机械机床毕业设计21E52FM左曲轴箱双面钻专用机床左主轴箱设计文档格式.docx

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在改革开放以来，我国机械制造业迅猛发展。

已经具备了成套生产加工各种精密的，高度自动化的以及高效率的组合机床和自动生产线，有些机床甚至已经接近世界先进水平。

现在我国已经可以研制并生产出六轴五联动的系统，分辨率可以达到1微米，适用于复杂型体的加工。

组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；

采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；

以及纳入柔性制造系统等。

1.3生产加工对象的介绍及用途

IE52FM汽油机是江苏林海动力机械集团生产的一款新式汽油机。

江苏林海动力机械集团具有五十多条研制和生产小型动力及配套机械的历史，有着强大的产品开发研制的能力。

先后研制开发了排量从26ML到520ML的各种类型的二冲程、四冲程汽油机，卧式、立式、风冷、强制风冷、水冷、油冷及各种启动方式和用途的汽油发动机以及各类配套动力机械。

现在集团主要的产品有通用发动机及小型汽油发电机组、油锯、风力灭火器、割灌机等配套机械；

大批量生产雅马哈摩托车及摩托车发动机等；

此外ATV、CUV等特种车辆畅销国内外市场。

IE52FM是一款单缸汽油机，主要作为配套机械，适用在如油锯，割草机，小型水泵等小动力机械工件上，具有良好的市场效益。

IE52FM型汽油机的生产纲领是单班制年产5万台。

属于大批量生产，在批量生产中为了提高生产率，必须注意缩短加工时间和辅助时间，而且尽可能使辅助和加工时间重合，使每个工位安装多个工件同时进行多刀加工，实行工序高度集中，因而广泛采用组合专用机床。

组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。

专用机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工；

可完成钻孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削、车孔端面等工序，随着组合机床技术的发展，其工艺范围日益扩大，如：

焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。

组合机床是用已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成的多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高效专用机床，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。

专用机床广泛应用于大批量生产的行业，如：

汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业。

主要加工箱体类零件，如汽缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等；

一些重要零件的关键加工工序，虽然生产批量不大，也采用组合机床来保证其加工质量。

1.4组合机床的组成

组合机床与一般所指的专用机床的最大不同点，在于组合机床是由大量通用部件及少量专用部件所组成。

因此，通用部件是组合机床发展的一个很重要的基础及标志。

所谓组合机床通用部件，通常是泛指在组合机床及其自动线的设计与使用中，可以相互更换使用的一些专能部件。

这些部件是经过试制与试验而最后定型的。

因此，相对而言，它的结构较可靠，使用性能是较稳定的。

同时还可以组织专业厂进行生产，使用厂可以像买标准设备一样在市场上买到。

这样便可以大大缩短设备的设计与制造周期，降低设备的制造成本。

通用部件之所以能相互更换使用，这就是由于各种通用部件之间均有着统一的联系尺寸标准。

在组合机床的零件总数中，通用零部件所占有的比重是较大的。

一般可达60-70%，最高者则可达到90%以上。

不仅如此，而且它的种类也是很多的。

大的通用部件可以是个床身、立柱、动力头及动力滑台等，小的通用部件则可以是个电气挡铁、液压元件（如单向阀）等。

1.5组合机床的特点和分类

1.5.1组合机床的特点

组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。

它能够对一种（或几种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。

在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铣削磨削等工序，生产效率高，加工精度稳定。

组合机床与通用机床、其他专用机床比较，具有以下特点：

（1）组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的70～80%，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。

（2）由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，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，又有厂成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。

（4）在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人水平要求不高。

（5）当被加工产品更新时，采用其他类型的专用机床时，其大部分件要报废。

用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，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，以适应大规模的生产需要。

