2 组合机床总体设计
2.1 工艺方案的拟定 2.1.1 被加工零件的特点
本设计是为钻削ZH1105W柴油机气缸体的三面31个轴孔的工序而专门设计的，为了能到达质量好、效率高，我们采用了工序集中的原则进行设计。 机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成，其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时安装、调试与运输也都比较方便；而且机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优点是占地面积小、自由度大、操作方便。其缺点是机床重心高、振动大。 由于被加工的零件为ZH1105W柴油机气缸体的三面31个孔，该柴油机的体积小、重量较重，且为三面加工。根据零件的特点及生产纲领，应选用卧式床身，通过左右后三个动力头驱动三个主轴箱对零件三端面的31个孔进行加工较为妥当。
通过以上分析，初定本次设计方案为卧式三面组合钻床，三个动力头左右后布置。
2.1.2 工艺路线的确定
工艺路线如下： 工序1 铸造 工序2 时效
工序3 粗铣底面、顶面 工序4 粗铣左面、右面 工序5 粗铣前面、后面 工序6 精铣底面、顶面 工序7 精铣左面、右面 工序8 精铣前面、后面 工序9 三面粗镗孔 工序10 三面半精镗孔 工序11 三面精镗孔
工序12 钻左面、右面、后面孔 工序13 钻顶面、底面、前面孔 工序14 攻丝
工序15 钻、扩、铰顶杆孔 工序16 最终检验 工序12的加工内容为：
a) 左端，钻螺纹底孔14×φ6.7、φ12.4，表面粗糙度均为Ra12.5； b) 右端，钻螺纹底孔9×φ6.7、φ8.5，表面粗糙度均为Ra12.5； c) 后端，钻螺纹底孔6×φ12.4，表面粗糙度均为Ra12.5。 各孔的位置精度及具体要求详见ZH1105W气缸体的工序图。 2.1.3 定位基准和夹紧部位的选择
组合机床是针对某个零件或零件的某道工序而设计的，正确选择加工用的定位基准是确保加工精度的重要条件，同时也有利于最大限度的集中工序，从而获得减少机床台数的效果。
A．定位基准的选择
实际生产中经常遇到的不是单一表面定位，而是几个表面的组合定位。这时，按限制自由度的多少来区分每一定位面的性能，限制自由度最多的定位面成为第一定位基准面或主要基准，次之的为第二定位基准面或导向基准，限制一个自由度的称为第三定位基准面或定程基准。
常见的定位表面组合有平面与平面的组合，平面与孔的组合，平面与外圆表面的组合等。本机床加工为单工位加工，也就是一次安装下进行31个孔的加工，箱体零件时机械制造业中工序多、劳动量大、精度要求高的关键零件。采用三面定位即底面、侧面、端面这三面定位，底面为第一基准，侧面为第二基准，而端面为第三基准，同时限制了六个自由度（x方向，y方向，z方向，x的旋转方向，y的旋转方向，z的旋转方向这六个自由度）。
B．确定夹紧位置应注意的问题
在选择定位基准的同时，要相应地决定夹紧位置，此时应注意的问题是： a) 保证零件夹压后稳定；
b) 尽量减少和避免零件夹压后的变形；
c) 尽量靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性； d) 应尽量使各支承处的接触变形均匀，以减小加工误差。
本机床中确定的三面定位能基本上满足以上两条件，因此本方案可行。另在选三面定位后，可选随行夹具，这样可减少装夹时间、提高生产率，对随行夹具可采用液压自动加紧。
2.1.4 影响机床工艺方案制定的主要因素
a) 被加工零件的加工精度和加工工序
虽然气缸体的本道工序加工粗糙度要求不怎么高，但有一定的形状精度和位置精度的要求，安排工艺应在一个工位上对31个孔同时进行加工，因为气缸体有些孔的间距很小，采用立式加工时，不利于切屑落下导向，造成导向精度早期走失，不利于保证加工精度，所以应选用卧式床身。
为了保证机床在加工过程中的稳定性，钻床滑台应选用液压矩型导轨型式。 b) 被加工零件的特点
被加工的气缸体本身为HT250，且孔分布在不同的端面上，孔的直径又不是很大，考虑到重心、振动、壳体的形状及重量与安装方便等原因，宜用单工位、卧式机床加工较为合适。 c) 零件的生产批量
本组合机床是为了适应ZH1105W柴油机气缸体的大批量生产，且多为连续生产机床，此时应尽量将工序集中到一台或少数几台机床进行加工，以提高机床的利用率。
d) 机床的使用条件
本机床使用场地条件较好，气候适用，车间温度在三十度之内，使用液压传动能较好地发挥机床的工作性能，其他机床结构亦能很好的适应使用条件。 2.2 三图一卡设计
组合机床的总体设计，就是根据具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等，下面进行这些图样的设计。
2.2.1 被加工零件工序图
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、精度、粗糙度及技术要求，加工用定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和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［6］。其主要内容包括：
a) 被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及本工序机床设计有关部位的结构形状和尺寸；
b) 本工序所选用的定为基准、夹紧部位及夹紧方向；
c) 本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求；
d) 注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。 2.2.2 加工示意图
