1、长 春 工 业 大 学 毕 业 论 文1目 录1 组合机床总体设计方案 .31.1 零件分析 .31.1.1 零件分析 .31.1.2 选择定位基准的原则及应注意的事项 .31.1.3 确定夹压位置应注意的问题 .31.2 工艺分析 .41.3 确定机床的配置形式 .41.3.1 组合机床部件的选择 .51.3.2 不同配置型式组合机床的特点及适应性 .51.4 确定切削用量及刀具的选择 .51.4.1 确定切削用量时应注意的问题 .51.4.2 组合机床切削用量选择及计算 .62 组合机床的总体设计 （三图一卡） .72.1 被加工零件工序图的绘制 .72.1.1 气缸盖工序图 .72.2
2、气缸盖的加工示意图绘制 .82.2.1 绘制加工示意图的作用和内容 .82.2.2 加工示意图的画法及注意事项 .82.2.3 选择刀具、工具、导向装置并标注相关的位置及尺寸 .92.2.4 确定动力部件的工作循环 .112.3 机床总联系尺寸图的绘制 .122.3.1 动力部件的选择 .122.3.2 夹具轮廓尺寸的确定 .132.3.3 机床的装料高度 .132.3.4 中间底座轮廓尺寸 .132.3.5 主轴箱轮廓尺寸的确定 .142.4 编制生产率计算卡 .142.4.1 机床负荷率 .152.4.2 编制生产率计算卡 .163 组合机床主轴箱设计 .163.1 组合机床主轴箱设计内容
3、简介 .163.1.1 组合机床主轴箱的用途及分类 .163.1.2 设计的具体内容 .163.2 主轴箱设计 .183.2.1 绘制主轴箱设计原始依据图 .183.2.2 轴结构型式的选择及动力计算 .193.2.3 传动系统的设计 .234 钻孔专用夹具设计 .244.1 概述 .244.1.1 机床夹具的作用 .244.1.2 机床夹具的分类 .25长 春 工 业 大 学 毕 业 论 文24.1.3 专用机床夹具的组成 .254.2 工件夹具的设计 .264.3 工件在夹具中的定位 .264.3.1 定位支承系统设计 .264.3.2 定位误差的计算 .274.4 工件在夹具中的夹紧 .
4、274.4.1 夹紧装置的组成和要求 .274.4.2 夹紧力的确定 .274.4.3 夹紧力的计算 .28致 谢 .29参 考 文 献 .30附录 .31长 春 工 业 大 学 毕 业 论 文31 组合机床总体设计方案组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高精度集中原则设计的一种高效率专用机床。设计组合机床前，首先应根据组合机床完成工艺的一些限制及组合机床各种工艺方法能达到的加工精度，表面粗糙度及技术要求，解决零件是否可以利用组合机床加工以及采用组合机床加工是否合理的问题。如果确定零件可以用组合机床加工，那么为使加工过程顺利进行，并达到要求的生产率，必须在掌握大量的零件加工工艺数据基础
5、上，统盘考虑影响制定零件工艺方案，机床配置形式，结构方案的各种因素及应注意的问题。经过分析比较，以确定零件在组合机床上合理可行的方法，确定工序间加工余量，选择合适的切削用量，相应的刀具结构确定机床配置形式等，这些是组合机床方案拟定的主要内容。1.1 零件分析1.1.1 零件分析被加工工件：气缸盖材 料：HT 150 硬度 HB163HB229生产纲领 ： 5 万件/年（单班）1.被加工工件的技术要求（1） 保证 孔对基准中心的位置度。9（2） 保证 孔的加工精度。2.结构方案分析和定位方案的选择组合机床是针对某种零件或某道工序而设计的。在设计前应仔细分析被加工零件的结构，合理地选择最佳定位基准