组合机床常用的通用部件有：

机身、底座、立柱、动力箱、动力滑台，各种工艺切削头等。

对于一些按循序加工的多工位组合机床，还具有移动工作台或回转工作台。

动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动或进给运动的动力部件。

其中还有能同时完成切削主运动和进给运动的动力头。

机身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件，起着机床的基础骨架作用。

组合机床的刚度和部件之间的精度保持性，主要是由这些部件保证。

1.5.2组合机床的分类

组合机床的通用部件分大型和小型两大类。

大型通用部件是指电机功率为1.5-30千瓦的动力部件及其配套部件。

这类动力部件多为箱体移动的结构形式。

小型通用部件是指电机功率甾.1-2.2千瓦的动力部件及其配套不见。

这类动力部件多为套筒移动的结构形式。

用大型通用部件组成的机床称为大型组合机床。

用小型通用部件真诚的机床称为小型组合机床。

按设计的要求本次设计的机床为大型通用机床。

组合机床除分为大型和小型外，按配置形式又分为单工为和多工位机床两大类。

单工位机床又有单面、双面、三面和四面几种，多工位机床则有移动工作台式、回转工作台式、中央立柱式和回转鼓轮式等配置型式。

本次设计的机床为单工位双面铣床。

1.6组合机床通用部件分类

1.6.1按在组合机床中所起作用分

a）动力部件例如动力头和动力滑台等。

b）支承部件例如滑台，床身，立柱及中间底座等。

c）输送部件例如回转分度工作台，回转鼓轮，自动线工作回转台及零件输送装置等。

d）控制部件例如液压元件，控制板，按钮台及电气挡铁等。

e）其他部件例如机械扳手，气动扳手，排屑装置及润滑装置等。

1.6.2按动力部件分

a）液压通用部件

优点：

1）结构简单、工作可靠；

2）进给量可无级调整（利用节流挑速器）；

3）过载保护装置简单可靠；

4）容易实现较复杂的工作循环。

缺点：

1）进给稳定性受油温影响；

2）掌握液压元件的制造比较慢一些；

3）液压系统出现故障，寻找较困难。

b）机械通用部件

1）进给量稳定，不受温度和气候影响；

2）掌握制造较快；

3）发生故障，易于寻找及消除。

1）不采用先进技术，实现进给量无级调整困难；

2）结构较复杂，使用电机较多。

3）气动液压通用部件。

1.6.3按动力部件实现的进给方式分

a）箱体移动式它是通过动力部件沿床身导轨的移动来实现刀具进给运动的，通常习惯称为大型通用部件。

b）套筒移动式它是通过主轴套筒的移动来实现刀具进给运动的，通常习惯称为小型通用部。

1.7本设计主要研究内容

本设计研究内容主要包括以下几个方面：

a）组合机床的总体设计

b）组合机床的主轴箱设计

c）组合机床主轴箱的装配

1.8设计任务

通过本设计，使学生熟悉专用机床设计的一般过程，培养学生综合运用所学基础理论、专业知识和各项技能，着重培养设计、计算、分析问题和解决问题的能力，进而总结、归纳和获得合理结论，进行较为系统的工程训练，初步锻炼科研能力，提高论文撰写和技术表述能力，为实际工作奠定基础，达到人才培养的目的和要求。

下面是原始数据和设计要求：

a）工件材质：

ADC12

b）加工要求如图1.1所示；

图1.1

设计要求：

a）生产纲领：

单班制年产5万台。

b）根据总体设计所给参数进行左主轴箱设计。

2组合机床的总体设计方案制定

2.1组合机床的总体设计方案

在制定工艺方案时，必须认真分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚性、加工部位的结构特点、加工精度、表面粗糙度，以及现场所采用的定位、夹紧方法、工艺过程、所采用的刀具及切削用量、生产率要求、现场的环境和条件等等。

如条件允许，还应广泛收集国内外有关技术材料，制定出合理的工艺方案。

零件加工工艺方案将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。

指定工艺方案时，还要考虑下列几点基本原则：

a）选择合适、可靠的工艺方案

b）粗、精加工要合理安排

c）工序集中原则

d）定位基准及夹紧点的选择原则

在确定工艺凡案的同时，也就大体上确定了组合机床的配置形式和结构方案。

但还得考虑下列影响因素的影响。

a）加工精度的影响

工件的加工精度要求，往往影响组合机床的配置形式和结构方案，例如，加工精度要求高时，应采用固定夹具的单工位组合机床，加工精度要求较低时，可采用移动夹具的多工位组合机床；

