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钻床组合机床步骤及说明书学位论文

河北工业大学

毕业设计说明书

作者：

宫玉才学号：

060432

学院：

机械工程学院

系（专业）：

机械设计制造及其自动化

题目：

变速箱壳体多孔钻专机设计（三图一

卡及多轴箱设计）

指导者：

曲云霞教授

（姓名）（专业技术职务）

评阅者：

（姓名）（专业技术职务）

2010年6月11日

毕业论文中文摘要

变速箱壳体多孔钻专机设计（三图一卡及多轴箱设计）

摘要：

随着自动化生产能力的提高，现代工厂中出现需要组合机床的场合越来越多，组合机床是以通用部件为基础，配以工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。

它一般采用多轴，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合系列化，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，在大批量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。

本课题针对变速箱壳体端面上12Xφ18孔钻削这一特定工序而设计的一台专用立式组合机床。

本设计中，在充分数据计算的基础上对标准通用零件做了仔细选择，并依据被加工零件的结构特点，加工部位的尺寸精度，表面粗糙度要求，以及定位夹紧方式，工艺方法和加工过程中所采用的刀具，生产率，切削用量情况等设计了结构合理的多轴箱。

关键词：

组合机床，多轴箱，工艺流程，钻削

毕业论文外文摘要

TitleGearboxShellDrillMachineDesign（PorousThree

DiagramACardandSpindleBox）

Abstract

Withautomaticproductioncapabilityisimproved,themodernfactoriesinneedofmodularmachinetool,thecombinationofmoreoccasionsbasedongeneralparts,matchwithworkpiecespecificshapeandprocessdesignofspecialcomponentsandfixtures,composedofsemi-automaticorautomaticspecialmachine.Itusuallyadoptsthemultiaxial,knife,processes,andmulti-facetedormultistageandprocessing,productionefficiencythangeneralmachinehighseveraltimesormore.Duetothecommonpartshavestandardseries,canaccordingtothecombinedflexibleconfiguration,canshortenthecycleofdesignandmanufacture.Therefore,thecombinationmachinehastheadvantagesoflowcostandhighefficiency,inlarge,massproductioniswidelyused,andtheautomaticproductionlinecanbeusedtocomposition.

Thispaperintroducesaspecialverticalcombinationmachinetoolsdesignedforgearboxshell12Xφ18holesonthesurfacedrillingthisspecificprocesses.

Inthisdesign,allthestandardpartsselectionbasedonthecarefullydatacalculation,andaccordingtothecharacteristicsofthestructurebyprocessingcomponents,precisionmachiningpartssize,surfaceroughness,andthelocalizationway,clampingtechnologyandprocessingprocessusingtools,cuttingdosagesasproductivity,thestructuredesignofreasonablespindlebox.

Keywords：

combinedmachinetool,productionefficiency,clamp,drilling

目次

1引言1

1.1组合机床概述1

1.2该课题研究的目的和意义1

1.3组合机床发展史1

1.4国内外该研究技术现状2

1.5发展趋势3

1.6本课题研究的基本内容3

1.7本课题主要研究解决的难点问题和拟采用的办法3

2多孔钻组合机床总体方案设计（三图一卡）5

2.1零件分析5

2.2工艺分析6

2.3确定机床的配置形式7

2.4组合机床切削用量8

2.5组合机床切削用量选择及计算9

3组合钻床总体方案设计（三图一卡）11

3.1被加工零件工序图11

3.2加工示意图12

3.2.4其它注意问题15

3.3机床联系尺寸总图16

3.4．生产率计算卡18

4组合机床多轴箱设计19

4.1通用多轴箱的组成19

4.2多轴箱设计步骤和内容20

4.3传动系统的设计计算21

结论25

参考文献26

致谢27

1引言

1.1组合机床概述

组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，再配以少量专用部件而组成的专用机床，具有一般专用机床结构简单，生产率及自动化程度高，易保证加工精度的特点，又能适应工件的变化，具有一定的重新调整、重新组合的能力。

组合机床可以对工件采用多刀、多面及多方位加工，特别适于在大批、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。