6、，以确保加工精度的要求。同时也有利于实现最大限度的集中工序，可以减少机床的台数。从而也可以降低工件的生产成本。1.1.2 选择定位基准的原则及应注意的事项（1） 应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准。从而可以减少由基准选择不佳而产生的误差，保证加工精度。但对于某些特殊工件，可以改用其它基准为定位基准。（2） 选择定位基准时应确保工件定位稳定。尽量选用已加工过的较大平面为定位基准，这点对于工件加工尤为重要。(3) 统一定位基准的原则。即在各台机床上尽量采用同一定位基准来加工零件上不同表面的孔或对同一表面上的孔完成不同的工序。这对工序多的箱体类零件加工尤为重要。1.1.3 确定夹压位置
7、应注意的问题在选择定位基准面同时，要合理选择出夹压位置的基准面。此时应注意的问题长 春 工 业 大 学 毕 业 论 文4如下：(1) 保证零件夹压后定位稳定。为使工件加工过程中不产振荡和移动，夹压力要足够，夹压点应均匀分布在夹压合力落在定位平面上。(2) 尽量避免夹压力过大而造成工件夹压后产生变形。尽量消除其对加工精度的影响。 1.2 工艺分析1.2.1 工艺分析工艺分析是设计组合机床最重要的一步，必须认真分析被加工零件的工艺过程。深入生产现场，全面了解被加工零件的结构特点、定位基准选择、夹紧方式、加工部位、工艺方法和加工过程中所用的刀具、切削用量及生产率等。对于本次设计的零件“气缸盖”的加工
8、工序为：钻 M9 的通孔1) 加工精度的要求由于加工孔之间轴线的平行度要求较高而采用单工位方法，一次定位，可以减少一定的误差。2）被加工零件大小形状特点，加工部位特点要求:这些特点在很大的程度上决定采用卧式机床、立式或倾斜式机床。本次对钻孔组合机床设计采用了卧式机床。本次设计的组合机床是加工气缸盖工件的第 7 道工序。钻 9 的通孔，表面粗糙度为 6.3，所以可采用固定式钻孔靠模体。本道工艺的夹紧也非常方便，可以利用上一道工序的加工特点。采用内孔定位、端面定位、另一端面夹紧。可使工件定位可靠、夹紧方便、装卸方便和工艺装备简单。1.2.2 根据上述被加工零件的结构特点、加工要求、工艺过程及生产率
9、，可确定机床的配置形式为单工位卧式单面组合机床，这种配置形式可达到较高的加工精度，对于精加工机床的夹具公差，一般加工零件的 1/31/5。对于粗加工机床采用固定式导向，能达到 。m2.01.3 确定机床的配置形式根据被加工工件的结构特点、加工要求、工艺过程方案及生产率等，可大体确定组合机床的配置型式。一般来说，定位基准是水平的，且被加工工件与定位基准平行采用卧式组合机床。保证排屑顺畅、操作简单以及其它具体方面都应简单、方便。根据加工部位的特点，孔的直径相同且在同一加工面内位置度要求降低，并且使其设计的组合机床完全可以满足其要求。由于轴箱体的结构不是十分复杂。而且又是单面加工。所以采用单工位卧式
10、组合机床可完全达到本道工序加工的技术要求。卧式组合机床优点是加工和装备配置的工艺性好，安装调整与运输比较方便；长 春 工 业 大 学 毕 业 论 文5其缺点是削弱了床身刚性。但是这个弊端通常可利用加强部件的连结部分的刚度来补偿。 1.3.1 组合机床部件的选择本次设计的组合机床采用卧式床身。滑台安装在侧底座上，底座和中间底座用螺钉联为一体，滑台与侧底座间有一个 厚的调整垫。采用调整垫对机床的m5制造和维修都很方便。因为当滑台导轨面磨损或重新组装时，必须取下滑台导轨面重新修刮并更换调整组。使之恢复应有高度即可，而且滑台可使用较好的材料（耐磨性较好的铸铁） ，而侧底座可使用较差的一些材料。1.3.
