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畢 業(yè) 設 計（論 文）
設計（論文）題目： 曲軸箱箱體左側(cè)面3×M6螺紋底孔組合鉆床及夾具設計
學 院 名 稱： 機械工程學院
專 業(yè)：
班 級：
姓 名： 學 號
指 導 教 師： 職 稱
定稿日期： 年 月 日
31
摘 要
本文對曲軸箱箱體孔的加工工藝進行了詳細的分析，就其孔的加工提出了“一次裝夾，多工位加工，達到產(chǎn)品圖樣的精度要求”的思路。根據(jù)這一思路設計了鉆孔組合機床設計。該組合機床由立柱、立柱底座、中間底座、液壓滑臺、動力箱、多軸箱等組成。本文對各部分的設計進行了詳細的計算和論證。
在工藝制定過程中，通過批量的進行鉆底孔的加工方案，并尋求最佳的工藝方案，借此說明了工藝在生產(chǎn)過程中的重要性。本人的設計的主要內(nèi)容是：進行了機床總體布局設計；對機床的進給和傳動部分進行了設計；結(jié)合實例，介紹了夾具設計方法；通過此設計，本機床完全能滿足設計要求，與傳統(tǒng)的機床相比，本機床具有自動化程度高，生產(chǎn)率高，精度高等優(yōu)點。?
關鍵詞：組合機床；鉆底孔；夾具設計；手動
Abstract
This paper makes a detailed analysis on the machining process of the reducer hole, the hole processing put forward "one time clamping, multi station processing, reachthe precision requirement of product pattern" idea. According to this idea, the design of drill hole modular machine tool design. The combined machine tool by the column, column base, base, hydraulic pressure sliding table, the power box, multi axle box etc.. In this paper, the detailed calculation and verification of the design of each part.
In the process of the development process, through the batch drilling bottom hole processing scheme, and to seek the best technology solutions, which illustrates the importance of the process in the production process. The main contents of the design are: the general layout design of machine tool; feed and transmission part of the machine is designed; combined with the example, introduces the design method of fixture; with this design, this machine can meet the design requirements, compared with traditional machine, this machine has a high degree of automation, high productivity, advantages high precision.
Key Words: modular machine tool; drilling bottom hole; fixture design; manual
目 錄
1 緒論 1
1.1組合機床的概論 1
1.2 組合機床的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 1
1.3 機床設計意義、內(nèi)容、要求 2
1.3.1設計的意義 2
1.3.2 設計內(nèi)容與要求 3
2 組合機床的總體設計 4
2.1 組合機床方案的制定 4
2.1.1 制定工藝方案 4
2.1.2 確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案 4
2.2 確定切削用量及選擇刀具 6
2.2.1 確定工序間余量 6
2.2.2 選擇切削用量 6
2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率 7
2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 7
2.3 鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制 8
2.3.1 被加工零件工序圖 8
2.3.2 加工示意圖 5
2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 14
2.3.4 生產(chǎn)率計算卡 17
2.4 多軸箱的設計 15
2.4.1 繪制多軸箱設計原始依據(jù)圖 15
2.4.2 齒輪模數(shù)選擇 20
2.4.3 多軸箱的傳動設計 20
2.4.4 繪制傳動系統(tǒng)圖 22
2.4.5 傳動零件的校核 23
3 鉆孔夾具設計 24
3.1 研究原始質(zhì)料 24
3.2 定位、夾緊方案的選擇 24
3.3切削力及夾緊力的計算 24
3.4 誤差分析與計算 26
3.5定位銷選用 27
3.6 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用 28
3.7夾具設計及操作的簡要說明 25
結(jié)論 31
參考文獻 32
致 謝 33
1 緒論
1.1 組合機床的特點