组合机床可完成钻、扩、铰、镗孔、攻螺纹、车、铣、磨削以及滚压等工序。

1.2该课题研究的目的和意义

传统机床只能对一种零件进行单刀，单工位，单轴，单面加工，成产效率低且加工精度不稳定，组合机床能够对一种（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。

本课题针对变速箱壳体设计专用多孔钻机，有利于提高大批量生产的变速箱的生产效率，提高加工精度稳定性，节约社会资源。

1.3组合机床发展史

专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。

在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。

最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。

初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。

为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。

二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。

铣削平面的平面度可达0.05毫米／1000毫米，表面粗糙度可低达2.5～0.63微米；镗孔精度可达IT7～6级，孔距精度可达0.03～0.02微米。

1.4国内外该研究技术现状

组合机床自1911年在美国研制成功后便广泛应用于大批量生产的汽车工业中，并且随着汽车工业的发展而逐步完善。

组合机床是根据被加工件的工艺要求，按照工序高度集中的原则而设计的，并以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件而组成的专用设备，并配以专用夹具，采用多把刀具同时进行加工。

组合机床的辅助动作实现了自动化，具有专用、高效、自动化和易于保证加工精度。

当被加工的零件尺寸结构有所改进时，合机床的通用零部件还可以重新被利用组成新的组合机床，且具有一定的柔性度。

在数控设备还没有普及和推广的几十年里，它对于提高加工效率，降低对操作者的技术要求起到了很大的作用，尤其是组合铣床和专用钻床，在壳体类零件的加工线中应用非常广泛。

近几年来，由于国家加大基础设施的投入，工程机械需求呈现了强劲的增长势头，部分生产厂家呈现出一年翻一番的发展形势，虽然国家因出现局部经济过热而采取对钢材、建材、电解铝等行业进行调控，但许多重点工程都陆续开工上马，工程机械虽不会出现过热现象，但今后几年仍然会维持较大程度的增长态势。

国内工程机械同进口产品相比，其特点是价位低、产品稳定性、可靠性差、零件加工手段落后。

随着国家对世贸承诺的逐步实现，价格的竞争优势也逐渐减少，以装载机为例：

目前大多数的主机生产厂及部件配套厂家对变速箱箱体、变矩器壳体前车架、后车架、动臂、驱动桥等关键零件，大多采用通用设备加工，这种加工方式的缺点有：

生产能力难以扩大，产品质量不稳定，在制品积压严重，经济效益不够显著。

值得庆幸的是国内比较大的装载机生产厂家都已逐步认识到这一问题。

在机构件方面，厦工、临工、宜工、龙工纷纷采用组合机床对动臂、前车架、后车架，前后铰接架的孔系进行加工，零件一次装夹，多头同时加工，比通用机床单孔逐个加工，效率提高了3—6倍，而且避免了工件调头而产生的二次定位误差。

运用组合机床加工结构件与通用机床相比各孔系坐标精度可以由±1mm提高到±0.2mm，，同轴度0．5mm提高到±0．08mm孔系平行度由0．7mm提高到±0．1mm而且所有精度均靠机床本身的装配精度保证，为提高整车的质量奠定了基础。

变速箱箱体是装载机运动系统中的核心部件，零件本身的结构刚度较差，而加工精度相对要求较高，不采用特殊措施，使得与变速器结合面0．08mm的平面度以及各孔对此面的垂直度，各孔中心矩均难以保证。

组合机床与通用机床组合生产线使适当的投资能迅速扩大生产规模，解决通用机床加工效率低，同一工序需要多台机床加工的难题。

在工程机械快速发展的今天，我们面临的产品上规模，质量上台阶的难题，都可以运用组合机床加工得到有效的解决，组合机床在工程机械领域有着更大的发展空间。

1.5发展趋势

现阶段组合机床主要应用于大批量生产中，随着组合机床加工的发展与各种生产管理技术的发展与完善，组合机床在中小批量生产中也将得到广泛的应用，应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。

