1、1由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD 图纸等，联系 153893706 矿山掘进机箱体加工组合机床设计摘 要：本次设计任务是制定矿山掘进机箱体结合件的加工工艺、组合钻孔工序的工装设计、液压控制系统设计、组合机床设计。在工艺制定过程中，通过生产批量的分析确定矿山掘进机箱体结合件的加工方案，并寻求最佳的工艺方案，借此说明了工艺在生产过程中的重要性；在组合钻孔工序的工装设计过程中，结合实例，介绍了夹具设计方法，特别是对孔的加工精度进行了探讨；在液压控制系统设计过程中，以双面钻孔组合机床为对象，依据液压系统设计的基本原理，拟出合理的液压系统图。通过系统主要参数的计算确定了液压元件的
2、规格；在组合机床设计过程中，结合具体实例和设计经验, 阐述了通用件(如液压滑台，动力箱等)的选取及专用部件（如主轴箱）的设计计算。关键词：组合机床 多轴箱 工艺 钻夹具 液压传动Mine Tunneling Achine Processing Combined Machine Tool Design(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)2Abstract： The design task is to develop mine tunneling machine
3、 parts processing technology, combined with the combination process of drilling fixture design, the design of hydraulic control system, the design of the modular machine tool.Making process in the process, through the production of bulk analysis of mine tunneling machine combined with a processing p
4、rogram, and to seek the best technology solutions, which illustrates the process in the importance of the production process; in the combination process of drilling fixture design process, combined with the examples, introduces the fixture design method, especially for hole the processing precision
5、is discussed; in the hydraulic control system design process, double sided drill hole modular machine tool as the object, on the basis of hydraulic system design of the basic principles, a reasonable hydraulic system diagram. The calculation of the main parameters of the system determine the hydraul
6、ic components of the specification; the combination of machine tool design process, combined with concrete examples and design experience, elaborated the general parts ( such as hydraulic slipway, the power box and so on ) selection and special components ( such as the headstock ) design calculation
7、.Keywords: combination machine tool; hydraulic transmission; axle boxes; handicraft;drills clamp 1 前言 1.1 本课题提出的背景和意义组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。应用组合机床加工大批量零件，快捷高效，生产效率高是机械加工的发展方向。本次设计具体工作如下：组合机床的总体设计和重要专用部件的设计。其总体设计主要是绘制组合机床“三图一卡” ；专用部件则主要是主轴箱的方案和其动力参数的设计，结合具体实例和设计经验, 阐述了通用
