ZH1105柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计(后主轴箱设计).doc

1、盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 目 录1前言12 组合机床总体方案论证32.1 组合机床工艺方案的制定32.1.1工艺路线的确立32.1.2机床的选择32.1.3定位基准的选择42.1.4滑台型式的选择422组合机床配置型式的选择42.2.1组合机床的配置型式42.2.2选择机床配置型式和结构方案的一些问题42.3 削用量及选择刀具52.3.1选择切削用量52.3.2计算切削力、切削扭矩及切削功率72.3.3选择刀具结构112.4 机床总体设计三图一卡112.4.1被加工零件工序图112.4.2加工示意图122.4.3机床尺寸联系总图142.4.4机床生产率计算卡173.主轴箱设计1

2、93.1专用主轴箱设计193.2传动系统的设计.193.2.1电动机的选择.193.2.2电动机功率的选择.193.2.3传动系统总传动比的确定及各级分传动比的分.193.3齿轮的设计及参数的确定.203.3.1齿轮的设计.203.3.2齿轮参数的确定.233.4轴承的选择.263.5主轴箱附件的说明.273.5.1润滑及润滑元件.273.5.2其他附件.274结 论.28参考文献29致 谢30附 录311前言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

3、、铣削、磨削及滚压等工序，生产效率高，加工精度稳定。组合机床具有如下特点：a要用于棱体类零件和杂件的孔面加工。b产率高。因为工序集中，可多面、多工位、多轴、多刀同时自动加工。c加工精度稳定。因为工序固定，可选用成熟的通用部件、精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性。d研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。因为通用化、系列化、标准化程度高，通用零部件占70%90%，通用件可组织批量生产进行预制或外购。e自动化程度高，劳动强度低。f配置灵活。因为结构模块化、组合化。可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线；机床易于改装；产品或工艺变化时，通用

4、部件一般还可重复利用。组合机床的设计，目前基本上有两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计，这是当前最普遍的做法。其二，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人总结自己生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件。而且一些行业的在完成一定工艺范围的组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专能组合机床”。这种组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是可以设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。对于本课题的一些设计理论思路：a.

5、制定工艺方案 在这之前的一段实习期，我们深入现场，了解零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求等。确定在组合机床上完成的工艺内容及其加工方法。这里要确定加工工步数，决定刀具的种类和型式b. 机床结构方案的分析和确定 根据总体方案确定机床的型式和总体布局。要考虑实现工艺方案和保证加工精度、技术要求、生产效率等。c. 组合机床总体设计 绘制机床联系尺寸图及加工示意图等。e. 组合机床的部件设计和施工设计 这里要求确定机床各部件间的关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量及机床生产率即本人所进行的左主轴箱设计，根据主轴的分布，转速，转向以及尺寸要求等进行设计。f. 采用组合机

6、床，由于采用多轴多面加工就能大大地缩小占用面积，成倍或几十倍地提高劳动生产率。发展组合机床及其自动线，对于机械制造业，特别是汽车、拖拉机、柴油机、仪器、仪表、矿山机械、航空、纺织机械以及军工部门等生产的发展，有着很重要的意义。在未来，组合机床及其自动线将获得更加迅速的发展，其发展对象为：a. 提高生产率 主要方法是改善机床的布局，增加同时工作的刀具，减少工序加工余量，提高切削用量，提高工作可靠性以及缩短辅助时间等。b. 扩大工艺范围 现在组合机床及其自动线一般不是完成一个工件的某几道工序而通常是用于完成工件的全部加工工序。c. 提高加工精度 现代在组合机床及其自动线上又纳入了很多精加工工序，并

7、采用自动测量和刀具自动补偿技术，做到调刀不停车。d. 提高自动化程度 组合机床本身车则是全自动化方向发展的。为此，重点是解决工件夹压自动化和装卸自动化。e. 提高组合机床的可调性 如可调的多工序多刀具的组合机床应采用数字程序控制。另外如自动换刀和自动控制切削用量的组合机床，特别是数字程控的发展，为发展这种机床创造了更有利的条件。f. 创造超小型组合机床，是为了适应仪表工业小箱体的加工需要。这种机床体积小，效率高，并能达到高的加工精度。在设计过程中，通过大量的参观实习和相关资料的查阅，考虑到实际生产条件，并从机床的合理性、经济性、工艺性、实用性及对被加工零件的具体要求出发，确定了这个设计方案。在