工件各孔间的位置精度要求高时，应采用在同一工位上对各孔同时精加工的方法；

工件各孔间同轴度要求较高时，应单独进行精加工等等。

b）工件结构状况的影响

工件的形状、大小和加工部位的结构特点，对机床的结构方案也有一定的影响。

例如，对于外形尺寸和重量较大的工件，一般采用固定夹具的单工位组合机床，对多工序的中小型零件，则宜采用移动夹具的多工位组合机床；

对于大直径的深孔加工，宜采用具有刚性主轴的立式组合机床等等。

c）生产率的影响

生产率往往是决定采用单工位组合机床、多工位组合机床还是组合机床自动线的重要因素。

例如，从其他因素考虑应采用单工位组合机床，但由于满足不了生产率的要求，就不得不采用多工位组合机床，甚至自动线来进行加工。

而在选择多工位组合机床时，还要考虑：

工位数不超过2-3个，并且能满足生产率要求时，应选用移动工作台时组合机床；

工位数超过4个时才选用回转工作台或鼓轮式组合机床。

d）现场条件影响

使用组合机床的现场条件对组合机床的结构方案也有一定的影响。

使用单位刃磨刀具、维修、调整能力以及车间布置的情况，都将会影响组合机床的结构方案。

根据被加工零件的具体要求和生产纲领的需要，相应的机床设计也有区别，综合各种情况，决定选用具有固定夹具的卧式单工位组合机床，如图2.1所示：

图2.1卧式单工位组合机床

单工位组合机床特别适用加工大、中型箱体类零件。

在整个加工循环中，夹具和工件固定不动，通过动力部件使刀具从双面对工件进行加工。

这类机床加工精度较高，但生产率低。

根据对被加工零件的仔细分析和研究，决定采用左右两个主轴箱，在左主轴箱上钻8个孔，右主轴箱钻14个孔，如图2.2所示：

图2.2左箱体左盖面

但根据加工对象的不同，左箱和左盖的孔位置并不一致，而且有些孔的位置甚至相冲突，故在左箱体上不可以直接拍布八个钻头。

在林海集团的老师指导下，并集合参考了一些书籍，决定对在左主轴箱上加工的八个孔进行如下排布，

图2.3左箱

由于IE52FM左盖的8个孔成对称分布，而左箱的8个孔分布不对称，所以在左主轴箱上采取对于不同零件采用不同钻头的方法，既对于加工箱体时，使用对应于箱体的8个钻头，同时拆除加工盖体的8个钻头。

这样在加工时即可以保证加工零件的技术要求，还提高了加工零件的效率。

由于加工出来的孔全是通孔，加工完成后还要进行攻丝，即粗加工后还需进行精加工，一般情况下，在大批量生产时，应将粗、精加工工序分开，以利于保证加工精度和保持精加工机床的工作进度，但由于生产纲领要求，所设计的组合机床加工量为中批量，所以在能够保证加工质量的前提下，也可将粗、精加工集中在同一机床上进行，这样就可利于减少机床台数，提高经济效益。

为了提高机床生产率，减少机床台数，要求尽量贯彻工序集中的原则。

但是，工序集中程度过高会使机床结构复杂，调整使用不便，可靠性下降，并有可能由于切削负荷过大而引起工件变形，降低加工精度。

在对于工序集中是否过度的问题上，我们经过了仔细的研究，大量的钻、镗孔工序则不宜集中在同一主轴箱上完成，因为钻孔和镗孔的直径及加工时所采用的转速都相差很大，会导致主轴箱的设计困难，且钻孔的轴向力会影响镗孔的精度。

但由于在加工时，两边的钻头数量大致一致，所以钻孔的轴向力大致相等，不会对精度有很大的影响，对随后要设计的主轴箱没有太大的影响。

在设计夹具时，严格遵照定位基准及夹紧点的选择原则，保证能迅速可靠的加工出精基准，保证各加工表面有足够的加工余量，并尽量使主要加工表面加工余量均匀，保证各加工表面与不加工表面之间的相互位置精度。

同时必须考虑定位准确、夹紧可靠，夹具结构简单、操作方便。

因此，应选择毛坯上平整、光洁，尺寸较大，没有浇注系统、冒口的不加工表面或加工余量小的表面做粗基准。

由于加工的为箱体类零件，故采用“一面两孔”为定位基准。

最后考虑到该组合机床加工时放置在可以进行大规模的加工的厂房中，再结合机床制造的最低成本，机床的传动系统为液压传动系统。

2.2组合机床的夹具设计

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。

2.2.1机床夹具的基本组成

组合机床夹具的组成

a）定位元件及定位装置

b）夹紧元件及夹紧装置

c）导向元件

d）对刀元件及定向元件

e）夹具体

f）其他元件及装置

2.2.2机床夹具的类型

a）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，随行夹具应在机床上准确地定位和可靠地夹紧。

7）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。

2.2.3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[3]。

2.2.4专用夹具设计步骤

a）明确设计任务与搜集设计资料

b）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。

c）绘制夹具总装配图

d）绘制夹具零件图

2.2.5夹具的具体设计

按照设计步骤所要求的进行计算分析，工件定位采用一面两孔进行定位，进行自由度计算，“一面”的采取可以限制3个自由度，“两孔”也可以可以限制3个自由度，两者自由度相加为3+3=6，不超过最大自由度限制，符合工件定位的六点定位原理。

