轴承座(1)4×M5螺纹底孔加工专机总体结构、夹具及其液压系统设计

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）

序言

作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应用广泛。本次毕业将以组合机床总体结构和液压系统设计为例，介绍该组合机床设计方法和设计步骤，其中包括零件加工工艺路线、组合机床总体结构设计（三图一卡）、液压系统的工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验算等。

组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床通常采用多轴、多刀、多面、多工位同时加工的方式，能完成钻、扩、铰、镗孔、攻丝、车、铣、磨削及其他精加工工序，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。液压系统由于具有结构简单、动作灵活、操作方便、调速范围大、可无级连读调节等优点，在组合机床中得到了广泛应用。

在我国，组合机床发展已有28年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床——柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工

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艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。

从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专家分析，机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。该届博览会上展出的加工中心，主轴转速10000～20000r/min，最高进给速度可达20～60m/min；复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。 然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数据；通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。

在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。

组合机床总体结构和液压系统设计过程如下:(1) 通过对零件的工艺性分析，确定机床的配置型式和结构方案以及切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度最终完成组合机床总体结构设计和液压系统的设计；(2)利用CAD软件分别对各个部分的零件进行设计；(3)采用这样的设计方法可以减少了设计、计算、制图所需要的时间，缩短了设计周期，从多种方案中进行分析、比较，选出最优的方案，实现设计方案的优化，缩短了设计到生产的周期，提高了产品质量。

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1 零件机械加工工艺规程的制定

1.1 零件的作用

轴承座是用来支撑轴承的，固定轴承的外圈，仅仅让内圈转动，外圈保持不动，始终与传动的方向保持一致（比如电机运转方向），并且保持平衡；轴承座的概念就是轴承和箱体的集合体,以便于应用，这样的好处是可以有更好的配合，更方便的使用，减少了使用厂家的成本。至于形状，多种多样，通常是一个箱体,轴承可以安装在其中。

1.2 零件的工艺分析

零件的工艺分析，就是通过对零件图纸的分析研究，判断该零件的结构和技术要求是否合理，是否符合工艺性要求。找出主要技术要求和加工关键，研究零件加工过程中可能出现的问题及需要采取的措施，对图纸的完整性、技术要求的合理性提出意见，对不合理的部分提出修改意见，以保证能用经济合理的方法制造出符合质量要求的零件。通过对零件图的重新绘制，知原图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。总体说来，这个零件的工艺性较好。

