ZH1105柴油机气缸体三面粗镗组合机床后主轴箱设计【全套CAD图纸+毕业答辩论文】

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007 目 录 1前言 . 1 2 组合机床总体方案论证 . 3 合机床工艺方案的制定 . 3 . 3 . 3 . 4 . 4 2 2组合机床配置型式的选择 . 4 . 4 . 4 用量及选择刀具 . 5 . 5 削扭矩及切削功率 . 7 . 11 床 总体设计 三图一卡 . 11 . 11 . 12 . 14 . 17 . 19 . 19 .电动机的选择 .电动机功率的选择 .传动系统总传动比的确定及各级分传动比的分 .齿轮的设计 .齿轮参数的确定 .润滑及润滑元件 .其他附件 .结 论 .考文献 . 29 致 谢 . 30 附 录 . 31 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 1 前言 组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它能够对一种（或几种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨 削及滚压等工序，生产效率高，加工精度稳定。 组合机床具有如下特点： a要用于棱体类零件和杂件的孔面加工。 b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。 c加工精度稳定。因为工序固定，可选用成熟的通用部件、精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性。 d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。 e自动化程度高，劳动强度低。 f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，通用部件一般还可重复利用。 组合机床的设计，目前基本上有两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计，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，广大工人总结自己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。而且一些行业的在完成一定工艺范围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“专能组合机床”。这种组合机床就不需要每 次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是可以设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的具体需要，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。 交流 14951605 油机气缸体三面粗镗组合机床 (后主轴箱设计 ) 2 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 油机气缸体三面粗镗组合机床 (后主轴箱设计 ) 4 对于本课题的一些设计理论思路： a. 制定工艺方案 在这之前的一段实习期，我们深入现场，了解零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求等。确定在组合机床上完成的工艺内容及其加工方法。这里要确定加工工步数，决定刀具的种类和型式 b. 机床结构方案的分析和确定 根据总体方案确定机床的型式和总 体布局。要考虑实现工艺方案和保证加工精度、技术要求、生产效率等。 c. 组合机床总体设计 绘制机床联系尺寸图及加工示意图等。 e. 组合机床的部件设计和施工设计 这里要求确定机床各部件间的关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量及机床生产率即本人所进行的左主轴箱设计，根据主轴的分布，转速，转向以及尺寸要求等进行设计。 f. 采用组合机床，由于采用多轴多面加工就能大大地缩小占用面积，成倍或几十倍地提高劳动生产率。 发展组合机床及其自动线，对于机械制造业，特别是汽车、拖拉机、柴油机、仪器、仪表、矿山机械 、航空、纺织机械以及军工部门等生产的发展，有着很重要买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 的意义。在未来，组合机床及其自动线将获得更加迅速的发展，其发展对象为： a. 提高生产率 主要方法是改善机床的布局，增加同时工作的刀具，减少工序加工余量，提高切削用量，提高工作可靠性以及缩短辅助时间等。 b. 扩大工艺范围 现在组合机床及其自动线一般不是完成一个工件的某几道工序而通常是用于完成工件的全部加工工序。 c. 提高加工精度 现代在组合机床及其自动线上又纳入了很多精加工工序，并采用自动测量和刀具自动补偿技术，做到调刀不停车。 