柴油机曲轴铣开档机床总体及和铣削头设计说明书

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1、1 前言组合机床是根据加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件1组成的一种高效专用机床。组合机床主要用于平面加工和孔加工。平面加工包 括铣平面、车端面、刮平面；孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、 攻螺纹等。组合机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，如气缸体、气缸盖、 变速箱体等零件。目前，组合机床在汽车、拖拉机、仪器仪表、军工及缝纫机、 柴油机、纺织、航空等部门，应用越来越普遍。组合机床主要适用于棱体类2零件和杂体的孔面加工，生产效率高，研制周期短，便于设计、制造和使用维 修，配置灵活，且自动化程度高，劳动强度低。在将来，组合机床将向五个方 面发展：高速化、高精度化、复合化、高

2、科技含量化以及环保化。同时，在自 动化方面，将会进一步提高。 通用部件是组成组合机床的基础。用来实现机床切削和进给运动的通用部 件，如单轴工艺切削头、传动装置、动力箱、进给滑台等为动力部件。用以安 装动力部件的通用部件如侧底座、立柱、立柱底座等称为支承部件。 组合机床的特点：3a组合机床由 70%90%的通用部件组成，可以缩短设计和制造周期。而 且在需要的时候，还可以部分或全部进行改装，以组成适应新加工要求的新设 备。这就是说组合机床有重新改造的优越性，其通用部件可以多次重复利用。 b组合机床是按具体加工对象专门设计的，可以按最佳工艺方案进行加工。c 在组合机床上可以同时从几个方向采用多把刀具

3、对几个工件进行加工， 是实现工序集中，提高生产效率的最好途径。d.组合机床是在工件一次装夹下用多轴实现多孔同时加工，有利于保证各 孔相互之间的精度要求，提高产品质量；减少了工件工序间的搬运，改善了劳 动条件；减少了占地面积。 e由于组合机床大多数零、部件是同类的通用部件，简化了机床的维护和 修理。 f组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中生产，有利于提高产品质量 和技术水平，降低制造成本。 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

4、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柴油机曲轴铣开档机床总体及和铣削头设计2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。 本次设计的课题是柴油机曲轴连杆轴颈滚切铣床总体和铣削头设计。该课 题来源于江苏恒力机床有限公司,是该公司根据客户需要为客户定制的组合机床 产品之一。公司拥有各种金切设备、检测设备 300 多台，其中 DIX75

5、0 精密坐标 镗床、精密导轨磨床，瑞士精密小孔磨床，高速磨齿机，加工中心，三座标测 量仪，超音频淬火机等精大稀设备 30 余台。具有较强的加工、装配、检测和机 床安装调试能力。现在该公司迫切需要改善现有的生产条件，进行提高生产率、 改善产品质量方面的技术改造，使产品的合格率上升，增加产量，适应市场竞 争的需要，提高经济效益。 本设计主要是设计一台组合机床，对专门的曲轴连杆轴颈进行加工。本人 的设计分工是总体设计和滚削头部分的设计，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，组合机床刀具的设计是整个组合机床设计工作 的重要部分之一。虽然刀具零件的标准化程度高，使设计工作量减少，设计

6、周 期缩短，但在夹具设计过程中，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。 本说明书以设计卧式双刀铣床为主线，阐述了总体设计和滚削头设计的过 程。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，结合本道工序加工的特点最终选择卧式双刀铣床的配 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、机床联系尺寸图和生产率计算卡。滚削头设计是组合机床设计中的一个

7、重 要的组成部分。滚削头设计时,首先确定主轴,再设计传动系统和主轴箱,最后根 据计算结果绘制夹具装配图和主要的零件图。2 组合机床总体设计2.1 总体方案论证本设计的加工对象为恒立机床厂的柴油机曲轴，材料是 QT800-2,硬度 HB240300。根据被加工零件工序图，分析其精度、表面粗糙度、技术要求、 加工部位尺寸、形状结构。并根据工件刚性及生产纲领，确定设计组合机床为 柴油机曲轴铣开档机床。 2.1.12.1.1 加工对象工艺性的分析加工对象工艺性的分析A.被加工零件特点 被加工零件为 QT800-2，按照标准公差等级 IT9 加工。本道工序是铣削曲 轴连杆颈部的加工。 B.本机床的加工内

