毕业论文汽车变速箱体前后端面钻攻螺纹组合机床设计Word格式.docx

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6、配置灵活。

因为结构模块化、组合化。

可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床或生产线；

机床易于改装；

产品或工艺变化时，通用部件一般还可以重复利用。

7、工作循环。

一台组合机床其工作循环常常是比较复杂的，不仅有好几个动力头按不同的循环进行工作，而且这些循环还需其他部件，如移

动工作台，回转工作台以及鼓轮等配合动作。

工作循环应当尽可能的简单而且控制元件应该少，否则机床的制造成本加大，安全性能也会降低。

本组合机床适合在大批量生产中使用，生产效率大大提高。

为了降低成本，应多选用复合刀具，尽量做到一次成形，减少装夹次数。

选择合适的电机和动力头，选择恰当的切削用量和切削速度。

1.3组合机床的工艺范围

组合机床加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动进行平面加工和孔加工两大类工序。

平面加工包括铣平面、锪（刮）平面、车端面等；

孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹、锪沉孔、滚压孔等。

随着综合自动化的发展，其工艺范围正扩大到车外圆、行星铣削、拉削、推削、磨削、珩磨及抛光、冲压等工序。

此外，还可以完成焊接、热处理、自动装配和检测、清洗和零件分类及打印等非切削工艺。

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。

由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。

因此，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。

组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。

有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件（如飞轮、汽车后桥半轴等）的外圆和端面加工。

1.4组合机床配置型式

组合机床的通用件部件分大型和小型两大类。

所以大型组合机床和小型组合机床在结构和配置型式有较大的差别。

大型组合机床的配置型式多种多样，根据配置型式，组合机床可分为单工位和多工位两大类。

其中单工位组合机床按被加工面的数量又有单面、双面、三面和四面4种，通常只能对各个加工部位同时进行一次加工；

多工位组合机床则有回转工作台式、往复工作台式、中长立柱式和回转鼓轮式4种，能对加工部位进行多次加工。

小型组合机床的配置型式可分为单工位和多工位两大类等。

本次设计的是单工位、双面、卧式的大型组合机床。

1.5组合机床的设计步骤

我所做的课题就是这样的。

1、调查研究主要是对加工零件的了解研究；

2、总体方案设计，就是编制“三图一卡”；

3、技术设计就是设计机床各专用部件正式总图，如设计夹具，多轴箱等；

4、工作设计即绘制各个专用部件的施工图样、编制各部件零件明细表。

第二章组合机床总体设计

工艺方案的拟定是组合机床设计的关键一步。

因为工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。

因此，应根据工件的加工要求和特点，按一定的原则，结合组合机床常用工艺方法，充分考虑各种影响因素，并经技术经济分析后拟定出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。

