畢業設計說明書設計題目減速箱體左右端面6×M4孔鉆孔專用機床設計進行日期2012年03月14日至2012年06月10日學生姓名：專業班級：機械設計制造及其自動化指導教師：系主任：

前言組合機床是用已經系列化、標準化的通用部件和少量專用部件組成的多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的高效專用機床，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍，可進行鉆、鏜、鉸、攻絲、車削、銑削等切削加工。1911年，美國為加工汽車零件研制了組合機床。在發展初期，各機床制造廠都執行自己的通用部件標準。為方便用戶使用和維修，提高互換性，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協議，確定了組合機床通用部件標準化的原則，并規定了部件間聯系尺寸。1973年ISO公布了第一批組合機床通用部件標準。1975年我國機械部公布了第一批組合機床通用部件標準，它包括了汽車、農機、紡織和儀表工業。1978年、1983年又2次作了增補。目前，我國組合機床的通用零部件約占70%-90%。組合機床適宜于各種大中型箱體類零件，目前組合機床主要用于平面加工和孔加工兩類工序。其中孔加工包括鉆、擴、鉸、鏜孔及倒角、切槽、攻螺紋、锪沉孔、滾壓孔等。隨著自動化的發展，組合機床的工藝范圍已擴展到了車外圓等工序。組合機床具有如下特點：主要用于加工箱體類零件和雜件的平面和孔。2）生產率高。可多面、多工位、多軸、多刀同時自動加工。3）加工精度穩定。可選用成熟的通用部件、精密夾具來保證加工精度。4）研制周期短，便于設計、制造和使用維護，成本低。5）自動化程度高，勞動強度低。6）配置靈活。因為結構模塊化、組合化，機床易于改裝；產品或工藝變化時，通用部件還可以重復利用。減速箱體左右端面6×M4孔鉆孔專用機床設計摘要組合機床（transferandunitmachine）組合機床是以通用部件為基礎，配以按工件特定形狀和加工工藝設計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。關鍵詞：組合機床英文題目AbstractCombinationofmachinetoolsisbasedoncommoncomponents,accordingtotheworkpiecewithaspecificshapeanddesignoftheprocessingcomponentsandspecialfixture,thecompositionsemiautomaticorautomaticspecialmachineKeyword：transferandunitmachine目錄TOC\o"1-3"\h\u8639第一章緒論 1230261.1組合機床的發展史 1282951.2組合機床的國內、外現狀 1306981.2.1國內組合機床現狀 2190241.2.2國外組合機床現狀 3316471.3機床設計的目的、內容、要求 420894 410131 473691.3.3設計要求 569311.4機床的設計步驟 531971 577021.4.2擬定方案 542311.4.3工作圖設計 531046第二章零件分析 7307932.1零件的結構特點及其技術要求 790032.1.1零件結構特點 7285932.1.2技術要求 750702.2.零件的生產批量及其機床的使用 7304232.2.1零件的生產批量 7231192.2.2機床的使用條件 7230702.3零件工藝方案 711325第三章組合機床的總體設計 942653.1組合機床方案的制定 994033.1.1制定工藝方案 9285313.1.2確定組合機床的配置形式和結構方案。 9229603.2確定切削用量及選擇刀具 11241203.2.1確定工序間余量 11244703.2.2選擇切削用量 11257403.2.3確定切削力、切削扭矩、切削功率 12226933.2.4選擇刀具結構 1222747“三圖一卡”的編制 13210983.3.1被加工零件工序圖 1320783.3.2加工示意圖 1433413.3.3機床聯系尺寸圖 1993573.3.4生產率計算卡 21250453.4多軸箱的設計 23313863.4.1繪制多軸箱設計原始依據圖 23272993.4.2齒輪模數選擇 2499683.4.3多軸箱的傳動設計 24231693.4.4繪制傳動系統圖 267508第四章夾具設計 29142034.1機床夾具的概述 293986 2926709 29319724.2夾緊方案和夾緊元件的設計 29237744.3夾具的性能及優點 30136794.4夾具體的設計 3035654.5夾具精度分析計算 31150524.6夾具操作的簡要說明 3214933結論 3228088參考文獻 3412360致謝 35第一章緒論1.1組合機床的發展史二十世紀70年代以來，隨著可轉位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補償技術的發展，組合機床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達0.05毫米/1000毫米，表面粗糙度可低達2.5～0.63微米；鏜孔精度可達IT7～6級，孔距精度可達0.03～0.02微米。