2组合机床总体设计
2.1 总体方案论证
本设计的加工对象为变速箱壳体，材料是HT150,硬度HBS170-241，重量21Kg，属于箱体零件，结构复杂。
2.1.1 加工内容及要求
根据先粗后精、先基准面后其它表面、先主要表面后次要表面的机械加工工序安排的设计原则，对变速箱壳体的工艺路线作如下设计：
a)粗铣底面；
b)粗铣左、右端面； c)粗铣前、后端面； d)半精铣底面；
e)半精铣左、右端面； f)半精铣前、后端面； g)粗镗孔； h)精镗孔；
i)钻左、右面的孔； j)攻丝。
本道工序为第9道工序，主要加工左右二面上的17个孔。具体加工内容是：左侧面9个孔，钻削8×φ8.5深24的孔，1×φ11.9深25的孔；钻右侧面上8个孔，钻削6×φ8.5深24的孔，2×φ9.8深18.5的孔
2.1.2 机床配置型式选择
根据任务书的要求：设计的组合机床要满足加工要求、保证加工精度；尽可能用通用件、以降低成本；各动力部件用电气控制。因此根据任务书要求和变速箱壳体的特点初定两种设计方案：
a）卧式组合机床 特点：卧式组合机床重心低、振动小运作平稳、加工精度高、占地面积大。
b）立式组合机床 特点：立式组合机床重心高、振动大、加工精度低、占地面积小。
通过以上的比较，考虑到卧式床身振动小，装夹方便等优点，选用卧式组合机床。
2.1.3 定位基准的选择
组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的。正确选择定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的集中工序。本机床加工时采用的定位方式是以底面为定位基准面，限制三个自由度；用两个挡铁限制两个自由度；在左侧有一个支承针，限制剩下的一个自由度。
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2.1.4滑台型式的选择
本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台具有如下优点：在相当大的范围内进给量可以无级调速；可以获得较大的进给力；由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长；工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现；过载保护简单可靠；由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。但采用液压滑台也有其弊端，如：进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定；液压系统漏油影响工作环境，浪费能源；调整维修比较麻烦。本课题的加工对象是变速箱壳体左、右两个面上的17个孔，位置精度和尺寸精度要求较高，因此采用液压滑台。
由此，根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理等因素，确定机床为卧式两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主轴箱钻孔、镗孔主轴。 . 2.2 确定切削用量及选择刀具
2.2.1 切削用量的选择
对于17个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从[1]P130表6-11中选取。由于钻孔、镗孔的切削用量还与孔深度有关，随孔深的增加而逐渐递减，其递减值按[1]P131表6-12选取。降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头、镗头折断。孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，是刀具寿命有所降低。降低切削速度主要是为了提高刀具寿命，并使加工较深孔时钻头、镗头的寿命与加工其他浅孔时钻头、镗头的寿命比较接近。
A. 对左面上9个孔的切削用量的选择 a)钻孔1～孔8 8×Φ8.5，盲孔， l=24mm
由d＞6～12，硬度大于170～241HBS，选择v=10～18m/min ,f＞0.1～0.18mm/r,又d=8.5mm,取定v=13.2m/min , f=0.122mm/r,则由
得：n=1000×13.2/8.5π=493r/min
b)钻孔9 1×Φ11.9，盲孔，l=25mm
由d＞6～12，硬度大于170～241HBS，选择v=10～18m/min, f＞0.1～0.18mm/r,又d=11.9mm,取定v=13.2m/min , f=0.17mm/r,
则n=1000×13.2/11.9π=352r/min B. 对右面上8个孔的切削用量的选择
a)钻孔1、2、4、5、6、8 6×Φ8.5，盲孔，l=24mm
由d＞6～12，硬度大于170～241HBS，选择v=10～18m/min, f＞0.1～0.18mm/r,又d=8.5mm,取定v=12.8m/min, f=0.135mm/r,
1000vn? (2-1) ?d
则n=1000×12.8/8.5π=480r/min b)钻孔3、7 2×Φ9.8，盲孔，l=18.5mm
由于精镗，加工材料为铸铁，硬度大于170～241HBS，选择v=10～18m/min, f≤0.1～0.18mm/r,又d=9.8mm,取定v=13m/min, f=0.15mm/r,
则n=1000×13/9.8π=422r/min （孔的编号见被加工零件工序图） 2.2.2计算切削力、切削扭矩及切削功率 钻孔：根据[1]P134[9] 表6-20中公式
0.80.6F?26DfHB
T?10D1.9f0.8HB0.6
Tv9740?D
式中， F—切削力（N）；T—切削转矩（N?㎜）；P—切削功率（Kw）； v—切削速度（m/min）；f—进给量（mm/r）；D—加工（或钻头）直径（mm）；
P?HB—布氏硬度,，在本设计中，HBmax?241，
HBmin?170,得HB?HB?1(HB?HB)HB=217.3。
