变速箱体两侧面孔攻丝组合机床设计

目录
第一章绪论
1.1组合机床简介第2页
1.2综述第3页
1.3 研究本课题的指导思想及要达到的目标第7页
第二章组合机床设计方案
2.1组合机床的设计步骤第7页
2.2减速箱箱体制造工艺的确定第7页2.3减速箱箱体两侧面攻丝工艺方案的确定第8页
第三章组合机床多轴箱设计
3.1通用多轴箱设计第14页
第四章组合机床夹具体设计
4.1 定位与支承系统第18页
4.2 夹紧机构第19页
第五章小结第20页
第六章致谢第21页
第七章参考文献第22页
附：调研报告第24页
变速箱体两侧面孔攻丝组合机床设计
第一章绪论
1.1 组合机床简介
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。

组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。

加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。

有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。

二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。

铣削平面的平面度可达0.05毫米／1000毫米，表面粗糙度可低达2.5～0.63微米；镗孔精度可达IT7～6级，孔距精度可达O.03～O.02微米。

专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。

在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。

最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。

初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。

为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。

通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。

动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。

主要有动力箱、切削头和动力滑台。

支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、
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中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。

输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。

控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。

辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。

为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。

这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。

组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。

组合机床具有特定功能，按标准化、系列化、通用化原则设计、制造。

对于此项目，在研究设计过程中，着重解决以下几个方面的问题：
（1）在研究确定合理的加工工艺方案的前提下，确定该专机的总体设计布局，要求具有经济上的可行性；
（2）根据收集的资料和实地的调研考察，确定机床的配置型式及结构方案，并提出影响机床总体总体布局和技术性能的主要部件的结构方案；
（3）详细计算论证，确定总体设计——绘制三图一卡及多轴箱、夹具设计；
1.2 综述
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10?731万元，生产加工中心118台，产值4?601万元；2001年生产数控机床685台，产值17?969万元，生产加工中心129台，产值5?760万元；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。

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
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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。

现代组合机床作为机电一体化产品，它是控制、驱动、测量、监控、刀具和机械组件等技术的综合反映。

近20年来，这些技术有长足进步，同时作为组合机床主要用户的汽车和内燃机等行业也有很大的变化，其产品市场寿命不断缩短，品种日益增多且质量不断提高。

这些因素有力地推动和激励了组合机床技术的不断发展。

近20年来，组合机床技术取得了长足进步，在加工精度、生产效率、利用率、柔性化和综合自动化等方面的巨大进步，标志着组合机床技术发展达到的高水平。

组合机床的技术发展，刀具、控制和其它相关技术的进步以及用户需求变化起着重要的推动作用，其中，特别是CNC控制技术对组合机床结构的变革及其柔性化起着决定性作用。

1. 组合机床品种的发展重点
在组合机床这类专用机床中，回转式多工位组合机床和自动线占有很重要的地位。

因为这两类机床可以把工件的许多加工工序分配到多个加工工位上，并同时能从多个方向对工件的几个面进行加工，此外，还可以通过转位夹具(在回转工作台机床上)或通过转位、翻转装置(在自动线上)实现工件的五面加工或全部加工，因而具有很高的自动化程度和生产效率，被汽车、摩托车和压缩机等工业部门所采用。

2.自动线节拍时间进一步缩短
目前，以大批量生产为特征的轿车和轻型载货车，其发动机的年产量通常为60万台左右，实现这样大的批量生产，回转式多工位组合机床和自动线在三班运行的情况下，其节拍时间一般为20～30秒，当零件生产批量更大时，机床的节拍时间还要更短些。

在70年代，自动线要实现这样短的节拍，往往要采用并列的双工位或设置双线的办法，即对决定自动线节拍的、工序时间最长的加工工序要通过并联两个相同的加工工位，如果限制性工序较多时，则通过采用两条相同的自动线来平衡自动线系统的加工节拍。

显然，这样就要增加设备投资和作业面积.自动线的短节拍，主要是通过缩短基本时间和辅助时间来实现的。

3. 组合机床柔性化进展迅速十多年来，作为组合机床重要用户的汽车工业，为迎合人们个性化需求，汽车变型品种日益增多，以多品种展开竞争已成为汽车市场竞争的特点之一，这使组合机床制造业面临着变型多品种生产的挑战。

