汽车后桥壳体的卧式三面单工位组合钻床设计（含5张CAD图纸）
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摘 要本次设计从企业实际需求出发，在全面分析被加工零件的结构特点、尺寸精度、被加工孔相互之间位置精度、表面粗糙度和技术要求的基础上，指出采用现有设备不仅工人劳动强度大，生产率低，而且零件加工精度难以保证。根据实际需要，研制出了卧式三面单工位组合钻床。本文首先通过分析比较，确定了卧式三面单工位组合钻床的配置型式及结构的最佳方案，遵循机械设计中标准化、通用化、系列化原则，给出机床的总体设计，按照设计组合机床“三图一卡”的原则绘制出代表机床总体设计的被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。由于在本台组合钻床上需同时加工三个部位共24个孔，不仅孔多、间距小，采用常规方法排箱无法实现三个加工部位孔的工序集中的加工方案。本钻床的主轴箱传动系统通过采用变位齿轮和滚珠轴承等结构方面的创新设计，将常规方法下不能完成的排箱成为可能。关键词： 组合钻床、主轴箱、夹具设计、传动设计84AbstractIn view of the actual conditions of enterprises and on the basis ofoverall analysingworkPiece structure features，accuracy of size，surface roughness，accuracy of distance between drilled holes and other technical requirements，this article Points out that the existing equipments used to manufacture work Pieces may result in lower Productivity，greater intensity of labor and worse working accuracy. Therefore，it 15 necessary to develop a new type of 24hole single working Position combination drilling machine.Through analysis and comparison，the article has determined the best Project ofthestructure and the disposition of the 24 holes combination drilling machine. According to the Principle of standardization，generalization and serialization in machine design，the article offers the master design of the drilling machine，the Process drawing ofwork Piece，the working diagram，the connection dimensional drawing of The drilling machine and the calculating card of Productivity. In some key Parts of the drilling machine，there are certain new designs on the structure of the spindle box and the fixture .With 24hole drilled simultaneously on the drilling machine，in addition to small Spacing between holes and dispersive arrangement of hole Position，the 24 holes drilling Program cannot be completed in conventional way. In the transmission system of 24 hole drilling machine are used some new structural designs such as Pin bearings and Position一changeable gears，50 that the arrangement of hole Position，which cannot be finished in conventional way，can be accolllPlished.The combination drilling machine 15 applied a fast spiral Pinch machinery whose features are not only shortens the time consumed in loading and unloading work Piece but also enhances Productivity.Key words：Combination drilling machine Spindle box Design of fixture Design of transmission system目 录摘 要IAbstract II第1章 绪论 11.1 论文背景及研究意义 11.2 组合机床发展概况 11.2.1 组合机床的由来 11.2.2 组合机床技术装备现状与发展趋势 2 1.3 设计研究的主要内容 3第2章 卧式三面组合钻床总体设计 42.1 组合钻床工艺方案的制定 42.1.1 工艺过程和加工精度的要求 42.1.2 加工零件的特点 42.1.3 定位基准及加压部位的选择 42.1.4 孔间中心距的影响 42.1.5 工件的生产方式 52.2 组合钻床配置形式及结构方案的确定 5 2.2.1 加工精度 5 2.2.2 机床生产率 5 2.2.3 被加工件的尺寸、形状、加工部位的特征 5 2.2.4 操作的方便性 5 2.2.5 夹具形式对机床方案的影响 52.3 主要参数的计算 52.3.1 确定切削用量、计算各主轴转速 52.3.2 确定切削三要素 72.4 组合机床总体设计 82.4.1 被加工零件工序图 82.4.2 加工示意图的设计 82.4.3 机床联系尺寸图的绘制132.4.4 经济性分析17第3章 主轴箱设计213.1 主轴箱设计的原始依据213.2 主轴箱传动系统的设计及计算21 3.2.1 传动路线拟定思路23 3.2.2 分配传动比、初定传动轴位置、确定齿轮齿数24 3.2.3 修正各主轴转速、切削速度、主轴每转进给量273.3 主轴箱通用轴类零件选择28 3.3.1 确定传动轴的直径及选材28 3.3.2 主轴及通用传动轴结构型式的选择方案29 3.3.3 通用齿轮及其他通用件293.4 轴和齿轮的校核29 3.4.1 主轴的力学计算模型29 3.4.2 齿轮模数的验算363.5 主轴箱坐标的计算38 3.5.1 主轴箱坐标系原点的确定383.6 变位齿轮设计45第4章 夹具设计474.1 定位支承系统设计47 4.1.1 定位支承系统的设计原则47 4.1.2 定位支承元件及其布置474.2 导向装置设计48 4.2.1 导向装置的作用48 4.2.2 导向装置的类型选择48 4.2.3 固定式导套的设计484.3 夹紧机构设计49 4.3.1 夹紧方案的确定49 4.3.2 夹紧力的计算49第5章 专题525.1 确定毛坯的制造形式525.1.1 车桥焊接工艺525.1.2 汽车后桥焊接设备525.1.3 基准的选择525.2 工艺路线的拟定525.3 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定53结束语 62致 谢 63参考文献 64附录1外文译文 65附录2外文原文 72第1章 绪论1.1论文背景及研究意义目前，我国中、小型企业的产品质量和生产效率都需要有一个新的提高。但是加工手段却远远不能满足要求。有远见的企业家根据国情、厂情，都认为只有走技术改造的道路，按照实际情况对现有设备的技术状态进行改造，通过强化自身，以求自我发展，才是一条捷径。许多中小型企业都结合自己的实际，设计、改装适合自身特点的机床，以提高工作效率，降低设备占用率和人力占用率，降低工人劳动强度。衡量对机床进行技术改造是否合理，唯一的标准是看能否满足企业的实际需要。满足企业的实际需要，既包含着通过改造以提高机床的使用性能和精度，以满足生产的需要，也包含着技术上的先进性与企业投入的可能性相一致。一般来说，企业加工能力的提高有三条途径。其一是增加企业设备的拥有量：其二是对老设备进行更新;其三是进行技术改造。其中，技术改造具有投资最少、见效最快、容易实现等特点。汽车后桥上需加工的孔数量多，间距小。采用普通方法排箱无法完成对后桥琵琶孔上的12个螺纹底孔同时加工。采用变位齿轮和滚珠轴承等创新性的结构设计，把常规状况下不能完成的排箱成为可能，使需在多工序完成的钻削加工在同一工步完成。每辆汽车上使用后桥一件，目前随着经济的发展，汽车的销量大大提高了，应用这台三面组合钻床不仅能提高生产效率和加工精度，降低设备占用率，减轻工人劳动强度，而且还会为厂家带来可观的经济效益。1.2组合机床发展概况1.2.1组合机床的由来组合机床是按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。组合机床是随着生产的发展，由万能机床和专用机床发展来的。它既有专用机床效率高结构简单的特点，又有万能机床能够重新调整，以适应新工件加工的特点。为此，将机床上带动刀具对工件进行切削运动的部分以及床身、立柱、工作台等设计制造成通用的独立部件，称为“通用部件”。根据工件加工的需要，用这些通用部件配以部分专用部件就可组成机床，这就是组合机床。当加工对象改变了，用这些通用部件，只将部分专用部件改造，又可以组成加工新工件的机床。 组合机床是按工序集中原则设计的，即在一台机床上可以同时完成许多同种工序或多种不同工序的加工。1.2.2组合机床技术装备现状与发展趋势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1000020000r/min，最高进给速度可达2060m/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。1.3 设计研究的主要内容该机床是用来钻削汽车后桥壳体的两端对称的611.5和257圆周上的128孔。相比原来在普通钻床上逐孔加工，工人频繁忙于装夹工件、启动机床、进刀、退刀、停车及卸工件等，不仅工人劳动强度降低了，而且生产率也提高了，有利于保证产品加工精度。底座、滑台、动力头等通用部件的合理选用；主轴箱结构紧凑；夹具部分定位合理可靠；工件装夹方便灵活；刀具更换简便；机械化程度高；减轻工人的劳动强度是本文研究的主要内容。第2章 卧式三面组合钻床总体设计2.1 组合钻床工艺方案的制定制定组合钻床工艺方案是设计组合钻床最重要的内容之一。工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到“重量轻、体积小、结构简单、使用方便、效率高、质量好”的要求。为了该机床方案制定的合理、先进，在方案设计时，密切联系实际，总结实践经验，全面了解被加工零件的加工情况和影响方案制定的各种因素。主要考虑以下因素:2.1.1工艺过程和加工精度的要求被加工零件共有24孔待加工，将24孔集中在一个工位上可确保相互之间的位置精度，对大量生产及顺利装配创造了条件。组合钻床上钻孔工序大多是扩孔工序前加工底孔及加工螺纹孔，在铸件上钻孔精度一般可达6级，表面粗糙度为6.3，钻孔位置精度达0.2Om。而被加工零件的表面粗糙度和位置精度要求均在此范围内。故选用组合钻床满足被加工零件的要求。2.1.2加工零件的特点被加工件材料为16Mn钢，工件刚度足够。由于被加工件为汽车后桥壳体，成品要与其它重要汽车零件装配。钻孔时，从装配结合面钻起，这样能够更好地保证孔的位置精度。因为钻孔过程中，中心线可能偏斜，在钻头进口处的位置精度比出口处的好，有利于两个零件的奖配。2.1.3定位基准及加压部位的选择被加工件装配结合面为设计平面，选用设计基面为主定位基准，这样减少了累积误差，使加工精度得到有利保证，用它定位能使切削力均落在定位平面之内。选用汽车后桥壳体的半轴套管上的固定环上的外圆表面作为定位面钻孔，采用两个短V型块作为两端加工部位的定位元件。两个短V型块起到的作用相当于一个长V型块。在235内孔用定位法兰定位，夹压部位为235的圆周和固定环外圆。2.1.4孔间中心距的影响在确定组合机床完成工艺时，由于主轴箱的主轴结构和设置导向的需要，以及保证必须的加工精度和工作可靠性的要求，组合机床钻孔时，对于通用的主轴箱，其主轴最小中心距为24mm，这时主轴能钻10mm以下的孔。经计算，被加工件上最小孔间距为66.5mm，大于24mm。2.1.5工件的生产方式由于被加工件属于中批量生产，将加工24孔工序集中于一台钻床，可提高组合机床的利用率。2.2 组合钻床配置形式及结构方案的确定根据上述工艺方案确定机床的型式和总体布局。在选择机床配置型式时，既考虑到实现工艺方案，保证加工精度、技术要求及生产率;又考虑到机床操作、维护、修理、排屑的方便性，还注意到被加工零件的生产批量。影响组合钻床配置型式和结构方案的主要因素有:2.2.1加工精度在选择组合钻床的结构方案时，首先必须注意到能否保证稳定的加工精度。通常根据经验数据进行机床配置型式的选择。固定式夹具组合钻床能达到的钻孔位置精度最高，采用固定导套一般能达0.20mm，当严格要求主轴与导向的同轴度，减少钻头与导套间的间隙，导向装置靠近工件时，可达到0.15mm。2.2.2机床生产率根据工件的生产类型，完全可以采用单工位固定夹具的机床型式。2.2.3被加工件的尺寸、形状、加工部位的特征被加工工件有三面共24孔需要进行钻削，根据被加工零件的特点，适于采用单工位三面组合机床。2.2.4操作的方便性合理确定装料高度以使操作方便。在现阶段，设计组合机床时，装料高度可视具体情况在850l060mm之间选取。2.2.5夹具形式对机床方案的影响从工件形状看，似乎可采用复合式三面组合机床加工，但是考虑从装配结合面钻孔的必要性，主定位基面又是选用装配结合面，不能改为相对面，这样立式钻床夹具设计比较难，因而采用卧式加工方案。2.3主要参数的计算2.3.1确定切削用量，计算各主轴转速组合机床能否达到预定要求与正确的选择切削用量有很大关系。切削用量选用适当，能使机床以最少的停车时间，最高的生产效率，最长的刀具寿命和最好的加工质量进行生产。目前，组合机床切削用量的选则，因是多轴加工不宜采用最大的切削速度和进给量。主要是参照实际生产中采用切削用量的情况，并根据多年来积累起来的一些经验数据进行。组合机床切削用量的选则另外一个特点，就是动力头工作时每分钟的进给量只有一种，这样所有刀具每分钟的进给量是相同的。