装配图多轴钻孔组合机床设计
装配图多轴钻孔组合机床设计,装配,图多轴,钻孔,组合,机床,设计
四川理工学院专 业机械加工工艺过程卡产品型号零(部)件图号共 页机 械 制 造产品名称柴油机零(部)件名称气缸盖共 页材料牌号HT250毛坯种类铸件毛坯外形尺寸134.5m110mm60.5mm每毛坯可制件数1每台件数1备 注工序号工序名称工 序 内 容车间工段设 备工 艺 装 备工 时准 终单 件铸造铸时效热010粗铣A面金工X52K专用铣夹具020粗、精铣B面金工X52K专用铣夹具030钻、铰211H7mm孔金工Z3040专用钻夹具040镗223mm孔;镗27H7mm,29H7mm,26H7mm孔金工T4120B专用镗夹具050粗、精铣两C面金工组合机床专用铣夹具060粗、精铣D面金工X52K专用铣夹具070钻Rc1/4mm底孔,攻螺纹Rc1/4mm金工Z3040专用钻夹具080钻、铰孔211mm金工Z3040专用钻夹具090扩孔SR10mm金工Z3040专用钻夹具描 图描 校底图号编制日期审核日期会签日期班 级姓 名装订号机制03级1班陈亮标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期 四川理工学院专 业机械加工工艺过程卡产品型号零(部)件图号共 页机 械 制 造产品名称柴油机零(部)件名称气缸盖共 页材料牌号HT250毛坯种类铸件毛坯外形尺寸134.5m110mm60.5mm每毛坯可制件数1每台件数1备 注工序号工序名称工 序 内 容车间工段设 备工 艺 装 备工 时准 终单 件100钻M8mm螺纹底孔,钻211mm孔,攻螺纹M8-H 7金工Z3040专用钻夹具110钻螺纹2M6.5mm底孔,攻螺纹2M6.5-H7 金工Z3040专用钻夹具120钻孔13.9mm;镗孔18mm,25.2mm 金工T 4145专用镗夹具130钻螺纹2M8mm底孔,攻螺纹2M8-H6金工Z3040专用钻夹具140精铣A面金工X52K专用铣夹具150进行水压检验检160涂漆,入库描 图描 校底图号编制日期审核日期会签日期班 级姓 名装订号机 制03级1班陈亮标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期四 川 理 工 学 院毕 业 设 计(论 文)说 明 书题 目 多轴钻孔组合机床设计 学 生 陈 亮 系 别 机 电 工 程 系 专 业 班 级 机械设计制造及自动化 学 号 030110102 指 导 教 师 张 良 栋 四 川 理 工 学 院毕业设计(论文)任务书设计(论文)题目: 多轴钻孔组合机床设计 系:机电工程系 专业:机械设计制造及自动化 班级:机制031 学号:030110102学生: 陈 亮 指导教师:张 良 栋 (讲师) 接受任务时间 2007.03.05 教研室主任 (签名)系主任 (签名)1毕业设计(论文)的主要内容及基本要求1、柴油机汽缸盖零件图一张,毛坯图一张.2、机械加工工艺规程一套3、工序卡一套4、两侧小孔钻削加工组合机床设计;5、计算机或手工绘制三图一卡6、毕业设计说明书一份2指定查阅的主要参考文献及说明 1、机械加工工艺手册 2、夹具设计手册 3、机械零件设计手册 4、组合机床设计手册 3进度安排设计(论文)各阶段名称起 止 日 期1准备工作,资料检索2007.03.05-2007.03.202方案设计2007.03.212007.04.043工艺设计和机床设计2007.04.052007.04.204绘图 修改2007.04.21-2007.05.045编写毕业设计说明书2007.05.05-2007.05.18四川理工学院毕业设计(论文)摘 要本次设计是结合近年来国内外机床行业发展的新趋势,针对柴油机汽缸盖两侧的小孔钻削的组合机床设计.组合机床是由大量的通用部件和少量的专用部件组成的工序集中的高效率机床,它能够对一种(多种)零件进行多刀,多轴,多面,多工位加工,制造的周期短,投资少,经济效益高.