柴油机机体三面精镗组合机床总体及左主轴箱设计

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 柴油机机体三面精镗组合机床总体及左主轴箱设计摘要：柴油机机体是需要大量生产的零件。为了提高加工精度和生产效率，需要设计一台组合机床来改善它的加工情况。本课题设计一台加工柴油机机体的三面精镗组合机床，主要完成机床总体和左主轴箱的设计工作。根据柴油机机体的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度及生产率等要求，确定该机床为单工位卧式组合机床，机床采用卧式单工位三面加工的方案，加工和装配的工艺性好，零件装夹方便；为确保加工精度，采用“三面”的定位方案；为实现无级调速，操作可靠，选择液压滑台；根据零件的大小及被加工孔的位置确定主轴箱的轮廓尺寸；由加工工艺选择滚珠轴承主轴，通过计算扭矩确定主轴和传动轴的直径；齿轮的模数是通过类比法确定；齿轮齿数和中间传动轴的位置是由“计算、作图和多次试凑”相结合的办法确定。本组合机床加工效率高，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：组合机床；镗削；柴油机本设计来自：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客服QQ：8191040 Design of Overall and left Headstock of Modular Machine Tool for Finished Boring of Pipe Holes on Three-Side of Body of DieselAbstract：The diesel body is a product which needs mass production. In order to improve the disposition and the production efficiency, designing a high effective modular machine tool is needed to improve the production of the diesel body. This topic is the design of general scheme and left headstock of modular machine tool for Finished Boring of Pipe Holes on Three-Side of diesel body. According to the request of construction features, processing spot, size precision, surface roughness and productivity of the diesel cylinder body, sets the machine tool for single location horizontal type modular machine tool. The modular machine tool uses the horizontal-type single location three-side processing plan, the processing and assembly technology capability is good, and it clamps conveniently. In order to guarantee the processing precision, the localization plan use three surfaces. In order to implement the unlimited speed regulation, safe and reliable, therefore choose hydraulic pressure sliding table. According the size of components and the position of the hole that is processed to set the overall size of the headstock. Choosing the taper bearing spindle by processing craft. The spindle and drive shaft diameter is decided through computation torque. The gear modulus is decided through the correlation method. The gear mentions and the position of intermediate propeller shaft is decided by the means count, drawing and tries to collect many times. This modular machine tool has such advantages: it has high efficiency, the cost is low, the processing