这个进给量是适合所有刀具的平均值。但同一动力头每个刀具的转速可以不一样，以便选择合理的刀具的进给量。被加工工件的两端均为11.5孔，所以每分钟的进给量是相同的。为使所有刀具的性能得到充分发挥，钻孔时采用较高的速度和较小的每转进给量；在现有生产率要求下没必要把切削用量定的太高，以免增加刀具损耗，也可减少所需的切削功率。综合被加工件的加工精度、加工材料、工作条件、刀具耐用度等因素，初选动力滑台的进给速度为4Omm/min，初定切削速度15m/min.由计算公式 (2-1)=40 (2-2) 式中: n为各主轴转速，单位r/min. V为主轴切削速度，单位m/min. S为每转进给量，单位mm/r.d为各钻头直径，单位mm.计算得各主轴转速和每转进给量如表2-1所示。加工工件两端611.5孔的主轴箱内主轴为。加工后桥中间琵琶孔128孔的主轴箱内主轴为。表2-1初步计算的各主轴转速和每转进给量各主轴转速n(r/min)各主轴刀具进给量s(mm/r)备注415.40.2初选切削速度为15m/min5770.18n2.3.2确定切削力F、切削转矩M、切削功率P 根据选择的切削用量，确定切削力，作为选择动力部件及夹具设计的依据。确定切削转矩，用以确定主轴及其他传动件(齿轮、传动轴等)的尺寸；确定切率，用以选择动力箱电机功率。 参考组合机床设计参考图册（大连组合机床研究所编）。高速钢钻头在灰铸铁上钻孔的计算公式为: (1)F=7.1dsHB (2-3) (2)M=0.263dsHB (2-4) (3)P= (2-5)式中: F轴向切削力(N) d钻头直径(mm) s每转进给量(mm/r) P切削功率(kw) M扭矩(Nmm) HB零件的布氏硬度 HB 180220计算结果如表2-2所示。表2-2各主轴切削力、切削扭矩、切削功率计算值钻头直径d(mm)轴孔号轴向切削力F(N)扭矩M(Nmm)切削功率P(kw)11.5161130.9237920.58112735.518880.3由上表，总切削力为:F总=6785.52N，F总=8826N总切削功率为:P总=3kw，P总=3.6kw总切削扭距:M总=22752Nmm，M总=22656Nmm2.4组合机床总体设计组合机床总体设计就是针对被加工零件，在选定的结构方案基础上，进行方案图纸设计，这些图纸包括:被加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图。生产率计算卡。2.4.1被加工零件工序图被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表明零件形状、尺寸、硬度、以及在所设计的组合机床上完成的工艺内容和所采用的定位基准、夹压点的图纸。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。被加工零件的加工工序图见附图1。2.4.2加工示意图的设计零件的加工方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系、机床的工作行程及工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，它是刀具、辅具、夹具、主轴箱、电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的依据。其内容包括以下几方面:(l)刀具的选择根据被加工工件24个孔的大小，选用2种规格的刀具如表2-3所示。表2-4刀具名称、标准尺寸及数量刀具名称钻头直径钻刀悬伸长度数量备注刀具总长L刀具悬伸长L直柄麻花钻莫式1号11.52061256GB1439-85824016012GB1440-85(2)导向结构的选择导向类型的确定 根据刀具导向线速度v=15m/min，故采用固定式导向，刀具在导套内既转动又移动，这种导向方法精度好。导向数量的确定 根据工件形状、刀具刚度及工作情况采用单导向。导向参数的确定导套长度L:由经验公式L=(24)d，小直径时取大值，大直径时取小值。具体尺寸及配合见表2-5。d(F7)D(k6)D1D2(n6)LL1mGB2268-80数量11.5183026182811M8226815262214249M61812表2-5固定导向装置的尺寸及配合(3)导向到工件端面距离 以不妨碍排屑为原则，两端选为15mm，中间选为8mm。以四个定位块保证间距，实现主定位。(4)确定主轴直径及各主轴外伸长度 主轴直径: d=B (2-6) 式中: d轴的直径(mm) M主轴承受的转矩(Nmm) B系数，当材料的剪切弹性模量G=8.1104N/mm时，非刚性主轴取11，传动轴为9.2。为使轴的强度足够，主轴材料均采用合金钢。结果如表2-6。表2-6主轴选材及参数选择结果轴号材料主轴直径主轴外伸尺寸备注D/d1L1620Gr2030/20115非刚性主轴11240Gr2030/20115(5)接杆的选择主轴箱各主轴的外伸长度为一定值，而且刀具长度也为一定值。因此，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工极限位置，就需要在主轴与刀具之间设置一中间可调环节刀具接杆。由于接杆上的尺寸D与主轴外伸长度上的内孔dl配合，可根据dl尺寸及刀具分别为莫氏1号和莫氏2号，选用接杆T0635-01。查得:d=20mm的主轴用3号接杆、A型、长度范围215500mm。(6)确定加工示意图的联系尺寸 最重要的尺寸是主轴箱端面到工件端面之间的距离。如图2-1所示。图2一1加工示意图的联系尺寸计算图该尺寸为: L=L十L+L+B-(L+L) (2-7)式中各符号意义: L主轴外伸长度L钻刀悬伸长度L接杆伸出长度(可调)L加工孔深L刀具的切出值B螺母及垫总厚度经计算调整后，选择接杆标记如表2-7所示。表2-7与主轴刀具配合的接杆号刀具直径接杆号11.53-250-T0635-4183-215-T0635-41(7)动力头工作循环及其行程的确定此台组合钻床根据被加工件为浅孔，循环过程包括:快速引进、工作进给和快速退回。工作进给长度的确定工进长度L:等于被加工孔深L与刀具的切入长度L与切出长度L之和。如图2-2所示。 图2-2工作进给长度 即:L=L+L+L (2-8)加工部位孔深L分别为11mm和13mm，L一般取为5-10mm，L取0.3d(+38)，据此，工进长度L定为为32mm。快速引进长度L的确定快速引进是动力头把刀具送到工作进给的位置，为了不影响装卸工件，两端加工快速引进长度定为L=250mm。中间加工快速引进长度L=150mm快速退回长度L其为工进与快进之和。即: L= L+ L (2-9)L分别选取282mm和182mm.因为是固定式夹具钻孔的机床，动力头快退的行程，只要把所有刀具都退到导套内，不影响工件的装卸即可。根据以上分析计算确定的数据，汽车加工示意图见附图2。 快进250（150） 工进32 快退282(182)工作循环图2.4.3机床联系尺寸图的绘制机床联系尺寸图是用来表示机床的配置型式、机床各部件之间相对位置关系和运动关系的总体布局图。它是进行主轴箱、夹具等专用部件设计的重要依据。(1)选用动力部件主要指选择型号、规格合适的滑台和动力箱。滑台的选用滑台滑台选用主要取决于驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素。A.驱动方式的确定根据具体的加工要求、使用条件，选用机械滑台。B.确定轴向进给力由表2-2知总切削力为: F总=4293N，F总=13571.04N由于滑台工作时，除了克服各主轴的轴向力外，还要克服滑台移动时产生的摩擦阻力，因而所选滑台的最大进给力应大于F总+F总。C.滑台进给速度的确定 据被加工件的实际要求，考虑刀具的耐用度，选滑台的进给速度为40mm/min。D.确定滑台行程滑台行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。前备量的作用是使动力部件有一定的向前移动的余地，以弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前调整，前备量取为40mm。后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，以方便装卸刀具，取为50mm.工作行程为分别为282mm和182mm，故滑台的总行程长度为372mm和272mm。E.精度的选择根据加工要求，选用普通精度级。 结合以上因素，在满足设计要求前提下，以减少组合机床通用部件规格的选用。均选用HJ4OB机械滑台。其主要性能指标:台面宽400mm，滑台台面长800mm，行程长400mm，滑台及滑座总高为320mm。允许最大进给力20000N，工作进给电动机O.75KW，转速1390r/min，工作进给速度范围9.62425.8mm/min，快速行程电动机1.5KW，转速1400r/min，快速移动速度6.3m/min，机械滑台支承总长1240mm。滑台确定后，与之配套的支承部件选为ICC631-侧底座。总长1370mm，高56Omm。总宽6O0mm。滑台与侧底座之间用调整垫，这样可以保证最低主轴中心与最低被加工孔在垂直方向上等高。动力箱的选用 动力箱主要依据主轴箱所需的电动机功率来选用。 根据公式: P=P(1+30%)/ (2-10)式中: P为切削用总功率，由表2-2得P=3kwP=3.6kw。 为主轴箱传动效率，取0.9。计算得P主分别为3.3kw和4kw。当动力箱适配大型组合机床时，其规格为ITD32ITD80,选用ITD40。电动机功7.5kw，电动机型号为Y132M-4，转速1440r/min，输出轴转速720r/min。动力箱与机械动力滑台结合面尺寸:长500mm，宽400mm;动力箱与主轴箱结合面尺寸:宽500mm，高400mm，动力箱输出轴距离主轴箱底面高度为160mm。(2)确定装料高度H装料高度H指工件安装基面至机床底面的距离。一般在850-1060mm之间选取。具体尺寸取决于最低主轴中心至主轴箱底面的高度h1，滑台与侧底座之间的调整垫h，滑台高度h，侧底座高度h。即 H=h+h+h+h (2-11)式中: HJ40B机械滑台h=32Omm， ICC4OI-侧底座高度h=560mm。为求h1，需先确定主轴箱轮廓尺寸。标准中规定卧式主轴箱总厚度为325mm，宽度和高度按标准尺寸系列选取主轴箱的宽度B和高H按下式计算: B=b+2b (2-12) H=h+h+b (2-13)式中: b边缘主轴中心到主轴箱外壁之间距离，一般取b170100mm, b、h分别为工件在宽度和高度方向上相距最远两加工孔的中心距， h最低主轴中心到主轴箱底面之间的距离。由被加工零件知： 两端主轴箱b=133mm，h=115mm, 中间主轴箱b=257mm，h=248mm,经计算根据标准，及零件加工部位的特点两端的主轴箱及中间的主轴箱均应取BH=500500mm。厚度由主轴箱箱体、前盖、后盖、三层尺寸构成，主轴箱体厚180mm，前盖卧式为55mm，后盖厚90mm，因此主轴箱总厚度为325mm.因为主轴箱是安装在动力箱上的，故选择主轴箱上左定位销中心孔为坐标原点，取左定位销孔中心至箱体左侧面间距离E=25mm,距下底面距离h=30mm.经计算最低主轴位置h=170mm.由以上计算分析可得出装料高度H=h+h+h+h=170+5+320+560=1055(mm)(3)初定夹具轮廓尺寸绘制机床联系尺寸图时，应先初步确定夹具轮廓尺寸。工件轮廓尺寸、形状以及导向结构是确定夹具轮廓尺寸的依据。夹具是用于定位和夹紧工件的，所以应以工件的轮廓尺寸和形状确定夹具的轮廓尺寸，在掌握了工件宽度，工件和钻模架间的距离以及钻模架的厚度尺寸后，就可以确定夹具体的总长尺寸。夹具体长度选为1450mm。根据工件的大小和占用面积夹具的宽度定为400mm.夹具底座的高度应视夹具大小而定，既要保证有足够的刚度，又要考虑工件的装料高度，本夹具选400mm.(4)中间底座尺寸的确定中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面联接安装的需要。中间底座长度尺寸根据所选的动力部件（滑台、滑座）及配套部件（侧底座）的位置关系确定。同时应考虑多轴箱处于终了位置时，多轴箱于夹具体之间应有的适当距离，以便于机床调整、维修：另外中间底座周边应有不小于70100mm的排屑或冷却液回流槽。中间底座长度方向尺寸L，要根据所选动力部件和夹具安装要求来确定。一般可按下式计算：L= (2-14)式中： 加工终了位置时，主轴箱端面到工件端面的距离（mm）主轴箱厚度（mm）工件长度（mm）滑台与主轴箱重合长度（mm）加工终了位置时，滑台前端到滑座端面间的距离和前备量之和（mm）滑座前端与侧底座端面距离（mm）经计算，中间底座长度L=1780(mm)总上所述，所设计的组合钻床联系尺寸图见附图32.4.4生产率计算卡生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、负荷率等的技术文件。通过生产率计算卡，可以分析所拟订的方案能否满足用户对生产率的要求。机床的理想生产率按下式计算: (2-15)式中： 单件工时（min） 机加工时间（min）,包括动力部件工作进给死挡铁停留时间。即 (2-16) 、分别为刀具的第、第工作进给行程长度（mm） 、分别为刀具的第、第工作进给量（mm/min）死挡铁停留时间，一般为在动力部件进给停止状态下，刀具旋 转510转所需的时间（min）辅助时间（mm），包括快进时间、快退时间、工作台移动或转位 时间，装卸工件时间。即 (2-17)、分别为动力部件快进行程长度、快退行程长度（mm）动力部件的快速移动速度（mm/min）工作台移动或转位时间(min)，一般为0.050.13min装卸工件时间（min），一般为0.51.5min机床负荷率按下式计算： (2-18)式中： 机床理想生产率（件/h） 年生产纲领（件）年工作时间（h），单班制工作时间=1950h，两班制=3900h机床负荷率一般以6575为宜。机床复杂时取小值，反之取大值。生产率计算卡列于表2-9表2-9生产率计算卡被加工零件图号毛坯种类焊接件名称汽车后桥壳体毛坯重量材料16Mn Q235硬度HB180220工序名称三面钻削工序号序号工步名称加工直径（mm）加工长度（mm）工作行程（mm）切削速度（m/min）进给量（mm/r）工时（min）机动时间辅助时间1安装工件0.52工件定位夹紧0.053左右钻头快进2500.0314左右钻头工进11.51132150.20.55死挡铁停留0.016左右钻头快退2820.057中间钻头快进1500.0318中间钻头工进8.51332150.180.59死挡铁停留0.0110中间钻头快退1820.0511工件松开0.0512卸下工件0.5备注本机床装夹一次，同时进行两面钻削，然后进行第三面钻削累计1.1261.12单件工时2.246机床生产率26.71件/h理论生产率23.23件/h负荷率87.2 根据机床使用经验，最适宜的机床负荷率为0.75-0.90，由生产率计算卡可见计算出的机床实际生产率能够满足理想生产率要求，故方案制定的合理可行。