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精密加工中切削方向毛刺生成機理的研究
王貴成 張春曄
摘要
金屬切削毛刺是切削加工中產(chǎn)生的常見現(xiàn)象之一。本研究以金屬切削實驗為基礎,對二維精密切削中切削方向毛刺的形成過程、主要影響因素及其變化規(guī)律進行了系統(tǒng)的實驗研究和相應的理論分析，結(jié)果表明：(1)切削方向毛刺形成過程為正常切削、撓曲變形、塑性效應、繼續(xù)切削和剪切斷裂分離；(2)發(fā)現(xiàn)了切削方向毛刺形成過程中的切屑與工件表面剪切斷裂分離的特殊現(xiàn)象；(3)切削方向毛刺尺寸和形態(tài)隨著切削條件和刀具幾何參數(shù)的變化而變化。
關鍵詞：金屬切削；切削方向毛刺；剪切斷裂分離；刀具切削刃；二維精密加工
前言
毛刺的控制和去除技術是機械加工的兩個主要發(fā)展方向――精密與超精密加工和自動生產(chǎn)的主要技術之一。本文是對金屬切削毛刺產(chǎn)生機理的研究，是確實地控制和減少毛刺生成的基礎工作，在推動精密表面精加工和金屬切削的理論發(fā)展方面有重大的科學意義和實際價值。本文控制毛刺生成的新技術、工藝和方法會被廣泛應用于精密與超精密加工、柔性制造系統(tǒng)和其他自動生產(chǎn)中。因此，發(fā)達國家的機械加工學者和工程師們近來已經(jīng)開始研究金屬切削毛刺生成和去毛刺技術，并且很多好的結(jié)果被獲得【1～3】。但是到目前為止，幾乎沒有學術論文闡述切削方向毛刺生成機理和控制技術。因此，本項目以金屬切削實驗為基礎,系統(tǒng)地研究切削方向毛刺的生成和變化，目的是成功地控制和減少毛刺。
1 切削方向毛刺的主要影響因素
在各種切削加工中，切削毛刺常發(fā)生在邊、角和工件末端。他們嚴重影響了加工精度，特別是去毛刺工作常成為精密與自動加工中降低加工系統(tǒng)生產(chǎn)率和增加切削費用的一個因素。根據(jù)基于切削運動和切削刃的毛刺分類系統(tǒng)【4】，切削毛刺類型有3種 。在正交切削中，生成兩邊側(cè)向毛刺和切削方向毛刺【圖1】。H表示毛刺高度，H直接影響加工精度；B表示毛刺根部厚度，B主要影響去毛刺量和去毛刺效率。
一般情況下，正交切削中毛刺的主要影響因素包括工件材料、切削參數(shù)、刀具結(jié)構(gòu)和工件末端形態(tài)等等。為了弄清正交切削中切削方向毛刺生成和變形規(guī)律，需進行實驗研究和理論分析。
2 實驗條件和度量工具
在實驗中，機床選用改進的銑床，為了避免因積屑瘤的生成而產(chǎn)生的影響，工件材料選擇黃銅H62。在測試前，工件端面被加工多次用一個寬的單刃刀具，前角30o，未變形切屑厚度hD<0.05mm，使切削表面硬度的變化盡量減少。刀具材料選擇高速鋼w18Cr4V。實驗條件列于表1。
實驗中切削方向毛刺的高度H用一個測微儀（測量精度0.01mm）測量，毛刺根部厚度B用一個工具顯微鏡（測量精度也是0.01mm）測量。切削刃鈍圓半徑rn由光衍射儀通過運算測定。切削方向毛刺的生成過程在金屬切削過程中通過高速攝影獲得的。
3 實驗結(jié)果和分析
3.1 切削方向毛刺生成過程
圖2顯示了在正交切削過程中用高速攝影獲得的切削方向毛刺的生成。通過圖2，可知切削方向毛刺大約形成于5個階段：在正交切削中的正常切削、撓曲變形、塑性效應、繼續(xù)切削和剪切斷裂分離。
（a）正常切削 刀具切入工件后，切屑流沿著前刀面平穩(wěn)流動，接著金屬切削繼續(xù)進行。
（b）撓曲變形 隨著刀具逐漸接近工件終端表面，工件終端表面的材料在切削力的作用下開始產(chǎn)生撓曲變形。撓曲變形量隨著刀刃與工件終端表面距離減少而增加。
（c）塑性效應 當?shù)度信c工件終端表面距離達到l0，由刀具引起的工件終端材料應力達到了材料塑性剪切臨界值，并導致?lián)锨冃纬潭壤^續(xù)增加。
（d）繼續(xù)切削 隨著刀具繼續(xù)前進，未變形切屑厚度減小、切削力減小，工件終端材料變形量保持最大值。所以，刀具還在切削工件切削層的部分材料。
（e）剪裂分離 當?shù)度欣^續(xù)到達工件終端表面時，工件終端的支承剛度越來越小，使得終端材料的剪裂分離與沿剪切滑移方向的變形同時發(fā)生。這樣，切削方向毛刺在工件終端表面生成。
3.2 未變形切屑厚度hD對毛刺的影響
改變未變形切屑厚度hD，實驗的結(jié)果表示于圖3。圖3表示了毛刺高度H和毛刺根部厚度B隨著未變形切屑厚度hD的增加而增加，同時比例H/B基本保持常數(shù)。實驗結(jié)果類似于未變形切屑厚度hD對側(cè)面毛刺的影響【2】。這是因為未變形切屑厚度hD越大，切削力越大、工件終端材料的撓曲變形越大，進而導致毛刺高度H和毛刺根部厚度B的增加。
此外，近似常數(shù)H/B表明切削方向毛刺在尺寸上仍然保持幾何形狀的相似原理，即在毛刺形成和變化過程中變形坐標的幾何相似性原理。提供了實驗基礎以清楚了解切削方向毛刺的系統(tǒng)性機理及其變形規(guī)律。
3.3 刀具前角γo對毛刺的影響
前角γo變化后的實驗結(jié)果列于圖4。由圖4可知，隨著刀具前角γo的增大，毛刺高度H和毛刺根部厚度B急速減少，比例H/B在γo<15o前基本不變。當γo>15o時，比例H/B隨著前角γo的增大而減小。
切削方向毛刺尺寸上的變化，與刀具前角對加工區(qū)域應力特點的影響有關。圖5是一個原理圖，表示了刀具前角對刀刃應力區(qū)的影響。圖5中，Na是應力轉(zhuǎn)變軸，即通過刀刃并平行于前刀面的直線。Na前面的切削層金屬受放射狀壓應力，而Na后面材料受放射狀拉應力。當?shù)毒咔敖铅胦增加（從γo1 到γo2），應力轉(zhuǎn)變軸由Na1變到Na2，放射狀壓應力區(qū)減少，而放射狀拉應力區(qū)增多。然后，切削力隨著Na的變化而減小，切削層金屬撓曲變形量降低，切削方向毛刺尺寸減小。
3.4 切削刃鈍圓半徑rn對毛刺的影響
圖6是一個改變切削刃鈍圓半徑rn后的實驗結(jié)果。由圖6知，切削刃鈍圓半徑rn越大，毛刺高度H和根部厚度B越大。這是因為隨著切削刃鈍圓半徑rn的增大，對切削層金屬的壓力越大，切削力越大，工件終端表面的撓曲變形越大，毛刺高度H和根部厚度B越大。
3.5 工件材料對毛刺的影響
在標準切削條件下，改變工件材料，切削方向毛刺尺寸列于圖7。圖7表明，毛刺尺寸隨著工件材料的不同而改變。這是因為，工件材料的不同，其切削特性也不同。即，材料延伸率越大，毛刺尺寸越大。