关键词:汽缸盖;毛坯;定位;机床夹具;金属切削;钻头ABSTRACTThis design was unified the new tendency of domestic and foreign machine tools industry development in the recent years, aimed at the design of assembled machine tool of the two sides pore drilling of diesel engine cylinders cover. The assembled machine tool is the centralized working procedure and high efficiency machine tool, which is composed by the massive general parts and the few special parts, it can process one kind (or many kinds)of part on the multi-knives, multiple-spindle, multi- surface, multi-locations. Its manufacture cycle is short, the investment is little ,but the economic benefit is high.Keywords: Cylinder Head;roughCutters;allocation; jig; metal cutting; drillsIII四川理工学院毕业设计(论文)目 录摘 要IABSTRACTII前 言1第一章 零件的分析21.1零件的功用21.2零件的工艺分析21.3 确定毛坯的制造形式,加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸31.3.2精基准的选择51.3.3粗基准的选择51.4 工艺路线的拟订及工艺方案的分析51.4.1工艺路线的拟订51.4.2 工艺方案的分析,加工设备的选择及刀具、夹具、量具的选用6第二章 指定工序的夹具设计82.1 问题的提出82.1.1 夹具定位元件的设计及定位误差的分析计算82.2夹具设计102.2.1定位基准的选择102.2.2切削力与夹紧力的计算112.3支承部件的设计122.4夹具设计及操作的简要说明12第三章 组合机床的设计133.1组合机床的概述133.2组合机床方案的制定153.2.1 工艺路线的确立153.2.2 机床配置型式的选择153.2.3 定位基准的选择163.2.4 滑台型式的选择163.3 确定切削用量及选择刀具163.3.1 选择切削用量163.3.2计算切削力、切削扭矩及切削功率173.3.3 选择刀具结构173.4 组合机床总体设计三图一卡173.4.1 被加工零件工序图173.4.2 加工示意图173.4.3 机床尺寸联系总图213.4.4 机床生产率计算卡23四 组合机床主轴箱设计244.1主轴箱的概述244.2主轴箱的设计步骤和内容244.2.1 绘制主轴箱原始依据图244.2.2 主轴结构型式的选择和动力计算244.2.3 主轴箱传动系统的设计与计算254.2.4主轴箱坐标计算284.2.5主轴箱总图设计29总 结31参考文献32致 谢33四川理工学院毕业设计(论文)前 言本次设计是对大学生活的一次总结,上岗之前的最后一次检阅,是一种考验也是一种综合素质的体现. 本次设计把机械制造专业所学的金属切削原理及刀具,机械制造装备,机床夹具设计,机械制造工艺学及气压传动等专业课程知识有机的结合起来,同时根据人才培养计划中对我们知识和能力的要求对相关专业基础知识和所学内容进行整合,使我们了解科学技术发展前沿的状况. 设计中的一些观点,方案是在和指导老师商量后才确定的,虽然如此,设计中也一定存在着许多不足之处,希望读者批评指教,以待改进. 设计能够顺利的完成是和指导老师张老师的悉心指导,以及共同设计的同学一起探讨不可分的,在此,向指导过我们的老师帮助过我们的同学一并致谢并希望在今后的学习和工作中能够继续的到你们支持.33第一章 零件的分析1.1零件的功用气缸盖密封气缸并形成燃烧室顶面;气缸盖根据不同情况安装有进、排气门,喷油嘴(或火花塞),启动阀等零部件,并且布置进、排气道,以控制新鲜充量与燃料进入气缸燃烧;很大一部分热量由气缸盖传递给冷却介质,水冷内燃机的缸盖中布置有冷却水腔.本次加工的气缸盖是EM165型,属于水冷式.1.2零件的工艺分析由气缸盖零件图可知,其材料为HT250,该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及其适于较大应力.