汽缸體左右端面鉆孔組合機床設計 機械設計及制造專業(yè)畢業(yè)設計 畢業(yè)論

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1、摘　　要 本設計的課題是汽缸體左右端面鉆孔組合機床設計。主要說明組合機床設計的基本過程及要求。組合機床是根據工件加工的需要，以大量的通用部件為基礎，配以少量的專用部件組成的一種高效的專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方法，生產效率比通用機床高幾倍到幾十倍。與傳統(tǒng)的機床相比：組合機床具有許多優(yōu)點：效率高、精度高、成本低。它由床身、立柱、工作臺、及電源一些基本部件及一些特殊部件，根據不同的工件加工所需而設計的。多年來機械產品加工中廣泛的采用萬能機床，但是隨著生產的發(fā)展，很多企業(yè)的產品的產量越來越大，精度越來越高，采用萬能機床加工已經不能很好的滿足要求。理所當然，

2、組合機床可以提高生產效率和加工精度。在組合機床設計過程中，為了降低組合機床的制造成本，應盡可能的使用通用件和標準件。 在組合機床上可以完成很多工序，但就目前使用的大多數組合機床來說，則主要用于平面加工和孔加工兩大類工序。本設計主要內容包括三大部分大部分：1、組合機床的總體設計，就是確定機床各部件之間的相互關系，選擇通用部件和刀具的導向，并確定切削用量及選擇刀具；2、組合機床“三圖一卡”的編制，就是繪制被加工零件的工序圖，加工示意圖、機床尺寸聯系圖及生產效率計算卡；3、多軸箱的設計，包括繪制多軸箱設計原始依據圖，多軸箱的傳動設計及傳動零件的校核。專用多軸箱的設計，傳動布局合理，軸與齒輪之間不發(fā)

3、生干涉，保證傳動的平穩(wěn)性和精確性。專用主軸設計、軸承的選用及電機的選擇等。 關鍵詞：組合機床；設計；汽缸體端蓋；鉆孔；工藝 ABSTRACT The subject of the design is the cylinder body end face drilling combination machine and fixture design. Mainly to explain the basic process and requirements of the combination machine design. combinationmachine is an efficien

4、t special purpose machine which is based on a large number of common components and a small number of dedicated components according to the needs of the work piece. Combination machine was developed in the end of industrial production compared with traditional machine; combination machine has many a

5、dvantages , such as high efficiency , high accuracy and low cost . It is composed of some general parts , such as bed ,column ,workable, power unit ,and some special parts designed according to different work piece machining need. Over years, a universal machine is widely used in mechanical processi

6、ng, but with the development of production, production is growing and accuracy is higher of many machining products, so the use of universal machine can not meet the requirements. Of course, combination machine can improve production efficiency and precision. It should be possible to use common part

7、s and standard parts in order to reduce the manufacturing cost of combination machine in the combination machine design process. The preface of a lot of works can be completed on the combination machine, but in regard to the majority current usage of combination machine, then and primarily used for

8、 the flat surface to process and the bore to process two big work preface. The main part including：1) Combination machine frame design： determines the interrelation of the different part in the machining tool, select general parts and tool oriented .Then compute cut feed and productivity finally dr

9、aw a sketch map of the machine. 2) The preparation of combination machine “Three figs and one card”, that is to draw the process diagram of the parts to be processed, processing schematic, machine dimensions contact map and production efficiency calculation card；3) Combination machine parts design

10、including headstock, proper transmission layout, shaft and gear move freely without interference which ensure the stability and accuracy during transmission ,then design dedicated select bearings and engine etc. Key words：Combination Machine；Design；The Cylinder Body Face；Drilling；Process 目　　錄 摘　　

11、要 I ABSTRACT II 目　　錄1 第1章 緒　　論 1 1.1 機床概述 1 1.2 機床設計的目的、要求及內容 4 1.2.1 設計的目的 4 1.2.2 設計要求 4 1.2.3 設計內容 4 1.3 機床的設計步驟 5 1.3.1 調查研究 5 1.3.2方案擬定 5 1.3.3 工作圖設計 6 第2章 汽缸體左右端面鉆孔組合機床的總體設計8 2.1 組合機床總體方案的制定 8 2.1.1 制定加工工藝方案 8 2.1.2 確定組合機床的配置形式及結構方案 9 2.2 確定切削用量及刀具選擇 10 2.2.1 確定加工工序間余量 10 2.