8、容 滚切两连杆轴颈62，两端圆角 4-R3.5，保证轴向尺寸 25.75、59.25、361.75 和 395.25。 C.本次设计技术要求：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) 机床尽量能用通用件（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。2.1.22.1.2 机床总体布局的确定机床总体布局的确定机床总体布局主要有如下配置型式： a)多工位组合机床多工位组合机床：主要用于中、小零件加工。生产占地 面积大，但生产率高。这种方式若配合工作台的移动和精确定位，可以组成组 合机床自动线，则自动化程

9、度和生产率均很高。 b)单工位组合机床 各种型式的单工位组合机床，通常可安装一个工件，特别适宜于大、中型 箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这类机床可分为单面、 多面及复合式。这种方式组成灵活，结构简单，由于单工位加工，其机动时间 与辅助时间不能重合，因而生产率比多工位机床低。 机床的配置型式还可分为卧式和立式两种。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。其柴油机曲轴铣开档机床总体及和铣削头设计410001000 60.6167.8 /min115vnrd

10、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。 基于以上分析, 柴油机曲轴结构是比较规则的长方体，从加工的角度来看， 卧立式竖放比较方便，采用卧式组合机床铣削，有利于排屑，也减轻了工人的 劳动强度。因此为了保证铣削的加工精度和结合被加工零件加工特点，组合机 床是较好的选择。2.1.32.1.3 滑台型式的选择滑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，液压滑台具有如下优 点：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

11、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。本设计加工对象为柴油机曲轴，为了提高加工效率，故采用液压 滑台。2.22.2 切削用量及刀具的选择2.2.12.2.1 切削用量切削用量的选择的选择a) 因为是铣削，所以切削用量计算如下： a. 确定铣削深度 ap 由于铣削加工余量小于 4mm。故粗铣可以在一次走刀 内完成，所以取 ap=3.5mm b. 确定进给量 fb) 考虑到刀具寿

12、命以及进给速度的一致性，所以 f=0.1mm/r. c) c.确定切削速度 Vc d) 取 Vc=63mm/min2.2.22.2.2 切削功率的计算切削功率的计算根据文献资料9P134表6-20得计算公式如下：功 率 （2- 61200000ApvPf1）313. 01300 ap fxaa wpaaA nffZav式中 两个方向平均切削厚度（）amm 平均切削厚度圆周方向系数；x 单位面积切削力（） ；p2mmN 切削面积（）A2mmHB布氏硬度：；)(31minmaxmaxHBHBHBHB在本设计中，HBmax=300， HBmin=240，代入公式得 HB=220HBSkwP3 . 3

13、2.2.32.2.3刀具的选择刀具的选择根据加工精度、工件材料、工件条件、技术要求等，按照满足加工要求的 原则，合理地选择刀具。 刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。我们所加工的曲轴是滚 切两连杆轴颈 62，两端圆角 4-R3.5，故选择 400 的刀刃交错排列的两刃铣 刀。2.3 组合机床总体设计三图一卡2.3.12.3.1 被加工零件工序图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、夹压部件，被加工零件的材料、硬度；本机床的前加工余量、 毛坯或半成品情况的图样

14、等。 被加工零件工序图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，是在被加工零件图基础上，突出本机床的加工内容， 并作必要的说明而绘制的。 其主要内容包括： a.被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构 形状和尺寸。 b.本工序所选用的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的 支承、定位、夹紧和导向等机构设计。 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。 为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定：应 按一定

15、的比例，绘制足够的视图以及剖面；本工序加工部位用粗实线表示，保柴油机曲轴铣开档机床总体及和铣削头设计6证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方用“_”标明，其余部位用细实线表示。具体内容详见柴油机曲轴铣开档机床加工工序图。2.3.22.3.2 加工示意图加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

16、正确位 置；提高刀具系统的支承刚性。 B确定主轴、尺寸、外伸尺寸 在该课题中，主轴与两铣刀联接选用滚珠轴承主轴。又因为浮动卡头与刀 具刚性连接，所以该轴属于长轴。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，由组合机床设计简明手 册P43 公式(2-2)410dBT式中，d轴的直径（） ；T轴所传递的转矩（Nm） ； B系数，本课题中主轴为刚性主轴，取 B=7.3。 考虑到安装过程中轴的互换性、安装方便等因素，1 主轴轴径取为 25mm,2、3、4、5、6 主轴轴径取 35mm。根据主轴类型及初定的主轴轴径，查 组合机床设计简明手册P44 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=25时，主轴外伸尺寸为：1/38/26D d ，L=115mm，其他轴为1/50/36D d ，L=115mm，接杆莫氏圆锥号为 2。 C