WHCB1000S3锯钻联合机床设计（钻床部分）

1、 毕业设计说明书（毕业论文）WHCB1000/S3锯钻联合机床（钻床部分）WHCB1000/S3锯钻联合机床设计（钻床部分）摘要 锯钻联合机床是一种组合机床，主要用于在钢轨连续生产线上对钢轨的锯切、钻削等加工。因为它可以在一台机床上同时完成两种加工，所以优点是生产效率高、生产成本少。本设计运用功能分析法着重论述机床总体方案的制定、主轴箱的设计及其零件部件的校核、进给控制系统以及夹具系统。通过多种方案比较选择指定合理方案，实现机床功能和被加工零件的相关工艺要求。所选用的系统安全性高且设备简单易于维护；所选用的液压系统，控制精度高所占空间小，易于实现自动控制并且自动控制效果好。同时注重人机工程学的

2、运用并尽力降低成本，使得系统易于控制，便于操作维护，并且机构简单可靠安全。关键词：锯钻联合机床 钻床 主轴箱 液压控制系统 夹具系统WHCB1000/S3 Combined machine of saws and drills designAbstractCombined machine of saws and drills is use to saw the end plane of steel rail and drillconnect bolts in serial production linc, it can accomplish two process on the same ma

3、chine ,not only increase efficiency but also reduce the production costs. This design apply themethod of function analysis means., emphasize deal with the overall plan establish,the designof the headstock and the check of machine replacement parts, move ahead-back and fixturesystem. Compare to the d

4、ifferent schemes , choose the most rational scheme to ensure thefunction of the machine tool come to ,also to ensure the demand relate processing technic ofthe separate part . The mechanical system which adopted, with high safety and simpleequipment, and easy to preserve. The hydraulic system which

5、to be put to use, with highcontrol precision, take up small space , easy to achieve automata control and have powerfulportability. At the same time ,it emphasize to use the man-machine engineering and endeavorreduce the production costs, make the system more easy to control, operate and preserve, al

6、sowith simple system structure ,safe and reliable ,and with a beautiful dignified appearanceKeywords: Combined machine ofsaws and drills; Drilling machine; Spinclle box;Hydraulic control system; Fixture system摘要IAbstractII第一章 绪论31.1引言31.2现代组合机床的特点及发展趋势31.2.1现代组合机床的特点31.3机床设计的目的、内容、要求31.3.1设计目的31.3.2

7、设计内容31.4机床的设计步骤31.4.1调查研究31.4.2拟定方案31.4.3工作图设计3第二章 组合机床总体设计32.1设计方案的选择与制定32.2组合机床方案的制定32.2.1制定工艺方案32.2.2确定组合机床的配置形式和结构方案32.3确定切削用量及选择刀具32.3.1确定工序间余量32.32选择切削用量32.3.3确定切削力、切削扭矩、切削功率32.34 选择刀具结构32.4钻孔组合机床总体设计“三图一卡”的编制32.4.1 被加工零件工序图32.4.2加工示意图32.4.3机床联系尺寸图32.4.4生产率计算卡3第三章 传动系统设计33.1多轴箱的组成33.2多轴箱通用零件33

8、.2.1通用箱体类零件33.2.2通用主轴、通用传动轴、通用齿轮和套类零件33.3多轴箱设计33.3.1多轴箱设计一般步骤33.3.2绘制多轴箱原始依据图33.4主轴、齿轮的确定及动力计算33.4.1主轴型式的确定33.4.2主轴位置的确定33.4.3齿轮模数的确定33.5多轴箱传动系统设计33.5.1对多轴箱传动系统的一般要求33.5.2传动系统拟定33.5.3绘制传动系统图33.5.4绘制多轴箱总图33.5.5多轴箱零件设计33.6传动零件的校核33. 6.1传动轴的校核33.6.2齿轮的校核33.6.3键的校核33.6.4滚动轴承校核33.6.5其他零件的校核3第四章 钻床液压系统设计3

9、4.1钻床受到的力34.1.1钻床的工况要求34.1.2钻床工进时的作用力34.2负载图和速度图34. 2.1钻床工作循环各阶段的时间34.2.2负载图和速度图34.3钻床液压缸的尺寸及工况图34.3.1系统工作压力的选定34.3.2动力滑台驱动液压缸的尺寸34.3.3根据压力、流量和功率画出工况图34.4钻床液压系统原理图34.5钻床液压控制系统34.5.1钻床液压动力元件34.5.2钻床液压控制元件34.5.3动作循环表34.6驱动电机和油管油箱34.6.1驱动电机34.6.2油管与油箱34.6.3液压系统的性能验算3第五章 夹具设计35.1机床夹具概述35.1.1机床夹具的组成35.1.

