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機電工程學院
畢業(yè)設(shè)計方案
論證報告
設(shè)計題目: 柴油機汽缸體工藝及專用機床設(shè)計
學生姓名： 張炎濤
學 號： 2004142043
專業(yè)班級： 機自0402
指導教師： 馬玉平
2008 年 3 月 30 日
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目 次
1 設(shè)計任務(wù)…………………………………………………………………………1
1.1 本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達到的目的……………………………………1
1.2 本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求………………………………1
2 文獻綜述………………………………………………………………………2
3 方案對比………………………………………………………………………7
結(jié)論…………………………………………………………………………………9
參考資料……………………………………………………………………………10
10
1.設(shè)計任務(wù)
1.1本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達到的目的
課題設(shè)計的主要內(nèi)容是設(shè)計一臺組合專用機床，用于氣缸體氣缸孔粗加工工序，完成一次走刀進行三個不同直徑圓柱面的粗鏜加工。為了完成這一工序，設(shè)計組合專用鏜床，立式結(jié)構(gòu)，著重設(shè)計主軸箱、專用夾具和滑臺，在參觀現(xiàn)有成品機床和收集參考資料的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新提出自動上、下工件的設(shè)想，并設(shè)計專用傳送帶完成自動上下動作。
1.2本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
① 、根據(jù)給定的零件，利用三維實體造型軟件造型；
② 、編制零件加工工藝；
③ 、汽缸體組合機床鉆孔加工三圖一卡的繪制；
④ 、主軸箱裝配圖兩張；
⑤ 、夾具裝配圖一張；
⑥ 、主要零件圖；
⑦ 、英文翻譯一份；
⑧ 、畢業(yè)設(shè)計說明書一份。
2.文獻綜述
本設(shè)計題目是柴油機氣缸體工藝及專用機床設(shè)計，設(shè)計的主要內(nèi)容是設(shè)計一臺組合專用機床。組合機床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)計的專用部件和夾具的半自動或自動專用機床。通常組合機床由以下部件組成：動力箱、多軸箱、滑臺、鏜削頭、夾具、側(cè)底座、中間底座、液壓裝置、電氣設(shè)備、刀工具等。
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式，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。組合機床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。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、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進給運動，也可實現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。
組合機床除分為大型和小型外，按配置形式又分為單工位和多工位機床兩大類。單工位機床又有單面、雙面、三面和四面幾種，多工位機床則有移動工作臺式、回轉(zhuǎn)工作臺式、中央工作臺式和回轉(zhuǎn)鼓輪式等工作形式。
組合機床與其他機床比較具有以下特點：
（1）組合機床的通用部件和標準零件約占全部機床零、部件總量的70%~80%，因此設(shè)計和制造周期短，投資少，經(jīng)濟效果號。
