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本 科 畢 業(yè) 論 文
閥腔立式組合鉆床設(shè)計
學院名稱：
專業(yè)班級： 機械設(shè)計制造及自動化
學生姓名：
指導教師姓名：
指導教師職稱：
2012年 6月
目 錄
第一章 緒論………………………………………………………………………………4
1.1組合機床的概論……………………………………………………………………4
1.2組合機床的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢………………………………………………………4
1.3機床設(shè)計的目的、內(nèi)容、要求……………………………………………………5
1.3.1 設(shè)計的目的………………………………………………………………………5
1.3.2 設(shè)計內(nèi)容…………………………………………………………………………5
1.3.3 設(shè)計要求…………………………………………………………………………6
1.4機床的設(shè)計步驟……………………………………………………………………6
1.4.1 調(diào)查研究…………………………………………………………………………6
1.4.2 擬定方案…………………………………………………………………………6
1.4.3 工作圖設(shè)計………………………………………………………………………7
第二章 零件分析
2.1 零件的結(jié)構(gòu)特點及其技術(shù)要求…………………………………………………7
2.1.1零件結(jié)構(gòu)特點……………………………………………………………………7
2.1.2技術(shù)要求…………………………………………………………………………8
2.2零件的生產(chǎn)批量及其機床的使用…………………………………………………9
2.2.1零件的生產(chǎn)批量 …………………………………………………………………9
2.2.2機床的使用條件 …………………………………………………………………9
2.3 零件工藝方案………………………………………………………………………9
2.3.1 生產(chǎn)工藝方案 ……………………………………………………………………9
第三章 組合機床的總體設(shè)計 ………………………………………………………10
3.1組合機床方案的制定………………………………………………………………10
3.1.1制定工藝方案……………………………………………………………………10
3.1.2確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案…………………………………………11
3.2確定切削用量及選擇刀具 ……………………………………………………… 12
3.2.1確定工序間余量 ……………………………………………………………… 12
3.2.2選擇切削用量…………………………………………………………………12
3.2.3確定切削力、切削扭矩、切削功率…………………………………………12
3.2.4選擇刀具結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………13
3.3鉆孔組合機床總設(shè)計“三圖一卡”的編制……………………………………14
3.3.1被加工零件工序圖……………………………………………………………15
3.3.2加工示意圖……………………………………………………………………16
3.3.3機床聯(lián)系尺寸圖………………………………………………………………19
3.3.4生產(chǎn)率計算卡…………………………………………………………………21
3.4 多軸箱的設(shè)計…………………………………………………………………23
3.4.1 繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖……………………………………………… 23
3.4.2 多軸箱的傳動設(shè)計………………………………………………………… 24
3.4.3 繪制傳動系統(tǒng)圖……………………………………………………………26
3.4.4 傳動零件的校核……………………………………………………………26
第四章 夾具設(shè)計……………………………………………………………………31
4.1 機床夾具的概述…………………………………………………………… 31
4.1.1機床夾具的組成……………………………………………………………31
4.1.2機床夾具的類型……………………………………………………………31
4.2夾緊方案和夾緊元件的設(shè)計…………………………………………………31
4.3夾具的性能及優(yōu)點……………………………………………………………32
4.4夾具體的設(shè)計…………………………………………………………………32
4.5夾具精度分析計算……………………………………………………………33
4.6 夾具操作的簡要說明…………………………………………………………34
結(jié)論…………………………………………………………………………………… 34
參考文獻………………………………………………………………………………35
致謝…………………………………………………………………………………… 36
1 緒論
1.1 組合機床的概論
組合機床是以系列化、標準化的通用部件為基礎(chǔ)，配以少量的專用部件組成的專用機
床。它適宜于在大批、大量生產(chǎn)中對一種或幾種類似零件的一道或幾道工序進行加工。這種機床既有專用機床的結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)率和自動程度較高的特點，又具有一定的重新調(diào)整能力，以適應(yīng)工件變化的需要。組合機床廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)的行業(yè)，如；汽車、拖拉機、電動機、內(nèi)燃機、閥門、縫紉機等制造業(yè)。
1.2 組合機床的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
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(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關(guān)鍵設(shè)備之一。