10、2机床夹具的类型35.2工件结构特点分析35.3工件定位方案和定位元件的设计35.4工件夹紧方案和夹紧元件的设计35.5夹具体的设计35.6夹紧元件设计35.7夹具液压系统设计35.8夹具精度及误差的分析3第六章 结论3参考文献3致谢374第一章 绪论1.1引言 2010年1月7日，全国铁路工作会议在京召开，报告数据显示，截止2009年底，我国铁路营业里程达到8.6万公里，跃居世纪第二位。同时，自上海成功举办第九届国际重载运输大会暨第九届中国国际现代化铁路技术装备展，进一步扩大了我国铁路的国际影响，100多个国家的元首、政要和代表团参观考察京津城际铁路，对我国高速铁路的发展给予高度评价，不少国

11、家表达了与我国合作的意愿，与美国、俄罗斯、沙特和巴西等高速铁路合作项目取得积极进展。高铁与重轨成为未来铁路发展的主要方向。未来几年，我国铁路将不断开创中国铁路品牌新局面，坚持以铁道部为主导、以铁路关联企业联盟为主体、以先进技术为依托，注重发挥中国铁路产业集成优势，推出中国铁路的技术和标准体系，打造中国铁路品牌，以中国铁路的技术优势和竞争实力，大力开拓国际市场，形势十分乐观。 然而，重轨与高铁的快速发展，无形间对其上游产业提出了更高的要求，如高新技术在冶炼和轧制技术中的运用、高精密自动化生产线的投产与使用等，也极大地促进了相关产业的发展，但是就目前我国的装备制造技术还相对落后，许多关键技术还依赖

12、于国际进口，因此，高新技术的开发与先进装备的国产化成为摆在业内研究人员面前的一火课题。 本文就高速重轨生产线上用于钢轨锯切与钻孔的锯钻联合机床展开论述，设备原产于德国，引进时无任何技术资料，使设备维护人员对设备的维修与维护产生诸多不便，基于此，参照国内组合机床的研究与设计方法，对该引进的锯钻联合机床进行设计研究，相关通用零部件全部按国产标准生产、选用，进而完成其技术改造与国产化。1.2现代组合机床的特点及发展趋势 世界上第一台组合机床于19U8年在美国问世，30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程的关键设备之一。现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，

13、而组合机床也在不断吸取新技术成果而日趋发展和完善。1.2.1现代组合机床的特点 我国机床行业由于起步晚、底子薄。与世界先进水平相比，还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要，为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力，必须深入开展机床基础理论研究，加强工艺试验研究，大力开发精密、重型和数控机床，使我国的机床工业尽早跻身子世界先进行列。 组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工

14、对象主要是生产批量比较大的大中型的箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孑L、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成型面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台组合机床等；随着技术的不断是进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受人们是亲睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器(PLC)、数字控制(NC)等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来

15、组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机等在组合机床行业中所占份额也越来越大。 由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。1.2.2组合机床发展趋势 80年代

16、以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，止朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势是： (1)广泛应用数控技术 国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件，在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术，而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术，从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线，就是由三台自动换箱组合机床组成的，

17、其全部动作均为数控，包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动，其节拍时间为58秒。 (2)发展柔性技术 80年代以来，国外对中大批量生产，多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施，使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床；同时根据加工中心的发展，开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元，并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化，既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏，又可以使机床配置更加灵活多样。 (3)发展综合自动化技术 汽车工业的大发展，对自动化制造技术提出了许多新的需求，大批量生产的高效率，要求制造系统

18、不仅能完成一般的机械加工工序，而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序，以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线，就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成，三班制工作，每条线日产2000件，节拍时间为40秒。全线由12台双面组合机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成，可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展，出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家，进一步提高了制造系统的配套水

