柴油机气缸体工艺及专用机床设计

机电工程学院毕业设计说明书设计题目: 柴油机气缸体工艺及专用机床设计 学生姓名： 张炎涛 学 号： 2004142043 专业班级： 机自0402 指导教师： 马玉平 2008 年 5 月 31 日1目 录1 绪论11.1 课题来源与意义11.2 组合机床的组成及分类11.3 组合机床的特点22 被加工零件的工艺方案的拟定32.1 零件的工艺分析32.2 零件工艺方案的拟定32.3 机床加工方案确定42.4 切削用量的确定43 组合机床总体设计“三图一卡” 63.1 被加工零件工序图63.2 加工示意图63.3 机床尺寸联系图83.4 生产率计算卡114 组合机床多轴箱设计174.1 多轴箱的选择174.2 多轴箱设计原始依据图184.3 多轴箱传动设计194.4 主轴、传动轴、齿轮的确定及动力计算264.5 多轴箱总图及零件图的绘制304.6 镗刀具的设计315 夹具滑台和专用夹具设计325.1 零件定位分析325.2 零件夹紧分析及计算325.3 夹具滑台的选择355.4 夹具设计35设计总结37致谢38参考文献391 绪论1.1 课题来源与意义1.1.1 课题来源该课题来自工厂，柴油机气缸体是柴油机上的主要零件，年产量为10000件。生产中常用组合机床和专用机床组成的流水线进行组织生产。本课题依据于此，是专用机床的结构设计。 根据图样技术要求规定，三轴两工位立式镗床用于粗镗气缸孔基刮止口，气缸材料为HT250，硬度180230HB，加工余量为5mm，零件外形尺寸为860mm320mm425.4mm。本设计涉及到机制专业学生所学的主要专业课和专业基础课，能充分得到机制专业方面能力的训练。要求在设计过程中掌握专用机床的设计方法，尽量采用合理的机床设计方案，保证加工精度、生产率以及操作方便。1.1.2 课题的意义组合机床是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备,它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。柴油机是大量生活设备及生产机械的主要动力部件，柴油机气缸体是柴油机的主要元件，是需要大批量生产的产品。而他的特殊的不规则的机构已经不能用常用机床加工了，必须设计专用机床来快速生产并要保证质量，因此可在自动线上完成一系列加工，而本课题只是这条加工自动线上的一道工序。现有技术已经完全能够完成本道工序的自动化加工，可提高生产效率，提高加工精度，降低劳动强度。1.2 组合机床的组成及分类组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。通常组合机床由以下部件组成：动力箱、多轴箱、滑台、切削头、夹具、侧底座、中间底座、液压装置、电气设备、刀工具等。组合机床的通用部件分大型和小型两大类。大型通用部件是指电机功率为1.530千瓦的动力部件及其配套部件。这类动力部件多为箱体移动的结构形式。小型通用部件是指电机功率在0.12.0千瓦的动力部件及其配套部件。这类动力部件多为套筒移动的结构形式。用大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成为小型组合机床。组合机床除分为大型和小型外，按配置形式又分为单工位和多工位机床两大类。单工位机床又有单面、双面、三面和四面几种工作形式，多工位机床则有移动工作台式、回转工作台式、中央工作台式和回转鼓轮式等工作形式。1.3 组合机床的特点组合机床特点：（1）主要用于箱体类零件和其他不规则零件的的孔面加工。（2）生产率高。因为工序集中，可多面，多工位，多轴，多刀同时自动加工。（3）加工精度稳定。因为工序集中，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制性。（4）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。（5）自动化程度高，劳动强度低。（6）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加工各类零件用的组合机床及自动线；机床易于改装；产品或工艺变化时，通用部件一般还可以重复使用。2 被加工零件的工艺方案的拟定2.1 零件的工艺分析本课题设计的机床是专用来加工柴油机六个气缸孔及止口粗加工的组合机床。气缸体共六个气缸孔，公差带为H11，且有一定的位置度要求，满足位置度公差值为0.3，且满足独立原则，即孔的位置公差应小于0.3mm，不受尺寸公差带的限制。对于箱体类零件有较高精度的孔加工，定位基准常采用“一面两孔”定位。在本道工序中，采用地面作为定位基准面，“两孔”选用地面的定位销孔，一孔用圆柱销一孔用菱形销，夹紧力作用在顶面。这样消除了工件的六个自由度，定位稳定可靠，有利于提高各孔的位置精度。零件的生产批量试举定采用单工位、双工位或自动线，还是按中小批生产特点设计组合机床的重要因素。