这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。

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。

1.6本课题研究的基本内容

（1）零件分析

仔细阅读所拿到的零件图纸，分析零件的结构特点及技术要求。

（2）拟定零件工艺方案

确定零件的材料，加工时的定位基准以及零件的加工工艺方案。

（3）总体方案设计

确定机床的配置形式及总体结构方案。

（4）组合机床设计——三图一卡设计

确定被加工零件的工序图，零件加工示意图，绘制机床尺寸联系图，机床生产率计算卡。

（5）主轴箱设计

绘制主轴箱草图，选择主轴结构形式及动力计算，设计主轴箱的传动系统。

1.7本课题主要研究解决的难点问题和拟采用的办法

（1）多轴箱传动系统的设计

根据查阅各种资料，以及参阅多孔钻相关案例，拟采用多轴钻动力头的形式，将输出轴按所要加工孔的位置尺寸分布，动力从主轴输出后经传动轴将动力传递给各个输出轴分布形式如图1-1所示

图1-1多孔钻动力轴传动系统示意图

（2）组合机床的配置形式

为了方便加工，拟采用传统的立式钻床形式，，改造主轴箱及增加多轴箱改造形式如图1-2所示

图1-2组合机床的配置示意图

2多孔钻组合机床总体方案设计（三图一卡）

2.1零件分析

被加工零件：

多轴箱壳体

工件材料：

HT200

2.1.1零件的技术要求

a保证12Xφ18孔对基准中心的位置度

b水平方向孔中心到设计基准的位置度要求

c垂直方向孔中心到设计基准的位置度要求

2.1.2结构方案分析和定方案的选择

本课题是针对变速箱壳体端面上12个孔钻削这一特定工序而设计的一台专用组合机床。

正确选择加工用定位基准是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的集中工序，从而实现减少机床台数的效果。

由于采用专用夹具，对其精度要求完全可以达到。

2.1.3选择定位基准的原则及应注意的问题

a应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准。

这样可以减少基准不符的误差，以保证加工精度，但在某些情况下，却必须选用其他作为定位基准。

b选择定位基准应确定工件定位稳定。

尽量采用已加工较大平面作为定位基准，这对于加工尤为重要。

c统一基准原则。

即在各台机床上采取共同的定位基面来加工零件不同表面的孔或对同一表面上的孔完成不同的工序。

这对工序多的箱体类尤为重要。

2.1.4确定夹压位置应注意的问题

在选择定位基面时，要相应决定夹压位置。

此时应注意的问题是：

a保证零件夹压后定位稳定。

为使工件在加工过程中不产生振动移动，夹压力要足够，夹压点布置加压合力落在定位平面内。

b尽量减少避免零件夹压后得变形，消除其对加工精度的影响。

2.2工艺分析

工艺分析是设计组合机床最重要的一步，必须认真分析被加工零件的工艺过程。

深入现场全面了解被加工零件的结构特点，加工部位，夹紧方式，工艺方法和加工过程所用的刀具，切削用量及生产率等。

选择单工位，单面组合机床，使机床结构简单，工件可靠，更符合多，快，好，省的要求。

a加工精度的要求

由于加工孔相对于中心的位置度要求比较高，因此采用单工位方法一次定位，可以减少定位误差。

b被加工零件大小形状特点，加工部位特点要求。

这些特点在很大的程度上决定采用立式机床。

一般来说，孔中心线与定位基面垂直宜采用立式机床。

故本加工工序采用立式机床。

该组合机床是钻12Xφ18，表面粗糙度为12.5，两孔之间同轴度为0.5，因此采用移动式钻模板。

本道工序的夹紧也非常方便，可以利用上一道工序的加工特点。

孔定位，端面定位，端夹紧，定位可靠，夹紧方便，装卸方便，工艺装备简单。

根据上述被加工零件的结构特点，加工要求，工艺过程及生产率，可以确定机床配置形式为立式组合机床，这种配置形式可达到较高的加工精度，对于精加工机床的夹具公差，一般加工零件的三分之一至五分之一，对于粗加工机床采用固定式导向，能达到±0.2mm。