組合機床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率專用機床。它能夠?qū)σ环N（或幾種）零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、銑削磨削等工序，生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定。 組合機床與通用機床、其他專用機床比較具有以下特點：
（1） 組合機床上的通用部件和標準零件約占全部機床零、部件總量的70～80%，因此設計和制造的周期短，投資少，經(jīng)濟效果好。
（2） 由于組合機床采用多刀加工，并且自動化程度高，因此比通用機床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強度低。
（3） 組合機床的通用部件是經(jīng)過周密設計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又有廠成批制造，因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工作可靠，使用和維修方便。
（4） 在組合機床上加工零件時，由于采用專用夾具、刀具和導向裝置等，加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人水平要求不高。
（5）當被加工產(chǎn)品更新時，采用其他類型的專用機床時，其大部分件要報廢。用組合機床時，其通用部件和標準零件可以重復利用，不必另行設計和制造。
（6）組合機床易于聯(lián)成組合機床自動線，以適應大規(guī)模的生產(chǎn)需要。 組合機床常用的通用部件有：機身、底座、立柱、動力箱、動力滑臺，各種工藝切削頭等。對于一些按循序加工的多工位組合機床，還具有移動工作臺或回轉(zhuǎn)工作臺。 動力箱、各種工藝切削頭和動力滑臺是組合機床完成切削主運動或進給運動的動力部件。其中還有能同時完成切削主運動和進給運動的動力頭。 機身、立柱、中間底座等是組合機床的支承部件，起著機床的基礎骨架作用。組合機床的剛度和部件之間的精度保持性，主要是由這些部件保證。
1.2 組合機床的分類和組成
組合機床的通用部件分大型和小型兩大類。大型通用部件是指電機功率為1.5-30千瓦的動力部件及其配套部件。這類動力部件多為箱體移動的結(jié)構(gòu)形式。小型通用部件是指電機功率為0.1-2.2千瓦的動力部件及其配套部件。這類動力部件多為套筒移動的結(jié)構(gòu)形式。用大型通用部件組成的機床稱為大型組合機床。用小型通用部件組成的機床稱為小型組合機床。按設計的要求本次設計的機床為大型通用機床。 組合機床除分為大型和小型外，按配置形式又分為單工位和多工位機床兩大類。工位指一次裝卡工件后，工件（或裝配單元）與卡具或設備的可動部分一起相對刀具或設備的固定部分所占據(jù)的每一個位置。單工位機床又有單面、雙面、三面和四面幾種，多工位機床則有移動工作臺式、回轉(zhuǎn)工作臺式、中央立柱式和回轉(zhuǎn)鼓輪式等配置型式。本次設計的機床為單工位雙面銑床。
1.3?組合機床的方案選擇
(1)制定工藝方案。要深入現(xiàn)場了解被加工零件的加工特點、精度和技術(shù)要求、定位夾壓情況以及生產(chǎn)率的要求等。確定在組合機床上完成的工藝內(nèi)容及其加工方法。這里要確定加工工步數(shù)，決定刀具的種類和型式。
(2）機床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定。根據(jù)工藝方案確定機床的型式和總體布局。在選擇機床配置型式時，既要考慮實現(xiàn)工藝方案，保證加工精度，技術(shù)要求及生產(chǎn)效率；又要考慮機床操作、維護、修理是否良好；還要注意被加工零件的生產(chǎn)批量，以便使設計的組合機床符合多快好省的要求。
(3)組合機床總體方案。這里要確定機床各部件間的相互關系，選擇通用部件的刀具的導向，計算切削用量及機床生產(chǎn)率。給制機床的總聯(lián)系尺寸圖及加工示意圖等。
（4）組合機床的部份方案和施工方案。制定組合機床流水線的方案時，與一般單個的組合機床方案有所不同。 流水線上由于工序的組合不同，機床的型式和數(shù)量都會有較大的變化。因此，這時應按流水線進行全面考慮，而不應將某一臺或幾臺機床分裂開來設計。即使暫時不能全面地進行流水線設計，制定方案時也應綜合研究，才能將工序組合得更為合理，更可靠地滿足工件的加工要求，也為進一步發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。
1.4 組合機床夾具概述
“工欲其善，必先利其器”這是我國勞動人民在生產(chǎn)斗爭中對工具重要性所作的結(jié)論。在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，工具（工藝裝備）的作用也是如此。在機械制造工業(yè)中，為了達到保證產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動條件、提高勞動生產(chǎn)率及降低勞動成本的目的，在工藝過程中，除機床等設備外還大量使用著各種工藝裝備。它包括夾具、模具、刀具、輔助工具及其測量工具等。因此，廣義地說，夾具是一種保證產(chǎn)品質(zhì)量并便利和加速工藝過程的一種工藝裝備。不同的夾具，其結(jié)構(gòu)形式、工作情況、設計原則都不同，但就其數(shù)量和生產(chǎn)中所占的地位來說，應該以機床夾具為首。
機床夾具設計是工藝準備工作的重要內(nèi)容之一。夾具設計的質(zhì)量對生產(chǎn)率、加工成本以及生產(chǎn)安全等都有直接的影響，為此設計夾具時應考慮以下幾個方面的基本原則和要求。
1) 能保證工件的加工要求。保證加工質(zhì)量是設計時首要考慮的要求，即必須穩(wěn)定地達到工序圖上所規(guī)定的加工精度和表面粗糙度。這主要有所設計的定位裝置（有時要結(jié)合夾緊一起考慮）來保證。
2) 能提高加工效率。所設計的夾具結(jié)構(gòu)在與生產(chǎn)批量相適應的條件下，應盡量采用夾緊可靠、快速高效的夾緊機構(gòu)與傳動方式以縮短輔助時間提高勞動生產(chǎn)率。