近年來，隨著數(shù)控技術(shù)，電子技術(shù)，計算機技術(shù)的發(fā)展，組合機床的服務(wù)對象已經(jīng)由過去的農(nóng)用機械，載貨汽車向以轎車工業(yè)為重點的轉(zhuǎn)移，組合機床行業(yè)開展了針對轎車零件關(guān)鍵工藝研究開發(fā)的科研攻關(guān)，采取引進技術(shù)，合作生產(chǎn)和自行開發(fā)相結(jié)合；組合機床也由過去的剛性組合機床向具有一定柔性，可實現(xiàn)多品種加工方向的變化,同時又應(yīng)用數(shù)控技術(shù)發(fā)展了三坐標加工單元等數(shù)控組合機床,把純剛性的設(shè)備變?yōu)榭勺兛烧{(diào)的裝備；組合機床的加工精度由半精加工向精加工方向轉(zhuǎn)化,還開發(fā)了針對汽車發(fā)動機五大件加工的關(guān)鍵工藝設(shè)備，使行業(yè)在精加工機床的品種上有了較大擴充，為提供成套設(shè)備創(chuàng)造了條件；組合機床制造技術(shù)由過去的以機加工為主的單機及自動化向綜合成套方向轉(zhuǎn)換，加強了相應(yīng)配套技術(shù)與產(chǎn)品的研究開發(fā)；組合機床的控制技術(shù)由傳統(tǒng)的程序控制技術(shù)向數(shù)控，計算機管理與監(jiān)控方向發(fā)展；組合機床行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的組合機床的控制技術(shù)，已完成了由接觸繼電器控制向可編程控制的轉(zhuǎn)變，大大的提高了組合機床的可靠性，故障率大為降低；組合機床的開發(fā)已經(jīng)又過去的人工設(shè)計轉(zhuǎn)向計算機輔助設(shè)計，大力推行CAD，為提高設(shè)計速度，保證設(shè)計質(zhì)量，縮短供貨周期創(chuàng)造了有利的條件。 現(xiàn)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(shù)成果而完善和發(fā)展。
(1) 高速化：由于機構(gòu)各組件分工的專業(yè)化，在專業(yè)主軸廠的開發(fā)下，主軸高速化日益普及。過去只用于汽車工業(yè)高速化的機種（每分鐘1.5萬轉(zhuǎn)以上的機種），現(xiàn)在已成為必備的機械產(chǎn)品要件。
(2) 精密化：由于各組件加工的精密化，微米的誤差已不是問題。以電腦輔助生產(chǎn)（CAM）系統(tǒng)的發(fā)展帶動數(shù)控控制器的功能越來越多。
(3) 高效能：對機床高速及精密化要求的提高導致了對加工工件制造速度的要求提高。同時，由于產(chǎn)品競爭激烈，產(chǎn)品生命周期縮短，模具的快速加工已成為縮短產(chǎn)品開發(fā)時間所必須具備的條件。對制造速度的要求致使加工模具的機床向著高效能專業(yè)化機種發(fā)展。
(4) 系統(tǒng)化：機床已逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)化產(chǎn)品?，F(xiàn)在可以用一臺電腦控制一條生產(chǎn)線的作業(yè)，不但可縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間，還可以提高產(chǎn)品的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量。
(5) 復合化：產(chǎn)品外觀曲線的復雜化致使模具加工技術(shù)必須不斷升級，機床五軸加工、六軸加工已日益普及，機床加工的復合化已是不可避免的發(fā)展趨勢。
1.3 機床設(shè)計的目的、內(nèi)容、要求
1.3.1設(shè)計的目的
機床工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)特別是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)，在國民經(jīng)濟中占有重要的戰(zhàn)略地位。機床工業(yè)與一個國家的工業(yè)競爭力、制造業(yè)發(fā)展水平緊密相關(guān)，本國的機床工業(yè)水平越高，工業(yè)和制造業(yè)競爭力越強。對我國而言，機床工業(yè)不僅僅具有重要的經(jīng)濟意義，而且還具有重要的國防戰(zhàn)略意義。研究機床工業(yè)的特點，有助于我們了解機床工業(yè)的特殊規(guī)律，從而找到適合我國國情的機床工業(yè)發(fā)展之路。我國工業(yè)競爭力和制造業(yè)發(fā)展水平不高，一定程度上是與我國機床工業(yè)發(fā)展水平不高相聯(lián)系的，加快我國機床工業(yè)的發(fā)展，提高我國機床工業(yè)技術(shù)和管理水平，將有利于我國工業(yè)和制造業(yè)發(fā)展。所以對機床的研究設(shè)計意義是極其重大的。
畢業(yè)設(shè)計是高等教育體系中非常重要的環(huán)節(jié)，它可以檢驗自己對專業(yè)知識理解與掌握的程度，也可以提高自己綜合運用所學知識的能力，也能在分析問題和解決問題的過程中學到更多新的知識。
1.3.2 設(shè)計內(nèi)容
(1)運動設(shè)計 根據(jù)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(tǒng)圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)，并計算主軸的實際轉(zhuǎn)速與標準的相對誤差。
(2)動力設(shè)計 根據(jù)給定的工件，初算傳動軸的直徑、齒輪的模數(shù)；確定動力箱；計算多軸箱尺寸及設(shè)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(shù)否在允許范圍內(nèi)。還要驗算主軸主件的靜剛度。
(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計 進行主運動傳動軸系、變速機構(gòu)、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機構(gòu)設(shè)計。即繪制裝配圖和零件工作圖。
(4)編寫設(shè)計說明書
1.3.3 設(shè)計要求