本次设计所加工的零件的生产节拍是30分钟/每件，生产纲领为10000件，属于大批量生产，工序安排一般趋于分散，且粗、精加工分布在不同的机床上加工完成，通过调研，可考虑采用液压传动机床。2.2 零件工艺方案的拟定1. 铸造零件毛坯2. 粗、精铣定位底面3. 粗镗气缸孔，刮止口（本课题设计内容）4. 精镗气缸孔，刮止口5. 热处理6. 去毛刺，清洗7. 终检 本课题设计的专用机床就是用来完成粗镗气缸孔、刮止孔这一工序的，气缸孔有三个不同直径的加工面，设计第一把镗刀用来平整铸造出的通孔，第二、三把镗刀切削圆柱面。2.3 机床加工方案确定大型组合机床的配置型式可分为单、多工位两大类，按照工序集中程度和不同生产需要还有其他配置型式。工序高度集中的组合机床结合工件的特定情况来配置，并增设动力部件来加工工件的多个表面。用于大批量生产的组合机床，为提高生产率，除缩短加工时间和辅助时间，尽量使辅助时间和加工时间重合外，还可考虑在每个工位上同时安装几个工件同时加工，或者在一个工位上设置几套夹具。本课题设计机床要加工的位是同样规格呈直线排列的六个气缸孔，根据被加工零件的结构特点和技术要求的分析，大体可确定采用立式三轴两工位。配置主轴箱一个，立式液压滑台一个，滑动夹具工作台一个，专用夹具一套，PC控制变频调速系统一套，单独液压站驱动液压系统一套。2.4 切削用量的确定1、确定切削速度V、转速n、进给量和由参考文献【1】组合机床设计表3-11查得，采用硬质合金刀具粗镗铸铁时切削速度V=35-50m/min。粗镗128.5mm的孔时 取V=50m/min n=取实际转速n=120r/min则实际切削速度V=粗镗122.5mm的孔时 取V=48m/min n=取实际转速n=120r/min则实际切削速度V=粗镗119.5mm的孔时 取V=46m/min n=取实际转速n=120r/min则实际切削速度V=每转进给量f=0.4-1.5mm/r，取f=0.9mm/r则每分钟进给量=nf=1200.9=108mm/min2、确定切削力F 切削转矩T 切削功率P由参考文献【3】专用机床设备设计表7-24得硬质合金刀具镗孔时的一系列公式如下：圆周力切削转矩切削功率切削深度(mm) =3mm (每刀切削深度不同，最大为3mm)f进给量(mm/r) f=0.9mmHB布氏硬度 HB=HBmax-1/3(HBmax-HBmin)=230-1/3(230-180)=213.3D加工直径（mm）V=切削速度(m/min)最大圆周力N最大径向力最大切削转矩Nmm最大切削功率3 组合机床总体设计“三图一卡”3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据已确定的工艺方案，表示在该组合机床上完成的工艺内容，加工部件尺寸、精度，表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准，加紧部件以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前的加工余量，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、调整和验收机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件图的基础上，突出本机床的加工内容，并作出必要的说明而绘制的。3.1.1 被加工零件工序图包括的内容（1） 被加工零件的外形和主要轮廓尺寸，以及与本工序机床设计有关的部件结构形状和尺寸。如本设计加工的零件的外形尺寸854mm320mm425.4mm。（2） 本工序选用的定位基准、加压部位及加紧方向，以便据此进行夹具设计和导向设计。本设计选用底面为定位基准，底面及底面上的两销定位，顶面加紧。（3） 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一道工序的技术要求。本设计工序加工表面为气缸孔，尺寸分别为mm,mm,和mm。位置公差为。（4） 注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度和加工余量。本加工零件为气缸体，材料为HT250，硬度为180230HBS，总加工余量为5mm。3.1.2 另附被加工零件工序图3.2 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，是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液压、电器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备的主要技术文件。3.2.1 加工示意图表达和标注的内容（1） 反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。本课题设计的是三轴二工位立式组合镗床，用于粗镗气缸孔刮止口。加工过程：第一组刀具镗mm的孔，预切削去除铸件表面的不光滑的毛刺等；第二组刀镗mm；第四组刀刮止口mm。（2） 根据加工部位特点及加工要求，确定刀具类型、数量、结构尺寸（直径和长度）。