孔系加工立式组合加工机床设计.docx

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1、摘要（一）电机机座钻孔组合机床是大型组合机床，它的配置型式具有固定式液压夹紧的单工位组合机床，这类组合机床夹具和工作台都是固定不动 的，动力滑台实现进给运动。滑台上的动力箱实现切削运动，根据工件结构特点，以及精确要求，采用结合面为定值基准面。在基准面对应的另一圆柱面上，用压块压紧，由于结合面的加工精度较高，以它为基面，完全可以达到要求的加工精度。（二）几何机床总体设计三图一卡“被加工零件工序图”它是组合机床的设计的主要依据，它是制造使用，检修和调整机床的重要技术条件绘制加工示意图，它是刀具夹具，多轴箱，液压电器装置设计及通用部件选择主要原始资料，它是调整机床，刀具及试车依据。绘制联系和运动关系

2、及检验机床各部件相对于位置及联系是否满足加工要求，通用部件的选择 是否合适，并为进一步开展主轴箱，夹具等专用部件，零件的设计提供依据。相对生产率计算卡，它用来反映机床的加工过程，完成这一动作所需要的时间，切削用量，机床生产率及机床负荷率。(三)组合机床主轴箱设计，按专用要求进行设计，由通用零件组成，其主要作用是根据被加工零件的要求，安排各主轴位置并将动力和运动由电机或动力部件传给各主轴，使之得到要求的转速，机床主轴箱选用 400*400, 用中间传动轴带动主轴传动。（四）夹具设计在前述定位基准面选择的前提下，用摆动式压板杠杆夹紧结构，夹紧力经验算可以保证。关键字：组合机床；动力滑台；动力箱；主

3、轴箱；夹具；Abstract(一)Combmtvin drilling machine is a large combination machine it adept a dispose form. The form has a fixed fittures single working location combination.This kind of combination machine fitture and working bench are all fixed.Powen-sliding plat makes advam cry mourent. The power box on

4、the power sliding plat from made scatting movement.This comgination and agle in instuit and is comvenient in desxging making and operating .Acording to precision demerd it adopt a datum place fixed in side .It is lined light with aprs lump on the other lylinder side against the datum palne .Itcan re

5、ad working prelistion indemard a wording to the datum plane. Bacause of it is high working precision in side besides it has a round hole in high precision in side. It has a threaceling hole on the ohassion.It can make full use of the strulture charactlst of the work piece. To design two short round

6、cancel in the round hole in the side. To limit three degrees .To design acutside cancel on the bassface the battom. To limit one free degree. To limit three free degree one the deofimtine datum plane.It definet up a ccnrately and its fixture power is depene.(二)To desing the combination machine body-

7、therr draning and one carcl that is the working orther draning of the working spares . its the major basis of the combination maching body. Its a important paper in making using excmining and rensing maching . To draw working schematw. Drawingits fordesignacuttingtool.Assisttoolafixtureamultipleaxle

8、box hydravlive,pressure and a deetric capacity derise and important first hand date of the natirrad. Pants chovced and its a rewse machine kinf tool and the mgor basis for the test run. To draw the relation dimension drawing the relation dimension drawing is to impress the matual .assembly nelationa

9、nd the motin redation of the each form spanes of the machine.in order to enamine the relative .Pustion of all the machine spares and if the dimersion nelational .Spares is fix ,in the disigerents of dere loping the main axle box fixtrers special purpose pats. Todesign the machin productirilg plannin

10、g card .It swod to report the working process of the machine to finish the need tine the cutting capacity the machine producticity and machines rate for the cach activity.(三)To design the comuination machine main axle box .To design it a cocording to the special cemoncl.It s made up of the mational

11、pants.As magin use is to arrange the position of all the mational axle box and transrnit the power and the motion to all the main axle by the electrical machinery or the power pants .According to the working demands of the worked pants and make it taget the demand transpont speed.The machine main ax

12、le is mode in side 400*400. Itsdraved by the mediwm drive.(四)To desing the fixtureFirst to choice the forer word fixed position datum plane.Its fixed by swing depressorfixtumestructurethedespowercanbeassuredbychecking computations.Kdyword:The combination machine；Powen-sliding plat；The power box；The

