1、Gear module第1章 绪论毕业设计是学生毕业前完成学习任务所必须的重要环节，它是我们机械制造及其自动化专业四年所学专业课的综合应用，更是培养我们独立思考和动手能力的重要过程。1.1 毕业设计的目的1. 培养学生综合运用所学理论知识的技能，分析解决机械工程实际问题的能力，使们懂得生产技术工作的一般程序和方法。2. 培养我们工程技术工作所必须的全局观念，生产观念和经济观念，树立正确的设计思想和和严肃认真的工作作风。3. 培养我们的调查、研究、阅读技术文献、资料手册，进行工程计算，图样绘制及编写说明书的能力。4. 本次毕业设计的题目：减速器箱盖钻孔组合机床设计。1.2 组合机床的特点 1 组
2、合机床是由大量的通用部件和少量的专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。 2 组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零部件总量的70-80%，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效益好。 3 由于组合机床采用多刀技工，并且自动化程度高，因而比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。 4 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，又有专门厂成批制造，因此结构稳定，工作可靠，使用和维修方便。 5 在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具，刀具和导向装置等，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。 6当被技工产品更新时，采用其他类型的专用机床时其大部分部件要报废，
3、用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造。 7组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。组合机床的通用部件绝大多数由机械工业颁布成国家标准，并按标准所规定的名义尺寸，主参数，互换尺寸等定型，各种通用部件之间有配套关系。这样，用户可根据被加工零件的尺寸，形状和技术要求等，选用通用部件，组成不同形式的组合机床，以满足生产的需要。上述组合机床的特点及使用范围，加工零件所能达到的加工精度，表面粗糙度及技术要求，结合本次设计要求，设计了减速器箱盖钻孔组合机床设计。1.3 组合机床的发展前景组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生
4、产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。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2002年9月份，组合机床行业企业仅组合机床产品一项，据不完全统计产量已达800余台，产值达3个亿以上，较2001年同比增长了10%以上, 另外组合机床行业工业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交货值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。1.3.1 组合机床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
5、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后与世界机床行业进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年的企业生产情况看，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的统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2000年生产数控机床590台，产值10731万元，生产加工中心118台，产值4601万元； 2001年生产数控机床685台，产值17969万元，生产加工中心129台，产值5760万元；而2002年，截至9月份，数控机床、加工中
6、心产量、产值已接近2001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。1.3.2 组合机床的快速转变“九五”后期，在组合机床行业企业的50余家组合机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份制改造，一家企业退出国有转为民营，其余都是国有企业。而从2001年至今，不到两年的时间里，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，转制已势不可挡，“民营经济在经历了从被歧视、被藐视到不可小视和现在的高度重视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。组合机床总类多元化，下图为各种组合
7、机床：（a） ZHX-W/L-630卧立式组合铣床 （b） ZH1X系列铣削组合机床 （c） ZHX系列铣削组合机床 （d） LTX-63龙门式镗铣组合机床 （e） ZHXZ160C转盘铣床图1-1 各类组合机床1.3.3 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的综合自动化程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，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国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
8、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，以及铣削平面和成形面等。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，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐，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，并能灵活适应多品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（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业
