柴油機氣缸體鉆削組合機床總體及后主軸箱設計

1、柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體及后主軸箱設計柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體及后主軸箱設計摘摘 要要：課題來源于江動集團,ZH1105W 型柴油機是該集團大批量生產的產品之一。本課題設計的是柴油機氣缸體三面鉆削組合機床，用于加工被加工零件左、右、后三個面上的 31 個光孔。 該機床設計的重點是總體設計和后主軸箱設計兩部分?？傮w設計包括機床配置型式的確定、結構方案的選擇以及“三圖一卡”的繪制。后主軸箱設計包括繪制主軸箱設計原始依據圖、確定主軸和齒輪、完成動力計算、設計傳動系統(tǒng)、繪制多軸箱裝配圖和零件補充加工圖。在進行組合機床總體設計時，首先應根據柴油機氣缸體后側面上鉆 6 個孔的位置精度、表面

2、粗糙度及其他技術要求，擬訂總體方案。主軸箱是需要大量生產的零件。在多軸箱設計中，設計的主要思路是把原有的多道工序的單孔加工改為多孔同時加工，這樣設計主要是為了解決由多次裝夾引起的定位誤差問題，保證了孔的位置精度。本組合機床效率高，成本低，加工精度高，操作使用方便，減輕了工人的勞動強度，提高了勞動生產率。關鍵詞關鍵詞：組合機床；總體設計；后主軸箱設計本設計來自：完美畢業(yè)設計網本設計來自：完美畢業(yè)設計網登陸網站聯(lián)系客服遠程截圖或者遠程控觀看完整全套論文圖紙設計登陸網站聯(lián)系客服遠程截圖或者遠程控觀看完整全套論文圖紙設計客服客服 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 錄錄1 前言 .11.1 課題內容 .11.2 課題由來 .11.

9、2.1 課題背景 .11.2.2 課題要求 .11.3 組合機床國內外發(fā)展概述 .11.4 本課題主要解決的問題和總體設計思路 .11.4.1 主要解決的問題 .11.4.2 總體設計思路 .22 組合機床總體設計 .32.1 工藝方案的擬定 .32.1.1 被加工零件的特點 .32.1.2 工藝路線的確立 .32.1.3 定位基準和夾壓部位的選擇 .42.1.4 影響機床工藝方案制定的主要因素 .42.2 三圖一卡設計 .52.2.1 被加工零件工序圖 .52.2.2 加工示意圖 .52.2.3 機床尺寸聯(lián)系總圖 .92.2.4 機床生產率計算卡 .123 組合機床后主軸箱設計 .163.1

10、 繪制后主軸箱設計原始依據圖 .163.2 主軸結構形式的選擇及動力計算 .163.2.1 主軸結構型式的選擇 .163.2.2 主軸直徑、齒輪模數的確定 .173.2.3 主軸箱動力計算 .173.3 主軸箱傳動系統(tǒng)的設計與計算 .173.4 主軸箱中傳動軸的坐標、軸徑計算及坐標檢查圖的繪制 .203.4.1 傳動軸坐標的計算 .203.4.2 傳動軸軸徑計算 .223.4.3 坐標檢查圖的繪制 .233.5 后主軸箱中變位齒輪的計算 .243.6 主軸校核 .243.7 齒輪校核計算 .263.8 軸承壽命校核 .274 結論 .29參考文獻 .30致 謝 .31附 錄 .321 前言1.

