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山西工程技術(shù)學(xué)院------畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
山西工程技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
畢業(yè)生姓名
：
魏恒
專(zhuān)業(yè)
：
機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)及其自動(dòng)化
學(xué)號(hào)
：
150514024
指導(dǎo)教師
：
趙彤涌
所屬系（部）
：
機(jī)械電子工程系
二〇一九年六月
21
90度彎頭坡口端面組合銑床設(shè)計(jì)（專(zhuān)用夾具）
摘 要
針對(duì)目前加工鋼管坡口方法的質(zhì)量差、成本高、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、質(zhì)量難以控制等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種90度彎頭坡口端面加工組合機(jī)床以及專(zhuān)用夾具。利用該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)90度彎頭坡口端面的可靠定位及夾緊，完成循環(huán)加工過(guò)程。較大地降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，為90度彎頭的坡口加工提供了可靠的技術(shù)保證，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用價(jià)值。
機(jī)械制造過(guò)程及檢測(cè)，檢驗(yàn)中，都要使用大量的夾具。夾具是能夠使產(chǎn)品按一定的技術(shù)要求準(zhǔn)確定位和牢固夾緊的工藝裝置，它的主要用于保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、輔助產(chǎn)品檢測(cè)、展示、運(yùn)輸?shù)取Ｒ虼?，如何設(shè)計(jì)好機(jī)床夾具則成了機(jī)械制造的一項(xiàng)重要任務(wù)。
本文專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一種銑床夾具,通過(guò)對(duì)夾具的定位方案,夾緊方案、對(duì)刀方案,夾具體與定位鍵的設(shè)計(jì)及加工精度等方面的分析和實(shí)踐應(yīng)用,證明能滿(mǎn)足工藝和生產(chǎn)要求。
關(guān)鍵詞:90度彎頭坡口；組合機(jī)床；專(zhuān)用夾具……
Abstract
Aiming at the problems of poor quality, high cost, low efficiency, high labor intensity and difficult quality control of the current method for processing steel pipe groove, a 90 degree elbow groove end face processing combined machine tool and a special fixture are designed. The equipment can be used to realize reliable positioning and clamping of the bevel end face of a 90-degree elbow and complete the cyclic processing process. It greatly reduces labor intensity, improves production efficiency, provides reliable technical guarantee for bevel processing of 90-degree elbow, and has good economic benefits and application value.
A large number of jigs are used in the mechanical manufacturing process, testing and inspection. Fixture is a technological device that can accurately position and firmly clamp products according to certain technical requirements. It is mainly used to ensure the processing quality of products, reduce labor intensity, and assist product inspection, display, transportation, etc. Therefore, how to design the machine tool fixture has become an important task in mechanical manufacturing.
This paper specially designs a kind of milling machine fixture. Through the analysis and practical application of the fixture's positioning scheme, clamping scheme, tool setting scheme, fixture body and positioning key design and machining accuracy, it is proved that it can meet the technological and production requirements.
Key words:90 degree elbow groove; Modular machine tools; Special fixture……
1 緒論
1.1 課題來(lái)源與意義
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我所選的題目是：90度管彎頭坡口端面組合銑床設(shè)計(jì)（專(zhuān)用夾具）。選這個(gè)課題是因?yàn)檫@是一個(gè)對(duì)組合機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)的課題，而組合機(jī)床生產(chǎn)效率高，而且加工精度高。課題的主要內(nèi)容是通過(guò)主軸傳動(dòng)及銑削動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)90度彎頭兩端坡口及端面的同時(shí)加工，一次性完成該工序。在消化和吸收國(guó)內(nèi)有關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，以理論計(jì)算分析為基礎(chǔ)，以類(lèi)比方法為輔助手段，采用常規(guī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐分析并重，計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算與繪圖完成預(yù)定的設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求。這臺(tái)組合機(jī)床能極大的提高90度彎頭的加工效率，并解決加工精度問(wèn)題以便用于生產(chǎn)實(shí)踐。
在，國(guó)內(nèi)的90度彎頭市場(chǎng)仍舊保持著增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，全行業(yè)的集中度有所提高，整個(gè)行業(yè)向著布局逐步合理的新的局面發(fā)展。從這個(gè)角度看來(lái)，90度彎頭的市場(chǎng)發(fā)展前景還是比較好的。但是由于90度彎頭的生產(chǎn)過(guò)程中，其主要原材料在生產(chǎn)成本中的比重很大，因此其價(jià)格的變化會(huì)直接影響到90度彎頭的生產(chǎn)成本的變化。在未來(lái)的發(fā)展中，90度彎頭的主要原材料價(jià)格還存在著進(jìn)一步的下行空間，價(jià)格的變化也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)90度彎頭管件的顯微組織和性能的劇烈變化。對(duì)于90度彎頭的生產(chǎn)，大體經(jīng)歷了由粗放型向集約型，由復(fù)雜笨重型到簡(jiǎn)單便捷型，由作坊式的生產(chǎn)向工廠化生產(chǎn)發(fā)展的道路?，F(xiàn)在，從90度彎頭生產(chǎn)設(shè)備的改革過(guò)程來(lái)進(jìn)行分析，在全球的范圍中，由于受鋼材市場(chǎng)的影響，在鋼材市場(chǎng)依舊處于低迷狀態(tài)的情況下，90度彎頭的出口分流將會(huì)受到一定的阻力，對(duì)于國(guó)內(nèi)的90度彎頭市場(chǎng)的價(jià)格穩(wěn)定有一些不利的影響。