为保证机床加工效率，避免在镗孔时需要二次调整夹具，选择刚性主轴，在主轴箱前盖加专用套杯固定。选取硬质合金镗刀头装在专用镗杆上，在确定专用镗杆直径时要保证镗杆有足够的刚度，又要使镗杆与工件间有适当的容屑空间。镗杆直径d=（0.60.8）D=0.8119.5=95.6mm。取镗杆直径为96mm镗杆用优质合金结构钢制造，经过锻造、调质、淬火（或渗碳处理）。（3） 确定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。查组合机床简明设计手册表3-4可知主轴轴径选50mm，为承受较大的径向力和轴向力这里选用圆锥轴承主轴，型号为50-1T0721-41的刚性主轴，主轴外伸40mm。 （4） 标明主轴、夹具与工件之间的联系尺寸、配合及精度。（5） 根据机床要求的生产率及刀具材料特点，合理确定并标注主轴的切削用量。（6） 确定机床传动部件的工作行程及工作循环。选择1HY63型立式机床，加工深度为345mm，查组合机床设计表3-24选取切入长度为10mm，切出长度为10mm，初步确定工进深度为365mm。3.2.2 另附加工示意图 3.3 机床尺寸联系图机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按照初步选定的主要通用部件的总体结构绘制的。它用来表示机床的配置形式、主要构成及部件安装位置、互相联系、运动关系和操作方位的总体布局图。它用于检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适。它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据。它可以看成机床总体外观简图。尤其轮廓尺寸、占地面积、操作方式等可以检验是否适合现场使用环境。3.3.1 选择动力箱、动力滑台、立柱及其侧底座动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。本工序根据已定的工艺方案和机床配置型式并结合使用及修理等因素，确定机床为立式两工位液压传动组合机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的动力箱驱动多轴箱镗孔主轴。动力箱规格与滑台匹配，其驱动功率主要根据多轴箱所传递的切削功率来选用。式中消耗于各主轴的切削功率的总合，单位为kW；多轴箱的传动效率，加工黑色金属时取0.80.9，加工有色金属时取0.70.8；主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值；这里取0.9。所以： kW根据组合机床设计简明手册表5-39选1TD50-型动力箱驱动（r/min；电动机选Y160M-6，功率为7.5 kW） 进给速度： mm/min根据切削速度可以确定进给力为：则多轴箱所需要的进给力为=16578N由组合机床简明设计手册表2-4，并根据动力箱尺寸，选用1HY63动力滑台，相配合的1CL63型立柱，1CD631侧底座。3.3.2 确定机床装料高度H 装料高度指工件安装基面至地面的垂直距离，在确定机床装料高度时，首先要考虑工人操作的方便性；对于流水线要考虑车间运送工件的滚道高度；对于自动线要考虑中间底座的足够高度，以便允许内腔通过随行夹具返回系统或冷却排屑系统，其次是机床内部结构尺寸限制和刚度要求。实际设计时常在8501060之间选取。考虑到排屑、机床刀具调整的方便以及车间内工件传送滚道的高度，选择装料高度为940mm，本设计所选的动力滑台的高度为450mm，输送装置高度为60mm，则侧底座的高度为430mm。初步确定动力部件工作行程如图表示：3.3.3 确定夹具轮廓尺寸 主要确定夹具底座的长，宽，高尺寸。工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具底座轮廓尺寸的基本依据。具体要考虑布置工件的定位，限位，夹紧机构，刀具导向装置以及夹具底座排屑和安装等方面的空间和面积的需要。因为本设计课题中工件外形尺寸为854mm320mm425.4mm，初选夹具外形尺寸为1000mm800mm460mm。3.3.4 确定多轴箱轮廓尺寸根据标准，镗类立式多轴箱厚度为340mm。因此，确定多轴箱尺寸，主要是确定多轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度h。根据实际情况和动力箱的选择，查组合机床简明设计手册表7-1及表7-4我们可以初定多轴箱的轮廓尺寸800630。查组合机床简明设计手册表7-2我们可以初步确定多轴箱后盖和动力箱法兰尺寸。其中为100mm，A为600mm，为180mm，h为250mm,为100mm，L为125mm。后盖与动力箱连接法兰尺寸630499.5。查机床设计简明手册表5-40确定多轴箱与动力箱结合面上联接螺孔、定位销孔及其位置。 