雙頭鉆擴(kuò)鉸專機(jī)設(shè)計(jì)—專機(jī)總體設(shè)計(jì)主軸箱設(shè)計(jì)

雙頭鉆擴(kuò)鉸專機(jī)設(shè)計(jì)—專機(jī)總體設(shè)計(jì)主軸箱設(shè)計(jì),雙頭鉆擴(kuò)鉸,專機(jī),設(shè)計(jì),總體,整體,主軸 編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 雙頭鉆擴(kuò)鉸專機(jī)設(shè)計(jì)—— 專機(jī)總體設(shè)計(jì)，主軸箱設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923151 學(xué)生姓名： 繆成威 指導(dǎo)教師： 張大駿 （職稱：高級工程師 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 雙頭鉆擴(kuò)鉸 專機(jī)設(shè)計(jì)——專機(jī)總體設(shè)計(jì)，主軸箱設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指 導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 93 學(xué) 號： 0923151 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 雙頭鉆擴(kuò)鉸專機(jī)設(shè)計(jì) 2、專題 專機(jī)總體設(shè)計(jì)，主軸箱設(shè)計(jì) 二、課題來源及選題依據(jù) ① 課題來源：無錫市惠發(fā)特精密制造機(jī)械有限公司 ② 減震器鋁合金缸體的圖紙，加工要求（包括實(shí)物） 。 ③ 材料：ZAlSi9Mg ④ 缸體年產(chǎn)綱領(lǐng) 50000 件/年 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 1、根據(jù)產(chǎn)品圖樣及樣品進(jìn)行工藝分析，選擇比較合理的工藝方案。 2、進(jìn)行專用機(jī)床總體設(shè)計(jì)， “三圖一卡”的設(shè)計(jì)與繪制即完成本工 序的工序圖、加工示意圖、機(jī)床總圖及床身部件圖，折合不少于 3 張 A0圖紙。 3、編寫設(shè)計(jì)說明書一份，要求對機(jī)床的總體設(shè)計(jì)部分詳細(xì)分析說明， 并包括必要的計(jì)算，文字簡潔通順，重要公式數(shù)據(jù)應(yīng)標(biāo)明出處。字 II 數(shù)一萬字左右。 4、專業(yè)英語翻譯一萬字符左右 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 93 班 姓名 繆成威 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長研究所 所長〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 組合機(jī)床是一種高效專用機(jī)床，有特定的使用條件。在確定設(shè)計(jì)機(jī)床前，應(yīng)該進(jìn)行 具體的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析。加工同一個機(jī)械產(chǎn)品的零件，通常會有很多種工藝方案，不同的 方案會有不同的經(jīng)濟(jì)效果，影響技術(shù)經(jīng)濟(jì)的因素有很多，有時技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)的方案，經(jīng) 濟(jì)指標(biāo)不一定優(yōu)越。因此，需要對技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作綜合評價(jià)，選出優(yōu)化方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì) 效果評價(jià)，如果滿意即可決定。 本課題是雙頭鉆擴(kuò)鉸專機(jī)設(shè)計(jì)。其來源于惠發(fā)特精密機(jī)械有限公司。在設(shè)計(jì)中，通 過研究被加工零件的特點(diǎn)，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，對相關(guān)部件進(jìn)行選擇，從而確定機(jī)床 的總體布局。并繪制出被加工零件工序圖，加工示意圖，機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計(jì)算 卡。在此基礎(chǔ)上擬定了主軸箱的傳動路線，設(shè)計(jì)了軸的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了皮帶輪及軸等相關(guān) 零件的強(qiáng)度，剛度校核，并繪制出主軸箱裝配圖。該機(jī)床對零件的兩端孔同時進(jìn)行加工， 加工的工藝性好，工件裝夾方便。采用滾珠絲杠導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)刀具進(jìn)給。工件采用 V 形塊定 位，液壓夾緊，一次裝夾完成不僅保證了孔的加工精度，而且還提高了加工效率，降低 了工人的勞動強(qiáng)度。 關(guān)鍵詞：雙頭鉆擴(kuò)鉸專機(jī)；組合機(jī)床；主軸箱 IV Abstract Portfolio is a highly efficient machine for machine tools, there are specific conditions of use, in determining the design of machine tools, should carry out specific economic and technical analysis. Processing products with a mechanical parts, usually have a variety of programmes, the impact of technological and economic factors are many, sometimes technical indicators advanced programmes, economic indicators do not necessarily superior, therefore, need to On the technical, economic indicators for comprehensive evaluation, comprehensive views of the majority, elected Optimization of economic evaluation, if you satisfied with the decision. This topic is designed to face double-processing machine combinations. Its benefits from the special Precision Machinery , In the design: The study was part of the processing characteristics of the relevant data, the relevant components of choice to determine the overall layout of machine tools. And the mapping of processes