首先进行夹具体设计，考虑到机床为卧式机床，设置的夹具体应树直放置在基座上，通过参考有关的夹具系列的书籍，选用如此形状的夹具体，如图2.4所示：

图2.4夹具体

选定两孔为定位基准孔，安装工件时，将工件的基准孔插入安装在夹具体上的导柱上，再用四个移动座固定。

具体的夹具如图2.5所示：

图2.5具体夹具图

2.2.6“三图一卡”的编制

编制“三图一卡”的工作内容包括：

绘制被加工零件图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。

“三图一卡”是组合机床总体方案的具体表现。

a）被加工零件工序图

被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表明零件形状、尺寸、硬度、以及在所设计的组合机床上完成的工艺内容和所采用的定位基准、夹压点的图纸。

而且同时它也是组合机床设计的主要依据，也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。

b）加工示意图

加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映，表示被加工零件在机床上是加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程以及工作循环等，是刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据，是整台组合机床布局形式的原始要求，也是调整机床和刀具所必须的重要技术文件。

在绘制加工示意图之前要进行一些相关的计算，主要从下面的几点来进行考虑：

1）刀具的选择

2）导向套的选择

3）切削用量的初定

4）切削转矩、轴向力和切削功率

5）计算主轴直径

6）刀具接杆的选取

7）确定加工示意图的联系尺寸

8）工作进给长度的确定

9）绘制加工示意图的注意事项

c）机床联系尺寸图

机床联系尺寸图是用来表示机床的配置形式、机床各部件之间相对位置关系和运动关系的总体布局图。

它是进行多轴箱、夹具等专用部件设计的重要依据。

1）选用动力部件包括滑台的选用和动力箱的选用

通常，根据滑台的驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素来选用合适的滑台。

驱动方式的确定，确定轴向进给力，确定进给速度，确定滑台行程，精度的选择

动力箱主要依据多轴箱所需的电动机功率选用。

多轴箱所需的电动机功率为：

P主=P切+P空+P附（2.1）

当某一规格的动力部件的功率或进给力不能满足要求，但又相差不大时，不要轻易选用大一规格的动力部件，而应根据具体情况适当降低切削用量，或将刀具错开顺序加工，以降低功率和进给力。

2）确定装料高度

3）确定夹具轮廓尺寸

工件的尺寸和形状是确定夹具底座尺寸的基本依据。

确定夹具底座尺寸时应考虑工件的定位件、夹紧机构、刀杆导向装置的需求空间，并应满足排屑和安装的需要。

一般情况下，加工示意图中已确定工件至导向套的距离和导向套的尺寸。

夹具体底座高度应依据装料高度、夹具大小和中间底座高度而定，并充分考虑中间底座刚度，以便于布置定位元件和设置加紧机构，便于排屑为原则。

4）中间底座轮廓尺寸

中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面联接安装的需要。

中间底座长度尺寸根据所选用动力部件及配套部件的位置关系确定。

同时应考虑多轴箱处于终了位置时，多轴箱与夹具体之间应有适当距离，以便机床调整、维修。

5）确定多轴箱轮廓尺寸

d）生产率计算卡

生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、负荷率等的技术文件。

通过生产率计算率计算卡，可以分析所拟定的方案是否满足用户对生产率及负荷率的要求。

机床的生产率Q1（件/h）按下式计算

Q1=60/T单=60/（T切+T辅）（2.2）

式中T单--------单件工时（min）

T切-----机加工时间（min）,包括动力部件工作进给和死挡铁停留时间t停。

即

T切=L1/Vf1+L2/Vf2+t停（2.3）

3组合机床主轴箱的设计

3.1多轴箱的功用及分类

多轴箱是组合机床的重要部件。

根据加工示意图所确定的工件加工孔