1、 编号 潍 坊 学 院 毕 业 设 计 技 术 报 告 课题名称： 变速箱前盖锪孔组合机床设计 学生姓名： 李小娟 学 号： 08011140221 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级 : 08 级二班 指导教师： 杨祖效 2012 年 5 月 潍坊学院本科毕业设计 I 摘要 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。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锪孔
2、这 一特定工序而设计的一台专用卧式组合机床。 本组合机床效率高、成本低、加工精度高和操作使用方便，同时减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。 本设计中，在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，生产率和切削用量情况等设计了结构合理的组合机床。 关键词： 组合机床 刀具 三图一卡 锪孔 潍坊学院本科毕业设计 II ABSTRACT Combination of more occasions is based on general parts, match with work
3、piece specific shape and process design of special components and fixtures, which is composed of semi-automatic or automatic special machine. It usually adopts the multiracial, knife, processes, and multi-faceted or multistage and processing, production efficiency than general machine high several t
4、imes or more. The combination machine has the advantages of low cost and high efficiency, in large, mass production is widely used, and the automatic production line can be used to composition. This paper introduces a special horizontal combination machine tools designed for gearbox shell holes on t
5、he surface countersinking this specific process. This modular mechanical tool has such advantages which is high efficiency. It is easy to operate because of the low cost and the processing precision. It reduces the workers labor intensity and it enhanced the productivity. In this design, all the sta
6、ndard parts selection based on the carefully data calculation, and according to the characteristics of the structure by processing components, precision machining parts size, surface roughness, and the localization way, clamping technology and processing process using tools, cutting dosages as produ
7、ctivity, the structure design of reasonable spindle box. Key Words： combined machine tool； Gross assembly drawing； Three graphs and one card；countersinking 潍坊学院本科毕业设计 0 目录 中文 摘要 . I 英文摘要 . II 第 1 章 前言 . 1 1.1 组合机床的组成 . 1 1 2 组合机床的特点 . 1 1.3 组合机床的发展现状 . 1 第 2 章 工艺方案设计 . 3 2 1 零件的工艺分析 . 3 2.2 确定机床的配置形
8、式 . 4 2.3 组合机床主要技术参数的确定 . 4 第 3 章 三图一卡设计 . 7 3.1 被加工零件工序图 . 7 3.2 加工示意图 . 7 3.3 机床联系尺寸图 . 10 3.3.1 动力部件的选择 . 10 3.3.2 机床的装料高度 . 11 3.3.3 多轴箱轮廓尺寸 . 11 3.3.4 确定夹具轮廓尺寸 . 11 3.4 机床生产率计算卡 . 12 结 论 . 15 参考文献 . 16 致 谢 . 17 潍坊学院本科毕业设计 1 第 1 章 前言 1.1 组合机床的组成 组合机床是根据工件加工需要 ,以大量通用部件为基础 ,配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。 组合
