减速箱箱盖专用组合钻床设计

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1、西北工业大学网络教育学院 毕业论文 学习中心。 班 级： 一 专 业: P I. ■: a * b ■ « « ■■ ■ ■ ■■■■ + + ♦嘴 + +♦+，含+♦，卧 ♦ »#« 目; 学生姓名: 指导教师: 毕业论文任务书 一、题目： 减速箱箱盖专用组合机床设计 二、指导思想和目的要求： 本论文从组合机床的设计方面着手，实现了快速高效的加工零件。 三、主要技术指标： 本设计中，在充分数据计算的基础上对标准通用零件做了仔细选择，并依 据被加工零件的结构特点，加工部位的尺寸精度，表面粗糙度要求， 以

2、及定位火 紧方式，工艺方法和加工过程中所采用的刀具， 生产率，切削用量情况等设计了 结构合理的多轴箱。 四、进度与要求： 1月1日 参加动员会，与指导教师见面 1月1日-1月30日论文调研，确定题目，填写任务书 2月1日-3月10日 论文写作修改 3月20日论文答辩 五、主要参考书及参考资料： [1]左建民.组合机床在工程机械方面的发展.《组合机床与自动化加工技 术》.2005 年 07 期:65-67 [2]多功能组合机床时代.《汽车工艺与材料》2007年第1期：43-44 学习中心：074常州 班 级： 005309404 专 业：机械设计制造及其自动化 学 生：

3、 吴文飞 指导教师： 诸伟新 现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量产品，现代工厂中出 现需要组合机床的场合越来越多。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。 组合机床是以通用部件为基础，配以工件特定外形和加工工艺设计的专用 部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。它一般采用多轴，多刀，多工序， 多面或多工位同时加工的方式，生产效率相比于普通机床高出几倍乃至几十倍。 因为通用部件已经标准化和系列化， 所以可以根据需要灵活配置，能大大缩短设 计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本、高效率和专用性强的优点，在大批 量生产中得到广泛应用。 本课题是针对

4、在减速箱箱盖上加工八个螺栓孔的工艺过程而设计一台专用 组合机床。 本设计中，在充分数据计算的基础上对通用零件做了仔细选择，并跟据被 加工零件的结构特点、加工部位的尺寸精度、表面粗糙度要求、 以及定位夹紧方 式、工艺方法和加工过程中所采用的刀具，生产率，切削用量情况等设计了结构 合理的多轴箱。 关键词：组合机床、多轴箱、组合钻床。 I I ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, I—I ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, II 第一富结论 1 ,,, ,V, , ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

5、,, 1.1 概述,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， 1 1.2 课题研究的目的和意义,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 1 1. 3 组合机床的发展史,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 1 1. 4国内外组合机床研究技术现状,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 2 1. 5 方案制定,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， 3 1. 6 设计研究的内容,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 4 第二章组合机床总体设计,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 5 2. 1组合机床方案的制定,,,

6、,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 5 2. 2确定切削用量及选择刀具，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， 8 第三章组合钻床总设计,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 11 3.1 被加工零件工序图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 11 3.2 生产率计算卡，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， 20 3.3 多轴箱轮廓尺寸,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 22 3.4 .齿轮模数选择,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 23 3.5 .多轴箱的传动设计,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

7、23 3.6 .绘制传动系统图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 26 第四章液压系统设计,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 27 4.1 Z 轴液压泵的确定,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 27 4.2 Y轴液压动力的确定,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 28 4.3 拟定液压系统图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 30 结论,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 32 参考文献，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， 33 34 ,,,,,,,,,,,,,

8、,,,,,,,,,,,,,,,,,, H 西北工业大学网络教育学院毕业论文 第一章绪论 1.1 概述 组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，再配以少量专用部件而组 成的专用机床，具有一般专用机床结构简单， 生产率及自动化程度高，易保证加 工精度的特点，又能适应工件的变化，具有一定的重新调整、重新组合的能力。 它的特征是高效、高质、经济实用。组合机床可以对工件采用多刀、多面及多方 位加工，特别适于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序 进行加工。组合机床可完成钻、扩、较、链孔、攻螺纹、车、铳、磨削以及滚压 等工序。 1.2 课题研究的目的和意义 机床设

9、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。 1.3 组合机床的发展史 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。 在专用机床中某些部件 因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。 世界上第一台组合机床于1908年在美国问世，用于加工汽车零件。初期， 各机床制造厂都有各自的通用部件标准。 为了提高不同

