汽车变速器上盖钻孔组合机床设计.docx

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汽车变速器上盖钻孔组合机床设计

摘要

毕业设计是同们对所学的理论与实际的完美结合。

我的毕业设计题目是：

“汽车变速器上盖钻孔组合机床设计”。

组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先的工序进行加工的机床。

它能对工件进行多刀，多轴，多面，多工位同时加工。

因此节省了大量的劳动力减轻了工人的劳动强度。

组合机床在现代化实际生产中得到广泛应用。

本设计为汽车变速器上盖钻孔专用组合钻床的设计，进行加工2-φ8.5H10和4-φ8.5的孔。

设计中采用“一面一孔”的定位方式。

在夹具方面，选用机械夹紧。

主轴箱内的设计中，采用一根传动轴带动四根主轴的方式，本设计中组合机床所选用的通用部件是按标准化、系列化、通用化原则选用的具有特定功能的基础部件。

每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。

关键词：

组合机床钻孔多轴箱

一绪论……………………………………………………1

二组合机床总设计…………………………………………2

（一）组合机床设计步骤……………………………………2

（二）组合机床方案的制定…………………………………3

（三）确定切削用量及选择刀具……………………………6

三三图一卡的设计…………………………………………10

（一）被加工零件工序图……………………………………10

（二）加工示意图……………………………………………12

（三）机床尺寸联系图………………………………………15

（四）机床生产率计算卡……………………………………21

四多轴箱的设计……………………………………………23

（一）概述……………………………………………………23

（二）多轴箱的设计步骤和内容……………………………24

（三）多轴箱总图设计………………………………………27

致谢…………………………………………………………29

参考文献…………………………………………………30

一绪论

（一）课题的来源

在国内外组合机床已发展成为一个新兴的工业部门。

由于技术、经济、生产上的原因，早在50年代已经迅速发展并具有专门经营这项业务的企业。

在技术上，由于传统的普通机床精度低、并且不能同时加工同一零件，导致生产效率低。

而社会生产力的巨大发展要求制造技术向高精度与高效率方向前进。

而组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的机床。

它能对工件进行多刀、多轴、多面、多工位、同时加工。

采用组合机床即能提高生产率又能提高加工精度。

在经济上，如果就设备以淘汰的形式更换为新设备则耗资巨大，很不经济，而采用组合机床加以现代化，为中小型企业和大企业创造了可观的经济效益。

在生产上，组合机床最适合多品种，中小批量生产，很符合现代化机械制造业的生产需要。

就本课题的国内外概况而言，我国是拥有上百万台机床的国家，要在短时间内实现机床多方位加工和高效率、高精密、设备的更新，国情上讲全面更新是不大可能的，组合机床的设计就以成为一个重要的研究方向。

因此组合机床的设计加以自动化将会使得我们的国家的制造业迅速发展。

在组合机床设计中引入了微机，不但技术上具有先进性，同时应用上也比传统的机床有了较大的通用性和可用性。

（二）指导思想

组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的机床。

它能对工件进行多刀、多轴、多面、多工位、同时加工。

在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，随着组合机床技术的发展，它能完成的工艺范围日益扩大。

组合机床所使用的通用部件是具有特定功能、按标准化、系列化原则设计、制造的组合机床基础部件。

每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。

组合机床设计应根据机床的性能要求配套液压、气压和电控等系统。

主要技术参数

1.加工要求：

汽车变速器上盖孔2-φ8.5H10和孔4-φ8.5

2.工件材料：

HT200190—241HBS

3.生产纲领：

6万件/（单班制）

二组合机床总体设计方案

（一）计步组合机床的设骤

1组合机床的特点

组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的机床。

它能够对工件进行多刀、多孔等同时加工。

在组合机床自动生产线上可以完成一系列的切削加工工序。

组合机床及其自动生产线所使的通用部件是具有特定功能，按标准化、系列化通用化原则设计、制造的组合机床基础设计部件。

每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。

组合机床以其独特的特点在现代化的生产中占有重要的地位，其特点如下：

（1）组合机床上的通用部件和标准部件占全部机床零部件总重量的70％—80％，因此设计周期短，经济效益好。

（2）由于组合机床上采用多刀加工，机床自动化程度高，因此生产率高，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，又有专门厂家成批生产，它与一般专用机床比较，其结构稳定，工作可靠，使用和维修方便。

（4）组合机床加工零件，由于采用专用夹具、组合刀具和导向装置等，产品加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。