評價機床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)—經(jīng)濟指標來判定的。技術(shù)先進合理，亦即“質(zhì)優(yōu)價廉”才會受到用戶的歡迎，在國內(nèi)和國際市場上才有競爭力。機床設(shè)計的技術(shù)—經(jīng)濟指標可以從滿足性能要求、經(jīng)濟效益和人機關(guān)系等方面進行分析。
1.4 機床的設(shè)計步驟
1.4.1調(diào)查研究
研究市場和用戶對設(shè)計機床的要求，然后檢索有關(guān)資料。其中包括情報、預測、實驗研究成果、發(fā)展趨勢、新技術(shù)應(yīng)用以及相應(yīng)的圖紙資料等。甚至還可以通過網(wǎng)絡(luò)檢索技術(shù)查閱先進國家的有關(guān)資料和專利等。通過對上述資料的分析研究，擬訂適當?shù)姆桨?，以保證機床的質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，使用戶有較好的經(jīng)濟效益。
1.4.2 擬定方案
通?？梢詳M定出幾個方案進行分析比較。每個方案包括的內(nèi)容有：工藝分析、主要技術(shù)參數(shù)、總布局、傳動系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)草圖等。
在制定方案時應(yīng)注意以下幾個方面：
（1） 當使用和制造出現(xiàn)矛盾時，應(yīng)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(chuàng)新的結(jié)構(gòu)；
（2） 設(shè)計必須以生產(chǎn)實踐和科學實驗為依據(jù)，凡是未經(jīng)實踐考驗的方案，必須經(jīng)過實驗證明可靠后才能用于設(shè)計；
（3） 繼承與創(chuàng)造相結(jié)合，盡量采用先進工藝，迅速提高生產(chǎn)力，為實現(xiàn)四個現(xiàn)代化服務(wù)。注意吸取前人和國外的先進經(jīng)驗，并在此基礎(chǔ)上有所創(chuàng)造和發(fā)展。
1.4.3 工作圖設(shè)計
首先，在選定工藝方案并確定機床配置形式、結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上，進行方案圖紙的設(shè)計。這些圖紙包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計算卡，統(tǒng)稱“三圖一卡”設(shè)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(guān)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(guān)部件與主要零件的設(shè)計計算書，編制各類零件明細表，編寫機床說明書等技術(shù)文件。
最后，對有關(guān)圖紙進行工藝審查和標準化審查。
2 零件分析
2.1 零件的結(jié)構(gòu)特點及其技術(shù)要求
2.1.1 零件分析
設(shè)計中所給定的閥腔是普通油閥中的閥腔，從零件圖上分析，大體作用為：通過閥腔做為油的分油岔口，將液壓油輸送到閥體，其中φ100mm的內(nèi)孔與閥體結(jié)合，φ100mm的內(nèi)孔有φ110mm的凹槽，用于墊密封膠圈，閥腔底部孔φ65mm外圓有寬73mm深3.5mm的凹槽與閥座配合，用于墊密封橡膠圈，保證密封性，防止漏油。設(shè)計“閥腔”零件機械加工工藝規(guī)程及工藝設(shè)備 通過零件工序圖的繪制（圖1）分析、研究。該零件的結(jié)構(gòu)要求合理，符合工藝要求。從零件圖上可以看出，閥腔零件還算比較規(guī)則，屬于箱體零件，上、下端面通過粗銑、精銑即可達到所需表面粗糙度。φ100H8mm孔、φ65mm孔、φ76mm孔通過銑削加工可以達到所需技術(shù)要求，與φ76mm孔端面有平行度要求，加工精度要求較高。6×M12-6H的螺紋孔相對φ100mmH8孔的軸線互成60°分布，其徑向設(shè)計基準為φ110H11mm孔的軸線，軸向設(shè)計基準是φ100mmH8孔外圓的左端面，2×φ20mm孔分布于φ100mmH8孔兩側(cè)，加工要求在閥腔的對稱中心線上。
圖（1）
2.1.2 技術(shù)要求
根據(jù)本次加工零件的零件圖,技術(shù)要求有以下幾點:
1)：鑄件應(yīng)符合JB9140-1999《容積式壓縮機球墨鑄鐵技術(shù)條件》的規(guī)定；
2): 殼體鑄成后,應(yīng)清理并進行時效處理，消除內(nèi)應(yīng)力；
3)：未注明的鑄造圓角半徑為3~8mm；
4)：鑄件需進行回火處理；
5)：零件的材料為QT450-10。
零件的材料為QT450-10，力學性能σb≤450，硬度：160～210HBS，基本組織碳素體，能承受沖擊、振動。從提高生產(chǎn)效率和保證加工精度方面考慮，由于零件的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，零件的輪廓不大，選用砂型鑄造，采用機器造型，鑄造精度2級，鑄件應(yīng)符合JB9140-1999《容積式壓縮機球墨鑄鐵技術(shù)條件》的規(guī)定，能夠保證鑄件的尺寸要求，由于鑄件的主要缺點是力學性能差，閥體在控制液壓油時，在閥腔內(nèi)壁會產(chǎn)生壓力，故鑄件需進行回火處理。
2.2. 零件的生產(chǎn)批量及其機床的使用
2.2.1 零件的生產(chǎn)批量
本次課題要求，零件的生產(chǎn)批量以年產(chǎn)1-5萬件計。
2.2.2 機床的使用條件
本次課題要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為年產(chǎn)1-5萬件,而機床的使用設(shè)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(chǎn)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
2.3.1 生產(chǎn)工藝方案
序號
工序內(nèi)容
定位基準
1
鑄造毛坯
2
回火處理
3
粗銑下端面
4
粗銑上端面
5
鉆，擴4-￠18
底面
6
粗鏜￠100，￠110，￠65，￠85和￠76孔
一面?zhèn)z銷
7
精銑底面
一面?zhèn)z銷
8
擴2*￠20孔
一面?zhèn)z銷
9
鉆頂面10-M12螺紋孔
一面?zhèn)z銷
10
攻絲螺紋孔
一面?zhèn)z銷
11
清洗，去毛刺，倒角
12
檢驗
13
入庫
