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編 號(hào) 無(wú)錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 缸頭兩面鉆孔專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專(zhuān) 業(yè) 學(xué) 號(hào)： 0923003 學(xué)生姓名： 季婷婷 指導(dǎo)教師： 劉新佳 （職稱(chēng)：副教授） （職稱(chēng)： ） 2013 年 5 月 25 日 無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng) 信 承 諾 書(shū) 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 缸頭兩面鉆 孔專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú) 立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中 特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械 91 學(xué) 號(hào)： 0923003 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無(wú) 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專(zhuān) 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書(shū) 一、題目及專(zhuān)題： 1、題目 缸頭兩面鉆孔專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì) 2、專(zhuān)題 二、課題來(lái)源及選題依據(jù) 隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模化、專(zhuān)業(yè)化、集中化、高度機(jī)械化乃至自動(dòng) 化的步伐的加快，在進(jìn)行工件加工時(shí)，要求考慮使用專(zhuān)用機(jī)床和夾 具。組合機(jī)床和組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)是一種專(zhuān)用高效自動(dòng)化技術(shù)裝備,目 前,由于它仍是大批量機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)的關(guān) 鍵裝備,因而被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和壓縮機(jī)等許多工 業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。某企業(yè)因生產(chǎn)發(fā)展需要，擬開(kāi)發(fā)缸頭兩面鉆鏜專(zhuān)機(jī)， 因此選定缸頭兩面鉆孔專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì)為本次設(shè)計(jì)課題。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： ①設(shè)計(jì)原始參數(shù)； ②依據(jù)原始參數(shù)繪制零件工序圖及零件加工示意圖； ③完成滿(mǎn)足生產(chǎn)需要的工程設(shè)計(jì)圖一套（折合零號(hào)圖 3 張） ，包括機(jī) II 床夾具設(shè)計(jì)、組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)、組合機(jī)床多軸箱設(shè)計(jì)； ④編譯設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份； ⑤完成英文翻譯資料一份。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 91 班 姓名 季婷婷 五、開(kāi)始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所 所長(zhǎng)〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 本課題是研究一臺(tái)對(duì)缸頭進(jìn)行加工的兩面精鏜組合機(jī)床，主要是對(duì)組合機(jī)床的總體 結(jié)構(gòu)、夾具和多軸箱的設(shè)計(jì)。首先概括了組合機(jī)床的發(fā)展，闡述了組合機(jī)床的低成本、 高效率、操作使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。然后是機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)，采用“一面兩銷(xiāo)”的定位方式， 使定位更準(zhǔn)確；通過(guò)誤差分析，夾緊力計(jì)算等確定夾具的總體結(jié)構(gòu)。其次是對(duì)組合機(jī)床 的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵是工藝方案的擬定，這大體決定組合機(jī)床的配置形式和使用性能，然后編 制“三圖一卡”。最后是多軸箱的設(shè)計(jì)，通過(guò)工件的尺寸和加工孔的位置計(jì)算出主軸箱 的輪廓尺寸；根據(jù)扭矩的計(jì)算得出主軸和傳動(dòng)軸的直徑；通過(guò)類(lèi)比法確定齒輪的模數(shù)； 通過(guò)“計(jì)算、作圖和多次試湊”確定齒輪齒數(shù)和中間傳動(dòng)軸的位置。在總體設(shè)計(jì)過(guò)程中， 首先通過(guò)計(jì)算所需功率選擇動(dòng)力箱，然后根據(jù)主軸的分布情況選用多軸箱；之后根據(jù)動(dòng) 力箱和加工行程圖來(lái)選擇液壓滑臺(tái)，再由液壓滑臺(tái)選用配套的多軸箱；再配合裝料高度、 滑臺(tái)、側(cè)底座相互位置等來(lái)確定中間底座的高度和長(zhǎng)度。 關(guān)鍵詞：組合機(jī)床；精鏜；缸頭；多軸箱 IV Abstract This topic is the study of a station on both sides of the cylinder head for processing fine boring combination machine, mainly on the overall structure of machine tool, fixtures, and multi-axle design. 