专用立式钻床设计.docx
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专用立式钻床设计
专用钻床设计
摘要
当今，在市场需求的不断扩展和技术不断更新的条件下，世界各国对机械产品的精度和质量要求也在不断的提高，因此数控机床、专用机床已经成为不可阻挡的趋势，并且一些发达国家在这方面已经取得了卓越的成就，而我国在这方面的发展与西方发达国家相比还有不小的差距，因此要提高我国在机械行业的竞争力，已经成为我们不可推卸的责任和义务，而作为一名大学生也必须肩负起这样的责任。
这次我们组设计的任务是八缸泵的下体的大批量加工，生产纲领：
１０万件/年。
我的具体任务就是钻８个Φ8的螺纹底孔。
油泵箱体的零件图，精度要求比较高。
为了保证加工要求，经过对零件的分析，我们拟订出工艺规程路线。
根据加工要求，本道工序采用专用立式钻床进行加工。
在夹具设计中，对零件图进行分析，采用“一面两销”定位原理；主轴箱的设计中，以提高主轴的刚度，采用刚性主轴，由于我所设计的是立式钻床，主要承受的是轴向力，所以主轴采用两个止推轴承外加两个深沟球轴承组合支撑，从而降低径向跳动和轴向窜动，以保证主轴的平稳性，另外考虑到实际机床的安装问题，采用步进电机经一级减速传给主轴以达到加工目的；而机床总体设计中，各部件的设计，要以有利于操作者操作为设计方向，从而达到进一步提高劳动生产效率,降低生产成本的最终目的。
关键词：
专用立式钻床，主轴箱设计，刚性主轴，一面两销定位原理，
！
！
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最后，希望此文能够帮到你！
SPECIAL-PURPOSEDRILLDESIGN
ABSTRACT
Today,exclusiveverticaldrillingdesignbrief,themarketneedstocontinuetoexpandandupdatethetechnicalconditions,theworldofmechanicalprecisionproductsandqualityrequirementsarealsoongoingtoimprove,CNCmachinetools,SpecialMachinehasbecomeanirresistibletrend,andsomedevelopedcountriesinthisrespecthasachievedaremarkablesuccessChina,inthedevelopmentinthisareawhencomparedwithWesterndevelopedcountries,thereisstillasmallgap,Therefore,inordertoimprovethemachineryindustry'scompetitiveness,hasbecomeanableresponsibilityandobligationAsauniversitystudentmustalsoshouldertheresponsibility.
Wedesignedthistaskgroupistheeight-cylinderpumptothelowerbodymassprocessing,productionprogram:
100,000/year.MyspecifictaskistodrilleightΦ8bottomofthethread.Boxpumppartsmap,theaccuracyrequirementsarerelativelyhigh.Inordertoensureprocessingdemand,partsoftheanalysis,wedevelopedapointoforderoutofline.Accordingtotheprocessingrequirementsoftheexclusiveuseofaprocessofverticaldrillingmachineprocessing.Infixturedesign,therightpartschartanalysis,"atwosales,"positioningprinciple;Spindleboxdesign,Spindletoimprovethestiffnessusingrigidspindle,becauseIdesignedtheverticaldrilling,thebearisthemainthrust,Sospindleusingtwothrustbearingsplustwodeepgrooveballbearingassemblysupport,therebyreducingtheradialandaxialmovementofbeatingtoensurethesmoothspindle,theothertakingintoaccounttheactualmachineinstallationproblems,Steppermotorsusedbyaslowdownpassspindletoachieveprocessing;andmachinedesign,thedesignofthevariouscomponents,tohelpoperatorsdesigndirectionfortheoperation,soastoachievefurtherimprovelaborproductivity.Loweringproductioncostsultimategoal.
KEYWORDS:
dedicatedverticaldrilling,spindleboxdesign,rigidspindle,amarketingpositioningtwoprinciples.
