缸头两面钻孔专机设计

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Firstly, this paper outlines the development of combined machine, explians its feature is low-cost, high efficiency, and with simple operation etc. Then tells the machine tool fixture design, the use of locating a surface with two pins positioning ways to make more accurate positioning; through error analysis, fixture clamping force calculation to determine the overall structure. Secondly, the design is a combination machine, the key is the program development process, which largely determines the form of combination machine configuration and performance, and the preparation of the three charts card. Finally, the research is about multi-axle design, size and processing through the workpiece hole position calculated headstock outline dimensions; calculated according to the torque shaft and shaft diameter; determined by analogy gear modulus; through the Calculation , mapping and repeated trial and error OK gear and intermediate shaft position. In the overall design process, first select the required power by calculating the power box, and then choose the distribution of multi-spindle axle; after power box and processed according to the choice of hydraulic travel diagram slide, and then the hydraulic multi-slide supporting optional axle; together with loading height, slide, side stand each other to determine the location of the middle of the base of the height and length.Key words: Aombination machine; Boring; Cylinder head; Multi-spindle boxV目目 录录摘 要.IIIABSTRACT.IV目录.IV1 绪论.11.1 本课题的研究内容和意义.11.2 国内外的发展概况.11.3 本课题应达到的要求.12 设计方案的确定.22.1 工件的大小、形状和加工部分的特点.22.2 生产率的影响.22.3 经济性与可靠性.23 专用夹具的设计.33.1 夹具的功用与组成.33.2 夹具的设计.33.2.1 调研分析.33.2.2 确定工件定位方式.33.2.3 确定工件加紧方式.43.2.4 必要的加工精度计算及分析.43.2.5 夹紧力计算、分析.44 组合机床总体设计.64.1 组合机床的组成.64.1.1 组合机床的特点.64.1.2 组合机床的工艺范围.64.1.3 组合机床配置型式.64.1.4 组合机床的设计步骤.74.2 组合机床工艺方案的确定.74.2.1 组合机床工艺方案的基本原则.74.2.2 确定组合机床工艺方案应注意的问题.74.2.3 工艺方案的拟订.84.2.4 工序间余量的确定.84.2.5 刀具结构的选择.94.3 切削用量的确定.94.3.1 组合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题.94.3.2 组合机床切削用量选择方法及应注意的问题.94.3.3 确定切削速度和切削用量.94.3.4 切削力、切削转矩、切削功率.104.3.5 确定主轴类型、尺寸、外伸长度.10VI4.3.6 动力部件工作循环及行程的确定.114.4 组合机床总体设计“三图一卡”.114.4.1 被加工零件工序图.114.4.2 绘制加工零件工序图.124.4.3 加工示意图.134.4.4 机床联系尺寸图.165 组合机床多轴箱的设计.225.1 多轴箱的基本结构及表达式.225.1.1 多轴箱的组成.225.1.2 多轴箱总图绘制方法特点.225.2 通用多轴箱设计.225.2.1 绘制多轴箱设计原始依据图.225.2.2 主轴、齿轮的确定及动力计算.235.2.3 多轴箱传动设计.255.2.4 绘制多轴箱总图及零件图.286 结论与展望.306.1 结论.306.2 不足之处及未来展望.30致 谢.31参考文献.32附 录.33缸头两面钻孔专机设计11 绪论绪论毕业设计是我们结束大学生涯一个重要的部分，检验一个学生的综合能力的重要举措，是我们在校期间专业考核的重要环节。