1、主减速器壳体镗模即组合机床设计摘 要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，组成的半自动化或自动专用机床。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和系列化，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、大量生产中得到广泛的应用，并可用以组成自动生产线。本课题是针对汽车减速器壳体两个110mm半圆镗削这一特定工序而设计的一台专用卧式组合机床。本设计中，在充分数据几十的机床上对标准通用零件做仔细选择。并依据被加工零件的结构特点。加工部位的尺寸精
2、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所采用的刀具、生产率切削用量情况等，设计了结构合理的夹具。关键词：工艺流程；生产率；组合机床；夹具ABSTRACTWith the general components as the basic structure,the combined machine tool is a kind of semi-automatic or automatic specific machine composed by the specific components and clamps for the specific workpiece shape
3、and processing technology design .It generally applies stamulous processing from the aspects of multi-axis,multi-procedure,multi-surface or multi-station so that the production efficiency is several times and even more higher than the general machine tool.owing to the standardization and serializati
4、on of the general components,the configuration can be made flexibly to shorten the circle of design and manufacture .there,with the advantage of low cost and high efficiency ,the combined machine tool is applied to the production in a large quantity and to form the automatic production line. On the
5、specific procedure of 2110mm semi-circle of the crescent-shaped knife with long handle cuts treating of the auto speed reducer shell side-end ,the horizontal combined machine tool is designed specifically. On the basis of the complete data calculation,the standard general parts is chosen.The multi-a
6、xis box with reasonable structure is designed based on the structural features of the processed parts,the dimension precision of the processing sites,the surface roughness,the locating and clamping ways, the technological approach as well as the cutter,production efficiency,cutting parameter in the
7、manufacturing process. Keyword: The flow of craftwork； production efficiency；combined machine tool；clamp1. 绪论1.1本课题的研究背景及意义随着现代化工业技术的快速发展，特别是随着它在自动化领域内的快速发展，组合机床的研究已经成为当今机器制造界的一个重要方向，在现代工业运用中，大多数机器的设计和制造都是用机床大批量完成的。现代大型工业技术的飞速发展，降低了组合机床的实现成本，软件支持机制也使得实现变得更为简单，因此，研究组合机床的设计具有十分重要的理论意义和现实意义。在工业高速发展的现代化
8、浪潮中，各种机械设计和制造业中，组合机床的应用越来越广泛，越来越转化为生产力，从这个意义上讲，对组合机床的研究具有重要的现实意义。组合机床是根据工件加工需要，以通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。组合机床是按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，从而缩短了设计和制造的周期，因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到了广泛的应用，并可用以组成自动生产线。总体方案的设计主要包括制定工艺方案（确定零件在组合机床上完成工艺内容及加工方法，选择定位基准和夹紧部位
