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攻丝组合机床设计毕业论文

攻丝组合机床设计毕业论文

第一章绪论

1.1本课题的研究背景及意义

随着现代化工业技术的快速发展，特别是随着它在自动化领域内的快速发展，组合机床的研究已经成为当今机器制造界的一个重要方向，在现代工业运用中，大多数机器的设计和制造都是用机床大批量完成的。

现代大型工业技术的飞速发展，降低了组合机床的实现成本，软件支持机制也使得实现变得更为简单，因此，研究组合机床的设计具有十分重要的理论意义和现实意义。

在工业高速发展的现代化浪潮中，各种机械设计和制造业中，组合机床的应用越来越广泛，越来越转化为生产力，从这个意义上讲，对组合机床的研究具有重要的现实意义。

组合机床是根据工件加工需要，以通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。

组合机床是按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。

由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，从而缩短了设计和制造的周期，因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到了广泛的应用，并可用以组成自动生产线。

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、制订影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。

总体方案的拟定是设计组合机床最关键的一步。

方案制定得正确与否，将直接影响机床能否达到合同要求，保证加工精度和生产率，并且结构简单、成本较低和使用方便。

对于同一加工内容，有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采用哪种方案时，必须对各种可行的方案作全面分析比较，根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并经技术经济分析后拟订出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。

在组合机床诸多零件中，多轴箱和夹具与组合机床密切相关，是组合机床的重要组成部件。

它是选用通用零件"按专用要求设计的，所以是组合机床设计过程中工作量较大的零部件，就多轴箱设计来说，工作量主要集中在传动系统的设计上，轴的设计必须保证各轴的转速、旋向、强度和刚度，而且应当考虑有无让刀，有无调位机构等。

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。

它是用于实现被加工零件的准确定位，夹压，刀具的导向，以及装卸工件时的限位等作用的。

组合机床夹具和一般夹具所起的作用看起来好象很接近，但是其结构和设计要求却有着很显著的甚至是很根本的区别。

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。

因此，本课题基于使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好提出的要求，着重选择最佳的工艺方案，合适地确定机床工序集中程度，合理地选择组合机床的通用部件，恰当的组合机床的配置型式，合理地选择切削用量，以及设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱就是本次设计主要内容。

具体的工作就是要制定工艺方案，进行机床结构方案的分析和确定，进行组合机床总体设计，组合机床的部件设计和施工设计，使其具有工程意义，实现其在实际应用中的价值。

1.2本课题国内外研究概况

近20年来，组合机床自动线技术取得长足进步，自动线在加工精度、生产效率、利用率、柔性化和综合自动化等方面的巨大进步，标志着组合机床自动线

技术发展达到了高水平。

自动线的技术发展，刀具、控制和其他相关技术的进步，特别是CNC空制技术发展对自动线结构的变革及其柔性化起着决定性的作用。

随

着市场需求的变化，柔性将愈来愈成为抉择设备的重要因素。

因此，组合机床自

动线将面临由高速加工中心组成的FMS的激烈竞争。

组合机床是一种专用高效自动化技术装备，目前，由于它仍是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备，因而被广泛应用于汽车、拖拉

机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。

其中，特别是汽车工业，是组合机床最大的用户。

如德国大众汽车厂在Salzgitter的发动机工厂，在大批量生产的机械工业部门，大量采用的设备是组合机床。

因此，组合机床的技术性能和综合

自动化水平，在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质量和企

业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。

现代组合机床和自动线作为机电一体化产品，它是控制、驱动、测量、监控、

刀具和机械组件等技术的综合反映。

近20年来，这些技术有长足进步，同时作为组合机床主要用户的汽车和内燃机等行业也有很大的变化，其产品市场寿命不

断缩短，品种日益增多且质量不断提高。

这些因素有力地推动和激励了组合机床的不断发展。

组合机床是由大量的通用部件和少量的专用部件组成且工序集中的高效专用机床.由万能机床和专用机床发展而来.由于组合机床工序的高度集中，即在一台机床上可同时完成一种或几种不同工序加工，因此适应了产量大、精度高的生产要求，并且克服了万能机床结构复杂、劳动强度大、生产效率低、精度不易保证的缺点，以及专用机床通用性差、不适应现代技术迅速发展、产品经常更新的要求.所以，组合机床及其自动线已广泛应用到汽车、柴油机、电动机、仪器仪表以及军工产品等的生产上，并显示出巨大的优越性。

