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畢 業(yè) 設 計（論 文）
設計(論文)題目： 鏜套座左側面4孔鉆孔機床總體及夾具設計
學生姓名： 指導教師：
二級學院： ?！ I(yè)：
班 級： 學 號：
提交日期： 年 月 日 答辯日期： 年 月 日
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
1 緒論 1
1.1 課題研究意義 1
1.2鉆孔專用設備應用 1
1.3 鉆孔專用設備 2
1.4 鉆孔專用設備趨勢 4
2 組合機床的總體設計 5
2.1 組合機床方案的制定 5
2.2 確定切削用量及選擇刀具 7
2.3 鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制 9
2.4 加工示意圖 10
2.5 機床聯系尺寸圖 15
2.6 多軸箱的設計 18
3 夾具設計 25
3.1 研究原始質料 25
3.2 定位、夾緊方案的選擇 25
3.3切削力及夾緊力的計算 25
3.4 誤差分析與計算 27
3.5定位銷選用 28
3.6 夾具設計及操作的簡要說明 28
結 論 29
參考文獻 30
致 謝 31
III
摘 要
本論文主要說明組合機床設計的基本過程及要求。組合機床是按高度集中原則設計的，即在一臺機床上可以同時完成同一種工序或多種不同工序的加工。組合機床發(fā)展于工業(yè)生產末期，與傳統的機床相比：組合機床具有許多優(yōu)點：效率高、精度高、成本低。它由床身、立柱、工作臺、及電源一些基本部件及一些特殊部件，根據不同的工件加工所需而設計的。
在組合機床上可以完成很多工序，但就目前使用的大多數組合機床來說，則主要用于平面加工和孔加工兩大類工序。論文主要內容包括四大部分：
（1）、制定工藝方案 通過了解被加工零件的加工特點、精度和技術要求、定位夾緊情況、生產效率及機床的結構特點等，確定在組合機床上完成的工藝內容及加工方法，并繪制被加工零件工序圖。
（2）、組合機床的總體設計 確定機床各部件之間的相互關系，選擇通用部件和刀具的導向，計算切削用量及機床生產效率、繪制機床的尺寸聯系圖及加工示意圖。
（3）、組合機床部件設計 包括專用多軸箱的設計，傳動布局合理，軸與齒輪之間不發(fā)生干涉，保證傳動的平穩(wěn)性和精確性。專用主軸設計、軸承的選用及電機的選擇等。
（4）、液壓裝置的設計 液壓滑臺、定位夾緊裝置均為液壓控制。并采用了許多液壓控制閥，保證了運動的平衡性，循環(huán)性和精確性。
關鍵詞：組合機床；設計；過程；功能
31
Abstract
This thesis mainly elucidates the basic process and requirements that design of the combination machine. Combination machine is designed according the fundamental , which highly centralized ,or , more correctly it can process one working procedure or more different working procedures at one time . Combination machine was developed in the end of industrial production compared with traditional machine; combination machine has many advantages , such as high efficiency , high accuracy and low cost . It is composed of some general parts , such as bed ,column ,work able ,power unit ,and some special parts designed according to different work piece machining need.
The preface of a lot of works can be completed on the combination machine, but in regard to the majority current usage of combination machine, then and primarily used for the flat surface to process and the bore to process two big work preface. The main part including :(1) Formulating technological plan We,ve learned the characteristic of the part designed ,accuracy and specification ,locating and fixing ,productivity and machining structure by the practice .Then the technological operation and work order can be determined which can be finished in combination machine.(2) Combination machine frame design determines the interrelation of the different part in the machining tool ,select general parts and tool oriented .Then compute cut feed and productivity finally draw a sketch map of the machine .(3) Combination machine parts design including headstock、proper transmission layout 、shaft and gear move freely without interference which ensure the stability and accuracy during transmission ,then design dedicated select bearings and engine etc.(4) It adopts many hydraulic control valves ,which ensure the stability ,circulation and accuracy .