9、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。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，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，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。现仅就近几年大连组合机床研究所研制的组合机床及其自动线对目前我国组合机床及其自动线装备技术的基
10、本情况进行说明。（1）为某冰箱压缩机厂提供的ZHS-1283冰箱压缩机外支撑八工位回转工作台组合机床，镗孔精度9.097mm0.004mm, 表面粗糙度Ra0.8m，节拍时间26s（2件），采用交流伺服滑台，HSK接杆，主轴带中孔冷却液通道，全封闭防护。（2）ZHS-XU86凸轮轴轴承盖加工自动线是为某汽车公司研制的用于30万辆轿车生产的高精度、高生产率、多品种数控自动线。该线采用多种先进技术：可控扭矩夹紧扳手、气浮输送、电液比例阀、高精度空心锥柄接杆、高密度材料镗杆、数控精密十字滑台、分布式控故障诊断及显示系统、大流量冷却排屑和全封闭防护系统，节拍38s。（3）UD80型换刀换箱柔性加工单元
11、。该单元是一种高效、高精度与高柔性的数控机床，机床有5个坐标，交换托板尺寸为800mm800mm，刀库容量60，120，180任选，箱库容量12个，能在一次装夹下完成铣、钻、铰、镗孔、镗车等工序的单轴加工和多轴加工，适合中大批量生产规模的箱体零件和成组杂件的加工，也适用于中小批量多品种零件的生产。（4）为某航空动力机械公司生产的柔性生产线的物流输送系统。该系统采用了链式摩擦轮滚道、电动滚筒、托盘自动识别、计算机生产调度等技术，可实现被输送零部件的定向、定位、升降、回转，通过编码识别及计算机的生产调度实现无序混流输送等。上述组合机床代表了目前我国组合机床装备较高的技术水平，但随着市场竞争的加剧和
12、对产品需求的提高，高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业，因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面，加强数控技术的应用，提高组合机床产品数控化率；另一方面，进一步发展新型部件，尤其是多坐标部件，使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品种加工的市场需求。从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专
13、家分析，机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。该届博览会上展出的加工中心，主轴转速1000020000r/min，最高进给速度可达2060m/min；复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。 然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累
14、有关数据；通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。1.3.4 组合机床行业的发展思考近两年虽然组合机床行业产销呈现上升趋势，但行业内一些企业同样存在负债经营的情况，主要原因是传统的组合机床产品不能满足用户柔性化、高精度、短周期的市场需求，同时组合机床行业一些企业存在现代化管理水平低、人才流失严重、科研成果不能迅速转化为生产力等缺陷。为此提制系统与监测系统、出如下建议。（1）提高现代化管理水平。中国加入WTO后，迫切要求企业提高
15、现代化管理水平，进一步深化企业内部改革，建立健全适应市场经济的运行机制，“建立企业的科学的管理体制，做到集权有道、分权有序、授权有章、用权有度的责权利内在统一的有机结合，是提高企业控制力所必须的。”要彻底改变落后的体制，必须树立全球化经营理念，提高国际市场竞争能力，建立市场快速反应机制，以适应日趋发展的市场需求。（2）亟待提高企业创新能力。企业的生存，关键在于产品的生命力。已步入电子时代的今天，传统的组合机床已经不能适应高速发展的国内外市场需要，这就要求企业必须适应科学技术的飞速发展，建立技术创新体系，推进企业的技术进步，加速向柔性化、数控化、高精度、短周期方向发展，提高组合机床适用范围和市场
16、覆盖面；同时实施名牌战略，争创世界品牌, 加速我国组合机床的发展进程，使我国组合机床行业企业在世界制造领域里立于不败之地。（3）企业发展、技术创新和管理水平的提高都需要高技术人才。在全球化经济格局不断明朗的今天，人才争夺战已渗透到各个领域，组合机床行业应适时把握国际大环境，广招高技术人才、高技能工人。现在企业尤其缺少高技能工人，专家指出，目前我国企业产品平均合格率仅为7成，不良产品每年损失近27000亿元，而其中50%以上系由工人技能不高所致。因此，建立强大的技术生力军，不断更新知识，更新观念，依靠优秀的高技术人才、高技能工人，加快企业信息化建设，是企业发展的必由之路。综上所述，组合机床行业企
17、业一要开展科技攻关，攻克当前行业企业技术发展上的难题；二要加强与国外的合资合作，利用和学习国外的先进技术，提高企业的现代化管理水平和技术水平；三要通过对引进技术的消化吸收进行再创新，发展自己的产品。通过我们的努力，使我国真正由制造大国变成制造强国。第2章 拟定方案2.1 制定工艺方案要求这是设计组合机床最重要的一步。工艺方案制定的正确与否将决定机床能否达到“体积小，质量轻，结构简单，使用方便，效率高，质量好”的要求。2.2 确定机床配置形式及结构方案根据选定的工艺方案确定机床的配置形式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案，既要考虑能实现工艺方案，又要确保零件的加工精度，技术要
18、求及生产率；还要考虑机床的操作方便可靠，易于维修，且排屑情况良好。2.3 总体设计三图一卡在选定工艺方案并确定机床配置形式，结构方案的基础上，进行方案图纸的设计，这些图纸包括：被加工工件工序图，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。通常在总体设计过程中，应对机床的夹具方案有所考虑，并确定主轴箱的轮廓尺寸，这样才能确定机床各部件间的相互关系。1.影响组合机床方案制定的主要因素：（1）被加工零件的加工精度（2）被加工零件的特点（3）零件的批量生产（4）机床使用条件2.其它应注意的问题：（1）在确定机床配置形式和结构方案时，要合理解决工序集中问题；（2）要注意排屑和操作方便