19、平。 (4)进一步提高工序集中程度 国外为了减少机床数量，节省占地面积，对组合机床这种工序集中程度高的产品，继续采取各种措施，进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库，通过换刀加工实现工序集中，从而可最大限度地发挥设备的效能，获取更好的经济效益。1.3机床设计的目的、内容、要求1.3.1设计目的 机床设计毕业设计，其目的在于通过机床主运动机械传动系统的结构设计和机床液压系统设计，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

20、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。1.3.2设计内容 1)运动设计根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量，通过分析比较拟定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。 2)动力设计根据给定的工件，初算传动轴的直径、齿轮的模数；确定动力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后，要验算传动轴的直径，齿轮模数是否在允许范围内，还要验算主轴主件的静刚度。 3)结构设计进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、箱体、润滑与密封等的布置和机构设计，即绘制装配图和零件工作图。 (4

21、)编写设计说明书通过构思与验算，确定设计方案并将设计方案编写成一系列规范、严谨的技术性文件。1.3.3设计要求 评价机床性能的优劣，主要是根据技术一经济指标来判定的。技术先进合理，亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎，在国内和国际市场上才有竞争力。机床设计的技术一经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分析。1.4机床的设计步骤1.4.1调查研究 研究市场和用户对所设计机床的要求，然后检索有关资料，其中包括情报、预测、实验研究成果、发展趋势、新技术应用以及相应的图纸资料等，甚至还可以通过网络检索技术查阅先进国家的有关资料和专利等。通过对上述资料的分析研究，拟订适当的方案，以保证机

22、床的质量和提高生产率，使用户有较好的经济效益。1.4.2拟定方案 通常可以拟定出几个方案进行分析比较。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

23、基础上有所创造和发展。1.4.3工作图设计 首先，在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上，进行方案图纸的设计。这些图纸包括：被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡，统称“三图一卡”设计。并初定出主轴箱轮廓尺寸，才能确定机床各部件间的相互关系。 其次，绘制机床的总装图、部分部件装配图、液压系统图、零件图等。 然后，整理机床有关部件与主要零件的设计计算，编制各类零件明细表，编写机床说明书等技术文件。 最后，对有关图纸进行工艺审查和标准化审查。第二章 组合机床总体设计 组合机床由于只加工一种或数种工件的特定工序，工艺范围窄，主要技术参数已知，且工艺方案一旦确定，也就确定

24、了结构布局，设计上具有一定的局限性。因而其侧重点主要是通过工件分析等掌握机床设计的依据，画出详细的加工零件工序图；通过工艺分析，画出加工示意图；然后进行总体布局，画出机床尺寸联系图。最后制定出加工生产率计算卡。2.1设计方案的选择与制定 首先确定总体设计方案，一般来说，考虑重点不同，设计方案有多种。 第一种是根据被加工对象的力学性能，计算出加工参数，以及驱动装置及有关零件的相关参数。这种设计方案安全系数较大，安全性高，但设计时成本因素不能忽略，设计的工艺系统越经济越好。 第二种方案是参照已有设备先确定电动机，再确定其它部件，因为已有设备都是已经经过调试，并且大多经过改装，虽经济合理，但适应条件

25、限制太多，如果按此方案，必须在新的条件下校核，才能保证其安全可靠，但是新的环境条件不确定因素太多，无法全面考虑，设计结果误差太大，影响加工，常常无法达到技术要求。 如上所述，奉设计将采用安全系数较大的第一种设计方案，并在设计时综合考虑成本因素，进行一定的设计优化，尽量使设计结果即安全可靠，又合理经济。2.2组合机床方案的制定2.2.1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

26、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。 被加工被零件（75km/m钢轨）的零件图如图2.1所示。 图2.1 75kg/m重轨零件图 加工要求：定位后锯切端头余料并在指定点钻削三个直径31mm螺栓孔。 (1)加工孔的主要技术要求： 钻削3个031的螺栓孑L。孑L距钢轨底面高度为80. 4mm，距离锯削端面距离依次为96mm、316mm、446mm。 钻孔孔径公差为±lmm，位置度公差为00.Imm，孔距公差为±Imm。 钢轨材料：考虑被加工钢轨的多样性，此处按U71Mn设计计算。硬度：207255HBS，抗拉强度盯

