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1、合机床的系统和结构设计毕业论文第 1章 绪 论1.1 机床概述如今社会高效、经济地生产各种高质量产品是大多数人的追求,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的关系,目前主要靠切削加工的方法来达到,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
2、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。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
3、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。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。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
4、床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。 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20XX4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20XX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。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
5、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,20XX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；20XX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20XX,截至4月份,数控机床、加工中心、产值已接近20XX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。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。
6、20XX,不到,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。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
7、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,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。组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专
8、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。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
9、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：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。XX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。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
10、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。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。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
11、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。1.2 机床设计的目的、内容、要求1.2.1 设计目的经过了四年基础知识的学习,此次的设计是对大学期间所识所学的检验,也是一次理论溶于实际的试炼。其目的在于：1巩固我们在大学里的所学,对所学知识进行综合性的检验；2加强我们搜集资料的能力,熟悉有关资料；3树立正确的
12、设计思想,掌握设计方法,培养我们的实际工作能力；4通过对摇臂轴支座的机械制造工艺设计,使我们在机械制造工艺规程设计,工艺方案论证,机械加工余量计算,工艺尺寸的确定,编写技术文件及查阅技术文献等各个方面受到一次综合性的训练。5.能根据被加工零件的技术要求,运用夹具设计的基本原理和方法,学会拟定夹具设计方案,完成夹具结构设计,初步具备设计出高效,省力,经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。6通过零件图,装配图绘制,使我们得进一步的提高对于AutoCAD绘图软件的使用能力。1.2.2 设计的内容本次设计的主要内容为：运用AutoCAD软件绘制摇臂轴支座的二维零件图,然后根据图纸的技术要求等确定生
13、产类型,经分析本次设计的零件年产量为80000件,属大批量生产。其次进行工艺分析,确定毛坯类型和制造方法,摇臂轴支座的材料为HT200,拟采用以铸造的形式进行毛坯的制造,并确定零件的被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图,生产率计算卡,完成夹具总装图,夹具体零件图,进行必要的经济分析。最后,对镗孔24加工工序进行夹具装配图及夹具体的设计。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。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、设计传动路
14、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。结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、箱体、密封等的布置和机构设计。即绘制装配图和零件工作图。编写设计说明书1.2.3 设计要求 评价机床性能的优劣,是根据技术经济指标来判定的。技术先进合理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。1.2.4 机床设计步骤1调查报告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、新技术应用及相应的图纸资料等。甚至还可以通过网络检索技
15、术查阅先进国家的有关资料和专利等。通过对资料的分析研究,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。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,先满足使用要求,其次才是尽可能便于制造。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,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。注意吸取前人和国外的先
16、进经验,并在此基础上有所创造和发展。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。这些图纸包括：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。并初定出主轴箱轮廓尺寸,才确定机床各部件间的相互关系。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 2 章 组合机床的设计2.1组合机床方案的制定2.1.1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、材料、大小、刚度、硬度,加工部位的结构特点加
