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畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）
設(shè)計（論文）題目： 蝸輪箱體（一）兩側(cè)面鉆孔組合機床設(shè)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
34
摘 要
本文對減速器箱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(shè)計了鉆孔組合機床設(shè)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(shè)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(shè)計的主要內(nèi)容是：進行了機床總體布局設(shè)計；對機床的進給和傳動部分進行了設(shè)計；結(jié)合實例，介紹了夾具設(shè)計方法；通過此設(shè)計，本機床完全能滿足設(shè)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(guān)鍵詞：組合機床；鉆底孔；夾具設(shè)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(shè)計意義、內(nèi)容、要求 2
1.3.1設(shè)計的意義 2
1.3.2 設(shè)計內(nèi)容與要求 3
2 組合機床的總體設(shè)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(shè)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 9
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(shè)計 19
2.4.1 繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖 19
2.4.2 齒輪模數(shù)選擇 20
2.4.3 多軸箱的傳動設(shè)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(shè)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(shè)計與選用 28
3.7夾具設(shè)計及操作的簡要說明 29
結(jié)論 31
參考文獻 32
致 謝 33
1 緒論
1.1組合機床的概論
組合機床是以系列化、標準化的通用部件為基礎(chǔ)，配以少量的專用部件組成的專用機床。它適宜于在大批、大量生產(chǎn)中對一種或幾種類似零件的一道或幾道工序進行加工。這種機床既有專用機床的結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)率和自動程度較高的特點，又具有一定的重新調(diào)整能力，以適應工件變化的需要。組合機床廣泛應用于大批量生產(chǎn)的行業(yè)，如；汽車、拖拉機、電動機、內(nèi)燃機、閥門、縫紉機等制造業(yè)。
1.2 組合機床的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
世界上第一臺組合機床于1908年在美國問世，30年代后組合機床在世界各國得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關(guān)鍵設(shè)備之一。
近年來，隨著數(shù)控技術(shù)，電子技術(shù)，計算機技術(shù)的發(fā)展，組合機床的服務對象已經(jīng)由過去的農(nóng)用機械，載貨汽車向以轎車工業(yè)為重點的轉(zhuǎn)移，組合機床行業(yè)開展了針對轎車零件關(guān)鍵工藝研究開發(fā)的科研攻關(guān)，采取引進技術(shù)，合作生產(chǎn)和自行開發(fā)相結(jié)合；組合機床也由過去的剛性組合機床向具有一定柔性，可實現(xiàn)多品種加工方向的變化,同時又應用數(shù)控技術(shù)發(fā)展了三坐標加工單元等數(shù)控組合機床,把純剛性的設(shè)備變?yōu)榭勺兛烧{(diào)的裝備；組合機床的加工精度由半精加工向精加工方向轉(zhuǎn)化,還開發(fā)了針對汽車發(fā)動機五大件加工的關(guān)鍵工藝設(shè)備，使行業(yè)在精加工機床的品種上有了較大擴充，為提供成套設(shè)備創(chuàng)造了條件；組合機床制造技術(shù)由過去的以機加工為主的單機及自動化向綜合成套方向轉(zhuǎn)換，加強了相應配套技術(shù)與產(chǎn)品的研究開發(fā)；組合機床的控制技術(shù)由傳統(tǒng)的程序控制技術(shù)向數(shù)控，計算機管理與監(jiān)控方向發(fā)展；組合機床行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的組合機床的控制技術(shù)，已完成了由接觸繼電器控制向可編程控制的轉(zhuǎn)變，大大的提高了組合機床的可靠性，故障率大為降低；組合機床的開發(fā)已經(jīng)又過去的人工設(shè)計轉(zhuǎn)向計算機輔助設(shè)計，大力推行CAD，為提高設(shè)計速度，保證設(shè)計質(zhì)量，縮短供貨周期創(chuàng)造了有利的條件。
現(xiàn)代制造工程從各個角度對組合機床提出了愈來愈高的要求，而組合機床也在不斷吸取新技術(shù)成果而完善和發(fā)展。
(1) 高速化：由于機構(gòu)各組件分工的專業(yè)化，在專業(yè)主軸廠的開發(fā)下，主軸高速化日益普及。過去只用于汽車工業(yè)高速化的機種（每分鐘1.5萬轉(zhuǎn)以上的機種），現(xiàn)在已成為必備的機械產(chǎn)品要件?！?