Key words: combination machine ;design ;process ;function
1 緒論
1.1 課題研究意義
市場的開放性和全球化使產品的競爭日趨激烈。而決定產品競爭力的指標是產品的開發(fā)時間(Time ) ， 產品(Quality)，成本(Cost)，創(chuàng)新能力(Creation)和服務(Service)。用戶在追求高質量產品的同時，會更多的追求較低的價格和較短的交貨周期。美國制造業(yè)在20世紀50至40年代主要以擴大生產規(guī)模作為企業(yè)競爭力的第一要素，而在70年代競爭力的第一要素為降低生產成本，80年代為提高產品質量，40年代為市場響應速度。所以現代企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量，增強競爭力。
制造業(yè)是國家重要的基礎工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎是。是眾多機械制造的母機，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產能力和制造精度有著直接關系，關系到國家機械工業(yè)以至整個制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進制造技術的基本單元載體，機械產品的質量、更新速度、對市場的應變能力、生產效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對于一個國家經濟發(fā)展起著舉足輕重的作用我國是世界上產量最多的國家.根據德國工業(yè)協會(VD W )2000年統計資料，在主要的生產國家中，中國排名為世界第五位。但是在國際市場競爭中仍處于較低水平:即使在國內市場也面臨著嚴峻的形勢:一方面國內市場對各類產品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產滯銷積壓，國外產品充斥市場。
1.2鉆孔專用設備應用
據統計，一般在車間中普通機床的平均切削時間很少超過全部工作時間的15%。其余時間是看圖、裝卸工件、調換刀具、操作機床、測量以及清除鐵屑等等。使用數控機床雖然能提高85%，但購置費用大。某些情況下，即使生產率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機床低。故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點，就鉆削加工而言，鉆孔專用設備是一種通過少量投資來提高生產率的有效措施。雖然不可調式多軸頭在自動線中早有應用，但只局限于大批量生產。即使采用可調式多軸頭擴大了使用范圍，仍然遠不能滿足批量小、孔型復雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復雜的鉆孔專用設備更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有15000個ψ20孔，若以搖臂鉆床加工，單單鉆孔與锪沉頭孔就要841.5小時，另外還要劃線工時151.1小時。但若以數控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要171.6小時，劃線也簡單，只要1.4小時。因此，利用數控控制的二個坐標軸，使刀具正確地對準加工位置，結合鉆孔專用設備不但可以擴大加工范圍，而且在提高精度的基礎上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機30種箱形與桿形零件的2000多個鉆孔操作中，有40%可以在自動更換主軸箱機床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少20%的加工時間。1475年法國巴黎機床展覽會也反映了鉆孔專用設備的使用愈來愈多這一趨勢。
1.3 鉆孔專用設備
鉆孔專用設備是在一次進給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工一個孔。這不僅縮短切削時間，提高精度，減少裝夾或定位時間，并且在數控機床中不必計算坐標，減少字塊數而簡化編程。它可以采用以下一些設備進行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機床心及自動更換主軸箱機床。甚至可以通過二個能自動調節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結合數控工作臺縱橫二個方向的運動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個或幾個工序?，F在就這方面的現狀作一簡介。
1.3.1多軸頭
從傳動方式來說主要有帶傳動、齒輪傳動與萬向聯軸節(jié)傳動三種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結構簡單，后者易于調整軸距。從結構來說有不可調式與可調式二種。前者軸距不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于大批量生產。為了擴大其贊許適應性，發(fā)展了可調式多軸頭，在一定范圍內可調整軸距。它主要裝在有萬向.二種。（1）萬向軸式也有二種:具有對準裝置的主軸。主軸裝在可調支架中，而可調支架能在殼體的T形槽中移動，并能在對準的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圓柱形主軸套。主軸套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進行工作。這種鉆孔專用設備方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度的關系，使用范圍有限。
1.3.2 多軸箱
