单面钻孔攻丝组合机床总体设计_带图纸
单面钻孔攻丝组合机床总体设计学院机械工程学院[20191210110243]
摘要
设计单面钻孔攻丝组合机床的目的就是为了能在所给出的工件上加工出精准的螺纹孔。单面钻孔攻丝组合机床能对工件进行多工位、多刀同时加工，完成钻孔、攻丝等切削工序。从而在保证加工质量的同时大大提高了生产率，对本课题设计要求加工的汽车后桥桥壳的批量也有很高的经济效益。
本设计对汽车后桥桥壳螺纹孔的加工工艺进行了分析，就孔的加工提出了这样的想法：“一次装夹，双工位加工，达到产品图样精度要求”，设计了12轴头单面双工位钻孔攻丝组合机床。
本设计对各部分的设计进行了计算和论证，并绘制了“三图一卡”，即被加工零件工序图，加工示意图以及机床联系尺寸图。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:组合机床汽车后桥桥壳三图一卡
Keywords：Modular machine tool; Axle housing; Three figures and one card目 录
1 组合机床的近况 1
1.1 组合机床在国民经济中的地位 1
1.2 组合机床的特点 1
1.3 课题的研究背景 2
1.3.1 国外研究现状 2
1.3.2 国内研究现状 2
1.4 本课题的研究内容 2
2 加工零件的工艺分析 3
2.1 零件的分析 3
2.2 加工零件的工艺分析 4
2.1.1 分析研究加工要求 4
2.1.2 分析工艺过程及定位方案的选择 4
3 组合机床设计方案及切削用量的确定 6
3.1 组合机床方案的制定 6
3.1.1 钻孔装置结构方案的选择 7
3.1.2 攻丝装置结构方案的选择 7
3.2 确定切削用量及刀具的选择 8
3.2.1 机床钻头及切削用量的选择 8
3.2.2 攻丝装置及切削用量的选择 11
4 组合机床的总体设计——三图一卡 14
4.1 加工零件工序图设计 14
4.1.1加工零件工序图的作用 14
4.1.2加工零件工序图的内容 14
4.2 加工示意图设计 15
4.2.1加工示意图的内容 15
4.2.2加工示意图的画法及注意事项 15
4.2.3绘制加工示意图相关计算 15
4.3 组合机床联系尺寸图设计 21
4.3.1组合机床联系尺寸图的作用及内容 21
4.3.2组合机床Ⅰ工位标准通用部件的选择 22
4.3.3组合机床Ⅱ工位标准通用部件的选择 25
4.3.4组合机床工作台的选择 27
4.3.5组合机床配套夹具轮廓尺寸拟定及T型槽安装位置 27
4.3.6组合机床联系尺寸图的画法和步骤 27
4.4 组合机床生产率的计算 30
4.4.1理想生产率 30
4.4.2实际生产率 30
4.4.3机床负荷率 31
4.4.4生产率计算卡 31
结语 33
参考文献 34
致谢 35
1 组合机床的近况
1.1 组合机床在国民经济中的地位
在中国,到目前为止组合机床已经有28年的历史了。其研发和生产技术是具有相当规模基础的,并且已经深入了许多行业应用，推动了机械制造行业当前的产品更新、技术创新，提高了生产率和重要设备的快速发展。组合机床集制造技术和机电综合自动化水平于一体。
1.2 组合机床的特点
组合机床可以对一个(或多个)零件进行多轴、多刀、多面的加工。机床可完成铰孔、钻孔、攻螺纹、车削、研磨和轧制,生产效率高,加工质量可靠。
对比其他机床，组合机床具备以下特征：
（1）设计和制造周期短，投资少，经济效益好。
（2）结构稳定，可提高工作效率，易于使用和保养。
（3）简单易操作，加工零件并不需要工人有很高的技术水平。
（4）当加工产品有了更新，组合机床通用部件一般可反复使用，无需另行设计。
