卧式双面前车架镗孔组合机床总体设计

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目录
中文摘要、关键词 (1)
英文摘要、关键词 (2)
引言 (3)
第1章绪论 (4)
1.1组合机床在国民经济的地位及其发展简史 (4)
1.2组合机床的国内、外现状 (5)
1.2.1国内组合机床的现状 (6)
1.2.2国外组合机床的现状 (9)
1.3本论文的主要内容 (10)
第2章组合机床工艺方案的制定 (12)
2.1前车架的工艺技术分析 (12)
2.1.1零件技术参数 (12)
2.1.2技术要求 (14)
2.1.3生产纲领的分析 (14)
2.2选择定位基面以及确定定位、夹紧方式 (15)
2.2.1统一基准问题 (15)
2.2.2基准重合问题 (18)
2.2.3定位基面及定位方法的选择问题 (18)
2.2.4夹紧力的可靠性问题 (19)
2.3前车架加工工艺路线的分析及制定 (19)
2.3.1工序图的设计及安排 (23)
2.4组合机床配置型式的选择 (23)
第3章组合机床通用部件的选择 (24)
3.1组合机床通用部件的选择依据 (24)
3.1.1切削用量的选择 (24)
3.1.2切削力、扭矩和功率的计算 (24)
3.2组合机床通用部件的选择 (26)
第4章组合机床加工示意图设计 (28)
4.1加工示意图的作用 (28)
4.2加工示意图的内容 (28)
4.3选择刀具、导向结构的选择 (28)
4.3.1选择刀具 (28)
4.3.2导向机构的选择 (29)
4.4组合机床的工作循环图 (29)
4.4.1工作进给长度的确定 (29)
4.4.2快速进给长度的确定 (30)
4.4.3快速退回长度的确定 (30)
第5章组合机床联系尺寸图设计 (32)
5.1机床联系尺寸图作用 (32)
5.2机床联系尺寸图的内容 (32)
5.3绘制机床尺寸联系总图应考虑的主要问题 (32)
5.3.1机床装料高度的确定 (32)
5.3.2夹具轮廓尺寸的确定 (32)
5.3.3中间底座尺寸的确定 (33)
第6章组合机床生产率计算卡设计 (35)
6.1单件时间的计算 (35)
6.2组合机床的机床生产率 (38)
6.3生产率计算卡 (39)
结论 (40)
致谢 (41)
参考文献 (42)
卧式双面前车架镗孔组合机床总体设计
摘要：前车架是车辆、农机具等机械的重要组成部件，它属于壳体类零件，加工孔多，形状结构复杂，精度要求高。

根据前车架壳体的结构和加工要求图，本文主要是完成对前车架五个孔加工组合机床的总体设计并完成“三图一卡”。

根据加工前车架的结构特点，本机床采用专用夹具对零件进行定位和夹紧，在刀具方面，采用复合镗孔刀具；机床选用单工位组合机床，并且采用双面卧式端面加工端头加机械动力滑台结构，对这五个孔同时进行镗孔、刮端面和倒角加工。

该组合机床设计方案实施，较大幅度提高前车架上五孔的加工质量和生产效率，经济和社会效益显著。

而且加工精度也完全能够满足设计要求。

而在直接经济效益方面，节省了大量加工工时。

关键词：多面镗孔组合机床总体设计三图一卡
Overall Design of Horizontal Double-side FrameBoring Modular
Machining Tool
Abstract：The frame is the important components of the vehicle, farm machinery and other machinery. It belongs to the shell type parts, processing hole more complex shapes, high precision. This design task is to design a frame to the previous five different locations on the boring hole to deal with a combination of machine tools and the design of its “three-map one card.”
According to the structure of the front frame processing features, this machine applies special fixture to locate and clamp the parts in the tool, since the size precision and the surface roughness of the processing holes are not accurate, this machine applies the composite boring tools. Also according to processing requirements, the combination of machine use single modular machine tool, and use double-sided horizontal end processing ends and mechanical power slide structure, simultaneous five-hole machining operations.
According to the design，the five holes on the front frame of the processing will get improved quality and production efficiency substantially, besides economic and social benefit. And precision are fully able to meet the design requirements. In the aspect of the direct economic benefits, it can also save a lot of processing time.
Key words: Multidimensional Boring; Machine Tool; Overall Design; Three-map One Card
引言
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%以上，另外组合机床行业工业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交易值等经济技术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，可见行业运行状况良好。

