曲轴箱前端面卧式钻孔专用机床 机械设计制造及自动化专业毕业设计 毕业论文.docx
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曲轴箱前端面卧式钻孔专用机床机械设计制造及自动化专业毕业设计毕业论文
摘要
应用组合机床加工大批量零件，快捷高效，生产效率高是机械加工的发展方向。
本次毕业设计的题目是“钻曲轴箱前端面的孔”。
本组合机床要求能实现同时钻四孔。
在工艺制定过程中，通过批量的进行钻前端面的加工方案，并寻求最佳的工艺方案，借此说明了工艺在生产过程中的重要性。
本人的设计的主要内容是：
进行了机床总体布局设计；对机床的进给和传动部分进行了设计；结合实例，介绍了夹具设计方法；通过此设计，本机床完全能满足设计要求，与传统的机床相比，本机床具有自动化程度高，生产率高，精度高等优点。
关键词：
组合机床；钻头；夹具设计；液压定位,手动夹紧.
Abstract
Applicationofcombinedhigh-volumemachiningparts,highefficiency,highproductivityisthedevelopmentdirectionofmachining.Thegraduationprojectisentitled"Crankcasefrontendofdrillhole."Thecombinedmachinetoolneedstobeachievedwhiledrillingfourholes.Makingprocessintheprocess,conductedbyvolumeendsfacemillingprocessingprogram,andtoseekthebesttechnologysolutions,whichillustratestheprocessintheimportanceoftheproductionprocess.Themainelementsofmydesignare:
thegenerallayoutforamachinetooldesign;onthemachinefeedandtransmissionpartsofthedesign;Integrationforthefixturedesign;Withthisdesign,thismachinecanmeetthedesignrequirements,andthetraditionalcomparedtothemachine,thismachinehashighautomation,highproductivityandhighprecision.
Keywords:
millinghead;Bit;fixturedesign;Hydraulic,manualclamping.
第一章绪论………………………………………………………………………………4
1.1组合机床的概论……………………………………………………………………4
1.2组合机床的发展现状与趋势………………………………………………………4
1.3机床设计的目的、内容、要求……………………………………………………5
1.3.1设计的目的………………………………………………………………………5
1.3.2设计内容…………………………………………………………………………5
1.3.3设计要求…………………………………………………………………………6
1.4机床的设计步骤……………………………………………………………………6
1.4.1调查研究…………………………………………………………………………6
1.4.2拟定方案…………………………………………………………………………6
1.4.3工作图设计………………………………………………………………………7
第二章零件分析
2.1零件的结构特点及其技术要求…………………………………………………7
2.1.1零件结构特点……………………………………………………………………7
2.1.2技术要求…………………………………………………………………………8
2.2零件的生产批量及其机床的使用…………………………………………………8
2.2.1零件的生产批量…………………………………………………………………8
2.2.2机床的使用条件…………………………………………………………………8
2.3零件工艺方案………………………………………………………………………9
2.3.1生产工艺方案……………………………………………………………………9
第三章组合机床的总体设计…………………………………………………………9
3.1组合机床方案的制定………………………………………………………………9
3.1.1制定工艺方案……………………………………………………………………9
3.1.2确定组合机床的配置形式和结构方案…………………………………………10
3.2确定切削用量及选择刀具…………………………………………………………11
3.2.1确定工序间余量…………………………………………………………………11
3.2.2选择切削用量…………………………………………………………………11
3.2.3确定切削力、切削扭矩、切削功率…………………………………………12
3.2.4选择刀具结构…………………………………………………………………13
3.3钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制……………………………………13
3.3.1被加工零件工序图……………………………………………………………13
3.3.2加工示意图……………………………………………………………………15
3.3.3机床联系尺寸图………………………………………………………………18
3.3.4生产率计算卡…………………………………………………………………20
3.4多轴箱的设计…………………………………………………………………23
3.4.1绘制多轴箱设计原始依据图………………………………………………23
3.4.2齿轮模数选择………………………………………………………………24
3.4.3绘制传动系统图……………………………………………………………25
3.4.5传动零件的校核……………………………………………………………26