實驗結(jié)果與理論分析表明，正交切削的切削方向毛刺生成實質(zhì)概括如下：工件終端材料，在刀具前刀面和切削刃的作用下，撓曲和沿著切削方向剪切－滑移變形，使未變形切屑厚度逐漸減小，并引起切屑和工件終端表面的剪裂分離，進而生成切削方向毛刺。
4 結(jié)論
通過對正交切削中切削方向毛刺的實驗研究和相關分析，我們能夠獲得在實驗條件下的如下結(jié)論：
（1）正交切削中切削方向毛刺的生成過程包括正常切削、工件終端表面的撓曲變形、塑性效應、繼續(xù)切削和剪裂分離；
（2）發(fā)現(xiàn)了切削方向毛刺形成過程中的切屑與工件表面剪切斷裂分離的特殊現(xiàn)象；
（3）影響切削方向毛刺的主要影響因素是工件材料、切削參數(shù)、刀具結(jié)構(gòu)、刀具前刀面與切屑的接觸狀況；
（4）隨著刀具前角γo的增大，未變形切屑厚度hD和切削刃鈍圓半徑rn的的減小，切削方向毛刺高度H和根部厚度B減小。
用羥基磷灰石薄膜給予水凝膠細胞黏附力
摘要：為了給予多水凝膠(PVA-H)良好細胞黏附力作為人工關節(jié)軟骨, 通過關于PVA-H的脈沖激光沉積技術, 300納米厚的羥基磷灰石薄膜沉積在它的表面, 其中幾乎沒有細胞粘附. 細胞培養(yǎng)法用于研究羥基磷灰石沉積在PVA-H上后鼠纖維細胞之間的粘附的效果. 用非晶磷灰石膜包覆的水分含量33%PVA-H的細胞粘附最高可達采用常用的組織培養(yǎng)皿的水平. 這項技術還有效地改善細胞的附著力,即使在含水量較高(53%)的PVA-H. 這是一個嶄新的技術,以改善附著PVA-H的基本骨和天然軟骨之間的生物相容性.
主題詞: 水凝膠; 細胞黏附力; 磷灰石; 薄膜; 激光處理; 生物材料
1. 簡介
在許多關節(jié)疾病如股骨頭缺血性股骨頭壞死中, 該病局限于一個病變的關節(jié)軟骨，單純手術切除周圍組織將足以彌補. 但是,目前的治療做法往往利用人工髖關節(jié)置換手術, 其中良性骨組成一個龐大的聯(lián)合也刪掉了. 要解決這個問題使病變只限于關節(jié)面, 我們研制人造軟骨制成的PVA-H,一種高水含量的高分子材料。PVA-H顯示幾乎沒有蛋白質(zhì)吸附,不寄生在生物活組織界面. 這些都是關節(jié)面人造軟骨非常重要的特點，原因是吸附的任何蛋白會抑制潤滑轉(zhuǎn)嫁PVA-H關節(jié)面從而損害潤滑功能. 不過相反地, 安裝人工軟骨組織需要在PVA-H和周圍組織以及軟骨的界面有強有力的粘附。
本文提出了一種方法,將帶來更好的粘附只是在PVA-H表面的某些區(qū)域. 即薄膜磷灰石(磷灰石)則用來沉積在與周圍組織接觸的區(qū)域而不是相應的PVA-H關節(jié)面上. 為了用磷灰石沉積在PVA-H的指定地區(qū)，利用候補浸水過程或仿生過程的方法不能適用; 因為這些化學方法需要在解決過程中浸透整個PVA-H標本. 通常用于金屬植入物磷灰石涂層的等離子噴涂技術是一種方法，在這種方法中的磷灰石在高溫下溶化然后噴灑; 這種方法對PVA-H來說是不適用,因為這些都是低熔點材料.
因此,我們嘗試采用激光脈沖沉積(PLD)技術,允許非熱，薄膜沉積的磷灰石基體,以及選擇性涂層基板面有一個理想的形狀, 而其中原料的化學成分和薄膜基本上是一致的 。我們先前的證據(jù)證明，高晶磷灰石膜可以在PLD薄膜的形成和樣品的隨后退火中得到。由于PVA-H不能被加熱到退火溫度，在目前的研究中,我們試圖利用非晶磷灰石薄膜(HAam). 研究是否HAam沉積提高PVA-H表面的生物相容性或細胞粘附，對通常用于細胞粘附的鼠纖維進行試驗養(yǎng)殖.
2. 實驗
2.1. PVA-H的準備
用在實驗中的PVA-H由一種低溫冷結(jié)晶法產(chǎn)生. 具有1700聚合度的聚(乙烯醇)粉溶于二甲基亞砜溶劑, 倒入一個長方形模子,在-20℃結(jié)晶. 然后這種材料浸在酒精以消除PVA膠體中的DMSO。之后對PVA-H進行130攝氏度真空中的24小時熱處理.然后材料被浸于蒸餾水48小時，比較水化前后的重量進行含水量計算.
在試驗中采用的水合狀態(tài)的PVA-H的尺寸是15.6毫米,直徑1.5毫米厚. 為了調(diào)查細胞粘附中含水量的影響,對24張低含水量PVA-H (wc33, 含水量33%)及高含水量PVA-H (wc53,含水量53%)分別編寫.
2.2. 磷灰石沉積
用通用PLD技術和表1所示大部分參數(shù),計量的磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2——seikagaku公司,日本)沉積到12張wc33和wc53樣本的表面，形成一個約為300nm的厚度. 在PVA-H表面，HAam薄膜的X光衍射圖案證實該薄膜是非晶態(tài).
2.3. 細胞培養(yǎng)試驗程序
這些PVA-H樣品被用作培養(yǎng)基培養(yǎng)小鼠纖維細胞; 在L929小鼠纖維中產(chǎn)生肉瘤細胞系(NCTC 克隆 929; 奚住友制藥公司,日本). 鍍PVA-H媒介的HAam以下簡稱為wc33+HAam和wc53+HAam,而沒有鍍PVA-H的HAam簡稱為wc33non和wc53non.
在以前的實驗中, PVA-H樣品用環(huán)氧乙烷氣體滅菌. 一種常用的組織培養(yǎng)器皿(中藥,朝日玻璃技術公司,日本)也被用于控制組. 培養(yǎng)液中使用的是鷹 附加10%的牛胎牛血清. 纖維細胞中的一萬個細胞接種于PVA-H培養(yǎng)基， 培養(yǎng)分別保持在攝氏37度的孵化器中，用5%二氧化碳維持，保持99%的相對濕度. 每次培養(yǎng)條件下的實驗次數(shù)定為n=3， 該細胞從開始后的24,78, 120和168小時后用0.25%胰蛋白從媒介中剝離. 錐蟲藍被添加到懸浮細胞中，其中含有被剝離的細胞以挑選出死亡的,而活細胞數(shù)量用血米來計算.
3. 結(jié)果與討論
圖 1列出了wc33+haam樣本表面掃描電子顯微鏡圖像. 在磷灰石沉積過程中,圖的左側(cè)部分用鋁箔覆蓋以防止HAam沉積. 能量色散X-射線光譜的線分析是沿圖. 1中的白線.射線的強度正如圖1所獲得的那樣; 在這里,鈣描繪了HAam區(qū)域. 這些數(shù)字表明，在PVA-H上HAam薄膜通過PLD是可形成的，同時選擇性沉積的表面積也是可能的.