80年代以来，国外组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、工序高度集中、高效多节怕和多功能智能监控。

本课题所设计的组合机床目的是完成前车架镗孔加工。

在经过多次市场调研、与用户交流、在用户现场调研、多次方案的论证和查阅相关技术资料的基础上，决定采用卧式组合机床的配置形式完成前车架镗孔加工的工序。

在此实事求是，精益求精的设计精神基础上，采用此方案一定能保证用户对机床精度和生产节拍的要求。

本方案不同以往传统方案，结构简洁，紧凑，维修方便，节能高效，是在组合机床上完成前车架孔加工的最佳方案。

第1章绪论
1.1机床在国民经济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，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。

在一般机械制造厂中，机床所负担的加工工作量，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生产的，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坯，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。

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，由于高速钢和硬质合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、电气和液压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生产的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使用。

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。

我国的机床工业是在1949年新中国成立后才开始建立起来的。

解放前，由于长期的封锁统治和19世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。

至解放前夕，全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂，制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等；1949年全国机床产量仅1000多台，品种不到10个。

解放后，党和人民政府十分重视机床工业的发展。

在解放初期的三年经济恢复时期，就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂；在随后开始的几个五年计划期间，又陆续扩建、新建了一系列机床厂。

经过50多年的建设，我国机床工业从无到有，从小到大，现在已经成门类比较齐全，具有一定实力的机床工业体系，能生产5000多种机床通用品种，数控机床1500多种；不仅装备了国内的工业，而且每年还有一定数量的机床出口。

我国机床行业的发展是迅速的，成就是巨大的。

但由于起步晚、底子薄，与世界先进水平相比，还有较大差距。

为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要，为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力，必须深入开展机床基础理论研究，加强工艺试验研究，大力开发精密、重型和数控机床，使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列。

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（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，而组合机床也在不断吸取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%以上, 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。

1、行业企业产品结构的变化
组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床行业进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。

从近两年的企业生产情况看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，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》的统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2000年生产数控机床590台，产值10731万元，生产加工中心118台，产值40601万元；2001年生产数控机床685台，产值170969万元，生产加工中心129台，产值50760万元；而2002年，截至9月份，数控机床、加工中心产量、产值已接近2001年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。

2、行业企业体制的快速转变
“九五”后期，在组合机床行业企业的50余家组合机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份制改造，一家企业退出国有转为民营，其余都是国有企业。

而从2001年至今，不到两年的时间里，就先后有十几家企业实行股份制改造，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，转制已势不可挡，“民营经济在经历了从被歧视、被藐视到不可小视和现在的高度重视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。

3、组合机床技术装备现状与发展趋势
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比较大的大中型箱体类和轴类零件（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（清洗机、装配机、综合测量机、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，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。

现仅就近几年大连组合机床研究所研制的组合机床及其自动线对目前我国组合机床及其自动线装备技术的基本情况进行说明。

（1）为某冰箱压缩机厂提供的ZHS-1283冰箱压缩机外支撑八工位回转工作台组合机床，镗孔精度Ø9.097mm±0.004mm, 表面粗糙度Ra0.8μm，节拍时间26s（2件），采用交流伺服滑台，HSK接杆，主轴带中孔冷却液通道，全封闭防护。

