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2015 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題 目 小分動箱體銑面專用機床及夾具設(shè)計
學(xué) 院 東方學(xué)院
專 業(yè) 機械設(shè)計及其自動化
姓 名 錢 晗 鳴 班 級 11東機械2
指導(dǎo)教師 范真
起止日期 2015年3月 至 2015年6月
2014年 12月 20日
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
一、課題目的意義：
專用機床的設(shè)計對于機械產(chǎn)品的加工有著重大的意義，對于大批大量生產(chǎn)活動來說需將產(chǎn)品的每一道工序進行專用機床加工，這樣有助于生產(chǎn)率的提高，有助于降低 加工成本。從技術(shù)經(jīng)濟上分析，在專用組合機床上進行大批量生產(chǎn)時采用這種裝置可以大幅度提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，保證加工精度。畢業(yè)設(shè)計的課題是機大分動箱體端面鉆孔專用機床及夾具設(shè)計，年產(chǎn)量為 12萬件。銑床是用銑刀進行且削加工的機床。它的特點是以多齒刀具的旋轉(zhuǎn)運動為主運動，而進給運動可根據(jù)加工要求，由工件在相互垂直的3個方向中作某一方向運動來實現(xiàn)。在少數(shù)銑床上，進給運動也可以是工件的回轉(zhuǎn)或曲線運動。由于銑床上使用多齒刀具，加工過程中通常有幾個刀齒同時參與切削，因此，可獲得較高的生產(chǎn)效率。就整個銑削過程是連續(xù)的，但就每個刀齒來看切削過程是斷續(xù)的，且切入的切削厚度亦不等，因此，作用在機床上的切削力相應(yīng)的發(fā)生周期性變化，這就要求銑床在結(jié)構(gòu)上具有較高的靜剛度和動剛度。通過本課題可以將設(shè)計專用機床更好的應(yīng)用到以后的生產(chǎn)中，對專用機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計，零部件的選擇，傳動系統(tǒng)的設(shè)計，進給系統(tǒng)的設(shè)計有充分的理解，以及產(chǎn)品的加工過程，定位夾緊，夾具的設(shè)計進行系統(tǒng)的應(yīng)用，CAD，PROE 等軟件的熟練掌握和應(yīng)用。能夠使我的專業(yè)知識得到提高和鞏固，此次的設(shè)計得到的經(jīng)驗可以為以后的工作打下基礎(chǔ)，增強我對以后工作的信心 。
二、主要設(shè)計（研究）內(nèi)容：
1.完成專用機床的總體設(shè)計及主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。包括機床總體設(shè)計和專用夾具設(shè)計等。
2.工序圖，加工示意圖，機床聯(lián)系尺寸圖（或機床總圖），生產(chǎn)率計算卡；銑削頭部件裝配圖及夾具裝配圖等。
3.設(shè)計說明書
4.對機床部件或夾具進行三維造型
三、設(shè)計（研究）方案;
方案一：
1. 制定工藝方案:銑小分動箱體左右兩個端面。首先確定工件的定位和夾緊方式，由于箱體類零件一般都有較高精度的孔需要加工，又常常要在幾次安裝下進行。因此定位基準(zhǔn)選擇“一面雙孔”是最常用的方法。以工件底面為基準(zhǔn)面，再加上一個短圓柱銷和一個短菱形銷進行定位，分動箱體的夾緊，其夾緊方式采用了在基準(zhǔn)面上端面用液壓缸夾緊。這樣有利于刀具的通過以及在有足夠的夾緊力下使工件產(chǎn)生的變形小。銑面的方式為采用端銑刀銑平面，設(shè)計的組合機床為臥式銑雙面專用機床。箱體兩側(cè)面的精度的要求較高，其表面粗糙度的要求均為Ra6.3，需要粗銑、精銑。本工序只進行銑面加工。
2． 確定機床配置及結(jié)構(gòu)方案：工件的尺寸278×275×270mm，因而設(shè)計大型的專用機床來加工此工序。設(shè)計臥式銑床，經(jīng)過分析計算可以采用銑削頭，滑臺側(cè)底座，液壓滑臺 ，動力箱 。
3. 總體設(shè)計—三圖一卡：根據(jù)箱體的加工工藝路線，繪制銑箱體左右平面的工序圖，將工件的加工部位尺寸，精度，表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的 定位基準(zhǔn)，夾緊部位及被加工零件的材料，硬度，重量和在本道工序加工前毛坯或半 成品的情況表示清楚。繪制加工示意圖，將工件在機床上的加工過程，刀具，輔助的 布置狀況以及工件，夾具，刀具等機床各部件間的相對位置關(guān)系。繪制機床聯(lián)系尺寸圖，將機床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運動關(guān)系表示出來，以檢驗機床各部件相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求，通用部件的選擇是否合適。編寫機床生產(chǎn)率計算卡，根據(jù)選定的機床工作循環(huán)所要求的工作行程長度，切削用量，動力部件的快速及工進速度等計算出機床的生產(chǎn)率
方案二：
2. 制定工藝方案:分別銑小分動箱體左右兩個端面。首先確定工件的定位和夾緊方式，由于箱體類零件一般都有較高精度的孔需要加工，又常常要在幾次安裝下進行。因此定位基準(zhǔn)選擇“一面雙孔”是最常用的方法。以工件底面為基準(zhǔn)面，再加上一個短圓柱銷和一個短菱形銷進行定位，分動箱體的夾緊，其夾緊方式采用了在基準(zhǔn)面上端面用液壓缸夾緊。這樣有利于刀具的通過以及在有足夠的夾緊力下使工件產(chǎn)生的變形小。銑面的方式為采用端銑刀銑平面，設(shè)計的組合機床為臥式銑單面專用機床。箱體兩側(cè)面的精度的要求較高，其表面粗糙度的要求均為Ra6.3，需要粗銑、精銑。本工序只進行銑面加工。
2． 確定機床配置及結(jié)構(gòu)方案：工件的尺寸278×275×270mm，因而設(shè)計大型的專用機床來加工此工序。設(shè)計臥式單面銑床，經(jīng)過分析計算可以采用銑削頭，滑臺側(cè)底座，液壓滑臺 ，動力箱 。
3. 總體設(shè)計—三圖一卡：根據(jù)箱體的加工工藝路線，繪制銑箱體左右平面的工序圖，將工件的加工部位尺寸，精度，表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的 定位基準(zhǔn)，夾緊部位及被加工零件的材料，硬度，重量和在本道工序加工前毛坯或半 成品的情況表示清楚。繪制加工示意圖，將工件在機床上的加工過程，刀具，輔助的 布置狀況以及工件，夾具，刀具等機床各部件間的相對位置關(guān)系。繪制機床聯(lián)系尺寸圖，將機床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運動關(guān)系表示出來，以檢驗機床各部件相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求，通用部件的選擇是否合適。寫機床生產(chǎn)率計算卡，根據(jù)選定的機床工作循環(huán)所要求的工作行程長度，切削用量，動力部件的快速及工進速度等計算出機床的生產(chǎn)率。
綜合上述兩種方案，設(shè)計專用機床形式不同。方案一是臥式銑雙面專用組合機床，方案二是臥式銑單面專用組合機床，夾具的設(shè)計也不同。
方案一:可采用兩邊對稱的多軸箱同時對箱體側(cè)面進行銑削，大大節(jié)約了工時，適合大批量工件生產(chǎn)，同時也要注意零件加工時會發(fā)熱膨脹，所以要考慮采取讓刀措施。
方案二:不能同時對側(cè)面銑削，一個工件要裝夾兩次，浪費了時間和人力。比較適合小批量零件生產(chǎn)，不適宜大批量零件生產(chǎn)。
這個兩個方案相比較而言，方案一相對于方案二來說更加簡單易操作。箱體銑面精度高且便于工件的安裝和定位，安全系數(shù)高，效率高，而且設(shè)計要求為大批量零件生產(chǎn)，因此我選用第一種方案。
四、預(yù)期成果：
1.完成機床總體設(shè)計；
2.完成銑削頭部件裝配圖、夾具裝配圖等；
3.設(shè)計說明書一份。
五、進度安排：
15.01.20～15.03.10熟悉題目，收集資料，完成開題；
15.03.11～15.03.20機床總體設(shè)計；
15.03.21～15.04.15三圖一卡設(shè)計，多軸箱傳動設(shè)計；
15.04.16～15.05.01銑削頭部件結(jié)構(gòu)設(shè)計、夾具設(shè)計等；
15.05.04～15.05.12完成三維造型設(shè)計；
15.05.13～15.05.26編寫及修改說明書等，答辯；
六、主要參考文獻：
[1] 叢鳳廷，遲建山. 組合機床設(shè)計[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1995
[2] 王先奎. 機械加工工藝手冊[M]. 北京：機械工藝出版社，2007
[3] 謝家瀛. 組合機床設(shè)計簡明手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1992.
