减速箱体侧面钻孔组合机床设计加工8 X M8孔的卧式双面

江苏大学本科毕业设计说明书

毕业设计说明书

作 者： 徐 熔 学 号： 3071101114

系 部： 京江学院

专 业： 机械设计制造及其自动化

题 目：纸浆泵泵体双面螺纹底孔加工专用机床设计

指导老师： 王树林

2011年03月14日至2011年06月07日

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1 引言

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、多轴、多面、多工位同时加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削以及滚压等工序，随着组合机床技术的发展，它能完成的范围日益扩大。在组合机床自动线上可以完成一些非切削工序，例如打印、清洗、热处理、简单的装配、试验和再现自动检查等工序。

组合机床及其自动线所使用的通用部件是具有特定功能，按标准化、系列化、通用化原则设计、制造的组合机床基础部件。每种通用部件有合理的规格尺寸系列，由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性能要求配套液压、气压和电控等系统。

许多大型、形状复杂的工件，需要的加工工序很多，不可能在一台机床上全部加工完成，这就需要用多台组合机床加工，按工序加工顺序依次排列，组成组合机床流水线，在组合机床流水线的基础上，发展成组合机床自动线。

1.1 组合机床的特点和分类 1.1.1 组合机床的特点

(1) 组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床部件的70%～80%，因此设计和制造周期短，经济效益好。

(2) 由于组合机床多采用多刀加工，机床自动化程度高，因此比通用机床生产效率高，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，又有专门厂家长期生产，它与一般专用机床相比，其结构稳定，工作可靠，使用和维修方便。 (4) 组合机床加工工件，由于采用专用夹具、组合刀具和导向装置等，产品加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废。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，

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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，以适应大规模和自动化生产需要。

1.1.2 组合机床的分类

(1) 固定式夹具的单工位组合机床 (2) 移动式夹具（多工位）组合机床 (3) 转塔多轴箱式组合机床

1.2 设计任务

目前工厂优质、高效、低成本的组织生产的·方式有两种，即工序集中和工序分散。

2 组合机床的总体设计

2.1 组合机床方案的分析

组合机床是针对被加工零件的特点和工艺要求，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。如果确定零件可以利用感组合机床加工，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加工工艺资料基础上，通盘考虑影响制定零件工艺方案、机床配置类型、结构方案的各种因素以及应注意的问题。经过分析比较，以确定零件在组合机床上合理可行的加工方案（包括安排工序及工艺流程，确定工序中的工步数，选择加工的定位基准及夹压方案等）、确定工序（或工步）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，这些便是组合机床方案制定的主要内容。

2.1.1 影响组合机床方案制定的主要因素

(1) 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即应保证的加工精度，是制定机床方案的主要依据。 (2) 被加工零件的特点

被加工零件的特点主要指零件的材料、硬度、加工部位的结构形状、零件刚度、定位基准面的特点等他们对机床工艺方案的制定有着重要的影响。

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(3) 被加工零件的生产批量

零件的生产批量是决定采用单工位、多工位或自动线，还是按中小批量生产特点设计组合机床的重要因素。有是从工件外行及轮廓尺寸看，本来可以采取单工位固定式家具的机床配置形式，但由于生产批量极大，就不得不采用多工位几机床方案以使装卸工件时间与机动时间重合。 (4) 机床使用条件 (a) 车间布置情况 (b) 工艺间的联系

(c) 使用厂的技术能力和自然条件

2.1.2 制定工艺方案应考虑的问题

(1) 组合机床常用工艺方法能达到的精度及表面粗糙度 (2) 确定工艺方案的原则及注意问题 (3) 定位基准及夹压点选择

2.1.3 确定机床配置形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，可大体确定采取哪种形式的组合机床。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等不同，而会产生许多配置方案。不同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、机床重新调整可能性及经济效果等，具有不同的影响。因此，确定机床配置形式及结构方案时，必须考虑下述问题：不同配置形式机床的特点及适应性、不同配置形式机床的加工精度、选择多工位组合机床方案应注意的问题等。

2.1.4 分析本次设计的要求和零件的特点

本次设计需要从纸浆泵泵体两侧面钻孔，左侧面同时钻6个φ9的孔和3个M5的螺纹孔，右侧面钻3个M5的螺纹孔。

2.2 选择切削用量

确定了组合机床上完成的工艺内容后，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、机床的布局形式及正常工作均有很大影响。

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2.2.1 组合机床切削用量选择的特点

(1) 在大多数情况下，组合机床为多轴、多刀、多面同时加工。因此，所选择切削用量，根据经验应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用一个进给系统，通常为标准动力滑台。工作时，要求所有的刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量。这个每分钟进给量（mm/min)应是适合于所有刀具的平均值。因此，同一多轴箱上的刀具主轴可以设计成不同不同转速和选择不同的每转进给量（mm/r)与其相适应，以满足于不同直径工件的加工要求。