11、2 不同配置型式组合机床的特点及适应性（1） 单工位组合机床 各种型式的单工位组合机床，具有固定式夹具，通常可安装一个工件，特别适用大、中型箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这种机床可分为单面、多面及复合式。利用多轴箱同时从几个方向（面）对工件进行加工。但其机动时间不能与辅助时间重合，因而生产率也比多工位机床低。由于本次设计的工件较大以及其它方面的要求，正适合选用单工位组合机床。（2） 多工位组合机床 主要适用于中、小零件加工。所以不能定为本次设计的选择对象。1.4 确定切削用量及刀具的选择切削用量是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的布置型式及正常工作有很大
12、影响。组合机床切削用量的选择特点1.大多数情况下组合机床为多轴、多刀、多面同时加工。因此所选用的切削用量要比一般万能机床单刀加工低 30%左右。2.组合机床多轴箱上所有刀具共同一个进给系统，通常为标准滑台。工作时要求所有刀具的每分钟进给量相同，并且等于标准滑台的每分钟进给量。这个每分钟进给量应是适用于所有刀具的平均值。即 1 1 2 2nfffivn式中： 各主轴转速 ；i,2, m)(r各主轴进给量 ；iff1滑台每分进给量 fvin)(1.4.1 确定切削用量时应注意的问题1尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能，钻孔要求切削速度高而每分长 春 工 业 大 学 毕 业 论 文6钟进给量小
13、。2选择切削用量时应注意零件生产批量的影响，生产率要求不高时就没有必要将切削用量选的太高，以免降低刀具耐用度。3对于复杂的刀具切削用量应考虑刀具的使用寿命；进给量按刀具最小直径选择；切削速度按最大直径选择。4切削用量选择应有利于多轴箱设计，还必须考虑动力滑台性能。1.4.2 组合机床切削用量选择及计算确定切削力：由组合机床设计 页表（3-7）查取在工件上 的孔钻孔切削速度。60P9m根据工件材料可选 公称 f=0.15mm/r v14inm由组合机床设计P 62页查取 为 。vk.014.0ivk公 称由此可计算出： 6.08.026HBfDF0.80.6291529137N.9.1M.4mi
14、n3740.8740.19VPkm80.25.25.1301396647inDTvfHB.9.4k电机功率 取电NP8.09.1.34.80km电F轴 6702由此可初步定义主轴直径，由组合机床设计 页中公式63PB 取104MBd3.741.8.02m由组合机床设计 页表（3-22）查取主轴直径为 。75Pm20长 春 工 业 大 学 毕 业 论 文7由 初定主轴转速10dnv，取 n=500r/min495min3.r2 组合机床的总体设计（三图一卡）组合机床总体设计方案包括绘制被加工零件工序图、加工示意图、联系尺寸图、编制生产率计算卡。2.1 被加工零件工序图的绘制被加工零件工序图是根据
15、选定的工艺方案表示一台机床自动完成的工艺内容，加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工的定位基准，夹紧部位及被加工零件的材料、硬度、重量及在本工序前毛坯或半成品情况的图纸。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条件。2.1.1 气缸盖工序图1.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工艺方案。表示一台组合机床式自动线完成工艺内容、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自动线加工内容，加上
16、必要的说明而绘制的。它是组合机床设计主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。在工序图上应表示：(1) 被加工零件的形状和轮廓尺寸与本机床设计有关的部位结构形状及尺寸。(2) 加工用定位基准，夹压部位及夹压方向。(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工序提出的要求（主要指定位基准） 。(4) 必要的文字说明（即被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位余量等） 。2.绘制被加工零件工序图的注意事项(1) 为应按一定比例选择足够视图及剖视，突出加工部位（加工孔）用粗实线表示，并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关的部位
17、用细实线表示清楚、凡在本工序要保证的尺寸、角度、均应在尺寸数值下方画粗实线标记，加工用定位基准符号用“ _ ”表示，夹压位置及方向符号“”和“”表示，具体详见该零件工序图所示。长 春 工 业 大 学 毕 业 论 文8(2) 加工部位的位置尺寸应由定位基准注起。为了便于加工及检查，尺寸应采用直角坐标系标注，而不采用极坐标系。但有时因所选定位基准与设计基准不重合则须对加工部门要求的位置尺寸精度进行分析换算。此外应将零件图上不对称位置尺寸公差换算成对称尺寸公差，其公差数值的决定要考虑两方面。一是要能达到产品图纸要求的精度，二是要采用组合机床能够加工出来，以便在进行夹具和主轴箱设计时，确定导向孔与位置