to be processed parts map, diagram processing, machine size map and the associated productivity calculation card. On this basis the development of the spindle box of transmission lines, the design of the shaft structure, a pulley and shaft, and other relevant parts of the strength and stiffness Verification, and spindle box assembly to map out plans and related spare parts plans. Tool Guide to achieve a ball screw feed. Workpiece positioning using V-shaped blocks, hydraulic clamp, a fixture not only guarantee the completion of the hole processing precision, but also improve the processing efficiency and reduce the labor intensity of the workers. Key words: double-face processing; combination machine; Headstock V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目 錄 ............................................................................................................................................V 1 緒 論 .........................................................................................................................................1 1.1 惠發(fā)特精密機(jī)械有限公司簡介 ...........................................................................................1 1.2 本設(shè)計(jì)任務(wù)簡介 ...................................................................................................................1 1.3 本設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的要求 ............................................................................................................1 2 機(jī)床總體設(shè)計(jì) .............................................................................................................................2 2.1 工藝方案制定 .......................................................................................................................2 2.1.1 工件和加工部位的主要要求 ........................................................................................2 2.1.2 擬定工藝路線 ................................................................................................................2 2.1.3 二種工藝線路的比較與確定及其各分析其優(yōu)缺點(diǎn) ....................................................6 2.1.4 安裝與夾緊方案的比較與確定，包括定位、夾緊、夾緊部位、形式等 ................7 2.1.5 刀具、輔具的確定 ........................................................................................................8 2.1.6 工序 ................................................................................................................................8 2.1.7 工序的集中與分散 ........................................................................................................9 2.1.8 確定加工工藝路線 ........................................................................................................9 2.1.9 加工工序卡片 ..............................................................................................................10 2.2 專機(jī)總體設(shè)計(jì) .....................................................................................................................11 2.2.1 確定專機(jī)的驅(qū)動方式，切削力，切削功率、電動機(jī)選擇等計(jì)算 ..........................13 2.2.2 基本參數(shù)（尺寸）設(shè)計(jì) ..............................................................................................17 2.2.3 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..............................................................................................................17 2.2.4 三圖一卡的設(shè)計(jì) ...........................................................................................................19 3 