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鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2008
目 錄
1 前言 1
2 組合機床總體設計 3
2.1 總體方案論證 3
2.1.1 加工對象工藝性分析 3
2.1.2 機床配置型式的選擇 3
2.1.3 定位基準的選擇 4
2.2 確定切削用量及選擇刀具 4
2.2.1 選擇切削用量 4
2.2.2 計算切削力、切削扭矩及切削功率 6
2.2.3 刀具耐用度的計算 10
2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 10
2.3 三圖一卡設計 10
2.3.1 被加工零件工序圖 10
2.3.2 加工示意圖 11
2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 12
2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡 15
3 組合機床夾具設計 17
3.1 零件的工藝性分析 17
3.1.1 夾具設計的基本要求 17
3.1.2 夾具總體結(jié)構(gòu)構(gòu)思 17
3.2 定位方案的確定 18
3.2.1 定位方案的論證 18
3.2.2 定位基準的選擇 18
3.2.3 定位的實現(xiàn)方法 18
3.3 夾緊方案確定 20
3.3.1夾緊裝置的確定 20
3.3.2夾緊力的確定 21
3.4 導向裝置的選擇 22
3.4.1鉆模套型式的選擇和設計 22
3.4.2鉆模板的類型和設計 23
3.5 誤差分析 24
3.5.1 影響加工精度的因素 24
3.5.2 保證加工精度的條件 25
3.6 夾具體確定 26
4 結(jié)論 27
參考文獻 28
致 謝 29
附 錄 30
1 前言
組合機床是根據(jù)工件加工需要,以大量通用部件為基礎(chǔ),配以少量專用部件組成的一種高效的專用機床。組合機床通常是多刀、多面、多工序、多工位加工,使用繼電器- 接觸器控制,電氣線路復雜,故障率高,操作人員的維修任務重,設備的使用率低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(zhuǎn)速、旋向、強度和剛度,因此難度大、設計周期長。在批量設計某生產(chǎn)線的組合機床主軸箱中,為提高設計質(zhì)量,縮短設計周期,我們采用計算機輔助設計組合機床主軸箱,取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。組合機床的分類繁多,有大型組合機床和小型組合機床,有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式,還有多工位回轉(zhuǎn)臺式組合機床等;如臥式單面多孔加工組合機床的液壓系統(tǒng), 可完成自動工作循環(huán): 快進、工進、快退、停止; 能同時驅(qū)動多根主軸進行鉆孔加工。鉆孔時是靠主軸產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T及主軸的轉(zhuǎn)速n進行鉆孔。在鉆孔過程中外負載經(jīng)常是變化的, 當鉆頭上的負載增大, 即轉(zhuǎn)矩增大時, 要求轉(zhuǎn)速能自動下降, 當鉆頭上的負載減小, 即轉(zhuǎn)矩減小時, 要求轉(zhuǎn)速能自動升高, 保證鉆孔時消耗的功率為恒定值。組合機床主要用于平面加工和孔加工兩類工序。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、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作。
國內(nèi)外的工業(yè)發(fā)展史告訴我們，實現(xiàn)機械自動化是一個由低級到高級、由簡單到復雜、由不完善到完善的發(fā)展過程。當機器的操作采用自動控制器后，生產(chǎn)方式才從機械化逐步過渡到機械控制（傳統(tǒng)）自動化、數(shù)字控制自動化、計算機控制自動化。只有建立了自動化工廠后，生產(chǎn)過程才能全盤自動化，才能使生產(chǎn)率全面提高，達到自動化的高級理想階段。
本次設計的課題是包縫機機組合機床總體及夾具設計。該課題來源于江淮動力集團?，F(xiàn)在該集團迫切需要改善現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，進行提高生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量方面的技術(shù)改造，使產(chǎn)品的合格率上升，增加產(chǎn)量，適應市場競爭的需要，提高經(jīng)濟效益。
本設計主要針對機體左右兩個面上加工多個孔、生產(chǎn)率低、位置精度誤差大的問題而設計的，從而保證孔的位置精度、提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度。為了提高加工精度，降低成本，提高生產(chǎn)效率，有必要設計一種組合機床來滿足左右兩面同時鉆孔的需要。本次設計分總體設計、夾具設計、左多軸箱設計、右多軸箱設計三個部分。我主要負責夾具部分的設計，總體設計由我和另外二位同學共同完成。在設計組合機床過程中，組合機床夾具的設計是整個組合機床設計工作的重要部分之一。雖然夾具零件的標準化程度高，使設計工作量大為減少，設計周期大為縮短，但在夾具設計過程中，在保證加工精度的前提下，如何綜合考慮生產(chǎn)率、經(jīng)濟性和勞動條件等因素，還有一定的難度。