8、件(如液压滑台，动力箱等)的选取及专用部件（如主轴箱）的设计计算。组合机床出现在世界上只有50多年的历史。我国组合机床事业是从无到有，逐渐发展起来的。从1956年开始自行设计、制造了组合机床并得到很大发展。如北京、上海、辽宁、山东、江苏等发展很快，西北、西南地区也又新的发展。国家又重点安排了一批工厂，如大连机床厂、常州机床厂、大河机床厂、长沙机床厂、上海第3十机床厂等20多个工厂生产组合机床通用部件，为全国各地机械加工部门用组合机床自己武装自己创造了非常有利的条件。许多工厂在大搞技术改造、设备更新、质量翻新的热潮中，制造了大量的组合机床及其自动线，成倍地提高了劳动生产率，保证了产量和质量，降低
9、了成本。目前，我国大多数省、市、自治区都能设计并制造组合机床及其自动线，产量、质量和技术水平都在不断提高。我国组合机床及其自动线已占有一定数量，特别是在汽车制造行业已有了大量的组合机床及其自动线，生产能力也在不断提高。用我国自行设计与制造的组合机床及其自动线武装起来的第二汽车制造厂，经投产后证明具有规模、效率高，具有较高的自动化程度特点物理从工艺方案和布局，还是从加工精度和质量方面看，这些组合机床及组合机床自动线都已达到国际先进水平。近几年来，组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器、仪表、缝纫机、自行车、阀门、矿山机械、冶金、航空、纺织机械及军工等部门已获得广泛的应用，甚至一些中小批量生产
10、部门也开始推广使用。由于组合机床具有的一系列优点，因此在我国机械加工工业中广泛推广使用组合机床已成为多、快、好、省地发展我国机械加工工业的一条重要途径，继续发展和提高组合机床及自动线技术水平，是当前机械加工工业的一项重要任务。随着社会的不断进步，机械加工技术的不断发展，古老的生产方式已不能完全适应新形势的要求。我们传统的通用机床，由于它为了适应各种零件的通用加工，强调了加工范围的广泛性，使其万能性增大，并且在加工某一零件的某些加工表面时，使机床不能完全发挥出全部效能。为了克服通用机床的弊端，工程技术人员便相应地推出了专用机床。但由于专用机床是根据某一工艺要求专门设计制造的，且它的组成部件均是专
11、门设计制造的，因此，相对于通用机床而言，专用机床的造价昂贵，设计、制造周期长，特别是在飞速发展的变化之中，一旦产品更新换代，产品变型，原有的专用机床将不能满足新产品加工工艺的要求，更有甚者是原专用机床完全不能加工新产品而变成一堆废铁，失去了机床应有的作用。为了使产品在市场中立于不败之地，工程技术人员不得不重新花费时间，设计、制造新的专用机床。由此可见，专用机床在一定程度上阻碍着产品的更新换代。为了解决以上通用机床与专用机床之间的矛盾，同时尽可能地兼顾通用机床与专用机床的优越性，于是，组合机床便在通用机床与专用机床的夹缝中悄然兴起，并得到了越来越广泛的应用。本课题主要是对单工序专用机床进行设计。
12、1.2 国内外研究现状4我国加入 WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至 2005年4月份，组合机床行业企业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达 1000余台，产值达 3.9个亿以上，较 2004年同比增长了 10%以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。在目前企业产品结构正发生变化，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
13、设备，随着我国加入 WTO后与世界机床进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升。八十年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。国外组合机床技术的发展趋势是（1）广泛应用数控技术。国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装
14、置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为 58秒。(2)发展柔性技术。80 年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线。1.3 本论文的主要内容个方面即矿山掘进机
15、箱体结合件的加工工艺、组合钻孔工序的工装设计、液压控制系统设计、组合机床设计对掘进机箱体结合件的制造做了详细的阐述，简要说明了现代制造工艺和制造设备与矿山掘进机的关系。2 工艺方案的拟定2.1 矿山掘进机箱体结合件零件的工艺技术分析矿山掘进机箱体结合件零件如图1：5图l 矿山掘进机体结合件图Fig1 Mine tunneling body combined with a map主要技术参数如下 1：2.1.1 面（1）上下两平面的表面粗糙度为 3.6（2）两侧面、两端面及结合面表面粗糙度为 3.62.1.2 孔（1）表面粗糙度：轴向中心孔、横向孔及其余孔表面粗糙度为 3.6（2）平行度：52