眾所周知制造業(yè)作為我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，而制造業(yè)的主體和基礎(chǔ)是機(jī)床行業(yè)，全球經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的一體化對(duì)我國(guó)制造業(yè)的要求不斷提高，然而各種技術(shù)壁壘已經(jīng)阻礙了我國(guó)機(jī)床行業(yè)走向國(guó)際化，怎樣刷新這被動(dòng)局面，積極的應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)、抓住機(jī)遇、贏得發(fā)展的契機(jī)，成為機(jī)床行業(yè)普遍面臨的問(wèn)題。機(jī)床改造或者說(shuō)對(duì)組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)及其對(duì)應(yīng)夾具設(shè)計(jì)的優(yōu)化在汽車(chē)、機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)、航空等行業(yè)應(yīng)用廣泛，并批量投入生產(chǎn)。 對(duì)于屬于多功能的組合機(jī)床，工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)有很多貼切的稱(chēng)呼來(lái)形容它，如 “多任務(wù)處理裝置”、“多功能機(jī)床”、“多程序生產(chǎn)系統(tǒng)”等，它可謂是加工領(lǐng)域的新星，可降低成本和簡(jiǎn)化配置，過(guò)去只有使用多機(jī)操作才能完成的任務(wù)，現(xiàn)在可以集中到一臺(tái)機(jī)床上加工完成，由于市場(chǎng)需求的不斷變化，我們通過(guò)對(duì)機(jī)床總體設(shè)計(jì)及其對(duì)應(yīng)夾具設(shè)計(jì)的優(yōu)化，使產(chǎn)品的生產(chǎn)周期更短，效率更高，這是其一；由于產(chǎn)品的生命周期在不斷縮短，故今天的市場(chǎng)更加強(qiáng)烈需求組合機(jī)床，這是其二；還有就是由于組合機(jī)床是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專(zhuān)用產(chǎn)品，根據(jù)用戶(hù)的特殊要求而設(shè)計(jì)的，涉及到了加工工藝，刀具，測(cè)量，控制診斷監(jiān)控，清洗，裝配和試泄等技術(shù)，我國(guó)組合機(jī)床技術(shù)水平相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家要落后一些，國(guó)內(nèi)所需要的一些高水平組合機(jī)床都是從國(guó)外進(jìn)口，工藝裝備的大量進(jìn)口勢(shì)必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大，從而使產(chǎn)品的生產(chǎn)成本提高，這是其三；由以上三點(diǎn)得知，對(duì)組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)及專(zhuān)門(mén)的夾具設(shè)計(jì)的優(yōu)化勢(shì)在必行。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義在于充分挖掘組合機(jī)床的可以提高機(jī)械加工效率、具有穩(wěn)定加工精度、減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度、減少占地面積等優(yōu)點(diǎn)。努力找出適合我國(guó)國(guó)情的組合機(jī)床發(fā)展道路，對(duì)比國(guó)內(nèi)外先進(jìn)加工工藝，找出不足，并提出可行性策略方案和建議。
1.2 組合機(jī)床的特點(diǎn)
組合機(jī)床是由大量的通用部件和少量專(zhuān)用部件組成的工序集中的高效率專(zhuān)用機(jī)床。它能夠?qū)σ环N(或幾種)零件進(jìn)行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機(jī)床上可以完成鉆孔、擴(kuò)孔、銑削磨削等工序，生產(chǎn)效率高，加工度穩(wěn)定。
組合機(jī)床與通用機(jī)床、其他專(zhuān)用機(jī)床比較，具有以下特點(diǎn):
(1) 組合機(jī)床上的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件約占全部機(jī)床零、部件總量的70～80%，因此設(shè)一計(jì)和制造的周期短，投資少，經(jīng)濟(jì)效果好。
(2) 由于組合機(jī)床采用多刀加工，并且自動(dòng)化程度高，因此比通用機(jī)床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動(dòng)強(qiáng)度低。
(3) 組合機(jī)床的通用部件是經(jīng)過(guò)周密設(shè)計(jì)和長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的，又有專(zhuān)門(mén)廠成批制造，因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工作可靠，使用和維修方便。
(4) 在組合機(jī)床上加工零件時(shí)，由于采用專(zhuān)用夾具、刀具和導(dǎo)向裝置等，加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對(duì)操作工人水平要求不高。
(5) 當(dāng)被加工產(chǎn)品更新時(shí)，采用其他類(lèi)型的專(zhuān)用機(jī)床時(shí)，其大部分件要報(bào)廢。用組合機(jī)床時(shí)，其通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件可以重復(fù)利用，不必另行設(shè)計(jì)和制造。
(6) 組合機(jī)床易于聯(lián)成組合機(jī)床自動(dòng)線，以適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)需要。
組合機(jī)床常用的通用部件有:機(jī)身、底座、立柱、動(dòng)力箱、動(dòng)力滑臺(tái)，各種工藝切削頭等。對(duì)于一些按循序加工的多工位組合機(jī)床，還具有移動(dòng)工作臺(tái)或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。
動(dòng)力箱、各種工藝切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)是組合機(jī)床完成切削主運(yùn)動(dòng)或進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件。其中還有能同時(shí)完成切削主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力頭。
機(jī)身、立柱、中間]底座等是組合機(jī)床的支承部件，起著機(jī)床的基礎(chǔ)骨架作用。組合機(jī)床的剛度和部件之間的精度保持性，主要是由這些部件保證。
1.3 組合機(jī)床的方案選擇
1.3.1 制定工藝方案
要深入現(xiàn)場(chǎng)了解被加工零件的加工特點(diǎn)、精度和技術(shù)要求、定位夾緊情況以及生產(chǎn)率的要求等。確定在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容及其加工方法。這里要確定加工工步數(shù)，決定刀具的種類(lèi)和型式。
1.3.2 機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定
根據(jù)工藝方案確定機(jī)床的型式和總體布局。在選擇機(jī)床配置型式時(shí)，既要考慮實(shí)現(xiàn)工藝方案，保證加工精度，技術(shù)要求及生產(chǎn)效率;又要考慮機(jī)床操作、維護(hù)、修理是否良好;還一要注意被加工零件的生產(chǎn)批量，以便使設(shè)計(jì)的組合機(jī)床符合多快好省的要求。
3.組合機(jī)床總體方案
這里要確定機(jī)床齊部件間的相互關(guān)系，選擇通用部件的刀具的導(dǎo)向，計(jì)算切削用量及機(jī)床生產(chǎn)率。給制機(jī)床的總聯(lián)系尺寸圖及加工示意圖等。
4.組合機(jī)床的部分方案和施工方案制定
