168卧式双面切槽精镗摇臂轴孔组合机床总体设计

2.1.4 初步拟定工艺方案…………………………………………………………………9

2.2.3 工件定位基面和定位方法的选择………………………………………………10

2.2.4 夹紧力问题………………………………………………………………………11

2.3 壳体加工工艺方案的分析及制定…………………………………………………11

2.4 确定切削用量及刀具………………………………………………………………12

2.4.1 刀具的选择………………………………………………………………………13

2.4.2 切削用量的确定及切削力，功率的计算………………………………………13

2.5 组合机床配置型式的选择…………………………………………………………16

2.6 组合机床的机床布局及结构说明…………………………………………………16

第3章 组合机床动力部件的选择………………………………………………………18

第4章 被加工零件工序图………………………………………………………………20

第5章 组合机床加工示意图…………………………………………………………21

5.1 加工示意图的作用…………………………………………………………………21

5.2 加工示意图的内容…………………………………………………………………21

5.3 加工示意图的画法及注意事项……………………………………………………22

5.4 导向结构的选择……………………………………………………………………22

5.5 确定主轴尺寸及外伸长度…………………………………………………………23

5.6 选择接杆……………………………………………………………………………23

5.7 确定动力部件的工作循环及工作行程……………………………………………24

5.7.1 工作进给长度的确定……………………………………………………………24

5.7.2 快速引进长度的确定……………………………………………………………25

5.7.3 快速退回长度的确定……………………………………………………………25

5.7.4 确定动力部件总行程的长度……………………………………………………25

第6章 组合机床联系尺寸图…………………………………………………………27

6.1 机床联系尺寸图作用………………………………………………………………27

6.2 机床联系尺寸图的内容……………………………………………………………27

6.3 绘制机床尺寸联系总图应考虑的主要问题………………………………………27

6.3.1 机床装料高度的确定……………………………………………………………27

6.3.2 夹具轮廓尺寸的确定……………………………………………………………27

6.3.3 中间底座尺寸的确定……………………………………………………………28

6.3.4 机床分组 ………………………………………………………………………… 28

第7章 组合机床生产率计算卡…………………………………………………………29

附录1：生产率计算卡 ……………………………………………………………………34

卧式双面切槽精镗摇臂轴孔组合机床总体设计

摘要：本机床所加工零件为水泵壳体，其主要特点为壳体表面孔比较多且加工精度要求较高，形状结构复杂。为了满足加工技术要求，进行本组合机床总体设计。

本文详述卧式双面切槽精镗摇臂轴孔组合机床的总体设计的方法步骤，包括壳体待加工孔、槽的工艺性和技术性分析，根据分析采用一面两销（端面和两定位孔）定位方式，液压夹紧方式并进行位基准的分析；壳体加工工艺路线采用先镗孔，后切槽的方式；配置型式设计为卧式双面，布局结构为左端镗孔，右端切槽；根据切削力的计算选择西德标准DSS镗削头，SEHY400，SEME400型号滑台；两侧底座选用STH400（高560）型号，中间底座和夹具部分为专用设计；本组合机床“三图一卡”的绘制。

本机床总体设计结果和结论：

该组合机床的设计，满足壳体三个孔一个槽的加工精度要求；其加工总时间约为3.3分钟，满足4.5分钟的要求，节约加工时间，为大规模的实际生产奠定了基础。

关键词：组合机床  卧式  双面  精镗  切槽  总体设计

Overall Design of Horizontal Two-side Grooving and Fine Boring Rocker Arm Axle Hole Modular Machine Tool

Abstract：The processing parts of the machine are pump castings,.the main features are the more shell holes,higher machining precision,complex shapes.To meet the requirements of  the technology,the modular machine tool is designed.

It describes the steps of the overall design of horizontal two-side grooving and fine boring rocker arm axle hole modular machine tool,including the machined shell hole,grove technology and technical analysis,based on an analysis,we adopted the side of two-pin(face and two positioning holes) positioning method,hydraulic clamping means and positioning benchmarking analysis;the case processing line using the way of boring firstly,and notching secondly;configuration type designed for horizontal two-side ,boring layout structure for the left hole,right side notch;according to the calculation of cutting force,we choice DSS boring head ,SEHY400,SEME400 type slide,at the standard West Germany;both sides of the base used STH400(high 560)models,the middle part of the base ang dedicated fixture design belong to special design;the combination of machine tool “3 Figure 1 Card” draw.

The results and conclusions of the overall design of this machine :

The design of the modular machine meets the three holes of a tank shell processing accuracy;its total processing time is about 3.3 minutes,which meet the 4.5minutes requirements,save processing time and make a great basis on the actual production.

Key words：Mdular Machine Tool; Horizontal; Two-side; Fine Boring; Grooving; Overall Designing 

引   言

毕业设计是高等学校工科专业教学中的一个主要组成部分，是立足该专业，面向生产实践环节的学习过程中最后一个主要的教学环节，是完成学生基本业务素质训练的重要组成部分，是培养学生发现问题、分析问题进而解决问题的能力以及科学的工作、思考方法一个过程。

毕业设计的目的在于培养学生综合运用所学知识和技能，分析和解决机械工程实际问题的能力，使学生熟习生产技术的工作的一般方法；培养树立工程技术必须的整体观点，生产观点和经济性观点；树立正确的，严肃认真的工作态度；培养学生研究调查，查阅技术文献资料，手册进行工程运筹，图样的绘制及编写技术文件的工作能力。

