铣刀头端盖的组合机床设计

学院毕业设计（开题报告）

题目：铣刀头端盖的组合机床设计

专业：机电技术教育

班级：073班

姓名：马玉珍

学号：1664070315

指导教师：魏宝丽

日期：2010年10月22日

前言

本设计需要综合运用大学三年所学的知识，同时还需进一步学习各方面相关的知识，发挥创新能力。本设计作为一名机械工程学院机电专业学生的毕业设计，满足毕业设计的要求，难度及工作量适中，在内容上力求简明扼要、严格精选。

本设计论文包括以下几大部分内容：中英文摘要、绪论、第一章机床总体设计、第二章多轴箱部件设计、第三章多轴箱零件校核及总结和参考文献。

本设计全部采用最新的国家标准和技术规范，以及标准术语和常用术语。

本设计全部由工学魏宝丽教授指导，在设计中承蒙魏教授和本设计组中同学的支持和帮助，为本人提供了许多宝贵的意见和建议、资料，在此表示衷心的感谢！

由于本人水平有限，在设计中难免有错误和不妥之处，恳请各位老师批评指正！

马玉珍

2010年10月22日

目录

前言 (1)

中文摘要 (Ⅰ)

英文摘要 (Ⅲ)

绪论 (1)

第一章、组合机床总体设计 (5)

1-1、组合机床工艺方案的制定 (5)

1-2、组合机床切削用量的选择 (6)

1-3、组合机床配置型式的选择 (6)

1-4、组合机床的总体方案设计 (7)

第二章、多轴箱部件设计 (13)

2-1、多轴箱设计 (13)

2-2、主轴设计 (13)

2-3、齿轮布置 (13)

2-4、多轴箱的润滑，手柄轴的设置 (17)

第三章、多轴箱零件校核 (19)

3-1、轴的校核 (19)

3-2、齿轮的校核 (22)

3-3、轴承的选择与校核 (24)

总结 (26)

参考文献 (27)

摘要

本论文主要说明组合机床设计的基本过程及要求。组合机床是按高度集中原则设计的，即在一台机床上可以同时完成同一种工序或多种不同工序的加工。组合机床发展于工业生产末期，与传统的机床相比：组合机床具有许多优点：效率高、精度高、成本低。它由床身、立柱、工作台、及电源一些基本部件及一些特殊部件，根据不同的工件加工所需而设计的。

在组合机床上可以完成很多工序，但就目前使用的大多数组合机床来说，则主要用于平面加工和孔加工两大类工序。论文主要内容包括四大部分：（1）、制定工艺方案通过了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹紧情况、生产效率及机床的结构特点等，确定在组合机床上完成的工艺内容及加工方法，并绘制被加工零件工序图。

（2）、组合机床的总体设计确定机床各部件之间的相互关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量及机床生产效率、绘制机床的尺寸联系图及加工示意图。

（3）、组合机床部件设计包括专用多轴箱的设计，传动布局合理，轴与齿轮之间不发生干涉，保证传动的平稳性和精确性。专用主轴设计、轴承的选用及电机的选择等。

（4）、液压装置的设计液压滑台、定位夹紧装置均为液压控制。并采用了许多液压控制阀，保证了运动的平衡性，循环性和精确性。

另外，本文还涉及到大量的设计和计算，包括：

（1）、主轴的选择和传动布置，以保证加工过程中被加工零件的精度；

（2）、传动轴的设计和校核，以保证轴的刚度；

（3）、齿轮的设计、计算，对齿轮的强度和刚度进行校核；

多轴箱部分是本次设计的重要环节，本次设计中它的设计既要保证工作台的运动的合理、平衡和准确，又要满足工作要求。在本文中的大量设计、计算使它在理论上满足了设计和工作的要求。

关键字：组合机床；设计；过程；功能

Abstract

This thesis mainly elucidates the basic process and requirements that design of the combination machine. Combination machine is designed according the fundamental , which highly centralized ,or , more correctly it can process one working procedure or more different working procedures at one time . Combination machine was developed in the end of industrial production compared with traditional machine; combination machine has many advantages , such as high efficiency , high accuracy and low cost . It is composed of some general parts , such as bed ,column ,work able ,power unit ,and some special parts designed according to different work piece machining need.

The preface of a lot of works can be completed on the combination machine, but in regard to the majority current usage of combination machine, then and primarily used for the flat surface to process and the bore to process two big work preface. The main part including :(1) Formulating technological plan We,ve learned the characteristic of the part designed ,accuracy and specification ,locating and

fixing ,productivity and machining structure by the practice .Then the technological operation and work order can be determined which can be finished in combination machine.(2) Combination machine frame design determines the interrelation of the different part in the machining

tool ,select general parts and tool oriented .Then compute cut feed and productivity finally draw a sketch map of the machine .(3) Combination machine parts design including headstock、proper transmission layout 、shaft and gear move freely without interference which ensure the stability and accuracy during transmission ,then design dedicated select bearings and engine etc.(4)Hydraulic pressure equipment design slipway and locating and fixing device are all controlled by hydraulic pressure .It adopts many hydraulic control valves ,which ensure the

stability ,circulation and accuracy .