（2）ZHS-XU86凸轮轴轴承盖加工自动线是为某汽车公司研制的用于30万辆轿车生产的高精度、高生产率、多品种数控自动线。

该线采用多种先进技术：可控扭矩夹紧扳手、气浮输送、电液比例阀、高精度空心锥柄接杆、高密度材料镗杆、数控精密十字滑台、分布式控制系统与监测系统、故障诊断及显示系统、大流量冷却排屑和全封闭防护系统，节拍38s。

（3）UD80型换刀换箱柔性加工单元。

该单元是一种高效、高精度与高柔性的数控机
床，机床有5个坐标，交换托板尺寸为800mm×800mm，刀库容量60，120，180任选，箱库容量12个，能在一次装夹下完成铣、钻、铰、攻丝、镗孔、镗车等工序的单轴加工和多轴加工，适合中大批量生产规模的箱体零件和成组杂件的加工，也适用于中小批量多品种零件的生产。

（4）为某航空动力机械公司生产的柔性生产线的物流输送系统。

该系统采用了链式摩擦轮滚道、电动滚筒、托盘自动识别、计算机生产调度等技术，可实现被输送零部件的定向、定位、升降、回转，通过编码识别及计算机的生产调度实现无序混流输送等。

上述组合机床代表了目前我国组合机床装备较高的技术水平，但随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高，高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业，因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。

一方面，加强数控技术的应用，提高组合机床产品数控化率；另一方面，进一步发展新型部件，尤其是多坐标部件，使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品种加工的市场需求。

从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。

据专家分析，机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。

该届博览会上展出的加工中心，主轴转速10000～20000r/min，最高进给速度可达20～60m/min；复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。

在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。

多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。

另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。

然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数据；通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。

在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。

4、组合机床行业的发展思考
近两年虽然组合机床行业产销呈现上升趋势，但行业内一些企业同样存在负债经营的情况，主要原因是传统的组合机床产品不能满足用户柔性化、高精度、短周期的市场需求，同时组合机床行业一些企业存在现代化管理水平低、人才流失严重、科研成果不能迅速转
化为生产力等缺陷。

为此提出如下建议。

（1）提高现代化管理水平。

中国加入WTO后，迫切要求企业提高现代化管理水平，进一步深化企业内部改革，建立健全适应市场经济的运行机制，“建立企业的科学的管理体制，做到集权有道、分权有序、授权有章、用权有度的责权利内在统一的有机结合，是提高企业控制力所必须的”。

要彻底改变落后的体制，必须树立全球化经营理念，提高国际市场竞争能力，建立市场快速反应机制，以适应日趋发展的市场需求。

（2）亟待提高企业创新能力。

企业的生存，关键在于产品的生命力。

已步入电子时代的今天，传统的组合机床已经不能适应高速发展的国内外市场需要，这就要求企业必须适应科学技术的飞速发展，建立技术创新体系，推进企业的技术进步，加速向柔性化、数控化、高精度、短周期方向发展，提高组合机床适用范围和市场覆盖面；同时实施名牌战略，争创世界品牌, 加速我国组合机床的发展进程，使我国组合机床行业企业在世界制造领域里立于不败之地。

（3）企业发展、技术创新和管理水平的提高都需要高技术人才。

在全球化经济格局不断明朗的今天，人才争夺战已渗透到各个领域，组合机床行业应适时把握国际大环境，广招高技术人才、高技能工人。

现在企业尤其缺少高技能工人，专家指出，目前我国企业产品平均合格率仅为7成，不良产品每年损失近20000亿元，而其中50%以上系由工人技能不高所致。

因此，建立强大的技术生力军，不断更新知识，更新观念，依靠优秀的高技术人才、高技能工人，加快企业信息化建设，是企业发展的必由之路。

综上所述，组合机床行业企业：一、要开展科技攻关，攻克当前行业企业技术发展上的难题；二、要加强与国外的合资合作，利用和学习国外的先进技术，提高企业的现代化管理水平和技术水平；三、要通过对引进技术的消化吸收进行再创新，发展自己的产品。

通过我们的努力，使我国真正由制造大国变成制造强国。

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。