目录 摘要.......................................................................................................................................... IV Abstract ..................................................................................................................................... V 第一章前言........................................................................................................................... 1 1.1组合机床在国民经济中的地位及其发展简史......................................................... 1 1.2组合机床的国内外现状............................................................................................. 2 1.2.1国内组合机床的现状......................................................................................... 2 1.2.2国外组合机床的现状......................................................................................... 2 1.3本的研究目的及内容......................................................................................... 3 第二章零件工艺方案的制定............................................................................................... 4 2.1前悬架的工艺技术分析............................................................................................. 4 2.1.1零件技术参数..................................................................................................... 4 2.1.2生产纲领的分析................................................................................................. 5 2.3被加工零件工序图....................................................................................................... 5 第三章组合机床总体方案设计........................................................................................... 6 3.1组合机床通用部件的选择依据................................................................................. 6 3.1.1切削用量的选择................................................................................................. 6 3.1.2切削力、转矩和功率的计算............................................................................. 7 3.2组合机床通用部件的选择......................................................................................... 8 3.2.1动力箱的匹配..................................................................................................... 8 3.2.2动力滑台的选择................................................................................................. 8 3.3选择定位基面............................................................................................................. 9 3.3.1统一基准问题................................................................................................... 10 3.3.2基准重合问题................................................................................................... 10 3.3.3定位基面及定位方法的选择........................................................................... 10 3.3.4夹紧力的可靠性问题....................................................................................... 10 3.4组合机床配置型式的选择....................................................................................... 10 第四章组合机床加工示意图的设计................................................................................. 11 II 4.1加工示意图的作用和内容....................................................................................... 11 4.2刀具、导向结构的选择........................................................................................... 11 4.2.1刀具的选择....................................................................................................... 11 4.2.2导向的选择....................................................................................................... 11 4.3切削用量的确定....................................................................................................... 12 4.4主轴类型、接杆的确定........................................................................................... 12 4.4.1主轴类型的确定............................................................................................... 12 4.4.2接杆的确定....................................................................................................... 13 4.5多轴箱端面到工件端面的确定............................................................................... 13 4.6工作循环的确定....................................................................................................... 13 4.7钻模板设计............................................................................................................... 14 4.8其他应注意的问题................................................................................................... 14 第五章组合机床联系尺寸图的设计................................................................................. 15 5.1联系尺寸图的作用和内容....................................................................................... 15 5.2确定装料高度........................................................................................................... 15 5.3确定夹具轮廓尺寸................................................................................................... 15 5.4确定中间底座尺寸................................................................................................... 15 5.5确定多轴箱轮廓尺寸............................................................................................... 16 5.6机床联系尺寸图的绘制........................................................................................... 17 第六章组合机床生产率计算卡的设计............................................................................. 18 6.1理想生产率Q ............................................................................................................ 