11、1 課題內容本組課題是為保證 S195 柴油機氣缸體三面孔加工及保證相應的位置精度，需設計一臺三面精鏜臥式組合機床。在完成“三圖一卡”的基礎上，主要完成機床總體和后主軸箱設計。1.2 課題來由1.2.11.2.1 課題背景課題背景課題來源于鹽城市江動集團。為保證 S195 柴油機氣缸體三面各主要孔的加工精度及保證相應的位置精度，需要設計一臺三面精鏜的組合機床。1.2.21.2.2 課題要求課題要求本加工工序的內容是：左端：鉆螺紋底孔 146.7，12.4,表面粗糙度均為 Ra12.5。右端：鉆螺紋底孔 96.7，8.5, 表面粗糙度均為Ra12.5。后端：鉆螺紋底孔 6-12.4，表面粗糙度均

12、為 Ra12.5。為了保證零件的加工精度，在整個設計過程中應滿足以下幾點要求：a.加工部位的位置尺寸應與定位基準直接發(fā)生關系。b.機床應運轉平穩(wěn)，工作可靠，結構簡單。c.裝卸方便，便于維修，調整。d.當本工序有特殊要求時必須標明。1.3 組合機床國內外發(fā)展概述組合機床是以系列化、標準化的通用部件為基準，配以少量的專用部件組成的專用機床。組合機床是隨著生產的發(fā)展，由萬能機床和專用機床發(fā)展來的。這種機床既具有專用機床的結構簡單、生產率和自動化程度較高的特點，又具有一定的重新調整能力，以適應工件變化的需要，組合機床可以對工件進行多面、多主軸加工。組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產中得

13、到廣泛應用，并可用以組成自動生產線。隨著科學技術的進步和市場需求的變化，現代機械制造業(yè)得到了較快的發(fā)展。多品種、小批量生產方式將成為今后的主要生產形式，制造系統(tǒng)正向著柔性化、集成化、智能化的方法發(fā)展，機床越來越多地采用先進的技術，加工效率不斷地提高。機械產品的加工精度日益提高，高精度的機床大量出現。為了適應生產發(fā)展的需要，機床夾具正在向柔性化、高效化、自動化、精度化、標準化方向發(fā)展。1.4 本課題主要解決的問題和總體設計思路1.4.11.4.1 主要解決的問題主要解決的問題A 組合機床工藝方案的擬定。B 組合機床總體設計，主要完成“三圖一卡”的設計。a)工序圖；b)加工示意圖；c)機床聯(lián)系尺寸

14、總圖；d)生產率計算卡。C 后主軸箱設計a)左主軸箱裝配圖；b)箱子補充加工圖；c)零件圖；d)有關計算、校核。1.4.21.4.2 總體設計思路總體設計思路后主軸箱的設計，首先，在完成對組合機床的總體設計并繪制出“三圖一卡”的基礎上，繪制后主軸箱設計的裝配圖；主軸箱設計是組合機床設計中的重要部分，主軸箱設計的合理與否，直接影響到被加工精度等參數。首先確定工件的定位與夾緊方式，然后進行誤差分析，對主軸箱的主要零件進行結構設計和驗算。2 組合機床總體設計2.1 工藝方案的擬定2.1.12.1.1 被加工零件的特點被加工零件的特點本設計是為鉆削 ZH1105W 柴油機氣缸體的三面 31 個軸孔的工

15、序而專門設計的，為了能到達質量好、效率高，我們采用了工序集中的原則進行設計。機床的配置型式主要有臥式和立式兩種。臥式組合機床床身由滑座、側底座及中間底座組合而成，其優(yōu)點是加工和裝配工藝性好，無漏油現象；同時安裝、調試與運輸也都比較方便；而且機床重心較低，有利于減小振動。其缺點是削弱了床身的剛性，占地面積大。立式組合機床床身由滑座、立柱及立柱底座組成。其優(yōu)點是占地面積小、自由度大、操作方便。其缺點是機床重心高、振動大。由于被加工的零件為 ZH1105W 柴油機氣缸體的三面 31 個孔，該柴油機的體積小、重量較重，且為三面加工。根據零件的特點及生產綱領，應選用臥式床身，通過左右后三個動力頭驅動三個