(2) 精密化：由于各組件加工的精密化，微米的誤差已不是問題。以電腦輔助生產(chǎn)（CAM）系統(tǒng)的發(fā)展帶動數(shù)控控制器的功能越來越多。
(3) 高效能：對機床高速及精密化要求的提高導致了對加工工件制造速度的要求提高。同時，由于產(chǎn)品競爭激烈，產(chǎn)品生命周期縮短，模具的快速加工已成為縮短產(chǎn)品開發(fā)時間所必須具備的條件。對制造速度的要求致使加工模具的機床向著高效能專業(yè)化機種發(fā)展。
(4) 系統(tǒng)化：機床已逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)化產(chǎn)品?，F(xiàn)在可以用一臺電腦控制一條生產(chǎn)線的作業(yè)，不但可縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間，還可以提高產(chǎn)品的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量。
(5) 復合化：產(chǎn)品外觀曲線的復雜化致使模具加工技術(shù)必須不斷升級，機床五軸加工、六軸加工已日益普及，機床加工的復合化已是不可避免的發(fā)展趨勢。
1.3 機床設(shè)計意義、內(nèi)容、要求
1.3.1設(shè)計的意義
機床工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)特別是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)，在國民經(jīng)濟中占有重要的戰(zhàn)略地位。機床工業(yè)與一個國家的工業(yè)競爭力、制造業(yè)發(fā)展水平緊密相關(guān)，本國的機床工業(yè)水平越高，工業(yè)和制造業(yè)競爭力越強。對我國而言，機床工業(yè)不僅僅具有重要的經(jīng)濟意義，而且還具有重要的國防戰(zhàn)略意義。研究機床工業(yè)的特點，有助于我們了解機床工業(yè)的特殊規(guī)律，從而找到適合我國國情的機床工業(yè)發(fā)展之路。我國工業(yè)競爭力和制造業(yè)發(fā)展水平不高，一定程度上是與我國機床工業(yè)發(fā)展水平不高相聯(lián)系的，加快我國機床工業(yè)的發(fā)展，提高我國機床工業(yè)技術(shù)和管理水平，將有利于我國工業(yè)和制造業(yè)發(fā)展。所以對機床的研究設(shè)計意義是極其重大的。
畢業(yè)設(shè)計是高等教育體系中非常重要的環(huán)節(jié)，它可以檢驗自己對專業(yè)知識理解與掌握的程度，也可以提高自己綜合運用所學知識的能力，也能在分析問題和解決問題的過程中學到更多新的知識。
1.3.2 設(shè)計內(nèi)容與要求
本次設(shè)計主要包括：
(1)運動設(shè)計 根據(jù)給定的被加工零件，確定機床的切削用量，通過分析比較擬定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)，并計算主軸的實際轉(zhuǎn)速與標準的相對誤差。
(2)動力設(shè)計 根據(jù)給定的工件，初算傳動軸的直徑、齒輪的模數(shù)；確定動力箱；計算多軸箱尺寸及設(shè)計傳動路線。完成裝配草圖后，要驗算傳動軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi),還要驗算主軸主件的靜剛度。
(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計 進行主運動傳動軸系、變速機構(gòu)、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機構(gòu)設(shè)計,即繪制裝配圖和零件工作圖。
(4)編寫設(shè)計說明書
評價機床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)—經(jīng)濟指標來判定的。技術(shù)先進合理，亦即“質(zhì)優(yōu)價廉”才會受到用戶的歡迎，在國內(nèi)和國際市場上才有競爭力。機床設(shè)計的技術(shù)—經(jīng)濟指標可以從滿足性能要求、經(jīng)濟效益和人機關(guān)系等方面進行分析。
2 組合機床的總體設(shè)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(guān)技術(shù)資料，制定出合理的工藝方案。
根據(jù)被加工零件（減速器箱體）的零件圖（圖2.1），加工過程螺紋底孔：
(1) 加工孔的主要技術(shù)要求。
3個螺紋孔M10底孔直徑均為Φ8mm。
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Φ8mm
(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(shè)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。此離合器壓盤的材料是HT21-40、硬度HB170-241、孔在整個壓盤上呈90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(shè)計要求生產(chǎn)綱領(lǐng)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(shè)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(guān)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,通過對箱蓋零件的結(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(shè)計水平鉆床。
被加工零件圖如圖2.1所示
圖2.1 減速器箱體
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。Φ8mm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(shè)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(shè)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）
由于減速器箱體鉆孔的加工精度、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=8mm，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 =26×8×× =535.16 N
切削扭矩：=10 =10××× =2452.26N·mm
切削功率：= =2452.26×15/(9740×3.14×8) =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。