設計該組合機床思路如下：認真分析零件的特點，研究其尺寸、形狀、材料、硬度、重量、加工部位的結(jié)構(gòu)及加工精度和表面粗糙度要求等內(nèi)容，以確定零件在組合機床上完成的工藝內(nèi)容及加工方法，選擇加工的定位基準及夾壓方案，決定工步和刀具種類及其結(jié)構(gòu)形式，選擇合適的切削用量，確定組合機床的配制形式、制定影響機床總體布局和技術(shù)性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。根據(jù)被加工零件的工藝要求確定刀具，再由刀具直徑計算切削力，切削扭矩，切削功率，然后選擇各通用部件，最后按裝配關(guān)系組裝成組合機床。
本說明書以設計臥式雙面鉆孔組合機床為主線，闡述了刀具的選擇和夾具設計的過程。在第2章中著重介紹了組合機床的總體設計。在總體設計中，首先是被加工零件的工藝分析，然后是總體方案的論證，在比較了許多方案之后，結(jié)合本道工序加工的特點最終選擇臥式雙面的機床配置型式。再結(jié)合本道工序的特點選擇刀具。根據(jù)選擇的切削用量，計算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再確定刀具的大小和型式。在確定這些設計計算后，然后是繪制組合機床的“三圖一卡”—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。在第3章中，主要介紹了夾具的設計。夾具設計是組合機床設計中的一個重要的組成部分。夾具設計時，首先確定工件的定位方案，然后選擇夾緊方案，估算夾緊力大小，最終完成夾具的零部件設計。最后根據(jù)計算結(jié)果繪制夾具裝配圖和主要的零件圖。
2 組合機床總體設計
2.1 總體方案論證
2.1.1 加工對象工藝性的分析
A.本機床被加工零件特點
該加工零件為包縫機機體。材料HT200，其硬度為HB190—240，重量36.5Kg，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完畢。
B.本機床被加工零件的加工工序及加工精度
本道工序：鉆左面、右面的孔，本設備的主要功能是完成包縫機機體左、右兩個面上20個孔的加工。具體加工內(nèi)容及加工精度是：
a.鉆左側(cè)面（即機體上面）上11個孔：鉆2×Φ10孔，深13，各孔位置度公差為Φ0.03mm；鉆2×Φ5孔深18，各孔位置度公差為Φ0.03mm；鉆2×Φ4.2孔，深12，各孔位置度公差為Φ0.03mm；鉆Φ4.2孔，深9；鉆2×Φ3.3孔，深10；鉆2×Φ3.3孔，深9，個各孔位置度公差為Φ0.03mm。
b.鉆右側(cè)面（即機體下面）上9個孔：鉆Φ3.3孔，深9，各孔位置度公差為Φ0.03mm；鉆；7×Φ3.3孔，深11，各孔位置度公差為Φ0.03mm；鉆Φ3.3孔，深12。
2.1.2 機床配置型式的選擇
根據(jù)選定的工藝方案確定機床的配置型式，并定出影響機床總體布局和技術(shù)性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。既要考慮能實現(xiàn)工藝方案，以確保零件的精度、技術(shù)要求及生產(chǎn)率，又要考慮機床操作方便可靠，易于維修，且潤滑、冷卻、排屑情況良好。對同一個零件的加工，可能會有各種不同的工藝方案和機床配置方案，在最后決定采取哪種方案時，絕不能草率，要全面地看問題，綜合分析各方面的情況，進行多種方案的對比，從中選擇最佳方案。
各種形式的單工位組合機床，具有固定式夾具，通?？砂惭b一個工件，夾具和工件固定不動，能保證加工表面有較高的相互位置精度，特別適用于大中型箱體類零件的加工。根據(jù)配置動力部件的型式和數(shù)量，這種機床可分為單面、多面復合式。利用多軸箱同時從幾個方面對工件進行加工。但其機動時間不能與輔助時間重合，因而生產(chǎn)率比多工位機床低。
機床的配置型式主要有臥式和立式兩種。臥式組合機床床身由滑座、側(cè)底座及中間底座組合而成。其優(yōu)點是加工和裝配工藝性好，無漏油現(xiàn)象；同時，安裝、調(diào)試與運輸也都比較方便；而且，機床重心較低，有利于減小振動。其缺點是削弱了床身的剛性，占地面積大。立式組合機床床身由滑座、立柱及立柱底座組成。其優(yōu)點是占地面積小，自由度大，操作方便。其缺點是機床重心高，振動大。
在認真分析了被加工零件的結(jié)構(gòu)特點及所選擇的加工工藝方案，又由組合機床的特點及適應性，確定設計的組合機床的配置型式為單工位臥式雙面鉆組合機床。
2.1.3 定位基準的選擇
被加工零件為包縫機機體體屬箱體類零件，本工序加工為雙面同時鉆孔，加工工序集中、精度要求高。由于箱體零件的定位方案一般有兩種，“一面兩孔”和“三平面”定位方法。
A. “一面雙孔”的定位方法 它的特點是：
a.可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。
b.有同時加工零件五個表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各
面上孔的位置精度。
c.“一面雙孔”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準，使零件整個工藝過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉(zhuǎn)換帶來的累積誤差，有利于保證零件的加工精度。同時，使機床各個工序（工位）的許多部件實現(xiàn)通用化，有利于縮短設計、制造周期，降低成本。
d.易于實現(xiàn)自動化定位、夾緊，并有利于防止切削落于定位基面上。
B.“三平面”定位方法 它的特點是：
a.可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。
b.有同時加工零件兩個表面的可能，能高度集中工序。
一般情況下，“一面雙孔”是最常用的定位方案，即零件在機床上放置的底面及底面上的兩個孔作為定位基準，通過一個平面和兩個定位銷限制其六個自由度。本機床加工時采用的定位方式就是一面雙孔定位，以后面為定位基準面，限制三個自由度；一個短的圓柱限制兩個自由度，最后一個削邊銷限制一個自由度，這樣工件的6個自由度被完全約束了也就得到了完全的定位。
