组合机床毕业设计论文

摘要 (3)
一、绪论 (7)
1.1课题背景 (7)
1.1.1国内组合机床的发展现状 (7)
1.1.2 组合机床的发展趋势 (8)
1.2课题的提出及其意义 (8)
1.3设计任务及其要求 (9)
二、零件分析 (10)
2.1 零件的结构特点及其技术要求 (10)
2.2 零件的生产批量与机床的使用条件 (10)
2.2.1 零件的生产批量 (10)
2.2.2 机床的使用条件 (10)
三、确定组合机床的配置形式和结构方案 (12)
3.1组合机床的组成 (12)
3.2组合机床类型 (13)
3.2.1具有固定夹具的单工位组合机床 (13)
3.2.2具有移动夹具的多工位组合机床 (14)
3.2.3转塔式组合机床 (14)
3.3组合机床的通用部件 (15)
3.3.1通用部件的分类 (15)
3.3.2通用部件的型号、规格及配套关系 (16)
3.3影响因素 (16)
3.3.1加工精度的影响 (16)
3.3.2工件结构状况影响 (17)
3.3.3生产率的影响 (17)
3.3.4现场条件的影响 (17)
四、“三图一卡”的编制 (18)
4.1被加工零件图 (18)
4.2加工示意图 (19)
4.2.1在加工示意图要标注的内容 (19)
4.2.2绘制加工示意图的有关计算 (19)
4.3机床联系尺寸图 (31)
4.3.1选用动力部件 (31)
4.3.2确定装料高度 (33)
4.3.3确定夹具轮廓尺寸 (33)
4.3.4左底座轮廓尺寸 (34)
4.3.5确定多轴箱轮廓尺寸 (34)
4.4生产率计算卡 (36)
Q (37)
4.4.1理想生产率
Q (37)
4.4.2实际生产率1
4.4.3机床负荷率负 (38)
4.4.4生产率计算卡 (38)
五、多轴箱设计 (1)
5.1多轴箱功用及分类 (1)
5.2通用多轴箱的组成 (1)
5.3多轴箱的通用零件 (1)
5.3.1通用箱体类零件 (1)
5.3.2通用轴类零件 (3)
5.4绘制多轴箱原始依据图 (4)
5.4.1确定主轴结构形式及齿轮模数 (5)
5.4.2多轴箱的传动系统设计 (5)
5.4.3矿车轮钻孔组合机床多轴箱传动系统的拟定 (7)
5.5绘制传动系统图 (9)
5.6绘制多轴箱总图 (9)
5.7多轴箱零件设计 (10)
六、夹具的设计 (11)
6．1 机床夹具的概述 (11)
6.1.1机床夹具的组成 (11)
6.1.2机床夹具的类型 (11)
6.2工件结构特点分析 (12)
6.3工件定位方案和定位元件的设计 (12)
6.4夹紧方案和夹紧元件的设计 (12)
6.5夹具体的设计 (18)
6.4定位误差分析计算 (18)
6.5夹具精度分析计算 (19)
6.6 夹具设计及操作的简要说明 (20)
总 结 (21)
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
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1）设计（论文）
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3）其它
摘要
组合机床是以通用部件作为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用主轴箱和夹具，组成的半自动或自动专用机床。

组合机床是一种专用高效自动化技术装备，目前，它是大批量机械产品实现
高效、高质量和经济性生产的关键装备，因而被广泛应用于许多工业生产领域。

在大批量生产的机械工业部门，大量采用的设备是组合机床。

因此，组合机床及
其自动线的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了这些工业部门产品
的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品
的竞争力。

矿车轮在矿山机械技术领域用途极为广泛。

而本题目就包含了这两种
在机械领域都有着重要用途的设备。

矿车轮钻孔组合机床设计是一个复杂的毕业设计。

该零件（矿车轮）结构复
杂，因此零件毛坯采用灰铸铁铸造成形，题目要求设计钻三个M10螺孔
的组合机床。

组合机床设计过程复杂，需要查阅资料很多，所以在设计时尽量使
加工简单，但又不影响加工质量，同时使各工序尽量集中，发挥组合机床的优点，
同时使各种误差减小到最低限度。