3 組合機床的總體設(shè)計
3.1 組合機床方案的制定
3.1.1制定工藝方案
零件加工工藝將決定組合機床的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、總體布局和夾具結(jié)構(gòu)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(xiàn)場了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛度，加工部位的結(jié)構(gòu)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(chǎn)率要求，現(xiàn)場所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，制定出合理的工藝方案。
根據(jù)被加工被零件的零件圖，加工10個頂面M12螺紋孔的工藝過程。
(1) 加工孔的主要技術(shù)要求。
加工10個M12孔。
工件材料為QT450-10
要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為（考慮廢品及備品率）年產(chǎn)量5萬件，單班制生產(chǎn)
(2) 工藝分析
加工該孔時，孔的表面粗糙度為Ra6.3
根據(jù)組合機床用的工藝方法及能達到的經(jīng)濟精度，可采用如下的加工方案。
一次性加工孔，孔徑為Φ10.2,然后攻絲M12。
(3) 定位基準的選擇
加工此箱體的孔時，通過以底平面和2個￠18孔來定位并通過夾具壓緊來限制六個自由度。
在保證加工精度的情況下，提高生產(chǎn)效率減輕工人勞動量，而工件也是大批量生產(chǎn)，夾具的具體設(shè)計見裝配圖。
3.1.2 確定組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)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(yīng)保證的加工精度，是制造機床 方案的主要依據(jù)。箱體頂面加工孔的精度要求不高，可采用鉆孔組合機床,它的位置精度要求不是很高，安排加工時可以直接通過夾具定位、夾緊，并對所有孔進行最終精加工。為了加工出表面粗糙度為Ra6.3um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。
(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(jié)構(gòu)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。此箱體的材料是QT450-10、孔在頂面上的分布有一定的規(guī)律，螺紋孔為M12。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(fā)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工件宜用臥式機床，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。對大型工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。孔的分布范圍是非直線形狀，工件比較長，只能一次鉆完，多軸箱體積較大，因而適合選擇立式單工位鉆床。
(3) 零件的生產(chǎn)批量
零件的生產(chǎn)批量是決定采用單工位、多工位、自動線或按中小批量生產(chǎn)特點設(shè)計組合機床的重要因素。按設(shè)計要求生產(chǎn)綱領(lǐng)為年生產(chǎn)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(shù)，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(lián)系、使用廠的技術(shù)能力和自然條件等一定的要求。在根據(jù)使用戶實際情況來選擇什么樣的組合機床。
綜合以上所述：通過對零件的結(jié)構(gòu)特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術(shù)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(shù)性能等方面的考慮，最終決定設(shè)計三軸頭單工位同步鉆床。
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(wěn)定的保證加工精度，必須合理地確定工序余量。生產(chǎn)中常用查表給出的組合機床對孔加工的工序余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。但箱體頂面上10-M12mm的螺紋孔為最后一道工序，不會影響到其他工序的加工，M12的底孔為￠10.2，孔徑較小，因此可以一次性鉆孔到位，然后攻絲。
3.2.2 選擇切削用量
確定了在組合機床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設(shè)計的組合機床為多軸同步加工在大多數(shù)情況下，所選切削用量，根據(jù)經(jīng)驗比一般通用機床單刀加工要低30%左右．多軸主軸箱上所有刀具共用一個進給系統(tǒng)，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(yīng)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(shè)計成不同轉(zhuǎn)速和不同的每轉(zhuǎn)進給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足不同直徑的加需要，即：·=·=…=·=
式中：… ——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
… ——各主軸進給量（mm/r）
——動力滑臺每分鐘進給量（mm/min）
由于箱體頂面孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求都是相同的。按照經(jīng)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=10.2mm, QT450-10 HB160～210、進給量f=0.15mm/r、切削速度v=16m/min.
