组合镗床设计毕业论文

毕业论文（设计）

题目组合镗床设计

系（分院）

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摘要 ................................................... 错误！未定义书签。1工艺方案设计 (1)

1.1工艺分析 (1)

1.2定位分析、基准选取 (1)

1.3制定工艺路线 (2)

1.4组合镗床切削用量的选择 (3)

1.4.1镗Φ76轴承孔 (3)

1.4.2镗Φ64轴承孔 (3)

1.5组合机床配置型式的选择 (3)

2组合机床总体设计 (4)

2.1绘制被加工零件工序图 (4)

2.1.1 被加工零件工序图的作用与内容 (4)

2.1.2 绘制被加工零件图的规定及注意事项 (5)

2.2加工示意图 (5)

2.2.1 加工示意图的作用和内容 (5)

2.2.2选择刀具、导向及有关计算 (6)

2.3机床联系尺寸图 (8)

2.3.1 机床联系尺寸图作用和内容 (8)

2.3.2 绘制机床尺寸联系总图之前应确定的内容 (8)

2.3.3机床分组 (11)

2.4组合机床生产率计算卡 (12)

2.4.1理想生产率Q (12)

2.4.2实际生产率1Q (13)

(14)

2.4.3机床负荷率负

3.1机床夹具的作用 (16)

3.2定位夹紧方案的确定 (17)

3.3刀具及切削用量的选取 (17)

3.3.1刀具选择 (17)

3.3.2切削用量的选取 (17)

3.4夹具的性能及优点 (17)

4组合机床多轴箱设计 (18)

4.1绘制多轴箱的设计原始依据图 (19)

4.2主轴结构形式的选择和动力计算 (20)

4.2.1 主轴结构形式的选择 (20)

4.2.2齿轮模数的初定 (21)

4.2.3多轴箱的动力计算 (21)

4.3.1传动比分配 (22)

4.3.2传动系统设计 (22)

4.3.3轴径尺寸的确定 (24)

4.4齿轮模数及轴的强度校验 (24)

结论 .................................................... 错误！未定义书签。致谢 .. (30)

摘要

组合机床是一种设计制造周期短、投资少、加工精度稳定、改装方便、经济效益高的专用高效自动化设备。本文是根据任务要求，设计一台能高效、大批量粗镗齿链式无极变速器壳体轴承孔的组合镗床。文章从工艺方案设计、总体设计、部件设计等几部分进行论述。

关键词：组合镗床高效多轴箱总体设计

1工艺方案设计

1.1工艺分析

组合镗床用于镗削齿链式无极变速器壳体上的轴承孔，并且要达到其加工精度。为了满足其加工精度的要求，我们首先要对加工的零件进行工艺方案的分析，制定组合机床工艺方案是设计组合机床最重要的步骤之一。工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到“重量轻、结构简单、效率高、质量好”的要求。

1.1.1齿链式无极变速器箱体的技术要求

（1）壳体底面和对合面的任意100mm X100mm范围内平面度公差为0.04mm；

（2）壳体对合面与底面的平行度公差为100：0.05；

（3）轴承孔的尺寸精度为IT7，圆柱度公差为0.05，各孔轴线对其公共轴线的同轴度公差为0.04，各孔外侧面对其公共轴线的垂直度为0.1mm；

（4）轴承孔间中心距公差为0.1mm；

（5）轴承孔和主要的表面粗糙度不大于1.6um。

1.1.2 壳体零件的毛坯和材料

壳体铸件的毛坯材料为HT150，硬度为169～229HBS。

1.1.3工件生产方式

大批量生产，车间内专用机床设备按零件加工工艺先后顺序排列，采用流水线生产的组织形式。采用单班制生产时，齿链式无极变速器的年产量为6万件。

1.2 定位分析、基准选取

根据生产纲领，该零件属于大批大量生产，因此采用砂型铸造的方法来进行毛坯生产。该零件的各个表面均为毛坯面，为加工需要，先加工一基准面为后备工序做准备。箱体外形面有侧面C、端面B,底面A，依据便于装夹及利于后续加工的原则，确定箱体底面A作为多道工序加工的基准面。镗轴承孔采用的是“一面两销”定位。定位平面的平面度允差一般为：0.05～0.08 mm，表面粗糙度一般为6～3.2um。

