箱设计3.2.1 绘制主轴箱设计原始依据图在绘制主轴箱图是根据“三图一卡”中已知：(1)主轴箱轮廓尺寸为。(2)工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸。(3)工件与多轴箱相对位置尺寸。附表：(1)被加工零件名称：气缸盖； 材料：HT 150； 硬度：HB163HB229(2)主轴外伸尺

38、寸及切削用量(3)动力部件动力箱，电动机型号为型，电动机功率为，电动机转速为，输出转速为，输出轴距箱底面距离为125。其它尺寸可查动力箱联系尺寸图表(3-3)轴号工序内容加工直径主轴直径主轴外伸度nfVf1、23、45、6钻 孔5000.15141、主轴结构形式的选择主轴结构型式由原零件加工工艺决定，并应考虑主轴的工作条件和受力情况。进行钻削加工的主轴，周向切削力较大，采用推力球轴承承受轴向力，用向心球轴承承受径向力，钻削时轴向力是单向的。因此推力球轴承在主轴前端安排即可。2、主轴直径和齿轮模数的初步确定动力滑台的最大进给力F进应大于各主轴切削产生的轴向力的总和。这是因为还要克服滑台移动引起的

39、磨擦阻力的缘故。3、传动系统的设计与步骤传动系统是通过一定的传动链把动力箱输出轴传进来的动力和转速按要求分配到各主轴。4、对传动系统的一般要求在保证主轴强度、刚度、转速和转向的前提下，力求使主要传动件的规格小，数量少，体积小。因此，要注意以下几点：（1）尽量用一根中间传动轴带动多根主轴。（2）一般情况下，尽量不采用主轴带动主轴的方案。（3）多轴箱内齿轮传动副传动比为11.5。（4）若驱动轴转速较高，可采用逐步降速传动，若驱动轴转速较低，可选使速度升高一点再降速。（5）主轴上的齿轮应尽量安排靠近前支承以减少主轴的扭转变形。（6）驱动轴直接带动的传动轴不超两根。综上所述，该图一般应包括下列内容：(

40、1)所有主轴的位置尺寸及工件与多轴箱的相关尺寸。在标注主轴的位置及相关尺寸时，首先要注意多轴箱和被加工零件在机床上是面对面摆放的，因此多轴箱横截面上的水平方向尺寸应与被加工零件工序图的水平尺寸方向相反。其次，多轴箱上的坐标尺寸基准和被加工零件工序图的基准常不相重合，应根据多轴箱和被加工零件的相对位置找出统一基准，并标注出其相对位置关系尺寸。如图3-1中被加工零件中心 与多轴箱中心线与多轴箱中心线重合，可作为水平方向的尺寸基准，所有轴孔的水平方向尺寸都由此基准算起。零件与多轴箱相对位置确定之后，可在多轴箱上设置坐标，根据工序图各孔位置尺寸，计算出多轴箱上各主轴的坐标，具体计算可参照组合机床设计主

41、轴箱设计部分。(2)应该在图中标注主轴转向。由于标准刀具多为右旋，因此要求主轴一般为逆时针旋转(面对主轴方向看)，逆时针转向可不标注，只注顺时针转向。如图3-1中各轴均为逆时针转向，所以全不标注方向。(3)图中应标出主轴箱的外形尺寸。(4)列表标明工件材料，加工表面要求，并注出各主轴的工序内容，主轴外伸部分尺寸和切削用量等。如图3-1中的附表部分表(3-3)中所示。(5)注明动力箱型号，功率，转速和其它主要参数。3.2.2 轴结构型式的选择及动力计算(一)主轴结构型式的选择主轴结构型式由零件加工工艺决定，并应该考虑主轴的工作条件和受力情况。轴承型式是主轴部件结构的主要特征，由于本次设计零件的加

42、工需要进行钻孔加工的主轴，径向切削力较大，最好用滚锥轴承承受径向力。轴结构型式的选择及动力计算（二）主轴直径和齿轮模数的初步确定主轴直径经计算得为；在由表可确定传动轴径为；驱动轴径为；油泵传动轴径为；手柄轴径为。初选模数可由下式估算，再通过类比确定： 式中： P齿轮传递功率；一对齿轮中小齿轮的齿数；小齿轮的转数；驱动齿轮Z驱与其配合齿轮的参数计算1.确定驱动轴和与其配合齿轮齿轮类型、精度等级1）驱动齿轮与其配合齿轮材料均为45钢，硬度均为240HBS.2）按传动方案选驱动齿轮齿数，=56.3）钻孔机床为小型组合机床，速度不高，故选用7级精度.2.按齿面接触强度设计由设计计算公式d1t1) 确定