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 box V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目錄 ...............................................................................................................................................IV 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 ....................................................................................................1 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 ................................................................................................................1 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 ............................................................................................................1 2 設(shè)計(jì)方案的確定 .........................................................................................................................2 2.1 工件的大小、形狀和加工部分的特點(diǎn) ................................................................................2 2.2 生產(chǎn)率的影響 ........................................................................................................................2 2.3 經(jīng)濟(jì)性與可靠性 ....................................................................................................................2 3 專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì) ..........................................................................................................................3 3.1 夾具的功用與組成 ................................................................................................................3 3.2 夾具的設(shè)計(jì) ............................................................................................................................3 3.2.1 調(diào)研分析 .........................................................................................................................3 3.2.2 確定工件定位方式 .........................................................................................................3 3.2.3 確定工件加緊方式 .........................................................................................................4 3.2.4 必要的加工精度計(jì)算及分析 .........................................................................................4 3.2.5 夾緊力計(jì)算、分析 .........................................................................................................4 4 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) .....................................................................................................................6 4.1 組合機(jī)床的組成 ....................................................................................................................6 4.1.1 組合機(jī)床的特點(diǎn) .............................................................................................................6 4.1.2 組合機(jī)床的工藝范圍 .....................................................................................................6 4.1.3 組合機(jī)床配置型式 .........................................................................................................6 4.1.4 組合機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟 .....................................................................................................7 4.2 組合機(jī)床工藝方案的確定 ....................................................................................................7 4.2.1 組合機(jī)床工藝方案的基本原則 .....................................................................................7 