maxmaxmin3由以上公式可得：
左面 单根 1～8轴 F=1036.9N T=2736.65N?mm P=0.139Kw 9轴 F=1892.85N T=6762.9N?mm P=0.2453Kw
右面 单根 1、2、4、5、6、8轴 F=1124.3N T=2967.56N?mm P=0.1461Kw
单根 3、7轴 F=1410N T=4230.95N?mm P=0.1835Kw (轴编号与孔编号相对应)
总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和 左面 Pw=8×0.139+0.2453=1.3573Kw 右面 Pw=6×0.1461+2×0.1835=1.2436Kw 实际切削功率
根据[1]，P=(1.5～2.5)Pw,因为是多轴加工，故取定P=2Pw 则 P左=2×1.3573=2.7146Kw P右=2×1.2436=2.4872Kw
2.2.3 刀具结构的选择
根据工艺要求及加工精度的要求， 17个加工孔的刀具采用标准锥柄麻花钻. 2.3 总体设计——“三图一卡” 2.3.1被加工零件工序图
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被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床（或自动线）上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。
2.3.2 加工示意图
零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。 A. 刀具的选择
刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。孔Φ8.5选择刀具Φ8.5G7；孔Φ11.9选择刀具Φ11.9G7；孔Φ9.8选择刀具Φ9.8G7。 B. 导向结构的选择
组合机床钻孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具、接杆的导向装置来保证的。导向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀具系统的支承刚性。
本课题中加工9个孔时导向表面旋转线速度均小于20m/min,所以导向装置选用固定导套。
对于加工Φ8.5孔，选择的导套尺寸为：D=15mm，D1=22mm，D2=26mm，L=25mm，l=8mm，l1=3㎜，e=18.5mm，配用的螺钉M6。
对于加工Φ11.9孔，选择的导套尺寸为：D=18mm，D1=26mm，D2=30m，L=25mm，l=8mm，l1=3㎜，e=22mm，配用的螺钉M8。
对于加工Φ9.8孔，选择的导套尺寸为：D=15mm，D1=22mm，D2=26mm，L=25mm，l=8mm，l1=3㎜，e=18.5mm，配用的螺钉M6。 C. 确定主轴、尺寸、外伸尺寸
在该课题中，主轴用于钻孔、镗孔，选用滚珠轴承主轴。又因为浮动卡头与刀具刚性连接，所以该主轴属于长主轴。故本课题中的主轴均为滚珠轴承长主轴。
根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩T，由公式P43[9]
d?6.2410T (2-5) 式中，d—轴的直径（㎜）；
T—轴所传递的转矩（N·m）；
B—系数，本课题中主轴为非刚性主轴，取B=6.2。 由公式可得：
左面 1～8轴 d=14.2㎜
9轴 d=17.78㎜
右面 1、2、4、5、6、8轴 d=14.47㎜
3、7轴 d=15.8㎜
考虑到安装过程中轴的互换性、安装方便等因素，除右面2、6轴径取为15㎜外，其余15根主轴轴径均取为20㎜。
根据主轴类型及初定的主轴轴径，查[9]P44表3-6可得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号。主轴轴径d=15㎜时，主轴外伸尺寸为：D/d1?25/16,L=85㎜；接杆莫氏圆锥号为１。主轴轴径d=20㎜时，主轴外伸尺寸为：D/d2?32/20,L=115㎜；接杆莫氏圆锥号为１。
D. 动力部件工作循环及行程的确定
a) 工作进给长度L工的确定
工作进给长度L工，应等于加工部位长度L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度L1和切出长度L2之和。切入长度一般为5～10㎜，根据工件端面的误差情况确定。钻孔时切出长度按P46[9]表3-7
L2?d?(3~8)3 (2-6)
计算式中，d为钻头直径。两个面上钻孔时的工作进给长度见下表： 表2-1 两个面上钻孔的工作进给长度 左主轴箱 右主轴箱 L 47 10.2 L1 8 5 d 8.5 11.5 L2 10 8 L工 65 23.2 b) 快速进给长度的确定
快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置。初步选定两个主轴箱上刀具的快速进给长度为115㎜。 c) 快速退回长度的确定
快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。由已确定的快速进给和工作进给长度可知，两面快速退回长度为150㎜。
d) 动力部件总行程的确定
动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。两面的前备量取30㎜，后备量取190㎜，则总行程为400㎜。 2.3.3 机床尺寸联系总图 A. 选择动力部件 a) 动力滑台型号的选择
根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，按式P62[9]
F多轴箱??Fii?1n (2-7)
式中，Fi—各主轴所需的 向切削力，单位为N。
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