[4] 李鐵堯. 金屬切削機床[M]. 北京：機械工業(yè)出版社. 1990
[5] 李慶余，張佳. 機械制造裝備設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.8
[6] 大連組合機床研究所編. 組合機床設(shè)計圖冊[M]. 北京：機械工藝出版社，1977
[7] 胡家秀. 機械零件設(shè)計實用手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社. 1999
[8] 燕山大學(xué)等. 機床夾具設(shè)計手冊（第3版）[M]. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000
[9] 何慶，李郁.機床夾具設(shè)計教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012,6
[10] 范崇洛，機械加工工藝學(xué)[M].北京：東南大學(xué)出版社，2009
[11] 胡兆國，機械加工基礎(chǔ)[M].北京：西南交大出版社，2007
[12] 傅水根，機械制造工藝學(xué)基礎(chǔ)[M].北京： 清華大學(xué)出版社，2011
[13] Cheng K, Pan P Y, Harrison D K. Web-based Design and Manufacturing Support systems: Implementation Perspectives[J].Computer Integrated Manufacturing, 2001,14(1): 14-27
[14] Necip Fazil Yilmaz. An Integrated Computer-aided Decision Support Systemfor Die Stresses and Dimensional Accuracy of Precision Forging Dies [J]. Int J Adv Manuf Technol, 2009 ,40(5) : 875-886
[15] Kuzman. Problems of Accuracy Control in Cold Forming [J]. Journal of Materials Processing Technology, 2001,113(1-3): 10-15
指導(dǎo)教師意見（對課題設(shè)計（研究）內(nèi)容的深度、廣度及設(shè)計（研究）方案的意見和對畢業(yè)設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測等）
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
系（教研室）審核意見：
系主任簽名：
年 月 日
注：開題報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下由學(xué)生填寫，經(jīng)指導(dǎo)教師及系審核后生效。
被加工
零件
圖號
毛坯種類
鑄件
名稱
小分動箱體
毛坯重量
材料
HT200
硬度
HBS160~220
工序名稱
工序號
工時/min
序號
工步
名稱
工作行程/mm
切速/（m·min-1）
進給量/（mm·r-1）
進給量/（mm·min-1）
工進時間
輔助時間
1
裝卸工件
1.5
2
動力部件
3
滑臺快進
47
6.3
0.0075
4
多軸向工進
73
0.06
500
20.41
1.22
5
滑臺快退
120
6.3
0.019
6
7
8
9
備注
裝卸工件時間取決于操作者熟練程度，本機計算時取1.5min
累計
1.22
1.53
單件總工時
2.75
機床生產(chǎn)率
17.02件/h
理論生產(chǎn)率
20.966件/h
負荷率
81.4%
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）
小分動箱體銑面專用機床及夾具設(shè)計
教 學(xué) 系： 機械制造及其自動化
指導(dǎo)教師：
專業(yè)班級：
學(xué)生姓名：
二零一五年五月
46
目 錄
1 緒論 1
2 組合機床總體設(shè)計-三圖一卡 2
2.1被加工零件工序圖 2
2.1.1 被加工零件工序圖的作用和內(nèi)容 2
2.1.2 繪制被加工零件工序圖的規(guī)定及注意事項 2
2.1.3工序圖CAD 3
2.2加工示意圖 3
2.2.1 加工示意圖的內(nèi)容和作用 3
2.2.2 繪制加工示意圖的注意事項 4
2.2.3 選擇刀具，導(dǎo)向及有關(guān)計算 4
2.2.4 加工示意圖CAD 6
2.3機床聯(lián)系尺寸圖 7
2.3.1 機床聯(lián)系總圖的內(nèi)容和作用 7
2.3.2 繪制機床聯(lián)系總圖注意事項 7
2.3.3 機床的分組 7
2.3.4 機床聯(lián)系尺寸總圖 8
2.3.5 機床生產(chǎn)率計算卡 9
3 銑削頭部件設(shè)計 10
3.1 機床主要技術(shù)參數(shù)的確定 10
3.1.1 確定工件余量 10
3.1.2 選擇切削用量 10
3.1.3 運動參數(shù) 10
3.1.4動力參數(shù)—主運動驅(qū)動電動機功率的確定 12
3.2 進給驅(qū)動電動機功率的確定 13
3.3 主軸組件的計算 13
3.3.1 主軸直徑的選擇 14
3.3.2 主軸前后支承軸承的選擇 15
3.3.3 主軸內(nèi)孔直徑 15
3.3.4 主軸前端懸伸量 17
3.3.5 主軸支承跨距 18
3.4 主軸結(jié)構(gòu)圖 18
3.5 主軸組件的驗算 19
3.6 主軸組件的潤滑和密封 22
3.6.1 主軸軸承的潤滑 22
3.6.2 主軸組件的密封 23
3.7 主軸組件中相關(guān)部件 24
3.8 主軸組件軸向調(diào)節(jié)機構(gòu) 30
3.9夾具設(shè)計 30
3.9.1 夾具的組成 30
3.9.2 夾具的分類和作用 31
3.9.3 工件在夾具中的定位 33
3.9.4 工件在夾具中的夾緊 38
3.9.5設(shè)計過程中不合理的夾具方案 42
總結(jié) 43
參考文獻 45
致謝 46
摘 要
在生產(chǎn)過程中，通過一定的手段使生產(chǎn)對象（原材料，毛坯，零件或總成等）的質(zhì)和量的狀態(tài)發(fā)生直接變化的過程叫工藝過程。小分動箱體機殼體側(cè)面銑削加工工藝裝備的設(shè)計應(yīng)該包括確定減速器整體工藝方案的確定，繪制相應(yīng)的工序圖，加工示意圖，機床聯(lián)系尺寸圖。被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示所設(shè)計的組合機床上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸，精度，表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位基準(zhǔn)，夾壓部位以及被加工零件的材料，硬度和在本機床加工前加工余量，毛坯的圖樣，工序圖是組合機床設(shè)計的具體依據(jù)，也是制造，使用，調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件。
加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎(chǔ)上繪制的。是表達工藝方案具有內(nèi)容的機床工藝方案圖。它是設(shè)計刀具，輔具，夾具，多軸箱和液壓，電器系統(tǒng)以及選擇動力部件，繪制機床總聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調(diào)整機床和刀具所必須的重要技術(shù)文件。
機床聯(lián)系尺寸圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并按初步選定的主要通用部件以及確定的專業(yè)部件的總體結(jié)構(gòu)而繪制的。是用來表示機床的配置型式，主要構(gòu)成及各部件安裝位置，相互聯(lián)系，運動關(guān)系和操作方位的總體布局圖。用來檢驗各部件相對位置及尺寸聯(lián)系能否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適；它為多軸箱，夾具等專用部件設(shè)計提供重要依據(jù)；它可以看成是機床總體外觀簡圖。由輪廓尺寸，占地面積，操作方法等可以檢驗是否適應(yīng)用戶現(xiàn)場使用環(huán)境。夾具圖是對組合機床加工布局的完整描述，夾具圖反映了工件加工采用定位的方式，夾具方式等一些重要的參數(shù)。工藝方案，工序圖，加工示意圖，機床聯(lián)系尺寸圖，夾具圖，工序卡基本構(gòu)成了完整的加工工藝裝備設(shè)計。
關(guān)鍵詞：工序，工藝分析，定位方案，夾具設(shè)計
ABSTRACT
In the production process, through certain means of production object ( raw materials, the blank, part becomealways ) state of quality and quantity directly change process is called process. General reducer casing body side milling technology and equipment design should include identification of reducer overall technology scheme, draw the milling speed reducer side corresponding to the process map, diagram processing, machine tool contact size diagram Is processed the components working procedure chart is formulated according to the process, said the combinatorial machine to complete the process content, processing parts of the size, precision, surface roughness and technical requirements for processing, positioning, clamping part and the part to be machined materials, hardness and in the present before machining allowance, rough pattern, working procedure chart is a combination of machine tool design specific basis, but also manufacturing, use, adjustment and testing accuracy of machine tools and important document. The processing diagram is in process planning and machine overall plan initially identified on the basis of drawing. Machine tool contact size diagram is processed the components working procedure chart and diagram processing as the basis, and according to the preliminary selected major general components and determining the overall structure of the major components and rendering. Is used to indicate the machine configuration type, main components and each component mounting position, mutual connection, movement relation and the operation range of the overall layout. Used to test each component relative position and size of contact can meet the processing requirements and general component selection is appropriate; it is a multiple spindle, fixtures and other special components designed to provide important basis; it can be regarded as the general appearance of machine tool. By the contour size, covers an area of, operation method can test whether adapt to the user application environment on the spot. On the combination of machining fixture graph is a complete description of the layout, fixture graph reflects the workpiece processing using the positioning mode, clamps and some important parameters. Process scheme, process map, diagram processing, machine tool fixture contact size diagram, diagram, working procedure card basic form a complete process equipment design.
