四轴头多工位同步钻床设计【3张CAD图纸和说明书】

摘要
制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水准和国防实力。而制造业的生产能力主要取决于制造装备——机床的先进程度。
本文对减速器箱盖连接孔的加工工艺进行了详细的分析，就其孔的加工提出了“一次装夹，多工位加工，达到产品图样的精度要求”的思路。根据这一思路设计了四轴头多工位同步钻床。
该组合机床由立柱、立柱底座、中间底座、Y、Z轴液压滑台、液压站、动力头、刀具、控制部分等组成。本文对各部分的设计进行了详细的计算和论证，并提出了优化工艺结构的方法。采用的PLC控制稳定可靠。它的研制成功对提高箱盖孔加工的工作效率和质量具有重要的意义。机床设计分析后，提高工效3～5倍，达到了国内同行业的领先水平。
关键词：制造业；减速器；四轴头多工位同步钻床；组合机床；PLC控制

Abstract
The Manufacture is an important support of economic development in a country or area. Its level of development stands for the economic power, technical and scientific level, living standard and national defensive power of the country or area. While the capability of production in trade of manufacture mostly depends on the advanced producing equipment－machine tool .
This paper has carried out detailed analysis for the case cover processing technology of gear reducer that joins hole, the processing for its hole have put forward the train of thought of " once pack folder, work position is processed , reach the precision requirement of product pattern ".According to this train of thought , have designed the four-axle first work drilling machine of bit alignment.
This modular machine tool is formed by pillar , pillar base , center base, Y、Z axle hydraulic slide unit, hydraulic station, head, cutting tool and control partial etc . The design of this paper for each part has carried out the detailed method that calculates and expounds and proves and has put forward the structure of optimization technology. The PLC control of adopting is steady and reliable. It has important meaning to raising the working efficiency and quality of case cover hole by the successful design of machine tool. After the design of machine tool is analysed, raise the  work efficiency 3～5 times, have reached the lead level in the domestic trade of the same occupation .
Keyword: Manufacturing industry；Gear reducer；The four-axle first work drilling machine of bit alignment；Modular machine tool；PLC controls.

