基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及后主轴箱设计文库.doc

1、 目录1前言12 总体设计32.1 总体方案论证32.1.1 加工对象工艺性的分析32.1.2 机床配置型式的选择32.1.3 定位基准的选择32.2 确定切削用量及选择刀具32.2.1 选择切削用量42.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率62.2.3 选择刀具结构72.3 组合机床总体设计“三图一卡”72.3.1 被加工零件工序图72.3.2 加工示意图82.3.3 机床联系尺寸图92.3.4 机床生产率计算卡122.4 夹具轮廓尺寸的确定173 组合机床后主轴箱设计183.1 绘制后主轴箱设计原始依据图183.2 主轴结构型式的选择及动力计算193.2.1 主轴结构型式的选择193.2

2、.2 主轴直径和齿轮模数的初步确定193.2.3 主轴箱动力计算203.3 主轴箱传动系统的设计与计算203.3.1 计算驱动轴、主轴的坐标尺寸203.3.2 拟订主轴箱传动路线203.3.3 传动轴的位置和转速及齿轮齿数213.4 主轴箱中传动轴坐标的计算及传动轴直径的确定263.4.1 传动轴坐标的计算263.4.2 传动轴轴径的确定273.5 轴的强度校核273.6 齿轮校核计算303.7主轴箱中传动轴坐标检查图的绘制324三维建模334.1建模软件简介334.2建模过程345结论37参 考 文 献38致 谢39附 录401前言 本次设计的课题是基于三维的柴油机汽缸体三面钻削组合机床总体

3、及后主箱设计，水箱面钻11个孔，其中有五个6.7孔，深18；四个8.5孔，深22；一个6.7的孔，通孔；一个10.5孔，通孔；油底壳面钻21个孔其中有十六个6.7孔，深17；一个6.8孔，深66；四个13孔，通孔。后盖板面（缸尾）钻11个孔，其中有二个8.5孔，深20；一个7孔，深115；八个6.7孔，深18。该课题来源于盐城市江动集团。本设计主要针对原有的机体左、右、后三个面上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后主轴箱的设计，左主轴箱、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

4、合机床过程中，组合机床后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率专用机床。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、车平面；孔加工包括钻、扩、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

5、外，还可以完成焊接、热处理、自动装配和检测、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、军工及缝纫机、自行车等轻工行业大批大量生产中已经获得广泛的应用；一些中小批量生产是企业，如机床、机车、工程制造业中也已推广应用。组合机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，如汽缸盖、汽缸体、变速箱体、电机座及仪表壳等零件；也可用来完成轴套类、轮盘类、叉架类和盖板类零件的部分或全部工序的加工。本次毕业设计具体的课题是基于三维柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及后主轴箱设计。在设计前认真研究被加工零件的图样，被加工零件是柴油机气缸体，属于箱体类零件。根据柴油机气缸体的结构特点

6、、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度及生产率等要求，确定该机床为单工位卧式组合机床，机床采用卧式单工位三面加工的方案，加工和装配的工艺性好，零件装夹方便；为确保其加工精度，采用“三面”的定位方案；为实现无级调速，安全可靠，选择液压滑台；根据零件的大小及被加工孔的位置确定主轴箱的轮廓尺寸；由加工工艺选择滚珠轴承主轴，通过计算扭矩确定主轴和传动轴的直径；齿轮的模数是通过类比法确定； 齿轮齿数和中间传动轴的位置是由“计算、作图和多次试凑”相结合的办法确定。本课题需要解决的主要问题有：a.合理选择机床的配置形式及结构方案，主要部件的结构选择等。b.合理选择主轴箱的规格、型号，切削用量的选择，切削功率的计算

