毕业设计（论文）-4缸发动机油底壳组合钻床Ⅱ主轴箱设计.doc

黄河科技学院毕业设计说明书 第II页 单位代码 学 号 100105022 分 类 号 密 级 毕业设计说明书4缸发动机油底壳组合钻床主轴箱设计院（系）名称工学院机械系专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师年 5 月 5 日黄河科技学院毕业设计说明书 第V 页4缸发动机油底壳组合钻床主轴箱设计摘 要本次设计是在了解4缸发动机油底壳的基本结构，组合机床的基本配置方式、工艺范围、加工精度、经济分析及发展趋势以及组合机床各通用部件的功能及特点的基础上，进行的组合机床总体设计和主轴箱设计。本次设计的机床用来进行油底壳底面的12个孔加工。本设计的前期具体工作是分析影响组合机床方案制定的主要因素，制定工艺，确定机床配置形式及结构方案，选择切削用量三要素，选择刀具，确定切削力、切削扭矩、切削功率、刀具耐用度。中期的具体工作是了解通用主轴箱的组成，在前期工作的基础上绘制主轴箱设计的原始依据图，选择主轴结构型式，进行动力计算，设计传动方案并计算主轴箱的主轴坐标及确定传动零件的尺寸。后期主要工作是在传动方案确定之后，对传功方案里的传动系统进行校核，主要包括对齿轮模数的校核和轴的校核。在满足生产各方面要求的前提下，绘制轴向装配总图及主轴箱局部剖试图。主轴箱传动方案为：驱动轴0轴通过15号轴上的第3排齿轮带动中间传动轴15轴，传动比为1。15号轴通过第二排齿轮带动16号传动轴。16号传动轴通过14、17、24、25传动轴上的第二排齿轮带动13、18、23、26号传动轴。13、18、23、26号传动轴通过第一排齿轮传递给1、2、3、4、9、10、11、12号主轴。18和23号传动轴分别通过19、22号传动轴带动20和21号传动轴上的第二排齿轮。20和21号轴通过20和21号轴上的第一排齿轮传递给5、6、7、8号主轴。关键词：组合机床，主轴箱，孔加工，传动方案 4-cylinder engine sump Combination Drilling II spindle box designAuthor: Li changTutor : Jia baiheAbstractThis design is to understand the basic structure of the 4-cylinder engine oil pan, the basic configuration of the machine tool, the range of technology, precision machining, economic analysis and development trends, as well as the general components of thecombination of machine functions and characteristics on the basis of conducted designof the overall machine tool design and the spindle box. The design of the machine used for the sump bottom surface 12 of hole machining.The early stage of this design work is to analyze the main factors of the combination ofmachine tool programming, to develop technology to determine machine configuration in the form and structure of programs, select the three elements of the cutting parameters,select the tool to determine the cutting force, cutting torque, cutting power, tool lifedegrees. The medium-term work is to understand the composition of the commonspindle box drawn in the preliminary work on the basis of the original basis of the spindle box diagram, select the spindle structure type, dynamic calculation, the design of thetransmission scheme and the