关键词：组合机床、夹具、多轴箱、传动轴、三图一卡
一、绪论
1.1课题背景
1.1.1国内组合机床的发展现状
近年来，随着数控技术，电子技术，计算机技术的发展，组合机床的服务对象已经由过去的农用机械，载货汽车向以轿车工业为重点的转移，组合机床行业开展了针对轿车零件关键工艺研究开发的科研攻关，采取引进技术，合作生产和自行开发相结合；组合机床也由过去的刚性组合机床向具有一定柔性，可实现多品种加工方向的变化,先后开发了转塔组合机床,主轴移动式组合机床,自动更换主轴箱式组合机床,同时又应用数控技术发展了三坐标加工单元等数控组合机床,把纯刚性的设备变为具有一定柔性,可变可调的装备；组合机床的加工精度以过去多完成粗加工，半精加工向精加工方向转化。

组合机床行业开发了针对汽车发动机五大件加工的关键工艺设备，使行业在精加工机床的品种上有了较大扩充，为提供成套设备创造了条件；组合机床制造技术由过去的以机加工为主的单机及自动化向综合成套方向转换，加强了相应配套技术与产品的研究开发，行业的已经初步具备了向用户提供自毛坯上线，经机械加工和非机械加工至成品下线的成套技术装备，包括整个车间的切屑和冷却处理系统；组合机床的控制技术由传统的程序控制技术向数控，计算机管理与监控方向发展。

组合机床行业企业生产的组合机床的控制技术，已完成了由接触-继电器控制向可编程控制的转变，从而大大的提高了组合机床的可靠性，故障率大为降低；组合机床的开发已经又过去的人工设计转向计算机辅助设计。

组合机床行业大力推行CAD，为提高设计速度，保证设计质量，缩短供货周期创造了有利的条件。

国内该行业虽然取得了很大的进步与发展，但是，在制造技术高速发展上的今天，由于基础比较薄弱，从整体看，与国外先进水平与国内的用户的要求还存在一定的差距，主要表现在产品的可靠性太差，难以适应大批量生产的需要，可调可变性，柔性较差，缺少必要的适应多种加工的新产品，系统化，通用化，模块化程度底，致使制造周期过长，满足不了用户的要求，科学管理，成本控制水平不高，在市场上缺乏竞争力等不足之。

1.1.2 组合机床的发展趋势
(1)、高速化：由于机构各组件分工的专业化，在专业主轴厂的开发下，主轴高速化日益普及。

过去只用于汽车工业高速化的机种（每分钟1.5万转以上的机种），现在已成为必备的机械产品要件。

(2)、精密化：由于各组件加工的精密化，微米的误差已不是问题。

以电脑辅助生产（CAM）系统的发展带动数控控制器的功能越来越多。

(3)、高效能：对机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度的要求提高。

同时，由于产品竞争激烈，产品生命周期缩短，模具的快速加工已成为缩短产品开发时间所必须具备的条件。

对制造速度的要求致使加工模具的机床向着高效能专业化机种发展。

(4)、系统化：机床已逐渐发展成为系统化产品。

现在可以用一台电脑控制一条生产线的作业，不但可缩短产品的开发时间，还可以提高产品的加工精度和产品质量。

(5)、复合化：产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。

1.2课题的提出及其意义
机床工业是现代工业特别是现代制造业的基础，在国民经济中占有重要的战略地位。

对我国而言，机床工业不仅仅具有重要的经济意义，而且还具有重要的国防战略意义。

研究机床工业的特点，有助于我们了解机床工业的特殊规律，从而找到适合我国国情的机床工业发展之路。

机床工业的发展带动了制造业和工业的发展。

对一个国家而言，本土的机床工业与本土的制造业及工业紧密相连，高水平的本土机床工业有助于提升本土制造业及工业的水平。

机床工业与一个国家的工业竞争力、制造业发展水平紧密相关，本国的机床工业水平越高，工业和制造业竞争力越强。

我国工业竞争力和制造业发展水平不高，一定程度上是与我国机床工业发展水平不高相联系的。

加快我国机床工业的发展，提高我国机床工业技术和管理水平，将有利于我国工业和制造业发展。

所以对机床的研究设计意义是极其重大的。

毕业设计是高等教育体系中非常重要的环节，它可以检验自己对专业知识理解与掌握的程度，也可以提高自己综合运用所学知识的能力，也能在分析问题和
解决问题的过程中学到更多新的知识。