3.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率
根據(jù)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(shè)計的依據(jù)；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)
=160－(210－160)
=143.3
切削力：=26
=26×10.2××143.3
=1143.6N
切削扭矩：=10
=10×××143.3
=3556N·mm
切削功率：=
=3556×16/(9740×3.14×10.2)
=0.18kw
式中：HB——布氏硬度
F——切削力（N）
D——鉆頭直徑（mm）
f——每轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)
閥腔的布氏硬度在HB160～210，孔徑D為10.2mm，刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W18Cr4V），為了使工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、刃磨簡單，選擇標準Φ10.2的麻花鉆?？准庸さ毒叩拈L度應(yīng)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(diào)整量。
3.3鉆孔組合機床總設(shè)計“三圖一卡”的編制
前面對三軸頭單工位同步鉆床工藝方案及配置型式、結(jié)構(gòu)方案確定的有關(guān)問題，它是鉆床總體設(shè)計的重要內(nèi)容。下面就以鉆床加工變速箱體總體設(shè)計的另一個問題，既總體設(shè)計方案的圖紙表達形式——“三圖一卡”設(shè)計，其內(nèi)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、編制生產(chǎn)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(nèi)容
被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示一臺組合機床完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)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(chǔ)上，突出本機床的加工的內(nèi)容，加上必要的說明繪制成的。它是組合機床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗和調(diào)整機床的重要技術(shù)文件。殼體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(nèi)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(shù)要求，以及對上道工序的技術(shù)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）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
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(nèi)容。繪制時，應(yīng)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(shè)計有關(guān)部位（用細實線）表清楚，凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應(yīng)在尺寸數(shù)值下方面用粗實線標記。
圖2－2 被加工零件工序圖
附注：1.被加工零件：閥腔；
2.材料及硬度：QT450-10 HB160~210；
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(nèi)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(guān)系，機床的工作行程及工作循環(huán)等，是刀具、夾具、多軸箱、電氣和液壓系統(tǒng)設(shè)計選擇動力部件的主要依據(jù)，是整臺組合機床布局形式的原始要求，也是調(diào)整機床和刀具所必需的重要文件。圖2－3為閥腔上10個孔立式鉆床加工示意圖。
在圖上應(yīng)標注的內(nèi)容：
（1）機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)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(jié)構(gòu)類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸、接桿的結(jié)構(gòu)尺寸；刀具、接桿、主軸之間的連接方式，刀具應(yīng)按加工終了位置繪制。
2、繪制加工示意圖之前的有關(guān)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(chǎn)率要求等因素。
（2）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(jù)剛性條件計算主軸的直徑為：
dB=2.316×=17.8mm
式中：d——軸直徑（mm）
T——軸所承受的轉(zhuǎn)矩（N·mm）
B——系數(shù)
本設(shè)計中所有主軸直徑皆取d=20mm,主軸外伸長度為：L=115mm，D/為30/10.2，
（3）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(shè)置可調(diào)環(huán)節(jié)，這個可調(diào)節(jié)在組合機床上是通過可調(diào)整的刀具接桿來解決的,連接桿如圖3-3所示
圖3-3 可調(diào)連接桿
連接桿上的尺寸d與主軸外伸長度的內(nèi)孔D配合，因此，根據(jù)接桿直徑d選擇刀具接桿參數(shù)如表2－4所示：
表2－4 可調(diào)接桿的尺寸
d(h6)
D1(h6)
d2
d3
L
l1
l2
l3
螺母
厚度
20
Tr20×6
莫氏1號
12
20
186
46
40
100
12
（4）確定加工示意圖的聯(lián)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(lián)系尺寸，加工示意圖聯(lián)系尺寸的標注如圖3-3所示。其中最重要的聯(lián)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(diào)）之和，再減去加工孔深度和切出值。
（5）工作進給長度的確定 如圖3-4工作進給長度應(yīng)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(yīng)應(yīng)根據(jù)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)=+8 8mm,所以=19.8+5+8=32.8mm.
（6）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(nèi)而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為160mm，快退長度等于快速引進與工作工進之和，因此快進長度160－32.8=127.2mm.