1.3 零件的生产类型

1.3.1 生产纲领的计算

生产纲领[1]：企业根据市场需求和自生生产能力，在计划期内应当生产的合格品产量和进度计划。计划期若为一年，生产纲领则为年产量。

N=Qn（1+α）（1+β） (1-1)式中， Q—产品的年产量，台/年；

n—每台产品中该零件的数量，件/台； α—备品率，5%； β—废品率，2%；

零件的生产纲领可按式1-1计算，带入数据得

N=Qn（1+α）（1+β）=37000×2×1.05×1.02=79254件

取Q=80000件。

1.3.2 生产类型的确定

生产类型是指企业生产专业化程度的分类。主要依据产品大小、结构复杂程度及生产纲领而确定。根据表1-1选择生产类型为大批大量生产。生产类型不同，产品的制造工艺

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方法、所用的设备和工艺装备以及生产组织均不相同。

表1-1 生产类型与生产纲领的关系

Table1-1 relation between production type and production program

同类型零件的年产量/件

生产类型

重型（零件质量大于

2000kg）

单件生产 成批生

大批生产

产

大量生产 产品代表

>1000 轧钢机

>5000 柴油机

>50000 缝纫机

300~1000

500~5000

5000~50000

小批生产 中批生产

﹤5 5~100 100~300

中型（零件质量100~2000kg）

﹤20 20~200 200~500

轻型（零件质量小于

100kg） ﹤100 100~500 500~5000

1.4选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯零件图

1.4.1 确定毛坯的铸造方法

表1-2 铸件制造方法 Table1-2 the method for casting works

分类 砂型 铸

机器造型 造

高，但需要一套造型设备，费用较高，铸件重量受限制

大批大量生产中尺寸不大、

采用金属造型，其精度比砂型铸件的高，表面质量和力

金属型铸造

学性能较好，而且生产率高，但需一套专用的金属型

件

铸件金属组织致密，力学性能好，其外圆表面质量与精

离心铸造

度均较高，但内孔精度较低，需流出较大的余量

铜合金等旋转体铸件 大批大量生产的黑色金属、结构不太复杂的有色金属铸

手工木模

制造精度低，易受潮变形，故铸件精度低，加工余量大 批量较小，精度较低的铸件

造型

采用机械化代替手工操作，铸件精度和生产率有所提

一般用于中小尺寸的铸件

特点

适用场合

毛坯的选择是制定工艺规程中的一项重要内容，选择不同的毛坯就会有不同的加工工艺，采用不同设备、工装，从而影响零件加工的生产率和成本。毛坯选择包括选择毛坯

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类型和确定毛坯制造方法两方面，应全面考虑机械加工成本和毛坯制造成本，以降低零件制造总成本。该零件材料为铸铁，据表1-2选择生产类型为大批大量生产，可选择砂型铸造机器造型。

1.4.2确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差

毛坯余量指某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸之差，亦称毛坯总余量，包括毛坯的尺寸公差与机械加工余量。常用的铸件毛坯的尺寸公差与机械加工余量已有国家标准，按照标准即可确定。

a 铸件的公差等级 由于铸造方法是砂型铸造机器造型，铸件材料为灰铸铁，据表1-3选择公差等级为8级。

表1-3 大批量生产的毛坯铸件的公差等级

Table1-3 tolerance class of rough castings of mass production

公差等级CT

方法

钢

砂型铸造手工造型 砂型铸造机器造型

8~12

和壳型 金属型铸造 压力铸造

水玻璃

熔模铸造

硅溶胶

4~6

4~6

4~6

4~6

7~9

8~10 7~9

8~10 7~9

8~10

8~10 6~8 5~8

7~9 4~6

8~12

8~12

8~12

8~10

8~10

11 ~ 14

灰铸铁 11~14

铸 件 材 料 球墨铸铁 11~14

可锻铸件 11~14

铜合金 10~13

锌合金 10~13

b 机械加工余量等级 据表1-4，选定机械加工余量等级为F级。

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表1-4 毛坯铸件典型的机械加工余量等级

Table1-4 typical machining allowance level for rough castings

要求的机械加工余量等级

方法

钢

砂型铸造手工造型 砂型铸造机器造型和壳

F~H

型

金属型铸造 压力铸造 熔模铸造

E

D~F E

D~F E

D~F

D~F B~D E

D~F B~D

E~G

E~G

E~G

E~G

E~G

G ~ K

灰铸铁 F~H

铸 件 材 料 球墨铸铁 F~H

可锻铸件 F~H

铜合金 F~H

锌合金 F~H

c 要求的机械加工余量（RMA）

查表1-5的尺寸Φ45mm孔的RMA值为0.5mm,尺寸107mm的RMA为1.5mm，尺寸50mm的RMA为0.5mm。

表1-5 要求的铸件机械加工余量（RMA） Table1-5 required allowance of rough castings machining

最大尺寸 大于 40 63 100 160 250 400

至 40 63 100 160 250 400 630

C 0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 0.9 1.1

D 0.3 0.3 0.5 0.8 1 1.3 1.5

要求的机械加工余量等级 E 0.4 0.4 0.7 1.1 1.4 1.4 2.2

F 0.5 0.5 1 1.5 2 2.5 3

G 0.5 0.7 1.4 2.2 2.8 3.5 4

H 0.7 1 2 3 4 5 6

J 1 1.4 2.8 4 5.5 7 9

K 1.4 2 4 6 8 10 12

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d 确定之后的铸件尺寸

R=F-2RMA-CT/2 （1-2） R=F+2RMA+CT/2 （1-3）

式中，R—铸件尺寸（mm）； RMA—机械加工余量（mm）； CT—铸件的公差等级（mm）。 1）2×Φ10销孔和4×Φ11孔较小，铸成实心； 2）Φ45mm孔属内腔加工，由式1-2得，

