多工位机床设计开题报告.docx

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多工位机床设计开题报告

重庆科技学院

毕业设计（论文）开题报告

题目三工位孔加工机床设计

学院机械与动力工程学院

专业班级机设普2011-04班

学生姓名梁辉学号2011441299

指导教师李钢

2014年12月26日

毕业设计（论文）开题报告

1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析

1.1本课题的目的和意义：

纵观如今的机械加工领域，大批大量生产依然机械生产的主流，为获得更大的利润，组合机床得到的大规模的应用与发展，在未来一段时间里都有着广阔的发展前景。

组合机床是根据工件加工需要，按系列化、标准化设计的通用部件和被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。

由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，从

而缩短了设计和制造的周期，因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到了广泛的应用，并可用以组成自动生产线。

现代大型工业技术的飞速发展，降低了组合机床的实现成本，

软件支持机制也使得实现变得更为简单，因此，对组合机床的研究与设计具有十分重要的理论意义和现实意义。

另外，由于组合机床工序的高度集中，即在一台机床上可同时完成一种或几种不同工序加工，机床占地面积相对较小，减少了生产准备时间，提高了生产效率，且适应了产量大、精度高的生产要求，克服了通用机床结构复杂、劳动强度大、生产效率低、精度不易保证的缺点，以及专用机床通用性差、不适应现代技术迅速发展、产品

经常更新的要求，显示出其巨大的优越性和广阔的发展空间。

本课题是一个关于三工位孔加工组合机床的一个结构设计，通过该课题的完成，能加强自身对机械设备的设计、制造等方面的理论知识与技术方法的了解与掌握，可以提升涉及实际工程的相关的能力，与此同时，本课题涉及面较为广泛，可以对大学期间所学的专业知识进行梳理与运用，还能得到相关工程实际技能的训练，这必将为不久的将来走向工作岗位提供较好的支撑。

1.2多工位组合机床的国内、外现状

在我国,组合机床发展已有二十几年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。

是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。

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，完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，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一一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，配以数控（NC、可编程序控制器（PLC）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、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。

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。

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。

我国组合机床装备与发达国家之间还有相当大的差距，主要体现在以下几个方面：

（一）精度与速度的差距

精度普遍不高，只有少数几种产品偶尔能达到国外标准，国内普遍不能满足加工要求。

不难看出，机床从各功能部件来看和国外相比并无多大差别，精度问题只是表面现象，其实质是基础技术差距的反映，首先主机部分普遍未进行有限分析，未做刚度试验，大多数未采用定位精度软件补偿技术，温度变形补偿技术，高速主轴系统的动平衡技术等，特别是对控制系统中伺服拖动的基本控制模式和原理及以一些重要参数的掌握和调试上却缺乏较深层次和系统的积累总结，驱动环节和整个环节相匹配的重要问题，却停留在一知半解上。

（二）质量稳定性（可靠性）差距

数控系统的可靠性一般控制在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品要受性价比的约束，对于每天工作两班的无人工厂而言,如果要求在16小时内连续工作,无故障率P（t）=99%以上的话，数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小

时。

MTBF大于3000小时，对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别就大多了，我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10:

I的话（数控的可靠比主机高一个数量级）。

此时数控

系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中数装量，主轴及驱动等的MTBF就必须大于I0万小时。

1.3多工位组合机床的发展趋势

1.31咼速化、咼效化

多工位组合机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。

超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。

90年代以来，随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统（含监控系统）和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。

1.32高精度化

精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。

从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工业强国致力发展的方向。

其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（<10nm），其应用范围日趋广泛。

超精密加工主要包括超精密切削（车、铣）、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工（三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等）。

随着现代科学技术的发展，对多工位组合机床加工技术不断提出了新的要求。

新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展多工位组合机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技的发展。

多工位组合机床适合于减速机零件的多工作面的铣、钻、镗、铰、攻丝、两维、三维曲面等多工序高精、高速、高效加工，该机床是汽车行业理想

的加工设备。

机床本体采用米汉钠铸铁结构及刚性箱型结构设计，多次人工时效处理，吸震性强，整体刚性优良。

机床采用动柱式布局，立柱移动快，刚性好。

全封闭式电柜，辅以气流循环设计，防尘、通风、冷却效果良好。

随着工业自动化的不断发展，高品质的自动化产品和方便快捷的组网实

现更复杂的功能，将使自动化进入一个新的发展阶段。

总线和网络技术、

人机界面等产品将在工业和生活中得到越来越广泛的应用，多工位组合机床不断采纳科学技术发展中的各种新技术，使得其功能日趋完善，多工位组合机床在机械加工中的地位也显得越来越重要，多工位组合机床的广泛应用是现代制造业发展的必然趋势。

1.4参考文献

[1]赵京平•多工位回转机床定位盘的计算与加工[J].机械工人,2006

[2]王英章.国产印制板数控钻铣床的发展思考[J].印制电路信息,2003.