16、主軸箱對零件三端面的 31 個孔進行加工較為妥當。通過以上分析，初定本次設計方案為臥式三面組合鉆床，三個動力頭左右后布置。2.1.22.1.2 工藝路線的確定工藝路線的確定工藝路線如下：工序 1 鑄造工序 2 時效工序 3 粗銑底面、頂面工序 4 粗銑左面、右面工序 5 粗銑前面、后面工序 6 精銑底面、頂面工序 7 精銑左面、右面工序 8 精銑前面、后面工序 9 三面粗鏜孔工序 10 三面半精鏜孔工序 11 三面精鏜孔工序 12 鉆左面、右面、后面孔工序 13 鉆頂面、底面、前面孔工序 14 攻絲工序 15 鉆、擴、鉸頂桿孔工序 16 最終檢驗工序 12 的加工內容為：a) 左端，鉆螺紋底孔

17、 146.7、12.4，表面粗糙度均為 Ra12.5；b) 右端，鉆螺紋底孔 96.7、8.5，表面粗糙度均為 Ra12.5；c) 后端，鉆螺紋底孔 612.4，表面粗糙度均為 Ra12.5。各孔的位置精度及具體要求詳見 ZH1105W 氣缸體的工序圖。2.1.32.1.3 定位基準和夾緊部位的選擇定位基準和夾緊部位的選擇組合機床是針對某個零件或零件的某道工序而設計的，正確選擇加工用的定位基準是確保加工精度的重要條件，同時也有利于最大限度的集中工序，從而獲得減少機床臺數的效果。A定位基準的選擇實際生產中經常遇到的不是單一表面定位，而是幾個表面的組合定位。這時，按限制自由度的多少來區(qū)分每一定位面

18、的性能，限制自由度最多的定位面成為第一定位基準面或主要基準，次之的為第二定位基準面或導向基準，限制一個自由度的稱為第三定位基準面或定程基準。常見的定位表面組合有平面與平面的組合，平面與孔的組合，平面與外圓表面的組合等。本機床加工為單工位加工，也就是一次安裝下進行 31 個孔的加工，箱體零件時機械制造業(yè)中工序多、勞動量大、精度要求高的關鍵零件。采用三面定位即底面、側面、端面這三面定位，底面為第一基準，側面為第二基準，而端面為第三基準，同時限制了六個自由度（x 方向，y 方向，z 方向，x的旋轉方向，y 的旋轉方向，z 的旋轉方向這六個自由度） 。B確定夾緊位置應注意的問題在選擇定位基準的同時，要

19、相應地決定夾緊位置，此時應注意的問題是：a) 保證零件夾壓后穩(wěn)定；b) 盡量減少和避免零件夾壓后的變形；c) 盡量靠近切削部位，以提高工件切削部位的剛度和抗振性；d) 應盡量使各支承處的接觸變形均勻，以減小加工誤差。本機床中確定的三面定位能基本上滿足以上兩條件，因此本方案可行。另在選三面定位后，可選隨行夾具，這樣可減少裝夾時間、提高生產率，對隨行夾具可采用液壓自動加緊。2.1.42.1.4 影響機床工藝方案制定的主要因素影響機床工藝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雖然氣缸體的本道工序加工粗糙度要求不怎么高，但有一定的形狀精度和位置精度的要求，安排工藝應在一個工位上對 31

20、 個孔同時進行加工，因為氣缸體有些孔的間距很小，采用立式加工時，不利于切屑落下導向，造成導向精度早期走失，不利于保證加工精度，所以應選用臥式床身。為了保證機床在加工過程中的穩(wěn)定性，鉆床滑臺應選用液壓矩型導軌型式。b) 被加工零件的特點被加工的氣缸體本身為 HT250，且孔分布在不同的端面上，孔的直徑又不是很大，考慮到重心、振動、殼體的形狀及重量與安裝方便等原因，宜用單工位、臥式機床加工較為合適。c) 零件的生產批量本組合機床是為了適應 ZH1105W 柴油機氣缸體的大批量生產，且多為連續(xù)生產機床，此時應盡量將工序集中到一臺或少數幾臺機床進行加工，以提高機床的利用率。d) 機床的使用條件本機床使