3) 有利于降低成本。在保證加工質(zhì)量和效率的前提下，夾具結(jié)構(gòu)應力求簡單。盡量采用標準元件和組合元件，專用零件的結(jié)構(gòu)工藝性要好，制造容易，可縮短夾具制造周期、降低工件的生產(chǎn)成本。
4) 夾具操作要安全方便。夾具結(jié)構(gòu)中必要時要考慮安全防護裝置(含防屑、防塵、防油及噪音污染等)；良好的排屑措施、滑潤方式以及操作維護方便等要求。
5) 考慮夾具的適應性。在滿足所要求的加工質(zhì)量條件下，有時應考慮產(chǎn)品近期的發(fā)展，品種增多的要求，適當擴大夾具的適應能力，使夾具具有一定的通用性、也是夾具設計經(jīng)常需要主意的問題之一
夾具是組合機床的重要組成部件，是根據(jù)機床的工藝和結(jié)構(gòu)方案的具體要求而專門設計的。它是用于現(xiàn)實被加工零件的準確定位，夾壓，刀具的導向，以及裝卸工件時的限位等作用的。
組合機床夾具和一般的夾具所起的作用看起來好像很接近，但其結(jié)構(gòu)和設計要求卻有著顯著的區(qū)別。組合機床夾具的結(jié)構(gòu)和性能，對組合機床的配置方案的選擇，有很大的影響。下面介紹一下組合機床夾具的一些主要特點。
（a） 一般的機床夾具是作為機床的輔助機構(gòu)設計的，而組合機床機床夾具是機床的主要組成部分，其設計工作是整個組合機床設計的重要部分之一。
（b） 組合機床夾具和機床其它部分有極其密切的聯(lián)系：如回轉(zhuǎn)或移動工作臺，回轉(zhuǎn)鼓輪，主軸箱，刀具和輔具，鉆模板和托架，以及支撐部件等等。正確地解決它們之間的關系，是保證組合機床的工作可靠和使用性能良好的重要條件之一。而且夾具的結(jié)構(gòu)也要按這些部件的具體要求來確定。如在液壓驅(qū)動的立式回轉(zhuǎn)工作臺機床上的夾具，其夾壓系統(tǒng)就可以采用液壓作為動力；而在臥式鼓輪機床上的夾具，則多采用電氣——機械的加緊方式。
（c） 由于組合機床常是多刀，多面和多工序同時加工，會產(chǎn)生很大的切削力和振動。因此組合機床夾具必須具有很好的剛性和足夠的加壓力，以保證在整個加工過程中工作不產(chǎn)生任何位移。同時，也不應使工件產(chǎn)生不容許的變形。
（d） 組合機床夾具是保證加工精度（尺寸精度、幾何精度和位置精度等）的關鍵部件，其設計、制造和調(diào)整都必須有嚴格的要求，使其能持久地保持精度。
（e） 組合機床夾具應便于實現(xiàn)定位和夾壓的自動化，并有動作完成得檢驗信號；保證切削從加工空間自動排除；便于觀察和檢查，以及在不從機床上拆下夾具的情況下，能夠跟換易損件和維護調(diào)整。
此外，組合機床夾具和一般的組合夾具不同，組合夾具是在萬能機床上為了完成某一道工序的加工，用一些標準的和通用的元件組裝成的定位夾壓裝置。用完后，可用這些元件重新組裝成新的夾壓裝置。而組合機床夾具則是以部分的通用元件加上專用件組成的專用夾具，它不便于改裝。?
按結(jié)構(gòu)特點，組合機床夾具分為單工位和多工位夾具兩大類。單工位夾具是指工件在一個工位上完成加工工序的機床夾具。按被加工零件的結(jié)構(gòu)和加工要求，單工位夾具有固定的，帶滾動和浮動滾道的，帶水盆和小車（或拖板）等形式。多工位組合機床夾具是指工件在幾個工位上順序或平行—順序加工的機床夾具。按移位方式它又分為：固定是多位夾具、回轉(zhuǎn)夾具、移動工作臺夾具、回轉(zhuǎn)工作臺夾具和回轉(zhuǎn)鼓輪夾具等。
1.5本課題的意義
組合機床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率專用機床。它能夠?qū)σ环N(或幾種)零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序,生產(chǎn)效率高,加工精度穩(wěn)定。因此,在現(xiàn)代化大生產(chǎn)中,要使零件加工具有高的生產(chǎn)效率,良好的加工精度、精度穩(wěn)定性,好的經(jīng)濟性,采用組合機床加工是一個和好的選擇。而如何設計一臺好的組合機床就成為了關鍵,機床夾具是在金屬切削加工中,用以準確地確定工件位置,并將其牢固地夾緊,以接受加工的工藝裝備。它的主要作用是:可靠地保證工件的加工質(zhì)量,提高加工效率,減輕勞動強度,充分發(fā)揮和擴大機床的工藝性能。因此,機床夾具在機械制造中占有重要的地位,這正是本課題需要解決的問題。
1.6 國內(nèi)發(fā)展概況
目前,組合機床在機械制造工業(yè)中應用越來越普遍,并已顯示出其巨大的優(yōu)越性。主要表現(xiàn)在以下幾個方面:高速度、高精度、柔性化、模塊化、高生產(chǎn)率等方向發(fā)展。因此組合機床裝備的發(fā)展思路必須是以提高組合機床加工精度、組合機床柔性、組合機床工作可靠性和組合機床技術(shù)的成套性為主攻方向。一方面,加強數(shù)控技術(shù)的應用,提高組合機床產(chǎn)品數(shù)控化率;另一方面,進一步發(fā)展新型部件,尤其是多坐標部件,使其模塊化、柔性化,適應可調(diào)可變、多品種加工的市場需求。同時,高性能的組合機床的應用也越來越多,諸如被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制,它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件,完成鉆孔、擴孔、鉸孔,加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺,在孔內(nèi)鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。隨著技術(shù)的不斷進步,一種新型的組合機床柔性組合機床越來越受到人們的青睞,它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換,配以可編程序控制器(PLC)、數(shù)字控制(NC)等,能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng),并能靈活適應多品種加工的可調(diào)可變的組合機床。另外,近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機(清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線)等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。 夾具方面,隨著科學技術(shù)的進步和市場需求的變化,現(xiàn)代機械制造業(yè)得到了較快的發(fā)展。多品種、小批量生產(chǎn)方式將成為今后的主要生產(chǎn)形式,制造系統(tǒng)正向著柔性化、集成化、智能化方向發(fā)展,機床愈來愈多地采用先進的技術(shù),加工效率不斷地提高。機械產(chǎn)品的加工精度日益提高,高精度的機床大量出現(xiàn) 。為了適應生產(chǎn)發(fā)展的需要 ,機床夾具正在向柔性化、高效化、自動化、精密化、標準化方向發(fā)展。