本次毕业设计，为了按照技术要求进行壳体加工，我通过分析壳体的孔，槽的加工精度要求，设计生产所需工艺路线，计算切削力，选择所需刀具、定位面、定位方法、定位基准，选择滑台、侧底座等通用部件，设计中间底座尺寸、夹具体尺寸，并进行工序图，加工示意图，机床尺寸联系总图，生产效率卡的绘制，最终设计出卧式双面切槽精镗摇臂轴孔组合机床，满足加工技术要求,少于预期时间，提高了效率。最后在朱老师的指导下基本完成了设计任务，并编写了设计说明书。

就个人而言，我希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应训练,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的技术工作打下一个良好的基础。

由于书本知识的局限性，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。

第1章  组合机床总体设计绪论

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机床，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和系列化，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，广泛应用于汽车，拖拉机，内燃机和压缩机等许多工业生产领域。

1.1 课题的背景和意义

组合机床是一种高效率的加工机床，它不仅是机械制造工业高速发展中必不可少的设备之一，而且还可以和工件输送设备，按被加工零件的工艺过程组成机床自动生产线。组合机床的投资小，收效快，经济效益好的优点也促进其在当今工业社会越来越快的发展。

因此，对于组合机床的研究，不仅从经济上可以推进工业化的发展，而且，其在科技战略上的意义也非同一般。

1.2 组合机床的组成及其特点

组合机床能够对一个或几个零件进行多刀、多面 、多轴、多工位加工，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，生产效率高，加工精度稳定。

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。

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或进给运动的动力部件，是组合机床通用部件中最基本的部件。其中还有能同时完成切削主运动和进给运动的动力头，而只能完成进给运动的动力部件称为动力滑台。

固定在动力箱上的主轴箱是用来布置切削主轴,并把动力箱输出轴的旋转运动传递给各主轴的切削刀具，由于各主轴的位置与具体被加工零件有关，因此主轴箱必须根据被加工零件进行设计，不能制造成完全通用的部件。但其中很多零件（如主轴、中间轴、齿轮和箱体等）是通用的，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。组合机床的刚度和部件之间的精度保持性，主要是由这些部件保证。 

除了上述主要部件之外，组合机床还有各种控制部件，主要是控制机床按顺序动作，以保证机床按照规定的程序进行工作。

组合机床的通用部件，绝大多数已由原机械工业部颁布成国家标准，并按标准所规定的名义尺寸、主参数、互换尺寸等定型，各种通用部件之间有配套关系。这样，用户可根据被加工零件的尺寸、形状和技术要求等，选用通用部件，组成不同型式的组合机床，以满足生产的需要。

组合机床与通用机床及其他专用机床比较，具有以下特点：

1、设计、制造周期短、成本低。因通用零部件占70%~80%，通用件可组织专业化批量生产或外购。

2、生产率高。因为工序集中可多刀、多工位、多轴同时自动加工。

3、自动化程度高，劳动强度低。

4、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，又有专门厂家成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。

5、在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，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。

6、当产品或工艺变化时，其通用部件和标准件可以重复利用，不必另行设计和制造。

7、组合机床易于连成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。

1.3 组合机床的现状

组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时,工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。

近20年来，组合机床技术取得了飞跃发展，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，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。其自动线在加工精度、生产效率、利用率、柔性化和综合自动化等方面的巨大进步，标志着组合机床自动线技术发展达到的高水平。自动线的技术发展,刀具、控制和其它相关技术的进步以及用户需求变化起着重要的推动作用，其中，特别是CNC控制技术对自动线结构的变革及其柔性化起着决定性作用。 

尽管组合机床现在已经日趋成熟，不可避免，它存在的一些缺点已经成为其自身发展的瓶颈。由于组合机床由通用模块和专用模块组装而成，当出现故障的时候，对于机器的检修人员就有了更高的要求，组合机床的发展需要时间的磨合与技术的融合。

1.4 论文的主要内容

1、研究被加工零件图，确定零件的加工内容和精度并充分了解用户的要求，确定：

（1）机床的加工方式。

（2）机床的整体形式。

（3）被加工零件的定位、夹紧方式。

2、按照组合机床的设计规范要求，通过对切削用量的选择，切削力的计算等过程，绘制机床的三图一卡，即

（1）被加工零件工序图：0002

（2）被加工零件加工示意图：003

（3）机床总图：0001

（4）生产率计算卡：0004

第2章  组合机床工艺方案的制定

工艺方案的拟定是组合机床设计的关键一步。因为工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。因此，应根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用的工艺方法，充分考虑各种影响，并经技术经济分析后拟定出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。

为了保证正确的工艺方案的制定，首先分析影响机床工艺方案制定的主要因素。主要有以下几点：（1）被加工零件加工的工序和加工精度的要求；（2）被加工零件的特点；（3）被加工零件的生产方式；（4）被加工零件的其他要求；（5）制定该零件的厂方技术能力。

2.1 被加工零件的特点及工艺分析

在制定组合机床工艺方案时，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途及其结构特点，被加工的部位及其精度、表面粗糙度、技术要求及生产纲领，并找出对零件加工技术要求较高，需要采用特殊加工方法才能完成的部位和表面作为制定工艺路线和组合机床设计时着重考虑的因素。