通过系统的运用基础知识、基本技能以及设计能力、逻辑分析能力调查研究、查阅文献、收集资料、撰写论文等各方面能力进行的综合设计的过程，使我们重温了大学所学习的大部分内容，将所学习的理论知识和现实设计生产做了初步尝试性的结合。1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义此项设计的主要任务是钻缸体两个直径5的侧孔和2个直径10的底孔专机总体设计、多轴箱及专用夹具设计。内容包括：机床夹具的设计，组合机床总体设计，组合机床多轴箱设计，编写毕业设计论文。在这次设计任务对缸体钻孔的专机。所以设计时对机床的精度的要求还是很高的，在保证机床的精度上才能保证所要加工孔的精度。在设计多轴箱时要注意，因为在组合机床的诸多零件中，主轴箱是组合机床设计过程中工作量最大的部件。因为通常主轴箱是采用一根动力轴带动多根主轴的工作方式，各传动轴必须在有限的标准箱体空间中找到适宜的分布位置并避免干涉，而各轴的设计又必须保证其转速、旋向、强度和刚度，因此难度大、设计周期长。1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况随着工业生产社会化、专业化、集中化、高度机械化乃至自动化的步伐的加快，在进行工件加工时，为了降低成本和提高生产率，要求考虑使用专用机床和夹具。组合机床发展前景:美国机床市场中组合机床所占的份额将会有所下降，其他一些工业发达国家也大体是如此。从柔件方面看，组合机床与柔性制造系统的目标是一致的，但在柔性化程度上毕竟组合机床还是受到一定的制约，两者相互靠拢，也有可能融合成为一种新的加工设备。在我国由于汽车工业还会有较大的发展，而在资金上，不可能大量采用柔性制造设备，所以组合机床市场还会行进一步的增张。但目前汽车都是一些引进外外的产品，技术要求较高，国内组合机床短时期内尚不能满足这些高技术要求。因此中国组合机床生产厂面临国外工厂的竞争，需要进一步提高质量和精度，否则在竞争中将会有挤垮的危险。组合机床行业虽然取得了较大的进步与发展，但是，在制造技术高速发展的今天，由于基础薄弱，从整体上看，与国外先进水平还存在着一定的差距。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，实现了机床工作程序软件化，工序高度集中，高效短节拍和多种功能的自动监控。1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求此项设计是专机的设计但是在保证使用条件下仍才采用了很多通用部件，这样可以降低成本，所以这次设计的任务主要是设计专用夹具和多轴箱，专机的一些部件等等。熟悉组合机床通用部件和专用部件的选用；完成绘制组合机床的尺寸联系图、多轴箱图和夹具设计图及零件图；编制说明书一份；熟练运用CAD等制图软件。无锡太湖学院学士学位论文22 设计方案的确定设计方案的确定根据工件的结构特点，是一个回转体，考虑定位基准和设计基准的重合的原则，选择一面和两个的孔作为定位基准，定位基准定了，组合机床的总体布置大体上也就定8了。但是在确定机床总体布置时，还要考虑其他的一些因素的影响。2.1 工件的大小、形状和加工部分的特点工件的大小、形状和加工部分的特点 对于 2 面同时加工的工件，宜采用双工位的机床，以此来提高加工效率；对于小直径深孔的工件，通常采用专门的深孔加工的机床；对于被加工孔的中心线与定位基准平行，或需从几个面同时加工的工件，一般采用卧式机床；对于被加工孔的中心线与定位基准垂直的工件，一般采用立式机床，但是在采用这些原则时也要根据机床的使用条件来综合考虑。根据上述原则和缸体的特点，故采用卧式组合机床。2.2 生产率的影响生产率的影响零件的生产批量的大小是决定采用单工位、多工位或者自动线，还是按中小批量生产特点来设计组合机床的重要因素。有时从工件的外行及轮廓尺寸上看，可采用单工位固定夹具的机床布置形式，但是由于生产率要求很高，就不得不采用多工位的机床布置方案，以便使装卸工件时间和机动时间重合。对于这个缸体的生产纲领：2 万/年；单班制。是小批量的生产采用了单工位固定夹具的组合机床。机床使用方便性和自动化程度分析比较时一定要与生产率相适应，不应过分追求机床的自动化程度。生产率高、节拍短，则要求自动化程度高、刀具耐磨且更换调整方便，这样使用才有方便性。2.3 经济性与可靠性经济性与可靠性在满足加工要求的前提下，机床避免使用复杂刀具，力求简单和较高的通用化程度。这样可以降低机床成本，提高工作可靠性。有两点要注意：1）应根据加工精度的需要选择相应精度等级的通用部件。2）应根据生产率要求合理安排工艺流程，均衡负荷，使机床数量少，机床利用率高（机床利用率不应低于 50%） ，以取得好的经济效果1。把组合机床的总体设计定下来后，再设计其中的零部件时根据机床的特点进行选择。缸头钻孔夹具设计33 专用夹具的设计专用夹具的设计3.1 夹具的功用与组成夹具的功用与组成夹具是在机床上加工零件时使用的一种工艺装备，其主要功用时实现工件的定位和夹紧，使得工件加工时相对机床、刀具有正确地位置，以保证工件的加工质量和生产率的要求。夹具通常由定位元件或装置、夹紧元件或装置、夹具体、对刀和导引元件、分度元件或装置、动力元件或装置以及其他元件或装置（如定位键及有关零部件）等组成2。夹具设计时常用的零部件已有国家标准或部颁标准。3.2 夹具的设计夹具的设计3.2.1 调研分析调研分析1）工件生产纲领、生产类型分析；2）工件加工工艺方案分析，工件结构、精度特点分析；3）机床设计情况分析；4）夹具操作要求分析； 工件尺寸如图 3.1。