缸頭兩面鉆孔專機設計

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Firstly, this paper outlines the development of combined machine, explians its feature is low-cost, high efficiency, and with simple operation etc. Then tells the machine tool fixture design, the use of locating a surface with two pins positioning ways to make more accurate positioning; through error analysis, fixture clamping force calculation to determine the overall structure. Secondly, the design is a combination machine, the key is the program development process, which largely determines the form of combination machine configuration and performance, and the preparation of the three charts card. Finally, the research is about multi-axle design, size and processing through the workpiece hole position calculated headstock outline dimensions; calculated according to the torque shaft and shaft diameter; determined by analogy gear modulus; through the Calculation , mapping and repeated trial and error OK gear and intermediate shaft position. In the overall design process, first select the required power by calculating the power box, and then choose the distribution of multi-spindle axle; after power box and processed according to the choice of hydraulic travel diagram slide, and then the hydraulic multi-slide supporting optional axle; together with loading height, slide, side stand each other to determine the location of the middle of the base of the height and length.Key words: Aombination machine; Boring; Cylinder head; Multi-spindle boxV目目 錄錄摘 要.IIIABSTRACT.IV目錄.IV1 緒論.11.1 本課題的研究內容和意義.11.2 國內外的發(fā)展概況.11.3 本課題應達到的要求.12 設計方案的確定.22.1 工件的大小、形狀和加工部分的特點.22.2 生產率的影響.22.3 經濟性與可靠性.23 專用夾具的設計.33.1 夾具的功用與組成.33.2 夾具的設計.33.2.1 調研分析.33.2.2 確定工件定位方式.33.2.3 確定工件加緊方式.43.2.4 必要的加工精度計算及分析.43.2.5 夾緊力計算、分析.44 組合機床總體設計.64.1 組合機床的組成.64.1.1 組合機床的特點.64.1.2 組合機床的工藝范圍.64.1.3 組合機床配置型式.64.1.4 組合機床的設計步驟.74.2 組合機床工藝方案的確定.74.2.1 組合機床工藝方案的基本原則.74.2.2 確定組合機床工藝方案應注意的問題.74.2.3 工藝方案的擬訂.84.2.4 工序間余量的確定.84.2.5 刀具結構的選擇.94.3 切削用量的確定.94.3.1 組合機床切削用量選擇的特點、方法及注意問題.94.3.2 組合機床切削用量選擇方法及應注意的問題.94.3.3 確定切削速度和切削用量.94.3.4 切削力、切削轉矩、切削功率.104.3.5 確定主軸類型、尺寸、外伸長度.10VI4.3.6 動力部件工作循環(huán)及行程的確定.114.4 組合機床總體設計“三圖一卡”.114.4.1 被加工零件工序圖.114.4.2 繪制加工零件工序圖.124.4.3 加工示意圖.134.4.4 機床聯(lián)系尺寸圖.165 組合機床多軸箱的設計.225.1 多軸箱的基本結構及表達式.225.1.1 多軸箱的組成.225.1.2 多軸箱總圖繪制方法特點.225.2 通用多軸箱設計.225.2.1 繪制多軸箱設計原始依據圖.225.2.2 主軸、齒輪的確定及動力計算.235.2.3 多軸箱傳動設計.255.2.4 繪制多軸箱總圖及零件圖.286 結論與展望.306.1 結論.306.2 不足之處及未來展望.30致 謝.31參考文獻.32附 錄.33缸頭兩面鉆孔專機設計11 緒論緒論畢業(yè)設計是我們結束大學生涯一個重要的部分，檢驗一個學生的綜合能力的重要舉措，是我們在校期間專業(yè)考核的重要環(huán)節(jié)。