1、1箱体加工用组合机床设计 摘 要：箱体加工用组合机床现广泛运用于生产制造中，本文以矿山掘进机箱体为加工对象，分析了零件的加工工艺过程，并对其中多轴箱、钻孔工艺进行了组合机床设计，主要内容包括：方案制定、组合机床总体设计、多轴箱设计。绘制了组合机床“三图一卡” ，其内容包括：绘制加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和绘制生产功率计算卡等。 关键词：组合机床; 齿轮; 多轴箱;The Design of Case Processing In Modular Machine Tool Abstract：Case processing in combination machine tools a
2、re widely used in manufacturing, based on the mining machine cabinet as processing object, parts machining process are analyzed, and the spindle box for the modular machine tool design, drilling technology, the main contents include: plan formulation, overall design, modular machine tool spindle box
3、 design. Figure 1 is constructed combination machine tools of the “three CARDS“, its content includes: drawing machining parts process diagram, schematic diagram, machine tool touch power calculation size chart and map production card, etc.Key words: Combination machine tools;Gear;Spindle box;1 前言1.
4、1 课题的来源本课题箱体加工用组合机床设计来源于生产实践过程中。由于工厂生产时大批量的生产，为了保证加工数量和效率，组合机床使生产效率大大提高。本人大学期间学习的专业是机械设计制造及其自动化，毕业设计题目是箱体加工用组合机床设计，老师为了让我们为即将步入社会和工作做好准备，进一步巩固所学专业知识。箱体加工用组合机床设计矿山掘进机箱体组合机床设计来源于本人在网跟2图书馆查找资料，自己自主设计的一个毕业设计方案。矿山掘进机箱体组合机床设计让我更好的了解机械设计方面的知识，熟练掌握 CAD 制图的操作。我国是拥有上百万台机床的国家，要在短时间内实现机床多方位加工和高效率、高精密、设备的更新，国情上讲
5、全面更新是不大可能的，组合机床的设计就以成为一个重要的研究方向。因此组合机床的设计加以自动化将会使得我们的国家的制造业迅速发展。在组合机床设计中引入了微机，不但技术上具有先进性，同时应用上也比传统的机床有了较大的通用性和可用性 。11.2 指导思想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、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，随着组合机床技术的发展，它能完成的工艺范围日益扩大。组合机床所使用的通用部件是具有特定功能、按标准化、系列化原则设计、制造的组合机床
6、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的性能要求配套液压、气压和电控等系统。本文主要是对矿山掘进机箱体结合件的加工的组合机床设计。制定了机床联系尺寸图，主轴箱图及其主轴箱主要零部件图，并就组合机床的传动方案加以探讨和分析。2 组合机床总体设计方案2.1 设计组合机床的步骤2.1.1 组合机床的特点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、多孔等同时加工。在组合机床自动生产线上可以完成一系列的切削加工工序。组合机床及其自动生产线所使的通用部件是具有特定功能，按
7、标准化、系列化通用化原则设计、制造的组合机床基础设计部件。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。组合机床以其独特的特点在现代化的生产中占有重要的地位，其特点如下：（1）组合机床上的通用部件和标准部件占全部机床零部件总重量的 70 380，因此设计周期短，经济效益好。（2）由于组合机床上采用多刀加工，机床自动化程度高，因此生产率高，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）组合机床加工零件，由于采用专用夹具、组合刀具和导向装置等，产品加