2.2.2 确定切削用量应注意的问题

(1) 尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能。由于连接动力部件的多轴箱上同时工作的刀具种类不同且直径大小不等，因此，切削用量选择也各有特点。如钻孔要求切削速度高而每转进给量小；铰孔却要求切削速度低而每转进给量大；铣端面则是要求切削速度低而每转进给量小?而同一多轴箱上的刀具每分钟进给量是相同的，要使每把刀具都能有合适的切削用量是很困难的。一般情况下，可先按各类刀具选择较合理的主轴转速n(r/mm)和每分钟进给量f(mm/r),然后进行适当调整，使各个刀具的每分钟进给量相同，皆等于动力滑台的每分钟进给量。这样，各类刀具都不是按最合理的切削用量而是按一个中间切削用量工作。假如确实需要，也可按多数刀具选择一个统一的每分钟进给量，对少数刀具采取附加机构，使之按各自需要的合理的进给量工作，一达到合理使用刀具的目的。

(2) 选择合理的切削用量时，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过高，以免降低刀具耐用性。对于要求生产率高的大批量生产用组合机床，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。但须注意不能影响加工精度，也不能使刀具耐用度降低。对于“非限制性”刀具应采取不使刀具耐用度降低的某一极限值，这样可减少切削功率。组合机床通常要求切削用量的选择使刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于4h。 (3) 切削用量的选择应有利于多轴箱的设计。若能做到相邻主轴转速相近、相等，则可使多轴箱传动链简单。刀具带导向加工，若不便冷却润滑，则应适当降低切削速度。

(4) 选择切削用量时，还必须考虑所选动力滑台的性能。

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2.2.3 组合机床切削用量选择方法

必须从实际出发，根据加工精度、工作材料、工作条件、技术要求等进行分析，按照经济的满足加工要求的原则，合理的选择切削用量。一般常用查表法。

因为零件材料为灰铸铁，所以选择高速钢钻头刀具钻孔。

查组合机床设计表3-7得高速钢钻头加工铸铁件孔时切削速度为16～24m/min,根据要加工的孔的直径可以确定两种钻头的直径分别9mm和4mm，所以选切削速度V=20m/min和V=18m/min。

根据已知条件得初钻孔加工的相关参数如下: 表2.2 孔加工的相关参数

螺孔 加工深度(mm)

φ9孔 12

φ5孔 15 0.12

750 18

进给量(mm/r) 0.18 转速(r/min) 500 切削速度(m/min) 20

2.3 确定切削力、切削扭矩、切削工具及刀具耐用度

根据选定的切削用量（主要指切削速度及进给量），确定切削力，作为选择动力部件及夹具设计的依据；确定切削扭矩用以确定主轴及其他传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电机（一般指动力箱电机）功率；确定刀具耐用度，用以验证所选刀具是否合格。

查工艺手册高速钢钻头切削铝表得：Mφ8=1.57N.m Fφ8=392N Mφ9=1.98N.M Fφ9=439N Qφ8=4Fφ8.V=0.722kw Qφ9=4Fφ9.V=0.914kw

当确定了切削转矩M以后，便可根据扭转刚度处定出主轴及传动轴直径，计算公式为： d≥BM1/4(cm) 式(2.2)

式中：M—切削转矩（N.cm)

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B—系数，根据主轴或传动轴在1cm长度上允许最大扭转角,当材料的弹性剪切模量G=8.1*104Mpa,刚性主轴[ζ]=0.25度每米,B=2.316；非刚性主轴[ζ]=0.5度每米，B=1.948；传动轴[ζ]=1度每米，B=1.638。

通常,主轴允许最大扭转角为0.5度每米,则B=1.948,传动轴允许最大扭转角可按1度每米选择，则B=1.638。

dφ8=10.310mm, 由《机械制造装备设计》表4-7得取主轴最小值20mm； dφ9=10.926mm，由《机械制造装备设计》表4-7得取主轴最小值20mm； 由各轴所承受的转矩首先可确定动力箱中所有个轴直径都为20mm，又因为钻四个Qφ8孔的配对齿轮中心距太小，为了保证轮齿强度，着两根驱动轴的直径取15mm。

d=20mm的主轴外伸长度为115mm,内径为20mm，内孔长度为77mm； d=15mm的主轴外伸长度为85mm,内径为16mm，内孔长度为74mm。

当确定单轴切削功率后，再求出多轴加工的总切削功率N总=N1+N2+?Ni,然后考虑效率，作为选择主传动用动力箱电机的依据。

当确定了刀具耐用度T后，可据此检验切削用量的选择是否合理。

2.4 确定刀具

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（标准刀具）、复合刀具及特种刀具。选择刀具结构应注意下述主要问题：

(1) 条件允许，为使工作可靠、结构简单、刃磨容易，应尽可能选择标准刀具或简单刀具。

(2) 选择刀具结构时还需要认真分析被加工零件的特点。如加工硬度较高的铸铁或钢件时，为提高刀具耐用度，减少换刀时间以采用多刃绞刀或多刃镗刀头加工，以及解决断屑及排屑问题。