R=F-2RMA-CT/2=45-2×0.5-0.7=43.3mm

3）B、C面属双侧加工，由式1-3得，

R=F+2RMA+CT/2=107＋2×1.5＋0.9=110.9mm

4）D、E面亦属于双侧加工，由式1-3得，

R= F+2RMA+CT/2=50+2×0.5＋0.7=51.7mm

轴承座毛坯尺寸公差与加工余量等级见表1-6。

表1-6 轴承座毛坯尺寸公差与加工余量 Table1-6 tolerance and allowance for bearing seat blank

项目 公差等级CT 加工表面基本

45

尺寸 铸件尺寸公差 机械加工余量

F

等级 RMA 毛坯基本尺寸

0.5 Φ43.3mm

1.5 110.9

0.5 51.7

- 0

- 0

F

F

-

-

1.4

1.8

1.4

-

-

107

50

-

-

Φ45mm孔

8

B面、C面

8

D面、E面

8

2×Φ10销孔

-

4×Φ11孔

-

e 设计毛坯零件图

1)确定圆角半径 R=5 2)确定分模位置

如图,选择竖直平面内的中心位置为分模面。 3)确定热处理方式

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灰铸铁经浇注后,应安排退火处理,以降低加工表面硬度,提高和改善切削加工性。 最终设计的毛坯图如图1-1所示。

图1-1 轴承座毛坯尺寸图

Figure1-1 blank dimensions for bearing seat

1.5 选择加工方法，制定工艺路线

拟定零件加工工艺路线，是零件加工的总体方案设计，是制定工艺规程中的关键性工作。拟定工艺路线所涉及的问题主要是选择定位基准、选择各表面加工方法、安排加工顺序和组合顺序，以及选择各工序所用的机床和工艺装备等。对比较复杂的零件，应多设想几种方案，进行分析比较后，从中选择一个比较经济合理的加工方案。

1.5.1定位基准的选择

定位基准的选择在工艺规程制定中直接影响到工序数目、各表面加工顺序、夹具结构及零件精度。定位基准分粗基准和精基准，用毛坯上未经加工的表面作为定位基准称为粗基准，使用加工过的表面做定位基准称为精基准。在选则基准时应充分考虑粗、精基准的选择原则。

1.5.2 零件表面加工方法的选择

首先根据每个加工表面的技术技术要求，确定加工方法及分几次加工。各种加工方法

所能达到的经济精度和表面粗糙度是决定表面加工方法的最重要的因素之一。本零件的加工面有孔，端面等，材料为铸铁。以公差等级和表面粗糙度要求，参考相关资料，其加工

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方法选择如下。

2×Φ10销孔：由于是用来定位的，采取钻、铰方式加工 4×Φ11孔： 采用钻削方式一次加工即成

Φ45mm孔：为未注公差尺寸，孔径较大可采用粗镗一次的方式加工 Φ54mm孔：表面粗糙度Ra为12.5mm，亦可采用粗镗一次的方式加工 Φ62mm孔：表面粗糙度Ra为1.6mm，需进行粗镗和半精镗 B面：为未注公差尺寸，粗铣一次即可