齿链式无极变速器的壳零件如图1。

图1 齿链式无极变速器壳体零件图1.3制定工艺路线

0# 铸造

5# 人工时效处理

10# 非加工面涂漆处理

15# 粗铣壳体底面

20# 粗、精铣壳体结合面

25# 粗、精铣箱盖结合面

30# 钻箱体、箱盖结合面螺纹孔

35# 合箱

40# 粗、半精、精镗3个轴承孔

45# 粗铣两侧面凸台和两端面凸台

50# 钻其他面上的孔

55# 去毛刺

60# 检验

1.4 组合镗床切削用量的选择

组合机床的正常工作与合理地选用切削用量，即确定合理的切削速度、工作进给量和切削深度，有很大关系。切削用量选择适当，能使组合机床以最少的停车损失，最高的生产效率，最长的刀具寿命和最好的加工质量，也就是确保组合机床能够更快更省时地进行生产。 1.4.1镗Φ76轴承孔

切削用量的选取可采用查表法，查《组合机床设计简明手册》表6-15 镗孔切削用量可知：

工件材料为HT150，HBS 为170～220，选择硬质合金钢镗刀，其粗镗速度为35～50m/min ，走刀量为0.4～1.5mm/r 。于是选择镗削速度为46.8m/min ，走刀量为0.6mm/r 。

主轴转速的选择：根据确定切削用量，通过公式： D 1000n c

πν=

可

得主轴的转速为196r/min 。 1.4.2镗Φ64轴承孔

选择镗销速度为47.3m/min 。走刀量为0.6mm/r 。根据公式D

1000n c

πν= 可以算出

Φ64主轴的转速为235.2r/min 。

1.5组合机床配置型式的选择

我们在选择机床配置方案时，反对贪大求全，应正确处理先进性和可靠性的关系，选择符合最适宜对该工序进行生产加工的组合机床设计方案。 现有立式和卧式两种方案可供选择，其优势比较如下： 主要比较指标：

(1)加工精度：立式加工精度比卧式高； (2)排除铁屑的方便性：卧式较好；

(3)夹具形式的影响：考虑到加工工艺要求，应选用立式；

(4)占地面积：立式占地面积更小；

(5)立式刚性更好。

其余指标，如：机床生产率，机床使用方便性和自动化程度，机床结构的复杂程度等，两种方案之间相差不大。综合考虑，应选用立式单工位组合机床。

2组合机床总体设计

总体设计，就是针对齿链式无极变速器壳体零件，在选定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“三图一卡”：被加工零件工序图；加工示意图；机床联系尺寸图；生产率卡（生产效率计算卡片）。

2.1 绘制被加工零件工序图

2.1.1 被加工零件工序图的作用与内容

被加工零件工序图是在被加工零件图基础上，突出本机床及其自动线的加工内容，并作必要说明而绘制的。其主要内容包括如下：

（1）被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及本机床设计相关部位结构形状和尺寸；（2）本工序选用的定位基准、夹紧部位及方向；

（3）本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及上道工

序的技术要求；

（4）注明加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量；齿链式无极变速器壳体轴承孔组合组合机床的被加工零件工序图如图2所示。

图2 被加工零件工序图

2.1.2 绘制被加工零件图的规定及注意事项

（1）绘制被加工零件工序图的规定

为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制被加工零件工序图时规定：按一定比例，绘制足够的视图以及剖面视图；本工序加工部位用粗实线表示，其余部位用细实线表示；定位基准符号用，并标注消除自由度的数目。

