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濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
編號(hào)
濰 坊 學(xué) 院
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 報(bào) 告
課題名稱： 變速箱前蓋攻絲組合機(jī)床設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名： 張真真
學(xué) 號(hào)： 08011140220
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 2008級(jí)2班
指導(dǎo)教師： 楊祖效
2012 年05月
18
摘 要
本文對(duì)變速箱前蓋螺紋孔的加工工藝進(jìn)行了詳細(xì)的分析，就其孔的加工提出了“一次裝夾，單工位加工，達(dá)到產(chǎn)品圖樣的精度要求”的思路。根據(jù)這一思路設(shè)計(jì)了單工位攻絲組合機(jī)床。該組合機(jī)床由立柱、立柱底座、中間底座、液壓滑臺(tái)、動(dòng)力箱、多軸箱等組成。本文對(duì)各部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和論證。
在了解組合機(jī)床的、基本配置方式、工藝范圍、加工精度、經(jīng)濟(jì)分析及發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上,在了解組合機(jī)床的各通用部件的功能及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的機(jī)床用來(lái)進(jìn)行變速箱前蓋攻絲，年產(chǎn)量為六萬(wàn)臺(tái)。要做的具體工作是分析影響組合機(jī)床方案制定的主要因素，制定工藝，確定機(jī)床配置型式及結(jié)構(gòu)方案，選擇切削用量三要素，選擇刀具，確定切削力、切削扭矩、切削功率，完成被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖、機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡。
關(guān)鍵詞：攻絲組合機(jī)床 刀具 三圖一卡
ABSTRACT
This paper analyzes the manufacturing process detail of threading holes of a gear-box. The idea is once clamping the work. The accuracy can be satisfied the demand of drawing. According above idea, the machine tool has been designed. This paper presents the design and calculating of each part of this machine tool. This machine tool include the headstock, the column, the Hydraulic slider sets，the power box and the multiple-Spindle box.
Learn about the category of modular mother machine, the basical configuration, process range, machining accuracy, economic analysis, development trends. Further, comprehend the function and feature of every general components of the modular mother machine. And then, carry out entire design . The modular mother machine designed is used to thread holes on the gear-box and about sixty thousand pieces needs to be produced.what do we need to do is to analyze the major factors which affect the selection on proposal, to prepare process proposal, to decide the configuration and the cutting force, torque , power and the durability of tools, to complete three graphs and one card.
Keywords ：Modular machine tool；Gross assembly drawing；Three graphs and one card
濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
目 錄
中文摘要 I
英文摘要 II
第1章 前 言 1
第2章 工藝方案分析 3
2.1 零件分析 3
2.2定位基準(zhǔn)和夾壓部位的選擇 4
2.3配置形式及結(jié)構(gòu)方案 4
第3章 “三圖一卡”的編制 5
3.1加工工序圖 5
3.2加工示意圖 6
3.2.1加工示意圖概述 6
3.2.2 繪制加工示意圖有關(guān)計(jì)算 7
3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 9
3.3.1動(dòng)力滑臺(tái)的選擇 9
3.3.2 動(dòng)力箱的選用 10
3.3.3確定裝料高度 11
3.3.4 確定夾具輪廓尺寸 12
3.3.5 中間底座輪廓尺寸 12
3.3.6初步確定多軸箱輪廓尺寸 12
3.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡 14
結(jié)論 16
參考文獻(xiàn) 17
致謝 18
第1章 前 言