2.2 確定切削用量及選擇刀具
2.2.1 選擇切削用量
對于20個被加工孔，采用查表法選擇切削用量，從文獻[1]P.130表6-11中選取。由于鉆孔的切削用量還與鉆孔深度有關(guān)，隨孔深的增加而逐漸遞減，其遞減值按文獻[1]P.131表6-12選取。降低進給量的目的是為了減小軸向切削力，以避免鉆頭折段。鉆孔深度較大時，由于冷卻排屑條件都較差，是刀具壽命有所降低。降低切削速度主要是為了提高刀具壽命，并使加工較深孔時鉆頭的壽命與加工其他淺孔時鉆頭的壽命比較接近。
切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度、生產(chǎn)率、刀具耐用度、機床的布局形式及正常工作均有很大影響。組合機床多軸箱上所以的刀具共用一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺。查文獻[1]得硬度HB190-240時，高速鋼鉆頭的切削用量如表2-1：
表2-1高速鋼鉆頭切削用量
加工材料
加工直徑（mm）
切削速度(m/min)
進給量(mm/r)
鑄鐵
190～240HBS
6～12
10～18
0.1～0.18
>12～22
>0.18～0.25
在選擇切削速度時，要求同一多軸箱上各刀具每分鐘進給量必須相等并等于滑臺的工進速度（單位為mm/min）,因此，一般先按各刀具選擇較合理的轉(zhuǎn)速(單位為r/min)和每轉(zhuǎn)進給量（單位為mm/r），再根據(jù)其工作時間最長、負荷最重、刃磨較困難的所謂“限制性刀具”來確定并調(diào)整每轉(zhuǎn)進給量和轉(zhuǎn)速，通過“試湊法”來滿足每分鐘進給量相同的要求，即
（2-1）
在選擇了轉(zhuǎn)速后就可以根據(jù)公式
（2-2）
選擇合理的切削速度。
A.左側(cè)面上11個孔的切削用量的選擇
a.孔2×Φ5，深13，
由硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min, f ＞0..05～0.1mm/r,初選n=1000r/min, f =0.08mm/r,則由（2-2）
得：v=π×5×1000/1000=15.7m/min
b.孔2×Φ5,深18，
由硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min, f ＞0..05～0.1mm/r,初選n=1000r/min, f =0.08mm/r, 則由（2-2）
得：v=π×5×1000/1000=15.7m/min
c.孔2×Φ4.2，深12，
由硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min, f ＞0..05～0.1mm/r, 初選n=1250r/min, f =0.064mm/r, 則由（2-2）
得：v=π×4.2×1250/1000=16.49m/min
d.孔Φ4.2,深9
由硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min, f ＞0..05～0.1mm/r, 初選n=1250r/min, f =0.064mm/r, 則由（2-2）
得: v=π×4.2×1250/1000=16.49m/min
e.孔2×Φ3.3,深9
由硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min, f ＞0..05～0.1mm/r, 初選n=1600r/min, f =0.05mm/r, 則由（2-2）
得: v=π×3.3×1600/1000=16.58m/min
f:孔2×Φ3.3,深10
由硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min, f ＞0..05～0.1mm/r, 初選n=1600r/min, f =0.05mm/r, 則由（2-2）
得: v=π×3.3×1600/1000=16.58m/min
B.右側(cè)面上9個孔的切削用量的選擇
a.孔Φ3.3,深9
由硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min, f ＞0..05～0.1mm/r,,初選n=1600r/min, f =0.05mm/r,則由（2-2）
得：v=π×3.3×1600/1000=16.58m/min
b.孔7 ×Φ3.3,深11
由硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min, f ＞0..05～0.1mm/r, , 初選n=1600r/min, f =0.05mm/r,則由（2-2）
得：v=π×3.3×1600/1000=16.58m/min
c.孔Φ3.3,深12
由硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min, f ＞0..05～0.1mm/r, , 初選n=1250r/min, f =0.064mm/r,則由（2-2）
得：v=π×3.3×1250/1000=12.95m/min
表2-2 加工各個孔的進給量，工進速度及切削速度
孔徑
切削用量
5
5
4.2
4.2
3.3
3.3
3.3
3.3
3.3
v(m/min)
15．7
15．7
16．49
16．49
16．58
16．58
16．58
16．58
12．95
f (mm/r)
0．08
0．08
0．064
0．064
0．05
0．05
0．05
0．05
0．064
n (r/min)
1000
1000
1250
1250
1600
1600
1600
1600
1250
2.2.2 計算切削力、切削扭矩及切削功率