也象多軸頭那樣作為標準部件生產。美國Secto公司標準齒輪箱、多軸箱等設計的不可調式多軸箱。有32種規(guī)格，加工面積從300Ｘ300毫米到600Ｘ1050毫米，工作軸達60根，動力達21.5千瓦。Romai工廠生產的可調多軸箱調整方便，只要先把齒輪調整到接近孔型的位置，然后把與它聯接的可調軸移動到正確的位置。因此，這種結構只要改變模板，就能在一定范圍內容易地改變孔型，并且可以達到比普通多軸箱更小的孔距。
根據成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的組合機床很適用于大中批量生產。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數點：（1）工件裝夾簡單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。（2）夾具剛性好，加工時不形變，分度定位正確。（3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調整，從而縮短換刀停機時間。（4）使用優(yōu)質刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機磨。（5）尺寸超差時能立即發(fā)現。
1.3.3多軸鉆床
這是一種能滿足鉆孔專用設備要求的鉆床。諸如導向、功率、進給、轉速與加工范圍等。巴黎展覽會中展出的多軸鉆床多具液壓進給。其整個工作循壞如快進、工進與清除鐵屑等都是自動進行。值得注意的是，多數具有單獨的變速機構，這樣可以適應某一組孔中不同孔徑的加工需要。
1.3.4 自動更換主軸箱機床
為了中小批量生產合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動更換主軸箱組合機床。
(1) 自動更換主軸機床
自動更換主軸機床頂部是回轉式主軸箱庫，掛有多個不可調主軸箱?？v橫配線盤予先編好工作程序，使相應的主軸箱進入加工工位，定位緊并與動力聯接，然后裝有工件的工作臺轉動到主軸箱下面，向上移動進行加工。當變更加工對象時，只要調換懸掛的主軸箱，就能適應不同孔型與不同工序的需要。
(2)多軸轉塔機床
轉塔上裝置多個不可調或萬向聯軸節(jié)主軸箱，轉塔能自動轉位，并對夾緊在回轉工作臺的工件作進給運動。通過工作臺回轉，可以加工工件的多個面。因為轉塔不宜過大，故它的工位數一般不超過4—6個。且主軸箱也不宜過大。當加工對象的工序較多、尺寸較大時，就不如自動更換主軸箱機床合適，但它的結構簡單。
(3)自動更換主軸箱組合機床
它由自動線或組合機床中的標準部件組成。不可調多軸箱與動力箱按置在水平底座上，主軸箱庫轉動時整個裝置緊固在進給系統的溜板上。主軸箱庫轉動與進給動作都按標準子程序工作。換主軸箱時間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉工作臺，以便加工工件的各個面。好果回轉工作臺配以卸料裝置，就能合流水生產自動化。在可變生產系統中采用這種裝置，并配以相應的控制器可以獲得完整的加工系統。
(4) 數控八軸落地鉆床
大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達15000個，它與支撐板聯接在一起加工?？讖綖?0毫米，孔深80毫米。采用具有內冷卻管道的麻花鉆，5－7巴壓力的冷卻液可直接進入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成40°供自動定心。它比普通麻花鉆耐用，且進給量大。為了縮短加工時間，以8軸數控落地加工。
1.4 鉆孔專用設備趨勢
鉆孔專用設備生產效率高，投資少，生產準備周期短，產品改型時設備損失少。而且隨著我國數控技術的發(fā)展，鉆孔專用設備的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。
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量、生產率、總體布局和夾具結構等。所以，在制定工藝方案時，必須計算分析被加工零件圖，并深入現場了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛度，加工部位的結構特點加工精度，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，生產率要求，現場所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國內外有關技術資料，制定出合理的工藝方案。
根據被加工零件（鏜套座）的零件圖（圖3.1），加工6個螺紋底孔的工藝過程：
(1) 加工孔的主要技術要求。
4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
要求生產綱領為（考慮廢品及備品率）年產量5萬件，單班制生產
(2) 工藝分析
加工該孔時，孔的位置度公差為0.05mm。
根據組合機床的工藝方法及能達到的精度，可采用如下的加工方案：
一次性加工通孔，孔徑為Φ8mm。
(3) 定位基準及夾緊點的選擇
加工此零件上的孔，以上表面限制三個自由度和右端面限制三個自由度，位于中間的孔通過螺桿起到了很好的夾緊作用。
在保證加工精度的情況下，提高生產效率減輕工人勞動量，由于工件是大批量生產，因此在設計時就認為是人工夾緊。
2.1.2 確定組合機床的配置形式和結構方案
(1)被加工零件的加工精度
被加工零件需要在組合機床上完成的加工工序及應保證的加工精度，是制造機床方案的主要依據。鏜套座鉆孔的精度要求較高，可采用鉆孔組合機床。為了加工出表面粗糙度為Ra1.6um的孔，采取提高機床原始制造精度和工件定位基準精度并減少夾壓變形等措施就可以了。為此，機床通常采用尾置式齒輪動力裝置，進給采用液壓系統，被加工零件圖如圖3.1所示
圖3.1 鏜套座
(2) 被加工零件的特點