組合機(jī)床流水線的方案時(shí)，與一般單個(gè)的組合機(jī)床方案有所不同。流水線上由于工序的組合不同，機(jī)床的型式和數(shù)量都會(huì)有較大的變化。因此，這時(shí)應(yīng)按流水線進(jìn)行全面考慮，而不應(yīng)將某一臺(tái)或兒臺(tái)機(jī)床分裂開(kāi)來(lái)設(shè)計(jì)。
2 組合機(jī)床方案的確定
2.1 被加工零件的加工精度和加工工序分析
此機(jī)床設(shè)計(jì)是為加工5吋90度管彎頭的坡口和端面，以便于和其他零件焊接在一起，所以要求的加工精度為自由精度。彎頭的兩個(gè)端面和坡口是同時(shí)加工的。由于是自由精度，垂直度平行度不做更高要求。
被加工零件需要在組合機(jī)床上完成的加工工序及應(yīng)保證的加工精度，是制定組合機(jī)床方案的主要依據(jù)。平面加工精度：在組合機(jī)床上加工平面，通常采用銑削方法。
由《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》（P214）書(shū)中，加工經(jīng)濟(jì)精度可定義為：在正常的加工條件下（使用符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備、工藝裝備和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)等級(jí)的工人，合理的工時(shí)定額）所能達(dá)到的加工精度和表面粗糙度。
2.2 被加工零件材料特點(diǎn)分析
被加工零件的毛坯為低碳鋼件，材料為15鋼，硬度低，工件為薄壁件，不需很大進(jìn)給量，銑削時(shí)產(chǎn)生的切削熱對(duì)工件加工精度不會(huì)產(chǎn)生影響。
15號(hào)鋼用途:制作滲碳零件、緊固件、沖鍛模件及不需熱處理的低負(fù)荷零件，如螺栓、螺釘、拉條、法蘭盤(pán)及化工用貯器、蒸汽鍋爐等。
2.3 零件的定位與夾緊分析
先介紹一下定位原理，即六點(diǎn)定位原則，采用六個(gè)定位支承點(diǎn)合理布置，使工件有關(guān)定位基面與其相接觸，每一個(gè)定位支承點(diǎn)限制了工件在空間的位置被唯一的確定。
根據(jù)六點(diǎn)定位原則，定位方法有兩種，完全定位和不完全定位。當(dāng)工件定位時(shí)6個(gè)自由度完全被限制，稱(chēng)為完全定位。當(dāng)工件定位時(shí)6個(gè)自由度有1個(gè)或1個(gè)以上自由度未被（也不需要）限制，稱(chēng)為不完全定位。
在實(shí)際的機(jī)械加工生產(chǎn)中，出現(xiàn)兩種定位，欠定位和過(guò)定位。當(dāng)被加工零件按照工藝要求應(yīng)該限制的自由度未被限制的定位，稱(chēng)為欠定位。欠定位不能保證工件的正確安裝位置，因而是不允許的。如果工件的某一個(gè)自由度被定位元件重復(fù)限制，稱(chēng)為過(guò)定位。過(guò)定位是否允許，要視具體情況而定。
確定夾緊位置應(yīng)注意的問(wèn)題：
1.保證零件夾壓后定位穩(wěn)定。
為使工件再加工過(guò)程中不產(chǎn)生震動(dòng)和位移，夾緊力要足夠，夾緊點(diǎn)布置應(yīng)使夾緊合力落在定位平面內(nèi)，力求接近定位平面的中心。
2.盡量減少和避免零件夾壓后的變形，消除其對(duì)加工精度的不利影響。
對(duì)剛性差的零件應(yīng)適當(dāng)增加輔助支承或采用多點(diǎn)夾緊方法，以使夾緊力均勻分布，減少夾緊變形，提高加工精度。
正確選擇定位基準(zhǔn)是確保加工精度的重要條件。本道工序是在工件坡口及端面銑削加工之前進(jìn)行的，定位基準(zhǔn)采用“六點(diǎn)定位”的原則。（如圖2-1）
圖2-1 定位夾緊示意圖
其中，1，2，3，4處工件的側(cè)面和底面與夾具支撐面接觸定位，加緊定位裝置為90度V形塊，由于接觸面較大，定位穩(wěn)定可靠，是主要定位基準(zhǔn)，5處為墊板，6處為定位銷(xiāo)。1，3，5點(diǎn)在XOY面上，可消除Z，X，Y三個(gè)自由度，2，4點(diǎn)在YOZ面上，可消除X，Z兩個(gè)自由度。6點(diǎn)在XOZ面上，可消除Y一個(gè)自由度。通過(guò)六點(diǎn)定位。加緊力的方向是沿空間45度。
2.4 零件的加工工藝分析和比較
本零件為管道接頭，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度要求一般，故加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。彎頭兩端同時(shí)加工，要求兩輸出軸同時(shí)進(jìn)給，每根軸安裝一個(gè)刀盤(pán)，每個(gè)刀盤(pán)上安裝四把刀，其中兩把刀用來(lái)加工坡口，另外兩把刀用來(lái)加工端面。由于端面處進(jìn)給量較小，所以端面刀要比坡口刀短。采用一次進(jìn)給加工。銑削的位置精度的保證，主要靠輸出軸中心線與工件中心線同軸度來(lái)保證。（如圖2-2：1、3為坡口銑刀；2、4為端面銑刀）
圖2-2 刀盤(pán)示意圖
設(shè)計(jì)方案比較：
方案一：用普通銑床單獨(dú)加工坡口和端面。采用此方案適用范圍廣，加工設(shè)備簡(jiǎn)單，但難以保證其加工精度，加工時(shí)間長(zhǎng)，不適用大批量加工。
方案二：用車(chē)床車(chē)削坡口和端面。采用此方案通用性好，適用范圍廣，但加工裝夾復(fù)雜，需要對(duì)車(chē)床進(jìn)行改造，生產(chǎn)成本高，且加工復(fù)雜。
方案三：用組合銑床銑削90度彎頭坡口端面配以專(zhuān)用夾具夾緊工件。采用此方案加工具有高精度、高效率、高柔性、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和拓寬工藝范圍等特點(diǎn)?？蛇M(jìn)行批量生產(chǎn)且符合精度要求。
綜上所述，第三種方案不僅可以滿(mǎn)足加工精度等基本要求，而且還可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，提高加工效率。所以最終選取第三種方案。
3 組合機(jī)床的分類(lèi)和確定基本配置形式
組合機(jī)床的通用部件分為大型和小型兩大類(lèi)。按設(shè)計(jì)的要求本次設(shè)計(jì)的機(jī)床為大型通用機(jī)床。
大型組合機(jī)床的配置型式可分為三大類(lèi)：
1.具有固定式夾具的單工位組合機(jī)床；
2.具有移動(dòng)（或回轉(zhuǎn)）式夾具的多工位組合機(jī)床；
3轉(zhuǎn)塔主軸箱式組合機(jī)床。
根據(jù)動(dòng)力箱和主軸箱的安置方式不同，這類(lèi)機(jī)床的配置型式有以下幾種。
(1) 臥式組合機(jī)床（動(dòng)力箱水平安裝）；
(2) 立式組合機(jī)床（動(dòng)力箱垂直安裝）；
(3) 傾斜式組合機(jī)床（動(dòng)力箱傾斜安裝）；
(4) 復(fù)合式組合機(jī)床。（動(dòng)力箱具有上述兩種以上的安裝狀態(tài)）。
根據(jù)本次加工任務(wù)，選擇第一大類(lèi)具有固定式夾具的單工位組合機(jī)床。中的第一種配置型式—臥式組合機(jī)床。這類(lèi)機(jī)床的夾具和工件固定，動(dòng)力滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，滑臺(tái)上的動(dòng)力箱（連主軸箱）實(shí)現(xiàn)切削主運(yùn)動(dòng)，便可以滿(mǎn)足對(duì)彎頭坡口和端面進(jìn)行銑削加工的要求，來(lái)完全切削加工任務(wù)。
4 2.6 經(jīng)濟(jì)分析
根據(jù)管彎頭加工工藝需要所設(shè)計(jì)的組合銑床和單工位銑床相比在節(jié)省時(shí)間,提高加工效率上主要體現(xiàn)：1.專(zhuān)用夾具及刀具的設(shè)計(jì)使得加工質(zhì)量和加工速度有明顯的提高。2.由于批量加工一致性好，也可保證零件精度。特別是對(duì)于刀具交換和刀具尺寸調(diào)整，對(duì)刀等加工工序在加工過(guò)程中消耗的時(shí)間極大的降低了加工效率。
根據(jù)管彎頭加工工藝的需要所設(shè)計(jì)的組合銑床與單工位銑床相比有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在：組合銑床的刀具結(jié)構(gòu)根據(jù)彎頭加工工藝被設(shè)計(jì)成兩個(gè)刀盤(pán)，它們用來(lái)加工兩個(gè)管口，且每個(gè)刀盤(pán)上擁有可同時(shí)銑削端面和坡口的4把銑刀，其中兩把刀加工坡口，另兩把刀加工端面，一次性完成加工任務(wù)，減少加工工序和加工時(shí)間，大幅度提高了加工效率。而單工位銑床在加工彎頭坡口及端面時(shí)需要分別對(duì)坡口及端面進(jìn)行加工，并且在加工過(guò)程中還需要重新安裝刀具、調(diào)刀、對(duì)刀，這些工步所消耗的時(shí)間將直接影響到生產(chǎn)效率的提高。