通過系統(tǒng)的運用基礎知識、基本技能以及設計能力、邏輯分析能力調查研究、查閱文獻、收集資料、撰寫論文等各方面能力進行的綜合設計的過程，使我們重溫了大學所學習的大部分內容，將所學習的理論知識和現(xiàn)實設計生產做了初步嘗試性的結合。1.1 本課題的研究內容和意義本課題的研究內容和意義此項設計的主要任務是鉆缸體兩個直徑5的側孔和2個直徑10的底孔專機總體設計、多軸箱及專用夾具設計。內容包括：機床夾具的設計，組合機床總體設計，組合機床多軸箱設計，編寫畢業(yè)設計論文。在這次設計任務對缸體鉆孔的專機。所以設計時對機床的精度的要求還是很高的，在保證機床的精度上才能保證所要加工孔的精度。在設計多軸箱時要注意，因為在組合機床的諸多零件中，主軸箱是組合機床設計過程中工作量最大的部件。因為通常主軸箱是采用一根動力軸帶動多根主軸的工作方式，各傳動軸必須在有限的標準箱體空間中找到適宜的分布位置并避免干涉，而各軸的設計又必須保證其轉速、旋向、強度和剛度，因此難度大、設計周期長。1.2 國內外的發(fā)展概況國內外的發(fā)展概況隨著工業(yè)生產社會化、專業(yè)化、集中化、高度機械化乃至自動化的步伐的加快，在進行工件加工時，為了降低成本和提高生產率，要求考慮使用專用機床和夾具。組合機床發(fā)展前景:美國機床市場中組合機床所占的份額將會有所下降，其他一些工業(yè)發(fā)達國家也大體是如此。從柔件方面看，組合機床與柔性制造系統(tǒng)的目標是一致的，但在柔性化程度上畢竟組合機床還是受到一定的制約，兩者相互靠攏，也有可能融合成為一種新的加工設備。在我國由于汽車工業(yè)還會有較大的發(fā)展，而在資金上，不可能大量采用柔性制造設備，所以組合機床市場還會行進一步的增張。但目前汽車都是一些引進外外的產品，技術要求較高，國內組合機床短時期內尚不能滿足這些高技術要求。因此中國組合機床生產廠面臨國外工廠的競爭，需要進一步提高質量和精度，否則在競爭中將會有擠垮的危險。組合機床行業(yè)雖然取得了較大的進步與發(fā)展，但是，在制造技術高速發(fā)展的今天，由于基礎薄弱，從整體上看，與國外先進水平還存在著一定的差距。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(fā)展，實現(xiàn)了機床工作程序軟件化，工序高度集中，高效短節(jié)拍和多種功能的自動監(jiān)控。1.3 本課題本課題應達到的要求應達到的要求此項設計是專機的設計但是在保證使用條件下仍才采用了很多通用部件，這樣可以降低成本，所以這次設計的任務主要是設計專用夾具和多軸箱，專機的一些部件等等。熟悉組合機床通用部件和專用部件的選用；完成繪制組合機床的尺寸聯(lián)系圖、多軸箱圖和夾具設計圖及零件圖；編制說明書一份；熟練運用CAD等制圖軟件。無錫太湖學院學士學位論文22 設計方案的確定設計方案的確定根據工件的結構特點，是一個回轉體，考慮定位基準和設計基準的重合的原則，選擇一面和兩個的孔作為定位基準，定位基準定了，組合機床的總體布置大體上也就定8了。但是在確定機床總體布置時，還要考慮其他的一些因素的影響。2.1 工件的大小、形狀和加工部分的特點工件的大小、形狀和加工部分的特點 對于 2 面同時加工的工件，宜采用雙工位的機床，以此來提高加工效率；對于小直徑深孔的工件，通常采用專門的深孔加工的機床；對于被加工孔的中心線與定位基準平行，或需從幾個面同時加工的工件，一般采用臥式機床；對于被加工孔的中心線與定位基準垂直的工件，一般采用立式機床，但是在采用這些原則時也要根據機床的使用條件來綜合考慮。根據上述原則和缸體的特點，故采用臥式組合機床。2.2 生產率的影響生產率的影響零件的生產批量的大小是決定采用單工位、多工位或者自動線，還是按中小批量生產特點來設計組合機床的重要因素。有時從工件的外行及輪廓尺寸上看，可采用單工位固定夾具的機床布置形式，但是由于生產率要求很高，就不得不采用多工位的機床布置方案，以便使裝卸工件時間和機動時間重合。對于這個缸體的生產綱領：2 萬/年；單班制。是小批量的生產采用了單工位固定夾具的組合機床。機床使用方便性和自動化程度分析比較時一定要與生產率相適應，不應過分追求機床的自動化程度。生產率高、節(jié)拍短，則要求自動化程度高、刀具耐磨且更換調整方便，這樣使用才有方便性。2.3 經濟性與可靠性經濟性與可靠性在滿足加工要求的前提下，機床避免使用復雜刀具，力求簡單和較高的通用化程度。這樣可以降低機床成本，提高工作可靠性。有兩點要注意：1）應根據加工精度的需要選擇相應精度等級的通用部件。2）應根據生產率要求合理安排工藝流程，均衡負荷，使機床數量少，機床利用率高（機床利用率不應低于 50%） ，以取得好的經濟效果1。把組合機床的總體設計定下來后，再設計其中的零部件時根據機床的特點進行選擇。缸頭鉆孔夾具設計33 專用夾具的設計專用夾具的設計3.1 夾具的功用與組成夾具的功用與組成夾具是在機床上加工零件時使用的一種工藝裝備，其主要功用時實現(xiàn)工件的定位和夾緊，使得工件加工時相對機床、刀具有正確地位置，以保證工件的加工質量和生產率的要求。夾具通常由定位元件或裝置、夾緊元件或裝置、夾具體、對刀和導引元件、分度元件或裝置、動力元件或裝置以及其他元件或裝置（如定位鍵及有關零部件）等組成2。夾具設計時常用的零部件已有國家標準或部頒標準。3.2 夾具的設計夾具的設計3.2.1 調研分析調研分析1）工件生產綱領、生產類型分析；2）工件加工工藝方案分析，工件結構、精度特點分析；3）機床設計情況分析；4）夾具操作要求分析； 工件尺寸如圖 3.1。