10、制造厂的通用部件的互换 性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机 床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的 联系尺寸，但对部件结构未作规定。 二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铳刀、链孔尺寸自动检测和 刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铳削平面的平面度 可达0.05毫米/ 1000毫米，表面粗糙度可达 2.5〜0.63微米；链孔精度可达 IT7〜6级，孔距精度可达0.03〜0.02微米。 1.4 国内外组合机床研究技术现状 自1908年在美国研制组合机床成功后便广泛应用于大批量生产的汽车工业 中，并

11、且随着汽车工业的发展而逐步完善。组合机床是根据被加工件的工艺要求， 按照工序高度集中的原则而设计的，并以系列化 、标准化的通用部件为基础， 配以少量专用部件而组成的专用设备， 并配以专用夹具，采用多把刀具同时进行 加工。组合机床的辅助动作实现了自动化，具有专用、高效、自动化和易于保证 加工精度的特点。当被加工的零件尺寸结构有所改进时， 合机床的通用零部件还 可以重新利用从而组成新的组合机床， 且具有一定的柔性度。在数控设备还没有 普及和推广的几十年里，它对于提高加工效率，降低对操作者的技术要求起到了 很大的作用，尤其是组合铳床和专用钻床，在壳体类零件的加工线中应用非常广 泛。 近几年来，由

12、于国家加大基础设施的投入，工程机械需求呈现了强劲的增长 势头。 国内工程机械同进口产品相比，其特点是价位低、产品稳定性、可靠性差、 零件加工手段落后。随着国家对世贸承诺的逐步实现，价格的竞争优势也逐渐减 少，以装载机为例：目前大多数的主机生产厂及部件配套厂家对变速箱箱体、 变 矩器壳体前车架、后车架、动臂、驱动桥等关键零件，大多采用通用设备加工， 这种加工方式的缺点有：生产能力难以扩大，产品质量不稳定，在制品积压严重， 经济效益不够显著。值得庆幸的是国内比较大的装载机生产厂家都已逐步认识到 这一问题。在机构件方面，厦工、临工、宜工、龙工纷纷采用组合机床对动臂、 前车架、后车架，前后较接架

13、的孔系进行加工，零件一次装夹，多头同时加工， 比通用机床单孔逐个加工，效率提高了 3—6倍，而且避免了工件调头而产生的 二次定位误差。运用组合机床加工结构件与通用机床相比各孔系坐标精度可以由 ±1mmi高到± 0.2mm,同轴度0. 5mmi高到±0. 08mmfL系平彳亍度由0. 7mm 提高到±0. 1 mm而且所有精度均靠机床本身的装配精度保证，为提高整车的质 量奠定了基础。变速箱箱体是装载机运动系统中的核心部件， 零件本身的结构 刚度较差，而加工精度相对要求较高，不采用特殊措施，使得与变速器结合面 0. 08mm勺平面度以及各孔对此面的垂直度，

14、各孔中心矩均难以保证。组合机床 与通用机床组合生产线使适当的投资能迅速扩大生产规模， 解决通用机床加工效 率低，同一工序需要多台机床加工的难题。 在工程机械快速发展的今天，我们面临的产品上规模、质量上台阶的难题， 都可以运用组合机床加工得到有效的解决， 组合机床在工程机械领域有着更大的 发展空间。 1.5 方案制定 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

15、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。 (4) 设计研究的内容 (1)零件分析 仔细阅读所拿到的零件图纸，分析零件的结构特点及技术要求。 (2)拟定零件工艺方案 确定零件的材料，加工时的定位基准以及零件的加工工艺方案。 (3)总体方案设计 确定机床的配置形式及总体结构方案。 (4)组合机床设计一一三图一卡设计 确定被加工零件的工序图，零

16、件加工示意图，绘制机床尺寸联系图，机床生 产率计算卡。 (5)主轴箱设计 绘制主轴箱草图，选择主轴结构形式及动力计算，设计主轴箱的传动系统。 15 第二章组合机床总体设计 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。

17、 根据被加工被零件(减速箱箱盖)的零件图(图 2-1 ),加工八个螺栓孔的 工艺过程。 (1)加工孔的主要技术要求。 加工4个M8螺纹底孔的孔。 孔的位置度公差为 ①0.1mm与①12孔同心。 工件材料为 HT21-40, HB173241 要求生产纲领为(考虑废品及备品率)年产量 6万件，单班制生产 (2)工艺分析 加工该孔时，孔的位置度公差为 0.1mm 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①6.5 (3)定位基准及夹紧点的选择 —k 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，