18、坐标尺寸。(3) 应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。2.2 气缸盖的加工示意图绘制2.2.1 绘制加工示意图的作用和内容零件的加工工艺方案是通过加工示意图反应出来的。加工示意图表示被加工零件在机床的加工过程、刀具、辅具的布置状况以及工件、刀具、夹具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。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。它是刀具、辅具、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、及试钻孔的依据。其主要内容如下：(1) 应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。(2)
19、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） 。(3) 决定主轴的结构、类型、规格、尺寸及外伸长度。(4) 选择标准式设计专用接杆、浮动卡头、导向装置、靠模装置、刀杆和托架等。并决定它们的结构、参数及尺寸。(5) 标明主轴、接杆（卡头） 、夹具（导向）与工件之间的联系尺寸和配合精度。(6) 根据机床要求的生产率及刀具、材料等特点，合理确定并标注各主轴的切削用量。(7) 决定机床动力部件的工作循环及工作行程。2.2.2 加工示意图的画法及注意事项(1)加工示意图的绘制顺序是：先按比例(本图为 1：1)用细实线绘出工件部位和局部结构的展开图，加工表面用粗实线画，为简化设
20、计，相同加工部位的加工示意图指对同一规格的孔加工用刀具、导向、主轴、接杆等规格尺寸精度完全相同允许只表示其中之一。即同一多轴箱上结构尺寸相同的主轴可以只画一根，但必须在主轴上标注轴号（与工件孔号相对应） ，当轴数较多时可缩小比例，用细实线画出工件加部位简图，并标注孔号，以便设计和调整机床。(2)在加工示意图上，主轴分布可不按真实距离绘制。当被加工孔间距很小或需要设置径向结构尺寸较大的导向装置时，相邻主轴必须按严格比例绘制，以便长 春 工 业 大 学 毕 业 论 文9检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是否干涉。(3)主轴应用多轴箱端面画起。刀具通过加工终了位置，标准的通用结构只画外轮廓，并须加注规
21、格代号。对一些专用结构须剖视，并标注尺寸、精度及配合。2.2.3 选择刀具、工具、导向装置并标注相关的位置及尺寸根据气缸盖的材料和加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生产率要求等因素选择。1、刀具的选择 选择刀具要考虑工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生产率要求等因素。一般孔加工刀具（钻、扩、铰等） ，其直径选择应与加工部位尺寸，精度相适应，其长度要保证加工终了时，刀具螺旋槽尾端与导向套外端面有一定距离（一般为 ） 。根据本次设计所要加工零件的特点，查机械加工工艺手m503册第 2 卷 表 10.26 标准高速钢麻花钻的直径系列 由选取麻花钻类型为长锥柄麻花钻： 图（1）d= 9mm
22、 L=197mm l1=116mm由表 10.211 由锥柄麻花钻莫氏锥柄号的划分可知麻花钻的莫氏锥柄号为 1，由组合机床设计表 322 可知：D/d=30/20 的主轴外伸尺寸 L=115mm。2、导向装置的选择在组合机床上加工孔，除用刚性主轴的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。因此，正确的选择导向结构，确定导向类型、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转动的第一类导向，或称固定式导向，此类导向的允许线速度为 v20m/min。另一类是刀具导向部分与夹具导套之间
23、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。词类导向的允许线速度为 v20m/min。其相对转动部分通常以各种型式 设置在刀杆上则称内滚式旋转导向；若相对转动部分设置在夹具上则称外滚式旋转导 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 长 春 工 业 大 学 毕 业 论 文10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。导向数量应根据工件形状、内部结构、刀具刚性、加工精度及具体 加工情况决定。导向的主要参数包括：导套的直径及公差配合，导套的长度、导套离工件端面的距离等。图（2）和图（3）分别表示出导向布置简图，具体尺寸配合可参见加工示意图。（1）选择导向装置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，再结合加工部分尺寸精度工艺方法及刀具具体条件来选择导向类型、形式结构。由于 v14m/min 故选用第一类导向，即固定式导向。（2）选择导向数量和参数导向数量应根据工件形状，内部结构，刀具刚度，加工精度，具体加工情况图（2） 图（3） 决定。本次设计任务是钻 9 盲孔，所以选择单个导向加工即可满足要求。导向的主要参数包括：导向套的直径及公差配合。导套的长度、导套离工件端面的距离等。dnvm/i10