(3) 在组合机床上，为了某种特殊的目的，需选用或设计特殊刀具的，可草靠组合机床设计的有关资料。

参考资料后，我选择的刀具为高速钢钻头刀具。

查《工艺手册》表12-27得φ8和φ9钻孔刀具的耐用度都为2100min。经对照，所选刀具符合要求。

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3 组合机床总体结构设计—三图一卡

总体方案的图纸表达形成—三图一卡设计，其内容包括：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。

3.1 被加工零件工序图

3.1.1 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的工艺方案表示一台组合机床或自动线完成的工艺内容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求、加工用定位基准、夹压部位及被加工的材料、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，而需在原零件图基础上，突出本机床及自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制的。它是组合机床设计的主要依据，也使建造、使用、验证和调整机床的重要技术文件。图上应表示出：

(1) 被加工零件的形状和轮廓尺寸及预备机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。尤其是当需要设置中间导向套时，应表示出零件内部的肋、壁布置及有关结构的形状及尺寸，以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。

(2) 加工用定位基准、夹压部位及夹压方向。以便依次进行夹具的定位、支承、限位、夹紧、导向装置的设计。

(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道工序提出的要求（主要指定位基准）。

(4) 必要的文字说明。如被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位余量等。

3.1.2 绘制被加工零件工序图的注意事项

(1) 为了使加工零件工序图清晰明了，一定要突出该机床的加工内容。绘制时应按一定比例；选择足够视图及剖视，突出加工部位（用粗实线），并把零件轮廓及机床、夹具设计有关的部位（用细实线）表示清楚。

(2) 加工部位的位置尺寸应由定位基准注起。为便于加工及检查，尺寸应采用直角坐标系标注，而不采用极坐标系。但有时因所选择定位基准与设计基准不重合，则

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需对加工部位要求的位置精度进行分析换算。此外，应将零件图上不对称位置尺寸公差换成对称位置尺寸公差,其公差数值的决定要考虑两个方面，一是要能达到产品图纸要求的精度，二是采用组合机床能够加工出来。

(3) 应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。如对多层壁同轴线等直径孔加工，若要求空表面不留退刀痕迹，则图纸上应注明要求“机床主轴定位，工件（夹具）让刀”。

3.2 加工示意图

3.2.1 加工示意图的作用及内容

零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的关系，机床的工作行程及工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占重要地位。它 是刀具、夹具、辅具、多轴箱、液压电器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、刀具及试车的依据。其内容为： (1) 应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。

(2) 应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），包括镗削加工时镗杆的直径和长度。

(3) 决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。

(4) 选择标准或设计专用的接杆、浮动卡头、导向装置、靠模装置、刀杆托架等，并决定他们的结构、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、配合及精度。

(6) 根据机床要求的生产率及刀具、材料特点等，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。

3.2.2 初定主轴的类型、尺寸、外伸长度和选择接杆、浮动卡头

主轴类型主要取决于进给抗力和主轴—刀具系统结构上的需要。主轴尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削扭矩M，查表出定主轴直径，在综合考虑加工精度和

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锥号等。

具体工作条件，查表决定主轴外伸部分尺寸（直径d1,长度L）及配套的刀具接杆莫氏

除刚性主轴外，组合机床主轴与刀具之间常用两种连接。一是接杆连接，也称刚性连接，用于单导向进行钻、扩、铰孔及倒角加工。二是浮动卡头连接，也称浮动连接，用于长导向、双导向和多导向进行镗、扩、铰孔，以及减少主轴位置误差及主轴径向跳动对加工精度的影响，避免主轴与夹具导向不同轴而产生“别劲”现象。通用的标准浮动卡头有小浮动量和大浮动量两种，绘制加工示意图时，可根据有关的组合机床标准选择。

3.2.3 由多轴箱的所有刀具主轴中找出影响联系尺寸的关键刀具

从保证加工终了时多轴箱端面到工件端面间距离尺寸最小来去确定全部刀具、接杆（卡头）、导向、刀具托架及工件之间的联系尺寸。其中需标注主轴端部外径和内孔径（D/d1)、外伸长度，刀具各段直径及长度，导向的直径、长度、配合，工件至夹具间需标注共距导套端面的距离。还需标注托架与夹具之间的尺寸、工件本身及加工部位的尺寸和精度等。

应当指出，多轴箱端面与工件端面的距离是加工示意图上最重要的联系尺寸。为了缩短刀具悬伸长度与工作行程长度，要求这一距离尺寸越小越好。它取决于两个方面，一是多轴箱上的刀具、接杆（卡头）、主轴等由于结构和相互连接所需要的最小轴向尺寸，如采用麻花钻、扩孔钻时，刀具长度要考虑其螺旋槽尾部离开导套有一段距离，以便排屑和刀具刃磨后有向前调整的可能。接杆长度的标准尺寸，各规格均有可选的范围，设计时通常先按最小长度选取。二是机床总布局所要求的联系尺寸，这两个方面是互相制约的。

3.2.4 确定动力部件的工作循环及工作行程

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加工终了位置又返回到原始位置的动作过程。一般包括快进、工作进给、快速退回等动作。有时还有中间停止、多次往复进给、跳跃进给、死挡帖停留等特殊要求，这是根据具体的加工工艺需要确定的。

工作行程长度的确定：

(1) 工作进给长度L1应等于工件加工部位长度L与刀具切入长度L1和切出长度L2之和，如图3.2所示:

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图3.2 工作进给长度

切入长度L1应根据工件端面的误差情况在5～10mm之间选择，误差大时取大值。切出长度L2，在采取一般刀具时可参考下表

表3.1 切出长度L2的确定

工序名称 切出长度L2 钻孔 1/3d+(3～8) 扩孔 10～15 铰孔 10～15 镗孔 5～10 攻丝 5+L锥

(2) 快速退回长度等于快速引进与工件进给长度之和。快速引进是指动力部件把动力箱连同刀具从原始位置送到工件进给开始位置，其长度按加工具体情况确定。 (3) 动力部件总行程长度应保证要求的工作循环工作行程外，还要考虑装卸和调整刀具方便，即考虑前后备量。

表3.2 动力部件行程

孔

φ8孔

Φ9孔

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前备量(mm) 8 后备量(mm) 工作行程(mm) 总行程(mm)

0 19 27

8 9 22 39

根据上述的分析和计算得到的有关数据，画出加工示意图3.5：

图3.5 加工刀具图 3.3 机床联系尺寸图

3.3.1 联系尺寸图的作用及内容

一般来说，组合机床是由标准的通用的部件—动力滑台、动力箱、各种工艺切削头、侧底座、立柱、立柱底座及中间底座加上专用部件—多轴箱、刀、辅助系统，夹具，液、电、冷却、润滑、排屑系统组合装配而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配联系的运用关系，以及检验机床各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求；通用部件的选择是否合适；并为进一步开展多轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。联系尺寸图也可以看成是简化的机床总图，它表示机床的配置形式及总体布局。

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联系尺寸图的主要内容如下：

(1) 适当数量的视图（一般为主、左、右视图）按同一比例画出机床各主要组成部件的外行轮廓及相关位置，表明机床的配置形式及总体布局、主视图的选择应与机床实际加工状态一致。

(2) 图上应尽量减少不必要的线条。但反映各部件的联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部位的极限位置及行程的尺寸，必须完整齐全。至于各部件的详细结构不必画出，留在具体设计部件时完成。

(3) 为了方便开展部件设计，联系尺寸图上应注明通用部件的规格代号，电动机类型、功率及转速，并标明机床部件的分组情况及总行程。

3.3.2 选择动力部件

组合机床动力部件是配置组合机床的基础。它主要包括用以实现刀具主轴旋转主运动的动力箱、各种工艺切削用头及实现进给运动的动力滑台。

根据切削用量计算出切削功率在考虑传动效率或空载功率损耗，附加功率损耗，作为动力箱型号规格的依据。初选TD25B 滑台的选用

液压动力滑台型号为HY40A，查表得滑台长800mm,台面宽度为400mm,行程400mm,滑座长度1240mm,本次设计两个方向的行程分别为27mm和39mm,所以选用型号是符合的。

3.3.3 选择通用部件配套

滑台侧底座选用型号1CC25,其长度为890mm,宽度为450mm,高度为560mm,滑座与侧底座之间有5mm间隙。

立柱选用CL32型，高度为2000mm；立柱侧底座型号为CD25，长800mm，宽500mm，高560mm。

中间底座高560mm，宽1390mm。

机床装料高度1060mm（国际标准ISO），夹具底座高500mm。

3.3.4 联系尺寸图的画法与步骤

(1) 画主视图 主视图的图形布局一致，并应选择适当的比例。

先用双点划线或细实线画出被加工零件的长*宽轮廓，以工件两端面及工件最低孔中心线O1—O1分别为长度与高度方向上的基准，根据已确定的机床各组成部件轮

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廓尺寸及主要相关尺寸按顺序进行画图。

以一机床左面为例，以工件左端面为基准，根据前面已经确定的工件端面到多轴箱前端面的最小距离为325mm,确定机床左面多轴箱前端面的轴向位置。再根据多轴箱最低主轴高度位置尺寸100mm及多轴箱轮廓尺寸画出多轴箱外廓。多轴箱以其后盖与动力箱定位连接，根据已选择的TD25B型动力箱的安装连接尺寸画出动力箱轮廓。动力箱以其底面与动力滑台定位连接，在机床长度方向上，通常动力箱后端面应与滑台后端面到滑台前端面的距离决定。

为了便于机床的调整和维修，滑座与侧底座之间须加5mm厚的调整垫。而滑座与侧底座在机床长度方向上的相对位置由滑座前端面到侧底座前端面的距离决定。 (2) 画左视图 重点在于表示清楚组合机床各部件在宽度方向上的轮廓尺寸及相关位置，配合主视图完成联系尺寸图所要求表达的内容。

(3) 应注明工件、夹具、动力部件、中间底座对称中心线间的位置关系。特别是当工件加工部位对工作中心不对称和有某些具体条件时，动力部件相对夹具，夹具相对中间底座也就不对称，此时应表明它们相互间偏置的尺寸。