主軸箱的設(shè)計(jì) ...........................................................................................................................27 3.1 主軸箱及其卸荷機(jī)構(gòu) .........................................................................................................27 3.2 主軸的結(jié)構(gòu)型式 .................................................................................................................28 3.2.1 主軸的構(gòu)造 ..................................................................................................................28 3.3 主軸的軸承選用 .................................................................................................................29 3.3.1 幾種軸承的比較 ..........................................................................................................29 3.3.2 軸承的安裝與定位 ......................................................................................................30 3.4 主軸剛度計(jì)算 .....................................................................................................................30 3.5 軸承壽命計(jì)算 .....................................................................................................................31 3.6 電機(jī)的安裝 .........................................................................................................................33 3.7 兩主軸箱等高與共線調(diào)節(jié) .................................................................................................33 4 其他設(shè)計(jì) ...................................................................................................................................34 4.1 夾具 .....................................................................................................................................34 4.2 進(jìn)給系統(tǒng) .............................................................................................................................34 VI 4.3 液壓原理 .............................................................................................................................34 4.4 冷卻系統(tǒng) .............................................................................................................................35 5 附件設(shè)計(jì)部分（床身部件） ...................................................................................................36 5.1 對床身部件的具體要求 .....................................................................................................36 5.2 選擇床身部件的材料、毛胚制造方式 .............................................................................36 5.2.1 鑄造加工工藝 ..............................................................................................................36 5.2.2 焊接加工工藝 ..............................................................................................................36 5.3 對床身部件與其他部件聯(lián)系的方式確定 .........................................................................36 5.3.1 床身與其余部件的整體布局 ......................................................................................36 5.3.2 導(dǎo)軌安裝 ......................................................................................................................36 5.3.3 排屑及冷卻液回流 ......................................................................................................37 5.3.4 起吊問題 ......................................................................................................................37 5.4 床身部件加工工藝方案及工藝路線確定 .........................................................................37 