减速箱箱盖专用组合钻床设计.docx

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减速箱箱盖专用组合钻床设计

毕业论文

西北工业大学网络教育学院

毕业论文任务书

一、题目：

减速箱箱盖专用组合机床设计

二、指导思想和目的要求：

本论文从组合机床的设计方面着手，实现了快速高效的加工零件。

三、主要技术指标：

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。

四、进度与要求：

1月1日参加动员会，与指导教师见面

1月1日-1月30日论文调研，确定题目，填写任务书

2月1日-3月10日论文写作修改

3月20日论文答辩

五、主要参考书及参考资料：

[1]左建民.组合机床在工程机械方面的发展.《组合机床与自动化加工技术》.2005年07期:

65-67

[2]多功能组合机床时代.《汽车工艺与材料》2007年第1期:

43-44

学习中心：

074常州班　　级：

　005309404　

专　　业：

机械设计制造及其自动化学生：

　　吴文飞　　

指导教师：

　　诸伟新　　　　　　　　　　　

摘要

现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量产品，现代工厂中出现需要组合机床的场合越来越多。

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。

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，生产效率相比于普通机床高出几倍乃至几十倍。

因为通用部件已经标准化和系列化，所以可以根据需要灵活配置，能大大缩短设计和制造周期。

因此，组合机床兼有低成本、高效率和专用性强的优点，在大批量生产中得到广泛应用。

本课题是针对在减速箱箱盖上加工八个螺栓孔的工艺过程而设计一台专用组合机床。

本设计中，在充分数据计算的基础上对通用零件做了仔细选择，并跟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、组合钻床。

摘要……………………………………………………………………………………I

目录…………………………………………………………………………………II

第一章绪论…………………………………………………………………………1

1.1概述………………………………………………………………………………1

1.2课题研究的目的和意义…………………………………………………………1

1.3组合机床的发展史………………………………………………………………1

1.4国内外组合机床研究技术现状…………………………………………………2

1.5方案制定…………………………………………………………………………3

1.6设计研究的内容…………………………………………………………………4

第二章组合机床总体设计…………………………………………………………5

2.1组合机床方案的制定…………………………………………………………5

2.2确定切削用量及选择刀具………………………………………………………8

第三章组合钻床总设计……………………………………………………………11

3.1被加工零件工序图………………………………………………………………11

3.2生产率计算卡…………………………………………………………………20

3.3多轴箱轮廓尺寸………………………………………………………………22

3.4．齿轮模数选择…………………………………………………………………23

3.5.多轴箱的传动设计……………………………………………………………23

3.6.绘制传动系统图………………………………………………………………26

第四章液压系统设计………………………………………………………………27

4.1Z轴液压泵的确定………………………………………………………………27

4.2Y轴液压动力的确定……………………………………………………………28

4.3拟定液压系统图…………………………………………………………………30

结论…………………………………………………………………………………32

参考文献……………………………………………………………………………33

致谢…………………………………………………………………………………34

第一章绪论

1.1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。

它的特征是高效、高质、经济实用。

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课题研究的目的和意义

机床设计毕业设计，其目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计，使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养基本的设计方法，并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。

1.3组合机床的发展史

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。

世界上第一台组合机床于1908年在美国问世，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国内外组合机床研究技术现状

自1908年在美国研制组合机床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的特点。

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利用从而组成新的组合机床，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。

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方案制定

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、液压系统、控制操作系统、电系统、主要部件的结构草图、实验结果及技术经济分析等。

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。

1.6设计研究的内容

（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。

第二章组合机床总体设计

2.1组合机床方案的制定

2.1.1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（减速箱箱盖）的零件图（图2-1），加工八个螺栓孔的工艺过程。

（1）加工孔的主要技术要求。

加工4个M8螺纹底孔的孔。

孔的位置度公差为Φ0.1mm，与Φ12孔同心。

工件材料为HT21-40，HB170～241

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，孔的位置度公差为0.1mm

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。

一次性加工螺纹底孔，孔径为Φ6.5

（3）定位基准及夹紧点的选择

加工此离合器压盖的孔，以底面的两个支承点限制

、

和

、

四个自由度，位于中间的心轴起到了很好的定位作用。

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，由于夹具在本设计中没有考虑，因此在设计时就认为是人工夹紧。

2.1.2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。

离合器压盘加工孔的精度要求不高，可采用钻孔组合机

床，工件各孔间的位置精度为0.1mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工时

可以在下一个安装工位上对所有孔进行最终精加工。

为了加工出表面粗糙度为Ra3.2um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。

为此，机床通常采用尾置式齿轮动力装置，进给采用液压系统，人工夹紧。

被加工零件图如图2-1所示。

（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。

此离合器压盘的材料是HT21-40、硬度HB170-241、孔在整个压盘上呈90度均度分配，孔的直径为Φ6.5mm。

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。

图2－1被加工零件图

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箱体宜用卧式机床，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。

对大型箱体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。

孔的分布范围是直线形状，工件比较长，一次钻完，多轴箱体积较大，采用两工位以减小多轴箱的体积，使整个钻床瘦身，因而适合选择立式多工位钻床。

（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、自动线或按中小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：

通过对箱盖零件的结构特点、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，最终决定设计四轴头多工位同步钻床。

2.2确定切削用量及选择刀具

2.2.1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，由于在本钻床上钻孔后重新安装或在其他多工位机床上加工下道工序，应适当加大余量，以消除转、定位误差的影响。

Φ6.5mm的孔在钻孔后扩孔，直径上工序间余量0.5～1mm。

2.2.2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）

由于离合器压盘孔的加工精度、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=6.5mm,铸铁HB175～255、进给量f=0.1mm/r、切削速度v=15m/min.