(4) 应标注电机的型号、功率、转速及所选标准通用部件的型号规格和主要轮廓尺寸，并对组合机床的所有部件进行分组编号，作为部件和零件设计的原始依据。

机床联系尺寸图如图3.6所示：

(a) A向旋转视图 (b) 主视图 图3.6 机床联系尺寸图

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3.4 机床生产率计算卡

根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度、切削用量、动力部件的快速及工进速度等，就可以计算机床的生产率并编制生产率计算卡，用以反映机床的加工过程、完成每一动作所需的时间、切削用量、机床生产率及机床负荷率等。

3.4.1 理想生产率Q1

指完成年生产纲领A（包括备品及废品率在内）所要求的机床生产率。它与全年总数K有关，一般情况下，单班制生产K取2350h,两班制生产K取4600h,则

Q1=A/K （件每小时) 式(3.1) 本次实际中K=2350h,生产纲领10万台。 所以Q=42.553 （件每小时)

3.4.2 实际生产率Q

指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。

Q=60/T单（件每小时) 式(3.2) 式中：T单—生产一个零件所需要的时间（min),它可以根据下式计算：

T单=T切+T辅=(L1/Vf1+L2/Vf2+t停)+L快进+L快退/Vfk+t移+t装卸(min) 式(3.3) 式中：L1，L2—分别为刀具的第I、第II工作进给行程长度(mm)； Vf1,vf2—分别为刀具的第I、第II工作进给量(mm/min)；

t停—当加工沉孔、止口、倒角、光整表面时，动力滑台在死挡铁上停留的时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转5r～10r所需时间(min)； L快进+L快退—分别为动力部件快进、快退行程长度(mm)；

Vfk—动力部件快速行程速度。采用机械动力部件取6m/min～8m/min；液压动力部件取4m/min～12m/min；

t移—直线移动或回转工作台进行一次工位转移的时间，一般可取0.1min； t装卸—工件装卸（包括定位、夹压以及清除铁屑等）时间，它取决于工作重量大小、装卸是否方便及工人的熟练的程度。根据各类组合机床的统计，一般取0.5min～1.5min。

根据计算T=1.187min,所以得到Q=50.55（件每小时)，Q＞Q1，所以符合条件。

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3.4.3 机械负荷率η负

当Q＞Q1时，计算二者的比值即为负荷率

η负=Q1/Q=42.553/50.547=84.19% 式(3.4) 表3.3 组合机床允许最大负荷率

机床复杂程度

主轴数

负荷率η负

单面或双面 15 ≈0.90

16～40 0.90～0.86 41～80 0.86～0.80

三面或四面 15 ≈0.86

16～40 0.86～0.80 41～80 0.80～0.75

根据组合机床的使用经验，适宜的机床负荷率为η负=0.75～0.90，设计时可按机床复杂程度参照上表确定。故所得机床负荷率合理。

3.4.4 生产率计算卡

它是按一定规格要求编制的反映零件在机床上的加工过程、工作时间、机床生产率、机床负荷率的简明表格。

4 夹具设计

夹具是机床和工件之间的联结装置，可以使工件相对于机床或刀具获得正确位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，所以机床夹具设计是装备设计中一项重要的工作，是加工过程中最活跃的因素之一。

4.1 机床夹具的基本组成

组合机床夹具的组成： (1) 定位元件及定位装置

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(2) 夹紧元件及夹紧装置 (3) 导向元件

(4) 对刀元件及定向元件 (5) 夹具体

(6) 其他元件及装置

4.2 机床夹具的类型 4.2.1 按夹具的通用特性分

(1) 通用夹具

一般不需要调整就可以适用于相当广泛的一类工件的加工，称为通用夹具。例如车床上的卡盘，铣床上的平口钳等。它们不仅广泛应用于单件小批量生产中，在大批量生产中也常采用。 (2) 专用夹具

这类夹具是指专为某个零件的某一道工序专门设计的。专用夹具的设计和制造， 工作量大，而且它的结构随着产品的更新而更新，因此，是一项周期长、投资较大的生产准备工作。 (3) 可调夹具

可调夹具是指通过调节或更换装在通用夹具基础件上的某些可调或可换元件，达到能适应加工若干不同种类工件的一类夹具。在中小批量生产中，使用可调夹具往往会获得最佳的经济效益。

(4) 成组夹具

成组夹具是根据成组加工工艺的原则，针对一组形状相近、工艺相似的零件而设计。也是具有通用基础件和可更换调整元件组成的夹具。 (5) 组合夹具

这类夹具是由预先制造好的标准元件和部件，按照工序加工的要求组合装配起来的。使用完成可拆卸存放，其元件和部件可以重复使用。适用于新产品试制或小批量生产。但尺寸过小或过大的工件还没有相应的组合夹具标准件。位置精度要求过高的工作也不宜采用组合夹具。 (6) 随行夹具

这是一类在自动线和柔性制造系统中使用的夹具。它既要完成工件的定位和夹

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夹具应在机床上准确地定位和可靠地夹紧。

紧，又要作为运载工具将工件在机床间进行输送，输送到下一道工序的机床后，随行

4.2.2 按所使用的机床划分

机床夹具也可按使用的机床来划分。如车床夹具、铣床夹具、镗床夹具、磨床夹具和钻床夹具等。

4.3 工件的定位

在制定工件的工艺规程时，已经初步考虑了加工工艺基准问题，有时还绘制了工序简图。设计夹具时原则上应该选择该工艺基准为定位基准。无论是工艺基准还是定位基准，均符合六点定位原理。