第3章 主轴箱设计主轴箱是组合机床的重要组成部件，它是选用通用零件，按专用要求进行设计的。在本组合钻床设计过程中，是工作量最大的部件。由于在本机床上需要加工三个部位共24个孔，因此本钻床的主轴箱传动系统在对被加工零件进行了深入分析计算的基础上，通过采用滚珠轴承主轴，对主轴箱的结构进行了创新设计。使所设计的主轴箱结构紧凑，实现了需在多工序完成的钻削加工，现用同一工步完成的设计构思。为实现本机床“结构简单，使用方便，效率高，质量好”的设计目标奠定了基础。3.1 主轴箱设计的原始依据 依据第二章组合钻床总体设计绘制主轴箱设计原始依据图。其内容包括主轴箱设计的原始要求和已知条件。(1)主轴箱轮廓尺寸500500mm(2)工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸。(3)工件与主轴箱相对位置尺寸根据这些数据，同时由总体设计，编制出表3-1。并绘出主轴箱设计原始依据图3-1。表3-1各主轴外伸尺寸及切削用量主轴主轴外伸尺寸切削用量D/dL工序转速切削速度切削用量1630/20115钻11.5415150.211230/20115钻8577150.183.2主轴箱传动系统的设计及计算 主轴箱传动系统的设计就是通过一定的传动链把动力箱输出轴(即主轴箱驱动轴)传来的动力和转速按要求分配到各主轴。三面卧式组合钻床两端的主轴箱传动系统设计过程中采取以下措施： (1)从面对主轴的方位看去，所有主轴均采用逆时针方向旋转。 (2)保证转速和转向的前提下，力求用最少的传动轴和齿轮(数量和规格)，以减少各类零件的品种。具体措施采用一根传动轴同时带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排位置上。当齿轮啮合中心距不符和标准时，采用了变位齿轮。(3)避开了用主轴带主轴的方案，这样避免了增加主轴负荷，不会影响加工质量。 (4)为使主轴箱结构紧凑，主轴箱内齿轮传动副的传动比都在11.5之间。 (5)由于加工部位的孔均匀分布在同一圆周上，所以按照主轴箱设计原则在圆周的圆心位置设置一根传动轴带动六根主轴，中间加工部位也按相同原则设计。(6)因钻削加工切削力大，为了减少主轴的扭曲变形，主轴上的齿轮尽量安排靠前支承。采取上述方法设计的传动系统，不仅实现了对加工部位的工序集中，而且保证了主轴箱的质量，提高了主轴箱的通用化程度，使得设计和制造工作量及成本都大大降低。图3-1两端主轴箱设计原始依据图图3-2中间主轴箱设计原始依据图3.2.1传动路线拟定思路通过对加工部位的相对位置进行分析，为保证主轴箱结构紧凑，拟定以下传动路线： 两端加工部位孔的分布相同，均是分布在133圆周上的六个孔，所以在133的圆心处设置一根传动轴，动力箱输出轴带动此传动轴以及油泵轴，传动轴带动6根主轴，其中一根主轴带动手柄轴（用于停机是调整主轴）。 中间加工部位孔的分布和两端加工部位孔的分布相似，均是分布在257圆周上的12个孔，所以在257圆心处设置一根传动轴，动力箱输出轴带动此传动轴以及油泵轴，传动轴带动12根主轴，其中一根主轴带动手柄轴。具体传动方案由传动树形图表示。传动树形图是一种用简单线条来描述主轴箱传动系统的图形。传动树形图中的“树梢”表示各个主轴，“树根”表示驱动轴，各分叉点为传动“树枝”，以定向边表示各轴之间的传动副，并以箭头表示传动顺序。根据定向边的箭头，就可以清楚地看出系统的传动路线。由于中间主轴箱内传动系统和两端主轴箱的传动系统相似，只是孔分布的圆周直径有所区别，所以用一个传动系统树形图表示。拟定的系统传动树形图如图3-3所示。图3-3传动树形图3.2.2合理分配各级传动比、初定传动轴位置、确定齿轮齿数传动基本公式： ， （3-1）式中： 主动轮齿数从动轮齿数主动轮转速从动轮转速中心距齿轮模数初选模数由下式估算，再通过类比法确定。 (3-2)式中： 齿轮模数（mm） 齿轮传递功率（kw） 小齿轮的齿数 小齿轮的转速（r/min） 两端主轴箱内主轴转速均相同，由第二章计算得知, =415r/min，电机输出轴转速n=720r/min。主轴齿轮模数用类比法取m=2，电机输出轴齿轮模数标准为m=34，取m=3。主轴与传动轴的中心距A=66.5mm。电机输出轴与传动轴中心距A=90mm。总传动比i=1.75。经查组合机床主轴箱设计准则：主轴箱内最佳传动比为11.5。后盖内最大传动比为2，最小为1/2。并且尽量避免升速传动，以减少功率损失。分配传动比及确定齿轮齿数如下：/=1.75，/=1由 (, 得 所以两端主轴箱内主轴上的齿轮齿数为33，于其啮合的传动轴上的齿轮上的齿数也为33。由 得 所以两端主轴箱后盖内电机输出轴上的齿轮齿数为22，符合组合机床主轴箱设计准则电机输出轴齿轮为2124的标准。于其啮合的传动轴上的齿轮齿数为38。中间主轴箱内主轴转速均相同，由第二章计算得知, =577r/min，电机输出轴转速n=720r/min。主轴齿轮模数用类比法取m=2，电机输出轴齿轮模数标准为m=34，取m=3。主轴与传动轴的中心距A=128.5mm。电机输出轴与传动轴中心距A=75mm。总传动比i=1.27。分配传动比及确定齿轮齿数如下：/=1.27,/=1由 (, 得 所以中间主轴箱内主轴上的齿轮齿数为64，于其啮合的传动轴上的齿轮上的齿数也为64。由 得 所以两端主轴箱后盖内电机输出轴上的齿轮齿数为22，符合组合机床主轴箱设计准则电机输出轴齿轮为2124的标准。于其啮合的传动轴上的齿轮齿数为28。3.2.3修正各主轴转速n、切削速度V、主轴每转进给量S根据上面分配的各级传动比及各级啮合的齿轮齿数，计算得各主轴实际转速、切削速度及主轴每转进给量如表3-2所示。表3-2主轴转速、切削速度及每转进给量修正表轴号转速（r/min）切削速度（m/min）每转进给量（mm/r）16411.4214.920.211256615.080.183.3主轴箱通用轴类零件选择 两端和中间主轴箱内主轴直径根据公式： d=B （3-3）得出两端主轴箱和中间主轴箱内主轴直径d均为20mm。详细内容见第二章。3.3.1确定传动轴的直径及选材计算传动轴直径按式： （3-4）式中: d轴的直径(mm) M主轴承受的转矩(Nmm) B系数，当材料的剪切弹性模量G=8.1104N/mm时，非刚性主轴取11，传动轴为9.2。 传动效率;M轴承受的转矩(Nmm)。经计算得两端主轴箱和中间主轴箱内的传动轴直径均为30mm,选用圆锥滚子轴承传动轴，材料选45钢，手柄轴的直径按标准选取为30mm，油泵轴直径按标准选取为20mm，并且手柄轴和油泵轴均采用45钢。3.3.2主轴及通用传动轴结构型式的选择方案 主轴结构型式由零件的加工工艺，并考虑主轴的工作条件和受力情况，采用长主轴。因是钻削加工主轴，需承受较大的单向轴向力，所以优选深沟球轴承和推力球轴承组合的支承结构，且推力球轴承配置在主轴前端。传动轴的转速较低，但载荷较大，因此用圆锥滚子轴承。3.3.3通用齿轮及其他通用件 齿轮包括动力箱齿轮和传动齿轮。为提高齿轮强度，大多采用的材料为20CrMnTi，动力头齿轮和受载较小的齿轮采用45钢。 主轴箱上除上述通用件外，还有隔套、键套、防油套、定位销及锁紧螺母、放松垫圈等。均参照组合机床设计手册按标准选取确定。3.4 轴和齿轮的校核3.4.1主轴的力学计算模型1）A B 图3一4理想的滚珠主轴力学计算模型受力分析： 在第二章依据选定的切削用量，计算出了刀具加工时受到的扭矩M及轴向力。由经验公式：= (D，HB，S) (3-5)= (D，HB，S) (3-6)式中： 刀具工作时受到的转矩;刀具工作时受到的轴向力。，为刀具切削处直径D、切削用量S、布氏硬度HB的函数。根据图3-4，得：= (3-7)式中： F承载齿轮所受的圆周力;d承载齿轮的分度圆直径。对图3-4而言，轴向载荷为B点支承处推力球轴承所受到的轴向力： = (D，HB，S) (3-8)B点支承处深沟球轴承所受到的轴向力：= (3-9)A、B支承处深沟球轴承的径向载荷、的求法：径向载荷由力的平衡方程得： (3-10) (3-11)求得 ： (3-12) (3-13)式中： F齿轮工作时所受到的法向力。轴承工作的当量动载荷：对于工作时受轴向载荷的深沟球轴承而言，当量动载荷为： (3-14)对于受纯径向载荷的深沟球轴承、滚针轴承，当量动载荷为： (3-15)对于受纯轴向载荷的推力球轴承，当量动载荷为： (3-16)式中的取1.21.5 在按经验数据和估算选好的主轴各参数后，为确定主轴刚性，有时还要根据受力情况，进行验算。一般来说，主轴只要其刚度能满足，强度大多是足够的。主轴刚度的验算，主要是验算在受力时的弯曲变形，既主轴前端的挠度X和前支撑的倾角，取其许用 X0.0002L（mm） 0.001（rad） (3-17) (3-18)式中： E主轴材料的弹性模量（kg/mm），钢的模量E= （kg/mm） J前支承处的截面惯性矩，实心轴J=经计算两端主轴箱内的主轴及中间主轴箱内的主轴的挠度和倾角均符合要求。2）中间主轴箱传动轴校核由于两端主轴箱和中间主轴箱结构原理相似，而中间主轴箱内的传动轴所带动的主轴较多，故只校核中间主轴箱内的传动轴即可。由弯矩图知C处的弯矩最大，校核该截面强度。截面C处的当量弯矩，可得：校核结果：，C截面强度足够。根据轴的结构和弯矩图及转矩图可见，CC截面为危险截面，故校核此截面，查附表141，。按渐开线花键查得。（1）查附表146，得尺寸系数（2）查附表144得表面质量系数=0.93（3）查附表147得钢的（4）查附表148许用安全系数（5）弯曲应力幅（6）扭转应力幅：（7）只考虑弯矩作用时的安全系数：（8）只考虑转矩作用时的安全系数：（9）安全系数：= ，满足强度要求中间主轴箱传动轴弯矩、转矩图3）齿轮疲劳强度校核两端主轴箱齿轮校核主轴箱内齿轮的设计是按接触疲劳强度设计齿根弯曲疲劳强度校核公式： (3-19) (3-20)式中： 工作情况系数（取1.25） 动载系数，查机械设计手册取（=1.17） 查机械设计手册取（=1） 载荷分配不均系数，查机械设计手册取（=1.4） 得： 查机械设计手册取： 得： ，b=24,m=2 由于: =KN/S 其中KN由机械设计手册查取，=1.2 由机械设计手册选取，=450 S由机械设计手册选取，S=1.4得： =代入以上公式： = =31.17 所以合格。中间主轴箱齿轮校核系数的选取为： =1.25，=1.25，=1，=1.4得： =2.1875 ，b=24,m=2 经计算： =17.486 经校核，该齿轮合格。3.4.2齿轮模数的验算 齿面接触强度验算公式： (3-21) 齿轮弯曲疲劳强度验算公式： (3-22)由于考虑计算量太大，所以只计算中间主轴箱中齿轮模数，以后均以中间主轴箱为主。1） 齿数Z=642） 使用系数由机械设计手册查取得，取1.13） 功率利用系数由机械设计手册查取得，取0.80954） 转速变化系数由机械设计手册查取得，分别取0.75，0.885） 工作期限系数： (3-23)经计算，6） 工作用量系数：7） 名义切向力经计算，=8409.48） 分度圆圆周速度： (3-24)经计算，9） 动轻系数 (3-25)经计算，10） 齿向载荷分布系数，由机械设计手册查取； (3-26)经计算，11） 齿向载荷分配系数： 经查机械设计手册取 ， 12） 带点区域系数：经查机械设计手册取 ，13） 弹性系数： 经查机械设计手册取 ，14） 重合度及旋角系数：经查机械设计手册取 ，15） 许用接触应力：经查机械设计手册取 ，16） 复合齿形系数：经查机械设计手册取 ，17） 重合度旋角系数：经查机械设计手册取 ， 最后将各参数代入公式：。 合格3.5主轴箱坐标的计算3.5.1主轴箱坐标系原点的确定根据标准一般取主轴箱体底平面与通过其定位销的垂直线交点为坐标原点。销孔中心距箱体底面30mm，距箱体左外壁25mm。两端的主轴箱内的主轴是以传动轴的位置为中心，分布在133圆周上的所以先以传动轴为坐标原点（0，0），计算各主轴坐标，再以主轴箱定位销的销孔中心为坐标原点（0，0），最后确定各轴的名义坐标。传动轴相对与销孔中心的坐标为（225，220），计算过程如下。轴1：故： 轴2： =33.25=57.59故： 轴3：=-33.25=57.59故： 轴4：故： 轴5：=-33.25=-57.59故： 轴6：=33.25=-57.59故： 中间主轴箱内的主轴也是以传动轴的位置为中心，分布在257圆周上的所以先以传动轴为坐标原点（0，0），计算各主轴坐标，再以主轴箱定位销的销孔中心为坐标原点（0，0），最后确定各轴的名义坐标。传动轴相对与销孔中心的坐标为（225，205），计算过程如下。轴1：=124.12=33.26故： 轴2：=90.86=90.86故： 轴3：=33.26=124.12故： 轴4：=-33.26=124.12故： 轴5：=-90.86=90.86故： 轴6：=-124.12=33.26故： 轴7：=-124.12=-33.26故： 轴8：=-90.86=-90.86故： 轴9：=-33.26=-124.12故： 轴10：=33.26=-124.12故： 轴11：=90.86=-90.86故： 轴12：=124.12=-33.26故： 3.6变位齿轮在主轴箱传动系统中，常采用一轴带动多轴的传动方法。在这种情况下，往往出现两轴的中心距已定，而这个已定的中心距又不符合齿轮的标准啮合中心距的情况。为了凑中心距，就必须把啮合副中的一个或两个齿轮作成角度变位齿轮。两端主轴箱和中间主轴箱中传动轴和主轴啮合的齿轮副的啮合中心距均和实际中心距相差0.5mm。变位齿轮具体参数见表3-3。表34变位齿轮几何参数计算表名称符号计算公式计算结果模数m标准值2压力角标准值20变位齿轮齿数Z标准值33(64)中心距偏差=0.5中心距变动系数YY=/m0.25啮合角20.49齿顶高变动系数=X-Y0.00147分度圆直径dD=66(128)齿顶高ha2.1537齿根高2.34336全齿高4.49706齿顶圆直径70.3074(132.3074)齿根圆直径62.3132(124.3132)标准齿轮跨齿数3.146标准齿轮公法线长公法线增量0.2103变位齿轮公法线长15.540第4章 夹具设计夹具是组合机床的重要组成部件，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位、夹压、刀具的导向、以及装卸工件时起限位作用的。夹具设计是整个组合机床设计的重要部分之一。本机床的夹具有以下几个特点(1)稳定地保证工件的工序位置精度采用固定式钻模，可使尺寸公差和位置公差稳定地达到0.10mm。(2)确保了最佳经济效益夹具是确保产品质量及产量的重要工装之一，因此应处理好工件质量、生产率及经济效益三者的关系。在设计三面单工位组合钻床夹具时，遵循以稳定地确保工件质量为前提而又不给夹具留过大的精度储备。考虑夹具的工作效率时与工件的生产纲领相协调，没有盲目地追求先进，从而取得最佳经济效益。 (3)改善工人的劳动条件 螺旋夹紧机构的应用，不仅提高了劳动生产率，而且极大地减轻了工人的劳动强度。4.1定位支承系统设计4.1.1定位支承系统的设计原则 在组合钻床上加工工件时，必须使被加工零件与刀具及其导向保持正确的相互位置关系，这是靠夹具的定位支承系统来实现的。