2.1确定组合机床工艺方案的基本原则及注意问题

2.1.1确定组合机床工艺方案的基本原则

1、粗精加工分开原则

粗加工时的切削负荷较大，切削产生的热变形。

较大夹紧压力引起的工件变形以及切削振动等，对精加工工序十分不利，影响加工尺寸精度和表面粗糙度。

因此，在拟定工件一个连续的多工序工艺过程时，应选择粗精加工工序分开的原则。

2、工序集中原则

工序集中是近代机械加工主要发展方向之一。

组合机床正是基于这一原则发展而来的，即运用多刀（相同或不同刀具）集中在一台机床上完成一个或几个共建的不同表面的复杂工艺过程，从而有效地提高生产率。

因此，拟定工艺方案时，在保证工件质量和操作维修方面的前提下，应适当提高工序集中程度，以便减少机床台数、占地面积和节省人力，取得理想的效果。

但是，工序过于集中会使机床结构杂，增加机床设计和制造难度，机床使用调整不便，甚至影响机床是使用性能。

如刀具数过多，停机率增加，反而会影响机床生产率，切削负载过大，当工件刚性不足而产生变形会影响工件质量。

因此须全面分析多方因素，合理决定工序集中程度。

考虑的一般原则有如下两个方面：

一是适当考虑相同类型工序的集中；

二是有相对位置精度要求的工序应集中加工。

2.1.2确定组合机床工艺方案应注意的问题

1、按一般原则拟定工艺方案时的一些限制

（1）孔间中心距的限制：

根据切削扭矩计算要求，主轴轴颈和轴承外径有一最小许用尺寸；

对于螺纹孔加工还要考虑相应攻螺纹靠模的径向尺寸限制；

对于镗孔，要考虑浮动卡头和导向尺寸或刚性主轴机构尺寸限制。

所以近距离孔能否在同一多轴箱上同一工位进行加工，要受各类主轴允许的最小中心距限制。

（2）工件结构工艺性不好的限制：

有些工件结构工艺性不好，如箱体多层壁上的同轴线的孔径中间大两头小时，则进刀困难。

又如多层壁同轴孔，为便于布置中间导向装置，孔中心离箱体侧壁间距离也应足够。

2、其他应注意的问题

（1）精镗孔时用注意孔表面是否允许留有退刀刀痕。

（2）对互相结合的壳体零件，均应分别从截获面加工联接孔。

（3）钻阶梯孔时，应先钻大孔后钻小孔。

（4）平面一般采用铣削加工。

（5）在制定加工一个工件的几台成套机床或流水线的工艺方案时，应尽可能使精加工集中在所有粗加工之后，以减少内应力变形影响，有利于保证加工精度。

（6）机床工作时需要用冷却液除对刀具和工件起冷却作用外，并且还能在金属表面形成润滑薄膜，起到润滑作用。

一些冷却液中含有碳酸钠，亚硝酸钠等防锈剂，它们在金属表面形成胶状吸附膜或氧化物薄膜，又能使金属免受腐蚀的作用。

因而选择冷却液时，应根据组合机床完成工艺、加工方法、刀具材料以及被加工零件的材料来决定。

在由于在该次设计中加工的是铸铁件，由于铸铁本身含有石墨能自身润滑，一般都不加冷却液。

在大量生产中有时为了减少加工中的铁粉飞扬，也增加冷却系统，以改善操作条件。

有时可采用苏打水，5%的乳化液，其乳化剂的主要成分可以是氧化油膏或硫化切削油。

其配方为：

油膏2%～5%，粗加工取低值，精加工取高值;

亚硝酸钠0.2%～0.25%;

无水碳酸钠0.2%～0.3%。

在铸铁工件上攻丝时，则都采用润滑液，以提高表面光滑度，减少功率的消耗。

通常采用煤油，亦可采用硫化切削液及混合油等。

冷却液的流量应根据刀具的形式、直径的大小、加工方法、切削用量等具体条件确定，组合机床的设计使用经验表明，对镗刀、钻头以及铣刀一类刀具，每根刀具冷却液的平均流量约为（2～6）L/min。

2.1.3工艺方案的拟订

拟订专用机床工艺方案的一般步骤如下。

1、分析、研究加工要求和现场工艺，工序

在制定组合机床工艺方案时，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途及其结构特点，加工部位及其精度、表面粗糙度、技术要求及生产纲领。

深入现场调查分析零件的加工工艺方法，定位和夹紧方式，所采用的设备、刀具及切削用量，生产率情况及工作条件等方面的现行工艺资料，以便制定出切合实际的合理工艺方案。

本设计所加工的汽车上用来进行速度转换和行驶方向的设备，属于箱体类零件，其结构不是很复杂，加工不是很困难。

我所加工的是两个平面上的钻孔攻丝，都属于普通级别，生产纲领是5万件/年，两班制，属于大批量生产。

因此可以采用组合机床来进行生产。

考虑到大批量生产，应设计专用钻夹具和攻丝夹具来完成，因为是民用生产，其通用性很强，故采用较简单的手动夹紧方式。

划分工序要考虑到生产的规模、加工的精度、所用机床的特点、机床负荷情况等。

划分工序可以有两种趋向：

工序集中和工序分散。

工序的集中分散各有其长处，一般说来，在大批量生产中以提高生产率为主，需广泛采用多刀、单轴与多轴自动或半自动机床，多轴龙门铣床、组合机床等，故采取工序集中可以获得突出的效果。

