汽缸体顶面钻孔组合机床设计【含6张CAD图纸+文档全套】

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It is commonly used multi-axis, multi-tool, multi-process, multi-faceted or multi-station at the same time processing, production efficiency several times or more high than the general-purpose machine tools. Common components have been standardized together the series can be flexibly configured; can shorten the design and manufacturing cycle. Therefore, the combination of machine both the advantages of low cost and high efficiency, have been widely used in mass production, and can be used to form an automatic production line. This topic for the top surface of the cylinder block 6xM8 hole drilling this particular process, a dedicated vertical combination of machine tools, in this design, on the basis of sufficient data to calculate the standard generic parts carefully selected based on the structural characteristics of the parts to be processed, the processing parts of the dimensional accuracy, surface roughness, as well as a way of locating and clamping process and processing the tool used in the process, productivity, cutting usage was designed rational structure of the multi-axle box. Key word：Combination of machine tools, multi-axle box, process, drilling 前言 组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干中工件按预先确定的工序进行加工的机床。它能够对工件进行多刃多轴多面多工位同时加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及液压等工序，随着组合机床的发展它能完成的工艺范围将日益扩大。 组合机床所使用的通用部件具有特定功能，按标准化、系列化、通用化原则设计制造的组合机床基础部件，每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。 组合机床与通用机床、其它机床比较具有以下特点： (1)组合机床上的通用部件和特征零件越占全部机床零部件的70%-80%，因此设计和制造周期短，经济效益好。 (2)用于组合机床采用多刀加工，机床自动化程度高，因此比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。 (3)组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂家成批生产，它与一般专用机床比较，其结构稳定，工作可靠，使用和维修容易。 (4)组合机床加工工件，采用专用夹具，组合刀具和导向装置等，产品加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。 (5)当机床被加工的产品更新时，专用机床的大部分的部件报废，组合机床的通用部件是根据国家检验设计的，并等效于国际检验，因此其通用部件可以重复使用，不必另行设计和制造。 (6)组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模和自动化生产需要。目前，我国组合机床以广泛用于大批量生产和使用，例如：汽车、拖拉机、柴油机等。 目 录 第一章 绪论…………………………………………………………………………………1 1.1 机床在国民经济的地位及其发展简史………………………………………………1 1.2 组合机床的国内、外现状……………………………………………………………2 1.2.1 国内组合机床现状…………………………………………………………………3 1.2.2 国外组合机床现状…………………………………………………………………4 1.3 机床设计的目的、内容、要求………………………………………………………5 1.3.1 设计的目的…………………………………………………………………………5 1.3.2 设计内容……………………………………………………………………………6 1.3.3 设计要求……………………………………………………………………………6 1.4 机床的设计步骤………………………………………………………………………6 1.4.1 调查研究……………………………………………………………………………6 1.4.2 拟定方案……………………………………………………………………………6 1.4.3 工作图设计…………………………………………………………………………7 第二章 零件分析……………………………………………………………………………8 2.1 零件的结构特点及其技术要求………………………………………………………8 2.1.1 零件结构特点………………………………………………………………………8 2.1.2 技术要求……………………………………………………………………………8 2.2. 零件的生产批量及其机床的使用……………………………………………………8 2.2.1 零件的生产批量……………………………………………………………………8 2.2.2 机床的使用条件……………………………………………………………………8 2.3 零件工艺方案…………………………………………………………………………8 第三章 组合机床的总体设计……………………………………………………………9 3.1 组合机床方案的制定…………………………………………………………………9 3.1.1 制定工艺方案………………………………………………………………………9 3.