Key words: process, process analysis, a positioning scheme, fixture design
1 緒論
小分動箱體加工工藝裝備設(shè)計是我們貫徹四年所學(xué)的知識，將理論與實踐相結(jié)合，對專業(yè)知識的綜合運用訓(xùn)練，為我們即將走向自己的工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)。
機械加工工藝師規(guī)定產(chǎn)品或零件機械加工工藝過程和操作方法，是指導(dǎo)生產(chǎn)的重要的技術(shù)性文件。它直接關(guān)系到產(chǎn)品經(jīng)濟效益，生產(chǎn)規(guī)模的大小，工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加工工藝來體現(xiàn)，因此工藝規(guī)程的編制的好壞是生產(chǎn)該產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。在編制工藝方案是須保證其合理性，科學(xué)性和完善性。
加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎(chǔ)上繪制的。是表達工藝方案具有內(nèi)容的機床工藝方案圖。它是設(shè)計刀具，輔具，夾具，多軸箱和液壓，電器系統(tǒng)以及選擇動力部件，繪制機床總聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調(diào)整機床和刀具所必須的重要技術(shù)文件。
機床聯(lián)系尺寸圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并按初步選定的主要通用部件以及確定的專業(yè)部件的總體結(jié)構(gòu)而繪制的。是用來表示機床的配置型式，主要構(gòu)成及各部件安裝位置，相互聯(lián)系，運動關(guān)系和操作方位的總體布局圖。用來檢驗各部件相對位置及尺寸聯(lián)系能否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適；它為多軸箱，夾具等專用部件設(shè)計提供重要依據(jù)；它可以看成是機床總體外觀簡圖
機床夾具是為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量的同時提高生產(chǎn)的效率，改善工人的勞動強度，降低生產(chǎn)的成本而在機床上用以裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對于機床或刀具有個正確的位置，即使工件保證正確的加工位置不變的裝置。
本次減速器機殼體側(cè)面銑削加工工藝裝備設(shè)計，通過對圖紙的分析，首先應(yīng)該先制定出合理的整體加工工藝方案，再結(jié)合工藝方案繪制出側(cè)面銑削這道工序的工序圖，加工示意圖，夾具圖，最后繪制出機床聯(lián)系尺寸圖，并做相應(yīng)的設(shè)計計算。
2 組合機床總體設(shè)計-三圖一卡
繪制組合機床“三圖一卡”，就是針對具體零件，在選用的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進行組合機床總體方案圖樣文件設(shè)計。其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖，加工示意圖，機床聯(lián)系尺寸圖和編制生產(chǎn)率計算卡。
2.1被加工零件工序圖
2.1.1 被加工零件工序圖的作用和內(nèi)容
（1）被加工零件工序圖是根據(jù)制訂的工藝方案，表示所設(shè)計的組合機床上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸，精度，表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位基準(zhǔn)，夾壓部位以及被加工零件的材料，硬度和在本機床加工前加工余量，毛坯或半成品情況的圖樣。它是組合機床設(shè)計的具體依據(jù)，也是制造，使用，調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件。被加工零件工序圖是在被加工零件圖基礎(chǔ)上，突出本機床或自動線的加工內(nèi)容，并作必要的說明繪制的。其包括的主要內(nèi)容：
1）被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設(shè)計有關(guān)部位結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。當(dāng)需要設(shè)置中間導(dǎo)向時，則應(yīng)把設(shè)置中間導(dǎo)向臨近的工件內(nèi)部肋，壁布置及有關(guān)結(jié)構(gòu)形狀和尺寸表示清楚，以便檢查工件，夾具，刀具之間是否相互干涉。
2）本工序所選用的定位基準(zhǔn)，夾壓部位及夾緊方向。以便據(jù)此進行夾具的支承，定位，夾緊和導(dǎo)向等機構(gòu)設(shè)計。
3）本工序加工表面的尺寸，精度，表面粗糙度，形位公差等技術(shù)要求以及對上道工序的技術(shù)要求。
4）注明被加工零件的名稱，編號，材料，硬度以及加工部位的余量。
2.1.2 繪制被加工零件工序圖的規(guī)定及注意事項
（1） 繪制加工零件工序圖的規(guī)定 為使被加工零件工序圖表達清晰明了，突出本工序內(nèi)容，繪制時規(guī)定，應(yīng)按一定比例，繪制足夠的視圖以及剖面；本工序加工部位用粗實線表示，要求保證的加工部位尺寸及位置尺寸數(shù)值下方畫粗實線。
（2） 繪制被加工零件工序圖注意事項
1）本工序加工部位的位置尺寸應(yīng)與定位基準(zhǔn)直接發(fā)生關(guān)系。當(dāng)本工序定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不符時，必須對加工部位的位置精度進行分析和換算，并把不對稱公差換算為對稱公差
2）對工件毛培應(yīng)有要求，對孔的加工余量要認真分析。在鏜階梯孔時，其大孔單邊余量應(yīng)小于相鄰兩孔的半徑之差，以便鏜刀能夠通過。
3）當(dāng)本工序有特殊要求時必須注明。如精鏜孔時，當(dāng)不允許有退刀痕跡或只允許有某種形狀的刀痕時必須注明。又如薄壁或孔底部壁薄，加工螺孔時螺孔底孔深度不夠及能否鉆通等。
2.1.3工序圖CAD
2.2加工示意圖
2.2.1 加工示意圖的內(nèi)容和作用
加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎(chǔ)上繪制的。是表達工藝方案具體內(nèi)容的機床工藝方案圖。它是設(shè)計刀具，輔具，夾具，多軸箱和液壓，電器系統(tǒng)以及選擇動力部件，繪制機床總聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調(diào)整機床和刀具所必須的重要技術(shù)文件。
加工示意圖應(yīng)表達和標(biāo)注的內(nèi)容有：機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程；工件，刀具及導(dǎo)向，托架及多軸箱之間的相對位置及其聯(lián)系尺寸；主軸結(jié)構(gòu)類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸；接桿（包括鏜桿），浮動卡頭，導(dǎo)向裝置，攻螺紋靠模裝置等結(jié)構(gòu)尺寸；刀具，導(dǎo)向套間的配合，刀具，接桿，主軸之間的連接方式及配合尺寸等。