9、机床中各种部件都是具有一定独立功能的部件，并且大都是已经标准化、系列化和通用化的通 用部件。只有多轴箱和夹具是根据工件的尺寸形状和工艺要求设计的专用部件，但其中绝大多数零件如夹压元件、传动件等也是标准件和通用件。通用部件是组合机床的基础。用以实现机床切削和进给运动的通用部件，如各种工艺切削头、动力箱、动力滑台等动力部件。用以安装动力部件的通用部件，如底座等。 组合机床常用的通用部件有：床身（侧底座）、底座（包括中间底座和立柱底座）、立柱、动力箱、动力滑台、各种工艺切削头等。对于一些按顺序加工的多工位组合机床，还有移动工作台或回转工作台。动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运 动
10、和进给运动的动力部件，其中还有可能同时完成切削主运动和进给运动动力头。床身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件起着机床的基础骨架作用。这些部件同时保证着组合机床的刚度和部件之间的精度保持性， 除了上述主要部件之外，组合机床还有各种控制部件，主要指挥机床按顺序动作，以保证机床按规定的程序进行工作。 1 2 组合机床的特点 组合机床的特点： （ 1) 主要用于箱体零件和复杂的孔面加工。 （ 2) 生产率高。因为工序集中，可多面、多工位、多轴、多刀同时自动加工。 （ 3) 加工精度稳定。因为工序固定，可选用成熟的 通用部件、精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性。 （ 4） 研制周期短，便于
11、设计、制造和使用维护、成本低。因为通用化、系列化、标准化程度高，通用零部件占 70-90%，通用部件可组织批量生产，进行预制或外购。 （ 5） 自动化程度较高，劳动强度低。 （ 6） 配置灵活。因为结构模块化、组合化。可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线；机床易于改装，产品及工艺变化时，通用部件一般可以重复利用。 1.3 组合机床的发展现状 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。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
12、发展而逐步完善。组合潍坊学院本科毕业设计 2 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。现阶段组合机床主要应用于大批量生产中
13、，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。 传统机床只能对一种零件进行单刀、单工位、单轴、单面加工、生产效率低且加工精度不稳定，而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
14、机床可完成钻、扩、铰、镗孔、攻螺纹、车、铣、磨削以及滚压等工序，生产效率高，加工精度稳定。本课题针对变速箱前盖锪孔组合机床的设计，有利于提高大批量生产的生产效率，提高加工精度稳定性，节约资源。 本次设计 工作将设计一台卧式变速箱前盖锪孔组合机床（变速箱前盖锪孔）。因此，目的是使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好。从而选择最佳的工艺方案，合适地确定机床工序集中程度，合理地选择组合机床的通用部件，恰当的组合机床的配置型式，合理地选择切削用量，以及设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱就是本次设计主要内容。具体的工作就是要制定工艺方案，进行机床结构方案的分析和确定，进行组合机床总体设计，组
15、合机床的部件设计和施工设计。摘要部分，指出了本课题的研究概况，本课题的研究方法；第 1章是前言，主要介绍了本课题的研究 背景及意义，以及组合机床的概述。第 2、 3 章是本论文的主体部分，主要给出了本次课题研究即给变速箱前盖锪孔组合机床的总体设计以及“三图一卡”的绘制。在接下去的几个部分分别给出了通过本课题的研究之后得出的结论，并对此方向的课题进行展望，最后表达了对学院老师特别是指导老师的感谢。 潍坊学院本科毕业设计 3 第 2 章 工艺方案设计 2 1 零件的工艺分析 被加工零件：变速箱前盖 硬度： HB170-241 材料 : HT200 零件的技术要求： a 保证 8X 20孔对 基准中
16、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 图 2.1 零件图 (+0.027)技 术 要 求1 . 消 除 内 应 力2 . 未 注 明 的 铸 造 圆 角 R 3 - 53 . 铸 件 不 允 许 自 裂 纹 气 孔 缩 松 砂 眼 等 缺 陷4 . 全 部 螺 孔 倒 角 至 螺 孔 外 径5 . 全 部 字 体 高 度 为 2 毫 米6 . 去 毛 刺 锐 边7 . 非 加 工 面 涂 防 锈 漆潍坊学院本科毕业设计 4 本课题是针对变速箱壳体端面上锪 孔 这一特定工序而设计的一台组合机床。工艺分析是设计组合机床最重要的一步，正确选择
17、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。 （ 1)锪孔工艺方法能达到的精度及表面粗糙度 锪孔：在 11毫米铸件钻孔工序之后加工底孔或螺纹孔，精度可达 IT9 IT10，表面粗糙度 Ra3.2 6.3 微米 。 （ 2)定位基准及夹压点选择 根据图 2-1 所示的零件图，选择底面和两侧面分别进行定位，限制了六个方向的自由度，底面采用支承板来进行定位，限制了 X、 Y 方向的移动和 Z 方向的转动。两侧面用薄短板进行定位，通过调节螺纹来夹紧，此时限制了 X、 Y 方向的转动和 Z 方向的移动。 此种定位方式简便地限制工件的六个自由度，
