摘 要
本次设计主要任务是对解放牌汽车半轴端部三个孔进行的钻、扩、铰加工，以及四个工位的卧式组合机床的设计，主要完成是组合机床三图一卡和多轴箱的设计，另加一套随行夹具的设计，组合机床电气液压系统部分的控制。
组合机床是根据工件加工需要，由大量通用的部件为基础，配以少量的专用部件组成的一种高效专用机床。它的加工工序集中，它能够实现对一种零件进行多刀、多轴、多面、多工位的自动加工。在机床上可以进行钻孔、扩孔、铰孔以及倒角、切槽、攻螺纹、滚压孔等，也可以进行平面加工，包括铣平面、刮平面、端面等工序。其生产率高，加工精度稳定，研制周期短，便于设计，制造和使用维护，成本低等特点广泛应用在生产中。
本次设计除要对组合机床的机械本体部分进行设计，同时还对组合机床的液压系统和电气系统进行设计，根据指导老师的要求，在这里我采用PLC对机床进行控制。其中在说明书中具体写了卡具设计步骤以及夹紧力的计算，选用标准参数选取零件，在通过强度计算保证整个卡具在工作中的稳定性。
液压系统的设计主要是满足机床的动作要求来设计出的系统,我认真计算了液压系统的活塞总压力，计算了液压缸结构尺寸以及工作压力，油泵的工作的实际压力。对液压泵电机进行选择。
电气系统的设计就是运用机电传动的知识，即PLC系统进行控制，PLC控制系统我采用西门子系统实现的机床动作。
关键词：液压缸，液压滑台，液压站，弯曲成形，机电液
Abstract
This design primary mission is carries on to the liberation trademark automobile rear axle nose three holes drills, expands, the articulation processing, as well as four locations horizontal type aggregate machine-tools design, mainly completes is an aggregate machine-tool three charts card and the multi- axle-boxes design, adds separately a set to accompany the jig the design, the aggregate machine-tool electricity hydraulic system partial controls.
The aggregate machine-tool is according to the work piece processing need, by the massive general parts is the foundation, matches one kind of highly effective special purpose machine which composes by the few special-purpose parts. Its processing working procedure is centralized, it can realize to one kind of components carries on the multi- knives, multiple spindle, the multi- surface, the multi-locations automatic processing. May carry on the drill hole on the engine bed, drill out, reams as well as the bevel edge, the grooving, the tapping, rollings the hole and so on, also may carry on the plane processing, including working procedure and so on mill plane, plane of surface scraping, end surface. Its productivity high, processing precision stable, the development cycle is short, is advantageous for the design, the manufacture and the use maintenance, the cost low status characteristic widespread application in the production.
This design except must partially carry on the design to the aggregate machine-tool mechanical main body, meanwhile carries on the design to the aggregate machine-tool hydraulic system and the electrical system, according to instructs teacher's request, uses PLC in here me to carryon the control to the engine bed. Has written the clamping apparatus design procedure specifically in the instruction booklet as well as clamps the strength the computation, selects the standard parameters election components, in through strength calculation guarantee entire clamping apparatus in work stability.
The hydraulic system design mainly satisfies the system which the engine bed the movement requests to design, I have earnestly calculated the hydraulic system piston general pressure, has calculated the hydraulic cylinder structure size as well
as the working pressure, the oil pump work actual pressure. Carries on the choice to the hydraulic pump electrical machinery.