（5）当机床被加工的产品更新时，专用机床的大部分部件要报销。

组合机床的通用部件是根据国家标准设计的，并等效于国家标准，因此其通用部件可以重复使用，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，适用于大规模和自动化生产需要。

本次设计的主要是为了使我们通过对组合机床的设计，对其结构及工作原理有个初步了解。

同时经过设计完成组合机床达到加工工件的目的。

在设计过程中需要查阅多种设计手册，对各种设计手册也有了一定了解，对以后走上工作岗位有很大的帮助，对以往所学的理论知识也是一个巩固，把所学与实践相结合起来。

本次设计主要是为了钻汽车变速器上盖2-Φ8.5孔和4-Φ8.5孔，年生产汽车变速器上盖6万件，单班生产。

2拟定方案阶段

（1）制定工艺方案

制定工艺方案是设计组合机床最重要的一步。

工艺方案制定得是否正确，将决定机床能否达到“体积小，重量轻，结构简单，效率高，质量好”的要求。

为了使工艺方案制定的合理、先进必须认真分析被加工零件的图纸，全面了解被加工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，工艺方法和加工过程所采用的刀具、辅具，切削用量情况及生产率要求等，分析其优缺点，总结设计、制造、使用单位和操作者丰富的实践经验，以求理论联系实际，从而确定零件在组合机床上的工艺内容及方法，决定刀具种类、结构形式、数量及切削用量等。

本设计为组合机床钻孔的设计。

加工后的表面粗糙度为Ra12.5。

工件的材料为HT200，硬度为190—241HBS。

工件的生产纲领是每年6万件，单班生产。

采用标准的锥柄麻花钻，用接杆将其连接在主轴上。

工件为汽车变速器上盖，钻Φ6.7孔和4—Φ7孔，采用一面两孔的定位方式，根据汽车变速器上盖的形状，采用机械夹紧。

（2）确定机床的工艺方案，确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。

既要考虑能实现工艺方案，以确保零件加工精度，技术要求及生产率；又要考虑机床操作方便可靠，易于维修，且润滑冷却排屑情况良好。

（3）总体设计——三图一卡

在本设计选定工艺方案并确定机床配置型式、结构方案后，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，机床联系尺寸图和生产率计算卡，统称“三图一卡”设计。

在总设计过程中，应先设计机床的夹具方案，画出夹具方案草图，然后确定多轴箱的轮廓尺寸，从而确定了机床各部分间的尺寸。

3技术设计阶段

本设计要求只绘制多轴箱装备图，根据已确定的工艺和结构方案，按照加工示意图和机床联系尺寸图的尺寸和主轴、传动轴的分布形式的设计及通用部件的选择，绘制多轴箱等装配图。

4工作设计阶段

本设计要求绘制被加工零件的工序图加工示意图机床联系尺寸图及多轴箱装配图。

还要求编制机床设计说明书，并附一关于机械方面的外文翻译。

（二）组合机床方案的制定

组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高度集中工序原则设计的一种高效率专用机床。

设计组合机床前，首先应根据组合机床完成工艺的一些限制及组合机床各种工艺方法能达到的加工精度、表面粗糙度及技术要求，解决零件是否可以利用组合机床加工及采用组合机床加工是否合理。

如果确定零件可以利用组合机床加工，那么，为使加工过程顺利进行，并达到要求的生产率，必须在掌握大量的零件加工工艺资料基础上，统盘考虑影响制定零件工艺方案、机床配置型式结构方安的各种因素及应注意的问题。