（2）绘制被加工零件工序图注意事项：

①本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系；

②对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量应认真分析；

③当本工序有特殊要求时必须注明。

2.2 加工示意图

2.2.1 加工示意图的作用和内容

加工示意图是在工艺方案和机床整体方案初步确定的基础上绘制的。是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液压、电气系统

以及选择动力部件、绘制机床联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是对调整机床和刀具所必需的重要技术文件。

加工示意图应表达和标注的内容有：机床的加工方法、切削用量，工作循环和工作行程；工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸；主轴结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸；接杆、浮动卡头、导向装置；刀具、导向套间的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式及配合尺寸。

2.2.2选择刀具、导向及有关计算

（1）刀具的选择

工件材料为HT50，粗镗轴承孔，选用硬质合金镗刀。

（2）导向结构的选择

采用固定式导向，在每一个主轴上布置一个，位置应在靠近工件上端面。

（3）确定主轴类型、尺寸、外伸长度以及接杆

由于加工切削转矩较小，根据加工孔径→镗杆直径→浮动卡头规格→主轴直径的顺序，逐步选定主轴直径，在这里只是初步选择主轴直径，最终确定详见多轴箱设计部分。当镗孔直径为50～70时，镗杆直径为40～50；当镗孔直径为70～90时，镗杆直径为50～65。查《组合机床设计简明手册》表3-6得知镗床选用的主轴类型为滚锥式短主轴，外伸长度为60mm。镗Φ76孔径时选择镗杆直径为50mm，镗Φ64孔径选择的镗杆直径为45mm。

查《组合机床设计简明手册》第八章表8-2选用

T36×3的浮动卡头，根据选定的

r

浮动卡头确定主轴外伸尺寸为Φ50/Φ36。

（4）标注各部位联系尺寸

（5）标注每根主轴的切削用量

各主轴的切削用量应标注在相应主轴后端。其内容包括：主轴转速、相应刀具的切削速度、每转进给量。

（6）动力部件工作循环及行程的确定

动力部件的工作循环是指加工时，动力部件从原始位置开始运动到终了位置，又返回到原位的动作过程。包括快速进给、工作进给和快速退回等动作。

①工作进给长度L

工

的确定

=+

L L L L

工12

=35+16+9=60mm

L 1：切入长度；L：加工长度；L

2

：切出长度。

②快速引进长度的确定：快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度

由具体情况确定。本工序选取快速引进长度为100mm。

③快速退回长度的确定：快速退回长度是快速引进长度和工作进给长度之和。本工序为160mm。

④动力部件总行程的确定：动力部件总行程为快退行程和前后备量之和。总行程为400mm，前备量为40mm，后备量为200mm。

图3齿链式无极变速器壳体轴承孔的加工示意图

图4齿链式无极变速器壳体轴承孔的加工示意图

2.3 机床联系尺寸图

2.3.1 机床联系尺寸图作用和内容

机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置形式、主要构成及各部件安装位置、相互关系、运动关系和操作方位的总体布局图。

机床联系尺寸总图表达的内容：

（1）表示机床的配置形式和总布局；

（2）完整齐全的反映各部件之间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及滑台工作循环总的工作行程和前后备量尺寸。

（3）标注主要通用部件的规格代号和电动机型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件。

2.3.2 绘制机床尺寸联系总图之前应确定的内容

（1）选择动力部件

动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理因素，确定机床为立式单工位液压传动组合机床，选用配套的动力箱驱动多轴箱主轴进行镗孔。

动力箱规格要与滑台匹配，其驱动功率主要依据多轴箱所传递的切削功率来选用。 机床多轴箱电动机功率计算： 零件材料：HT150，HBS163～229。

刀具：标准镗头Ф76mm （2个），Ф64mm （1个）

切削用量：n=196r/min （Ф76），f=0.6mm/r ；n=235.2r/min （Ф64），

f=0.5mm/r

N

19702076.034.514.5155.075.055.075.01=???==HB f a F p Z 55.075.00.550.75p 12076.03767.25HB f 25.7Da T ????==