零件的技术要求是保证零件表面精度、表面粗糙度，制定工艺路线和设计组合机床最基本的原始依据，因此在组合机床的设计时，必须对零件的技术要求做深入分析。

2.1.1 零件技术参数

零件材料技术参数见表2.1。

表2.1  QT500-7材料分析

图2.1  壳体零件展开图

本工序要求保证的主要技术参数如下：

1、镗1孔并保证孔1直径，内壁粗糙度达到6.3，平行度要求为0.08。

2、切槽并保证槽大直径为，内壁粗糙度达到6.3，平行度为0.08。

3、镗2孔并保证孔2直径为，内壁粗糙度达到6.3。

4、切槽倒角半径最大为1。

5、槽宽3.3，槽内壁粗糙度6.3。

6、槽深度和位置关系分别为12.4和7，槽内壁粗糙度6.3。

7、镗3孔并保证孔3直径，同轴度，面垂直度0.12，表面粗糙度3.2。

8、保证尺寸，内壁粗糙度为3.2。

2.1.2 技术要求

1、本道工序加工余量孔1-1.5mm（直径）。

2、其余的尺寸及形位公差，表面粗糙度由本机床前序保。

3、生产节拍：4.5分钟/件。

4、大流量冷却，整体高防护设计，PLC控制。

2.1.3 生产纲领分析

生产纲领是指一个产品或一个工件（包括商品和废品在内）的年产量。分析生产纲领有助于优化设计，达到高效的目的。在大量生产中，产品的生产纲领和组合机床生产率常会构成一对需要妥善解决的矛盾。在实际的生产过程中，由于生产纲领与机床的负荷率的这一性质，人们会合理的选择这两个参数。机床负荷率按下式计算：

                            (2-1)

式中：N——产品的生产纲领；

      T——1台机床加工1件的时间,min；

      4600——按两班制，每天15h计，每年的总工作时间，单位h；

由于在工作过程中的换刀、调整、修理以及操作工人的自然需要，根据组合机床的使用经验： =0.75-0.90。

由于对于此卧式双面切槽精镗摇臂轴孔组合机床的T=4.5min/件,取=0.80，以上式可以计算此镗孔组合机床的年生产纲领：

= =49066件           (2-2)

2.1.4 初步拟定工艺方案

根据以上工艺特点，若选用普通机床加工，难以保证各孔的位置度，同时效率也不高。因此，选用单工位的组合机床进行加工。这样有利于工序集中原则，运用多刀集中在一台机床上完成一个工件不同位置的复杂工艺工程。不仅提高了加工效率，而且多个孔一次走刀即加工成形，能够较好的保证其位置精度。此外，在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人水平要求也不高。

2.2 选择定位基面，确定定位、夹紧方式

要进行工件的正确加工，首先应该使其达到正确的位置。为保证其正确加工位置,故分析工件的定位，夹紧。组合机床夹具的设计同样需要用六点定位，基准、基面选择，尺寸链换算，误差分析与计算等一些常用方法。但是,组合机床夹具还有下列特点：（1）由于切削速度较大，故切削力比较大；（2）自动化程度高，要求定位、夹紧需要机械化或自动化；（3）在自动化线上的夹具需要自动运输的要求。因此在设计本壳体加工组合机床时，应将以下问题纳入考虑范围。

2.2.1 基准统一问题

基准统一问题决定机床的加工精度，因此在决定精基准时，应该尽可能考虑统一基准的原则，以减少定位误差。当定位基准与设计基准不重合时，根据定位加工方法及相关原理，考虑实际加工的定位基准及可能达到的精度，依照尺寸链原理进行工序尺寸换算，对零件图上加工部位的定位尺寸进行调整。本机床为单工位双面加工，且前序加工基准和本序加工相同，故不考虑该问题。

2.2.2 基准重合问题

加工时要考虑基准重合的原则可以保证加工精度，因此采用设计基准或装配基准作为加工的精基准。

考虑到本水泵壳体的结构特点，以及工件的性质，本组合机床加工时，以零件中部已加工的两孔为加工基准，其与另一定位面上的孔中心线有同轴度保证，而定位面与孔中心线有垂直度保证，在加工时这样既可以保证零件的上所需零件孔的位置精度，也可保证所加工孔的形状精度，使其满足符合加工技术要求。

2.2.3 工件定位基面和定位方法的选择

选择定位基面时，在考虑工件的装卸、夹紧及自动化运输等问题的同时，还要考虑定位支承，导向，运输以及夹具上各元件的干涉问题等，所以本卧式双面组合机床的定位基面及定位方法选择如下：

从零件工序图上分析，由于被加工孔与面有垂直度要求，镗孔对该面有深度要求，故采用一面两销定位方法：以零件端面为定位基准面，可一个自由度；一端面上的两个已加工的孔为定位基准孔，在前序加工中，孔的形状位置精度已经得到保证，保证工件在组合机床上具有确定的位置，一个销钉可以两个方向上的位移，再加一个销钉可以三个方向上的旋转自由度，这样共计五个自由度。如此，一面两销定位共六个自由度，被加工零件被固定。

由于是镗削加工，切削力可能较大，夹具要用液压夹紧装置较为可靠。压力使壳体与夹具间产生静摩擦力，以保证壳体在组合机床加工时的位置，保证加工尺寸和形位精度的要求，满足壳体在加工中能承受切削力、重力等而保证形状位置精度不变的要求。

其定位、夹紧如图2.2所示：

图2.2  壳体的定位夹紧示意图

2.2.4 夹紧力问题

一般情况下，组合机床加工的切削力较大，切削速度较快，为此，常因切削力而产生相当大的力矩和扭矩，使切削加工时产生振动，从而影响加工的精度的尺寸要求。故要求通过定位面尽可能大，夹紧力足够大，夹紧稳定牢固来保证定位的精确性；但又不致使工件变形，影响加工精度。具体夹紧力大小需在夹具总体设计时进行计算。

2.3 壳体加工工艺方案的分析及制定

任何一个工件的加工都需要按照工艺方案严格执行，良好的工艺方案可以保证工件的加工质量，节约设备的维护和投资，降低零件生产成本。因此在设计组合机床之前，首先要拟定工艺方案。