一個(gè)國(guó)家要繁榮富強(qiáng)，必須實(shí)現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化，這就需要一個(gè)強(qiáng)大的機(jī)械制造業(yè)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)提供現(xiàn)代化的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備與裝備，即各種機(jī)器、儀器和工具等。然而，一個(gè)現(xiàn)代化的機(jī)械制造業(yè)必須要有一個(gè)現(xiàn)代化的機(jī)床制造業(yè)做后盾。機(jī)床工業(yè)是機(jī)械制造業(yè)的“裝備部”、“總工藝師”，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重大作用。因此，許多國(guó)家都十分重視本國(guó)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展和機(jī)床技術(shù)水平的提高，使本國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展建立在堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)上。
由于機(jī)械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法來(lái)達(dá)到，特別是形狀復(fù)雜、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在機(jī)床上經(jīng)過(guò)幾道甚至幾十道切削加工工藝才能完成。因此，機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備。在一般機(jī)械制造廠中，機(jī)床所擔(dān)負(fù)的加工工作量，約占機(jī)械制造總工作量的40%～60%，機(jī)床的技術(shù)性能直接影響機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量及其制造的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而決定著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平?？梢赃@樣說(shuō)，如果沒(méi)有機(jī)床的發(fā)展，如果不具備今天這樣品種繁多、結(jié)構(gòu)完善和性能精良的各種機(jī)床，現(xiàn)代社會(huì)目前所達(dá)到的高度物質(zhì)文明將是不可想象的。
近20年來(lái)，組合機(jī)床自動(dòng)線技術(shù)取得長(zhǎng)足進(jìn)步，自動(dòng)線在加工精度、生產(chǎn)效率、利用率、柔性化和綜合自動(dòng)化等方面的巨大進(jìn)步，標(biāo)志著組合機(jī)床自動(dòng)線技術(shù)發(fā)展達(dá)到了高水平。自動(dòng)線的技術(shù)發(fā)展，刀具、控制和其他相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，特別是CNC控制技術(shù)發(fā)展對(duì)自動(dòng)線結(jié)構(gòu)的變革及其柔性化起著決定性的作用。隨著市場(chǎng)需求的變化，柔性將愈來(lái)愈成為抉擇設(shè)備的重要因素。因此，組合機(jī)床自動(dòng)線將面臨由高速加工中心組成的FMS的激烈競(jìng)爭(zhēng)。
機(jī)床是人類(lèi)在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中，不斷改進(jìn)生產(chǎn)工具的基礎(chǔ)上生產(chǎn)的，并隨著社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而漸趨完善。綜觀機(jī)床的發(fā)展史，它總是隨著機(jī)械工業(yè)的擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展，并始終圍繞著不斷提高生產(chǎn)效率、加工精度、自動(dòng)化程度和擴(kuò)大產(chǎn)品品種而進(jìn)行的，現(xiàn)代機(jī)床總的趨勢(shì)仍然是繼續(xù)沿著這一方向發(fā)展。我國(guó)組合機(jī)床及其組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)落后，國(guó)內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動(dòng)線幾乎都從國(guó)外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢(shì)必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場(chǎng)要求我們不斷開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新工藝、研制新產(chǎn)品，由過(guò)去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需要，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備。
評(píng)價(jià)機(jī)床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)判定的。技術(shù)先進(jìn)合理，亦即“質(zhì)優(yōu)價(jià)廉”才會(huì)受到用戶的歡迎，在國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)上才有競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)床設(shè)計(jì)的技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可以從滿足性能要求、經(jīng)濟(jì)效益和人機(jī)關(guān)系等方面進(jìn)行分析。