calculation of the coordinates of the headstock spindle andto determine the transmission parts size. The main work of the late in the transmissionscheme for the drive system transfer power scheme checking, including the modulus ofgear check and check. Meet the production requirements of the various aspects of the premise, draw axial assembly of the General Plan and spindle box breakout attempt to.Transmission scheme of spindle box: ,0 through 15 on the axis of the third rows of gear drives the intermediate shaft 15 shaft, transmission ratio is 1. No. 15 shaft gear drives the transmission shaft line No. 16 through second. No. 16 shaft, 17, 24 through 14, 25 drive shaft second rows of gear drives the 13, 18, 23, 26 drive shaft. 13, 18, 23, 26, a transmission shaft through the transmission gear to the first row of 1, 2, 3, 4, 9, 10, 11, 12 spindle. 18 and 23 transmission shafts are respectively by 19, 22, 20 and 21, the drive shaft drives the transmission shaft second rows of gear. 20and 21 axis through the first row of the gear shaft 20 and on the 21th passed to 5,6,7,8No. spindle.Keywords: machine tool, spindle box, hole processing, transmission scheme目 录1 绪论11.1组合机床的型式及其特点11.2组合机床工艺范围及加工精度21.2.1组合机床的工艺范围21.2.2组合机床的加工精度21.3采用组合机床的经济分析31.4组合机床的发展趋势41.4.1提高通用部件的水平41.4.2发展适应中、小批生产的组合机床41.4.3采用新刀具41.4.4发展自动监测技术51.4.5扩大工艺范围52 组合机床总体设计62.1组合机床的方案设计62.1.1拟定方案阶段62.1.2技术设计阶段62.1.3工作设计阶段62.2零件分析62.2.1 4缸发动机油底壳的功用和结构特点62.2.2基准的选择72.2.3加工阶段的划分73 绘制“三图一卡”93.1加工工序图93.1.1被加工零件工序图的作用和要求93.1.2被加工零件工序图的内容93.1.3编制被加工零件工序图的注意事项93.2加工示意图103.2.1被加工零件示意图的作用103.2.2被加工零件示意图的内容103.2.3选择刀具、工具及导向装置103.2.4确定动力部件的工作循环及工作行程143.2.5其它应注意的问题143.2.6加工示意图简图153.3机床联系尺寸图153.3.1被加工零件联系尺寸图的作用153.3.2被加工零件联系尺寸图的内容163.3.3动力部件的选择163.3.4组合机床其它尺寸的确定174 多轴箱主轴箱设计184.1 多轴箱的基本结构184.2通用多轴箱设计184.2.1绘制多轴箱设计原始依据图194.2.2主轴、齿轮的确定及动力运算204.2.3多轴箱传动设计234.2.4多轴箱坐标计算、绘制坐标检查图264.3多轴箱的传动设计方案294.3.1传动设计方案分析294.3.2传动系统的设计计算294.3.3传动系统的校核计算344.4 绘制多轴箱总图及零件图414.4.1多轴箱总图设计414.4.2多轴箱零件设计42结 论44致 谢45参考文献46黄河科技学院毕业设计说明书 第 13 页1 绪论1.1组合机床的型式及其特点组合机床使用系列化、标准化的通用部件和少量的专用部件组成的多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高校专用机床，其生产率比通用机床高几倍至几十倍，可进行钻、镗、铰、攻丝、车削、铣削等切削加工。