12、2.2 選擇切削用量 11 2.2.3 確定切削力、切削力矩及切削功率 11 2.2.4刀具結構選擇 12 2.3 本章小結 12 第3章 端面鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制13 3.1 被加工零件工序圖的繪制 13 3.2 加工示意圖的繪制 15 3.4機床聯系尺寸圖的繪制 19 3.5 生產效率計算卡的繪制 21 3.6 本章小結 23 第4章 機床多軸箱體的設計24 4.1多軸箱設計原始依據圖的繪制 24 第5章 夾具設計29 5.1.1機床夾具的組成29 5.1.2機床夾具的類型29 5.2夾緊方案和夾緊元件的設計30 5.3夾具的性能及優(yōu)點30

13、 5.4夾具操作的簡要說明31 結　　論 32 參考文獻 33 致　　謝 34 第1章 緒　　論 1.1機床概述 現代社會中，人們?yōu)榱烁咝?、經濟地生產各種高質量產品，日益廣泛的使用各種機器、儀器和工具等技術設備與裝備。為制造這些技術設備與裝備，又必須具備各種加工金屬零件的設備，諸如鑄造、鍛造、焊接、沖壓和切削加工設備等。由于機械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法來達到，特別是形狀復雜、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在機床上經過幾道甚至幾十道切削加工工藝才能完成。因此，機床是現代機械制造業(yè)中最重要的加工設備。在一般機械制造廠中，機床所擔負

14、的加工工作量，約占機械制造總工作量的40%～60%，機床的技術性能直接影響機械產品的質量及其制造的經濟性，進而決定著國民經濟的發(fā)展水平。 一個國家要繁榮富強，必須實現工業(yè)、農業(yè)、國防和科學技術的現代化，這就需要一個強大的機械制造業(yè)為國民經濟各部門提供現代化的先進技術設備與裝備，即機床工業(yè)是機械制造業(yè)的“裝備部”、“總工藝師”，對國民經濟發(fā)展起著重大作用。因此，許多國家都十分重視本國機床工業(yè)的發(fā)展和機床技術水平的提高，使本國國民經濟的發(fā)展建立在堅實可靠的基礎上。 機床是人類在長期生產實踐中，不斷改進生產工具的基礎上生產的，并隨著社會生產的發(fā)展和科學技術的進步而漸趨完善。最原始的機床是木制的，

15、所有運動都是由人力或畜力驅動，它們實際上并不是一種完整的機器?，F代意義上的用于加工金屬機械零件的機床，是在18世紀中葉才開始發(fā)展起來的。當時，歐美一些工業(yè)最發(fā)達的國家，開始了從工場手工業(yè)向資本主義機器大工業(yè)生產方式的過度，需要越來越多的各種機器，這就推動了機床的迅速發(fā)展。為使蒸汽機的發(fā)明付諸實用，1770年前后創(chuàng)制了鏜削蒸汽機汽缸內孔用的鏜床。1797年發(fā)明了帶有機動刀架的車床，開創(chuàng)了用機械代替人手控制刀具運動的先聲，不僅解放了人的雙手，并使機床的加工精度和工效起了一個飛躍，初步形成了現代機床的雛型。續(xù)車床之后，隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，其他各種機床也陸續(xù)被創(chuàng)制出來。至19世紀末，車床、鉆床、鏜床

16、、刨床、拉床、銑床、磨床、齒輪加工機床等基本類型的機床已先后形成。 世界上第一臺組合機床于1908年在美國問世，30年代后組合機床在世界各國得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關鍵設備之一。 現代制造工程從各個角度對組合機床提出了愈來愈高的要求，而組合機床也在不斷吸取新技術成果而完善和發(fā)展。 我國加入WTO以后，制造業(yè)所面臨的機遇與挑戰(zhàn)并存、組合機床行業(yè)企業(yè)適時調整戰(zhàn)略，采取了積極的應對策略，出現了產、銷兩旺的良好勢頭，截至2008年4月份，組合機床行業(yè)企業(yè)僅組合機床一項，據不完全統(tǒng)計產量已達1000余臺，產值達3.9個億以上，較2007年同比增長了10%以