该零件形状不规则,尺寸精度,形状位置精度要求均较高.对零件图上的主要技术要求分析如下:1. mm两个定位孔,应该保证孔的实际轮廓必须位于直径为最小实体实效尺寸mm,且与基准A、B-C、D位置关联的最小实体实效边界内.位置度公差值为mm是该孔处于最大实体尺寸mm时给定的,表面粗糙度.2. 与底面有垂直度要求,其值为.以保证进、排气门的纵向移动精度.圆柱度为;表面粗糙度值为,以保证进、排气门的运动精度.3. 与有同轴度要求,尺寸精度为7级,同轴度要求为,以保证排气门的位置精度.4. 与有同轴度要求, 同轴度要求为,以保证进气门的位置精度.5. 进、排气孔的沉孔面要求圆跳动不大于,以保证进、排气门与进、排气孔的配合精度.6. 进、排气孔的出口圆度要求为,以保证进、排气门的圆周面与孔口的配合精度.7. 的圆度要求为,尺寸精度为7级, 以保证镶块的装配精度.8 的粗糙度要求为;孔底面的粗糙度要求为;孔底面的圆跳动要求为,以保证喷油器的装配精度.9. 的位置度公差为,应该保证螺纹的最小实体尺寸为,且与基准位置关系的最小实体实效边界内.以保证喷油器的位置和装配精度.1.3 确定毛坯的制造形式,加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸由零件图知,零件材料为HT250,其铸造性能有切削性能均佳,该件属于大批量生产,查表6-68知采用砂型机器造型,低压铸造.又由于箱体零件的内腔(排、进气孔)及的球形孔,穿配气机构顶杆孔需铸出,故还应该安放型芯.此外,为了消除残余应力,铸造后还应该安排人工时效.根据(李洪主编)表2.3-6,该种零件的尺寸公差等级为7-9级;加工余量等级为级,故取为9级, 为级.根据(李洪主编)表2.3-5,用查表法确定各表面的总余量如表1-1所示: 表1-1 各加工面的总余量 单位:mm加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值说 明面面双侧加工,(取下行数据)面面降1级,双侧加工面面单侧加工,(取上行数据)面单侧加工,(取上行数据)球形孔孔降1级,双侧加工孔孔降1级,双侧加工孔孔降1级,双侧加工根据(李洪主编)表2.3-9,可得铸件主要尺寸的公差,如表1-2所示:表1-2 主要毛坯尺寸公差 单位:mm主要面零件尺寸总余量毛坯尺寸公差面面面面球形孔孔孔 毛坯加工余量理论图:图一所示 图一 各加工面如图二所示: 图二 1.3.1基准的选择基准的选择应该根据被加工零件的技术要求,在保证产品质量的前提下,有较高的生产率,有较好的经济效果,应该先选择精基准,获得最主要的技术要求;在保证精基准可靠的前提下选择粗基准。1.3.2精基准的选择精基准的选择原则“基准重合”原则:即设计基准与工序基准重合;“基准统一”原则:即尽量采用某一种基准作为多数工序的基准;“自为基准”原则:即当精加工或者光整加工工序要求余量尽量小而均匀时,应选择加工表面本身作为精基准;“互为基准”原则:当两个加工表面相互位置精度要求较高时,以两个需加工表面相互作为基准反复加工以获得均匀的加工余量和较高的位置精度。气缸盖的底面A是零件的主要加工部位,其它相关表面均以此面作为基准加工设计的,并且进、排气门的导向孔与底面A有尺寸与位置精度要求,而喷油孔与底面A有间接的位置精度要求,其它孔面的加工也能用它定位,这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。另外,A面的面积较大,它作为定位比较稳定,夹紧方案也比较简单,可靠,操作方便.并且A面和孔既是装配基准又是设计基准,用它们作为精基准,能使加工遵循“基准重合”原则,实现箱体零件“一面二孔”的典型定位方式。1.3.3粗基准的选择粗基准的选择原则: 当有不加工表面时,选择不加工表面作为粗基准; 应选择表面平整,均匀的表面作为粗基准; 以平整且面积较大的表面作为粗基准; 粗基准一般只能使用一次。考虑到以下几点,选择箱体零件的重要孔和的毛坯孔与箱体的B面作为粗基准:第一,在保证各加工面均有加工余量的前提下,使重要孔的加工余量尽量均匀;第二,装入箱体内的零件与箱体内壁有足够的间隙;另外,还应该保证定位准确,夹紧可靠。1.4 工艺路线的拟订及工艺方案的分析1.4.1工艺路线的拟订 根据气缸盖零件为大批生产,所以采用通用机床配以专用夹具、刀具,并考虑工序集中,以提高生产率,减少机床数量,降低生产成本为依据。