为适应多品种生产，传统以加工单一品种的刚性组合机床和自动线必须提高其柔性。

在70年代，数控系统的可靠性有了很大的提高，故到70年代末和80年代初，像Alfing、Hüller-Hille 和Ex-cell-o等公司相继开发出数控加工模块和柔性自动线(FTL)，从此数控组合机床和柔性自动线逐年增多。

近十年来，组合机床的数控化发展是十分迅速的。

应指出，进入90年代以来，汽车市场竞争更趋激烈，产品市场寿命进一步缩短，新车型的开发周期日益缩短(目前一般为35个月)，汽车品种不断增多，因而汽车工业对柔性自动化技术装备的需求量日益增多。

组合机床及其自动线在保持其高生产效率的条件下，进一步提高其柔性就愈来愈具有重要意义。

组合机床的柔性化主要是通过采用数控技术来实现的。

开发柔性组合机床和柔性自动线的重要前提是开发数控加工模块，而有着较长发展历史的加工中心技术为开发数控加工模块提供了成熟的经验。

由数控加工模块组成的柔性组合机床和柔性自动线，可通过应用和改变数控程序来实现自动换刀、自动更换多轴箱和改变加工行程、工作循环、
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切削参数以及加工位置等，以适应变型品种的加工。

组合机床自动线柔性化的迅速发展和节拍时间的日益缩短，充分显示了CNC 技术和刀具技术给组合机床自动线带来的巨大技术进步，使柔性自动线在多品种、大批量生产中成为重要的技术装备。

但在这里必须指出，在组合机床和自动线实现柔性化发展的同时，加工中心高速化发展异常迅速。

90年代初，由这类高速加工中心组成的柔性生产线进入大批量生产领域，出现了加工中心与自动线竞争的局面。

4. 加工精度日益提高
特别自80年代中期以来，汽车制造业为增强其汽车的竞争力，不断地加严其发动机关键件的制造公差，并通过计算机辅助测量和分析方法，以及通过设备能力检验来提高其产品的质量。

组合机床制造厂为了满足用户对工件加工精度的高要求，除了进一步提高主轴部件、镗杆、夹具(包括镗模)的精度，采用新的专用刀具，优化切削工艺过程，采用刀具尺寸测量控制系统和控制机床及工件的热变形等一系列措施外，目前，空心工具锥柄(HSK)和过程统计质量控制(SPC)的应用已成为自动线提高和监控加工精度的新的重要技术手段。

5. 综合自动化程度日益提高
近十年来，为进一步提高工件的加工精度和减少工件在生产过程中的中间储存、搬运以及缩短生产流程时间，将工件加工流程中的一些非切削加工工序(如工序间的清洗、测量、装配和试漏等)集成到自动线或自动线组成的生产系统中，以实现工件加工、表面处理、测量和装配等工序的综合自动化。

当今，鉴于我们人类赖以生存的环境日益受到工业污染的破坏，环境保护已引起人们的普遍重视。

近年来，国内外越来越关注工业清洗对环境的污染。

这就促使许多工业部门的零件清洗转向应用水剂清洗(采用酸性、中性或碱性清洗液，清洗液中主要含有磷酸盐、活性剂和络合剂等)，这种水剂清洗主要根据工件清洗质量要求而采用喷淋(分散清洗)和浸渍(集中清洗)两种工艺。

近几年来，由于自动线节拍时间的日益缩短、被测工件的精度要求越来越高以及测量又要在生产条件下进行，因此，自动测量系统不仅要具有很高的工作速度和很高的工作精度，并且要具有较强的抗环境干扰(如切屑、尘埃、冷却液蒸汽、油液、振动和温度等)能力或测量系统具有对某些干扰量能进行自动补偿的性能。