13、main axle box；The fixture目录1 组合机床总体设计11.1 组合机床方案11.1.1 组合机床的制定方案制定的主要因素1 1.1.2 分析被加工工件3 1.1.3 制定本设计的机床方案3 1.2 确定切削用量及选择刀具31.2.1 根据工件的材料及加工孔直径确定切削用量31.2.2 确定切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度3 1.2.3 刀具的选择7 1.3 初步确定主轴及传动轴直径7 1.4 三 图 一 卡8 1.4.1 被加工零件工序图8 1.4.2 加工示意图81.4.3 机床联系尺寸图141.4.4 组合机床生产率计算卡152多轴箱的设计 202.1 多轴箱材

14、料的选择202.2 多轴箱轮廓尺寸的确定202.3 轴类零件的选用202.3.1 钻削类主轴202.3.2 传动轴212.3.3 轴的材料212.4 齿轮型式的选择212.5 设计计算212.5.1 绘制多轴箱设计原始依据图212.5.2 主轴结构型式的选择222.5.3 传动系统的设计计算222.5.4 多轴箱结构设计322.5.5 主轴的设计342.5.6 手柄轴的设计402.5.7 传动轴的设计 422.5.8 叶片泵轴的设计 442.5.9 动力箱输出轴的设计 452.6 轴的校核 462.6.1 求各轴的功率及转矩 462.6.2 主轴的校核 472.6.3 手柄轴的校核 482.7

15、 轴承的校核 522.7.1 主轴上推力球轴承的校核 522.7.2 主轴上深沟球轴承的校核 523夹具的设计533.1 机床夹具介绍 533.1.1 夹具的分类 533.1.2 专用夹具的组成 5332 夹具的设计543.2.1 定位装置的设计 543.2.2 夹紧装置的设计 553.2.3 夹紧方案的制定 553.3.4 夹具图 56结论 57参考文献 58致谢 59附 录 1 60附 录 2 61绪论组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的机床。它能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、

16、攻丝、车削、铣削、磨削、及滚压等工序，随着组合机床技术的发慌，它能完成的工序的范围日益扩大。在组合机床自动线上可以完成一些非切削工序，例如： 打印、清洗、热处理、简单的装配、试验和在线自动检查等工序。组合机床及其自动线所使用的通用部件是具有特定功能，按标准化、系列化、通用化原则设计、制造的组合机床基础部件。每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。组合机床设计应根据机床性能要求配套液压、气压和电控等系统。许多大型、形状复杂的工件，需要的加工工序很多，不可能在一台组合机床上全部加工完成，这就需要用多台组合机床加工，按工件加工顺序依次排列，组成组合机床流水线，在组合机床流

17、水线的基础上，发展成组合机床自动线。组合机床与通用机床、其它专用机床比较，具有以下特点：(1) 组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件问题的70%80%，因此设计和制造周期短，经济效益好。(2) 由于组合机床采用多刀加工，机床自动化程度高，因而比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。(3) 组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂家成批生产，它与一般专用机床比较，其结构稳定，工作可靠，使用和维修方便。(4) 组合机床加工工件，由于采用专用夹具、组合夹具和导向装置等， 产品加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。(5) 当机床被加工的产品

18、更新时，专用机床的大部分部件要报废。组合机床的通用部件是根据国家标准设计的，并等效于国际标准，因此其通用部件可以重复使用不必另行设计和制造。(6) 组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模和自动化生产需求。目前，我国组合机床已广泛应用到大批、大量生产的行业，例如：汽车、拖拉机、柴油机、电动机和缝纫机等。组合机床总体设计1.1 组合机床方案1.1.1 组合机床的制定方案制定的主要因素一、被加工零件的加工精度和加工工序被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制定机床方案的主要依据。例如精度为 H7 的孔加工工序，不仅工步数较多（通常为 34 个），而且对于不同尺寸的孔径，

19、也须采取不同的工艺方法（镗或铰）。当孔与孔之间有较高的位置精度要求时，安排工艺应考虑在一个安装工位上对所有孔同时进行最终精加工。如果同一轴线上几个孔的同轴度要求较高时，其最后精加工应从一面进行。又如，为了加工精度为H6、表面粗糙度 R0.4 m m 的孔，除采取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度并a减少夹压变形等一般措施外，机床须采取主轴高速、低进给量的加工方法，以使切削力尽量小，还须尽量消除主轴振动的影响，并确保稳定的小进给量（一般 f 0.01mm/r）。为此，机床通常采用皮带传动的精镗头，主轴设卸载装置，进给采用液压增稳系统。又如加工精度为 H6-H7、直径为F 80- F 150m