图1.1表示的是组合机床及其组成部件。
图1.1 组合机床及其组成部件
按照作用分类，组合机床的通用部件主要有以下：能源部件、传动部件、支承部件、控制部件，另外还有辅助部件。在本次毕业设计中，主要是按照加工工件的外形尺寸和需要达到的精度要求、生产节拍，来完成组合机床的总体设计。
1.3 课题的研究背景
现在的组合机床需求量很大，因为它可以将多刀、多轴、多工位加工的巨大优势体现的尤为突出。在这时候对此课题进行研究也是显得特别有意义的。现在随着科技的发展，为了提高组合机床的自动化程度及成产效率，其设计一般都是在一定的基础上,结合利用PLC控制编程技术和液压技术。
1.3.1 国外研究现状
从2002年底第21届日本国际机床展中得悉，在组织的五百多名来自十多个国家和地区的机床供应商都向世界展示了最先进的机床,超高速和超高精密加工技术设备受到了许多人的青睐。专家说组合机床的核心是超高速设备,它能使组合机床的主轴转速和进给速率进一步提高。展览展示的加工中心主轴转速达到了每分钟10000到20000转,最大进给速率达到了每分钟20米到60米;复合、多功能、多轴控制设备的前景也被业内广泛看好。
1.3.2 国内研究现状
在中国，组合机床目前已经经历了长达28年的发展史了，其研发和生产技术是具有相当规模基础的，是目前机械制造业提高生产效率不可或缺的设备。我国的组合机床大多采用机、电、气、液控制。
1.4 本课题的研究内容
设计一台单面钻孔攻丝组合机床
加 工：后桥桥壳12- M16×1.5-6H螺纹孔
机床类型：卧式单面
驱 动：液压
生产节拍：6件/分
被加工零件工序图
加工示意图
机床联系尺寸图
机床生产率计算卡
2 加工零件的工艺分析
2.1 零件的分析
根据被加工零件汽车后桥桥壳的零件图和三维实体造型图（如图2.1所示），
a 后桥桥壳的三维实体造型图
b 后桥桥壳的零件图
图2.1 后桥桥壳的零件图和三维实体造型图
加工该孔的主要技术要求如下：
加工12个 的螺纹孔
工件材料为Q460C
孔的位置度公差为0.3mm
生产节拍为6件/分
2.2 加工零件的工艺分析
2.1.1 分析研究加工要求
被加工零件为汽车后桥桥壳，在桥壳上分别分析加工的技术要求及生产纲领。这次设计要求在此汽车后桥桥壳上加工12个直径为16mm深度是1.5mm的孔，工件的材料是Q460C低合金高强度钢，孔的位置度公差为0.3mm，所要求的生产节拍是6件/分。在给出这个课题后，我也是查阅了大量的资料，如果使用的是万能机床来对此工件进行加工，工人会整天忙于装夹工件、进刀退刀、卸下工件等，大大浪费了劳动力，降低了工作效率。相反若要是使用组合机床，则会省去很多繁琐的步骤，大大提高了生产效率，提高了经济效益。因此对于此次课题给出的工件，用单面钻孔攻丝组合机床加工会更为有效。
2.1.2 分析工艺过程及定位方案的选择
1.工艺分析
零件加工工艺方案可以确定许多方面的事物，如生产率、加工质量等，并有助于设计夹具。所以在定制工艺方案的同时必须要对被加工工件的图纸进行计算和分析,并深入分析工件的形状尺寸、需要达到的生产节拍、定位精度要求、工艺流程等，最后制定一个较为合理的工艺方案。
接下来是对加工方案进行讨论。在这次设计中，按照组合机床用的工艺方法及可以达到的精度，可采用钻孔和攻丝的加工方案。钻孔选择多孔同步一次性加工，孔直径为Φ14.4mm。由于本次设计攻丝孔深为1.5mm，和直径16mm比较显得较浅，因此选择一工步一次加工出此螺纹。根据零件的加工要求和技术分析，必须限制6个自由度，应用六点定位原理实现完全定位，才可以满足加工的要求。孔径取Φ14.4mm的原因如下表2-1（取自杨叔子主编的《机械加工工艺师手册》P.3-932页）所示。
表2-1 攻螺纹前钻孔用钻头直径