根據(jù)文獻[1]P.134表6-20中公式
(2-3)
(2-4)
(2-5)
式中， F ——切削力（N）；
T ——切削轉(zhuǎn)矩（Nmm）
P ——切削功率（kW）；
v ——切削速度（m/min）；
f ——進給量（mm/r）；
D ——加工（或鉆頭）直徑（mm）；
HB ——布氏硬度。，在本設計中，， ，得HB=223。
由以上公式可得：
A.左側(cè)面鉆孔
a.鉆2×Φ5,深13
由公式（2-3）得：
=26×5×0.080.8×2230.6
=441.98 N
由公式（2-4）得：
=10×51.9×0.080.8×2230.6
=726.3 Nmm
由公式（2-5）得：
=
=0.074kW
b.鉆2×Φ5,深18
由公式（2-3）得：
=26×5×0.080.8×2230.6
=441.98 N
由公式（2-4）得：
=10×51.9×0.080.8×2230.6
=723.6Nmm
由公式（2-5）得：
=
=0.074kW
c.鉆孔2×Φ4.2，深12
由公式（2-3）得：
=26×4.2×0.0640.8×2230.6
=310.56 N
由公式（2-4）得：
=10×4.21.9×0.0640.8×2230.6
=434.61Nmm
由公式（2-5）得：
=
=0.056 kW
d.孔Φ4.2,深9
由公式（2-3）得：
= 264.2 0.0640.8×2230.6
=310.56 N
由公式（2-4）得：
=10×4.21.9×0.064.8×2230.6
=434.61Nmm
由公式（2-5）得：
=
=0.056 kW
e.孔2×Φ3.3,深9
由公式（2-3）得：
= 263.30.050.8×2230.6
=200.28 N
由公式（2-4）得：
=10×3.31.9×0.058×2230.6
=225.6 Nmm
由公式（2-5）得：
=
=0.037 kW
f:孔2×Φ3.3,深10
由公式（2-3）得：
= 263.30.050.8×2230.6
=200.28 N
由公式（2-4）得：
=10×3.31.9×0.058×2230.6
=225.6 Nmm
由公式（2-5）得：
=
=0.037 kW
B.右側(cè)面鉆孔
a.鉆Φ3.3,深9
由公式（2-3）得：
= 263.30.050.8×2230.6
=200.28 N
由公式（2-4）得：
=10×3.31.9×0.058×2230.6
=225.6 Nmm
由公式（2-5）得：
=
=0.037 KW
b.鉆孔7Φ3.3，深11
由公式（2-3）得：
=26×3.3×0.050.8×2230.6
=200.28 N
由公式（2-4）得：
=10×3.31.9×0.050.8×2230.6
=225.6 Nmm
由公式（2-5）得：
=
=0.037 Kw
c. 鉆孔Φ3.3，深12
由公式（2-3）得：
=26×3.3×0.0640.8×2230.6
=244.01 N
由公式（2-4）得：
=10×3.31.9×0.0640.8×2230.6
=274.85 Nmm
由公式（2-5）得：
=
=0.035 Kw
表2-3加工各個孔的切削力、切削轉(zhuǎn)矩及切削功率
孔徑
F（N）
M（Nmm）
P（kw）
5
441．8
726．3
0．074
5
441．8
726．3
0．074
4．2
310．56
434．61
0．056
4．2
310．56
434．61
0．056
3．3
200．28
225．6
0．037
3．3
200．28
225．6
0．037
3．3
200．28
225．6
0．037
3．3
200．28
225．6
0．037
3．3
244．01
274．85
0．035
2.2.3刀具耐用度的計算
確定刀具耐用度，用以驗證選用量或刀具是否合理，刀具的耐用度至少大于4個小時。查閱文獻[2]中公式：
（2-6）
式中：
—— 刀具耐用度，單位min；
—— 鉆頭直徑，單位mm；
—— 切削速度，單位m/min；
—— 每轉(zhuǎn)進給量，單位mm/r；
—— 布氏硬度。
選擇Φ6.6mm的鉆頭進行計算：
根據(jù)計算，所得刀具耐用度滿足要求。
2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)
根據(jù)工藝要求及加工精度的要求，加工31個孔的刀具均采用標準錐柄長麻花鉆。
2.3三圖一卡設計
2.3.1 被加工零件工序圖
被加工零件工序圖是根據(jù)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(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、夾壓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(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件。
a.被加工零件
名稱及編號：包縫機機體
材料及硬度：HT200 HB190—240
b.定位基準及夾壓點的選擇
針對機體的結(jié)構(gòu)特點，宜選用“一面雙孔”定位基準，不可采用“三平面”定位基準的方法。在選擇夾壓部位時應注意零件夾壓后定位穩(wěn)定和避免零件夾壓后變形的問題，可以選擇上表面夾壓。
c.圖中符號
↓夾緊點 定位基面
本工序加工的是在機體的左右兩邊同時加工20個孔，詳見附錄1。
2.3.2 加工示意圖
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(chǔ)上繪制的。是表達工藝方案具體內(nèi)容的機床工藝方案圖。零件加工的工藝方案要通過加工示意圖反映出來。加工示意圖表示被加工零件在機床上的加工過程，刀具、輔具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機床各部件間的相對位置關(guān)系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。
