电机盖双面钻专机总体结构与夹具设计

1、中文摘要本次设计要求对电机盖双面钻专机总体结构与夹具设计，主要由这些部分的内容：被加工零件工序图、加工示意图、机床尺寸联系总图的绘制，组合机床总体设计，绘制机床总图和液压滑台的设计、说明。“三图一卡”的绘制，夹具设计。以“三图一卡”的绘制为基础，根据箱体结构特点、形状特性、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度及生产率等要求，确定机床为卧式双面钻组合机床；为实现无级调速，安全可靠，选择液压滑台；为确保加工精度，采用“一面两销”的定位方案和液动夹紧；根据零件的大小及被加工孔的位置确定主轴箱的轮廓尺寸。根据零件的大小、形状及被加工孔的位置确定主轴箱的轮廓尺寸和形状。本次设计实现了通过卧式双面钻组合机床对电

2、机盖双面同时进行多孔钻的技术要求。在设计的过程中，尽量选用通用零部件，缩短了制造周期，减少了制造成本和工人劳动强度，增加了经济效益。关键词： 组合机床，钻孔，液压AbstractThe design of drilling machine overall structure design of the crankcase double-sided, mainly composed of these parts: drawn process map parts processing, processing sketch map, machine size contact master plan,

3、 the overall design of modular machine tool design, machine tool, draw the layout and hydraulic slide show. "A map drawn three cards" as the basis, according to the structural characteristics, the shape characteristics, processing site, size precision, surface roughness and productivity re

4、quirements, determine the machine is a horizontal double-sided combination drilling machine; in order to realize the stepless speed regulation, safe and reliable, selection of hydraulic slipway; headstock contour size and shape are determined according to the parts of the size, shape and the hole po

5、sition.This design realized by horizontal double-sided combination drilling machine for drilling the porous of crankcase simultaneity. In the design process, try to use common parts, the manufacturing cycle is shortened, and the manufacturing cost is reduced and the labor intensity of workers, incre

6、asing economic benefit.Keywords: The combination of machine tools， drilling，hydraulic目 录中文摘要Abstract第一章 绪论51.1 概述51.2 组合机床的组成61.3 组合机床的类型61.3.1 具有固定夹具的单工位机床61.3.2 具有移动夹具的多工位机床71.3.3 转塔式组合机床71.4 组合机床工艺范围及加工精度71.5 组合机床的发展8第二章 绘制“三图一卡”92.1 被加工零件工序图92.1.1 工序图的作用和要求92.1.2 被加工零件工序图的标注内容92.1.3 编制被加工零件工序图的注

7、意事项92.2 加工示意图102.2.1 被加工零件示意图的作用102.2.2 被加工零件示意图的内容102.2.3 选择刀具、导向及有关计算112.3 机床联系尺寸图142.4 机床生产率计算卡17第三章 组合机床总体设计203.1 组合机床方案设计203.1.1 制定加工方案203.1.2 技术设计阶段213.1.3 工作设计阶段21第四章 机床夹具设计224.0.1 工件定位概念234.0.2 工件夹紧机构设计234.1 压板的强度校核254.2 零件被装夹后自由度分析264.3 定位误差分析28第五章 绘制机床总图325.1 机床液压滑台的工作特性335.2 使用说明35第六章 设计总

8、结36结束语37致 谢38参考文献39第一章 绪论机械毕业设计是机械工程类专业学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。能使学生全面了解和掌握一些机械设备方面的知识，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，可以提高学生分析和解决问题的能力，以便更好的适应社会。本设计是对电机盖双面钻专机总体结构与夹具设计。本次设计的主要内容是：组合机床的概述、组合机床的类型、组合机床“三图一卡”的绘制、组合机床总体设计与组合机床总体夹具的设计。本设计以保证加工精度为前提，以

9、提高生产率为目的，以比较充足的专业知识为基础，结合设计任务书，在参考大量资料后，在指导老师的指导下完成。本次设计基本做到了：图纸的绘制符合国家标准，布局合理，图纸能够正确的、完整的、清晰的表达出零件的形状和尺寸。计算说明书的条理比较清晰，语言通顺，图表和公式的编辑也符合本科毕业设计撰写规范。在这次设计过程中，张教授和顾教授给予了我很大的帮助。在他们的指导下，解决各种难题，本次毕业设计才能顺利完成。由于本人水平有限，且缺少实践经验，设计过程中难免会有错误和不当之处，恳请各位老师的批评指正。1.1 概述组合机床是依据被加工零件的加工需要，用大量标准化、系列化的通用部件，再配合少量的专用部件，能够对

