减速电机箱体双面加工的组合机床总体设计及主轴箱设计

I 太原理工大学阳泉学院 毕业设计说明书 毕 业 生 姓 名 ： 赵军波 专业 ： 机制 学号 ： 0405110012 指导教师 韩变枝 所属系（部） ： 机电系 二八年五月 II 太原理工大学阳泉学院 毕业设计评阅书 题目： 减速电机箱体双面加工的组合机床总体设计及主轴箱设计 机电 系 机械设计制造及其自动化 专业 姓名 赵军波 设计时间： 2008 年 3 月 24 日 2008 年 6 月 日 评阅意见： 成绩： 指导教师： （签字） 职 务： 200 年 月 日 III 太原理工大学阳泉学院 毕业设计答辩记录卡 机电 系 机械设计制造及其自 动化 专业 姓名 赵军波 答 辩 内 容 问 题 摘 要 评 议 情 况 记录员： （签名） 成 绩 评 定 指导教师评定成绩 答辩组评定成绩 综合成绩 注：评定成绩为 100 分制，指导教师为 30%，答辩组为 70%。 专业答辩组组长： （签名） 200 年 月 日 i 摘 要 由于组合机床可以同时进行多刀位加工，实行工序高度集中，这样就大大缩短了辅助时间和加工时间。组合机床在自动化生产中得到越来越多的使用。 本设计根据设计要求，首先仔细分析被加工零件的特征，将工序适当集中在一起。然后有步骤的进行总体设计，工艺方案的拟订，切削用量的确定。三图一卡的设计最后进行多轴箱的设计和进行有关齿轮和轴的校核。翻阅了 大量的 资料，借鉴 了 一些设计 ， 较好的达到设计要求。 关键词：组合机床 多轴箱 工艺 钻夹具 ii Abstract Can process many at the same time because of making the lathe up， it is highly centratlied to implement the process， shorten time of assisting and process time greatly in this way. Make the lathe up and produce China to get more ang more use in automation. Originally design according to the designing requirement, analysis is processed the characterstic of the part carefully at first, concentrate processes appropriatly together. Then there is carrying on the overall design of the step, design the foundation of doing well for the following jig. Browse relevant materials in the overall design in a large amount, use the experience of some design for reference, have reached the designing requirement well. Keyword: combination machine tool axle boxes handicraft drills clamp iii 前言 毕业设计是按照教学计划的规定，在学校完成所有课程，并取得合格成绩后，必须进行的一个重要的综合性教学环节，使学生缩学的知识在实践中得到具体应用。通过这次设计，能使学生全面了解和掌握对一项机械设备的设计任务的完成所应进行的步骤和考虑到的问题，便于使自己形成一套设计的思维模式，而且使所学的知识系统化并由理论转向实践，以培养学生对知识的综合运用能力，为 毕业后走上工作岗位打下一个良好的基础。同时通过认真的设计，可以提高学生的分析和解决问题的能力，以使更好的适应社会。 学生通过毕业设计，应在下述各方面得到锻炼： （ 1） 能熟练运用所学的基本理论知识以及生产实习及参观中得到实践知识，正确地解决毕业设计中遇到的问题，保证零件的加工质量。 （ 2） 提高结构设计能力。学生通过设计组合机床的训练，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、经济合理而能保证质量的组合机床的能力。 （ 3） 提高手工绘图及计算机绘图能力。学生通过设计中大量的绘图训练，可是使绘图的速度及质量有较大的提高。尤其是计 算机绘图的能力更是今后工作中不可缺少的。 （ 4） 能够形成自己的一套设计思路及设计步骤。学生在设计资料的指导下按照步骤完成设计，逐渐掌握这些设计思路能设计步骤，为今后的设计打下基础。 （ 5） 学会使用手册及图标资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处、能够做到熟练运用。 本设计的内容主要有：组合机床的概述、组合机床通用部件及其选用、纵使机床总体设计、组合机床多轴设计、组合机床技术设计五个部分。 