机械机床毕业设计150汽车变速箱前后面孔系钻削攻丝组合机床设计.docx

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机械机床毕业设计150汽车变速箱前后面孔系钻削攻丝组合机床设计

摘要

本次的设计题目为汽车变速箱前后面孔系钻削攻丝组合机床设计。

汽车变速箱零件上的孔数多，如果采用普通的钻床加工效率低，精度也比较低。

特别是对于生产批量大的工件，采用专用的钻孔组合机床能提高生产率和精度。

首先是组合机床的总体设计，包括制定工艺方案、确定机床配置形式、制订影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。

主要工作是“三图”（加工零件工序图、加工示意图和机床联系尺寸总图）的设计和绘制，这些是组合机床设计的基础。

机床联系尺寸图有很多是标准组件，如动力滑台、侧底座等。

再来就是技术设计，主要是多轴箱装配图、夹具设计及其装配图。

机床多轴箱设计，是本次设计的重点。

多轴箱中各个轴的选择和分布是最为关键的也是难点之一，这要根据被加工零件的结构特点及所要加工孔的情况合理地布置各个主轴及传动轴。

此外，通过计算各轴工作时所要的功率、扭矩合理地设计各个轴的大小。

由于组合机床的自动化程度较高，因而组合机床的夹具和通用机床的夹具是有所不同的，因此采用液压机构进行夹紧，并采用连动销定位。

关键词：

组合机床，多轴箱，夹具。

Abstract

ThedesigntopicisdesignthemodulermachinetodrilltheholeofthespeedcontrollerboxofTheautomobilessinbackofdepartment.Becausetheautomobilebecomesoonboxhassomuchholes,ifthecommondrillmachinesareadoptedtodrilltheholes,theefficiencywillbelowandtheaccuracyisalsolower.Especiallyforproducethequantityofworkpiece,adoptedthecombinemachinefordrillcanraisetherateofproductionandaccuraciesappropriatively.Itistheoveralldesigningwhichmakesupthelatheatfirst,Whatthispartwillbedoneishowtodesignanddrawthe"threepictures"（processingpartprocesspicture,processsketchmap,lathegetintouchwithsizegeneraldrawing）,thesemakeupthefoundationofdesigningofthelathe.Thelathegetintouchwithsizegeneraldrawinghasalotofstandardmodule,suchaspowerslipperyplatform,inclinebasepartetc.SocendItisthetechniquedesigning,mainlythelathemanyaxlecasedesigningandthelathe’stongsdesignandit’sassemblesthediagram.thefocalpointofthemanyaxlecasedesigning,anditeachchoiceanddistributionofaxleisthemostkey,socalculateeveryaxlepower,torsionwanteddesigneachsizeofaxlerationalwhenworking.Throughanalyseandprocessthesituationofthehole,designthedistributionofthemainshaft..Becausetheautomationdegreeofthemodulermachineishigher,makinguplathe’stongsandordinarytongsoflathearedifferent,adopthydraulicpressureorganizationclamp,andadoptandmoveandsellandmakeareservationinsuccession.

KeyWords:

modularmachine,multiplespindlecase,fixture

摘要

1绪论

众所周知，机床的用途十分广阔，在国民经济中所起的作用极为重要。

可以说，机床生产的水平是衡量一个国家工业、农业、国防和科学技术四个现代化水平的重要标志。

组合机床是一种典型的加工类机械，它和其它机床一样是用于加工其它各类零件的母机。

以前，在生产中广泛的采用万能机床，但是随着生产的发展，万能机床越来越不能适应大规模，集成化的生产，很多企业的产品产量越来越大，精度越来越高，如汽车的汽缸体、变速箱，采用万能机床加工就无法很好的满足设计要求。

在这种情况下，组合机床应运而生。

在组合机床的设计上，在进行过工艺方案的论证，加工方法的选择以及确定机型、配置形式之后，就是组合机床的总体设计部分，总体设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工零件图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。