機(jī)床設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)，其目的在于通過(guò)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使我們?cè)跀M定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)方案過(guò)程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案的分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計(jì)算、編寫(xiě)技術(shù)文件和查閱資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)基本的設(shè)計(jì)方法，并培養(yǎng)了自己具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。
本次設(shè)計(jì)工作將設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式攻絲組合機(jī)床（變速箱前蓋螺紋攻絲）。因此，目的是使設(shè)計(jì)出的機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、效率高、質(zhì)量好。從而選擇最佳的工藝方案，合適地確定機(jī)床工序集中程度，合理地選擇組合機(jī)床的通用部件，恰當(dāng)?shù)慕M合機(jī)床的配置型式，合理地選擇切削用量，以及設(shè)計(jì)高效率的夾具、工具、刀具及主軸箱就是本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容。具體的工作就是要制定工藝方案，進(jìn)行機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定，進(jìn)行組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)，組合機(jī)床的部件設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)。
摘要部分，指出了本課題的研究概況，本課題的研究方法；第1章是前言，主要介紹了本課題的研究背景及意義，指出本課題在國(guó)內(nèi)外的研究概況，并給出了本論文的主要工作及結(jié)構(gòu)。
第2、3章是本論文的主體部分，主要給出了本次課題研究即給變速箱前蓋螺紋攻絲的臥式攻絲組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)以及“三圖一卡”的繪制。
在接下去的幾個(gè)部分分別給出了通過(guò)本課題的研究之后得出的結(jié)論，并對(duì)此方向的課題進(jìn)行展望，表達(dá)了對(duì)學(xué)院老師特別是導(dǎo)師的感謝，給出完成本論文所需要的參考文獻(xiàn)，最后，附上相關(guān)的設(shè)計(jì)圖紙4張。
第2章 工藝方案分析
工藝方案的擬訂是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步。因?yàn)楣に嚪桨冈诤艽蟪潭壬蠜Q定了組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)配置和使用性能。因此，應(yīng)根據(jù)工件的加工要求和特點(diǎn)，按一定的原則、結(jié)合組合機(jī)床常用工藝方法、充分考慮各種影響因素，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后擬出先進(jìn)、合理、經(jīng)濟(jì)、可靠的工藝方案。
2.1 零件分析
本設(shè)計(jì)被加工零件：泰山-12拖拉機(jī)變速箱前蓋零件圖 ，產(chǎn)品生產(chǎn)綱領(lǐng)：60000臺(tái)/年。工件材料HT200，硬度HB170～241。該零件主要是在工件單面進(jìn)行多孔加工，屬大批量的中、小零件加工，因?yàn)槭侵煌瓿晒ソz工序，所以選擇單工位組合機(jī)床。工件安裝在機(jī)床的固定夾具里，夾具和工件都固定不動(dòng)。加工零件的零件圖如下圖2.1所示。
圖2.1 變速箱前蓋零件圖
2.2定位基準(zhǔn)和夾壓部位的選擇
由于進(jìn)行多刀加工，切削負(fù)荷大，工件受力方向變化，加工零件為箱體，所以采用三個(gè)定位面定位，上面夾緊。
本設(shè)計(jì)攻絲采用一個(gè)工步一次加工出需要的深度。一個(gè)底面定位可以限制工件三個(gè)自由度：X、Y方向轉(zhuǎn)動(dòng)，Z方向移動(dòng)；兩個(gè)側(cè)面定位，限制工件：Y、Z方向移動(dòng)，Z方向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)完全定位。
2.3配置形式及結(jié)構(gòu)方案
零件加工工藝方案將決定組合機(jī)床的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、總體布局和夾具結(jié)構(gòu)等?？紤]到被加工的零件是攻絲一個(gè)M20的螺紋、三個(gè)M12的螺紋、三個(gè)M10的螺紋，并針對(duì)零件的形狀、大小、材料、硬度、剛性、加工部位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加工精度、表面粗糙度以及定位、夾緊方法、工藝過(guò)程、所采用的刀具及切削用量、現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境和條件、生產(chǎn)率要求等。制定工藝方案：（1）裝卸、夾緊；（2）攻絲。
根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝要求、生產(chǎn)率要求及工藝方案等，可大體確定采用哪種配置形式的機(jī)床。滿足同樣要求，可有多種配置方案。在確定機(jī)床配置形式和結(jié)構(gòu)方案時(shí)，首先要考慮如何穩(wěn)定地保證零件的加工精度。