d. 提高自动 化程度 组合机床本身车则是全自动化方向发展的。为此，重点是解决工件夹压自动化和装卸自动化。 e. 提高组合机床的可调性 如可调的多工序多刀具的组合机床应采用数字程序控制。另外如自动换刀和自动控制切削用量的组合机床，特别是数字程控的发展，为发展这种机床创造了更有利的条件。 f. 创造超小型组合机床，是为了适应仪表工业小箱体的加工需要。这种机床体积小，效率高，并能达到高的加工精度。 在设计过程中，通过大量的参观实习和相关资料的查阅，考虑到实际生产条件，并从机床的合理性、经济性、工艺性、实用性及对被加工零件的 具体要求出发，确定了这个设计方案。在指导老师和同学的帮助下，最终完成了这一课题的设计。 油机气缸体三面粗镗组合机床 (后主轴箱设计 ) 6 2 1 组合机床总体方案的制定 本设计的加工对象为 料是 度 油机气缸体如图 2 6 . 3柴油机气缸体 艺路线的确立 根据先粗后精、先基准面后其它表面、先主要表面后次要表面的机械加工工序安排的设计原则，对柴油机气缸体的 工艺路线作如下设计： 工序 1 粗铣底、顶端面； 工序 2 粗铣左、右端面； 工序 3 粗铣前、后端面； 工序 4 半精铣底、顶端面； 工序 5 半精铣左、右端面； 工序 6 半精铣前、后端面； 工序 7 粗镗孔； 工序 8 半精镗孔； 工序 9 精镗孔； 工序 10 钻左面、右面、后面的孔； 工序 11 攻丝； 工序 12 钻上面、下面、前面的孔； 工序 13 攻丝； 工序 14 最终检验。 床的选择 根据任务书的要求 ：设计的组合机床要满足加工要求、保证加工精度；尽可能用通用件、以降低成本；各动力部件用电气控制、液压驱动。因此根据任务书要求和气缸体的特点初定卧式组合机床和立式组合机床两种设计方案。 卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。其特点是卧式组合机床重心底、振动小运作平稳、加工精度高、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 特点是立式组合机床重心高、振动大、加工精底、占地面买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 积小。 组合机床的通用部件分大型和小型两大类。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称 为小型组合机床。 机床带有一套固定的夹具，根据所需加工面数布置动力部件。动力部件可以是立式，卧式或斜式安装。工件安装在机床的固定夹具里，夹具和工件固定不动。动力滑台上的动力箱连同多轴箱或单轴切削头实现切削运动。 柴油机气缸体的结构为卧式长方体，从装夹的角度来看，卧式平放比较方便，也减轻了工人的劳动强度。考虑到机床运行的平稳性，选用单工位卧式组合机床。 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工序集中。本机床 加工时采用三面定位，底面为主要定位基准面，限制 3个自由度；右侧面以两个支承钉限制两个自由度；后侧面有一个支承钉，限制剩下的一个自由度。 台型式的选择 本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台具有如下结构特点： a 采用双矩型导轨结构型式，以单导轨两侧面导向，导向的长宽比较大，导向性好。 b 滑座体为箱形框架结构，滑座底面中间增加了结合面，结构刚度高。 c 导轨淬火，硬度高，使用寿命长。 d 液压缸活塞和后盖上分别装有双向单向阀和缓冲装置，可减轻滑台换向和退至终点时的冲击。 e 滑台分普通级 、精密级和高精度级三个精度等级，可按要求选用，提高经济性。 2 2 组合机床配置型式的选择 2 2 1 组合机床的配置型式 组合机床有大型和小型两种，大、小型组合机床虽有其共性，但又都有其特殊性。无论是适用范围，配置型式，通用部件和驱动方式都各有特点。 a工位组合机床 单工位组合机床通常是用于加工一个或两个工件，特别适合用于大中型箱体的加工。根据配置动力部件的数量，这类机床可以从单面或同时从几个方面对工件进行加工。 b工序组合机床 很多组合机床是按工件能够变位来配置的，工件的变位有手动和机动的方式。 这类机床工序集中程度高，如回转多工位机床的辅助时间和机动时间相重合，生产效率高，适用于大批量生产、需要多部位加工的中小零件。 2 2 2 选择机床配置型式和结构方案的一些问题： A. 被加工零件的特点对配置型式和结构方案的影响 a加工精度要求的影响； b机床生产率的影响； c被加工零件的大小、形状、加工部位特点的影响。 油机气缸体三面粗镗组合机床 (后主轴箱设计 ) 8 B. 机床配置型式和结构方案应注意的其它问题 a 适当提高工序集中程度 在确定机床的配置型式和结构方案时，要合理 解决工序集中的问题。在一个动力头上安装多轴，同时加工多孔 来集中工序，是组合机床最基本的方法，在一台机床上主轴数量有达 150 根左右的。但是，也不应当无限制的增加主轴数量，要考虑到动力头及主轴箱的性能和尺寸，并保证调整和更换刀具的方便性。 