A.刀具的選擇
在編制加工示意圖的過程中，首先是對刀具進行選擇。一臺機床刀具的選擇是否合理，直接影響到機床的加工精度、生產(chǎn)率和工作情況。因而正確選擇刀具是一個相當重要的工作。刀具的選擇要考慮到工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生產(chǎn)率要求等因素。鉆孔刀具其直徑應與加工終了時刀具后端和導向套外端有一定的距離。
刀具直徑的選擇應與加工部位尺寸、精度相適應?？爪?選擇刀具Φ5G7；孔Φ4.2選擇刀具Φ4.2G7；孔Φ3.3選擇刀具Φ3.3G7。
B.導向結(jié)構(gòu)的選擇
組合機床鉆孔時，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的導向裝置來保證的。導向裝置的作用是：保證刀具相對工件的正確位置；保證刀具相互間的正確位置；提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。
本課題中加工20個孔時，由于是大批大量生產(chǎn)，考慮到當導套磨損時，便于更換，避免使整個鉆模板報廢，以節(jié)約成本，所以導向裝置選用可換導套。
對于加工Φ5孔，選擇的導套尺寸為：D=10mm，D1=15 mm，D2=18mm，L=20mm，
對于加工Φ4.2孔，選擇的導套尺寸為：D=10mm，D1=15 mm，D2=18 mm，L=20mm，
對于加工Φ3.3孔，選擇的導套尺寸為：D=8mm，D1=12mm，D2=15mm，L=16mm，
C.確定主軸、尺寸、外伸尺寸
在該課題中，主軸用于鉆孔，選用滾珠軸承主軸。又因為浮動卡頭與刀具剛性連接，所以該主軸屬于長主軸。故本課題中的主軸均為滾珠軸承長主軸。
根據(jù)由選定的切削用量計算得到的切削轉(zhuǎn)矩T，由[1]P.43公式
(2-7)
式中，d—軸的直徑（㎜）；
T—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（Nm）；
B—系數(shù)，本課題中主軸為非剛性主軸，取B=6.2。
由公式可得：
左邊軸 d=10.17 mm
右邊軸 d=7.38 mm
考慮到安裝過程中軸的互換性、安裝方便等因素，20根主軸軸徑均取為15mm。根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑，查[1]P.44表3-6可得到主軸外伸尺寸及接桿莫氏圓錐號。主軸軸徑d=15mm時，主軸外伸尺寸為：,L=85mm；接桿莫氏圓錐號為１。
D.動力部件工作循環(huán)及行程的確定
a.工作進給長度的確定
工作進給長度，應等于加工部位長度L（多軸加工時按最長孔計算）與刀具切入長度和切出長度之和。切入長度一般為5～10mm，根據(jù)工件端面的誤差情況確定。由于加工的孔均為螺紋底孔，即盲孔，所以各個孔的切出長度均為零。兩個面上鉆孔時的工作進給長度見下表：
表2-4 工作進給長度
L
d
左主軸箱
18
10
5
8
36
右主軸箱
12
10
3.3
5
27
b.進給長度的確定
快速進給是指動力部件把刀具送到工作進給位置。初步選定兩個主軸箱上刀具的快速進給長度分別為50mm和70mm。
c.快速退回長度的確定
快速退回長度等于快速進給和工作進給長度之和。由已確定的快速進給和工作進給長度可知，兩面快速退回長度分別為106mm和77mm。
d.動力部件總行程的確定
動力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。兩面的前備量取80mm，后備量取140mm，則總行程分別為326mm和297mm。
本工序是確定主軸直徑，刀具類型及導向結(jié)構(gòu)的選擇，詳見附錄2。
2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖
機床聯(lián)系尺寸圖是用來表示機床的配置型式、主要構(gòu)成及各部件安裝位置、相互聯(lián)系、運動關(guān)系和操作方位的總體布局。用以檢驗各部件相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適；它為多軸箱、夾具等專用部件設計提供重要依據(jù)；它可以看成是簡化的機床總圖。
2.3.3 .1選擇動力部件
A.動力滑臺形式的選擇
本組合機床采用的是機械滑臺。
根據(jù)已定的工藝方案和機床配置形式并結(jié)合使用及修理等因素，確定機床為臥式雙面單工位機械傳動組合機床，機械滑臺實現(xiàn)工作進給運動，選用配套的動力箱驅(qū)動主軸箱鉆孔主軸。
B.動力滑臺型號的選擇
a.根據(jù)選定的切削用量計算得到的單根主軸的進給力，按文獻[1] P.62式
（2-8）
式中，—各主軸所需的 向切削力，單位為N。則
左主軸箱
右主軸箱
實際上,為克服滑臺移動引起的摩擦阻力，動力滑臺的進給力應大于。
b.進給速度
c.最大行程 L=400mm
d.動力滑臺導軌型式
動力滑臺導軌組合有“矩—矩”和“矩—心”兩種型式。前者一般多用于帶導向刀具進行加工的機床及其他粗加工機床，后者主要用于不帶導向的剛性主軸加工及其它精加工機床。由此可知，本機床選用“矩—矩”式最合適。
考慮到所需的進給力、最小進給速度、切削功率、行程、主軸箱輪廓尺寸等因素，為了保證工作的穩(wěn)定性，由文獻[1]P.91表5-1，左、右兩面的機械滑臺均選用1HJ25IB型。臺面寬250mm，臺面長500mm,行程長400mm，允許最大進給力8000N，快速行程速度20.6～380m/min，工進速度8.01mm/min。
C.動力箱型號的選擇
由切削用量計算得到的各主軸的切削功率的總和，根據(jù)[1]P.47頁公式
（2-9）
式中, —消耗于各主軸的切削功率的總和（kW）；