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案…………………………………………10 3.2 确定切削用量及选择刀具…………………………………………………………11 3.2.1 确定工序间余量…………………………………………………………………11 3.2.2 选择切削用量……………………………………………………………………11 3.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率…………………………………………… 12 3.2.4 选择刀具结构……………………………………………………………………13 3.3钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制…………………………………………13 3.3.1 被加工零件工序图………………………………………………………………13 3.3.2 加工示意图………………………………………………………………………14 3.3.3 机床联系尺寸图…………………………………………………………………18 3.3.4 生产率计算卡……………………………………………………………………21 3.4 多轴箱的设计……………………………………………………………………23 3.4.1 绘制多轴箱设计原始依据图……………………………………………………23 3.4.2 齿轮模数选择……………………………………………………………………24 3.4.3 多轴箱的传动设计………………………………………………………………24 3.4.4 绘制传动系统图…………………………………………………………………26 第四章 夹具设计…………………………………………………………………………28 4.1 机床夹具的概述……………………………………………………………………28 4.1.1机床夹具的组成……………………………………………………………………28 4.1.2机床夹具的类型……………………………………………………………………28 4.2夹紧方案和夹紧元件的设计…………………………………………………………28 4.3夹具的性能及优点……………………………………………………………………29 4.4夹具体的设计…………………………………………………………………………29 4.5夹具精度分析计算……………………………………………………………………29 结 论………………………………………………………………………………………29 致 谢……………………………………………………………………………………33 参考文献 ……………………………………………………………………………………34 气缸体顶面钻孔组合机床设计 摘要 随着自动化生产能力的提高，现代工厂中出现需要组合机床的场合越来越多， 组合机床是以通用部件为基础，配以工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。它一般采用多轴，多刀，多工序，多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化合系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。本课题针对气缸体顶面上 6xM8 孔钻削这一特定工序而设计的一台专用立式组合机床。本设计中，在充分数据计算的基础上对标准通用零件做了仔细选择，并依据被加工零件的结构特点，加工部位的尺寸精度，表面粗糙度要求，以及定位夹紧方式，工艺方法和加工过程中所采用的刀具，生产率，切削用量情况等设计了结构合理的多轴箱。 关键词： 组合机床，多轴箱，工艺流程，钻削 Abstract With the automated production capabilities, modern factories, more and more occasions that require machine tool, machine tool is based on common components, together with the particular work piece shape and processing technology specifically designed components and fixtures, consisting of semi-automatic or automatic machine tools. It is commonly used multi-axis, multi-tool, multi-process, multi-faceted or multi-station at the same time processing, production efficiency several times or more high than the general-purpose machine tools. Common components have been standardized together the series can be flexibly configured; can shorten the design and manufacturing cycle. Therefore, the combination of machine both the advantages of low cost and high efficiency, have been widely used in mass production, and can be used to form an automatic production line. This topic for the top surface of the cylinder block 6xM8 hole drilling this particular process, a dedicated vertical combination of machine tools, in this design, on the basis of sufficient data to calculate the standard generic parts carefully selected based on the structural characteristics of the parts to be processed, the processing parts of the dimensional accuracy, surface roughness, as well as a way of locating and clamping process and processing the tool used in the process, productivity, cutting usage was designed rational structure of the multi-axle box. Key word：Combination of machine tools, multi-axle box, process, drilling 前言 组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干中工件按预先确定的工序进行加工的机床。