b 注意排除切削和操作使用的方便性 在多工位机床上应特别注意前一道工序遗留在孔中的切屑对后一道工序的影响。在选择多面机床时，应慎重考虑操作的方便性，要合适的确定装料高度，对于加工一般箱体件带固定式夹具的机床，一般采取 850 毫米，对于较小的工件可稍高一些。 c夹具形式对机床方案的影响 选择机床配置型式时要考虑夹具结构的实 现可能性和工作的可靠性。在决定加工一个工件的成套机床或流水线上个机床的型式时，还应当注意，使机床与夹具的形式尽量一致，尤其是粗精加工机床。这样不仅有利于保证加工精度，而且便于设计、制造和维修，也提高了机床之间的通用化程度。 定切削用量及选择刀具 择切削用量 16个被加工孔中，由于既有钻孔加工又有镗孔加工，所以选择切削用量时应综合考虑，钻孔切削用量从文献 9的 130页 表 6孔切削用量从文献 9的 130页表 6于钻孔的切削用量与钻孔深度有关，随孔深的增加而 逐渐递减，其递减值按文献 9的 131页表 6取。钻孔时，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，降低切削速度主要是为了提高刀具寿命。 A对右侧面上 5 个孔的切削用量的选择：保证进给速度相等 ： 孔 . 由 d 22度大于 190择 v=10f r,又d=定 v=f=r,则由文献 5的 43页知 d 1000（ 2 得： n=1000 154r/： 孔 由 d 22度大于 190择 v=10f r,又 d=定 v=f=r,则由 d 1000得： n=1000 230r/、 2： 于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁， v=35f考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取 v=35m/f=r，则 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 d 1000=1000 35/ ： 于刀具采用 硬质合金，加工材料为铸铁， v=35f考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取 v=40m/f=r，则 d 1000=1000 40/225r/ B对左侧面上 4 个孔的切削用量的选择：由于分两次进给，要同时考虑进给速度和转速，两次进给转速要相同，同次进给保证进给速度相同 ： 于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁， v=35f考虑到刀具寿命 ,加工余量应取小一点，故加工 第一次进给主要加工 定 v=50m/r,则 d 1000=1000 50/82r/ 第二次进给要同时镗 虑到轴向切削力，进给量应选小一点 ,取定v=r，则 d 1000=1000 95r/ 、 2： 2 于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁， v=35f考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取定 5m/r，则 d 1000=1000 35/ 同轴转速相同，进给速度一致，取定 5m/r 孔 由 d 22度大于 190择 v=10f r,又d=定第一次进给 r,则 d 1000=1000 157r/ 同轴转速相同，进给速度一致，取定 r C对后面上 1个孔的切削用量的选择 镗孔： 115/ 由于刀具采用硬质合 金，加工材料为铸铁，在 v=35f虑转速和进给速度的一直性，取定 v=36/40/45m/ 第一次进给，取定 r；第二次进给 ,取定 r，则d 1000=1000 155r/ （孔的编号见被加工零件工序图） 油机气缸体三面粗镗组合机床 (后主轴箱设计 ) 10 算切削力、切削扭矩及切削功率 根据文献 9的 134 页表 6 （ 2 （ 2 9740（ 2 根据文献 9的 134 页表 6 （ 2 （ 2 p （ 2 61200（ 2 式中， F、 N）； N）； m/ mm/r）； 钻头）直径（ 得 23。 由以上公式可得： 右面 1、 2轴 2 p 2 63149 61200 4轴 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 90128 97404 0 1 2 8 5 轴 9740 4 0 3 3 5 6 轴 9 42 2 2 p 61200 左面 1、 2轴 油机气缸体三面粗镗组合机床 (后主轴箱设计 ) 12 2 p 61200 3轴 孔径 p 33 孔径 p 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 3 6轴 0 . 7 5 0 . 5 55 1 . 43 3 0 9 . 6a f H 1 . 2 0 . 6 5 1 . 10 . 5 13 3 3 . 7a f H 3 3 0 9 . 6 1 7 . 9 0 . 