圖 3.1 工件尺寸圖無錫太湖學院學士學位論文43.2.2 確定工件定位方式確定工件定位方式由圖上可知，定位基準是 A 面和 2 個 8 的孔。所以，定位方式選用一面兩銷式。兩銷為一圓柱式定位銷和一菱形式定位銷。3.2.3 確定工件加緊方式確定工件加緊方式一面兩銷確定了 6 個方向的自由度，用壓板壓緊工件，用螺栓把鉆模板與夾具體連接。3.2.4 必要的加工精度計算及分析必要的加工精度計算及分析保證工件的加工精度是能夠得到合格工件的前提條件，而影響工件加工精度的因素很多，一般影響加工精度是因為各種誤差的存在，主要有：定位誤差、夾緊誤差、夾具的安裝誤差、導向對刀誤差、工藝系統(tǒng)誤差等。其中夾具采用合理的定位、夾緊方案，選擇合適的定位、夾緊元件，確定合適的尺寸、形位公差，保證工件的加工精度要求。定位誤差是由于工件在夾具中定位不準確引起的加工誤差。引起定位誤差的原因，一是由定位基準和工序基準不重合，叫基準不重合誤差；另一種是由于定位基準在夾具中定位不一致，叫定位基準位移誤差。本夾具的定位基準與設計基準一致，基準不重合誤差為零?；鶞饰灰普`差為0.03mm。所以其定位誤差為 0.03mm。夾具制造與安裝誤差 該項誤差包括：鉆套與襯套的配合間隙，由配合尺寸 H7/h6可確定其最大間隙為 0.029mm。鉆套孔與外圓的同軸度誤差此處取為 0.01mm。刀具引偏量 采用鉆套引導刀具時，刀具引偏量3公式： （3.1）HBhHe)2(式中： e- 刀具引偏量； H-鉆套高度； h-排削間隙； B-鉆孔深度； -刀具與鉆套之間的最大間隙；本夾具鉆套與鉆頭的配合取 H7/h6，可確定mm，將02. 0H=23mm，h=10mm，B=24.25mm,代入上式： =（23/2+24.25+8）x0.02/23=0.039mmHBhHe)2(該值略大于零件相應公差的三分之二，夾具可以使用。3.2.5 夾緊力計算、分析夾緊力計算、分析由于夾緊力與軸向力的方向相反，所以夾緊力至少要大于軸向力，軸向力的公式4： F= 4 2C dfK多軸箱niF1FfxFYF式中 Fi各主軸所需的軸向切削力，單位為 N。 C = 418.89 X = 1 Y = 0.8 K = 250FfFF6 . 0 計算得 F = 432.6N 多軸箱缸頭鉆孔夾具設計5 所以夾緊力為 F/2 = 216.3N多軸箱1）確定對刀或導引方式；在鉆床上的主要引導裝置為鉆套，其借助引導裝置提高被加工零件的幾何精度、尺寸精度以及孔系的位置精度。由于工件是中小批量生產，且選用可換鉆套將引起鉆套間的相碰，所以我選擇固定式鉆套。鉆套與鉆模板之間配合為H7/r6。2）確定夾具總體結構，協(xié)調各裝置；如圖 3.2。圖 3.2 夾具裝配圖無錫太湖學院學士學位論文64 組合機床總體設計組合機床總體設計4.1 組合機床的組成組合機床的組成組合機床是根據工件加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。組合機床通用部件按功能可分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。動力部件是為組合機床提供主運動和進給運動的部件。主要有動力箱、切削頭和動力滑臺。支承部件是用以安裝動力滑臺、帶有進給機構的切削頭或夾具等的部件，有側底座、中間底座、支架、可調支架、立柱和立柱底座等。輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉工作臺、環(huán)形分度回轉工作臺、分度鼓輪和往復移動工作臺等?？刂撇考怯靡钥刂茩C床的自動工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺等。輔助部件有潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。4.1.1 組合機床的特點組合機床的特點1、組合機床對于普通機床的優(yōu)點在于更適合棱體類零件和雜件的孔面加工。2、生產率高。因為工序集中，可多面、多工位、多軸、多刀同時自動加工。3、加工精度穩(wěn)定。因為工序固定，可選用成熟的通用零件、精密夾具和自動工作循環(huán)來保證加工精度的一致性。4、研制周期短，便于設計、制造和使用維護，成本低。因為通用化、系列化、標準化程度高，通用零件占 70%90%，通用件可組織批量生產進行預制或外購。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?？砂垂ぜ蚬ば蛞?，用大量通用部件和少量專用部件靈活組成各種類型的組合機床或生產線；機床易于改裝；產品或工藝變化時，通用部件一般還可以重復利用5。4.1.2 組合機床的工藝范圍組合機床的工藝范圍組合機床加工時，工件一般不旋轉，由刀具的旋轉運動和刀具與工件的相對進給運動進行平面加工和孔加工兩大類工序。平面加工包括銑平面、锪（刮）平面、車端面等；孔加工包括鉆、擴、鉸、鏜孔以及倒角、切槽、攻螺紋、锪沉孔、滾壓孔等。隨著綜合自動化的發(fā)展，其工藝范圍正擴大到車外圓、行星銑削、拉削、推削、磨削、珩磨及拋光、沖壓等工序。此外，還可以完成焊接、熱處理、自動裝配和檢測、清洗和零件分類及打印等非切削工藝。4.1.3 組合機床配置型式組合機床配置型式組合機床的通用件部件分大型和小型兩大類。所以大型組合機床和小型組合機床在結構和配置型式有較大的差別。大型組合機床的配置型式多種多樣，根據配置型式，組合機床可分為單工位和多工位兩大類。其中單工位組合機床按被加工面的數量又有單面、雙面、三面和四面 4 種，通常只能對各個加工部位同時進行一次加工；多工位組合機床則有回轉工作臺式、往復工作臺式、中長立柱式和回轉鼓輪式 4 種6，能對加工部位進行多次加工。