固定式夾具單工位組合機(jī)床可達(dá)到的加工精度最高；移動(dòng)（或回轉(zhuǎn)）式夾具多工位組合機(jī)床，因存在移位、定位誤差，其加工精度一般比固定式夾具低。
單工位組合機(jī)床可以從單面或同時(shí)從幾個(gè)方面對(duì)工件進(jìn)行加工。各種形式的單工位組合機(jī)床具有固定的夾具。通?？梢园惭b一個(gè)工件特別適合于大中型零件的加工。本設(shè)計(jì)題目只進(jìn)行锪孔加工，基于這點(diǎn)考慮，所以采用單工位組合機(jī)床是合適的。
機(jī)床的配置型式主要有臥式和立式兩種。臥式組合機(jī)床床身由滑座、側(cè)底座及中間底座組合而成。其優(yōu)點(diǎn)是加工和裝配工藝性好，無(wú)漏油現(xiàn)象；同時(shí)，安裝、調(diào)試與運(yùn)輸也都比較方便；而且，機(jī)床重心較低，有利于減小振動(dòng)。其缺點(diǎn)是削弱了床身的剛性，占地面積大。立式組合機(jī)床床身由滑座、立柱及立柱底座組成。其優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，自由度大，操作方便。其缺點(diǎn)是機(jī)床重心高，振動(dòng)大。根據(jù)工作要求，孔中心線與定位基面平行，所以采用臥式固定夾具單工位組合機(jī)床。
第3章 “三圖一卡”的編制
編制“三圖一卡”的工作內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖，編制生產(chǎn)率計(jì)算卡?！叭龍D一卡”是組合機(jī)床總體方案的具體體現(xiàn)。
3.1加工工序圖
加工零件工序圖具有直觀的作用，此外，它還具有一些特定的要求。被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示在一臺(tái)機(jī)床上或一條自動(dòng)線上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸及精度、技術(shù)要求、加工用定位基準(zhǔn)、夾壓部以及被加工零件的材料、硬度和在本機(jī)床上加工前毛坯情況的圖紙。它是在原有的工件圖基礎(chǔ)上，以突出本機(jī)床或自動(dòng)線加工內(nèi)容，加上必要的說(shuō)明繪制的。它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。也是制造使用時(shí)調(diào)整機(jī)床，檢查精度的重要技術(shù)文件。
被加工零件工序圖應(yīng)包括下列內(nèi)容：
（1）在圖上應(yīng)表示出被加工零件的形狀，尤其是要設(shè)置中間導(dǎo)向時(shí)，應(yīng)表示出工件內(nèi)部筋的布置和尺寸，以便檢查工件裝進(jìn)夾具是否相碰，以及刀具通過(guò)的可能性。
（2）在圖上應(yīng)表示出加工用基面和夾壓的方向及位置，以便依此進(jìn)行夾具的支承，定位及夾壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
（3）在圖上應(yīng)表示出加工表面的尺寸、精度、光潔度，位置尺寸及精度和技術(shù)條件（包括對(duì)上道工序的要求及本機(jī)床保證的部分）。
（4）圖中還注明被加工零件的名稱、編號(hào)、材料、硬度以及被加工部位的余量。
此外，為了使被加工零件工序圖清晰明了，能突出本機(jī)床的加工內(nèi)容，繪制時(shí)對(duì)本機(jī)床加工部位用粗實(shí)線表示，其尺寸打上方框，其余部位用細(xì)實(shí)線表示。
本設(shè)計(jì)是變速箱前蓋攻螺紋，采用三個(gè)定位面定位，實(shí)現(xiàn)完全定位。由于利用工件的底面作為基面，為了使夾緊可靠以及部件配置合理，采用對(duì)工件的頂面進(jìn)行夾緊。本設(shè)計(jì)的工序?yàn)楣ヂ菁y孔，攻絲孔分別為：一個(gè)M20的螺紋孔，三個(gè)M12的螺紋孔，三個(gè)M10的螺紋孔。
零件的加工工序圖如圖3.1所示。
圖3.1 加工工序圖
3.2加工示意圖
3.2.1加工示意圖概述
加工示意圖是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的重要圖紙之一，在機(jī)床總體設(shè)計(jì)中占有重要地位。它是設(shè)計(jì)刀具、夾具、主軸箱以及選擇動(dòng)力部件的主要資料，同時(shí)也是調(diào)整機(jī)床和刀具的依據(jù)。加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖案上的反應(yīng)，表示被加工零件在機(jī)床上的加工過(guò)程，刀具的布置以及工件、夾具、刀具的相對(duì)位置關(guān)系，機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等，使刀具、夾具、多軸箱、電氣和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇動(dòng)力部件的主要依據(jù)，是整臺(tái)組合機(jī)床布局形式的原始要求，也是調(diào)整機(jī)床和刀具所必需的重要技術(shù)文件。
加工示意圖，反映機(jī)床的加工過(guò)程和加工方法，刀具尺寸及加工尺寸，主軸尺寸及伸出長(zhǎng)度，主軸、刀具、工件間的聯(lián)系尺寸等，根據(jù)機(jī)床要求的生產(chǎn)率及刀具特點(diǎn)，合理地選擇刀削用量，決定動(dòng)力頭的工作循環(huán)。
加工示意圖應(yīng)繪制成展開(kāi)圖，其繪制順序是：首先按比例繪制工件的外形及加工部位的展開(kāi)圖，加工示意圖還要繪制出工件加工部位的圖形。加工示意圖還要考慮一些特殊要求（如工件抬起、主軸定位、危險(xiǎn)區(qū)等）。決定動(dòng)力頭的工作循環(huán)及行程。最后，選擇切削用量及附加必要的說(shuō)明。
在加工示意圖在標(biāo)注的內(nèi)容有：
⑴機(jī)床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。
⑵工件、夾具、刀具及多軸箱之間的相對(duì)位置及其聯(lián)系尺寸。