4.2.2 確定組合機(jī)床工藝方案應(yīng)注意的問(wèn)題 .........................................................................7 4.2.3 工藝方案的擬訂 .............................................................................................................8 4.2.4 工序間余量的確定 .........................................................................................................8 4.2.5 刀具結(jié)構(gòu)的選擇 .............................................................................................................9 4.3 切削用量的確定 ....................................................................................................................9 4.3.1 組合機(jī)床切削用量選擇的特點(diǎn)、方法及注意問(wèn)題 .....................................................9 4.3.2 組合機(jī)床切削用量選擇方法及應(yīng)注意的問(wèn)題 .............................................................9 4.3.3 確定切削速度和切削用量 .............................................................................................9 4.3.4 切削力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率 ...................................................................................10 4.3.5 確定主軸類(lèi)型、尺寸、外伸長(zhǎng)度 ...............................................................................10 VI 4.3.6 動(dòng)力部件工作循環(huán)及行程的確定 ...............................................................................11 4.4 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)—— “三圖一卡” ..................................................................................11 4.4.1 被加工零件工序圖 .......................................................................................................11 4.4.2 繪制加工零件工序圖 ...................................................................................................12 4.4.3 加工示意圖 ...................................................................................................................13 4.4.4 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 ...........................................................................................................16 5 組合機(jī)床多軸箱的設(shè)計(jì) ...........................................................................................................22 5.1 多軸箱的基本結(jié)構(gòu)及表達(dá)式 ..............................................................................................22 5.1.1 多軸箱的組成 ..............................................................................................................22 5.1.2 多軸箱總圖繪制方法特點(diǎn) ..........................................................................................22 5.2 通用多軸箱設(shè)計(jì) ..................................................................................................................22 5.2.1 繪制多軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 ......................................................................................22 5.2.2 主軸、齒輪的確定及動(dòng)力計(jì)算 ..................................................................................23 5.2.3 多軸箱傳動(dòng)設(shè)計(jì) ..........................................................................................................25 5.2.4 繪制多軸箱總圖及零件圖 ..........................................................................................28 6 結(jié)論與展望 ...............................................................................................................................30 