The electrical system design is the utilization mechanical and electrical transmission knowledge, namely the PLC system carries on the control, the PLC control system I uses the Simens system realization the engine bed movement. Key word: Hydraulic cylinder, hydraulic pressure sliding table, hydraulic pressure station, curving forming, machine battery solution
前 言
毕业设计是学生的最后一个教学环节。在实际工程设计中，我们可以用到所学过的理论基础，技术基础，专业课等方面的知识进行全面的训练，为将来做好机械设计工程师的工作，提供全面的锻炼机会。
我们这次毕业设计题目，是结合老师的具体研制项目设立的，结合所学机械各方面知识，在老师指导下，查阅许多手册，经过不断的改进，最终设计出了加工半轴的组合机床以及随行卡具设计，从而避免了加工质量差，生产效率低，设备昂贵的问题。
我此次毕业设计的任务是组合机床设计，在张老师的辅导下，对原有的零件进行分析，结合参考书完成了设计任务。经过正确的计算，5张半零号图纸，符合工作量的要求。
通过这次毕业设计，我在计算，制图，公差与技术测量，机械原理，机械设计，金属材料与热处理，机械制造工艺方面的知识都受到全面的综合训练，在机电液的结合方面使我都有所涉及。特别是张老师在工作中对我的耐心辅导，他对学生强烈的责任感和严谨的治学态度，给我留下深刻的影响。
由于类似的大型课题第一次接触，经验能力方面的欠缺，错误之处一定存在，恳请各位老师给予批评指正。
目 录
第1章 汽车半轴的机械加工 ......................................................................................................................................... 1
1.1确定生产纲领、生产类型、工艺特征........................................................................................................................................... 1 1.2确定毛坯及材料的选择 ..................................................................................................................................................................... 1 1.2.1查阅资料可知零件的技术要求及结构工艺性： ................................................................................................................. 1 1.2.2、确定毛坯及材料的选择 .......................................................................................................................................................... 1 1.2.3确定工艺路线............................................................................................................................................................................... 1
第2章 组合机床方案的制订 ......................................................................................................................................... 3
2.1影响组合机床方案制定的主要因素 ............................................................................................................................................... 3 2.1.1被加工零件的加工精度 ............................................................................................................................................................. 3 2.1.2被加工零件的特点 ...................................................................................................................................................................... 3 2.1.3零件的生产批量 .......................................................................................................................................................................... 4 2.1.4机床使用条件............................................................................................................................................................................... 4 2.2组合机床制定工艺方案应考虑的问题 ......................................................................................................................................... 4 2.2.1工艺方案的原则 .......................................................................................................................................................................... 4 2.2.2工序集中与分散的处理 ............................................................................................................................................................. 5
第3章 组合机床三图一卡具体设计 ............................................................................................................................ 6
3.1被加工零件工序的作用及内容 ........................................................................................................................................................ 6 3.2被加工零件工序图 .............................................................................................................................................................................. 6 3.3加工示意图 .......................................................................................................................................................................................... 6 3.3.1加工示意图的作用和内容......................................................................................................................................................... 6 3.3.2加工示意图的画法及注意事项 ................................................................................................................................................ 7 3.3.3初定主轴类型、尺寸、外伸长度和选择接杆 ..................................................................................................................... 8 3.3.4确定各工序的切削用量 ............................................................................................................................................................. 9 3.4机床联系尺寸总图.......................................................................................................................................................................... 12 3.4.1、联系尺寸总图的作用与内容 .............................................................................................................................................. 12 3.4.2绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容 .............................................................................................................. 12 3.5机床生产率计算卡.......................................................................................................................................................................... 13
第4章 组合机床主轴箱的设计 ................................................................................................................................. 14