21、用場地條件較好，氣候適用，車間溫度在三十度之內，使用液壓傳動能較好地發(fā)揮機床的工作性能，其他機床結構亦能很好的適應使用條件。2.2 三圖一卡設計組合機床的總體設計，就是根據具體的被加工零件，在選定的工藝和結構方案的基礎上，進行組合機床總體方案圖樣文件設計。其內容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產率計算卡等，下面進行這些圖樣的設計。2.2.12.2.1 被加工零件工序圖被加工零件工序圖被加工零件工序圖是根據選定的工藝方案，表示在一臺機床上或一條自動線上完成的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、粗糙度及技術要求，加工用定位基準、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和本機床

22、加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣，除了設計研制合同外，它是組合機床設計的具體依據，也是制造、使用、調整和檢驗機床精度的重要文件。其主要內容包括：a) 被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及本工序機床設計有關部位的結構形狀和尺寸；b) 本工序所選用的定為基準、夾緊部位及夾緊方向；c) 本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術要求以及對上道工序的技術要求；d) 注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量。2.2.22.2.2 加工示意圖加工示意圖加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎上繪制的，是表達工藝方案具體內容的機床工藝方案圖。它是設計刀具、輔具、夾具

23、、多軸箱和液壓、電氣系統(tǒng)以及選擇動力部件、繪制機床總聯(lián)系尺寸圖的主要依據；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調整機床和刀具所必須的重要技術文件。加工示意圖應表達和標注的內容有：機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程；工件、刀具及導向、托架及多軸箱之間的相對位置及其聯(lián)系尺寸；主軸結構類型、尺寸及外伸長度；刀具類型、數量和結構尺寸（直徑和長度） ；接桿（包括鏜桿） 、浮動卡頭、導向裝置、攻螺紋靠模裝置等結構；刀具、導向套間的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式及配合尺寸等。2.2.2.1 刀具的選擇選擇刀具應考慮工件材質、加工精度、表面粗糙度、排屑及生產率等要求。只要條件允許，應盡量選用

24、標準刀具?？准庸さ毒叩闹睆綉c加工部位尺寸、精度相適應，其長度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾端離導向套外端面3050mm，以利于排屑和刀具磨損后有一定的向前調整量。再加上加工的大小端面的孔直徑都小于 40，所以應選擇麻花鉆。2.2.2.2 選擇接桿、彈簧卡頭在鉆、擴、鉸孔及倒角等加工小孔時，通常都采用接桿（也稱剛性接桿） 。因為多軸箱各主軸的外伸長度和刀具長度均為定值，為保證主軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，須采用軸向可調整的接桿來協(xié)調各軸的軸向長度，以滿足同時加工完成孔的要求。接桿已標準化，通用標準接桿號可根據刀具尾部結構（莫氏號）和主軸頭部內孔直徑 d1按1表 8-1、8-2 選取。2.

25、2.2.3 導向結構的選擇在組合機床加工孔時，除采用剛性主軸加工方案外，零件上孔的位置精度主要靠刀具的導向裝置來保證的。因此，正確地選擇導向機構、確定導向的類型、參數和精度是設計組合機床的重要內容，也是繪制加工示意圖時需要解決的問題。組合機床上刀具導向裝置通常分為：固定式導向和旋轉式導向兩大類，根據導向的線速度（v20m/min） 、加工精度及刀具的具體工作條件，本機床采用固定式導向（鉆套導向） 。導向參數包括導套直徑、導套長度及導向套到工件端面距離等，導向套端面至工件端面距離是為了排屑方便，一般取 11.5d。查1表 8-4“通用導套的尺寸規(guī)格”：對加工 6.7 孔，選擇的導套尺寸為：D=1

26、2mm，L=25mm， =8mm，D1=18mm，D2=22mm， =3mm，e=16.5mm，l1l配用螺釘 M6。對加工 8.5 孔，選擇的導套尺寸為：D=15mm，L=28mm， =8mm，D1=22mm，D2=26mm， =3mm，e=18.5mm，l1l配用螺釘 M6。對加工 12.4 孔，選擇的導套尺寸為：D=22mm，L=36mm， =10mm，D1=30mm，D2=34mm， =4mm，e=24mm，配l1l用螺釘 M8。2.2.2.4 切削用量的確定對于 31 個被加工孔，采用查表法選擇切削用量，見1表 6-11 中選取。由于鉆孔的切削用量還與鉆孔深度有關，隨孔深的增加而逐漸