在減速器箱體的布氏硬度HB200，孔徑d高速鋼鉆頭為Φ8mm的刀具材料（W15Cr4V），為了使工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，加工簡單，Φ8mm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(shè)計“三圖一卡”的編制
總體設(shè)計方案的圖紙表達形式——“三圖一卡”設(shè)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(shè)計，制造，使用，也是重要的技術(shù)文件，檢查和機床的調(diào)整。減速器箱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(shè)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減速器箱體工序圖
（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(shè)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(guān)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(shè)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(guān)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(shè)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(guān)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(guān)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(shè)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……………………………………2.59
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(shè)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(shè)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)模χ鬏S箱設(shè)計的進一步發(fā)展提供基礎(chǔ)，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(shè)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
=∑=3×2375.5=955N
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＝9.55KN。
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(shè)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＝0.5～0.9；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
960
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(shè)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(shè)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…………………………………2.9
= 60/（T切+T輔）
=60/（0.625+3.295）
=15.3 件/h
機床負荷率按下式計算 η = Q / Q1×100%…………………………2.10
= A / Q1tk×100%
=15000/15.3×1950×100%
=67.04%
式中：Q——機床的理想生產(chǎn)率（件/h）
A——年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件）
tk——年工作時間，單班制工作時間tk =1950h
表2.5 生產(chǎn)率計算卡
2.4 多軸箱的設(shè)計
2.4.1 繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖
多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的如圖3.8所示:
圖3.8 鉆孔組合機床多軸箱
圖中多軸箱的兩定位銷孔中心連線為橫坐標，工件加工孔對稱，選擇箱體中垂線為縱坐標，在建立的坐標系中標注輪廓尺寸及動力箱驅(qū)動軸的相對位置尺寸。主軸部為逆時針旋轉(zhuǎn)（面對主軸看）。
主軸的工序內(nèi)容，切削用量及主軸尺寸及動力部件的型號和性能參數(shù)如表 3.6所示：
表3.6 主軸外尺寸及切削用量
軸號
主軸外伸尺寸
工序
內(nèi)容
切削用量
D/d
L
N
（r/min）
V
(m/min)
f
(mm/r)
Vf
(mm/min)
1、2、
3、4
40/28
115
鉆Φ8
415
3.2
0.3.2
74.7
注：1．被加工零件編號及名稱：箱體材料：HT200 JB297-62；硬度: HB170-241，
前、后、側(cè)蓋等材料為HT150
2．動力部件型號：1TD32I動力箱，電動機型號Y112M-6；功率P＝3.2kw。
2.4.2 齒輪模數(shù)選擇
本組合機床主要用于鉆孔，因此采用滾珠軸承主軸。
齒輪模數(shù)m可按下式估算：
m=(30～32)=32×≈1.8……………3.11
式中：m——估算齒輪模數(shù)
P——齒輪所傳遞的功率（kw）
Z——對嚙合齒中的小齒輪數(shù)
N——小齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min）
多軸箱輸入齒輪模數(shù)取m=1.5。
2.4.3 多軸箱的傳動設(shè)計
（1）根據(jù)原始依據(jù)圖（圖3.8），畫出驅(qū)動軸、主軸坐標位置。如下表：
表3.7 驅(qū)動軸、主軸坐標值
坐標
銷O1
驅(qū)動軸O
主軸1
主軸2
主軸3
主軸4
X
－175
0
37
37
-37
-37
Y
0
86.5
101.5
3.29.5
3.29.5
101.5
（2）確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)
圖3.9 齒輪的最小壁厚
1）最小齒數(shù)的確定
為保證齒輪齒根強度，根據(jù)《組合機床簡明設(shè)計手冊》可知，驅(qū)動軸齒數(shù)要在21-24之間。
2）傳動軸2為主軸1，2，3，4都各自在同一同心圓上。
多軸箱的齒輪模數(shù)按驅(qū)動軸齒輪估算
………………………3.3.2
多軸箱輸入齒輪模數(shù)取m=2。主軸1，2，3，4要求的轉(zhuǎn)速一致且較高，所以采用降速傳動。主軸齒數(shù)選取Z=23，傳動齒輪采用z=22齒的齒輪，變位系數(shù)。傳動軸的轉(zhuǎn)速為:
…………………………3.15
由于前面選取了主軸直徑為40，顯然傳動軸直徑都選取40，這樣為了減少傳動軸種類和設(shè)計題目需要由于傳動軸轉(zhuǎn)速是，則驅(qū)動軸至傳動軸的傳動比為:
……………………………3.16
所以選擇兩級傳動，且傳動比分配為：一級為1.0×1.0;二級為1.4×1.0。
驅(qū)動軸的直徑為40mm，由《組合機床簡明設(shè)計手冊》查得知：t=132.3mm,當m=3時，驅(qū)動軸上的齒數(shù)為：
Zmin≥………3.17
去驅(qū)動齒輪齒數(shù)Z=24。
通用的齒輪有三種，即傳動齒輪、動力箱齒輪和電機齒輪。材料均為45鋼，熱處理為齒部高頻淬火G54。本機床齒輪的選用按照下表選用
表3.8齒輪種類及參數(shù)
齒輪種類
寬度（mm）
齒 數(shù)
模數(shù)（mm）
孔徑（mm）
驅(qū)動軸齒輪
24
32
17～50連續(xù)
17～70
2、1.5、3
2、1.5、3、4
15、20、30、140、40
25、30、140、40、50
傳動軸齒輪
44（B型）
21-24
3
25、30、140、40、50
輸出軸齒輪
32
21-24
3
3.2、22、28、32、36
計算各主軸轉(zhuǎn)速
使各主軸轉(zhuǎn)速的相對轉(zhuǎn)速損失在5%以內(nèi)，由公式：V= 知：
n1=n2=n3=n4=3.2x1000/3.3.2/3.2=415r/min…………………3.3.2
2.4.4 繪制傳動系統(tǒng)圖
傳動系統(tǒng)圖是表示傳動關(guān)系是示意圖，即用以確定的傳動軸將驅(qū)動軸和各主軸連接起來，繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動示意圖，如圖3.10所示
圖3.10 鉆孔多軸箱傳動系統(tǒng)圖
圖中傳動軸齒輪和驅(qū)動軸齒輪為第Ⅰ排。在圖中標出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、變位系數(shù)，以校核驅(qū)動軸是否正確。另外，應檢查同排的非嚙合齒輪是否齒頂干涉；還畫出主軸直徑和軸套直徑，以避免齒輪和相鄰的主軸軸套相碰。
2.4.5 傳動零件的校核
（1）驗算傳動軸的直徑
校核傳動軸以承受的總扭矩最大傳動軸5，由它驅(qū)動的有主軸1、2、3、4
主軸扭矩：T1=T2=T3=T4=9979N·mm
油泵軸的扭矩：查得R12-1A油泵的最高壓力為0.3MPa、排量為5.88ml/r。假設(shè)在理想無泄漏狀態(tài)，
即： P·q=T·ω
式中：P——油泵的壓力N/㎡
q——油泵的排量m3/s
T——輸入扭矩N·m
ω——輸入角速度rad/s
單位換算： P=0.3MPa=0.3×106Pa
n =550r/min=9.17r/s…………………………………3.19
q=5.88×9.17=53.92ml/r=53.92×10-6m3/s…………………3.20
ω=2πn/60=2×3.3.2×550/60………………………………3.21
=57.57rad/s
代入公式： P·q=T·ω…………………………………………………3.22
53.92×10-6×0.3×106=57.57T6
解得：T6=281N·mm
T5=T1/i5-1+T2/i5-2+T3/i5-3+T4/i5-4+T6/i5-6……………………………3.23
=4×9979/0.93.2+281/0.667
=44093.06N·mm
根據(jù) d=B=3.316×=132.6mm<140mm
因此傳動軸4是符合要求的。
3 鉆孔夾具設(shè)計
3.1 研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來加工鉆3-M10螺紋底孔Φ8，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(guān)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3-M10螺紋底孔Φ8加工前，平面進行了粗、精銑加工，底面4-Φ13孔進行了鉆、擴加工。因此，定位、夾緊方案有：
選一面兩銷定位方式，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。
鉆3-M10螺紋底孔為了使定位誤差達到要求的范圍之內(nèi)，采用一面兩銷的定位方式，這種定位在結(jié)構(gòu)上簡單易操作。一面即底平面。
3.3切削力及夾緊力的計算
刀具：M10的底孔鉆頭 D=8。
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(shè)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(guān)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(shè)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(shè)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(shè)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
該夾具以一面兩銷定位，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(guān)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(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
3.5定位銷選用
本夾具選用一可換定位銷和棱形銷來定位，其參數(shù)如下表：
表3.1 定位銷
d
H
D
公稱尺寸
允差
5
16
15
～0.011
22
5
1
4
M12
4
3.6 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)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
9
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(shè)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(guān)。在鉆床的設(shè)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、對離合器壓盤的四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(shè)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(shè)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(shè)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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