在这个部分就应该确定下加工方法，工装及夹紧形式以及切削用量等。

接下来是主轴箱的设计，具体设计步骤为：

绘制主轴箱设计原始依据图；确定主轴结构，拟订传动系统；计算主轴，传动轴的坐标，绘制主轴箱坐标检查图；绘制主轴箱装配总图及主轴箱补充加工图。

再接下来是设计机床工装夹具，最重要的是就是根据所加工的零件的结构特点和加工方法来设计合适的夹具。

开始时可以根据不同的设计思想规划出几套不同的方案。

最终选取其中最为合适的，在此基础上再进行夹紧力、定位误差的计算，最终画出夹具装配图。

本次课题为汽车变速箱前后面孔系钻削攻丝组合机床设计，共分为七章。

第2章组合机床的组成、特点和设计步骤，第3章制定机械加工工艺过程，第4章加工工序图，第5章加工示意图，第6章机床联系尺寸总图，第7章组合机床主轴箱设计，第8章夹具设计。

限于水平和经验，设计难免出现错误和不妥之处，敬请老师批评指正。

2组合机床的组成、特点和设计步骤

2.1组合机床的组成及特点

组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按照高度集中工序的原则设计的一种高效率的专用机床。

组合机床的各个部件都是具有一定独立功能的部件，并且大都已经系列化、标准化、和通用化的通用部件。

组合机床相比其它机床具有以下特点：

（1）主要用于棱体类零件和杂件的孔面加工。

（2）生产率高。

因为工序集中，可多刀、多轴、多面、多工位同时自动加工。

（3）加工精度稳定。

因为工序固定，可选用成熟的通用部件、精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性；

（4）因为通用化、系列化、标准化程度高，所以研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。

（5）自动化程度高，可降低工人的劳动强度；

（6）配置灵活。

因为结构模块化，组合化。

可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量专用部部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线，机床易于改装，产品或工艺变化时，通用部件一般还可以重复利用。

因此组合机床适宜加工箱体类零件。

根据组合机床完成工艺的一些限制及组合机床的各种工艺方法能达到的加工精度、表面粗糙度及技术要求，可以确定用组合机床来钻汽车变速箱前后面孔系的六个孔是经济合理的。

2.2组合机床的设计步骤

组合机床一般是根据用户的需要而进行设计的。

设计前往往规定了具体的加工对象、加工内容和加工精度等设计的原始数据。

在设计过程中应尽量采用先进的工艺方案和合理的机床结构方案；正确选择通用部件及机床布局形式；要十分注意保证加工精度和生产效率的措施以及操作的使用方便性。

组合机床设计步骤大致如下。

一、调查研究

调查研究的主要内容有：

认真阅读被加工零件图样，研究其尺寸、形状、材料、硬度、重量、加工部位的结构及加工精度和表面粗糙度要求等内容。

通过对产品装配图和有关工艺资料的分析，认识被加工零件在产品中的地位和作用。

二、总体方案设计

总体方案的设计主要包括制定工艺方案（确定零件在组合机床上完成的工艺内容及加工方法，选择定位基准和夹紧部位，决定工步和刀具种类及其结构形式，选择切削用量等）、确定机床配置形式、制定影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。

总体方案设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。

三、技术设计

技术设计就是根据设计已经确定的“三图一卡”，设计机床各专用部件正式总图，如设计夹具，多轴箱等装配图以及根据运动部件有关参数和机床循环要求，设计液压和电气控制原理图。

设计过程中，应按设计程序作必要的计算和验算工作，并对第一、第二阶段的数据、结构等作相应的调整或修改。

四、工作设计

当技术设计通过审查后即可展开工作设计，即绘制各个专用部件的施工图样、编制各部件零件明细表。

3制定机械加工工艺过程

3.1工艺方案的拟订

工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步，因为工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。

工艺方案的制定原则：

（1）粗、精加工工序的安排必须根据零件的生产批量、加工精度、技术要求进行全面的分性，按照经济的原则，合理安排粗加工与精加工的工序。

一般在大批大量生产中，粗、精加工宜分开，但这将使机床的台数增多。

当工件生产批量不大时，由于机床负荷率低，则经济性不好。

因此，在能够保证加工精度的前提下，有时也采用粗、精加工合并在一台机床上的方案，但必须采取措施，尽量减少由此带来的不利影响。

（2）工序集中与分散的处理工序集中是机械加工近代的主要发展方向之一。

组合机床也正是基于工序集中的工序原则发展起来的，即运用多种不同具，采用多面、多工位和复合刀具等方法，在一台机床上对一个或几个零件完成复杂的工艺过程，从而提高生产的效率。