C面：表面粗糙度Ra为1.6mm，需进行粗铣、半精铣、精铣 D面：为未注公差尺寸，粗铣一次即可 E面：为未注公差尺寸，粗铣一次即可

1.5.3 制定工艺路线

按照先加工基准面及先粗后精和先面后孔的原则，该零件加工可按下述工艺路线进行。工序I：以顶面B为定位基准，粗铣底面C

工序II：以面C为基准钻孔4×Φ11，扩孔4×Φ18，钻销孔4×Φ10 工序III：以面C和两Φ11孔为定位基准，铰销孔4×Φ10

工序IV：以C面和两销孔为定位基准，粗镗孔Φ45和Φ54，粗镗孔Φ62 工序V：以面C和两销孔为定位基准，粗铣左端面D

工序VI：以Φ62孔和左端面D及一Φ11孔为定位基准半精铣底面C 工序VII：以底面C和两销孔为定位基准半精镗孔Φ62 工序VIII：以Φ62孔和左端面D为定位基准粗铣面E 工序IX：以Φ62孔和右端面E为定位基准，半精铣左端面D 工序X：以Φ62孔、左端面D和一Φ11孔为定位基准精铣面C 工序XI：以面C和两Φ10销孔为定位基准，半精铣面C 工序XII：以Φ62孔和左端面为定位基准，半精铣面E

工序XIII：以底面C和两Φ10销孔为定位基准，钻孔4×M6螺纹底孔，倒屑，攻螺纹 工序XIV：以底面C和两Φ10销孔为定位基准，钻孔4×M5螺纹底孔，倒屑，攻螺纹工序XV： 钳工去毛刺 工序XVI：终检

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2 组合机床方案的确定

2.1 确定机床的配置型式及结构方案

由零件尺寸知该轴承座属于中小型零件，本工序需钻螺纹底孔，故可采用单工位组合机床。

2.2 确定钻4×M5螺纹底孔工序切削用量及刀具

根据零件材料，选择高速钢麻花钻，据表2-1选取莫氏锥柄麻花钻4.5GB/T1438.1-1996，用高速钢钻头加工铸铁件的切削用量（已知HB=220）查表2-2选择v=18m/min,f=0.1mm/r。

图2-1 莫氏锥柄麻花钻 Figure2-1 Morse taper shank twist drills

表2-1 攻螺纹前钻孔用麻花钻直径 /mm Table2-1 twist drill diameter before threading

攻螺纹前钻孔用钻头直径 公称直径 普通粗牙螺 距 螺 纹 /mm 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

普通细牙螺纹 0.2 1.6 2.05 2.5 2.9 3.3 3.75 4.2 0.25 1.75 0.35 2.15 2.65 3.15 0.5 3.5 4 4.5 10

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差配合，导套的长度，导套离工件端面的距离）。

查表3-1选取导向的长度L1=4d=20mm,导套离工件端面的距离L2=d=5mm，查表3-2选取导向装置的配合D(H7/g6)，D1(H7/js6)，d（G7）。

3.2.2 夹具设计

本夹具是工序XIV钻4×M5螺纹底孔的专用夹具，在卧式组合机床上加工，所设计的夹具装配图如图3-3所示。

a. 定位方案 工件以底面C和两Φ10销孔为定位基准，采用一面两销的方案限制了工件的六个自由度，属于完全定位。

b. 夹紧机构 根据生产率要求，采用动作较快的液压夹紧方式。通过活塞杆推动铰接在夹具体上的压板夹紧工件，操作完全自动化，提高了生产效率，同时降低了工人的劳动强度。

c. 对刀装置[5] 采用适于大批大量生产的快换钻套，H7/g6配合。钻套导向长度H：钻孔深度大于2倍直径时，H=(1.2-2.5)D=6-12.5mm, 取H=10mm。钻套端面与工件表面的距离h：钻削铸铁时，h=(0.3-0.6)D=1.5-3mm,取h=3mm。

图3-3 轴承座夹具装配图

Figure3-3 clamp assembly drawing for bearing seat

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d. 钻模板的选择和连接方式 选择固定钻模板与夹具体通过螺纹连接成一体。 e. 夹具体 工件的定位元件和夹紧元件由夹具体连接起来，两个夹紧液压缸镶嵌在夹具体中，综合考虑各种因素后设计的夹具体如图6-3所示。

f. 使用说明 安装工件时，液压缸活塞杆处于最低处，待工件安装在夹具体上之后，液压油泵工作，活塞杆伸出，推动压板夹紧工件。工件加工完成后，通过行程开关发送的执行信号，驱动活塞杆缩回，压板由于自重松开工件。