经过分析比较，以确定零件在组合机床上合理可以的加工方法、确定工序间加工余量选择合适的切削用量相应的刀具结构确定机床配置型式等，这些便是组合机床方安的主要内容。

1影响组合机床方案制定的主要因素

（1）被加工零件的加工精度和加工工序

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，是制定机床方案的主要依据。

采用刚性主轴结构方案时，必须根据被加工零件的材料加工部位的特点及加工精度要求来选择主轴结构型式及数据参数，以使主轴有足够的刚性及抗振性。

还必须布置好刀具位置，以减少切削径向力在加工过程中产生的振动。

（2）被加工零件的特点

本设计的被加工零件的材料是HT200，它的硬度为190—241HBS，加工的过程是钻孔，孔的表面粗糙度为Ra12.5。

工件采用一面双销定位。

这些对机床工艺方案制定有着重要的影响。

同样精度的孔，因材料硬度的不同，其工艺方案也不同，如钢件一般比铸铁件的加工工步数多。

（3）被加工零件的生产批量

零件的生产批量是决定采用单工位、多工位或自动线，还是按中小批生产特点设计组合机床的重要因素。

本次设计的批量为6万件每年，所以采用按中小批量设计组合机床。

（4）机床使用条件

2制定工艺方案工艺应考虑的问题

（1）组合机床常用工艺方法能达到的精度及表面粗糙度

由于被加工零件的精度要求加工部位尺寸、形状特点、材料、生产率要求不同，设计组合机床必须采用不同的工艺方法和工艺过程。

根据对我国使用的组合机床的调查，加工铸铁件的某些主要工序所能达到的精度和表面粗糙度如下述，可供制定时参考。

孔的尺寸精度

钻孔加工孔径在Φ40mm以下，一般为实心铸件扩、铰工序之前钻削底孔或螺纹底孔，精度可达IT10—IT11，表面粗糙度Ra6.3—12.5μm。

见《组合机床设计》P50表3—2

（2）确定工艺方案的原则及注意问题

粗、精加工工序的安排必须根据零件的生产批量、加工精度、技术要求进行全面分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理解决加工工序的安排。

不要不分具体情况而一律粗、精加工分开或粗、精加工工序的做法。

由于本次设计只有一道工序，为粗加工工序，不用考虑工序的安排问题。

（3）制定工艺方案时孔中心距的问题

在确定组合机床完成工艺时，要考虑可同时加工最小孔间中心距。

由于主轴箱的主轴结构和设置导向的要求，以及保证必须的加工精度和工作可靠的要求，组合机床钻孔对于通用的主轴箱，其最小中心距为24mm。

本次设计的中心距为55mm，所以主轴箱为通用主轴箱。

（4）定位基准及夹紧点选择

组合机床是针对某种零件或零件某道工序而设计的。

正确选择加工用的定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大规模的集中工序，从而收到减少机床台数的效果。

选择定位基准的原则及应注意的问题

应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准，这样可减少基准不符的误差，保证加工精度。

但在某些情况下，却必须该用其它面作定位基准，如组合机床经常加工的各种发动机汽缸体，其顶面为主要安装基准，即设计基准。

选择定位基准应确保工件定位稳定。

尽量采用以加工的较大平面为定位基准，这对于精加工尤为重要。

在不得以的情况下，才选那些与加工表面有一定关系的、经过仔细清理平整的毛面作为定位基准。

切记，定位基准不可选在铸铁或铸件的分型面上，也不要选在有铸孔的部位，否则将影响定位精度。

统一基面原则。

即在各台机床上采用共同的定位基面来加工零件不同表面上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零件尤为重要。