它能够对工件进行多刃多轴多面多工位同时加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及液压等工序，随着组合机床的发展它能完成的工艺范围将日益扩大。 组合机床所使用的通用部件具有特定功能，按标准化、系列化、通用化原则设计制造的组合机床基础部件，每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。 组合机床与通用机床、其它机床比较具有以下特点： (1)组合机床上的通用部件和特征零件越占全部机床零部件的70%-80%，因此设计和制造周期短，经济效益好。 (2)用于组合机床采用多刀加工，机床自动化程度高，因此比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。 (3)组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂家成批生产，它与一般专用机床比较，其结构稳定，工作可靠，使用和维修容易。 (4)组合机床加工工件，采用专用夹具，组合刀具和导向装置等，产品加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。 (5)当机床被加工的产品更新时，专用机床的大部分的部件报废，组合机床的通用部件是根据国家检验设计的，并等效于国际检验，因此其通用部件可以重复使用，不必另行设计和制造。 (6)组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模和自动化生产需要。目前，我国组合机床以广泛用于大批量生产和使用，例如：汽车、拖拉机、柴油机等。 目 录 第一章 绪论…………………………………………………………………………………1 1.1 机床在国民经济的地位及其发展简史………………………………………………1 1.2 组合机床的国内、外现状……………………………………………………………2 1.2.1 国内组合机床现状…………………………………………………………………3 1.2.2 国外组合机床现状…………………………………………………………………4 1.3 机床设计的目的、内容、要求………………………………………………………5 1.3.1 设计的目的…………………………………………………………………………5 1.3.2 设计内容……………………………………………………………………………6 1.3.3 设计要求……………………………………………………………………………6 1.4 机床的设计步骤………………………………………………………………………6 1.4.1 调查研究……………………………………………………………………………6 1.4.2 拟定方案……………………………………………………………………………6 1.4.3 工作图设计…………………………………………………………………………7 第二章 零件分析……………………………………………………………………………8 2.1 零件的结构特点及其技术要求………………………………………………………8 2.1.1 零件结构特点………………………………………………………………………8 2.1.2 技术要求……………………………………………………………………………8 2.2. 零件的生产批量及其机床的使用……………………………………………………8 2.2.1 零件的生产批量……………………………………………………………………8 2.2.2 机床的使用条件……………………………………………………………………8 2.3 零件工艺方案…………………………………………………………………………8 第三章 组合机床的总体设计……………………………………………………………9 3.1 组合机床方案的制定…………………………………………………………………9 3.1.1 制定工艺方案………………………………………………………………………9 3.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案…………………………………………10 3.2 确定切削用量及选择刀具…………………………………………………………11 3.2.1 确定工序间余量…………………………………………………………………11 3.2.2 选择切削用量……………………………………………………………………11 3.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率…………………………………………… 12 3.2.4 选择刀具结构……………………………………………………………………13 3.3钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制…………………………………………13 3.3.1 被加工零件工序图………………………………………………………………13 3.3.2 加工示意图………………………………………………………………………14 3.3.3 机床联系尺寸图…………………………………………………………………18 3.3.4 生产率计算卡……………………………………………………………………21 3.4 多轴箱的设计……………………………………………………………………23 3.4.1 绘制多轴箱设计原始依据图……………………………………………………23 3.4.2 齿轮模数选择……………………………………………………………………24 3.4.3 多轴箱的传动设计………………………………………………………………24 3.4.4 绘制传动系统图…………………………………………………………………26 第四章 夹具设计…………………………………………………………………………28 4.1 机床夹具的概述……………………………………………………………………28 4.1.1机床夹具的组成……………………………………………………………………28 