经过对气缸盖的工艺分析,零件的毛坯为砂型机器造型,并经过人工时效处理,消除铸件的内应力,改善工件的可切削性。现确定工艺路线如下:序号工 序 内 容简要说明铸造时效消除内应力粗铣A面先加工基准面粗、精铣B面先加工面钻、铰孔后加工孔锪孔;镗孔,孔,孔以,两孔为基准加工C面粗、精铣两C面粗、精铣两D面钻底孔,攻螺纹钻、铰孔,以此孔为基准加工下面的孔扩孔钻螺纹底孔,钻孔,攻螺纹钻螺纹底孔,攻螺纹钻孔;镗孔,钻螺纹底孔,攻螺纹精铣A面此面为配合面,需精加工进行水压检验涂漆,入库防止生锈1.4.2 工艺方案的分析,加工设备的选择及刀具、夹具、量具的选用由于生产类型为大批量生产,故加工设备宜以专用设备机床为主,辅以少量通用机床;其生产方式以专用机床加专用夹具为主,辅以少量机床的流水生产线,工件在各机床上的装卸及其各机床间的传递均由人工完成。工序010 粗铣A面,考虑到工件的定位方案及其夹具结构设计等问题,采用立式铣床,选择X52K立式铣床(表3。1-73)。选择直径D为的镶齿套式面铣刀(表12-82),专用夹具和游标卡尺。工序020 粗、精铣B面和A面一样,只是在加工B面时,要在A、B面间保留余量,以便在工序140中加工。工序050 粗、精铣C面,采用卧式双面组合铣床,因为切削功率较大,所以采用功率为的型铣削头(表3。2-43), 选择直径D为的镶齿套式面铣刀(表12-82),专用夹具和游标卡尺。工序060 粗、精铣D面, 选择X52K立式铣床(表3。1-73)。选择直径D为的镶齿套式面铣刀(表12-82),专用夹具和游标卡尺。工序030钻、铰孔,选用摇臂钻床(表3。1-30),选用锥柄麻花钻(表12-31), 锥柄机用铰刀(表12-54),专用夹具,快换夹头,游标卡尺及其塞规。工序040 采用摇臂钻床(表3。1-30),选用带导柱锥柄平底锪钻(表12-46)加工孔;选用坐标镗床(表3。1-39),选用樘孔刀(表4。3-63)加工孔,。采用专用夹具,卡尺()及其塞规。工序070中的攻螺纹采用机用丝锥(表12-125)及丝锥夹头。采用专用夹具,螺孔用螺纹塞规检验。工序090 机床采用摇臂钻床(表3。1-30),选用扩孔专用刀具。球形孔专用量具。工序120采用坐标镗床(表3。1-39),选用樘孔刀(表4。3-63)加工孔,孔轴线的倾斜度用专用检具测量。第二章 指定工序的夹具设计 为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。经过与指导老师协商,决定设计第110道夹工序-钻26.5mm的螺纹底孔夹具。本夹具将用于组合机床,采用气动装置,刀具为四把5.9mm的直柄麻花钻,对工件的两个面上的小孔(图3。1)同时进行加工。图2-1零件加工面图2.1 问题的提出本夹具主要用于两侧面小孔的钻削、主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,而精度则不是主要问题。2.1.1 夹具定位元件的设计及定位误差的分析计算根据工序要求,拟采用一面两销定位。一面及A面相接的支承面,两销分别针对A面上相邻两气孔而言,此两孔是在铸造毛坯时的工艺孔。参考机械制造工艺学:为了补偿两定位孔的孔径和孔距误差及夹具两定位销的直径和距离误差,避免工件不能准确,快速的套入定位销,影响产品生产率,夹具两定位销应该采用一圆柱销和菱形销(削边销)。2.1.1.1一面两销的定位分析一面相当三个支承点,限制工件在竖直方向上(Z向的移动自由度),Y和X方向上的转动自由度。两销则限制了Z向的转动自由度,Y和X方向上的移动自由度。故工件实现完全定位。定位销的选择:参考金属切削机床夹具设计手册的选择:圆柱销:JB/T8014。2-1999固定式定位销削边销:JB/T8014。3-1999可换式定位销2.1.1.2定位误差分析 第一基准面A平面无基准位置误差,但是定位销与两孔的配合间隙及两销中心距误差引起的基准位置误差必须考虑,其基准误差如图3。2所示,下面加以详细分析:(a)位置误差(b)角度误差图11 基准误差图由零件图可知,两孔中心距为L=34mm,为IT9级精度用以定位。查互换性与测量技术基础表2-4,标准公差数值为T=0。6mm,而定位销工作部分按f制造,查表得,上偏差为es=-0。02,下偏差为ei=es-2T=-0。033。故定位销尺寸为和mm,由零件图知,孔公差为T=0。021mm。