2.3确定机床的配置形式

通常根据工件的结构特点，加工要求，生产率和工艺过程方案等，大体上就可以确定应采用哪种基本形式的组合机床。

但在基本形式的基础上，由于工艺的组织，动力头的不同配置方法，零件安装数目和工位数多少等具体安排不同，而具有多种配置方案。

它们对机床的结构复杂程度，通用化程度，结构工艺性能，重新调整的可能性以及经济效果，还有维修操作是否方便等，都具有不同的影响。

另外，还必须看到，就是在有些情况下，对于工艺过程方案做不大的更改或重新安排，往往会使机床简单，工作可靠，结构紧凑，更符合多快好省的要求。

因此，在最后决定机床配置形式和结构方案时，必须注意下面一些问题：

A加工精度要求的影响

B机床生产率的影响

C被加工零件的大小，形状加工部位特点的影响

D车间布置情况的影响

E工艺间联系情况的影响

F使用厂的技术后方和自然条件的影响

被加工零件的特点在很大程度上决定了机床的配置形式。

2.3.1不同配置形式组合机床的特点及适应性

单工位组合机床通常是用于加工一个或两个工件，特别适用于大中型箱体件的加工。

根据配置动力部件的数量，这类机床可以从单面或同时从几个方面对工件进行加工。

各种形式的单工位组合机床具有固定的夹具。

通常可以安装一个工件特别适合于大中型零件的加工。

本设计的零件较大，需要加工的孔径较大，且与轴箱配合安装，基于这点考虑，本设计采用单工位组合机床是合适的。

多工位组合机床主要适用于中小型零件。

2.3.2不同配置形式组合机床的加工精度

在组合机床上影响加工精度的因素很多，一般分为与切削负荷无关的误差（如机床原始误差，工件安装误差，夹具与刀具的误差，其它偶然性误差等）和与切削负荷有关的误差（如夹压变形，热变形，刀具磨损所引起的误差和其他偶然性误差）。

组合机床加工精度通常是靠夹具来保证的，我们也可以把影响加工精度的因素分为加工误差和夹具误差两大类。

那么现在的问题在于确定夹具误差和加工误差的比例，这个问题的解决通常是根据经验数据来进行机床配置形式的选择。

一般从固定式夹具组合机床的加工精度和移动式夹具组合机床的加工精度来考虑。

固定式夹具单工位组合机床加工精度最高。

这种机床由于零件采用固定导向的位置度可以达到0.2mm。

可见这种形式的组合机床加工此零件能稳定的保证加工精度。

2.3.3选择机床配置形式应注意的问题

A适当提高工序集中程度

在确定机床的配置形式和结构方案时，要合理解决工序集中程度的问题。

在一个动力头上安装多轴，同时加工多孔来集中工序，是组合机床最基本的方法，在一台机床主轴数量有达200根左右的。

但是，也不应无限制地增加主轴数量，要考虑到动力头及主轴箱的性能和尺寸，并保证调整和更换刀具的方便性。

这些在以后的设计中药得以解决。

B注意排屑和操作使用的方便性

排除切屑和操作使用的方便性队机床方案也有影响。

C夹具形式对机床配置形式的影响

选择机床配置形式时要注意考虑夹具结构的实现可能性和工作的可靠性，在决定加工一个工件的成套流水线上个机床的型式时，还应注意，是机床与夹具的型式尽量一致，尤其是粗加工机床。

这样不仅有利于保证加工精度，而且便于设计，制造和维修，也提高了机床之间的通用化程度。

D另外还应具有一定的成产批量

2.4组合机床切削用量

选择切削用量是否合理对组合机床的加工精度，生产线，刀具耐用度，机床的形式及工作稳定性都有很大的影响。

2.4.1组合机床切削用量的选择特点

a在大多数情况下，组合机床为多轴，多刀，多面同时加工。

因此，所选用的切削用量，根据经验应比一般万能机床单刀加工低30%左右。

b组合机床多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每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量。

这个每分钟进给量应是适合于所有刀具的平均值。

因此，同一多轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速和选择不同的每转进给量与其相适应，以满足不同直径的加工需要。