2.定位方案的选择
根据零件的加工要求和技术分析，必须限制6个自由度，应用六点定位原理实现完全定位，才可以满足加工的要求。
方案一：零件的定位方式为一孔一端面及一端固定定位方式，选择后桥的琵琶面作为第一定位基准，限制了3个自由度，选择琵琶孔Φ480的轴线作为第二定位基准，用定心定位装置确定孔的中心线，限制2个自由度，再选一端轴的母线作为第三定位基准，限制一个自由度，从而实现了工件6个自由度的完全定位。
方案二：零件的定位方式选短销大端面配合，限制4个自由度，选后桥琵琶面作为第二定位基准，限制1个自由度；孔Φ480的中心线作为第三个定位基准，能够限制一个自由度。
分析以上两个方案，方案一中琵琶面限制3个自由度，孔Φ480mm限制2个自由度，符合基准重合原则，但是工件重量比较大，由于重力原因可能会造成加工误差。方案二虽然符合六点定位原理，但Φ480的孔径比较大用短销定位，由于工件重量大所造成加工误差太大，考虑到以上两种方案的优缺点，最终在方案一的基础上在工件的另一端加一个辅助支撑，这样此种方案最合理。
3 组合机床设计方案及切削用量的确定
3.1 组合机床方案的制定
通过工件特点、工艺要求、生产需求,可以大致确定组合机床的基本配置形式。
1.被加工零件的加工精度
制定组合机床方案主要是依据加工零件需完成的工序及应保证的加工精度。这个汽车后桥桥壳对孔的精度要求较低，采用钻孔攻丝组合机床来加工，0.3mm的定位精度，定位精度也并不高。
2.被加工零件的特点
此桥壳的材料是Q460C低合金高强度钢，螺纹孔在整个桥壳上基本呈对称分布的。在一般情况下，孔的中心线与孔垂直的工件比较适合用卧式机床来进行加工。此工件的加工特点是中心线与定位基准面是垂直的，且定位基准面是水平的，琵琶孔的分布是在一个同心圆，而且工件较小，小型零件一般用多工位机床加工。因此会选择一次性钻孔，攻螺纹，因而正好适合选择卧式机床。
（1）工序选择：该机床需要完成钻孔、攻丝两个工序，钻孔和攻丝，工序安排上无疑采用先钻孔后攻丝的顺序进行。
（2）工位设置：
a.当一个动力头上结合了攻丝和钻孔两个工序时，其组合机床的配置形式和一般的钻孔组合机床基本相同。
b.当钻孔和攻丝工序集中在一台机床上时，则可分别采用钻孔、攻丝动力头进行攻丝。结构更加简单易行。并且所要加工的螺纹孔属于一般紧固螺纹孔，对精度要求不是太高，故可以选择双工位组合机床。
关于选择机床形式，即选择卧式机床还是立式机床，在前面已经说过了，这里选择的是卧式组合机床的加工形式。综上所述，该机床的配置形式为卧式单面钻孔攻丝组合机床。形式如图3.1。
图3.1 机床配置形式
图中水平红线是机床工作台的位置，垂直方向为钻孔、攻丝两个工位。整个机床呈T字形分布。
3.1.1 钻孔装置结构方案的选择
该组合机床上所要求钻孔直径是Φ16mm。如上零件分析，力学性能为460MPa,有较高的强度和较好的塑性，铸造性良好。对于该零件的加工，要求在工件工作面上进行多孔同步加工，属于批量生产，且工件被加工螺纹位置度偏差为0.3mm，等级要求并不高。所以采用单工位卧式单面钻孔机床。该工位装置如图3.2。
图3.2 钻孔装置原理图
3.1.2 攻丝装置结构方案的选择
攻丝靠模装置的原理是“自引法”，攻丝主轴系统的进给由攻丝靠模机构获得。
攻丝靠模装置原理见下图3.3。
图3.3 攻丝靠模装置原理图
1—丝锥 2—心杆 3—攻丝卡头 4—靠模螺杆 5—靠模螺母
6—主轴 7—多轴箱 8—电机 9—滑台
从图中可知，电动机传动轴凭借靠模螺杆带动丝锥进行旋转，靠模螺杆4通过攻丝卡头3与丝锥进行联接。滑动的距离越远，攻丝的行程就越大，通常不可以大于65mm，也就是攻螺纹长度必须为65mm以内。
攻丝工序的工作循环过程如图3.4所示。