20、m 的气缸孔，机床一般采用立式刚性主轴结构，而不采用浮动主轴带导向加工。因为采用前、后导向加工，不仅机床结构复杂、庞大，还常因气缸孔间距较小而不便安置导向套，同时立式加工时，切屑也易落入下导向，造成导向精度早期走失，不利于保证加工精度。采用刚性主轴结构方案时，必须根据被加工零件的材料、加工部队特点及加工精度要求来选择主轴结构型式及具体参数，以使主轴有足够的刚性及抗振性。还必须合理布置镗刀位置，力求减少切削径向力在加工过程中产生的振动。当气缸体缸孔孔间距及平等度要用由单个精镗头组成的多轴机床结构方案，目的是各精镗头可单独调整位置。为提高机床工作过程中的稳定性， 镗头应配置高精度动力力滑台，并把机

21、床设计成 10 或 45 倾斜型式。二、被加工零件特点被加工零件特点主要指零件的材料、硬度、加工部位的结构形状、零件刚性、定位基准面的特点等。它们对机床工艺方案制定有着重要的影响。同样精度的孔，因材料、硬度的不同，其工艺方案也不同，如钢件一般比铸件的加工工步多。加工薄壁易振的工件，安排工序时，必须考虑防止共振。加工箱体零件多层壁同轴线等直径孔，通常在一根镗杆上安装多个镗刀头进行镗削，退刀时，要求工件（夹具）“让刀”，镗刀头周向定位。若工件刚性不足，安排工序就不能过于集中，以免因同时加工表面多造成工件受力大，振动及发热变形而影响加工精度。还必须十分重视被加工零件在组合机床加工前所完成的工序及毛坯

22、或半成品质量，对加工余量很大或铸造质量较差的零件应安排预加工工序。被加工零件的特点在很大程度上决定了机床采取的配置形式。一般来说，孔中心线与定位基面平行且需由一面或几面加工的箱体件宜采用卧式机床；立工机床适宜加工定位基面是水平的且被加工孔与基面相垂直的工件， 而不适宜加工安装不方便或高度较大的细长工件。对在型箱体件，采用单工位机床加工较适宜；而中小型零件则多采用多工位机床加工。三、被加工零件的生产批量零件的生产批量是决定采用单工位、多工位或自动线，还是按中小批生产特点设计组合机床的重要因素。有时从工件外形及轮廓尺寸看，本来可以采取单工位固定式夹具的机床配置形式，但由于生产批量较大，就不得不采取

23、多工位的机床方案以使装卸工件时间与机动时间重合。被加工零件的生产批量越大，工序安排一般趋于分散。而且，其粗、半精、精加工庆分别在不同机床上完成。对于中小批量生产情况,则要力求减少机床台数，此时应将工序尽量集中在一台（多工位）或多数几台机床上加工，以提高机床利用率。四、机床使用条件(1) 车间布置情况车间内零件输送滚道的高度将直接影响机床装 料高度。当工件输送滚道穿过机床时，机床应设计成通过式，且配置不能超过三面；同时，装卸工件只能推进拉出，机床通常不能安置中间导向（采取特殊机构时除外）。如果车间面积有限，则要限制机床轮廓尺寸。有的机床安装在楼上，则对机床单位面积重量有严格要求。此外，生产线的工

24、艺流程方向，机床在车间的安装位置等也对机床配置方案有一定影响。(2) 工艺间的联系 工件到组合机床加工前，其毛坯或半成品必须达到一定要求，否则，会造成工件在机床夹具上定位和夹紧不可靠，甚至造成刀具损坏，或者不能保证要求的加工精度。如果在组合机床上加工以后，还要转到其他机床上加工，而工件没有预先加工出保证精度的有关定位基面， 那么组合机床应考虑为下道工序加工出定位基面。(3) 使用厂的技术能力和自然条件如果使用厂没有相当能力的工 具车间，制造、刃磨复杂刀具有困难，则制定方案时，就避免采用此类刀具， 必要时，可增加机床工位，以便采用一般刀具分散加工。若使用厂处于火热地区，车间温度偏高，使用液压传动