本设计以提高生产率和保证加工精度为目的，以较充足的专业课知识为基础，并结合毕业设计任务书，在收集和参考大量资料的前提下独立完成 。设计基本上做到：图纸绘制基本符合国家标准，做到布局合理，图纸也基本能够正确、完整、清晰的表达出零件的形状及尺寸。计算说明书的条理较清晰，语言通顺流畅，图表和公式的编辑也基本符合毕业论文撰写规范。 iv 在设计过程中，尽量采用通用部件，为组合机床的生产提供了便利条件。总体设计是多轴箱设计带来困难。其中多轴箱的设计是重点，也是难点。多轴箱设计应充分考虑被加工零件的形状及加工要求，合理布置传动及齿轮的位置。尤其在齿轮设计上，更要反复验算转速，努力作出最合理的设计方案。 在近一学期的设计中，辅导老师给予了很大的帮助。在 他们的指导下，一个又一个的难题被攻克，我们的设计水平有了很大的提高，在此谨向各位老师表示衷心的感谢！ 由于本人的水平十分有限，缺少实践经验，设计中难免错误和不当之处，恳请各位老师批评指正。 v 目 录 第一章 概 述 . 1 第 一节 组合机床的组成 . 1 第二节 组合机床的类型 . 2 第二章 组合机床通用部件及其选用 . 5 第一节 通用部件的类型 . 5 第二节 常用通用部件 . 6 第三节 通用部件的选用 . 7 第三章 组合机床总体设计 . 8 第一节 工艺方案的拟定 . 8 第二节 组合机床配置形式及结构方案的确定 . 20 第三节 组合机床总体设计 “三图一卡” . 22 第四章 组合机床主轴箱设计一主轴箱的基本结构及表达方法 . 35 第一节 主轴箱的基本结构及表达方法 . 35 第二节 通用主轴箱的设计 . 37 第五章 组合机床技术设计 . 44 第一节 齿轮的校核 . 44 第二节 轴的校核 . 45 总结 . 49 参考文献 . 50 外文资料 . 51 致谢 . 57 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 1 第一章 概 述 在批量生产中为了提高生产率，必须注意缩短加工时间和辅助时间，而且尽可能使辅助时间和加工时间重合，使每个工位 安 装多个工件 的 同时进行多刀加工，实行工序高度集中，因而广泛采用组合机床。 组合机床是用已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成的多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高效专用机床，生产率比比通用机床高几倍至几十倍，可以进行钻、镗、铰、攻丝、车削、铣削、车孔端面等工序， 随着组合机床的发展，其工艺范围日益扩大，如：焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。 1911 年，美国为加工汽车零部件研制了组合机床。在发展初期，各机床制造厂都执行自己的通用部件标准。为方便用户使用和维修，提高互换性， 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，确定机床通用部件标准化的原则，并规定了部件间联系尺寸。 1973 年 ISO 公布了第一批组合机床通用部件标准，它包括了汽车、农业、纺机和仪表工业。 1978 年、 1983 年又第二次作了增补。目前，我国组合机床的通用部件约占 70% 90%。 组合机床广泛应用于大批量生产的行业，如：汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门缝纫机等制造业。主要加工箱体零件，如汽缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等；一些重要零件的关键加工工序，虽然生产批量不大，但也采用组合机床来保证其加工质量。目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化的柔性方向发展。 第一节 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机。 如 图 1-1所示为典型的双面复合式单工位组合机床。其组成是：侧底座 1、滑台2、镗削头 3、夹具 4、多 轴箱 5、动力箱 6、立柱 7、垫铁 8、立柱底座 9、中间底座 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 2 10、液压装置 11、电气控制设备 12、刀工具 13 等。通过控制系统，在两次装卸工件间隔时间内完成一个自动工作循环。图中各个部件都是具有一定独立功能的部件，并且大都是已经系列化、标准化和通用化的通用部件。通常夹具 4、中间底座 10、和多轴箱 5是根据工件的尺寸形状和工艺要求设计的专用部件，但其中的绝大多数零件如定位夹 紧 元件、传动等也都是标准件和通用件。 123451362789101112双面试复合式组合机床 通用部件是组成组合机床 的基础。用来实现机床切削和进给运动的通用部件，如单轴工艺切削头（即镗削头、钻削头、铣削头等）、传动装置（驱动切削头）、动力箱（驱动多轴箱）、进给滑台（机械或液压滑台）等为动力部件。