摘要
设计单面钻孔攻丝组合机床的目的就是为了能在所给出的工件上加工出精准的螺纹孔。单面钻孔攻丝组合机床能对工件进行多工位、多刀同时加工，完成钻孔、攻丝等切削工序。从而在保证加工质量的同时大大提高了生产率，对本课题设计要求加工的汽车后桥桥壳的批量也有很高的经济效益。
本设计对汽车后桥桥壳螺纹孔的加工工艺进行了分析，就孔的加工提出了这样的想法：“一次装夹，双工位加工，达到产品图样精度要求”，设计了12轴头单面双工位钻孔攻丝组合机床。
本设计对各部分的设计进行了计算和论证，并绘制了“三图一卡”，即被加工零件工序图，加工示意图以及机床联系尺寸图。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:组合机床汽车后桥桥壳三图一卡
Keywords：Modular machine tool; Axle housing; Three figures and one card目 录
1 组合机床的近况 1
1.1 组合机床在国民经济中的地位 1
1.2 组合机床的特点 1
1.3 课题的研究背景 2
1.3.1 国外研究现状 2
1.3.2 国内研究现状 2
1.4 本课题的研究内容 2
2 加工零件的工艺分析 3
2.1 零件的分析 3
2.2 加工零件的工艺分析 4
2.1.1 分析研究加工要求 4
2.1.2 分析工艺过程及定位方案的选择 4
3 组合机床设计方案及切削用量的确定 6
3.1 组合机床方案的制定 6
3.1.1 钻孔装置结构方案的选择 7
3.1.2 攻丝装置结构方案的选择 7
3.2 确定切削用量及刀具的选择 8
3.2.1 机床钻头及切削用量的选择 8
3.2.2 攻丝装置及切削用量的选择 11
4 组合机床的总体设计——三图一卡 14
4.1 加工零件工序图设计 14
4.1.1加工零件工序图的作用 14
4.1.2加工零件工序图的内容 14
4.2 加工示意图设计 15
4.2.1加工示意图的内容 15
4.2.2加工示意图的画法及注意事项 15
4.2.3绘制加工示意图相关计算 15
4.3 组合机床联系尺寸图设计 21
4.3.1组合机床联系尺寸图的作用及内容 21
4.3.2组合机床Ⅰ工位标准通用部件的选择 22
4.3.3组合机床Ⅱ工位标准通用部件的选择 25
4.3.4组合机床工作台的选择 27
4.3.5组合机床配套夹具轮廓尺寸拟定及T型槽安装位置 27
4.3.6组合机床联系尺寸图的画法和步骤 27
4.4 组合机床生产率的计算 30
4.4.1理想生产率 30
4.4.2实际生产率 30
4.4.3机床负荷率 31
4.4.4生产率计算卡 31
结语 33
参考文献 34
致谢 35
1 组合机床的近况
1.1 组合机床在国民经济中的地位
在中国,到目前为止组合机床已经有28年的历史了。其研发和生产技术是具有相当规模基础的,并且已经深入了许多行业应用，推动了机械制造行业当前的产品更新、技术创新，提高了生产率和重要设备的快速发展。组合机床集制造技术和机电综合自动化水平于一体。
1.2 组合机床的特点
组合机床可以对一个(或多个)零件进行多轴、多刀、多面的加工。机床可完成铰孔、钻孔、攻螺纹、车削、研磨和轧制,生产效率高,加工质量可靠。
对比其他机床，组合机床具备以下特征：
（1）设计和制造周期短，投资少，经济效益好。
（2）结构稳定，可提高工作效率，易于使用和保养。
（3）简单易操作，加工零件并不需要工人有很高的技术水平。
（4）当加工产品有了更新，组合机床通用部件一般可反复使用，无需另行设计。
图1.1表示的是组合机床及其组成部件。
图1.1 组合机床及其组成部件