由机械制造工艺学P40知:圆孔: 上式中:为圆柱销配合的工件的内孔的公差 为削边销配合的工件的内孔的公差 为夹具圆柱销的定位误差 为夹具削边销的定位误差 、分别指与圆柱销、削边销的最小配合间歇由因为:=0。021mm =0。021mm =0。013mm =0。013mm =0mm所以:=0。034mm =0。034mm =由此可知,定位精度是相当高的,可以满足定位要求。2.2夹具设计2.2.1定位基准的选择由零件图知,排进气孔两端面应与气杆导向孔中心线平行,与气缸盖罩定位销孔连线有对称度要求,其设计基准为气杆导向孔中心线,为了使定位误差为零,应该选择以气杆导向孔定位的自动定心夹具。但这种自动定心夹具在结构上过于复杂,因此这里只选用气门导杆孔与B面作用定位基面。图3。3所示,为了提高加工效率,现决定用四把5.9的钻头对两面两孔进行加工,同时,为了缩短辅助时间,准备采用气动夹紧。2.2.2切削力与夹紧力的计算根据文献9的134页表6-20中公式 (2-2) (2-3) (2-4)式中, 切削力(N);切削转矩(N);切削功率(Kw);切削速度(m/min);进给量(mm/r);加工(或钻头)直径(mm);=488.5N =871.3Nmm图 2-2 零件加工定位简图对于钻削加工时,主要考虑轴向切削里来确定夹紧力.夹紧力由汽缸而来 F=2488.5=977 (N)其中夹具定位面上及夹机紧面上的摩擦系数为f=0.5,则 理论夹紧力的确定F = =1954(N) 实际的夹紧力 F实=F理.K K为安全系数 取1.6 则F=1.61954=3126N 气缸选用。当压缩空气单位压力,气缸推力为。故由气缸产生的实际夹紧力为此时已经大于所需的夹紧力,故本夹具可以安全工作。2.3支承部件的设计初步估计气缸盖的质量,由轮廓尺寸知=5.97kg,设当零件放在支承板上时,下降一定的位置(2mm)作为预定位,由此来选择适当的弹簧。因为支承板需要4个弹簧方能平衡,故零件的自重实际为四根弹簧一起承载。选择圆柱螺旋压缩弹簧:类,计算载荷P: P=mg=5.9710=59.7(N)查机械设计手册得知:选用=4mm,=20mm,mm,=12mm校核所选弹簧:旋绕比:C=4曲度系数为:最大切应力:查机械设计图20。1知,选用65Mn时,=0。4=600MPa。故有,满足要求。各支承板的设计见装配图。2.4夹具设计及操作的简要说明如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动生产率。因此,应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。因为这是提高劳动生产率的重要途径。本道工序的铣床夹具就选择了气动夹紧方式。本工序由于是粗加工,切削力较大,为了夹紧工件,势必要增大气缸直径,而这样将使整个夹具过于庞大。因此,应首先设法降低切削力。目前采取的措施有三:一是提高毛坯的制造精度,使最大切削深度降低,以降低切削力;二是选择一种比较理想的夹紧机构;三是在可能的情况下,适当提高压缩空气的工作压力,以增加气缸推力。夹具上装有对刀块,可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀(与塞尺配合使用);同时,夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置,以利于钻削加工。 第三章 组合机床的设计3.1组合机床的概述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的专用机床。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法,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已标准化和系列化,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,并可用来组成自动生产线。