（2）由于組合機床用多刀加工，并且自動化程度高，因此比通用機床生產(chǎn)效率高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強度低。
（3）組合機床的通用部件是經(jīng)過周密設(shè)計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又有專門廠成批制造，因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工作可靠，使用和維修方便。
（4）在組合機床上加工零件時，由于采用專用夾具、刀具和導向裝置，加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術(shù)水品要求不高。
（5）當被加工產(chǎn)品更新時，采用其他類型的專用機床時，其大部分部件要報廢。用組合機床時，其通用部件和標準零件可以重復利用，不必另行設(shè)計和制造。
（6）組合機床易于聯(lián)成組合機床自動線，以適用大規(guī)模的生產(chǎn)需要。
組合機床的通用部件分大型和小型兩大類。大型通用部件是指電機功率為1.5——30千瓦的動力部件及其配套部件。這類動力部件多為箱體移動的結(jié)構(gòu)形式。小型通用部件是指電機功率在0.1——2.0千瓦的動力部件及其配套部件。
通用部件按功能可分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。動力部件是為組合機床提供主運動和進給運動的部件。主要有動力箱、切削頭和動力滑臺。
支承部件是用以安裝動力滑臺、帶有進給機構(gòu)的切削頭或夾具等的部件，有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。
輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺、分度鼓輪和往復移動工作臺等。
控制部件是用以控制機床的自動工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺等。輔助部件有潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。
組合機床可完成的工藝可銑平面、掛平面、車端面、鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻絲、倒角、锪平面、鉆深孔、切槽等。隨著綜合自動化技術(shù)的發(fā)展，組合機床可完成的工藝范圍也在工藝范圍也在不斷擴大，除了上述工藝外，還可以完成車外圓、車錐面、切削內(nèi)外螺紋、滾壓孔、拉削內(nèi)外圓柱面和平面、磨削、拋光、衍磨，甚至還可以進行沖壓、焊接、熱處理、裝配、自動測量和檢查技術(shù)等。
組合機床的加工精度簡述如下：
（一） 孔加工
1.孔的尺寸精度
采用鉸孔或精鏜孔時，孔的精度可達H6級，表面粗糙度為1.6um，孔的圓度誤差在孔徑尺寸公差一半范圍內(nèi)。加工有色金屬時，采用精密夾具，經(jīng)過3~4次加工，精度可以穩(wěn)定地達H6級，表面粗糙度可達0.8~0.4um。
2.孔的同軸度
當從兩面多軸加工時，孔的同軸度一般為0.05mm。當從一面進行精鏜孔，并且采用固定式夾具，鏜刀桿兩端都有精密導向裝置，夾具精度良好的條件下，在1000mm長度內(nèi)，被加工零件幾個孔的同軸度可保證在0.015~0.03mm以內(nèi)。當分別從兩面對同一軸線上的孔進行單軸加工時，在有中間精度導向裝置條件下，其同軸度亦可保證在0.015~0.03mm。
3.孔的平行度
在組合機床上加工，孔與孔相互之間的平行度以及對加工基面的平行度，在1000mm長度內(nèi)可達0.02mm~0.05mm。
4.孔的位置精度
孔的位置精度與夾具、機床的型式和精度有很大關(guān)系。在固定式夾具的機床上鏜孔，孔間距離和的軸線與定位基面的位置精度可穩(wěn)定地達到±0.025 ~±0.03mm。在多工位機床上，由于回轉(zhuǎn)工作臺或回轉(zhuǎn)鼓輪存在定位誤差，則加工精度不高。如果在同一工位上，帶有懸掛式活動鉆模板，對孔進行精加工時，其位置精度可達到±0.05mm。在不同工位上分別進行孔加工時，精度較低。用立式多工位時，其精度可達±0.1mm。用鼓輪式機床加工時，其精度只能達到±0.2mm，甚至更低。