5.4.1 加工工藝方案的比較與確定 ......................................................................................37 5.4.2 加工工藝路線 ..............................................................................................................39 5.5 技術(shù)要求說明 .....................................................................................................................39 6 結(jié)論與展望 ...............................................................................................................................41 致謝 ...............................................................................................................................................42 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................43 雙頭鉆擴(kuò)鉸專機(jī)設(shè)計(jì)—專機(jī)總體設(shè)計(jì)，主軸箱設(shè)計(jì) 1 1 緒 論 1.1 惠發(fā)特精密機(jī)械有限公司簡介 無錫惠發(fā)特精密機(jī)械有限公司位于無錫市惠山區(qū)堰橋鎮(zhèn)工業(yè)園，公司生產(chǎn)工藝先進(jìn)， 設(shè)備齊全，技術(shù)力量雄厚。專門從事各種系列型號液壓機(jī)的生產(chǎn)，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均已 達(dá)到國外同類產(chǎn)品的水平。 公司全體員工秉承“追求卓越品質(zhì)，滿足客戶需求”的經(jīng)營理念，不斷強(qiáng)化質(zhì)量管 理，堅(jiān)持跟蹤服務(wù)，已通過了 ISO9001：2000 國際質(zhì)量體系認(rèn)證，為各種內(nèi)燃機(jī)、電機(jī) 電器、汽車、摩托車、粉末冶金、軸承等良好組配創(chuàng)造了條件。同時還生產(chǎn)專用組合機(jī) 床、數(shù)控專用組合機(jī)床及三棍輪、二棍輪精密校直機(jī)。 1.2 本設(shè)計(jì)任務(wù)簡介 本設(shè)計(jì)是從事專業(yè)機(jī)床設(shè)計(jì)，包括總體設(shè)計(jì)、進(jìn)給系統(tǒng)、床身部件、液壓系統(tǒng)、主 軸箱設(shè)計(jì)。 課題來源于無錫市惠發(fā)特精密機(jī)械有限公司。本課題系機(jī)動車減震器缸筒加工的專 用機(jī)床設(shè)計(jì)，對于摩托車及其這一類機(jī)動車的減震器缸筒加工均有一定得參考價(jià)值，在 減震器行業(yè)技術(shù)更新中起相當(dāng)?shù)淖饔谩? 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)要求機(jī)床功能得到進(jìn)一步的完善，能夠提高零件的加工精度和加 工效率，能夠降低加工成本。該零件屬摩托車減震器用，其材料為鑄鋁，要求單班制生 產(chǎn)，年產(chǎn)量 5 萬件。限于水平和經(jīng)驗(yàn)，不完善之處，敬請批評指正。 1.3 本設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的要求 1. 對缸體加工工藝（經(jīng)簡化）方案的簡要分析比較。 2. 完成本工序的工序圖，加工示意圖，機(jī)床總圖及床身部件圖。 3. 設(shè)計(jì)說明書一份，要求對機(jī)床的總體設(shè)計(jì)部分詳細(xì)分析說明，并包括必要的計(jì)算， 文字簡潔通順，重要公式數(shù)據(jù)應(yīng)注明出處。 4. 對制造廠家調(diào)研，了解其對質(zhì)量、成本要求，所設(shè)計(jì)的專機(jī)要結(jié)合廠方具體生產(chǎn) 條件。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 機(jī)床總體設(shè)計(jì) 2.1 工藝方案制定 機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機(jī)械加工工藝過程和操作方法的工藝文件。 生產(chǎn)規(guī)模的大小，工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機(jī)械加 工工藝規(guī)程來體現(xiàn)。因此，機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要而又嚴(yán)肅的工作。為能具 體確切地說明工藝過程，一般將機(jī)械加工工藝過程分為工序、安裝、工位、工步、走刀。 工藝方案制定正確與否，將決定機(jī)床能否達(dá)到“體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，使用 方便，效率高，質(zhì)量好”的要求，這是設(shè)計(jì)最重要的一步。 為使工藝方案制定的合理、先進(jìn)，必須認(rèn)真分析被加工的零件圖紙，深入現(xiàn)場全面 了解被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工部位，尺寸精度，表面粗糙度和技術(shù)要求，定位夾緊 方式工藝方法和加工過程所采用的刀具，輔具，切屑用量。分析其優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)設(shè)計(jì)， 制造，使用單位和操作者的豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以求理論緊密聯(lián)系實(shí)際，從而確定零件在 組合機(jī)床上完整的工藝（工序）內(nèi)容及方法，從而決定刀具種類，結(jié)構(gòu)型式，數(shù)量及切 屑用量等。 根據(jù)選定的工藝方案確定機(jī)床的配置形式，并制定出影響機(jī)床總體布局和技術(shù)性能 的主要部件結(jié)構(gòu)方案。既要考慮能實(shí)現(xiàn)工藝方案，以確保零件的加工精度，技術(shù)要求及 生產(chǎn)率；又要考慮機(jī)床的操作方便可靠，易于維修，且冷卻，排屑情況良好。 對于同一個零件的加工，可能會有各種不同的工藝方案和機(jī)床配置方案，在最后決 定采取哪種方案時，決不能草率，要全面地看問題，綜合分析各方面的情況，進(jìn)行多種 對比，選擇最佳方案。 2.1.1 工件和加工部位的主要要求 被加工零件為棒狀鋁合金： MgZAlSi9 牌號： MgZAlSi9 代號： ZL104 鑄造方法 ：金屬型 熱處理： 淬火+人工時效 力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度 b?/ Pa：145 伸長率 δ5(%)：2 布氏硬度 HBS(5/250/30)：70 鑄鋁合金應(yīng)具有良好的鑄造性能，其成分應(yīng)接近共晶點(diǎn)。 