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畢業(yè)設(shè)計(jì)
開(kāi)題論證報(bào)告
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名 張 金 浩
班 級(jí) BD機(jī)制042
學(xué) 號(hào) 0420110233
指導(dǎo)教師 惠 學(xué) 芹
完成日期 2008年4月5日
課題名稱(chēng)：基于三維的柴油機(jī)氣缸體三面鉆削組合機(jī)床總體及夾具設(shè)計(jì)
一、課題來(lái)源、課題研究的主要內(nèi)容及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀綜述
1.課題來(lái)源
本課題出自鹽城市江動(dòng)集團(tuán)柴油機(jī)氣缸體配設(shè)計(jì)。產(chǎn)品名稱(chēng)：ZH1105W柴油機(jī)，工
件材料：HT250，硬度190~240HBS。本次設(shè)計(jì)目的：基于提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)率，設(shè)計(jì)一臺(tái)組合機(jī)床來(lái)滿(mǎn)足其要求。本次設(shè)計(jì)我主要擔(dān)任柴油機(jī)氣缸體三面鉆削組合機(jī)床總體及夾具設(shè)計(jì)工作。
2.課題研究的主要內(nèi)容
組合機(jī)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(zhuān)用部件組成的一種高效的專(zhuān)用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方法，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)]和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用來(lái)組成自動(dòng)生產(chǎn)線。
組合機(jī)床一般用于加工箱體類(lèi)或特殊形式的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)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(jì)70年代以來(lái)，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動(dòng)檢測(cè)和刀具自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。
專(zhuān)用機(jī)床是隨著汽車(chē)工業(yè)的興起而發(fā)展起來(lái)的。在專(zhuān)用機(jī)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(jī)床。最早的組合機(jī)床是1908年在美國(guó)制成的，用于加工汽車(chē)零件。
組合機(jī)床的設(shè)計(jì)，目前基本上有兩種方式：其一，是根據(jù)具體加工對(duì)象的特征進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，這是當(dāng)前最普遍的做法。其二，隨著組合機(jī)床在我國(guó)機(jī)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(jī)床的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)組合機(jī)床不僅在其組成部件方面有共性，可設(shè)計(jì)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(jī)床是極其相似的，有可能設(shè)計(jì)為通用機(jī)床，這種機(jī)床稱(chēng)為“專(zhuān)能組合機(jī)床”。這種組合機(jī)床不需要每次按具體加工對(duì)象進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，而是設(shè)計(jì)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(jiǎn)單的夾具及刀具，即可組成加工一定對(duì)象的高效率設(shè)備。
為了使組合機(jī)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(tái)組合機(jī)床上加工，以提高機(jī)床的利用率。
組合機(jī)床未來(lái)的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡(jiǎn)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(dòng)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
對(duì)拖拉機(jī)行業(yè)來(lái)講,在成功地解決了大批量生產(chǎn)的問(wèn)題之后,還必須解決多品種生產(chǎn)問(wèn)題。大批量生產(chǎn)采用的設(shè)備是組合機(jī)床及其自動(dòng)線,它是專(zhuān)用于大批量機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的高效自動(dòng)化設(shè)備,是汽車(chē)、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等工業(yè)不可替代的主要加工設(shè)備。近年來(lái)隨著數(shù)控技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展,為適應(yīng)市場(chǎng)要求,組合機(jī)床的機(jī)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(diǎn)就是在傳統(tǒng)的剛性組合機(jī)床生產(chǎn)線上出現(xiàn)了柔性化的發(fā)展趨勢(shì)。