另外在銑削過(guò)程中為使工件再加工過(guò)程中不產(chǎn)生震動(dòng)和位移，夾緊力要足夠，組合銑床的專(zhuān)用夾具采用六點(diǎn)定位增加輔助支撐及多點(diǎn)夾緊的方法，使夾緊力均勻分布，減少夾緊變形，保證了零件夾緊后定位穩(wěn)定，提高了加工精度。
5 3 確定切削用量及刀具選擇
確定了在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容后，就可以著手選擇切削用量。切削用量選擇是否合理，對(duì)組合機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)率、刀具耐用度、機(jī)床的布局形式及正常工作均有很大影響。
6 3.1 確定切削用量參數(shù)
7 3.1.1 確定加工余量
端銑刀銑削表面，根據(jù)零件材料及加工精度要求，查《金屬機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》，確定加工余量，取2mm。
8 3.1.2 確定切削用量
銑削用量選擇的順序和車(chē)削用量選擇一樣，應(yīng)首先選擇切削深度，其次是選進(jìn)給量，最后才決定銑削速度。被加工零件材料為15號(hào)鋼，其抗拉強(qiáng)度σb=380Mpa，硬度HB=143。切削用量的確定：
1.工件直徑：(見(jiàn)圖3-1)
圖3-1 工件尺寸示意圖
其中D=141mm；A=190mm;
工件管口內(nèi)徑d為：
d1=D-2T1=141-2×6=129mm
d2=D-2T2=141-2×9=123mm
d3=D-2T3=141-2×12=117mm
2.切削深度ap：
對(duì)于端面銑刀，切削深度是指ap。一般加工余量小于6mm時(shí)，可一次進(jìn)給來(lái)切除全部余量；若需精銑時(shí)，可分多次進(jìn)給，最后一次的ap可取1mm。本次設(shè)計(jì)加工余量小于6mm，所以可一次完成，彎頭有6，9，12mm三種規(guī)格，銑削坡口和端面的分別為4，6，8mm和2，3，4mm。
3.每齒進(jìn)給量af：
這是衡量銑削加工水平的一個(gè)重要指標(biāo)。查《金屬切削原理及刀具設(shè)計(jì)》下冊(cè)p47表16-10銑刀的每齒進(jìn)給量af可取0.1～0.3mm/r。根據(jù)設(shè)計(jì)要求分別取af為0.3，0.165，0.1mm/r。
4.計(jì)算切削速度vc：
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》p30表1.27使用YT15硬質(zhì)合金端銑刀銑削15號(hào)鋼時(shí)，切削速度公式為：
vc=CvTmapxvfyvkv
主軸轉(zhuǎn)速公式：
n=1000vcπD
條件：銑刀使用壽命T=14h=14×60min=840min
銑削坡口直徑D1=141mm 銑削端面直徑D2=133mm
Cv=291 xv=0.15 yv=0.20 m=0.2
查表1.28可知修正系數(shù)：
kv=0.6370.375×0.8×1×0.86×1×0.94×0.97=1.0656
(1)銑削坡口
1). vc=CvTmapxvfyvkv= 2918400.2×40.15×0.30.2×1.0656=83.3528m/min
n=1000vcπD=1000×83.3528π×141=188r/min
2). vc=CvTmapxvfyvkv= 2918400.2×60.15×0.1650.2×1.0656=88.3540m/min
n=1000vcπD=1000×88.354π×141=200r/min
3). vc=CvTmapxvfyvkv= 2918400.2×80.15×0.10.2×1.0656=93.6652m/min
n=1000vcπD=1000×93.6652π×141=212r/min
(2)銑削端面
1). vc=CvTmapxvfyvkv= 2918400.2×20.15×0.30.2×1.0656=92.4798m/min
n=1000vcπD=1000×92.4798π×133=221r/min
2). vc=CvTmapxvfyvkv= 2918400.2×30.15×0.1650.2×1.0656=98.0852m/min
n=1000vcπD=1000×98.0852π×133=235r/min
3). vc=CvTmapxvfyvkv= 2918400.2×40.15×0.10.2×1.0656=103.8277m/min
n=1000vcπD=1000×103.8277π×133=249r/min
9 3.2 確定切削力及切削功率
10 3.2.1 切削力及切削功率參數(shù)公式
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》p37,表1-29，硬質(zhì)合金端銑刀銑削力公式：
Fc=CFcapxFcfyFcvcnFckFc (N) (3-1)
Fp=CFpapxFpfyFpvcnFpkFp (N) (3-2)
Ff=CFfapxFffyFfvcnFfkFf (N) (3-3)
Pc=Fcvc×10-3 (kW) (3-4)
kMF=σb650nF (3-5)
式中 Fc —主切削力 Fp —徑向切削力
Ff —進(jìn)給力（軸向力） Pc —切削功率
kMF —鋼的硬度和強(qiáng)度改變時(shí)切削力的修正系數(shù)
CFc=2795 xFc=1.0 yFc=0.75 nFc=-0.15
CFp=1940 xFp=0.910 yFp=0.6 nFp=-0.3
CFf=2880 xFf=1.0 yFf=0.5 nFf=-0.4
11 3.2.2 計(jì)算切削力及切削功率
1.銑削坡口時(shí)：
(1) Fc1=2795×41×0.30.75×83.3528-0.15×0.66×0.92×1.05×1.0
×0.93=1371N
(2) FP1=1940×40.9×0.30.6×83.3528-0.3×0.48×0.62×1.2×1.25
×0.82=319N
(3) Ff1=2880×41×0.30.5×83.3528-0.4×0.58×1.13×1.2×0.82
×1.0=719N
2.銑削端面時(shí)：
(1) Fc2=2795×41×0.30.75×92.4798-0.15×0.66×0.92×1.05×1.0
×0.93=681N
(2) FP2=1940×40.9×0.30.6×92.4798-0.3×0.48×0.62×1.2×1.25
×0.82=165N
(3) Ff2=2880×41×0.30.5×92.4798-0.4×0.58×1.13×1.2×0.82
×1.0=345N
3.切削時(shí)總功率
Pc=Fc1vc1+Fc2vc2×4×10-3
=1371×83.352860+681×92.4798/60)×4×10-3
=11.817kw
12 3.3 刀具材料選擇
刀具材料性能的優(yōu)劣是影響加工表面質(zhì)量,切削加工效率,刀具壽命的基本因素。正確選擇刀具材料是設(shè)計(jì)和選用刀具的重要內(nèi)容之一。
刀具材料應(yīng)具備的性能:
1.高的硬度和耐磨性
硬度是刀具材料應(yīng)具備的基本特性。
2.足夠的強(qiáng)度和韌性
要使刀具在承受很大壓力，以及在切削過(guò)程經(jīng)常出現(xiàn)的沖擊和振動(dòng)條 件下工作，而不產(chǎn)生崩刃和折斷，刀具材料就必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性。
3.高的耐熱性(熱穩(wěn)定性)
耐熱性是衡量刀具材料切削性能的主要標(biāo)志。它是指刀具材料在高溫條件下保持一定的硬度,耐磨性,強(qiáng)度和韌性的性能。
4.良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能
刀具材料的導(dǎo)熱性愈好,切削熱就愈容易從切削區(qū)域散走,有利于降低切削溫度。
5.良好的工藝性能和經(jīng)濟(jì)性
為了便于刀具的制造,要求刀具材料具有良好的工藝性能。經(jīng)濟(jì)性是刀具材料的重要指標(biāo)之一。
刀具材料可分為工具鋼(包括碳素工具鋼、合金工具鋼)、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬材料(包括金剛石、立方氮化硼等)五大類(lèi)。
硬質(zhì)合金是用粉末冶金的方法制成的一種刀具材料。它是由硬度和熔點(diǎn)很高的金屬碳化物微粉和金屬粘結(jié)劑經(jīng)高壓成形，并在1500℃左右的高溫下燒結(jié)而成。硬質(zhì)合金的硬度高達(dá)89～94HRA，相當(dāng)于71～76HRC，耐磨性很好，耐熱性為800～1000℃，切削速度可達(dá)100m/min以上，能切削淬火鋼等硬材料。但其抗彎強(qiáng)度低，韌性差，怕沖擊和振動(dòng)，制造工藝性差
硬質(zhì)合金的發(fā)展很快，現(xiàn)已成為主要的刀具材料之一。目前車(chē)削刀具大都采用硬質(zhì)合金，其它刀具采用硬質(zhì)合金的也日益增多，如硬質(zhì)合金端銑刀、立銑刀、、拉刀、鉸刀等。
綜上所述，根據(jù)硬質(zhì)合金材料刀具的性能特點(diǎn)，再結(jié)合本次設(shè)計(jì)的加工要求，選擇端面銑刀的材料為硬質(zhì)合金，牌號(hào)為YT15.
