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畢業(yè)設計
開題論證報告
專 業(yè) 機械制造及其自動化
學生姓名 張 金 浩
班 級 BD機制042
學 號 0420110233
指導教師 惠 學 芹
完成日期 2008年4月5日
課題名稱：基于三維的柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體及夾具設計
一、課題來源、課題研究的主要內容及國內外現(xiàn)狀綜述
1.課題來源
本課題出自鹽城市江動集團柴油機氣缸體配設計。產品名稱：ZH1105W柴油機，工
件材料：HT250，硬度190~240HBS。本次設計目的：基于提高產品質量及生產率，設計一臺組合機床來滿足其要求。本次設計我主要擔任柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體及夾具設計工作。
2.課題研究的主要內容
組合機床是根據(jù)工件加工需要,以大量通用部件為基礎,配以少量專用部件組成的一種高效的專用機床。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法，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設計]和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產中得到廣泛應用，并可用來組成自動生產線。
組合機床一般用于加工箱體類或特殊形式的零件。加工時，工件一般不旋轉，由刀具的旋轉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、銑削端面、切削平面、切削內外螺紋以及加工圓和端面等。二十世紀70年代以來，隨著可轉位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補償技術的發(fā)展，組合機床的加工精度也有所提高。
專用機床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機床中某些部件因重復使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產生了組合機床。最早的組合機床是1908年在美國制成的，用于加工汽車零件。
組合機床的設計，目前基本上有兩種方式：其一，是根據(jù)具體加工對象的特征進行專門設計，這是當前最普遍的做法。其二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人和技術人員總結出生產和使用組合機床的經驗，發(fā)現(xiàn)組合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設計成通用部件，而且一些行業(yè)在完成一定工藝范圍內的組合機床是極其相似的，有可能設計為通用機床，這種機床稱為“專能組合機床”。這種組合機床不需要每次按具體加工對象進行專門設計和生產，而是設計成通用品種，組織成批生產，然后按被加工零件的具體需要，配以簡單的夾具及刀具，即可組成加工一定對象的高效率設備。
為了使組合機床能在中小批量生產中得到應用，往往需要應用成組技術，把結構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。
組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結構、縮短生產節(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)，以提高工藝可調性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。
3.國內外研究現(xiàn)狀
對拖拉機行業(yè)來講,在成功地解決了大批量生產的問題之后,還必須解決多品種生產問題。大批量生產采用的設備是組合機床及其自動線,它是專用于大批量機械產品生產的高效自動化設備,是汽車、拖拉機、內燃機等工業(yè)不可替代的主要加工設備。近年來隨著數(shù)控技術、電子技術、計算機技術等的發(fā)展,為適應市場要求,組合機床的機械結構和制系統(tǒng)也發(fā)生了巨大的變化。其主要特點就是在傳統(tǒng)的剛性組合機床生產線上出現(xiàn)了柔性化的發(fā)展趨勢。為適應20 世紀90 年代以來拖拉機行業(yè)市場競爭更趨激烈、產品市場壽命進一步降低、新產品的開發(fā)周期日益縮短的要求,我公司在上新產品的決策中,就決定研制具有柔性的組合機床生產線。例如,目前我公司正在進行中等功率拖拉機批量生產的生產準備工作,其后橋殼體和傳動箱殼體是關鍵零件。如何使后橋殼體生產線和傳動箱殼體生產線具有較大的柔性,使其不但可加工現(xiàn)有品種,而且還適應未來新型中等功率拖拉機的生產,是生產線方案論證的焦點。若采用傳統(tǒng)的剛性組合機床生產線來加工,則只能是一個品種一條線,不但會加大投資、浪費資源、使加工能力過剩,而且無法滿足新的變型產品出現(xiàn)時對加工設備的要求。而采用加工中心和通用數(shù)控機床所組成的生產線,則投資大且無法滿足大批量的生產綱領要求。采用數(shù)控組合機床生產線,投資少、柔性好。它不但能滿足現(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,可通過更換主軸箱、改變數(shù)控加工程序等方式,來滿足變型產品的加工。
數(shù)控組合機床的出現(xiàn),不僅完全改變了過去那種由繼電器電路組成的組合機床的控制系統(tǒng),而且也使組合機床機械結構乃至通用部件標準發(fā)生了或正在發(fā)生著巨大的變化。組合機床及其自動線的數(shù)控化,使得傳統(tǒng)的專用機床和通用機床的界限變模糊起來,以至于在組合機床這種傳統(tǒng)意義上的專用機床領域內,也出現(xiàn)了“組合機床柔性化”的提法和實踐。傳統(tǒng)意義上的組合機床剛性自動線和生產線,也具有了一定的柔性。