小型組合機床的配置型式可分為單工位和多工位兩大類等。缸頭鉆孔夾具設計7本次設計的是單工位、單面、臥式的大型組合機床。4.1.4 組合機床的設計步驟組合機床的設計步驟組合機床一般都是根據和用戶簽定的設計、制造合同進行設計的。我所做的課題就是這樣的。1、 調查研究主要是對加工圖樣研究和工廠實際情況的調查研究；2、總體方案設計，就是編制“三圖一卡” ；3、技術設計就是設計機床各專用部件正式總圖，如設計夾具，多軸箱等；工作設計即繪制各個專用部件的施工圖樣、編制各部件零件明細表。 工藝方案的擬定是組合機床設計的關鍵一步。因為工藝方案在很大程度上決定了組合機床的結構配置和使用性能。因此，應根據工件的加工要求和特點，按一定的原則，結合組合機床常用工藝方法，充分考慮各種影響因素，并經技術經濟分析后擬定出先進、合理、經濟、可靠的工藝方案。 4.2 組合機床工藝方案的確定組合機床工藝方案的確定4.2.1 組合機床工藝方案的基本原則組合機床工藝方案的基本原則1、粗細加工分開原則粗加工時的切削負荷較大，切削產生的熱變形。較大夾緊壓力引起的工件變形以及切削振動等，對精加工工序十分不利，影響加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在擬定工件一個連續(xù)的多工序工藝過程時，應選擇粗精加工工序分開的原則。2、工序集中原則工序集中時近代機械加工主要發(fā)展方向之一。組合機床正是基于這一原則發(fā)展而來的，即運用多刀（相同或不同刀具）集中在一臺機床上完成一個或幾個共建的不同表面的復雜工藝過程，從而有效地提高生產率。因此，擬定工藝方案時，在保證工件質量和操作維修方面的前提下，應適當提高工序集中程度，以便減少機床臺數、占地面積和節(jié)省人力，取得理想的效果。但是，工序過于集中會使機床結構臺復雜，增加機床設計和制造難度，機床使用調整不便，甚至影響機床是使用性能。如刀具數過多，停機率增加，反而會影響機床生產率，切削負載過大，當工件剛性不足而產生變形會影響工件質量。因此須全面分析多方因素，合理決定工序集中程度?？紤]的一般原則有如下兩個方面：一是適當考慮相同類型工序的集中；二是有相對位置精度要求的工序應集中加工。4.2.2 確定組合機床工藝方案應注意的問題確定組合機床工藝方案應注意的問題1、按一般原則擬定工藝方案時的一些限制（1）孔間中心距的限制：根據切削扭矩計算要求，主軸軸頸和軸承外徑有一最小許用尺寸；對于螺紋孔加工還要考慮相應攻螺紋靠模的徑向尺寸限制；對于鏜孔，要考慮浮動卡頭和導向尺寸或剛性主軸機構尺寸限制。所以近距離孔能否在同一多軸箱上同一工位進行加工，要受各類主軸允許的最小中心距限制。（2）工件結構工藝性不好的限制：有些工件結構工藝性不好，如箱體多層壁上的同軸線的孔徑中間大兩頭小時，則進刀困難。又如多層壁同軸孔，為便于布置中間導向裝置，孔中心離箱體側壁間距離也應足夠7。2、其他應注意的問題無錫太湖學院學士學位論文8（1）精鏜孔時用注意孔表面是否允許留有退刀刀痕。（2）對互相結合的量殼體零件，均應分別從截獲面加工聯(lián)接孔。（3）鉆階梯孔時，應先鉆大孔后鉆小孔。（4）平面一般采用銑削加工。（5）在制定加工一個工件的幾臺成套機床或流水線的工藝方案時，應盡可能使精加工集中在所有粗加工之后，以減少內應力變形影響，有利于保證加工精度。4.2.3 工藝方案的擬訂工藝方案的擬訂擬訂專用機床工藝方案的一般步驟如下：1、分析、研究加工要求和現(xiàn)場工藝 在制定組合機床工藝方案時，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途及其結構特點，加工部位及其精度、表面粗糙度、技術要求及生產綱領。深入現(xiàn)場調查分析零件的加工工藝方法，定位和夾緊方式，所采用的設備、刀具及切削用量，生產率情況及工作條件等方面的現(xiàn)行工藝資料，以便制定出切合實際的合理工藝方案。 本設計所加工的是缸體，屬于箱體類零件，其結構不是很復雜，加工不是很困難。我所加工的是兩個側面上的鉆孔都屬于普通級別，生產綱領是 2 萬件/年，單班制，屬于小批量生產。因此可以采用組合機床來進行生產。本次設計專用鉆夾具，因為是工業(yè)生產，要求操作簡單迅速，故采用較簡單的手動夾緊方式。2、定位基準和夾壓部位的選擇 正確選擇定位基準和夾緊部位時保證加工精度的重要條件。 本設計采用一面兩孔的定位方案來保證此鉆孔的加工精度，則選擇 2-8 的孔和其所在的下底面平面作為定位基準。它們又是設計基準，用他們做定位基準，能使加工遵循“基準重合”的原則，保證工藝基準和設計基準的重合。實現(xiàn)箱體零件“一面兩孔”的典型定位方式。夾緊位置選擇在有足夠的夾緊力下箱體產生變形最小的部位。3、影響工藝方案的主要因素 （1）加工的工序內容和加工精度:我所加工的是鉆孔，工序上有具體的公差要求。 （2）被加工零件的特點。 工件材料及硬度: 材料 ZL108，硬度為 HB40-60。加工部位的構造形狀: 分別為底面上的 2 個 10 孔和側面 2 個 5 孔。工件的剛性:滿足要求。零件的生產批量: 生產綱領是 2 萬件/年，單班制。使用廠后方車間的制造能力：可以勝任。4.2.4 工序間余量的確定工序間余量的確定 鉆 2 個 10 的孔，應粗加工 9.2 的孔。在鉆 2 個 5 的孔應該先粗加工 4.2 的孔。4.2.5 刀具結構的選擇刀具結構的選擇鉆孔：選擇高速鋼錐柄長麻花鉆。高速鋼的優(yōu)點是：強度、韌性和工藝性能好，且價格便宜。4.3 切削用量的確定切削用量的確定 在組合機床工藝方案確定過程中，工藝方法和關鍵工序的切削用量選擇十分重要。