18、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。 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。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

19、造精度和工件定位基准精度并减少火压变 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，人工夹紧。被加工零件图如图 2-1所示。 (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。此离合器压盘的材料是HT21-40、 硬度HB170-241、孔在整个压盘上呈90度均度分配，孔的直径为 ①6.5mm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。 图2—1被加工零件图 孔？12位置 准确度0.1 一般来说，孔中心线与定位基

20、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。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。 (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

21、量为 6万件，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 使用组合机床对对车间布置情况、 工序间的联系、使用厂的技术能力和自然 条件等一定的要求。在根据使用户实际情况来选择什么样的组合机床。 综合以上所述：通过对箱盖零件的结构特点、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

22、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。①6.5mm的孔在钻孔后扩孔，直径上工序间余量 0.5〜1mm 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%£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

23、进给量（mm/mir）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：n • fi = n2 f2=, = n fi =vf 式中：n1 n2、，ni 各主轴转速（r/min ） fi f2 fi 各主轴进给量（mm/r） vf 动力滑台每分钟进给量（mm/mir） 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。 按照经济地选择满足加工要求的原则， 采用查表的方法查得：钻头直径D=6.5mm, 铸铁 HB175-255、进名&量 f=0.1mm/r、切

24、削速度 v=15m/min. 2.2.3 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）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 =HBmin— 3 (HBma— HBmin) 1 =170 — 3 (241 —170) =146.33 0.8 06 切削力：F =26 D f HB06 =26 X6.5 x 0.108 x 146.330.6 =535.16 N

25、 1 .9 0.8 0.6 切削扭矩：T =10D f HB 1.9 0.8 0.6 =10 x 6.5 x 0.1 x 146.33 =2452.26N - mm Tv 切削功率：P= 9740-D =2452.26 义 15/(9740 X 3.14 X 10) =0.123 kw 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） 2.2.4 选择刀具结构 离合器压盘的布氏硬度在 HB170-241,孔径D为6.5mm

26、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 ①6.5 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 30〜50mm勺距离，以便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。 第三章组合钻床总设计 组合机床总体设计，就是针对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案 的基础上，进行方案图纸设计。这些图纸包括：被加工零件工序图，加工示意图, 生产率计算卡，机床联系尺寸图。 3.1 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、

27、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。 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)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

28、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。如图 3-1中4—①12 加工用定位基准，机械夹压位置及方向，辅助支承均须用规定的符号表示出来。 图3-1 被加工零件工序图 附注：1.被加工零件名称及编号：离合器压盘；

29、 2.材料及硬度：灰铸铁 HT21-40 JB307-62 HB175〜255 ; (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。 3.1.1 加工示意图 多轴箱端面 X 主轴__ । = । rh 图3-2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

30、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3-2为箱盖上4孔立式钻床加工示意图。 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

31、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 1)选择导向类型 的内容。 根据刀具导向部分直径 d=10mm和刀具导向的线速度 v=15m/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 3-3所示: 图3-3固定导向装置 固定导向装置的标准尺寸如下表： 表3—1固定导向装置的标准尺 d D Di

32、 D2 L li m R d1 d2 lo 6.5 12 22 30 28 38 13 18 M8 16 16 固定装置的配合如下表: 表3—2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 H 7 js6 g6 固定导向装置的布置如图3-4所示 导向装置的布置如表3-3所示： 表3—3导向装置的参数（mm） 尺寸 项目 i1 I2 I3 与直径d的关系 (2 〜3)d 加工铸铁 d d/3+(3 〜8)

33、 计算值 3Xd=30 25. 4 25.4/3+8=16.5 西北工业大学网络教育学院毕业论文 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刚性主轴取巾=1/4 (0) /m,所以 B取 2.316 , 根据刚性条件计算主轴的直径为： d 至B听=2,316 x *3274.45=i7.52mm 式中：d——轴直径(mm T——轴所承受的转矩(N • mrm B——系数 本设计中所有主轴直径皆取 d=20mm主轴外伸长度为：L=115mm D/d1为32/20 ,内孔

