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1、目目 录录 1 前言 1 2 组合机床总体设计.3 2.1 总体方案论证 3 2.1.1 被加工零件特点.3 2.1.2 工艺路线的确定.3 2.1.3 机床配置型式的选择. . 3 2.1.4 定位基准的选择.4 2.1.5 滑台型式的选择. 4 2.2 切削用量的确定及刀具选择.4 2.2.1 切削用量选择 4 2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率计算.5 2.3 组合机床总体设计三图一卡.6 2.3.1 被加工零件工序图.6 2.3.2 加工示意图.7 2.3.3 机床尺寸联系总图9 2.3.4 机床生产率计算卡. 11 3 组合机床主轴箱设计. 14 3.1 主轴箱原始依据图的绘制.
2、 14 3.2 主轴结构型式的选择和动力计算. 15 3.3 主轴箱传动系统的设计与计算. 15 3.3.1 根据原始依据图对坐标尺寸的计算. 15 3.3.2 主轴箱传动路线的拟订. 15 3.3.3 传动轴位置及齿轮齿数的确定. 16 3.4 主轴箱坐标计算、坐标检查图的绘制 19 3. 4.1 传动轴的坐标的计算. 19 3.4.2 坐标检查图的绘制20 3.5 轴、齿轮、轴承、键的校核. 1 .20 3.5.1 轴的校核20 3.5.2 齿轮的校核21 3.5.3 轴承的寿命校核23 3.5.4 键的强度计算24 3.6 主轴箱前、后盖及箱体设计. 24 3.7 主轴箱上附件材料的设计
3、25 4 结论26 参考文献.27 致 谢 28 附件清单. 29 1 前言 本次毕业设计的课题来源于盐城市江动集团，课题是关于 R180 柴油机气缸体三 面钻削组合机床的设计。R180 柴油机是该集团大批量生产的产品之一，为保证柴油 机气缸体三面孔的加工和相应的位置精度,提高生产效率而设计的一台三面钻削的卧 式组合机床。为了加深在组合机床方面的认识，了解并收集相关设备的技术资料， 以便完善我们对主轴箱的设计，学院组织我们去江动集团进行生产实习。 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 成的一种高效专用机床1。这种机床既具有结构简单、生产率和自动化程度较高等 特点
4、，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要，它还可以对工件进行 多面、多主轴同时加工。组合机床应尽可能选用标准件，降低制造成本，同时需考 虑实际生产条件，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，确定设计方案。本机床设计吸取了现有机床加工优点，设计布局合 理。满足机体孔系加工质量要求。组合机床行业虽然取得了较大的进步与发展，但 是，在制造技术高速发展的今天，由于自身的基础比较薄弱，从整体上看，国外的 先进水平、与国内用户的要求还存在着一定的差距，满足不了用户要求。80 年代以 来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔 性的方向
5、发展。 组合机床主要用于棱体类零件和复杂的孔面加工，生产率高。加工精度稳定， 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定或外购。自动化程 度高，劳动强度低。 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 R180 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 2 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，而且一些行业在完成一定工
6、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” 。 这种组合机床不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，可以设计成通用品 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。组合机床的发展思路是以提高组合机床加工精度、 组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面， 加强数控技术的应用，提高组合机床产品数控化率；另一方面，进一步发展新型部 件，尤其是多坐标部件，使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品种加工的市场 需求。复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。然而更关键的是
7、现代通信 技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步 提高。在这些方面组合机床装备还有相当大的差距，因此组合机床技术装备高速度、 高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的 发展方向。目前，我国组合机床的研究涉及机床设计研究、加工工艺、加工质量改 进等，在机床自动化、柔性化等方面的研究与国际发展水平相比还有不小的差距。 课题由 4 人来进行设计，本人主要进行组合机床的总体设计及左主轴箱设计。 在对组合机床的主轴箱设计之前，需对被加工零件孔的分布情况及所要达到的技术 要求进行具体分析，如各部件尺寸、材料、形状、硬度及加工精度和表面粗糙度
8、等 内容2。充分了解组合机床的特点，通过分析主轴箱的工作原理，进行机床的总体 方案设计。首先是总体方案论证，组合机床总体设计的具体工作是编制“三图一卡” ， 即绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。其 次是部件设计和零件设计，在主轴箱设计时，需要绘制主轴箱原始依据图，选择主 轴箱的规格、型号，选择切削用量，计算切削功率，确定各轴的结构、排布、配合 关系，轴的强度、刚度校核等。还需设计主轴箱前盖、后盖、箱体及附件。在主轴 箱设计中，设计的主要思路是把原有的多道工序的单孔加工改为多孔同时加工，这 样设计主要是为了解决由多次装夹引起的定位误差问题，保证孔的位置精度。 3