⑶主軸的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、尺寸及外伸長(zhǎng)度；刀具類(lèi)型、數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸；導(dǎo)向裝置、攻螺紋靠模裝置的結(jié)構(gòu)尺寸；刀具與導(dǎo)向裝置的配合，刀具、主軸之間連接方式。
3.2.2 繪制加工示意圖有關(guān)計(jì)算
⑴.刀具的選擇
選擇刀具，應(yīng)考慮工藝要求與加工尺寸精度、工件材質(zhì)、表面粗糙度及生產(chǎn)率的要求。只要條件允許應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)刀具。為了提高工序集中程度或滿足精度要求，可以采用復(fù)合刀具。孔加工刀具的長(zhǎng)度應(yīng)保證加工終了時(shí)刀具螺旋槽尾端與導(dǎo)向套之間有3050mm距離，以便于排出切削和刀具磨損后又一定的向前調(diào)整量。
所以，根據(jù)GB988-67標(biāo)準(zhǔn)查得：零件要加工M20的螺紋孔，應(yīng)選用M20的絲錐；加工三個(gè)M12的螺紋孔，選用M12的絲錐；加工三個(gè)M10的螺紋孔，應(yīng)選用M10的絲錐。
⑵彈簧漲套的選用
根據(jù)《組合機(jī)床設(shè)計(jì)參考圖冊(cè)》圖3-3可得：對(duì)于加工M20的螺紋孔，選用絲錐用彈簧漲套，d=16mm，伸出接桿長(zhǎng)度為6.5mm，其代號(hào)為16-3T0631-15；對(duì)于加工M12的螺紋孔，選用絲錐用彈簧漲套，d=9mm，伸出接桿長(zhǎng)度為5.5mm，其代號(hào)為9-2T063-51；對(duì)于加工M10的螺紋孔，選用絲錐用彈簧漲套，d=6mm,伸出接桿長(zhǎng)度為5mm,其代號(hào)為6-2T0631-51。
⑶ 初定切削用量
查表3.1攻絲切削速度：
表3.1
加工材料
鑄鐵
鋼及其合金
鋁及其合金
切削速度（米/分）
2.5～5
1.5～5
5～15
因?yàn)榧庸げ牧鲜氰T鐵，切削速度范圍為2.5～5米/分，所以初選v為4米/分。
由 計(jì)算出，對(duì)于加工M20的螺紋孔，轉(zhuǎn)速n1=64r/min，取=1.5； 對(duì)于加工M12的螺紋孔，轉(zhuǎn)速n2=106r/min，取=1；對(duì)于加工M10的螺紋孔，轉(zhuǎn)速n3=127r/min取=1。
式(3-1) 其中： 各主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）
各主軸進(jìn)給量（毫米/轉(zhuǎn)）
絲錐每分進(jìn)給量（毫米/分）
得到 =127mm/min
切削功率 式（3-2）
查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》書(shū)表3-19，3-20，3-21，3-22。得：
加工M20的螺紋孔，主軸直徑是30mm，轉(zhuǎn)矩為51.1N﹒m，切削功率P1=0.334kw。
加工M12的螺紋孔，主軸直徑是25mm，轉(zhuǎn)矩是14.6N﹒m，切削功率P2=0.159kw。
加工M10的螺紋孔，攻絲主軸直徑是20mm，轉(zhuǎn)矩為9 N﹒m，切削功率P3=0.059kw。
⑷初定主軸類(lèi)型、尺寸、外伸長(zhǎng)度和選擇接桿
a)主軸類(lèi)型與主軸直徑的確定
主軸類(lèi)型主要依據(jù)工藝方法和刀桿與主軸的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定。主軸軸頸及軸端尺寸主要取決于進(jìn)給抗力和主軸——刀具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通用攻螺紋主軸有兩種(1)滾錐軸承攻螺紋主軸(2)滾針軸承攻螺紋主軸。本設(shè)計(jì)選用滾錐軸承攻螺紋主軸。
根據(jù)被加工零件工序圖和加工示意圖中的要求，是采用標(biāo)準(zhǔn)高速鋼絲錐，對(duì)變速箱前蓋的1個(gè)M20的螺紋孔、3個(gè)M12的螺紋孔、3個(gè)M10的螺紋孔進(jìn)行攻絲。
根據(jù)公式：d=6.2 式(3-3)
可算出本設(shè)計(jì)中攻螺紋主軸的大致直徑
式中：d——主軸直徑（mm）
T——轉(zhuǎn)矩（N·m）
D——螺距大徑（mm）
P——螺距（mm）
加工鑄鐵時(shí)T=0.195DP，加工M20的螺紋，攻絲主軸直徑是30mm；加工M12的螺紋孔，攻絲主軸直徑是25mm；加工M10的螺紋孔，攻絲主軸直徑是20mm。外伸長(zhǎng)度L=115mm。
b)接桿選擇
查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)參考圖冊(cè)》圖3-4可得：
加工M20的螺紋孔，選用接桿長(zhǎng)度165mm，代號(hào)為6-165T0637-51。
加工M12的螺紋孔，選用接桿長(zhǎng)度165mm，代號(hào)為5-165T0637-51。
加工M10的螺紋孔，選用接桿長(zhǎng)度165mm，代號(hào)為4-165T0637-51。
⑸確定動(dòng)力部件的工作循環(huán)及工作行程
動(dòng)力部件的工作循環(huán)是指：加工時(shí)動(dòng)力部件從原始位置開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到加工終了位置又返回到原始位置的動(dòng)作過(guò)程。
工作進(jìn)給長(zhǎng)度應(yīng)等于工件加工部位長(zhǎng)度與刀具切人長(zhǎng)度和切出長(zhǎng)度之和。最長(zhǎng)孔深22mm，則由《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》查表得：=8mm, =5～10mm，取10mm,L=22mm。工件進(jìn)給長(zhǎng)度為=22+10+8=40mm。
快退長(zhǎng)度等于快速引進(jìn)與工件進(jìn)給長(zhǎng)度之和?？焖僖M(jìn)是指動(dòng)力部件把主軸箱連同刀具從原始位置送進(jìn)到工作進(jìn)給開(kāi)始位置，其長(zhǎng)度按加工具體情況確定?？焱?50mm.