拟定工艺方案时所需要遵循的原则有以下几点：

1、粗、精加工分开技术要求。

2、工序合理的集中。

3、先粗后精、先面后孔的加工顺序。

4、采用易于保证技术要求的工艺方法和先进工艺。

5、其他工序的安排原则即热处理工序的安排原则、检验工序的安排原则、辅助工序的安排原则。

根据所加工的壳体的技术要求和参数，对本次设计加工壳体进行工艺路线的分析与制定如下：

1、根据所需加工的孔和槽的基本尺寸及加工技术要求，用镗刀和成行铣刀分别进行加工，保证其所需要求。由于余量较小，可以考虑在此组合机床上一次加工完成，所以此组合机床采用复合刀具加工，并且安排三把镗刀同时进行，前镗刀进行保证基本尺寸为44.6的孔1，中间的镗刀保证基本尺寸为58.6的孔2，后镗刀保证基本尺寸为76.1的孔3。

2、孔的同轴度由镗杆的安装精度保证，在刀具设计中具体考虑。

3、孔内端面粗糙度由刀具保证，在刀具设计中应具体考虑。

4、倒圆角半径最大不超过R1，由切槽刀具保证。

5、依据加工要求，对其槽的加工采用成形铣刀进行加工，保证其形状尺寸要求。

6、本工序精镗孔加工中不允许留有退刀痕，这对机床的工作循环有影响：工进完成后，应先主轴定位，在使移动工作台失压让刀，然后才能快退，即要有让刀动作。

7、根据所需加工孔的技术要求，设计合理的检具、验具，在工件加工完成后，进行工件的检验。

由上分析得具体加工工艺路线，即：三把镗刀同时精镗加工，完成所需尺寸要求，后用成形铣刀加工内孔面，切槽使其满足要求，加工完毕，检验零件是否满足加工要求。

2.4 确定切削用量及刀具

正确选择刀具及其结构，对保证组合机床正常工作及其重要。组合机床通用部件的选择依据是切削过程中所需的切削力、切削功率，待选定后再校验切削扭矩是否合理。要计算切削力、切削功率及切削扭矩，就得确定加工过程中的切削用量。

2.4.1 刀具的选择

   此处省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩

刀具的选择主要取决于加工工序所采用的加工方法，加工表面的尺寸，工件的材料，所需要的精度以及表面粗糙度，生产率及生产经济型等。在选择时应尽可能采用标准刀具，必要时可采用复合刀具和其他专用刀具。

镗刀制造刃磨简便，特别是对不通孔、高精度孔、孔中心线直线度和位置度要求严格的孔采用镗削工艺特别有利，因此本工序采用镗刀进行孔加工。本工序中要加工三个不同直径的同轴孔的内壁，为提高工序集中程度并且保证加工精度，可采用同时加工两个以上表面得复合刀具，但是因为整体式复合刀具制造刃磨较困难，刀体不能重复使用，成本高，所以采用组装式结构，即装三把镗刀的镗杆。此处要注意应使复合刀具各切削部分的耐用度大致相同。

镗刀头采用硬质合金刀头，镗杆直径和镗刀头截面尺寸根据镗孔直径选取，按《组合机床设计简明手册》表3-2选取，由于三镗刀在同一镗杆上，故直接杆最大直径76.1选取镗杆为60mm，按三孔的直径分别为44.6， 58.6， 76.1，选取镗刀的截面B×B为10×10，12×12，16×16，圆截面直径d1分别为10，12，18，单位mm。又知该镗削加工为精加工，故切屑较少，不会产生切屑缠绕镗杆的问题，故可采用单刀镗削，以利于提高加工的精度和表面粗糙度。

本组合机床选择刀具为镗刀和切槽刀，镗刀刀体采用SANDVIKG公司的所产系列，依照图纸进行补充加工；切槽刀选用成形刀具，材料为726。具体刀具图形尺寸在刀具图61组。

2.4.2 切削用量的确定及切削力，功率的计算

组合机床上使用的切削用量，主要是切削速度v（m/min）、背吃刀量(mm)和每转进给量f（mm/r），这些参数选择得是否合适，对生产率与加工质量有很大的影响。当切削用量选择的大时，加工一个工件所需的机动时间就少，单件生产率高。但是,如果切削用量选择的太大，所需的切削力就大，在切削过程中产生的热变形和振动就大，会使加工精度和表面粗糙度降低，同时,刀具的耐用度也随之降低。由于组合机床通常采用多刀同时加工，刀具的刃磨、装卸、调整都很费事。如果刀具的耐用度过低，就会因刀具的装卸、刃磨而使机床的生产率降低。由此可见，组合机床切削用量的合理选择是比较复杂的。总的说来，组合机床要求刀具的耐用度比通用机床的高。

由于组合机床有大量刀具同时工作，为了使机床正常工作，不经常停车换刀，而达到较高的生产率，所选择的切削用量比一般通用机床的切削用量要低一些。并且本机床镗削加工为三孔同时镗削，所以切削用量要综合考虑。

1、精镗44.6mm孔、58.6孔、76.1孔，同时加工。

（1）确定切屑用量。

由被加工零件的技术参数知背吃刀量为1.2mm。

查《组合机床设计简明手册》表6-15，知v取70至90m/mim,f取0.12至0.15mm/r。因为是三把镗刀同时加工，故切削用量取小一点，试取0.12mm/r。

由于三把镗刀同时加工，故主轴转速n相同，则有

                （2-1）

其中, ,.