18 6.2实际生产率Q实......................................................................................................... 18 6.3机床负荷率η负......................................................................................................... 19 第七章通用主轴箱设计....................................................................................................... 21 7.1主轴箱的基本结构...................................................................................................... 21 7.1.1通用主轴箱的组成............................................................................................. 21 7.1.2主轴箱通用零件.................................................................................................. 21 7.2绘制多轴箱设计原始依据图...................................................................................... 22 7.3主轴、齿轮的确定及动力计算................................................................................. 22 7.3.1主轴型式和直径、齿轮模数的确定.................................................................. 22 汽车前悬架加工组合机床总体设计 III 7.3.2动力计算.............................................................................................................. 23 7.4主轴箱传动设计.......................................................................................................... 23 7.4.1主轴的分布.......................................................................................................... 24 7.4.2传动系统设计...................................................................................................... 24 7.5主轴箱总图设计......................................................................................................... 25 第八章结论与展望............................................................................................................. 26 参考文献................................................................................................................................. 28 致谢......................................................................................................................................... 29 第一章前言 1.1组合机床在国民经济中的地位及其发展简史 现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量的产品，日益广泛的使用各种器械、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。由于械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工方法来达到，特别是形状复杂、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，机床所负担的加工工作量，约占机械制造总工作量的4060机床的技术性能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。可以这样说，如果没有机床的发展，如果不具备今天这样品种繁多、结构完善和性能精良的各种机床，现代社会目前所达到的高度物质文明将是不可想象的。 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，即各种机器、仪器和工具等。然而，一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾。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。 机床是人类在长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上产生的，并随着社会生产的发展和科学技术的进步而渐趋完善。最原始的机床是木制的，所有运动都是由人力或畜力驱动，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坏，它们实际上并不是一种完整的机器。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。继车床之后，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。 上世纪初以来，由于高速钢和硬质台金等新型刀具材料相继出现，刀具切削性能不断提高，促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方向发展。与此同时，由于电动机、齿轮、轴承、电气和液床等技术有了很大的发展，使机床的转动、结构和控制等方面也得到相应的改进，加工精度和生产率显著提高。 此外，为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求，机床品种的发展也与日俱增。例如，各种高效率自动化机床、重型机床、精密机床以及适应加工特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世。50年代，在综合应用电子技术、检测技术、计算机技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上发展起来的数控机床，使机床自动化进入了一个崭新的阶段，与早期发展的仅适用于大批大量纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比，它具有很高柔性，即使在单件和小批生产中也能得到经济的应用。 综观机床的发展史，它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展，并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的，现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展。 1.2组合机床的国内外现状 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的发展。至今，它已成为现代制造工程的关键设备之一。现代制造工程从各个角度对组合机床提出了越来越高的要求，而组合机床也在不断吸收新技术成果而完善和发展。 1.2.1国内组合机床的现状 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。 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制造技术和成套工艺装备。它的特征高效、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较大的大中型箱体类和轴类零件，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、综合测员机、试验机、输送线)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，研发新产品，由于过去的“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。 1.2.2国外组合机床的现状 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、工序高度集汽车前悬架加工组合机床总体设计中、高效短节拍和多功能智能监控。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。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都工序，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1887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。空架机器人完成零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，通过换刀实现工序集中，从而可以最大限度地发挥设备的效能，获取更好的经济效益。 1.3本的研究目的及内容 本研究的出发点是基于对加工汽车前悬架上面的五个孔的要求上，设计出一台专用的组合机床，专门用于加工零件上的那五个孔。对机床、夹具、刀具、工艺流程等方面进行合理的设计和选择，提高加工效率和产品质量，扩大加工适应范围，提高可靠性，使所设计出来的组合机床具备一定的先进性，并且希望能够取得较好的经济效益和社会效益，为解决此类钻孔的问题举一件实例。 本需要完成的内容包括以下几点： 1.仔细研究被加工零件的零件图，确定零件的加工内容和精度，以及确定机床的加工方式、机床的整体形式和被加工零件的定位、夹紧方式。 2.组合机床的总体设计。通过对切削速度的选择，切削力的计算等过程，绘制机床的三图一卡，即被加工零件工序图、被加工零件加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。 第二章零件工艺方案的制定 零件加工的工艺方案决定了组合机床的加工质量、生产效率、总体布局和夹具结构等。因此，应根据被加工零件的特点以及加工要求，按照一定的原则，并且结合常用组合机床的工艺方法，在考虑了各种影响因素之后，拟定出可行而又经济的工艺方案。 2.1前悬架的工艺技术分析 在组合机床的自动线加工中，被加工零件的大孝形状、质量、加工部位的结构、零件的刚度等，对组合机床加工工艺方案的制定、机床及夹具的结构设计有很大影响。比如:外形尺寸比较大的零件适合于采用单工位的机床；零件的刚性比较差时，不能够承受大的夹紧力和切削力，则工序不能够过于集中。因此，应对被加工零件需要加工的部位和表面，零件的技术要求进行深入的分析。