气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计【毕业论文+CAD图纸全套】

本科毕业设计（论文）通过答辩 气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计 摘 要 ： 本设计主要针对 气缸体 左、右两个面上 43 个孔 的 多工序加工、生产 效率低、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。 课题设计了一台气缸体双工位专用钻床 。用于钻削气缸体一侧面上 12 30 深 110 的挺柱 孔， 另一侧扩 12 41、锪挺柱孔 41 端面，并钻削顶面 12 8 和 7 6 的水孔。该机床设计的重点是总体设计和部件设计两部分。总体设计包括机床配置型式的确定、结构方案的选择以及 “ 三图一卡 ”的绘制。部件设计包括绘制 左主轴 箱设计原 始依据图、确定主轴和齿轮、完成动力计算、设计传动系统、绘制多轴箱装配图和零件补充加工图。机床采用卧式双工位两 面加工的方案，加工和装配 工艺性好，零件装夹方便。采用液压滑台实现刀具进给，借助导套引导刀具实现精度和稳定的加工。主轴采用标准主轴，刀具选用复合麻花钻，使得工序集中。 关键词 ： 气缸体；组合机床；结构设计；双工位；钻削 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 ox is at on 3 on of in In to of of a is is 0mm 10mm on of to 0mm on mm mm is of of of of of of of of of of it is to to of by In to to be 气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计 2 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 目录 1 前言 . 4 2 总体设计 . 6 体方案论证 . 6 工对象工艺性的分析 . 6 床配置型式的选择 . 6 位基准的选择 . 6 定切削用量及选择刀具 . 7 择切削用量 . 7 算切削力、切削扭矩及切削功 率 . 8 择刀具结构 . 8 合机床总体设计 “三图一卡 ” . 9 加工零件工序图 . 9 工示意图 . 9 床联系尺寸图 . 10 床生产率计算卡 . 13 具轮廓尺寸的确定 . 17 3 组合机床左主轴箱设计 . 18 制左主轴箱设计原始依据图 . 18 轴结构型式的选择及动力计算 . 20 轴结构型式的选择 . 20 轴直径和齿轮模数的初步确定 . 20 轴箱动力计算 . 21 轴箱传动系统的设计与计算 . 21 算驱动轴、主轴的坐标尺寸 . 21 订主轴箱传动路线 . 21 动轴的位置和转速及齿轮齿数 . 22 轴箱中传动轴坐标的计算及传动轴直径的确定 . 25 动轴坐标的计算 . 25 动轴轴径的确定 . 28 的强度校核 . 29 轮校核计算 . 31 轴箱中传动轴坐标检查图的绘制 . 34 4 结论 . 35 参 考 文 献 . 36 致 谢 . 37 附 录 . 38 气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计 4 1 前言 本次设计的课题是气缸体双工位专用钻床总体及左主箱设计，用于 一侧钻削12 30 深 110 的挺柱孔；另一侧扩 12 41、锪挺柱孔 41 端面，并钻削顶面 12 8 和 7 6 的水孔。 该课题来源于恒力机床厂。本设计主要针对原有的机体左、右两个面上 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左主轴箱的设计，右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，组合机床左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。 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的专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方法，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，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，并可用来组成自动生产线。正如文献 1中所说， 组合机床对多孔钻削加工具有较大的优势，它按孔的坐标分布位置 实行一次加工，保证了孔的坐标位置尺寸精度。 这也是本次设计的目的所在，设计这台组合机床，就是为了在保证加工精度的基础上，提高生产效率。 组合机床的设计，目前基本上有两种方式：其一，是根据具体加工对象的特征进行专门设计，这是当前最普遍的做法。其二，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人和技术人员总结出生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业在完成一定工艺范围内的组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专用组合机床”。这种组合机床不 需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。 总之，组合机床一般用于加工箱体类或特殊形式的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削端面、切削平面、切削内外螺纹以及加工圆和端面等。二十世纪 70 年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。 本说明书以设计卧式双面钻 孔组合机床为主线，阐述了总体设计和左主轴箱设计的过程。在第 2 章中着重介绍了组合机床的总体设计。在总体设计中，首先是被加工零件的工艺分析，然后是总体方案的论证，在比较了许多方案之后，结买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 合本道工序加工的特点最终选择卧式双面的机床配置型式。再结合本道工序的特点选择刀具。