9、，决定工步和刀具种类及其结构形式，选择切削用量等）、确定机床配置形式、制订影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。总体方案的拟定是设计组合机床最关键的一步。方案制定得正确与否，将直接影响机床能否达到合同要求，保证加工精度和生产率，并且结构简单、成本较低和使用方便。对于同一加工内容，有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采用哪种方案时，必须对各种可行的方案作全面分析比较，根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并经技术经济分析后拟订出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。在组合机床诸多零件中，多轴箱和夹具与组合机床密切相关，是组合机床的
10、重要组成部件。它是选用通用零件按专用要求设计的，所以是组合机床设计过程中工作量较大的零部件，就多轴箱设计来说，工作量主要集中在传动系统的设计上，轴的设计必须保证各轴的转速、旋向、强度和刚度，而且应当考虑有无让刀，有无调位机构等。夹具是组合机床的重要组成部件，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位，夹压，刀具的导向，以及装卸工件时的限位等作用的。组合机床夹具和一般夹具所起的作用看起来好象很接近，但是其结构和设计要求却有着很显著的甚至是很根本的区别。组合机床夹具的结构和性能，对组合机床配置方案的选择，有很大的影响。因此，本课题基于使设计出的机床结构简单、
11、使用方便、效率高、质量好提出的要求，着重选择最佳的工艺方案，合适地确定机床工序集中程度，合理地选择组合机床的通用部件，恰当的组合机床的配置型式，合理地选择切削用量，以及设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱就是本次设计主要内容。具体的工作就是要制定工艺方案，进行机床结构方案的分析和确定，进行组合机床总体设计，组合机床的部件设计和施工设计，使其具有工程意义，实现其在实际应用中的价值。1.2 本课题国内外研究概况近20年来，组合机床自动线技术取得长足进步，自动线在加工精度、生产效率、利用率、柔性化和综合自动化等方面的巨大进步，标志着组合机床自动线技术发展达到了高水平。自动线的技术发展，刀具、控制和其
12、他相关技术的进步，特别是CNC控制技术发展对自动线结构的变革及其柔性化起着决定性的作用。随着市场需求的变化，柔性将愈来愈成为抉择设备的重要因素。因此，组合机床自动线将面临由高速加工中心组成的FMS的激烈竞争。组合机床是一种专用高效自动化技术装备，目前，由于它仍是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备，因而被广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。其中，特别是汽车工业，是组合机床最大的用户。如德国大众汽车厂在Salzgitter的发动机工厂，在大批量生产的机械工业部门，大量采用的设备是组合机床。因此，组合机床的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了这些工业部
13、门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。现代组合机床和自动线作为机电一体化产品，它是控制、驱动、测量、监控、刀具和机械组件等技术的综合反映。近20年来，这些技术有长足进步，同时作为组合机床主要用户的汽车和内燃机等行业也有很大的变化，其产品市场寿命不断缩短，品种日益增多且质量不断提高。这些因素有力地推动和激励了组合机床的不断发展。组合机床是由大量的通用部件和少量的专用部件组成且工序集中的高效专用机床.由万能机床和专用机床发展而来.由于组合机床工序的高度集中，即在一台机床上可同时完成一种或几种不同工序加工，因此适应了产量大、精度高的生产要求，并且克服了
14、万能机床结构复杂、劳动强度大、生产效率低、精度不易保证的缺点，以及专用机床通用性差、不适应现代技术迅速发展、产品经常更新的要求.所以，组合机床及其自动线已广泛应用到汽车、柴油机、电动机、仪器仪表以及军工产品等的生产上，并显示出巨大的优越性。1.3 本论文的主要工作及结构本次设计工作将设计一台双面卧式镗孔组合机床。因此，目的是使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好。从而选择最佳的工艺方案，合适地确定机床工序集中程度，合理地选择组合机床的通用部件，恰当的组合机床的配置型式，合理地选择切削用量，以及设计高效率的夹具、工具、刀具是本次设计主要内容。具体的工作就是要制定工艺方案，进行机床结构方
15、案的分析和确定，进行组合机床总体设计，组合机床的部件设计和施工设计。摘要部分，指出了本课题的研究概况，本课题的研究方法，第1章是绪论，主要介绍了本课题的研究背景及意义，指出本课题在国内外的研究概况，并给出了本论文的主要工作及结构。第2章是本论文的主体部分，主要给出了本次课题研究即镗模双面卧式攻丝组合机床的总体设计。在接下去的几个部分分别给出了通过本课题的研究之后得出的结论，并对此方向的课题进行展望，表达了对学院老师特别是导师的感谢，给出完成本论文所需要的参考文献，最后，附上相关的设计图纸及生产效率卡。2.工艺方案的拟定工艺方案的拟定是组合机床设计的关键一步。因为工艺方案在很大程度上决定了组合机
16、床的结构配置和使用性能。因此，应根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用工艺方案、并考虑各种影响因素，并经技术分析后拟定出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。2.1确定组合机床工艺方案的原则和注意事项 确定组合机床工艺方案的原则：（a）粗精加工分开原则 粗加工时切削负荷大，切削产生的热变形、较大夹紧力引起的工件变形以及切削振动等，对精加工有影响，故应将粗精加工工序分开。（b）工序集中原则 为了提高机床生产率，减少机床台数，要求尽量工序集中，但是，工序集中长度过高会使机床结构复杂，调整不便，可靠性下降。（c）定位基准及夹紧点的选择原则 对粗基准的要求是能迅速加工出精基准，保证各加工