10、一种或多种工件进行预定的加工的高效的专用机床。组合机床能够对多工件同时进行多刀、多轴、多工位的加工，同时可以完成钻孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削、车孔端面等加工工序。随着组合机床的发展，其工艺范围也在日益扩大，如：焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。组合机床主要应用于大批量生产的行业如汽车、电动机、拖拉机等制造业。组合机床主要加工汽缸体、汽缸盖、变速箱体、阀体等箱体类零件。部分重要零件的关键工序，为了保证其加工精度及质量，虽然批量不大，但也会采用组合机床。目前，组合机床的研制方向正朝着高效、高自动化、高精度的柔性发展。1.2 组合机床的组成组合机床是根据被加工零件的加工需求，通过

11、使用大量的通用零部件，配以少量的专用部件组成的高效专用机床1。单工位双面复合组合机床主要由滑台、镗削头、夹具、多轴箱、动力箱、支柱、支柱底座、中间底座、以及控制部件和辅助部件等组成。其中夹具和多轴箱是按加工对象设计的专用部件，其余均为通用部件，且专用部件中的绝大多数零件（为70%90%）也是通用零件。加工时，刀具由电动机通过动力箱、多轴箱驱动作旋转主运动，并通过各自的滑台带动作直线进给运动。1.3 组合机床的类型根据所选用的通用部件的规格的不同以及结构和配制形式的不同，将组合机床分为大型机床和小型机床两大类。通常滑台台面宽度大于或等于250mm的为大型机床，滑台小于250mm的为小型机床。通过

12、大型组合机床配制形式的不同，可分成具有固定夹具的单工位机床、具有移动夹具的多工位机床和转塔式组合机床三类。1.3.1 具有固定夹具的单工位机床单工位组合机床主要用于对大型或中型箱体类零件的加工。在加工循环中，夹具和工件都是固定不动的，通过动力部件让刀具从单面、双面或多面进行加工。单工位机床加工精度比较高，但生产率低。比较适合小批量、高精度要求的零件加工。单工位组合机床又可分为卧式组合机床、立式组合机床、倾斜式组合机床和复合式组合机床四类2。1.3.2 具有移动夹具的多工位机床多工位机床的夹具和工件可按事先预定的工作循环，做间歇的移动，以便按次序在不同工位上进行不同工序的加工。此类机床虽然工精度

13、不如单工位机床，但生产率得到了显著提高，多用于对中小型零件的大批量生产。1.3.3 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回转工作台上，各个多轴箱一次转到加工位置对工件进行加工。按多轴箱是否进给运动，可将这类机床分为只实现主运动的转塔式多轴箱组合机床和既可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两类。1.4 组合机床工艺范围及加工精度组合机床主要用于平面和孔的加工。平面加工有铣平面、锪平面和车端面；而孔的加工则有钻、扩、铰、镗及倒角、锪沉孔、切槽、攻螺纹、滚压孔等。随着自动化的发展，组合机床的工艺范围正扩大到车外圆、拉削、行星铣削、磨削、推削、珩磨以及抛光、冲压等

14、。组合机床在汽车、柴油机、拖拉机、电机、仪器仪表、军工和缝纫机等领域的大批量生产中已得到广泛应用，在机床、机车等中小批量生产制造业中也有推广应用。组合机床最适合加工大中型箱体类零件，也可以用来完成轮盘类、轴套类、叉架类以及盖板类零件的一部分加工。组合机床的加工精度如下：在铰孔和精镗孔时，孔的加工精度可达H6级，表明粗糙度Ra=1.6m，孔的圆度公差在孔径公差的一半以内。在加工有色金属时，用精密夹具，经34次加工，其精度可以稳定达到H6级，表面粗糙度为Ra=.08m0.4m。从两面多轴同时加工，孔的同轴度通常为0.05mm.从一面进行精镗，并采用固定夹具，镗刀刀杆两端都有精密的导向装置，在夹具精

15、度良好的情况下，长度1000mm以内几个孔的同轴度可达到0.015mm0.03mm。孔和孔之间的平行度及孔对加工基面的平行度，长度1000mm内可达0.02mm0.05mm。在固定夹具的机床上镗孔时，孔间距离及孔与基面的位置精度可稳定在±0.025mm±0.05mm。组合机床上加工平面平直度能够达到长度1000mm内偏差为0.02mm0.05mm，表面粗糙度Ra3.2m。定位基面的平行度在0.05mm内，到定位基面的距离尺寸公差能够保证在0.05mm内。在多轴加工时，运用动力滑台在死挡铁上停留，加工精度可达0.15mm0.25mm；在单轴加工时，运用特殊结构，在加工到终点时

16、，使挡块顶在被加工工件表面，一般精度能够达到0.08mm0.10mm。如果条件良好，精度能够保证在0.02mm0.045mm内。1.5 组合机床的发展组合机床及其自动线是基于机电一体会的综合自动程度较高的制造技术和成套的工艺装备。它有着高质量、高效率、经济实用的特点，因此在机械、交通、军工、家电等行业得到广泛的应用。我过传统的组合机床主要采用机、电、齐、液压控制、加工对象主要是批量生产的大中型箱体类和轴类零件。组合机床是当前机械制造业实现更新产品，技术改进，提高生产率不可缺少的设备。现阶段组合机床向着超高速和超高精度加工技术装备和复合、多功能、多轴化控制发展。现代通信技术在机床中也得到了广泛的