圖 2表明了細胞在wc33和wc53樣本中培養(yǎng)120小時后的實例. 圖 2(一)顯示了wc33對照組,其中幾乎所有的細胞是梭形的, 顯示其粘附于培養(yǎng)基. 在細胞培養(yǎng)試驗中,對照組的情況是典型的最佳狀態(tài)的細胞, 評價是基于實驗組與對照組狀態(tài)的相似程度.
圖 2(b)展示的是wc33+Haam組. 球形細胞分散在梭形細胞中; 表明一些細胞剝離培養(yǎng)基飄散到培養(yǎng)液之中. 圖2(c)展示wc33non組. 因為可以看出有許多球形細胞,wc33non組表現(xiàn)出不佳的細胞粘附. 在圖 2(e)和(F)， 在wc53+HAam和wc53non組的顯微照片中分別可以看出幾個典型的紡錘狀細胞,它們細胞粘附較弱于wc33non組(圖(c)).
圖 3顯示細胞生長曲線以量化圖 2的結(jié)果. 圖 3(a)說明孵育時間和wc33樣本的細胞數(shù)之間的關系. 細胞數(shù)隨著所用的時間成倍增加.在wc33non組中，細胞數(shù)在168小時后為最高，其次是wc33+haam組和對照組,按順序如此下去. 經(jīng)過168小時培養(yǎng)，觀察到對照組與wc33+HAam組的細胞數(shù)無顯著差異(t-檢驗, p=0.107).
從細胞生長曲線中也可以計算出細胞數(shù)的倍增時間(DT). L929細胞的DT通常在20至25小時; 在這種情況下, wc33non小組的DT是32小時, wc33+HAam組為26小時，對照組為25h。
圖 3(b)展示在wc53樣本中L929的擴散. 相較于圖 3(一),細胞的增殖隨著PVA-H含水量增多而明顯下降. wc53non組的DT為49h, wc53+haam組為31h，對照組為26h. 盡管含水量高,不過通過分別對wc53non和wc53+HAam組比較細胞數(shù)和DT之后，磷灰石沉積的效果是很明顯的.
如上所述, 為了取得更好的與周圍組織和將PVA-h用作表面置換的材料附著力, 除關節(jié)面外所有PVA-h表面應包覆磷灰石. 但在實踐中, 用化學改性的方法如交替浸泡實現(xiàn)PVA-H表面特意覆蓋磷灰石涂層是不可能.結(jié)構(gòu)水交換也可以發(fā)生在PVA-H上, 用化學改性的方法在溶液中浸泡所做的那樣, 溶液滲透到PVA-H.
PVA-H的優(yōu)勢是它的機械性能,如彈性模量可通過改變水的含量來控制。因此, 從保留PVA-h的力學性能的角度來看，化學改性的方法是不實際. 在另一方面, PLD技術可使磷灰石涂層剛剛選定PVA-H曲面,而 對PVA-H本身材料的性能并無影響.
這是人所共知的,細胞粘附差的一般性能是由于一個高度的親水媒體使細胞粘附變得不可能. 在實驗中, 細胞增殖率(CPR)的計算是168小時實驗組的細胞數(shù)除以對照組的細胞數(shù); 更小的的實用價值顯示較弱的細胞粘附. wc33non和wc53non組的細胞增殖率分別為0.43和0.11; 顯示了極差細胞粘附. 但是,wc33+haam組的細胞增殖率為0.83, DL也幾乎和對照組相同,著顯示了被haam涂料成功覆蓋的PVA-H使粘附能力幾乎與控制組相等. 具體來說, 被HAam沉積的PVA-H擁有近一倍細胞粘附能力. 相比之下, wc53+HAam組的細胞增殖率為0.41,相當于大約wc33+Haam組一半的細胞粘附. 盡管如此,這個值仍相當于wc53non組的細胞增殖率0.11的 3.7倍，即使在wc53樣本的HAam涂料中也展現(xiàn)了相當?shù)男Ч?
4. 結(jié)論
通過PLD技術使HAam薄膜沉積在PVA-H表面大大改善了原來PVA-H較弱的細胞粘附. HAam薄膜沉積可以選擇性地適用在PVA-H表面的特定區(qū)域上，這是把PVA-H作為人工關節(jié)天然骨及軟骨的一種非常有效的手段.
鳴謝
感謝Tomoyo Gotoh 和Takako Osawa為我們提供技術援助. 這項工作得到了來自日本教育,文化,體育,科技等部門的資助 (編號16500308,2004年).
目錄
第一章 緒論
1.1組合機床簡介 第2頁
1.2組合機床在國內(nèi)的研究水平和發(fā)展趨勢(綜述) 第3頁
1.3 研究本課題的指導思想及要達到的目標 第7頁
第二章 組合機床設計方案
2.1組合機床的設計步驟 第7頁
2.2制造工藝的確定 第7頁
2.3減速箱體左右端面鉆孔工藝方案的確定 第8頁
第三章 組合機床多軸箱設計
3.1通用多軸箱設計 第13頁
第四章 組合機床夾具體設計
4.1 定位與支承系統(tǒng) 第17頁
4.2 夾緊機構(gòu) 第18頁
第五章 小結(jié) 第19頁
第六章 致謝 第20頁
第七章 參考文獻 第21頁
南寧減速箱體左右端面鉆孔組合機床設計
第一章 緒論
1.1 組合機床簡介
組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺式組合機床等；隨著技術的不斷進步，一種新型的組合機床——柔性組合機床越來越受到人們的青睞，它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng)，并能靈活適應多品種加工的可調(diào)可變的組合機床。另外，近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機（清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線）等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。
由于組合機床及其自動線是一種技術綜合性很高的高技術專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術。我國組合機床及組合機床自動線總體技術水平比發(fā)達國家要相對落后，國內(nèi)所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導致投資規(guī)模的擴大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術、新工藝，研制新產(chǎn)品，由過去的“剛性”機床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需求，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣踊b備。
??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。二十世紀70年代以來，隨著可轉(zhuǎn)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。銑削平面的平面度可達0.05毫米／1000毫米，表面粗糙度可低達2.5～0.63微米；鏜孔精度可達IT7～6級，孔距精度可達O.03～O.02微米。?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(chǎn)生了組合機床。?最早的組合機床是1911年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機床制造廠都有各自的通用部件標準。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協(xié)商，確定了組合機床通用部件標準化的原則，即嚴格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。
?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。為了使組合機床能在中小批量生產(chǎn)中得到應用，往往需要應用成組技術，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。
組合機床具有特定功能，按標準化、系列化、通用化原則設計、制造。對于此項目，在研究設計過程中，著重解決以下幾個方面的問題：
（1）在研究確定合理的加工工藝方案的前提下，確定該專機的總體設計布局，要求具有經(jīng)濟上的可行性；
（2）根據(jù)收集的資料和實地的調(diào)研考察，確定機床的配置型式及結(jié)構(gòu)方案，并提出影響機床總體總體布局和技術性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案；
（3）詳細計算論證，確定總體設計——繪制三圖一卡及多軸箱、夾具設計；
1.2組合機床在國內(nèi)的研究水平和發(fā)展趨勢(綜述)