這主要指零件的材料、硬度加工部位的結構形狀，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。此鏜套座的材料是HT200、硬度HB170～241、孔的直徑為Φ8mm。采用多孔同步加工，零件的剛度足夠，工件受力不大，振動，及發(fā)熱變形對工件影響可以不計。
一般來說，孔中心線與定位基準面平行且需由一面或幾面加工的箱體宜用臥式機床，立式機床適宜加工定位基準面是水平的且被加工孔與基準面垂直的工件，而不適宜加工安裝不方便或高度較大的細長工件。對大型箱體件采用單工位機床加工較適宜，而中小型零件則多采用多工位機床加工。
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，工件較小，其孔分布較密集，多軸箱體積較大，一次鉆孔，選擇立式鉆床。
(3) 零件的生產批量
零件的生產批量是決定采用單工位、多工位、自動線或按中小批量生產特點設計組合機床的重要因素。按設計要求生產綱領為年生產量為5萬件，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，此工序盡量在一臺機床上完成，以提高利用率。
(4) 機床使用條件
根據使用組合機床對車間布置情況、工序間的聯系、技術能力和自然條件等的要求來選擇適合的組合機床。
綜合以上所述：通過對鏜套座零件的結構特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術要求、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性能等方面的考慮，最終決定設計臥式鉆床。
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、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
確定了在組合機床上完成的工藝內容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設計的組合機床為多軸同步加工在大多數情況下，所選切削用量，根據經驗比一般通用機床單刀加工低30%左右．多軸主軸箱上所有刀具共用一個進給系統，通常為標準動力滑臺，工作時，要求所有刀具的每分鐘進給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進給量（mm/min）應是適合有刀具的平均值。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設計成同轉速和同的每轉 進給量（mm/r）與其適應。以滿足直徑的加需要，即： …………………………………3.1
式中： … ——各主軸轉速（r/min）
——各主軸進給量（mm/r）
——動力滑臺每分鐘進給量（mm/min）
由于鏜套座鉆孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術要求等，按照經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=0.8mm/r、切削速度v=8m/min
2.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率
根據選定的切削用量（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：
切削力： =26…………………………8
=26×8××
=2378.5N
切削扭矩： =10………………………3.3
=10×××
=4474N·mm
切削功率： =……………………………3.4
=4474×8/(9740×3.14×8)
=0.43kw
式中： HB——布氏硬度
F——切削力（N）
D——鉆頭直徑（mm）
f——每轉進給量（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 選擇刀具結構
鏜套座的布氏硬度在HB170-241，孔徑D為8mm刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W8Cr4V），為了使工作可靠、結構簡單、刃磨簡單，選擇標準Φ8mm的麻花鉆?？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30～50mm的距離，以便排出切屑和刀具磨損后有一定的向前的調整量。
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，其內容包括：
繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯系尺寸圖、編制生產率卡。
被加工零件工序圖
1、被加工零件工序圖的作用及內容
被加工零件工序圖是根據選定的工藝方案，表示一臺組合機床完成的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求，加工用的定位基準、夾具部位及被加工零件的材料、硬度等狀況的圖紙。它是在原零件圖基礎上，突出本機床的加工的內容，加上必要的說明繪制成的，是組合機床設計的主要依據，也是制造、使用、檢驗和調整機床的重要技術文件。鏜套座鉆孔組合機床的被加工零件工序圖如8所示。
圖上主要內容：
（1）被加工零件的形狀，主要外廓尺寸和本機床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技術要求，以及對上道工序的技術要求等。
（2）本工序所選定的定位基準、夾緊部位及夾緊方向。
（3）被加工零件的名稱、編號、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。
2、繪制被加工零件工序圖的注意事項