34、 长度为：l1 =77mm. (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3-5所示，  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3-4所示： 表3 — 4 可调接杆的尺寸 d(h6) D1(h6) d2 d3 L 11 12 13 厚度 2 0 Tr20 X6 莫氏1 号 12. 061 7

35、1 1 88 6 4 0 4 1 00 1 2 (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 333mm，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L工应等于工件加工部 位长度L与刀具切入长度Li和切出长度L2之和。切入长应Li应根据工件端面误 差情况在 5〜10mm之间选择，误差大时取大值，因此取 L

36、1=7mm切出长度 1 L2 =1/3d+(3 〜8)= 3M10+8 比 9mm所以 L工=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火 具导套内而不影响工件装卸。这里取快速退回行程为 156mm快退长度等于快速 引进与工作工进之和，因此快进长度 156— 26=130mm. 切入一 一戢加工切出 工作进给 图3-6工作进给长度 17 西北工业大学网络教育学院毕业论文 3.1.2 机床联系尺寸图 _ 600 __ 600 I 130 35

37、0 1820 图3—7 机床联系尺寸图 36 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一一动力箱、动力滑台、立柱、 立柱底座加上专用部件一一多轴箱、刀、辅具系统、夹具、液、 电、冷却、润滑、 排屑系统组合而成。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、

38、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 HY系列液压滑台。 2）确定轴向进给力 滑台所需的进给力 F 进=Z2Fi=4X 1071.79=4287.16N 式中：Fi ——各主轴加工时所产生的轴向力 由于滑台工作时，除了克服

39、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 F进=4.29KN。 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0.5〜1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vf =n f=47.8mm/min。所以选择HY251A液压滑台，工作进给 速度范围32〜800mm/min快速速度12m/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

40、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，这是取 40mm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L> 156+20+40=236mm取L= 250mm综合上述条件，确定液压动 力滑台型号HY25A （2）由下式估动力箱的选用 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， 巳可算 H=P切/“ =4X 0.123/0.8 = 0.615KW 式中：”一一多轴箱传动效率，加工黑色金属时 q=0.8〜0.9 ;有色金属 时

41、q=0.7〜0.8 ,本系统加工 HT21-40 JB307-62，取4=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，选用电动机型号为 Y100-6B5的1TD251A型动力箱，动力箱输出轴至箱 底面高度为125mm主要技术参数如下表： 主电机传动型号 转速范围(r/min ) 主电机功率 (kw) 配套主轴部件型号 电机转速 输出转速 Y100L-6B5 1430 706 1.5 1TA32、1TA32M 1TZ32~1TG32 (3) Y轴液压滑台的选用 工件质量计算 V=420 X 240X10+(2 X 160

42、+2X340)X 10X30 =1.308 X10-3m3 m = p v=7.0 X 103X1.308 X10-3 =9.156kg 磨擦系数：f=0.07〜0.12取f=0.1 F=f - N=0.1mg=0.1X 9.156 X 10=9.156N 2、配套支承部件的选用 立柱1CL25型，立柱底座1CD25 3、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 HH 580〜1060mm^间选取，本系统取装料高度为 976mm 4、中间底座轮廓尺寸 中间底座的轮廓尺寸要满足 Y轴滑台在其上面联接安装的需要，

43、又考虑到 与立柱底座相连接。因此，中间底座采用侧底座 1CC32 5、确定多轴箱轮廓尺寸 本机床配置的多轴箱总厚度为301mm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=500 H=500 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B X H=500X500mm 3.2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 =2 X 26/47.8 +2X15

44、/478 =1.151 min 式中：T切一一机加工时间（min） L ——工进行程长度（mm vf 刀具进给量（mm/mir） t 停一一死挡铁停留时间。一般为在动力部件进给停止状态下， 刀具旋转5〜15 r所需要时间。这里取15r L3 L4 辅助时间T辅= vfk +t移+t装 = （150+176） X 2/12000+0.1+1.5 =1.654min 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/mir） t 移 ——工作台移动时间（min），一般为0.05〜0.13min, 取 0.1 min t 装——装

45、卸工件时间（min） 一般为 0.5〜1.5min,取 1.5min 机床生产率Q1 = 60/T 单 =60/ （T 切+T 辅） =60/ （1.151+1.654 ） =21.39 件/h 机床负荷率按下式计算 q=Q1/QX 100% X100% =Q1tk/A =21.39 X 1950/60000 X 100% =70% 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 =1950h 表3 — 5 生产率计算卡 被加工 零件 图号 1601A-093 毛坯种类 铸件 名称 离合