In addition ,the thesis deals with amount of components devices and calculations ,including :(1) Choice of the main shaft and disposal of transmission , by doing so to ensure the accuracy of components machining in process when the main shaft rotating; (2)The device and

check of the transmission shaft ,so it can assure the rigidity of the shaft is allowable ;(3) Gear device and calculations ,check the performance in the strength and rigidity of it ;headstock is a very important part in this thesis ,the design of it here not only ensures the rationality 、equipoise and stability of the motion of the slipway ,but also satisfies the requirements of different work environment .So many design and calculations about it in this thesis suggests this system fully meets the requirements in design and work theoretically.

Keywords:

combination machine ;design ;process ;function

绪论

一、组合机床及其特点

组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效专用机床。它能够对一种（或多种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、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。

组合机床与通用机床、其他专用机床比较，具有以下特点：

(1)组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的

80%，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。

70

~

(2)由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因而比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。

(3)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，又有专门厂成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。

(4)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。

(5)当被加工产品更新时，采用其他类型的专用机床时，其大部部件要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造。

(6)组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。

组合机床虽然有很多优点，但也还有缺点：

20%的零件不能重

(1)组合机床的可变性较万能机床低，重新改装时有10%

~

复利用，而且改装时劳动量较大。

(2)组合机床的通用部件不是为某一种机床设计的，它是具有较广的适应性。这样，就使组合机床的结构较专用机床稍为复杂些。

二、组合机床的分类

组合机床有大型组合机床与小型组合机床两大类，它们不仅在体积和功率上有大小之别，而且在结构和配置型式等方面也有很大的差异。这里主要说明大型组合机床的配置型式。大型组合机床的配置型式可分为三大类：

1、具有固定式夹具的单工位组合机床

这类组合机床夹具和工作台都固定不动。动力滑台实现进给运动，滑台上的动力箱实现切削主运动。根据动力箱和多轴箱的安置方式不同，又可分为以下几种：

(1)卧式组合机床（动力箱水平安装）；

(2)立式组合机床（动力箱垂直安装）；

(3)倾斜式组合机床（动力箱倾斜安装）；

(4)复合式组合机床（动力箱具有上述两种以上的安装状态）。

2、具有移动式夹具的（多工位）组合机床

这类组合机床的夹具安装在直线移动工作台或回转工作台上，并按照一定的节拍时间作间歇移动或转动，使工位得到转换。这类机床的配置型式，常见的有以下四种。

(1)具有移动工作台的机床，这类机床的夹具和工件可作直线往复移动。

(2)具有回转工作台的机床，这种机床的夹具和工件可绕垂直轴线回转，在回转工作台上每个工位通常都装有工件。

(3)鼓轮式机床，这种机床的夹具和工件可绕水平轴线回转。此种机床一般为卧式单面或卧式双面，而较少采用三面配置。此外也有辐射式的，它除了安装卧式动力部件外，还在垂直于鼓轮回转的平面上安装动力部件。

(4)中央立柱式机床，这种机床具有台面直径较大的环形回转工作台。在工作台中央安装立柱，立柱上安装动力部件，而在工作台的周围还安装有卧式动力部件，工件和夹具则安装在回转工作台上，这种机床一般都是复合式的。

3、转塔多轴箱式组合机床

转塔多轴箱式组合机床分为两类：单轴转塔动力头式组合机床和多轴转塔头式组合机床。前者转塔头的每个结合面可安装一个刚性主轴。后者转塔头的每个结合面可安装一个多轴箱。这种机床一般配置型式有：

(1)转塔式多轴箱只实现切削运动，被加工零件安装在滑台上，由滑台实现进给运动；

(2)转塔式多轴箱安装在滑台上，转塔式多轴箱既实现切削主运动又实现进给运动。

其中，转塔多轴箱式组合机床可能组成双面式或三面式，同时对工件的两、三个平面进行加工。

三、组合机床的工艺范围

组合机床可完成的工艺有铣平面、刮平面、车端面、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、攻丝、倒锪窝、钻深孔、切槽等。随着综合自动化技术的发展，组合机床可完成的工艺范围也在不断扩大，除了上述工艺外，还可完成车外圆、车锥面、车弧面、切削内外螺纹、滚压孔、拉削内外圆柱面和平面、磨削、抛光、珩磨，甚至还可以进行冲压、焊接、热处理、装配、自动测量和检查等。