1.3本论文的主要工作及结构

本次设计工作将设计一台双面卧式攻丝组合机床（减速器箱盖后面螺纹）。

因此，目的是使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好。

从而选择最佳的工艺方案，合适地确定机床工序集中程度，合理地选择组合机床的通用部件，恰当的组合机床的配置型式，合理地选择切削用量，以及设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱就是本次设计主要内容。

具体的工作就是要制定工艺方案，进行机床结构方案的分析和确定，进行组合机床总体设计，组合机床的部件设计和施工设计。

摘要部分，指出了本课题的研究概况，本课题的研究方法，第1章是绪论，主要介绍了本课题的研究背景及意义，指出本课题在国内外的研究概况，并给出了本论文的主要工作及结构。

第2章是本论文的主体部分，主要给出了本次课题研究即攻减速器箱盖后面螺纹的双面卧式攻丝组合机床的总体设计。

在接下去的几个部分分别给出了通过本课题的研究之后得出的结论，并对此方向的课题进行展望，表达了对学院老师特别是导师的感谢，给出完成本论文所需要的参考文献，最后，附上相关的设计图纸7张,及一张生产效率卡。

第二章组合机床的总体设计

2.1组合机床工艺方案的拟定

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。

因此，应根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并经技术经济分析后拟出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。

2.1.1确定组合机床工艺方案的基本原则

2..1.1.1组合机床工艺方案的基本原则

[1]粗精加工分开原则粗加工的切削负荷较大，切削产生的热变形、较大

夹压力引起的工件变形以及切削振动等，对精加工工序十分不利，影响加工尺寸

精度和表面粗糙度。

因此，在拟订工件一个连续的多工序工艺过程时，应选择粗精加工工序分开的原则。

[2]工序集中原则组合机床运用多刀集中在一台机床上完成一个或多个工件的不同表面的复杂过程，从而有效的提高生产率。

因此，在拟订工艺方案时，

在保证加工质量和操作维修方便的情况下，应适当提高工序集中程度，以便减少

机床台数、占地面积和节省人力，取得理想的效益。

本机床由于螺纹孔直径较小，精度较高，要求主轴和机床刚度较好，所以工序应集中，并且十个孔的相对位置精度要求较高所以工序集中加工。

通过丝锥对孔进行一次性加工，从而保证精度，质量，生产率。

2.1.1.2备注

攻丝机床都是借助电动机正转进行攻丝，加工完了电动机反转使丝锥退出工件。

电动机的反向和停止是由攻丝行程控制机构来操纵的。

为了确保攻丝电动机的可靠反向和停止，在电气控制系统设计上，除了一般动作控制信号外，还必须增设互锁保险开关。

为了在丝锥退回原位电动机能及时停止，不因惯性转动造成丝锥超程，破坏攻丝机构的原位状态，在电动机停转时，一般应采用刹车机构以制动。

当一个主轴箱上攻丝主轴少于8根时可以不用。

对特大的攻丝主轴箱有时还应设置两个或更多的刹车机构，以确保可靠的制动。

本设计的主轴箱的主轴只有6根，所以不需要

2.1.2组合机床工艺方案的拟订

2.1.2.1分析、研究加工要求和现场工艺

根据分析、研究被加工零件减速器箱盖两端面螺纹孔，在箱体上分别加工，技术要求及生产纲领。

深入现场调查分析零件（或同类零件）的加工工艺方法，定位和加紧，所采用的设备、刀具及切削用量，生产率情况及工作条件等方面的现行工艺资料，以便制定出切合实际的合理工艺方案。