（1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要圖出被本機床的加工內容。繪制時，應按一定的比例，選擇足夠的視圖及剖位視圖，突出加工部位（用粗實線），并把零件輪廓及與機床、夾具設計有關粗實線標記。如圖8中定位基準，機械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號部（用細實線）表清楚，凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應在尺寸數值下方面用表示出來。
圖8鏜套座工序圖
（2）加工部位的位置尺寸應由定位基準注起，為便于加工及檢查，有時因所選定位基準與設計基準不重合，則須對加工部位要求位置尺寸精度進行分析換算。
2.4 加工示意圖
1、加工示意圖的作用和內容
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、電氣和液壓系統設計選擇動力部件的主要依據，是整臺組合機床布局形式的原始要求，也是調整機床和刀具所必需的重要文件。圖3.3為鏜套座鉆孔的加工示意圖
圖3.3加工示意圖
在圖上應標注的內容：
（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）主軸的結構類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數量和結構尺寸、接桿、導向裝置的結構尺寸；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
在組合機床上加工孔，除用剛性主軸的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取決于夾具導向。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容，也是繪制加工示意圖時必須解決的內容。
1）選擇導向類型 根據刀具導向部分直徑和刀具導向的線速度v=8m/min，選擇固定式導向。
2）導向套的參數 根據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3.1 固定導向裝置的標準尺
d
d1
D
D1
D2
l
l1
l2
l3
l4
L5
8
8
22
30
34
150
40
8
12
17
46
固定裝置的配合如下表：
表8 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）
H7/g6
H7/n6
g6
固定導向裝置的布置如圖3.4所示
圖3.4 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=81.0GPa,剛性主軸取ψ＝1／4（0）／m,所以B取3.316，
根據剛性條件計算主軸的直徑為：
dB……………………………………1.54
式中： d——軸直徑（mm）（24.65）
T——軸所承受的轉矩（N·mm）
B——系數
本設計中主軸直徑d=25mm,主軸外伸長度為：L=115mm，D/為40/28。
（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環(huán)節(jié)，這個可調節(jié)在組合機床上是通過可調整的刀具接桿來解決的,連接桿如圖1.5所示，
圖1.5 可調連接桿
連接桿上的尺寸d與主軸外伸長度的內孔D配合，因此，根據接桿直徑d選擇刀具接桿參數如表3.3所示：
表3.3 可調接桿的尺寸
d
D1(h6)
d2
d3
L
l1
l2
l3
螺母
厚度
28
Tr28×2
莫氏1號
13.061
36
85
51
42
50
12
（5）確定加工示意圖的聯系尺寸
從保證加工終了時主軸箱端面到工件端面間距離最小來確定全部聯系尺寸，加工示意圖聯系尺寸的標注如圖3.3所示。其中最重要的聯系尺寸即工件端面到多軸箱端面之間的距離（圖中的尺寸321mm）,它等于刀具懸伸長度、螺母厚度、主軸外伸長度與接桿伸出長度（可調）之和，再減去加工孔深度和切出值。
（6）工作進給長度的確定
如圖3.6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=8mm，切出長度=1/3d+(3～8)= x8+712mm，所以=8+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3.6 工作進給長度
2.5 機床聯系尺寸圖
圖3.7 機床聯系尺寸圖
1、聯系尺寸圖的作用和內容
一般來說，組合機床是由標準的通用部件——動力箱、動力滑臺、立柱、立柱底座加上專用部件組合而成。聯系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配和運動關
系，以檢驗機床各部件的相對位置及尺寸聯系是否滿足要求，通用部件的選擇是否合適，并為進一步開展主軸箱、夾具等專用部件、零件的設計提供依據。聯系尺寸圖也可以看成是簡化的機床總圖，它表示機床的配置型式及總體布局。
如圖3.7所示，機床聯系尺寸圖的內容包括機床的布局形式，通用部件的型號、規(guī)格、動力部件的運動尺寸和所用電動機的主要參數、工件與各部件間的主要聯系尺寸，專用部件的輪廓尺寸等。
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，根據滑臺的驅動方式、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）驅動形式的確定 根據對液壓滑臺和機械滑臺的性能特點比較，并結合具體的加工要求，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
=∑=4×2378.5=458N
式中： ——各主軸加工時所產生的軸向力
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生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進給力應大于＝4.58KN。