最早的組合機床是1911年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機床制造廠都有各自的通用部件標準。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協商，確定了組合機床通用部件標準化的原則，即嚴格規定各部件間的聯系尺寸，但對部件結構未作規定。在我國，組合機床發展已有28年的歷史，其科研和生產都具有相當的基礎，應用也已深入到很多行業。是當前機械制造業實現產品更新，進行技術改造，提高生產效率和高速發展必不可少的設備之一。從2002年年底第21屆日本國際機床博覽會上獲悉，在來自世界10多個國家和地區的500多家機床制造商和團體展示的最先進機床設備中，超高速和超高精度加工技術裝備與復合、多功能、多軸化控制設備等深受歡迎。該屆博覽會上展出的加工中心，主軸轉速10000～20000r/min，最高進給速度可達20～60m/min；復合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數量減少的同時，加工的形狀卻日益復雜。組合機床未來的發展將更多的采用調速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結構、縮短生產節拍；采用數字控制系統和主軸箱、夾具自動更換系統，以提高工藝可調性；以及納入柔性制造系統等。1.2組合機床的國內、外現狀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展。至今，它已成為現代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關鍵設備之一。現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成果而完善和發展。1.2.1國內組合機床現狀在我國，組合機床發展已有28年的歷史，其科研和生產都具有相當的基礎，應用也已深入到很多行業。是當前機械制造業實現產品更新，進行技術改造，提高生產效率和高速發展必不可少的設備之一。組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質、經濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業。我國傳統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批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉臺式組合機床等；隨著技術的不斷進步，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）、數字控制（NC）等，能任意改變工作循環控制和驅動系統，并能靈活適應多品種加工的可調可變的組合機床。另外，近年來組合機床加工中心、數控組合機床、機床輔機（清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線）等在組合機床行業中所占份額也越來越大。由于組合機床及其自動線是一種技術綜合性很高的高技術專用產品，是根據用戶特殊要求而設計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監控、清洗、裝配和試漏等技術。我國組合機床及組合機床自動線總體技術水平比發達國家要相對落后，國內所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導致投資規模的擴大，并使產品生產成本提高。因此，市場要求我們不斷開發新技術、新工藝，研制新產品，由過去的“剛性”機床結構，向“柔性”化方向發展，滿足用戶需求，真正成為剛柔兼備的自動化裝備。從2002年年底第21屆日本國際機床博覽會上獲悉，在來自世界10多個國家和地區的500多家機床制造商和團體展示的最先進機床設備中，超高速和超高精度加工技術裝備與復合、多功能、多軸化控制設備等深受歡迎。據專家分析，機床裝備的高速和超高速加工技術的關鍵是提高機床的主軸轉速和進給速度。該屆博覽會上展出的加工中心，主軸轉速10000～20000r/min，最高進給速度可達20～60m/min；復合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數量減少的同時，加工的形狀卻日益復雜。多軸化控制的機床裝備適合加工形狀復雜的工件。另外，產品周期的縮短也要求加工機床能夠隨時調整和適應新的變化，滿足各種各樣產品的加工需求。