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1、盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 毕 业 设 计 说 明 书R180柴油机气缸体三面钻镗孔组合机床总体及左主轴箱设计 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 完成日期 目 录1 前言12 组合机床总体的设计32.1 总体方案的论证32.1.1 工艺路线的确定32.1.2 机床配置型式的选择32.1.3 定位基准的选择42.1.4 影响工艺方案的主要因素42.2切削用量的确定42.2.1 选择切削用量52.2.2 切削力、切削转矩及切削功率的计算62.3 三图一卡的设计82.3.1 被加工零件工序图82.3.2 加工示意图82.3.3 机床联系尺寸总图102.
2、3.4 机床生产率计算卡123 左主轴箱的设计143.1 概述143.2 绘制主轴箱设计的原始依据图143.3 主轴结构型式的选择和动力计算153.3.1主轴结构型式的选择153.3.2 主轴直径和齿轮模数的初步确定153.4 主轴箱传动系统的设计与计算153.4.1 主轴箱传动路线的拟定163.4.2 传动轴位置及齿轮齿数的确定163.4.3 各传动轴直径的确定183.5 主轴箱坐标计算、坐标检查图的绘制183.5.1 传动轴的坐标的计算183.5.2 绘制坐标检查图203.6 轴、齿轮、轴承、键的校核213.6.1 轴的校核213.6.2 齿轮的校核233.6.3轴承的寿命校核243.6.
3、4 键的强度计算254 零件的选择设计255 结论26参考文献28致 谢29附 录30 11 前言 本课题来自于盐城市江动集团。近年来，随着制造业的发展，普通机床已经越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。江动集团在生产柴油机时，其机体的加工效率比较低，跟不上生产指标，气缸体的加工精度比较高，普通机床加工比较困难，现需要设计一台组合机床用以实现柴油机气缸体的加工。本组课题是设计一台三面钻镗孔卧式组合机床，来保证柴油机气缸体三面孔加工及保证相应的位置精度，在完成机床总体设计和绘制“三图一卡”的基础上，主要完成左主轴箱设计。组合机床是以通用部件为基础，配以少量按工件的特定形状及规定的加工
4、工艺设计的专用部件组成的一种加工效率和自动化程度高的专用机床。在大批量生产中，组合机床已经得到广泛应用，并可用以组成自动生产线；在中小批量生产中，也可应用成组技术将结构和工艺相似的零件归并在一起，以便集中在组合机床上进行加工1。组合机床是根据被加工件的工艺要求,按照工序高度集中的原则而设计的,并以系列化、标准化的通用部件为基础,配以少量专用部件而组成的专用设备,并配以专用夹具,采用多把刀具同时进行加工。组合机床的辅助动作实现了自动化,具有专用、高效、自动化和易于保证加工精度。当被加工的零件尺寸结构有所改进时,组合机床的通用零部件还可以重新被利用组成新的组合机床,且具有一定的柔性度2。组合机床是
5、随着生产的发展，由万能机床和专用机床发展来的。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床装备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、
6、多轴化控制装备的前景亦被看好。在被加工零件的形状日益复杂的情况下，多轴化控制的机床装备适合能够加工形状复杂的零件。另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。然而更关键的是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，操作者可以通过网络对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数据；通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。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。组合机床未来的发
7、展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性等。本设计主要是针对原有的柴油机气缸体左、右、后三个面上15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。 组合机床的设计思路如下：首先制定了合理的工艺方案，然后按照工艺方案的需求来确定机床的配置型式，选择通用部件，设计专用部件和工作循环的控制系统，最后在总体设计完成的基础上进行左主轴箱的设计。为了表达该组合机床设计的总体方案，在设计时要绘制“三图一卡”，即R180柴油机气缸体的加工工序图、加工示意图，机