precision is high, it is easy to operate, it reduces the workers labor intensity, and it enhances the productivity.Key words：modular machine-tool; boring; diesel engine 目 录1 前言11.1 课题内容11.2 课题来由11.2.1 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22 组合机床总体的设计32.1 总体方案的论证32.2 工艺方案的拟订32.2.1 工艺路线的确定32.2.2 被加工零件的毛坯情况以及工艺过程分析42.2.3 机床配置型式的选择42.2.4 定位基面及夹压点的选择52.2.5 影响工艺方案的主要因素52.3 确定切削用量及选择刀具52.3.1 选择切削用量52.3.2计算切削扭矩及切削功率72.3.3 选择刀具结构82.4 三图一卡的设计82.4.1 被加工零件工序图82.4.2 加工示意图92.4.3 机床联系尺寸总图112.4.4 机床生产率计算卡143 左主轴箱的设计183.1 概述183.2 绘制主轴箱设计的原始依据图183.3主轴结构型式的选择及动力计算193.3.1 主轴结构型式的选择193.3.2 主轴直径和齿轮模数的初步确定193.3.3 传动系统的设计与计算193.4 主轴箱坐标计算203.4.1 轴坐标系远点的确定203.4.2 主轴箱坐标计算的顺序213.4.3 主轴坐标的设置213.4.4 传动轴坐标计算223.5 齿轮和轴的校核253.5.1 齿轮校核253.5.2 轴的校核263.6 标准件的选择及其它303.6.1 叶片油泵的型号选择303.6.2 螺塞303.6.3 主轴箱的润滑304 结论32致 谢33参考文献34附 录3541 前言 1.1 课题内容本组课题是设计一台三面精镗孔卧式组合机床，来保证柴油机机体三面孔加工及保证相应的位置精度，在完成机床总体设计和绘制“三图一卡”的基础上，主要完成左主轴箱设计。1.2 课题来由本课题来自江动集团1.2.1 课题背景近年来，随着制造业的发展，普通机床已经越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。江动集团在生产柴油机时，其机体的加工效率比较低，跟不上生产指标，机体的加工精度比较高，普通机床加工比较困难，现需要设计一台组合机床用以实现柴油机机体的加工。1.2.2 课题要求本加工工序的内容：精镗平衡轴孔52M7，凸轮轴孔47H7、35H7，调速轴孔25V7，起动轴孔37H7，缸套孔118H9、111H8、110H7，曲轴孔195H7、78H7，表面粗糙度均为Ra1.6。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机床应能满足加工要求，保证加工精度；b机床应运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整；c机床尽量选用通用件，以便降低制造成本；d主轴箱能满足机床总体方案的要求（转速，转向，功率，坐标要求）。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础，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、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床装备的发展思路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。复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在被加工零件的形状日益复杂的情况下，多轴化控制的机床装备适合能够加工形状复杂的零件。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。在这些方面组合机床装备还有相当大的差距，因此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。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性等。1.4 本课题主要解决的问题和总体设计思路本设计主要针对原有的柴油机机体左、右、后三个面上13个孔多工序加工、生产率低、位置精度误差大的问题而设计的，从而保证孔的位置精度、提高生产效率，降低工人劳动强度。左主轴箱的设计，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，绘制左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，直接影响到被加工零件的加工精度等参数。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校核。2 组合机床总体的设计2.1 总体方案的论证图2-1柴油机机体被加工零件 名称：柴油机机体 图号：TC-195-01 材料：HT200 硬度：HB170241此零件是中空的而四壁多孔的箱体类零件技术要求：(1)本工序加工精度必须按图纸要求进行 (2)各镗孔终了允许有走刀线退刀痕为了满足连续大批量生产，具有较好的应边性能的要求，生产工艺决定采用组合机床流水线来进行柴油机机体的切削加工。