17、表面有足的加工余量。选择定位基准及夹紧部位时，应使工件有较多的工作面。确定组合机床应注意的问题：（a）孔间中心距的限制 根据切削转矩计算要求，主轴轴颈和轴承外径有一最小需用尺寸，对于镗孔，要考虑浮动卡头和导向尺寸和刚性主轴结构尺寸限制。（b）工件结构工艺性不好的限制 2.2组合机床工艺方案的拟定2.2.1零件工艺路线的确定（1）零件的作用 本次设计题目是汽车后桥主减速器壳体镗模设计。主减速器壳体和汽车后桥装配在一起，后桥即为驱动桥，功能在于改变汽车传动轴传来的扭矩并将其传给驱动轴承受汽车后桥负荷。通过钢板弹簧的反力和反力矩传给车架。主减速器的作用是将输入的转矩增大并且降低转速，以及当发动机纵置
18、时还具有改变转矩旋转方向的作用。（2）零件的工艺分析 后桥减速器壳体共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求，现分析如下：（a）以62孔为中心的加工表面，这一组加工表面包括110的孔，2个10的孔，16个11的孔，4个M16的螺纹孔。（b）以113孔为中心的加工表面，这一组加工表面包括：10个11的光孔，6个M12的螺纹孔。这两组加工表面有一定的位置要求，主要是：62的孔与113的孔同轴度为0.04；366所在平面与304所在平面平行度公差为0.08；366平面与113孔的垂直度为0.08；313的圆柱面与113孔的同轴度为0.06；M16的螺纹孔中心与110上平面的位置度为0.25B；由以
19、上分析可知，对于这两组加工表面来说可以先加工一组表面然后借助于专用夹具加工另一表面并且保证他们之间的位置精度要求。 在加工零件时多数用到366的外圆及端面和304的端面定位，因此要首先加工出定位基准，又因为粗基准不能重复使用，因此要采用组合机床在同一工序加工出这个表面。 另外两组加工表面中的每组加工表面之间又有不同的相对位置关系和各自的加工精度要求，这要借助于专用夹具和提高机床加工精度的办法来保证他们的加工要求。（3）基面的选择基面的选择是工艺规程设计的重要工作之一，基面选择的正确与合理可使加工余量得到保证，生产率得到提高，否则加工工艺中会问题百出，更有甚者，会造成零件的大批量报废，使生产无法
20、进行。粗基准的选择将会影响加工表面与不加工表面的相互位置或影响到加工余量的分配，并且写一道粗加工工序首先遇到了粗基准的选择问题，因此正确选择粗基准对产品质量将有重要影响，对本零件来说，按有关粗基准的选择原则：当零件有不加工表面时则应与加工表面相对位置精度较高的不加工表面为粗基准，为保证366平面与304平面的平行度要求，选择366外圆及端面为粗基准作为第一道工序的定位面，消除其他5个自由度（Z轴转动自由度除外）选择精基准时，考虑的主要是如何来保证设计技术要求的实现，主要应考虑基准重合问题，当设计基准与工序基准不重合时，应进行尺寸的换算。 （4）制定工艺路线工序：粗车366外圆和304外圆，半精
21、车366端面和304外圆，粗车313外圆端面 工序：精车304端面 工序：钻两个9.8的孔，钻16个11的孔 工序：钻4个M16的螺纹底孔，将9.8孔铰至10. 工序：钻10个11的孔 工序：钻6个M12的螺纹底孔（钻至10.5） 工序：粗铣110半孔的上表面 工序：精铣110半孔的上表面 工序：攻4个M16的螺纹 工序：攻6个M12的螺纹 工序：将减速器外壳及减速器轴承盖连为一体，粗镗110的孔 工序：精镗110孔 工序：粗镗113，62孔 工序：精镗113，62孔 工序：梳丝 工序：清洗 工序：终检2.2.2确定组合机床的配置形式通常，在确定工艺方案的同时，也就大体上确定了组合机床的配置形
22、式和结构方案。但还要考虑其它一些因素的影响： （1）加工精度的影响 工件的加工精度要求，往往影响组合机床的配置形式和结构方案，例如，加（工精度要求较高时，应采用固定夹具的单工位组合机床，加工精度要求较低时，可采用移动夹具的多工位组合机床；工件各孔间的位置精度要求高时，应才采用在同一工位对各孔同时精加工的方法；工件各孔同轴度要求较高时，应单独进行精加工。（2）工件结构状况的影响 工件的形状、大小和加工部位的结构特点，对机床的结构方案也有一定的影响。例如，对于外形尺寸较大的工件，一般采用固定夹具的单工位组合机床。（3）生产率的影响 生产率往往是决定单工位组合机床、多工位组合机床还是组合机床自动线的
23、重要因素。（4）现场条件的影响 使用组合机床现场的条件对组合机床的结构方案也有一定的影响。例如，使用单位的气候炎热，车间温度过高，使用液压传动机床不够稳定，则宜采用机械传动的结构形式。2.2.3组合机床方案分析比较的主要指标（1）机床加工精度和生产率主要分析比较机床保证加工精度的持久性和机床负荷率。加工精度应有储备量。机床负荷率一般为70%-90%，复杂机床、多品种加工机床负荷率不能偏高,控制在60%左右。（2）机床使用方便性和自动化程度分析比较时一定要与生产率相适应，不应过分追求机床的自动化程度。生产率高、节拍短，则要求自动化程度高、刀具耐磨且更换调整方便，这样使用才有方便性。（3）经济性与
24、可靠性 在满足加工要求的前提下，机床避免复杂刀具，力求简单和较高的通用化程度，这样可以降低机床成本，提高工作可靠性。3.组合机床切削用量的确定 选择切削用量是否合理对组合机床的加工精度、生产线、刀具耐用度、机床的形式及工作稳定性都有很大的影响。3.1切削用量的选择特点a.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，根据经验应比通用机床单刀加工时低30%左右。b.组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给。因此，同一滑台带动的多轴箱上所有刀具的每分钟进给量相同，即等于滑台的工进速度。3.2确定切削用量应注意的问题a.尽量做到合理使用所有刀具，充分发挥其使用性能。由于连接动力