雙孔加工：左端 Ф14.5，表面粗糙度 Ra=6.3 微米 右端階梯孔 最大 Ф43，最小 Ф35，表面粗糙度 Ra=6.3 微米 其他技術(shù)要求見零件圖，要求年產(chǎn)量為 5 萬件，單班制生產(chǎn)。實(shí)物圖如圖 2.1。 圖 2.1 實(shí)物圖 雙頭鉆擴(kuò)鉸專機(jī)設(shè)計(jì)—專機(jī)總體設(shè)計(jì)，主軸箱設(shè)計(jì) 3 2.1.2 擬定工藝路線 根據(jù)廠方要求，該零件有兩種加工方案，一是先加工深孔再加工雙端面孔，二是先 加工雙端面孔再加工深孔。 2.1.2.1 機(jī)床設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求 (1) 工藝范圍 機(jī)床的工藝范圍只要取決于其使用于是生產(chǎn)模式。如使用于大批量生產(chǎn)模式，工序 分散，一臺機(jī)床僅需對一種工件完成一道或幾道工序的加工，工藝范圍窄，但要求加工 效率高，自動化程度高，應(yīng)采用專業(yè)機(jī)床。如使用于單件小批量生產(chǎn)模式，工序集中， 要求機(jī)床具有較寬的加工范圍，對加工效率和自動化程度的要求相對低一些，應(yīng)采用普 通機(jī)床或通用機(jī)床。在多品種小批量生產(chǎn)模式，要求機(jī)床能適應(yīng)多品種工件的加工，具 有一定的工藝范圍，較高 的加工效率和自動化程度，應(yīng)采用專門化機(jī)床。 機(jī)床的工藝范圍直接影響到機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，設(shè)計(jì)制造成本，加工效率和自動 化程度。對于生產(chǎn)率，就機(jī)床本身而言，工藝范圍增加，可能會使加工效率下降，但就 工件的制造全過程而言，機(jī)床工藝范圍的增加，將會減少工件的裝卸次數(shù)，減少安裝， 搬運(yùn)等輔助時間，有可能使總的生產(chǎn)率提高。數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)較好地解決了上述矛盾。 萬能數(shù)控機(jī)床是能進(jìn)行自動化加工的通用機(jī)床， ，其工藝范圍往往比普通通用機(jī)床還寬， 專用數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)率和自動化程度卻比普通專用機(jī)床還高，因此數(shù)控機(jī)床不僅可使用 于多品種。 小批量生產(chǎn)模式，現(xiàn)已逐步推廣應(yīng)用于大批量生產(chǎn)模式。 (2) 柔性 機(jī)床的柔性是指其適應(yīng)加工對象變化的能力。隨著時常經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對機(jī)床機(jī)器組 成的生產(chǎn)線的柔性要求越來越高。機(jī)床的柔性包括空間上的柔性和時間上的柔性。所謂 空間柔性是指一臺機(jī)床的工藝范圍相當(dāng)于多臺機(jī)床的工藝范圍，即機(jī)床的運(yùn)動功能和刀 具的數(shù)目較多，工藝范圍較廣，機(jī)床能夠在同一時期內(nèi)完成。 多品種加工的能力。所謂時間上的柔性也就是結(jié)構(gòu)柔性，指的是在不同時期，機(jī)床 各部件經(jīng)過重新變化快的要求。為現(xiàn)實(shí)這項(xiàng)功能，在單位或極小批量生產(chǎn) FMS 作業(yè)線上， 可通過識別裝置對待加工的工件進(jìn)行識別，并根據(jù)其加工要求，在較短的時間內(nèi)自動地 對機(jī)床功能進(jìn)行重構(gòu)。要重構(gòu)在較短的時間內(nèi)完成，要求機(jī)床的功能部件具有快速分離 與組合的功能。 (3) 與物流系統(tǒng)的可接近性 可接近性是指機(jī)床與物流系統(tǒng)之間進(jìn)行物料（工件，刀具，切屑等）流動的方便程 度。對于普通機(jī)床，是由人工進(jìn)行物料流動的，要求機(jī)床的使用，操作，清理和維護(hù)方 便和安全。對于自動化制造系統(tǒng)，是采用工件傳送帶，自動換刀系統(tǒng)和自動排屑系統(tǒng)等 裝置自動進(jìn)行流動的，要求機(jī)床的結(jié)構(gòu)便于物料的自動流動，可靠性好。 (4) 剛度 機(jī)床的剛度是指加工過程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相對于工作在影響加工 精度方向變形的能力。剛度包括靜態(tài)剛度，動態(tài)剛度，熱態(tài)剛度。機(jī)床的剛度直接影響 機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)率，因此機(jī)床應(yīng)有足夠的剛度。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 (5) 精度 要保證能加工出一定精度的工件，作為工作母機(jī)的機(jī)床必須具有更高的精度要求。 機(jī)床精度分為機(jī)床本身的精度，即空載條件下的精度（包括幾何精度，運(yùn)動精度，傳動 精度，定位精度等）和工作精度（加工精度） 。 (6) 生產(chǎn)率 機(jī)床的生產(chǎn)率通常是指單位時間內(nèi)機(jī)床所能加工的工件數(shù)量。機(jī)床的切屑效率越高， 輔助時間越短，則它的生產(chǎn)率越高。它是衡量生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)性，生產(chǎn)組織的合理性和 工人勞動積極性的重要指標(biāo)之一。對用戶而言，使用高效率機(jī)床，可以降低工件的加工 成本。 (7) 自動化 自動化機(jī)床可在無人工干預(yù)的情況下，按規(guī)定的動作要求，通過機(jī)械，電子或計(jì)算機(jī) 的控制，自動完成全部或部分的加工。機(jī)床的自動化程度越高，加工精度的穩(wěn)定性越好， 還可以有效地降低工人的勞動強(qiáng)度，便于一個工人看管多臺機(jī)床，大大地提高勞動生產(chǎn) 率。 (8) 成本 成本感念貫穿在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)，包括設(shè)計(jì)，制造，包裝，運(yùn)輸，使用維護(hù)， 再利用和報(bào)廢處理等費(fèi)用，是衡量產(chǎn)品市場競爭力的重要指標(biāo)，應(yīng)盡可能在保證機(jī)床性 能要求的前提下，提高其性能價(jià)格比。 (9) 生產(chǎn)周期 生產(chǎn)周期（包括產(chǎn)品開發(fā)和制造周期）是衡量產(chǎn)品市場競爭力的重要指標(biāo)，為了快 速響應(yīng)市場需求變化，應(yīng)盡可能縮短機(jī)床的生產(chǎn)周期。這就要求盡可能采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方 法，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期；盡可能采用現(xiàn)代制造和管理技術(shù)，縮短制造周期。 2.1.2.2 機(jī)床設(shè)計(jì)方法 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會需求的變化，機(jī)床的設(shè)計(jì)理論和技術(shù)也在不斷的發(fā)展。 計(jì)算機(jī)技術(shù)和分析技術(shù)的飛速進(jìn)步，為機(jī)床設(shè)計(jì)方法的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。