根据选择的切削用量，计算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再确定刀具的大小和型式。在确定这些设计计算后，然后是绘制组合机床的“三图一卡” 被加工零件工序图、加工示意图、机床总图和生产率计算卡。在第 3章中，主要介绍了左主轴箱的设计。左主轴箱的设计是 组合机床设计中的一个重要的组成部分。左主轴箱设计时，首先确定绘制左主轴箱设计原始依据图，接着对主轴结构型式选择和动力的计算，然后对主轴箱传动系统进行设计与计算，在对左主轴箱中的传动轴直径和传动轴在箱体中的位置进行计算，最后对轴和齿轮的强度进行校核，绘制出主轴箱中传动轴坐标检查图。 气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计 6 2 总体设计 体方案论证 工对象工艺性的分析 机床被加工零件特点 该加工零件为气缸体。材料是 度： 187 255在本工序之前各主要表面、销孔已加工完毕。 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“ 完成，因此，本设备的主要功能是完成气缸体左、右两个面上一共 31个孔的加工。具体加工内容及加工精度是： a) 左面 12 个孔：钻削 12 30 深 110 的挺柱孔，表面粗糙度 孔位置度公差为 b) 右面 31 个孔：另一侧扩 12 41 孔，表面粗糙度 孔位置度公差为 钻削顶面 12 8和钻 7 6的水孔， 表面粗糙度 孔位置度公差为 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。 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。 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一面两销定位，以左端面为定位基准面，限制三个自由度；一个圆锥销限制两个自由度；再用一个菱形销限制剩下的一个自由度。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 定切削用量及选择刀具 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根据其中工作时间最长 ,负荷最重 ,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。 3个孔的切削用量的选择 1) 孔 120，深 110查 1第 130页表 6由 d 22 50，硬度大于 187 255择 v=16 24m/ v=20m/f r,又 d=30进时 mm/r 根据公式： 1000(2得： 1 0 0 0 2 0 2 1 2 . 3 / m i 取 n=220r/ 2) 扩孔 12 30 到 12 41，深 110 1第 131 页表 6孔切削用量得：由 d 40 60，硬度大于 187 255择 v=10 18m/取v=f r, 取 f=r,d=41 1 0 0 0 1 5 . 5 1 7 0 / m i 3)钻孔 7 6，深 35 查 1第 130页表 6 d 1 6， 187 255择 v=10 18m/ v=15m/f r,取 f=r,d=61 0 0 0 1 5 7 9 6 . 2 / m i n , 8 0 0 / m i r n r 取4)钻孔 12 8，深 35查 1第 130 页表 6速钻头切削用量得：由 d 6 12， 187255 选 择 v=10 18m/取 v=15m/f r, 取f=r,d=81 0 0 0 1 5 5 9 7 / m i n , 6 0 0 / m i r n r 取气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计 8 算切削力、切削扭矩及切削功率 根据 1第 134页表 60 f H B （ 2 1 . 9 0 . 8 0 . 610T D f H B （ 2 9740（ 2 0 2 pF f a H B= （ 2 0 . 7 5 0 . 8 0 . 63 1 . 6T D f H B= （ 2 式中， F 切削力（ N）； T 切削转矩（ N）； P 切削功率（ v 切削速度（ m/ f 进给量（ mm/r）； D 加工（ 或钻头）直径（ 布氏硬度， m a x m a x m i H B H B H B 在本设计中，55，87，得 32。 由以上公式可得： 左面 单根 1 6轴 F= T= P=右面 单根 1 12轴 F= T= P=3 19轴 F= T= P=0 31轴 F= T= P=的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和 左面 面 2 2 选择刀具结构 根据工艺要求及加工精度的要求，钻 12 30孔时采用锥柄阶梯麻花钻头，钻头材料高速钢刀柄材料 40工部分直径 30 梯圆锥角 30 ，导向部分直径 40孔 12 41时选用套装式锪孔钻直径 41头材料高速钢，刀柄材料 40 12 8孔时选用锥柄麻花钻，直径 8头材料高速钢，刀柄材料 40 7 6孔时选用锥柄麻花钻，直径 6头材料高速钢，刀柄材料 40 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 合机床总体设计 “三图一卡” 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，表示所设计的组合机床（或自动线）上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙 度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在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据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。工序图见附录 4 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。零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系， 机床的工作行程及工作循环等。加工示意图见附录 23 具的选择 刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。