然而更關鍵的是現代通信技術在機床裝備中的應用，信息通信技術的引進使得現代機床的自動化程度進一步提高，操作者可以通過網絡或對機床的程序進行遠程修改，對運轉狀況進行監控并積累有關數據；通過網絡對遠程的設備進行維修和檢查、提供售后服務等。在這些方面我國組合機床裝備還有相當大的差距，因此我國組合機床技術裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調可變、任意加工性以及通信技術的應用將是今后的發展方向。1.2.2國外組合機床現狀80年代以來，國外組合機床技術在滿足精度和效率要求的基礎上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發展。組合機床的加工精度、多品種加工的柔性以及機床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進展，實現了機床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節拍和多功能知道監控。組合機床技術的發展趨勢是：（1）廣泛應用數控技術國外主要的組合機床生產廠家都有自己的系列化完整的數控組合機床通用部件,在組合機床上不僅一般動力部件應用數控技術,而且夾具的轉位或轉角、換箱裝置的自動分度與定位也都應用數控技術,從而進一步提高了組合機床的工作可靠性和加工精度。廣州標致汽車公司由法國雷諾公司購置的缸蓋加工生產線,就是由三臺自動換箱組合機床組成的,其全部動作均為數控,包括自動上下料的交換工作臺、環形主軸箱庫、動力部件和夾具的運動,其節拍時間為58秒。(2)發展柔性技術80年代以來,國外對中大批量生產,多品種加工裝備采取了一系列的可調、可變、可換措施,使加工裝備具有了一定的柔性。如先后發展了轉塔動力頭、可換主軸箱等組成的組合機床;同時根據加工中心的發展,開發了二坐標、三坐標模塊化的加工單元,并以此為基礎組成了柔性加工自動線(FTL)。這種結構的變化,既可以實現多品種加工要求的調整變化快速靈敏,又可以使機床配置更加靈活多樣。(3)發展綜合自動化技術汽車工業的大發展,對自動化制造技術提出了許多新的需求,大批量生產的高效率,要求制造系統不僅能完成一般的機械加工工序,而且能完成零件從毛坯進線到成品下線的全部工序,以及下線后的自動碼垛、裝箱等。德國大眾汽車公司KASSEL變速箱廠1987年投入使用的造價9000萬馬克的齒輪箱和離合器殼生產線,就是這種綜合自動化制造系統的典范。該系統由兩條相似對稱布置的自動線組成,三班制工作,每條線日產2000件,節拍時間為40秒。全線由12臺雙面組合機床、18臺三坐標加工單元、空架機器人、線兩端的毛坯庫和三坐標測量機組成,可實現3種零件的加工。空架機器人完成工件下線的碼垛裝箱工作。隨著綜合自動化技術的發展,出現了一批專門從事裝配、試驗、檢測、清洗等裝備的專業生產廠家,進一步提高了制造系統的配套水平。(4)進一步提高工序集中程度國外為了減少機床數量,節省占地面積,對組合機床這種工序集中程度高的產品,繼續采取各種措施,進一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺、多坐標通用部件、移動主軸箱、雙頭鏜孔車端面頭等組成機床或在夾具部位設置刀庫,通過換刀加工實現工序集中,從而可最大限度地發揮設備的效能,獲取更好的經濟效益。1.3機床設計的目的、內容、要求機床設計畢業設計，其目的在于通過機床主運動機械變速傳動系統的結構設計，使我們在擬定傳動和變速的結構方案過程中，得到設計構思、方案的分析、結構工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術文件和查閱資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設計思想，掌握基本的設計方法，培養基本的設計方法，并培養了自己具有初步的結構分析、結構設計和計算能力。(1)運動設計根據給定的被加工零件，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圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數，并計算主軸的實際轉速與標準的相對誤差。(2)動力設計根據給定的工件，初算傳動軸的直徑、齒輪的模數；確定動力箱；計算多軸箱尺寸及設計傳動路線。完成裝配草圖后，要驗算傳動軸的直徑，齒輪模數否在允許范圍內。還要驗算主軸主件的靜剛度。(3)結構設計進行主運動傳動軸系、變速機構、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機構設計。即繪制裝配圖和零件工作圖。(4)編寫設計說明書1.3.3設計要求評價機床性能的優劣，主要是根據技術—經濟指標來判定的。技術先進合理，亦即“質優價廉”才會受到用戶的歡迎，在國內和國際市場上才有競爭力。機床設計的技術—經濟指標可以從滿足性能要求、經濟效益和人機關系等方面進行分析。1.4機床的設計步驟研究市場和用戶對設計機床的要求，然后檢索有關資料。其中包括情報、預測、實驗研究成果、發展趨勢、新技術應用以及相應的圖紙資料等。