17、应用，通信技术使得机床的自动化程度更高，操作者可以远程修改程序代码，对机床进行远程控制。因此，组合机床将向着高速、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工以及通信技术的应用的方向发展2。第二章 绘制“三图一卡”编制组合机床“三图一卡”的主要内容包括：被加工零件工序图，加工示意图及机床联系尺寸图和生产率计算卡。“三图一卡”的绘制是组合机床总体方案的具体表现。本次设计是对电机盖双面钻孔。2.1 被加工零件工序图 2.1.1 工序图的作用和要求被加工零件工序图是根据事先拟定的工序方案,表示需在所设计的机床上完成的工序内容，表明加工零件的形状、尺寸、表面粗糙度及精度和技术要求,被加工零件的硬度和材料

18、，夹紧部位及定位基准,加工前余量,毛坯或半成品的图样,除了设计合同外,它是组合机床设计的主要依据,同时也的制造,使用,验收和调整机床精度的重要技术要求3。2.1.2 被加工零件工序图的标注内容(1) 被加工零件的形状及主要外廓尺寸和要加工部位的尺寸、表面粗造度、形位公差、精度等技术要求和对上道工序的要求等。(2) 本工序选择定位基准,夹紧部位以及夹紧方向。(3) 如果需要中间向导，应注明中间向导与工件的结构尺寸，方便检查保证夹具、刀具和工件之间互不干涉。(4) 被加工零件的名称、材料、硬度、编号和加工余量等。2.1.3 编制被加工零件工序图的注意事项(1) 本机床加工部分尺寸位置应由定位基面所

19、确定，当定位基面与设计基面不重合时，需要对各个孔的位置精度进行分析、换算，把所有不对称公差尺寸换成对称公差尺寸。方便在进行夹具模孔设计以及主轴箱设计时，确定模孔的尺寸以及主轴的位置尺寸，并把各个孔的位置尺寸改成从定位基面标注。(2) 要认真分析孔的加工余量，镗阶梯孔时，大径孔的单边余量应不大于相邻两孔半径之差，这样镗刀才能顺利通过。在对毛坯孔进行加工时，不仅要清楚加工余量，还需注意孔的铸造偏心和铸造毛刺大小，这样设计出相应尺寸的镗杆，可以保证加工的正常进行。(3) 对于精镗机床必须注明是否允许有退刀痕，如果允许，则需要说明退刀痕形状。为使被加工零件工序图能够清晰明了，体现出机床加工的各个内容，

20、在绘图时对需要加工的部件用粗实线表示，其余部位均用细实线表示，定位基准符号用“”配合数字表示，夹压位置符号用“”表示4。2.2 加工示意图2.2.1 被加工零件示意图的作用被加工零件示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定后，在它们的基础上绘制出来的，是用来表达机床工艺方案的图形。它是后面设计刀具、夹具、多轴箱、液压或电气系统和滑台以及绘制机床总体装配图的主要依据。2.2.2 被加工零件示意图的内容(1) 机床的主要加工方法、切削用量、工作循环以及工作行程。(2) 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。(3) 主轴的结构尺寸以及外伸长度。(4) 刀具类型、数量和结构尺寸、直

21、径和长度、接杆、浮动卡头、导向装置等结构尺寸。(5) 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等。(6) 加工部位结构尺寸、精度及分布情况。(7) 工件名称、材料、加工余量、切削液以及是否需要让刀等。(8) 工件加工部位向视图，并在向视图上编出孔号。2.2.3 选择刀具、导向及有关计算(1) 刀具选择在选择刀具的时候，我们应该考虑工艺要求和加工尺寸的精度以及工件的材质，表面粗糙度和生产效率等要求。使用复合刀具可以满足更高的精度要求，也可以提高工序的集中程度。但只要条件许可，应该尽可能的选用标准刀具。在进行孔加工的时候应该保证刀具的长度，加工结束时刀具螺旋槽尾端与导向套之前应

22、该留有20mm30mm的距离，用于排出切屑和刀具磨损后的调整量。在加工示意图的绘制过程中，我们要注意从刀具总长中减去刀具锥柄插入秸秆空里面的长度5。本工序为钻5个5盲孔，2个5通孔，3个6通孔和一个8.5通孔。工件材料为镁合金，硬度90 HBS -110HBS，精度为0.01mm，初选刀具为硬质合金扩孔钻。(2) 导套的选择导向套的类型通常分为两类，一类是固定式导向套，即刀具导向套部分与导套之间既有相对移动又有相对转动；另一类是旋转式导向套，刀具导向部分与导套之间只有相对移动而无相对转动。相对转动线速度小于20m/min时，通常采用固定式导向套；大于20m/min时，为避免刀杆与导向套摩擦发热