13 3.4 硬質(zhì)合金端銑刀的設(shè)計(jì)
14 3.4.1 概述
1.概述
硬質(zhì)合金端銑刀主要吊于銑削平面。它與高速鋼銑刀相比，效率很高，而且可獲得較高的表面光潔度。硬質(zhì)合金端銑刀按刀齒的安裝方式有如下幾種：
(1) 整體焊接式
整體焊接式刀齒是將硬質(zhì)合金刀片直接鑲焊在銑刀刀體上（圖3-2）。這種結(jié)構(gòu)由于刃磨困難，浪費(fèi)刀體材料及難于保證刀片焊接質(zhì)量等原因，目前已很少用。
15
圖3-2 整體焊接式端銑刀 圖3-3 焊接—夾固式端銑刀
(2) 焊接—夾固式
焊接—夾固式刀齒是將硬質(zhì)合金刀片焊接在小刀頭上，再將小刀頭用機(jī)械夾固的方法安裝在刀體上（圖3-3）。這種結(jié)構(gòu)目前在我國(guó)應(yīng)用比較普遍，其中一些規(guī)格也已列入我國(guó)的工具標(biāo)準(zhǔn)。焊接—夾固式端銑刀重磨時(shí)，要在銑床主軸上裝卸刀體，又在刀體上裝卸和調(diào)整刀頭，比較麻煩，費(fèi)時(shí)較多。這種方式的銑刀，尚不能適應(yīng)有一定節(jié)拍的自動(dòng)線生產(chǎn)
(3) 機(jī)夾不重磨式
這種銑刀的刀齒是將經(jīng)仔細(xì)刃磨的硬質(zhì)合金刀片直接用機(jī)械夾固的方法安裝在刀體上（圖3-4）,通常稱(chēng)為不重磨式端銑刀。當(dāng)?shù)镀囊粋€(gè)切削刃用鈍后，只需將刀片轉(zhuǎn)位，使另外一個(gè)新切削刃參加工作;刀片上各切削刃都用鈍后，直接在機(jī)床上更換新刀片。不重磨式端銑刀是一種先進(jìn)銑刀，目前在我國(guó)，通常是根據(jù)具體加工條件，由使用廠自行設(shè)計(jì)制造。專(zhuān)業(yè)工具廠生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)的硬質(zhì)合金端銑刀，一般具有較好的通用性。但對(duì)使用廠的特定條件就不一定能滿(mǎn)足。
16
圖3-4 d0 ≤80mm的不重磨端銑刀
硬質(zhì)合金端銑刀的支持部分大體可分為兩種形式：一種是帶柄結(jié)鉤;另一種是套式結(jié)構(gòu)。對(duì)于小直徑（d0≤80mm）的端銑刀，一般做成帶柄結(jié)構(gòu)。對(duì)于d0≥100mm 的端銑刀，均做成套式結(jié)構(gòu)，圓柱孔與安裝在主軸錐孔中的心軸相配合用作定心，刀體的上端面用以軸向定位（圖3-5），刀體的端面鍵槽用作傳遞扭矩。
17
圖3-5 銑刀在銑床主軸上的安裝方法
綜上所述，結(jié)合本次設(shè)計(jì)要求，采用第三種機(jī)夾不重磨式方法安裝。
18 3.4.2 硬質(zhì)合金端銑刀幾何角度的合理選擇
端銑刀的幾何角度是指將刀齒安裝到銑刀體以后所具有的工作角度。硬質(zhì)合金端銑刀的工作角度主要應(yīng)根據(jù)加工條件選擇。
如圖3-6所示，在刀齒切入工件時(shí)，最好不要使切削刃或刀尖先接觸工件，而是使前刀面上的U點(diǎn)與工件首先接觸(不是在T點(diǎn)、S點(diǎn)或V點(diǎn))。為此一般應(yīng)使刃傾角λs為負(fù)值，并使端截面前角γf盡量小些。以滿(mǎn)足γf＜ε（ε稱(chēng)為切入角，改變銑刀軸線與工件相對(duì)位置可改變?chǔ)诺拇笮。．?dāng)λs愈小，ε與γf 之差愈大時(shí)，則整個(gè)刀齒切入工件的時(shí)間愈長(zhǎng)，沖擊愈小。
圖3-6 銑刀刀齒切入時(shí)接觸情況
1.刃傾角的選取
在通常情況下，刃傾角λs均應(yīng)取負(fù)值，以增加刀尖強(qiáng)度，提高刀齒的抗沖擊能力，一般可取λs＝－(10～15°)。
2.前角的選取
硬質(zhì)合金端銑刀的前角γ0應(yīng)比普通車(chē)刀小些，甚至取為較大的負(fù)值。這一方面是因?yàn)樨?fù)前角可以增加刀齒的楔角，以增加切削刃強(qiáng)度；另一方面可以使γf更小，以滿(mǎn)足γf＜ε的要求，使切削刃免受沖擊。前角γ0的選取和刃傾角λs的選取如下圖3-7。
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圖3-7 端銑刀γ0和λs示意圖
3.主偏角及過(guò)渡刃偏角的選取
與車(chē)刀相似，在切削深度及進(jìn)給量一定時(shí)，主偏角xr的大小要影響切削層斷面積的形狀及各切削分力的比例關(guān)系。一般xr＝45～75°。為了增加刀尖強(qiáng)度，在刀尖處做成過(guò)渡刃偏角xrε＝xr／2、l1＝1～2mm的過(guò)渡刃(圖3-8a)。
圖3-8 xr、xrε、xr'角及刮光刀片
4.副偏角、修光刃及刮光刀片選取
較小的副偏角xr'可以提高加工表面光潔度，通常xr'=2～3°。也可以使副切削刃成為一段xr'=0°、長(zhǎng)度l0＝1～2mm的修光刃(圖3-8b、c)。具有修光刃的不重磨刀片現(xiàn)已廣泛使用。
5.后角
銑削鋼材時(shí)硬質(zhì)合金端銑刀的后角α0可取12～15°。副切削刃后角 α0'及過(guò)渡刃后角α0渡均可取與α0相同的數(shù)值。
綜上所述，根據(jù)本次設(shè)計(jì)被加工零件為15號(hào)鋼，查《金屬切削原理及刀具設(shè)計(jì)》下冊(cè)p52表16-13，選擇刃傾角λs=-6°，前角γ0=5°，主偏角xr=75°，過(guò)渡刃偏角xrε=37°，過(guò)渡刃長(zhǎng)l1=2mm，副偏角xr'=2°，后角α0=副偏刃后角α0'=過(guò)渡刃后角α0渡=12°。
20 3.4.3 不重磨端銑刀刀片的定位與夾緊結(jié)構(gòu)
對(duì)機(jī)夾端銑刀刀片的定位與夾緊的要求是：各刀片安裝于刀體或轉(zhuǎn)位后均能保持其定位精度;各刀片在銑削過(guò)程中均能保待穩(wěn)固；切削的流動(dòng)以及銑削中刀片破碎不易損壞定位，夾緊元件及刀體;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好。