甚至還可以通過網絡檢索技術查閱先進國家的有關資料和專利等。通過對上述資料的分析研究，擬訂適當的方案，以保證機床的質量和提高生產率，使用戶有較好的經濟效益。1.4.2擬定方案通常可以擬定出幾個方案進行分析比較。每個方案包括的內容有：工藝分析、主要技術參數、總布局、傳動系統、液壓系統、控制操作系統、電系統、主要部件的結構草圖、實驗結果及技術經濟分析等。在制定方案時應注意以下幾個方面：（1）當使用和制造出現矛盾時，應先滿足使用要求，其次才是盡可能便于制造。要盡量用先進的工藝和創新的結構；（2）設計必須以生產實踐和科學實驗為依據，凡是未經實踐考驗的方案，必須經過實驗證明可靠后才能用于設計；（3）繼承與創造相結合，盡量采用先進工藝，迅速提高生產力，為實現四個現代化服務。注意吸取前人和國外的先進經驗，并在此基礎上有所創造和發展。1.4.3工作圖設計首先，在選定工藝方案并確定機床配置形式、結構方案基礎上，進行方案圖紙的設計。這些圖子包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯系尺寸圖和生產率計算卡，統稱“三圖一卡”設計。并初定出主軸箱輪廓尺寸，才能確定機床各部件間的相互關系。其次，繪制機床的總裝圖、部分部件裝配圖。然后，整理機床有關部件與主要零件的設計計算書，編制各類零件明細表，編寫機床說明書等技術文件。最后，對有關圖紙進行工藝審查和標準化審查。

第二章零件分析2.1零件的結構特點及其技術要求2.1.1零件結構特點箱體是各類機器的基礎零件，它將機器和部件的軸套、齒輪等有關零件聯接成一個整體，并使之保持正確的位置以傳遞轉矩或改變轉速來完成規定的運動，因此，箱體的加工質量直接影響機器的性能、精度和壽命。箱體零件的結構一般比較復雜，壁薄且壁厚不均勻，加工部位多，既有一個或多個基準面及一些支承面，又有一對或數對加工難度大的軸承支撐孔。2.1.2技術要求本次加工的零件為減速箱體,根據其零件圖,技術要求有以下幾點:1):機座鑄成后,應清理并進行時效處理2)：未注明的倒角為1x45度3)：未注明的鑄造圓角半徑為2~4mm2.2.零件的生產批量及其機床的使用2.2.1零件的生產批量本次課題要求,零件的生產批量以年產2萬件而計.2.2.2機床的使用條件本次課題要求生產綱領為年產2萬件,而機床的使用設備為:大部分工藝采用通用機床,部分采用專用機床,機床按流水線生產布置,也可以廣泛使用專用夾具,采用部分專用刀具,部分采用專用量具.2.3零件工藝方案表1生產工藝方案工序號工序名稱工序內1粗銑上端面以左右端面和下端面為基準粗銑上端面2精銑下端面以上端面為基準精銑下端面3精銑Φ8銷錐孔以上端面為粗基準精銑錐銷孔4精銑底面的外表面以底面和錐銷孔為精基準精銑底面的外表面5精銑左右端面上圓的外表面以底面和錐銷孔為精基準精銑底面的外表面6精銑前后端面圓的外邊面以底面和錐銷孔為精基準精銑底面的外表面7精銑上表面以底面和錐銷孔為精基準精銑底面的外表面8粗鏜Φ47的圓以上端面和左右端面為精基準9粗鏜Φ42的圓以上端面和左右端面為精基準10精銑Φ47的孔以上端面和左右端面為精基準11精銑Φ42的孔以上端面和左右端面為精基準12精銑Φ47孔的上表面以上表面和左右端面為精基準13精銑Φ75底圓的上表面以上表面和左右端面為精基準14粗鏜左右端面上Φ40孔一面兩銷15粗鏜前后端面上Φ35的孔一面兩銷16鉆左右端面孔一面兩銷定位17鉆前后端面孔一面兩銷18攻左右端面螺紋攻6*M4-7H的孔19攻前后端面螺紋攻6*M6-7H的孔20鉆、攻上端面4*M5-7HT12一面兩銷21鉆，攻下端面3*M5-7H的螺釘孔一面兩銷22去毛刺23檢驗零件終檢

第三章組合機床的總體設計3.1組合機床方案的制定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。改變根據被加工的零件的零件圖，加工6個左右端面Ф4通孔的工藝過程。(1)加工孔的主要技術要求。加工6個Ф4孔。工件材料：HT330HBS：190～230?4孔深15mm要求生產綱領為（考慮廢品及備品率）年產量2萬件，單班制生產(2)工藝分析加工該孔時，孔的表面粗糙度為Ra50根據組合機床用的工藝方法及能達到的經濟精度，可采用如下的加工方案。一次性加工孔，孔徑為Φ4。(3)定位基準及夾緊點的選擇加工此減速箱體的孔，以地面的兩個定位銷孔（一面兩銷）限制六個自由度。在保證加工精度的情況下，提高生產效率減輕工人勞動量，而工件也是大批量生產，由于夾具在本設計中沒有考慮，因此在設計時就認為是人工夾緊。3.1.2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。減速器箱體的加工孔的精度要求不高，可采用鉆孔組合機床，工件各孔間的位置精度為0.1mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工時可以在下一個安裝工位上對所有孔進行最終精加工。為了加工出表面粗糙度為圖2－1被加工零件圖Ra50um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，人工夾緊。