16、孔的内表面平行于基准面 C，且误差不大于 0.06mm（3）同轴度：52 孔的内表面与基准面 C同轴，且误差不大于 0.03mm（4）垂直度：47 孔的轴线垂直于基准面 C，且误差不大于 0.03mm62、90 孔的轴线垂直于基准面 C，且误差不大于 0.02mm2.1.3 螺纹孔M6-6H M10-6H M12-7H2.1.4 位置度一般公差为 即可。0.52.1.5 技术要求：（1）时效处理 （2）涂防锈漆通过对图上众多标准及要求分析，可找出此工件上重要的加工表面和孔：底面B、结合面 F、端面 M、轴向孔 52、横向孔 47、62、90，这样在分析选取时就以保证这些部位的技术要求为前提。2
17、.2 定位分析、基准选取及制定工艺路线根据生产纲领，该零件属于大批大量生产，因此采用砂型铸造的方法来进行毛6坯生产。该零件的各个表面均为毛坯面，为加工需要，先加工一基准面为后备工序做准备。该箱体结合件分为箱体和箱盖两部分，箱体外形面有侧面 A、端面 M、底面 B，依据便于装夹的原则及利于后续加工的原则，确定箱体底面 B作为多道工序加工的基准面。有以上分析：2.2.1 粗基准的选择根据零件图分析由图 2可知以 F面为粗基准，定位装夹简单可靠。图2 粗基准Fig.2 A rough benchmark2.2.2 选择精基准从各个表面的精度位置进行分析：图3 精基准Fig.3 Precision r
18、eference以 B面作为精基准。样在后续加工过中，装夹方便可靠，又能满足加工要求。其它各面的加工精度虽然比基准面要高，但与基准面无特殊的形位公差，因此只需一次粗加工即可。2.2.3 工序分析（1）箱体结合面 F的粗糙度为 3.2，以 B面和 A面及端面为定位基准，进行加工。7此处已删除图 16 主轴位置关系尺寸图Fig.16 Relationship dimensions of spindle position（1）根据机床联系尺寸图，绘制多轴箱外形图，并标注轮廓尺寸及动力箱驱动轴的相对位置尺寸。（2）根据联系尺寸图和加工示意图，标注所有主轴位置尺寸及工件与主轴、主轴与驱动轴的相关位置尺寸
19、。（3）根据加工示意图标注各主轴转速及转向主轴逆时针转向。（4）列表标明各主轴的工序内容、切削用量及主轴外伸尺寸（5） 标明动力件型号及其性能参数表 3 主轴外伸尺寸及切削用量Table 3 Shaft overhanging size and cutting parameters8轴号 主轴外伸尺寸（mm） 切 削 用 量D/d L 工序内容 n(r/min) v(m/min) f(mm/r)1 30/20 115 钻 5.2 孔 732 13 0.12 30/20 115 钻 5.2 孔 732 13 0.1 3 32/25 115 钻 5.2 孔 732 13 0.11）被加工零件编号及
20、名称：ZFA211-3600-7 箱体结合件， 。材料及硬度，铸铁，200HBS2）动力部件 1TD25-A，1HY-25，N=2.2KW，n=1420图 17 多轴箱设计原始数据图Fig.15 The original data of multi-axle box design6.2.1 主轴、齿轮的确定及动力运算（1）主轴型式和直径主轴的型式和直径，主要取决与工艺方法、刀具主轴联接机构、刀具的进给抗力和切削转矩。如钻孔时常采用滚珠轴承主轴；扩、镗、铰孔等工序工序常采用滚锥轴承主轴；主轴间距较小时常选用滚针轴承主轴。设计时，尽可能不选用 15mm直径的主轴和滚针主轴，因为滚针轴承精度低、结构
21、刚度及装配工艺性都较差，既不便于制造又不便于维修。首先，根据切削用量，查机床夹具手册 10P34表 1-2-7由计算公式计算扭9矩： 20.8.1MDSKpD钻头直径 S每转进给量已知 ： D=5.2mm S=0.1mm/r得： M=900N.mm从表 5-10可选择轴径 d=12mm，由组合机床设计简明手册 8P56表 4-1选取主轴直径 d=20mm满足设计要求。（2）多轴箱所需动力计算多轴箱的动力计算包括多轴箱所需要的功率和进给力两项。传动系统确定之后，多轴箱所需要的功率按下列公式计算 18：（12）11nniiiPPP切切式中： 切削功率，单位为 KW切空转功率，单位为 KW切与负荷成
22、正比的功率损失，单位为 KWP切每根主轴的切削功率，由选定的切削用量按公式计算或查图表获得；每根主轴的空转功率按组合机床设计简明手册 8P62表 4-6确定；每根主轴上的功率损失，一般取所传递功率的 1%。根据机床夹具设计手册 10功率计算公式得主轴切削功率： 306MvPD切（13）M扭矩V切削速度D钻头直径则有 9021.8365PKW切10356切空转功率：由于主轴直径为 20mm、25mm，根据组合机床设计简明手册 8P62表 4-6：转速：n=630r/min ,轴径为 20mm时： ;轴径为 25mm时：=0.46PKW切=0.73PKW切n=1000r/min, 轴径为 20mm