為適應(yīng)20 世紀(jì)90 年代以來(lái)拖拉機(jī)行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更趨激烈、產(chǎn)品市場(chǎng)壽命進(jìn)一步降低、新產(chǎn)品的開(kāi)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(jī)床生產(chǎn)線。例如,目前我公司正在進(jìn)行中等功率拖拉機(jī)批量生產(chǎn)的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作,其后橋殼體和傳動(dòng)箱殼體是關(guān)鍵零件。如何使后橋殼體生產(chǎn)線和傳動(dòng)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(lái)新型中等功率拖拉機(jī)的生產(chǎn),是生產(chǎn)線方案論證的焦點(diǎn)。若采用傳統(tǒng)的剛性組合機(jī)床生產(chǎn)線來(lái)加工,則只能是一個(gè)品種一條線,不但會(huì)加大投資、浪費(fèi)資源、使加工能力過(guò)剩,而且無(wú)法滿(mǎn)足新的變型產(chǎn)品出現(xiàn)時(shí)對(duì)加工設(shè)備的要求。而采用加工中心和通用數(shù)控機(jī)床所組成的生產(chǎn)線,則投資大且無(wú)法滿(mǎn)足大批量的生產(chǎn)綱領(lǐng)要求。采用數(shù)控組合機(jī)床生產(chǎn)線,投資少、柔性好。它不但能滿(mǎn)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(guò)更換主軸箱、改變數(shù)控加工程序等方式,來(lái)滿(mǎn)足變型產(chǎn)品的加工。
數(shù)控組合機(jī)床的出現(xiàn),不僅完全改變了過(guò)去那種由繼電器電路組成的組合機(jī)床的控制系統(tǒng),而且也使組合機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)乃至通用部件標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了或正在發(fā)生著巨大的變化。組合機(jī)床及其自動(dòng)線的數(shù)控化,使得傳統(tǒng)的專(zhuān)用機(jī)床和通用機(jī)床的界限變模糊起來(lái),以至于在組合機(jī)床這種傳統(tǒng)意義上的專(zhuān)用機(jī)床領(lǐng)域內(nèi),也出現(xiàn)了“組合機(jī)床柔性化”的提法和實(shí)踐。傳統(tǒng)意義上的組合機(jī)床剛性自動(dòng)線和生產(chǎn)線,也具有了一定的柔性。
實(shí)現(xiàn)柔性化應(yīng)解決的關(guān)鍵問(wèn)題：顯然,采用數(shù)控機(jī)床和加工中心來(lái)取代剛性組合機(jī)床生產(chǎn)線并實(shí)現(xiàn)柔性,是不符合我國(guó)國(guó)情的。我們認(rèn)為,采用以數(shù)控組合機(jī)床為主、并配以經(jīng)濟(jì)型加工中心和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來(lái)組成生產(chǎn)線,是目前國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化較經(jīng)濟(jì)的方案。發(fā)展柔性組合機(jī)床生產(chǎn)線必須解決以下關(guān)鍵問(wèn)題:1.研制數(shù)控組合機(jī)床通用部件2.研制經(jīng)濟(jì)型加工中心3.普通機(jī)床的數(shù)控改造。
二、本課題擬解決的問(wèn)題
設(shè)計(jì)一臺(tái)加工柴油機(jī)氣缸體水箱面、油底殼面和后蓋板面孔系的鉆削組合機(jī)床，具體進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和夾具設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容有：
1． 總體設(shè)計(jì)
1） 制定工藝方案，確定機(jī)床配置型式及結(jié)構(gòu)方案。
2） 三圖一卡設(shè)計(jì)，包括：
(a) 被加工零件工序圖， (b) 加工示意圖， (c) 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖，
(d) 生產(chǎn)率計(jì)算卡， (e) 有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算、校核。
2． 夾具設(shè)計(jì)
(a) 夾具三維造型設(shè)計(jì)及裝配圖的繪制
(b) 夾具零件圖
(c) 有關(guān)計(jì)算、校核等。
本設(shè)計(jì)主要解決的是對(duì)ZH1105W機(jī)體上、下、后三個(gè)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(dòng)強(qiáng)度等諸多問(wèn)題。夾具部分的設(shè)計(jì)是我的重點(diǎn)一項(xiàng)，首先，在完成對(duì)組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)并繪制出“三圖一卡”的基礎(chǔ)上，繪制夾具設(shè)計(jì)的裝配圖；夾具設(shè)計(jì)是組合機(jī)床設(shè)計(jì)中的重要部分，夾具設(shè)計(jì)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(jìn)行誤差分析，確定夾緊方式，夾緊力的計(jì)算，對(duì)夾具的主要零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在夾具設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的主要思路是盡量避免手動(dòng)夾緊盡量使用液壓夾緊方式，這樣設(shè)計(jì)主要優(yōu)點(diǎn)是：液壓油油壓高、傳動(dòng)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(dòng)噪聲小，勞動(dòng)條件比氣壓的好。解決了手動(dòng)夾緊時(shí)夾緊力不一致、誤差大、精度低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。