目录

摘要
Abstract
第1章  绪论 ………………………………………………………………   1
1.1  机床在国民经济的地位及其发展简史 ………………………………   1
1.2  组合机床的国内、外现状 ……………………………………………   2
1.2.1  国内组合机床现状  ……………………………………………………   3
1.2.2  国外组合机床现状  ……………………………………………………   4
1.3  机床设计的目的、内容、要求 ………………………………………   5
1.3.1  设计的目的  …………………………………………………………   5
1.3.2  设计内容  ……………………………………………………………   5
1.3.3  设计要求  ……………………………………………………………   6
1.4  机床的设计步骤 ………………………………………………………   6
1.4.1  调查研究  ……………………………………………………………   6
1.4.2  拟定方案  ……………………………………………………………   6
1.4.3  工作图设计  …………………………………………………………   6
第2章  四轴头多工位同步钻床总体设计 …………………………   8
2.1  组合机床方案的制定 …………………………………………………   8
2.1.1  制定工艺方案  ………………………………………………………   8
2.1.2  确定组合机床的配置形式和结构方案 …………………………………   8
2.2  确定切削用量及选择刀具 ……………………………………………  10
2.2.1  确定工序间余量  ……………………………………………………  10
2.2.2  选择切削用量  ………………………………………………………  10
2.2.3  确定切削刀、切削扭矩、切削功率  ……………………………………  11
2.2.4  选择刀具结构  ………………………………………………………  12
2.3  四轴头多工位同步钻床总设计“三图一卡”的编制 ………………  12
2.3.1  被加工零件工序图  ……………………………………………………  12
2.3.2  加工示意图  …………………………………………………………  13
2.3.3  机床联系尺寸图  ……………………………………………………  18
2.3.4  生产率计算卡  ………………………………………………………  21
2.4  多轴箱的设计 …………………………………………………………  23
2.4.1  绘制多轴箱设计原始依据图  …………………………………………  23
2.4.2  主轴、齿轮模数的选择  ………………………………………………  24
2.4.3  多轴箱的传动设计  ……………………………………………………  24
2.4.4  绘制传动系统图  ……………………………………………………  28
2.4.5  传动零件的校核  ……………………………………………………  28
2.5  确定机械重块平衡机构 ………………………………………………  32
2.6  液压系统 ………………………………………………………………  34
2.6.1  Z轴液压泵的确定  ……………………………………………………  34
2.6.2  Ｙ轴液压动力的确定  …………………………………………………  35
2.6.3  拟定液压系统图  ………………………………………………………  36
第3章  电气控制 …………………………………………………………  39
3.1  运动分析  ………………………………………………………………  39
3.2  控制要求及功能分配  …………………………………………………  39
3.2.1  控制要求  ……………………………………………………………  39
3.2.2  功能分配  ……………………………………………………………  39
3.3  PLC的选择及其I/O端子分配 ………………………………………  39
3.3.1  PLC的选择  …………………………………………………………  39
3.3.2  I/O分配表  ……………………………………………………………  40
3.3.3  PLC接线图  …………………………………………………………  41
3.4  应用程序的编制 ………………………………………………………  41
3.4.1  整体程序结构  ………………………………………………………  41
3.4.2  手动操作模块  ………………………………………………………  43
3.4.3  自动操作模块  ………………………………………………………  44
3.4.4  编制程序 ……………………………………………………………  47
结论 …………………………………………………………………………  49
参考文献 ………………………………………………………………………  50
致谢 ……………………………………………………………………………  51
毕业设计(论文)任务书  ……………………………………………………  52
毕业设计(论文)指导教师评语  ……………………………………………  54
毕业设计(论文)评阅人评语  ………………………………………………  55
毕业设计(论文)答辩小组评语  ……………………………………………  56
英文原文 ……………………………………………………………………  57
英文翻译 ……………………………………………………………………  64
第1章  绪论
1.1  机床在国民经济的地位及其发展简史
现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量产品，日益广泛的使用各种机器、仪器和工具等技术设备与装备。为制造这些技术设备与装备，又必须具备各种加工金属零件的设备，诸如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。由于机械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法来达到，特别是形状复杂、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在机床上经过几道甚至几十道切削加工工艺才能完成。因此，机床是现代机械制造业中最重要的加工设备。在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量，约占机械制造总工作量的40%～60%，机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性，进而决定着国民经济的发展水平。可以这样说，如果没有机床的发展，如果不具备今天这样品种繁多、结构完善和性能精良的各种机床，现代社会目前所达到的高度物质文明将是不可想象的。
一个国家要繁荣富强，必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，这就需要一个强大的机械制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备，即各种机器、仪器和工具等。然而，一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾。机床工业是机械制造业的“装备部”、“总工艺师”，对国民经济发展起着重大作用。因此，许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高，使本国国民经济的发展建立在坚实可靠的基础上。
机床是人类在长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上生产的，并随着社会生产的发展和科学技术的进步而渐趋完善。最原始的机床是木制的，所有运动都是由人力或畜力驱动，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它们实际上并不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床，是在18世纪中叶才开始发展起来的。当时，欧美一些工业最发达的国家，开始了从工场手工业向资本主义机器大工业生产方式的过度，需要越来越多的各种机器，这就推动了机床的迅速发展。为使蒸汽机的发明付诸实用，1770年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内孔用的镗床。1797年发明了带有机动刀架的车床，开创了用机械代替人手控制刀具运动的先声，不仅解放了人的双手，并使机床的加工精度和工效起了一个飞跃，初步形成了现代机床的雏型。续车床之后，随着机械制造业的发展，其他各种机床也陆续被创制出来。至19世纪末，车床、钻床、镗床、刨床、拉床、铣床、磨床、齿轮加工机床等基本类型的机床已先后形成。
上世纪初以来，由于高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继出现，刀具切削性能不断提高，促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方向发展。与此同时，由于电动机、齿轮、轴承、电气和液压等技术有了很大的发展，使机床的转动、结构和控制等方面也得到相应的改进，加工精度和生产率显著提高。此外，为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求，机床品种的发展也与日俱增，例如，各种高效率自动化机床、重型机床、精密机床以及适应加工特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世。50年代，在综合应用电子技术、检测技术、计算技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上发展起来的数控机床，使机床自动化进入了一个崭新的阶段，与早期发展的仅适用于大批大量生产的纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比，它具有很高柔性，即使在单件和小批生产中也能得到经济的使用。
综观机床的发展史，它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展，并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的，现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展。
我国的机床工业是在1949年新中国成立后才开始建立起来的。解放前，由于长期的封锁统治和19世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。至解放前夕，全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂，制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等；1949年全国机床产量仅1000多台，品种不到10个。
解放后，党和人民政府十分重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢复时期，就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂；在随后开始的几个五年计划期间，又陆续扩建、新建了一系列机床厂。经过50多年的建设，我国机床工业从无到有，从小到大，现在已经成门类比较齐全，具有一定实力的机床工业体系，能生产5000多种机床通用品种，数控机床1500多种；不仅装备了国内的工业，而且每年还有一定数量的机床出口。
我国机床行业的发展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，与世界先进水平相比，还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要，为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力，必须深入开展机床基础理论研究，加强工艺试验研究，大力开发精密、重型和数控机床，使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列。
1.2  组合机床的国内、外现状
世界上第一台组合机床于1908年在美国问世，30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。
现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。
1.2.1  国内组合机床现状
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。
（1）行业企业产品结构的变化
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，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的《机床工具行业企业主要经济指标报表》是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003年生产数控机床890台，产值16187万元，生产加工中心148台，产值5770万元；2004年生产数控机床985台，产值25838万元，生产加工中心159台，产值7099万元；而2005年，截至4月份，数控机床、加工中心、产值已接近2003年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。
（2）行业企业的快速转变
“九五”后期，在组合机床行业企业的50多家组合机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从2001至2002年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后，焕发勃勃生机。”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。