25、机床往往造成工作性能不稳定，则可选用配置机械动力部件的机床。1.1.2 分析被加工工件被加工工件的各部分尺寸如下图所示(图 1-1)：从图中可知，该电动机为地脚式安装。安装孔直径 d=12mm，其精度没有具体要求，按一般加工情况即可。1.1.3 制定本设计的机床方案根据以上各考虑因素，可制定出本设计的组合机床的配置型式，大致方案如下图所示（图 1-2）:从（图 1-2）可知，本设计中，采用单工位配置型式的组合机床，具有固定式夹具，这类机床可达到的加工精度最高。对于精加工的机床的夹具公差，一般取被加工零件公差的 1/31/5；对粗加工机床，由于其他因素的影响，其夹具精度也不可太低。这种机床加工零

26、件的位置精度为：1 钻孔位置精度 指孔与孔或孔与基准面间的相关位置精度。通常，采用固定式导向能达 0.2mm；若严格要求机床主轴和夹具导向的同轴度，减少刀具与导向间隙，导向尽量靠近工件等，可达 0.15mm。当采用与夹具以定位销定位的活动活动钻模板时，精度可达 0.20.25mm。2 其孔中心距对基面或孔相对另一孔中心线的垂直度通常可达 0.02 m m/100mm。1.2 确定切削用量及选择刀具1.2.1 根据工件的材料及加工孔直径确定切削用量已知工件材料为 ZG230-450，其屈服强度s量 C=0.25%,硬度为 HB125175。230Mpa,ss=450Mpa,含炭b则，查手册可知，

27、选用高速钢主要麻花钻钻削时，切削速度v 和进给量f 可定为：v=20m/min f=0.2mm/r1.2.2 确定切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度一、切削力 F、切削转矩 M、切削功率 P、刀具耐用度 T 的计算公式如下：F = 26 D f 0.8 HB0.6(1-1)M = 10 D1.9 f 0.8 HB0.6(1-2)图 1-1 Y 系列笼型三相异步电动机（机座号 132M）1-底座2-夹具3-工件4-多轴箱5-动力箱6-液压滑台7-立柱图 1-2 立式组合机床及其组成部分P =M v(1-3)9740 p D=9600 D0.25T( )(1-4)v f 0.55 HB1.3式

28、中：F切削轴向力，； D钻头直径，mm；F每转进给量，mm/r；M切削转矩，N mm；P切削功率，KW； T刀具耐用度，min；V切削速度， m/min，通常根据钻孔深度L 考虑修正系数K ，vv=vK ；公称vHB零件的布氏硬度值。通常给出一个范围，如 HB125-175。对于公式(1.2-1)(1.2-3)取最大值，对公式(1.2-4)取最大硬度值减去硬度偏差值的 1/3。二、求 F、M、T、P 值已知钻头直径 D=12mm,硬度 HB125-175，孔深 L=20mm。解：由前可知：v=20m/min f=0.2mm/r由 L/D=27/12=2.2，查表得 K =1v则： v = v=

29、 20m / min公称由公式(1.2-1)可知：F = 26 D f 0.8 HB0.6 =1597 N由公式(1-2)可知：M = 10 D1.9 f 0.8 HB0.6 6265 N m由公式(1-3)可知：P =M v= 0.341KW9740 p D由公式(1-4)可知：T = ( 9600 D0.25)11282 min=188 h 8 hv f 0.55 HB1.3组合机床通常要求切削用量的选择使刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于 8h，则根据计算结果可知，选择的切削用量符合要求。1.2.3 刀具的选择根据以上计算数据，可选择锥直柄长麻花钻F 12GB1439-85，其直径d