按照作用分类，组合机床的通用部件主要有以下：能源部件、传动部件、支承部件、控制部件，另外还有辅助部件。在本次毕业设计中，主要是按照加工工件的外形尺寸和需要达到的精度要求、生产节拍，来完成组合机床的总体设计。
1.3 课题的研究背景
现在的组合机床需求量很大，因为它可以将多刀、多轴、多工位加工的巨大优势体现的尤为突出。在这时候对此课题进行研究也是显得特别有意义的。现在随着科技的发展，为了提高组合机床的自动化程度及成产效率，其设计一般都是在一定的基础上,结合利用PLC控制编程技术和液压技术。
1.3.1 国外研究现状
从2002年底第21届日本国际机床展中得悉，在组织的五百多名来自十多个国家和地区的机床供应商都向世界展示了最先进的机床,超高速和超高精密加工技术设备受到了许多人的青睐。专家说组合机床的核心是超高速设备,它能使组合机床的主轴转速和进给速率进一步提高。展览展示的加工中心主轴转速达到了每分钟10000到20000转,最大进给速率达到了每分钟20米到60米;复合、多功能、多轴控制设备的前景也被业内广泛看好。
1.3.2 国内研究现状
在中国，组合机床目前已经经历了长达28年的发展史了，其研发和生产技术是具有相当规模基础的，是目前机械制造业提高生产效率不可或缺的设备。我国的组合机床大多采用机、电、气、液控制。
1.4 本课题的研究内容
设计一台单面钻孔攻丝组合机床
加 工：后桥桥壳12- M16×1.5-6H螺纹孔
机床类型：卧式单面
驱 动：液压
生产节拍：6件/分
被加工零件工序图
加工示意图
机床联系尺寸图
机床生产率计算卡
2 加工零件的工艺分析
2.1 零件的分析
根据被加工零件汽车后桥桥壳的零件图和三维实体造型图（如图2.1所示），
a 后桥桥壳的三维实体造型图
b 后桥桥壳的零件图
图2.1 后桥桥壳的零件图和三维实体造型图
加工该孔的主要技术要求如下：
加工12个 的螺纹孔
工件材料为Q460C
孔的位置度公差为0.3mm
生产节拍为6件/分
2.2 加工零件的工艺分析
2.1.1 分析研究加工要求
被加工零件为汽车后桥桥壳，在桥壳上分别分析加工的技术要求及生产纲领。这次设计要求在此汽车后桥桥壳上加工12个直径为16mm深度是1.5mm的孔，工件的材料是Q460C低合金高强度钢，孔的位置度公差为0.3mm，所要求的生产节拍是6件/分。在给出这个课题后，我也是查阅了大量的资料，如果使用的是万能机床来对此工件进行加工，工人会整天忙于装夹工件、进刀退刀、卸下工件等，大大浪费了劳动力，降低了工作效率。相反若要是使用组合机床，则会省去很多繁琐的步骤，大大提高了生产效率，提高了经济效益。因此对于此次课题给出的工件，用单面钻孔攻丝组合机床加工会更为有效。
2.1.2 分析工艺过程及定位方案的选择
1.工艺分析
零件加工工艺方案可以确定许多方面的事物，如生产率、加工质量等，并有助于设计夹具。所以在定制工艺方案的同时必须要对被加工工件的图纸进行计算和分析,并深入分析工件的形状尺寸、需要达到的生产节拍、定位精度要求、工艺流程等，最后制定一个较为合理的工艺方案。
接下来是对加工方案进行讨论。在这次设计中，按照组合机床用的工艺方法及可以达到的精度，可采用钻孔和攻丝的加工方案。钻孔选择多孔同步一次性加工，孔直径为Φ14.4mm。由于本次设计攻丝孔深为1.5mm，和直径16mm比较显得较浅，因此选择一工步一次加工出此螺纹。根据零件的加工要求和技术分析，必须限制6个自由度，应用六点定位原理实现完全定位，才可以满足加工的要求。孔径取Φ14.4mm的原因如下表2-1（取自杨叔子主编的《机械加工工艺师手册》P.3-932页）所示。
表2-1 攻螺纹前钻孔用钻头直径
2.定位方案的选择
根据零件的加工要求和技术分析，必须限制6个自由度，应用六点定位原理实现完全定位，才可以满足加工的要求。