27、遞減，其遞減值按1表 6-12 選取，降低進給量的目的是為了減少軸向切削力，以避免鉆頭折斷。鉆孔深度較大時，由于冷卻排屑條件較差，使刀具壽命有所降低。降低切削速度主要是為了提高刀具壽命，并使加工較深孔時鉆頭的壽命比較接近。A對左側面上的 15 個孔的切削用量的選擇a) 鉆孔 114：6.7 深度 L=19mm由于 d612mm，硬度大于 200240HBS，查1表 6-11 選擇切削速度 v=1018m/min，進給量 f0.10.18mm/r，又由 d1=6.7mm，取定=10m/min，=0.1mm/r1v1f= 475r/min = 47.5mm/min1111000dvnMf由（為工進

28、速度） ，用試湊法依次計算Mnnffnfnfn2211fvb) 鉆孔 15：12.4 深度 L=19mm由于 d=1222mm，硬度大于 200240HBS，查1表 6-11 選擇切削速度 v=1018m/min，進給量 f0.180.25mm/r，又由 d2=12.4mm，取定=10.3m/min，=0.18mm/r2v2f= 264r/min = 47.5mm/min2221000dvnMfB對右側面上的 10 個孔的切削用量的選擇a) 鉆孔 19：6.7 深度 L=19mm由于 d612mm，硬度大于 200240HBS，查1表 6-11 選擇切削速度 v=1018m/min，進給量 f

29、0.10.18mm/r，又由 d1=6.7mm，取定=10m/min，=0.1mm/r1v1f= 475r/min = 47.5mm/min1111000dvnMfb) 鉆孔 10：8.5 深度 L=19mm由于 d1222mm，硬度大于 200240HBS，查1表 6-11 選擇切削速度 v=1018m/min，進給量 f0.10.18mm/r，又由 d2=8.5mm，取定=12.6m/min，=0.1mm/r2v2f= 475r/min = 47.5mm/min2221000dvnMfC對后側面上的 6 個孔的切削用量的選擇鉆孔 19：12.4 深度 L=20mm由于 d1222mm，硬度

30、大于 200240HBS，查1表 6-11 選擇切削速度 v=1018m/min，進給量 f0.180.25mm/r，又由 d1=12.4mm，取定=10.3m/min，=0.18mm/r1v1f= 264r/min = 47.5mm/min1111000dvnMf孔的編號見被加工零件工序圖。2.2.2.5 計算切削力、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切削轉矩（Nmm） ； P切削功率（kW） ； v切削速度（m/min） ； f進給量（mm/r） ；

31、 D加工（或鉆頭）直徑（mm） ； HB布氏硬度， )(31minmaxmaxHBHBHBHB（2-4）本設計中，HBmax=240，HBmin=200，得 HB=227。由以上公式可得：左面 單根 114 軸 F=715.6N T=1524.6N/mm P=0.0744kW 15 軸 F=2119.5N T=7858.4N/mm P=0.2134kW右面 單根 19 軸 F=715.6N T=1524.6N/mm P=0.0744kW 10 軸 F=907.8N T=2396.1N/mm P=0.1161kW后面 單根 16 軸 F=715.6N T=1524.6N/mm P=0.0744kW總的切削功率：即求各面上所有軸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）實際切削功率：根據手冊，P=（1.52.5）PW，因為是多軸加工，故取定 P=1.5 PW則左主軸箱 P=1.51.255=1.9（kW）右主軸箱 P=1.50.7857=1.2（kW）后主軸箱 P=1.51.2804=1.9（kW）2.2.2.6 確定主軸尺寸及外伸尺寸 （2-