4.1.2机床夹具的类型……………………………………………………………………28 4.2夹紧方案和夹紧元件的设计…………………………………………………………28 4.3夹具的性能及优点……………………………………………………………………29 4.4夹具体的设计…………………………………………………………………………29 4.5夹具精度分析计算……………………………………………………………………29 结 论………………………………………………………………………………………29 致 谢……………………………………………………………………………………33 参考文献 ……………………………………………………………………………………34 第一章 绪论 1.1 机床在国民经济的地位及其发展简史 现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量产品，日益广泛的使用各种机器、仪器和工具等技术设备与装备。为制造这些技术设备与装备，又必须具备各种加工金属零件的设备，诸如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。由于机械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法来达到，特别是形状复杂、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在机床上经过几道甚至几十道切削加工工艺才能完成。因此，机床是现代机械制造业中最重要的加工设备。在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量，约占机械制造总工作量的40%～60%，机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性，进而决定着国民经济的发展水平。可以这样说，如果没有机床的发展，如果不具备今天这样品种繁多、结构完善和性能精良的各种机床，现代社会目前所达到的高度物质文明将是不可想象的。 一个国家要繁荣富强，必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，这就需要一个强大的机械制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备，即各种机器、仪器和工具等。然而，一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾。机床工业是机械制造业的“装备部”、“总工艺师”，对国民经济发展起着重大作用。因此，许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高，使本国国民经济的发展建立在坚实可靠的基础上。 机床是人类在长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上生产的，并随着社会生产的发展和科学技术的进步而渐趋完善。最原始的机床是木制的，所有运动都是由人力或畜力驱动，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它们实际上并不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床，是在18世纪中叶才开始发展起来的。当时，欧美一些工业最发达的国家，开始了从工场手工业向资本主义机器大工业生产方式的过度，需要越来越多的各种机器，这就推动了机床的迅速发展。为使蒸汽机的发明付诸实用，1770年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内孔用的镗床。1797年发明了带有机动刀架的车床，开创了用机械代替人手控制刀具运动的先声，不仅解放了人的双手，并使机床的加工精度和工效起了一个飞跃，初步形成了现代机床的雏型。续车床之后，随着机械制造业的发展，其他各种机床也陆续被创制出来。至19世纪末，车床、钻床、镗床、刨床、拉床、铣床、磨床、齿轮加工机床等基本类型的机床已先后形成。 上世纪初以来，由于高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继出现，刀具切削性能不断提高，促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方向发展。与此同时，由于电动机、齿轮、轴承、电气和液压等技术有了很大的发展，使机床的转动、结构和控制等方面也得到相应的改进，加工精度和生产率显著提高。此外，为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求，机床品种的发展也与日俱增，例如，各种高效率自动化机床、重型机床、精密机床以及适应加工特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世。50年代，在综合应用电子技术、检测技术、计算技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上发展起来的数控机床，使机床自动化进入了一个崭新的阶段，与早期发展的仅适用于大批大量生产的纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比，它具有很高柔性，即使在单件和小批生产中也能得到经济的使用。 综观机床的发展史，它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展，并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的，现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展。 我国的机床工业是在1949年新中国成立后才开始建立起来的。解放前，由于长期的封锁统治和19世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。至解放前夕，全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂，制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等；1949年全国机床产量仅1000多台，品种不到10个。 解放后，党和人民政府十分重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢复时期，就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂；在随后开始的几个五年计划期间，又陆续扩建、新建了一系列机床厂。