在设计定位支承系统时，遵循以下原则： (l)合理布置定位支承元件，力求使其组成较大的定位支承平面。 (2)提高刚度，减少定位支承系统的变形。 (3)提高定位支承系统精度及其元件的耐磨性，以便长期保持夹具的定位精度。(4)可靠地排除落入定位支承系统的切屑。4.1.2定位支承元件及其布置本机床加工的是汽车后桥壳体，零件的特点是细长，并且中间是焊接而成，外形并不规则，根据该特点，定位方案如下：以零件两端的固定环外圆面作为定位面，以两个短V型块作为定位元件，这样便限制了x、z、四个方向的自由度。再以235端面作为定位支承面，以四个定位块和定位定位法兰作为定位元件，限制y方向的两个自由度。 图4-1定位法兰简图 图4-2V型块简图4.2导向装置设计4.2.1导向装置的作用在组合钻床上完成孔加工工序中，除采用刚性主轴加工方法外，切削刀具都在导向装置中工作，因此，具有精密的导向是组合机床刀具工作的保障。组合机床夹具上的导向装置是作为引导刀具对工件进行切削加工的重要装置。其作用在于:保证刀具对于工件的正确位置;保证各刀具相互间的正确位置和提高刀具系统的支承刚度。因此，它对于保证加工精度和机床的可靠工作具有重要的影响。4.2.2导向装置的类型选择 因本台组合钻床刀具导向线速度V=15m/min，小于20m/min，故采用固定钻模板引导方案。刀具在导套内既转动又移动，这种导向方法精度好。工件加工前，应首先将钻模正确安装到钻床上。安装到钻模上的工件借助于固定式导套对定位元件的位置关系及其与主安装元件(指夹具体与钻套)的位置公差关系，便可使工序基准相对于刀具和机床取得相对正确的位置。显然，工件的定形尺寸精度主要依靠定径刀具取得，而其位置精度主要由钻模保证的。总之，利用既是导向元件又是安装元件之一的导套实现钻模的正确安装、对定位元件的对定并通过其内孔引导刀具实现加工。4.2.3固定式导套的设计1)固定式导套的组成导套是钻模的特有元件。其作用是引导刀具防止引偏、对定及保证夹具相对于机床取得正确位置并减小加工时产生的振动。固定导套结构简单，能达到较高的位置精度要求。因此本组合钻床采用固定式导套，它由3个元件组成:压套螺钉、可换导套、中间套。中间套外径d以配合直接压入钻模板。可换导套外部装上中间导套，其目的在于:当导套磨损后进行更换时，不至于破坏钻模体上的孔，从而有利于保持导向的精度。可换导套压入钻模板的衬套孔中，并用螺钉的肩部沿轴向夹压，以防止导套在钻孔过程中转动和轴向位移。可换导套与衬套采用配合。可换导套磨损后可随时更换。2)固定式导套主要参数确定由采用麻花钻在导套内进行钻孔的一系列研究表明，导套的长度L1对钻孔位置的影响并不显著，因此根据导套在钻模板上紧固的可靠性选用Ll较小的导套。从导向设计的角度出发，提高这一精度的措施主要在于缩短导套至工件端面的距离L2和减小导套的配合间隙。L2对导套的影响很大，随着L2的增大，钻头对于其轴线的偏移量也增大。因此，导套至工件端面的距离L2选取尽可能小的值。导套的配合间隙对孔的位置精度也有颇大的影响。这里的配合间隙包括钻头与导套之间的间隙，还包括中间套和钻模体之间的配合间隙。为了提高孔的位置精度，适当的提高导套的制造精度和选用较紧的配合。固定式导套的布置及其主要参数确定见第二章表2-4。4.3夹紧机构设计4.3.1夹紧方案的确定在组合机床上加工时，工件依靠夹具上的定位支承系统，获得对于刀具及其导向正确的相对位置，还需依靠夹具上的夹紧机构，来消除工件因受切削力产生的振动，使工件在加工过程中能继续保持定位所得到的正确位置。中间加工部位采用螺旋夹紧机构，具有以下优点:(l)高加工精度。(2)提高生产率。(3)工作可靠具有自锁性能。(4)结构简单紧凑，夹压变形减小。(5)操作方便，使用安全。4.3.2夹紧力的计算l.夹紧力的确定(l)夹紧力的作用点本夹具为保证工件夹紧后定位稳定，中间夹紧力作用点选在235的端面上，并采用定位法兰作为定位支承，刚性较好。2）夹紧力的方向本机床加工时，两面同时钻削，轴向力可以互相抵消。所以中间夹具的夹紧力方向与235的端面垂直。3）夹紧力大小的计算 两端螺旋夹紧时，夹紧力为: (4-1) 式中: 夹紧力(N) 螺纹的外径(mm) 加在螺旋夹紧机构上的夹紧扭矩(Nmm) 采用手动螺旋夹紧机构时，夹紧扭矩为: =PL (4-2) 式中: P加在扳手上的力。在组合机床夹具上P的推荐值为 80-150N。 L扳手力臂长度(mm)，L14d。 为工作安全可靠，应使总的夹紧力Q大于总的轴向切削力F 取p=14地，Q=890.5 kg，Q总=ZQ=17810N8826N。 夹紧力大于8826N，故紧力足够，该夹具满足要。此外，由于工件细长，形状不规则，为了确保加工时工件稳定两端采用压板辅助夹紧。有利于保证加工精度。图4-3V压板夹紧机构简图在中间夹紧和支承定位点处用的是可换定位块，磨损后可更换，保证加工精度。第5章 专题汽车后桥壳体工艺规程设计5.1确定毛坯的制造形式本后桥壳体是冲压焊接结构，是用16mm厚的16Mn钢板经热压成桥壳，然后再由后桥壳与半轴套管焊接成桥壳体。具有结构简单、重量轻的优点。以前后桥上的后盖、法兰盘、半轴套管等杂件，采用手工电弧焊与CO2气体保护焊，生产效率低，焊接难度大;后桥壳与半轴套管采用角焊缝焊接时，需加热装配，消耗大量能源。上述工艺劳动强度大，不易实现机械化和自动化，严重制约汽车后桥生产的进一步发展。为此，我采用了适合汽车后桥生产的新式焊接工艺，CO2气体保护自动焊、摩擦自动焊技术引入到汽车后桥焊接中。该项工艺在汽车后桥生产中的应用，提高了后桥焊接成形的整体性能，实现了汽车后桥大批量生产的自动化。5.1.1车桥焊接工艺 焊接结构的汽车后桥壳由桥壳、后盖、法兰盘、半轴套管及杂件等几部分焊接而成。我采用埋弧自动焊、CO2气体保护自动焊、摩擦自动焊新工艺。简略其它工艺，其焊接工序为：上料组对CO2自动焊垫盘点焊后盖、法兰盘CO2自动焊后盖CO2自动焊法兰盘点焊杂件焊杂件补焊焊桥壳与半轴套管摩擦焊正火处理下线。5.1.2汽车后桥焊接设备依据焊接桥壳体焊缝工艺的特点，我选用CO2气体保护自动焊机，摩擦焊自动焊机。这几台具有先进技术的焊接设备，应用于汽车后桥焊接后，生产批量增加，焊缝成形美观，焊接质量提高，整桥焊接水平有较大的飞跃。5.1.3基准的选择汽车后桥壳体的精基准选为后桥两端的固定环外圆面和中间琵琶孔的端面。粗基准选为两端半轴套管的外圆端面。5.2工艺路线的拟定工艺路线的拟定要满足零件的各种技术要求。故合理制定工艺路线方案。工序1：热处理工序2：粗镗两端倒角工序3：粗镗两端轴承孔，粗镗中间琵琶孔工序4：精镗两端轴承孔，精镗中间琵琶孔工序5：精车两端倒角工序6：粗车固定环外圆工序7：精车固定环外圆工序8：车摩擦卷边工序9：粗车半轴套管轴向各尺寸工序10：精车半轴套轴向各尺寸工序11：车两端螺纹工序12：车桥壳端面工序13：铣琵琶孔端面工序14：角磨去除琵琶孔内侧毛刺工序15：磨桥壳各处圆直径工序16：钻固定环和琵琶孔上的螺纹孔工序17：攻螺纹工序18：清洗终检5.3机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定5.3.1 34桥壳两端内孔工序名称公称余量公差等级最小极限尺寸工序尺寸极限偏差毛坯29.5300.5粗镗3.2IT1132.5233精镗1.3IT833.982345.3.2 235中间琵琶孔工序名称公称余量公差等级最小极限尺寸工序尺寸极限偏差毛坯229.52300.5粗镗4.1IT11233.65234精镗1.1IT8234.982355.3.3 155固定环外圆工序名称公称余量公差等级最小极限尺寸工序尺寸极限偏差毛坯159.51600.5粗车4.3IT7155156精车1.1IT10155.0021555.3.4 50.5半轴套外圆工序名称公称余量公差等级最小极限尺寸工序尺寸极限偏差毛坯54.5550.5粗车3.5IT75252精车1.8IT1050.465 60半轴套外圆工序名称公称余量公差等级最小极限尺寸工序尺寸极限偏差毛坯64.5650.5粗车4.7IT76161精车1.2IT1059.965605.3.6 70半轴套外圆工序名称公称余量公差等级最小极限尺寸工序尺寸极限偏差毛坯74.5750.5粗车3.9IT771.371.5精车1.8IT1070.002705.3.7 90半轴套外圆工序名称公称余量公差等级最小极限尺寸工序尺寸极限偏差毛坯93.5940.5粗车3.2IT790.891精车1.1IT1089.998905.3.8 桥壳端面工序名称公称余量公差等级最小极限尺寸工序尺寸极限偏差毛坯1643.516484.5粗车12.3IT111637163815.3.9 琵琶孔端面工序名称公称余量公差等级最小极限尺寸工序尺寸极限偏差毛坯11.5120.5粗铣3.4IT88.659精铣1.1IT107.98811.5固定环孔和中间琵琶孔端面的8孔一次钻透。 由于篇幅所限切削用量的计算过程省略，具体内容见于工艺卡片。黑龙江科技学院机械加工工艺卡片零件名称：汽车后桥壳体材料：16Mn共5页第1页工序号工序名称工 序 内 容 说 明设备工艺参数01铸造毛坯02时效处理正火处理热处理炉03镗将桥壳放在机床 上装夹找正后，粗镗两端倒角。至145卧式镗床ap=0.1 af=0.23n=9804镗粗镗两端轴承孔至33，粗镗中间琵琶孔至234卧式镗床ap=0.1af=0.21n=110 黑龙江科技学院机械加工工艺卡片零件名称：汽车后桥壳体材料：16Mn共5页第2页工序号工序名称工 序 内 容 说 明设备工艺参数05车将桥壳放在机床上装夹找正后，精车两端倒角。至245CW6163ap=0.1af=0.23n=9806车粗车固定环外圆至156CW6163ap=0.1 af=0.23n=9807车精车固定环外圆至155CW6163ap=0.1 af=0.21n=110黑龙江科技学院机械加工工艺卡片零件名称：汽车后桥壳体材料：16Mn共5页第3页工序号工序名称工 序 内 容 说 明设备工艺参数08车车摩擦焊卷边，车至与桥壳体平齐。CW616309车粗车两端轴向50.5外圆至52，粗车两端轴向60外圆至61，粗车两端轴向70外圆至71.5，粗车两端轴向90外圆至91CAK6180Dap=0.1af=0.23n=9810车精车以上各轴向尺寸至图纸要求CAK6180Dap=0.1af=0.21n=110黑龙江科技学院机械加工工艺卡片零件名称：汽车后桥壳体材料：共5页第4页工序号工序名称工 序 内 容 说 明设备工艺参数11车车两端螺纹（导程22mm）CAK6180Dap=0.1af=0.23n=9812车车削轴头两前端尺寸至1638mmCW6163ap=0.1af=0.23n=9813铣粗铣琵琶孔端面至9，精铣琵琶孔端面至8，保证尺寸要求表面粗糙度3.2X53Kap=0.1af=0.18n=5014磨角磨去除琵琶孔内侧毛刺15磨磨桥壳各处圆直径，要求不许在磨削时砂轮轴向窜动外圆磨床16钻钻11.5固定环孔和中间琵琶孔端面的8孔，一次钻透。卧式组合机床ap=0.1af=0.18n=56617攻攻螺纹CW6163ap=0.1af=0.18n=5018清洗终检结束语 我在深入了解企业需求及现状，了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求的基础上，从企业实际情况出发，设计了这台组合钻床。由于被加工零件同时加工的孔数为24，不仅数量多，而且孔间距小。在设计主轴箱传动系统时采取以下措施： (1)保证转速和转向的前提下，力求用最少的传动轴和齿轮(数量和规格)，以减少各类零件的品种。具体措施采用一根传动轴同时带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排位置上。当齿轮啮合中心距不符和标准时，采用了变位齿轮。 (2)避开了用主轴带主轴的方案，这样避免了增加主轴负荷，不会影响加工质里巨。 (3)为使主轴箱结构紧凑，主轴箱内齿轮传动副的传动比都在11.5之间。 (4)钻削加工切削力大，为了减少主轴的扭曲变形，主轴上的齿轮尽量安排靠近前支承。采取上述方法设计的传动系统，不仅实现了对24孔的工序集中，而且保证了主轴箱的质量，提高了主轴箱的通用化程度，使得设计和制造工作量及成本都大大降低。因孔间距小，为了解决主轴箱体轴承座孔之间的相互干涉，采用了滚珠轴承支承方案，最终将常规方法下不能完成的排箱得以实现。 在夹具设计环节，螺旋夹紧机构的应用，不仅降低了工人的劳动强度，而且缩短了辅助时间，提高了生产率。同时，在设计次组合钻床时，遵循机械设计中标准化、通用化、系列化原则，其他零部件都是通过设计计算选择相应的标准件、通用件，大大缩短了设计周期。经验收，本机床达到了“重量轻、体积小、结构简单、使用方便、效率高、质量好”的要求。参考文献1. 濮良贵，纪名刚主编. 机械设计（第七版）.北京：高等教育出版社, 20022. 垄桂义主编. 机械设计课程设计图册.北京： 高等教育出版社, 20003. 沈兴全，吴秀玲主编. 液压传动与控制.北京： 国防工业出版社, 20054. 黎启柏主编. 液压元件手册. 北京：机械工业出版社, 20005. 任金泉主编. 机械设计课程设计. 陕西：西安交通大学出版社, 20036. 刘品，刘丽华主编. 互换性与测量技术基础. 黑龙江：哈尔滨工业大学出版社, 20017. 机械工程手册编委会主编. 机械工程手册（第7卷）. 北京：机械工业出版社, 19828. 机械设计手册编委会主编. 机械设计手册（第3卷）.北京： 机械工业出版社, 20049. 王宪军，赵存友主编. 液压传动. 黑龙江：哈尔滨工程大学出版社, 200210. 大连组合机床研究所.组合机床设计(第二版).机械工业出版社.1985.11. 大连组合机床研究所.组合机床设计参考图册.机械工业出版社.1985.12. 专用机床设计与制造编写组.专用机床设计与制造.黑龙江人民出版社1980.13. 李秀敏.组合机床行业现状与发展思考.航空制造技术.2003.14. 丛风廷迟建山.组合机床设计(第二版).上海科学技术出版社.1993.15. 吴宗泽.机械结构设计.机械工业出版社.1988.16. 机械工程手册编委会.机械设计手册.机械工业出版社.2000.附录1 (中文译文)数控技术和装备发展趋势及对策摘要：简要介绍了当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状，在此基础上讨论了在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下，发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性，并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。 装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。1数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面14。1.1高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心则从35m，提高到11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。