机械毕业设计毕业论文

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前言

一毕业设计目的及意义：

一般的单一机床是适合小批量的生产工人多效率低，现在比较流行的数控机床虽然技术含量比较高，使得工人的劳动强度大大地降低，多个工序可以在一台机床上完成，但它也只适合小批量的生产。我现在研究的组合机床就是适合大批量大量生产，它加工工序单一，操作简单，效率高。这正是我研究组合机床的必要性之所在。

此次设计的目的是使学生在通过了基础课、专业基础课和专业课的教学过程后进行一次大型的机械设备设计训练，促使学生综合运用所学专业知识进行机械设计；查阅各种有关资料、进行必要的调查研究和分析;熟悉组合机床的组成部分及正确设计；通过组合机床的设计，熟练进行中等难度机械结构的设计，培养分析问题、解决问题的能力，使学生在毕业后能尽快适应所担负的工程技术工作，为祖国多做贡献。

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二毕业设计内容

此次设计的内容包括：组合机床“三图一卡”设计；主轴箱设计；夹具设计；重要零件设计；编制设计说明书。

在设计中要完成以下工作：

1．绘制零件加工工序图

组合机床是专门用来完成某工件加工工序的专用设备。学生首先应熟悉和分析该零件的整个工艺过程，了解该零件在该工序前已加工完的内容和本工序的加工任务，确定在本工序中的定位基准和夹紧位置，加工根据工序图的规定画法绘制工序图。

2．绘制加工示意图，估算生产率

在根据本工序加工要求选择好合适的刀具、切削用量，计算好切削扭矩、切削功率和轴向力后，即可选择合适的主轴型式和规格，以及刀具与主轴间的各联接件和刀具的导向件，确定工件的加工表面、刀具联接件与机床主轴间的相互关系，从而画出加工示意图。本设计中加工示意图可代刀具布置图，所以图示结构应尽量表示清楚。

根据工件加工表面尺寸和切削用量可计算出加工的基本时间，加上查表或估算的其他时间可计算工序时间定额、机床生产率和全年负荷率。

3．绘制机床联系尺寸图

根据加工示意图的内容计算刀具切削时的轴向力、切削扭矩

切削功率，确定进刀、退刀行程，再根据工序图所示加工零件时的实际需要可确定机床动力部件的型式和规格，再选择与之相配套的其他部件，即可绘制机床联系尺寸图。

机床联系尺寸图在本设计中代机床总图，图示机床各部件结构形状不可过于简化 应能表示出其结构特征。

在绘制机床联系尺寸图时，机床的某些专用部件尚未设计好（如主轴箱和夹具），所以只能预留其位置，应在这些部件完成设计后补上，若与机床联系尺寸图有矛盾，则应修改后者，以至能反映机床实况。

4．绘制专用部件图

组合机床机械部分由通用部件和专用部件构成，通用部件只需选用，而专用部件需要专门设计，本设计中要求设计的专用部件是主轴箱和夹具部件。专用部件设计时应设想多种方案，然后分析比较它们的优缺点，最后选择一个最佳方案。

学生通过机床联系尺寸图和专用部件图的设计应能达到对整台机床及部件的结构原理比较熟悉，并有一定的装配和调整方面的知识。

5．绘制重要零件工作图

重要零件主要指作用重要、结构复杂、技术要求较多的零件，本设计中主要指夹具体或主轴箱箱体等铸件。我需要绘制主轴箱体补充加工图。它主要表明了主轴箱体在铸造出来以后为了满足装配而需要在其上进行哪些加工。通过绘制重要零件，我对零件结构工艺性的改善及技术要求的标注方面的知识又有了进一步的提高。

6.毕业设计说明书

我将在研究、设计过程中及时纪录的有关数据及资料进行最后的整理，编写成设计说明书。其内容包括毕业设计任务、各种方案示意图及比较分析，必要的计算和最终结论，设计工作完成的心得体会和建议等。

毕业设计工作量要求： 设计图纸 折合0#图纸4张以上

设计说明书 16开纸30页以上，

用A4纸打印、正文宋体小四号字

说明书格式：1.设计说明书（包括题目、摘要、关键字、字数300-500英文翻译）

2.目录

3.正文 详细叙述涉及主要过程

（包括总体方案、各部分具体设计计算过程和设计结果）

4.总结

5.参考文献

三．毕业设计工作进度安排

本次毕业设计全过程从第一周到第16周，共16周。（2月28日——6月19日） 首先了解任务书的内容和要求；其次找到设计过程中的所需的参考书，并掌握相关的知识；第三，参观工厂了解组合机床的具体结构以及其夹具的结构形式；第四，根据图纸画出“三图一卡”，经老师指导后修改更正，直到没有问题，第五，完成毕业设计和论文，准备答辩。具体安排如下：

第1—3周 开题报告，熟悉资料，准备绘图工具及图纸，并进行调查研究 第4—6周 绘制工序图、加工示意图、机床联系尺寸图，计算生产率 第7—10周 主轴箱部件图设计

第11至14 周上半周 夹具部件图设计，完善机床联系尺寸图

第14周下半周至15周 重要零件的零件工作图设计，并整理设计说明书

第16周 编写设计说明书并准备答辩

四． 毕业设计总任务

1） 题目名称

D180柴油机机体12孔攻丝机床及夹具设计

2） 题目内容及要求：

完成设计一台攻丝机床。完成对柴油机机体12个孔攻丝。年生产纲领5万太以上。

加工对象：D180柴油机机体。12个孔的具体要求见图纸。

3） 实验数据及要求：

零件加工工序图1张，加工示意图1张，机床联系尺寸图1张，主轴箱装配图1

张，夹具装配总图1张，夹具重要零件图1张。

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第1章 组合机床总体设计

1.1攻螺纹组合机床常用的通用部件及选用

1.1通用部件的选用原则

通用部件的选用是组合机床设计的主要内容之一。选用的方法是:根据所需

的功率、进给力、进给速度等要求,选用动力部件及其配套部件。

选用原则是:

1) 切削功率应满足加工所需的计算功率(包括切削所需功率、空转功率、传

动功率)。

2) 进给部件应满足加工所需的最大计算进给力、工作行程和工作循环的要

求。

3) 动力箱与多主轴箱尺寸相适应和匹配。

4) 应满足加工精度的要求。

5) 尽可能按通用部件的配套关系选用有关的通用部件。

1.2攻螺纹组合机床常用的通用部件及其选用

1.2.1 动力滑台

动力滑台是由滑座滑鞍和驱动装置组成实现直线进给运动的动力部件。根据

被加工零件即D180N柴油机箱体的工艺要求:底面12-M6攻丝,孔深16mm螺纹深14mm,在滑鞍上安装动力箱,动力箱带动主轴箱完成攻丝工序。

动力滑台根据驱动和控制方式的不同可分为液压滑台机械滑台和数控滑台三

种类型。根据需要选用液压动力滑台,型号为1HY040-IA，台面宽400mm，长800mm，行程长400mm，滑台及滑座总高320mm其特点是:采用双矩形导轨结构形式,导向的长度大,导向性好；滑座体为箱形框架结构,滑座底面中间增加了结合面,结构刚度高，导轨寿命长。

1.2.2 攻丝卡头及攻丝靠模装置

1. 攻丝卡头

攻丝卡头用于连接丝锥和攻丝主轴,保证丝锥与被加工的螺纹底孔自动对中,

并保证丝锥顺利地引进；补偿丝锥每分钟引进量与攻丝主轴每分钟进给量之差值。

2. 攻丝靠模装置

攻丝装置的进给运动直接由靠模螺杆靠模螺母得到。其优点是:靠模经磨制可

以得到较准确的螺距,而且靠模杆带动丝锥进给比较轻,其中攻丝接杆可以补偿靠模系统与丝锥自行引进的进给差,攻丝时可以得到较高的精度。

(1) 通用的TO281型攻丝靠模装置

这种攻丝靠模装置通常由攻丝靠模和攻丝卡头配合组成攻丝装置。这种装置

易于调整,只要松开压板,便可方便的将丝锥取出,且在变动被加工螺孔时,易装卸调换，只是整个结构轴向尺寸较大。

(2) 通用的TO282攻丝靠模装置

这种攻丝靠模装置轴向尺寸较小,主要用于活动攻丝模板和钻攻复合模板。

考虑以上因素,选用通用的TO281型攻丝靠模装置。

3. 攻丝靠模实现的方式

攻丝靠模实现的方式有两种:

(1) 把攻丝靠模直接装在主轴箱内,组成用于整台机床全部是攻丝工序的

攻丝装置,它的特点是刚性好,结构简单,但调整更换丝锥不方便。

(2) 另一种是攻丝模板,将靠模装置装在模板上,模板用固定在主轴箱上

的导杆导向。这种方法结构复杂,刚度亦差。

考虑到以上因素,在设计中采用了前一种方法。

1.2.3 主运动驱动装置----动力箱

动力箱是将电机的动力传递给多主轴箱,它与多主轴箱配套使用。

1TD系列动力箱的性能参考>表5-38、表5-39。

1.2.4. 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。本设计中卧式机床的

床身是由通用的侧底座和专用的中间底座组合而成,此种结构的优点是加工和装配工艺性好,安装和运输较方便。

(1) 中间底座其顶面安装夹具,侧面与侧底座相连接,并通过端面定位销定

位。

中间底座其结构尺寸需根据工件的大小形状等来确定。 中间底座其一般按专

用部件进行设计,但为了不致使组合机床的轮廓尺寸过分繁多,中间底座的主要尺寸应符合如下的国家标准规定：

注:1.高度630mm为优先采用值,可根据具体情况采用560 mm和710mm；

2.当中间底座长度>1250mm时,可从优先数系R10GB321—64中选用。

因此根据组合机床的联系尺寸，选中间底座的长为800，宽为800，高为

350.5

(2)侧底座(1CC系列)

侧底座的长度应于滑台相适应，选用1CC401型号，它的高度有560\630mm

两种，采用560mm，宽度600mm，长度1350。

1.2.5 计算切削功率并选用动力箱

T0.195D1.4p1.5 PTv

9.740D

其中 T:主轴切削扭矩Nmm；D:螺纹大径,D=6mm；p: 螺纹螺距,p=1mm；

P: 主轴切削功率(Kw)； v:切削速度(mmin)按推荐,加工材料为铸

铁时 v=4 8min，已经取v= 5.65min

计算得: T=2.396Nmm

P=(2.4×5.65)/(9.740×3.14×6)=0.0739 Kw

此时,各主轴的转速按下面的公式计算:

n主轴= 1000v10005.65= =300r/min D6

12根轴的切削功率为P12:

P12=P×12=0.0739×12=0.89Kw

主轴箱所需要的功率,应等于切削功率空载消耗功率及与负载成正比的功率

损失之和,即:

P主= P切+ P空+P损

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P主: 主轴箱总功率；

P切: 各主轴切削功率总和， P切=P12=0.89 Kw；

P空: 各轴空载消耗功率的总和，根据>P91页轴的空转功率

表格,可计算出 P空=0.210 Kw；

P损: 各轴损失功率的总和，P损一般取传递功率的1%，P损=0.03 Kw。

计算得: P主=0.89+0.210+0.03=1.13 Kw

在确定攻丝电机功率时,应考虑丝锥钝化的影响,一般按计算功率的

1.52.5倍选取。

P主×(1.52.5 )=1.712.825 Kw

根据>P115页动力箱的选用标准,选用的动力箱型号为1TD40,电动机功率是3.0 Kw,驱动轴转速是480r/min。

1.2.6. 根据通用部件的配套关系选用与动力箱匹配的其他通用部件

参考>P14页表2---3

选用 液压滑台 动力箱 侧底座

1HY40 1TD40 1CC401

第二章 组合机床的概述

2.1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率专用机床。它能够对一种或几种零件进行多刀、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部件约占全部机床零、部件总量的70-80%,因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。

（2） 由于组合机床可以采用多刀加工，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，其大部分部件要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复使用，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。

2.2组合机床的工艺范围、加工精度及配置形式

组合机床可以完成的工艺有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削、刮平面、倒角、切槽及滚压等。而且现在随着综合自动化技术的不断

发展,其工艺范围也在不断的扩大。

就设计的攻丝组合机床而言,若润滑条件良好,在铸铁件上加工出的螺孔可以达到2级精度,表面粗糙度达到Ra1.6微米。

螺孔的位置精度由于攻丝时以工件底面为定位基准,加上其他误差的影响,一般可以达到0.25mm,机床精度较高时可以达到0.15mm。

2.3组合机床的设计步骤

2.3.1 拟订方案阶段

1.制定工艺方案

这是设计组合机床最重要的一步。工艺方案制定的正确与否,将决定机床能否达到“体积小,重量轻,结构简单,使用方便,效率高,质量好”的要求。

为了使工艺方案制定得合理,必须从认真分析被加工零件的图纸开始,深入现场全面了解被加工零件的结构特点,加工部位,尺寸精度,表面粗糙度和技术要求,定位夹紧方式,工艺方法和加工过程所采用的刀具,切削用量及生产率等要求,分析其优缺点,从而确定零件在机床上完成的工艺方法及内容,决定刀具的种类结构形式和数量及切削用量等。

2.确定机床的配置形式

根据确定的工艺方案,确定机床的配置形式,并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。

3.总图设计---三图一卡

在选定工艺方案并确定机床配置形式结构方案的基础上,进行方案图纸的设计。

2.3.2 技术设计阶段

根据已经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等开展部件设计,绘制夹具主轴箱等的装配图。

2.3.3 工作设计阶段

(1) 绘制所有专用零件图并绘制出润滑冷却管路系统图及机床总图。

(2) 编制设计说明书。

2.4组合机床的发展趋向

2.4.1 提高通用部件的水平

提高通用部件的水平可以提高部件的精度和动静性能，因而使被加工零件的精度明显提高,表面粗糙度减小。

2.4.2 优化装夹方案

在我所设计的攻丝组合机床上，为了降低工人的劳动强度、节省装夹工件的时间和保证定位的快速、可靠，我设计的夹具夹紧装置有两根螺柱作为支撑，两根螺柱之间的距离大于零件的尺寸，零件的定位方案是以零件的3个面进行定位，工人在装夹时，就能从正面直接把零件装进夹具，紧靠定位元件，然后夹紧，这样就使工人操作简单，提高的工作效率。

第3章 组合机床工艺方案及配置方式的确定

3.1 组合机床工艺方案的确定

3.1.1工艺基准面的分析

1. 箱体类零件工艺基准面的选择

箱体类零件工艺基准面的选择原则：

1) 选择的定位基准面应确保工件稳定定位，定位面应尽量大一些。同时,基准面的光洁度、平直性越好越有利于保证定位的精确程度。

2)定位基准面的选择应考虑到夹紧的方便,夹具结构简单。

3)应尽量采用设计基准面为工艺基准面。

4)考虑装卸工件的方便。

加工零件D180N柴油机箱体为箱体类零件。零件有精度高的孔系要加工，既可以采用一面两孔的定位方法,也可以采用三个平面定位的方法。一面两孔的定位方式，对定位柱销的形状和位置精度有很高的要求，更重要的是在反复的装卸工件的过程中，柱销极易发生磨损，使得定位精度大大地降低。而在三面定位的定位方式下，采用的是平面定位，定位面积比较大，在装卸工件的过程中，定位面发生的磨损相对于大面积的平面来说比较小，而且比较均匀。本设计采用了后面一种定位方法。

综合考虑以上因素,决定:

三面定位中, D180N柴油机箱体零件图上俯视图前表面为主定位面,限制工件的三个自由度；右表面为次定位面,限制工件两个自由度；正视图顶平面限制工件一个自由度。

2. 确定工件的夹压位置

确定工件的夹压位置时考虑到如下问题:

保证工件夹压后定位稳定，并有足够的刚度，夹压点的位置应夹压合力尽量落在定位平面之内,力求接近定位平面的中心。

力求使夹压部位靠近箱体的壁或筋,减少夹压后变形。

3.1.2 加工工艺的分析

组合机床上常用的攻螺纹方法

在组合机床上常用丝锥攻制螺纹,其特点是当丝锥攻入12丝之后,则丝锥会自行引进,主运动和进给运动之间的严格关系由丝锥自身保证,即自引法攻丝。

S丝=np

S丝 : 丝锥每分钟自行引进量()

n : 丝锥每分钟转数(转min)

p : 丝锥螺纹螺距,p=1mm

为了保证丝锥稳定可靠地攻入工件和不干扰丝锥的自行引进,要求主轴系统向前进给与丝锥的自行引进完全同步。

即 Vt= S丝

Vt : 主轴系统的进给量(mm)。

实际上,无论哪一种攻螺纹主轴都难于达到这一点。因此,丝锥和主轴系统都不是刚性连接,而是在两着之间设有进给差的补偿环节。

3.1.3 确定组合机床工艺方案时应注意的问题

1. 攻丝工序要尽量放在最后进行。因为攻丝通常都需要润滑,如果设在前面,润滑油液将粘附在工件上,而弄脏其他机床,而且加工时会冒烟。

2. 孔间中心距离的限制

在确定组合机床加工工艺时,要考虑可以同时加工的最小孔间中心距。由于主

轴箱上的主轴结构的需要,以及保证必须的加工精度的需要和工作可靠性的要求,组合机床攻丝时对于通用的主轴箱,其主轴间的最小间距是28.5mm。

现在,被加工的柴油机箱体上的螺纹孔中心的间距是50mm>28.5mm。

所以,能够满足孔间最小中心距离的要求。

3.1.4切削用量的选择

1. 确定切削用量时应注意的问题

1). 切削用量的选择应尽可能达到合理地利用所用的刀具,充分发挥其性能。

2). 在选择切削用量时,应注意产品批量的影响。

在大批大量生产中,组合机床要求很高的生产效率,自然地切削用量就应该大一些，本设计的组合机床就是这种情况。

对于在铸铁件上加工螺纹,推荐的切削用量是v=4 8min，取v= 5.65min。

3.2 组合机床配置形式的选择

组合机床有大型和小型两种，本设计的是大型组合机床。

大型组合机床的配置形式有:卧式单面组合机床、立式单工位组合机床、卧式双面组合机床、复合式双面组合机床、卧式多面组合机床、复合式多面组合机床等等。

根据被加工零件的特点,选用卧式单工位组合机床就可以满足零件加工的需要。

设计的组合机床夹具采用了固定式的结构，这样,机床可以达到的加工精度高。

第四章 三图一卡的设计

组合机床总体设计

组合机床总体设计,就是针对零件,在选定的工艺和结构方案的基础上,进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图以及生产率计算卡。

4.2.1 被加工零件工序图

1. 被加工零件工序图的内容

被加工零件工序图是根据制订的工艺方案,表示所设计的机床上完成的工艺内容,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、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和本机床加工前余量的图样。其主要内容包括:

1). 被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。

2). 本工序所选用的定位基准、夹压部位以及夹紧方向。

3). 本工序加工表面的尺寸、精度表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。

4). 注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。

2. 按照规定绘制被加工零件工序图

绘制被加工零件工序图时按照了如下的规定:

1) 绘制被加工零件工序图表达应该清晰明了,突出本工序内容,按照一定

的合适比例,绘制足够的视图以剖面。本加工工序加工部位用粗实线表示,其余部位用细实线表示。

2) 注意事项:

本加工工序加工部位的位置尺寸应与定位基准发生直接关系。

当本工序有特殊要求时必须注明。本设计中必须注明的特殊要求是: 攻丝12- M6深14mm，所以要加工的螺孔不是通孔。

4.2.2 加工示意图

加工示意图是反映零件加工的工艺方案,表示了加工零件在机床上加工过程,刀具、辅具的布置情况以及工件、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等。

其主要内容为:

(1) 反映机床的加工方法、加工条件及加工过程：

加工方法： 丝锥攻制螺纹。

(2) 决定刀具类型、数量、结构、尺寸：

丝锥采用长柄机用丝锥，数量12根。

(3) 决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度：

主轴采用前后支承均为推力球轴承和无内圈滚子轴承的攻丝主轴，外伸长度120mm。

取主轴直径d=15mm，验算如下：

4M100d 由d=B 得M= （其中可查取B=5.2） 4100B

100154

6923.9Nmm ∴ M=5.24

又 Wp0.2d30.2153675mm3

则M6923.910.25MPa Wp675

查得45钢的[]=31MPa

M[] 符合 Wp ∴

(4) 选择标准的浮动卡头、导向装置、攻丝靠模装置,并决定它们的结构、参数及尺寸：

攻丝卡头采用通用的大型组合机床用攻丝卡头1-T0637-03。

卡头号：1号；莫氏圆锥：1号。

(5) 标明主轴、攻丝卡头、夹具与工件间的联系尺寸、配合及精度。

4.2.3机床联系尺寸图

绘制联系尺寸图，一般是在已画出被加工零件图、加工示意图，并初选动力部件及与其配套的通用部件之后进行的。对于机床的某些重要尺寸也应在画联系尺寸图之前的方案设计阶段初步确定，如机床的装料高度，主轴箱轮廓尺寸及夹具轮廓尺寸等。尤其对于加工精度要求较高，比较复杂的组合机床，往往需要预先画出夹具方案的详细草图，以确定其主要轮廓尺寸。所以，总体设计更确切地说是包括夹具方案草图在内的设计。

1）.夹具轮廓尺寸的确定

组合机床夹具是保证零件加工精度的重要专用部件。这里所要确定的夹具轮廓尺寸主要是指夹具底座的长宽高。这些尺寸的确定，除了首先必须考虑工件的轮廓尺寸、形状、具体结构外，还须考虑能够布置下保证加工要求的定位、限位、夹紧机构，导向系统，并要考虑夹具底座与机床其它部件连接、固定所需要的尺寸。对精加工机床，不应过分追求尺寸小，一定要确保夹具具有足够的刚性。初定夹具轮廓尺寸是760 x 620x420。

2）.机床装料高度H 的确定

装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。我国过去设计组

合机床的装料高度一般取H=850毫米。为提高通用部件及支承部件的刚度并考虑自动线设计时中间底座内要安装夹具输送、冷却排屑装置，新颁布的组合机床标准推荐装料高度H=1060毫米，与国际标准一致。现阶段，设计组合机床时，装料高度可视具体情况在H=850～1060毫米间选择。

因为主轴箱最低主轴必须和工件最低孔同心。所以机床装料高度H按照如下的公式计算：

H1+5+H2+0.5+h1=H+H3

其中：

H1： 侧底座高度。对于1CC401侧底座，H1=560mm。

5 ： 侧底座与滑台之间的调整垫片的厚度。

H2： 滑台总高（mm）。滑台1HY40：H2=320mm。

0.5： 主轴箱体最低面与滑台顶面的间隙。

h1：h1=170 最低主轴高度（毫米）。根据主轴箱总装配图，mm。

H3： 工件上最低孔到工件最低定位面的距离（毫米）。 由加工示意图可知，H3=20mm。

所以，560+5+320+0.5+170=H+20

解得：H=1035.5mm。

本机床装料高度H=1035.5毫米。

3）.中间底座轮廓尺寸的确定

中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面安装连接的需要。其长度方向尺寸要根据所选动力部件及其配套部件的位置关系，照顾各部件联系尺寸的合理性来确定。非常重要的是，一定要保证加工终了位置时，工件端面至主轴箱前端面的距离不小于加工示意图上要求的距离。同时，要考虑动力部件处于加工终了位置

时，主轴箱与夹具外轮廓间应有便于机床调整、维修的距离。为便于切削及冷却液回收，中间底座周边须有足够宽度的沟槽。

初定出中间底座的长宽高尺寸后，应优先在通用部件标准中选用尺寸与之相近的标准中间底座以简化设计。但往往由于机床装料高度和夹具轮廓尺寸已先根据加工情况及车间工件运送滚道等具体条件定出，则造成中间底座不能选择通用件，而须参考类似中间底座专门设计。

4）.主轴箱轮廓尺寸的确定

绘制机床联系尺寸图时，着重要确定的尺寸是主轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度。

图3-1 主轴箱轮廓尺寸确定

主轴箱宽度B、高度H的大小主要与被加工零件孔的布置有关，可按下式确定：

Bb2b1

Hhh1b1

式中： b—— 工件在宽度方向相距最远的两孔距离（毫米）。已知b=216mm。

b1—— 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（毫米）。

h—— 工件在高度方向相距最远的两孔距离（毫米）。已知h=114mm。

。 h1——最低主轴高度（毫米）

为保证主轴箱有排布齿轮的足够空间，推荐b1＞70～100毫米。取

b1=100mm。

主轴箱最低主轴高度h1须考虑到与工件最低孔位置、机床装料高度、滑台滑座总高、侧底座高度、滑座与侧底座之间调整垫高度等尺寸之间的关系而确定。对于卧式机床，h1要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏外，一般取

h1 ＞85～140毫米。取h1=17.mm。 B=216+2×100=416mm。 H=114+172+100=386mm。

按照通用的主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱体的轮廓尺寸为B×H=500×500毫米。

5）联系尺寸图的绘制

以工件左端面为基准，根据前面已经确定的工件端面至主轴箱前端面的最小距离382毫米确定机床左面主轴箱前端面的轴向位置。再根据主轴箱最低主轴高度位置尺寸172毫米及主轴箱轮廓尺寸长×宽×厚=500×500×570毫米画出左主轴箱外廓。主轴箱以其后盖与动力箱定位连接，根据已选择的1TD40动力箱的安装联系尺寸画出动力箱轮廓。

在机床长度方向上，通常动力箱后端面应与滑台后端面平齐安装。 液压滑台的右端面距离侧底座最右端为80mm。

滑座安装在液压滑台上。滑座的最右端至液压滑台的最右端的距离是68mm，即是后备量。

为便于机床的调整和维修，滑座与侧底座之间需加5毫米厚的调整垫。

4.2.4机床生产率计算卡

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

进及工进速度等，就可计算机床的生产率及生产率计算卡，用以反应机床的加工过程，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。

1.确定动力部件的工作循环及工作行程

动力部件的工作循环是指：加工时动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置又返回到原始位置的动作过程。一般包括快速引进、工作进给、工作退回、快速退回等动作。 有时还有中间停止、多次往复进给、跳跃进给、死档铁停留等特殊要求，这是根据具体的加工工艺需要确定的。

下面讨论工作行程长度的确定：

（1） 攻进和攻退长度 攻进长度等于攻退长度。攻进长度应等于工件加工部位长度L=14 与刀具切入长度l1 和切出长度L2之和。切入长度l1应根据工作端面的误差情况在5-10 毫米之间选择，选取误差大时取大值。设计中取l1=8mm。对于12-M6深14的螺纹来说，因为不攻通，所以L2=0mm。

（2） 快速退回长度等于快速引进与工作进给长度之和 快速引进是指动力部件把主轴箱连同刀具从原始位置送进到工件进给开始位置，其长度按加工具体情况确定。假如刀具刚性较好，且能够满足生产率的要求，那么，为使动力滑台的导轨在全长形成上均匀磨损，也可使快退行程长度加大。

(3) 动力部件总行程长度 动力部件的总行程除应保证要求的工作循环外，还要考虑装卸和调整刀具方便，即考虑前、后备量。

前备量是指因刀具磨损或补偿制造、安装误差，动力部件尚可向前调节的距离。后备量是指考虑刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中取出所需要的轴向距离。理想情况是保证刀具退离夹具导套外端面的距离大于接杆插入主轴孔内（或刀具插入接杆孔内）的长度。因此，动力部件的总行程为快退行程长度与前后备量为选择标准动力滑台或设计专用动力部件的依据。

1）

理想生产率Q（件/小时）

指完成年生产纲领A所要求的机床生产率。任务书上要求完成年生产纲领5万台以上。取A=5万台。理想生产率与全年工时总数K有关。采用单班制生产，

取K=1750小时。

Q2）

实际生产率Q1

A50000 = =28.57件/小时 K1750

指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。 Q1

60

（件/小时） T单

式中：T单——生产一个零件所需的时间（分）

LL快退L1L2

t停）（快进t移t装卸） vf1vf2vfk

（ T单t切t辅

其中： L1,L2——分别为刀具第Ⅰ，第Ⅱ工作进给行程长度（毫米）。根据加工示意图，L1L2=切入长度+攻丝长度=8+14=22mm。

vf1,vf2——分别为丝锥第Ⅰ、第Ⅱ工作进给量（毫米/分）。根据加工示意图vf1vf2=vf=304mm/min

t停——当加工沉孔、止口、倒角、光整表面时，动力滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转5～10转所需时间（分）。现在，对于攻丝而言，丝锥在完成攻丝后要立即反转。故t停=0。

L快进，L快退 ——分别为动力部件快进，快退行程长度（毫米）。根据机床联系尺寸图，L快进L快退=280mm。

vfk——动力部件快速行程速度。采用机械动力部件取5～6米/分；液压动力部件取3～10米/分。对于液压滑台，取vfk=6米/分。

t移——直线移动或回转工作台进行一次工位转换的时间，一般取0.1分。

t装卸——工件装卸时间，它取决于工件重量、装卸是否方便及工人的熟练程度。一般取0.5～1.5分，取t装卸=1.5分。

所以，

T单（Q1

220.2800.280

=1.766分 0）（0.11.5）

3046

60

=33.98件 1.712

计算出的机床实际生产率满足理想生产率要求，即Q1Q，说明选择的切削用量、机床设计方案是合理的。

3）

机床负荷率负当Q1Q时，计算负荷率： 负

Q28.57==0.841。Q133.98

机床生产率计算卡见下页：

4）

第5章 组合机床夹具设计

5.1 组合机床夹具概述

夹具是组合机床的重要组成部件,是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。

组合机床夹具看起来和一般夹具的作用很相近,但其结构和设计要求却有很显著甚至是根本的区别。组合机床夹具的结构和性能,对组合机床配置方案的选择,有很大的影响。 一般的机床夹具是作为机床的辅助结构设计的,而组合机床的夹具是组合机床的主要组成部分,其设计工作是整个组合机床设计的重要部分之一。 组合机床夹具和机床的其他部件有极其密切的联系。组合机床夹具是保证加工精度的关键部件,其设计制造和调整都有严格的要求。

组合机床夹具应便于实现定位和夹压的自动化,并有动作完成的检查信号,保证切屑从加工空间自动排除,便于观察和检查。

按结构特点,组合机床夹具分为单工位和多工位夹具两大类。本设计完成的是单工位夹具的设计。

5.2 组合机床夹具的总体设计

5.2.1组合机床夹具的设计步骤

(1) 认真研究分析所要设计的夹具的原始数据和要求,被加工零件的特点,工艺安排和加工方法,机床特点等。此外,还要考虑装卸方式夹压方法、有无冷却液以及切屑排除等具体要求。

(2) 拟订夹具结构方案和进行必要的计算

根据机床设计中确定的工件定位基面、夹压位置、加工方法等,制定夹具的总体方案。首先绘制工件的外形,然后在工件四周的相应位置上表示出夹具的结构。最后进行夹压力计算和必要的强度计算。为了提高质量和缩短设计制造周期,在拟订夹具结构方案时,尽量采用了通用的部件和零件。

(3) 组合机床夹具的总图和零件设计

在已确定的夹具结构方案基础上,设计夹具总图和零件图。按本组合机床夹具设计的主要功能,其结构分为两大部分,即定位支撑结构和夹紧结构。

5.2.2组合机床夹具结构方案的制定

一、定位方式的选择

采用三面定位。主定位面为底面，因为它还要承受工件的重量，所以接触面积要大些。该面采用了三条定位支承板，消除了工件的三个自由度，选择的定位支承板应尽可能狭而长，同时应有足够的刚度。为了使所有定位平面能保持在同一平面内，在装配后，应经过一次磨平。它用3个螺钉固定在夹具体上,螺钉的规格是:M1040。 支承板规格是:

支承板 A25x220 GB2236-80. 材料:T8 热处理后硬度是5560HRC。

次定位面选在夹具的右部。该面采用了支承板,采用3个M840的螺钉固定在夹具体上，它的主要作用是作工件推入夹具体时导向用。它消除了工件的两个自由度。其规格是:

支承板 A16160 GB2236-80 材料:T8. 热处理后硬度是5560HRC。

定位支承板和支承块紧固在夹具本体的铸造凸台上。这样可以减少夹具本体的加工面积,减少加工时间。

考虑到工件装卸的方便，最后一个定位面选择在夹具体的后壁上。采用支撑钉，它消除了工件的一个自由度。

支撑钉 B20x10 GB2236-80 材料：T8

热处理：渗碳深度0.8～1.2mm，淬火60～64HRC。 二、 夹紧机构的选择及设计

（1）、进行夹紧机构设计时应遵循如下的诸要求： 1） 必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位 2） 工件和夹具的变形必须在允许的范围内 3） 夹紧机构必须可靠

4） 夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速，符合工人操作习惯。 （2）、夹紧动力

夹紧动力可以来自于机械机构、或者液压缸或者气压缸等。

机械机构的优点是夹紧可靠；但其需要人工操作，费时费力，不利于提高生产效率，因此不能用于大批大量的生产。

气压夹紧的优点是夹紧动作迅速，但是其体积庞大，不便于减小夹具的体积。 液压夹紧的优点是夹紧动作迅速，夹紧力大，夹紧可靠，有利于提高生产效率。而且液压缸体积小，易于减小夹具的体积。

综合以上因素，设计中采用了液压夹紧。 （3）、攻丝时工件所受力分析

攻丝时,工件在丝锥的轴向方向上所受的轴向力很小,一般的情况下可以

忽略不计。在丝锥圆周的切线方向上受扭转力矩,使得工件有发生倾倒的趋势，夹具的夹紧力主要是平衡工件所受的倾覆力矩。

（4）、必要的夹紧力计算和液压缸的选用。 1.计算时应考虑的计算系数 1）摩擦系数

各种不同接触表面间的摩擦系数是不同的。

对于支承板安装后又磨平，工件接触表面为加工过的表面的情况，查手册得推荐值：f=0.15～0.25，取f=0.20。

2）安全系数

K=K0K1K2K3K4K5

K0：基本安全系数。一般取1.5。

K1：加工状态吸系数。粗加工取K1=1.0。

K2： 刀具钝化系数。一般取1.0～1.9。取K2=1.9。 K3：切削特点系数。断续切削取K3=1.0

K4：夹紧力稳定系数。手动夹紧取K4=1.3，机动夹紧取K4=1.2。 K5：仅在有力矩企图使工件回转时才应考虑支承面接触情况。若工件安装在

支承板上，取K5=1.5。

K=K0K1K2K3K4K5=1.5×1.0×1.9×1.0×1.2×1.5=5.13 2. 必要的夹紧力计算 F必要=K×f×W

W：工件的重力。工件质量约是40㎏。W=400N。

F必要=5.13×0.2×400=410.4N。 3．

液压缸的选用

选用了通用的T5016Ⅰ型前法兰式液压缸，行程30mm，缸径D=65mm。安装螺钉是6-M12×45。油液工作压力25㎏/cm2，有效的工作压力是20㎏/cm2。

因此，T5016Ⅰ型前法兰式液压缸能提供的有效的压力是 F缸 =



4

D22010=663325N

大于F必要。说明选用合理。该压力足以克服工件被加工时所受的倾覆力矩，保证加工过程的顺利进行。

（5） 夹紧力方向及夹紧力作用点的确定 1．夹紧力方向的确定。

夹紧力方向确定时应尽量遵循下列的各原则： a—

夹紧力的方向应有利于工件的定位而不能破坏定位，一般要求夹紧力

应垂直于第一定位基准面。

b— c—

夹紧力的方向应与工件刚性高方向相一致

夹紧力的方向应尽量与切削力和重力方向一致，有利于减小夹紧力

综合考虑到以上各原则，确定夹紧力方向竖直向下。 2．夹紧力作用点的选择：

1)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。

2)夹紧力的作用点应作用在工件刚度高的部位。 3)夹紧力的作用点和支撑点尽可能靠近切削部位。 4)夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。 （6）夹紧装置的设计

液压缸的芯轴上用M16的螺纹联接着接杆。但是，接杆并不能直接把夹紧力作用在被加工的零件上。接杆的尾部接一个弧型压块，型号为B100x20 GB2174-80。这样做的好处是扩大了工件的受力面积，工件上受力均匀，提高了加工过程中工件的稳定性，易于保证工件加工的精度要求。

接杆与弧型压块的连接方法见夹具装配图。

四 夹具本体的设计

夹具本体的设计一般要求有:

1) 足够的刚度和强度

2) 较轻的重量

3) 安装要稳定

4) 保证工件装卸方便

5) 工艺性要好

6) 便于清理切屑和赃物

7) 保证使用安全

夹具本体最常用的制造方式为铸造。 它的工艺性好,可以铸出较复杂的形状.一般能保证较好的刚度,而且重量轻,机械加工量小,对于表面位置精度要求较高的本体,用刮削来保证其精度时,采用铸件更为合适,另外,铸件工作时吸收振动的性能好,故应用广泛。

铸铁为最常用的材料,它价格便宜,抗振性能好,塑性很小,再使用过程中,可以保持较高的精度。

考虑到以上的因素,决定夹具本体采用铸铁件。 材料为HT200。夹具体壁厚20mm 。

夹具的制造多为单件生产，其结构工艺性的好坏，对夹具制造的精度、生产周期等有着很大的影响。尤其是夹具体，因其结构复杂，变化较多，又是夹具中最大的零件，定位件和其他的一些元件都要安装在夹具本体上，各个表面间的相互位置精度和表面本身的精度要求都很高，因此，夹具本体的构造工艺性比其

他的零件更为突出。

在设计夹具本体的过程中,考虑到的铸造工艺性问题有:

1) 注意拔模斜度一般为23度

2) 合理布置加强筋,增加夹具本体的刚度

3) 夹具本体的几何形状的选择应便于加工

4) 本体的构形应考虑装配的可能性和方便性

夹具本体零件的构造，对装配工作的影响很大，合理选择夹具本体的结构形状，会给夹具的装配工作带来很大的方便。

5) 本体零件图上的尺寸标注应便于测量

夹具本体的构造以及尺寸和角度的标注都比较复杂，设计时除了考虑加工和装配的工艺性之外，还应考虑到测量的方便性。

考虑到铸造工艺性，夹具机构的两个支承架与夹具体分开铸造，然后用螺钉和圆锥销装配起来。螺钉的规格和数量是:6-M1045。

5.3 夹具总图的绘制

当选定结构后，即可绘制夹具总图。

5.3.1 夹具总图上应表示的内容

（1） 工件的轮廓图，特别是定位基准部分和加工面。（用假想的线画出）

（2） 夹具结构的投影图和必要的剖面图。

（3） 夹具总图上应标注的主要尺寸及技术条件。

（4） 有关制造、使用、调整等方面的特殊条件和说明，以及联用的图号。

（5） 夹具零件号。

5.3.2 绘制总图的程序和要求

（1）、未开始动手之前，先初步考虑一下结构的布置，按照预想的结构大小

选取幅面，以能画下全部的总图为原则。

（2）、选择投影面，通常按工件在加工时操作者正对的面为投影面。

（3）、按照所处的加工位置，画出零件的轮廓图。首先画出定位基准，再画零件外轮廓以及加工部位。有了工件的轮廓，就可以直观地看出是否会发生干涉问题。

（4）、 按照工序卡上的定位图，画出有关的定位元件。

（5）、 按照所考虑的夹紧方案，画出夹紧装置。

（6）、 画出夹具本体以及其他的零件。

（7）、 查看图面是否已经把结构全部表明，即夹具上的每种零件都能在总图上看得清楚，与其他零件的装配情况也能表示明白。

（8）、注上夹具的零件号。

（9）、注出总图上的主要尺寸和技术条件。

（10）、填写标题栏。

5.3.3 夹具总图上的主要尺寸和技术条件

确定夹具总图上的主要尺寸和技术条件是夹具设计中的重要工作之一。它关系到夹具的使用、制造、维修、装配、检验等，对夹具的质量有着直接的影响。

一、 总图上需要标注技术要求的表面类别

1．对于保证零件的加工精度起主导作用的各种表面，即所谓的定位面、找正面等，都应标注技术要求。

2． 夹具的某些表面，如果对夹具的制造、检验和装配的质量发生主要影响时，也必须对这些表面的精度和配合特性以及它们之间的相对位置精度标注必要的技术要求。

二、 夹具总图上主要尺寸公差的确定

对于平面定位表面，通常可以采用按照总图组合后进行磨平的加工方

法。按照它与夹具安装面之间的位置关系，可以标注平行度、垂直度等要求，其公差可以由夹具装配后的精度所确定。

三、 夹具上标注主要尺寸和技术要求时的注意事项

1． 在确定有关表面的技术条件的公差数值时，应考虑到夹具上基准面的大小和被测量面的大小。当基准面较大而被测量面较小时，公差可以定得小些。

2． 夹具总图上的技术要求应尽量采用综合注法，即总图上标注的技术要求能控制此处各零件之间的多重配合表面的制造精度。

3． 标注主要尺寸和技术条件时应注意基准面的选择。一般应尽量采用夹具上较大的使用表面作为基准面来标注技术要求。

5.4 夹具的定位误差分析

因为该夹具采用的是三个平面定位，不用进行夹具的定位误差计算。

第6章 组合机床多主轴箱设计

6.1多主轴箱的基本结构

主轴箱按其结构大小可分为大型主轴箱和小型主轴箱两大类。大型主轴箱又可分为标准主轴箱和专用主轴箱，我们设计的是大型标准主轴箱。

大型攻丝主轴箱主要由箱体、主轴、传动轴、齿轮、轴套等零件和通用的附加机构组成。主轴箱体、前盖、后盖、上盖、侧盖等为箱体类零件。通常，卧式主轴箱的厚度为325毫米。主轴、传动轴、手柄轴（供更换、调整刀具和主轴箱装配及维修检查主轴精度时回转主轴用）、传动齿轮、动力箱或电机齿轮等为传动类零件。叶片油泵、分油器、注油杯、排油塞、通用油盘和防油套等润滑防油元件。

按照通用的标准, 主轴箱体厚度取180mm,材料为HT200 ； 后盖厚度取

90mm,材料为HT 250；前盖基型厚度取为20mm,材料为HT 250 。

攻丝标准主轴采用轴径15mm的前后支承均为推力球轴承和无内圈磙子轴承的主轴，主轴材料为20Cr钢,热处理为S0.5C59。

传动轴采用了:

(1) 圆锥滚子轴承传动轴

(2) 埋头式传动轴

(3) 手柄轴

(4)攻丝用蜗杆轴

传动轴材料用45钢,调质处理T215。

齿轮均采用20Cr,热处理为齿部高频淬火G54。

6.2 多主轴箱设计步骤和内容

6.2.1 绘制多主轴箱设计原始依据

从”三图一卡”中已知:

1) 主轴箱轮廓尺寸为500500mm

2) 工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸

3) 工件与主轴箱相对位置尺寸

根据这些数据可得出绘制多主轴箱设计原始依据如下:

[1]被加工零件:

零件名称: D180N柴油机箱体；

材料 : HT200；

[2]主轴外伸尺寸及切削用量

轴号 加工直径 主轴直径d(mm) 主轴外伸尺寸 V(mmin) n(

转min)

112 螺纹M6 Φ15 Φ24/Φ12mm, 5.65 300

外伸L=120mm

[3]动力部件

TD40Ⅲ型动力箱电机功率3.0 Kw,转速960转,驱动轴转速480转min,驱动轴到划台表面距离为160mm。

6.2.2传动系统的设计与计算

传动系统的设计与计算就是通过一定的齿轮传动链把驱动轴传进来的动力和转速按要求分配到个主轴。

在设计传动系统时,综合考虑了各方面因素,满足了传动系统设计的一般通用原则,如下:

1) 在保证了主轴强度刚度转速和转向的前提下,力求使各传动部件规格小数量少体积小。

2) 尽量用一根传动轴带动多根主轴,当齿轮啮合中心距不满足标准时,采用了变位齿轮的方法来解决。

3) 没有采用主轴带动主轴的方案,这样会增加主轴的负荷，降低主轴的切削效率和寿命。

4) 为使结构紧凑,主轴箱体内的齿轮传动副的传动比为12。

5) 主轴上的齿轮尽量靠近前支承,以减少主轴的扭曲变形。

6) 齿轮排数按如下方法安排:

(1) 不同轴上齿轮不相碰,可放在同一排上。

(2)齿轮不能与轴或轴套相碰。

(3)齿轮与轴相碰,可放在后盖内。

7) 驱动轴直接带动的传动轴数不宜超过两根,以免给装配带来困难。

6.3 主轴箱坐标计算

主轴箱坐标计算就是根据已知的驱动轴与主轴位置与传动关系,计算出中间传动轴的坐标,以便在绘制主轴箱零件图时,将各孔的坐标尺寸完整地标注出来,并用以绘制坐标检查图,作为对传动系统设计的全面检查。

6.3.1. 加工基准坐标系的选择

根据主轴箱的安置情况和加工所用设备条件而定。对于安装在动力箱上的主轴箱,坐标原点取在定位销中心上，其坐标是(0.000,0.000)。

6.3.2. 坐标计算的顺序

坐标计算的顺序是:首先计算主轴的坐标,然后计算与这些主轴有直接啮合关系的传动轴坐标,再按顺序计算其余各轴的坐标。

最终,要把计算出来的各轴坐标填入专门的坐标表格中。

6.3.3选用计算用的小坐标系xoy

为了计算的方便, 选用计算用的小坐标系。小坐标系的原点取在12根主轴中心构成的216×114mm矩形的左下角。 选用计算用的小坐标系xoy的坐标原点在主轴箱体的标准坐标系下的坐标值是(75.000,140.000),即两个坐标系的相对位置。

6.3.4 主轴坐标的计算

主轴坐标的计算是按主轴箱设计的原始依据进行的。

在:小坐标系xoy,坐标结果如下:

1 ( 83.000, 0.000) 2 ( 33.000, 0.000) 3 ( 0.000, 32.000) 4 ( 0.000, 82.000) 5 ( 33.000,114.000) 6 ( 83.000,114.000)

7 (133.000,114.000) 8 (183.000,114.000)

9 (216.000, 82.000) 10 (216.000, 32.000)

11 (183.000, 0.000) 12 (133.000, 0.000)

将在小坐标系xoy下计算得出的各主轴的坐标换算到加工主轴箱用的标准坐标系XOY下 ,结果如下:

1 (158.000,140.000) 2 (108.000,140.000) 3 ( 75.000,172.000) 4 ( 75.000,222.000) 5 (108.000,254.000) 6 (158.000,254.000)

7 (208.000,254.000) 8 (258.000,254.000) 9 (291.000,222.000) 10 (291.000,172.000)

11 (258.000,140.000) 12 (208.000,140.000)

6.3.5 传动轴坐标的计算(在小坐标系xoy下)

（1）驱动轴坐标计算

查《组合机床设计简明手册》得K=129.5 即Y0129.5

所以 y0129.514010.5

又 x0=108 故在小坐标下 o（108.000，-10.500） 在标准坐标系XOY下 O（183.000，129.500）

（2）01、02号传动轴

01号轴轴心取在1、2、3、4轴的同心圆圆心处

则在在y=11457 上，所以y01=57 则有： 2

(x0133)2572(x010)2(5732)2

解得：x01=56.258

∴ 01号轴轴心坐标（56.258，57.000） 轴径为20mm。

中心距A012,3,4,5= (56.25833)2572=61.562

A011,6 = (83.00056.258)2572=62.962

啮合系01-6: m=2, Z01=30 , =+0.68, Z6=32, =-0.2, 啮合系01-5: m=2, Z01=30 , =0, Z5=32, =-0.22 啮合系01-4: m=2, Z01=30 , =+0.68 Z4=32, =-0.9 啮合系01-3: m=2, Z01=30 , =0, Z3=32, =-0.22 啮合系01-2: m=2, Z01=30 , =+0.68 Z2=32, =-0.9 啮合系01-1: m=2, Z01=30 , =0, Z1=32, =+0.48 传动比i011,2,3,4,5,6=30/32=1/1.0667

