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1、洛阳理工学院毕业设计（论文）1前 言组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状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。组合机床一般采用多轴、多刀、多序、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应用，并可用以组成自动生产线。组合机床在汽车、摩托车和压缩机等制造部门有广阔的发展前景。夹具是组合机床的重要级成部件是保证加工精度的关键部件，其设计工作是整个组合机床设计的重要部分之一。编者2012 年 4 月洛阳理工学院
2、毕业设计（论文）2第 1 章 组合机床总体设计1.1组合机床的概述组合机床（transfer and unit machine）是以系列化和标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件对一种或多种工件按预先确定的工序进行切削加工的机床。兼有万能机床和专用机床的优点。通用零部件通常占整个机床零部件的7090，只需要根据被加工零件的形状及工艺改变极少量的专用部件就可以部分或全部进行改装，从而组成适应新的加工要求的设备。由于在组合机床上可以同时从几上方向采用多把刀具对一个或数个工件进行加工，所以可减少物料的搬运和占地面积，实现工序集中，改善劳动条件，提高生产效率和降低成本。将多台组合机床联在一起，就成为
3、自动生产线。组合机床广泛应用于需大批量生产的零部件，如汽车等行业中的箱体等。另外在中小批量生产中也可应用成组技术将结构和工艺相似的零件归并在一起，以便集中在组合机床上进行加工。组合机床一般可完成的工艺范围有：铣平面、刮平面、车端面、车锥面、钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、倒角、切槽、以及加工螺纹、滚压、拉削、磨削、抛光工序。组合机床一般采用多轴、多刀、多序、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应用，并可用以组成自动生产线。组合机床一般用于
4、加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。组合机床的通用部件按功能分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件 5 类。动力部件为机床提供主运动和进给运动，主要有动力箱（将电动机的旋转运动传递给主轴箱） 、切削头（装在各个主轴上，用于各单一工序的加工） 、动力滑台（用于安装动力箱或切削头，以实现进给运动） ；支承部件用以安装动力滑
5、台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等；输运部件用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等；控制部件用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和洛阳理工学院毕业设计（论文）3操纵台等；辅助部件包括润滑、冷却和排屑装置等。根据配置型式，组合机床可分为单工位和多工位两大类。其中单工位组合机床按被加工面的数量又有单面、双面、三面和四面 4 种，通常只能对各个加工部位同时进行一次加工；多工位组合机床则有回转工作台式、往复工作台式、中长立柱式和回转鼓轮式 4 种，能对加工部位进行