2 組合機床的總體設計
2.1 組合機床方案的制定
2.1.1 制定工藝方案
零件加工工藝將決定組合機床的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、總體布局和夾具結(jié)構(gòu)等。在制定工藝方案時，必須計算分析被加工零件圖，并了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛度，加工部位的結(jié)構(gòu)特點加工精度，表面粗糙度，以及定位，夾緊方法，工藝過程，所采用的刀具及切削用量，生產(chǎn)率要求，現(xiàn)場所采用的環(huán)境和條件等。并收集國內(nèi)外有關技術(shù)資料，制定出合理的工藝方案。
根據(jù)被加工零件（曲軸箱箱體體）的零件圖（圖2.1），加工孔：
(1) 加工孔的主要技術(shù)要求。
3×M6螺紋底孔,3個孔直徑均為Φ5mm。
孔的位置度公差為0.05mm。
工件材料為HT200，HB170-241HBS
(2) 工藝分析
加工該孔時，孔的位置度公差為0.3mm。
根據(jù)組合機床和精密加工方案的過程，可以用如下：
一次性加工孔，直徑為Φ5mm
(3) 定位基準及夾緊點的選擇
部分被加工孔的表面上，上面的三自由度和三個自由度的右端極限的限制，位于中間的孔通過螺釘夾有很好的作用。
為保證加工精度，提高生產(chǎn)效率和降低勞動量，工件是批量生產(chǎn)，所以在設計，手動夾緊。
2.1.2 確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案
通常，在確定工藝方案的同時，也就大體上確定了組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案,但是還要考慮下列因素的影響。
(1)加工精度的影響 工件的加工精度要求，往往影響組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案，加工精度要求高時，應采用固定夾具的單工位組合機床，加工精度要求低時，可采用移動夾具的多工位組合機床；工件各孔間的位置精度要求高時，應采用在同一工位上對各孔同時精加工的方法；工件各孔同軸度要求高時，應單獨采用精加工等。
(2) 工件結(jié)構(gòu)的影響 這主要指零件的材料、硬度加工部位的結(jié)構(gòu)形狀，工件剛度定位基準面的特點，它們對機床工藝方案制度有著重要的影響。此箱體的材料是HT21-40、硬度HB170-241、孔在整個壓盤上呈50度均度分配，孔的直徑為Φ6.5mm。采用多孔同步加工，零件的剛度足夠，工件受力不大，發(fā)熱變形對工件影響可以不計,此零件的加工特點是中心線與定位基準平面是垂直的，并且定位基準面是水平的,孔的分布范圍是直線形狀，工件比較長，一次鉆完，多軸箱體積較大，采用兩工位以減小多軸箱的體積，因而適合選擇立式多工位鉆床。
(3) 生產(chǎn)率的影響 生產(chǎn)率是決定采用單工位組合機床、多工位組合機床還是組合機床自動線的重要因素，按設計要求生產(chǎn)綱領為年生產(chǎn)量為6萬件，從工件外形及輪廓尺寸，為了減少加工時間，采用多軸頭，為了減少機床臺數(shù)，此工序盡量在一臺機床上完成。
(4) 現(xiàn)場條件的影響
1.車間布置情況 車間內(nèi)零件輸送滾道的高度將影響機床的裝料高度，當工件輸送滾道穿過機床時，機床應設計為通過式，且配置不能超過三面，同時裝卸工件只能推進拉出，機床通常不能安裝中間導向，如果車間面積有限，則要限制機床輪廓尺寸，此外，機床在車間的安裝位置等對機床配置方案也有一定的影響。
2.工藝間的聯(lián)系 工件到組合機床加工前，毛坯或半成品必須達到一定的要求，否則會造成工件在機床上夾緊定位不可靠，甚至造成刀具損壞，如果在組合機床上加工以后，還要轉(zhuǎn)到其他機床上加工，而工件沒有預先加工出保證精度的有關定位基面，那么組合機床應該考慮為下一道工序加工出定位面。
3.使用廠的技術(shù)能力和自然條件 如果使用廠沒有相當能力的工具車間,制造，刃磨復雜的整體復合刀具有困難，則制定方案時應避免采用此類刀具，必要時可增加機床工位，以便采用一般刀具分散加工。
綜合以上所述,通過對曲軸箱箱體零件的結(jié)構(gòu)特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術(shù)要求、定位、夾緊方式、工藝方法，并定出影響機床的總體布局和技術(shù)性能等方面的考慮，最終決定設計水平鉆床。
被加工零件圖如圖2.1所示
圖2.1 曲軸箱箱體
2.2 確定切削用量及選擇刀具
2.2.1 確定工序間余量
為使加工過程順利進行并穩(wěn)定的保證加工精度，必須合理地確定工序余量。生產(chǎn)中常用查表給出的組合機床對孔加工的工序余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。Φ5mm的孔在鉆孔時，直徑上工序間余量均為0.2mm。
2.2.2 選擇切削用量
技術(shù)含量決定完成機器的組合，你可以選擇切削參數(shù)。因為在大多數(shù)情況下，多軸聯(lián)動加工機床的設計組合，切削參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗，30%低于普通機床的加工單。多軸主軸箱的所有工具都有一個進料系統(tǒng)，通常作為一個標準的電力幻燈片，工作，每分鐘進給量的所有工具的相同，等于每分鐘的動力滑臺的進給（毫米/分鐘）適用于一般的工具。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設計成同轉(zhuǎn)速和同的每轉(zhuǎn) 進給量（mm/r）與其適應。以滿足直徑的加需要，即： …………………………………2.1
