柴油机气缸体钻削组合机床总体及后主轴箱设计

1、柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及后主轴箱设计柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及后主轴箱设计摘摘 要要：课题来源于江动集团,ZH1105W 型柴油机是该集团大批量生产的产品之一。本课题设计的是柴油机气缸体三面钻削组合机床，用于加工被加工零件左、右、后三个面上的 31 个光孔。 该机床设计的重点是总体设计和后主轴箱设计两部分。总体设计包括机床配置型式的确定、结构方案的选择以及“三图一卡”的绘制。后主轴箱设计包括绘制主轴箱设计原始依据图、确定主轴和齿轮、完成动力计算、设计传动系统、绘制多轴箱装配图和零件补充加工图。在进行组合机床总体设计时，首先应根据柴油机气缸体后侧面上钻 6 个孔的位置精度、表面

2、粗糙度及其他技术要求，拟订总体方案。主轴箱是需要大量生产的零件。在多轴箱设计中，设计的主要思路是把原有的多道工序的单孔加工改为多孔同时加工，这样设计主要是为了解决由多次装夹引起的定位误差问题，保证了孔的位置精度。本组合机床效率高，成本低，加工精度高，操作使用方便，减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。关键词关键词：组合机床；总体设计；后主轴箱设计本设计来自：完美毕业设计网本设计来自：完美毕业设计网登陆网站联系客服远程截图或者远程控观看完整全套论文图纸设计登陆网站联系客服远程截图或者远程控观看完整全套论文图纸设计客服客服 QQ：8191040Design of General and Rear

3、 Headstock of Modular Machine Tool for Drilling Holes on Three-Side of Cylinder BodyAbstract: This subject comes from Jianghuai power group, Model ZH1105W Diesel is the one of the products of mass production. This issue is the design of modular machine tool surface for drilling holes on three-side o

4、f cylinder diesel,The modular machine tool is used to drill 31 holes, which are on the left, right and rear surface. The important point of this topic is the system design and the rear headstock design. The system design includes the definite of the modular machine tool, the selecting of the structu

5、re plan and the drawing of “three pictures and one card”. The rear headstock design includes drawing the primitive basic chart for the headstock, determining the spindle and the gears, completing the power computation, designing the transmission system, drawing the headstock assembly drawing and the

6、 part processing chart.Conducting modular machine to system design,first under-cylinder diesel engine rear surface drilling 6 holes accuracy of the location, surface roughness, and other technical requirements,develop overall program.The headstock is a product which needs mass production. Headstock

7、in the design, the design is the main ideas from the original multi-channel process to the processing of porous single hole while processing, this design is mainly to solve the fixture by the time the positioning error caused the problems to ensure the accuracy of the location of holes. This modular

8、 mechanical tool has some advantages such as high efficiency, low cost as high precessing precision, operating easily and reduceing the workers labor intensity, enhancing the productivity.Key word: Modular machine tool; The system design; The rear headstock design目目 录录1 前言 .11.1 课题内容 .11.2 课题由来 .11.

9、2.1 课题背景 .11.2.2 课题要求 .11.3 组合机床国内外发展概述 .11.4 本课题主要解决的问题和总体设计思路 .11.4.1 主要解决的问题 .11.4.2 总体设计思路 .22 组合机床总体设计 .32.1 工艺方案的拟定 .32.1.1 被加工零件的特点 .32.1.2 工艺路线的确立 .32.1.3 定位基准和夹压部位的选择 .42.1.4 影响机床工艺方案制定的主要因素 .42.2 三图一卡设计 .52.2.1 被加工零件工序图 .52.2.2 加工示意图 .52.2.3 机床尺寸联系总图 .92.2.4 机床生产率计算卡 .123 组合机床后主轴箱设计 .163.1

10、 绘制后主轴箱设计原始依据图 .163.2 主轴结构形式的选择及动力计算 .163.2.1 主轴结构型式的选择 .163.2.2 主轴直径、齿轮模数的确定 .173.2.3 主轴箱动力计算 .173.3 主轴箱传动系统的设计与计算 .173.4 主轴箱中传动轴的坐标、轴径计算及坐标检查图的绘制 .203.4.1 传动轴坐标的计算 .203.4.2 传动轴轴径计算 .223.4.3 坐标检查图的绘制 .233.5 后主轴箱中变位齿轮的计算 .243.6 主轴校核 .243.7 齿轮校核计算 .263.8 轴承寿命校核 .274 结论 .29参考文献 .30致 谢 .31附 录 .321 前言1.