計(jì) 算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助工程已在機(jī)床設(shè)計(jì)的各個階段得到了應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的經(jīng) 驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，使機(jī)床設(shè)計(jì)由傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，由定性設(shè)計(jì)向定量設(shè)計(jì)， 有靜態(tài)和線性分析向動態(tài)和非線性分析，由可行性設(shè)計(jì)向最佳設(shè)計(jì)過渡。 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使得機(jī)床的傳動與結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化。伺服驅(qū)動系統(tǒng)可 以方便地實(shí)現(xiàn)機(jī)床的單軸運(yùn)動及多軸聯(lián)動，從而可以省去復(fù)雜笨重的機(jī)械傳動系統(tǒng)，使 其結(jié)構(gòu)及布局產(chǎn)生很大的變化。 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，社會需求也在發(fā)生變化。在機(jī)械制造業(yè)中，小批量生產(chǎn)需求日益 增加，因此出現(xiàn)了與之相適應(yīng)的 FMS（柔性制造系統(tǒng)）等先進(jìn)制造系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床是 FMS 的核心裝備。前期的 FMS，可以說是“以機(jī)床為主的系統(tǒng)” ，即根據(jù)現(xiàn)有機(jī)床的特 點(diǎn)來構(gòu)成 FMS。但是，傳統(tǒng)的機(jī)床（包括數(shù)控機(jī)床）設(shè)計(jì)時并未考慮到它在 FMS 中的應(yīng) 用，因此在功能上制約了 FMS 的發(fā)展。 FMS 的發(fā)展對機(jī)床提出了新的要求，要求機(jī)床設(shè)計(jì)向“以系統(tǒng)為主的機(jī)床設(shè)計(jì)發(fā)展” 方向發(fā)展，即在機(jī)床設(shè)計(jì)時就要考慮他如何更好地適應(yīng) FMS 等先進(jìn)制造系統(tǒng)的要求，例 雙頭鉆擴(kuò)鉸專機(jī)設(shè)計(jì)—專機(jī)總體設(shè)計(jì)，主軸箱設(shè)計(jì) 5 如要求具有時空柔性，與物流的可接近性等等，這就對機(jī)床設(shè)計(jì)的方法學(xué)提出了新的要 求。 機(jī)床的設(shè)計(jì)方法是根據(jù)其設(shè)計(jì)類型而定的。通用機(jī)床采用系列化設(shè)計(jì)方法。系列中 基型產(chǎn)品為創(chuàng)新設(shè)計(jì)類型，其他為變型設(shè)計(jì)類型。有些機(jī)床，如組合機(jī)床為組合設(shè)計(jì)類 型。 在創(chuàng)新設(shè)計(jì)類型中，機(jī)床總體方案（包括運(yùn)動功能方案和結(jié)構(gòu)布局方案）的產(chǎn)生方 法可采用分析式設(shè)計(jì)（又稱試行設(shè)計(jì)）或創(chuàng)成式設(shè)計(jì)（又稱解析式設(shè)計(jì)） 。前者是用類比 分析，推理方法產(chǎn)生方案，是目前創(chuàng)新設(shè)計(jì)一般采用的方法，后者則用創(chuàng)成解析的方法 生成方案，創(chuàng)新能力強(qiáng)，這種方法尚在研究發(fā)展之中。 2.1.2.3 機(jī)床設(shè)計(jì)步驟 機(jī)床的類型和要求不同，設(shè)計(jì)步驟也不同。按新的原理進(jìn)行加工的機(jī)床應(yīng)按創(chuàng)新設(shè) 計(jì)的步驟進(jìn)行；成系列的機(jī)床產(chǎn)品應(yīng)按系列化設(shè)計(jì)的步驟進(jìn)行；通用化程度較高的機(jī)床 產(chǎn)品，例如組合機(jī)床應(yīng)按模塊化設(shè)計(jì)的步驟進(jìn)行。 (1) 確定結(jié)構(gòu)原理 根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案，確定被設(shè)計(jì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)原理方案的主要內(nèi)容包括： 用途：即機(jī)床的工藝范圍，包括加工件的材料類型，形狀，質(zhì)量和尺寸范圍等。 生產(chǎn)率：包括加工件的類型，批量及所要求的生產(chǎn)率。 性能指標(biāo)：加工件要求的精度（用戶定貨設(shè)計(jì)）或機(jī)床的精度，剛度，熱變形，噪 聲等性能指標(biāo)。 主要參數(shù)：即確定機(jī)床的加工空間和主要參數(shù)。 驅(qū)動方式：機(jī)床的驅(qū)動方式有電動機(jī)驅(qū)動和液壓驅(qū)動方式。電動機(jī)驅(qū)動方式中又有 普通電動機(jī)驅(qū)動，步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動與伺服電動機(jī)驅(qū)動。驅(qū)動方式的確定不僅與機(jī)床的成 本有關(guān)，還將直接影響傳動方式的確定。 結(jié)構(gòu)原理：主要零部件應(yīng)滿足的要求和結(jié)構(gòu)原理，有時還需進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)，確定關(guān) 鍵零部件自制還是外協(xié)。 成本及生產(chǎn)周期：無論是訂貨還是工廠規(guī)劃產(chǎn)品，都應(yīng)確定成本及生產(chǎn)周期方面的 指標(biāo)。 (2) 總體設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容 運(yùn)動功能設(shè)計(jì)：包括確定機(jī)床所需運(yùn)動的個數(shù)，形式（直線運(yùn)動，回轉(zhuǎn)運(yùn)動） ，功能 （主運(yùn)動，進(jìn)給運(yùn)動，其它運(yùn)動）及排列順序，最后畫出機(jī)床的運(yùn)動功能圖。 基本參數(shù)設(shè)計(jì)：包括尺寸參數(shù)，運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù)設(shè)計(jì)。 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)：包括傳動方式，傳動原理圖及傳動系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)。 總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)：包括運(yùn)動功能分配，總體布局結(jié)構(gòu)形式及總體結(jié)構(gòu)方案圖設(shè)計(jì)。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：包括控制方式及控制原理，控制系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)。 