27、6880MP。 生产纲领：90万吨年，24小时工作。 (2)工艺分析 加工该组孔时，孔的位置度公差为00.1mm，孔径公差为±1mm，孔距公差为±1mm。 根据组合机床用的工艺方法及能达到的经济精度，采用如下的加工方案：一次性加工螺栓孔，即采用三轴主轴箱，三轴同步钻削，孔径为31mm。 (3)定位基准及夹紧点的选择 加工此种规格钢轨，由于锯切、钻孔加工为同一工序，同用一次装夹，故钢轨通过机床工作台支撑面和水平方向两个夹紧点、竖直方向三个夹紧点联合限制、五个自由度，其中竖直方向一夹紧点作用还在于限制锯断端头自动脱落的影响。 工件为大批量连续生产，为了提高生产效率，减轻工人劳动

28、量，因此在保证加工精度的情况下，采用机床固定位置安装液压驱动自动控制的夹紧装置。 (4)控制系统的选择 传统上，电机驱动应用最为广泛，而液压驱动则是近代才得到巨大发展，对比方案如下： 电机驱动，在整个传动系统上，必须选择机械机构，实现夹紧、进给和切削加工的主运动；动力传递上，可以选择齿轮、螺纹实现机构力的传递。液压传动，则由液压缸来驱动锯床、钻床滑台的进给，夹具同时采用液压控制，夹紧力大且易于实现。 电机驱动，机械传动，设备易于实现，且设备简单，易于维护，对环境要求也较低，但是设备笨重，占据大量空间，加工精度低，不易实现自动控制；在加工对象改变时，不易轻松改装和调整，不易实现整条生产线的自动化

29、控制，发展空间小。液压驱动，控制精度高，可以实现无级调速，易于实现生产的自动化。但实现液压系统的条件较高，对环境要求也较高，成本投入大，尤其在应用高质量元件时，常常需要数倍价格的进口元件。 最终方案将综合考虑两者的优缺点，在进给和装夹上，采用液压控制，在主运动上，采用电机驱动，从而在成本上得到控制，在系统性能上得到改善。2.2.2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。75kg/m钢轨锯切端面及螺栓孔的加工精度要求相对不高，采用锯钻联合机床，一次加工成型，不再需要后续精加工。为此，本联合

30、机床采用锯钻双面对置式布置；主运动采用机电动力，机械传动；进给运动采用液压驱动，自动控制；装夹装置采用液压驱动自动夹紧。 (2)被加工零件的工艺特点 工艺特点主要指零件的材料、硬度、刚度及加工部位的结构形状、定位基准面的特点，它们对机床工艺方案制定有着重要影响。此钢轨材料是U71Mn、硬度207255 HBS，抗拉强度吼880MP。孔的位置距钢轨底面高度80. 4mm，呈水平直线布置，不均匀分配，孔径为31mm。采用群钻同步加工，零件的刚度足够，工件受力不大，振动、发热变形等对工件影响可以不计。 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零件宜用卧式机床，立式机床适宜加工定基准面

31、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平行的，并且定位基准面是水平的。孔的分布是水平直线，加工量较少，因而适合选择卧式多单工位钻床。 (3)零件的生产批量 零件的生产批量是决定采用单工位还是多工位、自动线还是半自动线等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90万吨，折合百米重轨12万件。从工件外形尺寸和加工特点看，为了减少加工时间，提高生产效率，采用多轴头，即三钻头同步加工。 (4)机床使用条件 由于组合机床对对

32、车间布置情况、工序问的联系、厂方的技术能力和自然条件等均有一定的要求。再根据使用方实际情况及具体要求来选择组合机床类型及布置形态。 综合以上所述：通过对钢轨的结构特点、加工部位、尺寸精度和技术要求、定位夹紧方式等工艺要求的考量，并考虑机床的总体布局和技术性能等各方面要求，最终决定设计三轴头单工位同步钻床。2.3确定切削用量及选择刀具2.3.1确定工序间余量 为了使加工过程顺利进行并保证加工精度稳定，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，但由于钢轨钻孔工序为一次加工（一刀）成型，无后续加工，且可保证精度要求，故不存在工序间余量。31mm螺栓孔直接由30mm钻头钻