11、1 课题内容本组课题是为保证 S195 柴油机气缸体三面孔加工及保证相应的位置精度，需设计一台三面精镗卧式组合机床。在完成“三图一卡”的基础上，主要完成机床总体和后主轴箱设计。1.2 课题来由1.2.11.2.1 课题背景课题背景课题来源于盐城市江动集团。为保证 S195 柴油机气缸体三面各主要孔的加工精度及保证相应的位置精度，需要设计一台三面精镗的组合机床。1.2.21.2.2 课题要求课题要求本加工工序的内容是：左端：钻螺纹底孔 146.7，12.4,表面粗糙度均为 Ra12.5。右端：钻螺纹底孔 96.7，8.5, 表面粗糙度均为Ra12.5。后端：钻螺纹底孔 6-12.4，表面粗糙度均

12、为 Ra12.5。为了保证零件的加工精度，在整个设计过程中应满足以下几点要求：a.加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。b.机床应运转平稳，工作可靠，结构简单。c.装卸方便，便于维修，调整。d.当本工序有特殊要求时必须标明。1.3 组合机床国内外发展概述组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基准，配以少量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。这种机床既具有专用机床的结构简单、生产率和自动化程度较高的特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要，组合机床可以对工件进行多面、多主轴加工。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

13、到广泛应用，并可用以组成自动生产线。随着科学技术的进步和市场需求的变化，现代机械制造业得到了较快的发展。多品种、小批量生产方式将成为今后的主要生产形式，制造系统正向着柔性化、集成化、智能化的方法发展，机床越来越多地采用先进的技术，加工效率不断地提高。机械产品的加工精度日益提高，高精度的机床大量出现。为了适应生产发展的需要，机床夹具正在向柔性化、高效化、自动化、精度化、标准化方向发展。1.4 本课题主要解决的问题和总体设计思路1.4.11.4.1 主要解决的问题主要解决的问题A 组合机床工艺方案的拟定。B 组合机床总体设计，主要完成“三图一卡”的设计。a)工序图；b)加工示意图；c)机床联系尺寸

14、总图；d)生产率计算卡。C 后主轴箱设计a)左主轴箱装配图；b)箱子补充加工图；c)零件图；d)有关计算、校核。1.4.21.4.2 总体设计思路总体设计思路后主轴箱的设计，首先，在完成对组合机床的总体设计并绘制出“三图一卡”的基础上，绘制后主轴箱设计的装配图；主轴箱设计是组合机床设计中的重要部分，主轴箱设计的合理与否，直接影响到被加工精度等参数。首先确定工件的定位与夹紧方式，然后进行误差分析，对主轴箱的主要零件进行结构设计和验算。2 组合机床总体设计2.1 工艺方案的拟定2.1.12.1.1 被加工零件的特点被加工零件的特点本设计是为钻削 ZH1105W 柴油机气缸体的三面 31 个轴孔的工

15、序而专门设计的，为了能到达质量好、效率高，我们采用了工序集中的原则进行设计。机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成，其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时安装、调试与运输也都比较方便；而且机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，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。其优点是占地面积小、自由度大、操作方便。其缺点是机床重心高、振动大。由于被加工的零件为 ZH1105W 柴油机气缸体的三面 31 个孔，该柴油机的体积小、重量较重，且为三面加工。根据零件的特点及生产纲领，应选用卧式床身，通过左右后三个动力头驱动三个

16、主轴箱对零件三端面的 31 个孔进行加工较为妥当。通过以上分析，初定本次设计方案为卧式三面组合钻床，三个动力头左右后布置。2.1.22.1.2 工艺路线的确定工艺路线的确定工艺路线如下：工序 1 铸造工序 2 时效工序 3 粗铣底面、顶面工序 4 粗铣左面、右面工序 5 粗铣前面、后面工序 6 精铣底面、顶面工序 7 精铣左面、右面工序 8 精铣前面、后面工序 9 三面粗镗孔工序 10 三面半精镗孔工序 11 三面精镗孔工序 12 钻左面、右面、后面孔工序 13 钻顶面、底面、前面孔工序 14 攻丝工序 15 钻、扩、铰顶杆孔工序 16 最终检验工序 12 的加工内容为：a) 左端，钻螺纹底孔

17、 146.7、12.4，表面粗糙度均为 Ra12.5；b) 右端，钻螺纹底孔 96.7、8.5，表面粗糙度均为 Ra12.5；c) 后端，钻螺纹底孔 612.4，表面粗糙度均为 Ra12.5。各孔的位置精度及具体要求详见 ZH1105W 气缸体的工序图。2.1.32.1.3 定位基准和夹紧部位的选择定位基准和夹紧部位的选择组合机床是针对某个零件或零件的某道工序而设计的，正确选择加工用的定位基准是确保加工精度的重要条件，同时也有利于最大限度的集中工序，从而获得减少机床台数的效果。A定位基准的选择实际生产中经常遇到的不是单一表面定位，而是几个表面的组合定位。这时，按限制自由度的多少来区分每一定位面