3.2.3 初定主轴尺寸，外伸长度和选择接杆

a主轴直径的确定

d?B4M100 （3-1）

式中，d—轴的直径（mm）；

M???? （3-2） Wp M—轴所传递的转矩（N·mm）；

Wp—轴的抗扭截面系数（mm3），实心轴的Wp=0.2d3； [τ]—许用剪应力（N/mm2）；

B—系数。当材料的剪切弹性模量G=8.10×104N/mm2时，B值如表。

[Φ]( °/m)

5.2

1/4 7.3

1/2 6.2

1 5.2

主轴与刀具非刚性联接（连杆联接），M=702N·mm，[Φ]=0.5°/m,由公式3-1得，

3702W?0.2dpmm，=2129.6，d?6.24?10.10mm。验证公式3-2，由M=702N·

100[τ]=0.9[σ]=0.9×200 MPa=180MPa知702/2129.6=0.33<180,故所选直径合格。

b确定主轴外伸尺寸

由初定的主轴直径d=10.10mm，据表3-3，确定主轴尺寸 D/d1=22/14 , L=85mm 式中，D—主轴直径

d1—主轴内孔直径 L—主轴外伸尺寸

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图3-4 组合机床用接杆

Figure3-4 Arbors used in modular machine tool

表3-3 通用钻削类主轴的系列参数

Table 3-3 Series of parameters of general drilling spindle

主轴外伸 短主轴

前、后支撑均为圆锥滚子

轴承的短主轴

前、后支撑均为圆锥滚子

轴承的长主轴

长主轴

前支撑为推力球轴承和向心球轴承或圆锥滚子

轴承的主轴

前、后支撑均为推力球轴

承和无内圈滚子轴承的

主轴

22/

主轴外伸尺寸(mm)

L

接莫氏圆锥号

85 1

115 115 115 115 135 135 135

1,2,1,2

3

2,3

2,3

3,4

4,5

4,5

D/d1

14

20

26

36

36

44

60

60

30/

38/

50/

50/

65/

80/

90/

15

20

25

30

35

40

20

15

20

25

30

35

40

12

20

25

30

35

40

50

60

7

25

30

35

40

50

60

6

主轴类型

主轴直径

种数

c接杆的选择

因为本设计采用的是莫氏锥柄号为1的莫氏锥柄麻花钻，主轴直径为22，查表3-4，

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D=14mm<22mm，符合要求，选择接杆：1-200 T0635-01。

表3-4 组合机床用接杆

Table3-4 Arbors used in modular machine tool 莫氏圆

接杆号 1 2 3

T20×2

4

2

5 6 7

T26×2

8 9 10

2

11

T36×3

12 13

3

14

T44×3

15

B

38 32

65

270~530

130

75

A

32

14

36

255~540

B

30

50

250~540

3 2

A

30 34 26

2

230~520

70

250~540

1

B

30

12

20 24

38

230~520

110

215~510

65

24

230~510

D×P

锥号

T14×2

1

A

20 18

215~500

22

30

1

23

10

185~485

85

类型

D1

D2

B

B1

L

l

L1

3.2.4 确定动力部件的工作循环及工作行程

由于加工的是螺纹底孔，确定动力部件的工作循环方式为：

快速引进—工作进给—快速退回

a工作进给长度

L工=工件加工部位长度L+刀具切入长度（5-10mm）+刀具切出长度L2（盲孔L2=0）=12+8=20mm 考虑到钻套[7]，取L工=45mm。 b快速退回长度