2.2.2 繪制加工示意圖的注意事項
加工示意圖應(yīng)繪制成展開圖。按比例用細實線畫出工件外形，加工部位，加工表面畫粗實線。必須使工件和加工方位與機床布局相吻合，為簡化設(shè)計，同一多軸箱上結(jié)構(gòu)尺寸完全相同的主軸只畫一根，但必須在主軸上標(biāo)注與工件孔號相對應(yīng)的軸號。一般主軸的分布不受真實距離的限制。當(dāng)主軸彼此間很近或需設(shè)置結(jié)構(gòu)尺寸較大的導(dǎo)向裝置時，必須以實際中心距嚴(yán)格按比例畫，以便檢查相鄰主軸，刀具，輔具，導(dǎo)向等是否相互干涉。主軸應(yīng)從多軸箱端面畫起；刀具畫加工終了位置,攻螺紋則應(yīng)畫加工開始位置。對采用浮動卡頭的鏜孔刀桿，為避免刀桿退出導(dǎo)向時下垂，常選用托架支撐退出的刀桿。這時必須畫出托架并標(biāo)注聯(lián)系尺寸。常用標(biāo)準(zhǔn)通用結(jié)構(gòu)只畫外輪廓，但須加注規(guī)格代號；對一些專用結(jié)構(gòu)，如專用的刀具，導(dǎo)向，刀桿托架，專用接桿或浮動卡頭等，須用剖視圖表示其結(jié)構(gòu)，并標(biāo)注尺寸，配合及精度。
2.2.3 選擇刀具，導(dǎo)向及有關(guān)計算
1） 刀具的選擇 選擇刀具應(yīng)考慮工件材質(zhì)，加工精度，表面粗糙度，排屑及生產(chǎn)率等要求。只要條件允許，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)刀具，為提高工序集中程度或滿足精度要求，可以采用復(fù)合刀具?？准庸さ毒叩闹睆脚c加工部位尺寸，精度相適應(yīng)，其長度應(yīng)保證加工終了時刀具螺旋槽尾端離導(dǎo)向套外端面30-50mm，以利于排屑和刀具磨損后有一定的向前調(diào)整量。
2） 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇 組合機床加工孔時，除采用剛性主軸加工方案外，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的導(dǎo)向裝置來保證的。因此，正確選擇導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和確定導(dǎo)向類型，參數(shù)，精度，是設(shè)計組合機床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時必須考慮的問題。
3） 確定主軸類型，尺寸，外伸長度 主軸類型主要依據(jù)工藝方法和刀桿與主軸的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)進行確定。主軸軸頸及軸端尺寸主要取決于進給抗力和主軸-刀具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如與刀桿有浮動聯(lián)接，主軸則有短懸伸鏜孔主軸和長懸伸鏜孔主軸。主軸軸頸尺寸規(guī)格應(yīng)按照選定的切削用量計算切削轉(zhuǎn)矩
4） 選擇接桿，浮動卡頭 除剛性主軸外，組合機床主軸與刀具間常用接桿連接和浮動卡頭連接，在鉆擴鉸，锪孔及倒角等加工小孔時，通常都采用接桿。因多軸箱各主軸的外伸長度和刀具長度都為定值，為保證多軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，須采用軸向可調(diào)整的接桿來協(xié)調(diào)各軸的軸向長度，以滿足同時加工完各孔的要求。為使工件端面至多軸箱端面為最小距離，首先應(yīng)按加工部位在外壁，加工孔深最淺，孔徑又最大的主軸選定接桿，由此選用其他接桿。接桿已標(biāo)準(zhǔn)化，通用標(biāo)準(zhǔn)接桿號可根據(jù)刀具尾部結(jié)構(gòu)和主軸頭部內(nèi)孔直徑選取
為提高加工精度，減少主軸位置誤差和主軸振擺對加工精度的影響，在采用長導(dǎo)向或雙導(dǎo)向進行鏜，擴，鉸孔時，一般孔的位置精度靠夾具保證。為避免主軸與夾具導(dǎo)套不同軸而引起的刀桿別勁現(xiàn)象而影響加工精度，均可采用浮動卡頭連接
加工螺紋時，常采用攻螺紋靠模裝置和攻螺紋卡頭及相配套的攻螺紋接桿，絲錐用相應(yīng)的彈簧夾頭裝在攻螺紋接桿上。
5） 標(biāo)注聯(lián)系尺寸 首先從同一多軸箱上所有刀具中找出影響聯(lián)系尺寸的關(guān)鍵刀具，使其接桿最短，以獲得加工終了時多軸箱前端面到工件端面之間所需最小距離，并據(jù)此確定全部刀具，接桿，導(dǎo)向托架及工件之間的聯(lián)系尺寸。多軸箱端面到工件端面之間的距離是加工示意圖上最重要的聯(lián)系尺寸，為使所設(shè)計的機床結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)盡量縮小這一距離。這一距離取決于兩方面：一是多軸箱上刀具，接桿，主軸等結(jié)構(gòu)和相互聯(lián)系所需的最小軸向尺寸；二是機床總布局所需求的聯(lián)系尺寸。兩方面是相互制約的
6） 標(biāo)注切削用量 各主軸切削用量應(yīng)標(biāo)注在相應(yīng)主軸右端。其內(nèi)容包括：主軸轉(zhuǎn)速NI，相應(yīng)刀具的切削速度VI，每轉(zhuǎn)進給量fi和每分鐘進給量fm.同一多軸箱上各主軸的每分鐘進給量是相等的，等于動力滑臺的工進速度Vf
7） 動力部件工作循環(huán)及行程確定 動力部件的工作循環(huán)是指加工時，動力部件從原始位置開始運動到加工終了位置，又返回到原位的動作過程。一般包括快速引進，工作進給和快退等動作。有時還有中間停止，多次往復(fù)進給，跳躍進給，死檔鐵停留等特殊要求、
1 工作進給長度L的確定，組合機床上有第一工作進給和第二工作進給之分。前者用于鉆，擴，鉸和鏜孔等工序；后者常用于鉆或擴孔之后需要進行锪平面，倒大角等工序。工作進給長度等于加工部位長度與刀具切入，刀具切出長度之和。
2 快速引進長度的確定 快速引進是指動力部件把刀具送到工作進給位置，其長度按具體情況確定。在加工雙層或多層的同軸孔系時，可采用跳躍進給循環(huán)進行加工，既在加工完一層壁厚，動力部件再次快速引進到位，再加工第二層壁孔，以縮短循環(huán)時間。
3 快速退回長度的確定 快速退回的長度等于快速引進和工件進給長度之和。一般在固定式夾具鉆孔或擴孔的機床上，動力部件快速退回的行程，只要把所有刀具都退回至導(dǎo)套內(nèi)，不影響工作的裝卸就行。但對于夾具需要回轉(zhuǎn)或移動的機床，動力部件快速退回行程必須把刀具，托架，活動鉆模板及定位銷都
推離到夾具運動可能碰到的范圍之外。
4 動力部件總行程的確定 動力部件的總行程除了滿足工作循環(huán)向前和向后所需的行程外，還要考慮因刀具磨損或補償制造，安裝誤差，動力部件能夠向前調(diào)節(jié)的距離和刀具裝卸以及刀具從接桿中或接桿連同刀具一起從主軸孔中取出時，動力部件需后退的距離。動力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。
8 其他應(yīng)注意的問題
1） 加工示意圖與機床實際加工狀態(tài)一致。表示出工件安裝狀態(tài)機主軸加工的方法