23、时： ；轴径为 25mm时：.7切10=0.16PKW切而主轴转速为 n=732r/min，根据插值法：732-0(.74.06).40.57KW切13891切因此： =0.52+.89=.KP切z功率损失：每根轴上的功率损失，一般可取所传递功率的 1%因此： =0.23+.561%=0.W切=0.203+0.356+0.006=0.565KW111nnniiiPPP切切多轴箱所需的进给力 可按下式计算：F切i=1n切（14）式中 各主轴所需的轴向切削力，单位为 NiF0.8419DSKpD钻头直径 S每转进给量 Kp修正系数已知 D=5.2mm S=0.1mm/r Kp= =10.619()
24、F=345.3N i=1 F345.106nN切6.2.2 多轴箱传动设计多轴箱传动设计，是根据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转速要求，设计传动链，把驱动轴和主轴联系起来，使各主轴获得预定的转速和转向。（1）对多轴箱传动系统的一般要求1）在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下，力求传动轴和齿轮规格、数量为最少。为此，应尽量用一根中间传动轴带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排上。2）尽量不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴负荷。遇到主轴较密时，布11置齿轮的空间受到限制或主轴负荷较小、加工精度要求不高，也可用一根强度较高的主轴带动 1-2根主轴的传动方案。3）为使结构紧凑，多轴箱内齿轮
25、副的传动比一般要大于 1/2，后盖内齿轮齿轮传动比允许至 1/3，尽量避免用升速传动。当驱动轴转速较低时，允许先升速然后再降一些。4）驱动轴直接带动的转动轴数不能超过两根，以免给装配带来困难。（2）拟定多轴箱传动的基本方法拟定多轴箱传动系统的基本方法是：先把全部主轴中心尽可能分布在几个同心圆上，在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴；非同心圆分布的一些主轴，也宜设置中间传动轴；然后根据已经选定的中心传动轴再取同心圆，并用最少的传动轴带动这些中心传动轴；最后通过合拢传动轴与动力箱驱动轴连接起来。1）主轴分布类型图 18 主轴分布示意图Fig.18 Schematic diagram of mai
26、n distribution单组圆周分布，但各轴心间距较小。2）根据此种类型设计出三种传动联系方案：12图 19 设计方案图Fig.19 Design plans第一种传动设计方案分析：第一种传动设计方案十分符合主轴箱设计的各项原则：a. 传动轴、齿轮数最少，用一根传动轴带动多根主轴。b. 主轴齿轮规格相同。从理论上来说是一种经济有效的传动方案。但在进一步设计时发现该传动方案有以下缺陷：主轴直径 d=20mm中心传动轴轴线与最下轴轴心线距离为 32.5mm若两轴真的实现传动，两轴所配套轴承的外径尺寸 D=47mm，然而，为使两轴承间安装不发生冲突，其间距最少为 47mm而 32.52.52，完
27、全满足疲劳强度要求。因此所取齿轮模数满足使用及性能要求。2）轴的强度校核：从上述可知，各轴所能承受的扭矩：轴 1、2、3、4 d=20 10.Mkgm轴 5 d=25 27通过计算各轴所承受载荷的情况：轴 1、2 190Kg轴 3、4 26轴 5 5Mm由此可以得出，各轴实际承受的扭矩远远小于轴所能承受的扭矩最大值。因此其强度完全满足要求。7 经济性分析任何一个较为复杂的机械零件，都有不同的加工工艺方案，特别是一个新产品，从开发设计，试制，小批量投产到产品发展和成熟时期的大批量生产，都要经历不同的生产批量过程。作为组成这一产品的机械零件必须根据生产批量来确定其工艺方案，现以矿山掘进机箱体结合件
28、为例，说明在不同生产批量情况下，如何合理选16择定位基准，采用适宜的生产设备和工艺手段，以保证加工质量可靠，满足市场的需求。达到生产批量的能力，同时投资小，见效快，成本低，从而获得企业的最大经济效益。7.1 箱体结合件加工工艺的制定：对箱体的加工，以前采用的是分散加工法，人工操作复杂，单件加工耗时时间长，占用机床，劳动强度大。目前，采用组合加工工艺，一次装夹，可加工多个部位，既保证了加工精度，还大大提高了生产效率，节省了加工时间。例如以下工艺路线：35# 钻 5.2 光孔，铰制两销孔 640# 钻 5.2 光孔，攻制 10-M6-6H深 12孔深 15均布的螺纹孔55# 粗、半精、精镗 52
29、孔60# 粗、半精、精镗 62、90 孔65# 粗、半精、精镗 47 孔，70# 钻端面 6 的孔75# 钻箱体底面 5.2 光孔，攻制 6-M6-6H深 12孔深 15均布的螺纹孔80# 钻、铰右侧面 3-M6-6H的通孔85# 钻左侧面 5.2 光孔，攻制 3-M6-6H深 12孔深 15均布的螺纹孔90# 钻 9.2 孔，攻制 2-M10-6H深 12孔深 15的螺纹孔95# 钻 11.2 孔，攻制 M12-7H深 12孔深 15的螺纹孔大大节省了装夹时间、换刀时间、对正时间，降低了单位时间成本。7.2 夹具定位加紧分析：初步设计时有两种方案，或者说是两种类型的夹具代表：（1） 整体铸造