式中： … ——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
——各主軸進給量（mm/r）
——動力滑臺每分鐘進給量（mm/min）
由于曲軸箱箱體體鉆孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求等，按照經(jīng)濟地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：孔鉆頭直徑D=5mm，進給量f=0.15mm/r、切削速度v=15m/min
2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率
根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度v及進給量f）確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動件（齒輪，傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電動（一般指動力箱）功率，通過查表計算如下：
布氏硬度：HB =HBmin－(HBmax－HBmin) =170－(241－170) =146.33
切削力：=26 =26×5×× =535.16 N
切削扭矩：=10 =10××× =2452.26N·mm
切削功率：= =2452.26×15/(5740×3.14×5) =0.123 kw
式中： HB——布氏硬度 F——切削力（N）
D——鉆頭直徑（mm） f——每轉(zhuǎn)進給量（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 選擇刀具結(jié)構(gòu)
選擇刀具，應考慮工藝要求與加工尺寸精度、工件材質(zhì)、表面粗糙度及生產(chǎn)率的要求。為了提高工序集中程度或滿足精度要求，可以采用復合刀具?？准庸さ毒叩拈L度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾端與導向套之間有3050mm距離，以便于排出切削和刀具磨損后又一定的向前調(diào)整量。
在曲軸箱箱體體的布氏硬度HB200，孔徑d高速鋼鉆頭為Φ5mm的刀具材料（W15Cr4V），為了使工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，加工簡單，Φ5mm的麻花鉆的選擇標準?？准庸さ毒唛L度應確保在工具和導套的末端之間的螺旋槽加工結(jié)束30 ~ 50mm范圍，以排出切屑與刀具磨損已調(diào)整了一定量。
2.3 鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制
總體設計方案的圖紙表達形式——“三圖一卡”設計，其內(nèi)容包括：
繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖、編制生產(chǎn)率卡。
2.3.1 被加工零件工序圖
1，通過處理流程圖的作用及內(nèi)容
零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案加工，稱為組合機床的工藝內(nèi)容完整，尺寸，加工零件的精度，表面粗糙度和技術(shù)要求，定位基準，加工零件和材料零件的夾具加工圖紙，硬度。它是基于原來的繪圖，突出本機床的加工內(nèi)容，再加上畫出必要的說明，主要是基于組合機床的設計，制造，使用，也是重要的技術(shù)文件，檢查和機床的調(diào)整。曲軸箱箱體體孔組合機床是加工零件的過程如圖2.2所示。
地圖的主要內(nèi)容：
（1）被加工零件的形狀，主要尺寸和機加工零件的尺寸，精度，表面粗糙度，形狀和位置精度等技術(shù)要求，以及工作程序和技術(shù)要求。
（2）定位基準選擇定位夾緊，夾緊方向的過程。
（3）加工零件的名稱，數(shù)量，材料，硬度和加工件與津貼。
2，繪制加工零件的工序圖的注意
（1）為了使被加工零件工序圖是明確的，必須通過處理這臺機器的內(nèi)容。繪制時，要按一定比例，選擇足夠的視圖和剖面看，優(yōu)秀的處理站點（用粗實線），和零件和機床的輪廓，重行標記的夾具設計。如在參考2.2位置，機械夾緊位置和方向，輔助支持由符號部規(guī)定（細實線）表清楚，所有的程序來確保尺寸，角度等，應使用尺寸的數(shù)值表示。
圖2.2曲軸箱箱體體工序圖
（2）加工部位的位置尺寸應由定位基準注起，為了便于加工和檢驗，有時為選定的定位基準與設計基準不重合，應處理轉(zhuǎn)換位置精度要求。
2.3.2 加工示意圖
1、加工示意圖的作用和內(nèi)容
加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖樣上的反映，表示被加工零件在機床上的加工過程，刀具的布置以及工件、夾具、刀具的相對位置關系，機床的工作行程及工作循環(huán)等，是刀具、夾具、多軸箱、電氣和液壓系統(tǒng)設計選擇動力部件的主要依據(jù)，是整臺組合機床布局形式的原始要求，也是調(diào)整機床和刀具所必需的重要文件。
在圖上應標注的內(nèi)容：
（1）機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。
（2）工件、夾具、刀具及多軸箱端面之間的距離等。
（3）主軸的結(jié)構(gòu)類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸、接桿、導向裝置的結(jié)構(gòu)尺寸；刀具與導向置的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式，刀具應按加工終了位置繪制。
2、繪制加工示意圖之前的有關計算
