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畢業(yè)設(shè)計
開題論證報告
專 業(yè) 機械制造及其自動化
學(xué)生姓名 張 金 浩
班 級 BD機制042
學(xué) 號 0420110233
指導(dǎo)教師 惠 學(xué) 芹
完成日期 2008年4月5日
課題名稱：基于三維的柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體及夾具設(shè)計
一、課題來源、課題研究的主要內(nèi)容及國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述
1.課題來源
本課題出自鹽城市江動集團柴油機氣缸體配設(shè)計。產(chǎn)品名稱：ZH1105W柴油機，工
件材料：HT250，硬度190~240HBS。本次設(shè)計目的：基于提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)率，設(shè)計一臺組合機床來滿足其要求。本次設(shè)計我主要擔(dān)任柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體及夾具設(shè)計工作。
2.課題研究的主要內(nèi)容
組合機床是根據(jù)工件加工需要,以大量通用部件為基礎(chǔ),配以少量專用部件組成的一種高效的專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方法，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計]和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用來組成自動生產(chǎn)線。
組合機床一般用于加工箱體類或特殊形式的零件。加工時，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進給運動來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削端面、切削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工圓和端面等。二十世紀70年代以來，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補償技術(shù)的發(fā)展，組合機床的加工精度也有所提高。
專用機床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機床中某些部件因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機床。最早的組合機床是1908年在美國制成的，用于加工汽車零件。
組合機床的設(shè)計，目前基本上有兩種方式：其一，是根據(jù)具體加工對象的特征進行專門設(shè)計，這是當(dāng)前最普遍的做法。其二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人和技術(shù)人員總結(jié)出生產(chǎn)和使用組合機床的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)組合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設(shè)計成通用部件，而且一些行業(yè)在完成一定工藝范圍內(nèi)的組合機床是極其相似的，有可能設(shè)計為通用機床，這種機床稱為“專能組合機床”。這種組合機床不需要每次按具體加工對象進行專門設(shè)計和生產(chǎn)，而是設(shè)計成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工零件的具體需要，配以簡單的夾具及刀具，即可組成加工一定對象的高效率設(shè)備。
為了使組合機床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技術(shù)，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺組合機床上加工，以提高機床的利用率。
組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。
3.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