2.2.3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）

=170－

（241－170）

=146.33

切削力：

=26

=26×6.5×

=535.16N

切削扭矩：

=10

=10×

=2452.26N·mm

切削功率：

=2452.26×15/（9740×3.14×10）

=0.123kw

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）

2.2.4选择刀具结构

离合器压盘的布氏硬度在HB170～241，孔径D为6.5mm，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Φ6.5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。

第三章组合钻床总设计

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

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。

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）加工时如需要中间向导，应表示出工件与中间向导有关部位结构和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。

（4）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

（1）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）表清楚，凡本道工序保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方面用粗实线标记。

如图3-1中4－Φ12加工用定位基准，机械夹压位置及方向，辅助支承均须用规定的符号表示出来。

图3-1被加工零件工序图

附注：

1.被加工零件名称及编号：

离合器压盘；

2.材料及硬度：

灰铸铁HT21-40JB307-62HB175~255；

（2）加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，为便于加工及检查，尺寸应采用直角坐标系标出，而不采用极坐标，但有时因所选定位基准与设计基准不重合，则须对加工部位要求位置尺寸精度进行分析换算。

3.1.1加工示意图

图3-2加工示意图

1、加工示意图的作用和内容

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的加工过程，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需的重要文件。

图3-2为箱盖上4孔立式钻床加工示意图。

在图上应标注的内容：

（1）机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。

（2）工件、夹具、刀具及多轴箱端面之间的距离等。

（3）主轴的结构类型，尺寸及外伸长度；刀具类型，数量和结构尺寸、接杆、导向装置的结构尺寸；刀具与导向置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式，刀具应按加工终了位置绘制。

2、绘制加工示意图之前的有关计算

（1）刀具的选择刀具选择考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生产率要求等因素。

刀具的选择前已述及，此处就不在追述了。

（2）导向套的选择在组合机床上加工孔，除用刚性主轴的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。

因此正确选择导向装置的类型，合理确定其尺寸、精度，是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须解决的内容。

1）选择导向类型根据刀具导向部分直径d=10mm和刀具导向的线速度v=15m/min，选择固定式导向。

2）导向套的参数根据刀具的直径选择固定导向装置，如图3-3所示：

图3-3固定导向装置

固定导向装置的标准尺寸如下表：

表3－1固定导向装置的标准尺

6.5

固定装置的配合如下表：

表3－2固定装置的配合

导向

类别

工艺

方法

刀具导向

部分外径

固定

导向

钻孔

G7（或F8）

固定导向装置的布置如图3-4所示

导向装置的布置如表3－3所示：

表3－3导向装置的参数（mm）

尺寸

项目

与直径d的关系

（2～3）d

加工铸铁

d/3+（3～8）

计算值

3×d=30

25．4

25.4/3+8=16.5

图3－4固定导向装置的布置

（3）初定主轴类型、尺寸、外伸长度

因为轴的材料为40Cr，剪切弹性模量G=81.0GPa,刚性主轴取ψ＝1／4（0）／m,所以B取2.316，

根据刚性条件计算主轴的直径为：

=2.316×

=17.52mm

式中：

d——轴直径（mm）

T——轴所承受的转矩（N·mm）

B——系数

本设计中所有主轴直径皆取d=20mm,主轴外伸长度为：

L=115mm，D/

为32/20，内孔长度为：

l1=77mm.

（4）选择刀具接杆由以上可知，多轴箱各主轴的外伸长度为一定值，而刀具的长度也是一定值，因此，为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，就需要在主轴与刀具之间设置可调环节，这个可调节在组合机床上是通过可调整的刀具接杆来解决的,连接杆如图3-5所示，

图3-5可调连接杆

连接杆上的尺寸d与主轴外伸长度的内孔D配合，因此，根据接杆直径d选择刀具接杆参数如表3－4所示：

表3－4可调接杆的尺寸

d（h6）

D1（h6）

螺母

厚度

Tr20×6

莫氏1号

12.061

188

100

（5）确定加工示意图的联系尺寸

从保证加工终了时主轴箱端面到工件端面间距离最小来确定全部联系尺寸，加工示意图联系尺寸的标注如图3-2所示。

其中最重要的联系尺寸即工件端面到多轴箱端面之间的距离（图中的尺寸333mm）,它等于刀具悬伸长度、螺母厚度、主轴外伸长度与接杆伸出长度（可调）之和，再减去加工孔深度和切出值。

（6）工作进给长度的确定如图3-6工作进给长度

应等于工件加工部位长度L与刀具切入长度

和切出长度

之和。

切入长应

应根据工件端面误差情况在5～10mm之间选择，误差大时取大值，因此取

=7mm，切出长度

=1/3d+（3～8）=

9mm,所以

=10+7+

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