組合機床行業(yè)企業(yè)主要針對汽車、摩托車、內(nèi)燃機、農(nóng)機、工程機械、化工機械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設備，隨著我國加入WTO后與世界機床行業(yè)進一步接軌，組合機床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開始向數(shù)控化、柔性化轉(zhuǎn)變。從近兩年的企業(yè)生產(chǎn)情況看，數(shù)控機床與加工中心的市場需求量在上升，而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑組合機床則有下降趨勢，中國機床工具工業(yè)學會的《機床工具行業(yè)企業(yè)主要經(jīng)濟指標報表》的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，僅從幾個全國大型重點企業(yè)生產(chǎn)情況看，2000年生產(chǎn)數(shù)控機床590臺，產(chǎn)值10?731萬元，生產(chǎn)加工中心118臺，產(chǎn)值4?601萬元； 2001年生產(chǎn)數(shù)控機床685臺，產(chǎn)值17?969萬元，生產(chǎn)加工中心129臺，產(chǎn)值5?760萬元；而2002年，截至9月份，數(shù)控機床、加工中心產(chǎn)量、產(chǎn)值已接近2001年全年水平，故市場在向數(shù)控、高精制造技術和成套工藝裝備方面發(fā)展。
組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺式組合機床等；隨著技術的不斷進步，一種新型的組合機床——柔性組合機床越來越受到人們的青睞，它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng)，并能靈活適應多品種加工的可調(diào)可變的組合機床。另外，近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機（清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線）等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。
由于組合機床及其自動線是一種技術綜合性很高的高技術專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術。我國組合機床及組合機床自動線總體技術水平比發(fā)達國家要相對落后，國內(nèi)所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導致投資規(guī)模的擴大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術、新工藝，研制新產(chǎn)品，由過去的“剛性”機床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需求，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣踊b備。
現(xiàn)代組合機床作為機電一體化產(chǎn)品，它是控制、驅(qū)動、測量、監(jiān)控、刀具和機械組件等技術的綜合反映。近20年來，這些技術有長足進步，同時作為組合機床主要用戶的汽車和內(nèi)燃機等行業(yè)也有很大的變化，其產(chǎn)品市場壽命不斷縮短，品種日益增多且質(zhì)量不斷提高。這些因素有力地推動和激勵了組合機床技術的不斷發(fā)展。
近20年來，組合機床技術取得了長足進步，在加工精度、生產(chǎn)效率、利用率、柔性化和綜合自動化等方面的巨大進步，標志著組合機床技術發(fā)展達到的高水平。組合機床的技術發(fā)展，刀具、控制和其它相關技術的進步以及用戶需求變化起著重要的推動作用，其中，特別是CNC控制技術對組合機床結(jié)構(gòu)的變革及其柔性化起著決定性作用。
1.?組合機床品種的發(fā)展重點
在組合機床這類專用機床中，回轉(zhuǎn)式多工位組合機床和自動線占有很重要的地位。因為這?兩類機床可以把工件的許多加工工序分配到多個加工工位上，并同時能從多個方向?qū)ぜ膸讉€面進行加工，此?外，還可以通過轉(zhuǎn)位夾具(在回轉(zhuǎn)工作臺機床上)或通過轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)裝置(在自動線上)實現(xiàn)工件的五面加工或全部?加工，因而具有很高的自動化程度和生產(chǎn)效率，被汽車、摩托車和壓縮機等工業(yè)部門所采用。?
。 2.?自動線節(jié)拍時間進一步縮短
????目前，以大批量生產(chǎn)為特征的轎車和輕型載貨車，其發(fā)動機的年產(chǎn)量通常為60萬臺左右，實現(xiàn)這樣大的批量?生產(chǎn)，回轉(zhuǎn)式多工位組合機床和自動線在三班運行的情況下，其節(jié)拍時間一般為20～30秒，當零件生產(chǎn)批量更大?時，機床的節(jié)拍時間還要更短些。在70年代，自動線要實現(xiàn)這樣短的節(jié)拍，往往要采用并列的雙工位或設?置雙線的辦法，即對決定自動線節(jié)拍的、工序時間最長的加工工序要通過并聯(lián)兩個相同的加工工位，如果限制性?工序較多時，則通過采用兩條相同的自動線來平衡自動線系統(tǒng)的加工節(jié)拍。顯然，這樣就要增加設備投資和作業(yè)?面積.自動線的短節(jié)拍，主要是通過縮短基本時間和輔助時間來實現(xiàn)的。?
????3.組合機床柔性化進展迅速 十多年來，作為組合機床重要用戶的汽車工業(yè)，為迎合人們個性化需求，汽車變型品種日益增多，以多?品種展開競爭已成為汽車市場競爭的特點之一，這使組合機床制造業(yè)面臨著變型多品種生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。為適應多品?種生產(chǎn)，傳統(tǒng)以加工單一品種的剛性組合機床和自動線必須提高其柔性。在70年代，數(shù)控系統(tǒng)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等公司相繼開發(fā)出數(shù)控加工模塊和柔性自動線(FTL)，從此數(shù)控組合機床和柔性自動線逐年增多。近十年來，組合機床的數(shù)控化發(fā)展是十分迅速的。應指出，進入90年代以來，汽車市場競爭更趨激?烈，產(chǎn)品市場壽命進一步縮短，新車型的開發(fā)周期日益縮短(目前一般為35個月)，汽車品種不斷增多，因而汽車?工業(yè)對柔性自動化技術裝備的需求量日益增多。組合機床及其自動線在保持其高生產(chǎn)效率的條件下，進一步提高其柔性?就愈來愈具有重要意義。?
組合機床的柔性化主要是通過采用數(shù)控技術來實現(xiàn)的。開發(fā)柔性組合機床和柔性自動線的重要前提是開發(fā)?數(shù)控加工模塊，而有著較長發(fā)展歷史的加工中心技術為開發(fā)數(shù)控加工模塊提供了成熟的經(jīng)驗。由數(shù)控加工模塊組?成的柔性組合機床和柔性自動線，可通過應用和改變數(shù)控程序來實現(xiàn)自動換刀、自動更換多軸箱和改變加工行程?、工作循環(huán)、切削參數(shù)以及加工位置等，以適應變型品種的加工。
??????組合機床自動線柔性化的迅速發(fā)展和節(jié)拍時間的日益縮短，充分顯示了CNC技術和刀具技術給組合機床自動線?帶來的巨大技術進步，使柔性自動線在多品種、大批量生產(chǎn)中成為重要的技術裝備。?但在這里必須指出，在組合機床和自動線實現(xiàn)柔性化發(fā)展的同時，加工中心高速化發(fā)展異常迅速。90年代初，?由這類高速加工中心組成的柔性生產(chǎn)線進入大批量生產(chǎn)領域，出現(xiàn)了加工中心與自動線競爭的局面。?
4.?加工精度日益提高
? 特別自80年代中期以來，汽車制造業(yè)為增強其汽車的競爭力，不斷地加嚴其發(fā)動機關鍵件的制造公差，并通過計算機輔助測量和分析方法，以及通過設備能力檢驗來提高其產(chǎn)品的質(zhì)量。組合機床制造廠為了滿足用戶對工件加工精度的高要求，除了進一步提高主軸部件、鏜桿、夾具(包括鏜模)的精度，采用新的專用刀具，優(yōu)化切削工藝過程，采用刀具尺寸測量控制系統(tǒng)和控制機床及工件的熱變形等一系列措施外，目前，空心工具錐柄(HSK)和過程統(tǒng)計質(zhì)量控制(SPC)的應用已成為自動線提高和監(jiān)控加工精度的新的重要技術手段。?