9 6 86 1 2 0 0 6 1 2 0 0 W 后面 孔径为 p 0 612 00 孔径为 115p 5019366120 0 孔径为 8 4 9 8 油机气缸体三面粗镗组合机床 (后主轴箱设计 ) 14 63661200 (轴编号与孔编号相对应 ) 择刀具结构 根据加工精度、工件材料、工件条件、技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理地选择刀具。只要所选工艺方案可以采用刚性较好的镗杆，还是采用镗削方法，这是因为镗刀制造简单，刃磨方便。 当被加 工孔直径在 40上时，组合机床上多采用镗削加工，其加工精度可高达 1。 直径小于 40，选用钻削方法，钻头选用高速钢修磨棱带及横刃钻头。镗孔选用合金镗刀头。 直径大于 40，选用镗削方法，刀具材料为硬质合金。当加工阶梯孔时，选用阶梯杆，由于多刀加工，扭矩较大，所以要选用强度较好的刀杆材料： 41 合机床总体设计 三图一卡 加工零件工序图 A被加工零件工序图的作用和内容 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重要依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件的基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括： 压部位及夹紧方向。 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。 号、材料、硬度以及加工部位的余量。 B. 绘制被加工零件工序图的规定及注意事项 应按一定的比例，绘制足够的视图以及剖买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 面；本工序加工部位用粗实线表示；定位用定位基准符号表示，并用下标数表明消除自由度符号；夹紧用夹紧符号表示，辅助支承用支承符号表示。 a) 本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。 b) 对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析。 c) 当本工序有特殊要求 时必须注明。 图 2 图 2 被加工零件工序图 工示意图 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。 A. 导向结构的选择 组合机床钻孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀具系统的支承刚性。 本课题中镗孔采用旋转套导向，钻孔采用固定套导向。 B. 确定主轴、尺寸、外伸尺寸 在该课题中，主轴既有用于镗孔又有用于钻孔，镗孔选用滚锥轴承主轴，钻孔选用滚珠轴承主轴。镗孔时主轴与刀具采用浮动卡头连接，主轴属于短主轴；钻孔油机气缸体三面粗镗组合机床 (后主轴箱设计 ) 16 时主轴与刀具采用接杆连接，主轴属于长主轴。 根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩 T，由文献 9的 43页公式 4 10 式中， d 轴的直径（）； T 轴所传递的转矩（ N m）； B 系数，本课题中镗孔主轴为刚性主轴，取 B=孔主轴为非刚性主轴，取 B= 由公式可得： 左面 轴 1 d=30 取定 d=40 轴 2 d=30 取定 d=40 轴 4 d= 取定 d=40 轴 6 d= 取定 d=40 右面 轴 1、 2 d=37 取定 d=40 轴 4 d=34 取定 d=35 轴 5 d=28 取定 d=30 轴 6 d=35 取定 d=45 后面 轴径 d=55 轴径实际设计时确定 根据主轴类型及初定的主轴轴径，文献 9的 44页表 3锥主轴轴径 d=40时，主轴外伸尺寸为： D/7/48,L=135。滚锥主轴轴径 d=35 时，主轴外伸尺寸为： D/0/36,L=115。滚珠主轴轴径 d=30时，主轴外伸尺寸为： D/0/36,L=115 ；接杆莫氏圆锥号为 4。滚珠主轴轴径 d=30时，主轴外伸尺寸为： D/0/36,L=115 ；接杆莫氏圆锥号为 3。 C. 选择接杆、浮动 卡头 在钻孔时，通常都采用接杆（刚性接杆） ,各主轴的外伸长度和刀具均为定值，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；镗孔时，采用浮动连接。 D. 动力部件工作循环及行程的确定 工 的确定 工作进给长度 L 工 ，应等于加工部位长度 L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度 2之和。切入长度一般为 5根据工件端面的误差情况确定；镗孔时，切出长度一般为 5 当采用复合刀具时 ,应根据具体情况决定。所以得 出以下结果 : 左主轴箱：工进长度 :55主轴箱：工进长度 :95主轴箱：工进长度 :128mm 快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置。初步选定三个主轴箱上刀具的快速进给长度分别为 215， 255和 125 。 