缸頭鉆孔夾具設計9切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度、生產率、刀具耐用度、機床的結構型式即工作可靠性均有較大的影響。4.3.1 組合機床切削用量選擇的特點、方法及注意問題組合機床切削用量選擇的特點、方法及注意問題 1、組合機床切削用量選擇的特點 1)組合機床常采用多刀多刃同時切削，為盡量減少換刀時間的消耗，保證機床的生產率及經濟效果，選用的切削用量應比通用機床單刀加工時低 30%左右。2)組合機床通常用動力滑臺來帶動刀具進給。因此，同一滑臺帶動的多軸箱上所有刀具的每分鐘進給量相同，即等于滑臺的工進速度。 2、組合機床切削用量選擇方法及應注意的問題 目前常用查表法，參照生產現(xiàn)場同類工藝，必要時經工藝試驗確定切削用量。組合機床加工孔、平面及螺紋的常用切削用量都要查一般的手冊。確定切削用量時用注意以下問題。1）應盡量做到合理使用所有刀具，充分發(fā)揮其使用性能。2）復合刀具切削用量選擇應考慮刀具的使用受命。3）多軸鏜孔主軸刀頭均需定向快速進退時（刀頭處于同一角度位置進入或退出工件孔） ，各鏜軸轉速應相等或成整數倍。4）選擇切削用量時要注意既要保證生產批量要求，又要保證刀具一定的耐用度。5）確定切削用量時，還需考慮所選動力滑臺的性能。4.3.2 確定切削速度和切削用量確定切削速度和切削用量1、鉆孔： 2-5mm 加工材料：HT250 工序：側面鉆孔。查高速鋼鉆頭切削用量表得：加工直徑 5 mm，布氏硬度為 180-220 的孔： 切削速度為 10-18m/min， 取 18m/min；進給量為 0.05-0.1mm/r，取 0.08mm/r。d=孔深/直徑=24.25/5=4.8因為深孔鉆削切削用量需要遞減，根據深孔鉆削切削用量遞減表得：所以，實際切削速度為：v=0.718=12.6m/min實際進給量為：0.90.08=0.072mm/r 2、鉆孔： 2-10mm加工材料：HT250 工序：頂面鉆孔。查高速鋼鉆頭切削用量表得：加工直徑 10 mm，布氏硬度為 180-220 的孔： 切削速度為 18-25m/min， 取 18m/min；進給量為 0.05-0.1mm/r，取 0.08mm/r。無錫太湖學院學士學位論文10d=孔深/直徑=24.25/5=4.8因為深孔鉆削切削用量需要遞減，根據深孔鉆削切削用量遞減表得：所以，實際切削速度為：v=0.718=12.6m/min實際進給量為：0.90.08=0.072mm/r 4.3.3 切削力、切削轉矩、切削功率切削力、切削轉矩、切削功率鉆孔計算8：加工孔：5 和 10 取鉆 5mm 孔的切削速度 v=12.6m/min，由此算出轉速為1000v/(d)=(100012.6)/(3.145.2)=894r/minn按機床實際轉速取 n=1000r/min，則實際切削速度為(10003.145.2)/1000=16.33m/minv工進速度 vf =nf=10000.072=72mm/minHB=HBmax-1/3(HBmax-HBmin)=220-1/3(220-180)=206.7F=26Df0.8HB0.6=265.20.0720.8206.70.6=403.7NT=10D1.9f0.8HB0.6=105.21.90.0720.8206.70.6=685.3NmmP=（Tv）/(9550D)=（685.316.33）/（95503.145.2）=0.0717kWd主軸直徑（mm） ；切削速度（m/min） ；vT扭矩（） ；mmN f每轉進給量（mm/r） ；P切削功率（kW） ；HB布氏硬度；D鉆頭直徑（mm） 。4.3.4 確定主軸類型、尺寸、外伸長度確定主軸類型、尺寸、外伸長度主軸類型主要根據工藝的方法和刀桿與主軸的連接結構進行確定。我在設計中采用的是下列公式來確定主軸的：1) 鉆 5 的孔d=B （4.1）104T查得 B=6.2 則d=Bmm84.17103 .6854所以軸的直徑選擇為 20mm。進行軸的校核：W=0.2d3 =0.2 203 =67510-9 =T/ W =(10 684.70.001)/(675 10-9 )=10.14MPa=40 MPa 滿足要求。缸頭鉆孔夾具設計11D/d1=25/16,L=85mm，接桿莫氏圓錐號 19。4.3.5 動力部件工作循環(huán)及行程的確定動力部件工作循環(huán)及行程的確定工作進給長度的確定：L工=L1 +L+L2 切入長度 L1取 10mm 切出長度 L2取 9.75mmL 為 24.25 mm 則 L工 =24.25 +10+9.75=48 mm 因此取 L工=70mm 鉆頭快進距離為 50mm則取快退距離為 120 mm前備刀量為 20 mm，后備刀量為 30 mm前備刀量動力部件尚可向前調節(jié)的距離，作用是為了彌補機床的制造誤差以及刀具磨損后能向前調整。 后備刀量刀具從接杠中或連接杠同刀具一起從主軸孔中得出所需要的軸向距離，作用是使動力部件有一定的向后移動的余地，以方便裝卸刀具。 動力部件總行程的確定：120+20+30 = 170 （mm） 所以動力部件的總行程為 170 mm4.4 組合機床總體設計組合機床總體設計“三圖一卡三圖一卡”繪制組合機床“三圖一卡” ，就是針對具體零件，在選定的工藝和結構方案的基礎上，進行組合機床總體方案圖樣文件設計。其內容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和編制生產率計算卡等。4.4.1 被加工零件工序圖被加工零件工序圖被加工零件工序圖的作用與內容被加工零件工序圖是根據制定的工藝方案，表示所設計的組合機床（或自動線）上完成的工藝內容，加工部件的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求，加工用的定位基準、夾緊部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設計研制合同外，它是組合機床設計的具體依據，也是制造、使用、調整和檢驗機床精度的重要文件。