6.1 結(jié)論 ......................................................................................................................................30 6.2 不足之處及未來(lái)展望 ..........................................................................................................30 致 謝 ...........................................................................................................................................31 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................32 附 錄 ...........................................................................................................................................33 缸頭兩面鉆孔專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們結(jié)束大學(xué)生涯一個(gè)重要的部分，檢驗(yàn)一個(gè)學(xué)生的綜合能力的重要舉 措，是我們?cè)谛Ｆ陂g專(zhuān)業(yè)考核的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)系統(tǒng)的運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能以及設(shè) 計(jì)能力、邏輯分析能力調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)、收集資料、撰寫(xiě)論文等各方面能力進(jìn)行的 綜合設(shè)計(jì)的過(guò)程，使我們重溫了大學(xué)所學(xué)習(xí)的大部分內(nèi)容，將所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)和現(xiàn)實(shí) 設(shè)計(jì)生產(chǎn)做了初步嘗試性的結(jié)合。 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 此項(xiàng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是鉆缸體兩個(gè)直徑5的側(cè)孔和2個(gè)直徑10的底孔專(zhuān)機(jī)總體設(shè)計(jì)、 多軸箱及專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)。內(nèi)容包括：機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)，組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)，組合機(jī)床多 軸箱設(shè)計(jì)，編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。在這次設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)缸體鉆孔的專(zhuān)機(jī)。所以設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)機(jī)床 的精度的要求還是很高的，在保證機(jī)床的精度上才能保證所要加工孔的精度。在設(shè)計(jì)多 軸箱時(shí)要注意，因?yàn)樵诮M合機(jī)床的諸多零件中，主軸箱是組合機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中工作量最 大的部件。因?yàn)橥ǔＶ鬏S箱是采用一根動(dòng)力軸帶動(dòng)多根主軸的工作方式，各傳動(dòng)軸必須 在有限的標(biāo)準(zhǔn)箱體空間中找到適宜的分布位置并避免干涉，而各軸的設(shè)計(jì)又必須保證其 轉(zhuǎn)速、旋向、強(qiáng)度和剛度，因此難度大、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 隨著工業(yè)生產(chǎn)社會(huì)化、專(zhuān)業(yè)化、集中化、高度機(jī)械化乃至自動(dòng)化的步伐的加快，在 進(jìn)行工件加工時(shí)，為了降低成本和提高生產(chǎn)率，要求考慮使用專(zhuān)用機(jī)床和夾具。 組合機(jī)床發(fā)展前景:美國(guó)機(jī)床市場(chǎng)中組合機(jī)床所占的份額將會(huì)有所下降，其他一些工 業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家也大體是如此。從柔件方面看，組合機(jī)床與柔性制造系統(tǒng)的目標(biāo)是一致的， 但在柔性化程度上畢竟組合機(jī)床還是受到一定的制約，兩者相互靠攏，也有可能融合成 為一種新的加工設(shè)備。 在我國(guó)由于汽車(chē)工業(yè)還會(huì)有較大的發(fā)展，而在資金上，不可能大量采用柔性制造設(shè) 備，所以組合機(jī)床市場(chǎng)還會(huì)行進(jìn)一步的增張。但目前汽車(chē)都是一些引進(jìn)外外的產(chǎn)品，技 術(shù)要求較高，國(guó)內(nèi)組合機(jī)床短時(shí)期內(nèi)尚不能滿(mǎn)足這些高技術(shù)要求。因此中國(guó)組合機(jī)床生 產(chǎn)廠面臨國(guó)外工廠的競(jìng)爭(zhēng)，需要進(jìn)一步提高質(zhì)量和精度，否則在競(jìng)爭(zhēng)中將會(huì)有擠垮的危 險(xiǎn)。 組合機(jī)床行業(yè)雖然取得了較大的進(jìn)步與發(fā)展，但是，在制造技術(shù)高速發(fā)展的今天， 由于基礎(chǔ)薄弱，從整體上看，與國(guó)外先進(jìn)水平還存在著一定的差距。國(guó)外組合機(jī)床技術(shù) 在滿(mǎn)足精度和效率要求的基礎(chǔ)上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床 工作程序軟件化，工序高度集中，高效短節(jié)拍和多種功能的自動(dòng)監(jiān)控。 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 此項(xiàng)設(shè)計(jì)是專(zhuān)機(jī)的設(shè)計(jì)但是在保證使用條件下仍才采用了很多通用部件，這樣可以 降低成本，所以這次設(shè)計(jì)的任務(wù)主要是設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具和多軸箱，專(zhuān)機(jī)的一些部件等等。 