组合机床的通用部件和标准件约占70-80%,这些部件是系列化的,可以进行成批生产.其余20-30%的专用部件是由被加工零件的形状,轮廓尺寸,工艺和工序来决定,如夹具,主轴箱,刀具和工具等。在批量生产中为了提高生产率，必须要缩短加工时间和辅助时间，而且尽可能使辅助时间和加工时间重合，使每个工位装夹多个工件同时进行多刀加工，实行工序高度集中，因而广泛采用组合机床。一般的组合机床主要有六部分通用部件及两部分专用部件组成。以复合立式三面钻孔组合机床，它由侧底座、力主底座、力主、动力箱、滑台及中间底座等通用部件及多轴箱、夹具等专用部件组成。组合机床的专用部件往往也是由大量的通用零件和标准件组成。组合机床按主轴箱和动力箱的安置方式不同可分为以下几种型式：1、卧式组合机床（动力箱水平安装）。2、立式组合机床（动力箱垂直安装）。3、侧斜式组合机床（动力箱倾斜安装）。4、复合式组合机床（动力箱具有上述两种以上的安装状态）。在以上四种配置型式的组合机床中，如果每一种之中再安置一个或几个动力部件时，还可以组成双面或多面组合钻床。由组合机床的组成可以明显地了解其特点，与通用机床及其它的专用机床比较，具有如下特点：1、要用于加工箱体类零件和杂件的平面和孔。2、生产率高。因为工序集中，可多面、多轴、多刀同时自动加工。3、加工精度稳定。因为工序固定，可选用成熟的通用部件、精密夹具合作的工作循环来保证加工精度的一致性。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，而且通用部件可组织批量生产。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各种类型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利用。1.2组合机床工艺范围及加工精度1.2.1组合机床的工艺范围目前，组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序。平面加工包括铣平面、锪（刮）平面、车端面；孔加工包括钻、阔、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹、锪沉孔、滚压孔等。随着综合自动化的发展，其工艺范围正扩大到车外圆、行星铣削、拉削、推削、磨削、珩磨及抛光、冲压等工序。此外，还可以完成焊接、热处理、自动装配和建材、清洗和零件分类及打印等非切削工作。组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工、缝纫机和自行车等工业领域的大批、大量生产中已获得广泛应用，一些中小批量生产的企业，如机床、机车、工程机械扽制造业中也亦推广应用。组合机床最适宜加工各种大中型箱体类零件，如气缸盖、气缸体、变速箱体、电机座及仪表壳等零件，也可以用来完成轴套类、轮盘类、叉架类和盖板类零件的部分或全部工序的加工。1.2.2组合机床的加工精度组合机床的加工精度简述如下：、孔加工孔的尺寸精度采用铰孔或精镗孔时，孔的精度可达H6级，表明粗糙度为，孔的圆度在孔径尺寸公差一半范围内。加工有色金属时，采用精密夹具，经过34次加工，精度可以稳定地达H6级，表面粗糙度可达。孔的同轴度当从两面多轴加工时，孔的同轴度一般为.当从一面进行精镗孔，并且采用固定式夹具，镗刀杆两端都有精密导向装置，夹具在精度良好的条件下，在长度内，被加工零件几个孔的同轴度可保证在以内。当分别从两面对同一轴线上的孔进行单轴加工时，在有中间精密导向装置条件下，其同轴度亦可保证在。孔的平行度在组合机床上加工，孔与孔相互之间的平行度以及孔对加工基面的平行度，在长度内可达。孔的位置精度孔的位置精度与夹具、机床的型式和精度有很大的关系。在固定式夹具的机床上镗孔，孔间距离和孔的轴线与定位基面的位置精度可稳定地达到。在多工位机床上，由于回转工作台会回转鼓轮存在定位误差，则加工精度不高。如果在同一工位上，若有悬挂式活动钻模板，对孔进行精加工时，其位置精度可达到。、平面加工在组合机床及其自动线上常用铣削、刮削、车削（端面）和拉削等方法加工平面。一般采用铣削头、滑台和滑座等通用部件，根据被加工工件的工艺要求组成单面、双面以及立式、回转台式等多种型式的组合铣床。当加工大型的箱体类工件时，一般采用铣削头固定、工件安装在工作台上移动的布局型式。这样的机床结构较简单，刚性较好，加工精度较高。在加工中小型工件时，通常将铣削头组成鼓轮式组合铣床或立式连续回转台式组合铣床，这类机床生产效率高，加工精度较低。在组合机床上加工平面的平直度可以达到在1000毫米长度内偏差0.020.05毫米，表面粗糙度微米。