前言
毕业设计是我们在学完了大学全部基础课、专业课之后进行的一次系统的、全方位的综合性训练，也是搭建从学校到工作岗位非常重要的“桥梁”。
在这次毕业设计中，我应用到了我在大学所学的知识探索并解决设计中遇到的问题，是我从一名普通大学生跨入到设计者行列之中不可缺少的一步，在这次设计中我初步了解了正确的设计方法，也使我具具有了初步的提出问题、分析问题、解决问题的能力，可以说这次毕业设计为我以后成为一名优秀的设计者打下了坚实的基础。
第1章零件的工艺设计
§1.1确定毛坯的制造形式
毛坯影响零件机械加工的工序数量，材料消耗，加工劳动量，所以正确选择毛坯具有重要的经济意义。
对于所给的零件的材料是铸铝（HT≥90），因为是铸造毛坯。
工件形状不是很复杂，不是薄壁型工件，而且是大批量生产，所以采用金属铸造。
金属型铸造件适合批量生产，内部组织致密，机械性能高。
§1.2零件的工艺分析
题目给定的零件是八缸油泵的下体（如图1—1）其加工工序有：
底面两面孔及四个螺纹孔的加工；顶面、两侧面及前面四个面的加工；凸轮轴孔的加工；端面钻孔及攻丝；顶面钻孔及攻丝；八个柱塞孔的加工。
由于给定的生产纲领为10万件/年，为保证加工精度并提高生产效率，降低生产成本，我们尽量采用当前的先进设备。
从基准先行、基准重合、先粗后精，先面后孔，粗基准只用一次等原则，制定工艺路线如下：
①铣底面及两销孔（工艺孔）及螺纹孔（设备：
立式加工中心，先铣后钻，对所有底面及孔进行一次装夹加工成型）；
②铣两端面（设备：
专用卧式双面铣床）；
③铣顶面（设备：
专用立式双面铣床，粗精铣各一次）；
④铣前面（设备：
立式加工中心，螺纹孔及Φ32孔一次加工完成）；
⑤镗8个柱塞孔（设备：
专用立式镗床）；
⑥粗镗凸轮轴孔（设备：
专用卧式镗床）；
⑦精镗凸轮轴孔（设备：
专用卧式专用镗床）；
⑧端面攻丝（设备：
专用攻丝机床两台）；
⑨顶面钻孔（设备：
专用立式钻床两台）；
⑩顶面攻丝（设备：
专用立式攻丝机床两台）。
图1-1泵下体主视图
§1.3工艺规程的设计
§1.3.1基面的选择
图1-2泵下体左视图
基面的选取是工艺设计中的重要工作之一。
其选择准确与否，直接关系着工件的加工质量的好坏及生产率的能否提高，而最重要的基准选取不当的话，还会造成零件的大批量报废，最终关系着工件的生产成本的高低。
所以，在基准的选取方面，我们也做了大量的分析工作。
一、粗基准的选择
对于一般零件而言，以一个面作为粗基准来加工其他面是完全合理的。
按照粗基准的选择原则：
即当零件有不加工表面时，应该以这些不加工表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工面要求相对位置精度高的不加工表面作为粗。
对于本零件来说，在铣底面时，应以顶面作为主要基准来消除三个自由度，在以前面放置定位块限制两个自由度，然后是侧面放置支撑钉消除一个自由度，从而达到完全定位。
二、精基准的选择
主要考虑基准重合的问题。
它与工件装夹方便与否及工件的加工精度有关。
它应遵循以下几条原则:
a）用设计基准作为精基准,以消除基准不重合误差.即“基准重合”原则；b）加工应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位,即“基准统一”原则；c）当精加工要求余量尽量小而均匀时应选择加工表面本身作为精基准，即“自为基准”原则；d）遵循“互为基准”原则。
对此零件的分析可知，该零件的设计基准为地底面（如图1-2）和凸轮轴孔中心线。
为了保证加工精度要求，选用底面为主要基准面，再根据加工的位置的不同，来选择第二基准来完全定位，即两个销孔。
在后续的加工过程中，全部使用底面的一面两销定位，一面限制了三个自由度（X轴旋转、Y轴旋转、Z轴移动），两销限制了三个自由度（Z轴转动、Y轴移动、X轴移动），从而达到完全定位。
§1.3.2工艺路线的制定
制定工艺路线的出发点，应当使零件的集合形状、尺寸精度、位置精度等技术要求得到保证。
在生产纲领是大批量的情况下，最好采用专用机床和专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。
除此之外还要考虑经济效益，以便使生产成本尽量降低。