经过50多年的建设，我国机床工业从无到有，从小到大，现在已经成门类比较齐全，具有一定实力的机床工业体系，能生产5000多种机床通用品种，数控机床1500多种；不仅装备了国内的工业，而且每年还有一定数量的机床出口。 我国机床行业的发展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，与世界先进水平相比，还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要，为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力，必须深入开展机床基础理论研究，加强工艺试验研究，大力开发精密、重型和数控机床，使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列。 1.2 组合机床的国内、外现状 世界上第一台组合机床于1908年在美国问世，30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。 现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。 1.2.1 国内组合机床现状 我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份，组合机床行业企业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。 (1)行业企业产品结构的变化 组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的《机床工具行业企业主要经济指标报表》是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003年生产数控机床890台，产值16187万元，生产加工中心148台，产值5770万元；2004年生产数控机床985台，产值25838万元，生产加工中心159台，产值7099万元；而2005年，截至4月份，数控机床、加工中心、产值已接近2003年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。 (2)行业企业的快速转变 “九五”后期，在组合机床行业企业的50多家组合机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从2001至2002年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后，焕发勃勃生机。”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。 (3)组合机床技术装备现状与发展趋势 组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型的箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成型面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台组合机床等；随着技术的不断是进步，一种新型的组合机床——柔性组合机床越来越受人们是亲昧，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机等在组合机床行业中所占份额也越来越大。 由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。 1.2.2 国外组合机床现状 80年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势是： (1)广泛应用数控技术 国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。 (2)发展柔性技术 80年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。 (3)发展综合自动化技术 汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面组合机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。 (4)进一步提高工序集中程度 国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。 1.3 机床设计的目的、内容、要求 1.3.1设计的目的 机床设计毕业设计，其目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计，使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养基本的设计方法，并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。 1.3.2 设计内容 (1)运动设计 根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量，通过分析比较拟定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。 (2)动力设计 根据给定的工件，初算传动轴的直径、齿轮的模数；确定动力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后，要验算传动轴的直径，齿轮模数否在允许范围内。还要验算主轴主件的静刚度。 (3)结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、箱体、润滑与密封等的布置和机构设计。即绘制装配图和零件工作图。 (4)编写设计说明书 1.3.3 设计要求 评价机床性能的优劣，主要是根据技术—经济指标来判定的。技术先进合理，亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎，在国内和国际市场上才有竞争力。机床设计的技术—经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分析。 1.4 机床的设计步骤 1.4.1调查研究 研究市场和用户对设计机床的要求，然后检索有关资料。其中包括情报、预测、实验研究成果、发展趋势、新技术应用以及相应的图纸资料等。甚至还可以通过网络检索技术查阅先进国家的有关资料和专利等。通过对上述资料的分析研究，拟订适当的方案，以保证机床的质量和提高生产率，使用户有较好的经济效益。 1.4.2 拟定方案 通常可以拟定出几个方案进行分析比较。