17、上，另外組合機床行業(yè)增加值、產品銷售率、全員工資總額、出口交費值等經濟指標均有不同程度的增長，新產品、新技術較去年年均有大幅度提高，可見行業(yè)企業(yè)運營狀況良好。 組合機床行業(yè)企業(yè)主要針對汽車、摩托車、內燃機、農機、工程機械、化工機械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設備，隨著我國加入WTO后與世界機床進一步接軌，組合機床行業(yè)企業(yè)產品開始向數控化、柔性化轉變。從近兩年是企業(yè)生產情況來看，數控機床與加工中心的市場需求量在上升，而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑組合機床則有下降趨勢，中國機床工具工業(yè)學會的《機床工具行業(yè)企業(yè)主要經濟指標報表》是統(tǒng)計數據顯示，僅從幾個全國大型重點企業(yè)生產情況看，2007年生產數控機床

18、890臺，產值16187萬元，生產加工中心148臺，產值5770萬元；2008年生產數控機床985臺，產值25838萬元，生產加工中心159臺，產值7099萬元；而2005年，截至4月份，數控機床、加工中心、產值已接近2003年全年水平，故市場在向數控、高精制造技術和成套工藝裝備方面發(fā)展。 “九五”后期，在組合機床行業(yè)企業(yè)的50多家組合機床分會會員中，僅有兩家企業(yè)實行了股份改造，一家企業(yè)退出國有轉為民營，其余的都是國有企業(yè)。2002年，不到，一些小廠幾乎全部退出國有轉為民營，現在一些國家重點國有企業(yè)也在醞釀股份制改造，轉制已勢不可檔，“民營經濟在經歷了從被歧視，被藐視到不可小視和現在高度重視

19、4個階段后，煥發(fā)勃勃生機?！苯M合機床行業(yè)企業(yè)正在以股份制、民營化等多種形式快速發(fā)展。 組合機床及其自動線是集機電于一體是綜合自動化度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質、經濟實用，因而被廣泛應用與工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電行業(yè)。我國的傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產批量比較大的大中型的箱體類和軸類零件（近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成型面等。組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面

20、、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉臺組合機床等；隨著技術的不斷是進步，一種新型的組合機床——柔性組合機床越來越受人們是親昧，它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PLC）、數字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅動系統(tǒng)，并能靈活適應多種加工的可調可變的組合機床。另外，近年來組合機床加工中心、數控組合機床、機床輔機等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。 由于組合機床及其自動線是一種技術綜合性很高的高技術專用產品，是根據用戶特殊要求而設計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術。我國組合機床及其組合機床自動

21、線總體技術水平比發(fā)達國家相對落后，國內所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導致投資規(guī)模的擴大，并使產品生產成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術、新工藝、研制新產品，由過去的“剛性”機床結構，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需要，真正成為剛柔兼?zhèn)涞淖詣踊b備。 80年代以來，國外組合機床技術在滿足精度和效率要求的基礎上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機床的加工精度、多品種加工的柔性以及機床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進展，實現了機床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節(jié)拍和多功能知道監(jiān)控。組合機床技術的發(fā)展趨勢是： 國外主要的組合機床生產

22、廠家都有自己的系列化完整的數控組合機床通用部件,在組合機床上不僅一般動力部件應用數控技術,而且夾具的轉位或轉角、換箱裝置的自動分度與定位也都應用數控技術,從而進一步提高了組合機床的工作可靠性和加工精度。廣州標致汽車公司由法國雷諾公司購置的缸蓋加工生產線,就是由三臺自動換箱組合機床組成的,其全部動作均為數控,包括自動上下料的交換工作臺、環(huán)形主軸箱庫、動力部件和夾具的運動,其節(jié)拍時間為58秒。 80年代以來,國外對中大批量生產,多品種加工裝備采取了一系列的可調、可變、可換措施,使加工裝備具有了一定的柔性。如先后發(fā)展了轉塔動力頭、可換主軸箱等組成的組合機床；同時根據加工中心的發(fā)展,開發(fā)了二坐標、三