8、指导老师和同学的帮助下，最终完成了这一课题的设计。2.组合机床总体方案论证21组合机床总体方案的制定本设计的加工对象为R180柴油机气缸体，材料是HT250,硬度HB190-240，重量36.5Kg。柴油机气缸体如图2-1所示： 图2-1 柴油机气缸体2.1.1 工艺路线的确立根据先粗后精、先基准面后其它表面、先主要表面后次要表面的机械加工工序安排的设计原则，对柴油机气缸体的工艺路线作如下设计：工序1 粗铣底、顶端面；工序2 粗铣左、右端面；工序3 粗铣前、后端面；工序4 半精铣底、顶端面；工序5 半精铣左、右端面；工序6 半精铣前、后端面；工序7 粗镗孔；工序8 半精镗孔；工序9 精镗孔；工

9、序10 钻左面、右面、后面的孔；工序11 攻丝；工序12 钻上面、下面、前面的孔；工序13 攻丝；工序14 最终检验。2.1.2 机床的选择根据任务书的要求：设计的组合机床要满足加工要求、保证加工精度；尽可能用通用件、以降低成本；各动力部件用电气控制、液压驱动。因此根据任务书要求和气缸体的特点初定卧式组合机床和立式组合机床两种设计方案。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。其特点是卧式组合机床重心底、振动小运作平稳、加工精度高、占地面积大。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其特点是立式组合机床重心高、振动大、加工精底、占地面积小。组合机床的通用部件分大型和小型两大类。用大

10、型通用部件组成的机床称为大型组合机床，用小型通用部件组成的机床称为小型组合机床。机床带有一套固定的夹具，根据所需加工面数布置动力部件。动力部件可以是立式，卧式或斜式安装。工件安装在机床的固定夹具里，夹具和工件固定不动。动力滑台上的动力箱连同多轴箱或单轴切削头实现切削运动。柴油机气缸体的结构为卧式长方体，从装夹的角度来看，卧式平放比较方便，也减轻了工人的劳动强度。考虑到机床运行的平稳性，选用单工位卧式组合机床。2.1.3 定位基准的选择组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的。正确选择定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的工序集中。本机床加工时采用三面定位，底面为主要定

11、位基准面，限制3个自由度；右侧面以两个支承钉限制两个自由度；后侧面有一个支承钉，限制剩下的一个自由度。2.1.4 滑台型式的选择本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台具有如下结构特点：a采用双矩型导轨结构型式，以单导轨两侧面导向，导向的长宽比较大，导向性好。b滑座体为箱形框架结构，滑座底面中间增加了结合面，结构刚度高。c导轨淬火，硬度高，使用寿命长。d液压缸活塞和后盖上分别装有双向单向阀和缓冲装置，可减轻滑台换向和退至终点时的冲击。e滑台分普通级、精密级和高精度级三个精度等级，可按要求选用，提高经济性。22 组合机床配置型式的选择221 组合机床的配置型式组合机床有大型和小型两

12、种，大、小型组合机床虽有其共性，但又都有其特殊性。无论是适用范围，配置型式，通用部件和驱动方式都各有特点。a工位组合机床 单工位组合机床通常是用于加工一个或两个工件，特别适合用于大中型箱体的加工。根据配置动力部件的数量，这类机床可以从单面或同时从几个方面对工件进行加工。b工序组合机床 很多组合机床是按工件能够变位来配置的，工件的变位有手动和机动的方式。这类机床工序集中程度高，如回转多工位机床的辅助时间和机动时间相重合，生产效率高，适用于大批量生产、需要多部位加工的中小零件。222 选择机床配置型式和结构方案的一些问题：A. 被加工零件的特点对配置型式和结构方案的影响 a加工精度要求的影响； b

13、机床生产率的影响； c被加工零件的大小、形状、加工部位特点的影响。B. 机床配置型式和结构方案应注意的其它问题 a 适当提高工序集中程度 在确定机床的配置型式和结构方案时，要合理 解决工序集中的问题。在一个动力头上安装多轴，同时加工多孔来集中工序，是组合机床最基本的方法，在一台机床上主轴数量有达150根左右的。但是，也不应当无限制的增加主轴数量，要考虑到动力头及主轴箱的性能和尺寸，并保证调整和更换刀具的方便性。 b 注意排除切削和操作使用的方便性 在多工位机床上应特别注意前一道工序遗留在孔中的切屑对后一道工序的影响。在选择多面机床时，应慎重考虑操作的方便性，要合适的确定装料高度，对于加工一般箱

14、体件带固定式夹具的机床，一般采取850毫米，对于较小的工件可稍高一些。 c夹具形式对机床方案的影响 选择机床配置型式时要考虑夹具结构的实现可能性和工作的可靠性。在决定加工一个工件的成套机床或流水线上个机床的型式时，还应当注意，使机床与夹具的形式尽量一致，尤其是粗精加工机床。这样不仅有利于保证加工精度，而且便于设计、制造和维修，也提高了机床之间的通用化程度。2.3 确定切削用量及选择刀具2.3.1 选择切削用量16个被加工孔中，由于既有钻孔加工又有镗孔加工，所以选择切削用量时应综合考虑，钻孔切削用量从文献9的130页表6-11中选取，镗孔切削用量从文献9的130页表6-15中选取。由于钻孔的切削