46、器压盘 毛坯重量 材料 HT21-40 JB297-62 硬度 HB170-241 工序名称 钻压盘连接孔 工序号 工时/min 序 号 工步 名称 工作行 程/mm 切速/ (m min-1) 进给量/ (mm • r-1) 进给量/ (mm • min-1) 工进 时间 辅助 时间 1 按装工件 0.5 2 工件定位夹紧 0.25 3 Z轴快下 150 12000 0.013 4 Z轴工进 26 32 0.1 47.8 0.544 5 Z轴暂

47、停 0.03 6 Z轴快上 176 12000 0.015 7 Y轴前进 100 10000 0. 01 8 Y轴暂停 0.09 9 Z轴快下 150 12000 0.013 10 Z轴工进 26 47.8 0.544 11 Z轴暂停 0.03 12 快退 176 12000 0.015 13 工件松开 0.25 14 卸卜，件 0.5 备 注 1、主轴转

48、速706r/min 2、一次安装加工完一个工件 w 1.088 1.716  3.3多轴箱轮廓尺寸 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: 如图3-8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 1.1 — 6所示： 表3—6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/d

49、L N (r/min) V (m/min) f (mm/r) Vf (mm/min) 1、2、 20/12 115 钻①6.5 478 15 0.1 47.8 3、4 注：1.被加工零件编号及名称：箱盖；材料： HT21-40 JB297-62;硬度：HB170-241 2.动力部件型号：1TD251A动力箱，电动机型号 Y100L-6 ;功率P=1.5kw。 3.4 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=(30〜32) VWN^ =32X 也59 478) =1.

50、76 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m1=3其余齿轮模数取m2=2 3.5 多轴箱的传动设计 (1)根据原始依据图(图3-7),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Oi 驱动轴O 主轴1 主轴2 主轴3 主轴4 X — 175 0 —95 95 95 —95 Y 0 94.5 180 180 80 80 (2)确定传动轴位置及齿轮齿数 图3-9齿轮的最小壁厚 1)最

51、小齿数的确定 为保证齿轮齿根强度，应使齿根到孔壁或键槽的厚度 a> 2m,驱动轴的直径为 d=30mm有《机械零件设计手册》知，如图 3-9所示齿轮t=33.3mm,当m1=3时。 驱动轴上最小齿轮齿数为： Zmin 主2 (t/m1+2+1.25 ) — d0/m1 =2 X (33.3/3+2+1.25) — 30/3 =18.9 所以驱动轴齿数要大于等于19。 为减小传动轴的种类，所有传动轴的直径取 30mm. 当m2=2 d=20时，齿轮t=23.3mmio主轴上最小齿轮齿数为: Zmin 至2 (t/m2+2+1.25 ) - d0/m2 =2 X (23.3

52、/2+2+1.25 ) -20/2 =19.8 所以主轴齿数要大于等于20。 2)传动轴11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 32? 3 p 32? 3—1.5 1.71 俏 Yzn 丫19' 520 多轴箱输入出轮模数取 m1=3其余齿轮模数取 m2=2主轴1, 2, 3要求的 转速一致且较高，所以采用升速传动。主轴齿数选取 Z=45,传动齿轮采用z=45 齿的齿轮，变位系数x= 0.181。传动轴的转速为： n = 1000/1.41r/min = 706r/min 由于前面选取了主轴直径为 30,显然传动轴

53、直径都选取 20,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 706r/min ,则驱动轴至传动轴的 传动比为： 706 1 i = =- 1000 1.42 所以选择两级传动，且传动比分配为：一级为 1.2 X 1.2;二级为1.4 X 1.0。 驱动轴的直径为30mm由《机械零件设计手册》查得知：t=33.3mm,当m=3 时，驱动轴上的齿数为： t d 33.3 30 2( — 2 1.25) -m =2(—— 2 1.25)-多=44.8 Zmin> m 2 去驱动齿轮齿数Z=45。 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 4

54、5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 齿轮种类 宽度(mm 齿娄 模数(mm 孔径(mm 驱动轴齿轮 24 32 16〜50连续 16 〜70 2、2.5、3 2、2.5、3、4 15、20、30、35、40 25、 30、 35、 40、 50 传动轴齿轮 44 （B 型） 45 2 25、30、40、50 输出轴齿轮 32 37 3 18、 22、 28、 32、 36 计算各主轴转速 3.14Dn 使各主轴转速的相对转速损失在 ±5犯内。由公式：V= 1000 知: n1 = n2 =