被加工零件圖如圖2-1所示。(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。此減速器箱體的材料是HT330、硬度HBS：190～230、孔在左右端面呈等邊三角形分布，孔的直徑為Φ4mm。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。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，使整個鉆床瘦身，因而適合選擇立式多工位鉆床。(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2萬件，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)機床使用條件使用組合機床對對車間布置情況、工序間的聯系、使用廠的技術能力和自然條件等一定的要求。在根據使用戶實際情況來選擇什么樣的組合機床。綜合以上所述：通過對箱蓋零件的結構特點、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，最終決定設計四軸頭多工位同步鉆床。3.2確定切削用量及選擇刀具3.2.1確定工序間余量為使加工過程順利進行并穩定的保證加工精度，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，由于在本鉆床上鉆孔后重新安裝或在其他多工位機床上加工下道工序，應適當加大余量，以消除轉、定位誤差的影響。Φ4mm的孔在鉆孔后擴孔，直徑上工序間余量0.5～1mm。3.2.2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不同轉速和不同的每轉進給量（mm/r）與其適應。以滿足不同直徑的加需要，即：·=·=…=·=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）由于減速器頂面孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術要求都是相同的。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：鉆頭直徑D=4mm,鑄鐵HB190～230、進給量f=0.1mm/r、切削速度v=10m/min.3.2.3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）及夾具設計的依據；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) =220切削力：=26切削扭矩：=10·mm切削功率：=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)3.2.4選擇刀具結構減速器箱體的布氏硬度在HB190～230，孔徑D為4m，刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W18Cr4V），為了使工作可靠、結構簡單、刃磨簡單，選擇標準Φ4的麻花鉆。孔加工刀具的長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。“三圖一卡”的編制前面對四軸頭多工位同步鉆床工藝方案及配置型式、結構方案確定的有關問題，它是鉆床總體設計的重要內容。下面就以鉆床加工箱蓋總體設計的另一個問題，既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。3.3.1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、重量和在本道工序加工前毛坯或成品狀況的圖紙，它不能用用戶提供的圖紙代替，而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。它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。離合器壓盤用鉆孔組合機床的被加工零件工序圖如2－2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）加工時如需要中間向導，應表示出工件與中間向導有關部位結構和尺寸，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉。（4）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、夾具設計有關部位（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粗實線標記。如圖2－2中2×Φ8加工用定位基準，機械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規定的符號表示出來。圖2－2被加工零件工序圖附注：1.