每个方案包括的内容有：工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统、液压系统、控制操作系统、电系统、主要部件的结构草图、实验结果及技术经济分析等。 在制定方案时应注意以下几个方面： (1)当使用和制造出现矛盾时，应先满足使用要求，其次才是尽可能便于制造。要尽量用先进的工艺和创新的结构； (2)设计必须以生产实践和科学实验为依据，凡是未经实践考验的方案，必须经过实验证明可靠后才能用于设计； (3)继承与创造相结合，尽量采用先进工艺，迅速提高生产力，为实现四个现代化服务。注意吸取前人和国外的先进经验，并在此基础上有所创造和发展。 1.4.3 工作图设计 首先，在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上，进行方案图纸的设计。这些图子包括：被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡，统称“三图一卡”设计。并初定出主轴箱轮廓尺寸，才能确定机床各部件间的相互关系。 其次，绘制机床的总装图、部分部件装配图、液压系统图、PLC接线图和梯形图。 然后，整理机床有关部件与主要零件的设计计算书，编制各类零件明细表，编写机床说明书等技术文件。 最后，对有关图纸进行工艺审查和标准化审查。 第二章 零件分析 2.1 零件的结构特点及其技术要求 2.1.1 零件结构特点 气缸体是发动机的主体，它将各个气缸和曲轴箱连成一体，是安装活塞，曲轴以及其他零件和附件的支承骨架。现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机，对于多缸发动机，气缸的排列形式决定了发动机外型尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体布置。 2.1.2 技术要求 本次加工的零件为气缸体,根据其零件图,技术要求有以下几点: (1)：铸件的型砂芯砂洗昌口多肉粘砂应清除干净； (2)：铸件不应有裂纹，缩松，砂眼和铁豆等缺陷，亦不允许修补； (3)：未注铸造圆角≤3mm，拔模斜度≤2°，错铸≤0.75； (4)：时效处理，硬度HB190~247,硬度差<25； (5)：气缸孔作1.5倍工作压力水压试验，历时5min不应渗漏； (6)：气缸镜面网纹夹角为30°~60°； (7)：倒棱去毛刺，螺纹倒角120°至螺纹深度； (8)：未注壁厚均为6mm； (9)：材料：HT200 2.2. 零件的生产批量及其机床的使用 2.2.1 零件的生产批量 本次课题要求,零件的生产批量以年产4万件而计 2.2.2 机床的使用条件 本次课题要求生产纲领为年产4万件，而机床的使用设备为:大部分工艺采用通用机床，部分采用专用机床,机床按流水线生产布置，也可以广泛使用专用夹具，采用部分专用刀具，部分采用专用量具。 2.3 零件工艺方案 汽缸体加工工艺方案： 1：以顶面为粗基准,粗铣底面 2：以底面定位，粗铣顶面 3: 以顶面定位，半精铣底面 4: 钻对角2-ø11通孔 5: 铰对角2-ø11通孔 6: 粗铣左右面 7: 粗铣前后面 8: 粗镗ø76孔 9: 粗镗2-ø65孔 10: 粗镗M37沉头孔 11: 以底面定位，半精铣顶面 12：精铣左右面 13：精铣前后面 14：以顶面定位，精铣底面 15：钻底面另外两个ø11通孔 16：铰底面另外两个ø11通孔 17：钻8-M8-7H螺纹底孔 18：钻8-M6-7H螺纹底孔 19：钻6-M8-7H深15螺纹底孔 20：攻8-M8-7H螺纹 21：攻8-M6-7H螺纹 22：攻6-M8-7H深15螺纹 23：攻M37螺纹 24：钻Z3/8"锥孔 25：攻Z3/8"锥孔 26：精镗ø76H8孔 27：精镗2-ø65H7孔 28：去毛刺 29：零件终检 第三章 组合机床的总体设计 3.1 组合机床方案的制定 3.1.1制定工艺方案 零件加工工艺将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，加工部位的结构特点加工精度，表面粗糙度，以及定位，夹紧方法，工艺过程，所采用的刀具及切削用量，生产率要求，现场所采用的环境和条件等等。并收集国内外有关技术资料，制定出合理的工艺方案。 根据被加工被零件（气缸体）的零件图，加工顶面6个M8的螺纹底孔的工艺过程。 (1) 加工孔的主要技术要求。 加工顶面6个M8孔。 工件材料为HT200，HB190～247。 要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量4万件。 (2) 工艺分析 加工该孔时，孔的表面粗糙度为3.2 根据组合机床用的工艺方法及能达到的经济精度，可采用如下的加工方案。 一次性加工孔，孔径为Φ7。 (3) 定位基准及夹紧点的选择 加工此气缸体的孔，以底面的两个定位孔（一面两销）限制六个自由度。 在保证加工精度的情况下，提高生产效率减轻工人劳动量，而工件也是大批量生产，由于夹具在本设计中没有考虑，因此在设计时就认为人工夹紧。 3.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案 (1)被加工零件的加工精度 被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制造机床方案 的主要依据。气缸体的加工孔的精度要求不高，可采用钻孔组合机床，工件各孔间的位置精度为0.1mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工时可以在下一个安装工位上对所有孔进行最终精加工。为了加工出表面粗糙度为3.2的孔。采取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度并减少夹压变形等措施就可以了。为此，机床通常采用尾置式齿轮动力装置，进给采用液压系统，人工夹紧。 (2) 被加工零件的特点 这主要指零件的材料、硬度加工部位的结构形状，工件刚度定位基准面的特点，它们对机床工艺方案制度有着重要的影响。此气缸体的材料是HT200、硬度HB190~247、孔在顶面呈不规则分布，孔的直径为Φ7。采用多孔同步加工，零件的刚度足够，工件受力不大，振动，及发热变形对工件影响可以不计。 (3) 零件的生产批量 零件的生产批量是决定采用单工位、多工位、自动线或按中小批量生产特点设计组合机床的重要因素。按设计要求生产纲领为年生产量为4万件，从工件外形及轮廓尺寸，为了减少加工时间，采用多轴头，为了减少机床台数，此工序尽量在一台机床上完成，以提高利用率。 (4) 机床使用条件 使用组合机床对对车间布置情况、工序间的联系、使用厂的技术能力和自然条件等一定的要求。在根据使用户实际情况来选择什么样的组合机床。 