23、变形，产生“别劲”现象，应选用旋转导向。导向套的数量应根据工件形状、内部结构、刀具刚性及加工精度等情况决定。通常钻、扩、绞单层壁小孔，或镗、扩、绞深度不大的大孔时，采用单个导向套；在工件铸孔上有扩孔时，为加强刀具导向刚性，采用双向导套当刀杆悬伸较长或扩、绞孔位置精度要求较高时，有时需要采用长导向套，双导向套或多导向套加工。导向套的主要参数通常指：导套的直径及公差配合，导套的长度及导套到工件端面距离。这些参数根据已确定的导向套类型、工件形状、公差精度及刀具刚性等确定。固定式导向套的长度取刀具导向部分直径的24倍，导向套直径大者取小值，直径小时取大值。旋转导向导向套的长度应取导向部分直径的23倍。

24、 (3) 确定切削要素首先要确定切削量，在选择切削量时，应该尽量使相邻的主轴转速相近，这样可以使多轴箱的的传动链简单一些。为了保证能稳定进给，在使用液压滑台时，所选的的每分钟进给量一般比滑台的最小进给量大50%6。其次确定切削转矩可以确定主轴及其他传动件的尺寸，确定轴向切削力则可以选择滑台和设计夹具，切削功率则是选择动力箱驱动电动机的依据。通过公式： 公式（2-1） 公式（2-2） 公式（2-3） 公式（2-4）式中 F轴向切削力（N） D钻头直径（mm） f每转进给量（mm/r） T切削转矩（N.mm） n主轴转速（r/min）查表可得：,由公式2-12-4可以计算出：钻5孔：切削速度V=5

25、0m/min，进给量f=0.15mm/r，轴向力F=460.35N，切削转矩T=1.13N.m，主轴转速n=3184r/min，切削功率P=0.38kw。钻6孔：切削速度V=50m/min，进给量f=0.15mm/r，轴向力F=552.43N，切削转矩T=1.63N.m，主轴转速n=2654r/min，切削功率P=0.45kw。钻8.5孔：切削速度V=45m/min，进给量f=0.25mm/r，轴向力F=1177.66N，切削转矩T=4.91N.m，主轴转速n=1686r/min，切削功率P=0.96kw。 (4) 计算主轴直径强度条件下45钢质主轴的直径为 公式（2-5） 按刚度条件计算时，

26、主轴直径为 公式（2-6）式中 d主轴直径（mm） T主轴所承受的转矩（N.mm） 许用切应力（MPa），45钢=31MPa B系数允许的最大单位长度扭转角。当材料的剪切弹性模量G=8.1×MPa，钢性主轴/m，B=2.316；非钢性主轴/m，B=1.984；传动轴/m，B=1.638。根据以上参数本设计中所有主轴直径均为d=20mm，主轴外伸长度L=115mm，内径D=20（H7）mm，内孔长度l1=77mm。(5) 选择接杆在钻、扩加工小孔时，一般都采用接杆。因多轴箱各主轴外伸长度和刀具长度都为定值，采用轴向可以调整的接杆来协调轴向长度，可以保证多轴箱各刀具能同时到达加工终了位置

27、，满足同时加工完成各孔的要求。通用标准的接杆可以根据刀具尾部结构和主轴头部内孔直径按组合机床简明设计手册表8.1、表8.2选取。(6) 标注联系尺寸先从同一多轴箱找出影响联系尺寸的关键刀具，使其接杆最短，以获得加工终了时多轴箱到端面之间的最小距离。并根据此来订其他全部刀具、接杆及工件之间的联系尺寸。多轴箱至工件端面的距离应尽可能缩短，可以使设计的机床紧凑。此距离主要取决于两方面。一是多轴箱上刀具、接杆等结构相互间的最小轴向联系尺寸，二是机床总体布局尺寸，如夹具尺寸6。(7) 注意事项加工示意图应与机床实际加工状态一致，表示工件安装状态及加工方法；工件非加工部位用细实线绘制，其余按机械制图标准绘

28、制；加工示意图应有必要说明，如被加工零件的名称和一些特殊的工艺要求等等。2.3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图如图2.1所示:图2.1 机床联系尺寸图(1) 绘制机床尺寸在选用滑台时，通常根据滑台的驱动方式、所需要进给力、进给的速度以及最大的行程长度和加工精度等方面进行选择。在确定驱动方式的时候，通过对液压滑台和机械滑台的性能比较，结合具体加工要求以及使用条等要求，本次设计选用了1HYT系列液压滑台。在确定轴向进给力时，根据滑台所需的进给力可按下式计算： 公式（2-7）式中 Fi-各主轴加工时所产生的轴向进给力（N）在滑台工作时，需要克服主轴的轴向力和滑台移动时的摩擦力，所以最大进给力应大于F进