8、床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等。然后根据“三图一卡”进行组合机床的设计、调整和验收。为了表达左主轴箱，设计时要绘制主轴箱设计原始依据图，选择主轴结构型式及进行动力计算，设计和计算主轴箱传动系统，计算传动轴坐标，校核轴和齿轮的强度等。主轴箱是工序集中的、高效的组合机床的重要的专用部件之一，是用于布置(按所要求的坐标位置)机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的3。就主轴箱设计来说，主要问题集中在传动系统的设计上。由于通常采用一根动力轴带动多根主轴的工作方式，因此各传动轴必须设法在有限的标准箱体空间中找到适宜的分布位置。轴的分布设计必须保证各轴的转速、旋向、强度和刚度。本加工工序的内容：左端
9、：钻孔13,表面粗糙度为,镗孔46、51，表面粗糙度均为；右端：钻孔23,表面粗糙度为,镗孔89、103，135，表面粗糙度均为；后端：钻孔15,表面粗糙度为,镗孔91，92.5，44，表面粗糙度均为。为了保证零件的加工精度，在整个设计过程中应满足以下几点要求：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机床尽量选用通用件，以便降低制造成本；d主轴箱能满足机床总体方案的要求（转速，转向，功率，坐标要求）。2 组合机床总体的设计组合机床的总体设计要注重工件及其加工的工艺分析，制订出合理的工艺方案，才能设计出合理的组合机床。根据指定的加工
10、要求，提出若干个工艺方案，选择最优的。工艺方案的确定决定了组合机床的结构、性能、运动、传动、布局等一系列问题。所以，工艺方案设计是组合机床的重要环节。2.1 总体方案的论证2.1.1 工艺路线的确定a) 被加工零件特点该组合机床的加工对象是柴油机气缸体，材料是HT250，硬度为HBS212285,属于箱体零件，结构复杂。b) 加工零件工艺分析R180柴油机气缸体的孔与孔之间有较高的位置精度，并且同一轴上的孔有较高的同轴度要求。因此，确定组合机床应在同一个工位上对所有的孔进行加工，且同一轴上的孔用同一轴加工。c) 工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
11、安排的设计原则，对R180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 钻镗左面、右面、后面的孔；工序8 攻丝；工序9 钻镗上面、下面、前面的孔；工序10 攻丝；工序11 最终检验。本毕业课题是为第7道工序而设计的组合机床。主要钻镗左、右、后三面上的15个孔。具体加工内容是：左面钻13深18的孔，镗46深3、51深15、246深24、271深13的孔；右面钻23深22的孔，镗89深17、103深6、135深22的孔；后面钻15深18的孔，镗91深30
12、、92.5深17、44深18的孔；一次装夹一个零件，三个面孔同时加工。2.1.2 机床配置型式的选择机床的配置型式有立式和卧式两种。立式机床的优点是占地面积小，自由度大，操作方便，其缺点是机床重心高，振动大。卧式机床的优点是加工和装配工艺性好，振动小，运动平稳，机床重心较低，精度高，安装方便，其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。机床的配置型式在很大程度上取决于被加工零件的大小、形状及加工部位等因素。卧式机床多用于加工孔中心线与定位基准面平行的情况，而立式机床则适用于加工定位基面是水平的，而加工的孔与基面相垂直的工件。考虑到汽车变速箱箱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，
13、也减轻了工人的劳动强度。通过以上比较，考虑到卧式机床振动小，装夹方便等因素，选用卧式组合机床。2.1.3 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。A.定位基准的选择本机床为工件一次安装，同时对15个孔进行加工，其定位基准选择为：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，这种定位方法的特点是：a)可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得可靠的定位；b)能够同时加工工件三个端面上的孔，既能高度集中工序，又有利于提高三端面孔的位置精度；c)本定位基准有利于
14、保证柴油机气缸体的加工精度，使机床的许多部件实现通用化，有利于缩短设计制造周期、降低成本。B.确定夹紧位置在选择定位基准的同时，要有相应的夹紧位置。确定夹紧位置要考虑两个因素：一是保证零件夹压后的稳定；二是尽量减少和避免零件夹压后变形。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。 2.1.4 影响工艺方案的主要因素a.被加工零件的加工精度和加工工序b.被加工零件的特点c.零件的生产批量d.机床的使用条件2.2 切削用量的确定在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方法和切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度，生产率，刀具耐用度，机床的结构形式及工作可靠性均有较大的影响。组合机床切削用量的选择需要以下几个方面:a)在大多情况下，组合机床为多轴、多刀、多面同时切削，因此，切削用量比一般万能机床单刀加工低30%左右。