由于v在70至90m/min，试取n=450r/min,则由（2-1）可求得： 63.02m/min, 82.8 m/min, 107.53 m/min,基本满足要求。

则进给速度为

         （2-2）

表2.2  镗刀切削用量

查《组合机床设计简明手册》表6-20，镗削圆周里计算公式为

        （2-3）

按三把镗刀同时加工计算F=3Fz=1357.707N

（3）计算切削扭矩

查《组合机床设计简明手册》表6-20，镗削切削扭矩计算公式为

                      （2-4）

带入公式可得5171.85N/mm, 6795.31N/mm, 8824.63N/mm，则总扭矩为T=＋＋=20.79N/m。

（4）计算切削功率

查《组合机床设计简明手册》表6-20，切削功率的计算公式为

                             （2-5）

将数据带入公式，可得P1=0.466kw，P2=0.612kw，P3=0.795kw，总功率P=1.873kw。

由于考虑切削力不稳定因素，选用电机功率为3kw，额定转速为710r/min。

（5）镗削基本时间的确定：镗削工进速度为54mm/min,由工作循环图知工进距离62mm,镗削时间为

=69s                            （2-6）

（6）其他说明

根据已经定下的刀具，对照被加工零件图分析可知，复合刀具加工三个孔时并不是同时镗削的，而是三号刀先镗削，完成后一号刀和二号刀才开始加工，并且有单独加工的时间也有同时加工的时间，故以上计算中按三刀同时加工计算出的结果比实际情况更大，以此选择的通用部件有更多的富余量。

2、切槽加工，切槽直径51.5mm。

（1）切削深度为3.45mm。

（2）切槽采取成形刀加工，刀具根据切槽形状专门加工。到达加工部位后，刀盘横向进给4mm完成加工。刀具采取硬质合金，切槽电动机选用3kw，额定转速710r/min。查《机械制造技术基础课程设计指南》选取进给量f=0.05mm/r。

（3）切削速度的确定：根据《机械加工工艺师手册》选取主轴转速选取n=300r/min，切削速度为=48.538m/min。

（4）查《组合机床设计简明手册》表6-20，镗削圆周力由（2-2）计算得909.75N。

（5）基本时间的确定：由刀具工作循环图知刀具快进265mm，缓进5mm，到达加工部位后刀具加工，刀具横向进给4mm完成加工。切槽刀横向工进速度为15mm/min,由公式计算得加工时间为16s。

刀具切削时间共计69+16=85s，再加上其他空转进给的时间，整个加工过程完全可以控制在4min以内。

2.5 组合机床配置型式的选择

配置方案的不同对机床的复杂程度，通用化程度，结构工艺性，加工精度，机床重新调整的可能性以及经济性等都有不同程度的影响。因此，确定机床配置型式和结构方案则显得十分重要。

组合机床有大型和小型两种，大型组合机床主要有单工位组合机床和多工位组合机床两大类。单工位组合机床适用于大、中型零件的加工，特别适用于箱体零件以及被加工零件的特点，所以本机床选用单工位组合机床。但是在选用单工序组合机床时应注意：

1、单工位组合机床大多采用固定式夹具（工件移动的铣床除外），通常安装一个工件。

2、单工位组合机床通常对工件上一个部位只加工一次，因此为了对同一个部位进行多项加工，需要几台机床顺序进行或采用复合刀具。

3、在单工位组合机床加工中，辅助时间不能和机动时间重叠。因此缩短辅助时间和机动时间成为提高生产率的关键，必要时采用提高生产率的先进工艺来解决。

分析本工序,知本机床由于加工内容比较简单，此组合机床采用卧式双面单工位组合机床形式，并且采用夹具保证加工精度，以及复合刀具、成形铣刀对壳体上的三个孔和成形槽进行加工。

2.6 组合机床的机床布局及结构说明

组合机床布局安排是根据被加工零件的部位、种类及现场要求，设计被加工部位的加工工序图，加工示意图，设计出组合机床的机床合理布局及结构说明。

本机床拟采取的布局安排如下：

1、机床左侧为单独动力镗刀主轴，单独动力滑台，侧底座，卧式布置；

2、右侧为铣刀主轴结构，右侧底座，单独动力滑台，溜板，卧式布置；

3、中间部分为夹具体，移动工作台，夹具采用螺栓连接布置在滑台上；

4、工件采用液压夹紧，滑台采用液压滑台和机械滑台；

5、机床床身尽可能缩短；

6、机床底座的高度尽可能降低；

7、湿式加工，注意排水，导轨应加防护。

本组合机床布局如图2.5所示：

图2.3  机床布局

1-电动机 2-夹具部分 3-滑台及动力部件 4-左侧纵向滑台 5-中间底座 6-右侧纵向滑台

关于机床结构的说明：

1、布局采用卧式布置，以避免切屑挤入前导向;

2、在满足加工需求的前提下，机床避免复杂的刀具，力求简单和较高的通用化程度，这样可以降低成本，提高工作可靠性；

3、在一个工位上进行镗孔和切槽两个工序，工序集中，效率高，精度易于保证；

4、夹具固定在移动工作台上，对加工精度有一定的影响，查《组合机床设计简明手册》表3-3可知该类型的配置精度可达+-0.05mm，满足了零件的加工工艺要求。

5、本组合机床的移动工作台装配方向与机床主轴方向垂直，并且向机床的另一侧倾斜，在机床的另一侧则布置磁性排屑装置和积屑车，这样的配置很有利于排屑。

第3章  组合机床动力部件的选择

工序内容本身决定了组合机床采用的动力部件的内容。对于钻、扩、镗孔等工序一般采用机械动力头配多轴箱，或者采用动力箱、多轴箱和动力滑台（机械或液压）。后一种配置形式在应用上更为灵活，通用化程度更高一些。对于镗孔工序还可以采用镗孔车端面头加动力滑台，或者是专用的镗孔多轴箱加动力滑台。镗孔车端面头常用于工件只有一个孔及端面需要加工的情况。