2.2 工艺方案的拟订2.2.1 工艺路线的确定1 铸造 2 时效 3 粗铣上、下面 4 粗铣左、右面 5 粗铣前、后面 6 精铣上、下面 7 去毛刺 8 粗铣左、右面 9 去毛刺 10 精铣前、后面 11 去毛刺 12 三面粗镗孔 13 三面半精镗孔 14 三面精镗孔 15 镗平衡轴孔锁紧槽 16 钻气缸盖面、主轴承面、齿轮室盖面螺纹底孔 17 钻后盖面、水箱面、油箱面螺纹底孔 18 钻深孔 19 铣小搭面 20 攻气缸盖面、主轴承面、齿轮室面、后盖面、水箱面、油箱面螺纹 21 钻、扩、铰顶杆孔 22 终检本工序加工的内容是加工路线中的第14道工序。孔的孔径大多都在40mm以上，只有极少数的孔稍微小了点，加工精度为H7、IT7级，表面粗糙度为Ra=1.6um。为了保证其精度要求，将有精度要求的七组孔安排在同一台专机上进行。被加工工件的加工精度和具体数值参照图2-1，列出本到工序要加工的各个孔的尺寸表2-1 本工序加工孔的尺寸及精度组号孔径偏差1组52M72组52M73组195H778H74组37H75组25V76组6组47H735H77组118H9111H8110H72.2.2 被加工零件的毛坯情况以及工艺过程分析 机体进入本道工序机床前，机体上下、左右、前面六个面均已经加工成为成品，无需要再进行最终精加工。各孔(本道工序要加工的孔)都已经加工成半成品，应有半精加工和精加工余量，在直径方向上3mm，在半径方向上为1.5mm，其余部分是铸造毛坯表面，其精度要求在铸造时给予保证而不要进行切削加工。从生产纲领年产10万台可知：机体的加工是大批量连续性生产，加工精度有一定的要求，位置及形位公差都有一定的要求，为了满足连续性大批量生产，具有较好的应变性能的要求。生产工艺采用组合机床的流水线来加工柴油机机体的精镗孔。 流水线由若干道工序组成，分平面、孔、螺纹孔等，本道工序是孔镗削加工的终了工序。2.2.3 机床配置型式的选择机床的配置形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，机床重心较底，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，占面积大。辛辛苦苦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。其据点是机床重心高，振动大。此外，柴油机机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。通过以上比较，考虑到卧式振动小，装夹方便等优点，选用卧式组合机床。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集中工序。从而收到减少机床台数的效果。2.2.4 定位基面及夹压点的选择A.定位基准的选择本机床加工为单工位加工，也就是一次安装下进行13个孔的加工，其定位基准选择：机体的底面定位限制3个自由度，侧面定位限制2个自由度，定位限制1个自由度，这种定位的特点是：a.可以简单地消除工件的六个自由度，使工件获得可靠的定位；b.能同时加工工件三个端面上的全部孔，即能高度集中工序，又有利于提高三端面孔的位置精度;c.本定位基准有利于保证柴油机机体的加工精度，机床的许多部件实现通用化，有利于缩短设计周期，降低成本。B确定夹紧位置在选择定位基准的同时，要相应的决定夹紧位置，本设计采用液压夹紧，夹紧部位为刚性较好的筋板上，即机体的上表面，目的为了减少机体夹紧变形误差，应注意的问题；a.保证零件夹压后的稳定；b.尽量减少和避免零件夹压后变形。2.2.5 影响工艺方案的主要因素a)被加工零件的加工精度和加工工序b)被加工零件的特点c)零件的生产批量d)机床的使用条件2.3 确定切削用量及选择刀具2.3.1 选择切削用量在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度，生产率，刀具耐用度，机床的结构形式及工作可靠性均有较大的影响。A组合机床切削用量的选择需要以下几个方面:a)在大多情况下，组合机床为多轴、多刀、多面同时切削，因此，切削用量比一般万能机床单刀加工低30%左右。 b)组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给，由于多轴箱上同时工作的刀具种类不同且直径大小不同，其切削用量也各有特点。因此，一般先按各刀具选择较合理的切削速度v(m/min) 和每转进给量f(mm/r)，再根据其中工作时间最长，负荷最重，刃磨较困难的刀具来确定并调整每转进给量和转速，通常用试凑法来满足每分钟进给量相同的要求。即 c)在选择切削用量时要注意既要保证生产批量要求，又要保证刀具一定的耐用度。d)选择切削用量时，还须考虑可选动力滑台的性能。B组合机床切削用量选择方法从实际出发，根据加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理的选择切削用量。本次设计中，采用查表法选择加工柴油机气缸体孔的切削用量。