1.2.5轴联动加工和复合加工机床快速发展采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。在EMO2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。1.3智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC(TheNextGenerationWork-Station/MachineControl)、欧共体的OSACA(OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)、日本的OSEC(OpenSystemEnvironmentforController)，中国的ONC(OpenNumericalControlSystem)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在EM2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProductionCenter”（智能生产控制中心，简称CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司展出“ITplaza”（信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的OpenManufacturingEnvironment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。1.4重视新技术标准、规范的建立1.4.1关于数控系统设计开发规范如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。 1.4.2关于数控标准数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准，即采用G，M代码描述如何（how）加工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEPNC)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，NC加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，NC程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸（约75）、加工程序编制时间（约35）和加工时间（约50）。目前，欧美国家非常重视STEP-NC的研究，欧洲发起了STEP-NC的IMS计划(1999.1.12001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。美国的STEPTools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(SuperModel)，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控系统的原型样机上进行了验证。2对我国数控技术及其产业发展的基本估计我国数控技术起步于1958年，近50年的发展历程大致可分为3个阶段：第一阶段从1958年到1979年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达50，配国产数控系统（普及型）也达到了10。纵观我国数控技术近50年的发展历程，特别是经过4个5年计划的攻关，总体来看取得了以下成绩。a.奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术。我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。b.初步形成了数控产业基地。在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。c.建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下。a.技术水平上，与国外先进水平大约落后1015年，在高精尖技术方面则更大。b.产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。c.可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。分析存在上述差距的主要原因有以下几个方面。a.认识方面。对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足；对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足；对我国数控技术应用水平及能力分析不够。b.体系方面。从技术的角度关注数控产业化问题的时候多，从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少；没有建立完整的高质量的配套体系、完善的培训、服务网络等支撑体系。c.机制方面。不良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、产品创新，且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难。d.技术方面。企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。3对我国数控技术和产业化发展的战略思考3.1战略考虑我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空芯”。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定；其次从国防安全看，西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质，对我国实现禁运和限制，“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例证。3.2发展策略从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机（如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等）带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等）的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品；没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品；当然，没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以“做得出、用得上、卖得掉”为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。参考文献：1中国机床工具工业协会行业发展部.CIMT2001巡礼J.世界制造技术与装备市场，2001(3)：18-20.2梁训王宣,周延佑.机床技术发展的新动向J.世界制造技术与装备市场，2001(3)：21-28.3中国机床工具工业协会数控系统分会.CIMT2001巡礼J.世界制造技术与装备市场，2001(5)：13-17.4杨学桐，李冬茹，何文立，等?距世纪数控机床技术发展战略研究M.北京：国家机械工业局，2000.附录2 （外文原文）The number controls the technique and equips todevelop the trend and counterplansSummary:The synopsis introduced the world nowadays count control the trend and our countries of technique and material development number to control the present condition that equip the technique development and industries turn, discussed on this foundation under the new surrounding that our country join the WTO and open outward to turn further and deeply, develop the our country the number controls the technique and equips, exaltation our country the manufacturing industry importance of the information-based level and international competition ability, and put forward to develop the our country from two levels of strategy and strategy the number controls the technique and material of what time viewpoint. The technique level and the modernization degrees of the material industry decide the whole level of national economy and the modernization degree, the number controls the technique and materials are newly arisen and high new technique industry and sophisticated industry( such as the information technique and its industry, the living creature technique and its industry, aviationses, aerospace etc. the defence industry industry)s of developmentses to make the ability technique and the most basic materials.The mark think to have ever said various differentiation of economic ages, donted lie in to produce what, but lie in how production, use what production.Make the technique and materials are the most basic production of mankinds production data, but the number control the technique and is an advanced manufacturing technique and material to is most the technique of the core nowadays.Nowadays the international community manufacturing industry adopts the number to control the technique extensively, making the ability and levels with the exaltation, the exaltation changes the orientation ability and the competition abilities of the market to the dynamic state much.In addition in the world the flourishing nation of each industry return to control number the technique and numbers control the strategic supplies that the material lists as the nation, not only adopt the important measure to develop own number to control technique and its industries, and count to control the key technique and material in high point the aspect practices to blockade and limit the policy to the our country.In fine, develop strongly with the number controls the technique for the advanced manufacturing technique of the core has become the acceleration economy in each flourishing nation in world development, exaltation comprehensive important path of the national strength and national position. The number control technique is exercise and work to the machine with the numerical information the process carries on the control of technique, the number control the material to make the industry and newly arisen manufacturing industries to permeate the formative machine electricity integral whole to turn the product to the tradition with the new technique that the number control