8、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更新时，专用机床的大部分部件要报销。组合机床的通用部件是根据国家标准设计的，并等效于国家标准，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，适用于大规模和自动化生产需要。本次设计的主要是为了使我们通过对组合机床的设计，对其结构及工作原理有个初步了解。同时经过设计完成组合机床达到加工工件的目的。在设计过程中需要查阅多种设计手册，对各种设计手册也有了一定了解，对以后走上工作岗位有很大的帮助，对以往所学的理论知识也是一个巩固，把所学与实践相结合起来。本文主要是对矿山掘进机箱体结合件的加
9、工的组合机床设计。制定了机床联系尺寸图，主轴箱图及其主轴箱主要零部件图，并就组合机床的传动方案加以探讨和分析。2.1.2 拟定方案阶段（1）制定工艺方案，制定工艺方案是设计组合机床最重要的一步。工艺方案制定得是否正确，将决定机床能否达到“体积小，重量轻，结构简单，效率高，质量好”的要求。为了使工艺方案制定的合理、先进必须认真分析被加工零件的图纸，全面了解被加工件的结构特点加工部位尺寸精度表面粗糙度和技术要求，定位夹紧方式，工艺方法和加工过程所采用的刀具、辅具，切削用量情况及生产率要求等，分析其优缺点，总结设计、制造、使用单位和操作者丰富的实践经验，以求理论联系实际，从而确定零件在组合机床上的工
10、艺内容及方法，决定刀具种类、结构形式、数量及切削用量等 。2（2）确定机床的工艺方案，确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布4局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件加工精度，技术要求及生产率；又要考虑机床操作方便可靠，易于维修，且润滑冷却排屑情况良好。（3）总体设计三图一卡,在本设计选定工艺方案并确定机床配置型式、结构方案后，进行方案图纸设计。这些图纸包括：被加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图和生产率计算卡，统称“三图一卡”设计。在总设计过程中，应先设计机床的夹具方案，画出夹具方案草图，然后确定多轴箱的轮廓尺寸，从而确定了机床各部分间的尺寸。2.1.3
11、技术设计阶段本设计要求只绘制多轴箱装备图，根据已确定的工艺和结构方案，按照加工示意图和机床联系尺寸图的尺寸和主轴、传动轴的分布形式的设计及通用部件的选择，绘制多轴箱等装配图。2.1.4 工作设计阶段本设计要求绘制被加工零件的工序图加工示意图机床联系尺寸图及多轴箱装配图。还要求编制机床设计说明书。2.2 组合机床方案的制定组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高度集中工序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及采用组合机床加工是否合理。如果确定零件可以利
12、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资料基础上，统盘考虑影响制定零件工艺方案、机床配置型式结构方安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以的加工方法、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型式等，这些便是组合机床方安的主要内容。2.2.1 影响组合机床方案制定的主要因素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。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位的特点及加工精度要求来选择主轴结构型式及数据参
13、数，以使主轴有足够的刚性及抗振性。还必须布置好刀5具位置，以减少切削径向力在加工过程中产生的振动 。32.2.2 制定工艺方案工艺应考虑的问题（1）组合机床常用工艺方法能达到的精度及表面粗糙度:由于被加工零件的精度要求加工部位尺寸、形状特点、材料、生产率要求不同，设计组合机床必须采用不同的工艺方法和工艺过程。根据对我国使用的组合机床的调查，加工铸铁件的某些主要工序所能达到的精度和表面粗糙度如下述，可供制定时参考。（2）确定工艺方案的原则及注意问题:粗、精加工工序的安排 必须根据零件的生产批量、加工精度、技术要求进行全面分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理解决加工工序的安排。不要不分具体情况
14、而一律粗、精加工分开或粗、精加工工序的做法。由于本次设计只有一道工序，为粗加工工序，不用考虑工序的安排问题。（3）制定工艺方案时孔中心距的问题:在确定组合机床完成工艺时，要考虑可同时加工最小孔间中心距。由于主轴箱的主轴结构和设置导向的要求，以及保证必须的加工精度和工作可靠的要求，组合机床钻孔对于通用的主轴箱，其最小中心距为 24mm。本次设计的中心距为 55mm，所以主轴箱为通用主轴箱。（4）定位基准及夹紧点选择:组合机床是针对某种零件或零件某道工序而设计的。正确选择加工用的定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大规模的集中工序，从而收到减少机床台数的效果。（5）选择定位基准的