對拖拉機行業(yè)來講,在成功地解決了大批量生產(chǎn)的問題之后,還必須解決多品種生產(chǎn)問題。大批量生產(chǎn)采用的設(shè)備是組合機床及其自動線,它是專用于大批量機械產(chǎn)品生產(chǎn)的高效自動化設(shè)備,是汽車、拖拉機、內(nèi)燃機等工業(yè)不可替代的主要加工設(shè)備。近年來隨著數(shù)控技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)等的發(fā)展,為適應(yīng)市場要求,組合機床的機械結(jié)構(gòu)和制系統(tǒng)也發(fā)生了巨大的變化。其主要特點就是在傳統(tǒng)的剛性組合機床生產(chǎn)線上出現(xiàn)了柔性化的發(fā)展趨勢。為適應(yīng)20 世紀90 年代以來拖拉機行業(yè)市場競爭更趨激烈、產(chǎn)品市場壽命進一步降低、新產(chǎn)品的開發(fā)周期日益縮短的要求,我公司在上新產(chǎn)品的決策中,就決定研制具有柔性的組合機床生產(chǎn)線。例如,目前我公司正在進行中等功率拖拉機批量生產(chǎn)的生產(chǎn)準備工作,其后橋殼體和傳動箱殼體是關(guān)鍵零件。如何使后橋殼體生產(chǎn)線和傳動箱殼體生產(chǎn)線具有較大的柔性,使其不但可加工現(xiàn)有品種,而且還適應(yīng)未來新型中等功率拖拉機的生產(chǎn),是生產(chǎn)線方案論證的焦點。若采用傳統(tǒng)的剛性組合機床生產(chǎn)線來加工,則只能是一個品種一條線,不但會加大投資、浪費資源、使加工能力過剩,而且無法滿足新的變型產(chǎn)品出現(xiàn)時對加工設(shè)備的要求。而采用加工中心和通用數(shù)控機床所組成的生產(chǎn)線,則投資大且無法滿足大批量的生產(chǎn)綱領(lǐng)要求。采用數(shù)控組合機床生產(chǎn)線,投資少、柔性好。它不但能滿足現(xiàn)有品種的加工制造并可為新的變型品種的加工留有余地,可通過更換主軸箱、改變數(shù)控加工程序等方式,來滿足變型產(chǎn)品的加工。
數(shù)控組合機床的出現(xiàn),不僅完全改變了過去那種由繼電器電路組成的組合機床的控制系統(tǒng),而且也使組合機床機械結(jié)構(gòu)乃至通用部件標準發(fā)生了或正在發(fā)生著巨大的變化。組合機床及其自動線的數(shù)控化,使得傳統(tǒng)的專用機床和通用機床的界限變模糊起來,以至于在組合機床這種傳統(tǒng)意義上的專用機床領(lǐng)域內(nèi),也出現(xiàn)了“組合機床柔性化”的提法和實踐。傳統(tǒng)意義上的組合機床剛性自動線和生產(chǎn)線,也具有了一定的柔性。
實現(xiàn)柔性化應(yīng)解決的關(guān)鍵問題：顯然,采用數(shù)控機床和加工中心來取代剛性組合機床生產(chǎn)線并實現(xiàn)柔性,是不符合我國國情的。我們認為,采用以數(shù)控組合機床為主、并配以經(jīng)濟型加工中心和經(jīng)濟型數(shù)控機床來組成生產(chǎn)線,是目前國內(nèi)實現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化較經(jīng)濟的方案。發(fā)展柔性組合機床生產(chǎn)線必須解決以下關(guān)鍵問題:1.研制數(shù)控組合機床通用部件2.研制經(jīng)濟型加工中心3.普通機床的數(shù)控改造。
二、本課題擬解決的問題
設(shè)計一臺加工柴油機氣缸體水箱面、油底殼面和后蓋板面孔系的鉆削組合機床，具體進行總體設(shè)計和夾具設(shè)計。主要內(nèi)容有：
1． 總體設(shè)計
1） 制定工藝方案，確定機床配置型式及結(jié)構(gòu)方案。
2） 三圖一卡設(shè)計，包括：
(a) 被加工零件工序圖， (b) 加工示意圖， (c) 機床聯(lián)系尺寸圖，
(d) 生產(chǎn)率計算卡， (e) 有關(guān)設(shè)計計算、校核。
2． 夾具設(shè)計
(a) 夾具三維造型設(shè)計及裝配圖的繪制
(b) 夾具零件圖
(c) 有關(guān)計算、校核等。