（1）刀具的選擇 刀具選擇考慮加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素。刀具的選擇前已述及，此處就不在追述了。
（2）導向套的選擇 組合機床加工孔時，除采用剛性主軸加工方案外，零件上孔的位置精度主要靠刀具的導向裝置來保證。因此，正確選擇導向裝置的類型，合理確定其尺寸、精度，是設計組合機床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時必須解決的問題。
1）選擇導向類型 導向裝置有兩大類，即固定式導向和旋轉(zhuǎn)式導向。根據(jù)刀具導向部分直徑d=10mm和刀具導向的線速度v=15m/min，選擇固定式導向。
2）選擇導向套參數(shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導向裝置，如圖2－4所示：
圖2－4 固定導向裝置
固定導向裝置的標準尺寸如下表：
表2－1 固定導向裝置的標準尺
d
D
D1
D2
L
l1
m
R
d1
d2
l0
6.5
12
22
30
28
38
13
18
M8
16
16
固定裝置的配合如下表：
表2－2 固定裝置的配合
導向
類別
工藝
方法
D
D
D1
刀具導向
部分外徑
固定
導向
鉆孔
G7（或F8）
g6
導向裝置的布置如表2－3所示：
表2－3 導向裝置的參數(shù)(mm)
尺寸
項目
l1
l2
l3
與直徑d的關系
(2～3)d
加工鑄鐵
d
d/3+(3～8)
計算值
3×d=30
25．4
25.4/3+8=16.5
（3）主軸類型、尺寸、外伸長度 因為軸的材料為40Cr，剪切彈性模量G=81.0GPa,剛性主軸取ψ＝1／4（0）／m,所以B取2.316，
根據(jù)剛性條件計算主軸的直徑為：
dB=2.316×=17.52mm
式中：d——軸直徑（mm）
T——軸所承受的轉(zhuǎn)矩（N·mm）
B——系數(shù)
圖2.3加工示意圖
在圖上應標注的內(nèi)容：
（1）機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。
（2）工件、夾具、刀具及多軸箱端面之間的距離等。
（3）主軸的結(jié)構(gòu)類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸、接桿、導向裝置的結(jié)構(gòu)尺寸；刀具與導向置的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式，刀具應按加工終了位置繪制。
2、繪制加工示意圖之前的有關計算
（1）刀具的選擇
刀具選擇考慮加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素。刀具的選擇前已述及，此處就不在追述了。
（2）導向套的選擇
在組合機床主軸孔加工，除了使用剛性方案，工件的尺寸，位置精度主要取決于夾具指南。所以正確的選擇式導向裝置，合理確定規(guī)模，精度，是組合機床設計的重要內(nèi)容，也是解決必須處理內(nèi)容繪制示意圖。
1）選擇導向類型 根據(jù)刀具導向部分直徑和刀具導向的線速度v=15m/min，選擇固定式導向。
2）導向套的參數(shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導向裝置
固定導向裝置的標準尺寸如下表：
表2.1 固定導向裝置的標準尺
d
d1
D
D1
D2
l
l1
l2
l3
l4
L5
5
5
22
30
34
150
40
5
12
17
46
固定裝置的配合如下表：
表2.2 固定裝置的配合
導向
類別
工藝
方法
D
D
D1
刀具導向
部分外徑
固定
導向
鉆孔
G7（或F5）
H7/g6
H7/n6
g6
固定導向裝置的布置如圖2.4所示
圖2.4 固定導向裝置的布置
（3）初定主軸類型、尺寸、外伸長度
因為軸的材料為40Cr，剪切彈性模量G=51.0GPa,剛性主軸取ψ＝1／4（0）／m,所以B取2.316，
根據(jù)剛性條件計算主軸的直徑為：
dB……………………………………2.55
式中： d——軸直徑（mm）（24.65）
T——軸所承受的轉(zhuǎn)矩（N·mm）
B——系數(shù)
本設計中主軸直徑d=25mm,主軸外伸長度為：L=115mm，D/為40/25。
（4）選擇刀具接桿
由以上可知，多軸箱各主軸的外伸長度為一定值，而刀具的長度也是一定值，因此，為保證多軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，就需要在主軸與刀具之間設置可調(diào)環(huán)節(jié)，這個可調(diào)節(jié)在組合機床上是通過可調(diào)整的刀具接桿來解決的,連接桿如圖2.5所示，
圖2.5 可調(diào)連接桿
連接桿上的尺寸d與主軸外伸長度的內(nèi)孔D配合，因此，根據(jù)接桿直徑d選擇刀具接桿參數(shù)如表2.3所示：
表2.3 可調(diào)接桿的尺寸
d
D1(h6)
d2
d3
L
l1
l2
l3
螺母
厚度
25
Tr25×2
莫氏1號
12.061
36
55
51
42
50
12
（5）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸
從加工結(jié)束主軸箱的端到端的所有鏈接的大小來確定的表面之間的最小距離，加工示意圖連接尺寸如圖2.3所示。面對的工件端面最重要的連接尺寸（多軸箱的大小321mm），它等于刀具懸伸長度，螺母的厚度，主軸伸出長度和連桿長度（可調(diào)）和減去加工，孔的深度和切出值。
（6）工作進給長度的確定
如圖2.6工作進給長度應等于工件加工部位長度L與刀具切入長度和切出長度之和。切入長應應根據(jù)工件端面誤差情況在5～10mm之間選擇，誤差大時取大值，因此取=5mm，切出長度=1/3d+(3～5)= x5+712mm，所以=5+12+12=32mm.
（7）快進長度的確定
考慮實際加工情況，在未加工之前，保證工件表面與刀尖之間有足夠的工作空間，也就是快速退回行程須保證所有刀具均退至夾具導套內(nèi)而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為120mm，快退長度等于快速引進與工作工進之和，因此快進長度120-45=75mm.