图 3.1 工件尺寸图无锡太湖学院学士学位论文43.2.2 确定工件定位方式确定工件定位方式由图上可知，定位基准是 A 面和 2 个 8 的孔。所以，定位方式选用一面两销式。两销为一圆柱式定位销和一菱形式定位销。3.2.3 确定工件加紧方式确定工件加紧方式一面两销确定了 6 个方向的自由度，用压板压紧工件，用螺栓把钻模板与夹具体连接。3.2.4 必要的加工精度计算及分析必要的加工精度计算及分析保证工件的加工精度是能够得到合格工件的前提条件，而影响工件加工精度的因素很多，一般影响加工精度是因为各种误差的存在，主要有：定位误差、夹紧误差、夹具的安装误差、导向对刀误差、工艺系统误差等。其中夹具采用合理的定位、夹紧方案，选择合适的定位、夹紧元件，确定合适的尺寸、形位公差，保证工件的加工精度要求。定位误差是由于工件在夹具中定位不准确引起的加工误差。引起定位误差的原因，一是由定位基准和工序基准不重合，叫基准不重合误差；另一种是由于定位基准在夹具中定位不一致，叫定位基准位移误差。本夹具的定位基准与设计基准一致，基准不重合误差为零。基准位移误差为0.03mm。所以其定位误差为 0.03mm。夹具制造与安装误差 该项误差包括：钻套与衬套的配合间隙，由配合尺寸 H7/h6可确定其最大间隙为 0.029mm。钻套孔与外圆的同轴度误差此处取为 0.01mm。刀具引偏量 采用钻套引导刀具时，刀具引偏量3公式： （3.1）HBhHe)2(式中： e- 刀具引偏量； H-钻套高度； h-排削间隙； B-钻孔深度； -刀具与钻套之间的最大间隙；本夹具钻套与钻头的配合取 H7/h6，可确定mm，将02. 0H=23mm，h=10mm，B=24.25mm,代入上式： =（23/2+24.25+8）x0.02/23=0.039mmHBhHe)2(该值略大于零件相应公差的三分之二，夹具可以使用。3.2.5 夹紧力计算、分析夹紧力计算、分析由于夹紧力与轴向力的方向相反，所以夹紧力至少要大于轴向力，轴向力的公式4： F= 4 2C dfK多轴箱niF1FfxFYF式中 Fi各主轴所需的轴向切削力，单位为 N。 C = 418.89 X = 1 Y = 0.8 K = 250FfFF6 . 0 计算得 F = 432.6N 多轴箱缸头钻孔夹具设计5 所以夹紧力为 F/2 = 216.3N多轴箱1）确定对刀或导引方式；在钻床上的主要引导装置为钻套，其借助引导装置提高被加工零件的几何精度、尺寸精度以及孔系的位置精度。由于工件是中小批量生产，且选用可换钻套将引起钻套间的相碰，所以我选择固定式钻套。钻套与钻模板之间配合为H7/r6。2）确定夹具总体结构，协调各装置；如图 3.2。图 3.2 夹具装配图无锡太湖学院学士学位论文64 组合机床总体设计组合机床总体设计4.1 组合机床的组成组合机床的组成组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。组合机床通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。4.1.1 组合机床的特点组合机床的特点1、组合机床对于普通机床的优点在于更适合棱体类零件和杂件的孔面加工。2、生产率高。因为工序集中，可多面、多工位、多轴、多刀同时自动加工。3、加工精度稳定。因为工序固定，可选用成熟的通用零件、精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性。4、研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。因为通用化、系列化、标准化程度高，通用零件占 70%90%，通用件可组织批量生产进行预制或外购。5、自动化程度高，劳动强度低。6、配置灵活。因为结构模块化、组合化。可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床或生产线；机床易于改装；产品或工艺变化时，通用部件一般还可以重复利用5。4.1.2 组合机床的工艺范围组合机床的工艺范围组合机床加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动进行平面加工和孔加工两大类工序。平面加工包括铣平面、锪（刮）平面、车端面等；孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹、锪沉孔、滚压孔等。随着综合自动化的发展，其工艺范围正扩大到车外圆、行星铣削、拉削、推削、磨削、珩磨及抛光、冲压等工序。此外，还可以完成焊接、热处理、自动装配和检测、清洗和零件分类及打印等非切削工艺。4.1.3 组合机床配置型式组合机床配置型式组合机床的通用件部件分大型和小型两大类。所以大型组合机床和小型组合机床在结构和配置型式有较大的差别。大型组合机床的配置型式多种多样，根据配置型式，组合机床可分为单工位和多工位两大类。其中单工位组合机床按被加工面的数量又有单面、双面、三面和四面 4 种，通常只能对各个加工部位同时进行一次加工；多工位组合机床则有回转工作台式、往复工作台式、中长立柱式和回转鼓轮式 4 种6，能对加工部位进行多次加工。小型组合机床的配置型式可分为单工位和多工位两大类等。缸头钻孔夹具设计7本次设计的是单工位、单面、卧式的大型组合机床。4.1.4 组合机床的设计步骤组合机床的设计步骤组合机床一般都是根据和用户签定的设计、制造合同进行设计的。我所做的课题就是这样的。1、 调查研究主要是对加工图样研究和工厂实际情况的调查研究；2、总体方案设计，就是编制“三图一卡” ；3、技术设计就是设计机床各专用部件正式总图，如设计夹具，多轴箱等；工作设计即绘制各个专用部件的施工图样、编制各部件零件明细表。 工艺方案的拟定是组合机床设计的关键一步。因为工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。