第四章夹具设计……………………………………………………………………30
4.1机床夹具的概述……………………………………………………………30
4.1.1机床夹具的组成……………………………………………………………30
4.1.2机床夹具的类型……………………………………………………………31
4.2夹紧方案和夹紧元件的设计…………………………………………………31
4.3夹具的性能及优点……………………………………………………………31
4.4夹具体的设计…………………………………………………………………32
4.5夹具精度分析计算……………………………………………………………32
4.6夹具操作的简要说明…………………………………………………………33
结论……………………………………………………………………………………33
参考文献………………………………………………………………………………34
致谢……………………………………………………………………………………35
1绪论
1.1组合机床的概论
组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床。
它适宜于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。
这种机床既有专用机床的结构简单、生产率和自动程度较高的特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要。
组合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。
1.2组合机床的发展现状与趋势
世界上第一台组合机床于1908年在美国问世，30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。
至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。
近年来，随着数控技术，电子技术，计算机技术的发展，组合机床的服务对象已经由过去的农用机械，载货汽车向以轿车工业为重点的转移，组合机床行业开展了针对轿车零件关键工艺研究开发的科研攻关，采取引进技术，合作生产和自行开发相结合；组合机床也由过去的刚性组合机床向具有一定柔性，可实现多品种加工方向的变化,同时又应用数控技术发展了三坐标加工单元等数控组合机床,把纯刚性的设备变为可变可调的装备；组合机床的加工精度由半精加工向精加工方向转化,还开发了针对汽车发动机五大件加工的关键工艺设备，使行业在精加工机床的品种上有了较大扩充，为提供成套设备创造了条件；组合机床制造技术由过去的以机加工为主的单机及自动化向综合成套方向转换，加强了相应配套技术与产品的研究开发；组合机床的控制技术由传统的程序控制技术向数控，计算机管理与监控方向发展；组合机床行业企业生产的组合机床的控制技术，已完成了由接触继电器控制向可编程控制的转变，大大的提高了组合机床的可靠性，故障率大为降低；组合机床的开发已经又过去的人工设计转向计算机辅助设计，大力推行CAD，为提高设计速度，保证设计质量，缩短供货周期创造了有利的条件。
现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。
（1）高速化：
由于机构各组件分工的专业化，在专业主轴厂的开发下，主轴高速化日益普及。
过去只用于汽车工业高速化的机种（每分钟1.5万转以上的机种），现在已成为必备的机械产品要件。
（2）精密化：
由于各组件加工的精密化，微米的误差已不是问题。
以电脑辅助生产（CAM）系统的发展带动数控控制器的功能越来越多。
（3）高效能：
对机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度的要求提高。
同时，由于产品竞争激烈，产品生命周期缩短，模具的快速加工已成为缩短产品开发时间所必须具备的条件。
对制造速度的要求致使加工模具的机床向着高效能专业化机种发展。
（4）系统化：
机床已逐渐发展成为系统化产品。
现在可以用一台电脑控制一条生产线的作业，不但可缩短产品的开发时间，还可以提高产品的加工精度和产品质量。
（5）复合化：
产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。
1.3机床设计的目的、内容、要求
1.3.1设计的目的
机床工业是现代工业特别是现代制造业的基础，在国民经济中占有重要的战略地位。
机床工业与一个国家的工业竞争力、制造业发展水平紧密相关，本国的机床工业水平越高，工业和制造业竞争力越强。
对我国而言，机床工业不仅仅具有重要的经济意义，而且还具有重要的国防战略意义。
研究机床工业的特点，有助于我们了解机床工业的特殊规律，从而找到适合我国国情的机床工业发展之路。
我国工业竞争力和制造业发展水平不高，一定程度上是与我国机床工业发展水平不高相联系的，加快我国机床工业的发展，提高我国机床工业技术和管理水平，将有利于我国工业和制造业发展。
所以对机床的研究设计意义是极其重大的。
毕业设计是高等教育体系中非常重要的环节，它可以检验自己对专业知识理解与掌握的程度，也可以提高自己综合运用所学知识的能力，也能在分析问题和解决问题的过程中学到更多新的知识。
1.3.2设计内容
（1）运动设计根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量，通过分析比较拟定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。
（2）动力设计根据给定的工件，初算传动轴的直径、齿轮的模数；确定动力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。
完成装配草图后，要验算传动轴的直径，齿轮模数否在允许范围内。
还要验算主轴主件的静刚度。
（3）结构设计进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、箱体、润滑与密封等的布置和机构设计。
即绘制装配图和零件工作图。
（4）编写设计说明书
1.3.3设计要求
评价机床性能的优劣，主要是根据技术—经济指标来判定的。
技术先进合理，亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎，在国内和国际市场上才有竞争力。