? 5.?綜合自動化程度日益提高
近十年來，為進一步提高工件的加工精度和減少工件在生產(chǎn)過程中的中間儲存、搬運以及縮短生產(chǎn)流程時間，將工件加工流程中的一些非切削加工工序(如工序間的清洗、測量、裝配和試漏等)集成到自動線或自動線組成的生產(chǎn)系統(tǒng)中，以實現(xiàn)工件加工、表面處理、測量和裝配等工序的綜合自動化。?
當今，鑒于我們?nèi)祟愘囈陨娴沫h(huán)境日益受到工業(yè)污染的破壞，環(huán)境保護已引起人們的普遍重視。近年來，國內(nèi)外越來越關注工業(yè)清洗對環(huán)境的污染。這就促使許多工業(yè)部門的零件清洗轉(zhuǎn)向應用水劑清洗(采用酸性、中性或堿性清洗液，清洗液中主要含有磷酸鹽、活性劑和絡合劑等)，這種水劑清洗主要根據(jù)工件清洗質(zhì)量要求而采用噴淋(分散清洗)和浸漬(集中清洗)兩種工藝。?
?????近幾年來，由于自動線節(jié)拍時間的日益縮短、被測工件的精度要求越來越高以及測量又要在生產(chǎn)條件下進行，因此，自動測量系統(tǒng)不僅要具有很高的工作速度和很高的工作精度，并且要具有較強的抗環(huán)境干擾(如切屑、塵埃、冷卻液蒸汽、油液、振動和溫度等)能力或測量系統(tǒng)具有對某些干擾量能進行自動補償?shù)男阅堋? 在自動線上，自動測量可分為加工前測量和加工后測量。?
加工前測量是在工件加工前通過測量以確定工件的特征，并利用測量結(jié)果來調(diào)整刀具相對于工件待加工部位的位置，然后進行相應的加工。例如，在銑削缸蓋底平面時，為確保各燃燒室至底平面的深度尺寸偏差為最小(這一偏差直接影響到發(fā)動機性能)，故采用了測量控制的銑削方法。銑削前，缸蓋在隨行夾具中找正和夾緊，接著采用多個氣動測量頭測出各燃燒室的深度，由最大值和最小值求出平均值，然后利用該值通過相應的控制來調(diào)整銑頭相對于工件的位置再進行銑削。?
????裝配在主體工件的加工過程中，有的需要將個別零件裝配到主體件上后再繼續(xù)進行加工。在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，已普遍地將這類工序間裝配集成到自動線或自動線組成的生產(chǎn)系統(tǒng)中。例如，缸體的瓦蓋裝配、缸蓋的進排氣閥座及導管裝配和缸體、缸蓋的堵片裝配等。?
6.?自動線可靠性和利用率不斷改善和提高
自動線的經(jīng)濟性只有在其進行連續(xù)生產(chǎn)的情況下才有可能實現(xiàn)。為提高自動線加工過程的可靠性、利用率和工件的加工質(zhì)量，目前在自動線上愈來愈多的采用過程監(jiān)控，對其各組成設備的功能、加工過程和工件加工質(zhì)量進行監(jiān)控，以便快速識別故障、快速進行故障診斷和早期預報加工偏差，使操作人員和維修人員能及時地進行干預，以縮短設備調(diào)試周期、減少設備停機時間和避免加工質(zhì)量偏差。?
顯然，提高自動線的利用率和工件加工質(zhì)量是生產(chǎn)控制和監(jiān)控的主要目的。?
????從目前自動線生產(chǎn)控制和監(jiān)控的內(nèi)容看，生產(chǎn)控制和監(jiān)控系統(tǒng)基本上是由質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)、自動線運行控制與監(jiān)控系統(tǒng)和刀具監(jiān)控系統(tǒng)這幾個部分組成的。?
近年來，質(zhì)量監(jiān)控已日益成為現(xiàn)代自動線生產(chǎn)監(jiān)控的重要一環(huán)。這主要是由于汽車工業(yè)不斷提高發(fā)動機質(zhì)量的緣故。各汽車制造廠普遍要求將零件的設計公差帶壓縮1/3～1/2作為工序公差，對機床能力系數(shù)提出了很高的要求。為此，自動線制造廠為確保設備具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量，已日益重視應用SPC對自動線的生產(chǎn)過程進行連續(xù)監(jiān)控，對加工質(zhì)量偏差的趨向進行早期預報，以便把工件的加工公差始終控制在預定的范圍內(nèi)。?
現(xiàn)代自動線的過程控制和監(jiān)控不僅包含對變得愈來愈復雜的自動線的過程控制和對所有終點開關、電動機保護開關、節(jié)拍時間、冷卻和潤滑液的供給以及液壓、氣動功能等進行監(jiān)控和診斷，而且還包括對刀具耐用度、設備維修間隔和工件計數(shù)等進行管理，并通過一些直觀的過程圖形顯示、操作指引、故障報警和診斷指示，使操作人員更便于監(jiān)控整個自動線的生產(chǎn)過程。? 80年代末，在自動線的故障診斷技術中出現(xiàn)的一種基于知識的故障診斷技術，可對自動線運行中產(chǎn)生的所有故障進行診斷(而不是局限于診斷最常出現(xiàn)的故障)，確定故障部位及其原因，這為迅速排除故障贏得了時間，從而顯著地縮短自動線的調(diào)試時間和停機時間。?
當前，自動線的控制技術已由集中控制方式轉(zhuǎn)向分散控制方式。根據(jù)對這種新的控制模式的研究表明，采用分散控制系統(tǒng)要比采用集中控制系統(tǒng)可節(jié)省費用5%。這主要是由于分散控制系統(tǒng)可減少電纜敷設費用(采用總線系統(tǒng))、減少電氣保養(yǎng)維修費(由于提高了透明度)、省去控制柜臺架(分散控制系統(tǒng)的控制柜直接設置在自動線的加工工位上)和無需設置集中冷卻裝置等。此外，這種分散控制系統(tǒng)由于總體配置簡單，有利于加快自動線的投入運行，并由于一目了然的結(jié)構(gòu)配置，在產(chǎn)生故障時很容易確定故障的部位。最后，分散控制系統(tǒng)的模塊化和標準化也有利于降低成本和提高透明度。
???? 7.?其它技術的應用動向
組合機床設計普及CAD技術在國外許多公司中，組合機床設計已普遍采用CAD工作站，在設計室?guī)缀鹾茈y見到傳統(tǒng)的繪圖板。CAD除應用于繪圖工作外，并在構(gòu)件的剛度分析(有限元方法)、組合機床及自動線設計方案比較和選擇，以及方案報價等方面均已得到廣泛應用，從而顯著地提高了設計質(zhì)量和縮短了設計周期。加之國外許多公司在組合機床和自動線組成模塊方面的系列化和通用化程度很高(一般達90%以上)，使組合機床和自動線的交貨期進一步縮短。
精益生產(chǎn)方式的重要內(nèi)容之一是并行工程。根據(jù)并行工程的組織原則，要求在產(chǎn)品開發(fā)的各個環(huán)節(jié)中，所有各相關的設計和制造活動之間按時間并行地進行密切合作和協(xié)調(diào)。也就是要求產(chǎn)品開發(fā)部門、生產(chǎn)規(guī)劃部門和設備制造廠之間進行緊密合作，對要設計的產(chǎn)品和加工裝備同時進行規(guī)劃和設計，及早地發(fā)現(xiàn)和改正產(chǎn)品(工件)可能存在的錯誤，并盡早確定主要的生產(chǎn)工藝裝備，從而達到改進產(chǎn)品設計和制造工藝、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低制造費用、提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝裝備質(zhì)量的目的。?