四、组合机床的发展方向

近几年组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器、缝纫机、自行车、阀门、矿山机械、冶金、航空、纺织机械及军工等部门已获得广泛的使用，一些中小批量生产部门也开始推广使用。我国在组合机床及其自动线上将获得较快的

发展，其发展方向为：

1、提高通用部件的水平衡量通用部件水平的主要标准是：品种规格齐全，动、静态性能参数先进，工艺性好，精度高和精度保持性好。

目前应注意开发适应强力铣削的大功率动力滑台，高精度镗削头和高精度滑台，以及适应中、小批生产的快调、速换动力部件和支承部件。

机械驱动的动力部件具有性能稳定，工作可靠等优点。目前，机械驱动的动力部件应用了交流变频调速电机和直流伺服电机等，使机械驱动的动力部件增添了新的竞争能力。

动力部件采用镶钢导轨、滚珠丝杠、静压导轨、静压轴承、齿形皮带等新结构，支承部件采用焊接结构等。由于提高了部件的精度和动、静态性能，因而使被加工的工件精度明显提高，表面粗糙度减小。

2、提高生产率目前组合机床及其自动线的生产率不断提高，循环时间

一般是1

~2分钟，有的只用10

~

30秒。提高生产率的主要方法是改善机床布局，

增加同时加工的刀具，减少加工余量，提高切削用量，提高工作可靠性以及缩短辅助时间等。为了减少自动线的停车损失，提高自动线的柔性，采用电子计算机进行自动线的管理。

3、扩大工艺范围现在组合机床及其自动线一般已不是完成一个工件的某几道工序，而常常是用于完成工件的全部加工工序。除过去完成平面铣削、钻孔、扩孔、锪孔、攻丝、粗镗孔外，现在已扩大到能完成车削、磨削、拉削、精镗以及非切削加工（如检查、自动装配、清洗、试验以及打印分类等）工序。

4、提高加工精度现在在组合机床及其自动线上又纳入了很多精加工工序，如进行1级精镗，保证孔加工位置度在0.02毫米。为了使自动线能稳定地保证加工精度，已广泛采用自动测量和刀具自动补偿技术，保证调刀不停车。

5、提高自动化程度目前组合机床及其自动线发展十分迅速，越来越多的组合机床用于组成自动线，组合机床本身则是全自动方向发展的。为此，重点是解决工件夹压自动化和装卸自动化。

6、提高组合机床及其自动线的可调性为了提高中小批生产的一些箱体件的生产率，近几年来发展了可调的多工序多刀具的组合机床及其自动线，它们大多采用数字程序控制。除早期发展的多品种、成组加工的组合机床及其自动线外，还创造了自动换刀和自动更换多轴箱的组合机床，还有用于加工中小批生产箱体零件的可自动更换对多轴箱的组合机床。用一台这样的机床就能完成一种工件的全部工序加工，能起到一条流水线的作用。特别是数字程序控制的发展，为发展这种机床创造了更有利的条件。

7、创制超小型组合机床为了适应仪器仪表工业小箱体加工需要，创制

超小型组合机床是必需的。这种机床多由超小型气动液压头配置而成，体积小，效率高，并能达到高的加工精度。

8、发展专用组合机床及其自动线随着组合机床技术的发展，过去一直被认为需按具体加工对象专门设计，而是可以作为通用品种进行成批生产的，用户根据自己加工产品的需要，配上刀具及工艺装备，即可组成加工一定对象的高效机床。

第一章、组合机床总体设计

1-1、组合机床工艺方案的制定

组合机床用于钻削铣刀头端盖上6个Φ15和6个Φ9的孔，并且要达到其加工精度。为了满足其加工精度的要求，我们首先要对加工的零件做工艺方案的分析，制定组合机床工艺方案是设计组合机床最重要的步骤之一。工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到“重量轻、结构简单、效率高、质量好”的要求。

(1)加工工序

被加工零件需要在组合机床上完成的工序及加工精度，是制定机床工艺方案的主要依据。

本组合机床为钻孔：6个Φ15和Φ9的同轴孔

(2)被加工零件特点

工件硬度：HB 160~200

材料：HT 220

铸件

(3)工件生产方式

被加工零件的生产批量的大小，对机床工艺方案制定也有影响。铣刀头端盖的粗加工、半精加工、精加工分别在不同的机床上进行。这样，机床虽然多一些，但由于生产批量很大，从提高生产率、稳定保证加工精度的角度来讲仍然是合理的。

1、工艺基面的分析

(1)采用“一面二孔”定位方法，

选择端面为工艺基面。

(2)夹紧面为铣刀头端盖的非加工侧的边缘部分。

2、加工工艺的分析

加工精度：6级

加工余量：扩孔：2.0毫米

刀具选择：标准钻头

3、切削用量的选择

钻孔加工直径为：Φ9

切削用量的选取可采用查表法，从《组合机床设计简明手册》表6-11可知：工件材料为HT200，HB为160~200，其切削速度为16~24米/分，进给量为0.12~0.2毫米/转。