综合以上所述：通过对缸体零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求、定位、夹紧方式、工艺方法，并定出影响机床的总体布局和技术性能等方面的考虑，最终决定设计六轴头多工位同步组合机床。 3.2 确定切削用量及选择刀具 3.2.1 确定工序间余量 为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量。生产中常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量，由于在本钻床上钻孔后重新安装或在其他多工位机床上加工下道工序，应适当加大余量，以消除转、定位误差的影响。直接加工Φ7的孔，直径上工序间余量0.5～1mm。 3.2.2 选择切削用量 确定了在组合机床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。因为所设计的组合机床为多轴同步加工在大多数情况下，所选切削用量，根据经验比一般通用机床单刀加工低30%左右．多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量（mm/min）应是适合有刀具的平均值。因此，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速和不同的每转进给量（mm/r）与其适应。以满足不同直径的加需要，即： ·=·=…=·= 式中：… ——各主轴转速（r/min） … ——各主轴进给量（mm/r） ——动力滑台每分钟进给量（mm/min） 由于气缸体顶面孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求都是相同的。按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表的方法查得：M8螺纹底孔的钻头直径D=7mm,铸铁HB190～247、进给量f=0.1mm/r、切削速度v=11m/min。 3.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率 根据选定的切削用量（主要指切削速度v及进给量f）确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电动（一般指动力箱）功率，通过查表计算如下： 布氏硬度：HB =HBmax－(HBmax－HBmin) =247－(247－190) =228 切削力：=26 =26×7×× =749.6N 切削扭矩：=10 =10××× =1675.7N·mm 切削功率：= =1675.7×10/(9740×3.14×7) =0.078kw 式中：HB——布氏硬度 F——切削力（N） D——钻头直径（mm） f——每转进给量（mm/r） T——切削扭矩(N·mm) V——切削速度（m/min） P——切削功率(kw) 3.2.4 选择刀具结构 气缸体的布氏硬度在HB190~247，孔径D为7mm，刀具的材料选择高速钢钻头，为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择标准Φ7的麻花钻。孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有30~50mm的距离，以便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。 3.3钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制 前面对六轴头多工位同步钻床工艺方案及配置型式、结构方案确定的有关问题，它是钻床总体设计的重要内容。下面就以钻床加工缸体总体设计的另一个问题，既总体设计方案的图纸表达形式——“三图一卡”设计，其内容包括： 绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、编制生产率卡。 3.3.1 被加工零件工序图 1、被加工零件工序图的作用及内容 被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床完成的工艺内容，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、夹具部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或成品状况的图纸，它不能用用户提供的图纸代替，而是在原零件图基础上，突出本机床的加工的内容，加上必要的说明绘制成的。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。离合器压盘用钻孔组合机床的被加工零件工序图如图1所示。 图上主要内容： (1)被加工零件的形状，主要外廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要求等。 (2)本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。 (3)加工时如需要中间向导，应表示出工件与中间向导有关部位结构和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。 (4)被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。 2、绘制被加工零件工序图的注意事项 (1)为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要图出被本机床的加工内容。绘制时，应按一定的比例，选择足够的视图及剖视图，突出加工部位（用粗实线），并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关部位（用细实线）表清楚，凡本道工序保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方面用粗实线标记。如图B1中4－Φ11加工用定位基准，机械夹压位置及方向，辅助支承均须用规定的符号表示出来。 图B1 被加工零件工序图 附注：1.被加工零件：气缸体； 2.材料及硬度：灰铸铁HT200 HB190~247； (2)加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，为便于加工及检查，尺寸应采用直角坐标系标出，而不采用极坐标，但有时因所选定位基准与设计基准不重合，则须对加工部位要求位置尺寸精度进行分析换算。 3.3.2 加工示意图 1、加工示意图的作用和内容 加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映，表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等，是刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据，是整台组合机床布局形式的原始要求，也是调整机床和刀具所必需的重要文件。