对于左面8个孔：镗孔1、2轴：52根据文献1取v=106.19m/min，f=0.08mm/r，且则由文献1知 （2-1）得： 镗孔4轴：37取v=81.37m/min，f=0.07mm/r，得： 镗孔6轴：47取v=95.96m/min，f=0.08mm/r，得： 镗孔5轴：25取v=78.54m/min，f=0.052mm/r，得： 对于右面2个孔：镗孔3轴：78取v=85m/min，f=0.15mm/r，得： 对于右面3个孔：镗孔7轴：118取v=111m/min，f=0.15mm/r，得： 2.3.2计算切削扭矩及切削功率根据文献1P134表6-20中公式钻孔： （2-2） （2-3） （2-4）扩孔： （2-5） （2-6） 镗孔： （2-7） （2-8） （2-9）式中，F切削力（N）；T切削扭矩（Nmm）P切削功率（Kw）；ap切削深度（mm）；（ap=1.25mm）；HB布氏硬度，在本设计中，得HB=220。由以上公式（2-2，2-3，2-4，2-5，2-6，2-7，2-8，2-9）分别可得：左面1、2轴Fz=187.7N Fx=48.7N T=4880.86Nmm P=0.3257Kw4轴Fz=169.8N Fx=44.7N T=3141.96Nmm P=0.2258Kw5轴Fz=135.9N Fx=36.8N T=1698.71Nmm P=0.1744Kw6轴Fz=187.7N Fx=48.7N T=4411.55Nmm P=0.2943KwFz=187.7N Fx=48.7N T=3285.20Nmm P=0.2192Kw右面3轴Fz=300.8N Fx=70.1N T=11731.10Nmm P=0.4178 KwFz=300.8N Fx=70.1N T=29327.75Nmm P=1.0445 Kw后面7轴Fz=300.8N Fx=70.1N T=17747.05Nmm P=0.5456KwFz=300.8N Fx=70.1N T=16694.26Nmm P=0.5132KwFz=300.8N Fx=70.1N T=16543.86Nmm P=0.5086Kw(轴编号与孔编号相对应)总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和左面Pw=0.32574+0.2258+0.1744+0.2943=1.9973Kw右面Pw=0.4178+1.0445=1.4623Kw后面Pw=0.5456+0.5132+0.5086=1.5674Kw实际切削功率根据9，P=（1.52.5）PwKw,因为是多轴加工，取定P左=21.9973=3.9946KwP右 =21.4623=2.9246KwP后 =21.5674=3.1348Kw2.3.3 选择刀具结构一台机床刀具选择是否合理，直接影响到机床的加工精度，生产率和工作情况。根据机体孔的加工精度、加工尺寸、台阶级加工、切屑排除以及生产率等因素和加工孔表面允许有退刀痕，因位置限制，导向孔的尺寸小于加工孔的尺寸，且加工孔直径大于40，应选用镗刀，这样对刀方便，加工中不至于有振动，并在导套上开引刀槽，以便镗刀通过，刀具造用硬质合金钢。为了提高工序集中程度，可采用两把镗刀的镗杆，同时加工孔。考虑到被加工零件是淬火铸铁，由于其硬度较高，为170241HB，可采用刃镗刀头加工，以提高刀具的使用寿命。镗削头与相同规格的液压滑台组成的镗床、满足要求的精度HT级，表面粗糙度达1.6微米的镗孔，因镗削直径较大，传递的扭矩大，可用主轴前端的短圆锥和端面定位，并由端面键传递扭矩。2.4 三图一卡的设计2.4.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示出在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容、加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹位部位，以及被加工零件的材料、硬度和本机床加工前毛坯情况的图纸。图2-2 被加工零件工序图2.4.2 加工示意图加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体设计中占有重要地位，它是设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床和刀具的依据。加工示意图，反映了机床的加工过程和加工方法，并决定浮动夹头或接杆的尺寸，镗杆长度，刀具种类和数量，刀具长度及加工尺寸，主轴尺寸及伸出长度、主轴、刀具、导向与工件间的联系尺寸等，根据机床要求的生产率及刀具特点，合理地选择切削用量，决定动力头的工作循环。加工示意图的作用和内容：a) 刀具的选择一台机床刀具选择是否合理，直接影响到机床的加工精度，生产率和工作情况。根据机体孔的加工精度、加工尺寸、台阶级加工、切屑排除以及生产率等因素和加工孔表面允许有退刀痕，因位置限制，导向孔的尺寸小于加工孔的尺寸，且加工孔直径大于40，应选用镗刀，这样对刀方便，加工中不至于有振动，并在导套上开引刀槽，以便镗刀通过，刀具造用硬质合金钢。为了提高工序集中程度，可采用两把镗刀的镗杆，同时加工孔。考虑到被加工零件是淬火铸铁，由于其硬度较高，为170241HB，可采用刃镗刀头加工，以提高刀具的使用寿命。镗削头与相同规格的液压滑台组成的镗床、满足要求的精度HT级，表面粗糙度达1.6微米的镗孔，因镗削直径较大，传递的扭矩大，可用主轴前端的短圆锥和端面定位，并由端面键传递扭矩。