30、：采用箱体铸造样式，液压夹紧装置。这种夹紧方案成本较高，加工精度高，装夹方便。（2） 组合结构：各部分单独设计，单独制造，最后装配。本次夹具设计中，压块与液压缸之间及压块与工件之间就是采用组合结构。这种设计方案成本低，但由于通过螺栓联接。加工过程中的振动容易产生松动，定位精度较低。7.3 组合机床应用分析：以镗 52 孔为例：共有粗、半精、精镗 52 孔， 等加工步骤。如果单独采17用多步骤镗削，必须经过 16次镗削，假设每次的镗削成本为 5元，共计 80元每加工完一个零件。如果采用组合机床，组合机床设计制造成本为 8万元，每件加工成本以 10元计。年产量按 10000件计算，则每年减少加工成
31、本 70万元。扣除组合机床的制造成本，每年节省 60万元。通过以上分析可以得出，在本次设计中，组合机床的广泛应用大大减少生产了成本；生产批量决定工艺方案，工艺方案决定经济效益；合理选择定位基准可以降低加工时间。8 总结由本文的论述，我们了解到，通过对矿山掘进机箱体结合件加工设备及工艺的研究与应用，在机床、夹具、刀具、工艺流程等方面进行合理设计和选择，有效提高了加工效率和产品质量，扩大了加工适应范围，提高了可靠性，具备一定的先进性，取得了良好的经济效益和社会效益，为解决此类多孔同时加工问题举了一件实例。本成果设计制造的机床为六轴钻孔双面卧式组合机床。我们将钻削主轴设为机械传动，而进给系统为液压控
32、制，使在满足使用要求的前提下降低了成本。作为关键部件的液压滑台采用国产通用部件。以比较简单的方式完成旋转运动和直线运动的同步进行，非常实用。本机床所用夹具的通用性强，工件采用液压定位夹紧，快速方便。定位采用两面一销的定位方式，夹紧采用液压加紧，采用这种方式完全能够满足精度要求。而且简易方便，制造成本低，通用性好。在刀具方面，由于所加工孔的尺寸精度和表面粗糙度要求都不算高，采用麻花钻。这种钻头采购比较方便，而且价格比深孔钻头也要便宜。在刀具的几何角度方面，麻花钻头的螺旋角即是其轴向前角。当加工工件时，切削力和切削热随钻头螺旋角的增大而减小(减 少)，切削轻快，刀具耐用度高。为此，我们选取钻头螺旋
33、角为32，在保证强度的前提下，有效降低了切削力和切削温度，提高了刀具使用寿命和生产效率。通过本成果的实施，进排气摇臂的深孔加工质量和生产效率得到较大幅度提高，经济和社会效益显著。而且加工精度也完全能够满足设计要求。则在直接经济效益方面，节省了大量加工工时。参考文献181 孟少农.机械加工工艺手册M.北京：机械工业出版社，1992：20-40.2 候世增.装配图的画法机械制图M. 北京：高教出版社，1989.3 徐学林.互换性与测量技术基础M. 长沙：湖南大学出版社，2009：:51-63.4 樊瑞，李建华.液压技术M.北京：中国纺织出版社，1999：25-60.5 李天无.简明工程师手册M.昆
34、明：云南科技出版社，1992.6 曹龙华.机械原理M. 北京：高教出版社，1986：264-269.7 沈阳工学院等.组合机床设计M.上海：上海科技出版社，1985:221-607.8 谢家瀛.组合机床简明设计手册M.北京：机械工业出版社，1994：56-174.9 牛永生，吴隆，李力，姜春英.机械制造技术M.西安：陕西科技出版社，2002:56-60.10 东北重型机械学院等编. 机床夹具设计手册M.上海科学技术出版社,1979：34-357.11 刘品 徐晓希. 机械精度设计与检测基础M.哈尔滨工业大学出版社,2004.12 中国机械设计大典编委会. 中国机械设计大典M.江西科学技术出版社
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36、ingM.ASME, Regents Publishing Company,Inc,1998.20 Creveling C M.Tolerance Design：A Handbook for Developing Oprimal SpecificationsM Addison-Wesley,1997.致 谢本论文是在导师莫亚武副教授的悉心指导下完成的。他严谨的治学态度、孜孜不倦的教诲、勤恳的工作作风和以身作则的高尚风格不断地激励着我努力完成自己的学业。在此论文完成之际，我首先向我的导师莫亚武副教授表示最衷心地感谢!这次毕业设计培养了我科学的思维方式和正确的设计思想，以及分析和解决实际问19题的能力，是我在毕业前全面素质教育的重要实践训练。在毕业设计工作中，加强了我的创新意识、创新能力和创业精神的培养。回想大学四年的学习生活，真诚地感谢所有教过我的老师，正是在他们精心的培养、指导、无私的关怀与帮助下，促使我顺利完成了学业。各位老师，不仅在学业上严格要求我，而且在工作、生活中给予了我无微不至的关怀和照顾。他们渊博的知识，严谨的治学态度，执着的敬业精神、认真的教学作风以及高尚的人品，使我受益终生。在此我谨向老师们致以最崇高的敬意和最衷心的感谢！感谢论文引用的参考文献的作者们，他们大量开拓性的工作和成果，为我的毕业设计提供了坚实的基础。