01轴与02轴左右对称,易得02轴坐标以及与02轴啮合的各轴上齿轮的齿数\变位系数

02轴坐标（159.742，57.000），轴径20mm。

中心距A028,9,10,11=A012,3,4,5 =61.562

A027,12 = A011,6=62.962

啮合系02-7: m=2, Z02=30 , =+0.68, Z7=32, =-0.2, 啮合系02-8: m=2, Z02=30 , =0, Z8=32, =-0.22 啮合系02-9: m=2, Z02=30 , =+0.68 ， Z9=32, =-0.9 啮合系02-10: m=2, Z02=30 , =0, Z10=32, =-0.22 啮合系02-11: m=2, Z02=30 , =+0.68 Z11=32, =-0.9 啮合系02-12: m=2, Z02=30 , =0, Z12=32, =+0.48

传动比i027,8,9,10,11,12=30/32=1/1.0667

现在，需要验证2轴上齿轮不与3轴上轴套、3轴上齿轮不与4轴的轴套相碰，则1~12根轴上齿轮的设计合理。验证如下：

A23 = 32.000233.0002=45.967 > 32.0+2.0+7.5+2.5-20.9=42.2 32.0为轴2上齿轮的分度圆半径 ，2.0为齿顶高，7.5为3轴的半径，2.5为3轴上轴套的单边厚度，-20.9为2轴上齿轮的变位量。说明齿轮与轴不干涉。

A34=50.000 > 32.0+2.0+7.5+2.5-20.22=43.56

32.0为3轴上齿轮的分度圆半径 ，2.0为齿顶高，7.5为4轴的半径，

2.5为4轴上轴套的单边厚度，-20.22为3轴上齿轮的变位量。说明齿轮与轴不干涉。

（3）03号传动轴：

03号传动轴布置在中间竖直线上，轴径25mm。

啮合系03-01：m=2.5，Z03=21, =0, Z01=21, =-0.006 A0301=

（42/2）2.5-0.0062.5=52.5-0.015=(108.00056.258)2(y57.000)2 解得：y03=65.804

所以，03号传动轴坐标（108.000，65.804）。

传动比 i0301,02= 21/21 = 1.00

（4）04号传动轴：

04号传动轴布置在中间竖直线上，轴径25mm。

啮合系03-04：m=3，Z03=30, =0，Z04=28，=0。

y04=y03+60（3/2）=152.804

故得到04号传动轴坐标：（108.000，152.804）

现在，需要验证6轴上齿轮不与04轴上轴套相碰。

A604(108.00083.000)2(152.804114.00)246.16

32.02.020.6102.545.3

说明齿轮与轴不干涉。

传动比i0304=30/28=1.0714

（5）05号传动轴：

05号传动轴布置在中间竖直线上，轴径25mm。考虑到安装叶片泵需要在主轴箱体前壁上刮出深度2mm的直径Φ115mm的孔，该传动轴采用了埋头传动轴。

啮合系04-05：m=2，Z04=32, =0，Z05=22，=0。

y05=y04+54（2/2）=206.804

故得到05号传动轴坐标：（108.000，206.804）。

传动比 i0405=32/22=1.455

将在:小坐标系xoy下计算得出的各传动轴的坐标换算到加工主轴箱用的标准坐标系XOY下,结果如下:

01轴坐标 (131.258, 199.000)

02轴坐标 （234.742，199.000）

0轴坐标 (183.000，129.500)

03轴坐标 （183.000，205.804）

04号传动轴坐标： （183.000，292.804）

05号传动轴坐标： （183.000，357.804）

6.3.6 叶片泵润滑系统、手柄轴设计及其坐标计算(在小坐标系xoy下)

（1） 叶片泵润滑系统设计及叶片泵轴坐标计算：

大型标准主轴箱采用叶片润滑油泵进行润滑。油泵打出的油经过分油器分向各个润滑部位。对于卧示标准主轴箱，主轴箱体前后壁间的齿轮和壁上的轴承用油盘润滑，箱体和后盖以及前盖之间的齿轮用油管润滑。

对于攻丝主轴箱而言,其前盖结构的特殊之处是:为了安装攻丝靠模的需要,前盖上要设计出凸出的部分。为了给靠模杆等部件润滑,前盖上要安装油盘。因此,要设置一条油管将油引到该油盘上。

一般情况下，对于中等尺寸以下的主轴箱，用一个叶片油泵润滑即可。叶片润滑油泵使用转速为400～800转。

这种油泵的传动方式有两种：一种是借助油泵传动轴传动的，另外一种是通过直接装在油泵轴上的齿轮直接传动的,即油泵齿轮布置在第一排。本设计采用了后面一种方式。因为它结构简单,便于维修。其结构如下图所示。

图4-1

油泵的安置要使其回转方向保证进油口到出油口转过2700。

06号传动轴即叶片泵轴布置在与05号传动轴等高的水平线上。

叶片泵轴坐标计算如下：

啮合系05-06：m=2，Z05=36, =0，Z06=26，=0。

x06=x05- 62（2/2）=108.000-62=46.000

故得到06号传动轴坐标：（46.000，206.804）。

传动比i0506=36/26=1.385

（2）手柄轴的设计及其坐标计算

组合机床上一般有较多的刀具，为了便于更换或者调整刀具，或者是装配维修时检查主轴的精度，一般每个主轴箱上都要设置一个手柄轴，以便于手动回转主轴。

为了扳动起来轻便，手柄轴的速应尽可能高一些，其所处的位置要靠近机床操作者的一侧，并且是便于下扳手的地方。手柄轴的周围应该有较大的空间，以便于扳动一次手柄的转角不小于60度。

07号传动轴布置在与05号传动轴等高的水平线上。轴径30mm。

手柄轴坐标计算：

啮合系05-07：m=2，Z05=36, =0，Z06=25，=0。

传动比i0507=36/25=1.44

x07=x05+ 61（2/2）=108+61=169.000

故得到07号传动轴坐标：（169.000，206.804）。

A0607=169.000-46.000=123.0mm > 115/2 + 15+ 2.5

这说明手柄轴与安装07号传动轴位置合理。

小坐标系xoy下计算得出的各个轴的坐标换算到加工主轴箱用的标准坐标系XOY下,结果如下:

06号传动轴坐标： （123.000，346.804）

07号传动轴坐标： （244.000，346.804）

6.3.7各轴转速的计算

已知驱动轴转速: n0 = 480r/min

n03=n0i003=480(1/1.5)=320r/min

n02n01n03i03013201.00=320r/min

n7,8,9,10,11,12n1,2,3,4,5,6n01i011,2,3,4,5,6

=320(1/1.0667)=300 r/min

n04n03i03043201.0714=342.86r/min

n05n04i0405342.861.455=498.8 r/min

n06n05i0506498.81.385=690.6 r/min

n07n05i0507498.81.44=718.3r/min

6.3.8攻丝行程控制机构的设计及坐标计算

一 攻丝行程控制机构的控制原理

攻丝主轴正向切削回转时通过齿轮、蜗杆、蜗轮带动挡铁盘回转，当攻丝到全深，挡铁盘相应地转过一定角度，挡铁盘上的反向挡铁压下组合开关中的反向触点，攻丝电机反转带动丝锥退回，挡铁盘也随之反转，待丝锥回到原位，挡铁盘上原位挡铁压下原位触点，切断电机电源，主轴停止转动，攻丝结束。

二 攻丝行程控制机构的选用

攻丝行程控制机构是组合机床的一个通用部件,用于控制攻螺纹工作循环。常用的回转式和直线式两种。

(1) 直线式攻丝行程控制机构

(2) 回转式攻丝行程控制机构

这种形式应用广泛，已列入标准的有T7941和T7942两种型号，本设计中采用的是也是T7942。

在设计攻丝主轴箱时,要安排攻丝主轴到挡铁盘之间的传动环节。

丝锥每前进一个螺距时,主轴要转一转，在一个攻丝行程L内,主轴应转

Ln=转 攻t

t: 螺纹螺距,t=1mm

攻丝行程L=A+H A:切入长度,由加工示意图得A=8mm

H:攻丝深度,H=14mm

故L=22mm, n=22转 攻

攻丝主轴到挡铁盘之间的传动应满足以下要求:

Z1Z31 n=0.330.83 攻Z2Z424

主轴至蜗杆轴的速比i= (0.330.83)24Z1Z3= nZ2Z4攻

在设计的传动系统中, i=24 36

∴在(0.330.83)中选取0.611

三 攻丝行程控制机构传动系统的设计及其坐标计算

在主轴与蜗杆轴之间,采用了一对中间传动轴08和09。

(1) 啮合系9-08的设计及其坐标计算:

在第二排上安置齿轮， 9与08在一条水平线上。

啮合系9-08: m=2，Z9=32, =+0.164； Z08=32，=-0.328。

x08=x9+ (32+32)（2/2）+20.164-20.328

=216.000+ (32+32)（2/2）+20.164-20.328

=279.441

y08=y9=82.000

故得到08号传动轴坐标：（279.441，82.000）。坐标换算到加工主轴箱用的标准坐标系XOY下是（354.441，219.000）

(1) 啮合系08-09的设计及其坐标计算:

09号轴是蜗杆轴。参考>P159页攻螺纹用蜗杆轴及齿轮的标准,齿轮采用Z-1T0744-43型号，模数m=2.5,齿数Z=32

啮合系08-09: m=2.5, Z08=20，=+0.218;Z09=32, =0。

T7942是通用部件。在结构安排时应使蜗杆轴的轴心线与主轴箱体的外壁相平行,且距离主轴箱体的外壁为80mm的位置上,这样才能与控制机构的蜗轮相啮合。而且为了安装的需要,在主轴箱体的外壁上刮出了深度为2mm的平面。这样,在加工主轴箱用的标准坐标系XOY下, 蜗杆轴的轴心的横坐标是:

500-E-2-80=393mm

其中,E是主轴箱体上标准坐标系原点距离主轴箱体左端面的距离,查手册得到E=25mm。

在计算用的小坐标系xoy下,蜗杆轴即09号轴的轴心的横坐标是:

393.000-75.000=318.000

按照下述的公式计算蜗杆轴的轴心的纵坐标:

A0809=(x08x09)2(y08y09)2 =(279.441318.000)2(82.000y09)2

=(2.5/2) (32+20)+2.50.218

解得: y09=147.454

在主轴箱体上标准坐标系下09号轴的坐标是(393.000,289.454)

综述, 在主轴箱体上标准坐标系下各轴的坐标是:

1 (158.000,142.000) 2 (108.000,142.000)

3 ( 75.000,174.000) 4 ( 75.000,224.000)

5 (108.000,256.000) 6 (158.000,256.000)

7 (208.000,256.000) 8 (258.000,256.000)

9 (291.000,224.000) 10 (291.000,174.000)

11 (258.000,142.000) 12（208.000,142.000）

01 (131.258,197.000) 02（234.742，197.000）

03（183.000，205.804） 04（183.000，292.804）

05（183.000，346.804） 06（119.000，346.804）

07（234.000，346.804） 08（354.441，222.000）

09 (318.000,271.870） 0 (183.000，129.500)

6.4主轴箱总图设计

6.4.1主视图设计

主视图主要用以表明主轴箱的传动系统、齿轮排列位置，附加机构及润滑油泵的位置，润滑点的配置，手柄轴的位置和各轴的编号。

设计润滑系统时，卧式主轴箱箱体内三排齿轮是用油盘润滑的，后盖内第四排齿轮单独引油管润滑，还要引油管润滑动力箱齿轮。此外，分油器的位置要选择在靠近操作者一侧，以便观察和检查润滑油泵的工作情况。

6.4.2展开图设计

展开图主要表示各轴装配关系，主轴、传动轴、齿轮、隔套、防油套、轴承

等的形状和相对位置，图中各零件的轴向尺寸要按比例画出；各轴径向可不按传动关系和展开顺序画。图中必须注明齿轮排数，轴的编号、直径和规格。

对结构相同的同类型主轴和传动轴，可只画一根，在图上注明相同轴的轴号即可。对于轴向装配结构基本相同，只是齿轮大小及排数不同的两根（或两组）轴，可以合画在一起，即轴心线两边各表示一根（或一组）。

展开图上应完整标注主轴箱的厚度尺寸和与厚度有关的尺寸，主轴外伸部分长度及内、外径。

6.4.3主轴及传动轴装配表

由于主轴箱内的零件数量很多，规格不一，把每根轴上零件的规格、尺寸和数量用装配表表示，有利于组织生产，节约设计时间。

6.4.4 动力箱与后盖前后盖与主轴箱的定位

动力箱与后盖、前后盖与主轴箱的定位用剖视图表示。动力箱与后盖定位用 d=16mm,型号为22-ZHBQ45-3-31和22-ZHBQ45-3-32的定位销；主轴箱与前后盖定位用d=16mm,型号为2-20ZIQ45-4，2-B-20ZIQ45-4的定位销。

6.5 传动零件的校核

传动系统确定后,应该对总体设计和传动设计中选定的传动轴径和模数进行验算,校核是否满足工作要求。

6.5.1验算传动轴的直径

验算传动轴的直径主要是验证传动轴是否能够满足扭矩的要求。

03号轴的轴径是25mm。它承受的扭矩最大，因此校核03号轴。其扭矩计算按照下面的公式:

TT1U1T2U2TnUn

其中, Tn: 作用在第n个主轴上的扭矩(Nm)

Un: 传动轴至第n个主轴之间的传动比。

各主轴的扭矩相同,均为2.4Nm。

Un=i0301i011,2,3,4,5,6=1.0(1/1.0667)=1/1.0667

所以, T=12T1U1=(122.4)/1.0667=27.0Nm

对于传动轴,允许的扭转角[]=1,轴径是25mm时,能够承受的扭矩是55Nm。

由此可见, 最危险的传动轴能够满足扭矩的要求。那么所有的传动轴直径都能够满足强度的要求。

6.5.2 齿轮模数的验算

一般只对多主轴箱中承受载荷最大、最薄弱的齿轮进行接触强度和弯曲强度的验算。选取03号轴上与驱动轴齿轮发生啮合关系的齿轮进行强度的验算，该齿轮的模数m=3,齿数z=31,变位系数为0。

多主轴箱中齿轮传动为闭式齿轮传动。在闭式齿轮传动中,通常以保证齿面接触疲劳强度为主。但对于齿面硬度而齿芯强度又低的齿轮,通常以保证齿根弯曲强度为主。现在,采用了20Cr钢经渗碳后局部高频淬火的齿轮正是齿面硬度而齿芯强度又低，所以只进行齿根弯曲疲劳强度的验算。

验算公式如下: KFtYFaYSa[]F bm F

其中:

F: 齿根处的弯曲应力(Mpa)

K: 载荷系数。K=KAKvKK

KA: 使用系数。对于机床的传动机构中有轻微载荷冲击,取KA=1.25

Kv: 动载系数。根据图 取Kv=1.13

K: 齿间载荷分配系数。对于经过表面硬化的直齿轮,取K=1.1 K:齿向载荷分配系数。对于非对称布置的硬齿面齿轮,取K=1.196 所以K=1.251.131.11.196=1.858

Ft: 齿轮所受的圆周力(N)

Ft=2T/d ，其中T在前面已经算出：

T=27.0103Nmm,

齿轮分度圆直径d=331=93mm。

故: Ft=(227.0103)/93=581N。 YFa: 齿形系数。 查得YFa=2.50

YSa: 应力校正系数。查得YSa=1.630

[]F: 应力极限(Mpa)。[]F=KFNFE S

KFN: 弯曲疲劳寿命系数。查得KFN=1.2

FE: 弯曲疲劳强度极限。查得FE=580Mpa

S: 疲劳强度安全系数。查得S=1.4

所以, []F=

b: 齿轮宽度(mm)。b=32mm

m: 齿轮模数。m=3

所以,F=1.8585812.501.630 =45.82 Mpa

机械毕业设计毕业论文

前言

一毕业设计目的及意义：

一般的单一机床是适合小批量的生产工人多效率低，现在比较流行的数控机床虽然技术含量比较高，使得工人的劳动强度大大地降低，多个工序可以在一台机床上完成，但它也只适合小批量的生产。我现在研究的组合机床就是适合大批量大量生产，它加工工序单一，操作简单，效率高。这正是我研究组合机床的必要性之所在。