1.不重磨銑刀刀片的定位
刀片裝于刀體后，在銑削過(guò)程中，各刀片的徑向和端面跳動(dòng)量對(duì)銑刀刀片的磨損和銑削表面質(zhì)量的影響極大。為此必須提高銑刀各元件的制造精度，同時(shí)也必須采用合理的刀片定位方法。刀片是靠其底面（三點(diǎn)）和兩個(gè)側(cè)面（三點(diǎn)）定位的。由于兩側(cè)面的共點(diǎn)定位對(duì)端銑刀刀齒的徑向及端面跳動(dòng)量影響最大，所以一般簡(jiǎn)稱(chēng)為三點(diǎn)定位。
2.不重磨刀片的夾緊方式
(1) 楔塊夾緊：這種夾緊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用比較普遍，它的夾緊力較大，刀片夾緊比較穩(wěn)固。
(2) 靠銑削力夾緊：銑削和車(chē)削一樣，依靠在銑削過(guò)程中作用在刀片上的切削力將刀片壓緊在刀片座上(或直接壓緊在刀體上）在這種情況下，夾緊機(jī)構(gòu)的作用主要是抵消離心力
(3) 上壓夾緊：為了使結(jié)構(gòu)緊湊，特別是對(duì)于小直徑的端銑刀，往往采用上壓式夾緊。
(4) 彈性擠壓夾緊：將錐頭螺釘旋進(jìn)刀體時(shí)，由彈性變形而壓緊刀片。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件少，容易制造。
(5) 偏心螺釘（或偏心銷(xiāo)訂）夾緊：將偏心螺釘或偏心銷(xiāo)釘通過(guò)刀片中心孔，用以?shī)A緊刀片。
(6) 斜拉桿夾緊：以拉桿的軸頸插入刀片中心孔中，達(dá)到夾緊刀片的目的。
本次設(shè)計(jì)采用第四種彈性擠壓夾緊。
21 3.4.4 端銑刀主要結(jié)構(gòu)參數(shù)
對(duì)于自動(dòng)線上或組合機(jī)床上的專(zhuān)用端銑刀的設(shè)計(jì)，直徑d0和齒數(shù)Z是最要的兩個(gè)參數(shù)。
1.端銑刀直徑的選擇
專(zhuān)用端銑刀直徑d0應(yīng)按銑削工件表面的寬度來(lái)確定，又本次設(shè)計(jì)按切削方式進(jìn)行計(jì)算，工件最大直徑D=141mm，專(zhuān)用端銑刀直徑d0應(yīng)稍大于工件最大直徑D，所以取d0=144mm。
2.端銑刀齒數(shù)
端銑刀的齒數(shù)Z是一個(gè)重要的參數(shù)。齒數(shù)增多，可以提高銑削生產(chǎn)率。本次設(shè)計(jì)按切削方式進(jìn)行計(jì)算，用于切削的為4把刀，所以端銑刀的齒數(shù)Z=4。
22 3.4.5 刀槽尺寸及刀齒幾何角度計(jì)算
根據(jù)不重磨端銑刀所要求的工作角度設(shè)計(jì)時(shí)需要計(jì)算刀體刀槽尺寸，或者在已知刀體刀槽尺寸的前提下，計(jì)算刀齒應(yīng)有的角度。
1.刀體上刀槽位置參數(shù)的計(jì)算
刀體上刀槽位置參數(shù)的計(jì)算是端銑刀設(shè)計(jì)的主要部分。刀槽位置主要包括：刀槽斜角ω、刀槽偏距e及刀體端面上刀槽底部與軸線之間的垂直距離H。
(1) 選取銑刀工作角度及銑刀刀片規(guī)格：
γ0=5°， λs=-6°，xr=75°，xr'=2°。為了計(jì)算刀槽尺寸，必須按車(chē)刀各截面角度換算公式將 γ0，λs，xr換算成γf和γp：
tanγf=tanγ0sinxr-tanλscosxr
=tan5°sin75°-tan-6°cos75°
=0.1117 (3-6)
γf≈6°22'
tanγp=tanγ0cosxr+tanλssinxr
= tan5°cos75°-tan-6°sin75°
=-0.0789 (3-7)
γp≈4°31'
(2) 計(jì)算刀體刀槽斜角及偏距：
為了加工刀體上的刀槽，將（圖3-9）旋轉(zhuǎn)γf角，使刀槽側(cè)壁成垂直位置（圖3-10）。刀體旋轉(zhuǎn)γf后，在俯視圖中的刀槽與刀體軸線成斜角ω。以及刀槽在端部面上的截形位置尺寸——偏距e的計(jì)算如下：
tanω =tanγpcosγf=tan4°31'cos6°22'=-0.0784 (3-8)
ω =-4°29'
刀槽斜角ω的正負(fù)號(hào)與γp相同，刀槽向右傾斜為正，向左傾斜為負(fù)。
e=d02sinγf+htanω (3-9)
關(guān)于刀片從刀體端而仲出之長(zhǎng)度h，式中γf及ω均應(yīng)連同符號(hào)一同代入，所得的e值，如果為正值，則偏距應(yīng)在中心線右側(cè)，若為負(fù)值則應(yīng)在左側(cè)。
若銑刀直徑d0=144mm，并取h=15mm，則：
e=1442·sin6°22'+15·tan-4°29'=6.816mm
23
圖3-9 刀齒法剖面中的角度 圖3-10 偏心距e的計(jì)算
(3) 計(jì)算在刀體端面上刀槽底部與軸心線之間的垂直距離H及刀槽尺寸A:
所選刀片尺寸為16x25x4.5。M為刀片加刀片座之總厚度，取M=16。L為刀片和刀片座之總長(zhǎng)度，取L=25，取刀片座后角α座=15°。在刀體端面上刀槽底部與軸心線之間的垂直距離H及刀槽尺寸A的計(jì)算如下：
H=d02cosγf-Lcosxr'=1442·cos6°22'-25cos2°=46.57mm (3-10)
A=MCOS ω +e=16cos-4°29'+6.816=22.865mm (3-11)
下面計(jì)算刀體直徑時(shí)還要用到的刀片座尺寸x：
x=L-Mtanα座=25-16tan15°=20.71mm (3-12)
(4) 計(jì)算刀體直徑d1及d2：
d1=2H+xcos15°2+A2
=246.57+20.71cos15°2+22.8652 (3-13)
=140.8mm
d2=d1+2×25ta15°=154mm
2.己知刀體刀槽的尺寸計(jì)算單刀齒的前角及刃傾角