熟悉組合機(jī)床通用部件和專(zhuān)用部件的選用；完成繪制組合機(jī)床的尺寸聯(lián)系圖、多軸箱圖 和夾具設(shè)計(jì)圖及零件圖；編制說(shuō)明書(shū)一份；熟練運(yùn)用CAD等制圖軟件。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 設(shè)計(jì)方案的確定 根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是一個(gè)回轉(zhuǎn)體，考慮定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的重合的原則，選 擇一面和兩個(gè) 的孔作為定位基準(zhǔn)，定位基準(zhǔn)定了，組合機(jī)床的總體布置大體上也就定8? 了。但是在確定機(jī)床總體布置時(shí)，還要考慮其他的一些因素的影響。 2.1 工件的大小、形狀和加工部分的特點(diǎn) 對(duì)于 2 面同時(shí)加工的工件，宜采用雙工位的機(jī)床，以此來(lái)提高加工效率；對(duì)于小直 徑深孔的工件，通常采用專(zhuān)門(mén)的深孔加工的機(jī)床；對(duì)于被加工孔的中心線(xiàn)與定位基準(zhǔn)平 行，或需從幾個(gè)面同時(shí)加工的工件，一般采用臥式機(jī)床；對(duì)于被加工孔的中心線(xiàn)與定位 基準(zhǔn)垂直的工件，一般采用立式機(jī)床，但是在采用這些原則時(shí)也要根據(jù)機(jī)床的使用條件 來(lái)綜合考慮。根據(jù)上述原則和缸體的特點(diǎn)，故采用臥式組合機(jī)床。 2.2 生產(chǎn)率的影響 零件的生產(chǎn)批量的大小是決定采用單工位、多工位或者自動(dòng)線(xiàn)，還是按中小批量生 產(chǎn)特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)組合機(jī)床的重要因素。有時(shí)從工件的外行及輪廓尺寸上看，可采用單工位 固定夾具的機(jī)床布置形式，但是由于生產(chǎn)率要求很高，就不得不采用多工位的機(jī)床布置 方案，以便使裝卸工件時(shí)間和機(jī)動(dòng)時(shí)間重合。對(duì)于這個(gè)缸體的生產(chǎn)綱領(lǐng)：2 萬(wàn)/年；單班 制。是小批量的生產(chǎn)采用了單工位固定夾具的組合機(jī)床。機(jī)床使用方便性和自動(dòng)化程度 分析比較時(shí)一定要與生產(chǎn)率相適應(yīng)，不應(yīng)過(guò)分追求機(jī)床的自動(dòng)化程度。生產(chǎn)率高、節(jié)拍 短，則要求自動(dòng)化程度高、刀具耐磨且更換調(diào)整方便，這樣使用才有方便性。 2.3 經(jīng)濟(jì)性與可靠性 在滿(mǎn)足加工要求的前提下，機(jī)床避免使用復(fù)雜刀具，力求簡(jiǎn)單和較高的通用化程度。 這樣可以降低機(jī)床成本，提高工作可靠性。有兩點(diǎn)要注意： 1）應(yīng)根據(jù)加工精度的需要選擇相應(yīng)精度等級(jí)的通用部件。 2）應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)率要求合理安排工藝流程，均衡負(fù)荷，使機(jī)床數(shù)量少，機(jī)床利用率高 （機(jī)床利用率不應(yīng)低于 50%） ，以取得好的經(jīng)濟(jì)效果 [1]。 把組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)定下來(lái)后，再設(shè)計(jì)其中的零部件時(shí)根據(jù)機(jī)床的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。 缸頭鉆孔夾具設(shè)計(jì) 3 3 專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì) 3.1 夾具的功用與組成 夾具是在機(jī)床上加工零件時(shí)使用的一種工藝裝備，其主要功用時(shí)實(shí)現(xiàn)工件的定位和 夾緊，使得工件加工時(shí)相對(duì)機(jī)床、刀具有正確地位置，以保證工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率 的要求。 夾具通常由定位元件或裝置、夾緊元件或裝置、夾具體、對(duì)刀和導(dǎo)引元件、分度元 件或裝置、動(dòng)力元件或裝置以及其他元件或裝置（如定位鍵及有關(guān)零部件）等組成 [2]。 夾具設(shè)計(jì)時(shí)常用的零部件已有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或部頒標(biāo)準(zhǔn)。 3.2 夾具的設(shè)計(jì) 3.2.1 調(diào)研分析 1）工件生產(chǎn)綱領(lǐng)、生產(chǎn)類(lèi)型分析； 2）工件加工工藝方案分析，工件結(jié)構(gòu)、精度特點(diǎn)分析； 3）機(jī)床設(shè)計(jì)情況分析； 4）夾具操作要求分析； 工件尺寸如圖 3.1。 圖 3.1 工件尺寸圖 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 3.2.2 確定工件定位方式 由圖上可知，定位基準(zhǔn)是 A 面和 2 個(gè) Φ8 的孔。所以，定位方式選用一面兩銷(xiāo)式。兩 銷(xiāo)為一圓柱式定位銷(xiāo)和一菱形式定位銷(xiāo)。 3.2.3 確定工件加緊方式 一面兩銷(xiāo)確定了 6 個(gè)方向的自由度，用壓板壓緊工件，用螺栓把鉆模板與夾具體連 接。 3.2.4 必要的加工精度計(jì)算及分析 保證工件的加工精度是能夠得到合格工件的前提條件，而影響工件加工精度的因素 很多，一般影響加工精度是因?yàn)楦鞣N誤差的存在，主要有：定位誤差、夾緊誤差、夾具 的安裝誤差、導(dǎo)向?qū)Φ墩`差、工藝系統(tǒng)誤差等。其中夾具采用合理的定位、夾緊方案， 選擇合適的定位、夾緊元件，確定合適的尺寸、形位公差，保證工件的加工精度要求。 定位誤差是由于工件在夾具中定位不準(zhǔn)確引起的加工誤差。引起定位誤差的原因， 一是由定位基準(zhǔn)和工序基準(zhǔn)不重合，叫基準(zhǔn)不重合誤差；另一種是由于定位基準(zhǔn)在夾具 中定位不一致，叫定位基準(zhǔn)位移誤差。 本夾具的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一致，基準(zhǔn)不重合誤差為零?；鶞?zhǔn)位移誤差為 0.03mm。所以其定位誤差為 0.03mm。 夾具制造與安裝誤差 該項(xiàng)誤差包括：鉆套與襯套的配合間隙，由配合尺寸 H7/h6 可確定其最大間隙為 0.029mm。鉆套孔與外圓的同軸度誤差此處取為 0.01mm。 