33、孔，加工余量为： 式中：d-孔径； L-钻孔深度，此处通孔即为钢轨厚度。2.32选择切削用量 因为所设计的组合机床（钻床部分）为三轴同步加工，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)。因此，主轴箱上的三个刀具主轴应设计成相同转速和相同的每转进给量( rnm/r)。 由于钢轨螺栓孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求都是相同的，按照经济且满足加工要求的原则，采用查表法得： 参考3表20-21，选用硬质合金浅孔钻。钻头

34、直径D=30mm。 参考3表28-16，取进给量f=0. 5mmr，切削速度v=13m/min。2.3.3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），进而确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及灾具设计的依据；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。 (1)钻床工进时的轴向力 75k g/m的钢轨加工要求有三个螺栓孔，因为钻床是由电动机驱动，通过机械传动将动力传递给钻头，工进时同步对钢轨进行钻削加工，考虑受力相等的三个钻头，因此计算时选择群钻公式。 由3表28-6，轴向力计算公式为

35、：F=C式中：do-钻头直径(mm)； f -进给量(mm/r)； V-钻削速度(m/min)； 其余为轴向力相关参数。 考虑加工钢轨的材料有所不同，故公式中各项参数值有所不同，按75kg/m钢轨计算，加工螺栓孔直径为31mm，材料的抗拉强度不小于880MP，因此， 参考3表28-6，取、。 将各参数代入上式得，群钻加工时轴向力为： 本机床共有三个钻头同时钻孔，故钻孔总轴向力为： F=3F=36.3KN (2)钻床工进时的转矩 由3表28-6，钻削转矩计算公式为： 式中：钻削加工转矩计算相关参数。 参考3表28-6，取C=0. 625、Y =0. 923、=0. 059、=1.1。 将各参数代

36、入上式得，加工时所需转矩为：本机床工有三个钻头同时钻孔，故钻孔总钻矩为： (3)钻床切削功率切削速度与钻头直径已选定，由公式可知，切削转速为： 因此可估算的钻床切削功率为：式中：p切削功率 T切削总转矩2.34 选择刀具结构 钢轨硬度为207255HBS，孔径为31mm，钻孔深度为20mm。刀具材料选择硬质合金，为了使工作可靠、结构简单、刃磨及更换方便，选择标准30的硬质合金浅孔钻。其显著优点还在于浅孔钻不会将孔钻偏，且能加工出较低粗糙度和较高精度的圆度和圆柱度的孔。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3050mm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。该刀

37、具总长133mm，工作部长88mm。其他尺寸详见3表20-21。 2.4钻孔组合机床总体设计“三图一卡”的编制 前面对三轴头单工位同步钻床的工艺方案、配置型式、结构方案确定做了相关分析说明，它是钻床总体设计的重要内容。下面以钻床加工钢轨具体说明总体设计的另一个问题：总体设计方案的图纸表达形式“三图一卡”设计。其内容包括： 绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、编制生产率卡。 2.4.1 被加工零件工序图 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，如加工部位的尺寸、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

38、工序加工前毛坯或半成品状况的图纸，它不能用用广提供的图纸代替，而是在原零件图基础上，突出木机床的加工的内容，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什。钢轨用钻孔组合机床的被加工零件工序图如2.2所示。 图上主要内容包括： 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

39、、硬度及被加工部位的加工余量等。图2.2被加工零件工序图 附注：1被加工零件名称及编号：75kg/m钢轨； 2材料及硬度：U71Mn， HBS207-255; 3工序名称：钻31mm孔；加工设备：钻床。2.4.2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2.3为组合机床上钻削钢轨腰部三个螺栓孔的加工示意图。

40、图2.3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，刀具、接杆、主轴之间的连接方式，刀具加工终了位置等。 (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。刀具的选择前己述及，此处不在赘述。 2)初定主轴类型、尺寸、外伸长度 因为轴的材料一般选为45钢或40Cr，调质处理，其剪切弹性模量，刚性主轴许用扭转角取。 由6表6-1-2，按扭转刚度计算轴径为： 式中：d轴最小直径(m

41、m)； B系数，当材料的剪切弹性模量G=8.lMPa，刚性主轴许用扭转角取m时，B=2. 316。非刚性主轴，B=l. 948;传动轴，B=1.638 T轴所承受的转矩(Nm)。 本设计中所有主轴直径皆取d=40mm，由2表4-7，查得主轴外伸长度为135mm，内孔孔深129mm，D/d=67/48。 (3)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2.3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560mm），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