在同一工位上鉆孔時，位置精度一般可保持在0.2mm范圍內(nèi)。在具有固定式鉆模板的機床上鉆孔，其精度可以達到±0.15mm。
5.孔的垂直度
在組合機床上加工孔，其中心線對基面以及相對另一個孔的中心線，其垂直度均可達到在100mm長度內(nèi)偏差0.02mm。
6.螺孔精度
組合機床上加工螺孔多利用攻絲靠模裝置，若潤滑條件良好，在鑄鐵零件上可以加工出6H級精度的螺孔，其表面粗糙度為3.2um。
螺孔的位置精度由于攻絲時以底孔為定位基準，加上其他誤差的影響，因此比鉆孔的位置精度略低，一般可達到±0.25mm，機床精度較高時可達到±0.15mm。
（二） 平面加工
在組合機床及其自動線上常用銑削、刮削、車削（端面）和拉削等方法加工平面。一般采用銑削頭、滑臺和滑座等通用部件，根據(jù)被加工工件的工藝要求組成單面、雙面以及立式、回轉(zhuǎn)臺式等多種型式的組合銑床。這樣的機床結(jié)構(gòu)較簡單，剛性較好，加工精度較高。在加工中小型工件時通常將銑削頭組成鼓輪式組合銑床或立式連續(xù)回轉(zhuǎn)臺式組合銑床，這類機床生產(chǎn)效率稿，加工精度較低。
在組合機床上加工平面的平面度可以達到在800mm長度誤差0.04~0.1mm。表面粗糙度3.2um。對定位基面的平行度可以保證在0.05mm以內(nèi)，到定位基面的距離（一般在500mm以內(nèi)）尺寸公差可以保證在0.02~0.045mm以內(nèi)。
（三）.止口加工
多軸加工，采用動力滑臺在死擋鐵上停留的方法，其加工精度能達到0.15~0.25mm；單軸加工，采用特殊結(jié)構(gòu)，加工到終點使擋塊頂在被加工工件的表面，一般精度可以達到0.08~0.10mm。條件良好時，精度可以保證在0.02~0.045mm以內(nèi)。
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。這類機床常見的有兩種，可換主軸箱式組合機床和轉(zhuǎn)塔式組合機床。
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。
30多年來，我國組合機床通用部件經(jīng)歷了一個從無到有、從點到面、從低到高的逐步發(fā)展的歷史時期。進入90年代，組合機床行業(yè)加快發(fā)展，行業(yè)的整體實力和新產(chǎn)品的質(zhì)量及水平有了顯著的提高。目前的現(xiàn)狀的是：
a.組合機床制造技術(shù)由過去的以加工為主的單機及自動線想綜合成套方向轉(zhuǎn)化。
b.組合機床的控制技術(shù)由傳統(tǒng)的程序控制技術(shù)向數(shù)控、計算機管理與監(jiān)控方向發(fā)展。
c.組合機床的開發(fā)設(shè)計手段由過去的人工設(shè)計，轉(zhuǎn)向計算機輔助設(shè)計。
組合機床行業(yè)雖然取得了較大的進步與發(fā)展，但是，在制造技術(shù)高速發(fā)展的今天，由于基礎(chǔ)薄弱，從整體上看，與國外先進水平、與國內(nèi)用戶的要求還存在著一定的差距，主要表現(xiàn)在：產(chǎn)品可靠性較差；可調(diào)可變性差；缺少必要的適應(yīng)多品種加工的新品種；系列化、通用化、模塊化程度低，致使制造周期過長，滿足不了用戶要求。80年代以來，國外組合機床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎(chǔ)上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機床的加工精度、多品種加工的柔性以及機床配置的靈活多樣方面均有新的突破性發(fā)展，實現(xiàn)了機床工作程序軟件化，工序高度集中，高效短節(jié)拍和多種功能的自動監(jiān)控。
組合機床技術(shù)的發(fā)展趨勢是：①提高通用部件的技術(shù)水平；②發(fā)展適量中、小批生產(chǎn)的組合機床；③采用新刀具；④發(fā)展自動檢測技術(shù)⑤擴大工藝范圍。