=74.8（KN ·mm ）

N 17542075.034.514.5155.075.055.075.02=???==HB f a F p Z

55.075.00.550.75

p 22075.03647.25HB f

25.7Da T ????==

=55.1（KN ·mm ）

4.83kw

.90.384P P 4.38kw

1.3621.512P 36.161200

3.47117546120051.1612008

.4611970612002121=÷==

=+?=+==??===??==η

切削

多轴箱切削P P kw

Fzv P kw Fzv P

N HB f a F p X 5.4842076.0351.051.01.165.02.11.165.02.1=???==

N

F 14535.4843F 3F X =?===∑轴向力进给力

注：1.公式中z F 表示圆周力,X F 表示轴向力；

2.公式中v -切削速度（m ·1min -）；f-进给量（mm ·1-r ）；p a -切削深度（mm ）； D-加工直径（mm ）；Z-刀具齿数；)(min max 31max HB HB HB HB --=；

n=480r/min，电动机选根据计算所得，选用1TD40-V型动力箱（驱动

Y132

M-6型，功率为5.5kW)。

2

由于滑台工作时，除了克服各主轴的轴的向力外，还要克服滑台移动时所产生的摩

F＝1453N。

擦力。因而选择滑台的最大进给力应大于

进

查《组合机床设计简明手册》表5-1 1HY液压滑台的主要技术参数，我们可以确定液压动力滑台选用1HY40IA，其主要技术参数：

台面宽度：400mm

台面长度：800mm

行程：400mm

最大进给力：20000N

工进速度：12.5～500mm/min

快速进给速度：8m/min

（2）确定机床装料高度H

装料高度是指工件安装基面至地面的垂直距离。考虑机床结构内部结构尺寸的限制和刚度要求、功能和使用要求等因素选取计算：

根据总行程的前后备量、立柱和立柱底座的高度确定多轴箱离地面的高度为1339mm，参照加工示意图可以知道加工的最低孔径离多轴箱的高度为389mm，夹具体高度为350mm，从夹具图可以知道加工孔径和夹具的低端的距离为25。工件离夹具体低端的高度为55mm。镗套高出夹具体15mm。

H=1339-389-275+55+15=745mm

（3）确定多轴箱轮廓尺寸

多轴箱最大轮廓尺寸，根据动力箱和工序图，初选500Х500，立式主轴箱，厚度为340mm。

图5

由主轴箱或其它油源输出的压力油，经分油器分别输送至导轨各个润滑点进行润滑。

2.3.3机床分组

为了便于设计和组织生产，组合机床各部件和装置按不同功能划分编组。本机床编组如下：

（1）第10组左侧床身

（2）第20组夹具

（3）第11组右侧床身

（4）第12组中间底座

（5）第30组电气装置

（6）第40组传动装置

（7）第50组润滑装置

（8）第60组刀具

（9）第61组工具

（10）第71组左多主轴箱

（11）第72组右多主轴箱

图6组合镗床联系尺寸图

2.4组合机床生产率计算卡

根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度、切削用量、动力部件的快进及工进速度等，就可以计算机床的生产率并编制生产率计算卡，生产率计算卡反映机床生产节拍或实际生产率和切削用量、动作时间、生产纲领及负荷等关系的技术文件。它是用户验收机床生产效率的重要依据。 2.4.1理想生产率Q

理想生产率Q （单位为件/h)是指完成年生产纲领A=60000件（包括备品及废品率）所要求的机床生产率，它与全年工时总数k t 有关，一般情况下，单班制k t 取2350h ，两班制k t