动力滑台分为机械动力滑台和液压动力滑台，液压动力滑台能在相当大的范围内实现无级调速，在工作过程中可以方便的随时调速，可获得较大的进给力，过载保护简单可靠，便于自动化控制，但是液压油粘度受温度的影响，容易漏油，进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定，维修比较麻烦且技术要求高；机械动力滑台及机械动力头进给稳定，慢速无爬行，高速无振动，可降低加工工件的表面粗糙度，且易发现故障，维修技术要求较液压动力滑台的低。

由于本组合机床要精镗三个孔，切削力较大，并且需要保证深度；切槽加工余量较小，所以对于加工此壳体的组合机床采用双面卧式加工结构，滑台选择机械动力滑台和液压动力滑台并用，左侧精镗加工配置机械动力滑台，右侧切槽配置液压动力滑台。选用西德标准的DSS镗削头，SEME400、SEHY400滑台，并配其他通用部件，如鉴于本加工镗削头速度较高，采用RTR100皮带传动装置。

选取依据如表3.1，表3.2所示：

表3.1  滑台参数

  参数

表3.2  DSS镗削头参数

2、DSS镗削头K表示短型；M表示标准型；L表示长型。

第4章  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，表示设计的组合机床所完成的工艺内容，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、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件图的基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括:

1、被加工零件的形状和主要轮廓尺寸，以及与本工序机床设计有关部位的结构形状和尺寸；

2、加工用定位基准，夹压部位及其方向已标出，以便以此进行夹具的定位支撑（包括辅助定位支撑）限位，夹紧，导向系统的设计；

3、本道工序加工部位在图中用粗实线画出，要保证的加工部位尺寸的数值的下方画有粗实线，表面粗糙度和同轴度要求也已表明；

4、在备注中有被加工零件编号，名称，材料，硬度及加工余量等信息；

5、本工序加工为精镗，不允许留有退刀痕迹。

被加工零件工序图详见图2.1。

第5章  组合机床加工示意图

加工示意图是在工艺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，它是组合机床总体设计的主要图纸之一，在组合机床总体及自动化线设计中占有相当重要地位。

5.1 加工示意图的作用

加工示意图直接表示出实现工艺的具体措施，是帮助我们进一步分析工艺方案和车床是否可行的基础，零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据重要地位。它是刀具、辅具、主轴箱、液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的依据。

5.2 加工示意图的内容

加工示意图应绘制成展开图。先根据工艺要求按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图，对于那些距离很近而且需要加工的孔，要按严格的比例相邻的展开画出，使人能清楚地看出相邻刀具、导向机构、专用工具及主轴等是否相撞，然后按工件加工要求拟定工艺方案和选用刀具、主轴、连杆及专用工具、切削用量、工序余量等进行绘制。因此加工示意图应包含的内容有：

1、应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。

2、根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型、数量、结构、尺寸（直径和长度）。

3、决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。

4、选择标准的或设计专用的接杆、浮动卡头、导向装置、攻丝靠模装置、刀杆托架等，并决定它们的结构、参数及尺寸。

5、标明主轴、接杆（卡头）、夹具（导向）与工件之间的联系尺寸、配合及精度。

6、根据机床要求的生产率及刀具、被加工零件材料特点等，合理确定并标注各主轴的切削用量。

7、决定机床动力部件的工作行程及工作循环。

在本组合机床设计中，工件的定位基准面是朝左的，被加工部位的尺寸形状可参照零件工序图的k-k剖视图。工件的左边布置三把镗刀装在一根镗杆上的复合刀具，一次进给即可镗削三孔，右边布置的是成形刀，用于切槽。

5.3 加工示意图的画法及注意事项

1、加工示意图的绘制顺序是：先按比例用细实线绘出工件加工部位和局部结构的展开图，加工表面用粗实线画。为简化设计，相同加工部位的加工示意（指对同一规格的孔加工，所用刀具、导向、主轴、接杆等的规格尺寸、精度完全相同），允许只表示其中之一，亦即同一主轴箱上结构尺寸相同的主轴可只画一根。但必须在主轴上标注轴号（与工件孔号相对应）。

2、一般情况下，在加工示意图上，主轴分布可不按真实距离绘制。当被加工孔间距很小或需设置径向结构尺寸较大的导向装置时，相邻主轴必须严格按比例绘制，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向是否干涉。

3、主轴应从镗削头端面画起。刀具画加工终了位置（攻丝加工则应画开始位置）。标准的通用结构只画外形轮廓，但须加注规格代号。对一些专用结构，如成形刀，为显示其结构而必须剖视，并标注尺寸、精度及配合。

5.4 导向结构的选择

组合机床加工孔时，除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置还可以保证各刀具相互间的正确位置，提高刀具系统的支撑刚性。因此，正确的选择导向结构和确定导向类型、参数、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问题。

因为个镗刀的线速度都超过了20m/min,且各镗刀的直径都在25mm以上，所以使用旋转式导向装置。

表5.1  内滚式旋转导向装置

5.5 确定主轴尺寸及外伸长度

主轴的类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联接机构进行确定，主轴轴颈尺寸规格应根据选定的切削用量计算出的切削转矩T来选取，查《组合机床设计简明手册》表3-4，初定d。

根据已选择的切削用量，查《组合机床设计简明手册》表3-4得计算公式为

                      (5-1)

取d=30mm，并带入公式[]([] =31Mpa)，验算：

=3.8Mpa []                       (5-2)