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买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 进给长度可知，三面快速退回长度分别为 270 ， 35053 2 930后主轴箱端面n=150r/8018212轴承 80 2 圈805 滚 动 轴 承 6 2 1 3 2768 195r/54r/30r/2r/57r/3 1 7 0 2 0 0 1 8 0 2 1 0 1 0 5 1 8 075 1 6 0?60?198156986?855022335?45?6520475 135?22?26?70706418251965 200?706?856?44110 245005?466?30225252426 26?1428 2622?706?856220 2051357510130 30630?2506?60615?20?15?20?30?706?6063734430滚动轴承图 2 加工示意图 床尺寸联系总图 A. 选择动力部件 根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，按文献 9的 62页公式 多轴箱 计算。 式中， 各主轴所需的 向切削力，单位为 N。 则 左主轴箱： 2 3 3 6 1 4 6 5 2 2 . 5 2 3 3 3 . 7 1 6 7 4 . 2 2 多 主 轴 箱 右主轴箱： 2 0 2 . 4 6 0 5 6 0 5 6 0 2 4 0 2 . 3 9 0 7 0 . 3 2 1 1 1 9 7 . 3 8 2 多主轴箱 后主轴箱： 5 2 3 4 5 2 4 5 2 1 4 2 7 多 主 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 F。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，由文献 9的 91页表 5、右、后面分别选用机械滑台 A 型，台面宽 400面长 800台及滑座总高为 320许最大进给力为 20000N；其相应的侧底座型号分为 111 由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和切削P，根据文献 9的 47页公式计算： 油机气缸体三面粗镗组合机床 (后主轴箱设计 ) 18 切削多轴箱 式中 , 切削P 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 工有色金属时取 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 5。 右主轴箱： 0 . 8 5 6 1 . 2 7 6 0 . 9 6 8 2 0 . 7 1 9 4 . 5 3 8P K W 切削则 4 . 5 3 8 5 . 3 30 . 8 5P K W多主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，查文献 9的115114 页表 5出动力箱及电动机的型号 ,见表 2 表 2力箱及 电动机的型号 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 11328 440 480 右主轴箱 11328 440 480 后主轴箱 1100 1440 720 侧底座 1高度 H=560度 B=600度 L=1350 B. 确定机床装料高度 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 主轴箱最低主轴高度 ，所选滑台与滑座总高 20，侧底座高度 60 ，夹具底座高度 45，中间底座高度 00，综合以上因素，该组合机床装料高度取 H=1005 。 C. 确定夹具轮廓尺寸 夹具是用于定位和夹紧工件的，所以工件轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据，由于加工示意图中对工件和靠模杆的距离，以及导套尺寸都作了规定，掌握了以上尺寸后，确定夹具总长尺寸 A， A=590 具底座高度应视夹具大小而定，既要求保证有足够的刚性，又要考虑工件的装料高度，一般夹具底座高度不小于240据具体情况，本夹具底座取高度为 345 D. 确定中间底座尺寸 在加工示意图中，已经确定了工件端面至主轴箱在加工终了时距离： 650 =800 根据选定的动力部件及其配套部件的位 置关系，并考虑动力头的前备量因素，通过尺寸链就可确定中间底座尺寸 L 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 L=2（ 23） L 1+ L 2+ L 3） 其中 于动力头支承凸台端面到滑座端面最小尺寸和动力头向前备量组成。 =585 确定中间底高度尺寸时，应考虑铁屑的储存及排除电气接线安排，中间底座高度一般不小于 540 本机床确定中间底座高度为 600 E. 确定 主轴箱轮廓尺寸 主要需确定的尺寸是主轴箱的宽度 及最低主轴高度 轴箱