23、坐標模塊化的加工單元,并以此為基礎組成了柔性加工自動線(FTL)。這種結構的變化,既可以實現多品種加工要求的調整變化快速靈敏,又可以使機床配置更加靈活多樣。 汽車工業(yè)的大發(fā)展,對自動化制造技術提出了許多新的需求,大批量生產的高效率,要求制造系統(tǒng)不僅能完成一般的機械加工工序,而且能完成零件從毛坯進線到成品下線的全部工序,以及下線后的自動碼垛、裝箱等。德國大眾汽車公司KASSEL變速箱廠1987年投入使用的造價9000萬馬克的齒輪箱和離合器殼生產線,就是這種綜合自動化制造系統(tǒng)的典范。該系統(tǒng)由兩條相似對稱布置的自動線組成,三班制工作,每條線日產2000件,節(jié)拍時間為40秒。全線由12臺雙面組合機床

24、、18臺三坐標加工單元、空架機器人、線兩端的毛坯庫和三坐標測量機組成,可實現3種零件的加工?？占軝C器人完成工件下線的碼垛裝箱工作。隨著綜合自動化技術的發(fā)展,出現了一批專門從事裝配、試驗、檢測、清洗等裝備的專業(yè)生產廠家,進一步提高了制造系統(tǒng)的配套水平。 國外為了減少機床數量,節(jié)省占地面積,對組合機床這種工序集中程度高的產品,繼續(xù)采取各種措施,進一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺、多坐標通用部件、移動主軸箱、雙頭鏜孔車端面頭等組成機床或在夾具部位設置刀庫,通過換刀加工實現工序集中,從而可最大限度地發(fā)揮設備的效能,獲取更好的經濟效益。 1.2 機床設計的目的、要求及內容 設計的目的 通過

25、機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)的結構設計，使我們在擬定傳動和變速的結構方案過程中，得到設計構思、方案的分析、結構工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術文件和查閱資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設計思想，掌握基本的設計方法，并培養(yǎng)自己具有初步的結構分析、結構設計和計算能力。 設計要求 評價機床性能的優(yōu)劣，主要是根據技術—經濟指標來判定的。技術先進合理，亦即“質優(yōu)價廉”才會受到用戶的歡迎，在國內和國際市場上才有競爭力。機床設計的技術—經濟指標可以從滿足性能要求、經濟效益和人機關系等方面進行分析。 設計內容 （1）運動設計 根據給定的被加工零件，確定機床的切削用量，通過分析比較擬定傳動方案和

26、傳動系統(tǒng)圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數，并計算主軸的實際轉速與標準的相對誤差。 （2）動力設計 根據給定的工件，初算傳動軸的直徑、齒輪的模數；確定動力箱；計算多軸箱尺寸及設計傳動路線。完成裝配草圖后，要驗算傳動軸的直徑，齒輪模數否在允許范圍內。還要驗算主軸主件的靜剛度。 （3）結構設計 進行主運動傳動軸系、變速機構、主軸主件、箱體、密封等的布置和機構設計。即繪制裝配圖和零件工作圖。 （4）編寫設計說明書 1.3 機床的設計步驟 調查研究 研究市場和用戶對設計機床的要求，然后檢索有關資料。其中包括情報、預測、實驗研究成果、發(fā)展趨勢、新技術應用以及相應的圖紙資料等。甚至還可以

27、通過網絡檢索技術查閱先進國家的有關資料和專利等。通過對上述資料的分析研究，擬訂適當的方案，以保證機床的質量和提高生產率，使用戶有較好的經濟效益。 方案擬定 通?？梢詳M定出幾個方案進行分析比較。每個方案包括的內容有：工藝分析、主要技術參數、總布局、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制操作系統(tǒng)、電系統(tǒng)、主要部件的結構草圖、實驗結果及技術經濟分析等。 在制定方案時應注意以下幾個方面： （1）當使用和制造出現矛盾時，應先滿足使用要求，其次才是盡可能便于制造。要盡量用先進的工藝和創(chuàng)新的結構； （2）設計必須以生產實踐和科學實驗為依據，凡是未經實踐考驗的方案，必須經過實驗證明可靠后才能用于設計； （3）繼