實現(xiàn)柔性化應解決的關鍵問題：顯然,采用數(shù)控機床和加工中心來取代剛性組合機床生產線并實現(xiàn)柔性,是不符合我國國情的。我們認為,采用以數(shù)控組合機床為主、并配以經濟型加工中心和經濟型數(shù)控機床來組成生產線,是目前國內實現(xiàn)生產線柔性化較經濟的方案。發(fā)展柔性組合機床生產線必須解決以下關鍵問題:1.研制數(shù)控組合機床通用部件2.研制經濟型加工中心3.普通機床的數(shù)控改造。
二、本課題擬解決的問題
設計一臺加工柴油機氣缸體水箱面、油底殼面和后蓋板面孔系的鉆削組合機床，具體進行總體設計和夾具設計。主要內容有：
1． 總體設計
1） 制定工藝方案，確定機床配置型式及結構方案。
2） 三圖一卡設計，包括：
(a) 被加工零件工序圖， (b) 加工示意圖， (c) 機床聯(lián)系尺寸圖，
(d) 生產率計算卡， (e) 有關設計計算、校核。
2． 夾具設計
(a) 夾具三維造型設計及裝配圖的繪制
(b) 夾具零件圖
(c) 有關計算、校核等。
本設計主要解決的是對ZH1105W機體上、下、后三個面上的孔多工序加工中，即要保證孔的位置精度，又要提高生產效率，降低工人勞動強度等諸多問題。夾具部分的設計是我的重點一項，首先，在完成對組合機床的總體設計并繪制出“三圖一卡”的基礎上，繪制夾具設計的裝配圖；夾具設計是組合機床設計中的重要部分，夾具設計的合理與否，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，然后進行誤差分析，確定夾緊方式，夾緊力的計算，對夾具的主要零件進行結構設計。在夾具設計中，設計的主要思路是盡量避免手動夾緊盡量使用液壓夾緊方式，這樣設計主要優(yōu)點是：液壓油油壓高、傳動力大，在產生同樣原始作用力的情況下，液壓缸的結構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，液壓傳動噪聲小，勞動條件比氣壓的好。解決了手動夾緊時夾緊力不一致、誤差大、精度低、工人勞動強度大等缺點。
生產綱領：4萬件/年，兩班制。
三、解決方案及預期效果
1.總體設計方案
機床的選擇有臥式和立式兩種，在鉆削上、下面的時候考慮的安裝時工件的尺寸、形狀、材料等，確定選用臥式雙面鉆削組合機床。其優(yōu)點是加工和裝配工藝性好，無漏油現(xiàn)象；同時，安裝、調試與運輸也都比較方便；而且，機床重心較低，有利于減小振動。
2.定位方式
在夾具中的定位是指同一皮工件中任何一個，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程。對大件工件來說選擇越簡單的定位元件就越快的進行加工，即選擇“一面兩銷”的定位方法是最好的了。
3.滑臺形式的選擇
組合機床滑臺常采用的是機械滑臺和液壓滑臺，機械滑臺具有如下優(yōu)點：進給量穩(wěn)定，慢速無爬行，高速無振動，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，不會因沖擊而損壞刀具；運行安全可靠，易發(fā)現(xiàn)故障，調整維修方便；沒有液壓驅動的管路、泄漏、噪聲和液壓站占地的問題。機械滑臺也有其弊端，如：只能有級變速，變速比較麻煩；一般沒有可靠的保護；快進轉工進時，轉換位置精度較低。液壓滑臺弊端，如：進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，浪費能源；調整維修比較麻煩。本課題的加工對象是ZH1105W柴油機機體，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、進給穩(wěn)定性高，因此采用精密級機械滑臺。
4.夾具的設計
5.1確定夾具輪廓尺寸
主要確定夾具底座的長、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、夾緊機構、刀具導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，同時考慮機床的裝料高度、排屑的方便性和便于設置定位、夾緊機構。
夾具體采用鑄造的箱體結構，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。同時還有足夠的剛性，鉆加工時不會引起夾具的歪斜和工件誤差的加大。夾具體和機床通過螺栓和定位銷定位和固定機床夾具的組成。
5.2設計步驟
(1) 機體孔的工藝分析，
(2) 夾緊方案的分析，
(3) 夾緊力的確定與計算
(4) 定位元件的設計，
(5) 定位誤差的計算，
(6) 導向裝置的選擇，
(7) 夾具體的設計，
(8) 其它元件的設計，
(9) 夾具的精度分析
6.預期效果
滿足預期要求，保證了加工精度和效率。運作平穩(wěn)、結構簡單、安裝方便。
四、課題進度安排
3月10日～3月22日．畢業(yè)實習階段。
畢業(yè)實習，查閱資料，到多個公司實踐，撰寫實習報告。
3月23日～4月5日．開題階段。
提出總體設計方案及草圖，填寫開題報告。
4月6日～5月14日． 設計初稿階段。
完成總體設計圖、部件圖、零件圖。
5月15日～5月31日． 中期工作階段。
完善設計圖紙，編寫畢業(yè)設計說明書，中期檢查。
6月1日～6月4日．畢業(yè)設計預答辯。
6月5日～6月12日．畢業(yè)設計整改。
圖紙修改、設計說明書修改、定稿，材料復查。
6月13日～6月15日．畢業(yè)設計材料評閱。
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、指導教師意見
簽名
年 月 日
六、專業(yè)系意見
簽名
年 月 日
七、學院意見
簽名
年 月 日
6