the technique as representative, the namely so-called numeral masquerade to have, its technique scope overlay a lot of realms:(1)The machine manufacturing technique;(2)The information processing, process, deliver the technique;(3)Automatic control technique;(4)Servo drive the technique;(5)Spread the feeling machine technique;(6)Software technique etc. 1 The number controls the technical development trend The number not only brought revolution variety for traditional manufacturing industry, make the manufacturing industry become the symbol of the industrialization, but also control the technical application along with the number control technical develop continuously and applied realm of extension, he rises to some developments of important profession( IT, automobile, light work, medical treatment.etc.) of the national policy peoples livelihood more and more important function, because big trend that the numeral of the material turns to is already the modern development that these professions need.From currently in the world count control the technique and it equips the trend of the development to see, its main research is hot the point contain following 1-4 s of a few aspect s. 1. one high speed, high processing technology of and new trend of the materials The efficiency, quantity is a forerunner to make the technical corpus.The high speed, high processing technology of can lift biggest high-efficiency, the quantity and the file times of the exaltation product, shorten to produce the period and exaltation market competition ability.Carry the technique research meeting to list as it to one of the 5 greatest moderns manufacturing technique first for this Japan, international produce the engineering academic association( CIRP) to is certain it to study one of the directions for 21 centuries of center. At the car industry realm, the year produces 300,000 production rhythms are 40s, and it is one of the point problems that the car material must resolve that many specieses process;At the aviation and the astronautics industry realms, zero partses that it process are the thin walls and thin much, just the degree is badly, the material is aluminum or the aluminum metal alloys, only under the condition that high slice to pare the speed and slice to pare the dint pimping, then can carry on process to these walls.Adopt the large and whole aluminum metal alloy 坯 to anticipate the method for fish out recently to make the large spare parts of plane wing, fuselage of airplane.etc. to act for several spare partses to pass numerous rivet, bolts and other coupling methods to put together to pack, make the strength of the piece just the degree and credibilities get the exaltation.These all put forward the high speed, high and high and gentle request towards processing the material. See from the EMO2001 exhibition meeting circumstance, the high speed process the center to enter and can amount to the 80 ms/ min for speed, even higher, the air freight go the speed and can amount to the 100 ms/ min or so.Currently many automobile factories in the world, include the G.M. company of Shanghai of the our country, have already at a high speed adopt to process the production line part that center constitute to act for to combine the tool machine.The tool machine of HyperMach of the American company of CINCINNATI enter is biggest for speed to amount to the 60 ms/ min, fast is a 100 ms/ min, the acceleration amounts to the 2 gs, the principal axis turn soon and already 60000 rses/ mins.Process one thin wall airplane spare parts, use the 30 mins only, but the spare parts of the same processes to need the 3 hs in the general high-speed miller, processing to need the 8 hs in the common miller;The principal axis speed and accelerations of a principal axis lather of the German company of DMG amount to 12* respectively!000 rs/ mm and 1 g. In the aspects of processing the accuracy, be close to 10 in the last yearses, the common series control the tool machine to process the accuracy to have already been raised to 5 ms by 10 ms, the precise class processes the center then from 3-5 ms, raise to 1-1.5 ms, and the super nicety process the accuracy to have already started enter the rice class of (0.01 ms). At the dependable sex aspect, abroad number control the MTBF value of the device already 6000 hses are above, the MTBF of the servo system the value attains the 30000 hs above, express the very high and dependable.For the sake of the realization high-speed, the high process, with it the function parts of the kit such as electricity principal axis, straight line the electrical engineering got the fast development, application realm further extension. 1.2 5 stalk move to process and reunite to process the fast development of tool machine Adopt 5 stalk moves to process to three curved face spare partses, can have the best and several shapes to carry on slice to pare with the knife, not only the clean degree is high, and the efficiency is also significant to raise.Think generally,1 set 5 efficiencies of the stalk motive bed can be equal to 2 sets 3 stalk motive beds, especially use to sign the square nitrogen to turn the etc. the super and hard material knife carries on the high-speed to pare the hard steel spare parts of ,5 stalk move to process and can compare 3 stalk to move to process the exertive higher performance.But past move number to control the reasons, such as system and the host structure complications.etc. because of 5 stalk , its price wants to compare 3 stalk to move the number to control the tool machine high number times, the plait distance technique difficulty that add compare greatly, check and supervision 5 developments of the stalk motive bed. At present because of the emergence of the electricity principal axis, make carry out a structure of compound principal axis that 5 stalk move to process greatly for simplification, it makes the difficulty and costs significant lower, the price margin that counts to control the system contract.Therefore promoted a type of compound principal axis 5 stalk motive beds and compounds process the development of the tool machine( contain 5 the noodles process the tool machine). In the EMO2001 exhibition would up, new Japanese work machine of 5 the noodles process the tool machine adoption compound principal axis head, can carry out 4 perpendicular flat surfaces to process and arbitrarily the angle process, make 5 the noodles process to process with 5 stalks can on same pedestal tool machine realization, can also carry out to tilt to one side to face and pour the bore of to process.The German DMG company exhibition DMUVoution series processes the center, can at pack to clip once 5 the noodles process to move to process with 5 stalk , can be are direct by the CNC system control or CAD/ CAM or indirect control. 