42、孔深度和切出值。 (4)工作进给长度的确定 工作进给长度I应等于工件加工部位长度d与刀具切入长度Lr和切出长度Lc之和。 切入长应根据工件端面误差情况在510mm之间选择，误差大时取大值，因此取Lr=lOmm，切出长度Lc=l/3d+(38)15mm，所以L=20+10+15=45mm。考虑被加工钢轨型号略有不同，此处取工作进给长度为60mm。 (5)快进长度的确定 考虑实际加工情况，在未加工之前，保证工件表面与刀尖之间有足够的工作空间，也就是快速退回行程须保证所有刀具均退至远离夹具和工件而不影响工件装卸。这里取快速退回行程为340mm，快退行程等于快进与工进行程之和，因此快进长度为280mm

43、。2.4.3机床联系尺寸图 (1)联系尺寸图的作用和内容 一般来说，组合机床是由标准的通用部件动力箱、动力滑台、底座加上专用部件多轴箱、刀、辅具系统、夹具、液、电、冷却、润滑、排属系统组合而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配和运动关系，以检验机床各部件的相对位置及尺寸联系是否满足要求，通用部件的选择是否合适，并为进一步开展主轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。联系尺寸图也可以看成是简化的机床总图，它表示机床的配置型式及总体布局。 机床联系尺寸图的内容包括机床的布局形式，通用部件的型号、规格、动力部件的运动尺寸和所用电动机的主要参数、工件与各部件间的主要联系尺寸，专用部件的轮廓

44、尺寸等。 锯钻联合机床机床联系尺寸图如图2.4。 (2)选用动力部件 选用动力部件主要选择型号、规格合适的动力滑台、动力箱。 1)滑台的选用 通常，根据滑台的驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素来选用合适的滑台。 驱动形式的确定 根据对液压滑台和机械滑台的性能特点比较，并结合具体的加工要求、使用条件选择。本机床选用常用的卧式HY系列液压滑台。 确定轴向进给力 刀具工进时产生总的轴向力由2.2.3计算出为36.3KN，但由于滑台工作时，除了克服各主轴的轴向力外，还要克服滑台移动时所产生的摩擦力，以及惯性负载、背压负载等。具体计算详见本文第四章，此取其计算结果Fmax=43

45、.7KN。图2.4机床联系尺寸图确定进给速度 液压滑台的工作进给速度规定一定范围(0. 3320mm/s)内无级调速，对液压滑台确定切削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的0.51倍；液压进给系统中采用压力继电器时，实际进给速度应更大一些。本系统中进给速度为：v=nf=0.5mm/r138.0r/min=69.0mm/min.确定滑台行程 滑台的行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。前备量的作用是动力部件有一定的向前移动的余地，以弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前调整，一般大于1020mm。后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，为方便装卸刀具，后备

46、量一般不小于4050mm。本系统前备量取为40mm，后备量取为80mm，所以滑台总行程应大于工作行程、前备量、后备量之和。 即：行程L> 340+40+80=460mm，取系列值L=500mm。 工作质量计算液压滑台工作质量包括滑台组件、动力箱、电机等，粗略估计总质量为30t。 综合上述条件，参考3表52-9，选择液压动力滑台型号为1HY50。名义尺寸500mm，工作进给速度范围32800mm/min，最大速度12m/min。其他尺寸详见表述。 2)动力箱的选用 动力箱主要依据多轴箱所需的电动机功率来选用，在多轴箱没有设计之前，其功率可由下式估算： 式中：n多轴箱传动效率，加工黑色金属时

47、=0.80.9，本机床加工合金钢，取=0. 85。 动力箱的电动机功率应大于计算功率，并结合主轴要求的转速大小选择。因此，选用电动机型号为Y180L-8的动力箱，电机轴与支脚高度为180mm，动力箱输出轴至箱底面高度为220rnm。主要技术参数如下表： 电机型号电机转速(r/min)电机功率(kw)额定转矩(kN/m) Y180L-8 730 1 1 2 (3)确定装料高度 装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离。组合机床标准中，推荐装料高度为1060mm，但根据具体情况，如车间运送工件的滚道高度、多轴箱最低主轴高度等因素，装料高度可视具体情况在H=8501060mm之间选取，考虑运送辊道