加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的，是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液压、电气系统以及选择动力部件、绘制机床总联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必须的重要技术文件。 加工示意图应表达和标注的内容有：机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程；工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸；
主轴结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸（直径和长度）；接杆（包括镗杆）、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置等结构；刀具、导向套间的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式及配合尺寸等［1］。 2.2.2.1 刀具的选择
选择刀具应考虑工件材质、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求。只要条件允许，应尽量选用标准刀具。孔加工刀具的直径应与加工部位尺寸、精度相适应，其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外端面30～50mm，以利于排屑和刀具磨损后有一定的向前调整量。再加上加工的大小端面的孔直径都小于φ40，所以应选择麻花钻。 2.2.2.2 选择接杆、弹簧卡头
在钻、扩、铰孔及倒角等加工小孔时，通常都采用接杆（也称刚性接杆）。因为多轴箱各主轴的外伸长度和刀具长度均为定值，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完成孔的要求。接杆已标准化，通用标准接杆号可根据刀具尾部结构（莫氏号）和主轴头部内孔直径d1按［1］表8-1、8-2选取。
2.2.2.3 导向结构的选择
在组合机床加工孔时，除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔的位置精度主要靠刀具的导向装置来保证的。因此，正确地选择导向机构、确定导向的类型、参数和精度是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时需要解决的问题。
组合机床上刀具导向装置通常分为：固定式导向和旋转式导向两大类，根据导向的线速度（v＜20m/min）、加工精度及刀具的具体工作条件，本机床采用固定式导向（钻套导向）。
导向参数包括导套直径、导套长度及导向套到工件端面距离等，导向套端面至工件端面距离是为了排屑方便，一般取1～1.5d。
查［1］表8-4“通用导套的尺寸规格”：
l=8mm，对加工φ6.7孔，选择的导套尺寸为：D=12mm，L=25mm，D1=18mm，D2=22mm，l1=3mm，e=16.5mm，配用螺钉M6。
l=8mm，对加工φ8.5孔，选择的导套尺寸为：D=15mm，L=28mm，D1=22mm，
D2=26mm，l1=3mm，e=18.5mm，配用螺钉M6。
对加工φ12.4孔，选择的导套尺寸为：D=22mm，L=36mm，l=10mm，D1=30mm，D2=34mm，l1=4mm，e=24mm，配用螺钉M8。
2.2.2.4 切削用量的确定
对于31个被加工孔，采用查表法选择切削用量，见［1］表6-11中选取。由于钻孔的切削用量还与钻孔深度有关，随孔深的增加而逐渐递减，其递减值按［1］表6-12选取，降低进给量的目的是为了减少轴向切削力，以避免钻头折断。钻孔深度较大时，由于冷却排屑条件较差，使刀具寿命有所降低。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的寿命比较接近。
A．对左侧面上的15个孔的切削用量的选择
a) 钻孔1～14：φ6.7 深度L=19mm
由于d＞6～12mm，硬度大于200～240HBS，查［1］表6-11选择切削速度v=10～18m/min，进给量f＞0.1～0.18mm/r，又由d1=6.7mm，取定v1=10m/min，
f1=0.1mm/r
n1?1000v1?d1= 475r/min fM= 47.5mm/min
由n1f1?n2f2????nnfn?fM（vf为工进速度），用试凑法依次计算 b) 钻孔15：φ12.4 深度L=19mm
由于d=12～22mm，硬度大于200～240HBS，查［1］表6-11选择切削速度v=10～18m/min，进给量f＞0.18～0.25mm/r，又由d2=12.4mm，取定
v2=10.3m/min，f2=0.18mm/r
n2?1000v2?d2= 264r/min fM= 47.5mm/min
B．对右侧面上的10个孔的切削用量的选择 a) 钻孔1～9：φ6.7 深度L=19mm
由于d＞6～12mm，硬度大于200～240HBS，查［1］表6-11选择切削速度v=10～18m/min，进给量f＞0.1～0.18mm/r，又由d1=6.7mm，取定v1=10m/min，
f1=0.1mm/r
n1?1000v1?d1= 475r/min fM= 47.5mm/min
b) 钻孔10：φ8.5 深度L=19mm
由于d＞12～22mm，硬度大于200～240HBS，查［1］表6-11选择切削速度v=10～18m/min，进给量f＞0.1～0.18mm/r，又由d2=8.5mm，取定
v2=12.6m/min，f2=0.1mm/r
n2?1000v2?d2= 475r/min fM= 47.5mm/min
C．对后侧面上的6个孔的切削用量的选择 钻孔1～9：φ12.4 深度L=20mm
由于d＞12～22mm，硬度大于200～240HBS，查［1］表6-11选择切削速度v=10～18m/min，进给量f＞0.18～0.25mm/r，又由d1=12.4mm，取定
v1=10.3m/min，f1=0.18mm/r
n1?1000v1?d1= 264r/min fM= 47.5mm/min
孔的编号见被加工零件工序图。