其中L=1000mm，=630mm，=170mm，=490mm，=50mm，0.2=100mm，0.2=200mm，0.2=300mm，0.2=400mm，0.2=500mm，=mm，键1463mm，=9-M16-6H，=12-M16-6H 深35mm，（锥销）=1670mm，=300mm，K=169.5mm，t=249.5mm，=499.5mm，0.05=280mm，=80mm，=21mm，=210mm，=50mm，=130mm，=200mm，=630mm，=500mm，0.2=450mm，=15mm，=120mm，=280mm，=440mm，=575mm，0.02=560mm，0.2=590mm，B=800mm，E=50mm，=70mm，=85mm。3.3.5 另附机床联系尺寸图3.4 生产率计算卡根据加工示意图所确定的工作循环及切削用量等，就可以计算机床生产率并编制生产效率计算卡。生产率计算卡是反映机床生产节拍或生产实际生产率和切削用量动作时间生产纲领及负荷率等关系的技术文件。它是用户验收机床生产效率的重要依据。3.4.1 理想生产率Q理想生产率Q（单位为件/h）是指完成年生产纲领A（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。它与全年工时总数有关，一般情况下，两班制取4600h。则 3.4.2 实际生产率实际生产率（单位为件/h）是指所设计机床每小时实际可生产的零件数量。即 式中 生产一个零件所需要时间（min），可按下式计算： 式中,为刀具工作进给长度，单位为mm; ,为刀具工作进给量，单位为mm/min； 分别为动力部件快进快退形成长度，单位为mm；当加工沉孔，止口，倒角、光整平面时，动力滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转510r所需时间（min）； 动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取56m/min；用液压动力部件时取310m/min；查组合机床设计表2-3取5m/min。 直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取0.1min； 工件装卸卸（包括定位或撤销定位夹紧或松开清理基面或切屑及吊晕工件等）时间。它取决于装卸自动花程度工件重量大小装卸是否方便及工人的熟练程度。通常取0.51.5min。这里取1min。则 min =2.56Q计算出的机床实际生产率能满足理想生产率要求，时可行方案。3.4.3 机床负荷率，机床负荷率为二者之比。即 414 组合机床多轴箱设计4.1 多轴箱的选择多轴箱由通用零件如箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构组成，标准厚度180mm，立式机床多轴箱前盖兼作油池，加厚到70mm，后盖厚度为90mm。箱体内腔安排两排32mm宽的齿轮。箱体宽度和高度根据配套滑台的规格按规定的系列尺寸（组合机床设计简明手册 表7-1）选择，选定多轴箱的编号为800630T0711-11。箱体材料为HT200，前后盖材料为HT150。多轴箱后盖与动力箱法兰尺寸可查表查出，其结合面上连接螺孔、定位销孔及螺孔位置相适应。查组合机床设计简明手册图7-1及表7-3通用多轴箱体结构尺寸及螺孔位置宽度方向（B）螺孔距：前壁：=30mm，=30mm，=190mm，=350mm，=510mm，=670mm，=730mm；后壁：=30mm，=50mm，=250mm，=450mm，=650mm，=730mm。高度方向（H）螺孔距：前壁：=50mm，=210mm，=370mm，=530mm，=580mm;后壁：=50mm，=210mm，=370mm，=530mm，=580mm。上盖螺孔距：=100mm，A=600mm，=193mm，=387mm，=580mm；侧盖螺孔距：=180mm，=250mm，=115mm，=230mm。其他：=100mm，=125mm，=55mm，=25mm，=M12，=M16，=M20，=90mm，=40mm，=14mm，=40mm，=35mm，=18mm，=30mm，=43mm，=18mm，=16mm，=8mm，=12mm，R=30mm。 4.2 多轴箱设计原始依据图根据“三图一卡”绘制多轴箱设计原始依据图，主要内容为：1、 根据机床联系尺寸图绘制多轴箱外形图，标注轮廓及动力箱驱动轴的相对位置尺寸。2、 根据联系尺寸图和加工示意图，标注所有主轴位置及工件与主轴、主轴与驱动轴的相对位置尺寸。3、 根据加工示意图标注各主轴转速及转向。4、 列表标明各主轴的工序内容、切削用量和外伸尺寸等。5、 标明动力部件型号及其性能参数等。注：1.材料及硬度：材料HT250，硬度180230HB2.主轴外伸尺寸及切削用量轴号主轴外伸尺寸（mm）切削用量备注工序内容n（rmin-1）V(mmin-1)f(mmr-1)1、2、340镗119.5mm的孔12045.03108 1、2、340镗122.5mm的孔12046.161081、2、340镗128.5mm的孔12048.421084.3 多轴箱传动设计4.3.1 传动方案设计多轴箱传动设计，是根据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转速要求，涉及传动链，把驱动轴与各主轴联系起来，使各主轴获得预定的转速和转向。