動(dòng)力部件總行程長(zhǎng)度除了應(yīng)保證要求的工作循環(huán)工作行程外，還要考慮裝卸和調(diào)整刀具方便，即前后備量。總行程206+44=250mm。
加工示意圖如圖3.2所示。
圖3.2 加工示意圖
3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
一般來(lái)說(shuō)，組合機(jī)床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件——?jiǎng)恿_(tái)，動(dòng)力箱，各種工藝切削頭，側(cè)底座，立柱，立柱底座及中間底座加上專用部件——主軸箱，刀、輔具系統(tǒng)，夾具，液、電、冷卻、潤(rùn)滑、排屑系統(tǒng)組合裝配而成。聯(lián)系尺寸圖用來(lái)表示機(jī)床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以檢驗(yàn)機(jī)床各部件相對(duì)位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求；通用部件的選擇是否合適；并為進(jìn)一步開(kāi)張主軸箱、夾具設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
3.3.1動(dòng)力滑臺(tái)的選擇
a) 根據(jù)選定的切削用量，計(jì)算扭矩T。
扭矩 式（3-4）
由公式計(jì)算得：加工M20的螺紋孔，=51.1；
加工M12的螺紋孔，=14.6；
加工M10的螺紋孔，=9。
根據(jù)所需的最小進(jìn)給速度、工作行程、結(jié)合多軸箱輪廓尺寸，考慮工作穩(wěn)定性，選用HY32A-1系列液壓滑臺(tái)，具體液壓滑臺(tái)的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表3.2：
表3.2
型號(hào)
臺(tái)面寬
臺(tái)面長(zhǎng)
行程
進(jìn)給力
快進(jìn)速度
最小進(jìn)給量
HY32A-1
320
630
400
12500
10
25
根據(jù)HY32A-1系列液壓滑臺(tái)，選擇該系列滑臺(tái)的附屬部件、支承部件以及配套設(shè)施部件，經(jīng)過(guò)查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》可知，如下表3.3所示：
表3.3
部件
型號(hào)
行程
立柱
滑臺(tái)側(cè)底座
立柱側(cè)底座
1HY32
1HY32M
1HY32G
ⅠA
ⅠB
ⅡA
ⅡB
400
630
1CL32
1CL32M
1CC321
1CC322
1CC321M
1CC322M
1CD321
1CD322
1CD321M
1CD322M
b) 確定進(jìn)給速度
液壓滑臺(tái)是靠液壓系統(tǒng)中變量葉片泵供油，進(jìn)口節(jié)流調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)液壓滑臺(tái)的工作進(jìn)給速度在一定范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。液壓在確定刀具的切削用量是所規(guī)定的工作進(jìn)給速度應(yīng)大于滑臺(tái)最小進(jìn)給速度，1HY型滑臺(tái)為無(wú)級(jí)變速，工作進(jìn)給速度為4～800范圍內(nèi)快速移動(dòng)速度為定值。則選取滑臺(tái)的型號(hào)為 1HY32型 。
c) 確定滑臺(tái)進(jìn)程
由于滑臺(tái)的行程除保證足夠的工作行程外還應(yīng)留有前備量和后備量。前備量的作用是使動(dòng)力部件有一定的向前移動(dòng)的余地，以彌補(bǔ)機(jī)床的制造誤差及刀具磨損后能向前調(diào)整，本設(shè)計(jì)取前備量為27，后備量為17， 所以總行程為：206+27+17=250
3.3.2 動(dòng)力箱的選用
動(dòng)力箱主要依據(jù)主軸箱所需的電動(dòng)機(jī)功率來(lái)選用。主軸箱所需的電動(dòng)機(jī)功率為
式(3-5)
式中 ——切削功率，單位為
——空轉(zhuǎn)功率，單位為
——與負(fù)荷成正比的功率損失，單位為
每根主軸的切削功率，由選定的切削用量按公式計(jì)算或查圖表獲得；每根主軸的空轉(zhuǎn)功率按《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》P62表4-6確定；每根主軸上的功率損失，一般取所傳遞功率的1%。
（1） 加工M20的螺紋孔：== 0.334。
由于主軸直徑為30mm，根據(jù)《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4-6：主軸轉(zhuǎn)速為n=64r/min，根據(jù)插值法：=0.010。
每根軸上的功率損失，則=(0.010+0.334)1%=0.00344
故P1=P切削+P空+P失=0.334+0.010+0.00344=0.347
（2）加工M12的螺紋孔：==0.159
由于攻絲主軸直徑是25mm，根據(jù)《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4-6：主軸轉(zhuǎn)速為n=106r/min，根據(jù)插值法：=0.0124。
每根軸上的功率損失，=(0.159+0.0124) 1%=0.00171
故P2=P切削+P空+P失=0.159+0.0124+0.00171=0.173
因?yàn)榇溯S為三根，則P2=30.173=0.519
(3)加工M10的螺紋孔：==0.059
攻絲主軸直徑是20mm, 根據(jù)《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4-6：主軸轉(zhuǎn)速為n=127r/min，根據(jù)插值法：=0.0093。
每根軸上的功率損失，則=（0.059+0.0093）1%=0.0007
故P3=P切削+P空+P失=0.059+0.0093+0.0007=0.137
因?yàn)榇溯S為三根，則P2=30.137=0.410
綜上所述：
=0.347+0.519+0.410=1.276kw
查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》,本機(jī)床左右多軸箱均采用1TD32A型動(dòng)力箱（=1420;電動(dòng)機(jī)選Y100L1-4型，功率為2.2）。
3.3.3確定裝料高度