机床设计的技术—经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分析。
1.4机床的设计步骤
1.4.1调查研究
研究市场和用户对设计机床的要求，然后检索有关资料。
其中包括情报、预测、实验研究成果、发展趋势、新技术应用以及相应的图纸资料等。
甚至还可以通过网络检索技术查阅先进国家的有关资料和专利等。
通过对上述资料的分析研究，拟订适当的方案，以保证机床的质量和提高生产率，使用户有较好的经济效益。
1.4.2拟定方案
通常可以拟定出几个方案进行分析比较。
每个方案包括的内容有：
工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统主要部件的结构草图等。
在制定方案时应注意以下几个方面：
（1）当使用和制造出现矛盾时，应先满足使用要求，其次才是尽可能便于制造。
要尽量用先进的工艺和创新的结构；
（2）设计必须以生产实践和科学实验为依据，凡是未经实践考验的方案，必须经过实验证明可靠后才能用于设计；
（3）继承与创造相结合，尽量采用先进工艺，迅速提高生产力，为实现四个现代化服务。
注意吸取前人和国外的先进经验，并在此基础上有所创造和发展。
1.4.3工作图设计
首先，在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上，进行方案图纸的设计。
这些图子包括：
被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡，统称“三图一卡”设计。
并初定出主轴箱轮廓尺寸，才能确定机床各部件间的相互关系。
其次，绘制机床的总装图、部分部件装配图。
然后，整理机床有关部件与主要零件的设计计算书，编制各类零件明细表，编写机床说明书等技术文件。
最后，对有关图纸进行工艺审查和标准化审查。
2零件分析
2.1零件的结构特点及其技术要求
2.1.1零件结构特点
设计中所给定曲轴箱,从零件图上分析，大体作用为：
起到支撑主轴的作用，曲轴箱承载受力，箱体内有润滑油保证润滑散热.要求加工的钻孔有2组6-M10-7H的孔,1组8-M8-7H的孔,2组8-M12-7H的孔,1组4-M13的孔.我要做的是曲轴箱前端面的1组8-M8-7H的孔中的1,2,3,4号孔。
此组孔深为12mm.此工件采用一面两销定位法定位。
图
（1）
2.1.2技术要求
根据本次加工零件的零件图,技术要求有以下几点:
1.铸件的型砂，夹砂，浇口，冒口，多肉，诘疤和粘砂应清除干净。
2.两端面和轴承座孔的圆柱面不应有裂纹，缩松，缩孔，亦不允许修补。
3.铸造公差±1.2mm，未注铸造圆角R4-6，拔模斜度<=15°。
4.铸件要进行热处理，硬度RHB170-220。
5.倒模去毛刺。
2.2.零件的生产批量及其机床的使用
2.2.1零件的生产批量
本次课题要求，零件的生产批量以年产量为6万件。
2.2.2机床的使用条件
本次课题要求生产纲领为年产6万件,而机床的使用设备为：
大部分工艺采用通用机床,部分采用专用机床,机床按流水线生产布置,也可以广泛使用专用夹具,采用部分专用刀具,部分采用专用量具.
2.3零件工艺方案
2.3.1生产工艺方案
序号
工序内容
定位基准
1
铸造毛坯
2
回火处理
3
粗铣前端面
4
精铣前端面
5
钻，扩8-￠6.7
一面俩销
6
钻顶面8-M8螺纹孔
一面俩销
7
攻丝螺纹孔
8
清洗，去毛刺，倒角
9
检验
10
入库
3组合机床的总体设计
3.1组合机床方案的制定
3.1.1制定工艺方案
零件加工工艺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。
所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，加工部位的结构特点加工精度，表面粗糙度，以及定位，夹紧方法，工艺过程，所采用的刀具及切削用量，生产率要求，现场所采用的环境和条件等等。
并收集国内外有关技术资料，制定出合理的工艺方案。
根据被加工被零件的零件图，加工8个前端面M8螺纹孔的工艺过程。
（1）加工孔的主要技术要求。
加工8个M8孔。
工件材料为HT200
要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量6万件，单班制生产
（2）工艺分析
加工该孔时，孔的表面粗糙度为Ra6.3
根据组合机床用的工艺方法及能达到的经济精度，可采用如下的加工方案。
一次性加工孔，孔径为Φ6.7,然后攻丝M8。
（3）定位基准的选择
加工此箱体的孔时，通过以底平面和2个￠13孔来定位并通过夹具压紧来限制六个自由度。
在保证加工精度的情况下，提高生产效率减轻工人劳动量，而工件也是大批量生产，夹具的具体设计见装配图。
3.1.2确定组合机床的配置形式和结构方案。
（1）被加工零件的加工精度
被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制造机床方案的主要依据。
箱体顶面加工孔的精度要求不高，可采用钻孔组合机床,它的位置精度要求不是很高，安排加工时可以直接通过夹具定位、加紧，并对所有孔进行最终精加工。
为了加工出表面粗糙度为Ra6.3um的孔。
采取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度并减少夹压变形等措施就可以了。
（2）被加工零件的特点
这主要指零件的材料、硬度加工部位的结构形状，工件刚度定位基准面的特点，它们对机床工艺方案制度有着重要的影响。
此箱体的材料是HT200、孔在前端面上的分布有一定的规律，螺纹孔为M8。
采用多孔同步加工，零件的刚度足够，工件受力不大，振动，及发热变形对工件影响可以不计。
一般来说，孔中心线与定位基准面平行且需由一面或几面加工的工件宜用卧式机床，立式机床适宜加工定基准面是水平的且被加工孔与基准面垂直的工件，而不适宜加工安装不方便或高度较大的细长工件。
对大型工件采用单工位机床加工较适宜，而中小型零件则多采用多工位机床加工。
此零件的加工特点是中心线与定位基准平面是垂直的，并且定位基准面是水平的。
孔的分布范围是非直线形状，工件比较长，只能一次钻完，多轴箱体积较大，因而适合选择卧式单工位钻床。