因此，应根据工件的加工要求和特点，按一定的原则，结合组合机床常用工艺方法，充分考虑各种影响因素，并经技术经济分析后拟定出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。 4.2 组合机床工艺方案的确定组合机床工艺方案的确定4.2.1 组合机床工艺方案的基本原则组合机床工艺方案的基本原则1、粗细加工分开原则粗加工时的切削负荷较大，切削产生的热变形。较大夹紧压力引起的工件变形以及切削振动等，对精加工工序十分不利，影响加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在拟定工件一个连续的多工序工艺过程时，应选择粗精加工工序分开的原则。2、工序集中原则工序集中时近代机械加工主要发展方向之一。组合机床正是基于这一原则发展而来的，即运用多刀（相同或不同刀具）集中在一台机床上完成一个或几个共建的不同表面的复杂工艺过程，从而有效地提高生产率。因此，拟定工艺方案时，在保证工件质量和操作维修方面的前提下，应适当提高工序集中程度，以便减少机床台数、占地面积和节省人力，取得理想的效果。但是，工序过于集中会使机床结构台复杂，增加机床设计和制造难度，机床使用调整不便，甚至影响机床是使用性能。如刀具数过多，停机率增加，反而会影响机床生产率，切削负载过大，当工件刚性不足而产生变形会影响工件质量。因此须全面分析多方因素，合理决定工序集中程度。考虑的一般原则有如下两个方面：一是适当考虑相同类型工序的集中；二是有相对位置精度要求的工序应集中加工。4.2.2 确定组合机床工艺方案应注意的问题确定组合机床工艺方案应注意的问题1、按一般原则拟定工艺方案时的一些限制（1）孔间中心距的限制：根据切削扭矩计算要求，主轴轴颈和轴承外径有一最小许用尺寸；对于螺纹孔加工还要考虑相应攻螺纹靠模的径向尺寸限制；对于镗孔，要考虑浮动卡头和导向尺寸或刚性主轴机构尺寸限制。所以近距离孔能否在同一多轴箱上同一工位进行加工，要受各类主轴允许的最小中心距限制。（2）工件结构工艺性不好的限制：有些工件结构工艺性不好，如箱体多层壁上的同轴线的孔径中间大两头小时，则进刀困难。又如多层壁同轴孔，为便于布置中间导向装置，孔中心离箱体侧壁间距离也应足够7。2、其他应注意的问题无锡太湖学院学士学位论文8（1）精镗孔时用注意孔表面是否允许留有退刀刀痕。（2）对互相结合的量壳体零件，均应分别从截获面加工联接孔。（3）钻阶梯孔时，应先钻大孔后钻小孔。（4）平面一般采用铣削加工。（5）在制定加工一个工件的几台成套机床或流水线的工艺方案时，应尽可能使精加工集中在所有粗加工之后，以减少内应力变形影响，有利于保证加工精度。4.2.3 工艺方案的拟订工艺方案的拟订拟订专用机床工艺方案的一般步骤如下：1、分析、研究加工要求和现场工艺 在制定组合机床工艺方案时，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途及其结构特点，加工部位及其精度、表面粗糙度、技术要求及生产纲领。深入现场调查分析零件的加工工艺方法，定位和夹紧方式，所采用的设备、刀具及切削用量，生产率情况及工作条件等方面的现行工艺资料，以便制定出切合实际的合理工艺方案。 本设计所加工的是缸体，属于箱体类零件，其结构不是很复杂，加工不是很困难。我所加工的是两个侧面上的钻孔都属于普通级别，生产纲领是 2 万件/年，单班制，属于小批量生产。因此可以采用组合机床来进行生产。本次设计专用钻夹具，因为是工业生产，要求操作简单迅速，故采用较简单的手动夹紧方式。2、定位基准和夹压部位的选择 正确选择定位基准和夹紧部位时保证加工精度的重要条件。 本设计采用一面两孔的定位方案来保证此钻孔的加工精度，则选择 2-8 的孔和其所在的下底面平面作为定位基准。它们又是设计基准，用他们做定位基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，保证工艺基准和设计基准的重合。实现箱体零件“一面两孔”的典型定位方式。夹紧位置选择在有足够的夹紧力下箱体产生变形最小的部位。3、影响工艺方案的主要因素 （1）加工的工序内容和加工精度:我所加工的是钻孔，工序上有具体的公差要求。 （2）被加工零件的特点。 工件材料及硬度: 材料 ZL108，硬度为 HB40-60。加工部位的构造形状: 分别为底面上的 2 个 10 孔和侧面 2 个 5 孔。工件的刚性:满足要求。零件的生产批量: 生产纲领是 2 万件/年，单班制。使用厂后方车间的制造能力：可以胜任。4.2.4 工序间余量的确定工序间余量的确定 钻 2 个 10 的孔，应粗加工 9.2 的孔。在钻 2 个 5 的孔应该先粗加工 4.2 的孔。4.2.5 刀具结构的选择刀具结构的选择钻孔：选择高速钢锥柄长麻花钻。高速钢的优点是：强度、韧性和工艺性能好，且价格便宜。4.3 切削用量的确定切削用量的确定 在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和关键工序的切削用量选择十分重要。缸头钻孔夹具设计9切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的结构型式即工作可靠性均有较大的影响。4.3.1 组合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题组合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题 1、组合机床切削用量选择的特点 1)组合机床常采用多刀多刃同时切削，为尽量减少换刀时间的消耗，保证机床的生产率及经济效果，选用的切削用量应比通用机床单刀加工时低 30%左右。