1.3 The intelligence turn, the open type, network becomes main trend that counts to control the system development for the contemporary 21 centuries of number control the material and will is a system that has the certain intelligence to turn, the contents that intelligence turn include at count to control each aspect in the system:In pursuit of process the efficiency and process the intelligence of the quantity to turn, if process the process from the orientation to control, the craft parameter is automatically born;Drive the function and usages to link the convenient intelligence to turn for the exaltation, if control, the electrical engineering parameter of operate and identify the load automatically to make selection the model automatically from the orientation, from whole settle etc.;The intelligence of the simplification plait distance, the simplification operation turn, if the auto that intelligence turn plait man-machine interface etc. that distance, intelligence turn;Still have the diagnosis of the contents, convenient system that the intelligence diagnosis, intelligence supervises and control the aspect and maintain.etc. For resolve the traditional number and control the system closing and number and control applied software of industry turn to produce the existent problem.Currently many national folios put type number controls the system to carry on the research, such as the NGC( the The Next Generation Work- Station/ Machine Control), Europe of the United States OSEC( the Open System Environment for Controller) of the OSACA( the Open System Architecture for Control within Automation Systems), Japan of the total body, the ONC( the Open Numerical Control System) of China wait.The number controls the road of the future that the system opens to turn to have already become the number to control the system.The so-called open type number controls the system is the development that the number controls the system can on the united movement terrace, face to a different from end customer, pass the change and increase or tailor the structure object( number control the function), become the series to turn, and can control the special application and the technique trade secrets of the customer gather go to in the system expediently, carry out quickly species of the tool machine factory, the different file time of open type number control the system, the formation have the famous brand product of the fresh and clear character.Currently the open type number controls the system structure norm of the system, corresponds by letter the norm, installs the norm, circulates the terrace and counts to control the system function database and numbers to control the system function software development tool etc. is the core of the current research. The network turn the number to control the material to is the international a tool machine of two years exposition a lately a little bit bright.The number controls the network of the material to turn and will satisfy the production line, the manufacturing system, the manufacturing business enterprise biggest to the information gather of need, is also a foundation unit that carries out the new manufacturing mode,such as nimble manufacturing, virtual business enterprise, global manufacturing,.A little bit domestic and international number of controls the tool machine and numbers to control the system manufacturing companies all at was close to two years to release the related new concept and the kind machines, such as in the EMO2001 exhibition, the Japanese mountain MA3 ZHA2 KE4s( Mazak) the CyberProduction Center of the company exhibition;( the intelligence produces the control centre, brief name CPC)The Japanese big ( Okuma) tool machine company exhibition the IT plaza;( the information technique square, the brief name IT square)The Open Manufacturing Environment( open to make the environment, the brief name OME) of German Siemens( Siemens) company exhibition etc., reflected the number to control the trend that the tool machine processes toward network to turn the direction development. 1.4 Value the establishment of the new technique standard, norm 1.4.1 As for number control the system design development norm Such as front say, the open type number control the system contain better and in general use, gentle, adaptability, expand sex, total body in the United States, Europe similar to Japanese etc. country carry out the strategic development plan in succession, and carry on the research and establishments that the open type system structure number controls the system norm( OMAC, OSACA, OSEC), biggest economy of world carried on in the short date almost science plan and establishment of norms, indicated that the number controls a new approach of period change of technique.The our country also starts carry on the research and the establishment of the norm frame that the ONC of China number controls the system in 2000. 1.4.2 As for number control the standard The number controls the standard is a kind of trend of the information-based development of manufacturing industry.The number controls 50 years that the technique naissance is behinds, information commutations of are all according to the ISO6983 standard, then the adoption G, the M code description how( how) process, its essence characteristic is to face to process the process, obviously, he has already canned satisfy the demand that the modern number controls the high-speed development of technique less and less.For this, international top just study and draw up a kind of ISO14649( the STEP NC) with standard new system of CNC, its purpose is provide a kind of not is depend on in the concrete system of neutral mechanism, can describe the whole life cycle of product inside of unify the data model, thus carry out the whole manufacturing process, is to go to the each industry realm product information to standardize. The emergence of the STEP- NC may be a number to control a revolution of the technique realm, controling for the number the technical development is to go to the whole manufacturing industry, will produce the profound influence.First, the STEP- NC puts forward one manufacturing that kind is brand-new principle, in the traditional manufacturing principle, the NC processes the procedures all concentrated compute in the single on board.But under the new standard, the procedure of NC can scatter on the Internet, this counts to control the direction that the technique open type, network turns the development exactly.The next in order, the STEP- NC number control the system and can also reduce to process the diagram paper( about 75%) and process the procedure establishment time( about 35%) and process time consumedly.