—多軸箱的傳動效率,加工黑色金屬時取0.8～0.9，加工有色金屬時取0.7～0.8；主軸數(shù)多、傳動復雜時取小值，反之取大值。本課題中，被加工零件材料為灰鑄鐵，屬黑色金屬，又主軸數(shù)量較多、傳動復雜，故取。
左主軸箱：
則
右主軸箱：
則
根據(jù)滑臺的配套要求，滑臺額定功率應大于電機功率的原則，查[1] P.114～115表5-39得出動力箱及電動機的型號
表2-5 動力箱及電動機的型號選擇
動力箱型號
電動機型號
電動機功率(kW)
電動機轉(zhuǎn)速(r/min)
輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min)
左主軸箱
1TD25IB
Y100L-4
2.2
1420
720
右主軸箱
1TD25IB
Y100L-4
2.2
1420
720
D.配套通用部件的選擇
側(cè)底座1CC251，其高度H=560mm。根據(jù)夾具體的尺寸，自行設計中間底座。
2.3.3 .2確定機床裝料高度H
裝料高度是指機床上工件的定位基準面到地面的垂直距離。本課題中，工件最低孔位置，主軸箱最低主軸高度，側(cè)底座高度，綜合以上因素，該組合機床裝料高度取H=960mm。
2.3.3 .3 確定主軸箱輪廓尺寸
主要需確定的尺寸是主軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度。主軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關(guān)，可按下式計算：
（2-10）
（2-11）
式中，b—工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（mm）；
—最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（mm）；
h—工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（mm）；
—最低主軸高度（mm）。
其中，還與工件最低孔位置（）、機床裝料高度（H=930mm）、滑臺滑座總高（）、側(cè)底座高度（）、滑座與側(cè)底座之間的調(diào)整墊高度（）等尺寸有關(guān)。對于臥式組合機床，要保證潤滑油不致從主軸襯套處泄漏箱外，通常推薦，本組合機床按式
（2-12）
計算，得：
,取，則求出主軸箱輪廓尺寸：
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為B×H=400mm×400mm。
本工序是對設計機床的整體布局，詳見附錄3。
2.3.4機床生產(chǎn)率計算卡
已知：機動時間0.45min 裝卸工件時間1.5min
單件工時1.9778min/件
a.理想生產(chǎn)率Q（件/h）
理想生產(chǎn)率是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)（包括備品及廢品率）所要求的機床生產(chǎn)率。用《組合機床設計簡明手冊》P.51公式
（2-13）
計算，式中， N—年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件），本課題中N=58000件；
—全年工時總數(shù)，本課題以單班7小時計，則。
則
b.實際生產(chǎn)率Q1（件/h）
實際生產(chǎn)率是指所設計的機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。即公式[1]P.51
（2-14）
式中，—生產(chǎn)一個零件所需時間（min）。
則
c.機床負荷率
機床負荷率為理性鄉(xiāng)生產(chǎn)率與實際生產(chǎn)率之比。即公式[1]P.52
（2-1則
生產(chǎn)率計算卡見表2-6
生產(chǎn)率計算卡
被加工零件
圖號
YZJ651-00
毛坯種類
鑄件
名稱
包縫機機體
毛坯質(zhì)量
材料
HT200
硬度
HB190-240
工序名稱
工序號
序號
工序名稱
被加工零件數(shù)量
加工直徑
加工長度
工作行程
切削速度
轉(zhuǎn)速
進給量f
進給速度
工時
機加工時間
輔助時間
共計
1
裝卸工件
1
1.5
1.5
2
右動力部件
快進
50
10000
0.005
0.005
鉆1×￠3.3孔
3.3
9
27
16.5792
1600
0.05
80
鉆7×￠3.3孔
3.3
11
27
16.5792
1600
0.05
80
鉆1×￠3.3孔
3.3
12
27
12.9525
1250
0.064
80
0.0375
0.0375
快退
77
10000
0.0077
0.0077
3
作動力部件
快進
70
6300
0.011
0.011
鉆2×￠5孔
5
13
36
15.7
1000
0.08
80
鉆2×￠5孔
5
18
36
15.7
1000
0.08
80
鉆2×￠4.2孔
4.2
12
36
16.485
1250
0.064
80
鉆1×￠4.2孔
4.2
9
36
16.485
1250
0.064
80
鉆2×￠3.3孔
3.3
9
36
16.5792
1600
0.05
80
鉆2×￠3.3孔
3.3
10
36
16.5792
1600
0.05
80
0.45
0.45
快退
106
6300
0.0168
0.0168
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
總計
1.9778min
單件工時
1.9778min
機床生產(chǎn)率
30.04件/h
機床負荷率
0.81
3 組合機床夾具設計
3.1 零件的工藝性分析
夾具是組合機床的重要組成部分，是根據(jù)機床的工藝和結(jié)構(gòu)方案的具體要求而專門設計的。它是用于實現(xiàn)被加工零件的準確定位、夾壓、刀具的導向以及裝卸工件時的限位等作用。
本次畢業(yè)設計是設計在包縫機機體進行鉆加工所用的夾具。包縫機機機體材料為HT200，其硬度為HB190～240。