在自动线上，自动测量可分为加工前测量和加工后测量。

加工前测量是在工件加工前通过测量以确定工件的特征，并利用测量结果来调整刀具相对于工件待加工部位的位置，然后进行相应的加工。

例如，在铣削缸盖底平面时，为确保各燃烧室至底平面的深度尺寸偏差为最小(这一偏差直接影响到发动机性能)，故采用了测量控制的铣削方法。

铣削前，缸盖在随行夹具中找正和夹紧，接着采用多个气动测量头测出各燃烧室的深度，由最大值和最小值求出平均值，然后利用该值通过相应的控制来调整铣头相对于工件的位置再进行铣削。

装配在主体工件的加工过程中，有的需要将个别零件装配到主体件上后再继续进行加工。

在现代化生产中，已普遍地将这类工序间装配集成到自动线或自动线组成的生产系统中。

例如，缸体的瓦盖装配、缸盖的进排气阀座及导管装配和缸体、缸盖的堵片装配等。

6. 自动线可靠性和利用率不断改善和提高
自动线的经济性只有在其进行连续生产的情况下才有可能实现。

为提高自动线加工过程的可靠性、利用率和工件的加工质量，目前在自动线上愈来愈多的采用过程监控，对其各组成设备的功能、加工过程和工件加工质量进行监控，以便快速识别故障、快速进行
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故障诊断和早期预报加工偏差，使操作人员和维修人员能及时地进行干预，以缩短设备调试周期、减少设备停机时间和避免加工质量偏差。

显然，提高自动线的利用率和工件加工质量是生产控制和监控的主要目的。

从目前自动线生产控制和监控的内容看，生产控制和监控系统基本上是由质量监控系统、自动线运行控制与监控系统和刀具监控系统这几个部分组成的。

近年来，质量监控已日益成为现代自动线生产监控的重要一环。

这主要是由于汽车工业不断提高发动机质量的缘故。

各汽车制造厂普遍要求将零件的设计公差带压缩1/3～1/2作为工序公差，对机床能力系数提出了很高的要求。

为此，自动线制造厂为确保设备具有稳定的加工质量，已日益重视应用SPC对自动线的生产过程进行连续监控，对加工质量偏差的趋向进行早期预报，以便把工件的加工公差始终控制在预定的范围内。

现代自动线的过程控制和监控不仅包含对变得愈来愈复杂的自动线的过程控制和对所有终点开关、电动机保护开关、节拍时间、冷却和润滑液的供给以及液压、气动功能等进行监控和诊断，而且还包括对刀具耐用度、设备维修间隔和工件计数等进行管理，并通过一些直观的过程图形显示、操作指引、故障报警和诊断指示，使操作人员更便于监控整个自动线的生产过程。

80年代末，在自动线的故障诊断技术中出现的一种基于知识的故障诊断技术，可对自动线运行中产生的所有故障进行诊断(而不是局限于诊断最常出现的故障)，确定故障部位及其原因，这为迅速排除故障赢得了时间，从而显著地缩短自动线的调试时间和停机时间。

当前，自动线的控制技术已由集中控制方式转向分散控制方式。

根据对这种新的控制模式的研究表明，采用分散控制系统要比采用集中控制系统可节省费用5%。

这主要是由于分散控制系统可减少电缆敷设费用(采用总线系统)、减少电气保养维修费(由于提高了透明度)、省去控制柜台架(分散控制系统的控制柜直接设置在自动线的加工工位上)和无需设置集中冷却装置等。

此外，这种分散控制系统由于总体配置简单，有利于加快自动线的投入运行，并由于一目了然的结构配置，在产生故障时很容易确定故障的部位。

最后，分散控制系统的模块化和标准化也有利于降低成本和提高透明度。

7. 其它技术的应用动向
组合机床设计普及CAD技术在国外许多公司中，组合机床设计已普遍采用CAD工作站，在设计室几乎很难见到传统的绘图板。

CAD除应用于绘图工作外，并在构件的刚度分析(有限元方法)、组合机床及自动线设计方案比较和选择，以及方案报价等方面均已得到广泛应用，从而显著地提高了设计质量和缩短了设计周期。