3.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖
圖2-8機床聯(lián)系尺寸圖
1、聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)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(tǒng)、夾具、液、電、冷卻、潤滑、排屑系統(tǒng)組合而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配和運動關(guān)
系，以檢驗機床各部件的相對位置及尺寸聯(lián)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(shè)計提供依據(jù)。聯(lián)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(lián)系尺寸圖的內(nèi)容包括機床的布局形式，通用部件的型號、規(guī)格、動力部件的運動尺寸和所用電動機的主要參數(shù)、工件與各部件間的主要聯(lián)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(guī)格合適的動力滑臺、動力箱。
（1）滑臺的選用 通常，根據(jù)滑臺的驅(qū)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(qū)動形式的確定 根據(jù)對液壓滑臺和機械滑臺的性能特點比較，并結(jié)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
=∑=6×1143.6=8KN
式中：——各主軸加工時所產(chǎn)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(chǎn)生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進給力應(yīng)大于＝8KN。
3）確定進給速度 液壓滑臺的工作進給速度規(guī)定一定范圍內(nèi)無級調(diào)速，對液壓滑臺確定切削用量時所規(guī)定的工作進給速度應(yīng)大于滑臺最小工作進給速度的0.5～1倍;液壓進給系統(tǒng)中采用應(yīng)力繼電器時，實際進給速度應(yīng)更大一些。本系統(tǒng)中進給速度=n·f=37.5mm/min。所以選擇HY25IA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(yīng)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(diào)整。本系統(tǒng)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(yīng)大于工作行程，前、后備量，后備量之和。
即：行程L＞160+20+40=220mm，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(jù)多軸所需的電動機功率來選用，在多軸箱沒有設(shè)計之前，可算
＝／η
＝10×0.21／0.7
＝3.0KW
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(tǒng)加工ZL102 JB307-62，取η＝0.7．
動力箱的電動機功率應(yīng)大于計算功率，并結(jié)合主軸要求的轉(zhuǎn)速大小選擇。因此，選用電動機型號為Y100L—6B5的1TD32A型動力箱，動力箱輸出軸至箱底面高度為125mm。
3、確定裝料高度
裝料高度指工件安裝基面至機床底面的垂直距離，在現(xiàn)階段設(shè)計組合機床時，裝料高度可視具體情況在H＝580～1060mm之間選取，本系統(tǒng)取裝料高度為850m。
4、中間底座輪廓尺寸
中間底座的輪廓尺寸要滿足Y軸滑臺在其上面聯(lián)接安裝的需要，又考慮到與立柱底座相連接。因此，中間底座采用側(cè)底座1CC32。
5、確定多軸箱輪廓尺寸
本機床配置的多軸箱總厚度為340mm，寬度和高度按標準尺寸中選取。計算時，多軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=500 H=500
根據(jù)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=500X500mm。
3.3.4 生產(chǎn)率計算卡
生產(chǎn)率計算卡是反映所設(shè)計機床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產(chǎn)率、負荷率等技術(shù)文件，通過生產(chǎn)率計算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產(chǎn)率及負荷率的要求。計算如下：
切削時間： T切= L/vf+t停
= 32.8/37.5＋2×15/250=0.875＋0.12
=0.995 min
式中：T切——機加工時間（min）
L——工進行程長度（mm）
vf—— 刀具進給量（mm/min）
t?！罁蹊F停留時間。一般為在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)5～15 r所需要時間。這里取15r
輔助時間 T輔 = +t移+t裝
= （127.2＋160）×2/12000+0.1+1.5
= 1.65min
式中：L3、L4 ——分別為動力部件快進、快退長度（mm）
vfk ——快速移動速度（mm/min）
t移 ——工作臺移動時間（min）,一般為0.05～0.13min,取0.1 min
t裝 ——裝卸工件時間（min）一般為0.5～1.5min,取1.5min
機床生產(chǎn)率 Q1 = 60/T單
= 60/（T切+T輔）
=60/（0.995+1.65）
=23件/h
機床負荷率按下式計算 η= Q1/Q×100%
= A/ Q1tk×100%
=20000/20×1950×100%
=51.3%
式中：Q——機床的理想生產(chǎn)率（件/h）
A——年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件）
tk——年工作時間，單班制工作時間tk =1950h
表2－5 生產(chǎn)率計算卡
被加工
零件
圖號
毛坯種類
鑄件
名稱
閥腔
毛坯重量
材料
QT450-10
硬度
HB160～210
工序名稱
閥腔鉆孔10-M12
工序號
工時/min
序號
工步
名稱
工作行程/mm
切速/
（r·min-1）
進給量/（mm·r-1）
進給量/（mm·min-1）
工進時間
輔助時間
1
按裝工件
0.5
2
工件定位夾緊
0.25
3
Z軸快下
127.2
12000
0.009
4
Z軸工進
32.8
250
0.15
37.5
0.995
5
Z軸暫停
0.119
6
Z軸快上
160
12000
0.013
7
Z軸暫停
0.119
8
工件松開
0.25
9
卸下工件
0.5
備注
1、主軸轉(zhuǎn)速500r/min
2、一次安裝加工完一個工件
累計
0.995
1.76
單件總工時
2.755
機床生產(chǎn)率
23 件/h
理論生產(chǎn)率
20件/h
負荷率
51.3%
3.4 多軸箱的設(shè)計
3.4.1 繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖
多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖是根據(jù)“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(jù)圖
3.4.2 多軸箱的傳動設(shè)計
（1）根據(jù)原始依據(jù)圖（圖2－9），畫出驅(qū)動軸、主軸坐標位置。如下表：
表2—7 驅(qū)動軸、主軸坐標值
坐標
驅(qū)動軸O
主軸1
主軸2
主軸3
主軸4
主軸5
X
0
35
－35
-70
-35
35
Y
169.5
43
43
104
164
164
坐標
主軸6
主軸7
主軸8
主軸9
主軸10
X
70
-35
35
-35
35
Y
104
225
225
324
324
（2）確定各軸位置及齒輪齒數(shù)
1）主軸型式和直徑、齒輪模數(shù)的確定
主軸的型式和直徑，主要取決于工藝方法、刀具主軸聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)、刀具的進給抗力和切削轉(zhuǎn)矩。鉆孔采用滾珠軸承主軸。主軸直徑按加工示意圖所示主軸類型及外伸尺寸可初步確定。傳動軸的直徑也可參考主軸直徑大小初步選定。
齒輪模數(shù)m（單位為mm）按下列公式估算：
2（t/m1+2+1.25）－d0/m1
=2×(33.3/3+2+1.25)－30/3
=18.9
所以驅(qū)動軸齒數(shù)要大于等于19。
為減小傳動軸的種類，所有傳動軸的直徑取22mm.