用以安装动力部件的通用部件如侧底座、立柱、立柱底座等称为支撑部件。 第二节 组合机床的类型 根据所选的通用部件的规格大小以及结构和配制形式等方面的差异，将组合机床 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 3 分为大型组合机床和小型组合机床两大类。习惯上滑台台面宽度 B 250mm 的为大型组合机床，滑台 B 250mm 的为小型组合机床。 根据大型组合机床的配制形式，可以将其分 为具有固定夹具的单工位组合机床、具有移动夹具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类。 1.具有固定夹具的单工位组合机床 单工位组合机床特别适用于加工大、中型箱体类零件。在整个加工循环中，夹具和工件固定不动，通过动力部件使刀具从单面、双面或多面对工件进行加工。这类机床加工精度高，但生产率低。 按照组成部件的配置形式及动力部件的进给方向，单工位组合机床又分为卧式、立式、倾斜式和复合式四种类型。 1） 卧式组合机床 卧式组合机床的刀具主轴水平布置，动力部件沿水平方向进给，按工要求的不同，可配置成单面、双面或多面的形 式。 2） 立式组合机床 立式组合机床的刀具主轴水平布置，动力部件沿垂直方向进给。一般只有单面配置形式。 3） 倾斜式组合机床 倾斜式组合机床的动力部件倾斜布置，沿倾斜方向进给。可配置成单面、双面或多面的形式，以加工工件上的倾斜表面。 4） 复合式组合机床 复合式组合机床是上述两种或三种形式的组合。 2.具有移动夹具的多工位组合机床 多工位组合机床的夹具和工件可按预订的工作循环，作间歇的移动或转动，以便依次在不同工位上对工件进行不同工序的加工。这类机床生产率高，但加工精度不如单工位组合机床，多用于大批量生产 中对中小型零件的加工。 按照夹具和工件的输送方式不同，可分为移动式工作台式、回转工作台式、中央立柱式和鼓轮式四种类型。 1） 移动工作台组合机床 可移动工作台组合机床以先后在两个工位上从两面对工件进行加工，夹具和工件可随工作台直线移动来实现工位的变换。 2） 回转工作台组合机床 回转工作台组合机床在每一个工位上可以同时加工一个或几个工件，其上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的工作台上，并随其作周期转动以实现工位的变换。由于这种机床适宜于对中小型工件进行多面、多工序加工，具有专门的装卸工位，使装卸工件的辅助时 间和机动时间重合，所以能够获得较高的生产率。 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 4 3） 中央立柱式组合机床 中央立柱式组合机床上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的工作台上，并随其作周期转动以实现工位的变换。在环形回转工作台上周围以及中央立柱上均可布置动力部件，在各个工位上，对工件进行多工序加工。 4） 鼓轮式组合机床 股轮式组合机床上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的工作台上，并随其作周期转动以实现工位的变换。在鼓轮的两端布置动力部件，从两面对工件进行加工。 3.转塔式组合机床 转塔式组合机床的特点是几个多轴箱安装在转塔式工作台上，各个多轴箱 依次转到加工位置对工件进加工。按多轴箱是否做进给运动，可将这类机床分为： 1） 只实现主运动的转塔式多轴箱组合机床 多轴箱安装在回转工作台上，主轴由电动机通过多轴箱内的传动装置带动作旋转运动；工件安装在滑台的回转工作台上（如果不需工件转位时，可直接安装在滑台上），由滑台带动作进给运动。 2） 既实现主运动又可随滑台作进给运动的转塔式多轴箱组合机床 这类机床的工件固定不动（也可以做周期转位），转塔式多轴箱安装在滑台上并随滑台作进给运动。 转塔式组合机床可以完成一个工件的多工序加工，因而可以减少机床台数和占地面 积，适宜于中，小批量生产。 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 5 第二章 组合机床通用部件及其选用 通用部件是组合机床的基础。部件通用化程度的高低标志着组合机床的技术水平。在组合机床设计中，选择通用部件是重要内容之一。 第一节 通用部件的类型 一、通用部件的分类 按通用部件在组合机床上的作用，可分为下列几类： 1.动力部件 动力部件是组合机床的主要部件，它为刀具提供主运动和进给运动。动力部件包括动力滑台及其相配套的动力箱和各种单轴头，如铣削头、钻削头、镗孔车端面头等，其它部件均以选定的动力部件为依据来配套选用。 2.支撑部件 支撑部件是组合机床的基础部件，它包括侧底座、立柱、立柱底座和中间底座等，用于支撑和安装各种部件。组合机床各种部件之间的相对位置精度、机床的刚度要求主要由支撑部件保证。 3.输送部分 输送部件用于带动夹具和工件的移动和转动，以实现工位的变换，因此，要求较高的定位精度。输送部件主要有移动工作台和回转工作台。 4.