55、n3 = n4 28 1000 r. -1100. min 3.14 6.5 3.6 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 16 M16ZIJ M16X20 GB70-66 TQ- 15 6 27/3 | -E0.313 28/2 "i 3X22X25T0742-91 M10X16GB71-66 47GB921-66 B 3 |_ 28/2 L B A 0 4 On0 30/2 | 0.155 图3-10箱盖钻

56、孔多轴箱传动系统图 图中多轴箱箱体内只排放一排 37mm宽的齿轮，离箱体前壁4.5mm离箱体 后壁9.5mm，传动轴齿轮和驱动轴齿轮为第II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。 第四章液压系统设计 根据工作情况选择液压泵，组合机床在负荷较大并有快速和慢速工作行程。 因此选择限压式变量泵。 4.1 Z轴液压泵的确定 (1)液压泵的最大工作压力 Pp(Pa) 液压缸的最高工作压力出现在工作工进阶段，此时液压力要克服切削力和摩 擦力 F 摩=G- F&

57、#39; 式中： F 摩——滑台克服摩擦力(N G ——动力箱、多轴箱等移动部分总重量(N) F' ——平衡块的拉力(N) 代入式中F摩=m总g — m平衡块g =420 X10-357X 10 =630N 切削力：F切=1071.79N F= F摩+ F切 =630+1071.79 =1701.79N HY251A液压滑台的油缸直径为63mm^S塞杆直径为35mm. 2 一 一 一 2 二d 3.14 (63-35) A= 4 = 4 =0.62X10-3 m2 WJ: P1=F/A=1701.79/0.62 X 10-3=2.75MPa 此时液压缸的

58、输入流量较小，且进油路元件较小，故泵至缸间的进油路压力 损失估取为△ P=0.5MPa,则液压泵最高工件压力Pp Pp-P1+-A P=2.75+0.5=3.25MPa 考虑压力储备，液压泵的最高压力为 Pp=3.25X ( 1+25% =4.06MPa (2)液压泵的最大流量 液压泵的最大供油量qP之K( 2 q)max 式中：K——系统的泄漏系数 ( 2 q)max ——同时动作时的液压执行器的最大流量(m3/s) 计算qP按液压缸的最大流量(16L/min)进行估算，取泄漏系数K=1.1,则: qP 至 1.1 xi6=17.6L/min (3)液压泵的规格 查得：Y

59、BN-20N-JB型限压式变量叶片泵能满足上述估算得出的压力和流量 要求：该泵的流量为18.75L/min,调压范围为2.0〜7.0MPa,开始变量之压力为 5.0 MPa,最大转速为1800r/min ,最小转速为600r/min 。 (4)液压泵的驱动功率计算与电动机的选取 叶片泵的总效率4P = 0.75 ,则 pPqP NP = P 4.06 106 17.6 10. = 0.75 60 =1.59kw 式中：NP——液压泵的驱动功率(kw) 查得：Y100L2- 4型封闭式三相异步电动机满足上述要求。其转速为 1430r/min,额定功率 3.0kw 4.2 Y

60、轴液压动力的确定 (1)液压泵的最大工作压力 Pp(Pa) Y轴液压缸要驱动工件、夹具、工作台等。 工作台的质量 V 工=630X320X45 = 9.072 X10-3m3 m 工=p V工=7.0 X 103X9.072 X 10-3 =63.504 kg 液压滑台滑块的质量 丫滑=630X 250X 56+2X 630X 40 X 45 = 11.09 X 10-3m3 m 滑=7.1 X103X 11.09 x 10-3 =77.63 kg 由于夹具未设计，估算 m夹=10 kg 则总质量m1总=m+ mX + m滑+m夹 =9.156+63.504+77.6

61、3+10 =160.29 kg 液压缸需要的力F = fm总g 式中：f ——摩擦力f=0.1 g ——重力加速度 代入式中：F=fm 总 g =0.1 X 160.29 X 10 = 160.29N HY321A液压滑台油缸的压强在后退时最大，工作面积 _ 2 一 一 2 二(D -d) 3.14 (80 -55) A= 4 = 4 =0.49 X103m3 则最高工作压力 P2= F/A= 160.29/0.49 X10-3 = 0.33MPa 泵到缸间的进油路压力损失估取为△ P= 0.5MPa 算得液压泵的最高工作压力 PP为 Pp 之P1 + △ P= 0