19、性；（3）选择机床配置形式要考虑工作可靠性；（4）组合机床主要用于批量生产。2.4 主要技术参数及要求1. 对减速器箱盖盖6个孔进行钻孔。 即6M10，深44mm2. 工件材料：灰铸铁HT200，硬度为HB175255.3. 生产纲领：年产量6万件，两班制生产。4. 汽车变速器箱盖钻孔组合机床是大型组合机床，采用固定式夹具的单工位的配置型式组合机床，这类组合机床工作台和夹具都固定不动，动力滑台实现进给运动滑台上的动力臂实现切削运动。这种组合机床结构简单，安装方便，灵活，便于设计，制造和操作。根据工件结构特点，以及精度要求，以下表面为基加工表面，夹紧力水平其余四个侧面限制了四个自由度，这样六个自
20、由度都得到了限制，夹紧力与切削力同向，定位准确，夹紧力可靠，以便以此进行夹具的定位支承，限位，夹紧，导向系统的设计。5. 组合机床总体设计-三图一卡：即绘制被加工零件的工序图：它是组合机床设计的主要依据，也是制造，使用，检验和调整机床的主要技术依据 。（1）绘制加工示意图：它是刀具，辅具，夹具，主轴箱，液压电气装置设计及通用部件选择的主要技术依据，原始资料，也是整合组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床，刀具及试车的依据。（2）绘制联系尺寸图：联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配关系和运动关系，以检查机床各部件相对位置尺寸联系是否满足加工要求，通用部件的选择是否合理，并为进一步开
21、展主轴箱等专用部件，零件的设计听过依据。（3）机床生产率计算卡：它用来反应机床加工过程，完成每一动作所需的时间，切削用量，机床生产率及机床负荷率等。第3章 确定切削用量及选用刀具3.1 选择切削用量确定了在组合机床上完成的工艺内容后，就可以着手选择切削用量，切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度，生产率，刀具耐用度，机床的布局型式及正常工作均匀很大影响。3.1.1 床切削用量选择的特点1.在大多数情况下，组合机床为多轴，多刀，多面同时加工，因此，所选切削用量，根据一般经验应比一般万能机床单刀加工低30%左右。2.组合机床多轴主轴箱上所用刀具共有一个进给系统，通常为标准动力滑台，工作时要求所
22、有刀具的没分钟进给量相同，且等于动力滑台的没分钟进给量，这个每分钟进给量（mm/min）应是适合于所用刀具的平均值。因此，用一主轴箱上刀具主轴可设计成不同转速和选择不同每转进给量（mm/r）与其相适应，以满足不同直径工件的加工需要，即： N1*f1=n2*f2=n3*f3=.=ni*fi=Vf其中：n1，n2.各主轴的转速（r/min） f1, f2.各主轴进给量（mm/r） Vf.动力滑台每分钟进给量（mm/min）3.1.2 用量应注意的问题（1）尽量做到合理利用刀具，充分发挥其性能（2）复合刀具选择切削用量应考虑刀具的适应寿命（3）选择切削用量时应注意零件生产批量的影响（4）切削用量选择
23、应有利于主轴箱设计（5）选择切削用量时，还必须考虑所选动力滑台的性能3.1.3 切削用量的选择方法必须从实际出发，根据加工精度，工件材料，工件条件，技术要求等进行分析，按照经济的满足加工要求的原则，合理地选择切削用量。选取时可参考表3-1.表3-1 钻孔切削速度加工材料 铸铁钢及合金铝及其合金切削速度v（m/min）2.5 5 1.5 5 5 - 15因为本次工件的材料是灰铸铁，所以选切削速度v=3m/min3.2 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；
24、确定切削功率，用以选择主传动电机（一般指动力箱电动机）功率，确定刀具耐用度，用以验证所选刀具是否合理，本次设计是钻头加工铸铁： （3-1）式中： D-钻头直径（mm） t-螺距（mm） v-切削速度（m/min） M-转矩（kg*m） P-切削功率（千瓦）对于加工M10孔，钻头直径为10mm，切削速度为v=3m/min,假设取螺距t=1.5mm扭矩 =9005.88 0.088kw所以动力箱选择ITD16IB型。电动机型号为Y90S-6，电动机功率P=0.75kw，L3=263mm，电动机转速n=910r/min，驱动轴转速n驱=600r/min。第4章 组合机床总体设计三图一卡4.1 被加工
25、零件工序图4.1.1 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，表示一台组合机床或自动生产线完成的工序内容，加工部位尺寸，精度，表面粗糙度及其技术要求，以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半成品情况的图纸。它不能用用户提供的产品图纸代替，而须在原零件图的基础上突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制的，图上应表示出：（1）被加工零件的形状和轮廓尺寸与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。当需要设置中间导向时，则应表示出零件内部的筋，壁布置及有关结构形状及尺寸。（2）加工用定位基准，夹紧部位及夹压方向。 （3）本道工序加工部位的尺寸精度，表面粗
26、糙度，形状位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求（主要指定位基准）。 （4）必要的文字说明，如被加工零件编号，名称，材料，硬度，重量及加工部位的余量等。4.1.2 注意事项（1）为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要突出本机床的加工内容。绘制时应按一定比列，悬着足够视图及剖视，突出加工部位表示清楚。凡本道工序保证的尺寸，角度等，均应在尺寸数值下方画粗实线标记。 （2）加工部位的位置尺寸应由定位基准注起。为了便于加工及检查，尺寸应采用直角坐标系标注，而不采用极坐标系。（3）应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。4.2 加工示意图4.2.1 加工示意图的作用及内容零件加工的工
27、艺方案要通过加工示意图反应出来，加工示意图表示被加工零件在机床上的就爱个过程，刀具，辅具的布置状况以及工件，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，因此加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据重要地位。它是刀具，主轴箱，液压电气布局和性能的原始要求，同时还是调整机床，刀具及试车的依据，其内容为：（1）应反映机床的加工方法，加工条件及加工过程。（2）根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型，数量，结构，尺寸。（3）决定主轴的结构类型，规格尺寸及外伸长度（4） 选择标准或设计专用的接杆，浮动卡头，导向装置，钻孔靠模装置，刀架托杆等，并决定它们的结构，参数及尺寸。（5）表明主轴，接杆（卡头），夹具（导向）与工件之间的联系尺寸，配合及精度。（6）根据机床要求的生产率及刀