總體方案綜合評價(jià)與選擇 在總體方案設(shè)計(jì)階段，對其各種方案進(jìn)行綜合評價(jià)，從中選擇較好的方案。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 對所選擇的方案進(jìn)行進(jìn)一步修改或優(yōu)化，確定最終方案。上述設(shè)計(jì)內(nèi)容，在設(shè)計(jì)過程中 要交叉進(jìn)行。 (3) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)機(jī)床的傳動系統(tǒng)，確定各主要結(jié)構(gòu)的原理方案，設(shè)計(jì)部件裝配圖，對主要零件 進(jìn)行分析計(jì)算或優(yōu)化，設(shè)計(jì)液壓原理和相應(yīng)的液壓部件裝配圖，設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)原理 圖和相應(yīng)的電氣安裝接線圖，設(shè)計(jì)和完善機(jī)床總裝圖和總聯(lián)系尺寸圖。 (4) 工藝設(shè)計(jì) 該機(jī)床的全部自制零件圖，編制標(biāo)準(zhǔn)件，通用件和自制件明細(xì)表，撰寫設(shè)計(jì)說明書， 使用說明書，指定機(jī)床的檢驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)文檔。 (5) 機(jī)床整機(jī)綜合評價(jià) 對所設(shè)計(jì)的機(jī)床進(jìn)行整機(jī)性能分析和綜合評價(jià)。可對所設(shè)計(jì)的機(jī)床進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模， 得到所謂的數(shù)學(xué)化樣機(jī)，又稱虛擬樣機(jī)。采用虛擬樣機(jī)對所設(shè)計(jì)的機(jī)床進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真， 在實(shí)際樣機(jī)試造出來之前對其進(jìn)行綜合評價(jià)，可以大大減少新產(chǎn)品研制的風(fēng)險(xiǎn)，縮短研 制的周期，提高研制的質(zhì)量。 (6) 定型設(shè)計(jì) 在上述步驟（三）完成后，可進(jìn)行實(shí)物樣機(jī)的制造，實(shí)驗(yàn)及評論。根據(jù)實(shí)物樣機(jī)的 評論結(jié)果進(jìn)行修改設(shè)計(jì)，最終完成產(chǎn)品的定型設(shè)計(jì)。 2.1.3 二種工藝線路的比較與確定及其各分析其優(yōu)缺點(diǎn) 2.1.3.1 先加工深孔方案及工藝路線 根據(jù)加工深孔時工件旋轉(zhuǎn)而刀具不轉(zhuǎn)的原理，此方案在先加工深孔時需要一個導(dǎo)航 設(shè)備，以確保刀具能夠精準(zhǔn)地校準(zhǔn)工件中心。在工件夾緊方面，工件左面可考慮選用三 爪卡盤夾具，這樣可以帶動工件高速旋轉(zhuǎn)。由于深孔加工的特殊要求，工件若只夾緊一 側(cè)，會由于震動而導(dǎo)致誤差偏大，達(dá)不到工件的精度要求。故而需要設(shè)計(jì)一輔助夾具， 用來夾緊工件的另一側(cè)，以確保工件能夠達(dá)到廠方要求。但由于工件需要高速旋轉(zhuǎn)，此 輔助夾具也必須能夠高速旋轉(zhuǎn)。這一特殊要求將給此輔助夾具的設(shè)計(jì)帶來相當(dāng)大的困難， 暫考慮以同樣的三爪卡盤來夾緊工件的另一側(cè)。由于深孔加工對刀具的特殊要求，刀具 在加工時需要一個導(dǎo)航設(shè)備，以避免刀具在加工時產(chǎn)生較大的偏移。經(jīng)這樣考慮，輔助 夾具和導(dǎo)航設(shè)備的安裝又將是另一難題。若將此兩個設(shè)備以前后順序安裝于同一板墊上， 則或多或少會影響加工精度。 現(xiàn)在來考慮加工兩端面孔。我們要求兩端面孔要同時加工，這樣不僅可以提高工作 效率，對兩端孔的中心線的合一也能夠很好的解決，避免了先后加工兩端面孔時由于拆 卸工件所帶來的認(rèn)為誤差。由于這一要求，所以對夾具的設(shè)計(jì)要進(jìn)行一番考慮?，F(xiàn)設(shè)計(jì) 夾具為臂桿式，左右各一個，如“T”型狀，利用液壓缸夾緊，簡圖如圖 2.2。 雙頭鉆擴(kuò)鉸專機(jī)設(shè)計(jì)—專機(jī)總體設(shè)計(jì)，主軸箱設(shè)計(jì) 7 圖 2.2 夾具簡圖 綜上所述，此方案需消耗人力，才力和資源比較大，成本高，方案實(shí)行比較困難。 2.1.3.2 先加工兩端孔的方案及工藝路線 兩端面孔的加工要求同步進(jìn)行，并在同時間內(nèi)完成加工任務(wù)，在刀具設(shè)計(jì)方面同上 方案?，F(xiàn)在來考慮加工深孔。深孔加工要求工件高速旋轉(zhuǎn)，上一方案考慮用三爪卡盤夾 緊兩端面里帶動工件完成高速運(yùn)轉(zhuǎn)。此方案在實(shí)際亦不可行，現(xiàn)由于工件兩端面孔已經(jīng) 加工完成，故可考慮用頂針頂住工件左端面孔，依靠機(jī)床結(jié)構(gòu)對工件向左的緊壓力所產(chǎn) 生的摩擦力帶動工件高速運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)工件右端面孔的特征，可以設(shè)計(jì)一個刀具導(dǎo)向套， 利于機(jī)床部件運(yùn)動給工件一個向左的壓緊力。 圖 2.3 刀具導(dǎo)向套簡圖 這樣便可以成功地解決工件高速運(yùn)轉(zhuǎn)所帶來的夾具設(shè)計(jì)困難問題。此方案不僅方便 可行，而且成本低，運(yùn)用合理，完全能夠滿足加工要求。 2.1.4 安裝與夾緊方案的比較與確定，包括定位、夾緊、夾緊部位、形式等 在同一個工序中，工件每定位和夾緊一次所完成的那部分加工稱為一個安裝。此次 全部工序的完成需要兩次定位和夾緊。如表 2-1 所示。 表 2-1 鋁合金缸筒的工序和安裝 工序號 安 裝 號 安 裝 內(nèi) 容 設(shè) 備 1 1 左右兩端鉆孔 專業(yè)鉆床 2 2 加工深孔 專業(yè)鉆床 2.1.4.1 定位 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 在制定工件的工藝規(guī)程時，已經(jīng)初步考慮了加工中的工藝基準(zhǔn)問題，有時還繪制了 工序簡圖。設(shè)計(jì)夾具時原則上應(yīng)選該工藝基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)。 工件以外圓柱表面定位有兩種形式，一種是定心定位，另一種是支承定位。 (1) 定心定位 與工件以圓柱孔定心類似，用各種卡頭或彈性筒夾代替心軸或柱銷， 來定位和夾緊工件的外圓。有時也可以采用套筒和錐套來定位。 (2) V 型塊定位 工件外圓以 V 型塊定位是最常見的定位方式之一，兩斜面夾角有 60°、90°、120°等，90°V 型塊使用最廣泛，其定位精度和定位穩(wěn)定性介于 60°和 120°V 型塊之間，精度比 60°V 型塊高，穩(wěn)定性比 120°V 型塊高。使用 V 型塊定位的 優(yōu)點(diǎn)是對中性好，可用于非完整外圓柱表面定位。V 型塊有長短之分，長 V 型塊限制 4 個自由度，其寬度 B 與圓柱直徑 D 之比 B/D≥1，短 V 型塊只能限制兩個自由度，其寬 度有時僅 2mm。它們均已標(biāo)準(zhǔn)化，可以選用，特殊場合也可以自行設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)采用的是 V 型塊定位的方式。 