2)组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给。因此，同一滑台带动的多轴箱上所有刀具的每分钟进给量相同，即等于滑台的工进速度。 2、组合机床切削用量选择方法及应注意的问题 目前常用查表法，参照生产现场同类工艺，必要时经工艺试验确定切削用量。组合机床加工孔、平面及螺纹的常用切削用量都要查一般的手册。确定切削用量时用注意以下问题。1）应尽量做到合理使用所有刀具，充分发挥其使用性能。2）复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用受命。3）多轴镗孔主轴刀头均需定向快速进退时（刀头处于同一角度位置进入或退出工件孔） ，各镗轴转速应相等或成整数倍。4）选择切削用量时要注意既要保证生产批量要求，又要保证刀具一定的耐用度。5）确定切削用量时，还需考虑所选动力滑台的性能。4.3.2 确定切削速度和切削用量确定切削速度和切削用量1、钻孔： 2-5mm 加工材料：HT250 工序：侧面钻孔。查高速钢钻头切削用量表得：加工直径 5 mm，布氏硬度为 180-220 的孔： 切削速度为 10-18m/min， 取 18m/min；进给量为 0.05-0.1mm/r，取 0.08mm/r。d=孔深/直径=24.25/5=4.8因为深孔钻削切削用量需要递减，根据深孔钻削切削用量递减表得：所以，实际切削速度为：v=0.718=12.6m/min实际进给量为：0.90.08=0.072mm/r 2、钻孔： 2-10mm加工材料：HT250 工序：顶面钻孔。查高速钢钻头切削用量表得：加工直径 10 mm，布氏硬度为 180-220 的孔： 切削速度为 18-25m/min， 取 18m/min；进给量为 0.05-0.1mm/r，取 0.08mm/r。无锡太湖学院学士学位论文10d=孔深/直径=24.25/5=4.8因为深孔钻削切削用量需要递减，根据深孔钻削切削用量递减表得：所以，实际切削速度为：v=0.718=12.6m/min实际进给量为：0.90.08=0.072mm/r 4.3.3 切削力、切削转矩、切削功率切削力、切削转矩、切削功率钻孔计算8：加工孔：5 和 10 取钻 5mm 孔的切削速度 v=12.6m/min，由此算出转速为1000v/(d)=(100012.6)/(3.145.2)=894r/minn按机床实际转速取 n=1000r/min，则实际切削速度为(10003.145.2)/1000=16.33m/minv工进速度 vf =nf=10000.072=72mm/minHB=HBmax-1/3(HBmax-HBmin)=220-1/3(220-180)=206.7F=26Df0.8HB0.6=265.20.0720.8206.70.6=403.7NT=10D1.9f0.8HB0.6=105.21.90.0720.8206.70.6=685.3NmmP=（Tv）/(9550D)=（685.316.33）/（95503.145.2）=0.0717kWd主轴直径（mm） ；切削速度（m/min） ；vT扭矩（） ；mmN f每转进给量（mm/r） ；P切削功率（kW） ；HB布氏硬度；D钻头直径（mm） 。4.3.4 确定主轴类型、尺寸、外伸长度确定主轴类型、尺寸、外伸长度主轴类型主要根据工艺的方法和刀杆与主轴的连接结构进行确定。我在设计中采用的是下列公式来确定主轴的：1) 钻 5 的孔d=B （4.1）104T查得 B=6.2 则d=Bmm84.17103 .6854所以轴的直径选择为 20mm。进行轴的校核：W=0.2d3 =0.2 203 =67510-9 =T/ W =(10 684.70.001)/(675 10-9 )=10.14MPa=40 MPa 满足要求。缸头钻孔夹具设计11D/d1=25/16,L=85mm，接杆莫氏圆锥号 19。4.3.5 动力部件工作循环及行程的确定动力部件工作循环及行程的确定工作进给长度的确定：L工=L1 +L+L2 切入长度 L1取 10mm 切出长度 L2取 9.75mmL 为 24.25 mm 则 L工 =24.25 +10+9.75=48 mm 因此取 L工=70mm 钻头快进距离为 50mm则取快退距离为 120 mm前备刀量为 20 mm，后备刀量为 30 mm前备刀量动力部件尚可向前调节的距离，作用是为了弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前调整。 后备刀量刀具从接杠中或连接杠同刀具一起从主轴孔中得出所需要的轴向距离，作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，以方便装卸刀具。 动力部件总行程的确定：120+20+30 = 170 （mm） 所以动力部件的总行程为 170 mm4.4 组合机床总体设计组合机床总体设计“三图一卡三图一卡”绘制组合机床“三图一卡” ，就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和编制生产率计算卡等。4.4.1 被加工零件工序图被加工零件工序图被加工零件工序图的作用与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（或自动线）上完成的工艺内容，加工部件的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹紧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具体依据，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被加工零件图基础上，突出本机床或生产线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其内容主要包括：(1)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。