但也应当看到，工序过分集中也会带来一些问题：

使机床结构复杂，刀具数量增多，机床大而笨重，调整使用不便，可靠性降低，反而影响生产效率的提高。

也会导致切削负荷加大，往往由于工件的刚性不足及变形等影响加工精度。

因此，提高工序集中程度，应该注意：

考虑单一工序。

即把相同工艺内容的工序集中在同一台机床上或同一工位上加工。

例如，通常把箱体零件上的大量螺纹孔攻丝工序集中在一台攻丝机床上，而不与大量钻、镗工序集中在同一个主轴箱或同一台机床上进行，这样会使机床更为简单合理。

相互间有位置精度要求的工序应集中在同一工位或同一台机床上加工。

例如，箱体类零件各面上的孔，相互间有位置精度要求时，其孔的精加工应集中在一台机床上一次装夹并完成加工，一般说来，这些孔的粗加工也应尽量集中在一台机床上进行，这可以使的精加工余量分布均匀，以利于保证加工精度。

大量的钻、镗工序最好分开，不要集中在同一主轴箱完成。

这是因为，钻孔与镗孔的直径往往相差很大，主轴转速也就相差很大，导致主轴箱的传动链复杂和设计困难。

同时，大量钻孔会产生很大的轴向力，有可能使工件变形而影响了镗孔的精度；而且，粗镗孔振动较大，又会影响钻孔，甚至会造成小钻头的损坏和折断。

另外，铰孔为低速大进给量切削，镗孔为高速小进给量切削，所以两者也不宜放在同一个主轴箱上进行，以有利于切削用量的合理选择和主轴箱传动系统的简化。

确定工序集中时，必须充分考虑零件是否会因为刚性不足而在较大的切削力、夹压力下变形对加工精度带来的不利影响。

工序集中时，必须考虑到前述粗、精加工工序的合理安排及由于主轴箱结构及设置导向的需要。

主轴排列不宜过密，否则会造成机床、刀具调整的不便，加工精度、工作可靠性、生产率降低的不良后果。

3.2被加工零件的工艺分析及其工艺方案

3.2.1被加工零件的结构特点

首先要研究被加工零件的用途及其结构特点，这主要指零件的材料、硬度、加工部位的结构形状、工件刚性、定位基准的特点等。

它们对机床工艺方案的制定有着重要的影响。

同样精度的孔，因为材料、硬度的不同，其工艺方案也不同，若工件刚性不足，安排工序就不能太过于集中，以免因同时加工表面过多造成工件受力大，振动及发热变形而影响加工精度，还必须十分重视被加工零件在组合机床加工前所完成的工序及毛坯或半成品质量，对加工余量很大或铸造质量较差的零件应安排预加工工序。

汽车变速箱体是典型的箱体类零件，其材料为HT200，硬度为HB200左右，表面粗糙度要求并不会高。

纵观整个零件所需加工得部位较多，但主要是平面加工和钻孔，特别是孔系很多。

大多数尺寸都是以顶面为基准，还有依照夹紧定位的要求底面较平整可作为定位基面进行“一面两销”，故在加工其它工序之前应该尽快加工出底面及底面上的定位销孔，在后面的加工工序中几乎都以底面为定位基准，以“一面两销”方式定位的。

故应先加工其底面及加工底面上的两个定位销孔。

被加工零件的特点在很大程度上决定了组合机床的配置形式。

一般说来，孔中心线与定位基准面平行的且需由一面或几面加工的箱体件宜采用卧式机床；对大型箱体件，采用单工位机床加工较适宜。

3.2.2被加工零件的技术要求和加工工序

被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应该保证的加工精度，是制定机床方案的主要依据。

汽车变速箱前后面孔系螺纹底孔φ8.5，其要求的精度不高，表面粗糙度为Ra=16。

从各种加工方式所能达到的精度及表面粗糙度考虑，可采用一次钻削加工就能达到尺寸要求和精度要求，而不需要留加工余量。

变速箱的顶面是比较规则且比较大的平面，在加工时可以以顶面及顶面上两个定位孔采用“一面两销”定位，采用组合钻床同时加工六个孔。

由《组合机床设计》书中表3—1HT200铸件根据不同精度孔的典型工艺方法可知：

，直径在Ø8.5mm以下的采用钻削加工

3.2.3零件的生产批量

零件的生产批量是决定采用单工位，多工位或自动线，还是按照中小批生产特点来设计组合机床的重要因素。

从工件的外型及轮廓尺寸看，可以采取单工位固定式夹具的机床配置形式。

汽变速箱体的年产量为50000/年，单班制，且变速箱零件的尺寸较大，故采用单工位机床加工。

3.3制定工艺方案时应考虑问题

3.3.1定位基准的及夹压点选择

组合机床是针对某种零件或某道工序而设计的。

正确选择加工用定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也是有利于实现最大限度的集中工序，从而收到减少机床台数的效果。