從并行工程的基本思想看，這一方法似乎也不是新發(fā)明。因為在通常設計組合機床時，同樣要求組合機床制造廠與用戶之間進行密切合作，以便使專用設備能更好地滿足用戶的各種要求。但是，并行工程同這種做法有著本質(zhì)上的不同。眾所周知，組合機床制造廠總是根據(jù)用戶提供的工件圖紙和樣件來進行專用設備的設計的，在工作環(huán)節(jié)上是一種按順序進行的作業(yè)。而并行工程則突破了這種上下道作業(yè)的工作程序，它要求通過裝備制造部門早期介入用戶產(chǎn)品的規(guī)劃和設計，在產(chǎn)品設計部門考慮其結(jié)構(gòu)和功能時，能協(xié)同考慮產(chǎn)品的加工和裝配工藝(以制造工藝和裝配工藝帶動設計)，從而加速產(chǎn)品開發(fā)，同時達到降低制造費用和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
在國外，近十年來，很多汽車制造廠都在積極推行并行工程，并有不少組合機床制造廠與汽車廠密切合作應用這一方法來加速專用裝備的設計制造。應用并行工程分別為一些汽車廠設計制造了眾多的缸體、缸蓋和變速箱體等加工自動線，取得了較好的技術經(jīng)濟效益。
????8.?結(jié)束語
近20年來，組合機床自動線技術取得了長足進步，自動線在加工精度、生產(chǎn)效率、利用率、柔性化和綜合自動化等方面的巨大進步，標志著組合機床自動線技術發(fā)展達到的高水平。自動線的技術發(fā)展，刀具、控制和其它相關技術的進步以及用戶需求變化起著重要的推動作用，其中，特別是CNC控制技術對自動線結(jié)構(gòu)的變革及其柔性化起著決定性作用。?
隨著市場需求的變化，柔性將愈來愈成為決擇設備的重要因素。因此，自動線將面臨由高速加工中心組成的FMS的激烈競爭。
1.3 研究本課題的指導思想及要達到的目標
在完成了大學階段的課程學習之后，為了鞏固和深入的學習理論知識，系統(tǒng)地掌握并運用這些知識，全面提高我們自身的綜合素質(zhì)，為以后踏上工作崗位，游刃有余的完成各項工作做好準備。
通過本次畢業(yè)設計，我在輔導老師和周圍人的幫助下認真的完成本次畢業(yè)設計課題，在保證完成任務的前提下還有一定的質(zhì)量水準。讓我實際操作設計組合機床，親自體會作為工程技術人員，作為一名工程師應具有的理論知識、專業(yè)素養(yǎng)及實際動手操作能力，力爭做一名合格的工科工程師人員！
第二章 確定組合機床設計方案
2.1 組合機床的設計步驟
一. 擬訂方案階段
指定工藝方案是設計組合機床最重要的一步。工藝方案制定得好與否，將決定機床能否達到“體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，效率高，質(zhì)量好”的要求。為了使工藝方案制定得合理，先進，必須從認真分析被加工零件圖紙開始，深入現(xiàn)場了解被加工零件的結(jié)構(gòu)特點，加工部位，尺寸精度，表面粗糙度和技術要求，定位夾緊方式，工藝方法和加工過程中所采用的刀具，輔具，切削用量及生產(chǎn)率等，分析其優(yōu)缺點總結(jié)設計制造使用單位和操作者豐富的實踐經(jīng)驗，以求理論緊密聯(lián)系實際，從而確定零件在組合機床上完成的工藝內(nèi)容及方法，決定刀具種類，結(jié)構(gòu)類型，數(shù)量及切削用量等。
二．技術設計階段
根據(jù)已確定的工藝和結(jié)構(gòu)方案，按照加工示意圖和機床聯(lián)系尺寸圖等開展部件設計，繪制多軸箱，夾具等裝配圖。
三．工作設計階段
（1）繪制機床聯(lián)系尺寸總圖。
（2）編制機床說明書，制定機床精度檢驗，調(diào)整，試車規(guī)范等有關驗收標準。
2.2 制造工藝的確定
本課題就是要通過實地調(diào)研考察，結(jié)合大學階段所學專業(yè)課知識和相關資料的分析閱讀設計專用機床（組合機床），來解決上述制造工藝中上端面鉆孔的加工問題。
在設計時要注意下列幾個問題：
采用先進的加工工藝方案，恰當?shù)卮_定本專機的工序集中度；
選擇合適的配置，合理選擇本專機的通用部件；
合理選擇切削速度，進給量，確定鉆孔所用的刀頭；
設計合理高效的專用夾具。
影響工藝方案的主要因素。
（1） 零件左右兩個面同時加工。
（2） 材料HT200。
（3） 生產(chǎn)批量：大中批量。
工序間余量的確定：mm。
刀具結(jié)構(gòu)選擇：考慮到加工材料、生產(chǎn)批量和加工精度要求不高，采用通用的長柄直麻花鉆。
2.3 減速箱體左右端面鉆孔工藝方案的確定
從工藝簡圖中可以看到：要加工的孔為左右兩面各三個，鉆孔深度為15.6mm，各端面孔之間沒有位置度要求。根據(jù)加工零件的形狀和加工要求，考慮加工經(jīng)濟精度等因素，確立合理的加工工藝方案。
2.3.1 工藝基準分析
選擇加工工藝基準時應遵循一下原則：
應盡可能的選擇設計基準為加工時的定位基準，這樣可以減少累計誤差，有利于保證加工的精度，還有利于工件加工；
選擇定位基準時應選用光潔、平整和有足夠大的尺寸面做定位基準，定位時要確保工件的穩(wěn)定，只有不能避免才考慮粗基準；
統(tǒng)一基準原則，這樣可以簡化夾具設計，減少工件搬動和裝夾次數(shù)；
選擇基準應保證定位準確、可靠，夾緊機構(gòu)簡單，操作方便；
工序集中原則，選擇基準時保證在一次裝夾下，盡可能多的加工，便于保證加工的精度要求；
夾緊時要保證不影響加工，夾緊要可靠；
在加工方向上，當所受力較大時要考慮采用輔助夾緊，這樣在加工過程中可以保證定位要求，滿足加工要求。
定位基準和夾緊部位
（4） 定位基準：一面兩銷（5自由度）。
（5） 加緊部位：零件上端面。
2.3.2 機床配置型式的選擇
組合機床是針對被加工零件的特點及工藝要求，按高度集中工序原則設計的一種高效率專用機床。設計機床前，首先根據(jù)組合機床完成工藝的一些限制及組合機床各種工藝方法能達到的加工精度、表面粗糙度及技術要求，解決零件是否可以利用組合機床加工及采用組合機床加工是否合理的問題。
影響機床配置方案的主要因素有：
被加工零件的加工精度和加工工序，它是制定機床方案的主要依據(jù)；
被加工零件的特點在很大程度上決定了機床采用的配置型式；
被加工零件的生產(chǎn)批量；
機床的使用條件。
本機床采用臥式滑臺式雙面加工的單工位組合機床。
2.3.3 切削用量的選擇