被加工零件：減速器箱體；2.硬度：HT330HB190~230；（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，尺寸應采用直角坐標系標出，而不采用極坐標，但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。3.3.2加工示意圖圖2－3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2－3為左右端面鉆床加工示意圖。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d=4m和刀具導向的線速度v=10m/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，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dDD1D2Ll1mRd1d2l017253635253524M81612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DDD1刀具導向部分外徑固定導向鉆孔G7（或F8）g6固定導向裝置的布置如圖2－5所示圖2－5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2.316，根據剛性條件計算主軸的直徑為：初定主軸類型、尺寸、外伸長度和選擇接桿主軸形式主要取決于進給力和主軸－刀具系統結構的需要。主軸尺寸規格應根據選定的切削用量計算出切削轉矩，由d=4mm查表得：確定主軸直徑d=20mm.（4）除剛性主軸外，組合機床主軸與刀具之間常用兩種連接：一是接桿連接，也稱剛性連接，用于單導向進行鉆、擴、鉸及倒角加工；二是浮動卡頭連接，也稱浮動連接，用于長導向、雙導向和多導向進行鏜、擴、鉸孔，以減少主軸位置誤差及主軸徑向跳動對加工精度的影響。（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節，這個可調節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2－6所示圖2－6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2－4所示：表2－4可調接桿的尺寸d(h6)D1(h6)d2d3Ll1l2l3螺母厚度20Tr20×6莫氏1號17188464010012（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2－3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,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2－7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=5mm，切出長度=1/3d+(3～8)=+89mm,所以=10+5+9=29mm.（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91mm.圖2－7工作進給長度3.3.3機床聯系尺寸圖圖2-8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——多軸箱、刀、輔具系統、夾具、液、電、冷卻、潤滑、排屑系統組合而成。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2－8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×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＝4.29KN。3）確定進給速度液壓滑臺的工作進給速度規定一定范圍內無級調速，對液壓滑臺確定切削用量時所規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=47.8mm/min。所以選擇1HY25液壓滑臺，工作進給速度范圍32～800mm/min，快速速度12m/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，這是取40mm,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＞156+20+40=236mm，取L＝250mm。綜合上述條件，確定液壓動力滑臺型號HY25IA。（2）由下式估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＝4×式中：η——多軸箱傳動效率，加工黑色金屬時η＝0.8～0.9；有色金屬時η＝0.7～0.8，本系統加工HT21-40JB307-62，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Y100L—6B5的1TD12型動力箱，動力箱輸出軸至箱底面高度為125mm。