6、多次加工。通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。1.2组合机床的技术发展趋势最早的组合机床于 1911 年在美国制成，用于加工汽车零件。1953 年，美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则。1973 年，国际标准化组织（ISO）公布了第一批组合机床通用部件标准。1975 年，中国第一机械工业部颁布了中国的第一批组合机床通用部件标准。组合机床现代发展的方向主要有以下几个特点：a、组合机床品种的发展重点。在组合机床这类专用机床中，回转式多工位组合机床和自动线占有很重要的地位。因为这两类机床可以把工件的许多加工工序分
7、配到多个加工工位上，并同时能从多个方向对工件的几个面进行加工，此外，还可以通过转位夹具(在回转工作台机床上)或通过转位、翻转装置(在自动线上)实现工件的五面加工或全部加工，因而具有很高的自动化程度和生产效率，被汽车、摩托车和压缩机等工业部门所采用。b、自动线节拍时间进一步缩短。目前，以大批量生产为特征的轿车和轻型载货车，其发动机的年产量通常为 60 万台左右，实现这样大的批量生产，回转式多工位组合机床和自动线在三班运行的情况下，其节拍时间一般为 2030 秒，当零件生产批量更大时，机床的节拍时间还要更短些。自动线的短节拍，主要是通过缩短基本时间和辅助时间来实现的。缩短基本时间的主要途径是采用新
8、的刀具材料和新颖刀具，以通过提高切削速度和进给速度来缩短基本时间。缩短辅助时间主要是缩短包括工件输送、加工模块快速引进以及加工模块由快进转换为工进后至刀具切入工件所花的时间。为缩短这部分空行程时间，普遍采用提高工件(工件直接输送)或随行夹具的输送速度和加工模块的快速移动速度。目前，随行夹具的输送速度可达 60m/min 或更高些，加工模块快速移动速度达 40m/min。c、组合机床柔性化进展迅速。十多年来，作为组合机床重要用户的汽车工业，为迎合人们个性化需求，汽车变型品种日益增多，以多品种展开竞争已成为汽车市场竞争的特点之一，这使组合机床制造业面临着变型多品种生产的挑战。为适应多品种生产，传统
9、以加工单一品种的刚性组合机床和自动线必须提高其柔性。组合机床的柔性化主要是通过采用数控技术来实现的。开发柔性组合机床和洛阳理工学院毕业设计（论文）4柔性自动线的重要前提是开发数控加工模块，而有着较长发展历史的加工中心技术为开发数控加工模块提供了成熟的经验。由数控加工模块组成的柔性组合机床和柔性自动线，可通过应用和改变数控程序来实现自动换刀、自动更换多轴箱和改变加工行程、工作循环、切削参数以及加工位置等，以适应变型品种的加工。组合机床自动线柔性化的迅速发展和节拍时间的日益缩短，充分显示了 CNC技术和刀具技术给组合机床自动线带来的巨大技术进步，使柔性自动线在多品种、大批量生产中成为重要的技术装备
10、。但在这里必须指出，在组合机床和自动线实现柔性化发展的同时，加工中心高速化发展异常迅速。加工中心与组合机床的竞争日趋激烈。d、加工精度日益提高。特别自 80 年代中期以来，汽车制造业为增强其汽车的竞争力，不断地加严其发动机的关键件的制造公差，并通过计算机辅助测量和分析方法，以及通过设备能力检验来提高其产品的质量。这无疑是对组合机床和自动线提出了更高的要求。组合机床制造厂为了满足用户对工件加工精度的高要求，除了进一步提高主轴部件、镗杆、夹具(包括镗模)的精度，采用新的专用刀具，优化切削工艺过程，采用刀具尺寸测量控制系统和控制机床及工件的热变形等一系列措施外，目前，空心工具锥柄(HSK)和过程统计
11、质量控制(SPC)的应用已成为自动线提高和监控加工精度的新的重要技术手段。e、综合自动化程度日益提高。近十年来，为进一步提高工件的加工精度和减少工件在生产过程中的中间储存、搬运以及缩短生产流程时间，将工件加工流程中的一些非切削加工工序(如工序间的清洗、测量、装配和试漏等)集成到自动线或自动线组成的生产系统中，以实现工件加工、表面处理、测量和装配等工序的综合自动化。f、其它技术的应用动向。在工业发达国家的组合机床行业中，下列技术得到了较为广泛的应用。组合机床设计普及 CAD 技术在国外许多公司中，组合机床设计已普遍采用 CAD 工作站，在设计室几乎很难见到传统的绘图板。CAD 除应用于绘图工作外