機床要正常工作，必須確定合理的切削速度和進給量。切削速度和進給量選擇適當，將會減少加工時間，延長刀具使用壽命，獲得較高的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。由于該工序采用的是組合機床雙面加工6個孔，都是M5（鉆孔徑4.2）,因此每把刀具的進給量都是相同的。根據(jù)鉆孔加工切削用量參照表，鉆孔切削速度為6.59m/min.由公式n=v∕d×1000可得：主軸轉(zhuǎn)速n=500r/min，進給量f=0.1mm/r。有以上數(shù)據(jù)，選擇相應的漲套、芯軸、襯套及鉆模板、螺桿等，參照大連組合機床研究所的 《組合機床設計參考圖冊》，加工示意簡圖如圖紙所示。
2.3.3.1 動力部件的選擇
動力部件主要用以實現(xiàn)切削刀具的旋轉(zhuǎn)和進給運動。它們是機床最主要的通用部件，包括液壓滑臺、滑臺側(cè)底座、動力箱。一般主運動采用旋轉(zhuǎn)運動，而進給運動采用液壓傳動。它們的選擇原則應遵循下列原則：
（1）進給力和功率應滿足加工所需的最大進給力和所需的計算功率（包括切削功率、空轉(zhuǎn)功率、傳動損失等）；
（2）所選擇的快速行程速度應小于動力滑臺的規(guī)定的快速行程速度，切削用量的每分鐘工作進給速度應大于動力滑臺額定的最小進給量；
（3）多軸箱輪廓尺寸具有一定的限制，不同規(guī)格的動力滑臺要與同規(guī)格的多軸箱配套使用。
1)D=4.2mm，(f=0.16).:
切削力
切削轉(zhuǎn)矩
切削功率
綜合以上因素，查《組合機床設計簡明手冊》表2—14 左右多軸箱都選用1TD12IA型動力箱驅(qū)動，電機選用Y90L-6, 驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速615r/min。
。
圖1 液壓滑臺和滑臺側(cè)底座
2.3.4 組合機床尺寸聯(lián)系圖繪制
2.3.4.1 主要相關尺寸的分析
裝料高度：裝料高度是指機床上工件的定位基準到地面的垂直距離。在確定裝料高度時，應考慮車間運送工件滾道或者搬運小車的高度，工作最底加工孔的位置，主軸高度及通用部件高度尺寸的限制。具體計算如下：
工件最低孔位置h2=112mm, 滑臺高度：250mm
側(cè)底座高度：550mm(Icc251I),取裝料高度為H=866mm
中間底座尺寸：中間底座的輪廓尺寸要滿足夾具在其上面連接安裝的需要。其長度方向尺寸要根據(jù)所選動力部件（滑臺和滑座）及其配套部件的位置關系，照顧各部件聯(lián)系尺寸的合理性來確定。非常重要的是，一定要保證加工終了位置時，工件端面至多軸箱前面的距離不小于加工示意圖上要求的距離。同時，要考慮動力部件加工終了位置時，多軸箱與夾具外輪廓間應該有便于機床調(diào)整、維修的距離。
夾具安裝：長250，寬330
在加工意圖中，它在加工方向的尺寸已經(jīng)確定，圖中已經(jīng)規(guī)定了機床在加工終了時工件端面至多軸箱端面的距離，由此根據(jù)選定的動力箱、滑臺、側(cè)底座等標準件的位置關系，并考慮到滑臺的前備量，通過尺寸鏈就可以確定中間在加工方向上的尺寸。
確定后并按照優(yōu)選后為746mm
（3）確定多軸箱輪廓尺寸
標準多軸箱厚度為325mm。
B=b+2b1
H=h+h1+b1
為保證有足夠的派部齒輪空間，b170100mm,h1必須考慮到與h2、機床裝料高度H、滑臺滑體總高h3、側(cè)底座高h4、滑臺與側(cè)底座之間的調(diào)整高度h7等尺寸之間的關系而定。對于臥式組合機床，h1要保證潤滑油不致從主軸襯套泄露到箱體外h1=h2+H-(0.5+h3+h7+h4)
已知b1 則可以求出：
B=b+2b1
H=h+h1+b1
按照上述計算值，按照多軸箱尺寸系列標準，最后確定多軸箱輪廓尺寸：
BH=320250
2.3.4.2 繪制聯(lián)系尺寸圖
（1）尺寸確定 注意：要按照機床加工終了位置繪制。
檢查長寬高三個方向的尺寸鏈要封閉。
中間底座長度的確定：
L=(++2+)-2()
=746mm
（2）機床分組
為便于設計和組織生產(chǎn)，組合機床各部分和裝置按照不同的功能劃分編組。組號劃分規(guī)定如下：
第1019組——支撐部件。一般由通用的側(cè)底座、立柱及其底座和專用中間底座組成。
第2029組——夾具及其輸送部件。夾具是組合機床的專用的部件，常編為20組，包括定位加緊及導向部分。對于一些獨立性較強的活動鉆模、攻螺紋模板、自動加緊機構(gòu)、自動上下料機構(gòu)常單獨編號。移動工作臺、回轉(zhuǎn)臺等輸送設備，如果屬于通用設備，可以納入夾具組，明細表中列出通用部件型號即可，如果專用則單獨成組編號。
第30～39組——電氣設備，電氣設計編變?yōu)?0組，包括原理圖、接線圖和安裝圖等設計，專用操縱臺、控制柜等則另編組號。
第40~49組——傳動裝置。包括機床中所有的動力部件如動力滑臺、動力箱等通用部件，編號40組，其余須修改部分內(nèi)容或?qū)Ｓ玫膫鲃釉O備則單獨編租。
第50~59組——液壓和氣動裝置。
第60~69組——刀具、工具、量具和輔助工具等。
第70~79組——多軸箱及其附屬部件。
第80~89組——冷卻、排屑及潤滑裝置。
第90~99組——電氣、液壓、氣動等各種控制擋鐵。
結(jié)果如圖2所示
圖2.組合機床尺寸聯(lián)系圖
二、 2.3.5 生產(chǎn)率計算（參照《組合機床設計》從鳳廷 遲建山 主編）
根據(jù)選定的機床工作循環(huán)所要求的工作行程長度、切削用量、動力部件的快速及工進速度等，就可以計算機床的生產(chǎn)率并編制生產(chǎn)率計算卡，用以反映機床的加工過程、完成每一動作所要的時間、切削用量、機床生產(chǎn)率及機床負載率等。
1.理想生產(chǎn)率
=（件/h）
A：生產(chǎn)綱領 K：全年總工時，一般情況下，單班制K取2350h,兩班制K取4600h。
2.實際生產(chǎn)率
（件/h）
——生產(chǎn)一個零件所要的時間（min），由下式計算：
= （min）
，——是刀具第一、第二工作進給長度（mm）。
，——是刀具第一、第二工作進給量（mm/min）。
——通常是指刀具在工件上加工終了位置無進給狀態(tài)下所消耗的時間（min）。
,——動力部件的快退、快進長度（mm）。
——動力部件的快速行程速度。機械動力部件取5~6m/min；液壓動力部件取3~10m/min。
——直線移動或工作臺進行一次工位轉(zhuǎn)換的時間。
——裝卸工件的時間。
如果計算出的>,則必須重新選擇切削用量或修改機床設計方案。
3.機床負載率
注意：以上的計算結(jié)果在生產(chǎn)率計算卡上。
第三章 多軸箱設計
3.1通用多軸箱設計
3.1.1繪制原始依據(jù)圖 。如下圖3：
圖3 原始依據(jù)圖
軸號
主軸外伸尺寸（mm）
切削用量
備注
D/d
L
工序內(nèi)容
(r/min)
(m/min)