被加工零件工序圖是被加工零件圖基礎上，突出本機床或生產線的加工內容，并作必要的說明而繪制的。其內容主要包括：(1)被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設計有關部位結構形狀和尺寸。當需要設置中間導向時，則應把設置中間導向臨近的工件內部肋、壁布置及有關結構形狀和尺寸表示清楚，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉。(2)本工序所選用的定位基準、夾壓部位及夾緊方向。以便據此進行夾具的支撐、定位、夾緊和導向等機構設計。(3)本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術要求以及對上道工序的技術要求。(4)注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量。無錫太湖學院學士學位論文124.4.2 繪制加工零件工序圖繪制加工零件工序圖被加工零件工序圖是根據選定的工藝方案，表明零件形狀、尺寸、硬度，以及在所加工的組合機床設計上完成工藝內容和所采取的的定位基準、夾具點的圖紙。它是組合機床的主要依據，也是制造、驗收和調整機床的重要技術條件。1、繪制被加工零件工序圖的規(guī)定：為使被加工零件工序圖表達清晰明了，突出本工序內容，繪制時規(guī)定：應按一定的比例，繪制足夠的視圖以剖面；本工序加工部位用粗實線表示，保證的加工部位尺寸及位置尺寸數值下方畫“”粗實線，其余部件用細實線表示；定位基準符號用，并用下標數表明消除自由度數量（如） ；夾緊位置符號用。2、繪制被加工零件工序圖注意事項：（1）本工序加工部位的位置尺寸應與定位基準直接發(fā)生關系。當本工序定位基準與設計基準不符時，必須對加工部位的位置精度進行分析和換算，并把不對稱公差換算成對稱公差。有時也可將工件某一主要孔的位置尺寸從定位基準面開始標注，其余各孔則以該孔為基準標注。（2）對毛坯應有要求，對孔加工余量要認真分析。（3）當本工序有特殊要求時必須注明。（4）工序圖上應該標住被加工零件的名稱、編號、材料、硬度及其被加工部位的加上余量。（5）加工時需要中間向導，應表示出工件與中間向導間有關部位結構和尺寸，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否干涉。3、缸體加工工序圖的繪制我所加工零件是方型缸體，在其底側面上鉆孔。繪制加工示意圖主要是把要鉆的孔的位置表達出來，用兩個視圖足以表達清楚。另外，再標上尺寸、定位基準、尺寸標注、夾壓部位及夾緊方向、精度、表面粗糙度、形位公差、硬度等內容。如圖 4.1。缸頭鉆孔夾具設計13圖 4.1 缸體加工工序圖4.4.3 加工示意圖加工示意圖1、加工示意圖的作用和內容加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎上繪制的，是表達工藝方案具體內容的機床工藝方案圖。它是設計刀具、輔具、夾具、多軸箱和液壓、電氣系統(tǒng)以及選擇動力部件、繪制機床總體聯(lián)系尺寸圖的主要依據；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調整機床和刀具所必需的重要技術文件。加工示意圖應表達和標注的內容有：機床的加工方法、切削用量、工作循環(huán)和工作行程；工件、刀具及導向、托架及多軸箱之間的相對位置及其聯(lián)系尺寸；主軸結構類型、尺寸及外伸長度；刀具類型、數量和結構尺寸（直徑和長度） ；接桿（包括鏜桿） 、浮動卡頭、導向裝置、攻螺紋靠模裝置等結構尺寸；刀具、導向套間的配合、刀具、接桿、主軸之間的連接方式及配合尺寸等。如圖 4.2。2、繪制加工示意圖的注意事項加工示意圖應繪制成展開圖。按比例用細實線畫出工件外形。加工部位、加工表面粗糙度畫粗實線。必須使工件和加工方位與機床布局相吻合。為簡化設計，同一多軸箱上結構尺寸完全相同的主軸只畫一根，但必須在主軸上標注與工件孔號相對應的軸號。一般主軸的分布不受真實距離的限制。當主軸彼此間很近或需設置結構尺寸較大的導向裝置時，必須以實際中心距嚴格按比例畫，以便檢查相鄰主軸、刀具、輔具、導向等是否互相干涉。主軸應從多軸箱端面畫起；刀具畫終了位置。對于采用浮動卡頭的鏜孔刀無錫太湖學院學士學位論文14桿，為避免刀桿退出導向時下垂，常選用托架支撐退出的刀桿。這時必須畫出托架并標出聯(lián)系尺寸。采用標準通用結構只畫外輪廓，但必須加注規(guī)格代號；對一些專用的刀具、導向、刀桿托架、專用接桿或浮動卡頭等，須用剖視圖表示其結構，并標注尺寸、配合及精度。當軸數較多時，加工示意圖必須用細實線畫出工件加工部位分布情況簡圖，并在孔旁標明相應號碼，以便于設計和調整機床。多面多工位機床的加工示意圖一定要分工位，按每個工位的加工內容順序進行繪制。并應畫出工件在回轉工作臺或鼓輪上的位置示意圖，以便清楚地看出工件及在不同工位與相應多軸箱主軸的相應位置。3、選擇刀具有關計算（1）刀具的選擇選擇刀具應考慮工件材料、加工精度、表面粗糙度、排屑及生產率等要求10。只要條件允許，應盡量選用標準刀具。（2）標注聯(lián)系尺寸 主要標注從銑刀的銑削頭到被加工面尺寸、銑刀尺寸、銑刀夾頭尺寸和必要的定位等尺寸。（3）標注切削用量其內容主要有鉆頭的轉速 n，切削速度 v，進給量 f。（4）動力部件工作循環(huán)及行程確定銑刀的進刀、工進、退刀、快退的一個循環(huán)行程的計算。