结合主轴外伸长度，莫氏锥柄麻花钻尺寸和工作进给长度取L快退=110mm，

L快退=L快进+L工进=155mm

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c动力部件总行程的长度

L总=L前备（20）+L后备（35）+L快退=210mm

最终确定的加工示意图如图3-5所示。

图3-5 组合机床加工示意图

Figure3-5 process diagram for modular machine tool

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4 机床联系尺寸图

4.1 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、辅具系统，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关系和运动关系，以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。

4.2 选择动力部件

4.2.1 主运动动力箱型号规格的选择

根据刀具主轴的切削用量，计算出切削功率作为选择组合机床主轴传动用动力箱型号规格的依据。切削功率：P总=4×P=4×0.106kw＝0.424kw，据1-24【组合机床的设计】，选择动力箱的型号为1TD25—Ⅰ，电动机功率0.75kw

4.2.2 动力滑台的型号和规格的确定

每种规格的动力滑台有其最大的进给力F进的限制。选用时，可根据确定的切削用量计算出各主轴的轴向切削合力ΣF，以ΣF

F=4×524N=2096N<8000N

结合L总=210mm据表2-5【组合机床的设计】，选择滑台型号为1HY25。

4.2.3 行程

选用动力滑台时，必须考虑其允许最大行程。设计时，所确定的动力部件总行程应小于所选动力滑台的最大行程。

L总=210mm

4.2.4 配套通用部件的选择

侧底座1CC251，其高度H=560mm，宽度B1=450mm，长度L=900mm。

4.2.5 机床装料高度H1

装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。在现阶段的组合机床设计中，装料高度可视情况在H=850—1060mm间选取。选取装料高度时应考虑的主要因素

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是：应与车间里运送工件的滚道高度相适应，工件最低孔位置，多轴箱最低主轴高度和选用部件、中间底座、夹具等部件高度尺寸的限制，本设计取 H1=910mm。

4.2.6 中间底座的轮廓尺寸

中间底座沿长度方向的轮廓尺寸可按以下公式确定

L=（L1 +2L2+L3）－2（l1+l2+l3） （4-1）

式中，L1—加工终了位置，多轴箱端面至工件端面的距离，由加工示意图知L1=250mm； L2—多轴箱厚度，由多轴箱尺寸知L2=325mm； L3—沿机床长度方向上工件的尺寸，L3=89mm；

l1—机床长度方向上，多轴箱与动力滑台的重合度，取l1=180mm；

l2—加工终了位置，滑台前端面至滑座前端面的距离，取l2=40mm； l3—滑座前端面至侧底座前端面的距离，取l3=100mm； 由公式4-1得：

L=（L1 +2L2+L3）－2（l1+l2+l3）=349mm，取L=350mm。

由夹具图知，夹具底座长度A=250mm，所以夹具底座和中间底座四周的距离a取50mm，符合要求。

4.2.7 多轴箱的轮廓尺寸

选用标准通用卧式钻削类机床多轴箱的厚度为325mm，绘制机床的联系尺寸时，着重要确定的尺寸是多轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度h1。

如图4-1所示，被加工零件轮廓以点划线、多轴箱轮廓尺寸用粗实线表示。多轴箱宽度B、高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按下式确定：

B=b+2b1 （4-2） H=h+h1+b1 （4-3） 式中，b—工件在宽度方向相距最远的两孔的距离（mm）； b1—最边缘主轴中心距箱外壁的距离（mm）； h—工件在高度方向相距最远的两孔距离（mm）； h1—最低主轴高度（mm）。

b和h为已知尺寸。为保证多轴箱有排布齿轮的足够空间，b=63mm，推荐b1>70—100mm取b1=140mm。

多轴箱最低主轴高度h1须考虑到与工件最低空位置（h2=34.5mm）、机床装料高度

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（H1=910mm），滑台滑座总高（h3=250mm）、侧底座高度（h4=560mm）、滑座与侧底座之间调整垫高度（h7=5mm）等尺寸之间的关系而确定。对于卧式组合机床，h1要保证润滑油不致从主轴忖套处泄露箱外，通常推荐：