7、。c.确定各轴的结构、排布、配合关系，轴的强度、刚度校核等，尤其是传动系统的设计尤为重要。本组合机床效率高，成本低，加工精度高，操作使用方便，减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。2 总体设计2.1 总体方案论证2.1.1 加工对象工艺性的分析A. 本机床被加工零件特点该加工零件为气缸体。材料是HT250,硬度：190240HBS，在本工序之前各主要表面、销孔已加工完毕。B. 本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“ZH1105w三工位专用钻床”来完成，因此，本设备的主要功能是完成气缸体左、右、后三个面上一共43个孔的加工。具体加工内容及加工精度是：a) 水

8、箱面钻11个孔：依次钻削48.5深22、110.5深15、16.7深15、56.7深18的孔，表面粗糙度12.5，各孔位置度公差为0.02mm；b) 油底壳面钻21个孔：两侧钻413深16的孔，表面粗糙度12.5，各孔位置度公差为0.03mm；并钻削顶面166.7深17和钻16.8深66的孔，表面粗糙度12.5，各孔位置度公差为0.03mm。c) 后盖板面(缸尾)钻11个孔,一侧钻28.5深20的孔,表面粗糙度为12.5,各孔位置度公差为0.02mm,并钻削17深115及86.7深18的孔,表面粗糙度为12.5,各孔位置度公差为0.03mm。C. 本次设计技术要求:a)机床应能满足加工要求，保

9、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。2.1.2 机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。2.1.3 定位基准的选择组合机床是

10、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三面定位，以油底壳面为定位基准面，限制三个自由度；水箱面限制三个自由度；再用一个后盖板面限制三个自由度。2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 选择切削用量对于43个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从1第130页表6-11中选取。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6-12选取。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。钻孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差

11、，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,所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和每转进给量,在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。A.43个孔的切削用量的选择a) 钻孔48.5，深22mm 查1第130页表6-11高速钻头切削用量得由d612，硬度在200241HBS，选择v=1018m/min,f=(0.

12、10.18)mm/r。取，根据公式： (2-1) 得： 查1第131页表6-12根据孔深确定 ；b) 钻孔110.5，深15mm 查1第130页表6-11钻孔切削用量得：由d612，硬度在200241HBS，选择v=1018m/min, f=(0.10.18)mm/r。取，根据公式： 得： 查1第131页表6-12根据孔深确定 ；c)钻孔16.7，深15mm, 查1第130页表6-11高速钻头切削用量得：由d612，HBS在200241 HBS，选择v=1018m/min, f=(0.10.18)mm/r。取，根据公式： 得： 查1第131页表6-12根据孔深确定 ；d)钻孔56.7，深18m

13、m, 查1第130页表6-11高速钻头切削用量得：由d612，HBS在200241 HBS，选择v=1018m/min, f=(0.10.18)mm/r。取，根据公式： 得： 查1第131页表6-12根据孔深确定 ；e）钻16.8，深66mm，查1第130、131页表6-11、6-12高速钻头切削用量及深孔钻削切削用量递减表：由d612，HBS在200241 HBS，选择v=1018m/min, f=(0.10.18)mm/r。孔深为（810）d、f=(0.070.126)mm/r,取f-0.091mm/r。则： ；f）钻166.7，深17mm，查1由d612，HBS在200241 HBS，选

14、择v=1018m/min, f=(0.10.18)mm/r。取，根据公式： 得： 查1第131页表6-12根据孔深确定 ；g）钻孔413，深16mm, 第130、131页表6-11、6-12高速钻头切削用量及深孔钻削切削用量递减表：由d1222，HBS在200241 HBS，选择v=1018m/min, f=(0.180.25)mm/r。孔深为3d、f=0.185mm/r。则： ；h）钻孔28.5，深20mm, 查1第130页表6-11高速钻头切削用量得 由d612，硬度在200241HBS，选择v=1018m/min,f=(0.10.18)mm/r。取，根据公式： 得： 查1第131页表6-

15、12根据孔深确定 ；i) 17，深115mm, 查1第130、131页表6-11、6-12高速钻头切削用量及深孔钻削切削用量递减表：由d612，HBS在200241 HBS，选择v=1018m/min, f=(0.10.18)mm/r。孔深为（1520）d、f=(0.050.09)mm/r,取f-0.08mm/r。则： ；j) 钻86.7，深18mm，查1由d612，HBS在200241 HBS，选择v=1018m/min, f=(0.10.18)mm/r。取，根据公式： 得： 查1第131页表6-12根据孔深确定 ；2.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率根据1第134页表6-20中公式