29、。在选择液压滑台时，确定刀具切削用量时，滑台的最小工作进给速度应当是刀具切削进给速度的12倍；当液压进给系统中采用压力继电器时，实际进给速度还应更大一些。本次设计选用1HYT32液压滑台工作进给速度为50mm/min。确定滑台行程。滑台的行程除应该保证工作行程外，还应留有足够的前备量以及后备量7。留有前备量是让动力部件能有一定的向前移动的余量，这样可以在道具磨损等情况下能有向前调整的空间，前备量一般10mm20mm。本次设计前备量为20mm。留有后备量是让滑台能有一定的向后移动的余量，方便刀具的装卸7。本次设计后备量为180mm。选用动力箱时，主要考虑的是多轴箱所需要的电动机功率。多轴箱所需要

30、的电动机功率P切左动力箱 P=8×0.38=3.04kw；右动力箱 P=0.45×2+0.96=1.86kw。结合各主轴所要求的转速，动力箱的电动机实际功率应略大于计算出功率，再合理地选定动力箱的电动机功率和型号。据此选用电动机的型号为Y12M-4的1TD32型动力箱，电动机功率为4kw驱动转速为720r/min；动力箱输出轴至箱底面高度为131mm。(2) 确定装料高度装料高度指的是工件安装基面到机床地面的垂直距离8。在组合机床的标准中，推荐的装料高度为1060mm，但根据实际情况，比如运送工件的滚道高度、多轴箱最低轴的高度等因素，可在850mm1060mm的范围内选取。

31、本次设计选用的高度为900mm。(3) 确定夹具轮廓尺寸工件的形状、尺寸是用来确定夹具底座尺寸的重要依据。确定夹具底座尺寸时，应因应考虑工件定位件、夹紧机构、导向装置的需求空间，并且应该满足排泄和安装的需求。通常，加工示意图中已确定工件至导套端面的距离和导套的尺存。本次设计主要是确定钻模板的厚度和夹具体底座的尺寸。钻模厚度不小于最小导向长度，本次设计中左钻模板的厚度是40mm，右钻模板的厚度是40mm，夹具体底座长度是400mm。(4) 中间底座轮廓尺寸中间底座轮廓尺寸的确定需要满足夹具的安装。中间底座的长度尺寸需要根据所选滑台及相配套侧底座的位置关系来定。同时应考虑到多轴箱处于终了位置时，在

32、多轴箱和夹具体之间应有保留一段距离，用于机床的调整和维修。此外中间底座的周边还应该留有70mm100mm的排屑槽或切削液的回流槽。中间底座长度方向尺寸要根据所选用的的滑台和夹具的安装要求来确定，一般可以按照下式计算： L=（L1左+2L2+L1右+L3）-2(l1+l2+l3) 公式（2-8）式中 L1-在加工终了位置，多轴箱端面至工件端面的距离（mm）本次设计中, ；l2-多轴箱厚度（mm），本次设计多轴箱用90mm后盖，L2=325mm；L3-工件长度（mm），本次设计L3=65mm；l1-滑台与多轴箱的重合长度，本次设计l1=70mm；l2-在加工终了位置，滑台前端面至滑座端面之间的距离

33、和前备量之和（mm），本设计l2=80mm；l3-滑座前端面与侧底座端面距离（mm） l3=80mm，则中间底座长度为L=660mm当中间底座的长度确定后，多轴箱端面到工件端面的距离就确定了，因此，刀具接杆的长度也就此确定。中间底座高度按照标准选取560mm，在确定中间底座的高度时，必须考虑切削的存储和清理及电气接线盒的安排。若使用切削液，还应该考虑能够容纳35min冷却泵流量的切削液。(5) 确定多轴箱轮廓尺寸按照标准规定：卧式配置的多轴箱的总厚度为325mm；宽和高按标准尺寸系列选取。在计算多轴箱的宽度B和高度H时，可按下式计算B=b2+2b1H=h1+b1+h 公式（2-9）式中 b1-

34、最边缘主轴中心至多轴箱外壁之间的距离（mm）一般取70mm100mmb2、h-分别为工件在宽度和高度方向上相距最远的二加工孔中心距（mm） h1-最低主轴高度（mm）取B=154+2×100=354mmH=900mm,h2=49mm,h3=250mm,h4=5mm,h5=560mm,h6=0.5mm。所以h1=133.5mm，H=348.5mm。根据标准应取B×H=400mm×400mm的多轴箱。侧底座选用标准ICC32系列。多轴箱轮廓尺寸如图2.2所示：图2.2 多轴箱轮廓尺寸的确定2.4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡是对所设计机床工作循环过程、切切削用量、

35、动作时间、负荷率、生产率等的技术文件的反应9。透过生产率计算卡，可以判断所制定的方案能否满足用户对负荷率和生产率的要求。机床生产率Q1(件/h)可按下式计算： 公式（2-10）式中 T单-单件工时（min）；T切-机加工时间（min），包括动力部件工作进给和挡铁停留时间t停，即 公式（2-11） L1，L2-刀具的第I、第II工作进给行程长度（mm）；vf 1,v f 2-刀具的第I、第II工作进给量（mm/min）；t停-固定挡铁停留时间，一般为在动力部件进给停止状态下，刀具旋转510转所需的时间（min）T辅-辅助时间（min）包括快进时间、快退时间、工作台移动或转位时间t移、装卸工件时间