18、的性能，限制自由度最多的定位面成为第一定位基准面或主要基准，次之的为第二定位基准面或导向基准，限制一个自由度的称为第三定位基准面或定程基准。常见的定位表面组合有平面与平面的组合，平面与孔的组合，平面与外圆表面的组合等。本机床加工为单工位加工，也就是一次安装下进行 31 个孔的加工，箱体零件时机械制造业中工序多、劳动量大、精度要求高的关键零件。采用三面定位即底面、侧面、端面这三面定位，底面为第一基准，侧面为第二基准，而端面为第三基准，同时限制了六个自由度（x 方向，y 方向，z 方向，x的旋转方向，y 的旋转方向，z 的旋转方向这六个自由度） 。B确定夹紧位置应注意的问题在选择定位基准的同时，要

19、相应地决定夹紧位置，此时应注意的问题是：a) 保证零件夹压后稳定；b) 尽量减少和避免零件夹压后的变形；c) 尽量靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性；d) 应尽量使各支承处的接触变形均匀，以减小加工误差。本机床中确定的三面定位能基本上满足以上两条件，因此本方案可行。另在选三面定位后，可选随行夹具，这样可减少装夹时间、提高生产率，对随行夹具可采用液压自动加紧。2.1.42.1.4 影响机床工艺方案制定的主要因素影响机床工艺方案制定的主要因素a) 被加工零件的加工精度和加工工序虽然气缸体的本道工序加工粗糙度要求不怎么高，但有一定的形状精度和位置精度的要求，安排工艺应在一个工位上对 31

20、 个孔同时进行加工，因为气缸体有些孔的间距很小，采用立式加工时，不利于切屑落下导向，造成导向精度早期走失，不利于保证加工精度，所以应选用卧式床身。为了保证机床在加工过程中的稳定性，钻床滑台应选用液压矩型导轨型式。b) 被加工零件的特点被加工的气缸体本身为 HT250，且孔分布在不同的端面上，孔的直径又不是很大，考虑到重心、振动、壳体的形状及重量与安装方便等原因，宜用单工位、卧式机床加工较为合适。c) 零件的生产批量本组合机床是为了适应 ZH1105W 柴油机气缸体的大批量生产，且多为连续生产机床，此时应尽量将工序集中到一台或少数几台机床进行加工，以提高机床的利用率。d) 机床的使用条件本机床使

21、用场地条件较好，气候适用，车间温度在三十度之内，使用液压传动能较好地发挥机床的工作性能，其他机床结构亦能很好的适应使用条件。2.2 三图一卡设计组合机床的总体设计，就是根据具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等，下面进行这些图样的设计。2.2.12.2.1 被加工零件工序图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，表示在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、粗糙度及技术要求，加工用定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和本机床

22、加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样，除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。其主要内容包括：a) 被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及本工序机床设计有关部位的结构形状和尺寸；b) 本工序所选用的定为基准、夹紧部位及夹紧方向；c) 本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求；d) 注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。2.2.22.2.2 加工示意图加工示意图加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的，是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。它是设计刀具、辅具、夹具

23、、多轴箱和液压、电气系统以及选择动力部件、绘制机床总联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必须的重要技术文件。加工示意图应表达和标注的内容有：机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程；工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸；主轴结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸（直径和长度） ；接杆（包括镗杆） 、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置等结构；刀具、导向套间的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式及配合尺寸等。2.2.2.1 刀具的选择选择刀具应考虑工件材质、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求。只要条件允许，应尽量选用

24、标准刀具。孔加工刀具的直径应与加工部位尺寸、精度相适应，其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外端面3050mm，以利于排屑和刀具磨损后有一定的向前调整量。再加上加工的大小端面的孔直径都小于 40，所以应选择麻花钻。2.2.2.2 选择接杆、弹簧卡头在钻、扩、铰孔及倒角等加工小孔时，通常都采用接杆（也称刚性接杆） 。因为多轴箱各主轴的外伸长度和刀具长度均为定值，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完成孔的要求。接杆已标准化，通用标准接杆号可根据刀具尾部结构（莫氏号）和主轴头部内孔直径 d1按1表 8-1、8-2 选取。2.