62、.33+0.5 =0.85MPa (2)液压泵的最大流量 液压泵的最大供油量按液压缸的最大输入流量(20L/min)进行估算，泄漏 系数K= 1.1 ,则 qP 之 1.1 X20=22L/min 因为YBN-40N-JB型限压式变量泵的流量为 37.5L/min ,调压范围在2.0〜 7.0MPa并且Y轴是流量22L/min小于37.5L/min ,它的最小压强为 0.85 MPa, 而YBN-40N-JB调压范围在2.0〜7.0MPa,因此设置了一个减压阀，使符合压力 要求。 4.3 拟定液压系统图 根据机床动作顺序，拟定液压系统原理图（如 4-1）,系统的电磁铁动作顺 序

63、见（表4-1） 原位।— 怏F ST2 J 工进 0T3} ST1 快退 后退 ST5 图4-1 钻孔组合机床液压系统原理图 表4-1钻孔组合机床电液压系统磁铁动作顺序 工况 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA SP 启动 一 一 一 一 一 一 Z轴快下 十 一 十 一 一 一 Z轴工进 十 一 一 一 一 一 Z轴死挡铁停留 十 一 一 一 一 一 Z轴快上 一 十 一 一 一 一 Y轴前进 一 一 一 一 十 一

64、 Y轴死挡铁停留 一 一 一 一 一 十 Z轴快下 十 一 十 一 一 一 Z轴工进 十 一 一 一 一 一 Z轴死挡铁停留 十 一 一 一 一 一 Z轴快退 一 十 一 一 一 一 Y轴后退 一 一 一 十 一 一 结论 本课题开发研制的钻孔组合机床，用于加工离合器压盘的四个孔。在开发过 程中，对对加工过程中存在的难点进行了攻关。 在钻床的设计上采取了一系列的 措施，保证了被加工孔的加工精度。主要完成了以下工作： 1、对离合器压盘的四个孔的加工工艺进行了分析研究，明确了四个孔加工 的技术要求和工艺要

65、点。 2、恰当地选择了机床的切削参数，动力头及液压滑台驱动机构的结构参数。 3、采用Z轴液压滑台驱动动力头和多轴箱实现进给， Y轴驱动工件实现两 工位运动。制定了 Y、Z轴液压滑台的进给工作循环。经分析证明可以满足工艺 要求。 4、设计了稳定可靠的多轴箱和钻模板，从而保证了被加工孔的精度要求。 5、根据通用、经济的原则，选择了刀具，满足了工艺的需要。 设计的钻孔组合机床，保证了加工孔的生产质量，提高工效 3倍以上，加工 成本大幅下降。 本项工作还有许多值得完善的地方，例如：装夹、定位由人工完成，效率较 低；自动化程度有待提高等问题。这些问题通过改进设计、完善工艺、现场的不 断实践

66、、总结，必将会得到进步的提高。 [1]左建民.组合机床在工程机械方面的发展.《组合机床与自动化加工技 术》.2005 年 07 期:65-67 [2]多功能组合机床时代.《汽车工艺与材料》2007年第1期：43-44 [3]施华.通用机床、组合机床和加工中心在工艺方案中的选用.《机械制造与研 究》.2007 年 08 期:77-78 [4]周震宝.组合机床在小批量生产中的应用.《组合机床与自动化加工技 术》.2006 年 05 期：35-37 [5]吴自浩.高速铳削铝合金刀具选型及模糊综合评判[J] .《电子机械工程》.2005 年 02 期：44-48 [6]吴何畏.王卫兵.钻孔组合机床液压系统与电气控制系统.《组合机床与自动 化加工技术》.2006年第8期:52-55 [8]施华，等•通用机床、组合机床和加工中心在工艺方案中的选用 .《机械制 造与自动化》2008年 第1期：77-78, 81 [9]吕淑萍.不同的公差原则在位置度公差中的应用.《组合机床与自动化加工 技术》.2005年05期：45-46 [10]刘卫.粗加工过程中的进给速度优化.《组合机床与自动化加工技术》.2005 年 02 期：85-8611 [11]濮良贵，纪名刚.机械设计.第七版.北京：高等教育出版社，2001. 01. [