36、t装，即 公式（2-12） L3,L4-动力部件快进行程长度、快退行程长度（mm）vfk-动力部件的快速移动速度（mm/min）t移-工作台移动或转位时间（min），一般为0.05 min0.13min；t装-装卸工件时间（min），一般为0.5 min1.5min。机床负荷率按下式计算： 公式（2-13）式中 Q-机床的理想生产率（件/h）A-年生产纲领（件）tk-年工作时间（h），单班制工作时tk=1950h，二班制tk=3900h。机床负荷率一般以65%75%为宜。机床复杂时取小值，反之取大值。表2.1 生产率计算表被加工零件图号毛坯种类铸件名称电机盖毛坯质量材料YM5硬度90110HB

37、S工序名称钻螺纹底孔工序号序号公布名称工作行程mm切削速度(m/min)进给量(mm/r)进给量(mm/min)工时/min工进时间辅助时间1安装工件0.52工件定位.夹紧0.053左滑台快进 80 50000.0164左滑台工进钻5 深1535 50 0.30 500.705死挡铁停留0.026左滑台快退120 50000.0247工件松开0.058卸下工件0.5备注1左动力箱驱动的主轴，转速为485r/min2一个安装加工一个工件3本机床装卸工间时间去1min累计0.701.16单件总工时 1.86机床生产率32.25（件/h）理论生产率25.64（件/h）负荷率79.5%第三章 组合机床

38、总体设计组合机床是使用系列化，标准化的通用零部件和少量专用零部件组成的多轴，多刀，多面，多工位同时加工的高效的专用机床。在批量生产中为了提高生产效率，减少加工时间及辅助时间，使每个工位装夹装多个工件，同时进行多工位加工，使工序高度集中，这样，组合机床就得到了广泛的应用。组合机床的设计，首先是要分析零件，并制定工艺规程，然后根据工序绘制“三图一卡”、夹具和总装图。3.1 组合机床方案设计3.1.1 制定加工方案此阶段应先确定机床配置型式的结构方案，然后在此基础上设计绘制图纸。(1) 加工方案的拟定根据电机盖的毛坯尺寸、生产批量及加工要求,我们设计了两种方案以供选择，并根据企业的年生产纲领，选择加

39、工效率高，成本低的方案。两种方案分别是：立式钻床、卧式双面钻。方案1：立式钻床立式钻床的刀具主轴垂直布置。钻头可以按加工需求在垂直方向进给。主轴随同套筒可以在主轴箱中上下移动，可以实现手动的快速升降、进给及接通或断开机动进给。工件直接安装在工作台上，主轴箱和工作台都安装在垂直导轨上，上下位置可以进行调整，以满足不同加工高度的需要。立式钻床一般只能进行单面钻孔。方案2：卧式双面钻床卧式双面钻床的刀具主轴为水平布置，钻头沿水平方向进给，双面钻的两个主轴箱上都可以同时安装多个钻头，一次可以在同一工件的左右两个面上同时加工多个孔。更针对于需要两面钻孔的工件。(2) 加工方案选择在方案1中，立式钻床的优

40、点是操作简单，机床所占空间小，而且加工精度要高，能够保证加工精度要求，又因立式钻床的通用性，因此企业内一般都有此类设备，原始资源充足。但此种加工方案造成零件在加工过程中需要在工作台上同时安装两个工件，夹具设计较为困难且装夹稳定性差，工件换向装夹操作较为繁琐，容易使工人产生混乱而导致操作失误，无形中大大增加了加工所需的时间，提高了生产成本。方案2中，采用卧式双面钻床设计，最直接的特点是有两面多个刀具，可同时实现双面多孔加工，节约了多次装卸工件的时间，操作比较简单，稳定性较好，减少了装夹时产生的误差，简化了加工工序，大大缩短了加工时间，降低了劳动成本，并且对工人的操作要求也不高。缺点是机床占用空间

41、较大，加工精度较低，加工方式单一，通用性差。综上，本设计选择方案2中卧式双面钻床设计，该方案既可以满足零件加工的技术要求，又符合企业年生产纲领的要求，提高了生产率，节约了生产成本。3.1.2 技术设计阶段根据已确定的工艺和结构方案，按照加工示意图和机床联系尺寸图展开部件设计，绘制夹具、机床等的装配图10。3.1.3 工作设计阶段绘制有关图纸，编制机床说明书。详细过程见下列步骤和所绘图纸。箱体是发动机上的主要基础零件，结构复杂，加工精度要求高，加工工艺路线长。箱体的功用是：(1) 支撑发动机上运动件，并保证活塞，连杆，曲轴等各运动部件的准确位置。(2) 箱体上加工出气盖，水道，油道，以保证发动机