在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下，力求使传动轴和齿轮的规格、数量最少。尽量不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴负荷，影响加工质量。为了使结构紧凑，多轴箱内齿轮副的传动比一般要大于（最佳传动比为），后盖内齿轮传动比允许取至；尽量避免升速传动。用于粗加工主轴的齿轮，应尽可能设置在第排，以减少主轴的扭转变形。另外应注意，刚性镗孔主轴上的齿轮，其分度圆直径要尽可能大于被加工孔的孔径，以减少震动，提高运动平稳性。根据三主轴要求转速等技术参数都相同，并且呈直线分布的情况，可在主轴连线的垂直平分线上设传动轴，由其上的一个或几个齿轮来带动各主轴。初步拟定多根传动轴对称传动方案：三主轴是中心对称的，可设计对称的传动轴，以简化设计。初步拟定传动方案图如下：此方案中轴4、5、6都是传动轴，4在中心线上，5、6型号相同以中心线相对称。根据选用的1TD50-动力箱，其输出转轴速为485r/min，要求的主轴转速为120r/min，可计算出总传动比，选定由电动机输出轴到传动轴4的传动比为，传动轴4道主轴1的传动比为。查组合机床简明设计手册表7-22可以初步选定动力箱齿轮为32440-1T0741-41，宽度取84mm。4.3.2 确定传动轴位置及齿轮齿数传动轴4取在驱动轴0的正下方，垂直方向位置待齿数确定后便可确定。驱动轴0和传动轴4之间的传动比为，则传动轴4上第排齿轮齿数为，转速为r/min，可确定驱动轴0与传动轴4之间的距离为108mm。传动轴4第排齿轮与主轴1上的齿轮齿合，主轴1与传动轴4之间的距离为=216mm，又知道传动轴4到主轴1的传动比为，我们取齿轮模数为3mm，轴4直径均为50mm，可求出=25，=50。主轴1的转速为。取第排齿轮模数也为3mm，已知即，传动轴4和主轴2的距离为，可求出，=56，。由此可以确定传动轴5和主轴2的转速为r/min。 ，所以齿轮5在齿轮2、4连线向外偏移一部分。传动轴6、主轴3和传动轴5、主轴2关于中心线对称。即=56，=56，=121.25。4.3.3 润滑油泵和手柄轴的安置本多轴箱采用叶片油泵润滑，油泵供油至分油器经油管分送到第二排齿轮和第三排齿轮。本箱体尺寸中等，主轴数目较少，因而只设置一个润滑油泵。由于是立式机床，油在前盖内，由油管分散引至最高排齿轮上面，使主轴箱内的传动件得到润滑，所以把油泵安装在前盖内，油泵齿轮放在第三排。在主要传动环节安排好之后，给油泵轴安排一个合适的位置。叶片润滑泵的使用转速为400800r/min，叶片润滑油泵的中心线离油面的高度不应大于400500mm。本设计中选用ZIR12-2液压泵（z=24，m=3）。油泵轴转速，输油量按照组合机床设计简明手册图7-13选取，供油量Q=2.8L/min，吸油高度H=0.68m，查表7-4可知注油量为11L。多轴箱设置手柄轴，用于对刀、调整或装配检修时检查主轴精度。为了扳动起来方便，手柄轴的转速应尽可能高些，其所处位置要靠近机床操作者的一侧，并且是便于下扳手的地方。另外，手柄轴的周围应由较大的空间，以便扳动一次手柄轴的转角不小于60度。传动系统安排好后，按上述要求从传动轴中选择一根作为手柄轴。本设计中选定传动轴6作手柄轴，周围有足够大的空间可以进行上述操作。4.3.4 演算各主轴转速。（ 符合要求）4.3.5 多轴箱坐标计算 为了便于多轴箱体的加工，我们选择坐标原点为定位销的直角坐标系为加工基准坐标架。根据原始依据图算出驱动轴、主轴坐标尺寸如表所示：坐标销孔驱动轴O主轴1 主轴2主轴3X0.000350.000350.000620.00080.000Y0.000169.500390.000390.000390.000传动轴4与驱动轴1定距，已知，又知，=169.500，则主轴3、传动轴4与传动轴5定距，已知=350.000，=277.500，=80.000，=390.000，则=292.500mm，=126.000mm，=168.000mm 作5a34，垂足为a，查组合机床设计可知=167.358mmmmmmmm则：=+-=228.84 =+-=312.088过主轴1和传动轴4做直角坐标系，传动轴5和传动轴6关于x轴对称。已知mm，mm则：mm 安排油泵轴7齿轮与传动轴0齿轮啮合，且传动轴0与油泵轴7连线与中心线角度为450，已知，则， 各传动轴坐标尺寸如表所示：坐标销孔驱动轴O主轴1 主轴2主轴3传动轴4传动轴5 传动轴6油泵轴7X0.000350.000350.000620.00080.000350.000228.840471.160400.907Y0.000169.500390.000390.000390.000277.500312.088312.088118.5934.3.6 验算各坐标点由中心距允许误差可知mm（符合要求）mm（符合要求）因为传动轴5、6关于传动轴4与主轴一的中心线（符合要求）mmmm（符合要求）4.4 主轴、传动轴、齿轮的确定及动力计算4.4.1 主轴型式和直径、齿轮模数的确定1、主轴选用滚锥轴承短主轴，可承受较大的径向和轴向力，且结构简单，装配调整方便。