变速箱壳体专用组合钻床设计第三版.docx

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变速箱壳体专用组合钻床设计第三版

摘要

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。

现代工厂中出现需要组合机床的场合越来越多。

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。

组合机床是以通以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的机床。

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。

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，生产效率相比于普通机床高出几倍乃至几十倍。

因为通用部件已经标准化和系列化，所以可以根据需要灵活配置，能大大缩短设计和制造周期

本课题是针对变速箱壳体端面上12Xφ18孔钻削这一特定工序而设计一台专用组合机床。

本设计中，在充分数据计算的基础上对通用零件做了仔细选择，并跟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、钻削。

摘要……………………………………………………………………………………I

目录…………………………………………………………………………………II

第一章绪论…………………………………………………………………………1

1.1概述………………………………………………………………………………1

1.2课题研究的目的和意义…………………………………………………………1

1.3机床设计步骤……………………………………………………………………2

1.4国内外组合机床研究技术现状…………………………………………………3

1.5方案制定…………………………………………………………………………5

1.6设计研究的内容…………………………………………………………………6

1.7主要研究解决的难点、问题和拟采用的办法…………………………………6

第二章多孔钻组合机床总体方案设计（三图一卡）……………………………9

2.1零件分析………………………………………………………………………9

2.2工艺分析……………………………………………………………………10

2.3确定机床的配置形式…………………………………………………………11

2.4切削用量的选择…………………………………………………………………13

2.5组合机床切削用量选择及计算………………………………………………14

第三章组合钻床总设计……………………………………………………………16

3.1被加工零件工序图………………………………………………………………16

3.2加工示意图……………………………………………………………………17

3.3机床联系尺寸图………………………………………………………………21

3.4．生产率计算卡…………………………………………………………………23

第四章多轴箱设计…………………………………………………………………25

4.1通用多轴箱的组成………………………………………………………………25

4.2多轴箱设计步骤和内容…………………………………………………………25

4.3传动系统的设计计算……………………………………………………………27

4.4多轴箱总图设计…………………………………………………………………28

第五章液压系统设计………………………………………………………………30

5.1Z轴液压泵的确定……………………………………………………………30

5.2Y轴液压动力的确定…………………………………………………………31

5.3拟定液压系统图………………………………………………………………33

结论…………………………………………………………………………………34

参考文献……………………………………………………………………………35

第一章绪论

1.1概述

组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，再配以少量专用部件而组成的专用机床，具有一般专用机床结构简单，生产率及自动化程度高，易保证加工精度的特点，又能适应工件的变化，具有一定的重新调整、重新组合的能力。

它的特征是高效、高质、经济实用。

组合机床可以对工件采用多刀、多面及多方位加工，特别适于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。

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课题研究的目的和意义

1.2.1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。

1.2.2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。

（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。

1.2.3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。

1.3机床的设计步骤

1.3.1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。

1.3.2拟定方案

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。

1.3.3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。

1.4国内外组合机床研究技术现状

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。

1.4.1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。

1.4.2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。

1.5方案制定

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。

1.6设计研究的内容

（1）零件分析

仔细阅读所拿到的零件图纸，分析零件的结构特点及技术要求。

（2）拟定零件工艺方案

确定零件的材料，加工时的定位基准以及零件的加工工艺方案。

（3）总体方案设计

确定机床的配置形式及总体结构方案。

（4）组合机床设计——三图一卡设计

确定被加工零件的工序图，零件加工示意图，绘制机床尺寸联系图，机床生产率计算卡。

（5）主轴箱设计

绘制主轴箱草图，选择主轴结构形式及动力计算，设计主轴箱的传动系统。

1.7主要研究解决的难点、问题和拟采用的办法

（1）多轴箱传动系统的设计

根据查阅各种资料，以及参阅多孔钻相关案例，拟采用多轴钻动力头的形式，将输出轴按所要加工孔的位置尺寸分布，动力从主轴输出后经传动轴将动力传递给各个输出轴分布形式如图1-1所示

图1-1多孔钻动力轴传动系统示意图

（2）组合机床的配置形式

为了方便加工，拟采用传统的立式钻床形式，，改造主轴箱及增加多轴箱改造形式如图1-2所示

图1-2组合机床的配置示意图

第二章多孔钻组合机床总体方案设计（三图一卡）

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。

2.1零件分析

被加工零件：

多轴箱壳体

工件材料：

HT200

2.1.1零件的技术要求

a保证12Xφ18孔对基准中心的位置度±0.1mm。

b水平方向孔中心到设计基准的位置度要求±0.1mm。

c垂直方向孔中心到设计基准的位置度要求±0.1mm。

2.1.2结构方案分析和选择

本课题是针对变速箱壳体端面上12个孔钻削这一特定工序而设计一台专用的组合机床。

正确选择加工使用定位基准是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的集中工序，从而实现减少机床台数的目的。