本設(shè)計主要解決的是對ZH1105W機體上、下、后三個面上的孔多工序加工中，即要保證孔的位置精度，又要提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度等諸多問題。夾具部分的設(shè)計是我的重點一項，首先，在完成對組合機床的總體設(shè)計并繪制出“三圖一卡”的基礎(chǔ)上，繪制夾具設(shè)計的裝配圖；夾具設(shè)計是組合機床設(shè)計中的重要部分，夾具設(shè)計的合理與否，直接影響到被加工零件的加工精度等參數(shù)。首先確定工件的定位方式，然后進行誤差分析，確定夾緊方式，夾緊力的計算，對夾具的主要零件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。在夾具設(shè)計中，設(shè)計的主要思路是盡量避免手動夾緊盡量使用液壓夾緊方式，這樣設(shè)計主要優(yōu)點是：液壓油油壓高、傳動力大，在產(chǎn)生同樣原始作用力的情況下，液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸比氣壓小了許多，液壓油的不可壓縮性可使夾具剛度高，工作平穩(wěn)、可靠，液壓傳動噪聲小，勞動條件比氣壓的好。解決了手動夾緊時夾緊力不一致、誤差大、精度低、工人勞動強度大等缺點。
生產(chǎn)綱領(lǐng)：4萬件/年，兩班制。
三、解決方案及預(yù)期效果
1.總體設(shè)計方案
機床的選擇有臥式和立式兩種，在鉆削上、下面的時候考慮的安裝時工件的尺寸、形狀、材料等，確定選用臥式雙面鉆削組合機床。其優(yōu)點是加工和裝配工藝性好，無漏油現(xiàn)象；同時，安裝、調(diào)試與運輸也都比較方便；而且，機床重心較低，有利于減小振動。
2.定位方式
在夾具中的定位是指同一皮工件中任何一個，在夾具中按定位要求與定位元件相接觸或配合，都能使其占有正確的過程。對大件工件來說選擇越簡單的定位元件就越快的進行加工，即選擇“一面兩銷”的定位方法是最好的了。
3.滑臺形式的選擇
組合機床滑臺常采用的是機械滑臺和液壓滑臺，機械滑臺具有如下優(yōu)點：進給量穩(wěn)定，慢速無爬行，高速無振動，可以降低加工工件的表面粗糙度；具有較好的沖擊能力，繼續(xù)銑削、鉆頭鉆通孔將要出口時，不會因沖擊而損壞刀具；運行安全可靠，易發(fā)現(xiàn)故障，調(diào)整維修方便；沒有液壓驅(qū)動的管路、泄漏、噪聲和液壓站占地的問題。機械滑臺也有其弊端，如：只能有級變速，變速比較麻煩；一般沒有可靠的保護；快進轉(zhuǎn)工進時，轉(zhuǎn)換位置精度較低。液壓滑臺弊端，如：進給量由于載荷的變化和溫度的影響而不夠穩(wěn)定；液壓系統(tǒng)漏油影響工作環(huán)境，浪費能源；調(diào)整維修比較麻煩。本課題的加工對象是ZH1105W柴油機機體，鉆上、下、后三面上的孔，位置精度和尺寸精度要求較高，剛度高、熱變形小、進給穩(wěn)定性高，因此采用精密級機械滑臺。
4.夾具的設(shè)計
5.1確定夾具輪廓尺寸
主要確定夾具底座的長、寬、高尺寸。 工件的輪廓尺寸和形狀是確定夾具底座輪廓尺寸的基本依據(jù)。具體要考慮布置工件的定位、限位、夾緊機構(gòu)、刀具導(dǎo)向裝置以及夾具底座排屑和安裝等方面的空間和面積需要。 夾具底座的高度尺寸，一方面要保證其有足夠的高度，同時考慮機床的裝料高度、排屑的方便性和便于設(shè)置定位、夾緊機構(gòu)。
夾具體采用鑄造的箱體結(jié)構(gòu)，各邊保證一定的厚度，保證有足夠的支承力，支承夾具、工件、氣缸夾緊力。同時還有足夠的剛性，鉆加工時不會引起夾具的歪斜和工件誤差的加大。夾具體和機床通過螺栓和定位銷定位和固定機床夾具的組成。
5.2設(shè)計步驟
(1) 機體孔的工藝分析，
(2) 夾緊方案的分析，
(3) 夾緊力的確定與計算
(4) 定位元件的設(shè)計，
(5) 定位誤差的計算，
(6) 導(dǎo)向裝置的選擇，
(7) 夾具體的設(shè)計，
(8) 其它元件的設(shè)計，
(9) 夾具的精度分析
6.預(yù)期效果
滿足預(yù)期要求，保證了加工精度和效率。運作平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便。
四、課題進度安排
3月10日～3月22日．畢業(yè)實習(xí)階段。
畢業(yè)實習(xí)，查閱資料，到多個公司實踐，撰寫實習(xí)報告。
3月23日～4月5日．開題階段。
提出總體設(shè)計方案及草圖，填寫開題報告。
4月6日～5月14日． 設(shè)計初稿階段。
完成總體設(shè)計圖、部件圖、零件圖。
5月15日～5月31日． 中期工作階段。
完善設(shè)計圖紙，編寫畢業(yè)設(shè)計說明書，中期檢查。
6月1日～6月4日．畢業(yè)設(shè)計預(yù)答辯。
6月5日～6月12日．畢業(yè)設(shè)計整改。
圖紙修改、設(shè)計說明書修改、定稿，材料復(fù)查。
6月13日～6月15日．畢業(yè)設(shè)計材料評閱。
6月16日～6月18日．畢業(yè)答辯。
6月19日～6月21日．材料整理裝袋。
五、指導(dǎo)教師意見
簽名
年 月 日
六、專業(yè)系意見
簽名
年 月 日
七、學(xué)院意見
簽名
年 月 日
5