即所选择参数满足要求，镗刀的主轴轴颈的直径合适。

又根据主轴轴颈d=30mm,查《组合机床设计简明手册》表3-6，得L=115mm，D/d1=50/36。

5.6 选择接杆

为提高加工精度，减少主轴位置误差和主轴振摆对加工精度的影响，在采用长导向或

图5.1  成形铣刀切槽加工示意图

双导线和多导向进行镗孔时，一般孔的位置精度靠夹具保证。为避免主轴与夹具导套不同轴而引起的刀杆“别劲”现象影响加工精度，均可采用浮动卡头连接。

根据主轴参数，选择接杆为可调接杆，查《组合机床设计简明手册》表8-1选择接杆型号为Tr36×2，锥度为莫氏2号。

本机床的加工示意图详见图5.1，图5.2。

图5.2  精镗孔加工示意图

5.7 确定动力部件的工作循环及工作行程

组合机床的工作循环图表明了动力部件的运动过程，可以依据此进行设计和调整液压及电气控制系统。

动力头工作循环一般包括快速引进、工作进给和快速退回等动作，但有时还要有中间停止，多次往复进给以及跳跃进给等，这是根据加工工艺具体需要来确定的。

5.7.1 工作进给长度的确定

组合机床上有第一工作进给和第二工作进给之分，前者用于钻孔、扩孔、铰孔及镗孔等工序。后者常用于钻或镗孔之后，进行锪孔、刮削平面、倒角等工序时。工件的加工长度应等于被加工部位的长度L与刀具切入和切出长度之和，即

=++                                (5-1)

已知式中切出长度为0mm。

1、镗刀

由已经你定的镗刀尺寸和被加工零件的尺寸形状分析可知：加工长度是在3号刀开使加工和2号刀加工完成之间的这一段长度，为57mm。又3号刀进入切削状态前就应进入工进状态，故再加切入长度=5mm，结果得镗刀的工作进给长度=62mm。

2、成形刀

根据本次加工的特点分析，可确定刀具缓进5mm，到达加工部位后，横向进给4mm， =4mm。

5.7.2 快速引进长度的确定

快速进给是动力头把刀具快速送到工作进给的位置，其长度按其具体工作情况确定。这样的设计和安排可以大大节省加工时间，提高生产效率。

此工件加工切槽和镗孔为时间上的继起，加工三个孔同时加工,由于机床本身要求和零件加工要求，根据镗刀在加工前的位置、刀具的工作进给的位置，以及加工零件的位置，可以确定切槽轴的快速进给长度为265mm，精镗轴的快速进给长度为438mm。

5.7.3 快速退回长度的确定

快速退回长度等于快速引进和工作进给的长度之和，一般在固定式夹具钻孔或扩孔的机床上，动力头快速退回的行程，只要把所有刀具都退至导套内，不影响工件的装卸就行了。但对夹具需要回转或移动的机床，动力头快速退回行程必须把刀具、托架、钻模板以及定位销都退离夹具运动时可能碰到的范围以外。

根据镗刀在加工前的位置，刀具的工作进给的位置，以及工作进给长度、快速进给长度，可以确定切槽轴的快速进给长度为265mm，快速退回长度为270mm，精镗轴的快速进给长度为438mm，快速退回长度为500mm。

5.7.4 确定动力部件总行程的长度

对于镗刀，确定后备量为112.4mm，前备量为17.6mm，所以总行程为

=++=112.4+17.6+500=630（mm）

对于成形刀，确定后备量为21.6mm，前备量为108.4mm，所以总行程为

=++=21.6+108.4+270=400（mm）

图5.3  铣槽加工工作循环示意图              图5.4  镗刀镗孔加工示意图

第6章  组合机床联系尺寸图

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专用部件的总体结构而绘制，是决定各部件的轮廓尺寸及相互间联系关系的，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。

6.1 机床联系尺寸图作用

组合机床是有一些通用部件和专用部件组成的。为了使所设计的组合机床既能满足预期的性能要求，又能做到配置上的均匀合理，符合多快好省的精神，必须对所设计的组合机床各部件之间的关系进行全面的分析研究，这是通过绘制机床联系尺寸图来达到的。

6.2 机床联系尺寸图的内容

机床联系尺寸图的内容如下：

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。

4、标明机床验收标准及安装规程。

6.3 绘制机床尺寸联系总图应考虑的主要问题

6.3.1 机床装料高度的确定

装料高度一般是指工件安装基面至地面的距离，在确定机床装料高度时，首先要考虑工人操作的方便性；对于流水线要考虑车间运输工件的滚道高度；对于自动线要考虑中间底座的足够高度，以便允许内腔通过随行夹具返回系统或冷却排屑系统。其次是机床内部结构尺寸和刚度要求和工件对最低孔的位置、主轴箱最低主轴高度和通用部件高度尺寸的。它主要影响工人操作机床，装卸工件的强度。根据我国的具体情况,为了便于操作和省力，对于一般卧式组合机床、流水线和自动线,装料高度定为850～1060mm。

根据加工零件特点,以及加工现况的要求选取标准装料高度为1060mm。

6.3.2 夹具轮廓尺寸的确定

夹具是用于定位和夹紧工件的，所有工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据。在确定夹具底座的总长尺寸时，为了补偿工件加工误差，它应稍大一些，一般大10～20mm，此外，还应考虑夹具底座往中间底座上固定用的尺寸，每边为45～50mm。

夹具底座高度的确定。夹具底座的高度应看夹具大小而定，既要保证有足够的刚度，又要考虑工件的装料高度以及工件加工要求，为了便于布置定位元件，一般夹具底座的高度不应小于240mm。