42、换气，冷却和润滑需要。(3) 提供使发动机形成完整动力装置所必须的各种辅助设施安装基准面。由此可见，要满足发动机的功能要求，就必须使其各表面之间有非常准确的相互位置精度和运动关系。第四章 机床夹具设计在钻床上钻孔，孔的位置精度是最重要的工艺要求。而且不宜用试切法获得，用划线法加工获得的位置精度和生产效率比较低下；用块规和样板等虽能提高位置精度，但其生产效率太低。所以批量生产时。采用专用的钻床夹具，通过钻套来引导刀具进行加工，既保证了位置精度，又提高了刀具的刚性，使加工质量和生产效率都得到较为显著的提高。工件通过机床夹具进行安装，包含了二层含义：一是工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置，称为定

43、位；二是通过夹紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变，称为夹紧。这样，就可以准确确定工件与机床、刀具之间的相对位置，保证工件加工表面的位置精度，且精度稳定8。使用夹具来安装工件，可以免去工件逐个画线、找正对刀等辅助时间，且工件装夹方便。对机床夹具的基本要求：(1) 保证加工精度 保证加工精度是最基本的要求，关键在于正确的定位和夹紧以及导向方案，夹具制造的技术要求，定位误差的分析和验算等.(2) 与生产纲领相适应 在大批量生产时，尽量采用快速与高效的定位、夹紧机构和动力装置，提高自动化程度，符合生产节拍要求。在中、小批量生产时，夹具应有一定的可调性，以适应多品种工件的加工。(3) 安全、方便

44、、减轻劳动强度 机床夹具要有工作安全性考虑，必要时加装保护装置。要符合工人的操作位置和习惯，有合适的工件装卸位置和空间，使工人操作方便。大批量生产和工件笨重时，尽可能减轻工人劳动强度。(4) 排屑顺畅 机床夹具中积聚切屑会影响到工件的定位精度，切屑的热量会使工件和夹具产生热变形，影响加工精度。清理切屑将增加辅助时间、降低生产率，因此夹具设计中要对排屑问题给予足够的重视9。主要零件设计的说明：(1) 钻套钻套是钻模上特有的元件。钻头、铰刀等刀具通过钻套切入工件，既能确定孔德位置，又可以再靠近加工面的地方引导刀具，防止偏斜。由于本次设计要求为大批量生产，且为单一钻孔工序，在考虑钻套磨损的问题，所以

45、我们采用可换钻套。为防止钻孔时钻套滑出，所以需要在钻套一侧用螺钉压紧。(2) 夹具体在综合考虑各种夹具的的优缺点后，如夹具的经济性、耐磨性、柔韧性、刚性等因素，本次设计选择铸造夹具体毛坯；另外夹具的定位精度要求比较高，在定位时定位件和夹紧件的销孔在装配时配作；又因为本次设计的焊件较小，对夹具体的强度要求不是很高，因此就没有设置加强筋11。4.0.1 工件定位概念使用夹具安装工件时，工件在夹具中的位置是由定位元件确定的。工件的有关表面需紧靠在定位元件上，从而被确定在一个既定的位置上，实现工件的定位。工件定位的作用在于使工件准确占据定位元件所规定的位置，并且使一批逐次加工的工件在夹具中占据同一正确

46、的位置。通常夹具是用来安装加工成批工件的，所以工件的定位需要保证一批工件加工位置的一致性。4.0.2 工件夹紧机构设计(1) 设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则(a) 夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位。(b) 工件和夹具的变形必须在允许的范围内。(c) 夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构必须保证自锁，机动夹紧应有连锁保护装置，夹紧行程必须足够。(d) 夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。(e) 夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应(2) 夹紧力的确定夹紧力包括方向、作用点和大小三个要素，这是夹紧机构设计中首

47、先要解决的问题。(3) 夹紧力方向的确定(a) 夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面。(b) 夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。(c) 夹紧力的方向应尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。(4) 夹紧力作用点的选择(a) 夹紧力的作用点应与支撑点“点对点”对应，或在支撑点确定的区域内，以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形。(b) 夹紧力的作用点应作用在工件刚度高的部位。(c) 夹紧力的作用点和支撑点尽可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性。(d) 夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形

48、。(5) 夹紧力大小的确定对于夹紧力大小需要准确的场合，一般可经过实验来确定。通常，由于切削力本身是估算的，工件与支撑件间的摩擦因数也是近似的，因此夹紧力也是粗略估算的。在计算夹紧力时，将夹具和工件看作一个刚性系统。以切削力的作用点、力向和大小处于最不利于夹紧时的状况为工件受力状况，根据切削力、夹紧力（大工件还应考虑重力，运动速度较大时应考虑惯性力），以及夹紧机构具体尺寸，列出工件的静力平衡方程式，求出理论夹紧力，再乘以安全系数S，作为实际所需夹紧力12。(6) 夹紧机构的动力装置气动夹紧装置采用压缩空气作为夹紧装置的动力源。压缩空气具有黏度小、不污染、输送分配比较方便的优点，缺点是夹紧力比液