( about 50%) Currently, the Europe and America nation values the research of the STEP- NC verymuch,EuropestartedtheIMS plan of the STEP- NC.(1999.1.1-2001.12.31)Attend this plannedly comes from Europe and 20 CAD/ CAM/ CAPP/ CNC customer, factories and academic organization of Japan.The company of STEP Tools of the United States is the developer that the manufacturing industry data inside the global scope exchanges the software, he hases already developped to used to the super model( the Super Model) that the number controls the tool machine to process the information commutation, its target is to use the united norm description all process the process.Currently this kind of new data exchange format already at provide with the SIEMENS, FIDIA and the OSACA- NC in Europe numbers to control the system of prototype kind is on board to carry on the verification. 2 Control basic estimate of of technique and its industry development to the our country number The our country number controls the technique start in 1958, being close to 50 years of development process can is divided into 3 stages mostly:The first stage is from the from 1958 to 1979, then close the type development stage.At this stage, from the conditional restrict of the technique blockader of the outside the country and the foundation of the our countries, the number controls the technical development to compare for the slowness.65 and75 periodses that second stage is at nation and85 of front expect, then usher in the technique, digesting the absorption, the initial establishment rise the national product turns the system stage.At this stage, open because of the reform and the value of the nation, and research development environment and international environment of improvement, our country number control the technical research, development and turned the aspect to all obtain the substantial progress in the national product of the product.The third stage expects after nation of85 of and95 periods, then the implement research that industry turn, enter the market competition stage.At this stage, our country domestic the number controled the industry of the material to turn to obtain the materiality progress.At95 last phaseses, the domestic number controls the local market share of the tool machine to amount to 50%, going together with the domestic number to control the system( universality type) to also come to a 10%. Take a wide view the our country number control the technique to be close to 50 years of development process, planning through 45 years especially of offend the pass, every consider obtained the following result. a.Establishing the number controls the foundation of the technique development, basic controled the modern the number controls the technique.Now the our country was already basic to control from the number controls the system, servo drive, the number controls the host, special airplane and its kit piece of foundation technique, among them, big and parts of techniques have already had the foundation that commercializes the development of carry on, parts of techniques have already commercialize, the industry turn. b.The first step becomes the number to control the industry base.In offending the foundation that close result and parts of techniqueses commercialize, built up to control such as the number in , the aerospace number controls etc. to have the batch quantity production ability of number control the system production factory.The number controls a servo system and servo electrical engineerings of etc.s to produce factory and Pekings in the state electrical engineering factory, the first tool machine factory, south the first tool machine factory etc. some number controls the host production factory.These produce the factory basic became the our country of number control the industry base. c.Building up a number controls the research, development, basic troops of the management professional.Although obtained the substantial progress in the aspects of counting to control the technical research development and industries to turn, we also want to know awakely, the our country high level number controls the technical research development, is the technique level present condition and the realistic need of the our countries that turns the aspect in the industry to still have the bigger margin particularly.Although from see the development speed of the our country very quick lengthways, horizontal ratio( with abroad contrast) not only the technique level contain margin, in some aspects development speed also have the margin, the number of namely some high point control the technique level margin of the material contain the extension trend.Come up to see from the nations, control the technique level and industries to turn the level estimate of to the our country number mostly and as follows. a.On the technique level, fall behind 10-15 years about with the foreign advanced level, the sharp technique aspect is then larger in the high . b.The industry turns the level up, the market share is low, the species overlays the rate small, still have no to become the scale production;The function parts profession turns to produce the level and become an ability lower;The external appearance quantity is opposite bad;The credibility is not high, commercializing the degree shortage;The domestic number control the system and didntyet build up own brand effect, the customer lack confidence. c.Can keep on the ability of the development up, to the competition the front counts to control the technical research development, engineering to turn the ability weaker;The number controls the technique application realm to expand the strength not strong;After the research, the establishment of the related and standard norm. The main reason that analyzes
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