3）確定進給速度 液壓滑臺的工作進給速度規(guī)定一定范圍內無級調速，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;液壓進給系統中采用應力繼電器時，實際進給速度應更大一些。本系統中進給速度=n·f=8mm/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整。本系統前備量為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80mm,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+80=220mm，取L＝630mm。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……………………………3.6
＝6*0.43／0.8
＝825KW
式中：η——多軸箱傳動效率，加工黑色金屬時η＝0.8～0.4；有色金屬時η＝0.7～0.8，本系統加工HT200，取η＝0.8．
動力箱的電動機功率應大于計算功率，并結合主軸要求的轉速大小選擇。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80mm。主要技術參數如下表：
表3.4電機型號及參數
主電機傳動型號
轉速范圍（r/min）
主電機功率（）
配套主軸部件型號
電機轉速
輸出轉速
D50 Y132M1-6
460
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，在現階段設計組合機床時，裝料高度可視具體情況在H＝580～1060mm之間選取，本系統取裝料高度為800mm。
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=320，H=250
根據上述計算值，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=320×250mm。
生產率計算卡
生產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、生產率、負荷率等技術文件，通過生產率計算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產率及負荷率的要求。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5～10 r所需要時間。這里取10r
輔助時間 T輔 = +t移+t裝……………………3.8
= （75＋120）/1000+0.13+2
= 3.325min
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
機床生產率 Q1 = 60/T單…………………………………3.4
= 60/（T切+T輔）
=60/（0.625+845）
=15.3 件/h
機床負荷率按下式計算 η = Q / Q1×100%…………………………3.10
= A / Q1tk×100%
=20000/15.3×1450×100%
=67.04%
式中：Q——機床的理想生產率（件/h）
A——年生產綱領（件）
tk——年工作時間，單班制工作時間tk =1450h
表1.5 生產率計算卡
2.6 多軸箱的設計
2.6.1 繪制多軸箱設計原始依據圖
多軸箱設計原始依據圖是根據“三圖一卡”繪制的如圖3.8所示:
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動軸的相對位置尺寸。主軸部為逆時針旋轉（面對主軸看）。
主軸的工序內容，切削用量及主軸尺寸及動力部件的型號和性能參數如表 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
8
0.8
74.7
注：1．被加工零件編號及名稱：箱體材料：HT200 JB247-62；硬度: HB170-241，
前、后、側蓋等材料為HT150
2．動力部件型號：1TD32I動力箱，電動機型號Y112M-6；功率P＝8kw。
2.6.2 齒輪模數選擇
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m可按下式估算：
m=(30～32)=32×≈2……………3.11
式中：m——估算齒輪模數
P——齒輪所傳遞的功率（kw）
Z——對嚙合齒中的小齒輪數
N——小齒輪的轉速（r/min）
多軸箱輸入齒輪模數取m=1.5。
2.6.3 多軸箱的傳動設計
（1）根據原始依據圖（圖3.8），畫出驅動軸、主軸坐標位置。如下表：
表3.7 驅動軸、主軸坐標值
坐標
銷O1
驅動軸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
84.5
84.5
101.5
（2）確定傳動軸位置及齒輪齒數
圖3.4 齒輪的最小壁厚
1）最小齒數的確定
為保證齒輪齒根強度，根據《組合機床簡明設計手冊》可知，驅動軸齒數要在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。
多軸箱的齒輪模數按驅動軸齒輪估算
………………………3.8
多軸箱輸入齒輪模數取m=2。主軸1，2，3，4要求的轉速一致且較高，所以采用降速傳動。主軸齒數選取Z=21，傳動齒輪采用z=22齒的齒輪，變位系數。傳動軸的轉速為:
…………………………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計題目需要由于傳動軸轉速是，則驅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。
驅動軸的直徑為40mm，由《組合機床簡明設計手冊》查得知：t=132.3mm,當m=3時，驅動軸上的齒數為：
Zmin≥………3.17
去驅動齒輪齒數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
