第1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
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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控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 2
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。
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第2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
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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。
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
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。
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
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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-φ11惚孔2-φ24
工序60：在机盖底面右侧钻2个φ7.8孔，在左侧钻一个φ7.8孔
工序70：攻机盖底面右侧的M10-H7的螺纹孔
工序80：钻φ100+0.035
0与φ80+0.0300（不到尺寸）
工序90：镗主轴孔φ100+0.035
0与φ80+0.0300（不到尺寸）
工序100：精镗主轴孔φ100+0.035
0与φ80+0.0300
工序110：钻6-φ13惚平φ30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-φ6.8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-φ3.9孔
工序160：钻削为2-φ8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 6
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
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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-H3 GB3464-83。
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
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