刀具引偏量 采用鉆套引導(dǎo)刀具時(shí)，刀具引偏量 [3]公式： （3.1）H Bhe???)2( 式中： e----- 刀具引偏量； H-----鉆套高度； h------排削間隙； B------鉆孔深度； -----刀具與鉆套之間的最大間隙；? 本夾具鉆套與鉆頭的配合取 ΦH7/h6，可確定 mm，將02.?? H=23mm，h=10mm，B=24.25mm,代入上式： =（ 23/2+24.25+8） x0.02/23=0.039mmHBhe??)2( 該值略大于零件相應(yīng)公差的三分之二，夾具可以使用。 3.2.5 夾緊力計(jì)算、分析 由于夾緊力與軸向力的方向相反，所以?shī)A緊力至少要大于軸向力，軸向力的公式 [4]： F = = 4 × 2C ×d ×f ×K多 軸 箱 ? ni1FxFY 式中 Fi——各主軸所需的軸向切削力，單位為 N。 C = 418.89 X = 1 Y = 0.8 K = 250FfFF6.0 計(jì)算得 F = 432.6N 多 軸 箱 缸頭鉆孔夾具設(shè)計(jì) 5 所以?shī)A緊力為 F /2 = 216.3N多 軸 箱 1）確定對(duì)刀或?qū)б绞剑辉阢@床上的主要引導(dǎo)裝置為鉆套，其借助引導(dǎo)裝置提高被 加工零件的幾何精度、尺寸精度以及孔系的位置精度。由于工件是中小批量生產(chǎn)，且選 用可換鉆套將引起鉆套間的相碰，所以我選擇固定式鉆套。鉆套與鉆模板之間配合為 H7/r6。 2）確定夾具總體結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)各裝置；如圖 3.2。 圖 3.2 夾具裝配圖 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 4 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 4.1 組合機(jī)床的組成 組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專(zhuān)用部件組成的 一種高效專(zhuān)用機(jī)床。 組合機(jī)床通用部件按功能可分為動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助 部件五類(lèi)。動(dòng)力部件是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件。主要有動(dòng)力箱、切削 頭和動(dòng)力滑臺(tái)。支承部件是用以安裝動(dòng)力滑臺(tái)、帶有進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件， 有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。輸送部件是用以輸送工件 或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、分度鼓輪 和往復(fù)移動(dòng)工作臺(tái)等。控制部件是用以控制機(jī)床的自動(dòng)工作循環(huán)的部件，有液壓站、電 氣柜和操縱臺(tái)等。輔助部件有潤(rùn)滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。 4.1.1 組合機(jī)床的特點(diǎn) 1、組合機(jī)床對(duì)于普通機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)在于更適合棱體類(lèi)零件和雜件的孔面加工。 2、生產(chǎn)率高。因?yàn)楣ば蚣?，可多面、多工位、多軸、多刀同時(shí)自動(dòng)加工。 3、加工精度穩(wěn)定。因?yàn)楣ば蚬潭ǎ蛇x用成熟的通用零件、精密夾具和自動(dòng)工作循 環(huán)來(lái)保證加工精度的一致性。 4、研制周期短，便于設(shè)計(jì)、制造和使用維護(hù)，成本低。因?yàn)橥ㄓ没?、系列化、?biāo)準(zhǔn) 化程度高，通用零件占 70%～90%，通用件可組織批量生產(chǎn)進(jìn)行預(yù)制或外購(gòu)。 5、自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。 6、配置靈活。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)模塊化、組合化?？砂垂ぜ蚬ば蛞螅么罅客ㄓ貌考?少量專(zhuān)用部件靈活組成各種類(lèi)型的組合機(jī)床或生產(chǎn)線(xiàn)；機(jī)床易于改裝；產(chǎn)品或工藝變化 時(shí)，通用部件一般還可以重復(fù)利用 [5]。 4.1.2 組合機(jī)床的工藝范圍 組合機(jī)床加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn) 動(dòng)進(jìn)行平面加工和孔加工兩大類(lèi)工序。平面加工包括銑平面、锪（刮）平面、車(chē)端面等； 孔加工包括鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔以及倒角、切槽、攻螺紋、锪沉孔、滾壓孔等。隨著綜合 自動(dòng)化的發(fā)展，其工藝范圍正擴(kuò)大到車(chē)外圓、行星銑削、拉削、推削、磨削、珩磨及拋 光、沖壓等工序。此外，還可以完成焊接、熱處理、自動(dòng)裝配和檢測(cè)、清洗和零件分類(lèi) 及打印等非切削工藝。 4.1.3 組合機(jī)床配置型式 組合機(jī)床的通用件部件分大型和小型兩大類(lèi)。所以大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床在 結(jié)構(gòu)和配置型式有較大的差別。 大型組合機(jī)床的配置型式多種多樣，根據(jù)配置型式，組合機(jī)床可分為單工位和多工 位兩大類(lèi)。其中單工位組合機(jī)床按被加工面的數(shù)量又有單面、雙面、三面和四面 4 種， 通常只能對(duì)各個(gè)加工部位同時(shí)進(jìn)行一次加工；多工位組合機(jī)床則有回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式、往復(fù) 工作臺(tái)式、中長(zhǎng)立柱式和回轉(zhuǎn)鼓輪式 4 種 [6]，能對(duì)加工部位進(jìn)行多次加工。 小型組合機(jī)床的配置型式可分為單工位和多工位兩大類(lèi)等。 缸頭鉆孔夾具設(shè)計(jì) 7 本次設(shè)計(jì)的是單工位、單面、臥式的大型組合機(jī)床。 4.1.4 組合機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟 組合機(jī)床一般都是根據(jù)和用戶(hù)簽定的設(shè)計(jì)、制造合同進(jìn)行設(shè)計(jì)的。我所做的課題就 是這樣的。 1、 調(diào)查研究主要是對(duì)加工圖樣研究和工廠實(shí)際情況的調(diào)查研究； 2、總體方案設(shè)計(jì)，就是編制“三圖一卡” ； 3、技術(shù)設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)機(jī)床各專(zhuān)用部件正式總圖，如設(shè)計(jì)夾具，多軸箱等； 工作設(shè)計(jì)即繪制各個(gè)專(zhuān)用部件的施工圖樣、編制各部件零件明細(xì)表。 