18、是工件获得稳定可靠的定位；有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度；保证零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换 带来的积累误差，有利于保证零件加工精度；易于实现自动化定位、夹紧。 2.2 确定机床的配置形式 根据工件的结构特点、工艺要求、生产率要求及工艺方案等，可大体确定采用哪种配置形式的机床。满足同样要求，可有多种配置方案。 在确定机床配置形式和结构方案时，首先要考虑如何稳定地保证零件的加工精度。 固定式夹具单工位组合机床可达到的加工精度最高；移动（或回转）式夹具多工位组合机床，因存在移位、定位误差，其加工精度一般比固定式夹具低。 单工位组合机床可
19、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 。本设计题目只进行锪孔加工，基于这点考虑，所以采用单工位组合机床是合适的。 机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输也都比较方便； 而且，机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优点是占地面积小，自由度大，操作方便。其缺点是机床重心高，振动大。根据工作要求，孔中心线与定位基面 平行，所
20、以采用卧式固定夹具单工位组合机床。 2.3 组合机床主要技术参数的确定 （ 1） 切削用量的确定 组合机床常采用多刀多刃同时切削，为尽量减少换刀时间和刀具的消耗，保证机床的生产率和经济效果，选用的切削用量应比通用机床单刀加工时低 30%左右。组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给。因此，同一滑台带动的多轴箱上所有刀具（除丝锥外）潍坊学院本科毕业设计 5 的每分钟进给量相同，即等于滑台的工进速度。锪端面要求切削速度低而进给量比钻孔还小。 在通孔 11 上锪平面，所以可以采用同样的主轴和刀具使得所有刀具的每分钟进给量相同。 根据组合机床设计简明手册表 6-13查的： 切削速度 V=8 12 m/mi
21、n 每转进给量： f=0.15 0.3 mm/r 通过查阅得： HT200 的硬度为： HB=170 241 ;取 HB HBmax-1/3(HBmax-HBmin)=217 HBS 因此，取切削用量为： v=8 m/min f=0.2 mm/r (2)确定切削力、切削扭矩、切削功率 根据选定的切削用量，确定切削力，作为选择动力滑台及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其他传动件（齿轮、 传动轴等）的尺寸；确的切削功率，用以选择主传动电机（动力箱电机）功率；确定刀具耐用度，用以验证所选刀具是否合理。 通过生产实践及试验研究成果，硬质合金刀头在灰铸铁材料上锪孔的切削力 F、切削扭矩 T、
22、切削功率 P的计算公式如下。 1） 切 削力 F、切削扭矩 T、切削功率 P的计算公式 ： 式（ 2-1） 式（ 2-2） 式（ 2-3） 式 （ 2-4） 式中： xF 轴向切削力（ N）； zF 圆周力（ N）； fa 每齿进给量（ mm z） ； pa 切削深度（ mm）； T 切削转矩（ N mm）； v 切削速度（ m min）； HB 布氏硬度； Z 刀具齿数； D 加工直径（ mm）； P 切削功率（ KW）； 根据箱体零件图，在加工完的通孔上锪 20的孔，孔的深度是 2mm. 根据刀具直径和工 件、刀具材料， v=(8 12) m/min,f=(0.15 0.3) mm/r，取
23、 v=8 m/min 、 f=0.2mm/r。 0 . 5 5 0 . 0 50 . 6 5 1 . 1 7 30600200z f p HBF Z a a v 0 .30 .3 7 1 .1 4188200x f p HBF Z a a FzvP 612000 .6 5 1 .1 73 0 0 Z fpT D a a 工 均潍坊学院本科毕业设计 6 由每转进给量可得每转进给量 fa =0.1mm/z， pa =2mm， Z=2， HB=217 由公式 2-1得： 由公式 2-2得： 由公式 2-3得： 由公 式 2-4得： 电机功率： /PP电 2KW（ 8.0 ） 总轴向力： 8FF 61
24、31.2N 2）初定主轴转速 3） 滑台每分钟进给量的计算 由组合机床设计 fvfn 式中： n 主轴转速（ r min） f 主轴进给量（ mm r） fv 滑台每分钟进给量（ mm min） 4） 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： 1410d B T 式（ 2-5） 式中： d 轴的直径（ mm）； T 轴所传递的转矩（ N.mm）； B 系 数。 B 与扭矩角 有关，当为刚性主轴时， B=7.3 取 d=30mm 0 . 5 5 0 . 0 50 . 6 5 1 . 1 7 2 1 7 3 06 0 0 2 0 . 1 2 6 7 5 . 42 0 0 8zFN 0 . 30 . 3 7 1 . 1 4 2171 8 8 2 0 . 1 2 3 6 2 . 2200x 7 6 6 .4 2 8 0 .261200P K W1 0 0 0 1 0 0 0 8 1 2 7 . 3 / m i n20vnrd 0 . 6 5 1 . 1 73 0 0 4 . 5 2 0 . 1 2 1 3 6 0T N m m 1 2 7 . 3 0 . 2 2 5 . 4 6 / m i nfv n f m m 1 41 0 2 6 .2d B T m m