圖2.6 工作進給長度
2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖
圖2.7 機床聯(lián)系尺寸圖
1、聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容
在一般情況下，組合機床是由通用部件標準——動力箱，動力滑臺，柱，柱腳及特殊部件的裝配。聯(lián)系尺寸圖是用來表示機床運動部件相互組裝
在該系統(tǒng)中，相對位置和尺寸的機器部件接觸測試是否滿足要求，通用部件的選擇是適當?shù)?，并對主軸箱設計的進一步發(fā)展提供基礎，夾具等專用部件，零件。聯(lián)系尺寸圖也可以被視為一個簡化的設備布局，它代表了機床的結(jié)構(gòu)類型和總體布局。
如圖2.7所示，機床聯(lián)系尺寸圖包括機床的布局，主要接觸尺寸電機尺寸，規(guī)格，通用組件和電機的主要參數(shù)的動態(tài)組件，工件和各部分之間的特殊部位，外形尺寸。
2、選用動力部件
選用動力部件主要選擇型號、規(guī)格合適的動力滑臺、動力箱。
（1）滑臺的選用 通常，根據(jù)滑臺的驅(qū)動方式、所需進給力、進給速度、最大行程長度和加工精度等因素來選用合適的滑臺。
1）驅(qū)動形式的確定 根據(jù)對液壓滑臺和機械滑臺的性能特點比較，并結(jié)合具體的加工要求，使用條件選擇HY系列液壓滑臺。
2）確定軸向進給力 滑臺所需的進給力
=∑=4×2375.5=555N
式中： ——各主軸加工時所產(chǎn)生的軸向力
由于滑臺工作時，除了克服各主軸的軸的向力外，還要克服滑臺移動時所產(chǎn)生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進給力應大于＝5.55KN。
3）確定進給速度 液壓滑臺的工作進給速度規(guī)定一定范圍內(nèi)無級調(diào)速，對液壓滑臺確定切削用量時所規(guī)定的工作進給速度應大于滑臺最小工作進給速度的0.5～1倍;液壓進給系統(tǒng)中采用應力繼電器時，實際進給速度應更大一些。本系統(tǒng)中進給速度=n·f=15mm/min。所以選擇1HY32ⅡA液壓滑臺，工作進給速度范圍20～650mm/min，快速速度10m/min。
4）確定滑臺行程 滑臺的行程除保證足夠的工作行程外，還應留有前備量和后備量。前備量的作用是動力部件有一定的向前移動的余地，以彌補機床的制造誤差以及刀具磨損后能向前調(diào)整。本系統(tǒng)前備量為20mm，后備量的作用是使動力部件有一定的向后移動的余地，為方便裝卸刀具，這里取50mm,所以滑臺總行程應大于工作行程，前備量，后備量之和。
即：行程L＞120+20+50=220mm，取L＝400mm。綜合上述條件，確定液壓動力滑臺型號1HY32ⅡA,以及相配套的滑臺底座（1CC321型）。
（2）由下式確定動力箱的選用 動力箱主要依據(jù)多軸所需的電動機功率來選用，在多軸箱沒有設計之前，可算
＝／η……………………………2.6
＝6*0.43／0.5
＝3.225KW
式中：η——多軸箱傳動效率，加工黑色金屬時η＝0.5～0.5；有色金屬時η＝0.7～0.5，本系統(tǒng)加工HT200，取η＝0.5．
動力箱的電動機功率應大于計算功率，并結(jié)合主軸要求的轉(zhuǎn)速大小選擇。因此，選用電動機型號為Y132M1-6的1TD32I型動力箱，動力箱輸出軸至箱底面高度為150mm。主要技術(shù)參數(shù)如下表：
表2.4電機型號及參數(shù)
主電機傳動型號
轉(zhuǎn)速范圍（r/min）
主電機功率（）
配套主軸部件型號
電機轉(zhuǎn)速
輸出轉(zhuǎn)速
D50 Y132M1-6
560
470
4
1HY32ⅡA,1CC321,1CD321
3、配套支承部件的選用
立柱底座1CD322。
4、確定裝料高度
裝料高度指工件安裝基面至機床底面的垂直距離，在現(xiàn)階段設計組合機床時，裝料高度可視具體情況在H＝550～1060mm之間選取，本系統(tǒng)取裝料高度為500mm。
5、中間底座輪廓尺寸
中間底座的輪廓尺寸要滿足滑臺在其上面聯(lián)接安裝的需要，又考慮到與立柱底座相連接。因此，中間底座采用側(cè)底座1CD321。
6、確定多軸箱輪廓尺寸
本機床配置的多軸箱總厚度為340mm，寬度和高度按標準尺寸中選取。計算時，多軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=400，H=320
根據(jù)上述計算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定主軸箱輪廓尺寸B×H=400×320mm。
2.3.4 生產(chǎn)率計算卡
生產(chǎn)率計算卡是反映所設計機床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產(chǎn)率、負荷率等技術(shù)文件，通過生產(chǎn)率計算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產(chǎn)率及負荷率的要求。計算如下：
切削時間： T切= L/vf+t?！?.7
= 45/74.7＋10/415
=0.625 min
式中： T切——機加工時間（min）
L——工進行程長度（mm）
vf—— 刀具進給量（mm/min）
t?！罁蹊F停留時間。一般為在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)5～10 r所需要時間。這里取10r
輔助時間 T輔 = +t移+t裝……………………2.5
= （75＋120）/1000+0.13+2
= 2.325min
式中： L3、L4 ——分別為動力部件快進、快退長度（mm）
vfk ——快速移動速度（mm/min）
t移 ——工作臺移動時間（min）,一般為0.05～0.13min,取0.13 min
t裝 ——裝卸工件時間（min）一般為0.5～1.5min,本例取2min
機床生產(chǎn)率 Q1 = 60/T單…………………………………2.5
= 60/（T切+T輔）
=60/（0.625+3.255）
=15.3 件/h
機床負荷率按下式計算 η = Q / Q1×100%…………………………2.10
= A / Q1tk×100%
=15000/15.3×1550×100%
=67.04%
式中：Q——機床的理想生產(chǎn)率（件/h）
A——年生產(chǎn)綱領（件）
tk——年工作時間，單班制工作時間tk =1550h
表2.5 生產(chǎn)率計算卡
3 鉆孔夾具設計
3.1 研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來加工鉆3-Φ5孔，加工時除了要滿足粗糙度要求外，還應滿足兩孔軸線間公差要求。為了保證技術(shù)要求，最關鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度。