16、（2-2） （2-3） （2-4）式中， F切削力（N）；T切削转矩（N）；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，在本设计中，得HB=223.33。由以上公式可得：左面 单根 2226轴 F=708.62N T=1509.775Nmm P=0.077kw 2730轴 F=899N T=2372.84Nmm P=0.122kw 31轴 F=708.62N T=1509.77Nmm P=0.077kw 32轴 F=1110.53N T=3545.095Nmm P=0.182kw 右面 单根 14轴 F=2249.17N T=

17、8701.58Nmm P=0.24kw520轴 F=708.62N T=1509.77Nmm P=0.077kw21轴 F=666.94N T=1440Nmm P=0.08kw后面 单根 3334轴 F=899N T=2372.84Nmm P=0.122kw 43轴 F=619.33N T=1372.55Nmm P=0.088kw3542轴 F=708.62N T=1509.775Nmm P=0.077kw 总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和左面 Pw=1.132kw右面 Pw=2.272Kw 后面 Pw=0.948kw2.2.3 选择刀具结构根据工件材质、加工精度、表面粗糙度、排屑

18、及生产率等要求采用锥柄麻花钻头，钻头材料高速钢，刀柄材料40Cr。加工6.7的孔采用6.7G7的刀具，加工7的孔采用7G7的刀具，加工6.8的孔采用6.8G7的刀具，加工13的孔采用13G7的刀具，加工10.5的孔采用10.5G7的刀具，加工8.5的孔采用8.5G7的刀具。导向装置设置在机床夹具上，钻摸板不能随夹具的钻模架一起移动，所以选用的导向装置是固定式导向。2.3 组合机床总体设计“三图一卡”2.3.1 被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

19、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12.3.2 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。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2A. 刀具的选择刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。加工6.7的孔采用6.7G7的锥柄麻花钻，

20、加工7的孔采用7G7的锥柄麻花钻，加工6.8的孔采用6.8G7的锥柄麻花钻，加工13的孔采用13G7的锥柄麻花钻，加工10.5的孔采用10.5G7的锥柄麻花钻，加工8.5的孔采用8.5G7的锥柄麻花钻。B. 确定主轴、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1P43公式 (2-7)式中，d轴的直径（）；T轴所传递的转矩（Nm）； B系数，本课题中主轴为非刚性主轴，取B=6.2。由公式可得：左主轴箱：轴1 d=15.08右主轴箱：轴2 d=18.9

21、4 后主轴箱：轴3 d=1.72根据主轴类型及初定的主轴轴径，查1第44页表3-6可得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号。主轴轴径d=15.08时，主轴外伸尺寸为：,L=115；接杆莫氏圆锥号为1.2号。主轴轴径d=18.94时，主轴外伸尺寸为：,L=115；接杆莫氏圆锥号为1.2号。主轴轴径d=13.72时，主轴外伸尺寸为：,L=85；接杆莫氏圆锥号为号。C. 动力部件工作循环及行程的确定a) 工作进给长度的确定工作进给长度，应等于加工部位长度（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度和切出长度之和。 即： (2-8)式中切入长度一般为510，根据工件端面的误差情况确定。查1 P46表3-7切出长

22、度的确定得钻孔时 (2-9)三个面上钻孔时的工作进给长度见下表：表2-1 工作进给长度Ld左主轴箱2288.5030右主轴箱6666.8072后主轴箱115575125b）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。初步选定左右后三个个主轴箱上刀具的快速进给长度分别为70和78和75mm。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，左右后三面快速退回长度分别为100和150mm和200mm。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100，后备量取40，则总行程为240；右面前备量取100，后备量取40，则总行程为290；后面前备量取100，后备量取40，则总行程为340。 .9