15、用量与钻孔深度有关，随孔深的增加而逐渐递减，其递减值按文献9的131页表6-12选取。钻孔时，降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头折断，降低切削速度主要是为了提高刀具寿命。A对右侧面上5个孔的切削用量的选择：保证进给速度相等a.钻孔4：36.4，通孔. 由d22-50，硬度大于190-240HBS，选择v=10-18m/min,f0.25-0.4mm/r,又d=36.4mm,取定v=17.6m/min,f=0.3mm/r,则由文献5的43页知 （2-1） 得： n=100017.6/36.4=154r/min b.钻孔5： 24.4，通孔由d22-50，硬度大于190-240HBS

16、，选择v=10-18m/min,f 0.25-0.4mm/r,又d=24.4mm,取定v=17.7m/min,f=0.3mm/r,则由 得： n=100017.7/24.4=230r/minc.镗孔1、2： 61.4由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r中选择,考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取v=35m/mim,f=0.6mm/r，则 =100035/61.4=181.5r/min d.镗孔6： 56.6由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r中选择,考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取v

17、=40m/min,f=0.5mm/r，则 =100040/56.6=225r/min B对左侧面上4个孔的切削用量的选择：由于分两次进给，要同时考虑进给速度和转速，两次进给转速要相同，同次进给保证进给速度相同a.镗孔3： 194.4/124.4由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r中选择,考虑到刀具寿命,加工余量应取小一点，故加工193.8孔采用分层切削。第一次进给主要加工194.4孔，取定v=50m/min,f1=0.50mm/r,则=100050/194.4=82r/min 第二次进给要同时镗124.4孔，考虑到轴向切削力，进给量应选小一点

18、,取定v=37.3m/min,f2=0.6mm/r，则=100037.3/124.4=95r/min b.镗孔1、2： 261.4由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r中选择,考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取定v1=35m/mim,f1=0.6mm/r，则=100035/61.4=181.5r/min 同轴转速相同，进给速度一致，取定v2=35m/min,f2=0.60mm/rc.钻孔： 36.4，通孔由d22-50，硬度大于190-240HBS，选择v=10-18m/min,f0.25-0.4mm/r,又d=35.8mm,取定第一次进给

19、v1=17.9m/min,f1=0.3mm/r,则=100017.9/36.4=157r/min 同轴转速相同，进给速度一致，取定v2=17.9m/min,f2=0.3mm/rC对后面上1个孔的切削用量的选择镗孔： 114.4/115/122.4 由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，在v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r中选择，考虑转速和进给速度的一直性，取定v=36/40/45m/min。第一次进给，取定f1=0.36mm/r；第二次进给,取定f2=0.16mm/r，则=100055.7/114.4=155r/min （孔的编号见被加工零件工序图）2.3.2 计算切削力、切削

20、扭矩及切削功率根据文献9的134页表6-20中公式计算钻孔 （2-2） （2-3） （2-4）根据文献9的134页表6-20中公式计算镗孔 （2-5） （2-6） （2-7） （2-8） 式中， F、Fz-切削力（N）；T-切削转矩（N）；P-切削功率（Kw）；v-切削速度（m/min）；f-进给量（mm/r）；ap-切削深度（mm）； D-加工（或钻头）直径（mm）； HB-布氏硬度， 得HB=223。由以上公式可得：右面 1、2轴 4轴 5轴 6 轴 左面 1、2轴 3轴 孔径194.4mm 孔径124.4mm 6轴 后面 孔径为114.4mm 孔径为115mm 孔径为122.4mm (轴编号与孔编号相对应)2.3.3选择刀具结构根据加工精度、工件材料、工件条件、技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理地选择刀具。只要所选工艺方案可以采用刚性较好的镗杆，还是采用镗削方法，这是因为镗刀制造简单，刃磨方便。当被加工孔直径在40mm以上时，组合机床上多采用镗削加工，其加工精度可高达1-2级。直径小于40mm时，选用钻削方法，钻头选用高速钢修磨棱带及横刃钻头。镗孔选用合金镗刀头。直径大于40mm时，选用镗削方法，刀具材料为硬质合金。当加工阶梯孔时，选用阶梯杆，由于多刀加工，扭矩较大，所以要选用强度较好的刀杆材料：41Gr。2.4组合机床总体设计三图一卡 .11