根据零件特点，选择夹具的底座尺寸为A=400mm，夹具底座高度为240mm。

6.3.3 中间底座尺寸的确定

中间底座的轮廓尺寸，在长度方向应该满足夹具的安装需要。它在加工方向的尺寸,实际已经由加工示意图所确定。加工示意图中，确定了工件端面至主轴箱端面在加工终了时的距离，根据选定的动力部件及其配套部件（滑座、床身等）的位置关系，并考虑动力头的前备量等因素，应可以确定中间底座长度尺寸（L）,左端面到主轴箱端面距离为130mm，右端面到右主轴箱距离为75mm，夹具体左端面到左滑台的距离为110mm，右端面到右滑台的距离为220mm。中间底座长度尺寸L=110+220+400=730mm。

6.3.3 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的功能划分编组。组号划分规定为：

1、第10～19组——支撑部件。一般由侧底座、立柱及其底座和专用中间底座组成。

2、第20～29组——夹具及输送设备。夹具是组合机床主要的专用部件，常编为20组，包含工件定位加紧及固定导向部分。移动工作台、回转台等输送设备，如果属于通用部件，则可纳入夹具组，明细表中列出通用部件即可，如果专用则单独成组编号。

3、第30～39组——电气设备。电气设计常编为30组，包括原理图、接线图和安装图等设计，专用操纵台、控制柜等则另遍组号。

4、第40～49组——传动装置。包括机床中所有动力部件如动力滑台、动力箱等通用部件，编号40组，其余须修改部分内容或专用的传动设备则单独编组。

5、第50～59组——液压和气动装置。

6、第60～69组——刀具、工具、量具和辅助工具等。

7、第70～79组——多轴箱及其附属部件。

8、第80～组——冷却、排屑机润滑装置。

9、第90～99组——电气、液压、气动等各种控制挡铁。

第7章  组合机床生产率计算卡

组合机床生产率计算卡是表示机床每小时生产率与负荷率的表格。它是根据加工示意图所确定的工作循环、工作行程及切削用量等编制而成。

7.1 理想生产率

理想生产率Q指完成年生产纲领N（包括备品及废品率在内）所要求的机床生产率。它与全年工时总数K有关，一般情况下，双班制生产K取4600小时，则

                        (7-1)

7.2 实际生产率

实际生产率指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量

                                (7-2)

式中：——生产一个零件所需的时间（），它可以根据下式计算：

     (7-3)

式中：、——分别为刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作进给行程长度（）；

、——分别为刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作进给速度（）；

——当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时，动力滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转转所需的时间（）；

、——分别为动力部件快进、快退行程长度（）；

——动力部件快速行程速度。采用机械动力部件取，液压动力部件取；

——直线移动或回转工作台进行一次工位转换的时间，一般可取，本加工为单工位，故取0。

——工件装、卸（包括定位、夹压及清除铁屑等）时间，它取决于工件重量大小、装卸的方便性及工人的熟练程度。根据各类组合机床的统计，一般取，本工序取1.5min。

所以由以上叙述带入公式(7-3)经计算可得,于是有。

7.3 机床负荷率

当时，计算二者的比值即为负荷率：

                      （7-4）

根据组合机床的使用经验，该负荷率满足要求。

卧式双面切槽精镗摇臂轴孔组合机床生产率计算卡详见附录1。

结  论

在本组合机床的设计过程中，依照各参考文献和资料，对工艺流程，机床配置，夹具，刀具等都进行了合理的选择和制定，在满足用户需求的基础上，力争提高加工效率，产品质量及可靠性，取得了良好的经济效益和社会效益。

本设计的成果为卧式双面组合机床。本机床通用部件多采用西德标准，左右两侧为机械纵向滑台，上面分别安装机械滑台和液压滑台，再与镗削头和成形刀连接，如此布局可进行单工位双面加工。本机床所用加工工序方法在满足壳体的技术要求下，具有快速，方便的特点，适应大批量生产的技术要求。由于三个孔可以同时镗出，节约加工时间，提高加工效率和加工精度；切槽使用成形刀具，一次铣削完成。

本夹具是较实用的一种类型，根据加工工件的特点设计夹紧方式为液压夹紧，一面两销定位，将夹具体固定在底板上具有较好的通用性，定位精度高，夹紧稳固等优点；液压夹紧，快速方便。采用这种方式完全能够满足精度要求，而且简易方便，制造成本低。

在刀具方面，镗孔采用三把镗孔刀具组成的复合刀具，切槽采用成形铣刀。这样，此组合机床在镗孔加工时具有一步多成的特点，切槽一次加工完成，而且提高了组合机床在加工零件时的加工效率和加工精度。

通过本方案的实施，壳体上三孔以及内槽的加工质量和生产效率得到较大幅度提高，经济和社会效益显著，而且加工精度也完全能够满足设计要求，与此同时，本台机床的方案也适用于相似零件的组合机床加工设计。

致  谢

本次毕业设计中用到了许多专业课的知识，涵盖面很广，这个设计的过程，又是我再次学习的过程，并且让我对我所学习的机械这个行业有了一个更深层次的认识，我感到收获很大。

本文是在我的指导老师朱艳芳老师的细心指导下完成的，在论文的写作过程中，朱老师在学习方法、写作内容、版式编排等各个方面给予了详细指导，向我提供了相关参考资料，提出了许多很好的意见和建议，并对本文所涉及的专业知识的学习给予了必不可少的帮助，这才使得本文得以成稿。朱老师严谨的治学态度、渊博的知识、丰富的创造力以及敏锐的洞察力，始终令学生敬佩。致此成文之际，谨向导师表达我深深的敬意和衷心的感谢!

最后，向本文所引用的文献资料的作者表示诚挚的感谢，并向其他所有对于本文的完成做出帮助的人表示感谢！

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附录1:生产率计算卡