刀片安裝于刀片座，所形成的單刀齒，可看做是一把小車(chē)刀，其前角與刃傾角用γ小刀及λ小刀表示。前面敘述了γ小刀及λ小刀均為零，安裝于銑刀體上后能得到所需要的工作角γ0及λs條件下，設(shè)計(jì)計(jì)算刀體刀槽尺寸的方法。為了減少端銑刀刀體的品種規(guī)格，也可將同一直徑的刀體上刀槽的斜角ω及偏距e標(biāo)準(zhǔn)化，而用改變單刀齒幾何角度γ小刀及λ小刀的方法來(lái)獲得所需要的銑刀工作角度γ0及λs以適應(yīng)不同的加工條件。這樣就要求根據(jù)現(xiàn)有的銑刀體的刀糟斜角ω及偏距e來(lái)確定刀齒的γ小刀及λ小刀。計(jì)算步驟如下：
(1) 根據(jù)刀槽的已知參數(shù)ω及e，計(jì)算當(dāng)?shù)额^γ小刀=0°及λ小刀=0°情況下的銑刀安裝角度γf安裝及γp安裝：
sinγf安裝=2d0e-htan ω
=21446.816-15tan (-4°29')=0.111 (3-14)
γf安裝=6°22'
tanγp安裝 =tan ωcosγf安裝=tan(-4°29')cos6°22'=-0.0789 (3-15)
γp安裝 =-4°31'
(2) 計(jì)算 γ0安裝及λs安裝：
tanγ0安裝=tanγp安裝·cosxr+tanγf安裝·sinxr (3-16)
=tan-4°31'cos75°+tan6°22'sin75°=0.0874
γ0安裝 =5°
tanλs安裝= tanγf安裝·cosxr-tanγp安裝·sinxr (3-17)
=tan6°22'cos75°+tan-4°31'sin75°=0.1051
λs安裝 =6°
(3)計(jì)算銑刀在具有工作角度γ0及λs的情況下，單刀齒所具有的角度γ小刀及λ小刀：
γ小刀=γ0- γ0安裝=5°-5°=0° (3-18)
λ小刀=λs- λs安裝=-6°-6°=-12° (3-19)
24 4 組合銑床總體設(shè)計(jì)
25 4.1 被加工零件工序圖
編制“三圖一卡”的工作內(nèi)容包括：零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床尺寸聯(lián)系圖和生產(chǎn)率計(jì)算卡?！叭龍D一卡”是組合機(jī)床總體方案的具體體現(xiàn)。
被加工零件工序圖是指根據(jù)已確定的工藝方案，表示一臺(tái)組合機(jī)床或自動(dòng)線對(duì)加工零件應(yīng)完成的工藝內(nèi)容的示意圖。它不能用產(chǎn)品的零件圖代替，而須在原零件圖的基礎(chǔ)上，突出本機(jī)床或自動(dòng)線的加工內(nèi)容及必要的說(shuō)明進(jìn)行重新繪制。它是進(jìn)行組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗(yàn)和調(diào)整機(jī)床的重要技術(shù)文件。其內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：
1.表示出被加工零件的形狀和輪廓尺寸及與本機(jī)床設(shè)計(jì)有關(guān)的部位的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。
2.表示出加工零件定位基準(zhǔn)、夾緊部位及夾緊方向，以便依此進(jìn)行夾具的定位支承、限位、夾緊及導(dǎo)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
3.表示出本道工序加工部位的尺寸 、尺寸精度、表面粗糙度、形狀位置精度及技術(shù)要求，另外還應(yīng)表示出本道工序?qū)η暗拦ば蛱岢龅囊蟆?
4.表示出必要的文字說(shuō)明，如被加工零件的編號(hào)、名稱(chēng)、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。
5.繪制時(shí)按一定的比例，細(xì)實(shí)線表示與本道工序加工無(wú)關(guān)的部分，粗實(shí)線表示被加工部位精度、粗糙度、位置精度、定位面及夾壓方向。
6.凡本道工序保證的尺寸、角度等，應(yīng)在基尺寸數(shù)值上打上方框，并在下面加一橫線（粗實(shí)線）。
26 4.2 加工示意圖
27 4.2.1 加工示意圖的作用及內(nèi)容
零件加工的工藝方案要通過(guò)加工示意圖才能反映出來(lái)。加工示意圖表示：被加工零件在機(jī)床上的加工過(guò)程，刀具、輔具的布置狀況，工件與夾具、刀具等機(jī)床各部件間的相對(duì)位置關(guān)系，以及機(jī)床的工作行程和工作循環(huán)等。因此，它是刀具、輔具、夾具、主軸箱、液壓和電氣裝置設(shè)計(jì)及通用部件選擇的主要原始資料，也是對(duì)整臺(tái)機(jī)床布置和技術(shù)性能的原始要求，同時(shí)還是調(diào)整機(jī)床、刀具及試車(chē)的依據(jù)。其內(nèi)容包括以下幾方面：
1.應(yīng)反映機(jī)床的加工方法、加工條件及加工過(guò)程。
2.根據(jù)加工部位的特點(diǎn)及加工要求，決定刀具的類(lèi)型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)、尺寸（直徑和長(zhǎng)度）。
3.決定主軸的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、規(guī)格尺寸及外伸長(zhǎng)度。
4.選擇標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)專(zhuān)用的接桿、浮動(dòng)卡頭、導(dǎo)向裝置、攻絲靠模裝置、刀桿托架等，并決定它們的結(jié)構(gòu)參數(shù)及尺寸。
5.標(biāo)明主軸、接桿、夾具（導(dǎo)向裝置）與工件之間的聯(lián)系尺寸、配合及精度等。
6.根據(jù)機(jī)床的生產(chǎn)率及刀具和工件的材料等，合理確定并標(biāo)注各主軸的切削用量。
7.決定機(jī)床動(dòng)力部件的工作行程和工作循環(huán)。
圖4-1 管彎頭加工工序圖
28 4.2.2 刀具的選擇
由3.3可知，選擇刀具為硬質(zhì)合金端銑刀，牌號(hào)為YT15.