[3]刘长敏.PLC在四工位组合机床控制系统中的应用[J].制造业自动

化,2005.

[4]WilliGasser.汽车万向节叉的高效制造装备[J].制造技术与机

床,2003

[5]张建华.多工位压力机的特点及其在汽车工业中的应用[M].机械工

人，2005.

[6]大连组合机床研究所•组合机床设计（第二版）[M]•北京：

机械工业出版社，1985.

[7]丛风廷，迟建山.组合机床设计（第二版）[M].上海：

上海科学技术出版社，1993.

[8]王世清，朱林.孔加工技术.北京：

石油工业出版社，1993

毕业设计（论文）开题报告

2.本课题的任务、重点内容、实现途径2.1课题任务

设计三工位孔加工机床，三主轴夹持刀具分别同步对工件进行钻、扩、铰加工，工件及工作台分度旋转及定位；适合单件、成批、大批量生产选用。

学生设计将得到较完整的机械设计制造训练，课题培养学生创新能力和工程设计能力。

学生将完成资料搜集、现场考查、方案设计及论证、工程设计及计算、绘制工程设计图，主要零件制造工艺编制。

2.2设计（论文）的主要内容：

1设计三工位孔加工机床，设计三主轴夹持刀具分别对工件进行钻、扩、

铰加工，工件及工作台分度旋转及定位；

2机床结构设计，运动设计、零件强度计算；

3设计机床零件，选择标准件；设计关键零件制造工艺；

4对动力机床进行工作分析：

回转运动精度、刚度、热变形等；

5设计或选择检测机床运动方法；提出提高机床工作精度方法；

6撰写机床使用说明书。

使用说明书包含采用国家标准，使用说明，安

全使用说明，维护方法及规则，使用限制等。

7工艺参数：

（1）

设计工作转速200~1000r/min；

⑵

主轴输出端径向跳动误差不咼于

0.06mm分度误差低于15〃

（3）

输出轴不低于3轴；

⑷

切削45钢调质态，最大钻孔直径

20mm;