49、压夹紧小，一般压缩空气工作压力为0.4 MPa0.6MPa，结构尺寸较大，有排气噪声。 液压夹紧装置的工作原理和结构基本上与气动夹紧装置相似，它与气动夹紧装置相比有下列优点：(a) 压力油工作压力可达6MPa。因此，油缸尺寸小，不需增力机构，夹紧装置紧凑。(b) 压力油具有不可压缩性。因此夹紧装置刚度大，工作平稳可靠。(c) 液压夹紧装置噪声小。4.1 压板的强度校核各种材料因强度不足引起的失效现象是不同的。塑性材料，如普通碳钢，以发生屈服现象，出现塑性变形为失效的标志。脆性材料，如铸铁，失效现象则是突然断裂。在单向受力情况下，出现塑性变形的屈服极限和发生断裂时的强度极限,可由实验测定11。和

50、可称为失效应力。以安全系数除失效应力，便得到许用应力，于是建立强度条件： 可见，在单向应力状态下，失效状态或强度条件都是以实验为基础的。切削加工时，在刀具的作用下，被切削层金属、切屑和工件已加工表面金属都要产生弹性变形和塑性变形，这些变形所产生的抗力分别作用在前刀面和后刀面上；同时，由于切屑沿前刀面流出，刀具与工件之间有相对运动，所以还有摩擦力作用在前刀面和后刀面上。这些作用在刀具上的合力就是总切削力F，简称切削力。由于F受很多因素的影响，因此，其大小和方向都不固定的。为了便于分析切削力的作用和测量切削力的大小，常常将总切削力F分解为三个互相垂直的切削分力：(1) 切削里是总切削力在主运动方向

51、上的分力。因此，它垂直于基面，是切削力中最大的一个切削分力。其所消耗的功率占总功率的95%99%。它是计算机床动力，校核刀具、夹具的强度与刚度的主要依据之一。(2) 背向力是总切削力在切削深度方向上的分力。它在基面内，与进给运动方向垂直。(3) 进给力是总切削力在进给运动方向上的分力13。作用在机床的进给机构上，是计算和校验机床进给系统的动力、强度及刚度的主要依据之一。为校核夹具强度，需计算切削力 （N） 公式（4-1）-单位切削力； -切削深度； -进给量查表,当 n=0.2mm/r时f=814.2N/mm2 计算得N=13515.72N F=摩擦力 公式（4-2）为摩擦系数，查表可得f=0

52、.17计算可得F=15321.25N工作应力为=/AA的最小截面面积是120mm2计算可得=14.856MPa压板材料如表4.1所示：表4.1 常用材料的主要力学性能材料名称牌号/(MPa)/(MPa)5/%优质碳素结构钢4535359816合金结构钢40Cr7859809灰铸铁HT150120-175由表可知选用45号优质碳素结构钢作为亚板材料即可完全满足要求。4.2 零件被装夹后自由度分析对零件图进行分析，如图4.1所示:图4.1 箱体两面视图图4.1左图为电机盖箱体结合面视图，从零件结构来看，以结面面为定位基准，配合支承，是此次设计定位的主要方案。工件被夹具装夹后的自由度分析工件被装夹后

53、简图如图4.2所示:图4.2 工件被装夹后简图被加工零件以结合面作为定位基准，压板压在非结合面。压板可以限制三个自由度，分别为X，Y的旋转方向，Z的直线方向。圆柱销简图如图4.3所示:图4.3 圆柱销圆柱销限制了两个自由度，分别为X，Y的直线方向。配合一个圆锥销可以限制Z方向的旋转。以一面两销的定位方式，六个自由度全被限制，所以为完全定位。这样的定位方式既简单实用，又精确有效4.3 定位误差分析工件的加工误差是指工件加工后在尺寸、形状和位置三个方面偏离理想工件的大小，它是由三部分因素产生的：(1) 工件在夹具中的定位、夹紧误差。(2) 夹具带着工件安装在机床上，相对机床主轴（或刀具）或运动导轨的位置误差，也称对定误差。(3) 加工过程中误差，如机床几何精度，工艺系统的受力、受热变形，切削振动等原因引起的误差。定位误差只是工件加工误差的一部分。设计夹具定位方案时要充分考虑此定位方案的定位误差的大小是否在允许的范围内，一般定位误差应控制在工件允差的1/31/5之内。定位误差分为基准不重合误差和基准位移误差14。对于使用一面两销定位方式来说，定位误差的产生一般是由平面的误差，属于基准不重合误差，通过分析设计基准和定位基准之间的定位尺寸，可以进行定位误差的分析与计算。定位误差符号基准不重合误差符号基准位移误差符号基准不重合误