与刀具刚性连结。主轴直径按加工示意图所示主轴类型及外伸尺寸可初步确定为50mm。主轴直径的计算： 式中： d轴的直径（mm） M轴所传递的扭矩（Nmm）； 轴的抗扭截面模数（），实心轴的 ；许用剪切应力（N/mm2），45钢的=31N/mm2B系数。在本计算中取B=7.3。经过计算，初定的主轴直径满足要求，确定主轴直径d=50，型号为50T0721-42。主轴材料采用40Cr钢。2、齿轮模数按照公式估算： 式中 P齿轮所传递的功率，单位为kW z 一对啮合齿轮中小齿轮的模数 n小齿轮的转速，单位为r/min选定模数为3，并且所有传动关系之间使用相同模数。4.4.2 多轴箱所需动力的计算多轴箱所需功率按下列公式计算：主轴的切削功率按照选定的切削用量按公式计算获得；轴的空转功率按组合机床设计简明手册表4-6确定；每根轴上的功率损失为1%。已知,则： 4.4.3 传动轴的确定根据组合机床设计简明手册 表4-4选择传动轴参数及型号。d=50mm，型号为50T0731-41。传动轴用45钢，调制T235。主轴与传动轴装配表：轴号轴颈轴的型号转速T0741-91齿轮0404853244015050-1T0721-41121.25350502、35050-1T0721-41121.253565045050-1T0731-44242.532850325503425055050-1T0731-43121.253565065050-1T0736-43121.25356507叶片液压泵ZIR12-2及齿轮（z=24，m=3）d=20续轴号T0721-51套T0721-52键套T0721-84键123120123615021.55065.514282、35065.55021.51428450165021.55021.512501422147055065.55021.5142865065.55021.514287续轴号 滚动轴承30210512106014012112、322242526274.4.4 验算传动轴的直径因为 式中，B系数，查组合机床设计表3-19可知传动轴B=5.2，主轴B=7.3则：N/m=137835N/mm40mm（符合要求）N/m=267400N/mmmm50mm（符合要求）N/m=175641N/mm50mm（符合要求）N/m=169340N/mmmm50mm（符合要求）4.4.5 计算齿轮强度 因为镗刀主传动为轻载传动，因此只验算接触强度。选择驱动轴齿轮验算，选齿轮材料为40Cr（调质），硬度为300HBS，齿轮的接触疲劳强度极限=770Mpa。齿宽B=32mm。组合机床为一般工作机，速度不高，故选用7级精度。根据公式： 式中 材料弹性系数，查机械设计手册表232-29，取=189.8 节点区域系数，查机械设计手册图232-16，取=2.5 接触强度计算的重合度与螺旋角系数，查机械设计手册图232-17，取=0.84851=0.8485 使用系数，查机械设计手册表232-24， 动载系数，查机械设计手册式232-12 齿间载荷分配系数，查机械设计手册表232-28，=1.0 齿向载荷分布系数，查机械设计手册式232-13，=1.36 圆周力 齿宽,b=32mm 分度圆直径,d=72mm 传动比，取u=2式中有关数据及系数如下： m=3mm、z=23、=485r/min、得出 ： 755.97Mpa770Mpa4.5 多轴箱总图及零件图的绘制4.5.1 多轴箱总图设计 多轴箱总图设计包括主视图、展开图，编制装配表，制定技术条件四部分。主视图表明主轴位置及齿轮传动系统，齿轮齿数、模数。主视图标明轴号、各轴的转速和转向，画出润滑系统。展开图表明：1、 轴的结构、齿轮结构及所在排数，采用简化的展开图并以装配表相配合，表明多轴箱各轴组件的装配结构。2、 对于2、3主轴和5、6传动轴，结构相同且位置对称，只分别画出一根，用轴号标明。3、 展开图上完整标注箱体的厚度尺寸及箱壁和内腔有关联系尺寸，主轴外伸长度等。4、 总图用局部剖视图表明动力箱于后盖及前后盖与箱体间的定位结构。4.5.2 多轴箱技术条件 多轴箱总图上注明多轴箱部装要求。即：1、 多轴箱制造和验收技术条件：多轴箱按ZBJ58011-89组合机床多轴箱制造技术条件进行制造，按ZBJ58012-89组合机床多轴箱验收技术条件进行验收。2、 主轴精度：按JB3043-82组合机床多轴箱精度标准进行验收。4.5.3 多轴箱零件设计多轴箱总图设计中，大多数部件是通用零件、标准件和外购件，主轴专用轴、刀杆及特殊轴套另外绘有零件图。多轴箱体根据多轴箱总图要求，绘出了需要补充加工的部位。4.6 镗刀具的设计镗刀在镗杆上一般倾斜一个角度安装，以便使镗刀在镗杆内有较长的安装长度并有足够的位置安装压紧调整螺钉。