（5）

夹持刀具截面尺寸小于20mm

⑹

设计过程中可根据实践设计情况对设计要求和工艺参数适当调整,

参数种类亦可合理增减。

2.3设计要求

1搜集查阅国内外相关技术资料；撰写开题报告；

2学生现场考查；对设计题目论证与考察，查阅资料，市场调查；

3设计方案制订，多方案比较；制订选择合理设计方案并计算，对方案进行经济分析；

4设计草图，并进行计算；设计图纸，图纸清晰，严格按照国家标准设计；设计图量不得少于3张0号图；

5设计安全可靠，满足装配及零件加工结构工艺性要求；

6设计论文（说明书）执行重庆科技学院毕业设计论文格式要求，完

整清晰，字数约12000~15000,设计依据和计算结果合理正确；

⑦设计过程中可根据实践设计情况对设计要求适当调整或增减；

2.4实现途径

2.41流程性途径：

在正式开题之前收索大量与多工位孔加工机床相关的

资料，对课题涉及的相关理论进行深入学习，到工厂去实地参观了解多工位孔加工机床的基本结构，拟定几个可行的设计方案，对比各个设计方的优缺点，选择最佳的方案。

在具体的设计过程中运用计算机解决一些相关数据和工程图的绘制，在遇到的难题时通过查阅相关资料、手册来解决，若仍弄不清楚就请教指导老师老师。

2.42技术性途径：

①根据拟定的设计目的设计传动方案

2根据给定的加工目的，初算传动轴的直径、齿轮的模数和齿数；

确定动力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。

3装配工程图的绘制：

借助计算机Caxa绘图软件绘制机床的装配工程图

4完成工程图后，校核传动轴和齿轮的尺寸、强度、刚度等

5根据工程图完成各零部件的三维造型、工程图绘制和夹具设计，

拟定借助inwentor或UGNX8.0完成三维造型。

6对重要零件机床主轴进行制造工艺设计。

参考《机械制造工艺学》教材和查阅《工艺设计手册》完成相关工艺设计。

2.43一些具体的解决方案

⑴解决机床热变形的方案：

机床因机械传动、液压传动所产生的热，会使机床的执行部件和支撑部件产生热变形。

从机床布局来消除或减少机床热变形一般可通过隔离热源和使热变形受力变形互相补偿两种方法。

而隔离热源可以从根本上减少机床的热变形，凡是可能从机床分离的热源如电机、变速箱、液压系统和冷却系统等均应移除，使之成为独立单元。

此外，还可以对机床结构进行优化设计和添加一些冷却措施。

⑵提高机床的刚度：

机床刚度反映了机床结构抵抗变形的能力，机床加工过程中机床各部件受自重、切削力、摩擦力等等，在这些力的作用下，机床各部件将产生变形，这一系列的变形将影响机床的加工精度。

可以通过以下几种手段来提高机床刚度：

1合理的设计构件形式：

选择正确的截面形状可以提高构件的抗弯、抗扭惯性矩，如在形状和截面积相同时，减小壁厚，加大截面轮廓尺寸，可大大增加刚度；圆形截面的抗扭刚度高于方形截

面，抗弯刚度则低于方形截面。

2合理选择布置筋板，也可考虑焊接型钢或钢板作支撑件。

3预先补偿构件变形。

⑶结构轮廓

⑷传动系统

⑸旋转分度装置

⑹机床润滑

机床润滑包括轴承、齿轮、导轨和顶尖的润滑；机床润滑油脂包括：

液压油、液压导轨油和润滑油（脂），机床种类不同工况不同对润滑油（脂）的要求是不相同的。

1大型机床的导轨和主轴承的润滑，通常采用重力加油（滴油、油芯）润滑方式。

用这种润滑方式要考虑润滑油的流动性，以保证润滑油可以自动流进摩擦副。

2精密机床的对润滑油的温升有很严格的要求，室温一般不能超过2-5C,因此对油品的粘度及润滑方式及油箱的容量要做周密的计算和设。

3机床导轨是机床润滑的重点和难点，导轨的运动是反复式的，而且速度及载荷变化很大，容易出现爬行现象，造成加工精度降低甚至导致机床报废。

所以选择润滑油时要考虑适当的粘度和抗爬性好的润滑油。

⑺主轴设计相关的准备

轴用于支撑传动件和传递动力，根据所受的载荷，可分为三种：

心轴、传动轴和转轴。

1主轴材料选用及其热处理的主要依据是主轴的刚度要求和主轴表面的耐磨性要求。

主轴的刚度主要有材料的弹性模量决定，而不同成分的钢和不同的热处理方法对弹性模量影响很小，故可认为不同牌号的钢弹性模量是相同的。

一般的主轴，可采用廉价的优质中碳钢。

精密机床主轴，要求在长期使用中不致因内应力引起变形而影响主轴精度，应选用在热处理后残余应力较小的材料，如45MnB钢。

2主轴的结构设计通常轴做成阶梯形，它要符合轴的强度要求，便于轴上零件装配和拆卸，此外这类结构还要考虑其加工工艺性和轴向固定。

设计完成后，进行轴的强度、刚度等的校核

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3.完成本课题所需工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法所需工作条件和解决方法：

3.1工具书：

《机械设计》教材、《机械原理》教材、《机床夹具设计》、《机械设计手册编委会.机械设计手册》、《现代实用机床设计手册》《实用机床设计手册》、《制造工艺设计手册》、《现代数控机床设计典例》、《金属切削机床设计》等

3.2计算机：

计算机安装Caxa绘图软件。

自备计算机，计算机配置满足设计需要。

3.3实验：

在学校实验室对机床进行动力分析，测试其回转精度、刚度、热变形等。

3.4调研：

前往机加车间，实地学习调研多工位孔加工机床的基本结构和工作方式。

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指导教帅意见：

（对本课题的深度、广度及工作量的意见、对设计结果的预测，并

明确是否可以开题）

指导教师（签字）

年月日

系审查意见：

系主任（签字）

年月日