2.1.2.2定位基准和夹压部位的选择

[1]由于实行多刀加工，切削负荷大，工件受力方向变化，加工零件为箱体，

所以采用一面两销定位，上面夹紧。

[2]组合机床的工艺方法及所能获得的加工精度；表面粗糙度和形位精度。

表1-1所列是组合机床加工螺纹孔的典型工艺过程。

表1-1螺纹孔加工典型工艺过程

螺纹孔类别

工艺过程

一般紧固螺纹孔

钻底孔，倒角，攻丝

较咼精度螺纹孔

钻底孔，扩至底孔尺寸，倒角，攻丝

在攻丝前最好在孔口倒角，以使丝锥容易进入空中，有利于准确的保证攻丝深度。

攻丝一般都采用一个工步一次加工出需要的深度。

但当螺纹孔较深时，可

以利用二次进给的方法来攻丝。

第一次攻到一段距离后，丝锥反转退回，但不全

部退出工件，然后丝锥又正转攻进，一直到需要的深度。

这样可以减少因切削阻塞使扭力矩增大，甚至使丝锥折断。

这种分两次攻丝的进给运动，也是通过特殊的攻丝行程控制机构自动控制的。

其工作原理与通用的攻丝行程控制机构类似。

亦可以在通用的攻丝行程控制机构上增加两个行程开关和挡铁来实现。

2.1.3确定组合机床配置型式及结构方案应考虑的问题

根据工件的特点、工艺要求、生产率要求及工艺方案等，可大体确定采用哪种基本配置型式的机床。

配置方案不同对机床的复杂程度、通用化程度、结构工

艺性、加工精度、机床重新调整的可能以及经济性等都有不同的影响。

因此，确定机床配置型式和结构方案时应考虑以下主要问题。

在确定机床配置型式和结构方案时，首先要考虑如何稳定地保证零件的加工精度。

影响加工精度的主要因素有夹具误差和加工误差两方面。

夹具误差：

一般精

加工的夹具公差为零件公差的1/3〜1/5。

固定式夹具单工位组合机床可达到的加工精度很高。

2.1.4工艺规程

工序10：

粗铣机盖下底面

工序20:

铣机盖上窥视孔表面

工序30:

半精铣、精铣机盖下底面

工序40:

粗铣机盖主轴孔附近凸台

工序50:

在机盖上底面左侧钻孔2-©11惚孔2-©24

工序60:

在机盖底面右侧钻2个©7.8孑L,在左侧钻一个©7.8孔

工序70:

攻机盖底面右侧的M10-H7的螺纹孔

工序80:

钻©100+0.0350与©80+0.0300（不到尺寸）

工序90:

镗主轴孔©100+0.0350与©80+0.0300（不到尺寸）

工序100:

精镗主轴孔©100+0.0350与©80+0.0300

工序110:

钻6-©13惚平©30的螺栓孔

工序120:

精铣机盖主轴孔附近凸台

工序130:

在组合机床上分别在机盖前后端面上钻12-©6.8的孔

工序140:

在组合机床上分别在机盖前后端面上攻12-M8-7H的螺纹孔

工序150:

钻机盖上窥视孔4-©3.9孔

工序160:

钻削为2-©8的锥销孔

工序170:

在窥视孔上攻4-M6-H7的螺纹孔

工序180:

清洗去毛刺

工序190:

检查

2.2加工工序图

被加工零件工序图具有直观的作用，此外，它还具有一些特定的要求。

被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容，加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹压部以及被加工零件的材料、硬度和在本机床上加工前毛坯情况的图纸。

它是在原有的工件图基础上，以突出本机床或自动线加工内容，加上必要的说明绘制的。

它是组合机床设计的主要依据。

也是制造使用时调整机床，检查精度的重要技术文件。

被

加工零件工序图应包括下列内容：

[1]在图上应表示出被加工零件的形状，尤其是要设置中间导向时，应表示

出工件内部筋的布置和尺寸，以便检查工件装进夹具是否相碰，以及刀具通过的可能性。

[2]在图上应表示出加工用基面和夹压的方向及位置，以便依此进行夹具的支承，定位及夹压系统的设计。

[3]在图上应表示出加工表面的尺寸、精度、光洁度，位置尺寸及精度和技术条件（包括对上道工序的要求及本机床保证的部分）。

[4]图中还应注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及被加工部位的余量。

此外，为了使被加工零件工序图清晰明了，能突出本机床的加工内容，绘制时对本机床加工部位用粗实线表示，其尺寸打上方框，其余部位用细实线表示。

本设计中，我设计的是攻减速器箱盖后面螺纹，采用一面两销定位，实现完全定位。

由于利用工件的底面作为基面，为了使夹紧可靠以及部件配置合理，采用对工件的顶面进行夹紧。

要求加工之后能满足尺寸的公差范围之内。

整体的定位及夹紧的位置可见下图所示。

2.3加工示意图

加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体设计中占有重要地位。

它是设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床和刀具的依据。

加工示意图，要反映机床的加工过程和加工方法，刀具尺寸及加工尺寸，主轴尺寸及伸出长度，主轴、刀具、工件间的联系尺寸等，根据机床要求的生产率及刀具特点，合理地选择刀削用量，决定动力头的工作循环。