对定位基面的平行度可以保证在0.05毫米以内，到定位基面的距离（一般在500毫米以内）尺寸公差可以保证在0.05毫米以内。、止口加工多轴加工，采用动力滑台在死挡铁上停留的方法，其加工精度能达到0.150.25毫米；单轴加工，采用特殊结构，加工到终点使挡块顶在被加工工件的表面，一般精度可以达到0.080.10毫米。条件良好时，精度可以保证在0.020.045毫米以内。1.3采用组合机床的经济分析组合机床是一种高效率专用机床，有特定的使用条件，不是在任何情况下都能收到良好的经济效益。在确定设计组合机床前，应该进行具体的技术经济分析。根据设计任务，要在变速箱箱体上双面钻孔，孔的种类较多，总数也较多。若采用普通机床加工需反复进行，加工耗时较多，且不容易保证孔与孔间的位置精度。根据零件的形状及加工要求选取采用立式组合钻床，同时进行多孔加工。这样可以保证孔与孔之间的位置精度，且加工所需的时间大大缩短。除此之外采用组合机床对工人的要求很低，节约了劳动成本。综上所述，对于在变速箱箱体上钻孔采用组合机床，可以取得良好的经济性。1.4组合机床的发展趋势1.4.1提高通用部件的水平衡量通用部件技术水平的主要标准是：品种规格齐全，动、静态性能参数先进，工艺性好，精度高和精度保持性好。机械驱动的动力部件具有性能稳定，工作可靠等优点。目前，机械驱动的动力部件应用了交流变频调速电机和直流伺服电机等，使机械驱动的动力部件增添了新的竞争力。动力部件采用镶钢导轨（英度可达HEC5860）、滚珠丝杠、静压导轨、静压轴承、迟形皮带等较新的结构。支承部件采用焊接结构等。由于提高了部件的精度和动、静态性能，因而使被加工的工件精度明显提高，表面粗糙度减小。1.4.2发展适应中、小批生产的组合机床在机械制造工业中，中小批量生产约占80%。在某些中批量生产的企业中，如机床、阀门行业中、其关键工序采用组合机床。其中机床厂用组合机床加工主轴变速箱孔系，产品质量稳定，生产效率高，技术经济效果显著。发展具有可调、快调、装配灵活、适应多品种加工特点的组合机床十分迫切。转塔主轴箱式组合机床，可换主轴箱式组合机床以及自动换刀式数控组合机床可用于中、小批生产，但这类机床结构复杂，成本较高。带转塔式主轴箱的组合机床，由于转塔不能制造的太大，安装的主轴箱数量有限，因此只适应工序不多，形状不太复杂的零件加工。1.4.3采用新刀具近年来出现了多种新刀具，如具有镀层的硬质合金刀片、立方氮化鹏刀具、金刚石刀具、各种可转位的密赤铣刀，喷吸钻头，镶有可转位刀片的“短钻头”等。一般情况下，采用先进刀具的工时为原工时的。由于提高了刀具的耐用度，大大缩短了多刀组合机床停机换刀时间，提高了组合机床的经济效益。1.4.4发展自动监测技术组合机床的自动检测通常作为一个工位出现。自动检测包括对毛坯尺寸和工件硬度的检查、钻孔深度、刀具折断、精加工尺寸和几何形状的检查等。检查方法分为主动检查与被动检查。主动检查是将不合格的工件剔出，使之不往下个工位输送。被动检查则是发现不合格的工件时发现停机信号。目前主动检查应用的日趋广泛。由于电子元件迅速发展，集成控制器、微机处理的应用，使自动检测技术更加可靠。自动检测工位要进行数据处理，统计计算以及打印出有关数据或作为数字显示。自动监测技术的发展可以把被加工零件的实际尺寸控制在比规定公差更小的范围之内。还可以把加工后的工件按公差进行分组，以便按分组的公差带装配。实际表明，采用分组装配法提高产品的精度要比用单纯提高设备精度更为经济。1.4.5扩大工艺范围 组合机床出完成切削加工等工序外，还在逐步设计制造用于焊接、热处理、自动装配、自动打印、性能试验以及清洗和包装等用途的组合机床。2 组合机床总体设计组合机床是用已经系列化，标准化的通用部件和少量专用部件组成的多轴，多刀，多工序，多面或多工位同时加工的高效专用机床。在批量生产正为了提高生产率，缩短加工时间和辅助时间，而且尽可能使辅助时间和加工时间重合，使每个工位装夹多个工件，同时进行多刀加工，实行工序高度集中，必须广泛采用组合机床。 设计组合机床首先要分析零件，制定工艺规程，根据所加工的工序绘制“三图一卡”设计出本工序加工的多轴箱。以下是本次毕业设计组合机床的全过程。2.1组合机床的方案设计组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高度集中工序的原则设计的一种高效率的专用机床。设计组合机床前，首先应根据组合机床完成工艺的一些现状及组合机床各种工艺方案能达到的加工精度、表面粗糙度及技术要求，解决零件是否可以利用组合机床加工以及采用组合机床价格是否合理的问题。2.1.1拟定方案阶段拟定方案阶段包括制定工艺方案，确定机床的配置型式机结构方案，最后在此基础上进行图纸的设计。2.1.2技术设计阶段根据已确定的工艺和结构方案，按照加工示意图和机床联系尺寸图展开部件设计，绘制夹具、主轴箱等的装配图。2.1.3工作设计阶段绘制有关图纸，编制机床说明书。