2.1.4.2 夾緊 設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)一般應(yīng)遵循以下主要原則： (1) 夾緊必須保證定位準(zhǔn)確可靠，而不能破壞定位； (2) 工件和夾具變形必須在允許的范圍內(nèi)； (3) 夾緊機(jī)構(gòu)必須可靠。夾緊機(jī)構(gòu)各元件要有足夠的強(qiáng)度和剛度，手動夾緊機(jī)構(gòu)必須 保證自鎖，機(jī)動夾緊應(yīng)有聯(lián)鎖保護(hù)裝置，夾緊行程必須足夠； (4) 夾緊機(jī)構(gòu)操作必須安全、省力、方便、迅速、符合工人操作習(xí)慣； (5) 夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度、自動化程度必須與生產(chǎn)綱領(lǐng)和工廠的條件相適應(yīng)。 氣動夾緊裝置采用空氣作為夾緊裝置的動力源。壓縮空氣具有粘度小，不污染，傳 送分配方便的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是夾緊力比液壓夾緊小，一般壓縮空氣工作壓力為 0.4～0.6MPa，結(jié)構(gòu)尺寸較大，有排氣噪音。 液壓夾緊裝置的工作原理和結(jié)構(gòu)基本上與氣動夾緊裝置相似，它與氣動夾緊裝置相 比有下列優(yōu)點(diǎn)： 壓力油工作壓力可達(dá) 6MPa，因此液壓缸尺寸小，不需增力機(jī)構(gòu)，夾緊裝置緊湊。 壓力油具有不可壓縮性，因此夾緊裝置剛度大，工作平穩(wěn)可靠。 液壓夾緊裝置噪聲小。 其缺點(diǎn)是需要有一套供油裝置，成本要相對高一些。因此適用于具有液壓傳動系統(tǒng) 的機(jī)床和切削力較大的場合。本設(shè)計(jì)采用的是液壓夾緊裝置。 2.1.5 刀具、輔具的確定 孔加工復(fù)合刀具是由兩把或兩把以上單個孔加工刀具結(jié)合在一個刀體上形成的專用 刀具。這種刀具在組合機(jī)床及其自動線上獲得廣泛使用，一般需要進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。 孔加工復(fù)合刀具在組合機(jī)床及其自動線上能獲得廣泛應(yīng)用，因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)： （1）生產(chǎn)效率高：用同類工藝復(fù)合刀具同時加工幾個表面時，能使機(jī)動時間重合； 用不同類型工藝復(fù)合刀具對一個或幾個表面進(jìn)行順序加工時，能減少（換刀等）的輔助 時間。因此，使用孔加工復(fù)合刀具能大大提高生產(chǎn)效率。 （2）加工精度高：用孔加工復(fù)合刀具能使工件被加工表面之間獲得較高的位置精度 雙頭鉆擴(kuò)鉸專機(jī)設(shè)計(jì)—專機(jī)總體設(shè)計(jì)，主軸箱設(shè)計(jì) 9 （如孔的同軸度、孔與端面垂直度等） ，還能減少工件的安裝次數(shù)和定位誤差，有利于提 高工件加工精度和表面質(zhì)量。 （3）加工成本低：用孔加工復(fù)合刀具可方便工序集中，從而減少工序或工位數(shù)量。 對自動加工生產(chǎn)則可以大大節(jié)省投資，同時對工人的操作水平要求也較低。 （4）加工范圍廣：用孔加工復(fù)合刀具不僅可以在實(shí)心材料上加工出孔，也可以對已 有孔進(jìn)行擴(kuò)孔。既能加工圓柱孔、圓錐孔、螺紋孔、臺階孔以及相隔一定距離的同軸孔， 還可以锪凸臺、深孔平面等。 但是，孔加工復(fù)合刀具與單個刀具相比較，不僅需要專門設(shè)計(jì)、制造，同時刃磨也 比較麻煩。因此，孔加工復(fù)合刀具多用于成批大量生產(chǎn)的組合機(jī)床和自動線上。應(yīng)該指 出，如果復(fù)合刀具的設(shè)計(jì)、制造、刃磨、使用不當(dāng)或在刀具管理上缺乏相應(yīng)的措施，也 難以得到預(yù)期的加工效果。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用的是孔加工復(fù)合刀具。 2.1.6 工序 機(jī)械加工工藝過程的工序是指：一個（或一組）工人在一個工作地點(diǎn)對一個（或同 時對幾個）工件連續(xù)完成的那一部分加工過程。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所要加工零件，為了簡化 課題，零件圖已作抽象處理，只標(biāo)出內(nèi)孔結(jié)構(gòu)以便工藝分析，其余次要結(jié)構(gòu)均簡略。加 工零件的零件圖如圖 2.4。 圖 2.4 零件圖（已抽象） 其加工內(nèi)容是：① 對左右兩端鉆孔 ② 加工深孔 ③ 去毛刺 這些加工內(nèi)容安排在 3 個工序中完成，如表 2-2 所示。 表 2-2 鋁合金缸筒工序安排方案 工 序 號 工 序 內(nèi) 容 設(shè) 備 1 對左右兩端鉆孔 專業(yè)鉆床 2 加工深孔 專業(yè)鉆床 3 手工去毛刺 2.1.7 工序的集中與分散 同一工件，同樣的加工內(nèi)容可以安排兩種不同的形式的工藝規(guī)程：一種是工序集中， 另一種是工序分散。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 工序集中有利于保證各加工面相互位置精度要求，有利于采用高生產(chǎn)率機(jī)床，節(jié)省 安裝工件的時間，減少工件的搬動次數(shù)。工序分散可使每個工序使用的設(shè)備和夾具比較 簡單，調(diào)整，對刀也比較容易，對操作工人的技術(shù)水平要求比較低。 采用高效自動化機(jī)床,以工序集中的形式組織生產(chǎn),除了具有上述工序集中的優(yōu)點(diǎn)以外, 生產(chǎn)適應(yīng)強(qiáng),因而雖然設(shè)備價(jià)格昂貴,但仍然受到愈來愈多的重視。綜上所述,此次加工采用 的是工序集中的工藝規(guī)程。 2.1.8 確定加工工藝路線 根據(jù)上述內(nèi)容,對各種方案的比較，選用先加工兩端面孔再加工深孔這一方案比較合 理，也比較科學(xué)，這一方案不僅降低了生產(chǎn)成本,提高了生產(chǎn)效率，同時也容易完成加工 任務(wù)。工藝路線簡圖如圖 2.5 所示。 鉆 兩 端 面 孔 鉆 深 孔 圖 2.5 工藝路線簡圖 2.1.9 加工工序卡片 表 2-3 加工工序卡片 產(chǎn) 品 型 號 零件圖號 01 工序號 1 共 1 頁惠發(fā)特精密機(jī) 械有限公司 產(chǎn) 品 名 稱 鋁合金 缸 筒 零件名稱 減震 器 工序名稱 鉆 孔 第 1 頁 材 料 牌號 名稱 硬 度 ZAlSi9M g 鋁合金 HBS70 毛坯 種類 毛坯外 形尺寸 每毛坯 可制造 件數(shù) 鑄造 ?50×300 1 設(shè)備 名稱 設(shè)備 型號 同時加 工件數(shù) 專用 鉆床 1 工步 號 共步 內(nèi)容 刀具 量具 走刀 長度 走刀 次數(shù) 主軸 轉(zhuǎn)速 切削 速度 進(jìn)給量 背 吃 刀 量 工步工 時 雙頭鉆擴(kuò)鉸專機(jī)設(shè)計(jì)—專機(jī)總體設(shè)計(jì)，主軸箱設(shè)計(jì) 11 1 兩端 面鉆 孔 專用 鉆頭 游標(biāo) 卡尺 29/14 1 1000 21 0.35 0.6 2 鉆深 孔 專用鉆頭 游標(biāo)卡尺 248 1 2080 1.5 1 編制 校 對 審 核 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 2.2 專機(jī)總體設(shè)計(jì) 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)為摩托車減震器，為了簡化課