取4600h 。则 /h 5.252350

60000件===

k t A Q

2.4.2实际生产率1Q

实际生产率1Q （单位为件/h ）是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。即

160

T Q =

单

，中T-生产一个零件所需要的时间（min ）可按下式计算： ）

（）（装、卸移快退快进停工进辅切单t t L L t L

t t fk

+++++=+=νν

T 式中1L 、2L —分别为刀具的第I 、第II 工作进给长度，单位为mm ；

1L =60mm ，2L =0；

1f ν、2f ν—分别为刀具第I 、第II 工作进给量；

单位为mm/min ；1f ν=117.6mm/min ，2f ν=0；

停t —当加工沉孔、止孔、倒角、光整表面时，滑台在死挡铁上的 停留时间，通常指刀具在加工终了是无进给状态下旋转5～10转 所需要的时间，单位为min ；停t =0.05min ； 快进L —快进长度，快进L =100mm ； 快退L —快退长度，快退L =160mm ；

fk ν—动力部件快速行程速度。用液压动力部件取3～10m/min ；这里选择fk ν=8m/min ；

移t —直线移动或回转工作台进行一次工位转换消耗的时间，移t =0.1min ； 装、卸t —工件装卸（包括定位或撤消定位、夹紧或松开、清理基面或 切屑及吊运工件等）时间。它取决于装卸自动化程度、工件 重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。装、卸t =1min 。 综上所述，零件的单件工时单T 为：

）（）（装、卸移快退快进停工进

辅切单t t L L t L t t fk

+++++=+=ννT

=

min 985.111.0800

16010005.06.11760=+++++

时件单

/30985

.160601

===T Q

2.4.3机床负荷率负η

当1Q >Q 时，机床负荷率为二者之比。即

%8530

5.25Q Q 1

===负η

组合机床的负荷率一般为0.75～0.90,自动线负荷率为0.6～0.7。典型的钻、镗、攻螺纹类组合机床，按其复杂程度参照3-8确定；对于精密度较高、自动化程度高或加工多品种组合机床，宜适当降低负荷率。

表1组合机床允许最大负荷率

机床复杂度 单面或双面加工 主轴数

15

16～40 41～80 负荷率负η

≈0.90

0.90～0.86

0.86～0.80

组合机床生产率计算卡如表2所示。

表2组合机床生产率计算卡

被加工零件图号毛坯种类铸件

名称齿链式无极变速器壳体毛坯重量

材料HT150 硬度169～229HRC

工序名称镗三个轴承孔工序号

序号工

步

名

称

被

加

工

零

件

数

量

加

工

直

径

（mm）

加

工

长

度

（m

m）

工

作

行

程

（mm

）

切

削

速

度

（m/mi

n）

每

分

钟

转

数

（r/mi

n）

进

给

量

（mm/r

）

进给速度

（mm/min）

工时（min）

机加

工时

间

辅

助

时

间

共

计

1 装卸

工件

1 1 1

多轴

箱工

进

（镗

孔

#

1）

Ф76 16 60 47.8 196 0.6 117.6 0.51

（镗

孔

#

2）

Ф64 16 60 48.2

235.

2

0.5 117.6

滑台快进100

0.1

25

0.125

快退160 0.2 0.2

停留0.0

5

0.05

移动0.1 0.1

备注装卸工件时间取于操作者的熟练程度，本机床计算时取

1min。

总计 1.985min

单件工时 1.985min

机床生产率30件/h

机床负荷率85%

3组合镗床夹具设计

夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程。

在运用组合镗床镗孔的过程中，镗床夹具是一种必不可少的工艺装备，它直接影响了加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，因此在组合机床设计的过程中，夹具的设计也是及其重要的。

3.1机床夹具的作用

机床夹具在机械加工过程中起着十分重要的作用，归纳起来，主要表现在以下几个方面。

（1）缩短辅助时间，提高劳动生产率，降低成本；

（2）保证加工精度，确保加工质量；

（3）降低对工人技术要求，减轻工人的劳动强度，保证安全生产；