48、高度，本系统取装料高度为800mm。 (4)中间底座轮廓尺寸 中间底座的轮廓尺寸要满足工件加工及定位要求，又要考虑装料高度、夹具及联接方式，以及机床总体尺寸和位置关系。同时还应考虑多轴箱处于终了位置时，多轴箱与夹具之间应有适当距离，以便于机床调整、维修；另外中间底座周边应有不小于70100mm的排屑或冷却液回流槽。中问底座长度方向尺寸L，要根据所选动力部件和夹具安装要求来确定。一般可按下式计算： 式中:L加工终了位置时，多轴箱端面至工件端面间的距离。此选L=290mm，L=300mm; L多轴箱厚度，此多轴箱用90mm后盖，厚度为325mm; L工件长度，L=150mm; l滑台与多轴箱重合长

49、度，此为180mm; l加工终了位置时，滑台前端至滑台端面间的距离和前备量之和，此为40mm; 滑台前端面与侧底座端面距离，此为l10mm。 由此，计算中间底座长度为： L= (310+290+2 x325+110) -2×(180+40+110) =700mm 取标准值L=710mm。 因此，参考3表52-14，中间底座采用平底座：Bz=710mm，Hz=710mm。 (5)确定多轴箱轮廓尺寸 标准通用多轴箱的厚度是一定的，卧式为325mm，立式为340mm。因此，确定多轴箱尺寸，主要是确定多轴箱宽度B和高度H及最低主轴高度向。本机床配置的多轴箱厚度取为325mm，宽度和高度按标准

50、尺寸中选取。 多轴箱宽度B、高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按下式确定：B=b+2b 式中：b工件在宽度方向相距最远的两孔距离； b最边缘主轴中心距箱外壁的距离； h工件在高度方向相距最远的两孔距离； h最低主轴高度； 为保证多轴箱有排布齿轮的足够空间，推荐b >85140mm。 主轴箱最低主轴高度h须考虑到与工件最低孔位置（h=80. 4mm）、机床装料高度( H=800mm)、滑台滑座总高(h)等尺寸之间的关系而确定。对于卧式组合机床，h还要保证润滑油不致从主轴衬套处泄露，通常推荐h>85140mm。选取h=140mm。B=b+2b=350+2100=550mm

51、H=h十h+2b=0+140+2100=340mm 根据上述计算值，按主轴箱轮廓尺寸系列标准，参考3表52-16，选择动力箱型号为1TD50A，主轴箱轮廓尺寸Bx×Hx=630mm×400mm。2.4.4生产率计算卡 生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、负荷率等技术文件，通过生产率计算卡，可以分析拟定的方案是否满足用户对生产率及负荷率的要求。计算如下： 切削时间： 式中：t机加工时间(S); l工进行程长度(mm)； v刀具进给量(mm/s); t t死挡铁停留时间。一般为在动力部件进给停止状态下，刀具旋转515 r所需要时间。这里取15

52、r。 辅助时间： t=式中：l分别为动力部件快进、快退长度(mm)； v快速移动速度( rnm/s)； t夹具移动时间(S)，一般为38s，此取5s; t装卸工件时间(s)一般为3090s，此取90s。机床生产率： Q=3600/t=3600/(t+t) =3600/(126.5+106.2) =15.47件/h机床负荷率： = =92.82式中：Q机床的理想生产率（件/h）；A年生产纲领（件），90万吨折合75kg/m百米钢轨12万什；t年工作时间，三班制300工作日年工作时间t=7200h。根据组合机床的使用经验，适宜的机床负荷率为= 0.80.95。 所以该负荷率满足要求。最终确定本机床生产率计算卡如表2.1所示。表2.1 生产率计算卡图号毛坯种类轧件被加工零件名称75kg/m钢轨毛坯重量约8000kg材料U71Mn硬度HBS207-255 工序名称锯切断面，钻螺栓孔 工序号序行程切削速度进给量进给速度工时s 号工步名称mmmminmmrmmS工进辅助l安装工件52定位夹紧53锯滑台快进4锯钢轨端而5锯滑台快退6钻滑台快进2