组合机床的正常工作与合理地选用切削用量，即确定合理的切削速度和工作进给量有很大的关系。

切削用量选的恰当，能使组合机床减少停车损失，提高生产效率，延长刀具寿命，提高加工质量。

此次设计的轴承座钻孔攻丝组合机床很大程度上使各工序尽量集中，发挥组合机床的优点，同时使各种误差减小到最低限度。

由于此设计中所加工的零件18个孔分布在变速箱前后端面，便于加工，所以用一个工位完成。

主要工位经分析选取以下方案：

1）装卸、夹紧；

2）钻8个孔φ8.5,钻10个为φ8.5,3）攻丝。

8个孔M10,10个孔M10

2、定位基准和夹压部位的选择

正确选择定位基准和夹紧部位时保证加工精度的重要条件。

本设计采用一面两孔的定位方案来保证此钻孔和攻丝的加工精度，则选择变速箱的底面所在的平面作为定位基准。

它们又是设计基准，用他们做定位基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，保证工艺基准和设计基准的重合。

实现箱体零件“一面两孔”的典型定位方式。

夹紧位置选择在有足够的夹紧力下箱体产生变形最小的部位。

3、影响工艺方案的主要因素

（1）加工的工序内容和加工精度:

我所加工的是钻孔和攻丝，其没有具体的公差要求，综合考虑只有位置公差的影响。

这是制定机床工艺方案的主要依据。

（2）被加工零件的特点

工件材料及硬度:

材料为HT200，硬度为170HBS。

加工部位的构造形状:

分别为Φ82和Φ135圆上均布的4个孔；

Φ115和Φ156圆上的均布的4个孔和6个孔

工件的刚性:

满足要求。

零件的生产批量:

生产纲领是5万件/年，两班制。

工厂生产制造能力：

可以胜任。

2.1.4工序间余量的确定

钻孔主要是为攻丝做准备，故考虑到是攻M10的螺纹，查手册的钻孔是钻Φ8.5的孔。

2.1.5刀具结构的选择

选用高速钢的麻花钻，其直径规格D为8.5mm，攻丝则选用M10的机用丝锥。

2.2切削用量的确定

在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和关键工序的切削用量选择十分重要。

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、机床的结构型式即工作可靠性均有较大的影响。

2.2.1组合机床切削用量选择的特点、方法及注意问题

1、组合机床切削用量选择的特点

（1）组合机床常采用多刀多刃同时切削，为尽量减少换刀时间的消耗，保证机床的生产率及经济效果，选用的切削用量应比通用机床单刀加工时低30%左右。

2、组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给。

因此，同一滑台带动的多轴箱上所有刀具（除丝锥外）的每分钟进给量相同，即等于滑台的工进速度。

2.2.2组合机床切削用量选择方法及应注意的问题

目前常用查表法，参照生产现场同类工艺，必要时经工艺试验确定切削用量。

组合机床加工孔、平面及螺纹的常用切削用量都要查一般的手册。

确定切削用量时用注意以下问题。

1）应尽量做到合理使用所有刀具，充分发挥其使用性能。

2）复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用受命。

3）选择切削用量时要注意既要保证生产批量要求，又要保证刀具一定的耐用度。

4）确定切削用量时，还需考虑所选动力滑台的性能。

2.2.3确定切削力、切削转矩、切削功率和刀具耐用度

1、钻削用量

加工材料：

铸件HT200

工序：

钻端面孔

查[5]得

加工直径为Φ8.5布氏硬度为170HBS

切削速度为16~24m/min取16m/min

0.12~0.2mm/r取0.12mm/r

攻螺纹

切削速度为48m/min取5m/min

螺距为1.5mm

进给量为f=1.5mm/r

2、刀具选择

钻孔为：

Φ8.5

钻孔刀具为：

高速钢制造的标准麻花钻

直径D＝8.5

攻丝刀具为：

机用丝锥

直径M＝10

2.2.4切削力、切削转矩、切削功率

钻孔计算：

公式（2-1）

公式（2-2）

公式（2-3）

公式（2-4）

公式（2-5）

公式（2-6）

公式（2-7）

—切削速度（米/分）；

F—切削力（N）；

M—扭矩（Kg·

mm）；

T—切削转矩（N.mm）；

K—刀具耐用度（分）；

s—每转进给量（mm/r）；

N—切削功率（KW）；

P—轴向力（公斤）；

HB—布氏硬度；

D—钻头直径（mm）。

攻丝计算：

采用煤油或是10%的乳化液以提高表面光洁度，减少功率消耗。

公式（2-8）

公式（2-9）

公式（2-10）

公式（2-11）

在切削过程中，由于丝锥的磨钝将引起切削抗力的增加，当丝锥磨钝到磨钝标准时，M和N将增加到如下数值：

M/=2.5MKM=2.5×

0.72×

0.80=1.44Kg·

mm

N/=2.5NKN=2.5×

0.15×

0.80=0.3KW

组合机床上经常是多个丝锥同时工作，考虑到同时工作的丝锥磨钝的情况不可能相同，因此切削总功率应按下式计算：

N总=nINIKN2I+nⅡNⅡKN2Ⅱ‥‥‥‥‥

nI、nⅡ‥‥‥同类丝锥的个数；

NI、NⅡ‥‥‥同类丝锥单个切削功率；

KN2I、KN2Ⅱ‥‥‥每类丝锥数量的修正系数。

查书[5]得KN2=1.4

N总=8×

1.4=1.68KW

N总=10×

1.4=2.1KW

2.2.5确定主轴类型、尺寸、外伸长度

主轴类型主要根据工艺的方法和刀杆与主轴的连接结构进行确定。

我在设计中采用的是下列公式来确定主轴的：

d=B

公式（2-12）

查的B=6.2则

因尽量不使用15mm以下的直径主轴，故选用d=20mm。

进行轴的校核：

Wρ=0.2d3=0.2×

203=1600×

10-9

公式（2-13）

=T/Wρ=（10×

263.67×

0.001）/（1600×

10-9）=1.65Mpa

公式（2-14）

[

=40MPa>

满足要求。

查书5得D/d=30/20,L=115mm.

而攻丝主轴按所攻螺纹可直接查出来，为D/d=30/20,L=120mm。

2.2.6动力部件工作循环及行程的确定

钻孔工作进给长度的确定：

钻模板与工件距离为15mm。

钻头工进距离为20mm

钻头快进距离为20mm

则快退距离为40mm

动力部件总行程的确定：

总行程为400mm，前备量为15mm，后备量为345mm。

攻丝进给长度的确定：

钻头工进攻退距离为15mm

钻头快进距离为35mm

则快退距离为35mm

总行程为400mm，前备量为295mm，后备量为55mm

2.3组合机床总体设计——“三图一卡”

绘制组合机床“三图一卡”，就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。

其内容包括：

绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和编制生产率计算卡等。

2.3.1被加工零件工序图

1、被加工零件工序图的作用与内容

被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床（或自动线）上完成的工艺内容，加工部件的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹紧部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样。

除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。

被加工零件工序图是被加工零件图基础上，突出本机床或生产线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。

其内容主要包括：

（1）被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。

当需要设置中间导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部肋、壁布置及有关结构形状和尺寸表示清楚，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。

（2）本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。

以便据此进行夹具的支撑、定位、夹紧和导向等机构设计。

（3）本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。

（4）注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。

2.3.2绘制被加工零件工序图的规定及注意事项

1、绘制被加工零件工序图的规定：

为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定：

应按一定的比例，绘制足够的视图以剖面；

本工序加工部位用粗实线表示，保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画“——”粗实线，其余部件用细实线表示；