加工示意图应绘制成展开图，其绘制顺序是：

首先按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图，加工示意图还要绘制出工件加工部位的图形。

加工示意图还要考虑一些特殊要求（如工件抬起、主轴定位、危险区等）。

决定动力头的工作循环及行程。

最后，选择切削用量及附加必要的说明。

综合考虑以上各种注意事项，可以看出加工示意图的绘制方法可以分为几个步骤，即刀具的选择、工序间余量的确定等。

2.3.1技术分析

螺纹孔M8精度等级：

7H

材料：

HT200硬度：

HB190

盲孔加工深度L=15mm

2.3.2刀具的选择

刀具的类型的选择决定于所切螺纹的性质、所切螺纹在工件上的位置、工件的构造与尺寸及生产的批量。

查[10]P899表10-49

选用细柄机用丝锥6-M8-H3GB3464-83。

2.3.3攻丝靠模装置选择

在组合机床上攻制螺纹多采用攻丝靠模装置。

其原理仍然是“自引法”攻丝。

这种攻丝装置的进给运动，直接由靠模螺杆、螺母得到。

常用的靠模装置有：

TO281型攻丝靠模装置和TO282型靠模装置。

本设计中采用了通用的TO281型攻丝靠模装置

TO281型攻丝靠模

这种靠模装置有攻丝靠模和攻丝卡头配合组成，并由攻丝装置配置成攻丝组

合机床。

动力由攻丝主轴通过双键传到攻丝靠模杆，再经平键传递给攻丝卡头上的丝锥。

靠模螺母通过结合子和弹簧装在套筒内，套筒由压板压在靠模板谁上。

攻丝时，靠模杆边转动边向前移动，其进给量与丝锥引进量相同。

压板的压力要适当，以保证丝锥遇到故障不能前进，扭力增大，靠模杆与靠模螺母同时转动，停止进给，避免破坏传动件或扭转丝锥。

这种装置易于调整，只要松开压板，则可方便的将攻丝靠模取出，且在变动加工螺孔规格时，易装卸调换。

选用攻螺纹靠模规格2。

2.3.4切削用量的选取

由于组合机床有大量刀具同时工作，为了使机床正常工作，不经常停车换刀，而达到较高的生产率。

所选择的切削用量比一般通用机床的切削用量要低一些。

总体上说：

在采用多轴加工的组合机床的切削用量和切削速度要低一些。

根据现

有组合机床使用情况，多轴加工的切削用量比通用机床单刀加工的切削用量约30流右。

查阅[2]P51表2-17攻丝切削速度

加工材料为铸铁切削速度：

v=4〜8m/min

查[10]P1142

由公式计算得

取v=8m/min

表14-90

Cvdox

v—

tmpy

6.282

30061.250.9

=（2-99m/min

进给量为丝锥的导程f=1.25mm/r

由公式：

v=ndn得:

主轴转速n=318/r/min

2.3.5确定主轴类型、尺寸、外伸长度

主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联结结构进行确定。

主轴轴颈及

轴端尺寸主要取决于进给抗力和主轴——刀具系统结构。

通用攻螺纹主轴有两种

（1）滚锥轴承攻螺纹主轴

（2）滚针轴承攻螺纹主轴。

2.3.5.1主轴类型

查［9］表4-2

选用滚锥轴承攻螺纹主轴

235.2主轴尺寸

根据公式：

d=6.24.10T（2-2）

可算出本设计中攻螺纹主轴的大致直径

式中：

d主轴直径（mr）

t――转矩（n•m

D螺距大径（m）

P螺距（m）

加工铸铁时T=0.195D1.4P1.5（2-3）

由于本设计中D=8mmP=1.25mm所以

查［9］中表3-5攻螺纹主轴直径的确定，得螺纹M8的主轴直径d=17mm转

矩T=5N-m

查［9］表3-6和4-2主轴直径d=20mm

外伸尺寸L=120mm

2.3.6选择接杆、浮动卡头

加工螺纹时，常采用攻螺纹靠模装置和攻螺纹卡头及相配套的攻螺纹接杆，

丝锥用相应的弹簧夹头装在攻螺纹接杆上。

查［9］中图8-1

选用用于夹持M6-M30的机用丝锥弹簧夹头。

查［9］中图8-6

选用攻螺纹卡头及攻螺纹接杆。

2.3.7动力部件工作循环及行程的确定

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，又返回到原位的动作过程。

L工：

工作进给长度L,:

切入长度

L:

加工长度L2:

切出长度

鮒一熾

237.1工作进给长度L工的确定

（2-4）

L工=Li+LL2

L工=15+8=23mm

切入长度一般为5~10mm,取8mm。

切出长度为0

2.3.7.2快速引进长度确定

快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度由具体情况确定本工序选取快速引进长度为75mm。

2.3.7.3动力部件总行程的确定

630mm前备量为

动力部件总行程为快退行程和前后备量之和。

总行程为

40mm，后备量为515mm。

2.4机床联系尺寸图

2.4.1机床联系尺寸图作用和内容

机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定

的主要通用部件以及确定专用部件的总体结构而绘制的。

是用来表示机床的配置形式、主要构成及各部件安装位置、相互关系、运动关系和操作方位的总体布局图。

机床联系尺寸总图表示的内容：

[1]表示机床的配置形式和总布局。

［2］完整齐全的反映各部件之间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及滑台工作循环总的工作行程和前后备量尺寸。

［3］标注主要通用部件的规格代号和电动机型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件。

［4］标明机床验收标准及安装规程。

2.4.2绘制机床尺寸联系总图之前应确定的内容

2.4.2.1选择动力部件

动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。

根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理因素，确定机床为卧式双面单工位液压传动组合机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的动力箱驱动多轴箱攻丝主轴。

动力箱规格与滑台要匹配，其驱动功率主要依据是根据多轴箱所传递的切屑功率来选用。

确定攻丝电机功率，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。

（轴数少时取大值，轴数多时取小值）

P切削

F主轴箱（2-5）

则:

Tv

9740二D

195D1.4PW.5v195父81.4汉1.251.5疋8

9740二D97408■:

=0.1636kw

（2-6）

式中：

P切削消耗于各主轴的切削功率的总和，单位为kw；

n――主轴箱的传动效率，加工黑色金属时取0.8~0.9，加工有色金

属时取0.7~0.8，主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。

查《组合机床设计简明手册》表6-20

P切削=6x0.1636/0.8=1.09kw

1.09x2=2.18kw

查［9］表5-39

本机床左右多轴箱均采用仃D25-IB型动力箱（q=1420r/min;电动机选Y100L1-4型，功率为2.2KW）。

F=26Df0.8HB0.6=2681.25°'8200°'6=5973.231446N（2-7）

F总=6F=65973231446=35839.38867N

根据选定的切削用量，计算总的进给力，根据所需的最小进给速度、工作行

程、结合多轴箱轮廓尺寸，考虑工作稳定性，选用HY63-I型液压滑台，以及相

配套的侧底座（1CC631型）。

查［9］P91表5-1

滑鞍宽度：

630mm

滑鞍长度：

1250mm

行程：

630mm滑座长度：

1920mm高度：

400mm

工进速度：

6.5-250mm/min快进速度：

5m/min。

242.2确定机床装料高度H

装料高度是指工件安装基面至地面的垂直距离。

考虑上述刚度结构功能和使用要求等因素选取计算：

最低孔高度h2=204.5mm

滑台高度h3=400mm

侧底座高度h4=630mm

取H=1250m。

2.4.2.3确定夹具轮廓尺寸

主要确定夹具底座的长、宽、高尺寸。

初取长为1000mm宽为600mm高为850mm

2.4.2.4确定中间底座尺寸

中间底座尺寸在长度和宽度上满足夹具的安装要求。

他在加工方向上的尺寸，实际已由加工示意图确定。

2.4.2.5确定多轴箱轮廓尺寸

标准通用多轴箱厚度是一定的、卧式325mm。

因此，确定多轴箱，主要是

确定多轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度hl。

B=b+2b（2-8）

H=h+h,b,（2-9）

式中b——工件在宽度方向相距最远的两孔的距离b=245mm

bl最边缘主轴中心至箱体壁距离b1>70~100mm取b仁75mm

h――工件在高度方向相距最远的两孔距离h=35mm

hl――最低轴高度

B=245+2x75=395mm

h1=h2+H-（0.5+h3+h4）=25+1100-（0.5+400+630）=94.5mm

H=35+100+94.5=229.5mm

查[9],P135表7-1选取多轴箱体规格尺寸400x400。

联系尺寸图如下图所示

2.4.3机床分组

为了便于设计和组织生产，组合机床各部件和装置按不同功能划分编组本机床编组如下：

第10组左侧床身

第20组夹具

第11组右侧床身

第12组中间底座

第30组电气装置

第40组传动装置

第50组润滑装置

第60组刀具

第61组工具

第71组左多主轴箱

第72组右多主轴箱

2.5机床生产率计算卡

根据加工示意图所确定的工作循环及切削用量等，就可以计算机床生产率并编制生产率计算卡。

生