箱体类零件是机械加工中工序多，精度要求高的零件。

这类零件一般都有较高精度的孔要加工，又常常在几次装夹下进行。

因此，定位基准选择“一面两孔”是最常用的方法。

它可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得可靠的定位；有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。

“一面两孔”定位可以作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的积累误差，有利于保证加工的精度。

同时使机床各工序（工位）的许多部件，如夹具，实现通用化，有利于缩短设计、制造周期，降低成本。

同时采用“一面两孔”定位，易于实现自动化定位、夹紧。

3.3.2加工工艺方案

具体的工艺安排如下：

1、粗铣变速箱外壳的顶面，以心轴和右侧面及后端一点定位，由左侧面进行夹紧，变速箱外壳底下采取辅助支承的工艺；

2、粗镗四轴孔，采用一面两销的定位方式，由上往下夹紧；

3、精铣顶面，采用工序1的定位方式和夹紧方法；

4、精镗轴孔φ110，φ80；

5、钻变速箱外壳顶面的两销孔φ11.8，采用工序1的定位和夹紧方法（此两孔用来为后面的工序当作定位孔）；

6、绞顶面的两销孔φ12，以右侧面、心轴及顶面一点定位；

7、粗铣前后端面及凸台面，以一面两销的定位方式，从上往下夹紧（以下如无特别说明均以一面两销定位，从上往下夹紧）；

8、铣两侧面，以一面两销的定位方式,，从上往下夹紧；

9、钻后端面凸台销孔2-φ9.8；

10、绞后端面凸台销孔2-φ10；

11、钻后端面右下方凸台螺纹底孔6-φ8.5；

12、攻螺纹6-M10；

13、钻前端面右下方凸台螺纹底孔6-φ8.5；

14、攻螺纹6-M10；

15、钻前端面其它螺纹底孔6-φ8.5；φ12

16、攻螺纹6-M10；M14

17、钻右下侧面螺纹底孔5-φ8.5；

18、攻螺纹5-M10；

19、钻右上侧面螺纹底孔6-φ8.5；

20、攻螺纹6-M10；

21、钻右侧面销孔φ8,及扩2-φ30孔；

22、扩底孔φ30；

23、钻左侧所有孔4-φ17,4-φ8.5及销孔φ8；

24、攻螺纹4-M10；

25、扩注油孔φ42；

26、钻顶面螺纹底孔9-φ8.5，以一面两销的定位方式，由下往上夹紧；

27、攻螺纹9-M10，以一面两销的定位方式，由下往上夹紧；

28、清洗；

29、检验。

4加工工序图

4.1被加工零件工序图

4.1.1被加工零件工序图的作用及内容

被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床或自动线完成的工艺内容、加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用定位基准、夹压部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本工序加工前毛坯或半成品情况的图纸。

它不能用用户提供的产品图纸代替，而须在原零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制的。

它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。

图上应表示出：

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尺寸。

尤其是当须要设置中间导向套时，应表示出零件内部的筋，壁布置及有关结构的形状尺寸。

以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。

2）加工用定为基准、夹压部位及夹压方向。

以便依次进行夹具的定位支承（包括辅助支承）、限位、夹紧、导向系统的设计。

本课题的工序是钻汽车变速箱后面螺纹底孔，定位基准是底面，从顶面夹紧。

3）本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。

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。

制被加工零件工序图的注意事项

5）为使被加工零件工序图清晰明了，一定要突出本机床的加工内容。

绘制时，应按一定比例，选择足够的视图及剖视，突出加工部位，并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关的部位表示清楚。