就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。

1.3设计任务及其要求
设计题目所给的是矿车轮端面钻孔组合机床设计。

其设计任务及其要求有：（1）在保证满足各项技术要求的前提下，力求结构简单、先进和合理，动作准确可靠，便装拆维修，操作安全可靠；
（2）设计内容包括：组合机床设计、夹具设计；
（3）零件尽可能的采用标准件；
（4）在结构方案和有关尺寸确定后，绘制出装配图和零件图；
（5）绘制零件图包括结构图形、尺寸、公差、形位公差和表面粗糙度值；尺寸表注要注意基准和完整；必须注明必要的技术要求；
（6）掌握必要的机械零件的设计和加工工艺的有关知识；
（7）熟悉机械制图、配合与公差、机械原理、金属材料等方面的有关知识。

二、零件分析
2.1 零件的结构特点及其技术要求
s≥500，加被加工零件的材料为灰口铸铁ZG270-500，室温下的力学性能
b
工部位及其要求为：
在面上加工3个M10螺孔，并且这3个螺孔是沿φ130圆周方向性三等分
m。

平均分布。

表面粗糙度Ra为25m
2.2 零件的生产批量与机床的使用条件
2.2.1 零件的生产批量
由生产纲领知（考虑废品及备品率）年产量1万件，单班制生产。

零件的生产批量是决定采用单工位，多工位或自动线，还是按中小批量设计组合机床的重要因素，被加工零件的生产批量越大，工序安排一般趋于分散，而且其粗，精加工应分别在不同的机床上完成，以保证加工精度，但对于中小批量生产的情况，则力求减少机床台数，此时应将工序尽量集中在一台或少数几台机床上进行，以提高机床的利用率，本课题要求年产量为1万台，结合实际情况，考虑零件的大小，形状，应属于中小批量的生产规模，所以宜采用组合机床。

2.2.2 机床的使用条件
（1）车间布置情况车间内零件输送滚道的高度将影响机床的装料高度，当工件输送滚道穿过机床时，机床应设计为通过式，且配置不能超过三面，同时，装卸工件只能推进拉出，机床通常不能安装中间导向，如果车间面积有限，则要限制机床轮廓尺寸，此外，生产线的工艺流程方向，机床在车间的安装位置等对机床配置方案也有一定的影响。

（2）工艺间的联系工件到组合机床加工前，毛坯或半成品必须达到一定的要求，否则，会造成工件在机床上夹紧定位不可靠，甚至造成刀具损坏，或者不能保证要求的加工精度，如果在组合机床上加工以后，还要转到其他机床上加工，而工件没有预先加工出保证精度的有关定位基面，那么组合机床应该考虑
为下一道工序加工出定位面。

（3）使用厂的技术能力和自然条件如果使用厂没有相当能力的工具车间，制造，刃磨复杂的整体复合刀具有困难，则制定方案时应避免采用此类刀具，必要时可增加机床工位，以便采用一般刀具分散加工。

三、确定组合机床的配置形式和结构方案
零件加工工艺方案将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。

考虑到被加工的零件是钻三个M10螺孔，而且这三个螺孔是沿φ130圆周方向性三等分平均分布，并针对零件的形状、大小、材料、硬度、刚性、加工部位的结构特点、加工精度、表面粗糙度以及定位、夹紧方法、工艺过程、所采用的刀具及切削用量、现场的环境和条件、生产率要求等。