9、 2 组合机床总体设计 针对 R180 柴油机气缸体，在确定加工工艺的基础上进行总体方案对比论证2。 设计组合机床“三图一卡” ，其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机 床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等。组合机床是针对被加工零件的特点及工艺 要求，按工序集中的原则设计的一种高效率专用机床。在设计组合机床时，首先应 根据柴油机气缸体三个面上孔的位置精度、表面粗糙度及其他技术要求，确定被加 工零件是否可以利用组合机床加工以及采用组合机床加工是否合理的问题。如果确 定可以利用组合机床加工，为使加工过程顺利进行，并达到要求的生产率，在分析 被加工零件加工工艺资料的基础上，应考虑影响制定零件
10、工艺方案、机床配置型式、 结构方案等因素，然后进行分析比较，以确定被加工零件在组合机床上合理可行的 加工方法、确定工序间加工余量、选择合适的切削用量、相应的刀具结构、确定机 床配置型式等等。 2.1 总体方案论证 2.1.12.1.1 被加工零件特点被加工零件特点 被加工零件材料是 HT225,硬度 HB190250，共计有 13 个孔需要加工，在本工 序之前各主要表面、主要孔已加工完毕。 2.1.22.1.2 工艺路线的确立工艺路线的确立 本道工序：主要是完成气缸体左、右、后三个面上一共 13 个孔的加工，具体加 R180 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 4 工内容及加工精度
11、如下： a)左面 4 个孔：钻 38；钻 5，标准公差等级为 IT9。 b)右面 5 个孔：钻 48；钻 6，标准公差等级为 IT9。 c)后面 4 个孔：钻 37.5；钻 6，标准公差等级为 IT9。 各孔的具体位置精度及具体要求详见 R180 柴油机气缸体加工工序图。 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)机床尽可能用通用件以便降低制造成本； d)机床各动力部件用电气控制，液压驱动。 2.1.32.1.3 机床机床配置型式的选择配置型式的选择 机床的配置型式有立式和卧式两种。卧式组合机床床身由滑
12、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。 通过以上的比较，针对 R180 柴油机气缸体的结构特点和需要被加工的部位考虑 钻孔工序是主要工序内容。为了保证钻孔的加工精度和符合被加工零件的加工特点， 我们选择用卧式组合机床。 2.1.42.1.4 定位基准的选择定位基准的选择 组合机床是针对某一个零件或一个零件的某道工序而设计的。正确选择定位
13、基 准，是保证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 为工件一次安装，采用的定位方式是：机体的底面定位限制 3 个自由度，侧面定位 限制 2 个自由度，端面定位限制 1 个自由度，供限制工件的 6 个自由度。 针对 R180 柴油机气缸体我们采用了液压夹紧，夹紧部位为刚性较好的筋板上， 即气缸体的上表面，以减少气缸体夹紧变形误差。 2.1.52.1.5 滑台型式的选择滑台型式的选择 与机械滑台相比较，液压滑台的进给量可以无级调速；可以获得较大的进给力； 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；工作可靠。本课题的加工对
14、象是 R180 柴油机气缸体，为了提高 加工效率，降低生产成本，所以选用了液压滑台。 2.1.62.1.6 影响机床工艺方案制定的主要因素影响机床工艺方案制定的主要因素 a) 被加工零件的加工精度和加工工序 虽然气缸体的本道工序加工粗糙度要求不怎么高，但有一定的形状精度和位置 精度的要求，安排工艺应在一个工位上对 13 个孔同时进行加工，因为气缸体有些孔 5 的间距很小，采用立式加工时，不利于切屑落下导向，造成导向精度早期走失，不 利于保证加工精度，所以应选用卧式床身。 b) 零件的生产批量 本组合机床是为了适应 R180 柴油机气缸体的大批量生产，且多为连续生产机床， 此时应尽量将工序集中到
15、一台或少数几台机床进行加工，以提高机床的利用率。 c) 机床的使用条件 本机床使用场地条件较好，气候适用，车间温度在三十度之内，使用液压传动 能较好地发挥机床的工作性能，其他机床结构亦能很好的适应使用条件。 2.2 切削用量的确定及刀具选择 2.2.12.2.1 切削用量切削用量选择选择 对于 13 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，刀具寿命有所降低
16、。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。 同一主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 f v 同一主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 i n i f 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。13 个孔的切削用量的选择： A.对左面 4 孔的切削用量选择： a)钻孔 1,2,3 轴：8 孔，h=12mm 加工材料为铸铁，由 d612,硬度大于 190240HBS，选择 v=1018m/min,f0.10.18mm/r,取定 v=10.048m/min,f=0.104mm/r,则由文献1 P43 的公式， （2- d v n 1000 1） 得： n=100010.048/(8)400r/min b)钻孔 4 轴: 5 孔，h=12mm 加工