12、，并在构件的刚度分析(有限元方法)、组合机床及自动线设计方案比较和选择，以及方案报价等方面均已得到广泛应用，从而显著地提高了设计质量和缩短了设计周期。加之国外许多公司在组合机床和自动线组成模块方面的系列化和通用化程度很高(一般达 90%以上)，使组合机床和自动线的交货期进一步缩短。1.3 拖拉机变速箱体毛坯及工艺特点由拖拉机变速箱体装配图可知，变速箱体内装有输入轴、输出轴以及其它传洛阳理工学院毕业设计（论文）5动轴和齿轮等。通过改变安装在这些轴上的滑移齿轮和固定齿轮的传动比，来改变拖拉机的行进速度。从而可知，变速箱体的主要功用就是支承各传动轴，保证各轴之间的中心距及平行度，并且保证拖拉机变速箱
13、体部件与其相连接的其它部件的正确安装。变速箱的零件图所示，从结构工艺特点来看，它是一个薄壁壳体腔形零件，形状复杂，铸造困难，刚度差，易变形，加工精度要求较高。它的外表面有多个联接平面需要加工，支承孔系分布在前、后端面上，为了更好的满足加工要求，特别加工出了四个定位平面为辅助基准，除支承孔外，在各联接面上还有一系列螺纹孔。1.4 拖拉机变速箱体的主要技术要求轴承孔的尺寸精度及几何形状精度 它是用来安装轴承的，其尺寸误差和几何形状误差造成轴承与孔的配合不良，使轴承滚道变形，回转精度下降和轴承工作温度升高。其孔径公差等级为 IT7，形状公差未作特殊规定，其数值应在孔径公差范围内。轴承孔孔距公差它由齿
14、轮传动中心距偏差标准规定。它影响齿轮副的侧隙，过大时造成传动时非工作面的撞击，过小时不能保证齿轮正常润滑甚至收起传动卡死。拖拉机变速箱体孔中心距公差为 0.12mm 约为 IT9 级。轴承孔中心线间的平行度公差 它与齿轮的传动精度及齿宽等因素有关。其误差大小影响齿的载荷分布均匀，导致传动冲击、噪音及齿轮寿命下降等不良影响。该变速箱体轴承孔中心线间平行度公差未单独列出。应在孔距公差范围之内，其公差等级约为 10-11 级。端面对轴承孔的垂直度公差变速箱体后端面与后桥壳体相联接，它们之间有一对中央齿轮传动副传动，后端面是安装基面，所以它与160-120 轴承孔有垂直度要求，否则造成中央传动齿轮啮合
15、不良，承负荷增加，磨损加剧，工作温度升高等不良影响，其垂直度公差为 100：0.05mm 其公差等级约为 7-8 级。轴承孔的同轴度公差为保证箱体内各齿轮的啮合精度和载荷分布的均匀性，对变速箱四对轴承孔规定了同轴度公差，其公差为0.015mm。装配基面的平面度公差 为保证装配基面间的贴合度和相关表面间的位置精度，规定了后端面的平面度公差为 0.1mm，公差等级约为 9 级。各主要加工表面的粗糙度主要轴承孔表面的粗糙度为 Ra3.2um,上平面和前、后平面粗糙度为 Ra6.3。m各螺纹孔的位置度 一般作联接用的螺纹孔的位置度公差为 0.2mm 时即可保证联接精度的要求。洛阳理工学院毕业设计（论文
16、）61.5 变速箱体的材料和毛坯由于灰铸铁具有良好的铸造性和切削性以及较好的耐磨性和减振性，同时价格低廉，因此箱体的毛坯通常采用铸铁件，本东方红75 拖拉机箱体材料选用HT150。东方红75 变速箱体毛坯如附图所示。图中表示了分型面的分芯面的位置。前后平面拔模斜度为 020。上平面余量为 5mm，前、后平面余量3.23.6mm，最大余量为 4.5mm，除80mm 轴承孔直径余量为 10mm 外，全部轴承孔的直径余量为 9mm。定位凸台和检查窗口的余量为 34mm，溅油齿轮孔及拔叉轴孔直径在 30mm 以下均不铸出。未注明的圆角半径为 35mm，未注明的拔模斜度为 1130。分型面错移允许至 1mm，铸件壁厚公差为2mm。铸件非加工表面上允许有单个孔眼深至 2mm，最大尺寸至 5mm，总数不超过 10 个。所有肋条上孔眼深不超过 3mm。铸件加工表面上允许有深达加工余量三分之二范围以内的铸造缺陷。超出上述范围的铸造缺陷可根据铸铁件焊补工艺规程进行焊补。铸件表面涂以醇酸底漆。1.6 组合机床的总体设计组合机床的总体设计，就是针对具体的被加工