Ⅰ.工艺方案一
10铣底面、钻孔及攻丝
20铣两侧面
30铣顶面
40铣前面及加工螺纹孔
45中检
50镗8个柱塞孔
60粗镗凸轮轴孔及钻Ф15孔
70精镗凸轮轴孔及钻Ф15孔
80端面攻丝
90钻顶面孔及攻丝
100钻顶面孔及攻丝
110去毛刺、清洗
120终检
Ⅱ.工艺方案二
10铣底面
20铣顶面
30铣前面
35钻底面螺纹孔及销孔
40铣两侧面
45中检
50钻侧面孔及攻丝
60粗镗凸轮轴孔
70精镗凸轮轴孔
80镗八个柱塞孔
90钻顶面孔及攻丝
100钻顶面孔及攻丝
105端面攻丝
110去毛刺、清洗
120终检
Ⅲ.工艺方案的分析与比较
上述两个工艺方案的特点分别是：
方案一，先加工底面及底面上的定位销孔,这样,精基准就被加工出来了,以后的工序全部用底面及定位销孔定位，减少了工件的装夹次数,保证了加工精度,而且粗基准（即顶面）仅使用了一次,布置合理，工序较第二种方案集中合理；而方案二，先加工零件的底面，然后以此为基准加工面上的孔，虽也遵循了先面后孔的原则，但在此基础上，粗基准就使用了两次，势必影响零件的加工精度，而且工序不够集中，安装次数增多，两道工序本可以一次装夹完成加工，但由于工序安排的不合理造成不得不重复装夹加工，这不仅降低了加工精度，还使的生产效率严重降低。
而除此之外，方案二采用的设备多为普通机床，也不利于大批量生产，最终都将造成生产成本的大幅度提高；而在方案一中，不仅采用了加工中心等先进设备，而且其它工序也都采用在专用机床上进行加工，这就不仅保证了加工精度，而且还大幅度的提高了生产效率，使得生产成本也大大的降低。
如；凸轮轴孔及Ф15孔同时加工，采用卧式双面镗，柱塞孔的粗精镗同时加工；与此相仿，在面加工时，两侧面及顶面同时加工，采用卧式三面铣床等，这些方法都大大提高了加工效率。
所以较之以上两种方案，我们最终选取了第一个方案作为我们的设计方案。
其最终的加工方案如下:
10铣底面及两销孔（工艺孔）及螺纹孔（立铣，限制顶面三个自由度，前面两个自由度，左侧面一个自由度。
设备：
立式加工中心，先铣后钻，对所有底面及孔进行一次加工成型）
20铣两端面（端铣刀，设备专用：
卧式双面铣床）
30铣顶面（端铣刀，分两次走刀，从右至左铣，设备：
专用立式铣床，粗精铣各一次）
40铣前面（指状或棒状铣刀，设备：
立式加工中心，螺纹孔及Φ32孔可装夹一次加工完成）
50镗8个柱塞孔（分两个工位加工，1、3、5、7孔先加工，2、4、6、8孔在第二工位加工，粗、精镗刀及倒角刀安装在一把镗刀杆上，粗、精及倒角一次加工，设备：
专用立式镗床）
60粗镗凸轮轴孔（端面Ф15孔的钻削与凸轮轴孔用同一台设备时加工，设备：
卧式专用镗床）
70精镗凸轮轴孔（端面Ф15孔的钻削与凸轮轴孔用一台设备同一次装夹进行加工，设备：
卧式专用镗床）
80端面钻孔（设备；卧式双面钻床）
90端面攻丝（设备；两台卧式双面攻丝机）
100顶面钻孔（设备：
两台钻床）
110顶面攻丝（设备：
两台专用立式攻丝机）
有以上可知，工艺路线有多种方案，但考虑到几何形状、尺寸精度、位置精度等技术要求的保证，并且要以提高生产率，降低成本为最终目的，我们必须进行方案的比较分析，从而拟定出最佳的工艺方案。
§1.3.3机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
泵下体零件材料为铸铝，HT≥90，δb=180MP，生产类型为大批量生产，采用金属模铸造。
根据上述原始材料的机加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
由于本设计生产纲领为大批量生产，应该采用调整法加工。
因此在求最大、最小加工余量时，应按调整法加工来确定。
根据表2.2-3[08]公差等级CT=7～9级，取CT=8，又根据表2.2-5[08]加工余量等级MA=F。
图1-3零件底视图
1.底面（288mmΧ75mm）此表面的公差为自由尺寸公差，但表面粗糙度为Ra=1.6µm。
需进行粗、精加工，但由于本道工序采用加工中心粗、精一次加工，所以加工余量定为2mm。
毛坯的公差为：
±0.8mm（表2-60[08]），故毛坯尺寸为134±0.8mm（图1-3）。