（3）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、自动线或按大批量生产特点设计组合机床的重要因素。
按设计要求生产纲领为年生产量为6万件，从工件外形及轮廓尺寸，为了减少加工时间，采用多轴头，为了减少机床台数，此工序尽量在一台机床上完成，以提高利用率。
（4）机床使用条件
使用组合机床对对车间布置情况、工序间的联系、使用厂的技术能力和自然条件等一定的要求。
在根据使用户实际情况来选择什么样的组合机床。
综合以上所述：
通过对壳体零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求、定位、夹紧方式、工艺方法，并定出影响机床的总体布局和技术性能等方面的考虑，最终决定设计三轴头单工位同步钻床。
3.2确定切削用量及选择刀具
3.2.1确定工序间余量
为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量。
生产中常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量，以消除转、定位误差的影响。
但箱体顶面上8-M8mm的螺纹孔为最后一道工序，不会影响到其他工序的加工，M8的底孔为￠6.7，孔径较小，因此可以一次性钻孔到位，然后攻丝。
3.2.2选择切削用量
确定了在组合机床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。
因为所设计的组合机床为多轴同步加工在大多数情况下，所选切削用量，根据经验比一般通用机床单刀加工要低30%左右．多轴主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（mm/min）应是适合有刀具的平均值。
因此，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速和不同的每转进给量（mm/r）与其适应。
以满足不同直径的加需要，即：
·
=
·
=…=
·
=
式中：
…
——各主轴转速（r/min）
…
——各主轴进给量（mm/r）
——动力滑台每分钟进给量（mm/min）
由于壳体顶面孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求都是相同的。
按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表的方法查得：
钻头直径D=6.7mm,铸铁HB50～100、进给量f=0.15mm/r、切削速度v=10.5m/min。
3.2.3确定切削力、切削扭矩、切削功率
根据选定的切削用量（主要指切削速度v及进给量f）确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电动（一般指动力箱）功率，通过查表计算如下：
布氏硬度：
HB=HBmin－
（HBmax－HBmin）
=50－
（100－50）
=33.3
切削力：
=26
=26×6.7×
×33.3
=312.9N
切削扭矩：
=4
=4×
×
×33.3
=266.7N·mm
切削功率：
=
=266.7×10.5/（9740×3.14×6.7）
=0.014kw
式中：
HB——布氏硬度
F——切削力（N）
D——钻头直径（mm）
f——每转进给量（mm/r）
T——切削扭矩（N·mm）
V——切削速度（m/min）
P——切削功率（kw）
3.2.4选择刀具结构
变速器箱体的布氏硬度在HB50～100，孔径D为6.7mm，刀具的材料选择高速钢钻头（W18Cr4V），为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择标准Φ6.7的麻花钻。
孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有30～50mm的距离，以便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。
3.3钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制
前面对三轴头单工位同步钻床工艺方案及配置型式、结构方案确定的有关问题，它是钻床总体设计的重要内容。
下面就以钻床加工变速箱体总体设计的另一个问题，既总体设计方案的图纸表达形式——“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、机床联系尺寸图、编制生产率卡。
3.3.1被加工零件工序图
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，表示一台组合机床完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹具部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或成品状况的图纸，它不能用用户提供的图纸代替，而是在原零件图基础上，突出本机床的加工的内容，加上必要的说明绘制成的。
它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。
壳体用钻孔组合机床的被加工零件工序图如2－2所示。
图上主要内容：
（1）被加工零件的形状，主要外廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要求等。
（2）本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。
（3）被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。
2、绘制被加工零件工序图的注意事项
为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要图出被本机床的加工内容。
绘制时，应按一定的比例，选择足够的视图及剖视图，突出加工部位（用粗实线），并把零件轮廓
及与机床、夹具设计有关部位（用细实线
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