凡本工序保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方画粗实线标记。

加工用定位基准、夹压位置及方向、辅助支承等都要用统一的标准符号标出。

6）加工部位的位置尺寸应由定位基准标注起。

为便于加工及检查，尺寸应采用直角坐标系标注，而不采用极坐标系。

但有时因所选的定位基准与设计基准不重合，则须对加工部位要求的位置尺寸精度进行分析换算。

此外，应将零件图上不对称位置尺寸公差换算成对称公差，其公差数值的决定要考虑一是要能到达产品图纸要求的精度，二是采用组合机床能加工出来。

7）应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。

如对多层壁同轴线等直径孔加工，若要求孔的表面不留退刀痕迹，则图纸上应注明要求“机床主轴定位，工件（夹具）让刀。

加工汽变速箱体后面六个孔的加工工序图见具体图纸。

5加工示意图

5.1切削用量的选择

组合机床的正常工作与合理地选择切削用量，即确定合理的切削速度和工作进给量有很大的关系，切削用量选的恰当，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，也就是多快好省的进行生产。

组合机床大多为多刀加工，而且是多种刀具同时工作。

计算最佳切削用量的工作比较复杂。

确定了在组合机床上完成的工艺内容后，就可以着手选择切削用量。

目前组合机床的切削用量的选择，主要是参考现场采用的切削用量的情况，根据积累的经验来进行。

由于组合机床有大量的刀具同时工作，为了能使机床能正常工作，不经常停车换刀，而达到较高的生产效率，所选的切削用量比一般的万能机床单刀加工要低一些。

可概括地说：

在多轴加工的组合机床上不宜最大的切削用量。

5.1.1确定切削用量应注意的问题

尽量做到合理利用所有的刀具，充分发挥其性能。

由于连接于动力部件的主轴箱上同时工作时的刀具种类和直径大小不等，因此其切削用量的选择也各有特点。

如钻孔要求切削速度高而每转进给量小；铰孔却要求切削速度低而每转进给量大等。

同一主轴箱上的刀具每分钟进给量是相同的，要使每把刀具均能有合适的切削用量是困难的。

一般情况下可先按各类刀具选择较合理的主轴转速n（转/分）和每转进给量f（毫米/分），然后进行适当的调整使各刀具的每分钟进给量相同，皆等于动力滑台的每分钟进给量vf。

这样各类刀具都不是按最合理的切削用量而是按一个中间的切削用量工作。

假如确实需要，也可按多数刀具选用一个统一的每分钟进给量，对少数刀具采用附加机构（增、减速）机构，使之按各自需要的合理进给量工作。

以达到合理使用刀具的目的。

选择切削用量时，应考虑零件批量生产的影响。

生产率要求不高时，就没有必要将切削用量选得过高，以免降低刀具得耐用度，对于要求生产率高得大批量生产用组合机床，也只是提高那些耐用度低，刃磨困难，造价高得所谓“限制性”工序刀具得切削用量。

但必须注意不能影响加工的精度，也不能使刀具耐用度降低。

对于“非限制性”刀具，应采取不使刀具耐用度降低的某一极限值，这样可减少切削功率。

组合机床通常要求切削用量的选择使刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于4小时。

切削用量的选择应有利于主轴箱设计。

若能作到相邻主轴转速接近相等，则可以使主轴箱传动链简单；某些刀具带导向加工时，若不便冷却润滑，则应适当降低切削速度。

选择切削用量时，还必须考虑所选的动力滑台的性能。

尤其采用液压动力滑台时，所选的每分钟进给量一般比动力滑台可实现的最小进给量大50％。

否则，会由于温度和其他原因导致进给量不稳定，影响加工精度，甚至造成机床不能工作。

5.1.2组合机床切削用量的选择

必须从实际出发，根据加工精度、工件材料，工作条件、技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求地原则，合理地选择切削用量。

一般常用查表法，参照生产现场同类工艺，通过工艺试验确定切削用量。

根据生产经验，在组合机床上进行孔加工的切削用量按下表选取：

表1用高速钢钻头加工铸铁件的切削用量

加工直径

（毫米）

HB160～200

HB200～241

HB300～400

切削用量

v（m/min）

f（mm/转）

v（m/min）

f（mm/转）

v（m/min）

f（mm/转）

1～6

16～24

0.07～0.12

10～18

0.05～0.10

5～12

0.03～0.08

6～12

0.12～0.20

0.10～0.18

0.08～0.15

12～22

0.20～0.40

0.18～0.25

0.15～0.20

22～50

0.40～0.80

0.25～0.40

0.20～0.30

由上表可见，根据工件的材料与加工的孔径，可以选择合适的切削用量。

加工零件的材料为HT200，其硬度为HB200，加工的孔径为8.5mm。

初定主轴转速为n＝500转，故可以选择加工各孔的切削用量如下