30、 =12mm,总长度l =215mm，工作长度l 134mm。11.3 初步确定主轴及传动轴直径根据加工对象可知，多轴箱上各刀具主轴的轴向切削力F 相等，则多轴加工总的轴向力 F ： F = 4F = 4 1597 = 6388 N此值可作为选择进给动力滑台及夹具设计的依据。当确定了切削转矩M 以后，便可根据扭转刚度初定出主轴及传动轴直径， 计算公式为：d B 4 M（cm）(1-5)式中：M切削转矩， N cm ；B系数，根据主轴或传动轴在m 长度上允许最大扭转角从手册中选择。则：1 主轴:主轴允许最大扭转角为 1 / m ，则 B=0.352d主 1.75cm2 传动轴：传动轴允许最大扭转

31、角为1 1 / m ，则 B=0.262d 1 . 3c m传1.4 三图一卡1.4.1 被加工零件工序图一、被加工零件工序图的作用及内容被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床或自动线完成的工艺内容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求、加工用定位基准、夹压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半成品情况的图纸。它不能用用户提供的产品图纸代替，而须在原零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制的。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。图上就表示出：(1) 被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有

32、关的部位的结构 开关及尺寸。尤其是当须要设置中间导向套时，应表示出零件内部的肋、壁布置及有关结构的开关和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。(2) 加工用定位基准、夹压部位及夹压方向。以便依此进行夹具的定位支承（包括辅助定位支承）、限位、夹紧、导向装置的设计。(3) 本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求（主要指定位基准）。(4) 必要的文字说明。如被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量、及加工部位的余量等。二、零件工序图如下所示（图 1-3）：1.4.2 加工示意图一、加工示意图的作用和内容零件加工的工艺方案要通过加工

33、示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作过程及工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据重要地位。它图 1-3 被加工零件工序图是刀具、辅具、夹具、多轴箱、液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的主要依据。其内容为：(1) 应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。(2) 根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型、数量、结构、尺寸（直径和长度），包括镗削加工时镗杆的直径和长度。(3) 决定主

34、轴的类型、规格尺寸及外伸长度。(4) 选择标准或设计专用的接杆、浮动卡头、导向装置、攻丝靠模装置、刀杆托架等，并决定它们的结构、参数和尺寸。(5) 标明主轴、接杆（卡头）、夹具（导向）、与工件之间的联系尺寸、配合及精度。(6) 根据机床要求的生产率及刀具、材料特点等，合理确定并标注各主轴的切削刀具。(7) 决定机床动力部件的工作循环及工作行程。二、向装置的选择在组合机床加工孔时，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。因此，正确选择导向类型、参数、精度，不但是绘制加工示意图必须解决的问题，也是设计组合机床不可忽视的重要内容。导向通常分为两类：一类是刀具导向部分与夹具导套之间既有相对移动又有相对

35、转动的第一类导向，或称固定式导向。另一类是刀具导向部分与夹具导套之间只有相对移动而无相对转动的第二类导向，或称旋转式导向。通常依据刀具导向部分直径 d 和刀具转速 n 折算出导向的线速度v(v = p dn1000m / min) ,再结合加工部位尺寸精度、工艺方法及刀具的具体工作条件来选择导向类型、型式和结构。由于：v = p dn100019.97 m/min根据第一类导向（固定式导向）的允许线速度v 20 m/min ，因此，此处选择第一类导向比较合适。具体型式及参数如下图所示（图）：图中：L1=(24)d=(24) 12=2448mm取 L1=45mm；L2=(1 1.5)d=(11.

36、5) 12=1218mm取 L2=15mm；d12G7;D22H7/g6; D1 31H7/js6.三、主轴类型、直径及外伸尺寸的确定主轴直径的确定可根据如下经验公式：d = B 4 M /100(1-6)M /Wp t (1-7)图 1-4导向装置式中：d 主 轴 直 径 ，mm； M轴所传递的转矩，N mm；Wp轴的抗扭截面模数，mm 3 ，实心轴 Wp=0.2 d 3；t 许用剪应力（N/mm），45 钢的t N/mm 2；B系数。当材料的剪切弹性模数 G=8.10下：10 4 N/mm 2 时，B 值如轴类型刚性主轴非刚性主轴传动轴j （ m）1/41/21B7.36.25.2此设计中，采用的是非刚性主轴，则 B=6.2。已知 M=22650N mm，则：d = B 4 6265/100 = 17.4mm取d = 20mm6265M /Wp = 0.2d 36265= 0.2 203= 3.92N / mm 0.314 4/0.85 = 1.24kw