方案一：零件的定位方式为一孔一端面及一端固定定位方式，选择后桥的琵琶面作为第一定位基准，限制了3个自由度，选择琵琶孔Φ480的轴线作为第二定位基准，用定心定位装置确定孔的中心线，限制2个自由度，再选一端轴的母线作为第三定位基准，限制一个自由度，从而实现了工件6个自由度的完全定位。
方案二：零件的定位方式选短销大端面配合，限制4个自由度，选后桥琵琶面作为第二定位基准，限制1个自由度；孔Φ480的中心线作为第三个定位基准，能够限制一个自由度。
分析以上两个方案，方案一中琵琶面限制3个自由度，孔Φ480mm限制2个自由度，符合基准重合原则，但是工件重量比较大，由于重力原因可能会造成加工误差。方案二虽然符合六点定位原理，但Φ480的孔径比较大用短销定位，由于工件重量大所造成加工误差太大，考虑到以上两种方案的优缺点，最终在方案一的基础上在工件的另一端加一个辅助支撑，这样此种方案最合理。
3 组合机床设计方案及切削用量的确定
3.1 组合机床方案的制定
通过工件特点、工艺要求、生产需求,可以大致确定组合机床的基本配置形式。
1.被加工零件的加工精度
制定组合机床方案主要是依据加工零件需完成的工序及应保证的加工精度。这个汽车后桥桥壳对孔的精度要求较低，采用钻孔攻丝组合机床来加工，0.3mm的定位精度，定位精度也并不高。
2.被加工零件的特点
此桥壳的材料是Q460C低合金高强度钢，螺纹孔在整个桥壳上基本呈对称分布的。在一般情况下，孔的中心线与孔垂直的工件比较适合用卧式机床来进行加工。此工件的加工特点是中心线与定位基准面是垂直的，且定位基准面是水平的，琵琶孔的分布是在一个同心圆，而且工件较小，小型零件一般用多工位机床加工。因此会选择一次性钻孔，攻螺纹，因而正好适合选择卧式机床。
（1）工序选择：该机床需要完成钻孔、攻丝两个工序，钻孔和攻丝，工序安排上无疑采用先钻孔后攻丝的顺序进行。
（2）工位设置：
a.当一个动力头上结合了攻丝和钻孔两个工序时，其组合机床的配置形式和一般的钻孔组合机床基本相同。
b.当钻孔和攻丝工序集中在一台机床上时，则可分别采用钻孔、攻丝动力头进行攻丝。结构更加简单易行。并且所要加工的螺纹孔属于一般紧固螺纹孔，对精度要求不是太高，故可以选择双工位组合机床。
关于选择机床形式，即选择卧式机床还是立式机床，在前面已经说过了，这里选择的是卧式组合机床的加工形式。综上所述，该机床的配置形式为卧式单面钻孔攻丝组合机床。形式如图3.1。
图3.1 机床配置形式
图中水平红线是机床工作台的位置，垂直方向为钻孔、攻丝两个工位。整个机床呈T字形分布。
3.1.1 钻孔装置结构方案的选择
该组合机床上所要求钻孔直径是Φ16mm。如上零件分析，力学性能为460MPa,有较高的强度和较好的塑性，铸造性良好。对于该零件的加工，要求在工件工作面上进行多孔同步加工，属于批量生产，且工件被加工螺纹位置度偏差为0.3mm，等级要求并不高。所以采用单工位卧式单面钻孔机床。该工位装置如图3.2。
图3.2 钻孔装置原理图
3.1.2 攻丝装置结构方案的选择
攻丝靠模装置的原理是“自引法”，攻丝主轴系统的进给由攻丝靠模机构获得。
攻丝靠模装置原理见下图3.3。
图3.3 攻丝靠模装置原理图
1—丝锥 2—心杆 3—攻丝卡头 4—靠模螺杆 5—靠模螺母
6—主轴 7—多轴箱 8—电机 9—滑台
从图中可知，电动机传动轴凭借靠模螺杆带动丝锥进行旋转，靠模螺杆4通过攻丝卡头3与丝锥进行联接。滑动的距离越远，攻丝的行程就越大，通常不可以大于65mm，也就是攻螺纹长度必须为65mm以内。
攻丝工序的工作循环过程如图3.4所示。
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