2） 圖中尺寸應(yīng)標(biāo)注完整，尤其是從多軸箱端面至刀尖的軸向尺寸鏈應(yīng)全，以便于檢查行程和調(diào)整機床。圖中應(yīng)表示出機床動力部件的工作循環(huán)圖及各行程長度。注意攻螺紋循環(huán)絲錐提前退出工件后，動力部件才能開始退回。
3） 加工示意圖應(yīng)有必要的說明
2.2.4 加工示意圖CAD
2.3機床聯(lián)系尺寸圖
2.3.1 機床聯(lián)系總圖的內(nèi)容和作用
機床聯(lián)系尺寸圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并初步選定的主要通用部件以及確定的專業(yè)部件的總體結(jié)構(gòu)而繪制的。是用來表示機床的配置形式，主要結(jié)構(gòu)及各部件以及確定的專用部件的總體結(jié)構(gòu)而繪制的。是用來表示機床的配置型式，主要構(gòu)成，各部件安裝位置，相互聯(lián)系，運動關(guān)系和操作方位的總體布局圖。用以檢驗各部件相互位置及尺寸聯(lián)系能否滿足加工要求和通用部件是否合理；它為多軸箱，夾具等專業(yè)部件設(shè)計提供依據(jù)；它可以看成是機床聯(lián)系總體外觀簡圖。由其輪廓尺寸，占地面積，操作方式等可以檢驗是否適合影虎現(xiàn)場使用環(huán)境。
機床聯(lián)系尺寸圖的內(nèi)容
1） 表明機床的配置型式和總布局。以適當(dāng)數(shù)量的視圖（一般至少兩個視圖，主視圖應(yīng)選擇機床實際加工狀態(tài)），用同一比例畫出各部件的外廓形狀和相關(guān)位置。表明機床基本形式及操作者的位置等。
2） 完整全地反映各部件間的主要裝配關(guān)系和聯(lián)系尺寸，專業(yè)部件的主要輪廓尺寸，運動部件的運動極限位置及各滑臺工作循環(huán)總的工作行程和前后行程后量尺寸。
3） 標(biāo)注主要通用部件的規(guī)格代號和電動機的型號，功率及轉(zhuǎn)速，并標(biāo)出機床分組編號及組件名稱，全部組件應(yīng)包括機床全部通用及專用零部件，不得遺漏。
4） 標(biāo)明機床驗收標(biāo)準(zhǔn)及安裝規(guī)格。
2.3.2 繪制機床聯(lián)系總圖注意事項
機床聯(lián)系尺寸總圖應(yīng)按機床加工終了狀態(tài)繪制。圖中應(yīng)畫出機床各部件在長，寬，高方向的相對位置聯(lián)系尺寸及動力部件退至起始位置尺寸；畫出動力部件的總行程和工作循環(huán)；應(yīng)注明通用部件的型號，規(guī)格和電動機型號，功率及轉(zhuǎn)速；對機床各組成部分標(biāo)注分組編號。
2.3.3 機床的分組
1) 第10-19組-支承部件。一般用通用的側(cè)底座，立柱及其底座和專業(yè)中間底座等組成。
2) 第20-29組-夾具及輸送設(shè)備。夾具是組合機床主要的專業(yè)部件，常編為20組，包含工件定位夾緊及固定導(dǎo)向部分。對一些獨立性較強的活動鉆模板，攻螺紋模板，自動夾壓機構(gòu)，自動上下料裝置常單獨 編組。移動工作臺，回轉(zhuǎn)臺等輸送設(shè)備，如果屬通用部件，則可納入夾具組，明細表中列出通用部件型號型號即可，如果專業(yè)則單獨成組編號。
3) 第30-39組-電氣設(shè)備。電氣設(shè)計常編為30組，包括原理圖，接線圖和安裝圖等設(shè)計，專用操縱臺，控制柜等則另編組號。
4) 第40-49組-傳動裝置。包括機床中所有動力部件如動力滑臺，動力箱等通用部件，編號40組，其余須修改部分內(nèi)容或?qū)Ｓ玫膫鲃釉O(shè)備則單獨編組。
5) 第50-59組-液壓和氣動裝置。
6) 第60-69組 刀具，工具，量具和輔助工具等。
7) 第70-79組-多軸箱及其附屬部件
8) 第80-89組-冷卻，排屑及潤滑裝置
9) 第90-99組-電氣，液壓，氣動等各種控制擋鐵。
2.3.4 機床聯(lián)系尺寸總圖
2.3.5 機床生產(chǎn)率計算卡
被加工零件
圖號
毛坯種類
鑄件
名稱
小分動箱體
毛坯重量
材料
HT200
硬度
HBS160~220
工序名稱
通用減速機殼體側(cè)面銑削加工
工序號
工時/min
序號
工步
名稱
工作行程/mm
切速/（m·min-1）
進給量/（mm·r-1）
進給量/（mm·min-1）
工進時間
輔助時間
1
裝卸工件
1.5
2
動力部件
3
滑臺快進
47
6.3
0.0075
4
多軸向工進
73
0.06
500
20.41
1.22
5
滑臺快退
120
6.3
0.019
6
7
8
9
備注
裝卸工件時間取決于操作者熟練程度，本機計算時取1.5min
累計
1.22
1.53
單件總工時
2.75
機床生產(chǎn)率
17.02件/h
理論生產(chǎn)率
20.966件/h
負荷率
81.4%
3 銑削頭部件設(shè)計
3.1 機床主要技術(shù)參數(shù)的確定
機床主要技術(shù)參數(shù)包括主參數(shù)和基本參數(shù)，基本參數(shù)又包括尺寸參數(shù)，運動參數(shù)，動力參數(shù)。
3.1.1 確定工件余量
小分動箱體，零件材料為HT200，硬度190—210HB，生產(chǎn)類型為大批量，鑄造毛坯。
查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表2.2～2.5,取加工余量為2.5mm(此為雙邊加工)。
3.1.2 選擇切削用量
由于被加工零件的銑削寬度為175mm,需進行二次走刀，故一次走刀為90mm(寬度)，二次走刀為175-90=85mm，即：a=90mm。
根據(jù)《組合機床設(shè)計簡明手冊》第132～133頁，選擇銑削切削用量。
銑削用量的選擇與要求的加工表面粗糙度值及其生產(chǎn)率有關(guān)系。當(dāng)銑削表面粗糙度數(shù)值要求較低時，銑削速度應(yīng)選高一些，每齒走刀量應(yīng)小些。若生產(chǎn)率要求不高，可以取很小的每齒走刀量，一次銑削4～5mm的余量達到R=1.6μm的表面粗糙度。這時每齒的進給量一般為0.02～0.03mm。
根據(jù)本次設(shè)計所加工的零件要求，其表面粗糙度數(shù)值較高，加工材料為鑄鐵，查表6-16得：
a=0.2～0.4mm/z,V=50～80m/min,取a=0.2mm/z。
3.1.3 運動參數(shù)
機床的運動參數(shù)包括主運動轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍、進給量范圍、進給量數(shù)列以及空行程速度等。此次設(shè)計主要確定主運動的運動參數(shù)。
3.1.3.1 主軸最高，最低轉(zhuǎn)速
按照典型工序的切削速度和刀具(或工件)直徑、計算主軸最高轉(zhuǎn)速n、最低轉(zhuǎn)速n。計算公式如下：
n= ， n=
式中：n、n—主軸最高、最低轉(zhuǎn)速(r/min)
V、V—最高、最低切削速度(m/min)
d、d—最大、最小計算直徑(mm)
根據(jù)《機械制造工藝金屬切削機床設(shè)計指導(dǎo)》第69～70頁，可查出以下數(shù)據(jù)：
查表2.2-3 取最大，最小切削速度：
V=200～300m/min， 取V=250m/min
V=15～20m/min, 取V=20m/min
銑床的d、d可取使用的刀具最大、最小直徑，即：
d=110mm, d=75mm
則主軸最高轉(zhuǎn)速為
n== =1061.6r/min
取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列值：
n=1000r/min
