柴油机气缸体钻削组合机床总体及左主轴箱设计方案

柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计摘要： 本课题设计了 ZH1105W柴油机气缸体卧式三面钻削组合机床。课题来源于江动集团。该组合机床是针对ZH1105W柴油机体左、右、后三个面上31 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。 ZH1105W气缸体三面钻床的设计，主要是为了提高加工效率和质量、降低加工成本。根据被加工工件的特点以及加工工艺的要求，进行了总体设计。选定了定位基准，确定了机床的配置形式以及工件的定位夹紧方案，选择了合适的切削用量、刀具及动力部件。总体设计主要是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。在完成总体设计的基础上，绘制左主轴箱设计的原始依据图，拟订传动系统，确定传动参数，设计轴的结构，并进行齿轮、轴等相关零件的强度校核计算。本设计结构合理，为使组合机床能够尽快投入生产应用，配置结构中充分使用了标准及通用部件。工艺性良好、方案可行、有实际使用价值。该机床能满足孔的加工要求，提高生产效率、降低工人劳动强度。关键词： 组合机床；总体设计；左主轴箱设计本设计来自：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：81910401/12The Designof General and Left-side Spindle Box Three-side Drilling Modular Machine for the Engine Cylinder BodyAbstract: This subject is to design the ZH1105W diesel engine cylinder body which drills and expands and makes the lathe up horizontally and three-sidedly. The subject comes from the JiangdongGroup. It makes up lathe to ZH1105W diesel oil organism Left deviation, Right deviation, Behind deviation31 hole large processesprocess to its time, the productivity is low, the problem and designing of the precision of position with great error. Thus guarantee the precision of position of the hole, improve production efficiency, and reduce workers labor intensity.In order to improve the working efficiency and products quality and make the machining cost lower, the three-side drilling machine for the ZH1105W cylinder body. Based on the character and the process analysis of the workpiece, the designing system is made. After the location datum are designated, the disposition of machine and the mechanism clamping system being determined, the reasonable cutting data, the cutter and the power part are chosen. Overall it is process into part process picture, process sketch map, lathe contact size general drawing and work out productivity calculating the card to draw mainly to design. The primitive basis charts of the left-side spindle box were drawn。 the transmission system and the parameter are drafted. Then, the structure of the axis is designed and the intensity checks of the components of the gear, axis and so on are carried on. The project organization reasonable, for it makes up lathe drop the production application into as soon as possible to make,have disposed and fully used thestandard part in common use in the structure. The craft is good, the scheme is feasible, and actual use value. This machine can satisfy the requirement of high precision of the hole. Production efficiency and labor strength are improved by this process.Keywords： Modular machine tool 。 The Design of General。 The Design of Left-side Spindle Box2/12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简况 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工艺路线的确定 32.1.3定位基准和夹紧部位的选择 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 组合机床左主轴箱设计 163.1绘制左主轴箱设计原始依据图 163.2主轴结构型式的选择及动力计算183.2.1主轴结构型式的选择 183.2.2主轴直径和齿轮模数的初步确定183.2.3主轴箱动力计算 193.3主轴箱传动系统的设计与计算19计算驱动轴、主轴的坐标尺寸19拟定主轴箱传动路线19传动轴位置和转速及齿轮齿数203.4主轴箱中传动轴坐标的计算及坐标检查图的绘制26传动轴坐标的计算26坐标检查图的绘制323.5左主轴箱中变位齿轮的计算 333.6传动轴直径的确定和轴强度的校核 34轴径的确定 34轴的校核 343.7齿轮校核计算 364结论 39参考文献 40致谢 41附录 423/121 前言1.1课题内容本课题是设计一台三面钻削的组合机床，来对ZH1105W 柴油机气缸体三面 31 个孔进行加工，并且保证相应的位置精度。在完成“三图一卡”，即机床尺寸联系总图、工序图、加工示意图和生产率计算卡之后，我主要完成左主轴箱的设计。1.2课题来由课题背景本课题主要来源于盐城市江动集团。设计这个课题主要是为了在一台组合机床上能同时进行三个面的 31 个孔的钻孔加工。