孔 30 选择刀具 30 30 孔到 41 选择刀具 41装式锪孔钻；孔 8 选择刀具 8 6选择刀具 6柄麻花钻。 定主轴、尺寸、外伸尺寸 在该课题中，主轴用于钻孔，选用滚珠轴承支承。又因为浮动卡头与刀具刚性连接，所以该主轴属于长主轴。故本课题中的主轴均为滚珠轴承长主轴。 根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩 T， 由 10 (2式中， d 轴的直径（）； T 轴所传递的转矩（ N m）； B 系数，本课题中主轴为非刚性主轴，取 B= 由公式可得： 左主轴箱： 轴 1 6 d= 右主轴箱： 轴 1 12 d=30 轴 13 19 d= 轴 20 31 d= 根据主轴类型及初定的主轴轴径，查 1第 44页表 3 主轴轴径 d=时，主轴外伸尺寸为：2/ 6 5 / 4 4L=135；接杆莫氏圆锥号为 4号。 气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计 10 主轴轴径 d=30时，主轴外伸尺寸为：2/ 5 0 / 3 6L=115；接杆莫氏圆锥号为 3号。 主轴轴径 d=时，主轴外伸尺寸为：2/ 3 0 / 2 0L=115；接杆莫氏圆锥号为号。 主轴轴径 d=时，主轴外伸尺寸为：2/ 3 0 / 2 0L=115；接杆莫氏圆锥号为号。 力部件工作循环及行程的确定 a) 工作进给长度 工作进给长度 等于加工部位长度 L=110轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度1 即： 12L L L L 工(2式中切入长度1 10，根据工件端面的误差情况确定。 查 1 2 1 ( 3 83 ）(22 1 3 0 3 8 1 33L m m （ ）两 个面上钻孔时的工作进给长度见下表： 表 2作进给长度 L 1L d 2L 工L 左主轴箱 110 10 30 15 135 右主轴箱 41 30 b）进给长度的确定 快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置。初步选定左右两个主轴箱上刀具的快速进给长度分别为 190和 200。 c）快速退回长度的确定 快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。由已确定的快速进给和工作进给长度可知，左右两面快速退回长度分别为 340和 330。 d）动力部件总行程的确定 动力部件的总行程 为快退行程与前后备量之和。左面的前备量取 40 ，后备量取 250 ，则总行程为 630 ；右面前备量取 40 ，后备量取 260 ，则总行程为 630 。 床联系尺寸图 择动力部件 A动力滑台的选择 a）动力滑台形式的选择 本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台具有如下优点：买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 在相当大的范围内进给量可以无级调速；可以获得较大的进给力；由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长；工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现；过载保护简单可靠；由行程调速阀来控制滑台的快进转工 进，转换精度高，工作可靠。但采用液压滑台也有其弊端，如：进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定；液压系统漏油影响工作环境，浪费能源；调整维修比较麻烦。本课题的加工对象是气缸体左面 12个孔和右面上的 31个孔，位置精度和尺寸精度要求较高，因此采用液压滑台。 由此，根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理等因素，确定机床为卧式双面单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主轴箱钻孔主轴。 b）动力滑台型号的选择 根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，按 1 1 多 轴 箱（ 2 式中，各主轴所需的向切削力，单位为 N。则： 左主轴箱 6 6 7 8 8 . 1 5 4 0 7 2 8 . 9 多 轴 箱右主轴箱 1 2 8 6 9 . 3 4 6 7 5 4 3 . 1 1 1 2 8 6 5 . 6 8 2 4 6 2 2 . 0 8 2 多 轴 箱实际上 ,为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于 箱。又考虑到所需的最小进给速度、切削 功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的稳定性，由 1 5、右两面的液压滑台均选用 1 1 5：台面宽 B=400面长 00程长 630台及滑座总高 360座长 1875许最大进给力 32000N，快速行程速度5m/进速度 500mm/ B动力箱型号的选择 由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和 ，根据 1公式 切 削多 轴 箱（ 2中 , 消耗于各主轴的切削功率的总和（ ； 多轴箱的传动效率 ,加工黑色金属时取 轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。本课题中，被加工零件材料为灰铸铁，属黑色金属，又主轴数量 较多、传动复杂，故取 。 左主轴箱： 9P 削则 9 100 . 9P K w多 轴 箱右主轴箱： 8 w切 削气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计 12 则 8 . 4 1 0 . 50 . 8P K w多 轴 箱根据液压滑台的配套要求，滑台额定功率应大于电机功率的原则，查 1 115表 5表 2力箱及电动机的型号选择 动力 箱型号 电动机型号 电动机功率(电动机转速(r/输出轴转速(r/左主轴箱 1 1 1460 730 右主轴箱 1 1 1460 730 定机床装料高度 H 装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。