六点定位原理是采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度，使工件实现完全定位。每个点都必须起到限制一个运动自由度的作用，而绝不能用一个以上的点来限制同一个自由度。因此，这六个点绝不能任意布置。

在加工中，有时为了使定位元件帮助承受切削力、加劲力，为了保证一批工件进给长度一致，减少机床的调整和操作，常常会对无位置尺寸要求的自由度也加以限制，只要这种定位方案符合六点定位原理，是允许的，有时也是必要的。

4.4 专用夹具设计步骤

4.4.1 明确设计任务与搜集设计资料 4.4.2 拟订夹具总体方案，绘制结构草图

(1) 确定工件的定位方案，计算定位误差。 (2) 确定刀具的对刀或导向方式。 (3) 确定夹具的夹紧方案，计算夹紧力。 (4) 确定夹具其他部分的结构方案。 (5) 确定夹具体结构形式和夹具的总体结构。

根据夹具设计原理，进行各部分和总体的结构方案设计，最后绘出夹具结构草图。为了便于分析比较，应多考虑几个总体结构方案，分别绘出结构草图，从中选择最佳方案。

4.4.3 绘制夹具零件图

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4.5 夹具的具体设计

设定本次课题夹具的钻模板厚度为30mm，装料高度为1060mm。本课题工件定位采用一面两销定位，限制6个自由度。右箱体的左侧面已经经过铣床加工，可作为基准面，限制3个自由度，其作用是使工件减少平面度引起的误差，方便清理切削，其他自由度由圆柱销（限制2个自由度）和菱形销（限制1个自由度）。菱形销是为了补偿工进的定位基准与夹具定位元件之间的实际尺寸误差，消除过定位而采用的，其短销只能限制一个自由度。

5 组合机床多轴箱设计

5.1 多轴箱的用途、分类及组成 5.1.1 组合机床多轴箱的用途及分类

多轴箱是组合机床的重要部件之一，按专用要求进行设计，由通用零件组成。其主要作用是，根据被加工零件的加工要求，安排各主轴位置，并将动力和运动由电机或动力部件船给各个主轴，使之得到要求的转速和转向。

5.1.2 多轴箱的组成

通用多轴箱主要由箱体、主轴、传动轴、齿轮、轴套的零件和通用（专用）的附加机构组成。

5.2 主轴结构形式的选择

主轴结构形式由零件加工工艺决定，并应考虑主轴的工作条件和受力情况。轴承形式是主轴部件结构的主要特征，如进行钻削加工的主轴，轴向切削力较大，最好用推力球轴承承受轴向力，而用向心推力轴承承受径向力。又因钻削时轴向力是单向的，因此推力球轴承在主轴前端安排即可。进行镗削加工的主轴，轴向切削力小，但不能忽略。有时由于工艺要求，主轴进退都要切削，两个方向都有切削力，一般选用前后支撑均为圆锥滚子轴承的主轴结构。这种轴承可承受较大的轴向力和径向力，且结构简单，轴承个数少，装配调整很方便，广泛用于扩孔、镗孔、铰孔等加工，上述两种主轴结构的径向尺寸较大，如主轴孔间距较小，只好用滚针轴承和推力球轴承组成前

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后支承，此种结构无论架构刚度、轴承本身精度和装配工艺性都较差，除非必要，一般最好不选用。主轴结构形式的选择，除了轴承外，还应考虑轴头结构。故本次设计采用了深沟球轴承和推力轴承。

5.3 主轴直径和齿轮模数的选择

初定主轴直径一般在编制“三图一卡”时进行的。初选模数可由下式估算，再通过类比确定：

m≥(30～32)(p/z*n)1/3(mm) 式(5.1) 式中：P—齿轮传递功率（KW） Z—一对齿轮中小齿轮的齿数 N—小齿数的转数（r/mm)

目前大型组合机床通用多轴箱中常用的齿轮模数有2、2.5、3、3.5、4等几种，为了方便组织生产，在同一多轴箱中齿轮模数最好不多于两种。

本次设计我取m=2和2.5

5.4 多轴箱的动力计算及动力箱的选择

多轴箱所需的功率，应等于切削功率、空载消耗功率及负载成正比的附加功率之和，即：

P主=P切+P空+P附 式(5.2) 式中：P主—多轴箱总功率

P切—各主轴切削功率的总和 P空—各轴空载消耗功率的总和 P附—各轴附加功率的总和

上式中P切已在切削用量计算中的到P切= 1.635kw，P空和P附的计算都须在传动结构确定以后才能进行。

传动系统确定前可按下式初步估算多轴箱所需功率P主

P主=P切/η 式(5.3) 式中：P切—各主轴切削功率的总和 Η—组合机床多轴箱传动效率

加工黑色金属时取η=0.8～0.9；加工有色金属时取η=0.7～0.8。当主轴轴数多，

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传动复杂时取小值，反之取大值。

本次设计中取η=0.87，所以P主=P切/η= 1.88kw

根据上面的计算得到多轴箱功率选择电动机和动力箱。查表得选择动力箱型号为TD20B型,电动机功率为2.2kw，电动机转速为1420转每分,驱动轴转速为785转每分，驱动轴直径为30mm，驱动轴外伸长为45mm，驱动轴高度为100mm，动力箱名义尺寸为250mm，长度尺寸为320mm，高度为325mm，宽度为320mm，电动机型号为Y100L1—4。