定位基准符号用

，并用下标数表明消除自由度数量（如

）；

夹紧位置符号用↓。

2、绘制被加工零件工序图注意事项：

（1）本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。

当本工序定位基准与设计基准不符时，必须对加工部位的位置精度进行分析和换算，并把不对称公差换算成对称公差。

有时也可将工件某一主要孔的位置尺寸从定位基准面开始标注，其余各孔则以该孔为基准标注。

（2）对毛坯应有要求，对孔加工余量要认真分析。

（3）当本工序有特殊要求时必须注明。

2.3.3零件加工工序图的绘制

我所加工零件的部位是它的箱体两面上钻孔和攻丝，它的轮廓尺寸是Φ115和Φ156，Φ82和Φ135绘制加工示意图主要是把它的要钻孔的位置表达出来。

用两个视图足以表达清楚。

另外，再标上尺寸、定位基准、尺寸标注、夹压部位及夹紧方向、精度、表面粗糙度、形位公差、硬度等内容。

2.3.4加工示意图

1、加工示意图的作用和内容

加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的，是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。

它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱以及选择动力部件、绘制机床总体联系尺寸图的主要依据；

是对机床总体布局和性能的原始要求；

也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。

加工示意图应表达和标注的内容有：

机床的加工方法、切削用量、工作循环和工作行程；

工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸；

主轴结构类型、尺寸及外伸长度；

刀具类型、数量和结构尺寸（直径和长度）；

接杆（包括镗杆）、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置等结构尺寸；

刀具、导向套间的配合、刀具、接杆、主轴之间的连接方式及配合尺寸等。

如图所示。

2、绘制加工示意图的注意事项

加工示意图应绘制成展开图。

按比例用细实线画出工件外形。

加工部位、加工表面粗糙度画粗实线。

必须使工件和加工方位与机床布局相吻合。

为简化设计，同一多轴箱上结构尺寸完全相同的主轴只画一根，但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号。

一般主轴的分布不受真实距离的限制。

当主轴彼此间很近或需设置结构尺寸较大的导向装置时，必须以实际中心距严格按比例画，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是否互相干涉。

主轴应从多轴箱端面画起；

刀具画终了位置。

对于采用浮动卡头的镗孔刀杆，为避免刀杆退出导向时下垂，常选用托架支撑退出的刀杆。

这时必须画出托架并标出联系尺寸。

采用标准通用结构只画外轮廓，但必须加注规格代号；

对一些专用的刀具、导向、刀杆托架、专用接杆或浮动卡头等，须用剖视图表示其结构，并标注尺寸、配合及精度。

当轴数较多时，加工示意图必须用细实线画出工件加工部位分布情况简图，并在孔旁标明相应号码，以便于设计和调整机床。

多面多工位机床的加工示意图一定要分工位，按每个工位的加工内容顺序进行绘制。

并应画出工件在回转工作台或鼓轮上的位置示意图，以便清楚地看出工件及在不同工位与相应多轴箱主轴的相应位置。

3、选择刀具有关计算

（1）刀具的选择

选择刀具应考虑工件材料、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求。

只要条件允许，应尽量选用标准刀具。

（2）标注联系尺寸

主要标注从麻花钻的钻头到被加工面尺寸、麻花钻尺寸、攻丝的靠模装置尺寸和必要的定位等尺寸。

（3）标注切削用量

其内容主要有钻头和丝锥的转速n，切削速度v，进给量f。

（4）动力部件工作循环及行程确定

钻头的快进、工进、退刀、快退和丝锥的快进、工进、攻退、快退两个循环行程的计算。

（5）其他应注意事项

加工示意图应于机床实际加工状态一致。

表示出工件安装状态及主轴加工方法。

图中尺寸应标注完整，尤其是从钻头至钻尖的轴向尺寸链应齐全，以便于检查行程和调整机床。

图中应表示出机床动力部件的工作循环图及各行程长度。

加工示意图应有必要的说明。

如加工零件的名称、图号、材料、硬度、加工余量、毛坯要求、是否加冷却液及其他的工艺要求等。

4、零件加工示意图的绘制

我所绘制的内容主要有要加工的平面和所用的钻头和丝锥。

此外，还要标注它们与被加工表面的联系尺寸、它们的切削用量、工作循环和工作行程等内容。

而具体的数值计算前面已算好，此处不再重复。

2.3.5机床联系尺寸图

1、机床联系尺寸总图的作用于内容

机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据的，并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。

它是用来表示机床的配置形式、主要构成及各部件安装位置、互相联系、运动关系和操作方位的总体布局图