2）傳動軸11為主軸1，2，3 ，4，5，6都各自在同一同心圓上。
計算如下：
① 驅(qū)動軸O---傳動軸11
取m=3 A=66 u=1
Z驅(qū) + Z11 =2A/m= 2×66/3=44 取Z驅(qū) =22 Z11=22
d驅(qū)=66mm d11=66mm
n驅(qū)=720r/min n11=720r/min
② 傳動軸11---主軸1
取m=2 A=70 u=0.69
Z11 + Z1 =2A/m= 2×70/2=70 取Z11 =41 Z1=29
d驅(qū)=82mm d11=58mm
n11=720r/min n1=500r/min
主軸2，3，4，5，6和主軸1相同，由傳動軸11帶動
③ 傳動軸13---手柄軸14
取m=3 A=66 u=1
Z13 + Z14 =2A/m= 2×66/3=44 取Z13 =22 Z14=22
D13=66mm d14=66mm
n13=720r/min n14=720r/min
④ 手柄軸14---油泵15
取m=3 A=66 u=1
Z14 + Z油泵 =2A/m= 2×66/3=44 取Z14 =22 Z油泵=22
d14=66mm d油泵=66mm
n14=720r/min n油泵=720r/min
⑤ 油泵15---傳動軸12
取m=3 A=66 u=1
Z油泵+ Z12 =2A/m= 2×66/3=44 取Z油泵 =22 Z12=22
D油泵=66mm d12=66mm
N油泵=720r/min n12=720r/min
⑥ 傳動軸12---主軸7
取m=2 A=70 u=0.69
Z12 + Z7 =2A/m= 2×70/2=70 取Z12=41 Z7=29
d12=82mm d17=58mm
n12=720r/min n7=500r/min
主軸8,9,10和主軸7相同，由傳動軸12帶動
本機床齒輪的選用按照下表選用
齒輪種類
寬度（mm）
齒 數(shù)
模數(shù)（mm）
孔徑（mm）
驅(qū)動軸齒輪
24
32
16～50連續(xù)
16～70
2、2.5、3
2、2.5、3、4
15、20、30、35、40
25、30、35、40、50
傳動軸齒輪
44（B型）
45
2
25、30、40、50
輸出軸齒輪
32
37
3
18、22、28、32、36
3.4.3 繪制傳動系統(tǒng)圖
傳動系統(tǒng)圖是表示傳動關(guān)系是示意圖，即用以確定的傳動軸將驅(qū)動軸和各主軸連接起來，繪制在多軸箱輪廓內(nèi)的傳動示意圖（見多軸箱裝配圖）
3.4.4 傳動零件的校核
（1）驗算傳動軸的直徑
校核傳動軸以承受的總扭矩最大傳動軸12，由它驅(qū)動的有主軸7、8、9、10和油泵軸15。
主軸扭矩：T7=T8=T9= T10 =T油泵 =3556N·mm
液壓泵軸的扭矩：查得R12-1A液壓泵的最高壓力為0.3MPa、排量為5.88ml/r。假設(shè)在理想無泄漏狀態(tài)，
即：P·q=T·ω
式中：P——液壓泵的壓力N/㎡
q——液壓泵的排量m3/s
T——輸入扭矩N·m
ω——輸入角速度rad/s
單位換算：P=0.3MPa=0.3×106Pa
n =720r/min=12r/s
q=5.88×12=70.56ml/r=70.56×10-6m3/s
ω=2πn/60=2×3.14×720/60
=75.4rad/s
代入公式：P·q=T·ω
70.56×10-6×0.3×106=68.56T7
解得：T7=308.8N·mm
T5=T1/i5-1+T4/i5-4+T7/i5-7
=2×3274.45/0.914+308.8/0.667
=7628N·mm
根據(jù) d=B=2.316×=21.6mm<22mm
因此傳動軸11,12,13,14，15是符合要求的。
（2）齒輪模數(shù)的驗算
對多軸箱中承受載荷最大、最薄弱的軸12上的齒輪進行接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度的驗算。
齒輪的材料為45鋼，表面淬火，布氏硬度HB=229～286，平均值240HB。設(shè)使用壽命10年。齒輪Z12=23、Z14=23、寬度B=37mm，傳動比i5-1=1,工作時間比1.088/2.804=0.39。
注：在校核計算的過程中所要見的表和圖在《機械設(shè)計》一書中，邱宣懷等編著，2003年高等教育出版社。
校核計算：
接觸疲勞極限бHlim 由圖12.17c得 бHlim =410MPa
齒輪5的圓周速度v5 v12===1.37m/s
精度等級 選9級精度
使用系數(shù)KA 由表12.9 KA=1.1