主要技術參數如下表：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AO7124-A3D14009501TA32、1TA32M、1TZ32~1TG32確定多軸箱輪廓尺寸計算多軸箱輪廓尺寸標準的通用鉆，鏜類多軸箱的厚度有兩種尺寸規格，臥式為325mm繪制機床聯系尺寸圖時，重要確定的尺寸是多軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度：B=b+H=h++式中：b—工件再寬度方向相距最遠的兩孔距離（mm）—最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（mm）h—工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（mm）—最低主軸高度。為保證多軸箱有排布齒輪的足夠空間，推薦b1>70～100mm，取b1=175mm，=46mm,H=984mm,h3=250mm,h4=560mm,h7=5mm,推薦>85～140mm。=h2+H-(0.5+h3+h7+h4B=b+2b1=45+1752=395mm根據上述計算值，按多軸箱輪廓尺寸系列標準最后確定多軸箱輪廓尺寸由P012表4－1，取B×H=400400mm。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=400X400mm。3.3.4生產率計算卡機床負荷率等。根據選定得機床工作循環所需要的工作行程長度，切削用量，動力部件的速度及工進速度等；就可以計算機床的生產率并編制生產率計算卡；用以反映機床的加工過程；完成每一動作所需的時間，切削用量，機床生產率等指定成年生產綱領A（包括備量及廢品率在內）所需求的機床生產率。它與全年工時總數有關，一般情況下，單班制生產K取2350h，兩班制生產取4600h，則Q1=（件/h）指所設計機床每小時實際可以生產的零件數量Q=60/求出：—生產一個零件所需的時間（min）=t切+t輔=（L1/Vf1+L2/Vf2+T停）+（L順進/Vfk+L快退/Vfk+T移+t卸裝）Q=60/μ負當Q1〈Q時，計算二者的比值即為負荷率h負=Q1/Q表2－5生產率計算卡被加工零件圖號001毛坯種類鑄件名稱減速箱體毛坯重量材料HT330硬度220工序名稱鉆前后端面6×Μ4的孔工序號18序號工步名稱被加工零件數加工直徑（mm）加工長度（mm）工作行程(mm)切削速度(m/min)每分鐘轉速(r/min)進給量(mm/r)進給速度(mm/min)工時(min)機加工時間輔助時間共計1裝卸工件11．52左右動力部件滑臺快進91左右多軸箱工進415291070039滑臺快退1208000備注裝卸工件時間取決于操作者熟練程度，本機床總計單件工時機床生產率機床負荷率80%3.4多軸箱的設計3.4.1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2－9所示:如圖2－9鉆孔組合機床多軸箱原始依據圖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2－6所示：表2－6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/dLN（r/min）V(m/min)f(mm/r)Vf(mm/min)1、2、3、20/12115鉆Φ4478100.150注：1．被加工零件：減速器箱體；材料：HT330；硬度:HB190-2302．動力部件型號：1TD12動力箱，電動機型號AO7124-A3D；功率P＝kw。3.4.2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)式中：m——估算齒輪模數P——齒輪所傳遞率（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m1=3，其余齒輪模數取m2=2。3.4.3多軸箱的傳動設計（1）根據原始依據圖（圖2－9），畫出驅動軸、主軸坐標位置。如下表：表2—7驅動軸、主軸坐標值坐標驅動軸O主軸1主軸2主軸3X143187165Y83185185147（2）確定傳動軸位置及齒輪齒數圖2－10齒輪的最小壁厚1）最小齒數的確定為保證齒輪齒根強度，應使齒根到孔壁或鍵槽的厚度a2m,驅動軸的直徑為d=30mm,有《機械零件設計手冊》知，如圖2－10所示齒輪t=33.3mm,當m1=3時。驅動軸上最小齒輪齒數為：2（t/m1+2+1.25）－d0/m1=2×(33.3/3+2+1.25)－30/3所以驅動軸齒數要大于等于19。為減小傳動軸的種類，所有傳動軸的直徑取30mm.當m2=2，d=20時，齒輪t=23.3mm。主軸上最小齒輪齒數為：2（t/m2+2+1.25）－d0/m2=2×（23.3/2+2+1.25）－20/2所以主軸齒數要大于等于20。