生產(chǎn)綱領(lǐng)：4萬(wàn)件/年，兩班制。
三、解決方案及預(yù)期效果
1.總體設(shè)計(jì)方案
機(jī)床的選擇有臥式和立式兩種，在鉆削上、下面的時(shí)候考慮的安裝時(shí)工件的尺寸、形狀、材料等，確定選用臥式雙面鉆削組合機(jī)床。其優(yōu)點(diǎn)是加工和裝配工藝性好，無(wú)漏油現(xiàn)象；同時(shí)，安裝、調(diào)試與運(yùn)輸也都比較方便；而且，機(jī)床重心較低，有利于減小振動(dòng)。
2.定位方式
在夾具中的定位是指同一皮工件中任何一個(gè)，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(guò)程。對(duì)大件工件來(lái)說(shuō)選擇越簡(jiǎn)單的定位元件就越快的進(jìn)行加工，即選擇“一面兩銷(xiāo)”的定位方法是最好的了。
3.滑臺(tái)形式的選擇
組合機(jī)床滑臺(tái)常采用的是機(jī)械滑臺(tái)和液壓滑臺(tái)，機(jī)械滑臺(tái)具有如下優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)給量穩(wěn)定，慢速無(wú)爬行，高速無(wú)振動(dòng)，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(shí)，不會(huì)因沖擊而損壞刀具；運(yùn)行安全可靠，易發(fā)現(xiàn)故障，調(diào)整維修方便；沒(méi)有液壓驅(qū)動(dòng)的管路、泄漏、噪聲和液壓站占地的問(wèn)題。機(jī)械滑臺(tái)也有其弊端，如：只能有級(jí)變速，變速比較麻煩；一般沒(méi)有可靠的保護(hù)；快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)換位置精度較低。液壓滑臺(tái)弊端，如：進(jìn)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(fèi)能源；調(diào)整維修比較麻煩。本課題的加工對(duì)象是ZH1105W柴油機(jī)機(jī)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(jìn)給穩(wěn)定性高，因此采用精密級(jí)機(jī)械滑臺(tái)。
4.夾具的設(shè)計(jì)
5.1確定夾具輪廓尺寸
主要確定夾具底座的長(zhǎng)、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(jī)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(shí)考慮機(jī)床的裝料高度、排屑的方便性和便于設(shè)置定位、夾緊機(jī)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(shí)還有足夠的剛性，鉆加工時(shí)不會(huì)引起夾具的歪斜和工件誤差的加大。夾具體和機(jī)床通過(guò)螺栓和定位銷(xiāo)定位和固定機(jī)床夾具的組成。
5.2設(shè)計(jì)步驟
(1) 機(jī)體孔的工藝分析，
(2) 夾緊方案的分析，
(3) 夾緊力的確定與計(jì)算
(4) 定位元件的設(shè)計(jì)，
(5) 定位誤差的計(jì)算，
(6) 導(dǎo)向裝置的選擇，
(7) 夾具體的設(shè)計(jì)，
(8) 其它元件的設(shè)計(jì)，
(9) 夾具的精度分析
6.預(yù)期效果
滿(mǎn)足預(yù)期要求，保證了加工精度和效率。運(yùn)作平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便。
四、課題進(jìn)度安排
3月10日～3月22日．畢業(yè)實(shí)習(xí)階段。
畢業(yè)實(shí)習(xí)，查閱資料，到多個(gè)公司實(shí)踐，撰寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告。
3月23日～4月5日．開(kāi)題階段。
提出總體設(shè)計(jì)方案及草圖，填寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。
4月6日～5月14日． 設(shè)計(jì)初稿階段。
完成總體設(shè)計(jì)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(jì)圖紙，編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，中期檢查。
6月1日～6月4日．畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯。
6月5日～6月12日．畢業(yè)設(shè)計(jì)整改。
圖紙修改、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)修改、定稿，材料復(fù)查。
6月13日～6月15日．畢業(yè)設(shè)計(jì)材料評(píng)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(jiàn)
簽名
年 月 日
六、專(zhuān)業(yè)系意見(jiàn)
簽名
年 月 日
七、學(xué)院意見(jiàn)
簽名
年 月 日
6