加之国外许多公司在组合机床和自动线组成模块方面的系列化和通用化程度很高(一般达90%以上)，使组合机床和自动线的交货期进一步缩短。

精益生产方式的重要内容之一是并行工程。

根据并行工程的组织原则，要求在产品开发的各个环节中，所有各相关的设计和制造活动之间按时间并行地进行密切合作和协调。

也就是要求产品开发部门、生产规划部门和设备制造厂之间进行紧密合作，对要设计的产品和加工装备同时进行规划和设计，及早地发现和改正产品(工件)可能存在的错误，并尽早确定主要的生产工艺装备，从而达到改进产品设计和制造工艺、缩短产品开发周期、降低制造费用、提高产品质量和工艺装备质量的目的。

从并行工程的基本思想看，这一方法似乎也不是新发明。

因为在通常设计组合机床时，同样要求组合机床制造厂与用户之间进行密切合作，以便使专用设备能更好地满足用户的各种要求。

但是，并行工程同这种做法有着本质上的不同。

众所周知，组合机床制造厂总是根据用户提供的工件图纸和样件来进行专用设备的设计的，在工作环节上是一种按顺序
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进行的作业。

而并行工程则突破了这种上下道作业的工作程序，它要求通过装备制造部门早期介入用户产品的规划和设计，在产品设计部门考虑其结构和功能时，能协同考虑产品的加工和装配工艺(以制造工艺和装配工艺带动设计)，从而加速产品开发，同时达到降低制造费用和提高产品质量的目的。

在国外，近十年来，很多汽车制造厂都在积极推行并行工程，并有不少组合机床制造厂与汽车厂密切合作应用这一方法来加速专用装备的设计制造。

应用并行工程分别为一些汽车厂设计制造了众多的缸体、缸盖和变速箱体等加工自动线，取得了较好的技术经济效益。

8. 结束语
近20年来，组合机床自动线技术取得了长足进步，自动线在加工精度、生产效率、利用率、柔性化和综合自动化等方面的巨大进步，标志着组合机床自动线技术发展达到的高水平。

自动线的技术发展，刀具、控制和其它相关技术的进步以及用户需求变化起着重要的推动作用，其中，特别是CNC控制技术对自动线结构的变革及其柔性化起着决定性作用。

随着市场需求的变化，柔性将愈来愈成为决择设备的重要因素。

因此，自动线将面临由高速加工中心组成的FMS的激烈竞争。

1.3 研究本课题的指导思想及要达到的目标
在完成了大学阶段的课程学习之后，为了巩固和深入的学习理论知识，系统地掌握并运用这些知识，全面提高我们自身的综合素质，为以后踏上工作岗位，游刃有余的完成各项工作做好准备。

通过本次毕业设计，我在辅导老师和周围人的帮助下认真的完成本次毕业设计课题，在保证完成任务的前提下还有一定的质量水准。

让我实际操作设计组合机床，亲自体会作为工程技术人员，作为一名工程师应具有的理论知识、专业素养及实际动手操作能力，力争做一名合格的工科工程师人员！
第二章确定组合机床设计方案
2.1 组合机床的设计步骤
一. 拟订方案阶段
指定工艺方案是设计组合机床最重要的一步。

工艺方案制定得好与否，将决定机床能否达到“体积小，重量轻，结构简单，使用方便，效率高，质量好”的要求。

为了使工艺方案制定得合理，先进，必须从认真分析被加工零件图纸开始，深入现场了解被加工零件的结构特点，加工部位，尺寸精度，表面粗糙度和技术要求，定位夹紧方式，工艺方法和加工过程中所采用的刀具，辅具，切削用量及生产率等，分析其优缺点总结设计制造使用单位和操作者丰富的实践经验，以求理论紧密联系实际，从而确定零件在组合机床上完成的工艺内容及方法，决定刀具种类，结构类型，数量及切削用量等。

二．技术设计阶段
根据已确定的工艺和结构方案，按照加工示意图和机床联系尺寸图等开展部件设计，绘制多轴箱，夹具等装配图。

三．工作设计阶段
（1）绘制机床联系尺寸总图。

（2）编制机床说明书，制定机床精度检验，调整，试车规范等有关验收标准。

2.2 制造工艺的确定
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