15、原则及应注意的问题:应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准，这样可减少基准不符的误差，保证加工精度。但在某些情况下，却必须该用其它面作定位基准，如组合机床经常加工的各种发动机汽缸体，其顶面为主要安装基准，即设计基准。选择定位基准应确保工件定位稳定。尽量采用以加工的较大平面为定位基准，这对于精加工尤为重要。在不得以的情况下，才选那些与加工表面有一定关系的、经过仔细清理平整的毛面作为定位基准。切记，定位基准不可选在铸铁或铸件的分型面上，也不要选在有铸孔的部位，否则将影响定位精度。（6）统一基面原则:即在各台机床上采用共同的定位基面来加工零件不同表面上的孔或对同一表面上的孔完成不同的工序，
16、这对工序多的箱体类零件尤为重要。当被加工零件不具备理想的定位基准，或者工件刚性不足时，为防止加工时工件变形，振动而影响加工精度，可在机床上设置辅助支撑，以增加定6位稳定性和承受较大的切削力。（7）确定夹压位置应注意的问题:在选择定位基面同时，要相应决定夹压位置。此时应注意的问题是：保证零件夹压后定位稳定；尽量减少和避免零件夹压后变形，消除其对加工的影响 。42.2.3 确定机床配置型式及结构方案应考虑的问题根据被加工零件的结构特点、加工要求、工艺过程方案及生产率等，可大体确定采用哪种基本型式的组合机床。但由于工艺的安排动力部件的不同配置零件安装数目和工位数多少不同，而会产生多种配置方案。不同的
17、配置方案对机床的复杂程度、通用化程度、结构工艺性、加工精度、机床从新调整可能性及经济性等，具有不同的影响。因此，确定机床配置型式及结构方案时，必须考虑下述问题 ：5（1）组合机床的特点及适用性，单工位组合机床的工作特点是，加工过程中位置固定不变，由动力部件移动来完成各种加工。这类机床能保证较高的相互位置精度，它特别适合于大中型箱体类零件的加工。单工位组合机床根据工件加工表面的分布情况不同，其配置型式有卧式、立式、倾斜式和复合式等。根据本设计的被加工件的特点，正适合采用单工位组合机床。（2）组合机床的加工精度，组合机床可完成的工艺范围及所能达到的加工精度已有叙述。这里着重要说明的是组合机床不同的
18、配置型式对加工精度的影响。在确定机床配置型式和结构方案时，首先必须注意零件加工精度能否稳定的得到保证。影响组合机床加工精度的因素是多方面的，一般分为加工误差和夹具误差两方面。被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本机床设计有关部位结构形状和尺寸，本工序选用的定位基准、夹紧部位及方向，本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及上道工序的技术要求，注明加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。本设计要求达到的精度正好在上述范围内，所以组合机床钻孔的位置精度能达到本零件的要求。（3）其它应注意的问题，在确定机床配置型式和结构方案时，要合理解决工序集中问题。在一个动力部件上
19、配置多轴箱加工多孔来集中工序是组合机床基本的加工方法。但主轴数量的多少，既要考虑动力部件及多轴箱的性能和尺寸，又要调整机床和更换刀具方便。要注意排屑和操作使用方便性。由于本设计是用前后导向进行加工的机床，7所以采用的方案是卧式加工。有时候，可将孔钻的深一些，以避免由于孔内积存切屑而折损刀具或破坏加工精度。选择机床配置型式要考虑夹具结构实现的可能性及工作可靠性。确定成套机床或流水线上的各机床型式时，应注意使机床和夹具型式尽量一致，着不仅有利于保证加工精度，也可提高通用化程度，便于设计、制造、维修。组合机床主要用于批量较大的生产。但有的情况下，如为了保证关键工序稳定的加工精度又要缩短设计制造周期，
20、虽然工件批量不大，也采用组合机床。2.3 确定切削用量及选择刀具2.3.1 切削用量的选择确定了组合机床上完成的工艺内容之后，就可以着手选择切削用量。切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的布局型式及正常工作有很大影响 。6（1）组合机床切削用量选择的特点，在大多数情况下，组合机床为多轴、多刀、多面同时加工。因此，所选切削用量，根据经验应比一班万能机床单刀加工低 30左右。组合机床多轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台的每分钟进给量。（2）确定切削用量应注意的问题，尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能。所以本设计选用锥柄麻花钻。选择切削用量时，应