最低轉(zhuǎn)速為：
n== =57.9r/min
取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列值：
n=56r/min
3.1.3.2 主軸轉(zhuǎn)速的合理排列
最高、最低轉(zhuǎn)速確定后，還需確定中間轉(zhuǎn)速，選擇公比Φ，轉(zhuǎn)速級數(shù)Z，則轉(zhuǎn)速數(shù)列為：
n= n=56r/min, n= nΦ, n= nΦ, n= nΦ
查標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列，取公比Φ=1.78 (1＜Φ≤2)
轉(zhuǎn)速范圍： R===17.8
轉(zhuǎn)速級數(shù)： Z=+1=5.99 取Z=6
由于本次設(shè)計的要求，主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)只需設(shè)計四級就能滿足要求，故取Z=4。即：
n=56， n=100, n=180, n=315 (r/min)
3.1.4動力參數(shù)—主運動驅(qū)動電動機功率的確定
3.1.4.1 切削力的計算
由前面已知，本次設(shè)計的組合機床的最高轉(zhuǎn)速為n=315r/min，則此時的切削速度為：
V===108.8m/min<200m/min
由此可見，切削速度滿足要求。
計算銑削工件時的切削力
F=9.18×54.5a×a×a×Z×d
式中：a—銑削寬度，a=90mm
a—銑削深度，由于是一次銑削就能達到設(shè)計尺寸，則銑削深度為工件加工余量，即a=2.5mm。
a—每齒進給量，a=0.2mm/r
Z—轉(zhuǎn)數(shù)級數(shù)，取Z=4
則銑削力的大小為：
F=9.18×54.5×90×0.2×2.5×4×110=1213.1N
3.1.4.2 切削功率的計算
根據(jù)《機械制造工藝金屬機床設(shè)計指導(dǎo)》第72頁，可得切削功率公式為：
P===2.2KW
3.1.4.3 估算電動機功率
根據(jù)《機械制造工藝金屬機床設(shè)計指導(dǎo)》第72頁，有
P===3.14KW
式中：η—主傳動系統(tǒng)的機械效率，回轉(zhuǎn)運動的機床η=0.7～0.85。
3.1.4.4 選擇主電機
查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第155頁表12-1，選Y112-4電機，主要參數(shù)有：
額定功率P=4KW，滿載轉(zhuǎn)速 n=1440r/min，同步轉(zhuǎn)速n=1500r/min，級數(shù)P=4，質(zhì)量m=43kg。
3.2 進給驅(qū)動電動機功率的確定
查《金屬切削機床設(shè)計》第41頁，可知：進給驅(qū)動電動機功率取決于進給的有效功率和傳動件的機械效率，即：N=
式中：N—進給驅(qū)動電動機功率(KW)
Q —進給抗力(N)
V—進給速度(m/min)
η—進給傳動系統(tǒng)的總機械效率(一般取0.15～0.2)
粗略計算時，可根據(jù)進給傳動與主傳動所需功率之比值來估算進給驅(qū)動電機功率。
對于銑床： N=0.2×N=0.2×4=0.8KW
查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第155頁表12-1，選Y90S-4電機，主要參數(shù)有：
額定功率P=1.1KW，滿載轉(zhuǎn)速n=1440r/min，同步轉(zhuǎn)速n=1500r/min，級數(shù)P=4，質(zhì)量m=22kg。
3.3 主軸組件的計算
主軸組件的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括：主軸的平均直徑D（初選時常用主軸前軸頸的直徑D來表示）；主軸內(nèi)孔直徑d；主軸前端部的懸伸量a；以及主軸支承跨距L等。一般步驟是：首先根據(jù)機床主電機功率或機床的主參數(shù)來選取D，在滿足主軸本身剛度的前提下，按照工藝要求來確定d，根據(jù)主軸前端部結(jié)構(gòu)形狀和前支承的結(jié)構(gòu)型式來確定a,最后根據(jù)D、a和主軸前支承的支承剛度來確定L。
主軸軸承的配置型式，對主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定很有關(guān)系，故在設(shè)計過程中常需交叉進行，最終以主軸組件剛度等性能來衡量其設(shè)計的合理性。
3.3.1 主軸直徑的選擇
主軸直徑對主軸組件剛度的影響很大，直徑越大，主軸本身的變形和軸承變形引起的主軸前端位移越小，即主軸組件的剛度越高。
但主軸前端軸頸直徑D越大，與之相配的軸承等零件的尺寸越大，要達到相同的公差則制造越困難，重量也增加。同時，加大直徑還受到軸承所允許的極限轉(zhuǎn)速的限制，甚至為機床結(jié)構(gòu)所不允許。
通常，主軸前軸頸直徑D可根據(jù)傳遞功率，并參考現(xiàn)有同類機床的主軸軸頸尺寸確定。查《金屬切削機床設(shè)計》第157頁表5-12中，幾種常見的通用機床鋼質(zhì)主軸前軸頸的直徑D，可供參考，如下表2-3所示：
已知主電機功率P=4KW，機床類型是銑床，查上表中對應(yīng)項，初取D=80。
主軸后軸頸直徑D和前軸頸直徑D的關(guān)系，可根據(jù)下列經(jīng)驗公式來定：
D=（0.7～0.85）D
因此，有
D=（0.7～0.85）D=（0.7～0.85）×80=56～68，取D=65。
表2-3 主軸前軸頸直徑D的選擇
機床
機 床 功 率 （千瓦）
1.47～2.5
2.6～3.6
3.7～5.5
5.6～7.3
7.4～11
11～14.7
車床
60～80
70～90
70～105
95～130
110～145
140～165
銑床
50～90
60～90
60～95
75～100
90～105
100～115
外圓磨床
—
50～90
55～70
70～80
75～90
75～100
3.3.2 主軸前后支承軸承的選擇
3.3.2.1 主軸前支承軸承的選擇
根據(jù)前述關(guān)于軸承的選擇原則，查《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》第375頁，選取主軸前支承的雙列向心短圓柱滾子軸承型號為3182116。其中，d=80，D=125，B=34，D=91，D=117，D=117，r=1。具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖2-4所示：
圖2-4 雙列向心短圓柱滾子軸承（GB285-87）結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸
再查《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》第365頁，選取主軸前支承的推力球軸軸承型號為8215。其中，d=75，d=75.2，D=110，H=27, D=86, D=99，r=1。具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖2-5所示：
3.3.2.2 主軸后支承軸承的選擇
查《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》第368頁，選取主軸后支承的圓柱滾子軸承型號為2213。其中：d=65，D=120，B=23，D=77，D=110，r=1.5。具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖2-6所示：