（5）其他應注意事項加工示意圖應于機床實際加工狀態(tài)一致。表示出工件安裝狀態(tài)及主軸加工方法。圖中尺寸應標注完整，尤其是從銑削頭至銑刀刀尖的軸向尺寸鏈應齊全，以便于檢查行程和調整機床。圖中應表示出機床動力部件的工作循環(huán)圖及各行程長度。加工示意圖應有必要的說明。如加工零件的名稱、圖號、材料、硬度、加工余量、毛坯要求、是否加冷卻液及其他的工藝要求等。4、零件加工示意圖的繪制我所繪制的內容主要有要加工的平面和所用的鉆頭和絲錐。此外，還要標注它們與被加工表面的聯(lián)系尺寸、它們的切削用量、工作循環(huán)和工作行程等內容。而具體的數值計算前面已算好，此處不再重復。如圖 4.2。缸頭鉆孔夾具設計15圖 4.2 鉆孔加工示意圖無錫太湖學院學士學位論文164.4.4 機床聯(lián)系尺寸圖機床聯(lián)系尺寸圖1、機床聯(lián)系尺寸總圖的作用于內容機床聯(lián)系尺寸總圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據的，并按初步選定的主要通用部件以及確定的專用部件的總體結構而繪制的。它是用來表示機床的配置形式、主要構成及各部件安裝位置、互相聯(lián)系、運動關系和操作方位的總體布局圖，用以檢驗各部件相對位置及尺寸聯(lián)系能否滿足要求和通用部件選擇是否合適11；它為多軸箱、夾具等專用部件設計提供重要依據；它可以看成是機床總體外觀簡圖。由其輪廓尺寸、占地面積、操作方式等可以檢驗是否適應用戶現(xiàn)場使用環(huán)境。機床聯(lián)系尺寸總圖表示的內容：（1）表明機床的配置形式和總布局。以適當數量的視圖（一般至少兩個視圖，主視圖應選擇機床實際加工狀態(tài)） ，用同一比例畫出各主要部件的外輪廓形狀和相關位置。表明機床基本形式及操作者的位置等。（2）完整齊全地反映各部件間的主要裝配關系和聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運動部件的運動極限位置及各滑臺工作循環(huán)總的工作行程和前后行程備量尺寸。（3）標注主要通用部件的規(guī)格代號和電動機的型號、功率及轉速，并標出機床分組編號及組件名稱，全部組件應包括機床全部通用及專用零部件，不得遺漏。（4）標明機床驗收標準及安裝規(guī)格12。2、繪制機床聯(lián)系尺寸總圖之前應確定的主要內容（1）選擇動力部件動力部件的選擇主要是確定銑削頭和動力滑臺。（2）確定機床裝料高度 H（3）確定夾具輪廓尺寸（4）確定中間底座尺寸3、繪制機床聯(lián)系尺寸總圖的注意事項機床聯(lián)系尺寸總圖應按機床加工終了狀態(tài)繪制。圖中應畫出機床各部件在長、寬、高方向的相對位置聯(lián)系尺寸及動力部件退至起始位置尺寸（動力部件起始位置畫虛線） ；畫出動力部件的總行程和工作循環(huán)圖；應注明通用部件的型號、規(guī)格和電動機型號、功率及轉速；對機床各組成部件標注分組編號。當工件上加工部件對工件中心線部對稱時，應注明動力部件中心線同夾具中心線的偏移量。對機床單獨安裝的液壓站和電氣控制臺等設備也應確定安裝位置。繪制機床聯(lián)系尺寸總圖時，各部件應嚴格按同一比例繪制，并仔細檢查長、寬、高、三個坐標方向的尺寸鏈均要封閉。4、機床分組為了便于設計和組織生產，組合機床各部件和裝置按不同的功能劃分編組。組號劃分規(guī)定如下：1）第 1019 組支撐部件。一般由通用的側底座、立柱及其底座和專用中間底座等組成。缸頭鉆孔夾具設計172）第 2029 組夾具及輸送設備。夾具時組合機床主要的專用部件，常編制為20 組，包括工件定位加緊及固定導向部分。對于一些獨立性較強的活動鉆模板、攻螺紋模板、自動夾壓機構、自動上下料裝置等常單獨編組13。移動工作臺、回轉臺等輸送設備，如果屬通用部件，則可納入夾具組，明細表中列出通用部件型號即可，如果專用則單獨成組編號。3）第 3039 組電氣設備。電氣設計常編為 30 組，包括原理圖、連線圖和安裝圖等設計，專用操作臺、控制柜等另編組號。4）第 4049 組傳動裝置。包括機床中所有動力部件如滑臺、動力箱等通用部件，編號為 40 組，其余須修改部分內容或專用的傳動設備則單獨編組。5）第 5059 組液壓和氣動裝置。6）第 6069 組刀具、工具、量具和輔助工具等。7）第 7079 組多軸箱及其附屬部件。8）第 8089 組冷卻、排屑及潤滑裝置。9）第 9099 組電氣、液壓、氣動等各種控制擋鐵。5、機床聯(lián)系尺寸圖的繪制我所繪制的內容主要有我要設計的機床結構的選擇及相互關系等。主要有：（1）動力箱及電動機的選擇：實例中根據已定的工藝方案和機床的配置形式并結合使用及修理等因素確定機床為臥式雙面單工位組合機床，用機械滑臺實現(xiàn)工作進給運動，選擇配套的動力箱驅動多軸箱鉆孔和攻絲主軸。根據下列公式進行估算：P多軸箱= P切削+ P空轉+ P損失=+ + （4.2）i1Pni切削i1Pni空轉i1Pni損失P多軸箱多軸箱消耗于各主軸的切削功率的總和，單位為 kW；式中 P切削切削功率，單位為 kW； P空轉空轉功率，單位為 kW； P損失與負荷成正比的功率損失，單位為 kW。每根主軸的切削功率，由選定的切削用量按公式計算或查圖表獲得；每根軸的空轉功率查組合機床設計簡明手冊表 4-6 確定；每根軸上的功率，一般可取所傳遞功率的1%。鉆孔多軸箱（右多軸箱）：P多軸箱多軸箱 =4（0.0717+0.116+1%0.153）=0.7508kW因此，在鉆孔時的多軸箱我選用的都是 1TD25IB 型動力箱驅動（n驅驅=785r/min；電動機選 Y100L1-4 型，電動機轉速 ne =1420r/min 功率為 2.2kW） 。