(mm/r)
1~3
38/26
115
鉆孔D=4.2
500
6.59
0.10
3.1.2.主軸、齒輪的確定及動力計算
（1） 已知主軸轉(zhuǎn)速及驅(qū)動軸到主軸的傳動比。
1）
2）總的傳動比
；
3）確定中間軸位置，并配對各齒輪。（位置如坐標計算圖）
1，2，3為各主軸的圓心，其中心距為A=47,取。
有
、確定中間傳動軸4，5，6，7的位置，
a：取 =29 ，m=2。,m=2; ,m=3; ,m=3由各級傳動比得各個傳動軸的齒數(shù)：
。
4） 驗算各個主軸轉(zhuǎn)速。
；
兩組主軸的轉(zhuǎn)速相對損失在以內(nèi)，符合設計要求。
三、 多軸箱坐標計算
1、 加工基準坐標的選擇及確定各軸坐標。
（1） 因為本機床為臥式，為了使工藝基準與設計基準統(tǒng)一，故坐標架的橫軸（X軸）選在箱體底面，縱軸（Y軸）通過定位銷孔，這樣可以減少因基準轉(zhuǎn)換引起的加工誤差。
（2） 各個主軸的坐標計算如下圖4：
圖4 坐標計算圖
各點坐標：0(140,62.5) 1(140,111.5) 2(163,150.5) 3(117,150.5) 4(191,106.5) 5(89,106.5) 6(74,62.5) 7(206,62.5)
第四章 組合機床夾具設計
夾具是實現(xiàn)被加工零件準確定位、夾壓、刀具的導向以及裝卸工件的限位等目的的部件,因此組合機床夾具設計的成功與否直接關系到被加零件加工精度的高低。包括定位支承系統(tǒng)和夾緊機構(gòu)。通過對被加工零件尺寸精度、位置精度的分析及機床方案的對比,根據(jù)加工孔的精度要求,本機床夾具采用一面兩銷定位和氣壓夾緊。
4.1 定位與支承系統(tǒng)
機床在加工時，必須使工件對刀具保持正確的相對位置，這就需要定位系統(tǒng)來實現(xiàn)。定位系統(tǒng)除用以對工件進行定位外，還要承受工件的重力和夾緊力及進給力。因為夾具與工件接觸，因此夾具的尺寸、結(jié)構(gòu)、精度和布置直接影響工件的加工精度。
4.1.1 工件的定位
本課題采用“一面兩銷”定位，限制工件的6個自由度，工件實現(xiàn)完全定位。
4.1.1.1定位準則
任何一個工件在夾具中定位時，要完全限制6個自由度（、、、、、）使工件定位采用6個按一定規(guī)則布置的約束點，可以限制工件的6個自由度，實現(xiàn)完全定位，稱為六點定位原理。
定位裝置實現(xiàn)工件定位準確的標志是：
（1）同一個工件安裝在夾具中，特別是對軸加工表面而言，只能有一個自由度未限制，不能產(chǎn)生欠定位。
（2）同批工件先后安裝在夾具中，特別對被加工表面而言進給系統(tǒng)要求位置一致。
4.1.1.2 夾具方案及結(jié)構(gòu)
如加工工序圖所示,兩個定位銷限制了除移動自由度外的五個自由度;最后的一個自由度由底面定位。氣缸它的作用：是裝上工件后啟動氣壓裝置，氣缸上部進氣壓縮拉桿向下運動，夾緊工件。采用這種結(jié)構(gòu)具有敞開性好、工件裝卸方便、結(jié)構(gòu)簡單、夾緊力大。
4.1.2 夾具操作過程
這個夾具結(jié)構(gòu)比較簡單。裝夾的過程如下：工件手動防入且定位銷剛好進入定位空，夾緊工件，加工，結(jié)束后松開氣壓裝置，拿出工件，如此循環(huán)。
4.2 夾緊機構(gòu)
夾緊是指工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作過程，實現(xiàn)這一過程的裝置，就是夾緊機構(gòu)。夾緊機構(gòu)由夾緊動力、中間傳動機構(gòu)、夾緊元件三部分組成。夾緊動力用于產(chǎn)生動力源，并將夾緊力傳給中間傳動機構(gòu)。
夾緊裝置是夾具的重要組成部分，在設計時應滿足下面基本要求：
（1） 在夾緊過程中應能保持工件定位時所獲得的正確位置；
（2） 夾緊可靠。夾緊機構(gòu)一般要有自鎖作用，保證在加工過程中不會產(chǎn)生振動。夾緊
工件時不允許對工件產(chǎn)生變形和損傷；
（3） 夾緊裝置應操作方便、省力、安全；
（4） 夾緊裝置的復雜程度應與工件的生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式相適應。結(jié)構(gòu)力求簡單、緊湊，
并盡可能采用標準化元件。
4.2.1 夾緊力的確定與校核
所謂夾緊力的確定，是要正確確定夾緊力的作用點、方向及大小。為了方便計算，在計算夾緊力時做以下假設：
（1） 夾具和工件均為剛性元件；
（2） 夾緊力是靜態(tài)力；
（3） 在切削過程中，各種參數(shù)不發(fā)生變化。
4.2.1.1 計算工件鉆孔加工時所需夾緊力
4.2.1.2 夾緊元件
主夾緊機構(gòu)為氣壓缸；
輔助夾緊元件采用支撐板。
小結(jié)
組合機床一般均為專用機床,因此在設計組合機床時,應根據(jù)具體加工對象的具體工藝要求和公司設備的具體實際情況合理地確定工序集中程度,選擇恰當?shù)臋C床配置型式,合理地選擇組合機床的通用部件,設計高效的夾具、刀具及主軸箱等。采用先進的加工工藝,制定最佳的設計方案,達到“精、快、省”的最終目的。
本課題設計的這臺組合機床，用于加工減速箱體兩側(cè)面6孔的鉆孔。在設計過程中對存在的一些問題進行了解決，順利完成本次畢業(yè)設計的任務。在機床的設計上采取了一系列的措施，從結(jié)構(gòu)設計到氣壓、電氣設計完成了對大學階段學習內(nèi)容的全面考察，達到了預期的效果。主要完成了以下工作：
1. 對零件進行整體分析，明確了該工件加工的技術和工藝要求；制定了工藝方案，完成總體設計，完成對被加工工件工序圖、加工示意圖、機床尺寸聯(lián)系圖和生產(chǎn)效率卡的繪制；
2. 合理選用了組合機床設計中用到的通用部件，使設計成本明顯降低；
3. 完成對機床多軸箱和夾具裝配圖的設計；
當然，由于剛剛完成對基本理論的學習，知識、經(jīng)驗、時間有限，這次設計還有許多值得完善的地方。我將在以后的工作學習中，更加努力以取得更好的成績。
致謝
本次畢業(yè)設計是在導師吳勃老師的悉心指導下完成的。在設計過程中 ，吳勃老師給了我很多的關心和幫助。定期輔導，幫助我們查閱相關書籍，為我們提供了許多有價值的技術參考資料，使本次畢業(yè)設計得以順利完成。導師嚴謹細致的工作作風，豐富的理論知識給了我很深的啟迪，是我受益匪淺。在此，我向我的導師表示衷心的感謝。
此外還要感謝機械學院的領導和老師們，他們給了我許多熱心的幫助，為我們提供了安靜的設計環(huán)境和良好的設計條件。
參考文獻
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