划分工序可以有两种趋向：工序集中和工序分散。

工序的集中分散各有其长处，一般说来，在大批量生产中以提高生产率为主，需广泛采用多刀、单轴与多轴自动或半自动机床，多轴龙门铣床、组合机床等，故采取工序集中可以获得突出的效果。

此次设计的矿车轮端面钻孔组合机床很大程度上使各工序尽量集中，发挥组合机床的优点，同时使各种误差减小到最低限度。

由于此设计中所加工的零件3 个孔中部分孔距离适中，所以完全可用一个工位完成。

遵循以下几点基本原则：
（1）选择合适、可靠的工艺方法；
（2）精粗加工合理安排；
（3）工序集中原则
（4）定位基准及夹紧点选择原则。

（5）制定工艺方案1)装卸、夹紧；2)钻3个孔；3)攻丝。

3.1组合机床的组成
一台组合机床主要由滑台、钻削头、夹具、多轴箱、动力箱、立柱、立柱底座、中间底座、侧底座以及控制部件和辅助部件等组成。

其中夹具和多轴箱是按加工对象设计的专用部件，其余均为通用部件，且专用部件中的绝大多数零件（约70%—90%）也是通用零件。

加工时，刀具由电动机通过动力箱、多轴箱驱动做旋转主体运动并通过各自的滑台带动做直线进给运动。

3.2组合机床类型
根据所选用的通用部件的规格大小以及结构和配置形式等方面的差异，将组合机床分为大型组合机床和小型组合机床两大类。

习惯上滑台台面宽度大于250mm的为大型组合机床，滑台台面宽度小于250mm的为小型组合机床。

根据组合机床的配置形式，可将其分为具有固定夹具的单工位组合机床、具有移动夹具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类。

3.2.1具有固定夹具的单工位组合机床
单工位组合机床特别适用于加工大、中型箱体类零件。

在整个加工循环中，家具和工件固定不动，通过动力部件使刀具从单面、双面或多面对工件进行加工。

这类机床加工精度较高，但生产率较低。

按照组成部件的配置形式及动力部件的进给方向，单工位组合机床又分为卧式、立式、倾斜式和复合式四种类型。

a 卧式组合机床
卧式组合机床的刀具主轴水平布置，动力部件沿水平方向进给，按加工要求的不同，可配置成单面、双面或多面的形式。

本题目选用单面即可。

b 立式组合机床
立式组合机床的道具主轴垂直布置，动力部件沿垂直方向进给。

一般只有单面配置一种形式。

c 倾斜式组合机床
倾斜式组合机床的动力部件倾斜布置，沿倾斜方向进给。

可配置成单面双面或多面的形式，以加工工件上的倾斜表面。

d 复合式组合机床
复合式组合机床是卧式、立式、倾斜式两种或三种形式的组合。

3.2.2具有移动夹具的多工位组合机床
多工位组合机床的夹具和工件可按预定的工作循环，作间歇的移动或转动，以便依次在不同工位上对工件进行不同的工位加工。

这类机床生产率高，但加工精度不如单工位组合机床，多用于大批量生产中对中小型零件的加工。

按照夹具和工件的输送方式不同，可分为移动工作台式、回转工作台式、中央立柱式和鼓轮式四种类型。

a 移动工作台组合机床
移动工作台组合机床可以先后在两个工位上从两面对工件进行加工，夹具和工件可随工作台直线移动来实现工件的变换。

b 回转工作台组合机床
回转工作台组合机床在每一个工位上可以同时加工一个活几个工件，其上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的回转工作台上，并随其作周期转动来实现工件的换位。

由于这种机床适宜于对中小型工件进行多面、多工序加工，具有专门的装卸工位，使装卸工件的辅助时间和机动时间重合，所以不能获得较高的生产率。

c 中央立柱式组合机床
中央立柱式组合机床上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的环形回转工作台上，并随其做周期转动以实现工位的变换。