2.4.2确定切削用量应注意的问题

（1）尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能。

由于本设计所加工孔工艺要求相同，所以选择同一数据即可。

（2）复合刀具切削用量的选择，应考虑刀具的使用寿命。

进给量通常按复合刀具最小直径选择，切削速度按复合刀具的最大直径选择。

（3）选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响。

（4）切削用量选择应有利于多轴箱设计。

（5）选择切削用量时，还应考虑所选动力滑台的性能尤其是当采用液压动力滑台时，所选择的每分钟进给量一般应比动力滑台可实现的最小进给量大50%左右。

否则，会由于温度和其他原因导致进给量不稳定，影响加工精度，甚至造成机床不能正常工作。

2.5组合机床切削用量选择及计算

A切削力F，切削转矩M，切削功率P，刀具耐用度T的计算公式

由《组合机床设计》可知计算公式如下：

（2-1）

（2-2）

（2-3）

（2-4）

式中：

F—切削轴向力（N）；D—钻头直径（mm）；

f—每转进给量（mm／r）；M—切削转矩（N.mm）；

P—切削功率（KW）；T—刀具耐用度（min）；

v—切削速度（m／min）；

HB—零件的布氏硬度值，通常给出一个范围。

对于公式（2-1）~（2-3）取最大值，对于（2-4）取最大值减去硬度偏差值的三分之一。

用直径D=18mm的高速钢钻头钻40mm深的孔，根据刀具直径和工件，刀具材料，由表3-8（用高速钢钻头加工铸件的切削用量）

D=18mm，v=16m／min，f=0.2mm／r。

硬度HB180~220

计算硬度HB=220—1／3（220-180）=207

由公式2-1得

由公式2-3得

由公式2-4得

由公式2-5得

电机功率

（

）

总轴向力：

B初定主轴转速

C滑台每分钟进给量的计算

由《组合机床设计》

式中：

n—主轴转速（r／min）

f—主轴进给量（mm／r）

—滑台每分钟进给量（mm／min）

D主轴直径的确定

由《组合机床设计》表3-19轴能承受的扭矩计算：

式中：

d—轴的直径（mm）；

M—轴所传递的转矩（N.mm）；

B—系数。

B与扭矩角[φ]有关，当为刚性主轴时，B=7.3

取d=30mm

3组合钻床总体方案设计（三图一卡）

组合机床总体设计，就是针对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行方案图纸设计。

这些图纸包括：

被加工零件工序图，加工示意图，生产率计算卡，机床联系尺寸图。

3.1被加工零件工序图

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上完成的工艺内容，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，加紧部位以及被加工零件材料，硬度和在本机床加工前的加工余量等情况的图样。

是组合机床设计的具体依据，也是制造使用时调整机床，检查精度的重要技术文件。

被加工零件工序图应包括下列内容：

A.在图纸上应表示出被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。

尤其是当需要设置中间导向套时，应表示出零件内部的肋，壁布置及有关结构的形状及尺寸，以便检查工件，夹具，刀具是否发生干涉。

B.在图上应表示出加工用定位基准，夹紧部位及夹压方向，以便依次进行定为支撑，限位，夹紧，导向装置的设计。

C.在图上应表示出加工表面的尺寸，精度，表面粗糙度，形状位置尺寸精度及技术要求（包括对上道工序的要求及本机床保证的部分）。

D.图中还应注明被加工零件的名称，编号，硬度，材料，重量以及被加工部位的余量等。

绘制被加工零件工序图的注意事项：

A.为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要突出该机床的加工内容。

绘制时，应按一定比例，选择足够视图及剖视，突出加工部位（用粗实线），并把零件轮廓及与机床，夹具设计有关的部位（用细实线）表示清楚。

凡本道工序保证的尺寸，角度等，均应在尺寸数值下方画粗实线标记，另外还要用专门符号表示出加工用定位基准夹压位置，方向以及辅助支撑。

B.加工部位的位置尺寸应由定位基准注起。

为方便加工及检查，尺寸应采用直角坐标系标注，而不采用极坐标系标注。

C.应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。

被加工零件工序图如3.1图所示。

图3-1加工工序图

3.2加工示意图

3.2.1加工示意图的画法及注意事项

加工示意图是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。

是设计刀具，辅具，夹具，多轴箱和液压，电