28、承與創(chuàng)造相結合，盡量采用先進工藝，迅速提高生產力，為實現四個現代化服務。注意吸取前人和國外的先進經驗，并在此基礎上有所創(chuàng)造和發(fā)展。 汽缸體加工工藝方案：

29、

30、

31、

32、 1：以頂面為粗基準,粗銑底面 2：以底面定位，粗銑頂面 3: 以頂面定位，半精銑底面 4: 鉆對角2-?11通孔 5: 鉸對角2-?11通孔 6: 粗銑左右面 7: 粗銑前后面 8: 粗鏜?76孔 9: 粗鏜2-?65孔 10: 粗鏜M37沉頭孔 11: 以底面定位，半精銑頂面 12：精銑左右面 13：精銑前后面 14：以頂面定位，

33、精銑底面 15：鉆底面另外兩個?11通孔 16：鉸底面另外兩個?11通孔 17：鉆8-M8-7H螺紋底孔 18：鉆8-M6-7H螺紋底孔 19：鉆6-M8-7H深15螺紋底孔 20：攻8-M8-7H螺紋 21：攻8-M6-7H螺紋 22：攻6-M8-7H深15螺紋 23：攻M37螺紋 24：鉆Z3/8"錐孔 25：攻Z3/8"錐孔 26：精鏜?76H8孔 27：精鏜2-?65H7孔 28：去毛刺 29：零件終檢 工作圖設計 首先，在選定工藝方案并確定機床配置形式、結構方案基礎上，進行方案圖紙的設計。這些圖子包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯系尺寸圖

34、和生產率計算卡，統(tǒng)稱“三圖一卡”設計。并初定出主軸箱輪廓尺寸，才能確定機床各部件間的相互關系。 然后，整理機床有關部件與主要零件的設計計算書，編制各類零件明細表，編寫機床說明書等技術文件。 最后，對有關圖紙進行工藝審查和標準化審查。 第2章 汽缸體左右端面鉆孔組合機床的總體設計 2.1 組合機床總體方案的制定 制定加工工藝方案 零件加工工藝將決定組合機床的加工質量、生產率、總體布局和夾具結構等。所以，在制定工藝方案時，必須計算分析被加工零件圖，并深入現場了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛度，加工部位的結構特點加工精度，表面粗糙度，以及定位，夾緊方法，工藝過程，所采用的刀具及切削

35、用量，生產率要求，現場所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國內外有關技術資料，制定出合理的工藝方案。 根據被加工零件（汽缸體左右端面）的零件圖（圖2.1），加工四個螺紋孔的工藝過程如下： （1） 加工孔的主要技術要求。 4個螺紋孔的直徑均為Φ8， 孔的位置度公差為0.4mm， 工件材料為HT200，HB190-247， 要求生產綱領為（考慮廢品及備品率）年產量4萬件，單班制生產。 （2） 工藝分析 加工該螺紋孔時，孔的位置度公差為0.4mm， 根據組合機床用的工藝方法及能達到的精度，可采用如下的加工方案： a.首先銑汽缸體左端蓋的底面、頂面，然后在其上按照要求加工兩個直徑為Φ11

36、mm的通孔，進而為加工螺紋孔做下基礎； b.其次銑汽缸體左端蓋的前面、后面，然后在其上按照要求加工四個直徑為Φ7.5mm的通孔； c.最后對已加工好的直徑為Φ7.5mm的通孔進行攻絲處理，其中選擇Φ8mm，加工余量為0.5mm。 其中右端蓋螺紋孔加工同理可得，在此不在贅述。 （3） 定位基準及夾緊點的選擇 加工此零件上的螺紋孔，以底面的兩個長條形板限制、和三個自由度，位于頂面上的長心軸起到了很好的定位作用，限制了和，一共限制了5個自由度，面5gect of the design is the