（2）確定機床裝料高度 H裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離。組合機床標準中，推薦裝料高無錫太湖學院學士學位論文18度為 1060mm，但是根據具體情況，一般裝料高度為 8501060mm，在我設計的組合機床中選取的高度為 856mm。（3）確定夾具輪廓尺寸主要是確定夾具底座的長、寬、高尺寸。具體尺寸可見夾具圖。（4）確定中間底座尺寸中間底座的輪廓尺寸應滿足夾具在其上的連接安裝需要。它長度根據所選動力及配套（側底座）的位置關系確定，同時應考慮多軸箱處于終了位置時，多軸箱與夾具體之間應有合適的距離，以便于機床的維修、調整。另外周圍不小于 70100mm 的排屑或冷卻液回流槽。長度方向可以按下式進行計算。L = L + L + L （l + l + l ） （4.3）123123上式中 L 為終了加工位置時，多軸箱與工件的距離 190mm1 L 為多軸箱的厚度 325mm2 L 為工件長度 24.25mm3 l 為滑臺與多軸箱的重合長度 176mm1 l 為加工終了位置時，滑臺前端與滑座端面間的距離和前備量之和2 l 為滑座前端面與側底座端面距離 100mm3計算得 L = 549mm，所以取長度為 630mm，高度取標準 560mm。所以中間底座長度方向為 630mm,寬度方向為 560mm。（5）確定多軸箱輪廓尺寸 標準通用鉆、攻多軸箱的厚度是一定的。臥式為 325 mm，立式為 340 mm。確定多軸箱，主要是確定多軸箱的寬度 B 和高度 H 及最低主軸高度 h1 。計算式子如下：B=b +2b21H=h+h +b11b 工件在寬度方向相距最遠兩孔距離， 單位為 mm；2b1最邊緣主軸中心至箱體外壁距離，b70100 單位為 mm；1h工件在高度方向相距最遠的兩空距離，單位為 mm；h1最低主軸高度，h85140 單位為 mm；1多軸箱輪廓尺寸所示如圖 4.3。 h = （h +H） （h +h +h +h ） （4.4）126345上式中 H 為裝料高度 h 為最低加工孔中心至工件定位幾面的距離2 h 為滑臺高度3 h 為滑座與側座之間的調整高度4 h 為側底座的高度5 h 為多軸箱與滑臺之間的距離6缸頭鉆孔夾具設計19計算得 B = 344mm H = 278 考慮多軸箱中傳動齒輪所以取 B = 400mm H = 400mm圖 4.3 多軸箱輪廓圖由此按通用箱體系列尺寸標準，選定多軸箱輪廓尺寸，實際選取尺寸為BH=400mm400mm。另外，要標注各部件間的主要裝配關系和聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運動部件的運動極限位置、主要通用部件的規(guī)格代號、電動機的型號、功率及轉速，并標出機床分組編號及組件名稱等內容。6、機床生產效率計算卡根據基多工示意圖所確定的工作循環(huán)及切削用量等，就可以計算機床生產率并編制生產率計算卡。生產率計算卡14是反映機床生產節(jié)拍或切削用量、動作時間、生產綱領及負荷等關系的技術文件。它是用戶驗收機床生產效率的重要依據。1) 理想生產率 Q理想生產率 Q（單位為件/h）是指完成年生產綱領 A（包括備品及廢品率）所要求的機床生產率15。它與全年工時總數tk有關，一般情況下，單班制tk取 2350h，兩班制tk取 4600h，則無錫太湖學院學士學位論文20 （4.5）kAQt因我所加工的箱體零件的生產綱領為 2 萬臺，單班制。因此，經計算得Q=20000/2350=8.5 件/h2) 實際生產率 Q1實際生產率 Q1（單位為件/h）是指所設計機床每小時實際可生產的零件數量。即 （4.6）160QT單式中 T單生產一個零件所需時間（min） ，可按下式計算： （4.7）12(tttffLLLTvv工進快退進刀退刀單切輔裝、卸fL）v式中 L工進、L快退、L進刀、L退刀分別為動力部件的工進、快退、進刀、退刀行程長度，單位為 mm。 vf、vf1、vf2分別為動力部件的工進、快退、進刀（退刀）的進給量，單位為mm/min.t裝卸工件裝卸時間，通常取 0.51.5min。又因為我所加工的孔是先鉆后攻螺紋，而且這兩道工序不可同時進行，且不能在同一臺組合機床上進行，因此分 2 道工序進行。鉆孔 5.2 T鉆=68/72+10/1000+168/5000+1.5=2.488min Q1=60/2.488=24.11 件/時3) 機床負載率 負當 Q1 Q 時，機床負載率為二者之比。即 (4.8)負1QQ經計算得 孔 5.2：負負= 8.5/24.11=35.2%雖然組合機床負載率一般為 0.750.90 之間，但由于生產綱領不大，綜合實際考慮，此數值能夠滿足加工要求。缸頭鉆孔夾具設計21表 4-1 鉆孔 5 生產率計算卡圖 號毛胚種類鑄件名 稱缸體毛胚重量被加工零件材 料HT250硬度180-220HB工序名稱鉆孔 5.2工序號工時(min)序號工步名稱加工零件數量工作行程(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)加工時間輔助時間共計1裝卸工件11.51.52動力部件3滑臺快進500.010.014滑臺工進6810000.072720.9430.9435滑臺停留0.010.016滑臺快退1180.0350.035總 計2.488min單件工時2.488min機床生產率24.11 件/h備注裝卸工件時間取決于操作者熟練程度，本機床計算時取 1.5min機床負荷率35.2%無錫太湖學院學士學位論文225 組合機床多軸箱的設計組合機床多軸箱的設計多軸箱是組合機床的很重要專用部分。它是根據加工示意圖所確定的工件加工孔的數量和位置、切