h1>85—140mm

h1=h2+H1-(0.5+h3+h7+h4)=129mm

若取b1=140mm，则由公式4-2和4-3可求出多轴箱的轮廓尺寸为：

B=b+2b1=321mm H=h+h1+b1=332mm

根据上述计算值，按多轴箱尺寸系列标准，最后确定多轴箱的轮廓尺寸为：

B×H=320×400mm

图4-1 多轴箱轮廓尺寸

Figure4-1 outline dimensions for multi-axle

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4.3联系尺寸图的画法和步骤

4.3.1 画主视图

主视图的图形布置应与实际机床工作位置一致，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×高。以工件两端面及工件最低孔中心线O1—O2分别为长度方向和高度方向上的基准，根据已确定的机床各组成部件轮廓尺寸及主要相关尺寸按下列顺序进行：以工件左端面为基准，根据前面已经确定的工件端面至多轴箱端面的最小距离L1=250mm确定机床左面至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h1=129mm及多轴箱轮廓尺寸B×H=320×400mm画出左多轴箱外廓。多轴箱以其后盖与动力箱定位连接，根据已选择的ITD25—Ⅰ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平齐安装。动力滑台与滑座在机床长度方向上的相对位置，由加工终了时滑台前端面到滑座前端面的距离l2决定。l2是在机床长度方向上各部件联系尺寸的可调环节。对于通用标准动力滑台，l2尺寸范围为75 ~85mm。l2是动力滑台、滑座本身结构决定的滑台前端面到滑座前端面的最小距离与前备量二者之和。通常前者不应小于15 ~20mm，这里选取为20mm，l2=20+20=40mm。为便于机床的调整和维修，滑座与侧底座之间需加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为滑座前端面而到侧底座前端面的距离l3决定。若采用的侧底座为标准型，则l3可由组合机床通用部件联系尺寸标准中查得；若不能采用标准型侧底座，则可根据具体情况而定，这里取l3=100。 中间底座轮廓尺寸的确定原则前面已有阐述。其长度方向尺寸可按下式确定

L=（L1 +2L2+L3）－2（l1+l2+l3） （4-4） 式中，L1—加工终了位置，多轴箱端面至工件端面的距离，由加工示意图知L1=250mm； L2—多轴箱厚度，由多轴箱尺寸知L2=325mm； L3—沿机床长度方向上工件的尺寸，L3=89mm；

l1—机床长度方向上，多轴箱与动力滑台的重合度，取l1=180mm；

l2—加工终了位置，滑台前端面至滑座前端面的距离，取l2=40mm； l3—滑座前端面至侧底座前端面的距离，取l3=100mm； L=（L1 +2L2+L3）－2（l1+l2+l3）=349mm，取L=350mm。

由夹具图知，夹具底座长度A=250mm，所以夹具底座和中间底座四周的距离a取50mm，符合要求。

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4.3.2 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。

4.3.3 联系尺寸图应注明的状态和尺寸

a完整、恰当地标注机床各主要组成部件的轮廓尺寸及相关联系尺寸，应使机床在长、宽、高三个方向的尺寸链封闭。

b应表示清楚运动部件的原点、终点状态及运动过程情况，以确定机床最大轮廓尺寸。 c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件中心不对称和有某些具体要求时，动力部件相对夹具，夹具相对中间底座也就不对称，此时应注明它们相互偏置的尺寸。

d应注明电动机型号、功率、转速及所选标准通用部件的型号规格和其主要轮廓尺寸，并对组成机床的所有部件进行分组编号，作为部件和零件的设计原始依据。

实践证明，机床联系尺寸图在整台组合机床设计工作完成之前，特别是在部件的具体设计过程中，总会发现某些结构、尺寸定得不够合理，甚至不能满足设计与使用要求，而需对机床联系尺寸图进行修改，相应地变动和调整图上尺寸，此时，联系尺寸图又要成为调整机床各个部件之间尺寸联系的依据。