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额),完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种形状槽,以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多,有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换,配以可编程序控制器()、数字控制()等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外,近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机(清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线)等在组合机床行业中所占份额也越来越大。二十世纪70年代以来,随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展,组合机床的加工精度也有所提高。组合机床未来的发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;以及纳入柔性制造系统等。国内组合机床近几年取得了长足的进步,但是与发达国家相比,在产业结构、产品水平、开发能力、产业规模、制造技术水平、劳动生产率、国内外市场占有率等诸多方面尚存在不少差距。在组合机床方面,总体水平不高,国际竞争力不强,不能充分满足国内建设需要,关键技术过分依赖国外,自主发展能力薄弱,高技能人才的比较优势有弱化的危险,产品质量不稳定,用户服务水平差距较大。 组合机床的设计,目前基本上有两种方式:其一,是根据具体加工对象的特征进行专门设计,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,广大工人和技术人员总结出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艺范围内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”。这种组合机床不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产,而是设计成通用品种,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。在组合机床设计过程中,为了降低组合机床的制造成本,应尽可能地使用通用件和标准件。目前,我国设计制造的组合机床,其通用部件和标准件约占部件总数的7080%,其它2030%是专用零部件。考虑到近年来,各种通用件和标准件都出台了新的标准及标注方法,为了方便以后组合机床的维修,整个组合机床的通用件和标准件配置,都采用了新标准。 本机床根据生产的需要进行设计,气缸盖在两面钻组合机床上加工过程为:液压驱动夹具对气缸体夹紧;电气按钮驱动快进电机来实现快速进刀;快进电机关闭工进电机启动,把快进转工进对气缸体进行钻削加工;达到加工钻削深度时,滑鞍碰上死挡铁使丝杠不转,使传动装置中过转矩保护装置启动;启动快进电机反转,滑鞍快速退回;打开气压开关放气减压,夹具松开;取出气缸盖。 论本设计主要针对165型号的柴油机汽缸盖体左、右、两个面上4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。主轴箱设计是该次设计中一个重要的传动部分的设计。首先,在完成对组合机床的总体设计并绘制出“三图一卡”的基础上,绘制主轴箱设计的原始依据图;接着确定主轴结构、轴径以齿轮模数;然后根据被加工孔的位置,拟定传动系统,应注意轴与轴的最小间距应符合规定要求,避免产生干涉,这一步是主轴箱设计的核心部分;第四步是计算主轴、传动轴坐标、绘制坐标检查图;第五步,绘制多轴箱总图,零件图及编制组件明细表。整个设计说明书分为五大部分:1.组合机床总体设计:总体方案论证、确定切削用量及选择刀具、组合机床总体设计 、 三图一卡;2.组合机床主轴箱设计:绘制主轴箱原始依据图、主轴结构型式的选择和动力计算、主轴箱传动系统的设计与计算、主轴箱坐标计算和绘制坐标检查图、轴和齿轮的校核;3.零部件的设计绘制:绘制主轴箱的装配图及零件图、绘制主轴箱前后盖及箱体;4.样机试验测试:组合机床空运转试验、组合机床钻孔试验、进行精度测试;5.结。3.2组合机床方案的制定3.2.1 工艺路线的确立序号工 序 内 容简要说明铸造时效消除内应力粗铣A面先加工基准面粗、精铣B面先加工面钻、铰孔后加工孔锪孔;镗孔,孔,孔以,两孔为基准加工C面粗、精铣两C面粗、精铣两D面钻底孔,攻螺纹钻、铰孔,以此孔为基准加工下面的孔扩孔钻螺纹底孔,钻孔,攻螺纹钻螺纹底孔,攻螺纹钻孔;镗孔,钻螺纹底孔,攻螺纹精铣A面此面为配合面,需精加工进行水压检验涂漆,入库防止生锈本道工序是(110)钻25.9mm的螺纹底孔。