控制部件 控制部件用于控制组合机床按预定的加工程序进行循环工作，它包括可编程控制器（ PLC）、各种液压元件、操纵板、控制挡铁和按钮台等。 5.辅助部件 辅助部件包括用于实现自动夹 紧工件的液压或气动装置、机械扳手、冷却和润滑装置、排销装置以及上下料的机械手等。 二、通用部件的型号、规格及配套关系 按通用部件标准，动力滑台的主参数为其工作台面宽度，其它通用部件的主参数取与其配套的滑台主参数来表示。例如， 1HY32M1B 表示台面宽度为 320mm，经过一次重大改进，采用镶钢导轨的精密液压滑台； TX40A 表示于台面宽度为 400mm 的滑台配套，主轴径向轴承采用短圆柱滚子轴承，用于精加工的铣削头。 等效采用国际标准设计的“ 1字头 ” 通用部件，按精度分为：普通级、精密级和 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 6 高精度级三种精度等级。“ 1 字 头 ” 滑台采用双矩形闭式导轨，纵向用双矩形的外侧导向，斜镶条调整导轨间隙；压板与支承导轨组成辅助导轨副，防止倾覆力矩过大导致滑鞍（动导轨）与滑座（支承导轨）分离。这种导轨制造工艺简单，导向精度高，刚度好。滑座导轨材料有两种，分别在型号后面加 A、 B 以区别， A 表示滑座导轨材料为 HT300，高频淬火，淬火硬度为 42 48HRC； B 表示滑座为镶钢导轨，淬火硬度为 48HRC 以上。 数控机械滑台是 1HJ 系列机械滑台的派生产品，采用了大连组合机床研究所研制的 ZHS-ACO4D 交流伺服系统，能自动变换进给速度和工作循环，在较 大的范围内实现自动调速、位置控制、程序控制。适合多种小批量柔性生产。带光电编码器的交流伺服电动机采用 SPWM 控制技术， 750 2400r/min 为恒功率调速；运动通过一级定比齿轮减速驱动滚珠丝杠，驱动滑鞍移动，开环系统伺服电动机的转角误差为 0.072，由光栅尺组成的全闭环系统，滑鞍位置精度可达 2 m。 第二节 常用通用部件 1.动力滑台 动力滑台是有滑座、滑鞍和驱动装置等组成、实现直线进给运动的动力部件。 根据驱动和控制方式不同，滑台可分为液压滑台、机械滑台和数控滑台三种类型。 2.主轴 部件 主轴部件又称单轴头或工艺切削头，其端部安装刀具，尾部连接传动装置即可进行切削。如进行铣削、镗削、钻削及攻螺纹等单轴加工工序。每种主轴部件均采用刚性主轴结构。在加工时，刀杆（或刀具）一般不需要导向装置，加工精度主要由主轴部件本身以及滑台的精度保证。 3.主运动驱动装置 主运动驱动装置 主要有两大类：一类是与通用主轴部件配套使用的主运动传动装置；另一类是与多轴箱（专用部件）相配的动力箱。 4.工作台 工作台是多工位组合机床的输送部件，它用来将被加工工件转换到另一个工位。工作台按运动方式的不同可分为分度 回转工作台和多工位移动工作台；按传动方式的不同可分为机械传动、液压传动及气压传动等多种型式。 5.支承部件 组合机床的支承部件往往是通用和专用两部分的组合。有中间底座、侧底座和立柱及立柱侧底座三种。 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 7 6.自动线通用部件 组合机床自动线是由组合机床及工件输送装置、转位装置、排屑装置等辅助设备和检测装置、电气、液压控制设备等组成。 第三节 通用部件的选用 1.通用部件 选用的方法和原则 选用的基本方法是：根据所需的功率、进给力、进给速度等要求，选择动力部件及其配套部件。选用原则如下： 1）切削功率应满 足加工所需的计算功率。 2）进给部件应满足加工所需的最大计算进给力、进给速度和工作行程及工作循环的要求，同时还需考虑装刀、调刀的方便性。 3）动力箱与多轴箱尺寸应相适应和匹配。 4）应满足加工精度的要求。 5）尽能按通用部件的匹配关系选用有关通用部件。 2.通用部件的选用 1）动力部件品种的确定。 2）动力部件规格的确定。 对于支承 部件如侧底座、立柱等通用部件，可选与动力滑台规格相配套的相应规格。 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 8 第三章 组合机床总体设计 组合机床总体设计，通常是根据与用户签订的合同和协议书，针对具体加 工零件，拟定工艺和结构方案，并进行方案图样和有关技术文件的设计 。 第一 节 工艺方案的拟定 零件的加工工艺 方案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，我们必须认真分析被加工零件图，并深入现场了解了相关零件的形状、大小，材料、硬度、刚性、加工部位的结构特点、加工精度、表面粗糙度、以及现场所采用的定位、夹紧方法、工艺过程、所采用的刀具及切削用量、生产率要求、现场的环境和条件等等。如条件允许，还应广泛收集国内外有关技术资料，制定合理的工艺方案。 一、制定工艺方案 1.选 择合适、可靠的的工艺方案 根据 被加工零件的材料，加工的尺寸、形状、结构特点，加工精度、表面粗糙度以及生产率要求等等，结合组合机床的工艺范围及所能达到的加工精度，选择合适可靠的的工艺方法，以保证机床有稳定的加工质量和高的生产率。 