3.1.1 夾具設計的基本要求
a.保證工件的加工精度
保證工件的加工精度是夾具設計的最基本要求。其關(guān)鍵在于，正確地確定定位方案、夾緊方案和刀具導向方式，合理地設計夾具的尺寸、公差和技術(shù)要求，必要時應進行誤差的分析和計算。
b.提高生產(chǎn)效率、減低制造成本
夾具設計的總體方案應與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應。在大批量生產(chǎn)時，應盡量采用各種快速、高效的結(jié)構(gòu)、自動裝置和先進的控制方法，以縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率；在中心批量生產(chǎn)中，則要求在滿足夾具功能的前提下，盡量使夾具結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，以降低夾具的制造成本。
c.操作方便、省力和安全
夾具的操作要盡量做到方便、省力，如有條件，盡可能采用氣動、液壓及其他機械化夾緊裝置、以減輕工人的勞動強度。并可較好地控制夾緊力。夾具操作位置應符合操作工人的習慣，必要時應有安全保護裝置，以確保使用安全。
d.便于排屑
夾具的排屑是一個容易忽視的問題，如果排屑功能不好，切屑積集在夾具中，會破壞工件正確的定位；切屑帶來的大量熱量會引起夾具和工件的熱變形，影響加工質(zhì)量；切屑的的清掃又會增加輔助時間，降低生產(chǎn)率。切屑積集嚴重時，還會損傷刀具以致造成設備事故或工傷事故。因此，排屑問題在夾具設計時必須給予充分的注意，在設計高效組合機床夾具時尤為重要。
e.有良好的結(jié)構(gòu)工藝性
夾具的結(jié)構(gòu)應簡單、合理，便于加工、裝配、檢驗和維修，應盡可能選用標準元件和標準結(jié)構(gòu)。
夾具設計是一種相互關(guān)聯(lián)的工作，通常是在參閱有關(guān)資料的情況下，按加工要求構(gòu)思出設計方案，繪制出圖樣，經(jīng)修改后確定夾具的結(jié)構(gòu)。
3.1.2 夾具總體結(jié)構(gòu)構(gòu)思
根據(jù)被加工零件特點,初定夾具總體結(jié)構(gòu)如下:
頂端用塊板通過人工來夾緊工件，夾具體上左右各固定一個鉆模板，通過它來達到孔的位置精度，用一個手柄將兩個銷頂上去，把工件的位置定下來，夾具體通過螺釘和定位銷與機床中間底座相連。
3.2 定位方案的確定
3.2.1 定位方案論證
箱體零件的定位方案一般有兩種，“一面兩孔”和“三平面”定位方法。
A.“一面雙孔”的定位方法 它的特點是：
a.可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。
b.有同時加工零件五個表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各
面上孔的位置精度。
c.“一面雙孔”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準，使零件整個工藝過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉(zhuǎn)換帶來的累積誤差，有利于保證零件的加工精度。同時，使機床各個工序（工位）的許多部件實現(xiàn)通用化，有利于縮短設計、制造周期，降低成本。
d.易于實現(xiàn)自動化定位、夾緊，并有利于防止切削落于定位基面上。
B.“三平面”定位方法 它的特點是：
a.可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。
b.有同時加工零件兩個表面的可能，能高度集中工序。
采用“一面兩孔”定位方法，有利于提高孔的位置精度。
3.2.2 定位基準的選擇
定位基準選擇的原則
a.盡可能選擇最大基面做主要的定位基準面；
b.盡可能與工序基準重合；
c.盡量選最長表面做為限制自由度的定位基準；
d.盡量選精度較高的已加工表面為定位基準；
e.在同一工件各工序中盡量采用同一定位基準進行加工。
綜上所述，故選定底面為定位基準面。
3.2.3 定位的實現(xiàn)方法
根據(jù)被加工零件的結(jié)構(gòu)特征，選擇定位基準，實現(xiàn)六點定位原理，即選底面作為定位基準面，限制了三個自由度，一個圓柱銷限制兩個自由度，最后一個削邊銷限制一個自由度，這樣工件的6個自由度被完全約束了也就得到了完全的定位。如圖所示：
圖3-1 零件定位示意圖
3.3 夾緊方案的確定
3.3.1夾緊裝置的確定
3.3.1.1夾緊裝置的組成
本設計中夾緊裝置采用機械夾緊裝置，由力源裝置、中間傳力機構(gòu)、夾緊元件三部分組成。其組成部分的相互關(guān)系，如下面的方框圖所示。
圖3-2 夾緊裝置組成的方框圖
3.3.1.2夾緊裝置設計的基本要求
a.夾緊過程中，不改變工件定位后占據(jù)的正確位置。
b.夾緊力的大小要可靠和適當，既要保證工件在整個加工過程中位置穩(wěn)定不變，振動小，又要使工件不產(chǎn)生于過大的夾緊變形。
c.夾緊裝置的自動化和復雜程度應與生產(chǎn)綱領(lǐng)想適應，在保證生產(chǎn)率的前提下，其結(jié)構(gòu)要力求簡單，以便于制造和維修。
d.夾緊裝置的操作應當方便、安全、省力。
3.3.1.3夾緊裝置的選擇
夾緊機構(gòu)對工件夾緊的過程中,夾緊作用是否正確合理,會直接影響工件的加工精度、表面粗糙度和加工時間,影響生產(chǎn)率、勞動強度等。因此，夾緊裝置應滿足下列基本要求。
（1）夾緊過程中，必需保證定位準確可靠，而不能破壞定位。
（2）夾緊力大小要可靠和適當。既要保證工件在整個加工過程中位置穩(wěn)定不變、振動小，又要保證工件不產(chǎn)生過大的夾緊變形。