图4-2 组合机床总体结构图

Figure4-2 overall structure of modular machine tool

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4.4 机床生产率计算卡

4.4.1 生产率计算的作用

根据选定的机床工作循环所需的工作行程长度、切削用量、动力部件的快进及工进速度等，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。同时反应所设计组合机床的自动化程度。通过生产率计算卡的编制可以分析所制定的机床方案是否满足生产要求及使用是否合理。

4.4.2 生产率和负荷率的计算方法

a 理想生产率Q

指完成年生产纲领A（包括备品率废品率在内80000件）所要求的机床生产率。它与全年工时总数K有关，一般情况下，单班制生产K取2350h，两班制取4600h，则

Q?A80000??34.0(件/h) （4-5） K2350

b 实际生产率Q1

指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。

Q1=60/T单（件/小时） （4-6） 式中，T单—生产一个零件所需的时间（mm），它可根据式8-2计算：

T单?t切?t辅?（L工进vf?t停）?(L快进?L快退vfs?t移?t装卸（)min） （4-7）

式中， L工进—刀具进给行程长度（mm）； vf—— 刀具进给速度（mm/min）；

t停— 动力滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋

转5 ~10r所需的时间（min）；

L快进、L快退—分别为动力部件的快进、快退行程长度（mm）； Vfs— 动力部件快速行程速度；

t移—直线移动或回转工作台进行一次工位转换的时间，取0.1min；

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t装卸—工件装卸时间，一般取0.5~1.5min，这里取1min。

110?15510?0.1（?）?(?0.1?1)?1.60min，把各项数据带入式4-7得，T单? 114.6114.618?10345再将T单带入式4-6得，Q1=60/T单=60/1.60=37.5（件/小时）。

c 机床负荷率η负

当Q

d 生产率计算卡的一般格式

机床生产率计算卡是按一定格式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。图4-1所示为轴承座专用组合机床的生产率计算卡。

Q34.0 ??90% （4-8）

Q137.5 27

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专机液压系统设计要求专机液压系统完成的工作循环是：工件夹紧—工作台快进—工作台工进—工作台停止—工作台快退—工作台松开。运动部件的重力为25000N，快进快退速度为v=12m/min,工作进给速度要求在32—800mm/min范围内无级调节。动力滑台导轨形式为平导轨，静动摩擦系数：fs=0.2，fd=0.1。往返运动的加速减速时间为0.2s，快进行程L1为110mm，工进45mm，夹紧缸的行程为20mm，夹紧力为3000N，加紧时间为1s。

5 工况分析

首先根据已知条件，绘制运动部件的速度图，如图5-1所示。然后计算各阶段的外负载并绘制负载图。

图5-1 速度循环图 Figure5-1 speed cyclic graph

液压缸所受外负载F包括三种类型，即

F=Fw+Ff+Fa （5-1） 式中，Fw—工作负载，对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力，

Fw=4×524=2096N；

Fa—运动部件速度变化时的惯性负载，Fa=

250012G?v?? =N=2550N 9.80.2?60g?tFf — 导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导

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轨Ff可由式5-2求得

Ff =f（G+FRn） （5-2）

式中，G— 运动部件的重力；

f— 导轨静摩擦系数，静摩擦系数fs=0.2,动摩擦系数fd=0.1。则求得：

Ffs=0.2×2500N=5000N Ffd=0.1×25000N=2500N

根据上述计算结果，列出个工作阶段所受的外负载（见表5-1），并画出如图5-2所示的负载循环图[4]。

表5-1 工作循环各阶段的外负载

Table5-1 external load of Various stages of the work cycle

工作循环 启动、快进 快进

外负载F（N） F= Ffs+ Fa F= Ffs

7550 2500

工作循环 工进 快退

外负载F（N） F= Ffd+ Fw F= Ffd

4596 2500

图5-2 负载循环图 Figure5-2 load cyclic graph

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/e2c3.html