2.粗精加工分开原则 粗加工时的切削负荷大，切削产生的热变形、较大夹压力引起的工件变形以及切削振动等，对精加工工序十分不利，影响加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在拟订工件一个连续的多工序工艺过程时，应选择粗精加工工序分开的原则。 3.工序集中原则 工序集中是近代机械加工主要发展 的方向之一。组合机床正是基于这个原则上发展而来的，即运用多刀（相同或不同刀具）集中在一台机床上完成一个或几个工件的不同表面的复杂工艺过程，从而有效的提高生产率。因此，拟订工艺方案时，在保证加工质量和操作维修方便的前提下，应适当提高工序集中度，以便减少机床台数、占地面积和节省人力，取得理想的效益。但是，工序过于集中会使机 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 9 床结构太复杂，增加机床设计和制造的难度，机床使用调整不便，甚至影响机床使用性能。如刀具数过多，停机效率增高，反而会影响机床生产率，切削负荷过大，当工件刚度不足而产生变形会影响加工质量。所以我们 在选择时要考虑因素要全。 4.定 位 基准及夹点的选择原则 粗基准的选用要求是：保证能迅速可靠的加工精基准；保证各加工表面有足够的加工余量，并尽量使主要加工表面加工余量均匀；保证各加工表面与不加工表面之间的相对位置精度。同时须考虑定位基准、夹紧可靠，夹具结构简单、操作方便。因此，应选择毛坯上平整、光洁、尺寸较大，没有浇注系统、冒口的不加工表面或加工余量小的表面做粗基准。 二、确定组合机床的工艺方案 1.零件的分析 题目所给的零件是减速电机箱体，零件材料为 :QT450-10，硬度为 HB 为 160-210。 该 零件 是 箱体类 零件，它将机器和部件中的轴、轴承、齿轮等有关零件按一定的相互关系装配成一个整体，并保持正确的相互位置，一传递转矩和改变转速来完成规定的运动。另外，该箱体中的零件和组件之间的装配精度在很大程度上决定于箱体的加工精度。 该零件外形规矩，呈箱形，其结构特点是壁厚而不均匀，空腔，结构复杂，加工部位多，加工难度大，箱体上有诸多精度要求较高的轴承孔和平面，外表面上有很多基准面和支撑面以及一些精度要求不高的紧固孔。 该箱体上有一系列的孔，它们之间的相互位置精度要求较高的孔的组合，称为孔系。这些孔大都是轴承的支撑孔 ，因此它的尺寸精度，位置精度，几何精度及表面光洁度都要求较高，若轴承与箱体支撑孔的配合不良，将会影响到轴的旋转精度，如果同一中心线的几个孔不同心，将使轴的装配困难，即使装配完成，使运转情况必然恶劣，轴承寿命短，温度急剧增大而引起变形，如果相邻的中心距偏大，则会影响齿轮的啮合精度，工作是产生嘈音，震动，降低机器寿命。 2 毛坯的分析 由于该零件为减速电机箱体，结构复杂，壁厚不均匀，所以采用铸造。其材料为QT450-10。该材料有如下优越性：基体强度利用率可达 70%-90%，铸铁强度和韧性远超过灰铸铁。另外，由 于该零件生产为大批量生产，零件尺寸不大结构较复杂，查机械加工余量手册表 1-3，可选金属模机械砂型和金属型浇铸两种毛坯制造方法，但考虑到金属砂型铸铁的加工余量小，生产率较高的特点，结合大批量生产的纲领，故 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 10 选金属型砂型铸造，其精度等级为 CT8 10，加工人、余量等级为 G，生产率高，工人水平可降低。 球墨铸铁对金属容易产生缩孔、缩松、皮下气孔和夹渣等缺陷，因此在工艺上应采取以下措施： 1）在热节上安置冒口、冷铁，以便对铸件进行补缩，同时应增加铸型钢度，防止因铸件外形扩大所造成的缩孔和缩松。 2）应降低铁水的含 硫量和残余镁量，以防止皮下气孔。 3）应加强挡渣措施，以防止产生夹渣缺陷。 3零件的工艺分析 该零件图样的视图下正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。本零件的加工面有上顶面、下底面、支撑孔、端面、小孔及螺纹。参考有关手册，其加工方法选择如下 ： （ 1） 上顶面、下底面的加工 上下面的加工精度要求不高，表面粗糙度为 6.3。 查工艺简明手册表 1.4 28只需进行粗铣即可。 （ 2） 右端面的加工 右端面要求表粗糙度为 6.3，其对端面的圆跳动为 0.025，查工艺简明手册表1.4 8 和表 1.1 28 可知，平面的公差 等级为 7 级，需进行粗铣、精铣加工 。 （ 3） 中间壁 136 端面的加工 该面要求表面粗糙度为 6.3 圆跳动为 0.025，查工艺简明手册表 1.4 7 和表1.4 28 可知加工等级为 6 级，需进行精加工，粗镗、精镗 。 （ 4） 与轴相关的各孔的加工 粗糙度为 6.3 的孔及孔内端面只需粗镗，而粗糙度为 3.2 时则需进行粗镗、精镗；与轴承配合精度达到 7级的需进行粗镗、半精镗、精镗；与轴承配合精度达到 8级的需进行粗镗、半精镗；此外有圆跳动的需进行粗镗、半精镗、精镗 .（ 查工艺简明手册表 1.4 7 和表 1.1 28）。 （ 5） 各面孔 及螺纹的加工 根据螺纹选择合适的钻头加工。 4.定位基准和加压部位的选择 组合机床一般为工序集中的多刀加工，不但切削负荷大，而且工件受力方向一直 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 11 在变化。因此，正确选择定位基准和夹压部位是保证加工精度的重要条件。对于毛坯基准选择要考虑有关工序加工余量的均匀性；对于光滑表面定位基准的选择要考虑基面与加工部位间位置尺寸关系，使它有利于保证加工精度。定位夹压部位的选择应在有足够的夹紧力力下工件产生的变形最小，并且夹具易于设置导向和通过刀具。 5.影响工艺方案的因素 (1) 加工的工序内容和加工精度 这是制定机床工 艺方案的主要依据。显然，面加工和孔加工、不同尺寸的平面和孔径加工以及不同的加工精度要求，直接影响着工艺方法的选择和工步数及工艺路线的确定。 (2) 被加工零件的特点 如工件的材料硬度、加工部位的结构形状、工件刚性、定位基准面的特点等，对组合机床工艺方案的拟订都有着重要影响。 (3) 工件的刚性 当工件的刚性不足时工序不能太集中 (4) 使用厂后方车间制造能力 如工具制造能力。 三、工艺规程设计 1.定位基准的选择原则 定位基准的选择与工艺过程的制定是密切相关的。合理的选用定位基准对保 证加工精度和确定加工顺序都有决定性的影响，它是工艺过程制定过程中要求解决的主要问题之一。 基准的选择就是基面选择的问题，选择工艺基面的原则如下： 1） 应当尽量选用设计基面作为在组合机床上用的地位基面，这样就能减少误差积累，有利于保证加工精度。 2） 选择的定位基面应确保工件稳定定位。定位的支撑面应该大一些，力求采用以加工表面做为定位面基准，而且必须选取那些与加工表面有一定关系的毛面作为定位基面。 3） 选择基面是要保证在一次安装下，能对尽可能多的面进行加工，这样便于有效地 集中加工工序，提高机床的生产效率，保证加工部件间的精度要求。 4） 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工件不同面上的孔，或对同一个面上的孔完成不同的工序。 5） 选择定位面应考虑夹紧方便，夹具结构简单。 当被加工零件不具备理想的工艺基面可以在机床夹具上增加辅助支撑机构。 选择定位基面还需要考虑三个问题： 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 12 首先，用那个面作为加工的精基准面时，才有利于经济合理的表达到零件的加工精度要求。 其次，为加工精基面，应采用那个表面作为粗基准。 最 后是否有个别工序为了特殊要求第三基准。 2.粗基准的选择 一般情况下，粗基准的选择也就是第一道工序的定位基准的选择，这个工序是加工后续工序的精基准。在粗基准选择时，主要考虑四个方面： 1） 选择要求加工表面的余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面有足够而均匀的加工余量。 2） 某些表面不需要加工，则应选择其中与加工表面有相互位置关系要求的表面为粗基准。 3） 选择比较平整，光滑，有足够大面积的表面为粗基准，不允许有浇注冒口的残迹和飞边，以确保安全，可靠，误差小。 4） 粗基准在一般情况下只允许在第一道工序中使用一次，尽量避免重复使用。 本次设计的零件属于薄壁零件，应尽量使壁厚均匀，所以粗基准选择不加工的 两个侧面作为粗基准， 做出两个工艺孔。 如图所示： 3. 精基准的选择 （ 1） 精基准的选择原则 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 13 选择精基准时，应尽量将重点房子如何减小定位误差，提高加工精度，以及使工件安装准确，可靠，方便。因此精基准选择应遵循下列原则： 1） 重合原则。 应 尽量选择设计基准作为精基准。这样可以避免因基准比重合而产生的误差，影响工件的加工精度特别是零件的最后精加工工序，为保证加工精度要求，更应该注意这一点。 2） 基准统一的原则。 应用统一的基准进行各个工序的加工。采用统一的基准有一系列优点： 使用同一基准定位加工大多数表面，避免因基准转换而带来的误差，有利于保证各个基面的相互位置精度，而且简化了夹具的设计 .制造工作，从而简化了夹具的生产周期。 3） 互为基准，反复加工是原则。 当两个表面相互位置精度要求高时，两个表面互为基准反复加工，可以不断 提高定位基准的精度，保证两个表面之间的相互位置精度。 4） 自为基准原则。 当精加工或光整加工工序要求余量小而均匀时，可以选择加工表面本身为精基准以保证加工质量和提高生产率。 此外，还应能使工件装夹稳定可靠，夹具简单。 （ 2） 精基准的确定 为了方便加工和保证位置度要求，箱体类零件一般采用一面两孔的基本定位方式。经过分析零件图可以看出，本箱体的设计基准有两个： 第一，中心孔的设计基准都是两个工艺孔。 其次，中心孔附近的螺纹孔都是以中心孔为设计基准 的。 所以，在加工箱体时，应该先以两个工艺孔和其所在 的 面为基准，加工出中心孔，再根据中心孔的位置，在钻模板上做出以中心孔为设计基准的螺纹孔。