基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计

本科生毕业设计说明书 2008 目录 1 前言 .1 2 总体设计 .2 2.1 总体方案论证 .2 2.1.1 加工对象工艺性的分析 .2 2.1.2 机床配置型式的选择 .2 2.1.3 定位基准的选择 .2 2.2 确定切削用量及选择刀具 .3 2.2.1 选择切削用量 .3 2.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率 .5 2.2.3 选择刀具结构 .6 2.3 组合机床总体设计 “三图一卡” .6 2.3.1 被加工零件工序图 .6 2.3.2 加工示意图 .6 2.3.3 机床联系尺寸图 .8 2.3.4 机床生产率计算卡 .12 2.4 夹具轮廓尺寸的确定 .17 3 组合机床右主轴箱设计 .18 3.1 绘制右主轴箱设计原始依据图 .18 3.2 主轴结构型式的选择及动力计算 .19 3.2.1 主轴结构型式的选择 .19 3.2.2 主轴直径和齿轮模数的初步确定 .19 3.2.3 主轴箱动力计算 .20 3.3 主轴箱传动系统的设计与计算 .20 3.3.1 计算驱动轴、主轴的坐标尺寸 .20 3.3.2 拟订主轴箱传动路线 .20 3.3.3 传动轴的位置和转速及齿轮齿数 .21 3.4 主轴箱中传动轴坐标的计算及传动轴直径的确定 .27 3.4.1 传动轴坐标的计算 .27 3.4.2 传动轴轴径的确定 .28 3.5 轴的强度校核 .28 3.6 齿轮校核计算 .30 3.7 主轴箱中传动轴坐标检查图的绘制 .33 4 三维建模 .34 4.1 建模简介 .34 4.2 建模过程 .35 5 结论 .38 参 考 文 献 .39 致 谢 .40 附 录 .41 本科生毕业设计说明书 2008 1 1 前言 本次设计的课题是基于三维的柴油机汽缸体三面钻削组合机床总体及右主 箱设计，水箱面钻 11 个孔,其中有五个 6.7 孔，深 18；四个 8.5 孔，深 22；一个 6.7 的孔，通孔；一个 10.5 孔，通孔。油底壳面钻 21 个孔, 其 中有十六个 6.7 孔，深 17；一个 6.8 深 66；四个 13 孔，通孔。后盖板 面(缸尾)钻 11 个孔，其中有二个 8.5 孔，深 20；一个 7 孔，深 115；八个 6.7 孔，深 18。该课题来源于盐城市江动集团。本设计主要针对原有的机体 左、右、后三个面上 43 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。本人的 设计分工是总体设计和右主轴箱的设计，左和后主轴箱和夹具部分的设计由同 组其他同学担任。在设计组合机床过程中，组合机床右主轴箱的设计是整个组 合机床设计工作的重要部分之一。虽然主轴箱零件的标准化程度高，使设计工 作量有所减少，设计周期大为缩短，但在主轴箱设计过程中，在保证加工精度 的前提下，如何综合考虑生产率、经济性和劳动条件等因素，还有一定的难度。 最早的组合机床是 1911 年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机 床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性， 便于用户使用和维修，1953 年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制 造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联 系尺寸，但对部件结构未作规定。 通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助 部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力 箱、切削头和动力滑台。 支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件， 有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。 输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工 作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。 控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操 纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。 为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术， 把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。 这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。 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；以及纳入柔性制造系统等。 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 2 2 总体设计 2.1 总体方案论证 2.1.1 加工对象工艺性的分析 A. 本机床被加工零件特点 该加工零件为气缸体。材料是 HT250,硬度：190240HBS，在本工序之前 各主要表面、销孔已加工完毕。 B. 本机床被加工零件的加工工序及加工精度 本道工序：钻左面、右面的孔，由本设备“ZH1105w 三工位专用钻床”来 完成，因此，本设备的主要功能是完成气缸体左、右、后三个面上一共 43 个孔 的加工。具体加工内容及加工精度是： a) 水箱面钻 11 个孔：依次钻削 48.5 深 22、110.5 深 15、16.7 深 15、56.7 深 18 的孔，表面粗糙度 12.5，各孔位置度公差 为 0.02mm； b) 油底壳面钻 21 个孔：两侧钻 413 深 16 的孔，表面粗糙度 12.5， 各孔位置度公差为 0.03mm；并钻削顶面 166.7 深 17 和钻 16.8 深 66 的孔，表面粗糙度 12.5，各孔位置度公差为 0.03mm。 c) 后盖板面(缸尾)钻 11 个孔,一侧钻 28.5 深 20 的孔,表面粗糙度为 12.5,各孔位置度公差为 0.02mm,并钻削 17 深 115 及 86.7 深 18 的 孔,表面粗糙度为 12.5,各孔位置度公差为 0.03mm。 C. 本次设计技术要求: 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) 机床尽可能用通用件（中间底座可自行设计）以便降低制造成本； d) 机床各动力部件用电气控制，液压驱动。 2.1.2 机床配置型式的选择 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。 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集中工序。一般常采 用一面两孔定位和三面定位。本机床加工时采用的定位方式是三面定位，以油 底壳面为定位基准面，限制三个自由度；水箱面限制三个自由度；再用一个后 本科生毕业设计说明书 2008 3 盖板面限制三个自由度。 