当被加工零件不具备理想的定位基准，或者工件刚性不足时，为防止加工时工件变形，振动而影响加工精度，可在机床上设置辅助支撑，以增加定位稳定性和承受较大的切削力。

确定夹压位置应注意的问题

在选择定位基面同时，要相应决定夹压位置。

此时应注意的问题是：

保证零件夹压后定位稳定；尽量减少和避免零件夹压后变形，消除其对加工的影响。

3确定机床配置型式及结构方案应考虑的问题

根据被加工零件的结构特点、加工要求、工艺过程方案及生产率等，可大体确定采用哪种基本型式的组合机床。

但由于工艺的安排动力部件的不同配置零件安装数目和工位数多少不同，而会产生多种配置方案。

不同的配置方案对机床的复杂程度、通用化程度、结构工艺性、加工精度、机床从新调整可能性及经济性等，具有不同的影响。

因此，确定机床配置型式及结构方案时，必须考虑下述问题：

（1）组合机床的特点及适用性

单工位组合机床的工作特点是，加工过程中位置固定不变，由动力部件移动来完成各种加工。

这类机床能保证较高的相互位置精度，它特别适合于大中型箱体类零件的加工。

单工位组合机床根据工件加工表面的分布情况不同，其配置型式有卧式、立式、倾斜式和复合式等。

根据本设计的被加工件的特点，正适合采用单工位组合机床。

（2）组合机床的加工精度

组合机床可完成的工艺范围及所能达到的加工精度已有叙述。

这里着重要说明的是组合机床不同的配置型式对加工精度的影响。

在确定机床配置型式和结构方案时，首先必须注意零件加工精度能否稳定的得到保证。

影响组合机床加工精度的因素是多方面的，一般分为加工误差和夹具误差两方面。

钻孔位置精度：

指孔与孔或孔与基面间的相对位置精度。

通常，采用固定导向能达±0.2mm；若严格要求机床主轴和夹具导向的同轴度，减少刀具与导向间隙，精度可达±0.2—0.25mm。

在组合机床上加工孔，其孔的中心线对基面或孔相对另一孔中心线的垂直度通常可达0.02μm/100mm。

本设计要求达到的精度正好在上述范围内，所以组合机床钻孔的位置精度能达到本零件的要求。

（3）其它应注意的问题

在确定机床配置型式和结构方案时，要合理解决工序集中问题。

在一个动力部件上配置多轴箱加工多孔来集中工序是组合机床基本的加工方法。

但主轴数量的多少，既要考虑动力部件及多轴箱的性能和尺寸，又要调整机床和更换刀具方便。

要注意排屑和操作使用方便性。

由于本设计是用前后导向进行加工的机床，所以采用的方案是卧式加工。

有时候，可将孔钻的深一些，以避免由于孔内积存切屑而折损刀具或破坏加工精度。

选择机床配置型式要考虑夹具结构实现的可能性及工作可靠性。

确定成套机床或流水线上的各机床型式时，应注意使机床和夹具型式尽量一致，着不仅有利于保证加工精度，也可提高通用化程度，便于设计、制造、维修。

组合机床主要用于批量较大的生产。

但有的情况下，如为了保证关键工序稳定的加工精度又要缩短设计制造周期，虽然工件批量不大，也采用组合机床。

（三）确定切削用量及选择刀具

1切削用量的选择

确定了组合机床上完成的工艺内容之后，就可以着手选择切削用量。

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、机床的布局型式及正常工作有很大影响。

（1）组合机床切削用量选择的特点

在大多数情况下，组合机床为多轴、多刀、多面同时加工。

因此，所选切削用量，根据经验应比一班万能机床单刀加工低30％左右。

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的每分钟进给量。

（2）确定切削用量应注意的问题

尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能。

所以本设计选用锥柄麻花钻。

选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响。

生产率要求不高时，就没必要将切削用量选得过高，以免降低刀具耐用度。

对于要求生产率高的大批大量生产用组合机床，要首先保证那些耐用度低，刃磨困难，造价高的所谓“限制性”工序刀具的合理切削用量，但须注意不能够影响加工精度，也不能使刀具耐用度降低。

切削用量的选择应有利于多轴箱设计。

本设计主轴转速相等，可使多轴箱传动链简单。

刀具带导向加工，由于不便冷却润滑，应适当降低切削速度。

选择切削用量，还必须考虑所选动力滑台的性能。

本设计采用液压动力滑台，所选择的每分钟进给量应比动力滑可实现的最小进给量大50％。

这样能避免由于温度和其他原因导致进给量不稳定，影响加工精度，甚至造成机床不能工作。

（3）组合机床切削用量的选择方法

必须从实际出发，根据加工精度工件材料技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理地选择切削用量。

一般常用查表法，参考生产现场同类工艺，通过工艺实验确定切削用量。

2确定切削力、切削扭矩、切削功率及耐用度

根据刀具材料工件材料加工直径零件的布氏硬度植，由《组合机床设计》P50表3—7选取进给量f=0.14mm/r切削速度ν共称=14m/min

（1）切削力F，切削转距M，切削功率及刀具耐用度T的计算

F=26Df0.8HB0.6（3—1）

M=10D1.9f0.8HB0.6（3—2）

P=mv/9740πD（3—3）

T=[（9600×14.30.25）]/（vf0.351801..3）]8（3—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（k.N）