3.3.3 主軸內(nèi)孔直徑
該組合機床用于銑削加工，其主軸需有一通過銑刀拉桿的孔，該主軸內(nèi)孔直徑應(yīng)取在一定范圍內(nèi)，才不致影響主軸剛度。一般，主軸內(nèi)孔直徑受到主軸后軸頸的直徑所限制。
圖2-5 推力球軸承（GB301-84）結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸
圖2-6 圓柱滾子軸承（GB283-87）結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸
由材料力學(xué)可知，剛度K正比于截面慣性矩I，它與直徑之間有下列關(guān)系：
===1-（）=1-
根據(jù)此式可得：當(dāng)<0.3時，空心與實心截面主軸的剛度很接近；當(dāng)=0.5時，空心主軸的剛度為實心主軸剛度的90%，對剛度影響不大；≥0.7時，則主軸剛度急劇下降，故一般應(yīng)使<0.7，即d<0.7D。
由以上分析可得：
d<0.7 D=0.7×65=45.5
考慮到此組合機床主軸為銑削主軸，銑刀拉桿的直徑比較小，故可將取小些，即取=0.5，即：
d<0.5 D=0.5×65=32.5
將其圓整，d最后取為30。
3.3.4 主軸前端懸伸量
主軸前端懸伸量a指的是主軸前支承支反力的作用點到主軸前端受力作用點之間的距離，它對主軸組件剛度的影響較大。懸伸量越小，主軸組件剛度越好。
主軸前端懸伸量a取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸，一般應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選取，有時為了提高主軸剛度或定心精度，也可不按標(biāo)準(zhǔn)取。
另外，主軸前端懸伸量a還與前支承中軸承的類型及組合型式、工件或夾具的夾緊方式以及前支承的潤滑與密封裝置的結(jié)構(gòu)尺寸等有關(guān)。
因此，在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，應(yīng)盡可能減小懸伸量a，以利于提高主軸組件的剛度。
初算時，可查《金屬切削機床設(shè)計》第158頁表5-14，如下表2-4所示：
表2-4 主軸的懸伸量與直徑之比
類 型
機 床 和 主 軸 的 類 型
a/ D
Ⅰ
通用和精密車床，自動車床和短主軸端銑床，用滾動軸承支承，適用于高精度和普通精度要求
0.6～1.5
Ⅱ
中等長度和較長主軸端的車床和銑床，懸伸量不太長（不是細長）的精密鏜床和內(nèi)圓磨，用滾動和滑動軸承支承，適用于絕大部分普通生產(chǎn)的要求
1.25～2.5
Ⅲ
孔加工機床，專用加工細長深孔的機床，由加工技術(shù)決定需要有長的懸伸刀桿或主軸可移動，由于切削較重而不適用于有高精度要求的機床
>2.5
根據(jù)上表所列，所設(shè)計的組合機床屬于Ⅱ型，所以取a/ D為1.25～2.5，即：
a=（1.25～2.5）D=（1.25～2.5）×80=100～200
初取a=120。
3.3.5 主軸支承跨距
主軸支承跨距L是指主軸前、后支承支承反力作用點之間的距離。
合理確定主軸支承跨距，可提高主軸部件的靜剛度?？梢宰C明，支承跨距越小，主軸自身的剛度越大，彎曲變形越小，但支承的變形引起的主軸前端的位移量將增大；支承跨距大，支承的變形引起的主軸前端的位移量較小，但主軸本身的彎曲變形將增大。可見，支承跨距過大或過小都會降低主軸部件的剛度。
有關(guān)資料對合理跨距選擇的推薦值可作參考：
（1） L=（4～5）D；
（2） L=（3～5）a，用于懸伸長度較小時；
（3） L=（1～2）a，用于懸伸長度較大時。
根據(jù)此次設(shè)計的組合機床剛性主軸的懸伸量較大，取L≤2.5a為宜。即此次設(shè)計的主軸兩支承的合理跨距
L≤2.5a=2.5×120=300
初取L=280。
3.4 主軸結(jié)構(gòu)圖
根據(jù)以上的分析計算，可初步得出主軸的結(jié)構(gòu)如圖2-7所示：
3.5 主軸組件的驗算
主軸在工作中的受力情況嚴(yán)重，而允許的變形則很微小，決定主軸尺寸的基本因素是所允許的變形的大小，因此主軸的計算主要是剛度的驗算，與一般軸著重于強度的情況不一樣。通常能滿足剛度要求的主軸也能滿足強度的要求。
剛度乃是載荷與彈性變形的比值。當(dāng)載荷一定時，剛度與彈性變形成反比。因此，算出彈性變形量后，很容易得到靜剛度。主軸組件的彈性變形計算包括：主軸端部撓度和主軸傾角的計算。
3.5.1 主軸端部撓度
主軸端部撓度直接影響加工精度和表面粗糙度，因此必須加以限制，一般計算主軸端部最大撓度。
3.5.1.1 支承的簡化
對于兩支承主軸，若每個支承中僅有一個單列或雙列滾動軸承，或者有兩個單列球軸承，則可將主軸組件簡化為簡支梁，如下圖2-8所示；若前支承有兩個以上滾動軸承，
圖2-8 主軸組件簡化為簡支梁
可認為主軸在前支承處無彎曲變形，可簡化為固定端梁，如下圖2-9所示：
圖2-9 主軸組件簡化為固定端梁
此次設(shè)計的主軸，前支承選用了一個雙列向心短圓柱滾子軸承和兩個推力球軸承作為支承，即可認為主軸在前支承處無彎曲變形，可簡化為上圖2-9所示。
3.5.1.2 主軸的撓度
查《材料力學(xué)I》第188頁的表6.1，對圖2-9作更進一步的分析，如下圖2-10所示：
根據(jù)圖2-10，可得此時的最大撓度
=-
其中，
F—主軸前端受力。此處，F(xiàn)=F=1213.1N
l—A、B之間的距離。此處，l=a=12cm
圖2-10 固定端梁在載荷作用下的變形
E—主軸材料的彈性模量。45鋼的E=2.1×10N/cm
I—主軸截面的平均慣性矩。當(dāng)主軸平均直徑為D，內(nèi)孔直徑為d時，
I=。此處，D==133
故可計算出，主軸端部的最大撓度：
=-1.87×10 mm
3.5.1.3 主軸傾角
主軸上安裝主軸和安裝傳動齒輪處的傾角，稱為主軸的傾角。此次設(shè)計的主軸主要考慮主軸前支承處的傾角。若安裝軸承處的傾角太大，會破壞軸承的正常工作，縮短軸承的使用壽命。
根據(jù)圖2-10，可得此時的最大傾角
=-
其中，
F—主軸前端受力。此處，F(xiàn)=F=1213.1N
l—A、B之間的距離。此處，l=a=12cm
E—主軸材料的彈性模量。45鋼的E=2.1×10N/cm
I—主軸截面的平均慣性矩。當(dāng)主軸平均直徑為D，內(nèi)孔直徑為d時，
I=。此處，D==133
故可計算出，主軸傾角為：
=-2.3×10 rad
查《組合機床設(shè)計》第一冊中機械部分的第670頁，可知：
當(dāng)
x≤0.0002L mm
≤0.001 rad
時，剛性主軸的剛度滿足要求。
此處的x，即為最大撓度和最大傾角，L為主軸支承跨距。
將已知數(shù)據(jù)和代入，即可得：
初步設(shè)計的主軸滿足剛度要求。
3.6 主軸組件的潤滑和密封
3.6.1 主軸軸承的潤滑
潤滑的作用是降低摩擦，減小溫升，并與密封裝置在一起，保護軸承不受外物的磨損和防止腐蝕。潤滑劑和潤滑方式?jīng)Q定于軸承的類型、速度和工作負荷。如果選擇得合適，可以降低軸承的工作溫度和延長使用期限。
滾動軸承可以用潤滑油或潤滑脂來潤滑。試驗證明，在速度較低時，用潤滑脂比用潤滑油溫升低。所以，此次設(shè)計的主軸支承均采用潤滑脂。同時，主軸是裝在主軸套筒內(nèi)的，為防止使用潤滑油時泄漏，也應(yīng)采用潤滑脂潤滑。
加潤滑脂時，應(yīng)該注意潤滑脂的充填量不能過多，不能把軸承的空間填滿，否則會引起過高的發(fā)熱，并使?jié)櫥刍鞒龆鴲夯瘽櫥Ч?