5.5 主轴分布类型

组合机床加工的零件是多种多样的，结构也各不相同，但零件上孔的分布大体可归纳为几种类型。所以，多轴箱中主轴的分布也可分为下列几种类： (1) 圆分布 (2) 直线分布 (3) 任意分布

在设计中尽可能使之形成同心圆分布，用同一根中间传动轴带多根主轴。

5.6 传动系统的设计与计算

多轴箱的传动系统设计，就是通过一定的传动链把动力箱输出轴（亦称多轴箱驱动轴）传进来的动力和转速按要求分配到各主轴。传动系统设计的好坏，将直接影响多轴箱的质量、通用化强度、设计和制造工作量的大小以及成本的高低。

设计传动系统，应在保证主轴强度、刚度、转速和转向的前提下，力求使主要传动件（主轴、传动轴、齿轮等）的规格少，数量少，体积小；因此，在设计传动系统时，要注意下面几点：

(1) 尽量用一根中间传动轴带动多根主轴。当齿轮啮合中心距不符合标准时，可用变位齿轮或略变传动比的方法解决，

(2) 一般情况下，尽量不采用主轴带动主轴的方案，因为这会增加主动主轴的负荷。如遇到主轴分布密集而切削负荷又不大时，为了减少中间轴，也可用一根主轴带动1-2根或更多主轴的传动方案。

(3) 为使结构紧凑，多轴箱体内的齿轮传动副的最佳传动比为1～1.5，在多轴箱后盖内的第四排（或第五排）齿轮，根据需要，其传动比可以大一些，但一般不超过

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3～3.5。

(4) 根据转速与转矩成反比的道理，一般情况下如驱动轴转速较高时，可采用逐步降速齿轮；如驱动轴转速较低时，可使速度升高一点再降速；这样可使传动链前面几根轴、齿轮等在高转速下工作，结构可小些。组合机床多轴箱的传动和结构与普通机床差异较大，其一是由于传动链较短，难分前后；另外，经常是以中间传动轴带多根主轴。所以，合理安排结构往往成为设计的主要矛盾。如为了使主轴上的齿轮不过大，最后一级经常使用伸速传动。

(5) 粗加工切削力大，主轴上的齿轮应尽量安排靠近前支承，以减少主轴的扭转变形。

(6) 齿轮排数可这样安排：不同轴上齿轮不相碰，可放在箱体内同一排上；不同轴上齿轮与轴或轴套不相碰，可放在箱体内不同排上；齿轮与轴相碰，可放在后盖内。

根据已知条件，驱动轴转速n驱=785r/min,所以i总=0.553，下面举例说明计算过程：

i1=0.87,取m=2.5和2,选小齿轮齿数z1=33 所以z2=z1/i1=38

根据分度圆直径计算公式：d=mz 所以d1=82.5mm,d2=95mm

根据中心距公式a=m(z1+z2)/2(mm) 式(5.4) 又已知

i2=0.66,所以同理，z3=47,d3=94mm，z4=31,d4=62mm,中心距

a1=88.75mm,a2=78mm,a3=83mm,a4=68.75mm,a5=46mm

由于布局，传动比稍做适当调整，Φ9两孔的传动比i1=0.57,另外两孔的传动比 i2=0.745,Φ9四个孔的传动比i3=0.717

齿轮排布图如图5.1所示：

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(a) 主视图 (b)内部结构图 图5.1 齿轮排布图

5.7 多轴箱轮廓尺寸及相关系数

动力部件的选择确定了多轴箱外形轮廓尺寸为320×250mm，根据动力箱输出轴高度为100mm，故多轴箱主轴高度为100mm，又根据工件定位的设计结果，工件定位中心到滑台距离为100mm。

5.8 强度校核

本次设计的强度校核主要包括轴的校核和齿轮的校核。

(1) 轴的校核：钻孔主轴的扭矩为1.57N.m和1.98N.m查表得直径15mm和20mm的轴能承受以上扭矩，所以能保证安全。主轴承受的扭矩为14.2N.m,在钻孔主轴校核安全的前提下，因为其他轴的直径也为20 mm，所以也能保证安全。

(2) 齿轮的校核：根据《机械设计》中的齿轮强度校核的方法来计算。在钻孔加工中，最大扭矩产生在钻孔主轴上的齿轮和与之相啮合的齿轮之间。

σh=ZEZHZεZβ(2KT1/bd12)1/2(μ±1/μ)≤[σ]H Mpa 式(5.5) μ=Z1/Z2=33/38=0.87 式(5.6) 对于铸铁和铸铁齿轮的啮合，取弹性系数ZE=189.9Mpa，查表得断面重合度系数ε

a1=0.809,ε

a2=0.7685,对于压力角为20度的直齿轮，εb=0。故εa=ε

a1+ε

a2=1.578重

合度Zε=1.061，ZH=2.5。

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又K=KAKVKαKβ 式(5.7) 其中KA=1.0;KV=1.05;Kα=1.2;Kβ=1.1。则K=1.386。根据上面σh的公式得：σ

h=803.88Mpa

接触疲劳许用应力[σ]H=σ

hLimnZ/SH 式(5.8)