为了避免镗刀在加工时因工件材质不均而“楔”入工件，一般镗刀刀尖稍低于孔中心，这样还可以增大镗刀的支撑面。镗刀不宜在镗杆外悬伸出过长，以免刚性不足。镗孔直径D、镗杆直径d、镗刀截面BxB之间的关系，一般按（D-d）/2=（11.5）B考虑，并按照组合机床设计表3-16选择镗刀截面为20x20mm，由此确定镗刀的外伸尺寸分别为：16.25mm、13.25mm、11.75mm。本工序为粗镗孔，则选择标准刀具T0615-52(硬质合金镗刀头)。镗刀在镗杆上用螺钉压紧。为调整镗刀方便，在镗刀后面设调整螺钉，为加大压紧力及避免扭坏，采用内六方螺钉。因考虑到不用镗模板，所以选镗刀为方截面，因为在截面积相同时其弯曲刚性较好，镗刀制造简单，只是刀杆上的方孔制造较复杂。镗杆应有一定的强度和刚度。为使镗杆前导向部分由较高的硬度，采用低碳合金制造并渗碳淬火。镗杆制造和装配时注意压紧螺钉之间的距离不宜太近，镗刀槽的地尖角等处应有较大的倒角，以免热处理时产生裂痕或熔化。5 夹具滑台和专用夹具设计夹具是组合机床的重要组成部件，是根据机床的结构方按和加工工艺、零件结构特性专门设计的。用于实现被加工零件的准确定位和加压，及装卸工件的限位等作用。本课题中的被加工零件气缸体用下体面定位，采用一面两销定位方式，销是固定在支撑面上的固定销，配合上下运动的专用传送带使用。5.1 零件定位分析5.2 零件夹紧分析及计算5.2.1 夹紧分析本设计选用底面为定位基准，底面及底面上的两个13的孔定位，顶面加紧。选用非标准件13的的圆柱销和菱形销定位，销与销孔的公差配合为。零件在组合机床上加工时，工件依靠夹具上的定位支撑系统获得对于刀具及其导向的正确相对位置，依靠夹紧来消除工件因受切削力的作用而产生的位移和振动，使工件在加工过程中能继续保持定位所得到的正确位置。组合机床上广泛采用液压夹紧机构，本设计采用液压缸直接夹紧。夹紧机构设计由三个部分组成：夹紧元件确定为六个分三组分布在被加工零件上表面的压板；中间传动部分是专门设计的传动连杆。夹紧动力部分采用液压夹紧，在夹具空腔内夹紧元件的相应位置分别安装液压缸，利用压力油作为夹紧动力，通过中间传动机构使夹具的夹紧元件执行加紧动作。液压夹紧夹具操作简便，易于集中控制、程序控制和实现自动化，工作压力高，油缸结构尺寸小，便于实现过载自动保护，元件便于标准化。此外，由于油液不可压缩性，液压夹紧能够维持较好的刚性。液压传动易于实现复杂的自动工作循环，并且可以采用统一的液压系统来控制大量的夹紧机构，所以夹紧的液压动力与动力滑台、夹具滑台和专用传送带的液压动力由统一的液压泵提供。5.2.2 夹紧力的相关计算：刀具切削圆周力 N三根主轴的总圆周力 F=按照下面公式计算夹具垂直于零件上表面的夹紧力：式中 摩擦系数，按照机械设计手册（机械部分）表43.4-1选取0.15 夹具提供的总夹紧力，为六个压板传递压力之和。每个压板传递的压力，即液压缸的拉力为N选工作压力：按照机械设计手册表43.4-3各种机械常用的系统工作压力选组合机床工作压力为3-5MPa。综合上述考虑，选定动作压力为3 MPa。按照表43.6-42 冶金设备标准液压缸技术规格 选缸径D=63mm的液压缸，型号为Y-HG1-C63/36990，技术参数如下：缸径D/mm活塞杆直径/mm工作压力16MPa油口尺寸/mm速度比推力/kN拉力/kN通径联结螺纹1.462=1.46=263364549.8833.5924.4315M2725.2.3 定位误差的分析计算定位销与销孔的配合为13H6/g5基本尺寸13属于大于10mm小于18mm，由互换性与测量技术基础表2.2得IT6=0.011，IT5=0.008。对于基准孔H6的EI=0,其ES=EI+IT6=0.011mm对于g5，由表2.4得es=-0.006mm,则：ei=es-IT5=-0.006-0.008=-0.014mm由此可得13H6= ，其最大间隙为 0.011+0.014=0.025mm查机床夹具设计手册表1-1-12可知：工件在夹具中的定位误差为： 转角误差为：其中：第一定位孔与圆定位销间的最小间隙；第二定位孔与削边销间的最小间隙；第一定位孔尺寸上偏差；圆定位销尺寸下偏差；第二定位孔尺寸上偏差；削边定位销尺寸下偏差。则定位误差为：mm转角误差为：5.3 夹具滑台的选择夹具滑台确定选用1HY系列液压滑台，卧式配置。根据已经确定的机床型号和机床尺寸联系图，选用1HY80型液压滑台。在上滑台上表面设计长条形支撑面，作为安装定位销的基面和本身作为定位面使用，所以加工精度尤其是平面度要能保证零件的加工要求。滑台侧底座选用1CC801，并根据装料高度做适当加工，以满足本设计的要求。5.4 夹具设计5.4.1 夹具体的设计夹具体与所选的上滑台相配套，宽度相同，用沿宽度方向分布的16个螺栓装配在滑台上。由左右两部分组成，分别装夹在零件的两侧，中间为带有支撑板的空腔，用来安装液压缸和夹具传动装置，夹紧部分伸出夹具体外，对零件上表面实施垂直向下的夹紧力夹紧。夹具体长度方向的外壁上设计有与液压缸位置对应的方孔，方便液压缸的安装和维修，方孔用盖盖住，盖用螺栓固定在夹具体上。