43、公式内的各计算数值（1） 试选载荷系数 kt=1.3；（2） 计算齿轮传递的扭矩； ；（3） 由机械设计表10-7选取齿宽系数；（4） 由上书表10-6查得材料的弹性影响系数；（5） 由上书图10-21c按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限配合齿轮的接触疲劳强度极限（6） 由式 ；（7） 由上书图10-19查得接触疲劳强度寿命系数；（8） 计算接触疲劳许用应力失效概率为1%，安全系数S=1，由式；2） 计算（1） 试计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 =（2） 计算圆周速度v （3） 计算齿宽 （4） 计算齿宽与齿高之比b/h模数 齿高 h=2.25 b/h=31.975/3.319=9.6

44、34（5） 计算载荷系数根据v=1.15m/s，7级精度，由机械设计图10-8查得动载系数=1.06；直齿轮，假设100N/mm。由表10-3查得；由表10-2查得使用系数；由表10-4查得7 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，；由b/h=9.634，查图10-13得故载荷系数（6） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（7） 计算模数m3按齿根弯曲强度设计由式1） 确定公式内的各计算数值（1） 由机械设计图10-20b查得驱动齿轮的弯曲疲劳强度极限；Z8齿轮的弯曲疲劳强度极限；（2） 由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数；（3） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.5，由式

45、（4） 计算载荷系数K （5） 查取齿形系数由表10-5查得（6） 查取应力校正系数由表10-5可查得 （7） 计算大、小齿轮的并加以比较 小齿轮的数值大 2） 设计计算 对比计算结果，有齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载力，仅于齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数2.264，并根据驱动齿轮特点就近圆整和组合机床通用齿轮的规格，所以选m=3。4. 几何尺寸计算1） 计算分度圆直径 2） 计算中心距 5. 验算 ，合适所以， =56，同上， 其验算过程这里不再重

46、复。3.2.3 传动系统的设计多轴箱的传动系统设计，就是通过一定的传动链把动力箱输出轴(亦称多箱驱动轴)传进来的动力和转速按要求分配到各主轴。传动系统设计的好坏，将直接影响多轴箱的质量、通用化程度、设计和制造工作量的大小以及成本的高低。1.对传动系统的一般要求设计传动系统，应在保证主轴强度、刚度、转速和转向的前提下，力求使主要传动件(主轴、传动轴、齿轮等)的规格少，体积小；因此，在设计传动系统时，要注意下面几点：(1)尽量用一根中间轴带动多根主轴。当齿轮啮合中心距不符合标准时，可用变位齿轮或略变传动比的方法解决。(2)一般情况下，尽量不采用主轴带动主轴的方案，因为这会增加主动主轴的负荷。如果遇

47、到主轴分布密集而切削负荷又不大时，为了减少中间轴，也可用一根主轴带根或更多根主轴的传动方案。(3)为了使结构紧凑，多轴箱体内的齿轮传动副的最佳传动比为，在多轴箱后盖内的第排(或第排)齿轮，根据需要，其传动比可以取大些，但一般不超过。(4)根据转速与转矩成反比的道理，一般情况下如驱动轴转速较高时，可采用逐步降速传动；如驱动轴转速较低时可先使速度升高一点再降速；这样可使传动链前面几根轴、齿轮等在较高转速下工作，结构可小些。组合机床多轴箱的传动和结构与普通机床差异较大，其一是由于传动链较短，难分前后。另外，经常是一中间传动轴带多根主轴。所以，合理安排结构往往成为设计的主要矛盾。如果为了使主轴上的齿轮

48、不过大，最后一级经常采用升速传动。(5)粗加工切削力大，主轴上齿轮应尽量安排靠近前支承，以减少主轴的扭转变形。(6)齿轮排数可按下面方法安排1)不同轴上齿轮不相碰撞，可放在箱体同一排上。2)不同轴上齿轮与轴或轴套不相碰，可放大箱体内不同排上。3)齿轮与轴相碰，可放在后盖内。另外，应注意驱动轴直接带动的传动轴数不要超过两根，否则会给装配带来困难；如果遇到粗、精加工合一的多轴箱，其粗、精传动路线最好分开。2.主轴分布类型及传动系统设计与计算组合机床加工的零件是多种多样的，结构也是各不相同的，但可根据零件上孔的分布来合理的排列主轴。数据计算六根主轴转速均为： 驱动轴的转速为： 各主轴和各传动轴的轴径