对各主轴转速的选取，当取切削速度V为16米/分时，6根主轴的转速均为：。

对走刀量的选取，考虑到工件系灰铸铁件，材质较差，可选用较低的数值，即取f为0.20毫米/转。

对切削深度的选取，因在实体上钻孔，故其数值均为加工孔径的一半，即取t为0.5D。

1-2、组合机床切削用量的选择

组合机床的正常工作与合理地选用切削用量，即确定合理的切削速度、工作进给量和切削深度，有很大关系。切削用量选择适当，能使组合机床以最少的停车损失，最高的生产效率，最长的刀具寿命和最好的加工质量，也就是多快多省地进行生产。

组合机床钻孔时的切削用量的选择与加工精度及刀具的材料有很大关系。在确定切削用量时应注意的问题如下：

(1)尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能；

(2)复合刀具切削用量选择，应考虑刀具的使用寿命；

(3)选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响；

(4)切削用量选择应有利于多轴箱设计；

(5)选择切削用量时，还必须考虑所选动力滑台的性能。

1-3、组合机床配置型式的选择

我们在选择机床配置方案时，反对贪大求全，应正确处理先进性和可靠性的关系，选择符合多快好省的机床方案。

现有立式和卧式两种方案，比较如下：

主要比较指标：

(1)加工精度：立式加工精度较卧式高；

(2)排除铁屑的方便性：卧式较好；

(3)夹具形式的影响：考虑到加工工艺要求，应选用立式；

(4)占地面积：立式较好。

其余指标，如：机床生产率，机床使用方便性和自动化程度，机床结构的复杂程度和通用化程度等，两种方案之间相差不大。

综合考虑，应选用立式单工位组合机床。

1-4、组合机床的总体方案设计

组合机床的总体设计，就是针对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行方案图纸设计。这些图纸包括：被加工零件工序图，加工示意图，生产率计算卡片，机床联系尺寸图。

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，表示在一台机床上或一条自动线

上完成的工艺内容，加工部分的尺寸及精度，技术要求，加工定位基准，夹压部位，以及被加工零件的材料，硬度和在本机床加工前毛坯情况的图纸。它是组合机床设计的主要依据，也是制造使用时，调整机床，检查精度的重要技术文件。

被加工零件工序图应包括下列内容：

(1)被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。

(2)加工用定位基准，夹压部位及夹压方向。以便依此进行夹具的定位支承（包括辅助定位支承），限位夹紧，导向系统的设计。

(3)本道工序加工部位的尺寸，精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求（主要指定位基准）。

(4)必要的文字说明。如被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。

2、加工示意图

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余等。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、夹具、多轴箱、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。

(1)刀具的选择(如下图)

标准钻头Φ10mm

(2)工序间余量的确定

钻孔后留2.0mm的加工余量。

(3)导向结构的选择（如下图）

采用固定式导向，在每一个主轴上布置一个，位置应在靠近工件上端面，距离为15mm。

(4)动力箱工作循环及其行程的确定

根据加工尺寸要求，确定工作进给长度为20mm ，快速进给可定为200mm 。

3、组合机床生产率的计算

根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度、切削用量、动力部件的快速及工进速度等，就可以计算机床的生产率并编制生产率计算卡，用以反映机床的加工过程、完成每一动作所需的时间、切削用量、机床生产率及机床负荷率等。

（1）单件工时的计算

从加工示意图看出，工件的加工一次进给完成。

主轴每分钟转数n=519.1转，每转进刀量f=0.2mm/r ，进给长度L=20mm ，所以工进时间T 工为：

分进工3.02

.01.51930

T =?=

?=

f

n l

辅助时间T 辅为：

T 辅=T 空+T 移+T 装+T 停 式中

T 空——动力头空程快进及快退时间，其值为： T 空=（L 1+L 2+L 3）/V 空

其中，L 1——第一次快进长度，L 1=200mm ；

L 2——第二次快进长度，L 2=0mm ； L 3——快退长度， L 3=230mm;

V 空——动力头空程速度，V 空=5米/分，故

分空086.01000

5230

200=?+=

T

T 移——零件送进及移出时间，其值为： T 移=0.1分；

T 装——零件的装卸时间，其值为： T 装=1分 T 停=0.05分

综上述，零件的单件工时T 单为：

T 单=0.3+0.086+0.1+1+0.05=1.536分

(2)机床生产率的计算

时件单/39536

.16060===

T Q (3)编写机床生产率计算卡

（机床生产率计算卡见下页）