然而在加工这些螺纹孔时仍然要以两个工艺孔和其所在的面为基准，这样做不仅符合基准统一原则，保证了中心孔之间和中心孔与工艺孔之间的位置度要求，而且符合基准重合原则，有效的保证了轴的同轴度 的 要求和轴与面的垂直度要求。简化了夹具，并且使装夹的位置有利于组合机床一次加工出更多的有相互位置关系的孔，提高了生产率。如图： 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 14 32155162,153101?215602903104. 加工方法的确定 加工方法的确定要根据每个加工表面的技术要求，选择零件的加工方案。方法的选择必须在保证零件达到图纸要求方面是稳定的，并在产生率方面是高的，加工成本方面是经济合理的。 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 15 一般平面的加工，精度不是要求很高，用铣削加工完全达到技术要求。一般不重要的孔，如连接孔等，用铰削即可达到要求。如本零件要求有两个定位销，精度要求较高，所以在钻 出工艺孔后要进行扩铰，以提高其定位精度。 5. 加工阶段的划定 由于壳体零件加工信息量不多，许多孔面加工精度要求不高。本次加工的零件只在加工两个工艺孔时有加工阶段的划分。 加工工艺孔是分为钻， 绞 。 6. 加工工序的安排 安排加工工序顺序应遵循以下原则： 1） 先粗后精 先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工。 2） 先基准面后其它面 基准面是加工其它面和保证精度要求的基础，所以作为精基准的表面应安排在工艺过程开始时加工。 3） 先主 要表面加工后次要表面加工 基准面加工好后，接着要对精度要求高的主要表面进行加工粗加工和半精加工，并穿插进行一些次要表面的加工。要求高的主要表面的精加工一般安排在最后进行，这样可以避免已加工表面在运输中碰伤，有利于保证精度。 4） 先面后孔原则 安排加工工序时，要根据具体情况兼顾上述原则进行。具体到这次设计加工的 箱 体零件，应该先把定位基面加工出来，然后以此为定位基准加工工艺孔。再以工艺孔 和其所在的面 为基准，加工其余孔等后续工序。 另外，因为该零件材料是 QT450-10，在机加工之前，还应 安排时效处理，否则，毛坯铸件的内应力得不到释放会引起零件的变形，影响加工精度。除了安排上述工序外，还应考虑某些辅助工序的安排，如检验工序，它是保证产品质量的重要措施之一。在本零件的加工过程中，除了各工序的例行检查外，在全部加工完成之后，还应安排终检。针对图纸要求的尺寸精度，形状精度和位置精度及表面粗糙度进行检查，同时测量零件的质量涂防锈漆等。 7.制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能够得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以 考虑采用专用机床与专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 16 工艺路线方案一 工序 划线（划下底面与 上顶 面的线，考虑轴承孔的余量要均匀）。 工序 粗 刨下底 面，粗 刨上顶 面。 工序 粗精铣右端面 工序 粗精铣轴 136 右侧端面 工序 粗镗各轴孔 工序 精镗各轴孔 工序 钻攻左右两端面螺纹孔 工序 钻中间壁螺纹孔 工序 钻顶面螺纹孔和吊钩孔 工序 铣凸台 工序 划线（凸台孔、放油孔） 工序 钻凸台、放油孔 工 序 终 检。 工艺路线方案二 工序 划线（划下底面与 上顶 面的线，考虑轴承孔的余量要均匀）。 工序 粗铣 下底 面，粗铣 上顶 面。 工序 粗精铣右端面 工序 粗精铣轴 136 右侧端面 ；粗镗轴 108 圆柱面及左端面 工序 人工时效 工序 粗镗各轴孔 工序 精镗各轴孔 工序 钻攻左右两端面螺纹孔 工序 钻中间壁螺纹孔 工序 钻顶面螺纹孔和吊钩孔 工序 划线（凸台孔、放油孔） 工序 钻锪凸台、放油孔 工序 钻 4- 17.5 工序 终检 。 工艺方案的分析与比较 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 17 上述两个方案的特点在于：方案 一采用了刨床加工零件的表面，加工效率低； 其次，方案二在工序 中间加入了人工时效，这样可以消除零件在切削加工中产生的内应力，减少精加工之后的变形，稳定切削加工所获得的各项精度 。 两种方案都有划线的工序，可以作为找正的依据，合理分配各表面的加工余量，确定加工表面与不加工表面的相互位置关系，这对形状较复杂、余量不均匀的铸件的安装尤为重要。因此，箱体在加工之前划线是必要的。在该箱座零件中所需加工的孔径小于 40 时一般不铸出，而采用钻 扩 铰的工艺，对于已铸出的孔，可采用粗、精镗的工艺，这在两套方案中都有所体现。 而对于那些要求加工精度不高的螺纹孔、紧固孔及放油孔则放在最后加工，这样可以防止由于面或孔在加工过程中出现问题（如发现气孔或夹杂物等）时，浪费这一部分的工时。整个加工过程中，无论是粗加工阶段还是精加工阶段，都应遵循“先面后孔”的原则，就是先加工平面而后以面定位，再加工孔。