動載系數(shù)KV 由圖12.9 KV=1.24
齒間載荷分配系數(shù)KHα 由表12.10先求
Ft=2T5/d5=2×7584.89/60=252.83N
KAFt/b=1.1×252.83/37=7.52N/mm<100N/mm
εα=[1.88－3.2×(+)]cosβ (β=0)
=1.88－3.2×(+)
=1.67
Zε===0.88
由此得KHα===1.29
齒向載荷分布系數(shù)KHβ 由表12.11知
KBβ=A+B[1+0.6·（）·2]（）·2+C·10-3b
=1.17+0.16×[1+0.6×(37/60)×2] ×(37/60)×2+0.61×10-3×37
=1.28
載荷系數(shù)K K=KAKVKHαKHβ
=1.1×1.24×1.29×1.28
=2.25
彈性系數(shù)ZE 由表12.12 ZE=189.8
節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH 由圖12.16 （X1X2）/(Z1Z2)=0.005
ZH=2.62
接觸最小安全系數(shù)SHmin 由表12.14 SHmin=1.25
總工作時間th th=10×365×8×0.39=11481.6h
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL1=60γn5th
= 60×3×436.892×11481.6
=9.03×108
NL2=60γn1th
=60×1×478×11481.6
=3.2×108
接觸壽命系數(shù)ZN 由圖12.18 ZN1=1.14
ZN2=1.24
許用接觸應(yīng)力[σH] [σH1]= ==373.92MPa
[σH2]= ==406.7MPa
驗算 σH=ZE·ZH·Zε
=189.8×2.62×0.88×
=301.95MPa<373.92 MPa
計算表明：接觸疲勞強度是合適是，齒輪尺寸無須調(diào)整。
齒根彎曲疲勞強度驗算
重合度系數(shù)Yε Yε= 0.25+0.75/εα=0.25+0.75/1.67=0.7
齒間載荷分配系數(shù)KFα 由表12.10 KFα=1/Yε=1/0.7=1.43
齒向載荷分配系數(shù)KFβ b/h=37/(2.25×2)=8.22
由圖12.14 KFβ =1.2
載荷系數(shù)K K=KAKVKFαKFβ
=1.1×1.24×1.43×1.2
=2.34
齒形系數(shù)YFα 由圖12.21 YFα1=2.37
YFα2=2.56
應(yīng)力修正系數(shù)YSα 由圖12.22 YSα1=1.68
YSα2=1.62
彎曲疲勞極限σFlim 由圖12.23c σFlim=380MPa
彎曲最小安全系數(shù)SFmin 由表12.14 SFmin=1.25
應(yīng)力循環(huán)系數(shù)NL NL1=60γn5th=9.03×108
NL2=60γn1th =3.2×108
彎曲壽命系數(shù)YN 由圖12.24 YN1=0.98
YN2=1.0
尺寸系數(shù)Yx 由圖12.25 Yx=0.85
許用彎曲應(yīng)力[σF] [σF1] =
=380×0.98×0.85/1.25
=253.25MPa
[σF2]=
=380×1×0.85/1.25
=258.4MPa
驗算 σf1=YFα1 YSα1Yε
=×2.37×1.63×0.7
=21.62MPa<[σf1]
σf2=σf1
=21.62×
=22.52MPa<[σf2]
傳動無嚴重過載，故不做靜強度校核。
4 夾具設(shè)計
機床夾具設(shè)計在組合機床設(shè)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閥腔箱體上端十個M12螺紋孔底孔，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(yīng)考慮如何保證垂直度要求的前題下，提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。為了很好利用工廠實際設(shè)備和提高生產(chǎn)率，設(shè)計專用夾具進行加工。
4.1 機床夾具的概述
4.1.1機床夾具的組成
(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(xiàn)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