此次设计的目的是使学生在通过了基础课、专业基础课和专业课的教学过程后进行一次大型的机械设备设计训练，促使学生综合运用所学专业知识进行机械设计；查阅各种有关资料、进行必要的调查研究和分析;熟悉组合机床的组成部分及正确设计；通过组合机床的设计，熟练进行中等难度机械结构的设计，培养分析问题、解决问题的能力，使学生在毕业后能尽快适应所担负的工程技术工作，为祖国多做贡献。

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二毕业设计内容

此次设计的内容包括：组合机床“三图一卡”设计；主轴箱设计；夹具设计；重要零件设计；编制设计说明书。

在设计中要完成以下工作：

1．绘制零件加工工序图

组合机床是专门用来完成某工件加工工序的专用设备。学生首先应熟悉和分析该零件的整个工艺过程，了解该零件在该工序前已加工完的内容和本工序的加工任务，确定在本工序中的定位基准和夹紧位置，加工根据工序图的规定画法绘制工序图。

2．绘制加工示意图，估算生产率

在根据本工序加工要求选择好合适的刀具、切削用量，计算好切削扭矩、切削功率和轴向力后，即可选择合适的主轴型式和规格，以及刀具与主轴间的各联接件和刀具的导向件，确定工件的加工表面、刀具联接件与机床主轴间的相互关系，从而画出加工示意图。本设计中加工示意图可代刀具布置图，所以图示结构应尽量表示清楚。

根据工件加工表面尺寸和切削用量可计算出加工的基本时间，加上查表或估算的其他时间可计算工序时间定额、机床生产率和全年负荷率。

3．绘制机床联系尺寸图

根据加工示意图的内容计算刀具切削时的轴向力、切削扭矩

切削功率，确定进刀、退刀行程，再根据工序图所示加工零件时的实际需要可确定机床动力部件的型式和规格，再选择与之相配套的其他部件，即可绘制机床联系尺寸图。

机床联系尺寸图在本设计中代机床总图，图示机床各部件结构形状不可过于简化 应能表示出其结构特征。

在绘制机床联系尺寸图时，机床的某些专用部件尚未设计好（如主轴箱和夹具），所以只能预留其位置，应在这些部件完成设计后补上，若与机床联系尺寸图有矛盾，则应修改后者，以至能反映机床实况。

4．绘制专用部件图

组合机床机械部分由通用部件和专用部件构成，通用部件只需选用，而专用部件需要专门设计，本设计中要求设计的专用部件是主轴箱和夹具部件。专用部件设计时应设想多种方案，然后分析比较它们的优缺点，最后选择一个最佳方案。

学生通过机床联系尺寸图和专用部件图的设计应能达到对整台机床及部件的结构原理比较熟悉，并有一定的装配和调整方面的知识。

5．绘制重要零件工作图

重要零件主要指作用重要、结构复杂、技术要求较多的零件，本设计中主要指夹具体或主轴箱箱体等铸件。我需要绘制主轴箱体补充加工图。它主要表明了主轴箱体在铸造出来以后为了满足装配而需要在其上进行哪些加工。通过绘制重要零件，我对零件结构工艺性的改善及技术要求的标注方面的知识又有了进一步的提高。

6.毕业设计说明书

我将在研究、设计过程中及时纪录的有关数据及资料进行最后的整理，编写成设计说明书。其内容包括毕业设计任务、各种方案示意图及比较分析，必要的计算和最终结论，设计工作完成的心得体会和建议等。

毕业设计工作量要求： 设计图纸 折合0#图纸4张以上

设计说明书 16开纸30页以上，

用A4纸打印、正文宋体小四号字

说明书格式：1.设计说明书（包括题目、摘要、关键字、字数300-500英文翻译）

2.目录

3.正文 详细叙述涉及主要过程

（包括总体方案、各部分具体设计计算过程和设计结果）

4.总结

5.参考文献

三．毕业设计工作进度安排

本次毕业设计全过程从第一周到第16周，共16周。（2月28日——6月19日） 首先了解任务书的内容和要求；其次找到设计过程中的所需的参考书，并掌握相关的知识；第三，参观工厂了解组合机床的具体结构以及其夹具的结构形式；第四，根据图纸画出“三图一卡”，经老师指导后修改更正，直到没有问题，第五，完成毕业设计和论文，准备答辩。具体安排如下：

第1—3周 开题报告，熟悉资料，准备绘图工具及图纸，并进行调查研究 第4—6周 绘制工序图、加工示意图、机床联系尺寸图，计算生产率 第7—10周 主轴箱部件图设计

第11至14 周上半周 夹具部件图设计，完善机床联系尺寸图

第14周下半周至15周 重要零件的零件工作图设计，并整理设计说明书

第16周 编写设计说明书并准备答辩

四． 毕业设计总任务

1） 题目名称

D180柴油机机体12孔攻丝机床及夹具设计

2） 题目内容及要求：

完成设计一台攻丝机床。完成对柴油机机体12个孔攻丝。年生产纲领5万太以上。

加工对象：D180柴油机机体。12个孔的具体要求见图纸。

3） 实验数据及要求：

零件加工工序图1张，加工示意图1张，机床联系尺寸图1张，主轴箱装配图1

张，夹具装配总图1张，夹具重要零件图1张。

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第1章 组合机床总体设计

1.1攻螺纹组合机床常用的通用部件及选用

1.1通用部件的选用原则

通用部件的选用是组合机床设计的主要内容之一。选用的方法是:根据所需

的功率、进给力、进给速度等要求,选用动力部件及其配套部件。

选用原则是:

1) 切削功率应满足加工所需的计算功率(包括切削所需功率、空转功率、传

动功率)。

2) 进给部件应满足加工所需的最大计算进给力、工作行程和工作循环的要

求。

3) 动力箱与多主轴箱尺寸相适应和匹配。

4) 应满足加工精度的要求。

5) 尽可能按通用部件的配套关系选用有关的通用部件。

1.2攻螺纹组合机床常用的通用部件及其选用

1.2.1 动力滑台

动力滑台是由滑座滑鞍和驱动装置组成实现直线进给运动的动力部件。根据

被加工零件即D180N柴油机箱体的工艺要求:底面12-M6攻丝,孔深16mm螺纹深14mm,在滑鞍上安装动力箱,动力箱带动主轴箱完成攻丝工序。

动力滑台根据驱动和控制方式的不同可分为液压滑台机械滑台和数控滑台三

种类型。根据需要选用液压动力滑台,型号为1HY040-IA，台面宽400mm，长800mm，行程长400mm，滑台及滑座总高320mm其特点是:采用双矩形导轨结构形式,导向的长度大,导向性好；滑座体为箱形框架结构,滑座底面中间增加了结合面,结构刚度高，导轨寿命长。

1.2.2 攻丝卡头及攻丝靠模装置

1. 攻丝卡头

攻丝卡头用于连接丝锥和攻丝主轴,保证丝锥与被加工的螺纹底孔自动对中,

并保证丝锥顺利地引进；补偿丝锥每分钟引进量与攻丝主轴每分钟进给量之差值。

2. 攻丝靠模装置

攻丝装置的进给运动直接由靠模螺杆靠模螺母得到。其优点是:靠模经磨制可

以得到较准确的螺距,而且靠模杆带动丝锥进给比较轻,其中攻丝接杆可以补偿靠模系统与丝锥自行引进的进给差,攻丝时可以得到较高的精度。

(1) 通用的TO281型攻丝靠模装置

这种攻丝靠模装置通常由攻丝靠模和攻丝卡头配合组成攻丝装置。这种装置

易于调整,只要松开压板,便可方便的将丝锥取出,且在变动被加工螺孔时,易装卸调换，只是整个结构轴向尺寸较大。

(2) 通用的TO282攻丝靠模装置

这种攻丝靠模装置轴向尺寸较小,主要用于活动攻丝模板和钻攻复合模板。

考虑以上因素,选用通用的TO281型攻丝靠模装置。

3. 攻丝靠模实现的方式

攻丝靠模实现的方式有两种:

(1) 把攻丝靠模直接装在主轴箱内,组成用于整台机床全部是攻丝工序的

攻丝装置,它的特点是刚性好,结构简单,但调整更换丝锥不方便。

(2) 另一种是攻丝模板,将靠模装置装在模板上,模板用固定在主轴箱上

的导杆导向。这种方法结构复杂,刚度亦差。

考虑到以上因素,在设计中采用了前一种方法。

1.2.3 主运动驱动装置----动力箱

动力箱是将电机的动力传递给多主轴箱,它与多主轴箱配套使用。

1TD系列动力箱的性能参考>表5-38、表5-39。

1.2.4. 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。本设计中卧式机床的

床身是由通用的侧底座和专用的中间底座组合而成,此种结构的优点是加工和装配工艺性好,安装和运输较方便。

(1) 中间底座其顶面安装夹具,侧面与侧底座相连接,并通过端面定位销定

位。

中间底座其结构尺寸需根据工件的大小形状等来确定。 中间底座其一般按专

用部件进行设计,但为了不致使组合机床的轮廓尺寸过分繁多,中间底座的主要尺寸应符合如下的国家标准规定：

注:1.高度630mm为优先采用值,可根据具体情况采用560 mm和710mm；

2.当中间底座长度>1250mm时,可从优先数系R10GB321—64中选用。

因此根据组合机床的联系尺寸，选中间底座的长为800，宽为800，高为

350.5

(2)侧底座(1CC系列)

侧底座的长度应于滑台相适应，选用1CC401型号，它的高度有560\630mm

两种，采用560mm，宽度600mm，长度1350。

1.2.5 计算切削功率并选用动力箱

T0.195D1.4p1.5 PTv

9.740D

其中 T:主轴切削扭矩Nmm；D:螺纹大径,D=6mm；p: 螺纹螺距,p=1mm；

P: 主轴切削功率(Kw)； v:切削速度(mmin)按推荐,加工材料为铸

铁时 v=4 8min，已经取v= 5.65min

计算得: T=2.396Nmm

P=(2.4×5.65)/(9.740×3.14×6)=0.0739 Kw

此时,各主轴的转速按下面的公式计算:

n主轴= 1000v10005.65= =300r/min D6

12根轴的切削功率为P12:

P12=P×12=0.0739×12=0.89Kw

主轴箱所需要的功率,应等于切削功率空载消耗功率及与负载成正比的功率

损失之和,即:

P主= P切+ P空+P损

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P主: 主轴箱总功率；

P切: 各主轴切削功率总和， P切=P12=0.89 Kw；

P空: 各轴空载消耗功率的总和，根据>P91页轴的空转功率

表格,可计算出 P空=0.210 Kw；

P损: 各轴损失功率的总和，P损一般取传递功率的1%，P损=0.03 Kw。

计算得: P主=0.89+0.210+0.03=1.13 Kw

在确定攻丝电机功率时,应考虑丝锥钝化的影响,一般按计算功率的

1.52.5倍选取。

P主×(1.52.5 )=1.712.825 Kw

根据>P115页动力箱的选用标准,选用的动力箱型号为1TD40,电动机功率是3.0 Kw,驱动轴转速是480r/min。

1.2.6. 根据通用部件的配套关系选用与动力箱匹配的其他通用部件

参考>P14页表2---3

选用 液压滑台 动力箱 侧底座

1HY40 1TD40 1CC401

第二章 组合机床的概述

2.1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率专用机床。它能够对一种或几种零件进行多刀、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部件约占全部机床零、部件总量的70-80%,因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。

（2） 由于组合机床可以采用多刀加工，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，其大部分部件要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复使用，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。

2.2组合机床的工艺范围、加工精度及配置形式

组合机床可以完成的工艺有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削、刮平面、倒角、切槽及滚压等。而且现在随着综合自动化技术的不断

发展,其工艺范围也在不断的扩大。

就设计的攻丝组合机床而言,若润滑条件良好,在铸铁件上加工出的螺孔可以达到2级精度,表面粗糙度达到Ra1.6微米。

螺孔的位置精度由于攻丝时以工件底面为定位基准,加上其他误差的影响,一般可以达到0.25mm,机床精度较高时可以达到0.15mm。

2.3组合机床的设计步骤

2.3.1 拟订方案阶段

1.制定工艺方案

这是设计组合机床最重要的一步。工艺方案制定的正确与否,将决定机床能否达到“体积小,重量轻,结构简单,使用方便,效率高,质量好”的要求。

为了使工艺方案制定得合理,必须从认真分析被加工零件的图纸开始,深入现场全面了解被加工零件的结构特点,加工部位,尺寸精度,表面粗糙度和技术要求,定位夹紧方式,工艺方法和加工过程所采用的刀具,切削用量及生产率等要求,分析其优缺点,从而确定零件在机床上完成的工艺方法及内容,决定刀具的种类结构形式和数量及切削用量等。

2.确定机床的配置形式

根据确定的工艺方案,确定机床的配置形式,并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。

3.总图设计---三图一卡

在选定工艺方案并确定机床配置形式结构方案的基础上,进行方案图纸的设计。

2.3.2 技术设计阶段

根据已经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等开展部件设计,绘制夹具主轴箱等的装配图。

2.3.3 工作设计阶段

(1) 绘制所有专用零件图并绘制出润滑冷却管路系统图及机床总图。

(2) 编制设计说明书。

2.4组合机床的发展趋向

2.4.1 提高通用部件的水平

提高通用部件的水平可以提高部件的精度和动静性能，因而使被加工零件的精度明显提高,表面粗糙度减小。

2.4.2 优化装夹方案

在我所设计的攻丝组合机床上，为了降低工人的劳动强度、节省装夹工件的时间和保证定位的快速、可靠，我设计的夹具夹紧装置有两根螺柱作为支撑，两根螺柱之间的距离大于零件的尺寸，零件的定位方案是以零件的3个面进行定位，工人在装夹时，就能从正面直接把零件装进夹具，紧靠定位元件，然后夹紧，这样就使工人操作简单，提高的工作效率。

第3章 组合机床工艺方案及配置方式的确定

3.1 组合机床工艺方案的确定

3.1.1工艺基准面的分析

1. 箱体类零件工艺基准面的选择

箱体类零件工艺基准面的选择原则：

1) 选择的定位基准面应确保工件稳定定位，定位面应尽量大一些。同时,基准面的光洁度、平直性越好越有利于保证定位的精确程度。

2)定位基准面的选择应考虑到夹紧的方便,夹具结构简单。

3)应尽量采用设计基准面为工艺基准面。

4)考虑装卸工件的方便。

加工零件D180N柴油机箱体为箱体类零件。零件有精度高的孔系要加工，既可以采用一面两孔的定位方法,也可以采用三个平面定位的方法。一面两孔的定位方式，对定位柱销的形状和位置精度有很高的要求，更重要的是在反复的装卸工件的过程中，柱销极易发生磨损，使得定位精度大大地降低。而在三面定位的定位方式下，采用的是平面定位，定位面积比较大，在装卸工件的过程中，定位面发生的磨损相对于大面积的平面来说比较小，而且比较均匀。本设计采用了后面一种定位方法。

综合考虑以上因素,决定:

三面定位中, D180N柴油机箱体零件图上俯视图前表面为主定位面,限制工件的三个自由度；右表面为次定位面,限制工件两个自由度；正视图顶平面限制工件一个自由度。

2. 确定工件的夹压位置

确定工件的夹压位置时考虑到如下问题:

保证工件夹压后定位稳定，并有足够的刚度，夹压点的位置应夹压合力尽量落在定位平面之内,力求接近定位平面的中心。

力求使夹压部位靠近箱体的壁或筋,减少夹压后变形。

3.1.2 加工工艺的分析

组合机床上常用的攻螺纹方法

在组合机床上常用丝锥攻制螺纹,其特点是当丝锥攻入12丝之后,则丝锥会自行引进,主运动和进给运动之间的严格关系由丝锥自身保证,即自引法攻丝。

S丝=np

S丝 : 丝锥每分钟自行引进量()

n : 丝锥每分钟转数(转min)

p : 丝锥螺纹螺距,p=1mm

为了保证丝锥稳定可靠地攻入工件和不干扰丝锥的自行引进,要求主轴系统向前进给与丝锥的自行引进完全同步。

即 Vt= S丝

Vt : 主轴系统的进给量(mm)。

实际上,无论哪一种攻螺纹主轴都难于达到这一点。因此,丝锥和主轴系统都不是刚性连接,而是在两着之间设有进给差的补偿环节。

3.1.3 确定组合机床工艺方案时应注意的问题

1. 攻丝工序要尽量放在最后进行。因为攻丝通常都需要润滑,如果设在前面,润滑油液将粘附在工件上,而弄脏其他机床,而且加工时会冒烟。

2. 孔间中心距离的限制

在确定组合机床加工工艺时,要考虑可以同时加工的最小孔间中心距。由于主

轴箱上的主轴结构的需要,以及保证必须的加工精度的需要和工作可靠性的要求,组合机床攻丝时对于通用的主轴箱,其主轴间的最小间距是28.5mm。

现在,被加工的柴油机箱体上的螺纹孔中心的间距是50mm>28.5mm。

所以,能够满足孔间最小中心距离的要求。

3.1.4切削用量的选择

1. 确定切削用量时应注意的问题

1). 切削用量的选择应尽可能达到合理地利用所用的刀具,充分发挥其性能。

2). 在选择切削用量时,应注意产品批量的影响。

在大批大量生产中,组合机床要求很高的生产效率,自然地切削用量就应该大一些，本设计的组合机床就是这种情况。

对于在铸铁件上加工螺纹,推荐的切削用量是v=4 8min，取v= 5.65min。

3.2 组合机床配置形式的选择

组合机床有大型和小型两种，本设计的是大型组合机床。

大型组合机床的配置形式有:卧式单面组合机床、立式单工位组合机床、卧式双面组合机床、复合式双面组合机床、卧式多面组合机床、复合式多面组合机床等等。

根据被加工零件的特点,选用卧式单工位组合机床就可以满足零件加工的需要。

设计的组合机床夹具采用了固定式的结构，这样,机床可以达到的加工精度高。

第四章 三图一卡的设计

组合机床总体设计

组合机床总体设计,就是针对零件,在选定的工艺和结构方案的基础上,进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图以及生产率计算卡。

4.2.1 被加工零件工序图

1. 被加工零件工序图的内容

被加工零件工序图是根据制订的工艺方案,表示所设计的机床上完成的工艺内容,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、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和本机床加工前余量的图样。其主要内容包括:

1). 被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。

2). 本工序所选用的定位基准、夹压部位以及夹紧方向。

3). 本工序加工表面的尺寸、精度表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。

4). 注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。

2. 按照规定绘制被加工零件工序图

绘制被加工零件工序图时按照了如下的规定:

1) 绘制被加工零件工序图表达应该清晰明了,突出本工序内容,按照一定

的合适比例,绘制足够的视图以剖面。本加工工序加工部位用粗实线表示,其余部位用细实线表示。

2) 注意事项:

本加工工序加工部位的位置尺寸应与定位基准发生直接关系。

当本工序有特殊要求时必须注明。本设计中必须注明的特殊要求是: 攻丝12- M6深14mm，所以要加工的螺孔不是通孔。

4.2.2 加工示意图

加工示意图是反映零件加工的工艺方案,表示了加工零件在机床上加工过程,刀具、辅具的布置情况以及工件、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等。

其主要内容为:

(1) 反映机床的加工方法、加工条件及加工过程：

加工方法： 丝锥攻制螺纹。

(2) 决定刀具类型、数量、结构、尺寸：

丝锥采用长柄机用丝锥，数量12根。

(3) 决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度：

主轴采用前后支承均为推力球轴承和无内圈滚子轴承的攻丝主轴，外伸长度120mm。

取主轴直径d=15mm，验算如下：

4M100d 由d=B 得M= （其中可查取B=5.2） 4100B

100154

6923.9Nmm ∴ M=5.24

又 Wp0.2d30.2153675mm3

则M6923.910.25MPa Wp675

查得45钢的[]=31MPa

M[] 符合 Wp ∴

(4) 选择标准的浮动卡头、导向装置、攻丝靠模装置,并决定它们的结构、参数及尺寸：

攻丝卡头采用通用的大型组合机床用攻丝卡头1-T0637-03。

卡头号：1号；莫氏圆锥：1号。

(5) 标明主轴、攻丝卡头、夹具与工件间的联系尺寸、配合及精度。

4.2.3机床联系尺寸图

绘制联系尺寸图，一般是在已画出被加工零件图、加工示意图，并初选动力部件及与其配套的通用部件之后进行的。对于机床的某些重要尺寸也应在画联系尺寸图之前的方案设计阶段初步确定，如机床的装料高度，主轴箱轮廓尺寸及夹具轮廓尺寸等。尤其对于加工精度要求较高，比较复杂的组合机床，往往需要预先画出夹具方案的详细草图，以确定其主要轮廓尺寸。所以，总体设计更确切地说是包括夹具方案草图在内的设计。

1）.夹具轮廓尺寸的确定

组合机床夹具是保证零件加工精度的重要专用部件。这里所要确定的夹具轮廓尺寸主要是指夹具底座的长宽高。这些尺寸的确定，除了首先必须考虑工件的轮廓尺寸、形状、具体结构外，还须考虑能够布置下保证加工要求的定位、限位、夹紧机构，导向系统，并要考虑夹具底座与机床其它部件连接、固定所需要的尺寸。对精加工机床，不应过分追求尺寸小，一定要确保夹具具有足够的刚性。初定夹具轮廓尺寸是760 x 620x420。

2）.机床装料高度H 的确定

装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。我国过去设计组

合机床的装料高度一般取H=850毫米。为提高通用部件及支承部件的刚度并考虑自动线设计时中间底座内要安装夹具输送、冷却排屑装置，新颁布的组合机床标准推荐装料高度H=1060毫米，与国际标准一致。现阶段，设计组合机床时，装料高度可视具体情况在H=850～1060毫米间选择。

因为主轴箱最低主轴必须和工件最低孔同心。所以机床装料高度H按照如下的公式计算：

H1+5+H2+0.5+h1=H+H3

其中：

H1： 侧底座高度。对于1CC401侧底座，H1=560mm。

5 ： 侧底座与滑台之间的调整垫片的厚度。

H2： 滑台总高（mm）。滑台1HY40：H2=320mm。

0.5： 主轴箱体最低面与滑台顶面的间隙。

h1：h1=170 最低主轴高度（毫米）。根据主轴箱总装配图，mm。

H3： 工件上最低孔到工件最低定位面的距离（毫米）。 由加工示意图可知，H3=20mm。

所以，560+5+320+0.5+170=H+20

解得：H=1035.5mm。

本机床装料高度H=1035.5毫米。

3）.中间底座轮廓尺寸的确定

中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面安装连接的需要。其长度方向尺寸要根据所选动力部件及其配套部件的位置关系，照顾各部件联系尺寸的合理性来确定。非常重要的是，一定要保证加工终了位置时，工件端面至主轴箱前端面的距离不小于加工示意图上要求的距离。同时，要考虑动力部件处于加工终了位置

时，主轴箱与夹具外轮廓间应有便于机床调整、维修的距离。为便于切削及冷却液回收，中间底座周边须有足够宽度的沟槽。

初定出中间底座的长宽高尺寸后，应优先在通用部件标准中选用尺寸与之相近的标准中间底座以简化设计。但往往由于机床装料高度和夹具轮廓尺寸已先根据加工情况及车间工件运送滚道等具体条件定出，则造成中间底座不能选择通用件，而须参考类似中间底座专门设计。

4）.主轴箱轮廓尺寸的确定

绘制机床联系尺寸图时，着重要确定的尺寸是主轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度。

图3-1 主轴箱轮廓尺寸确定

主轴箱宽度B、高度H的大小主要与被加工零件孔的布置有关，可按下式确定：

Bb2b1

Hhh1b1

式中： b—— 工件在宽度方向相距最远的两孔距离（毫米）。已知b=216mm。

b1—— 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（毫米）。

h—— 工件在高度方向相距最远的两孔距离（毫米）。已知h=114mm。

。 h1——最低主轴高度（毫米）

为保证主轴箱有排布齿轮的足够空间，推荐b1＞70～100毫米。取

b1=100mm。

主轴箱最低主轴高度h1须考虑到与工件最低孔位置、机床装料高度、滑台滑座总高、侧底座高度、滑座与侧底座之间调整垫高度等尺寸之间的关系而确定。对于卧式机床，h1要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏外，一般取

h1 ＞85～140毫米。取h1=17.mm。 B=216+2×100=416mm。 H=114+172+100=386mm。

按照通用的主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱体的轮廓尺寸为B×H=500×500毫米。

5）联系尺寸图的绘制

以工件左端面为基准，根据前面已经确定的工件端面至主轴箱前端面的最小距离382毫米确定机床左面主轴箱前端面的轴向位置。再根据主轴箱最低主轴高度位置尺寸172毫米及主轴箱轮廓尺寸长×宽×厚=500×500×570毫米画出左主轴箱外廓。主轴箱以其后盖与动力箱定位连接，根据已选择的1TD40动力箱的安装联系尺寸画出动力箱轮廓。

在机床长度方向上，通常动力箱后端面应与滑台后端面平齐安装。 液压滑台的右端面距离侧底座最右端为80mm。

滑座安装在液压滑台上。滑座的最右端至液压滑台的最右端的距离是68mm，即是后备量。

为便于机床的调整和维修，滑座与侧底座之间需加5毫米厚的调整垫。

4.2.4机床生产率计算卡

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

进及工进速度等，就可计算机床的生产率及生产率计算卡，用以反应机床的加工过程，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。

1.确定动力部件的工作循环及工作行程

动力部件的工作循环是指：加工时动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置又返回到原始位置的动作过程。一般包括快速引进、工作进给、工作退回、快速退回等动作。 有时还有中间停止、多次往复进给、跳跃进给、死档铁停留等特殊要求，这是根据具体的加工工艺需要确定的。

下面讨论工作行程长度的确定：

（1） 攻进和攻退长度 攻进长度等于攻退长度。攻进长度应等于工件加工部位长度L=14 与刀具切入长度l1 和切出长度L2之和。切入长度l1应根据工作端面的误差情况在5-10 毫米之间选择，选取误差大时取大值。设计中取l1=8mm。对于12-M6深14的螺纹来说，因为不攻通，所以L2=0mm。

（2） 快速退回长度等于快速引进与工作进给长度之和 快速引进是指动力部件把主轴箱连同刀具从原始位置送进到工件进给开始位置，其长度按加工具体情况确定。假如刀具刚性较好，且能够满足生产率的要求，那么，为使动力滑台的导轨在全长形成上均匀磨损，也可使快退行程长度加大。

(3) 动力部件总行程长度 动力部件的总行程除应保证要求的工作循环外，还要考虑装卸和调整刀具方便，即考虑前、后备量。

前备量是指因刀具磨损或补偿制造、安装误差，动力部件尚可向前调节的距离。后备量是指考虑刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中取出所需要的轴向距离。理想情况是保证刀具退离夹具导套外端面的距离大于接杆插入主轴孔内（或刀具插入接杆孔内）的长度。因此，动力部件的总行程为快退行程长度与前后备量为选择标准动力滑台或设计专用动力部件的依据。

1）

理想生产率Q（件/小时）

指完成年生产纲领A所要求的机床生产率。任务书上要求完成年生产纲领5万台以上。取A=5万台。理想生产率与全年工时总数K有关。采用单班制生产，

取K=1750小时。

Q2）

实际生产率Q1

A50000 = =28.57件/小时 K1750

指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。 Q1

60

（件/小时） T单

式中：T单——生产一个零件所需的时间（分）

LL快退L1L2

t停）（快进t移t装卸） vf1vf2vfk

（ T单t切t辅

其中： L1,L2——分别为刀具第Ⅰ，第Ⅱ工作进给行程长度（毫米）。根据加工示意图，L1L2=切入长度+攻丝长度=8+14=22mm。

vf1,vf2——分别为丝锥第Ⅰ、第Ⅱ工作进给量（毫米/分）。根据加工示意图vf1vf2=vf=304mm/min

t停——当加工沉孔、止口、倒角、光整表面时，动力滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转5～10转所需时间（分）。现在，对于攻丝而言，丝锥在完成攻丝后要立即反转。故t停=0。

L快进，L快退 ——分别为动力部件快进，快退行程长度（毫米）。根据机床联系尺寸图，L快进L快退=280mm。

vfk——动力部件快速行程速度。采用机械动力部件取5～6米/分；液压动力部件取3～10米/分。对于液压滑台，取vfk=6米/分。

t移——直线移动或回转工作台进行一次工位转换的时间，一般取0.1分。

t装卸——工件装卸时间，它取决于工件重量、装卸是否方便及工人的熟练程度。一般取0.5～1.5分，取t装卸=1.5分。

所以，

T单（Q1

220.2800.280

=1.766分 0）（0.11.5）

3046

60

=33.98件 1.712

计算出的机床实际生产率满足理想生产率要求，即Q1Q，说明选择的切削用量、机床设计方案是合理的。

3）

机床负荷率负当Q1Q时，计算负荷率： 负

Q28.57==0.841。Q133.98

机床生产率计算卡见下页：

4）

第5章 组合机床夹具设计

5.1 组合机床夹具概述

夹具是组合机床的重要组成部件,是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。

组合机床夹具看起来和一般夹具的作用很相近,但其结构和设计要求却有很显著甚至是根本的区别。组合机床夹具的结构和性能,对组合机床配置方案的选择,有很大的影响。 一般的机床夹具是作为机床的辅助结构设计的,而组合机床的夹具是组合机床的主要组成部分,其设计工作是整个组合机床设计的重要部分之一。 组合机床夹具和机床的其他部件有极其密切的联系。组合机床夹具是保证加工精度的关键部件,其设计制造和调整都有严格的要求。

组合机床夹具应便于实现定位和夹压的自动化,并有动作完成的检查信号,保证切屑从加工空间自动排除,便于观察和检查。

按结构特点,组合机床夹具分为单工位和多工位夹具两大类。本设计完成的是单工位夹具的设计。

5.2 组合机床夹具的总体设计

5.2.1组合机床夹具的设计步骤

(1) 认真研究分析所要设计的夹具的原始数据和要求,被加工零件的特点,工艺安排和加工方法,机床特点等。此外,还要考虑装卸方式夹压方法、有无冷却液以及切屑排除等具体要求。

(2) 拟订夹具结构方案和进行必要的计算

根据机床设计中确定的工件定位基面、夹压位置、加工方法等,制定夹具的总体方案。首先绘制工件的外形,然后在工件四周的相应位置上表示出夹具的结构。最后进行夹压力计算和必要的强度计算。为了提高质量和缩短设计制造周期,在拟订夹具结构方案时,尽量采用了通用的部件和零件。

(3) 组合机床夹具的总图和零件设计

在已确定的夹具结构方案基础上,设计夹具总图和零件图。按本组合机床夹具设计的主要功能,其结构分为两大部分,即定位支撑结构和夹紧结构。

5.2.2组合机床夹具结构方案的制定

一、定位方式的选择

采用三面定位。主定位面为底面，因为它还要承受工件的重量，所以接触面积要大些。该面采用了三条定位支承板，消除了工件的三个自由度，选择的定位支承板应尽可能狭而长，同时应有足够的刚度。为了使所有定位平面能保持在同一平面内，在装配后，应经过一次磨平。它用3个螺钉固定在夹具体上,螺钉的规格是:M1040。 支承板规格是:

支承板 A25x220 GB2236-80. 材料:T8 热处理后硬度是5560HRC。

次定位面选在夹具的右部。该面采用了支承板,采用3个M840的螺钉固定在夹具体上，它的主要作用是作工件推入夹具体时导向用。它消除了工件的两个自由度。其规格是:

支承板 A16160 GB2236-80 材料:T8. 热处理后硬度是5560HRC。

定位支承板和支承块紧固在夹具本体的铸造凸台上。这样可以减少夹具本体的加工面积,减少加工时间。

考虑到工件装卸的方便，最后一个定位面选择在夹具体的后壁上。采用支撑钉，它消除了工件的一个自由度。

支撑钉 B20x10 GB2236-80 材料：T8

热处理：渗碳深度0.8～1.2mm，淬火60～64HRC。 二、 夹紧机构的选择及设计

（1）、进行夹紧机构设计时应遵循如下的诸要求： 1） 必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位 2） 工件和夹具的变形必须在允许的范围内 3） 夹紧机构必须可靠

4） 夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速，符合工人操作习惯。 （2）、夹紧动力

夹紧动力可以来自于机械机构、或者液压缸或者气压缸等。

机械机构的优点是夹紧可靠；但其需要人工操作，费时费力，不利于提高生产效率，因此不能用于大批大量的生产。

气压夹紧的优点是夹紧动作迅速，但是其体积庞大，不便于减小夹具的体积。 液压夹紧的优点是夹紧动作迅速，夹紧力大，夹紧可靠，有利于提高生产效率。而且液压缸体积小，易于减小夹具的体积。

综合以上因素，设计中采用了液压夹紧。 （3）、攻丝时工件所受力分析

攻丝时,工件在丝锥的轴向方向上所受的轴向力很小,一般的情况下可以

忽略不计。在丝锥圆周的切线方向上受扭转力矩,使得工件有发生倾倒的趋势，夹具的夹紧力主要是平衡工件所受的倾覆力矩。

（4）、必要的夹紧力计算和液压缸的选用。 1.计算时应考虑的计算系数 1）摩擦系数

各种不同接触表面间的摩擦系数是不同的。

对于支承板安装后又磨平，工件接触表面为加工过的表面的情况，查手册得推荐值：f=0.15～0.25，取f=0.20。

2）安全系数

K=K0K1K2K3K4K5

K0：基本安全系数。一般取1.5。

K1：加工状态吸系数。粗加工取K1=1.0。

K2： 刀具钝化系数。一般取1.0～1.9。取K2=1.9。 K3：切削特点系数。断续切削取K3=1.0

K4：夹紧力稳定系数。手动夹紧取K4=1.3，机动夹紧取K4=1.2。 K5：仅在有力矩企图使工件回转时才应考虑支承面接触情况。若工件安装在

支承板上，取K5=1.5。

K=K0K1K2K3K4K5=1.5×1.0×1.9×1.0×1.2×1.5=5.13 2. 必要的夹紧力计算 F必要=K×f×W

W：工件的重力。工件质量约是40㎏。W=400N。

F必要=5.13×0.2×400=410.4N。 3．

液压缸的选用

选用了通用的T5016Ⅰ型前法兰式液压缸，行程30mm，缸径D=65mm。安装螺钉是6-M12×45。油液工作压力25㎏/cm2，有效的工作压力是20㎏/cm2。

因此，T5016Ⅰ型前法兰式液压缸能提供的有效的压力是 F缸 =



4

D22010=663325N

大于F必要。说明选用合理。该压力足以克服工件被加工时所受的倾覆力矩，保证加工过程的顺利进行。

（5） 夹紧力方向及夹紧力作用点的确定 1．夹紧力方向的确定。

夹紧力方向确定时应尽量遵循下列的各原则： a—

夹紧力的方向应有利于工件的定位而不能破坏定位，一般要求夹紧力

应垂直于第一定位基准面。

b— c—

夹紧力的方向应与工件刚性高方向相一致

夹紧力的方向应尽量与切削力和重力方向一致，有利于减小夹紧力

综合考虑到以上各原则，确定夹紧力方向竖直向下。 2．夹紧力作用点的选择：

1)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。

2)夹紧力的作用点应作用在工件刚度高的部位。 3)夹紧力的作用点和支撑点尽可能靠近切削部位。 4)夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。 （6）夹紧装置的设计

液压缸的芯轴上用M16的螺纹联接着接杆。但是，接杆并不能直接把夹紧力作用在被加工的零件上。接杆的尾部接一个弧型压块，型号为B100x20 GB2174-80。这样做的好处是扩大了工件的受力面积，工件上受力均匀，提高了加工过程中工件的稳定性，易于保证工件加工的精度要求。

接杆与弧型压块的连接方法见夹具装配图。

四 夹具本体的设计

夹具本体的设计一般要求有:

1) 足够的刚度和强度

2) 较轻的重量

3) 安装要稳定

4) 保证工件装卸方便

5) 工艺性要好

6) 便于清理切屑和赃物

7) 保证使用安全

夹具本体最常用的制造方式为铸造。 它的工艺性好,可以铸出较复杂的形状.一般能保证较好的刚度,而且重量轻,机械加工量小,对于表面位置精度要求较高的本体,用刮削来保证其精度时,采用铸件更为合适,另外,铸件工作时吸收振动的性能好,故应用广泛。

铸铁为最常用的材料,它价格便宜,抗振性能好,塑性很小,再使用过程中,可以保持较高的精度。

考虑到以上的因素,决定夹具本体采用铸铁件。 材料为HT200。夹具体壁厚20mm 。

夹具的制造多为单件生产，其结构工艺性的好坏，对夹具制造的精度、生产周期等有着很大的影响。尤其是夹具体，因其结构复杂，变化较多，又是夹具中最大的零件，定位件和其他的一些元件都要安装在夹具本体上，各个表面间的相互位置精度和表面本身的精度要求都很高，因此，夹具本体的构造工艺性比其

他的零件更为突出。

在设计夹具本体的过程中,考虑到的铸造工艺性问题有:

1) 注意拔模斜度一般为23度

2) 合理布置加强筋,增加夹具本体的刚度

3) 夹具本体的几何形状的选择应便于加工

4) 本体的构形应考虑装配的可能性和方便性

夹具本体零件的构造，对装配工作的影响很大，合理选择夹具本体的结构形状，会给夹具的装配工作带来很大的方便。

5) 本体零件图上的尺寸标注应便于测量

夹具本体的构造以及尺寸和角度的标注都比较复杂，设计时除了考虑加工和装配的工艺性之外，还应考虑到测量的方便性。

考虑到铸造工艺性，夹具机构的两个支承架与夹具体分开铸造，然后用螺钉和圆锥销装配起来。螺钉的规格和数量是:6-M1045。

5.3 夹具总图的绘制

当选定结构后，即可绘制夹具总图。

5.3.1 夹具总图上应表示的内容

（1） 工件的轮廓图，特别是定位基准部分和加工面。（用假想的线画出）

（2） 夹具结构的投影图和必要的剖面图。

（3） 夹具总图上应标注的主要尺寸及技术条件。

（4） 有关制造、使用、调整等方面的特殊条件和说明，以及联用的图号。

（5） 夹具零件号。

5.3.2 绘制总图的程序和要求

（1）、未开始动手之前，先初步考虑一下结构的布置，按照预想的结构大小

选取幅面，以能画下全部的总图为原则。

（2）、选择投影面，通常按工件在加工时操作者正对的面为投影面。

（3）、按照所处的加工位置，画出零件的轮廓图。首先画出定位基准，再画零件外轮廓以及加工部位。有了工件的轮廓，就可以直观地看出是否会发生干涉问题。

（4）、 按照工序卡上的定位图，画出有关的定位元件。

（5）、 按照所考虑的夹紧方案，画出夹紧装置。

（6）、 画出夹具本体以及其他的零件。

（7）、 查看图面是否已经把结构全部表明，即夹具上的每种零件都能在总图上看得清楚，与其他零件的装配情况也能表示明白。

（8）、注上夹具的零件号。

（9）、注出总图上的主要尺寸和技术条件。

（10）、填写标题栏。

5.3.3 夹具总图上的主要尺寸和技术条件

确定夹具总图上的主要尺寸和技术条件是夹具设计中的重要工作之一。它关系到夹具的使用、制造、维修、装配、检验等，对夹具的质量有着直接的影响。

一、 总图上需要标注技术要求的表面类别

1．对于保证零件的加工精度起主导作用的各种表面，即所谓的定位面、找正面等，都应标注技术要求。

2． 夹具的某些表面，如果对夹具的制造、检验和装配的质量发生主要影响时，也必须对这些表面的精度和配合特性以及它们之间的相对位置精度标注必要的技术要求。

二、 夹具总图上主要尺寸公差的确定

对于平面定位表面，通常可以采用按照总图组合后进行磨平的加工方

法。按照它与夹具安装面之间的位置关系，可以标注平行度、垂直度等要求，其公差可以由夹具装配后的精度所确定。

三、 夹具上标注主要尺寸和技术要求时的注意事项

1． 在确定有关表面的技术条件的公差数值时，应考虑到夹具上基准面的大小和被测量面的大小。当基准面较大而被测量面较小时，公差可以定得小些。

2． 夹具总图上的技术要求应尽量采用综合注法，即总图上标注的技术要求能控制此处各零件之间的多重配合表面的制造精度。

3． 标注主要尺寸和技术条件时应注意基准面的选择。一般应尽量采用夹具上较大的使用表面作为基准面来标注技术要求。

5.4 夹具的定位误差分析

因为该夹具采用的是三个平面定位，不用进行夹具的定位误差计算。

第6章 组合机床多主轴箱设计

6.1多主轴箱的基本结构

主轴箱按其结构大小可分为大型主轴箱和小型主轴箱两大类。大型主轴箱又可分为标准主轴箱和专用主轴箱，我们设计的是大型标准主轴箱。

大型攻丝主轴箱主要由箱体、主轴、传动轴、齿轮、轴套等零件和通用的附加机构组成。主轴箱体、前盖、后盖、上盖、侧盖等为箱体类零件。通常，卧式主轴箱的厚度为325毫米。主轴、传动轴、手柄轴（供更换、调整刀具和主轴箱装配及维修检查主轴精度时回转主轴用）、传动齿轮、动力箱或电机齿轮等为传动类零件。叶片油泵、分油器、注油杯、排油塞、通用油盘和防油套等润滑防油元件。

按照通用的标准, 主轴箱体厚度取180mm,材料为HT200 ； 后盖厚度取

90mm,材料为HT 250；前盖基型厚度取为20mm,材料为HT 250 。

攻丝标准主轴采用轴径15mm的前后支承均为推力球轴承和无内圈磙子轴承的主轴，主轴材料为20Cr钢,热处理为S0.5C59。

传动轴采用了:

(1) 圆锥滚子轴承传动轴

(2) 埋头式传动轴

(3) 手柄轴

(4)攻丝用蜗杆轴

传动轴材料用45钢,调质处理T215。

齿轮均采用20Cr,热处理为齿部高频淬火G54。

6.2 多主轴箱设计步骤和内容

6.2.1 绘制多主轴箱设计原始依据

从”三图一卡”中已知:

1) 主轴箱轮廓尺寸为500500mm

2) 工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸

3) 工件与主轴箱相对位置尺寸

根据这些数据可得出绘制多主轴箱设计原始依据如下:

[1]被加工零件:

零件名称: D180N柴油机箱体；

材料 : HT200；

[2]主轴外伸尺寸及切削用量

轴号 加工直径 主轴直径d(mm) 主轴外伸尺寸 V(mmin) n(

转min)

112 螺纹M6 Φ15 Φ24/Φ12mm, 5.65 300

外伸L=120mm

[3]动力部件

TD40Ⅲ型动力箱电机功率3.0 Kw,转速960转,驱动轴转速480转min,驱动轴到划台表面距离为160mm。

6.2.2传动系统的设计与计算

传动系统的设计与计算就是通过一定的齿轮传动链把驱动轴传进来的动力和转速按要求分配到个主轴。

在设计传动系统时,综合考虑了各方面因素,满足了传动系统设计的一般通用原则,如下:

1) 在保证了主轴强度刚度转速和转向的前提下,力求使各传动部件规格小数量少体积小。

2) 尽量用一根传动轴带动多根主轴,当齿轮啮合中心距不满足标准时,采用了变位齿轮的方法来解决。

3) 没有采用主轴带动主轴的方案,这样会增加主轴的负荷，降低主轴的切削效率和寿命。

4) 为使结构紧凑,主轴箱体内的齿轮传动副的传动比为12。

5) 主轴上的齿轮尽量靠近前支承,以减少主轴的扭曲变形。

6) 齿轮排数按如下方法安排:

(1) 不同轴上齿轮不相碰,可放在同一排上。

(2)齿轮不能与轴或轴套相碰。

(3)齿轮与轴相碰,可放在后盖内。

7) 驱动轴直接带动的传动轴数不宜超过两根,以免给装配带来困难。

6.3 主轴箱坐标计算

主轴箱坐标计算就是根据已知的驱动轴与主轴位置与传动关系,计算出中间传动轴的坐标,以便在绘制主轴箱零件图时,将各孔的坐标尺寸完整地标注出来,并用以绘制坐标检查图,作为对传动系统设计的全面检查。

6.3.1. 加工基准坐标系的选择

根据主轴箱的安置情况和加工所用设备条件而定。对于安装在动力箱上的主轴箱,坐标原点取在定位销中心上，其坐标是(0.000,0.000)。

6.3.2. 坐标计算的顺序

坐标计算的顺序是:首先计算主轴的坐标,然后计算与这些主轴有直接啮合关系的传动轴坐标,再按顺序计算其余各轴的坐标。

最终,要把计算出来的各轴坐标填入专门的坐标表格中。

6.3.3选用计算用的小坐标系xoy

为了计算的方便, 选用计算用的小坐标系。小坐标系的原点取在12根主轴中心构成的216×114mm矩形的左下角。 选用计算用的小坐标系xoy的坐标原点在主轴箱体的标准坐标系下的坐标值是(75.000,140.000),即两个坐标系的相对位置。

6.3.4 主轴坐标的计算

主轴坐标的计算是按主轴箱设计的原始依据进行的。

在:小坐标系xoy,坐标结果如下:

1 ( 83.000, 0.000) 2 ( 33.000, 0.000) 3 ( 0.000, 32.000) 4 ( 0.000, 82.000) 5 ( 33.000,114.000) 6 ( 83.000,114.000)

7 (133.000,114.000) 8 (183.000,114.000)

9 (216.000, 82.000) 10 (216.000, 32.000)

11 (183.000, 0.000) 12 (133.000, 0.000)

将在小坐标系xoy下计算得出的各主轴的坐标换算到加工主轴箱用的标准坐标系XOY下 ,结果如下:

1 (158.000,140.000) 2 (108.000,140.000) 3 ( 75.000,172.000) 4 ( 75.000,222.000) 5 (108.000,254.000) 6 (158.000,254.000)

7 (208.000,254.000) 8 (258.000,254.000) 9 (291.000,222.000) 10 (291.000,172.000)

11 (258.000,140.000) 12 (208.000,140.000)

6.3.5 传动轴坐标的计算(在小坐标系xoy下)

（1）驱动轴坐标计算

查《组合机床设计简明手册》得K=129.5 即Y0129.5

所以 y0129.514010.5

又 x0=108 故在小坐标下 o（108.000，-10.500） 在标准坐标系XOY下 O（183.000，129.500）

（2）01、02号传动轴

01号轴轴心取在1、2、3、4轴的同心圆圆心处

则在在y=11457 上，所以y01=57 则有： 2

(x0133)2572(x010)2(5732)2

解得：x01=56.258

∴ 01号轴轴心坐标（56.258，57.000） 轴径为20mm。

中心距A012,3,4,5= (56.25833)2572=61.562

A011,6 = (83.00056.258)2572=62.962

啮合系01-6: m=2, Z01=30 , =+0.68, Z6=32, =-0.2, 啮合系01-5: m=2, Z01=30 , =0, Z5=32, =-0.22 啮合系01-4: m=2, Z01=30 , =+0.68 Z4=32, =-0.9 啮合系01-3: m=2, Z01=30 , =0, Z3=32, =-0.22 啮合系01-2: m=2, Z01=30 , =+0.68 Z2=32, =-0.9 啮合系01-1: m=2, Z01=30 , =0, Z1=32, =+0.48 传动比i011,2,3,4,5,6=30/32=1/1.0667