齒輪種類
寬度（mm）
齒 數
模數（mm）
孔徑（mm）
驅動軸齒輪
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
8、22、28、32、36
計算各主軸轉速
使各主軸轉速的相對轉速損失在5%以內，由公式：V= 知：
n1=n2=n3=n4=8x1000/3.8/8=415r/min…………………3.8
2.6.4 繪制傳動系統圖
傳動系統圖是表示傳動關系是示意圖，即用以確定的傳動軸將驅動軸和各主軸連接起來，繪制在多軸箱輪廓內的傳動示意圖，如圖3.10所示
圖3.10 鉆孔多軸箱傳動系統圖
圖中傳動軸齒輪和驅動軸齒輪為第Ⅰ排。在圖中標出齒輪的齒數、模數、變位系數，以校核驅動軸是否正確。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。
2.6.5 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，由它驅動的有主軸1、2、3、4
主軸扭矩：T1=T2=T3=T4=4474N·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=4.17r/s…………………………………3.14
q=5.88×4.17=53.42ml/r=53.42×10-6m3/s…………………80
ω=2πn/60=2×3.8×550/60………………………………81
=57.57rad/s
代入公式： P·q=T·ω…………………………………………………82
53.42×10-6×0.3×106=57.57T6
解得：T6=281N·mm
T5=T1/i5-1+T2/i5-2+T3/i5-3+T4/i5-4+T6/i5-6……………………………83
=4×4474/0.48+281/0.667
=44043.06N·mm
根據 d=B=3.316×=132.6mm<140mm
因此傳動軸4是符合要求的。
3 夾具設計
3.1 研究原始質料
利用本夾具主要用來加工4個M10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：在對鉆孔進4個M102孔行加工前，底平面進行了粗、精銑加工，底面孔進行了鉆、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，通用性較強的移動壓板來夾緊。
4個M10孔時為了使定位誤差達到要求的范圍之內，采用一面兩銷的定位方式，這種定位在結構上簡單易操作。一面即底平面。
3.3切削力及夾緊力的計算
鏜刀材料：（硬質合金鏜刀）
刀具的幾何參數：
由參考文獻[5]查表可得：
圓周切削分力公式：
式中
查[5]表得： 查[5]表 取
由表可得參數：
即：
同理：徑向切削分力公式 ：
式中參數：
即：
軸向切削分力公式 ：
式中參數：
即：
根據工件受力切削力、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，再乘以安全系數作為實際所需夾緊力的數值。即：
安全系數K可按下式計算有：：
式中：為各種因素的安全系數，查參考文獻[5]表可得：
所以有：
該孔的設計基準為中心軸，故以回轉面做定位基準，實現“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考慮在內，安全系數
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K可按下式計算，由式（2.5）有：：
式中：為各種因素的安全系數，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，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用螺旋夾緊機構。
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。
3.5定位銷選用
本夾具選用一可換定位銷和棱形銷來定位，其參數如下表：
表3.1 定位銷
d
H
D
公稱尺寸
允差
8
16
15
～0.011
22
5
1
4
M12
4
3.6 夾具設計及操作的簡要說明
為提高生產率，經過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋機構）。這類夾緊機構結構簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。
此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現象，選用可換定位銷。以便隨時根據情況進行調整換取。
結 論
本課題開發(fā)研制的組合機床。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、對加工工藝進行了分析研究，明確了加工的技術要求和工藝要點。
2、恰當地選擇了機床的切削參數，動力頭及液壓滑臺驅動機構的結構參數。
3、采用液壓滑臺驅動動力頭和多軸箱實現進給，驅動工件實現兩工位運動。制定了液壓滑臺的進給工作循環(huán)。經分析證明可以滿足工藝要求。
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、根據通用、經濟的原則，選擇了刀具，滿足了工藝的需要。
設計的鏜孔組合機床，保證了加工孔的生產質量，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、現場的不斷實踐、總結，必將會得到進步的提高。
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致 謝
本次畢業(yè)設計涉及的全部內容是在指導老師XX老師的悉心指導下完成的。感謝XX老師給我提供了良好的課題條件，讓我從這次設計中得到了很好的鍛煉。同時也為我講解了不少難題，在此特別感謝。XX老師淵博的學識、嚴謹的治學