图B2为缸体上顶面钻孔组合机床加工示意图。 在图上应标注的内容： (1)机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。 (2)工件、夹具、刀具及多轴箱端面之间的距离等。 (3)主轴的结构类型，尺寸及外伸长度；刀具类型，数量和结构尺寸、接杆、导向装置的结构尺寸；刀具与导向置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式，刀具应按加工终了位置绘制。 图B2 加工示意图 2、绘制加工示意图之前的有关计算 (1)刀具的选择 刀具选择考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生产率要求等因素。刀具的选择前已述及，此处就不在追述了。 (2)导向套的选择 在组合机床上加工孔，除用刚性主轴的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。因此正确选择导向装置的类型，合理确定其尺寸、精度，是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须解决的内容。 选择导向类型 根据刀具导向部分直径和刀具导向的线速度，选择固定式导向。 导向套的参数 根据刀具的直径选择固定导向装置，如图B3所示： 图B3 固定导向装置 固定导向装置的标准尺寸如下表： 表B1 固定导向装置的标准尺 d D D1 D2 L l1 m R d1 d2 l0 7 12 18 22 25 28 8 10 M6 16 10 固定装置的配合如下表： 表B2 固定装置的配合 导向 类别 工艺 方法 D D D1 刀具导向 部分外径 固定 导向 钻孔 G7（或F8） g6 固定导向装置的布置如图B4所示 导向装置的布置如表2－3所示： 表B3 导向装置的参数(mm) 尺寸 项目 l1 l2 l3 与直径d的关系 (1～2.5)d 加工铸铁 d d/3+(3～8) 计算值 20 7 5 图4. 固定导向装置的布置 (3)初定主轴类型、尺寸、外伸长度 因为轴的材料为40Cr，剪切弹性模量G=81.0GPa,刚性主轴取ψ＝1／4（0）／m,所以B取2.316,根据刚性条件计算主轴的直径为： dB=2.316×=14.81mm 式中：d——轴直径（mm） T——轴所承受的转矩（N·mm） B——系数 本设计中Φ7主轴直径取d=20mm,主轴外伸长度为：L=115mm，D/为32/20； (4)选择刀具接杆 由以上可知，多轴箱各主轴的外伸长度为一定值，而刀具的长度也是一定值，因此，为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，就需要在主轴与刀具之间设置可调环节，这个可调节在组合机床上是通过可调整的刀具接杆来解决的,连接杆如图B5所示。 图B5 可调连接杆 连接杆上的尺寸d与主轴外伸长度的内孔D配合，因此，根据接杆直径d选择刀具接杆参数如表B4所示： 表B4 可调接杆的尺寸 d(h6) D1(h6) d2 d3 L l1 l2 l3 螺母 厚度 20 Tr20×2 莫氏1号 12.065 20 188 46 40 100 12 (5)确定加工示意图的联系尺寸 从保证加工终了时主轴箱端面到工件端面间距离最小来确定全部联系尺寸，加工示意图联系尺寸的标注如图5所示。其中最重要的联系尺寸即工件端面到多轴箱端面之间的距离,它等于刀具悬伸长度、螺母厚度、主轴外伸长度与接杆伸出长度（可调）之和，再减去加工孔深度和切出值。 (6)工作进给长度的确定 如图B6工作进给长度应等于工件加工部位长度L与刀具切入长度和切出长度之和。切入长应应根据工件端面误差情况在5～10mm之间选择，误差大时取大值，因此取=7mm，切出长度=1/3d+(3～8)5mm，=7+15+5=27mm。 图B6 工作进给长度 3.3.3 机床联系尺寸图 图B7 机床联系尺寸图 1、联系尺寸图的作用和内容 一般来说，组合机床是由标准的通用部件——动力箱、动力滑台、立柱、立柱底座加上专用部件——多轴箱、刀、辅具系统、夹具、液、电、冷却、润滑、排屑系统组合而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配和运动关 系，以检验机床各部件的相对位置及尺寸联系是否满足要求，通用部件的选择是否合适，并为进一步开展主轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。联系尺寸图也可以看成是简化的机床总图，它表示机床的配置型式及总体布局。 如图B7所示，机床联系尺寸图的内容包括机床的布局形式，通用部件的型号、规格、动力部件的运动尺寸和所用电动机的主要参数、工件与各部件间的主要联系尺寸，专用部件的轮廓尺寸等。 2、选用动力部件 选用动力部件主要选择型号、规格合适的动力滑台、动力箱。 (1)滑台的选用 通常，根据滑台的驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素来选用合适的滑台。 1)驱动形式的确定 根据对液压滑台和机械滑台的性能特点比较，并结合具体的加工要求，使用条件选择HY系列液压滑台。 2)确定轴向进给力 滑台所需的进给力 =∑=6×749.6=4497.6N 式中：——各主轴加工时所产生的轴向力 由于滑台工作时，除了克服各主轴的轴的向力外，还要克服滑台移动时所产生的摩擦力。因而选择滑台的最大进给力应大于＝4.5KN。 3)确定进给速度 液压滑台的工作进给速度规定一定范围内无级调速，对液压滑台确定切削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的0.5～1倍;液压进给系统中采用应力继电器时，实际进给速度应更大一些。本系统中进给速度=n·f=50mm/min。所以选择HY25IA液压滑台，工作进给速度范围32～800mm/min，快进速度12m/min。 4)确定滑台行程 滑台的行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。前备量的作用是动力部件有一定的向前移动的余地，以弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前调整。本系统左右前备量均为20mm，后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，为方便装卸刀具，这是左面取40mm，所以滑台总行程应大于工作行程，前备量，后备量之和。 即：左右行程L＝250mm。综合上述条件