当需要设置中间导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部肋、壁布置及有关结构形状和尺寸表示清楚，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。(2)本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的支撑、定位、夹紧和导向等机构设计。(3)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。(4)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。无锡太湖学院学士学位论文124.4.2 绘制加工零件工序图绘制加工零件工序图被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表明零件形状、尺寸、硬度，以及在所加工的组合机床设计上完成工艺内容和所采取的的定位基准、夹具点的图纸。它是组合机床的主要依据，也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。1、绘制被加工零件工序图的规定：为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定：应按一定的比例，绘制足够的视图以剖面；本工序加工部位用粗实线表示，保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画“”粗实线，其余部件用细实线表示；定位基准符号用，并用下标数表明消除自由度数量（如） ；夹紧位置符号用。2、绘制被加工零件工序图注意事项：（1）本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。当本工序定位基准与设计基准不符时，必须对加工部位的位置精度进行分析和换算，并把不对称公差换算成对称公差。有时也可将工件某一主要孔的位置尺寸从定位基准面开始标注，其余各孔则以该孔为基准标注。（2）对毛坯应有要求，对孔加工余量要认真分析。（3）当本工序有特殊要求时必须注明。（4）工序图上应该标住被加工零件的名称、编号、材料、硬度及其被加工部位的加上余量。（5）加工时需要中间向导，应表示出工件与中间向导间有关部位结构和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具之间是否干涉。3、缸体加工工序图的绘制我所加工零件是方型缸体，在其底侧面上钻孔。绘制加工示意图主要是把要钻的孔的位置表达出来，用两个视图足以表达清楚。另外，再标上尺寸、定位基准、尺寸标注、夹压部位及夹紧方向、精度、表面粗糙度、形位公差、硬度等内容。如图 4.1。缸头钻孔夹具设计13图 4.1 缸体加工工序图4.4.3 加工示意图加工示意图1、加工示意图的作用和内容加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的，是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液压、电气系统以及选择动力部件、绘制机床总体联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。加工示意图应表达和标注的内容有：机床的加工方法、切削用量、工作循环和工作行程；工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸；主轴结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸（直径和长度） ；接杆（包括镗杆） 、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置等结构尺寸；刀具、导向套间的配合、刀具、接杆、主轴之间的连接方式及配合尺寸等。如图 4.2。2、绘制加工示意图的注意事项加工示意图应绘制成展开图。按比例用细实线画出工件外形。加工部位、加工表面粗糙度画粗实线。必须使工件和加工方位与机床布局相吻合。为简化设计，同一多轴箱上结构尺寸完全相同的主轴只画一根，但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号。一般主轴的分布不受真实距离的限制。当主轴彼此间很近或需设置结构尺寸较大的导向装置时，必须以实际中心距严格按比例画，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是否互相干涉。主轴应从多轴箱端面画起；刀具画终了位置。对于采用浮动卡头的镗孔刀无锡太湖学院学士学位论文14杆，为避免刀杆退出导向时下垂，常选用托架支撑退出的刀杆。这时必须画出托架并标出联系尺寸。采用标准通用结构只画外轮廓，但必须加注规格代号；对一些专用的刀具、导向、刀杆托架、专用接杆或浮动卡头等，须用剖视图表示其结构，并标注尺寸、配合及精度。当轴数较多时，加工示意图必须用细实线画出工件加工部位分布情况简图，并在孔旁标明相应号码，以便于设计和调整机床。多面多工位机床的加工示意图一定要分工位，按每个工位的加工内容顺序进行绘制。并应画出工件在回转工作台或鼓轮上的位置示意图，以便清楚地看出工件及在不同工位与相应多轴箱主轴的相应位置。3、选择刀具有关计算（1）刀具的选择选择刀具应考虑工件材料、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求10。