3.6.2 主軸組件的密封
密封對主軸組件的工作性能與潤滑影響也較大。機床主軸密封不好，將使?jié)櫥瑒┩饬?，造成浪費，加速零件的磨損，還會嚴(yán)重地影響到工作環(huán)境及機床的外觀。
3.6.2.1 主軸組件密封裝置的功用
密封裝置的功用是：防止?jié)櫥瑒闹鬏S組件及傳動部件中泄漏，從而避免浪費，保護工作環(huán)境，防止冷卻液及雜物（如灰塵、臟物、水氣和切屑等）從外面進入部件內(nèi)，以減少機床零件的腐蝕及磨損，延長其使用壽命。
3.6.2.2 對主軸組件密封裝置的要求
對主軸組件密封裝置的要求是：在一定的壓力、溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能；由密封裝置所形成的摩擦力應(yīng)盡量小，摩擦系數(shù)應(yīng)盡量穩(wěn)定；耐腐蝕、磨損小、工作壽命長，磨損后，在一定程度上能自動補償；結(jié)構(gòu)簡單、裝卸方便。對具體的主軸組件及傳動部件，應(yīng)根據(jù)實際情況選擇有效而又經(jīng)濟密封裝置。
3.6.2.3主軸組件密封裝置的類型
主軸組件密封裝置的類型，主要有以下幾種：具有彈性元件的接觸式密封裝置；皮碗（油封）式密封裝置；具有金屬和石墨元件的接觸式密封裝置；擋油圈式和螺旋溝式密封裝置；圈形間隙式、油溝式和迷宮式密封裝置；立式主軸的密封裝置等。
3.6.2.4 主軸組件密封裝置的選擇
選用密封裝置時，應(yīng)考慮到主軸組件的下列具體工作條件：密封處主軸頸的線速度；所用潤滑劑的種類及其物理化學(xué)性質(zhì)；主軸組件的工作溫度；周圍介質(zhì)的情況；主軸組件的結(jié)構(gòu)特點；密封裝置的主要用途等。
綜合考慮上述因素，主軸前支承處，為了更好地防止外界的灰塵屑末等雜物進入，故考慮選用迷宮式密封，形成一條長而曲曲折折的通道，徑向尺寸不超過0.3mm，中填潤滑脂，軸向尺寸不超過1.5mm。
查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第87頁表7-17，可得此次選用的迷宮式密封裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下圖2-11所示：
圖2-11 迷宮式密封裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)
其中，
d=80，D=130，e=1
3.7 主軸組件中相關(guān)部件
3.7.1 軸肩擋圈
前支承雙列向心短圓柱滾子軸承和推力球軸承之間所用的擋圈，可查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第56頁表5-1，可得此次選用的擋圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下圖2-12所示：
圖2-12 軸肩擋圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)
其中，
D=95，d=80，H=6
3.7.2 擋圈
兩推力球之間用的擋圈為非標(biāo)準(zhǔn)件，徑向尺寸依主軸套筒尺寸而定，軸向尺寸可初取為6mm。
3.7.3 圓螺母
鎖緊靠主軸后支承一邊的推力球軸承以及鎖緊兩推力球軸承內(nèi)的套筒，分別采用兩個圓螺母，為了增加可靠性，再加一止動螺釘。圓螺母具體的參數(shù)可查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第60頁表5-6，結(jié)構(gòu)如下圖2-13所示：
圖2-13 圓螺母（GB812-88）
其中，鎖緊靠主軸后支承一邊的推力球軸承用的圓螺母，
D×p=M80×2，d=115，d=103，m=15，h=10.36，h=10，t=4.75，t=4，C=1.5，C=1
鎖緊兩推力球軸承內(nèi)的套筒用的圓螺母，
D×p=M72×2，d=105，d=93，m=15，h=10.36，h=10，t=4.75，t=4，C=1.5，C=1
3.7.4 套筒
兩推力球軸承之間用的套筒，根據(jù)以上計算，可知，軸向尺寸取為92，徑向厚度取為2.5mm，一端加工出長為26的外螺紋M80×1.5，一端用一緊定螺釘鎖緊在主軸上，套筒結(jié)構(gòu)如圖2-14所示；緊定螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)可查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第43頁表3-17，如圖2-15所示；主軸上的小孔的結(jié)構(gòu)參數(shù)可查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》第61頁表5-8，如圖2-16所示：
其中，緊定螺釘?shù)膮?shù)有：
M8×1.25，l=10，d=5.5，n=1.2 , t=2
圖2-14 兩推力球軸承內(nèi)用套筒結(jié)構(gòu)參數(shù)
軸上固定螺釘用的孔的參數(shù)有：
d=6，c=5，h≥5
圖2-15 開槽平端緊定螺釘
圖2-16 軸上固定螺釘用的孔
3.7.5 前、后支承的軸承蓋
為了保證軸承的正常運轉(zhuǎn)，防止外界雜物進入影響軸承的使用壽命，前、后軸承應(yīng)安裝上軸承蓋，并將其固定在套筒上，與主軸配合處采用間隙配合，初步設(shè)計如下圖2-17、2-18所示：
圖2-17 前支承用軸承蓋
其中，
d=124，D=153
圖2-18 后支承用軸承蓋
其中，
d=64，D=153，a=5，b=55
3.7.6 主軸用套筒及其鎖緊部分
根據(jù)前面的計算和設(shè)計，可以直接得到主軸用套筒的結(jié)構(gòu)及參數(shù)如圖2-19所示：
套筒的鎖緊部分采用彈性套，當(dāng)調(diào)節(jié)螺栓時，彈性套就會隨之變形，從而鎖緊或松開套筒。主軸需要軸向移動（調(diào)節(jié)）時，便松開螺栓，彈性套也隨之松開套筒，調(diào)節(jié)完主軸軸向位置后，應(yīng)擰緊螺栓以鎖緊主軸。
同時，彈性套和螺栓固定在主軸組件的箱體上，彈性套的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)如下圖2-20所示：
鎖緊螺栓的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)可查《簡明機械設(shè)計手冊》第102頁表6-9，取M24螺栓，
圖2-19 主軸用套筒的結(jié)構(gòu)及參數(shù)
結(jié)構(gòu)如下圖2-21所示，參數(shù)有：
l=100，b=54，c=0.2，d=26.4，d=24，d=33.6，e=40，f=4，k=15，k′=10.3，r=0.8，s=36，l=31，l=46
圖2-20 彈性套結(jié)構(gòu)及參數(shù)
3.7.7 主軸尾部的內(nèi)花鍵
組合銑床的主軸組件和傳動裝置采用花鍵連接，查《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》第468頁表8-6，花鍵采用外徑定心方式，其特點是：定心精度高，加工方便，外花鍵的外徑可在普通機床上加工至所需的精度。內(nèi)花鍵的硬度不高時，可由拉刀保證其外徑精度。結(jié)構(gòu)如圖2-22所示，參數(shù)可查《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》第468頁表8-7，有：
d=42，N=8，D=46，B=8
圖2-21 鎖緊螺栓的結(jié)構(gòu)及參數(shù)
圖2-22 主軸尾部的內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)及參數(shù)
3.8 主軸組件軸向調(diào)節(jié)機構(gòu)
主軸組件的軸向調(diào)節(jié)機構(gòu)采用一對圓錐齒輪并經(jīng)絲杠螺母手動調(diào)節(jié)。它具有傳動比小，傳動精度高，運動平穩(wěn)，能自鎖等特點。絲杠主要承受軸向力，故采用兩推力球軸承作為絲杠的支承，螺母支承的軸和主軸套筒上的孔相配合，實現(xiàn)主軸的軸向調(diào)節(jié)。該絲杠螺母支承簡圖如圖2-23所示：
3.9夾具設(shè)計
3.9.1 夾具的組成
(1) 定位元件
定位元件保證工件在夾具中處于正確的位置。如圖3-2所示，鉆后蓋上的φ10㎜孔，其鉆夾具如圖3-3所示。夾具上的圓柱銷5、菱形銷9和支承板4都是定位元件，通過它們使工件在夾具中占據(jù)正確的位置。
(2) 夾緊裝置
夾緊裝置的作用是將工件壓緊夾牢，保證工件在加工過程中受到外力(切削力等)作用時不離開已經(jīng)占據(jù)的正確位置。圖3-3中的螺桿8(與圓柱銷合成一個零件)、螺母7和開口墊圈6就起到了上述作用。
(3) 對刀或?qū)蜓b置
對刀或?qū)蜓b置用于確定刀具相對于定位元件的正確位置。如圖3-3中鉆套l和鉆模板2組成導(dǎo)向裝置，確定了鉆頭軸線相對定位元件的正確位置。銑床夾具上的對刀塊和塞
尺為對刀裝置。
(4) 連接元件
連接元件是確定夾具在機床上正確位置的元件。如圖3-3中夾具體3的底面為安裝基面，保證了鉆套1的軸線垂直于鉆床工作臺以及圓柱銷5的軸線平行于鉆床工作臺。因此，夾具體可兼作連接元件。車床夾具上的過渡盤、銑