本课题中，工件最低孔位置2 88h 主轴箱最低主轴高度1 160h 所选滑台与滑座总高3 360h 侧底座高度4 500h 夹具底座高度5 380h 中间底座高度6 600h 综合以上因素，该组合机床装料高度取 H=930。 定主轴箱轮廓尺寸 图 2轴箱轮廓尺寸确定 主要需确定的尺寸是主轴箱的宽度 及最低主轴高度1h。主轴箱宽度 B、高度 置有关，可按下式计算： 12B b b（ 2 11H h h b （ 2 式中， b 工件在宽度方向相距最远的两孔距离（）； 1b 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（）； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 h 工件在高度方向相距最远的两孔距离（）； 1h 最低主轴高度（）。 其中，1 88h 、机床装料高度（ H=930 ）、滑台滑座总高（3 360h 、侧底座高度（4 500h 等尺寸有关。对于卧式组合机床， 保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐1 8 5 1 4 0h m m，本组合机床按式 1 2 3 40 . 5h h H h h （ 2 1 8 8 9 3 0 0 . 5 3 6 0 5 0 0 1 5 7 . 5h m m 右主轴箱轮廓尺寸为： 8 9 3 , 2 2 3b m m h m m,取 1 ，则求出主轴箱轮廓尺寸： 8 9 3 2 3 7 . 5 9 6 8B m m 11 2 2 3 1 5 7 . 5 3 7 . 5 4 1 8H h h b m m 根据上述计算值 ,按主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱 轮廓尺寸为 B H=1000 630。 对左轴箱计算公式与方法相类似，其轮廓尺寸均为 1000630 由表 7盖 55盖 90间箱体宽 180 机床总图见附录 1 床生产率计算卡 图 2左动力头循环 气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计 14 图 2右动力头循环 单件工时： 1212f f f t t t t tv v v 快 进 快 退切 移辅 停 装单（ 2 式中 12 分别为刀具第、第工作进给长度 ,单位为 12 分别为刀具第、第工作进给量 ,单位为 mm/ 当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时，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 转所需的时间，单位为 快 退、 分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为 动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取 5 6m/液压动力部件时取 3 10m/ 直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取 工件装、卸（包括定位或撤销定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及吊运工件）时间。它取决 于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。通常取 如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求，即1则必 须重新选择切削用量或修改机床设计方案。 左面： 1 0 5 4 5 2 . 3 9 m i 4 4 工 进 停机1 5 0 3 5 0 0 . 1 1 . 5 1 . 6 8 3 m i t 快 进 快 退移辅 装 卸2 . 3 9 1 . 6 8 3 4 . 0 7 m i 单右面： 7 0 6 0 2 . 1 7 m i 6 0 工 进 停机买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 2 0 0 3 3 0 0 . 1 1 . 5 1 . 6 8 8 m i t 快 进 快 退移辅 装 卸2 . 1 7 1 . 6 8 3 . 8 5 m i 单对多面和多工位加工机床，在计算时应以所有工件单件加工最长的时间作为单件工时，所以选 4 m 单，则1 60 1 4 4 Q （件 /小时）。 想生产率 Q（件 /h） 理想生产率是指完成年生产纲领（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。用 1第 51页公式 t （ 2 计算，式中， N 年生产纲领（件），本课题中 N=60000件； 全年工时总数，本课题以双班制，则 4600 则 60000 1 3 . 0 4 /4600 际生产率 /h） 实际生产率是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。即公式 1第51页 单（ 2 式中， 生产一个零件所需时间（ 则 60000 1 3 . 0 4 /4600 床负荷率 机床负荷率为理性乡生产率与实际生产率之比。即公式 1第 52页 1 （ 2 则 11 3 . 0 4 8 8 . 4 %1 4 . 7 4 气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计 16 表 2床生产率计算卡 被加工零件 图号 毛坯种类 铸件 名称 柴油机气缸体 毛坯重量 250料 度 250序名称 钻扩双工位组合 工序号 序号 工步名称 加工直径 加工长度 工作行程 切削速度 m/分钟转速 每转进给量 进给速度 工时（ 机加工时间 辅助时间 共计 1 左滑台快进 150 6000 2 左滑台工进 30 105 20 77 3 左滑台工进 41 45 20 44 4 左滑台快退 350 6000 移动工作台 快进 62 400 6 移动工作台 快进 10 100 左滑台快进 150 6000 8 左滑台工进 30 105 20 77 9 左滑台工进 41 45 20 44 10 左滑台快退 350 6000 1 右滑台快进 200 6000 12 右滑台工进 41 70 60 13 右滑台工进 8、 6 60 15 60 14 右滑台快退 330 6000 5 移动工作台 快退工退 注