b) 导向结构的选择组合机床上加工孔时，除用刚性主轴加工的方案外，其尺寸和位置精度都是依靠夹具导向来保证的。选择导向类型:因导向直径较大、转速较高时，为了避免镗杆由于摩擦发热而变形，可选用旋转导向，这种导向利于减轻磨损和持久保证精度。选择导向的形式和结构:因精镗多级孔（孔）导向的旋转速度高，但加工精度要求比较低，可选用滚锥轴承的旋转导向。c) 确定主轴类型及尺寸因本机床是精镗孔，根据制定的切削用量通过T=9.55106公式计算得到的扭矩T值很小，则由切削扭矩计算主轴直径公式（M轴所传递的扭矩N.mm，B系数）计算的d亦过小，不能满足刚度要求。这样可根据经验由加工孔的直径及相应的刀具尾部尺寸利用“反推法”来造定，主轴直径与加工孔的经验数据，为d主轴=25 mm， d传动=30mmd) 动力部件工作循环及其行程的确定动力头工作循环一般包括快速引进，工作进给和快速退回等动作。工作进给长度的确定:工作进给长度应等于被加工部位长度与刀具切入和切出长度之和。动力头工作进给长度是按加工长度最大的孔来造取，切入长度根据工件端面的误差情况，选510毫米为第一工作进给长度，第二工作进给常常比第一工作进给要小得多，在有条件，应力法做到转入第二工作进给时，除倒大角的刀具外，其余刀具都离开加工表面，不再切削。否则，将降低刀具使用寿命，且破坏已加工的表面。快速进给长度的确定:快速进给是动力头把刀具送到工作进给的位置，其长度按具体工作情况确定。在加工1.2两孔径相同的同心孔系时，可采用跳越进给的循环进行加工，即在加工宽一层壁后，动力头再次快速引进，加工第二层壁，这样可以缩短工作循环时间。快速退回长度的确定:快速退回的长度等快速引进和工作进给长度之和。一般在固定式夹具机床上，动力头快速引进和工作进给长度之和。一般在国家式夹具机床上，动力头快速退回的行程，只要把所有刀具都退至导套内，不影响工件的装卸就行了。动力头总行程的确定:动力头的总行程除了满足工作循环所需长度外，还要考虑装卸和调整刀具的方便性。装卸刀具的理想情况是：刀具退离导向套外端面的距离，需大于刀杆插入主轴孔内的长度。具体数值在加工示意图上标注可查阅。2.4.3 机床联系尺寸总图2.4.3.1 机床联系尺寸总图的作用与内容联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系，以检验机床各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求；通用部件的选择是否合适，并为进一步展开主轴箱夹具等专用部件、零件的设计提供依据，联系尺寸图也可看成是简化的机床总图，它表示机床的配置形式及总体布局。2.4.3.2 绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容a）机床装料高度的确定装料高度H一般是指机床上工件安装基面至地面的距离。组合机床标准中推荐的装料高度为1060mm，具体设计情况可在8501060mm范围内造取，图中应标注为：160+440+560+（170）1060mm合适确定装料高度后，还要考虑以下两组尺寸的联系关系，现以图中所示尺寸加以说明。由中间底座和夹具计算的装料高度尺寸：H=H1+H2+H3式中H装料高度H1支承块高度H2夹具底座高度H3中间底座高度由公式可知，当装料高度和通用部件选定后，便后计算出夹具底座的高度。图中标注查得，装料高度H为1060mm，支承块高度H1为60mm，中间底座高度H3为560mm。则夹具底座高度H2=1060-60-560=440mm由动力部件和侧底计算的装料高度尺寸H=h1+h2+h3+h4+h5-hmin式中：h1多轴箱最低主轴高度h2多轴箱底面至滑台顶面之间的距离h3滑台的高度h4调整垫块的高度（包括5mm的调整块）h5侧底座的高度hmin被加工零件最低孔至工件安装基面的距离由公式可知，当通用部件选取后，h2,h3,h5便确定，H仅与h1,h4有关，h1由多轴箱设计确定。这样便可由确定的装料高度计算出调整块的厚度h4。图中h1=230mm h2=120mm h3=130mm h5=560mmhmin=10mm则调整垫块高度h4=1060-230-120-130-560-10=10(mm)b）夹具轮廓尺寸的确定夹具轮廓尺寸的指夹具底座的轮廓尺寸即长宽高。长度尺寸与工件长度尺寸、工件至模板间距离尺寸，模板架厚度尺寸有关。从机床总图中查得工件长度尺寸为176mm,工件至模板间距离及模板架厚度分别为482mm,542mm则夹具总长为482+542+176=1200mm高度尺寸由前装料高度尺寸定为1060mm宽度尺寸，除考虑工件本身宽度尺寸外，再加其它宽度方向上能布置下工件的定位、夹紧及其它机构从工序图中查得宽度尺寸为184mm这样可确定夹具草图图2-3夹具草图c）中间底座尺寸的确定由加工示意图中被步确定定的多轴箱端面至工件端面在加工终了时的距离，动力部件及其配套部件的联系尺寸，便可确定中间底座的尺寸。在确定中间底座长度尺寸时要考虑以下两组尺寸关系。由加工示意图和多轴箱尺寸确定两动力箱端面间的距离L。L=-L1+L2+L3+L4+L5式中：L1，L5为左右多轴箱的厚度L2，L4加工示意图中确定的左右多轴箱至工件端面的距离。L3工件的长度由机床总图中查得，L1=330，L5=345，L3=176由加工示意图中查得，L2=880，L4=750则两动力箱端面距离L=330+345+880+750=2305