柴油机箱体孔系组合钻床设计(后多轴箱)开题报告

天津大学仁爱学院本科生毕业设计（论文）开题报告

课题名称柴油机箱体孔系组合钻床设计（后多轴箱）

系名称机械工程系专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名XXX 指导教师XXX

一、课题来源及意义

柴油机箱体是山东莱阳机械动力总厂的新产品，年产量5万台。柴油机箱体是柴油机的主要零件，其三面有43个孔，孔间要求位置精度高。由于箱体批量大、孔的位置精度高因而设计一台组合钻床完成箱体三面43孔的加工，以保证生产纲领的完成。

本组合钻床采用三面卧式单工位专用夹具液压电器互锁控制，43个钻头同时加工的方式，孔的钻削位置精度可达要求。本题目完成组合钻床的总体设计及钻10孔后主轴箱的设计。

组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它能够对一种（或者几种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，生产效率高，加工精度稳定。按本设计方案制造出的43孔组合钻床将期望达到提高生产率、提高加工精度、降低工人劳动强度、提高经济效益的目标。

二、国内外发展现状

组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额)，完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、锉孔、车端面和凸台，在孔内锉各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式

组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床—柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器(PLC)、数字控制(NC)等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机(清洗机、装配机、综合测量数控组合机床、试验机、输送线)等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高，高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业，因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面，加强数控技术的应用，提高组合机床产品数控化率；另一方面，进一步发展新型部件，尤其是多坐标部件，使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品种加工的市场需求。从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专家分析，机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。该届博览会上展出的加工中心，主轴转速10000～20000r/min，最高进给速度可达20～60m/min；复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。

另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数据，通过

网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。

三、研究目标

组合钻床的设计，其目的是通过对组合机床的运动结构分析使我们在拟定设计方案的时候得到正确的设计构思，在正确的设计构思的指引下进行准确的方案分析从而掌握其结构工艺性；同时我们的机械制图，零部件设计，技术文档的编写和文献资料的查阅都得到了训练，树立了正确的设计思想，掌握了基本的设计方法，进而增强了自己的机构分析，结构设计，参数计算等能力。本课题设计的组合钻床是为了完成柴油机箱体三面43孔的加工。

四、研究内容

（一）确定组合钻床的设计方案

（二）切削用量的确定及刀具的选择

（三）组合钻床的总体设计（三图一卡）

1、根据被加工零件图绘制被加工零件工序图

2、绘制加工示意图

主要包括刀具的选择；导向件的选择；确定主轴类型、尺寸、外伸长度和选择接杆；确定动力部件工作循环。

3、绘制机床联系尺寸图

主要包括动力部件和配套的动力部件的选择以及其他尺寸的确定。

4、制作机床生产率计算卡

主要包括理想生产率、实际生产率、机床负荷率。

（四）多轴箱设计

1、确定箱体结构与绘制原始依据图

2、主轴结构型式的选择及动力计算

3、传动系统的设计与计算

4、多轴箱坐标计算

5、多轴箱总图设计

五、方案的可行性分析

方案1：摇臂钻床

优点：操作简便，灵活性高，适用性强、适用范围广，可沿立柱进行垂直升降和360°旋转，可以加工高、大的零件的孔，又可沿摇臂360°旋转加工与水平面平行或有夹角的孔，甚至可以向上钻孔；还可以用来进行扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的机加工。

缺点：由于丝杆与外立柱连成一体，而升降螺母固定在摇臂上，因此摇臂不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起绕内立柱回转，工序不能集中，加工效率低，定位精度不高；需要多次改变刀具位置，浪费工时，不适于大批量生产，多次装夹，误差大，位置精度不易保证。

方案2：卧式组合钻床

优点：操作简便，易于排屑，可同时对多个面进行加工，工序相对集中，加工速度快，可进行大批量生产，不需进行往复多次装夹，定位精度高，加工质量高，加工效率高，从而使得机床数量减少，节省了占地面积和人力物力，最终取得较为理想的经济效益。

缺点：加工对象相对较为单一，有特定的使用条件。

方案3：立式组合钻床

优点：操作简便，加工效率高，适于加工高大的工件，定位精度高，加工质量高，加工速度快，可大批量生产。

缺点：有特定是使用条件，加工对象相对单一，不易于排屑。

综上比较，由于要求大批量生产，加工精度高，故首先排除方案1的摇臂钻床；再对方案2的卧式组合钻床和方案3的立式组合钻床进行比较选择，卧式组合钻床与立式组合钻床的加工精度，操作便捷性，自动化程度，机床的结构复杂程度以及通用程度相当；由于要进行加工的工件是柴油机箱体的后侧面孔，底面作为基准面因而选择方案2的卧式组合钻床。

六、进度安排

2012.12.07-2013.03.15毕业设计选题、查找资料、完成开题报告；

2013.03.18-2013.03.22总体方案设计；

2013.03.25-2013.04.05三图一卡的绘制；

2013.04.08-2013.04.26设计计算；

2013.04.29-2013.05.10 结构设计；

2013.05.13-2013.05.31编写设计说明书；

2013.06.03-2013.06.14 准备答辩。

七、参考文献

[1]迟建山主编.机械设计基础(第二版).机械工业出版社.2003.

[2]大连组合机床研究所编.组合机床设计（液压部分）.北京：机械工业出版社,1975.

[3]沈阳工业大学等院校编.组合机床设计[M].上海：上海科学技术出版社，1985.

[4]裘愉弢.从几个侧面看组合机床的发展动向[M].组合机床与自动化加工技术出版,1994.

[5]中国机床工具工业协会主编.CIMT巡礼2001[J].世界制造技术与装备市场，2001.

[6]赵志修.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，1985.

[7]李庆寿.机床夹具设计[M].北京：机械工业出版社，1984.

[8]金振华.组合机床及其调整与使用[M].北京：机械工业出版社，1990.

[9]杜君文.机械制造技术装备及设计[M].天津:天津大学出版社，2007.

[10]机械工程手册遍委会遍.机械工程手册.北京：机械工业出版社.1997.

[11]侯志坚,王晓琴.一种专用多轴钻床的设计与制造[J]. 机床与液压. 2006(02)

[12]机械设计手册编委会编.机械设计手册（新版）第3卷.北京：机械工业出版社.2001.

[13]张接信主编.组合机床及其自动化.人民交通出版社，2009.

[14]Nicholas Taylor. Testing forecasting model versatility. [J].Economics Letters,2012,117(3)

选题是否合适：是□否□

课题能否实现：能□不能□

指导教师（签字）年月日

选题是否合适：是□否□

课题能否实现：能□不能□

审题小组组长（签字）年月日