5.4.2 夹紧和传动部分的设计夹紧和传动部分的结构图如下，拉杆底面为方形，中间有螺孔，与液压缸杆向连。拉杆上半部分是四棱柱，如图，沿长度方向加工出光孔，穿入轴，轴两端伸出拉杆支撑在压板内相应的槽内。执行夹紧动作时，活塞杆向下施加拉力，压板在轴的带动和垂直束缚的压板套限制下向下运动，压板头部压紧工件。在执行松开动作时，活塞杆向上运动，压板向上运动，在压板尾部凹槽下壁碰到挡杆时凹槽上壁已经越过压板套，此时压板向右倾斜，完成松开动作。设计总结 毕业设计即将结束，慢慢品味这半年的生活，发现自己在不知不觉中学到了许多东西。经过近两个月地调研、查阅资料、定方案、计算、设计，我终于完成了柴油机汽缸体工艺及其专用机床设计的全部内容，在感到欣慰的同时，我深深地感觉到自己知识的匮乏。通过这次组合机床的设计，我把以前学过的专业知识和在一些参考资料上查到的相关内容综合运用到我的毕业设计过程中去，培养了我遇到问题后解决问题的能力。在设计过程中，经常会遇到一些自己没有接触过的东西，这就需要我查阅相关资料，并进行创新设计，例如：1.在组合机床多轴箱主轴连接方式中多数参考资料所用的都是浮动连接，而我所需要的是刚性连接，这就需要对主轴、刀具进行专门设计，为保证其刚度还对多轴箱进行部分修改；2.本设计所加工的零件是比较大的，这样如果选用标准液压滑台和滑台侧底座就会使装料高度过高，并使刀具和夹具之间的距离不大，这样使更换刀具和调整刀具产生一定的麻烦，为了避免这种情况就需要对滑台侧底座进行加工，直到装料高度满足要求；3.在工件的加工过程中，为了提高工作效率，并保证加工精度，这就需要设计专用的液压夹具。像这样的问题在设计中遇到的还有很多，想要把每个问题都处理的很好并不是一件简单的事，这就需要在设计中，不断查阅大量的相关资料和马老师讨论相关问题，从中寻找最好的解决办法。在这次设计中我明显的发现了自己的许多不足之处，比如说粗糙度和公差配和的选用，以及设计结构的合理性，这些问题虽然说随着设计的进行有了一定的改善，但还是有不小的问题的。希望各位老师指出错误，让我有更多的学习机会。由于本人水平有限而且缺乏经验，加之时间不太充足，设计中不妥之处在所难免，历经将近三个月的毕业设计即将结束，敬请各位老师对我的毕业设计作最后的检查。致谢本次毕业设计是在马玉平老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他们严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从设计方案的确定到设计的最终完成，马老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。特别是他们开朗的性格和宽容的态度，帮助我能够很快的融入我们这个新的团体 ，在此谨向老师们致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在此，我还要感谢在一起做毕业设计的同组同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至设计的顺利完成。感谢同宿舍的同学们对我学习生活上的支持和帮助，才使我的设计在一个良好的学习生活环境中进行。感谢大学几年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础。老师的教育不仅让我学到了专业知识，掌握了相关技术，提高了自身素质，更使我对人生充满了憧憬。在往后的征途中，我会加倍努力。在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到设计的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无尽的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要再次感谢指导我毕业设计的马玉平老师，谢谢你!参考文献1 谢家瀛. 组合机床设计简明手册. 机械工业出版社，1998 2 大连组合机床研究所. 组合机床设计. 机械工业出版社，1975-63 王秀伦等. 机床夹具设计.中国铁道出版社，1984 4 HIRAM EGRANT. 夹具非标准夹紧装置. 机械工业出版社，1975 5 徐灏. 机械设计手册.机械工业出版社，北京：机械工业出版社，2000.66 吴宗泽等. 机械设计课程设计手册. 北京：高等教育出版社，1999 7 李庆余. 机械制造装备设计. 北京：机械工业出版社，2003.8 8 大连组合机床研究所. 组合机床设计参考图册. 机械工业出版社，1975 9 鲁屏宇. 工程图学. 北京：化学工业出版社，200110 丛凤延 迟建山. 组合机床设计. 上海科学技术出版社，1993.8 11 沈阳工业大学 大连铁道学院 吉林工学院. 组合机床设计. 上海科学技术出版社，1985.112 许晓旸. 专用机床设备设计. 重庆大学出版社，2003.3 13 周诵明. 机械类专业毕业设计指导书. 华中理工大学出版社，1975