21、注意零件生产批量的影响。生产率要求不高时，就没必要将切削用量选得过高，以免降低刀具耐用度。对于要求生产率高的大批大量生产用组合机床，要首先保证那些耐用度低，刃磨困难，造价高的所谓“限制性”工序刀具的合理切削用量，但须注意不能够影响加工精度，也不能使刀具耐用度降低。切削用量的选择应有利于多轴箱设计。本设计主轴转速相等，可使多轴箱传动链简单。刀具带导向加工，由于不便冷却润滑，应适当降低切削速度。选择切削用量，还必须考虑所选动力滑台的性能。本设计采用液压动力滑台，所选择的每分钟进给量应比动力滑可实现的最小进给量大 50。这样能避免由于温度和其他原因导致进给量不稳定，影响加工精度，甚至造成机床不能工作
22、。（3）组合机床切削用量的选择方法，必须从实际出发，根据加工精度工件材料技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理地选择切削8用量。一般常用查表法，参考生产现场同类工艺，通过工艺实验确定切削用量。2.3.2 选择刀具、导向及有关计算由于组合机床有大量刀具同时工作，为了使机床正常工作，不经常停车换刀，而达到较高的生产率。所选择的切削用量比一般通用机床的切削用量要低一些。总体上说：在采用多轴加工的组合机床的切削用量和切削速度要低一些。根据现有组合机床使用情况，多轴加工的切削用量比通用机床单刀加工的切削用量约 30%左右 。7加工直径：d=5.2mm切削速度：v=12m/min n=73
23、2r/min进给量： f=0.1mm/r2.3.3 刀具结构的选择根据工艺要求及加工精度的不同，组合机床采用的刀具有：简单刀具、复合刀具及特种刀具。选择刀具结构应注意以下几个问题：只要条件允许，为使工件可靠、结构简单、刃磨容易，应尽量选择标准刀具或简单刀具。选择刀具结构时，还必须认真分析被加工零件材料特点。基于以上问题和对被加工零件的分析，本设计中选择的刀具为锥柄麻花钻。2.3.4 动力部件工作循环及行程的确定动力部件的工作循环是指加工时，动力部件从原始位置开始运动到终了位置，又返回到原位的动作过程。（1）工作进给长度 的确定L切=18mm =+切12（1）：工作进给长度 ：切入长度 ：加工长
24、度 ：切出长度L切 1 L2（2）快速引进长度的确定：快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度由具体情况确定。本工序选取快速引进长度为 30mm。（3）快速退回长度的确定：快速退回长度是快速引进长度和工作进给长度之和。本工序为 48mm。9（4）动力部件总行程的确定：动力部件总行程为快退行程和前后备量之和。总行程为 215mm 前备量为 30mm，后备量为 137mm。3 三图一卡的设计此处省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩3.1.3 绘制矿山掘进机箱体两端面孔的被加工零件
25、工序图根据以上所述分析确定零件的加工工序图。对零件进行总体分析，绘制了矿山掘进机箱体两端面孔的被加工零件工序图 。9图 1 被加工零件工序图Fig. 1 Processed parts process diagram3.2 被加工零件加工示意图加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总设计中占有重要 位置。它是设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床和刀具的依据。加工示意图，要反映机床的加工过程和加工方法，并决定接杆的尺寸，钻杆长度，刀具种类数量，刀具长度及加工尺寸，主轴尺寸及伸出长度，主轴、刀具、导向与工件的联系尺寸等 。510加工示意图应绘制成展开图，其绘制
26、顺序是，首先按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图。特别是注意那些距离很近的孔严格按比例相邻绘制，以便清晰地看见相邻刀具、导向及工具、主轴等是否想撞。然后，根据工件加工要求几次选定的加工方法绘制刀具，并确定导向形式、位置及尺寸，选定主轴和接杆。从这些刀具中找出影响其联系尺寸的关键刀具，按其中最长的一根刀具，从主轴箱到工件之间的最小距离来确定全部刀具，导向及工件之间的尺寸联系。加工示意图还要绘制出工件加工部位的图形。在轴数多时，必须在空旁边标上号码，以便设计和调整机床。3.2.2 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：先按比例用细实线绘出工件的加工部位和局部结构的展开图。加工表
27、面用粗实线。以简化设计，相同加工部位的加工示意图（指对同一规格的孔加工，所用的的刀具、导向、主轴、接杆等规格的尺寸、精度完全相同） ，允许只表示其中之一，亦即同一多轴箱上结构尺寸相同的主轴只画一根。但必须在主轴上标注轴号（与工件的孔号相对应） 。（2）一般情况下，在加工示意图上，主轴分布可不按真实距离绘制，当被加工件的孔间距很小或需设置径向结构尺寸较大的导向装置时，相临主轴必须按严格比例绘制，并检查相互是否干涉。（3）主轴应从多轴箱端面画起。刀具加工终了位置。标准的通用结构只画外形轮廓，并必须加注规格代号。对一些专用结构，为显示其结构而必须剖视，并标注尺寸、精度及配合。根据前面所选的刀具及导向装置工作行程等绘制出零件的加工示意图：如图 2所示 图 2 加工示意图Fig. 2 Processing schematic drawing3.3 机床联系尺寸链图