49、确定前面已有详细说明，关于各主轴和各传动轴的校核这里不在详细叙述。本设计方案中油泵安排在第I排，采用型叶片根据实际啮合参数来选择齿数。本书将不做详细说明。4 钻孔专用夹具设计4.1 概述机床夹具是工件在切削加工过程中，用以准确地确定工件位置，并将其牢固的夹紧保持工件位置不变和准确确定工件被加工部位和刀具的相对位置，即将工件定位、夹紧，以完成加工所需的相对运动的工艺装备。从而达到可靠的保证工件的加工质量，提高劳动生产率及降低成本，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床工艺性能的目的。在成批生产、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。机床夹具是工艺系统的重要组成部分，它在生产中应用十分广泛。4.

50、1.1 机床夹具的作用1保证加工精度用机床夹具装夹工件，能准确确定工件与刀具、机床之间的相对位置关系，可以保证加工精度。2提高生产率机床夹具能快速地将工件定位和夹紧，可以减少辅助时间，提高生产效率。3减轻劳动强度 机床夹具采用机械、气动、液压夹紧装置，可以减轻工人的劳动强度。4扩大机床的工艺范围利用机床夹具，能扩大机床的加工范围，例如，在车床或钻床上使用镗模可以代替镗床镗孔，使车床、钻床具有镗床功能。4.1.2 机床夹具的分类1按夹具的应用范围分类1）通用夹具 通用夹具是指结构已经标准化，且有较大适用范围的夹具，例如，车床用的三爪自定心卡盘和四爪单动卡盘，铣床用的平口钳及分度头等。2）专用机床

51、夹具 专用机床夹具是针对某一工件的某道工序专门设计制造的夹具。专用机床夹具适于在产品相对稳定、产量较大的场合使用。3）组合夹具 组合夹具是用一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的夹具。组合夹具结构灵活多变，设计和组装周期短，夹具零部件能长期重复使用，适于在多品种单件小批量生产或新品种试制等场合应用。4）成组夹具 成组夹具是在采用成组加工时，为每各零件组设计制造的夹具，当改换加工同组内另一种零件时，只需调整或更换夹具上的个别零件，即可进行加工。成组夹具适合在多品种、中小批量生产中应用。5）随行夹具 它是一种在自动线上使用的移动式夹具，在工件进入自动线加工之前，先将工件装在夹具中，然后夹具连同被

52、加工工件一起沿着自动线依次从一个工位移到下一个工位，直到工件在退出自动线加工时，才将工件从夹具中卸下。随行夹具是一种始终随工件一起沿着自动线移动的夹具2按使用机床类型分类机床类型不同，夹具结构各异，由此可将夹具分为车床夹具、转床夹具、铣床夹具、镗床夹具、磨床夹具和组合机床夹具等类型。3按夹具动力源分类按夹具所使用的夹紧动力源，可将夹具分为手动夹紧夹具、气动夹紧夹具、液压夹紧夹具、气液联动夹紧夹具、电磁夹具、真空夹具等类型。4.1.3 专用机床夹具的组成夹具一般由下列元件或装置组成。1. 定位元件 定位元件是用来确定工件正确位置的元件。被加工工件的定位基面与夹具定位元件直接接触或相配合。“气缸盖

53、”采用定位板作为定位元件2. 夹紧装置 夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。“气缸盖”采用压板作为夹紧装置。3. 对刀元件、导向元件 对刀元件、导向元件是指夹具中用于确定（或引导）刀具相对于夹具定位元件具有正确位置关系的元件，例如：钻套、镗套、对刀块等。4. 连接元件 夹具连接元件是指用于确定夹具在机床上具有正确位置并与之联接的元件，例如安装在铣床夹具底面上的定位键等。“气缸盖”采用螺栓作为连接元件。5. 其他元件及装置 根据加工要求，有些夹具尚需设置分度转位装置、靠模装置、工件抬起装置和辅助支承等装置。6. 夹具体 夹具体是用于联接夹具元件和有关装置使之成为一个整体的基