由于采用专用夹具，对精度要求完全可以达到。

2.1.3选择定位基准的原则及应注意的问题

（1）应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准。

这样可以减少对尺寸精度的影响，以保证加工精度。

但在某些情况下，却必须选用其它作为定位基准。

（2）选择定位基准应保证工件定位稳定。

尽量采用已加工较大平面作为定位基准，这对于加工尤为重要。

（3）统一基准原则。

即在各台机床上采取共同的定位基面来加工零件不同表面的孔或对同一表面上的孔完成不同的工序。

2.1.4确定夹压位置应注意的问题

在选择定位基面时，要相应决定夹压位置。

此时应注意的问题是：

（1）保证零件夹压后位置稳定。

为使工件在加工过程中不产生振动移动，夹压力要足够，夹压点布置加压合力落在定位平面内。

（2）尽量减少避免零件夹压后的变形，消除其对加工精度的影响。

2.2工艺分析

工艺分析是设计组合机床最重要的一步，必须认真分析被加工零件的工艺过程。

深入现场全面了解被加工零件的结构特点，加工部位，夹紧方式，工艺方法和加工过程所用的刀具，切削用量及生产率等。

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。

选择单工位，单面组合机床，使机床结构简单，工件可靠，更符合多，快，好，省的要求。

（1）加工精度的要求

由于加工孔相对于中心的位置度要求比较高，因此采用单工位方法一次定位，可以减少定位误差。

（2）被加工零件大小形状特点，加工部位特点要求。

一般来说，孔中心线与定位基准面平行且需由一面或几面加工的箱体宜用卧式机床，立式机床适宜加工定基准面是水平的且被加工孔与基准面垂直的工件，而不适宜加工安装不方便或高度较大的细长工件。

零件的特点在很大的程度上决定了应采用立式机床，故本加工工序采用立式机床。

该组合机床是钻12Xφ18，表面粗糙度为12.5，两孔之间同轴度为0.5，因此采用移动式钻模板。

本道工序的夹紧也非常方便，可以利用上一道工序的加工特点。

孔定位，端面定位，端夹紧，定位可靠，夹紧方便，装卸方便，工艺装备简单。

根据上述被加工零件的结构特点，加工要求，工艺过程及生产率，可以确定机床配置形式为立式组合机床，这种配置形式可达到较高的加工精度，对于精加工机床的夹具公差，一般加工零件的三分之一至五分之一，对于粗加工机床采用固定式导向，能达到±0.2mm。

2.3确定机床的配置形式

一般来说，孔中心线与定位基准面平行且需由一面或几面加工的箱体宜用卧式机床，立式机床适宜加工定基准面是水平的且被加工孔与基准面垂直的工件，而不适宜加工安装不方便或高度较大的细长工件。

对大型箱体件采用单工位机床加工较适宜，而中小型零件则多采用多工位机床加工。

通常根据工件的结构特点，加工要求，生产率和工艺过程方案等，大体上就可以确定应采用哪种基本形式的组合机床。

但在基本形式的基础上，由于工艺的组织，动力头的不同配置方法，零件安装数目和工位数多少等具体安排不同，而具有多种配置方案。

它们对机床的结构复杂程度，通用化程度，结构工艺性能，重新调整的可能性以及经济效果，还有维修操作是否方便等，都具有不同的影响。

另外，还必须看到，就是在有些情况下，对于工艺过程方案做不大的更改或重新安排，往往会使机床简单，工作可靠，结构紧凑，更符合多快好省的要求。

因此，在最后决定机床配置形式和结构方案时，必须注意下面一些问题：

A加工精度的影响

B机床生产率的影响

C被加工零件的大小，形状加工部位特点的影响

D车间布置情况的影响

E工艺间联系情况的影响

F使用厂的技术后方和自然条件的影响

被加工零件的特点在很大程度上决定了机床的配置形式。

2.3.1不同配置形式组合机床的特点及适应性

单工位组合机床通常是用于加工一个或两个工件，特别适用于大中型箱体件的加工。

根据配置动力部件的数量，这类机床可以从单面或同时从几个方面对工件进行加工。

各种形式的单工位组合机床具有固定的夹具。

通常可以安装一个工件特别适合于大中型零件的加工。

本设计的零件较大，需要加工的孔径较大，且与轴箱配合安装，基于这点考虑，本设计采用单工位组合机床是合适的。

2.3.2不同配置形式组合机床的加工精度

在组合机床上影响加工精度的因素很多，一般分为与切削负荷无关的误差（如机床原始误差，工件安装误差，夹具与刀具的误差，其它偶然性误差等）和与切削负荷有关的误差（如夹压变形，热变形，刀具磨损所引起的误差和其他偶然性误差）。

组合机床加工精度通常是靠夹具来保证的，我们也可以把影响加工精度的因素分为加工误差和夹具误差两大类。

那么现在的问题在于确定夹具误差和加工误差的比例，这个问题的解决通常是根据经验数据来进行机床配置形式的选择。

一般从固定式夹具组合机床的加工精度和移动式夹具组合机床的加工精度来考虑。

固定式夹具单工位组合机床加工精度最高。

这种机床由于零件采用固定导向的位置度可以达到0.2mm。

可见这种形式的组合机床加工此零件能稳定的保证加工精度。

2.3.3选择机床配置形式应注意的问题

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。

（1）适当提高工序集中程度

在确定机床的配置形式和结构方案时，要合理解决工序集中程度的问题。

在一个动力头上安装多轴，同时加工多孔来集中工序，是组合机床最基本的方法，在一台机床主轴数量有达20根左右的。

但是，也不应无限制地增加主轴数量，要考虑到动力头及主轴箱的性能和尺寸，并保证调整和更换刀具的方便性。

这些在以后的设计中要得以解决。

（2）注意排屑和操作使用的方便性

排除切屑和操作使用的方便性对机床方案也有影响。

（3）夹具形式对机床配置形式的影响

选择机床配置形式时要注意考虑夹具结构的实现可能性和工作的可靠性，在决定加工一个工