详细过程见下列步骤和所绘图纸。2.2零件分析2.2.1 4缸发动机油底壳的功用和结构特点油底壳是曲轴箱的下半部，又称为下曲轴箱。作用是封闭曲轴箱作为贮油槽的外壳，防止杂质进入，并收集和储存由柴油机各摩擦表面流回的润滑油，散曲部分热量，防止润滑油氧化。油底壳多由薄钢板冲压而成，内部装有稳油挡板，以避免柴油机颠簸时造成的右面震荡激溅，有利于润滑油杂质的沉淀，侧面装有油尺，用来检查油量。本次加工的4缸发动机油底壳由铸铁铸造成，硬度190240HBS。2.2.2基准的选择1、粗基准的选择根据粗基准选择原则，要保证主要加工表面的余量均匀及保证将来运动件（连杆，曲轴等）与油底壳各表面之间具有必要的间隙，。油底壳的主要加工表面有：主轴轴承座孔，凸轮轴轴承孔等，要保证它们的加工余量均匀，就应该选取主轴轴承座孔和气缸孔组为气缸体加工的粗基准。油底壳铸件，有铸造误差，表面粗糙不平，如果直接用所选的粗基准定位加工大平面（即后续工序的定位精基准），即产生的切削力大，所需夹紧力也大，易使工件变形。同时粗基准表面粗糙不平，也易使工件在加工中松动。所以在加工中采用面积较小距离较远的几个凸台作为过度基准，即首先以粗基准定位加工出过度基准然后用过度基准加工出精基准来。2、精基准的选择同其他箱体零件一致，油底壳加工中一般都选用底面及其上的两个工艺孔作为精基准。这样做的优点是：1）地面面积大，工件安装可靠，平稳，能简单可靠的约束工件的六个自由度2）后续工序基本上均以一面两孔定位，符合基准统一原则，减少了由于基准转换带来的加工误差。能保证各表面间的相互位置精度，例如，套筒与底面的垂直度，主轴中心孔中心线与凸轮轴之间的平行度。3）由于基准统一，可以简化夹具的设计和制造周期，使用维修方便，成本降低，减少了工件的翻转次数，减轻了工人的劳动强度，易实现自动线加工。4）加工主轴支撑座孔和凸轮轴轴承时，便于在夹具上设置镗杆的支撑导套，可以保证加工质量和切削用量2.2.3加工阶段的划分1基准加工在前面几道工序中把基准加工出来，即“基准先行”。2平面加工按照先面后孔的原则将各平面加工出来。3主要孔的粗加工将主要孔的粗加工安排在各面加工完成后进行。可以尽早暴露工件上的缺陷：粗加工中切去大部分余量后，内应力重新分布，使工件有较长时间充分变形，使精加工能得到比较稳定的加工精度。粗加工中切削力大，所需夹紧力也大，将粗加工放在前面，精粗加工分开，可以减少夹紧变形对精加工的影响。 次要工序加工：例如螺纹孔，油孔，倒角等，在各阶段中穿插进行。4主要孔的精加工包括半精镗，精镗缸套孔和主轴轴承座孔；轴承盖装配后，进行半精镗，精镗及研磨主轴轴承座孔给予只有相互位置精度要求的加工表面。这些是气缸体加工的关键程序。把主要孔的精加工作为最后的加工阶段，除上述原因之外，还可以防止这些表面加工过程中遭到破坏。3 绘制“三图一卡” 绘制组合机床“三图一卡”,就是针对具体零件,在选定的工艺和结构法案的基础上,进行组合机床总体法案图样文件设计。内容包括:绘制被加工零件工序图,加工示意图,机床联系尺寸图和编制生产率计算卡。本次设计工序是钻油底壳下表面的孔。3.1加工工序图3.1.1被加工零件工序图的作用和要求被加工零件工序图是根据制定的工序方案,表示所设计的组合机床上完成的工序内容,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,调速和检验机床精度的重要文件。3.1.2被加工零件工序图的内容1、被加工零件的形状和主要轮廓尺寸及本工作设计有关部位结构形状和尺寸。2、本工序所选用的定位基准,夹紧部位及夹紧方向。3、本工序加工表面的尺寸,精度,表面粗糙度,形位公差等级,技术要求以及对上道工序的技术要求。4、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。3.1.3编制被加工零件工序图的注意事项基面标注1、本机床加工部分的位置尺寸由定位基面标起，尤其在本机床加工，所选用的定位基面与设计基面不一致时，还必须对各孔要求的位置精度进行分析和换算，即把不对称公差的尺寸换算成对称公差尺寸。以便在进行夹具镗模孔设计和主轴箱设计时，确定镗模孔尺寸及主轴位置尺寸，并把各孔位置尺寸改为从定位2、对孔的加工余量要认真分析，在镗阶梯孔时，其大直径孔德单边余量应小于相邻两孔半径之差，以便镗刀能通过。在加工毛坯孔时，不仅要弄清楚加工余量，还需要注意孔的铸造偏心及铸造毛刺大小，以便设计相应尺寸的镗杆，保证加工能正常进行。3、对精镗机床必须注明是否允许有刀痕，以及允许退刀痕的形状。为了使被加工零件工序图清晰明了，能突出本机床加工内容，绘制时对本机床加工部件用粗实线表示，其尺寸打上方框，其余部位用细实线表示，定位基面符号用“”表示，夹压位置符号用表示。3.2加工示意图3.2.1被加工零件示意图的作用加工示意图是在工艺方案和机床总方案初步确定的基础上绘制的。是表达工艺方案、具