組合機床的設(shè)計思想是：①以組合機床的特點和特性為設(shè)計思想；②以用戶為目標的設(shè)計思想；③滿足產(chǎn)品批量大、高效自動化要求的設(shè)計思想；④組合機床應(yīng)重視和加強技術(shù)配套工作；⑤重視提高機床的剛性，確保機床的工作穩(wěn)定可靠；⑥從新型刀具、新材料的應(yīng)用出發(fā)，提高切削用量，提高機床工作效率；⑦不斷提高組合機床的精度；⑧縮短機床的制造周期。
組合機床的設(shè)計分為四個階段：①工藝方案的分析制訂；②機床配置型式和結(jié)構(gòu)方案的分析確定；③組合機床總體設(shè)計；④組合機床的部件設(shè)計。
3.方案對比
可以初步擬定兩種工藝方案：方案1是將整個加工過程分為兩大階段，即第一階段先采用流水線加工基準表面（即底面及其上的螺栓孔），以后的加工中始終以這一面（底面）和二螺栓孔作為定位基準，進行以后的以孔為主的加工；方案2則是先加工底面和側(cè)面，然后以這三面作為定位基準加工其他面。
在孔與其他表面的加工過程中，方案1采用底面及兩螺栓孔作為定位基準，因而實現(xiàn)了加工過程中基準的統(tǒng)一，同時也簡化了夾具的設(shè)計。由此而產(chǎn)生的基準不重合所造成的定位誤差，可以通過提高定位元件及定位表面的加工精度來補償。但由于定位銷與定位孔之間的配合精度高，增加了工件在夾具上安裝的困難。不過這可以通過安裝隨行夾具避免這個問題。而方案2選擇底面和側(cè)面為精基準，其優(yōu)點是實現(xiàn)了基準重合，但加工過程中需要不斷更換基準，這樣做使各主要加工表面間的相互位置精度難以保證，同時增加了尺寸鏈的計算工作量。由于多次更換基準，增加了加工時的輔助時間，影響生產(chǎn)效率。
綜上所述，這兩種方案設(shè)計各有其優(yōu)點，但方案1更能合理分配教工余量，減少由于主要加工表面余量不均勻所造成的廢品，同時簡化了夾具的設(shè)計，安裝亦方便，故應(yīng)優(yōu)先采用方案1。
對于組合機床的配置形式可以初步擬定兩種型式：方案Ⅰ是固定式夾具單工位組合機床，方案Ⅱ是移動式夾具的（多工位）組合機床。
方案Ⅰ通常可以安裝一個工件，特別適用于大、中型箱體類零件的加工?？梢岳枚噍S箱同時從幾個方向?qū)ぜM行加工，其加工精度也較高，但其機動時間不能與輔助時間重合，因而生產(chǎn)效率低。
方案Ⅱ主要適用于中、小零件加工，提高了工序集中程度，并能設(shè)置單獨裝卸工位，使輔助時間和機動時間重合，從而提高生產(chǎn)效率。
本次設(shè)計所加工的零件的生產(chǎn)節(jié)拍是30分鐘/每件，生產(chǎn)綱領(lǐng)為10000件，屬于大批量生產(chǎn)，并且其精度能夠滿足加工要求，綜上所述方案Ⅱ更適合本設(shè)計，故應(yīng)優(yōu)先采用方案Ⅱ。
對于被加工孔的中心線與定位基準平行，或需從幾個面同時加工的工件，一般采用臥式機床；對于被加工孔的中心線與定位基準垂直的工件，一般采用立式機床。所以本設(shè)計用立式機床。
對于滑臺可采用液壓滑臺和機械滑臺兩種方案。液壓滑臺的進給速度屬于無級變速，變換進給量方便，液壓系統(tǒng)可安裝壓力繼電器，機床運行安全，機床較易實現(xiàn)加工自動循環(huán)。機械滑臺成本較低，低污染，維修方便，性能穩(wěn)定。綜上所述液壓滑臺更適合本設(shè)計。
結(jié)論
（1）.零件工藝方案的擬定
① 鑄造零件毛坯
② 粗、精銑定位底面
③ 粗鏜氣缸孔、刮止孔（本課題設(shè)計內(nèi)容）
④ 精鏜氣缸孔、刮止孔
⑤ 熱處理
⑥ 去毛刺，清洗
⑦ 終檢
本課題設(shè)計的專用機床就是用來完成粗鏜氣缸孔、刮止孔這一工序的，氣缸孔有三個不同直徑的加工面，設(shè)計第一把鏜刀用來平整鑄造出的通孔，第二、三把鏜刀切削圓柱面，止孔用同一刀桿上的第四把鏜刀加工。
（2）.組合機床的配置型式
本課題設(shè)計機床要加工的位是同樣規(guī)格呈直線排列的六個氣缸孔，根據(jù)被加工零件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求的分析，大體可確定采用立式三軸兩工位。配置主軸箱一個，立式液壓滑臺一個，滑動夾具工作臺一個，專用夾具一套，PC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)一套，單獨液壓站驅(qū)動液壓系統(tǒng)一套。
參考資料
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