25、部件的多轴箱上同时工作的刀具种类不同且直径大小不等，因此其切削用量选择也各有特点。如钻孔要求切削速度高而每转进给量小。而同一多轴箱上的刀具每分钟进给量是同样的，要使每把刀具均能有合适的切削用量是很困难的。一般情况下，可先按各类刀具选择较合理的主轴转速和每转进给量，然后进行适当调整，使各个刀具的每分钟进给量相同，皆等于动力滑台的每分钟进给量。这样，各类刀具都不是按最合理的切削用量而是按一个中间切削用量工作。b.复合刀具切削用量的选择，应考虑刀具的使用寿命。进给量通常按复合刀具最小直径选择，切削速度按复合刀具的最大直径选择。c.选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响。生产率要求不高时，就没必要将
26、切削用量选得过高，以免降低刀具耐用度。对于要求生产率高的组合机床，要首先保证那些耐用度低，刃磨困难，造价高的“限制性”工序刀具的合理切削用量。但需注意不能影响加工精度，也不能使刀具耐用度降低。对于“非限制性”刀具，其耐用度只要求不低于某一极限值，这样可以减少切削功率。组合机床通常要求切削用量的选择使刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于4h。d.切削用量选择应有利于多轴箱设计。若能做到相邻主轴转速接近相等，则可使多轴箱传动链简单。某些刀具带导向加工，若不便冷却润滑，则应适当降低切削速度。e.选择切削用量时，还必须考虑所选动力滑台的性能。尤其是当采用液压动力滑台时，所选择的每分钟进给量一般应比动
27、力滑台可实现的最小进给量大50%。否则，会由于温度和其他原因导致进给量不稳定，影响加工精度，甚至造成机床不能正常工作。3.3切削用量选择及计算 合理地选择切削用量，即确定合理的切削速度和工作进给量，能使组合机床以最少的停车损失，最高的生产效率，最长 的刀具寿命和最好的加工质量。 查简明手册（组合机床设计简明手册）表6-15得：表3.1 镗孔切削用量工序刀具材料铸铁V(m/min)f(mm/r)粗镗高速钢20-250.25-0.8硬质合金35-500.4-1.5半精镗高速钢20-350.1-0.3硬质合金50-700.15-0.45精镗硬质合金70-900.12-0.15粗镗取f=1mm/r 精
28、镗取f=0.15mm/r a.切削速度的确定镗110孔，粗镗至109.7mm 取n=116r/min由精镗至110mm 取n=232r/min由b.确定切削力、切削转矩及切削功率确定切削力、切削转矩及切削功率是为了分别确定主轴及其它传动件尺寸、选择滑台及设计夹具、选择电动机（一般是选择动力箱的驱动电动机）提供依据。查简明手册表6-20，由组合机床切削用量计算图中推荐的切削力、转矩及功率公式：切削力 切削转矩功率公式中： V切削速度（mm/min）； f进给量（mm/r） 切削速度(mm) D加工直径(mm) 圆周力(N) 轴向切削力(N) HB布氏硬度:本次设计中，=210 =160 代人上式
29、得把数据代人公式：粗镗至109.7mm 精镗至110mm 4.组合机床总体设计三图一卡 绘制组合机床“三图一卡”的工作内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。“三图一卡”是组合机床总体方案的具体体现。4.1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，表示所设计的组合机床上完成的工艺内容，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、夹压底部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。被加工零件工序图是在被
30、加工零件图的基础上，突出本机床的加工内容，并作必要的说明而绘制的。4.1.1被加工零件工序图的内容：a.在图纸上应表示出被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。尤其是当需要设置中间导向套时，应表示出零件内部的肋，壁布置及有关结构的形状及尺寸，以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。b.在图上应表示出加工用定位基准，夹压部位及夹压方向，以便依次进行定位支承、限位、夹紧、导向装置的设计。c.在图上应表示出加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求。d.图上还应注明被加工零件的名称、编号、硬度、材料、重量以及被加工部位的余量等。图4.1 被加工零件图4.1
31、.2绘制被加工零件工序图的注意事项 a.为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要突出该机床的加工内容。绘制时，应按一定比例，选择足够视图及剖视，突出加工部位（用粗实线），并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关的部位（用细 实线）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，另外还要用专用符号表示出加工用定位基准夹压位置、方向以及辅助支承。 b.加工部位的位置尺寸应由定位基准注起。为方便加工及检查，尺寸应 采用直角坐标系标注，而不用极坐标系标注。但有时因所选定的定位基准与设计基准不重合，则须对加工部位要求的位置尺寸精度进行分析换算。此外，应将零件图上的不对称位置尺寸公差换算成对称尺寸公差，其公差数值的决定要考虑两方面，一是要达到产品图纸要求的精度，二是采用组合机床能够加工出来。 c.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。4.