这是因为：第一，面是整个箱座的装配基准；第二，平面的面积较孔的面积大，以面定位使零件装夹稳定，可靠。因此，以面定位加工孔，有利于提高定位精度和加工精度。 根据以上两套方案分析，决定采用第二套方案，同时对其稍做修改，确定最终方案如下： 铸造 时 效 检验铸件各部件尺寸 工序 划线（划下底面与 上顶 面的线，考虑轴承孔的余量要均匀）。 工序 粗铣 下底 面，粗铣 上顶 面。 工序 粗精铣右端面 工序 粗精铣轴 136 右侧端面 ；粗镗轴 108 圆柱面及左端面 工序 粗镗各轴孔 工序 人工时效 工序 精镗各轴孔 工序 钻攻左右两端面螺纹孔 工序 钻中间壁螺纹孔 工序 钻顶面螺纹孔和吊钩孔 工序 划线（凸台孔、放油孔） 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 18 工序 钻锪凸台、放油孔 工序 钻 4- 17.5 工序 终检 。 8.刀具的选择和加工余量的确定 （ 1）刀具 的选择：由资料得知，普通高速钢刀具制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，能锻造，制造复杂的道具比较容易，而且高速钢材料性能较硬质合金和陶瓷稳定，在自动机床上使用较可靠，具有一定的硬度和耐磨性，高的强度和韧性，良好的塑性和耐磨性因此广泛用于制造各种较复杂的工具，所以钻头用高速钢材料的刀具。 由切削用量手册表 2-1 得：钻头几何形状为标准钻头，由加工余量手册得： 刀具 钻头直径 高速钢麻花钻 10.2mm （ 2）加工余量的确定： 1）毛坯变成成品的过程中，在某加工表面切除的金属层的总厚度称为该表面的加工 总工作量。每一道工序所切除的金属层的厚度称为工序间的加工余量。 由此可见，加工总量 = 各工序余量之和。 即： in ZZZZZZ 321总 式中： 总Z 总的加工余量 n 工序； i 第 i 道工序； 加工余量的大小对零件的加工质量和生产率有影响。加工余量过大，不仅加大了机加工的工作量，降低了生产率，而且浪费了材料。提高了加工成本，但加工余量过小有不能保证消除前工序的各种误差和表面缺陷，产生废品。 确定加工余量的原则是在保证加工质量的前提下，尽量减小加工余量。 确定加工余量的三种方法是：分析计算法，查表法，经验法。 一般常用查表法。 2） 选择工序间加工余量应遵循的原则 （ 1）应采用最小加工余量，以求缩短加工时间，并降低零件的制造费用。 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 19 （ 2）加工余量应能保证得到图纸上所定的表面粗糙度及精度。 （ 3）决定加工余量时应考虑热处理时的变形，否则可能产生废品。 （ 4）决定加工余量时应考虑到加工的方法和设备，以及加工过程中零件可能发生的变形。 （ 5）决定加工余量时应考虑到被加工零件的大小，零件越大，则加工余量越大。 四、加工余量的确定 该箱体的材料为 QT450-10，硬 度 160-210HBS，毛坯重量约为 Kg，生产类型为大批生产，采用金属砂型铸造毛坯。 根据上述原始材料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，尺寸公差及毛坯尺寸如下： （ 1）箱体下底面的加工余量 查实用机械加工工艺师手册 表 2.2 4，由于材料为 QT450 10，且选用金属型砂型铸造，故选择尺寸公差等级为 9 级，加工余量数值取 5.5mm，查机械加工余量手册 表 5 47 可见粗铣上顶面时 z=2.5mm，故下底面加工余量数值为 5.5 （ 2）上顶面的加工余量 查实用机械加工工艺师手册 表 2.2 4，由于 材料为 QT450 10，且选用金属型砂型铸造，故选择尺寸公差等级为 9 级，加工余量数值取 5.5mm，查机械加工余量手册 表 5 47 可见粗铣上顶面时 z=2mm，故上顶面加工余量数值为 5.5 (3) 右端面的加工余量 查实用机械加工工艺师手册 表 2.2 4，由于材料为 QT450 10，且选用金属型砂型铸造，故选择尺寸公差等级为 9 级，加工余量数值取 4.5mm，查机械加工余量手册 表 5 47 可见粗铣右端面时 z=2.0mm，精铣右端面时 z=1.5mm 故右端面的加工余量数值为 4.5 （ 4） 中间壁右侧面的 加工余量 查实用机械加工工艺师手册 表 2.2 4，由于材料为 QT450 10，且选用金属型砂型铸造，故选择尺寸公差等级为 9 级，加工余量数值取 3.5mm，故中间壁右侧面加工余量数值为 3.5 （ 5）各轴承孔的加工余量 查机械加工工艺师手册 表 29 14和表 29 17， 粗镗孔 2z=5 8mm，半精镗孔 2z=1.5 3mm；精镗孔 2z=0.6 1.2mm。各孔的加余量再根据铸造特点来确定。 太原理工大学阳泉学院 -毕业设计说明书 20 第二节 组合机床配置形式及结构方案的确定 通常，在确定工艺方案的同时，也就大体上确定了组合机床的配制形式和结 构方案。但是还要考虑下列因素的影响。 一、 影响组合机床配置形式及结构方案的因素 1.