2.端面（130mmΧ75mm）此表面的的公差为自由公差但表面粗糙度为Ra=1.6µm。
需进行粗、精加工，此时机械粗加工余量为2.0mm（单边），精加工余量为0.5mm，故毛坯尺寸为292.5mm（图1-4）。
3.前面（288mmΧ120mm）此表面的的公差为自由公差但表面粗糙度为Ra=1.6µm。
需进行粗、精加工，此时机械加工余量为2.0mm（单边），故毛坯尺寸为132mm（图1-5）。
图1-4零件左视图
4.顶面（288mmΧ75mm）此表面的的公差为自由公差但表面粗糙度为Ra=1.6µm。
需进行粗、精加工，此时机械粗加工余量为2.0mm（单边），精加工余量为0.5mm，故毛坯尺寸为132.5mm（图1-6）。
5.柱塞孔面（Ф26mm）毛坯有铸造孔，只需镗削加工，公差为0.025mm，此表面的的公差为垂直度公差要求不大于0.15mm，表面粗糙度为Ra=0.8µm。
需进行粗、精镗加工，此时机械粗加工余量为1.2mm（单边），精加工余量为0.3mm，故毛坯尺寸为Ф23mm。
⑴粗镗单边余量：
1.2mm。
⑵精精镗单边余量：
0.3mm。
6.凸轮轴孔面（Ф58mm）毛坯有铸造孔，只需镗削加工，公差为0.025mm，此表面的的公差要求同轴度不大于0.04mm，表面粗糙度为Ra=6.4µm。
需进行粗、精镗加工才能满足要求，此时机械粗加工余量为1.2mm（单边）（表2-60[08]），精加工余量为0.3mm，故毛坯尺寸为Ф55mm（图1-6）。
⑴粗镗单边余量：
1.2mm。
⑵精镗单边余量：
0.3mm。
图1-5零件前视图
图1-6零件顶视图
第2章切削要素的选择与计算
切削要素选择合适与否对加工也有着有很大的影响，在选择过程中要本着提高生产效率、降低生产成本为方向进行选取。
我所加工的是（工序100）：
顶面钻孔。
加工材料：
HT≥90，δb=180MP，铸铝件
工件尺寸：
8个M8的螺纹底孔
§2.1.刀具的选择
加工的M8的螺纹底孔故选刀具：
锥柄麻花钻头。
公称直径d=6.7mm。
----------《机械加工工艺手册2》
刀具材料：
高速钢。
----------《机械加工工艺手册2》
§2.2.切削用量的选取
§2.2.1切削用量的选择
1.切削深度的确定
由于是钻削，所以这个不必考虑。
2.进给量的确定
f=0.36～0.44mm/r，取f=0.4mm/r由于是多轴加工,取其70％以增加刀具寿命，则f=0.28mm/r。
3.选择刀具磨钝标准级寿命
钻头后刀面最大磨损量0.5～0.8取0.6，刀具寿命:
T=35min.
§2.2.2切削要素的计算
1.确定切削速度：
m/min
=
m/min
70
上述公式中的参数如下：
=40.7
=0
=0.25
=0.4
=0.125
=
=
=0.7569将其代入上式中
------与加工材料有关的系数
------与钻孔深度有关的系数
------与刀具耐用度有关的系数
------与钻头刃磨形状有关的系数
则钻头切削速度：
m/min
考虑到属群钻加工取其70％以增加刀具寿命,则切削速度：
m/min
则主轴转速：
m/min
由于我加工时用的是立钻,轴向力对加工工件来说也属夹紧力的一部分，其对工件夹紧是有利的，所以在此不必计算。
2.扭矩的计算（每个钻头）
上述公式中的参数如下：
=0.117
=6.7
=2.0
=0.8
又
=
=
=0.83
------钻孔条件改变时扭矩的修正系数
------与钻头刃磨形状有关的系数
------与刀具磨钝有关的系数
将其代入公式上式中，则每个钻头的扭矩：
1.6N·m
3.切削功率的计算
主轴的切削功率：
=
≈0.29kW
=
=
=2.8kW
第3章夹具设计
以确保工件在加工过程中不发生位置变化，从而保证加工出的表面达到规定的技术要求（尺寸、形状和位置精度），这个过程叫装夹。
工件在机床上的装夹方法主要有两种：
用找正法装夹工件、用夹具装夹工件。
夹具工作原理的要点有：
（1）工件在装夹中占有准确的加工位置。
这是通过工件各定位面与夹具的相应定位元件的定位工作面（定位元件上起定位作用的表面）接触、配合或对准来实现的。
（2）使刀具相对有关的定位元件的工作面调整到准确位置，这就保证了刀具在工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸。