循环次数NH=60ηh,齿轮的转速为135转/分。同侧齿面啮合次数r=2,齿轮总工作时间th=4600小时。Nh=6.8448×107次，ZH=1.1。又已知接触疲劳强度极限σ

hLim=120Mpa，

接触强度最小安全系数SH=1.25。得[σ]H=1071Mpa，而σh=803.88Mpa，所以σh＜[σ]H，故齿轮安全。

因为所选校核的齿轮是负荷最大的,所以可只同种材料的其他齿轮也安全。

6 组合机床自动线简介

为了进一步改善工作条件、提高生产率、减少占地面积、减少操作工人数量、保证产品质量，将几台实现了自动化的组合机床和辅助装置用自动传送装置联系起来，统一控制，按规定的程序和预定的节拍自动完成某个工件的部分或全部工艺过程，加工出符合要求的工件，称为自动生产线，简称自动线。

6.1 组合机床自动线常用的分类方法如下： 6.1.1 按加工对象分类

(1) 转体零件加工自动线 用于加工轴、盘、环、套、筒、轮等件。 (2) 箱体和壳体零件加工自动线 用于加工箱体类零件和短圆柱体零件。 (3) 杂加加工自动线 用于加工阀体、支架、连杆、拔叉等零件。

6.1.2 按工件输送方式分类

(1) 直接输送的自动线 这种自动线，工件由输送带直接带动，一次输送到各共位，输送带基面就是工件上的某一表面。可分通过式和非通过式两种。

(2) 带随行夹具的自动线 这种自动线是将工件安装在随行夹具上，由输送带将随行夹具依次传送到各共位，随行夹具的返回方式有水平返回、上方返回和返回三种。 (3) 悬挂输送和托盘输送的自动线 悬挂输送装置设在机床上方，一般用机械手

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工件从一个工位送到下一个工位的夹具上，然后托盘再返回原位。

把工件从一个工位送到下一个工位。托盘输送装置固定在输送带上，托盘随输送带将

6.1.3 按自动线中有无贮料装置分类

(1) 刚性连接的自动线 这类自动线设有贮料装置，被加工零件由输送装置强制性的从一个工位移送到下一个工位。

(2) 柔性连接的自动线 这类自动线中没有贮料装置。

6.2 组合机床及其自动线调整与维护的重要意义

组合机床是一种高效率的专用机床，在生产线上对工件进行大量的切削加工，如果由于组合机床发生故障而产品质量下降，很难用其它通用设备来代替加工，这样的组合机床一出故障就会直接影响生产任务的完成。因此，平日就应该加强对组合机床的调整与维护。

随着我国现代化建设的发展，机械工业技术改造的推进，组合机床及其自动线的使用将有较大幅度的增长，并将不断扩大其使用范围。因此，提高使用组合机床及其自动线单位对组合机床的调整，维护和维修知识及水平已是一个急待解决的任务。

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结束语

本课题的任务是纸浆泵泵体侧面钻孔右边的8个直径M8孔需要加工，设计结构合理、安全可靠的专用机床，在保证孔加工精度的情况下提高加工效率。经过努力，基本完成了任务。

在本次毕业设计中，我从中学到了很多知识。在设计过程中，我遇到过困难，由于对组合机床的相关知识不太了解。通过老师的帮助和自己的努力，我解决了这个难题，加深了对课题相关知识的了解：我明白了组合机床的特点和分类；组合机床的总体设计，包括组合机床方案的制定，切削用量的选择，切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度的确定；组合机床总体结构设计—三图一卡，被加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图，生产效率计算卡；组合机床多轴箱的设计。从而在整体上把握了组合机床设计的思路。

这次毕业设计涵盖了大学所学的全部知识，它是大学四年的一个总结。

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致 谢

随着本次毕业设计的完成，四年的学习生活也就结束了。在这里首先向学院的老师们表示衷心的感谢。感谢老师们在我的大学生涯里，在学习、生活、思想上对我的指导和关心。老师们渊博的知识、严谨的学风、创新的精神、长远的眼光、诚恳的品质使我受益良多。

特别感谢知道我做毕业设计的高工老师，他给了我很大的帮助，为我提供了精心的指导和充足的参考资料，在我做毕业设计这段时间里，在梁老师严格的要求下，我的专业知识和能力有了很大提高。老师孜孜不倦的教诲让我在成长的道路上又一次受益颇丰！在此，我由衷的表示感谢！

另外在这段时间里，我的许多朋友和同学也给予我很大的帮助，在这里一并表示感谢！

回顾我的求学生涯，我的父母一直给予我最大的支持和帮助，他们付出了很多，对他们的感激是难以用语言来表达的。

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参 考 文 献

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