在环形回转工作台周围以及中央立柱上均可布置动力部件，在各个工位上，对工件进行多工序加工。

d 鼓轮式组合机床
鼓轮式组合机床上的夹具和工件安装在绕水平轴线回转的鼓轮上，并作周期转动以实现工位的变换。

在鼓轮的两端布置动力部件，从两面对工件进行加工。

3.2.3转塔式组合机床
转塔式组合机床的特点是几个多轴箱安装在转塔回转工作台上，各个多轴箱依次转到加工位置对工件进行加工。

按多轴箱是否作进给运动，可将这类机床分为两类：
a 只实现主运动的转塔式多轴箱组合机床
多轴箱安装在转塔回转工作台上，主轴由电动机通过多轴箱的传动装置带动作旋转主运动；工件安装在滑台的回转工作面上（如果不需要工件转位时，可直接安装在滑台上），由滑台带动作进给运动。

b 既实现主运动又可随滑台作进给运动的转塔式多轴箱组合机床
这类机床的工件固定不动（也可作周期转位），转塔式多轴箱安装在滑台上并随滑台作进给运动。

转塔式组合机床可以完成一个工件的多工序加工，因而可减少机床台数和占地面积，适宜于中、小批量生产。

综合上述组合机床分类介绍及各自功用，在结合本题目所要求设计的组合机床特点初步选取单工位的卧式组合机床。

3.3组合机床的通用部件
组合机床的通用部件是组合机床的基础。

部件通用化程度的高低标志着组合机床技术的水平。

在组合机床设计中，选择通用部件是重要内容之一。

3.3.1通用部件的分类
按通用部件在组合机床上的作用可分为下列几类：
a 动力部件
动力部件是组合机床的主要部件，它为刀具提供主运动和进给运动。

动力部件包括动力滑台及其相配套使用的动力箱和各种单轴头，如铣削头、钻削头、镗孔车断面头等，其他部件均以选定的动力部件为依据来配套选用。

b 支承部件
支承部件是组合机床的基础部件，他包括侧底座、立柱、立柱底座和中间底座等，用于支承和安装各种部件。

组合机床个部件之间的相对位置精度、机床的刚度主要由支承部件保证。

c 输送部件
输送部件用于带动夹具和工件的移动和转动，以实现工位的变换，因此，要求有较高的定位精度。

输送部件主要有移动工作台和回转工作台。

d 控制部件
控制部件用于控制组合机床按预定的加工程序进行循环工作，它包括可编程控制器（PLC）、各种液压元件、操纵板、控制挡铁和按钮台等。

e 辅助部件
辅助部件包括用于实现自动夹紧工件的液压或气动装置、机械扳手、冷却和润滑装置、排屑装置以及上下料的机械手等。

3.3.2通用部件的型号、规格及配套关系
按通用部件标准，动力滑台的主参数为其工作台面宽度，其他通用部件的主参数取与其配套的滑台主参数来表示。

等效采用国际标准设计的“1字头”通用部件，按精度分为：普通级、精密级和高精度级三种精度等级。

“1字头”滑台采用双矩形闭式导轨，纵向用双矩形的外侧导向，斜镶条调整导轨间隙；压板与支承导轨组成辅助导轨副，防止倾覆力矩过大导致滑鞍（动导轨）与滑座（支承导轨）分离。

这种导轨制造工艺简单，导向精度高，刚度好。

滑座导轨材料有两种，分别在型号后加A、B以区别，A表示滑座导轨材料为HT300，高频淬火，淬火硬度为42—48HRC；B表示滑座为镶钢导轨，淬火硬度为48HRC 以上。

3.3影响因素
通常，在确定工艺方案的同时，也就大体上确定了组合机床的配置形式和结构方案。

但是还要考虑下列因素的影响。

3.3.1加工精度的影响
工件的加工精度要求，往往影响组合机床的配置形式和结构方案，例如，加工精度要求高时，应采用固定夹具的单工位组合机床，加工精度要求低时，可采用移动夹具的多工位组合机床；工件各孔间的位置精度要求高时，应采用在同一工位上对各孔同时精加工的方法；工件各孔同轴度要求高时，应单独采用精加工。