01轴与02轴左右对称,易得02轴坐标以及与02轴啮合的各轴上齿轮的齿数\变位系数

02轴坐标（159.742，57.000），轴径20mm。

中心距A028,9,10,11=A012,3,4,5 =61.562

A027,12 = A011,6=62.962

啮合系02-7: m=2, Z02=30 , =+0.68, Z7=32, =-0.2, 啮合系02-8: m=2, Z02=30 , =0, Z8=32, =-0.22 啮合系02-9: m=2, Z02=30 , =+0.68 ， Z9=32, =-0.9 啮合系02-10: m=2, Z02=30 , =0, Z10=32, =-0.22 啮合系02-11: m=2, Z02=30 , =+0.68 Z11=32, =-0.9 啮合系02-12: m=2, Z02=30 , =0, Z12=32, =+0.48

传动比i027,8,9,10,11,12=30/32=1/1.0667

现在，需要验证2轴上齿轮不与3轴上轴套、3轴上齿轮不与4轴的轴套相碰，则1~12根轴上齿轮的设计合理。验证如下：

A23 = 32.000233.0002=45.967 > 32.0+2.0+7.5+2.5-20.9=42.2 32.0为轴2上齿轮的分度圆半径 ，2.0为齿顶高，7.5为3轴的半径，2.5为3轴上轴套的单边厚度，-20.9为2轴上齿轮的变位量。说明齿轮与轴不干涉。

A34=50.000 > 32.0+2.0+7.5+2.5-20.22=43.56

32.0为3轴上齿轮的分度圆半径 ，2.0为齿顶高，7.5为4轴的半径，

2.5为4轴上轴套的单边厚度，-20.22为3轴上齿轮的变位量。说明齿轮与轴不干涉。

（3）03号传动轴：

03号传动轴布置在中间竖直线上，轴径25mm。

啮合系03-01：m=2.5，Z03=21, =0, Z01=21, =-0.006 A0301=

（42/2）2.5-0.0062.5=52.5-0.015=(108.00056.258)2(y57.000)2 解得：y03=65.804

所以，03号传动轴坐标（108.000，65.804）。

传动比 i0301,02= 21/21 = 1.00

（4）04号传动轴：

04号传动轴布置在中间竖直线上，轴径25mm。

啮合系03-04：m=3，Z03=30, =0，Z04=28，=0。

y04=y03+60（3/2）=152.804

故得到04号传动轴坐标：（108.000，152.804）

现在，需要验证6轴上齿轮不与04轴上轴套相碰。

A604(108.00083.000)2(152.804114.00)246.16

32.02.020.6102.545.3

说明齿轮与轴不干涉。

传动比i0304=30/28=1.0714

（5）05号传动轴：

05号传动轴布置在中间竖直线上，轴径25mm。考虑到安装叶片泵需要在主轴箱体前壁上刮出深度2mm的直径Φ115mm的孔，该传动轴采用了埋头传动轴。

啮合系04-05：m=2，Z04=32, =0，Z05=22，=0。

y05=y04+54（2/2）=206.804

故得到05号传动轴坐标：（108.000，206.804）。

传动比 i0405=32/22=1.455

将在:小坐标系xoy下计算得出的各传动轴的坐标换算到加工主轴箱用的标准坐标系XOY下,结果如下:

01轴坐标 (131.258, 199.000)

02轴坐标 （234.742，199.000）

0轴坐标 (183.000，129.500)

03轴坐标 （183.000，205.804）

04号传动轴坐标： （183.000，292.804）

05号传动轴坐标： （183.000，357.804）

6.3.6 叶片泵润滑系统、手柄轴设计及其坐标计算(在小坐标系xoy下)

（1） 叶片泵润滑系统设计及叶片泵轴坐标计算：

大型标准主轴箱采用叶片润滑油泵进行润滑。油泵打出的油经过分油器分向各个润滑部位。对于卧示标准主轴箱，主轴箱体前后壁间的齿轮和壁上的轴承用油盘润滑，箱体和后盖以及前盖之间的齿轮用油管润滑。

对于攻丝主轴箱而言,其前盖结构的特殊之处是:为了安装攻丝靠模的需要,前盖上要设计出凸出的部分。为了给靠模杆等部件润滑,前盖上要安装油盘。因此,要设置一条油管将油引到该油盘上。

一般情况下，对于中等尺寸以下的主轴箱，用一个叶片油泵润滑即可。叶片润滑油泵使用转速为400～800转。

这种油泵的传动方式有两种：一种是借助油泵传动轴传动的，另外一种是通过直接装在油泵轴上的齿轮直接传动的,即油泵齿轮布置在第一排。本设计采用了后面一种方式。因为它结构简单,便于维修。其结构如下图所示。

图4-1

油泵的安置要使其回转方向保证进油口到出油口转过2700。

06号传动轴即叶片泵轴布置在与05号传动轴等高的水平线上。

叶片泵轴坐标计算如下：

啮合系05-06：m=2，Z05=36, =0，Z06=26，=0。

x06=x05- 62（2/2）=108.000-62=46.000

故得到06号传动轴坐标：（46.000，206.804）。

传动比i0506=36/26=1.385

（2）手柄轴的设计及其坐标计算

组合机床上一般有较多的刀具，为了便于更换或者调整刀具，或者是装配维修时检查主轴的精度，一般每个主轴箱上都要设置一个手柄轴，以便于手动回转主轴。

为了扳动起来轻便，手柄轴的速应尽可能高一些，其所处的位置要靠近机床操作者的一侧，并且是便于下扳手的地方。手柄轴的周围应该有较大的空间，以便于扳动一次手柄的转角不小于60度。

07号传动轴布置在与05号传动轴等高的水平线上。轴径30mm。

手柄轴坐标计算：

啮合系05-07：m=2，Z05=36, =0，Z06=25，=0。

传动比i0507=36/25=1.44

x07=x05+ 61（2/2）=108+61=169.000

故得到07号传动轴坐标：（169.000，206.804）。

A0607=169.000-46.000=123.0mm > 115/2 + 15+ 2.5

这说明手柄轴与安装07号传动轴位置合理。

小坐标系xoy下计算得出的各个轴的坐标换算到加工主轴箱用的标准坐标系XOY下,结果如下:

06号传动轴坐标： （123.000，346.804）

07号传动轴坐标： （244.000，346.804）

6.3.7各轴转速的计算

已知驱动轴转速: n0 = 480r/min

n03=n0i003=480(1/1.5)=320r/min

n02n01n03i03013201.00=320r/min

n7,8,9,10,11,12n1,2,3,4,5,6n01i011,2,3,4,5,6

=320(1/1.0667)=300 r/min

n04n03i03043201.0714=342.86r/min

n05n04i0405342.861.455=498.8 r/min

n06n05i0506498.81.385=690.6 r/min

n07n05i0507498.81.44=718.3r/min

6.3.8攻丝行程控制机构的设计及坐标计算

一 攻丝行程控制机构的控制原理

攻丝主轴正向切削回转时通过齿轮、蜗杆、蜗轮带动挡铁盘回转，当攻丝到全深，挡铁盘相应地转过一定角度，挡铁盘上的反向挡铁压下组合开关中的反向触点，攻丝电机反转带动丝锥退回，挡铁盘也随之反转，待丝锥回到原位，挡铁盘上原位挡铁压下原位触点，切断电机电源，主轴停止转动，攻丝结束。

二 攻丝行程控制机构的选用

攻丝行程控制机构是组合机床的一个通用部件,用于控制攻螺纹工作循环。常用的回转式和直线式两种。

(1) 直线式攻丝行程控制机构

(2) 回转式攻丝行程控制机构

这种形式应用广泛，已列入标准的有T7941和T7942两种型号，本设计中采用的是也是T7942。

在设计攻丝主轴箱时,要安排攻丝主轴到挡铁盘之间的传动环节。

丝锥每前进一个螺距时,主轴要转一转，在一个攻丝行程L内,主轴应转

Ln=转 攻t

t: 螺纹螺距,t=1mm

攻丝行程L=A+H A:切入长度,由加工示意图得A=8mm

H:攻丝深度,H=14mm

故L=22mm, n=22转 攻

攻丝主轴到挡铁盘之间的传动应满足以下要求:

Z1Z31 n=0.330.83 攻Z2Z424

主轴至蜗杆轴的速比i= (0.330.83)24Z1Z3= nZ2Z4攻

在设计的传动系统中, i=24 36

∴在(0.330.83)中选取0.611

三 攻丝行程控制机构传动系统的设计及其坐标计算

在主轴与蜗杆轴之间,采用了一对中间传动轴08和09。

(1) 啮合系9-08的设计及其坐标计算:

在第二排上安置齿轮， 9与08在一条水平线上。

啮合系9-08: m=2，Z9=32, =+0.164； Z08=32，=-0.328。

x08=x9+ (32+32)（2/2）+20.164-20.328

=216.000+ (32+32)（2/2）+20.164-20.328

=279.441

y08=y9=82.000

故得到08号传动轴坐标：（279.441，82.000）。坐标换算到加工主轴箱用的标准坐标系XOY下是（354.441，219.000）

(1) 啮合系08-09的设计及其坐标计算:

09号轴是蜗杆轴。参考>P159页攻螺纹用蜗杆轴及齿轮的标准,齿轮采用Z-1T0744-43型号，模数m=2.5,齿数Z=32

啮合系08-09: m=2.5, Z08=20，=+0.218;Z09=32, =0。

T7942是通用部件。在结构安排时应使蜗杆轴的轴心线与主轴箱体的外壁相平行,且距离主轴箱体的外壁为80mm的位置上,这样才能与控制机构的蜗轮相啮合。而且为了安装的需要,在主轴箱体的外壁上刮出了深度为2mm的平面。这样,在加工主轴箱用的标准坐标系XOY下, 蜗杆轴的轴心的横坐标是:

500-E-2-80=393mm

其中,E是主轴箱体上标准坐标系原点距离主轴箱体左端面的距离,查手册得到E=25mm。

在计算用的小坐标系xoy下,蜗杆轴即09号轴的轴心的横坐标是:

393.000-75.000=318.000

按照下述的公式计算蜗杆轴的轴心的纵坐标:

A0809=(x08x09)2(y08y09)2 =(279.441318.000)2(82.000y09)2

=(2.5/2) (32+20)+2.50.218

解得: y09=147.454

在主轴箱体上标准坐标系下09号轴的坐标是(393.000,289.454)

综述, 在主轴箱体上标准坐标系下各轴的坐标是:

1 (158.000,142.000) 2 (108.000,142.000)

3 ( 75.000,174.000) 4 ( 75.000,224.000)

5 (108.000,256.000) 6 (158.000,256.000)

7 (208.000,256.000) 8 (258.000,256.000)

9 (291.000,224.000) 10 (291.000,174.000)

11 (258.000,142.000) 12（208.000,142.000）

01 (131.258,197.000) 02（234.742，197.000）

03（183.000，205.804） 04（183.000，292.804）

05（183.000，346.804） 06（119.000，346.804）

07（234.000，346.804） 08（354.441，222.000）

09 (318.000,271.870） 0 (183.000，129.500)

6.4主轴箱总图设计

6.4.1主视图设计

主视图主要用以表明主轴箱的传动系统、齿轮排列位置，附加机构及润滑油泵的位置，润滑点的配置，手柄轴的位置和各轴的编号。

设计润滑系统时，卧式主轴箱箱体内三排齿轮是用油盘润滑的，后盖内第四排齿轮单独引油管润滑，还要引油管润滑动力箱齿轮。此外，分油器的位置要选择在靠近操作者一侧，以便观察和检查润滑油泵的工作情况。

6.4.2展开图设计

展开图主要表示各轴装配关系，主轴、传动轴、齿轮、隔套、防油套、轴承

等的形状和相对位置，图中各零件的轴向尺寸要按比例画出；各轴径向可不按传动关系和展开顺序画。图中必须注明齿轮排数，轴的编号、直径和规格。

对结构相同的同类型主轴和传动轴，可只画一根，在图上注明相同轴的轴号即可。对于轴向装配结构基本相同，只是齿轮大小及排数不同的两根（或两组）轴，可以合画在一起，即轴心线两边各表示一根（或一组）。

展开图上应完整标注主轴箱的厚度尺寸和与厚度有关的尺寸，主轴外伸部分长度及内、外径。

6.4.3主轴及传动轴装配表

由于主轴箱内的零件数量很多，规格不一，把每根轴上零件的规格、尺寸和数量用装配表表示，有利于组织生产，节约设计时间。

6.4.4 动力箱与后盖前后盖与主轴箱的定位

动力箱与后盖、前后盖与主轴箱的定位用剖视图表示。动力箱与后盖定位用 d=16mm,型号为22-ZHBQ45-3-31和22-ZHBQ45-3-32的定位销；主轴箱与前后盖定位用d=16mm,型号为2-20ZIQ45-4，2-B-20ZIQ45-4的定位销。

6.5 传动零件的校核

传动系统确定后,应该对总体设计和传动设计中选定的传动轴径和模数进行验算,校核是否满足工作要求。

6.5.1验算传动轴的直径

验算传动轴的直径主要是验证传动轴是否能够满足扭矩的要求。

03号轴的轴径是25mm。它承受的扭矩最大，因此校核03号轴。其扭矩计算按照下面的公式:

TT1U1T2U2TnUn

其中, Tn: 作用在第n个主轴上的扭矩(Nm)

Un: 传动轴至第n个主轴之间的传动比。

各主轴的扭矩相同,均为2.4Nm。

Un=i0301i011,2,3,4,5,6=1.0(1/1.0667)=1/1.0667

所以, T=12T1U1=(122.4)/1.0667=27.0Nm

对于传动轴,允许的扭转角[]=1,轴径是25mm时,能够承受的扭矩是55Nm。

由此可见, 最危险的传动轴能够满足扭矩的要求。那么所有的传动轴直径都能够满足强度的要求。

6.5.2 齿轮模数的验算

一般只对多主轴箱中承受载荷最大、最薄弱的齿轮进行接触强度和弯曲强度的验算。选取03号轴上与驱动轴齿轮发生啮合关系的齿轮进行强度的验算，该齿轮的模数m=3,齿数z=31,变位系数为0。

多主轴箱中齿轮传动为闭式齿轮传动。在闭式齿轮传动中,通常以保证齿面接触疲劳强度为主。但对于齿面硬度而齿芯强度又低的齿轮,通常以保证齿根弯曲强度为主。现在,采用了20Cr钢经渗碳后局部高频淬火的齿轮正是齿面硬度而齿芯强度又低，所以只进行齿根弯曲疲劳强度的验算。

验算公式如下: KFtYFaYSa[]F bm F

其中:

F: 齿根处的弯曲应力(Mpa)

K: 载荷系数。K=KAKvKK

KA: 使用系数。对于机床的传动机构中有轻微载荷冲击,取KA=1.25

Kv: 动载系数。根据图 取Kv=1.13

K: 齿间载荷分配系数。对于经过表面硬化的直齿轮,取K=1.1 K:齿向载荷分配系数。对于非对称布置的硬齿面齿轮,取K=1.196 所以K=1.251.131.11.196=1.858

Ft: 齿轮所受的圆周力(N)

Ft=2T/d ，其中T在前面已经算出：

T=27.0103Nmm,

齿轮分度圆直径d=331=93mm。

故: Ft=(227.0103)/93=581N。 YFa: 齿形系数。 查得YFa=2.50

YSa: 应力校正系数。查得YSa=1.630

[]F: 应力极限(Mpa)。[]F=KFNFE S

KFN: 弯曲疲劳寿命系数。查得KFN=1.2

FE: 弯曲疲劳强度极限。查得FE=580Mpa

S: 疲劳强度安全系数。查得S=1.4

所以, []F=

b: 齿轮宽度(mm)。b=32mm

m: 齿轮模数。m=3

所以,F=1.8585812.501.630 =45.82 Mpa