只要条件允许，应尽量选用标准刀具。（2）标注联系尺寸 主要标注从铣刀的铣削头到被加工面尺寸、铣刀尺寸、铣刀夹头尺寸和必要的定位等尺寸。（3）标注切削用量其内容主要有钻头的转速 n，切削速度 v，进给量 f。（4）动力部件工作循环及行程确定铣刀的进刀、工进、退刀、快退的一个循环行程的计算。（5）其他应注意事项加工示意图应于机床实际加工状态一致。表示出工件安装状态及主轴加工方法。图中尺寸应标注完整，尤其是从铣削头至铣刀刀尖的轴向尺寸链应齐全，以便于检查行程和调整机床。图中应表示出机床动力部件的工作循环图及各行程长度。加工示意图应有必要的说明。如加工零件的名称、图号、材料、硬度、加工余量、毛坯要求、是否加冷却液及其他的工艺要求等。4、零件加工示意图的绘制我所绘制的内容主要有要加工的平面和所用的钻头和丝锥。此外，还要标注它们与被加工表面的联系尺寸、它们的切削用量、工作循环和工作行程等内容。而具体的数值计算前面已算好，此处不再重复。如图 4.2。缸头钻孔夹具设计15图 4.2 钻孔加工示意图无锡太湖学院学士学位论文164.4.4 机床联系尺寸图机床联系尺寸图1、机床联系尺寸总图的作用于内容机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据的，并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。它是用来表示机床的配置形式、主要构成及各部件安装位置、互相联系、运动关系和操作方位的总体布局图，用以检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足要求和通用部件选择是否合适11；它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据；它可以看成是机床总体外观简图。由其轮廓尺寸、占地面积、操作方式等可以检验是否适应用户现场使用环境。机床联系尺寸总图表示的内容：（1）表明机床的配置形式和总布局。以适当数量的视图（一般至少两个视图，主视图应选择机床实际加工状态） ，用同一比例画出各主要部件的外轮廓形状和相关位置。表明机床基本形式及操作者的位置等。（2）完整齐全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。（3）标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件，不得遗漏。（4）标明机床验收标准及安装规格12。2、绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容（1）选择动力部件动力部件的选择主要是确定铣削头和动力滑台。（2）确定机床装料高度 H（3）确定夹具轮廓尺寸（4）确定中间底座尺寸3、绘制机床联系尺寸总图的注意事项机床联系尺寸总图应按机床加工终了状态绘制。图中应画出机床各部件在长、宽、高方向的相对位置联系尺寸及动力部件退至起始位置尺寸（动力部件起始位置画虚线） ；画出动力部件的总行程和工作循环图；应注明通用部件的型号、规格和电动机型号、功率及转速；对机床各组成部件标注分组编号。当工件上加工部件对工件中心线部对称时，应注明动力部件中心线同夹具中心线的偏移量。对机床单独安装的液压站和电气控制台等设备也应确定安装位置。绘制机床联系尺寸总图时，各部件应严格按同一比例绘制，并仔细检查长、宽、高、三个坐标方向的尺寸链均要封闭。4、机床分组为了便于设计和组织生产，组合机床各部件和装置按不同的功能划分编组。组号划分规定如下：1）第 1019 组支撑部件。一般由通用的侧底座、立柱及其底座和专用中间底座等组成。缸头钻孔夹具设计172）第 2029 组夹具及输送设备。夹具时组合机床主要的专用部件，常编制为20 组，包括工件定位加紧及固定导向部分。对于一些独立性较强的活动钻模板、攻螺纹模板、自动夹压机构、自动上下料装置等常单独编组13。移动工作台、回转台等输送设备，如果属通用部件，则可纳入夹具组，明细表中列出通用部件型号即可，如果专用则单独成组编号。3）第 3039 组电气设备。电气设计常编为 30 组，包括原理图、连线图和安装图等设计，专用操作台、控制柜等另编组号。4）第 4049 组传动装置。包括机床中所有动力部件如滑台、动力箱等通用部件，编号为 40 组，其余须修改部分内容或专用的传动设备则单独编组。5）第 5059 组液压和气动装置。6）第 6069 组刀具、工具、量具和辅助工具等。7）第 7079 组多轴箱及其附属部件。8）第 8089 组冷却、排屑及润滑装置。9）第 9099 组电气、液压、气动等各种控制挡铁。5、机床联系尺寸图的绘制我所绘制的内容主要有我要设计的机床结构的选择及相互关系等。主要有：（1）动力箱及电动机的选择：实例中根据已定的工艺方案和机床的配置形式并结合使用及修理等因素确定机床为卧式双面单工位组合机床，用机械滑台实现工作进给运动，选择配套的动力箱驱动多轴箱钻孔和攻丝主轴。根据下列公式进行估算：P多轴箱= P切削+ P空转+ P损失=+ + （4.2）i1Pni切削i1Pni空转i1Pni损失P多轴箱多轴箱消耗于各主轴的切削功率的总和，单位为 kW；式中 P切削切削功率，单位为 kW； P空转空转功率，单位为 kW； P损失与负荷成正比的功率损失，单位为 kW。每根主轴的切削功率，由选定的切削用量按公式计算或查图表获得；每根轴的空转功率查组合机床设计简明手册表 4-6 确定；每根轴上的功率，一般可取所传递功率的1%。钻孔多轴箱（右多轴箱）：P多轴箱多轴箱 =4（0.0717+0.116+1%0.153）=0.7508kW因此，在钻孔时的多轴箱我选用的都是 1TD25IB 型动力箱驱动（n驱驱=785r/min；电动机选 Y100L1-4 型，电动机转速 ne =1420r/min 功率为 2.2kW） 。