54、础件，夹具通过夹具体与机床联接。定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分，其它部分可根据需要设置。4.2 工件夹具的设计 根据工件的结构特征和工艺要求，并参考金属切削机床夹具设计手册v制定夹具部件的结构。本次设计的组合机床夹具，在仔细阅读零件图后，了解零件的作用，结构特点，材料和技术要求及生产纲领和加工工艺方案等的基础上拟定了夹具结构方案，采用一面和以定位销来限制六个自由度，采用液压夹紧，工件定位夹紧后，可以保证工件位置正确，这样定位夹紧方案可以保证基准重合，定位误差很小。由于本方案结构简单、装卸工件方便、易于维护和成本低，因此最终选取本方案。具体结构请参考“夹具图” 。4.3 工件在夹

55、具中的定位4.3.1 定位支承系统设计在组合机床上加工时，必须对被加工零件对刀具及其及导向保持正确的相对位置，这是靠夹具的定位支承系统来实现的。定位支承系统除用以确定被加工零件的位置外，还要承受被加工零件的重量和夹压力。由于定位元件直接与被加工零件接触，因此其尺寸、结构、精度和布置都直接影响被加工零件的精度，为了避免产生废品以及经常修理定位支承元件的麻烦，设计时必须注意：1、合理布置定位元件，力求使其组成较大的定位支承平面，最好使夹紧力 的位置对准定位支承元件。2、提高刚性，减少定位支承系统的变形应力求定位元件不要受力，由于定位销不能承受钻削力。因而为克服轴向钻削力，必服增大夹压力以增大工件表

56、面的磨擦力来克服轴向钻削力。3、提高定位支承系统的精度及其元件的耐磨性，以便长期保持夹具的定位精度。定位支承系统的精度取零件精度的1/31/5，定位在机械加工后进行高频电热表面淬火，最后精磨，材料45。4.3.2 定位误差的计算由于工件采用孔定位时，夹具上的定位元件可以是心轴或是定位销。但存在定位副制造不准确引起的定位误差。本夹具定位属于定位销垂直放置，工件装到定位销时，工件定位孔与定位销可以任意母线接触。由于定位副制造不准引起的定位误差为： 定位孔的公差（mm） 定位销的公差（mm） 定位孔与定位销间最小配合间隙 其中 根据公差与配合手册表11-13夹具上常用的配合，选取定位销与工件的配合公

57、差为。然后，再根据几何量公差与检测附表3-2 标准公差数值、附表3-4 尺寸至500mm轴的基本偏差数值和附表3-5 尺寸至500mm孔的基本偏差数值，查取数值经计算得，代入公式中计算。 4.4 工件在夹具中的夹紧4.4.1 夹紧装置的组成和要求1加紧装置的组成工件在夹具中正确定位后，由夹紧装置将工件夹紧。夹紧装置的组成有：1）动力装置 产生夹紧动力的装置；2）夹紧元件 直接用于夹紧工件的元件；3）中间传力机构 将原动力以一定大小和方向传递给夹紧元件的机构2对夹紧装置的要求1）夹紧过程不得破坏工件在夹具中占有的定位位置；2）夹紧力要适当，即要保证工件在加工过程中定位的稳定，又要防止因夹紧力过大

58、损伤工件表面或使工件产生过大的夹紧变形。3）操作安全、省力。4）结构应尽力简单，便于制造，便于维修。 4.4.2 夹紧力的确定1夹紧力作用点的选择1）夹紧力作用点应正对定位元件或位于定位元件所形成的支撑面内2）夹紧力的作用点应位于工件钢性较好的部位3）夹紧力作用点应尽量靠近加工表面，使加紧稳固可靠2夹紧力作用方向的选择1）夹紧力的作用方向应垂直于工件上的主要定位基面2）夹紧力的作用方向应与工件刚度最大的方向一致，以减少工件的夹紧变形3）夹紧力作用方向应尽量与工件的切削力、重力等的作用方向一致，这样可以减少夹紧力。 4.4.3 夹紧力的计算1）摩擦系数f，根据金属切削机床夹具设计手册第二板表3-19查得f=0.22)安全系数 总的安全系数由考虑各种因素所需的安全系数来决定，可按下式确定：K=KKKKKKKK基本安全系数，一般取1.5K加工状态系数，精加工取1.0K刀具钝化系数，查金属切削机床夹具设计手册第二版表3-20取1.2K 切削特点系数，连续：K=1.0K考