T……………刀具耐用度（min）

v……………切削速度（m/min）v=ν公称kv（kv……修正系数）

HB……………零件的布氏硬度值

公式（3—1）和（3—3）取最大值，公式（3—4）取最大硬度值减去硬度偏大值的1/3。

由公式v=ν公称kv

由L/D=8/9=0.89查表（3—5）得

kv=1则v=ν公称kv=14×1=14m/min

n=1000v/πd=1000×14/3.14×9=495.5r/min

将主轴转速定为n=500r/min

则切削速度v=πdn/1000=3.14×9×500/1000=14.13/min

计算硬度HB=190—241HBS

由公式（3—1）得

F=26Df0.8HB0.6=26×9×0.140.8×2410.6=1320.22N

由公式（3—2）得

M=10D1.9f0.8HB0.6=10×9×0.140.8×2410.6=3668.88N.mm

由公式（3—3）得

P=mv/9740πd=（3668.88×14.13）/（9740π×9）=0.19KW

由公式（3—4）得

T=[（9600×14.30.25）]/（vf0.351801..3）]8

=[（9600×90.25）/（14.13×0.140.55×2241.3）]=7370.34mm

3刀具结构的选择

根据工艺要求及加工精度的不同，组合机床采用的刀具有：

简单刀具、复合刀具及特种刀具。

选择刀具结构应注意以下几个问题：

只要条件允许，为使工件可靠、结构简单、刃磨容易，应尽量选择标准刀具或简单刀具。

选择刀具结构时，还必须认真分析被加工零件材料特点。

基于以上问题和对被加工零件的分析，本设计中选择的刀具为标准高速钢麻花钻。

4确定滑台每分钟进给量

根据公式：

nf=νf《组合机床设计》

n……………………主轴转速（r/min）

f……………………主轴进给量（mm/r）

νf………………滑台每分钟进给量（mm/min）

νf=nf=500×0.14=70（mm/min）

B……………系数根据主轴或传动轴1m长度上允许最大扭转角速度选择3—19《组合机床设计》

主轴为刚性主轴，材料为45号钢。

取[ψ]=1/4。

/m

则系数B=7.3

则主轴直径d=B

mm=7.3

=17.97

WP——轴的抗扭转截面模数（mm3）,实心轴的WP=0.2d3

[τ]——许用剪切应力（N/mm2）。

45号钢的[τ]=31N/mm2

WP=0.2×93=145.8（mm3）

M/WP=3668.88/145.8=25.16＜[τ]

主轴的直径取整，取为d=20mm。

三三图一卡的社计

（一）加工零件工序图

1被加工零件工序图的作用和要求

被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条自动生产线完成的工艺内容、加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹压部位、以及被加工零件的材料、硬度和在机床加工前毛坯情况的图纸。

它是在原有的工件图基础上，以突出本机床或自动线加工内容，加上必要的说明绘制的。

它是组合机床设计的主要依据，也是制造使用时调整机床、检查精度的重要技术文件。

被加工零件工序图包括以下内容：

（1）在图上应表示出被加工零件的形状，尤其是要设置中间导向时，应表示工件内部分的布置和尺寸，以便检查工件装进夹具是否想碰，以及刀具通过的可能性。

（2）在图上应表示出加工用基准、夹紧部位及夹压方向。

以便依次进行夹具的定位支撑、限位、夹紧、导向装置的设计。

（3）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，还包括本道工序对前道工序提出的要求。

（4）图上还应有必要的文字说明。

如被加工零件的名称、编号、材料、硬度、重量及被加工部位的余量。

汽车变速器上盖工序图1所示

图1

2绘制被加工零件工序图的注意事项

（1）为了是被加工零件工序图清晰明了，一般要突出本机床的加工内容，绘制时，应按一定的比例，选择足够的视图及刨视，突出加工部位用粗实线表示，并把零件轮廓及机床、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，均在尺寸数值下方面粗实线标记，与加工有关的尺寸打上方框。

（2）本机床加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，有的定位基准与设计基准不一致应换算成为对称公差尺寸。

有时也可以将工件的某一孔的位置尺寸从定位基面标注，其余各孔的位置尺寸以次孔为基准进行标注，以免由于尺寸尺寸链的影响，而不能保证要求的精度。

（3）应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。

如对多层壁同轴线等直孔加工，若要求孔表面不留退刀痕迹，则图纸上应注明要求“机床主轴定位，工件让刀”。

3绘制汽车变速器上盖工序图：

根据以上所述分析确定零件的加工工序图。

对零件进行总体分析

（1）被加工零件材料：

HT200

（2）被加工零件特点：

每个工件5个孔。

（3）定位方式的选择：

采用一面双销作为定位基准

零件属于不太正规图形，其中有光滑的孔，一个加工比较光洁的表面，要加工的五个孔可以采用不完全定位，因此确定采用一面双销作为定位基准。

（二）被加工零件加工示意图

1加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总设计中占有重要位置。

它是设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床和刀具的依据。

加工示意图，要反映机床的加工过程和加工方法，并决定接杆的尺寸，钻杆长度，刀具种类数量，刀具长度及加工尺寸，主轴尺寸及伸出长度，主轴、刀具、导向与工件的联系尺寸等。

加工示意图应绘制成展开图，其绘制顺序是，首先按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图。

特别是注意那些距离很近的孔严格按比例相邻绘制，以便清晰地看见相邻刀具、导向及工具、主轴等是否想撞。

然后，根据工件加工要求几次选定的加工方法绘制刀具，并确定导向形式、位置及尺寸，选定主轴和接杆。

从这些刀具中找出影响其联系尺寸的关键刀具，按其中最长的一根刀具，从主轴箱到工件之