在完成这一目的的同时，还应保证这 31 个孔的加工精度和位置精度。因此在钻削过程中，机床是以通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的，刀具是靠钻模板来保证其位置精度的，并且利用一次装夹减少加工时间，从而达到精度高、成本低、效率高的要求。课题要求本工序加工内容为：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 612.4，表面粗糙度均为 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 机床应能满足加工要求，保证加工精度，被加工孔的表面粗糙度为Ra12.5；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 主轴箱能满足机床总体方案的要求 机床应尽量选用通用件，以便降低制造成本。1.3组合机床国内外发展简况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4/12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组合机床的设计思路如下：首先制定了合理的工艺方案，然后按照工艺方案的需求来确定机床的配置型式，选择通用部件，设计专用部件和工作循环的控制系统，最后在总体设计完成的基础上进行左主轴箱的设计。为了表达该组合机床设计的总体方案，在设计时要绘制“三图一卡”，即 ZH1105W 柴油机气缸体的加工工序图、加工示意图，机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等。然后根据“三图一卡”进行组合机床的设计、调整和验收。为了表达左主轴箱设计，在设计时要绘制主轴箱设计原始依据图，选择主轴结构型式及进行动力计算，设计和计算主轴箱传动系统，计算传动轴坐标，校核轴和齿轮的强度等。在组合机床诸多零件中，主轴箱与组合机床密切相关，是组合机床的重要组成部件。主轴箱是选用通用零件，按专用要求设计的，所以是组合机床设计过程中工作量较大的零部件之一。就主轴箱设计来说，主要问题集中在传动系统的设计上。由于通常采用一根动力轴带动多根主轴的工作方式，因此各传动轴必须设法在有限的标准箱体空间中找到适宜的分布位置。轴的分布设计必须保证各轴的转速、旋向、强度和刚度。5/122 组合机床总体设计2.1 工艺方案的拟定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。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6/12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 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。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 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。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 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7/12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。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6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：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。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、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8/121。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。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。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 钻孔 114： 6.7 深度 L=19mm由于 d6 12mm，硬度大于 200240HBS，查 1表 6-11 选择切削速度 v=1018m/min，进给量 f 0.10.18mm/r，又由 d1=6.7mm，取定=10m/min，=0.1mm/r=475r/min=47.5mm/min由钻孔 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 f 0.18 0.25mm/r，又由 d2=12.4mm，取定=10.3m/min，=0.18mm/r=264r/min=47.5mm/minB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 d6 12mm，硬度大于 200240HBS，查 1表 6-11 选择切削速度 v=1018m/min，进给量 f 0.10.18mm/r，又由 d1=6.7mm，取定=10m/min，=0.1mm/r=475r/min=47.5mm/minb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 f 0.10.18mm/r，又由 d2=8.5mm，取定=12.6m/min，=0.1mm/r=475r/min=47.5mm/minC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，硬度大于 200240HBS，查 1表 6-11 选择切削速度 v=1018m/min，进给量 f 0.18 0.25mm/r，又由 d1=12.4mm，取定=10.3m/min，=0.18mm/r10/12=264r/min=47.5mm/min孔的编号见被加工零件工序图。计算切削力、切削扭矩及切削功率2-1）2-2）2-3）式中： F切削力 N ）；T切削转矩 N mm）；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，2-4）本设计中， HBmax=240， HB min=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=14 0.0744+0.2134=1.255kW）右面 PW=90.0744+0.1161=0.7857kW）后面 PW=60.2134=1.2804kW）实际切削功率：根据手册， P=1.5 2.5） PW，因为是多轴加工，故取定 P=1.5 PW 则左主轴箱 P=1.51.255=1.9kW）右主轴箱 P=1.50.7857=1.2kW）后主轴箱 P=1.51.2804=1.9kW）确定主轴尺寸及外伸尺寸2-5）式中： d轴的直径；11/12T轴所传递的转矩 NM ）；B系数。 左主轴箱：轴 114 d=6.2=12.3右主轴箱：轴 19 d=6.2=12.3后主轴箱：轴 16 d=6.2=18.5mm）考虑到安装过程中轴的互换性、安装方便等因素，则左主轴中：114主轴直径都取 15，15 主轴的直径取 20；右主轴中： 1 9 主轴直径都取 15，10 主轴的直径取 15；后主轴中： 16 主轴直径都取 20。12/12