（3）具对于机床应先保证有准确的相对位置，而夹具结构又保证定位元件的定位工作面对夹具与机床相连接的表面之间的相对准确位置，这就保证了夹具定位工作面对机床切削运动形成表面的准确几何位置，也就达到了工件加工面对定位基准的相互位置精度要求。
夹具是机械加工中不可缺少的一种工艺装备，应用十分广泛。
它能起到下列作用：
（1）保证稳定可靠地达到各项加工精度要求；
（2）缩短加工工时，提高劳动生产率；
（3）降低生产成本；
（4）减轻工人劳动强度；
夹具的主要组成部分有：
定位元件、夹紧装置、对刀元件、导引元件、其他装置、连接元件和连接表面、夹具体。
要提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，实现大批量生产，设计一套专用夹具是必不可少的。
§3.1夹紧方案确定
首先，根据加工工件的形状、生产批量、零件的加工工艺规程等来确定工件的夹紧方案，然后进一步设计出符合加工要求的夹具。
在夹具的设计方案中要注意很多问题，特别要保证加工的工件符合加工的技术要求及夹具夹紧后的安全性问题，还要使得工件装卸起来容易，另外夹紧力要适中，夹具体零件的制造工艺性等问题也是要考虑的。
在我所设计的这道工序中（顶面钻孔及攻丝中的钻孔），其夹具设计主要是要考虑两个定位销的位置关系以及销孔于所钻孔的位置关系。
根据对零件的分析，下底面和两个定位销孔是设计基准，为了使设计基准和工艺基准重合：
选用下底面和两个定位销孔为定位基准，因为加工孔对上表面有垂直度要求：
0.015mm。
由第一章的分析可知，后面所有的加工都以工件的底面和两销孔定位，这样既能保证工件的加工要求，又可以所以实现基准统一，从而提高加工质量，简化夹具结构。
平面为第一定位基准，一个定位孔为第二定位基准，另一个工艺孔为第三定位基准，究竟那个工艺孔为第二定位基准，应从工件的加工要求进行分析和确定。
定位设计时，采用一组支承板和工件的平面基准接触，限制三个自由度。
若再采用两个短圆柱销与两个工艺定位孔接触定位时，由于工件上两个工艺孔的中心距和夹具上两定位销的中心距之间的误差，可能形成定位不相容的现象，从而出现了重复定位现象。
为了避免重复定位现象，就必须采取措施，来消除这种现象，目前最常用的就是采用：
圆柱销和削边销相结合的发法。
这样圆柱销限定了两个自由度，削边销限定一个自由度，从而消除了重复定位现象。
两定位销采用固定式定位销进行定位，这种定位销的好处可以提高定位精度，简化夹具结构。
采用固定式定位销时，为了使工件定位基面能很好地与支承元件相接触，除采用圆柱销和菱形销结合的定位方法以补偿孔间距离的误差外，还必须采用适当的定位销高度，以补偿定位孔与定位基面的不垂直误差。
对菱形销采用可靠的防转措施。
此箱体的生产纲领属于大批量生产，为了提高生产效率，减轻工人劳动强度，采用液动夹紧，即以液体的压力为动力源。
此外，在夹具设计过程中还应考虑夹紧力的方向、作用点和夹紧力的大小：
①夹紧力的方向应垂直主要定位基准面；②夹紧力的作用点应能保证工件定位稳定，不致引起工件产生位移或偏移；③夹紧力的方向应有利于减小夹紧力；④夹紧力的作用点应使被夹紧工件的夹紧变形尽可能小；⑤夹紧力作用点应尽可能靠近切削部位，以提高夹紧的可靠性，若切削部位刚性不足，可采用辅助支承；⑥夹紧力的大小必须适当，夹紧力过小，工件在夹具中的位置可能在加工过程中产生变动，破坏原有的定位；另一方面，若夹紧力过大，不但会使工件和夹具产生过大的变形，对加工质量不利，而且还将造成人力、物力和财力的浪费。
夹紧点的选取在设计的过程中也是十分的重要，如下图（3-1）所示：
其中可以作为夹紧的面有A面，1面，2面跟4面组合，这三种都能用于作为夹紧面，但究竟谁做夹紧面最合适呢，我们可以分析一下：
首先就A面来说，虽然可以用来夹紧，但由于钻孔加工工序比较靠后，顶面（A面）已经加工过了，若用来作为夹紧面，就势必要破坏顶面，所以来说这一方案不可取；
再看一面，虽然不存在上面所说的问体，但由于是大批量生产，若采用这一方案，工件的装夹不方便，所
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