2.2 确定切削用量及选择刀具 2.2.1 选择切削用量 对于 43 个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从1第 130 页表 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递减，其 递减值按1第 131 页表 6-12 选取。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。钻孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，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 与加工其他浅孔时钻头的寿命比较接近。 同一多轴箱上各刀具每分钟进给量必须相等并等于滑台的工进速度 ,所fv 以要求同一多轴箱上各刀具均有较合理的切削用量是困难的。因此,一般先按各 刀具选择较合理的转速 和每转进给量 ,在根据其中工作时间最长,负荷最重,inif 刃磨较困难的所谓”限制性”刀具来确定和调整每转进给量和转速,通常采用试 凑法来满足每分钟进给量相同的要求。 A. 43 个孔的切削用量的选择 a) 钻孔 48.5，深 22mm 查1第 130 页表 6-11 高速钻头切削用量得 由 d612，硬度在 200241HBS，选择 v=1018m/min,f=(0.10.18) mm/r。取 ，根据公式：50/minr (2-1) 10 dv 得： 3.4/in 查1第 131 页表 6-12 根据孔深确定 3.4/minv 0.1/fmr50/inr ；50/if b) 钻孔 110.5，深 15mm 查1第 130 页表 6-11 钻孔切削用量得：由 d612，硬度在 200241HBS，选择 v=1018m/min, f=(0.10.18)mm/r。 取 ，根据公式：（2-1）50/minr 得： 16.5/minv 查1第 131 页表 6-12 根据孔深确定 16.5/minv0.1/fmr/inr ；0/ifv c)钻孔 16.7，深 15mm, 查1第 130 页表 6-11 高速钻头切削用量得： 由 d612，HBS 在 200241 HBS，选择 v=1018m/min, f=(0.10.18) mm/r。取 ，根据公式：（2-1）50/minr 得： 10.5/inv 查1第 131 页表 6-12 根据孔深确定 10.5/minv0.1/fmr 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 4 50/minr ；50/minfvn d)钻孔 56.7，深 18mm, 查1第 130 页表 6-11 高速钻头切削用量得： 由 d612，HBS 在 200241 HBS，选择 v=1018m/min, f=(0.10.18) mm/r。取 ，根据公式：（2-1）50/inr 得： 10.5/inv 查1第 131 页表 6-12 根据孔深确定 10.5/invm0.1/fmr/minr ；/ifv e）钻 16.8，深 66mm，查1第 130、131 页表 6-11、6-12 高速钻头切 削用量及深孔钻削切削用量递减表：由 d612，HBS 在 200241 HBS，选择 v=1018m/min, f=(0.10.18)mm/r。孔深为（810）d、f=(0.070.126) mm/r,取 f-0.091mm/r。则： 50/min.91fvnr ；7/id f）钻 166.7，深 17mm，查1由 d612，HBS 在 200241 HBS，选 择 v=1018m/min, f=(0.10.18)mm/r。取 ，根据公式：（2-50/inr 1） 得： 10.5/minv 查1第 131 页表 6-12 根据孔深确定 1./iv0.1/fmr50/minr ；/ifv g）钻孔 413，深 16mm, 第 130、131 页表 6-11、6-12 高速钻头切削用 量及深孔钻削切削用量递减表：由 d1222，HBS 在 200241 HBS，选择 v=1018m/min, f=(0.180.25)mm/r。孔深为 3d、f=0.185mm/r。则： 5027/min.18fvnr ；/id h）钻孔 28.5，深 20mm, 查1第 130 页表 6-11 高速钻头切削用量得 由 d612，硬度在 200241HBS，选择 v=1018m/min,f=(0.10.18) mm/r。取 ，根据公式：（2-1）50/minr 得： 13./minv 查1第 131 页表 6-12 根据孔深确定 0.1/fmr 本科生毕业设计说明书 2008 5 50/minr ；50/minfvn i) 17，深 115mm, 查1第 130、131 页表 6-11、6-12 高速钻头切削 用量及深孔钻削切削用量递减表：由 d612，HBS 在 200241 HBS，选择 v=1018m/min, f=(0.10.18)mm/r。孔深为（1520）d、f=(0.050.09) mm/r,取 f-0.08mm/r。则： 5062/min.8fvnr ；137/id j) 钻 86.7，深 18mm，查1由 d612，HBS 在 200241 HBS，选 择 v=1018m/min, f=(0.10.18)mm/r。取 ，根据公式：（2-50/inr 1） 得： 10.5/minv 查1第 131 页表 6-12 根据孔深确定 1./iv0.1/fmr50/minr ；/ifv 2.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率 根据1第 134 页表 6-20 中公式 （2-0.8.62FDfHB 2） （2-1.908.6Tf 3） （2-74vPD 4） 式中， F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） ； D加工（或钻头）直径（mm） ； HB布氏硬度， maxaxmin13HBBH 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 6 在本设计中， ， ，得 HB=223.33。max240HBmin190 由以上公式可得： 左面 单根 2226 轴 F=708.62N T=1509.775Nmm P=0.077kw 2730 轴 F=899N T=2372.84Nmm P=0.122kw 31 轴 F=708.62N T=1509.77Nmm P=0.077kw 32 轴 F=1110.53N T=3545.095Nmm P=0.182kw 右面 单根 14 轴 F=2249.17N T=8701.58Nmm P=0.24kw 520 轴 F=708.62N T=1509.77Nmm P=0.077kw 21 轴 F=666.94N T=1440Nmm P=0.08kw 后面 单根 3334 轴 F=899N T=2372.84Nmm P=0.122kw 43 轴 F=619.33N T=1372.55Nmm P=0.088kw 3542 轴 F=708.62N T=1509.775Nmm P=0.077kw 总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和 左面 Pw=1.132kw 右面 Pw=2.272Kw 后面 Pw=0.948kw