裝料高度是指及穿個(gè)上工件的定位基準(zhǔn)面到地面的垂直距離。我國(guó)過(guò)去設(shè)計(jì)組合機(jī)床一般取裝料高度 H=850。為提高通用部件及支撐部件的剛度并考慮自動(dòng)線設(shè)計(jì)時(shí)中間底座內(nèi)襖安裝夾具輸送、冷卻排屑裝置，新頒布的組合機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)推薦裝料高度H=1060，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO）一致。在現(xiàn)階段，設(shè)計(jì)組合機(jī)床時(shí)，裝料高度視具體情況在H=850 ～1060之間選取。本機(jī)床裝料高度取H=925。
3.3.4 確定夾具輪廓尺寸
根據(jù)工件尺寸和形狀，考慮工件的定位件、夾緊機(jī)構(gòu)、刀桿導(dǎo)向裝置的要求空間；并應(yīng)滿足排屑和安裝的需要。
夾具底座的輪廓尺寸由與之配合的滑臺(tái)底座輪廓尺寸，工件的輪廓尺寸形狀，具體結(jié)構(gòu)為：寬為260mm,高為280mm。
3.3.5 中間底座輪廓尺寸
中間底座的輪廓尺寸要滿足夾具在其上面安裝連接的需要。其長(zhǎng)度方向尺寸要根據(jù)所選動(dòng)力部件（滑臺(tái)和滑座）及其配套部件（側(cè)底座）的位置關(guān)系，照顧各部件聯(lián)系尺寸的合理性來(lái)確定。非常重要的是，一定要保證加工終了位置時(shí)，工件端面至主軸箱前端面的距離不小于加工示意圖上要求的距離。同時(shí)，要考慮動(dòng)力部件處于加工終了位置時(shí)，主軸箱與夾具輪廓間應(yīng)有便于機(jī)床調(diào)整、維修的距離。為便于切屑及冷卻液回收，中間底座周邊須有足夠?qū)挾鹊臏喜?。因此，采用?cè)底座為CC32-1。
3.3.6初步確定多軸箱輪廓尺寸
標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定立式配置的多軸箱總厚度為340 寬度和高度按標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列表選取，通用主軸箱箱體的前蓋厚度為70，基型后蓋厚度為90，其余三種后蓋厚度為50，100，125，繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸圖時(shí)，著重要確定的尺寸是主軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度。主軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關(guān)，可按下式確定：
B=b+2b 式（3-6）
H=++ 式（3-7）
式中：b——工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（）；
——最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（）；
——工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（）；
——最低主軸高度（）。
b和h為已知尺寸。為保證主軸箱由排布齒輪的足夠空間，取 =80。
主軸箱最低主軸高度須考慮到與工件最低孔位置、機(jī)床裝料高度（H=925 ）、滑臺(tái)滑座總高（=280）、側(cè)底座高度（560）、滑座與側(cè)底座之間調(diào)整墊高度（5）等尺寸之間的關(guān)系來(lái)確定。對(duì)于該組合機(jī)床，要保證潤(rùn)滑不致從主軸襯套處泄漏箱外，則：
﹥85～140
對(duì)于本組合機(jī)床的設(shè)計(jì)為：
=100
若取100毫米，則可求出主軸箱輪廓尺寸為：
B=b+2=157+280=317
H=h++=202+100+80=382
根據(jù)上述計(jì)算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定主軸箱輪廓尺寸為：
BH=400400
在機(jī)床各組成部件的設(shè)計(jì)完成之后，以聯(lián)系尺寸圖為基礎(chǔ)進(jìn)行細(xì)化，填加必要的電氣、液壓控制裝置、潤(rùn)滑、冷卻、排屑裝置等，并加注技術(shù)要求等文字說(shuō)明，便成為機(jī)床總圖。機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖表示的內(nèi)容：
[1]表示機(jī)床的配置形式和總布局。
[2]完整齊全的反映各部件之間的主要裝配關(guān)系和聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)極限位置及滑臺(tái)工作循環(huán)總的工作行程和前后備量尺寸。
[3]標(biāo)注主要通用部件的規(guī)格代號(hào)和電動(dòng)機(jī)型號(hào)、功率及轉(zhuǎn)速，并標(biāo)出機(jī)床分組編號(hào)及組件名稱，全部組件應(yīng)包括機(jī)床全部通用及專用零部件。
[4]標(biāo)明機(jī)床驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及安裝規(guī)程。
機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖如圖3.3所示。
圖3.3 機(jī)床設(shè)計(jì)總圖
3.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡
（1） 理想生產(chǎn)率
理想生產(chǎn)率是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)（包括備品及廢品率在內(nèi)）所要求的機(jī)床生產(chǎn)率。它與全年工時(shí)數(shù)有關(guān)，一般情況下，單班制生產(chǎn)取2350h，兩班制生產(chǎn)，4600h，則本機(jī)床的生產(chǎn)率
==60000÷2350=25.53（件/小時(shí)）
（2）實(shí)際生產(chǎn)率
指所設(shè)計(jì)機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可以生產(chǎn)的零件數(shù)量。
= (件/小時(shí))
式中：——生產(chǎn)一個(gè)零件所需要的時(shí)間（min），它可根據(jù)下式計(jì)算：
=+=（++）+（） 式（3-8）
式中：、——分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進(jìn)給行程長(zhǎng)度（）；
、——分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進(jìn)給量（）；