工藝方案的擬定是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步。因?yàn)楣に嚪桨冈诤艽蟪潭壬蠜Q定了組 合機(jī)床的結(jié)構(gòu)配置和使用性能。因此，應(yīng)根據(jù)工件的加工要求和特點(diǎn)，按一定的原則， 結(jié)合組合機(jī)床常用工藝方法，充分考慮各種影響因素，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后擬定出先進(jìn)、 合理、經(jīng)濟(jì)、可靠的工藝方案。 4.2 組合機(jī)床工藝方案的確定 4.2.1 組合機(jī)床工藝方案的基本原則 1、粗細(xì)加工分開(kāi)原則 粗加工時(shí)的切削負(fù)荷較大，切削產(chǎn)生的熱變形。較大夾緊壓力引起的工件變形以及 切削振動(dòng)等，對(duì)精加工工序十分不利，影響加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在擬定 工件一個(gè)連續(xù)的多工序工藝過(guò)程時(shí)，應(yīng)選擇粗精加工工序分開(kāi)的原則。 2、工序集中原則 工序集中時(shí)近代機(jī)械加工主要發(fā)展方向之一。組合機(jī)床正是基于這一原則發(fā)展而來(lái) 的，即運(yùn)用多刀（相同或不同刀具）集中在一臺(tái)機(jī)床上完成一個(gè)或幾個(gè)共建的不同表面 的復(fù)雜工藝過(guò)程，從而有效地提高生產(chǎn)率。因此，擬定工藝方案時(shí)，在保證工件質(zhì)量和 操作維修方面的前提下，應(yīng)適當(dāng)提高工序集中程度，以便減少機(jī)床臺(tái)數(shù)、占地面積和節(jié) 省人力，取得理想的效果。但是，工序過(guò)于集中會(huì)使機(jī)床結(jié)構(gòu)臺(tái)復(fù)雜，增加機(jī)床設(shè)計(jì)和 制造難度，機(jī)床使用調(diào)整不便，甚至影響機(jī)床是使用性能。如刀具數(shù)過(guò)多，停機(jī)率增加， 反而會(huì)影響機(jī)床生產(chǎn)率，切削負(fù)載過(guò)大，當(dāng)工件剛性不足而產(chǎn)生變形會(huì)影響工件質(zhì)量。 因此須全面分析多方因素，合理決定工序集中程度。考慮的一般原則有如下兩個(gè)方面： 一是適當(dāng)考慮相同類(lèi)型工序的集中；二是有相對(duì)位置精度要求的工序應(yīng)集中加工。 4.2.2 確定組合機(jī)床工藝方案應(yīng)注意的問(wèn)題 1、按一般原則擬定工藝方案時(shí)的一些限制 （1）孔間中心距的限制：根據(jù)切削扭矩計(jì)算要求，主軸軸頸和軸承外徑有一最小許 用尺寸；對(duì)于螺紋孔加工還要考慮相應(yīng)攻螺紋靠模的徑向尺寸限制；對(duì)于鏜孔，要考慮 浮動(dòng)卡頭和導(dǎo)向尺寸或剛性主軸機(jī)構(gòu)尺寸限制。所以近距離孔能否在同一多軸箱上同一 工位進(jìn)行加工，要受各類(lèi)主軸允許的最小中心距限制。 （2）工件結(jié)構(gòu)工藝性不好的限制：有些工件結(jié)構(gòu)工藝性不好，如箱體多層壁上的同 軸線(xiàn)的孔徑中間大兩頭小時(shí)，則進(jìn)刀困難。又如多層壁同軸孔，為便于布置中間導(dǎo)向裝 置，孔中心離箱體側(cè)壁間距離也應(yīng)足夠 [7]。 2、其他應(yīng)注意的問(wèn)題 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 （1）精鏜孔時(shí)用注意孔表面是否允許留有退刀刀痕。 （2）對(duì)互相結(jié)合的量殼體零件，均應(yīng)分別從截獲面加工聯(lián)接孔。 （3）鉆階梯孔時(shí)，應(yīng)先鉆大孔后鉆小孔。 （4）平面一般采用銑削加工。 （5）在制定加工一個(gè)工件的幾臺(tái)成套機(jī)床或流水線(xiàn)的工藝方案時(shí)，應(yīng)盡可能使精加 工集中在所有粗加工之后，以減少內(nèi)應(yīng)力變形影響，有利于保證加工精度。 4.2.3 工藝方案的擬訂 擬訂專(zhuān)用機(jī)床工藝方案的一般步驟如下： 1、分析、研究加工要求和現(xiàn)場(chǎng)工藝 在制定組合機(jī)床工藝方案時(shí)，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途 及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工部位及其精度、表面粗糙度、技術(shù)要求及生產(chǎn)綱領(lǐng)。深入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查 分析零件的加工工藝方法，定位和夾緊方式，所采用的設(shè)備、刀具及切削用量，生產(chǎn)率 情況及工作條件等方面的現(xiàn)行工藝資料，以便制定出切合實(shí)際的合理工藝方案。 本設(shè)計(jì)所加工的是缸體，屬于箱體類(lèi)零件，其結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜，加工不是很困難。 我所加工的是兩個(gè)側(cè)面上的鉆孔都屬于普通級(jí)別，生產(chǎn)綱領(lǐng)是 2 萬(wàn)件/年，單班制，屬于 小批量生產(chǎn)。因此可以采用組合機(jī)床來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)。本次設(shè)計(jì)專(zhuān)用鉆夾具，因?yàn)槭枪I(yè)生 產(chǎn)，要求操作簡(jiǎn)單迅速，故采用較簡(jiǎn)單的手動(dòng)夾緊方式。 2、定位基準(zhǔn)和夾壓部位的選擇 正確選擇定位基準(zhǔn)和夾緊部位時(shí)保證加工精度的重要條件。 本設(shè)計(jì)采用一面兩孔的定位方案來(lái)保證此鉆孔的加工精度，則選擇 2-Φ8 的孔和其所 在的下底面平面作為定位基準(zhǔn)。它們又是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，用他們做定位基準(zhǔn)，能使加工遵循 “基準(zhǔn)重合”的原則，保證工藝基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的重合。實(shí)現(xiàn)箱體零件“一面兩孔”的 典型定位方式。夾緊位置選擇在有足夠的夾緊力下箱體產(chǎn)生變形最小的部位。 3、影響工藝方案的主要因素 （1）加工的工序內(nèi)容和加工精度:我所加工的是鉆孔，工序上有具體的公差要求。 （2）被加工零件的特點(diǎn)。 工件材料及硬度: 材料 ZL108，硬度為 HB40-60。 加工部位的構(gòu)造形狀: 分別為底面上的 2 個(gè) Φ10 孔和側(cè)面 2 個(gè) Φ5 孔。 工件的剛性:滿(mǎn)足要求。 零件的生產(chǎn)批量: 生產(chǎn)綱領(lǐng)是 2 萬(wàn)件/年，單班制。 