（3）具有良好的工藝性。夾緊裝置的自動化和復雜程度與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應，在保證生產(chǎn)效率的前提下，結(jié)構(gòu)要力求簡單，盡量使用標準件，便于制造和維修。
（4）應有足夠的夾緊行程。
（5）手動夾緊要有自鎖性能。
（6）具有良好的使用性能。夾緊裝置的操作應當方便、安全、省力，并有足夠的強度和剛性。
該工件采用螺旋夾緊結(jié)構(gòu)。
3.3.2夾緊力的確定
3.3.2.1夾緊力確定的基本原則
A.夾緊力的方向
a.夾緊力的方向應有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應朝向主要定位基面。
b.夾緊力的方向應有利于減小夾緊力。
c.夾緊力的方向應是工件剛度較高的方向。
B.夾緊力的作用點
a.夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內(nèi)。
b.夾緊力的作用點應選在工件剛度較高的部位。
c.夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面。
3.3.2.2夾緊方案
根據(jù)以上要求及原則，工件屬于箱體類零件，夾緊力的方向應垂直于最重要的定位基面—底面，并將工件壓向該面，而不宜與其他方面進行夾緊。采用人工進行夾緊，利用手柄將壓力傳到壓板，然后由壓板將工件壓緊。
3.3.2.3夾緊力的預算
根據(jù)文獻[5]查得夾緊力的計算公式如下
（3-3）
式中 ——夾緊力，N；
——作用力，N；
——作用力臂，mm；
——螺紋中徑，mm；
——螺紋升角；
——螺紋處摩擦角；
——螺桿端部與工件間的摩擦角；
——螺桿端部與工件間的當量摩擦半徑，與接觸形式有關(guān)。
計算結(jié)果為：
=321.53903N
3.4 導向裝置的選擇
導向裝置的作用在于保證刀具對于工件的正確位置；保證各刀具相互間的正確位置和提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。
3.4.1鉆模套型式的選擇和設計
a.鉆套的型式
鉆套的結(jié)構(gòu)和尺寸已標準化，按其使用特點可分為固定式鉆套、可換鉆套和快換鉆套。
該機床選用固定式鉆套，刀具或刀桿導向部分在導套內(nèi)可以轉(zhuǎn)動和移動。一般由中間套、可換導套和壓套螺釘組成。中間導套的作用是在導套磨損后，可以方便地更換，并不會破壞鉆模體上的孔，有利于保持導向精度。。
b.鉆套內(nèi)孔直徑的基本尺寸及公差配合的選擇
鉆套內(nèi)孔直徑的基本尺寸應為所用刀具的最大極限尺寸，鉆套內(nèi)徑與孔鉆頭配合用H7/f7(考慮到所用刀具和工件上的加工精度要求)。
襯套內(nèi)外孔查資料[2]P.408頁表5-8通用導套的尺寸規(guī)格，d、D和D2的 關(guān)系如下圖所示。
圖3-3 導套尺寸簡圖
對于加工Φ5.5孔，選擇的導套尺寸為：D=10mm，D2=18 mm，D1=15 mm，L=20mm， 配用的螺釘M4
對于加工Φ4.2孔，選擇的導套尺寸為：D=10mm，D2=18mm，D1=15 mm，L=20mm，配用的螺釘M4。
對于加工Φ3.3孔，選擇的導套尺寸為：D=8mm，D2=15 mm，D1=12 mm，L=16mm，配用的螺釘M3。
3.4.2 鉆模板的類型和設計
由于孔的位置精度要求較多，因此選用固定式鉆模板，這種鉆模板直接固定在夾具體上，鉆套相對于夾具也是固定的。
在設計鉆模板結(jié)構(gòu)時，主要根據(jù)工件外形大小，加工部件，結(jié)構(gòu)特點和生產(chǎn)規(guī)模以及機床類型等條件而定，要求鉆模板結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，制造容易
要求：
a.保證鉆模板有足夠剛度前提下，要求盡量減少其重量，鉆模板的厚度按鉆套的高度來確定，一般在10～30mm之間，鉆模板一般不宜承受夾緊力。鉆模板厚度取16mm。
b.鉆模板安裝鉆套的孔與定位元件間的位置精度將影響工件的位置精度，因此至關(guān)重要的配合精度取H7/p6（上面查的）。
c.要保證加工過程的穩(wěn)定性
3.5 誤差分析
一批工件依次在夾具中進行定位時，由于工序基準的變動對加工表面尺寸所造成的極限值之差稱為定位誤差。產(chǎn)生定位誤差的原因是工序基準與定位基準不相重合或工序基準自身在位置上發(fā)生偏移或位移所引起的。
3.5.1 影響加工精度的因素
用夾具裝夾工件進行機械加工時，其工藝系統(tǒng)中影響工件加工精度的因素很多，與夾具有關(guān)的因素有：定位誤差ΔP、對刀誤差ΔT、夾具在機床上的安裝誤差ΔA和夾具誤差ΔE，在機械加工工藝系統(tǒng)中，影響加工精度的其它因素綜合稱為加工方法誤差ΔG。在夾緊方法中產(chǎn)生的誤差Δo。上述各項誤差均導致刀具相對工件的位置不精確而形成總的加工誤差。
3.5.1.1定位誤差
A.基準不重合誤差 由于定位基準與工序基準不重合而造成的定位誤差。根據(jù)文獻[4]查得基準不重合誤差的計算公式如下：
（3-1）
式中 —定位基準與工序基準間的尺寸鏈組成環(huán)的公差；
—的方向與加工尺寸方向的夾角。
B.基準位移誤差 由于定位基準的誤差或定位支撐點的誤差而造成的定位基準位移，即工件實際位置對確定位置的理想要素的誤差，這種誤差稱為基準位移誤差，以表示。不同的定位方式，其基準位移誤差的計算方式也不同，此夾具定位是采用的“三平面”定位的方法，所以要計算的是平面支撐定位的位移誤差。
工件為平面定位時，基準不重合誤差：；
基準位移誤差：，；
故 。
a.計算左端面加工尺寸的定位誤差
加工尺寸2×Φ5，深13
（底面與支撐面接觸較好）
（定位基準與工序基準重合）
加工尺寸2×Φ5，深18
（底面與支撐面接觸較好）
（定位基準與工序基準重合）
加工尺寸2×Φ4.2，深12
（底面與支撐面接觸較好）
（定位基準與工序基準重合）
加工尺寸Φ4.2，深9
（底面與支撐面接觸較好）
（定位基