（2）确定机床装料高度 H装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。组合机床标准中，推荐装料高无锡太湖学院学士学位论文18度为 1060mm，但是根据具体情况，一般装料高度为 8501060mm，在我设计的组合机床中选取的高度为 856mm。（3）确定夹具轮廓尺寸主要是确定夹具底座的长、宽、高尺寸。具体尺寸可见夹具图。（4）确定中间底座尺寸中间底座的轮廓尺寸应满足夹具在其上的连接安装需要。它长度根据所选动力及配套（侧底座）的位置关系确定，同时应考虑多轴箱处于终了位置时，多轴箱与夹具体之间应有合适的距离，以便于机床的维修、调整。另外周围不小于 70100mm 的排屑或冷却液回流槽。长度方向可以按下式进行计算。L = L + L + L （l + l + l ） （4.3）123123上式中 L 为终了加工位置时，多轴箱与工件的距离 190mm1 L 为多轴箱的厚度 325mm2 L 为工件长度 24.25mm3 l 为滑台与多轴箱的重合长度 176mm1 l 为加工终了位置时，滑台前端与滑座端面间的距离和前备量之和2 l 为滑座前端面与侧底座端面距离 100mm3计算得 L = 549mm，所以取长度为 630mm，高度取标准 560mm。所以中间底座长度方向为 630mm,宽度方向为 560mm。（5）确定多轴箱轮廓尺寸 标准通用钻、攻多轴箱的厚度是一定的。卧式为 325 mm，立式为 340 mm。确定多轴箱，主要是确定多轴箱的宽度 B 和高度 H 及最低主轴高度 h1 。计算式子如下：B=b +2b21H=h+h +b11b 工件在宽度方向相距最远两孔距离， 单位为 mm；2b1最边缘主轴中心至箱体外壁距离，b70100 单位为 mm；1h工件在高度方向相距最远的两空距离，单位为 mm；h1最低主轴高度，h85140 单位为 mm；1多轴箱轮廓尺寸所示如图 4.3。 h = （h +H） （h +h +h +h ） （4.4）126345上式中 H 为装料高度 h 为最低加工孔中心至工件定位几面的距离2 h 为滑台高度3 h 为滑座与侧座之间的调整高度4 h 为侧底座的高度5 h 为多轴箱与滑台之间的距离6缸头钻孔夹具设计19计算得 B = 344mm H = 278 考虑多轴箱中传动齿轮所以取 B = 400mm H = 400mm图 4.3 多轴箱轮廓图由此按通用箱体系列尺寸标准，选定多轴箱轮廓尺寸，实际选取尺寸为BH=400mm400mm。另外，要标注各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置、主要通用部件的规格代号、电动机的型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称等内容。6、机床生产效率计算卡根据基多工示意图所确定的工作循环及切削用量等，就可以计算机床生产率并编制生产率计算卡。生产率计算卡14是反映机床生产节拍或切削用量、动作时间、生产纲领及负荷等关系的技术文件。它是用户验收机床生产效率的重要依据。1) 理想生产率 Q理想生产率 Q（单位为件/h）是指完成年生产纲领 A（包括备品及废品率）所要求的机床生产率15。它与全年工时总数tk有关，一般情况下，单班制tk取 2350h，两班制tk取 4600h，则无锡太湖学院学士学位论文20 （4.5）kAQt因我所加工的箱体零件的生产纲领为 2 万台，单班制。因此，经计算得Q=20000/2350=8.5 件/h2) 实际生产率 Q1实际生产率 Q1（单位为件/h）是指所设计机床每小时实际可生产的零件数量。即 （4.6）160QT单式中 T单生产一个零件所需时间（min） ，可按下式计算： （4.7）12(tttffLLLTvv工进快退进刀退刀单切辅装、卸fL）v式中 L工进、L快退、L进刀、L退刀分别为动力部件的工进、快退、进刀、退刀行程长度，单位为 mm。 vf、vf1、vf2分别为动力部件的工进、快退、进刀（退刀）的进给量，单位为mm/min.t装卸工件装卸时间，通常取 0.51.5min。又因为我所加工的孔是先钻后攻螺纹，而且这两道工序不可同时进行，且不能在同一台组合机床上进行，因此分 2 道工序进行。钻孔 5.2 T钻=68/72+10/1000+168/5000+1.5=2.488min Q1=60/2.488=24.11 件/时3) 机床负载率 负当 Q1 Q 时，机床负载率为二者之比。即 (4.8)负1QQ经计算得 孔 5.2：负负= 8.5/24.11=35.2%虽然组合机床负载率一般为 0.750.90 之间，但由于生产纲领不大，综合实际考虑，此数值能够满足加工要求。缸头钻孔夹具设计21表 4-1 钻孔 5 生产率计算卡图 号毛胚种类铸件名 称缸体毛胚重量被加工零件材 料HT250硬度180-220HB工序名称钻孔 5.2工序号工时(min)序号工步名称加工零件数量工作行程(mm)切削速度(m/min)每分钟转速(r/min)进给量(mm/r)进给速度(mm/min)加工时间辅助时间共计1装卸工件11.51.52动力部件3滑台快进500.010.014滑台工进6810000.072720.9430.9435滑台停留0.010.016滑台快退1180.0350.035总 计2.488min单件工时2.488min机床生产率24.11 件/h备注装卸工件时间取决于操作者熟练程度，本机床计算时取 1.5min机床负荷率35.2%无锡太湖学院学士学位论文225 组合机床多轴箱的设计组合机床多轴箱的设计多轴箱是组合机床的很重要专用部分。它是根据加工示意图所确定的工件加工孔的数量和位置、切