使用廠后方車(chē)間的制造能力：可以勝任。 4.2.4 工序間余量的確定 鉆 2 個(gè) Φ10 的孔，應(yīng)粗加工 Φ9.2 的孔。在鉆 2 個(gè) Φ5 的孔應(yīng)該先粗加工 Φ4.2 的孔。 4.2.5 刀具結(jié)構(gòu)的選擇 鉆孔：選擇高速鋼錐柄長(zhǎng)麻花鉆。高速鋼的優(yōu)點(diǎn)是：強(qiáng)度、韌性和工藝性能好，且 價(jià)格便宜。 4.3 切削用量的確定 在組合機(jī)床工藝方案確定過(guò)程中，工藝方法和關(guān)鍵工序的切削用量選擇十分重要。 缸頭鉆孔夾具設(shè)計(jì) 9 切削用量選擇是否合理，對(duì)組合機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)率、刀具耐用度、機(jī)床的結(jié)構(gòu)型 式即工作可靠性均有較大的影響。 4.3.1 組合機(jī)床切削用量選擇的特點(diǎn)、方法及注意問(wèn)題 1、組合機(jī)床切削用量選擇的特點(diǎn) 1)組合機(jī)床常采用多刀多刃同時(shí)切削，為盡量減少換刀時(shí)間的消耗，保證機(jī)床的生產(chǎn) 率及經(jīng)濟(jì)效果，選用的切削用量應(yīng)比通用機(jī)床單刀加工時(shí)低 30%左右。 2)組合機(jī)床通常用動(dòng)力滑臺(tái)來(lái)帶動(dòng)刀具進(jìn)給。因此，同一滑臺(tái)帶動(dòng)的多軸箱上所有刀 具的每分鐘進(jìn)給量相同，即等于滑臺(tái)的工進(jìn)速度。 2、組合機(jī)床切削用量選擇方法及應(yīng)注意的問(wèn)題 目前常用查表法，參照生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)同類(lèi)工藝，必要時(shí)經(jīng)工藝試驗(yàn)確定切削用量。組合 機(jī)床加工孔、平面及螺紋的常用切削用量都要查一般的手冊(cè)。確定切削用量時(shí)用注意以 下問(wèn)題。 1）應(yīng)盡量做到合理使用所有刀具，充分發(fā)揮其使用性能。 2）復(fù)合刀具切削用量選擇應(yīng)考慮刀具的使用受命。 3）多軸鏜孔主軸刀頭均需定向快速進(jìn)退時(shí)（刀頭處于同一角度位置進(jìn)入或退出工件 孔） ，各鏜軸轉(zhuǎn)速應(yīng)相等或成整數(shù)倍。 4）選擇切削用量時(shí)要注意既要保證生產(chǎn)批量要求，又要保證刀具一定的耐用度。 5）確定切削用量時(shí)，還需考慮所選動(dòng)力滑臺(tái)的性能。 4.3.2 確定切削速度和切削用量 1、鉆孔： 2-Φ5mm 加工材料：HT250 工序：側(cè)面鉆孔。 查高速鋼鉆頭切削用量表得： 加工直徑 Φ5 mm，布氏硬度為 180-220 的孔： 切削速度為 10-18m/min， 取 18m/min； 進(jìn)給量為 0.05-0.1mm/r，取 0.08mm/r。 d=孔深 /直徑 =24.25/5=4.8 因?yàn)樯羁足@削切削用量需要遞減，根據(jù)深孔鉆削切削用量遞減表得： 所以， 實(shí)際切削速度為：v=0.7×18=12.6m/min 實(shí)際進(jìn)給量為：0.9×0.08=0.072mm/r 2、鉆孔： 2-Φ10mm 加工材料：HT250 工序：頂面鉆孔。 查高速鋼鉆頭切削用量表得： 加工直徑 Φ10 mm，布氏硬度為 180-220 的孔： 切削速度為 18-25m/min， 取 18m/min； 進(jìn)給量為 0.05-0.1mm/r，取 0.08mm/r。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 d=孔深 /直徑 =24.25/5=4.8 因?yàn)樯羁足@削切削用量需要遞減，根據(jù)深孔鉆削切削用量遞減表得： 所以， 實(shí)際切削速度為：v=0.7×18=12.6m/min 實(shí)際進(jìn)給量為：0.9×0.08=0.072mm/r 4.3.3 切削力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率 鉆孔計(jì)算[8]： 加工孔：Φ5 和 Φ10 取鉆 Φ5mm 孔的切削速度 v=12.6m/min，由此算出轉(zhuǎn)速為 1000v/(πd)=(1000×12.6)/(3.14×5.2)=894r/min?n 按機(jī)床實(shí)際轉(zhuǎn)速取 n=1000r/min，則實(shí)際切削速度為 (1000×3.14×5.2)/1000=16.33m/minv 工進(jìn)速度 vf =n×f=1000×0.072=72mm/min HB=HBmax-1/3(HBmax-HBmin)=220-1/3(220-180)=206.7 F=26Df0.8HB0.6=26×5.2×0.0720.8×206.70.6=403.7N T=10D1.9f0.8HB0.6=10×5.21.9×0.0720.8×206.70.6=685.3N·mm P=（Tv）/(9550πD)= （685.3×16.33）/（9550×3.14×5.2）=0.0717kW d─主軸直徑（mm） ； —切削速度（m/min） ；v T—扭矩（ ） ；mN? f—每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r） ； P—切削功率（ kW） ； HB—布氏硬度； D—鉆頭直徑（mm） 。 4.3.4 確定主軸類(lèi)型、尺寸、外伸長(zhǎng)度 主軸類(lèi)型主要根據(jù)工藝的方法和刀桿與主軸的連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定。我在設(shè)計(jì)中采用 的是下列公式來(lái)確定主軸的： 1) 鉆 Φ 5 的孔 d=B （4.1）10 4T 查得 B=6.2 則 d=B m8.73.654? 所以軸的直徑選擇為 20mm。 進(jìn)行軸的校核： Wρ=0.2d3 =0.2 ×203 =675×10-9 =T/ Wρ =(10 ×684.7×0.001)/(675 × 10-9 )=10.14MPa? [ =40 MPa > 滿(mǎn)足要求。]? 缸頭鉆孔夾具設(shè)計(jì) 11 D/d1=25/16,L=85mm，接桿莫氏圓錐號(hào) 1[9]。 4.3.5 動(dòng)力部件工作循環(huán)及行程的確定 工作進(jìn)給長(zhǎng)度的確定： L 工 =L1 +L+L2 切入長(zhǎng)度 L1 取 10mm 切出長(zhǎng)度 L2 取 9.75mm L 為 24.25 mm 則 L 工 =24.25 +10+9.75=48 mm 因此取 L 工 =70mm 鉆頭快進(jìn)距離為 50mm 則取快退距離為 120 mm 前備刀量為 20 mm，后備刀量為 30 mm 前備刀量—?jiǎng)恿Σ考锌上蚯罢{(diào)節(jié)的距離，作用是為了彌補(bǔ)機(jī)床的制造誤差以及刀 具磨損后能向前調(diào)整。 后備刀量—刀具從接杠中或連接杠同刀具一起從主軸孔中得出所需要的軸向距離， 作用是使動(dòng)力部件有一定的向后移動(dòng)的余地，以方便裝卸刀具。 動(dòng)力部件總行程的確定：120+