25、2.2.3 导向结构的选择在组合机床加工孔时，除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔的位置精度主要靠刀具的导向装置来保证的。因此，正确地选择导向机构、确定导向的类型、参数和精度是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时需要解决的问题。组合机床上刀具导向装置通常分为：固定式导向和旋转式导向两大类，根据导向的线速度（v20m/min） 、加工精度及刀具的具体工作条件，本机床采用固定式导向（钻套导向） 。导向参数包括导套直径、导套长度及导向套到工件端面距离等，导向套端面至工件端面距离是为了排屑方便，一般取 11.5d。查1表 8-4“通用导套的尺寸规格”：对加工 6.7 孔，选择的导套尺寸为：D=1

26、2mm，L=25mm， =8mm，D1=18mm，D2=22mm， =3mm，e=16.5mm，l1l配用螺钉 M6。对加工 8.5 孔，选择的导套尺寸为：D=15mm，L=28mm， =8mm，D1=22mm，D2=26mm， =3mm，e=18.5mm，l1l配用螺钉 M6。对加工 12.4 孔，选择的导套尺寸为：D=22mm，L=36mm， =10mm，D1=30mm，D2=34mm， =4mm，e=24mm，配l1l用螺钉 M8。2.2.2.4 切削用量的确定对于 31 个被加工孔，采用查表法选择切削用量，见1表 6-11 中选取。由于钻孔的切削用量还与钻孔深度有关，随孔深的增加而逐渐

27、递减，其递减值按1表 6-12 选取，降低进给量的目的是为了减少轴向切削力，以避免钻头折断。钻孔深度较大时，由于冷却排屑条件较差，使刀具寿命有所降低。降低切削速度主要是为了提高刀具寿命，并使加工较深孔时钻头的寿命比较接近。A对左侧面上的 15 个孔的切削用量的选择a) 钻孔 114：6.7 深度 L=19mm由于 d612mm，硬度大于 200240HBS，查1表 6-11 选择切削速度 v=1018m/min，进给量 f0.10.18mm/r，又由 d1=6.7mm，取定=10m/min，=0.1mm/r1v1f= 475r/min = 47.5mm/min1111000dvnMf由（为工进

28、速度） ，用试凑法依次计算Mnnffnfnfn2211fvb) 钻孔 15：12.4 深度 L=19mm由于 d=1222mm，硬度大于 200240HBS，查1表 6-11 选择切削速度 v=1018m/min，进给量 f0.180.25mm/r，又由 d2=12.4mm，取定=10.3m/min，=0.18mm/r2v2f= 264r/min = 47.5mm/min2221000dvnMfB对右侧面上的 10 个孔的切削用量的选择a) 钻孔 19：6.7 深度 L=19mm由于 d612mm，硬度大于 200240HBS，查1表 6-11 选择切削速度 v=1018m/min，进给量 f

29、0.10.18mm/r，又由 d1=6.7mm，取定=10m/min，=0.1mm/r1v1f= 475r/min = 47.5mm/min1111000dvnMfb) 钻孔 10：8.5 深度 L=19mm由于 d1222mm，硬度大于 200240HBS，查1表 6-11 选择切削速度 v=1018m/min，进给量 f0.10.18mm/r，又由 d2=8.5mm，取定=12.6m/min，=0.1mm/r2v2f= 475r/min = 47.5mm/min2221000dvnMfC对后侧面上的 6 个孔的切削用量的选择钻孔 19：12.4 深度 L=20mm由于 d1222mm，硬度

30、大于 200240HBS，查1表 6-11 选择切削速度 v=1018m/min，进给量 f0.180.25mm/r，又由 d1=12.4mm，取定=10.3m/min，=0.18mm/r1v1f= 264r/min = 47.5mm/min1111000dvnMf孔的编号见被加工零件工序图。2.2.2.5 计算切削力、切削扭矩及切削功率 （2-1）6 . 08 . 026HBDfF （2-2）6 . 08 . 09 . 110HBfDT （2-3）DTvP9740式中：F切削力（N） ； T切削转矩（Nmm） ； P切削功率（kW） ； v切削速度（m/min） ； f进给量（mm/r） ；

31、 D加工（或钻头）直径（mm） ； HB布氏硬度， )(31minmaxmaxHBHBHBHB（2-4）本设计中，HBmax=240，HBmin=200，得 HB=227。由以上公式可得：左面 单根 114 轴 F=715.6N T=1524.6N/mm P=0.0744kW 15 轴 F=2119.5N T=7858.4N/mm P=0.2134kW右面 单根 19 轴 F=715.6N T=1524.6N/mm P=0.0744kW 10 轴 F=907.8N T=2396.1N/mm P=0.1161kW后面 单根 16 轴 F=715.6N T=1524.6N/mm P=0.0744kW总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和左面 PW=140.0744+0.2134=1.255（kW）右面 PW=90.0744+0.1161=0.7857（kW）后面 PW=60.2134=1.280（kW）实际切削功率：根据手册，P=（1.52.5）PW，因为是多轴加工，故取定 P=1.5 PW则左主轴箱 P=1.51.255=1.9（kW）右主轴箱 P=1.50.7857=1.2（kW）后主轴箱 P=1.51.2804=1.9（kW）2.2.2.6 确定主轴尺寸及外伸尺寸 （2-