3.2 定位、夾緊方案的選擇
由零件圖可知：在對加工鉆鉆3-Φ5加工前，平面進行了粗、精銑加工，底面Φ80孔進行了鏜加工。因此，定位、夾緊方案有：
選一面一銷一擋銷定位方式，工藝孔用短圓柱銷，用棱形銷定位，夾緊方式用操作簡單，通用性較強的鉸鏈移動壓板來夾緊。
3.3切削力及夾緊力的計算
刀具：鉆頭 D=5。
則軸向力：見《工藝師手冊》表25.4
F=Cdfk……………………………………3.1
式中： C=420， Z=1.0, y=0.5, f=0.35
k=(
F=420
轉(zhuǎn)矩
T=Cdfk
式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.5
T=0.206
功率 P=
在計算切削力時,必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)
K=KKKK
式中 K—基本安全系數(shù)，1.5;
K—加工性質(zhì)系數(shù)，1.1;
K—刀具鈍化系數(shù), 1.1;
K—斷續(xù)切削系數(shù), 1.1
則 F=KF=1.5
鉆削時 T=17.34 N
切向方向所受力:
F=
取
F=4416
F> F
所以,時工件不會轉(zhuǎn)動,故本夾具可安全工作。
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即：
安全系數(shù)K可按下式計算有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]表可得：
所以有：
該孔的設計基準為中心軸，故以回轉(zhuǎn)面做定位基準，實現(xiàn)“基準重合”原則； 參考文獻，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力F夾與切削力Ｆ之間的關系F夾＝KF
軸向力：F夾＝KF （N）
扭距：
Nm
在計算切削力時必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)，安全系數(shù)
由資料《機床夾具設計手冊》查表可得：
切削力公式： 式（2.17）
式中
查表得：
即：
實際所需夾緊力：由參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表得：
安全系數(shù)K可按下式計算，由式（2.5）有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻[16]《機床夾具設計手冊》表 可得：
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用螺旋夾緊機構(gòu)。
3.4 誤差分析與計算
該夾具以一面2銷定位，為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻[5]可得：
⑴ 兩定位銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
3.6 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用
工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求。故選用可換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。
圖6.1 可換鉆套
鉸工藝孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表6.4：
表6.4 鉆套
d
H
D
公稱尺寸
允差
5
12
12
+0.015
+0.007
22
15
10
4
5
0.5
15
襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖6.2 固定襯套
其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表6.5：
表6.5 固定襯套
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
5
+0.034
+0.016
12
10
+0.023
+0.012
0.5
2
鉆模板選用固定式鉆模板，用4個沉頭螺釘和2個錐銷定位于夾具體上。
3.7夾具設計及操作的簡要說明
為提高生產(chǎn)率，經(jīng)過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋機構(gòu)）。這類夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。
結(jié)論
本課題開發(fā)研制的鉆孔組合機床，用于加工3個孔。在開發(fā)過程中，針對加工過程中存在的難點進行了攻關。在鉆床的設計上采取了一系列的措施，保證了被加工孔的加工精度。主要完成了以下工作：
1、對箱體的3個孔的加工工藝進行了分析研究，明確了四個孔加工的技術(shù)要求和工藝要點。
2、恰當?shù)剡x擇了機床的切削參數(shù)，動力頭及液壓滑臺驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
4、設計了穩(wěn)定可靠的多軸箱和鉆模板，從而保證了被加工孔的精度要求。
5、根據(jù)通用、經(jīng)濟的原則，選擇了刀具，滿足了工藝的需要。
設計的鉆孔組合機床，保證了加工孔的生產(chǎn)質(zhì)量，提高工效3倍以上，加工成本大幅下降。
本項工作還有許多值得完善的地方，例如：裝夾、定位由人工完成，效率較低；自動化程度有待提高等問題。這些問題通過改進設計、完善工藝、現(xiàn)場的不斷實踐、總結(jié)，必將會得到進步的提高。
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［15］李凱嶺、宋強主編 《機械制造技術(shù)基礎》 山東科學技術(shù)出版社，2008
致 謝
經(jīng)過多月的努力,我已經(jīng)較好地完成了本次畢業(yè)設計。 在設計工作開始之初,老師帶領我們?nèi)}城拖拉機廠、鹽城第一機床廠和鹽城江動集團進行了調(diào)研,讓我們首先對本課題有了感性認識。在調(diào)研的過程中,老師認真地給我們講解了各種零件的最新的與傳統(tǒng)的加工過程和生產(chǎn)方式,避免我們在以后的畢業(yè)設計中走彎路。 在設計過程中,我得到邢青松老師的細心指導和周圍同學的熱心幫助,使我受益匪淺。在此對邢青松老師及同學們表示衷心的感謝! 此次設計與同組其他人員的通力合作也是分不開的,在此一并表示感謝! 限于本人