——當(dāng)工件沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時(shí)，動(dòng)力滑臺(tái)在死擋鐵上的停留時(shí)間，通常指刀具在加工終了時(shí)無(wú)進(jìn)給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)5～10轉(zhuǎn)所需時(shí)間（）；
——分別為動(dòng)力部件快進(jìn)、快退行程長(zhǎng)度（）；
——?jiǎng)恿Σ考焖傩谐趟俣?。采用機(jī)械動(dòng)力部件取5～6；液壓動(dòng)力部件取3～10；本設(shè)計(jì)取為8；
——直線移動(dòng)或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行一次工位轉(zhuǎn)換的時(shí)間，一般可取0.1；
——工件裝、卸（包括定位、夾壓及清除鐵屑等）時(shí)間，它取決于工件重量大小、裝卸是否方便及工人的熟練程度。根據(jù)各類(lèi)組合機(jī)床的統(tǒng)計(jì)，一般取0.5～1.5。本設(shè)計(jì)取為1.5min。
則=+=（++）+（）
=（27/127）+0.1+(223+250)/8000+0.1+1.5
=1.972min
經(jīng)過(guò)計(jì)算得 =60/1.972=30.43(件/小時(shí))
經(jīng)過(guò)計(jì)算比較，本機(jī)床的設(shè)計(jì)生產(chǎn)率滿足理想生產(chǎn)率要求＞。
（3） 機(jī)床負(fù)荷率=
當(dāng)＞時(shí)，計(jì)算二者的比值為負(fù)荷率
本機(jī)床的負(fù)荷率為=25.53/30.43=0.84
（4）生產(chǎn)率計(jì)算卡
它是按一定格式編制，反映該零件在機(jī)床上加工過(guò)程、工作時(shí)間、機(jī)床生產(chǎn)率、機(jī)床負(fù)荷率的簡(jiǎn)明表格。表3.4為該零件加工組合機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡
表3.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡
結(jié)論
本課題基于使設(shè)計(jì)出的機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、效率高、質(zhì)量好提出的要求，著重選擇最佳的工藝方案，合適地確定機(jī)床工序集中程度，合理地選擇組合機(jī)床的通用部件，恰當(dāng)?shù)慕M合機(jī)床的配置型式，合理地選擇切削用量，以及設(shè)計(jì)高效率的夾具、工具、刀具及主軸箱就是本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容。具體的工作就是要制定工藝方案，進(jìn)行機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定，進(jìn)行組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)，組合機(jī)床的部件設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)，使其具有工程意義，實(shí)現(xiàn)其在實(shí)際應(yīng)用中的價(jià)值。
本課題開(kāi)發(fā)研制的單工位單面攻絲組合機(jī)床，用于加工變速箱前蓋螺紋孔。在研發(fā)過(guò)程中，針對(duì)加工過(guò)程中存在的難點(diǎn)進(jìn)行了攻關(guān)。在攻絲組合機(jī)床的設(shè)計(jì)上采取了一系列的措施，保證了被加工孔的加工精度。主要完成了以下工作：
1、對(duì)變速箱前蓋的螺紋孔的加工工藝進(jìn)行了分析研究，明確了各個(gè)孔加工的技術(shù)要求和工藝要點(diǎn)。
2、恰當(dāng)?shù)剡x擇了機(jī)床的切削參數(shù)，動(dòng)力頭及液壓滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
3、根據(jù)通用、經(jīng)濟(jì)的原則，選擇了刀具，滿足了工藝的需要。
近幾十年來(lái)組合機(jī)床在汽車(chē)、拖拉機(jī)、柴油機(jī)、電機(jī)、機(jī)械、航空及軍工等部門(mén)已獲得了廣泛的使用，一些中小批量生產(chǎn)的部門(mén)也開(kāi)始推廣使用。除了組合機(jī)床及其自動(dòng)線方向外，還有以下幾個(gè)發(fā)展方向?yàn)椋禾岣呱a(chǎn)率、擴(kuò)大工藝范圍、提高加工精度、提高自動(dòng)化程度、創(chuàng)制超小型組合機(jī)床、發(fā)展專能組合機(jī)床及自動(dòng)線。
設(shè)計(jì)的機(jī)床，保證了加工孔的生產(chǎn)質(zhì)量，提高了工效，加工成本大幅下降。本項(xiàng)工作還有許多值得完善的地方，例如：裝夾、定位由人工完成，效率較低；自動(dòng)化程度有待提高等問(wèn)題。這些問(wèn)題通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)、完善工藝、現(xiàn)場(chǎng)的不斷實(shí)踐、總結(jié)，必將會(huì)得到進(jìn)步的提高。
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致謝
首先感謝我的導(dǎo)師楊祖效教授，這篇論文是在他的悉心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下完成的。在我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的三個(gè)月期間，導(dǎo)師給予了親切的關(guān)懷和諄諄的教導(dǎo)，使我能正確對(duì)待學(xué)習(xí)中遇到的困難和挫折，導(dǎo)師給了大力的支持和鼓勵(lì)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的治學(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)、豐富的科研經(jīng)驗(yàn)、科學(xué)的思維方式和正直的人格都令我非常敬佩，并將多我產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。在此論文完成之際，謹(jǐn)向我的導(dǎo)師表示誠(chéng)摯的謝意和深深的敬意!
其次，感謝濰坊學(xué)院機(jī)電與車(chē)輛工程學(xué)院全體老師的辛勤培養(yǎng)和諄諄教誨!
最后，感謝所有一直關(guān)心和幫助我的人們。