4.1绘制多轴箱设计的原始依据 ........................................................................................................................................................ 14 4.2主轴、齿轮的确定 ........................................................................................................................................................................... 14 4.3多轴箱传动设计 ............................................................................................................................................................................... 15 4.3.1本次设计对多轴箱传动系统的一般要求 ........................................................................................................................... 15 4.3.2参照所画主轴箱图，其传动树 ............................................................................................................................................. 15 4.3.3润滑泵轴和手柄轴的安置...................................................................................................................................................... 16 4.4主轴的坐标位置 ............................................................................................................................................................................... 16
第5章 随行卡具的设计 .............................................................................................................................................. 17
5.1机床夹具设计.................................................................................................................................................................................... 17 5.1.1机床夹具概论............................................................................................................................................................................ 17
5.1.3确定工件的夹紧方式和设计夹紧装置以及卡紧力计算 ................................................................................................. 18
第6章 液压系统的设计 .............................................................................................................................................. 18
6.1液压系统图的设计及说明.............................................................................................................................................................. 18 6.2液压系统计算.................................................................................................................................................................................... 20 6.2.1 液压缸设计计算步骤 ............................................................................................................................................................. 20 6.2.2液压缸性能参数的计算 .......................................................................................................................................................... 21
第7章 组合机床的电气系统 ..................................................................................................................................... 21
7.1 PLC梯形图的设计步骤 ............................................................................................................................................................. 21 7.1.1PLC梯形图的设计一般分为以下几个步骤： ................................................................................................................... 21 7.1.2电气接线图和PLC程序的说明 ........................................................................................................................................... 22
结 论 ............................................................................................................................................................................. 25 谢 辞 ............................................................................................................................................................................. 26 参考文献 ............................................................................................................................................................................ 27
第1章 汽车半轴的机械加工
1.1确定生产纲领、生产类型、工艺特征
首先分析、研究被加工零件，通过认真阅读被加工零件图样，研究被加工零件的用途、尺寸、形状、材料、硬度、重量、加工部位的结构和加工精度及表面粗糙度要求等内容。通过产品装配图样和有关工艺资料的分析，充分认识被加工零件在产品中的地位和作用，从而来确定汽车半轴的机械加工工艺，使它保证各种加工要求和经济精度。
1、由N=20000件/年，知道零件的生产纲领； 2、生产类型的确定——大批量生产； 3、该工件的工艺特性
针对工件的结构形状及正常的经济精度和位置精度的分析，可知零件的加工要求。同时工件是大批量生产，可以采用高度自动化专用机床进行生产，可以广泛采用高效专用夹具、专用量具及自动检测装置。因此，在实际加工中我采用组合机床进行加工。这样容易保证加工精度，提高生产率，使产品成本相对降低，提高产品的经济效益。
1.2确定毛坯及材料的选择
1.2.1查阅资料可知零件的技术要求及结构工艺性：
1）汽车半轴外圆表面和端面加工，由于半轴头部3个孔的精度要求要对其进行钻扩铰
的加工。
2）对热处理后的零件进行校正、探伤，保证零件的工艺性能良好。 1.2.2、确定毛坯及材料的选择
1）查阅零件图和技术要求及结构工艺性可知此工件采用40Cr材料，根据零件加制造毛坯，精度等级为2级。分析零件的材料的特征，查《机械制造设计手册》来确定。
2）确定零件毛坯尺寸查工艺手册
毛坯尺寸：零件需车削加工部位比加工后单边厚2.5mm工工艺性及零件的轮廓、尺寸精度、形状、位置、加工表面技术要求，最终确定了采用模锻件来
毛坯无明显的裂纹缺陷，未注圆角为R2~R3 1.2.3确定工艺路线
1）根据零件结构工艺性和经济精度，按照粗、精加工分开原则，工序集中原则，来确定机械加工工序的安排顺序，按照以下原则来初步拟订两条加工工艺路线：（1）先加工基准面，
（2）划分加工阶段，（3）先面后孔，（4）次要表面可在阶段进行加工一、分析、研究、加工要求和现场工艺
本工件为汽车半轴，生产纲领为N=20000件/年，是大批生产，通过深入现场调查分析零件的加工工艺方法，定位和夹紧方式，所采用的先行的工艺资料，在结合机械加工工艺原则，在保证工件所需求的经济精度和表面粗糙度，同时考虑产品成本及经济性，我们设计是采用把孔加工放到组合机床上加工，这样采用一套专用的固定式夹具、专用刀具、专用量具、自动检测装置，在此四个工位（钻、扩、铰和装卸）来排列设备，进行流水加工，可以保证孔的经济精度6级和表面粗糙度Ra=3.2微米，节约了加工时间，提高了生产效率和经济性。按照粗精加工分开的原则和工序集中的原则来拟订组合机床的工艺方案
方案1
工序1 模锻毛坯 工序2 退火处理
工序3 粗车端面到34.5mm，半精车到34mm，钻中心孔，粗车大端外圆到Φ182mm，
半精车到Φ180mm
工序4 钻小端中心孔，粗车端面保证零件总长1007±2mm
工序5 粗车大端端面到32.5mm，半精车至32mm，粗车小端外圆到56mm半精车到Φ54.6mm,精车到Φ54 0/-0.12mm
工序6 粗车大端端面到12.5mm，半精车到12 +0.5/0mm
工序7 铣花键齿，原始齿型压力角为48，侧齿粗糙度Ra<=3.2,分度圆的弧齿厚度5.89-6.06。
工序8 钻大端的孔到Φ10mm到Φ11.8mm到Φ12mm,粗糙度Ra3.2 工序9 清洗 工序10 去毛刺 工序11 防锈处理 工序12 检验入库 方案2
工序1 模锻毛坯 工序2 退火处理
工序3 粗车端面到34.5mm，半精车到34mm，钻中心孔，粗车大端外圆到Φ182，半
精车到Φ180
工序4 钻小端中心孔，粗车端面保证零件总长1007±2mm
工序5 粗车大端端面到32.5mm，半精车至32mm，粗车小端外圆到56mm半精车到Φ54.6mm,精车到Φ54 0/-0.12mm
工序6 粗车大端端面到12.5mm，半精车到12 +0.5/0mm 工序7 钻大端的孔到Φ10mm到Φ11.8mm到Φ12mm,粗糙度Ra3.2
工序8 铣花键齿，原始齿型压力角为48，侧齿粗糙度Ra<=3.2,分度圆的弧齿厚度5.89-6.06。
工序9 清洗 工序10 去毛刺 工序11 防锈处理 工序12 检验入库 2）工艺路线的分析比较
工艺路线的方案1，按工序分析，各面的车到普通机床上加工，孔加工放在组合机床上加工，易保证孔的精度要求，以及加工工艺性能较高。先加工基准面的原则及先面后孔的原则，选择工艺方案1比较合适。
4、确定机械加工余量，总的工序尺寸
车大端端面 单边余量2.5mm 厚度为35.5mm 小端的单边余量2 mm直径为58mm
零件总长1010mm
第2章 组合机床方案的制订
2.1影响组合机床方案制定的主要因素
2.1.1被加工零件的加工精度
根据被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制定机床方案
的主要依据。
本工序分3个工步：钻——扩——铰。 2.1.2被加工零件的特点
零件材料为40Cr，硬度比较高，因此加工孔时，工步较多，而且加工定位基准是水平的