2）多軸箱的齒輪模數按驅動軸出輪估算QUOTE=32xQUOTE=多軸箱輸入出輪模數取m1=3，其余齒輪模數取m2=2。主軸1，2，3要求的轉速一致且較高，所以采用升速傳動。主軸齒數選取Z=16，傳動齒輪采用z=48和30齒的齒輪，變位系數。傳動軸的轉速為:N=435r/min由于前面選取了主軸直徑為20，傳動軸直徑都選取30，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435r/min，則驅動軸至傳動軸的傳動比為:所以選擇兩級傳動驅動軸的直徑為30mm，由《機械零件設計手冊》查得知：當m=3時，驅動軸上的齒數為22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齒輪種類寬度（mm）齒數模數（mm）孔徑（mm）驅動軸齒輪3216～50連續16～702、2.5、32、2.5、3、420傳動軸齒輪3244（B型）45230輸出軸齒輪3216220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=815r/min3.4.4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2－11所示圖2－11渦輪箱鉆孔多軸箱裝配總圖傳動軸齒輪和驅動軸齒輪為第Ⅱ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。

第四章夾具設計機床夾具設計在組合機床設計中占有重要的地位。它的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度。本夾具主要是用來鉆左右端面的6個M4螺紋孔，整個需要加工的孔的位置尺寸用機床和夾具就能直接保證。因此，在本道工序加工時，主要應考慮如何保證垂直度要求的前題下，提高勞動生產率，降低勞動強度。為了很好利用工廠實際設備和提高生產率，設計專用夾具進行加工。4.1機床夾具的概述(1)定位元件和定位裝置用于確定工件正確位置的元件或裝置，如V形塊，定位銷，凡是夾具都有定位元件，它是實現夾具基本功能的元件。(2)夾緊元件和夾緊裝置用于固定工件以獲得的正確位置的元件或裝置。工件在夾具定位之后引進加工之前必須將工件夾緊，使其在加工時在切削力的作用下不離開已獲得的定位，有時同一個元件既能定位，也具有夾緊的雙重功效。(3)導向元件確定刀具的位置并引導刀具的元件，它也可以供鉆鏜類夾具在機床上安裝時做基準找正用。(4)夾具體夾具體也稱為夾具本體，用于將各種元件，裝置連于一體，并通過它將整個夾具安裝在機床上，一般采用鑄鐵制造，它是保證夾具的剛度和改善夾具動力學特性的重要部分。如果夾具體的剛性不好，加工時將要引起較大的變形和震動，產生較大的加工誤差。機床夾具的種類很多，形狀千差萬別，為了設計和制造方便，一般按某一屬性進行分類，如按所使用的機床分：車床夾具，銑床夾具，鏜床夾具，磨床夾具和鉆床夾具。工件在切削過程中會受到切削力、慣性力等作用，因此必須夾緊以保證定位，典型的夾緊裝置是由夾緊元件、中間傳力機構和動力源裝置所組成。夾緊元件是執行夾緊的最終元件，是直接與零件接觸來完成夾緊的。中間傳力機構是傳傳遞動力源裝置的力到夾緊元件來完成夾緊，它可以改變夾緊力的大小、方向和使夾緊具有自鎖性能。動力裝置是產生夾緊力的動力源，所產生的力稱為原始力。夾緊裝置在夾緊過程中有一定的要求：(1)夾緊裝置應保證工件定位，而不能破壞工件的定位。(2)夾緊力的大小應能保證工件在加工時的位置不變，同時又不能使工件產生變形。(3)夾緊力的方向應和切削力方向相應，使夾緊力減小。(4)夾緊裝置的動作應迅速、方便、安全。(5)夾緊裝置的結構應簡單、合理、制造方便。由于該道工序是鉆φ4孔，此零件屬于中批量生產，并且切削力較小，所以力求夾具設計簡單，降低成本的原則。則本夾具采用螺栓夾緊及一個壓環夾緊。（1）剛性好該夾具在高轉速、大吃刀的情況下不會產生振動，自動定心效果優于三爪卡盤。套筒用鑄鐵件制造，無薄弱環節。整個機構不存在剛性不足、偏載和偏心現象。（2）應用范圍廣此夾具更換不同直徑的彈簧套筒，可以加工不同直徑的同類產品，通用性好。（3）精度保證較高使用可脹心軸車床夾具，消除了工件的定位間隙，有效地保證了被加工零件的位置精度。經實驗證明其定位精度可達0.01mm。夾具體的設計是整個夾具的基礎零件，定位元件、夾緊裝置、連接元件、導向元件或對刀裝置等都要求裝在它上面，因此夾具體是一個復雜而又重要的零件，而且必須滿足一定的要求：1）夾具體要有足夠的剛度，承受夾緊力及加工時的切削力，一般夾具體為鑄件，但也可是焊接件。2）夾具體一般應考慮搬運的吊裝問題，以方便夾具的安裝對于小規模當然可以不考慮吊裝，但也應該考慮搬運的問題。3）夾具體上應考慮排屑和清理切屑方便。4）夾具體的結構尺寸應考慮夾具體的穩定性，夾具底面可以做的稍大些。5）由于夾具體一般都比較復雜，故要考慮結構工藝性，對加工和安裝都應該合理、方便。則該夾具體的基本要求為：459308。夾具精度計算是一個非常重要的環節，它是檢驗夾具是否合乎零件加工要求。利用夾具在機床上加工工件