29 4.2.3 確定主軸類(lèi)型、尺寸及外伸長(zhǎng)度
主軸類(lèi)型為剛性主軸，即主軸與刀桿采用剛性聯(lián)接，刀具不需要借助于導(dǎo)向裝置進(jìn)行加工。因此，主軸需要足夠的剛性，否則加工時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工質(zhì)量和損壞刀具。
主軸的主要參數(shù)：
材料為45號(hào)鋼，空心主軸
1.主軸的懸伸長(zhǎng)度a，盡量取小值，提高主軸的剛度，初取a=100mm
2.主軸的懸伸比 Ha≥1.5～2，取1.8
3.主軸的支承距：L=1.8×100=180mm
4.主軸的前支承軸徑：D1=100mm
主軸的后支承軸徑：D2=90mm
5.查表取主軸直徑比d/D≤0.5，取0.5
6.確定主軸直徑d=55mm
30 4.2.4 確定動(dòng)力部件的工作循環(huán)和工作行程
動(dòng)力部件的工作循環(huán)是指：加工時(shí)動(dòng)力部件從原來(lái)位置開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到加工終了位置，又返回到原來(lái)位置的動(dòng)作過(guò)程。一般包括快速進(jìn)給、工作進(jìn)給、快速退回等動(dòng)作。有時(shí)還有中間停止、多次往復(fù)進(jìn)給、跳躍進(jìn)給、死擋鐵停留等特殊要求，這是根據(jù)具體的加工工藝需要確定的。
1.工作進(jìn)給長(zhǎng)度L工應(yīng)等于工件加工部位長(zhǎng)度L與刀具切入長(zhǎng)度L1之和。切入長(zhǎng)度L1應(yīng)根據(jù)工件端面的誤差情況在5～10mm之間選擇，誤差大時(shí)取大值，此次L1取8mm。L工=2+8=10mm
2.快速退回長(zhǎng)度等于快速引進(jìn)與工作進(jìn)給長(zhǎng)度之和。快速引進(jìn)是指動(dòng)力部件把主軸箱連同刀具從原始位置送進(jìn)到工作進(jìn)給開(kāi)始位置，其長(zhǎng)度按加工具體情況確定。此次快速引進(jìn)長(zhǎng)度取390mm。所以，快速退回長(zhǎng)度為400mm。
3.動(dòng)力部件總行程長(zhǎng)度
動(dòng)力部件的總行程，除應(yīng)保證要求的工作循環(huán)工作行程（快速引進(jìn)+工作進(jìn)給=快速退回）外，還要考慮裝卸和調(diào)整刀具方便，即考慮前、后備量。
前備量是指因刀具磨損或補(bǔ)償制造、安裝誤差，動(dòng)力部件尚可向前調(diào)節(jié)的距離。后備量是指，考慮刀具從接桿連同刀具一起從主軸孔中取出所需要的軸向距離。因此，動(dòng)力部件的總行程為快退行程長(zhǎng)度與前后備量之和。
31 4.3 組合銑床聯(lián)系尺寸圖
32 4.3.1 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的作用和內(nèi)容
機(jī)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專(zhuān)用部件的總體結(jié)構(gòu)而繪制的。是用來(lái)表示機(jī)床的配置形式、主要構(gòu)成及各部件安裝位置、相互關(guān)系、運(yùn)動(dòng)關(guān)系和操作方位的總體布局圖。
機(jī)床聯(lián)系尺寸總圖表示的內(nèi)容:
1.表示機(jī)床的配景形式和總布局。
2.完整齊全的反映各部件之間的上要裝配關(guān)系和聯(lián)系尺寸專(zhuān)用部件的主要輪廓尺寸、運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)極限位置及滑臺(tái)工作循環(huán)總的工作行程和前后備量尺寸。
3.標(biāo)注主要通用部件的規(guī)格代號(hào)和電動(dòng)機(jī)型號(hào)、功率及轉(zhuǎn)速，并標(biāo)出機(jī)床分組編號(hào)及組件名稱(chēng)，全部組件應(yīng)包括機(jī)床全部通用及專(zhuān)用零部件。
4.標(biāo)明機(jī)床驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及安裝規(guī)程。
33 4.3.2 繪制機(jī)床尺寸聯(lián)系總圖之前應(yīng)確定的內(nèi)容
1.選擇動(dòng)力部件
動(dòng)力部件的選擇主要是確定動(dòng)力箱和動(dòng)力滑臺(tái)。
1) 動(dòng)力滑臺(tái)的選用
a.驅(qū)動(dòng)方式的確定。采用液壓驅(qū)動(dòng)。
b.確定軸向進(jìn)給力。F進(jìn)=4×719+345=4256N
由于滑臺(tái)工作時(shí)，除了克服各主軸的軸向力外，還要克服滑臺(tái)移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦阻力，因而，所選滑臺(tái)的最大進(jìn)給力應(yīng)大于F進(jìn)。
c.確定進(jìn)給速度。對(duì)液壓滑臺(tái)，確定刀具切削用量時(shí)所規(guī)定的工作進(jìn)給速度應(yīng)大于滑臺(tái)最小工作進(jìn)給速度的0.5～1倍。
d.確定滑臺(tái)行程。滑臺(tái)總行程應(yīng)大于工作行程，前后備量之和。
e.精度的選擇。因?yàn)榧庸ぞ炔桓?，所以選用普通精度等級(jí)的滑臺(tái)。
2) 動(dòng)力箱的選用
動(dòng)力箱規(guī)格與滑臺(tái)要匹配，其驅(qū)動(dòng)功率上要依據(jù)是根據(jù)多軸箱所傳遞的切削功率來(lái)選用。由3.2節(jié)可知Pc=11.817kw。
P主=Pcη=11.8170.8=14.77125kw
η——多軸箱傳動(dòng)效率0.7～0.9，取0.8。
2.配套通用部件選擇
1) 確定裝料高度
裝料高度指工件安裝基面至機(jī)床的垂直距離。組合機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)中，推薦裝料高度為850～1060mm范圍內(nèi)選取，本次設(shè)計(jì)的液壓滑臺(tái)高度為400mm，側(cè)底座高度為560mm，選擇裝料高度為H=960mm。
2) 確定夾具輪廓尺寸
參照夾具設(shè)計(jì)。
3) 中間底座輪廓尺寸
中間底座輪廓尺寸要滿(mǎn)足夾具在其上面聯(lián)接安裝的需要。中間底座輪廓尺寸L，要根據(jù)所選動(dòng)力部件和夾具安裝要求來(lái)確定。
根據(jù)已定的工藝方案和機(jī)床配置形式并結(jié)合使用及修理因素，確定機(jī)床為臥式單工位液壓傳動(dòng)組合機(jī)床，選用配套的動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)多軸箱銑削。查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》p193，表19-1選取額定功率為15kw的型號(hào)為Y160L-4的電動(dòng)機(jī)作為本次設(shè)計(jì)的動(dòng)力源。查《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》p20表2-6齒輪傳動(dòng)動(dòng)力箱主要尺寸及性能。選擇公稱(chēng)尺寸為500的動(dòng)力箱。查《組合機(jī)床簡(jiǎn)明手冊(cè)》p99，表5-1選擇液壓滑臺(tái)型號(hào)為:1HY50A-1，臺(tái)面寬度為500mm，臺(tái)面長(zhǎng)度為1000mm，工作進(jìn)給速度為66.3mm/min，快速進(jìn)給速度為6.3m/min。；側(cè)底座型號(hào)為：1CC501，高度為560mm。
34 4.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡
生產(chǎn)率計(jì)算卡是反映所設(shè)計(jì)的工作循環(huán)過(guò)程、動(dòng)作時(shí)間、切削用量、生產(chǎn)率、負(fù)荷率等的技術(shù)文件。通過(guò)生產(chǎn)率計(jì)算卡，可以分析所擬定的方案是否滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)生產(chǎn)率及負(fù)荷率的要求。機(jī)床生產(chǎn)率Q1(件/h)按下式計(jì)算：
Q1=60/T單=60/(T切+T輔)
式中 T單—單件時(shí)間(min);
T切—機(jī)加工時(shí)間(min)，包括動(dòng)力部件工作進(jìn)給和死擋鐵停留時(shí)間t停，即
T切=L1Vf1+t停=0.181min
式中 L1—刀具的工作進(jìn)給行程長(zhǎng)度(mm)，取10mm；
t?！潭〒蹊F停留時(shí)間，一般為在動(dòng)力部件進(jìn)給停止?fàn)顟B(tài)下，刀具旋轉(zhuǎn)5～10轉(zhuǎn)所需的時(shí)間(min)，取0.03min；
T輔—輔助時(shí)間(min),包括快進(jìn)時(shí)間、快退時(shí)間、工作臺(tái)移動(dòng)或轉(zhuǎn)位時(shí)間t移、裝卸工件時(shí)間t裝，即
T輔=L2+L3Vfk+t移+t裝=0.725min
式中 L2 、L3—?jiǎng)恿Σ考爝M(jìn)行程長(zhǎng)度、快退行程長(zhǎng)度(mm)，取390mm，400mm；
Vfk—?jiǎng)恿Σ考目焖僖苿?dòng)速度