由本设计的组合机床加工完成。具体内容是钻25.9mm,深16mm的盲孔.3.2.2 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。此外,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。通过以上的比较,考虑到卧式床身振动小,装夹方便等优点,选用卧式组合机床。3.2.3 定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集中工序。本机床加工时采用的定位方式是一面两销的定位。3.2.4 滑台型式的选择本组合机床采用的是机械滑台。与液压滑台相比较,机械滑台具有如下优点:进给量稳定,慢速无爬行,高速无振动,可以降低加工工件的表面粗糙度;具有较好的冲击能力,继续铣削、钻头钻通孔将要出口时,不会因冲击而损坏刀具;运行安全可靠,易发现故障,调整维修方便;没有液压驱动的管路、泄漏、噪声和液压站占地的问题。机械滑台也有其弊端,如:只能有级变速,变速比较麻烦;一般没有可靠的保护;快进转工进时,转换位置精度较低。液压滑台弊端,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。本课题的加工对象是165柴油机气缸盖,钻左、右、面上的2个孔,位置精度和尺寸精度要求较高,刚度高、热变形小、进给稳定性高,因此采用精密级机械滑台。3.3 确定切削用量及选择刀具3.3.1 选择切削用量对于4个被加工孔,采用查表法选择切削用量,从文献1的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,随孔深度的增加而逐渐递减其递减值按文献1的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,使刀具寿命有所降低。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浅孔时钻头的寿命比较接近。A.对左侧面的2个孔的切削用量的选择 对于孔 1 ,2 盲孔, L=16mm =5.9mm 由d 确定v=1018m/min f=0.050.1mm/r 取 v=12m/min f=0.08mm/r 得 n=(100012)/(3.145.9)=695r/minB对右侧面的2个孔的切削用量的选择 同左面一样 3.3.2计算切削力、切削扭矩及切削功率布氏硬度,根据文献9的134页表6-20中公式 (2-2) (2-3) (2-4)式中, 切削力(N);切削转矩(N);切削功率(Kw);切削速度(m/min);进给量(mm/r);加工(或钻头)直径(mm);,在本设计中,HBmin =187,HBmax=255,得=232。由以上公式可得:对左右面单根轴: 轴1,2,3,4 =488.5N =871.3Nmm =0.063Kw总的切削功率:即求各面上所有轴的切削功率之和 左面 =20.63=0.126Kw 右面 =20.63=0.126Kw3.3.3 选择刀具结构根据工艺要求及加工精度的要求,加工4个孔的刀具均采用标准直柄长麻花钻。d =5.9mm L=139mm l=91mm3.4 组合机床总体设计三图一卡3.4.1 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。除了是设计研制合同外,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。3.4.2 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.刀具的选择 a.根据工艺的要求及加工精度不同,组合机床采用的刀具一般有简单刀具(标准刀具)、复合刀具及特种刀具。选择刀具的原则:(只要条件允许,为使工作可靠,结构简单、刃磨容易,应尽量选择标准刀具和简单刀具。b.为使工序集中程度或保证加工精度,可采用同时加工两个或两个以上表面的复合刀具。c.选择刀具结构时,还须认真分析被加工零件材料特点。刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。B.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。 在组合机床上加工孔,除用刚性主轴的方按外,工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。因此,正确选择导向结构,确定导向类型、参数、精度,不但是绘制加工示意图必须解决的问题,也是设计组合机床不可忽视的重要内容。选择刀具导向部分和夹具导套之间既有相对移动又有相对转动的固定式导向。这类导向的允许线速度为v850mm),该组合机床装料高度取=978。确定中间底座尺寸 中间底座的轮廓尺寸,在长宽方向应满足夹具的安装需要。它在加工方向的尺寸,实际已由加工示意图所确定,图中已规定机床在加工终了时工件端面至多轴箱前端面的距离。由此,根据选顶的动力箱、滑台、侧底座等标准的位置关系,并考虑滑台的前备量,通过尺寸链就可以确定中间底座加工方向的尺寸。算出的长度通常应圆整,病按R20优先系数选用。应注意,考虑到毛坯误差和装配偏移,中间底座支承夹具底座的空余边缘尺寸。当机床不用冷却液时不要小于1015mm;使用冷却液时不小于70100mm。还须注意:当加工终了时,多轴箱与夹具轮廓间应有足够的距离,以便于调整和维修,并应留有一定的前备量(一般不小于1520mm)。确定中间底座的高度方向尺寸时,应注意机床的刚性要求、冷却排屑系统要求以及侧底座连接尺寸要求。装料高度和夹具底座高度(含支承块)确定后,中间底座高度就已确定(本设计高度为560mm)。C.确定主轴箱轮廓尺寸主要需确定的尺寸是主轴箱的宽度和高度及最低主轴高度。主轴箱宽度、高度的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关,可按下式计算: =+ =+式中,工件在宽度方向相距最远的两孔距离(mm);最边缘主轴中心距箱外壁的距离(mm);工件在高度方向相距最远的两孔距离(mm);最低主轴高度(mm)。其中,还与工件最低孔位置(=33mm)、机床装料高度(=978mm)、滑台滑座总高(=250mm)、侧底座高度(=560mm)、滑座与侧底座之间的调整垫高度(=5mm)等尺寸有关。对于卧式组合机床, 要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外,通常推荐85140mm,本组合机床按式=+-(0.5+) =33+978-(0.5+250+560+5)计算,得:=195.7mm。根据上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准,最后确定主轴箱轮廓尺寸为=3203203.4.4 机床生产率计算卡理想生产率Q(件/h)理想生产率是指完成年生产纲领(包括备品及废品率)所要求的机床生产率。用文献9的51页的公式 (2-9)计算,式中, N年生产纲领(件),本课题中N=100000件; 全年工时总数,本课题以单班8小时计,全年时间为2350则 实际生产率(件/h)实际生产率是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。即文献9的51页的公式 (2-10)式中,生产一个零件所需时间(min)。T单=t切+t辅=2.874;式中:分别为刀具第、第工作进给长度,单位为mm;风别为刀具第、第工作进给量,单位为mm/min详细参考机床生产率卡四 组合机床主轴箱设计4.1主轴箱的概述主轴箱是组合机床的重要部件之一,它关系到整个机床质量的好坏.大型通用主轴箱由通用零件如箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构等组成。标准通用卧式钻孔类主轴箱的厚度是一定的,为325mm。本课题中主轴箱由箱体、前盖和后盖三个部分组成。箱体材料为HT200,前、后盖等材料为HT150;箱体的标准厚度为180mm,前盖厚度为55mm,后盖厚度为90mm。通用主轴箱设计的顺序是:绘制主轴箱设计原始依据图;确定主轴结构、轴径及模数;拟订传动系统;计算主轴、传动轴坐标,绘制坐标检查图;绘制主轴箱总图,零件图及编制组件明细表。具体内容如下。4.2主轴箱的设计步骤和内容4.2.1 绘制主轴箱原始依据图主轴箱依据图是根据“三图一卡”绘制的。1.被加工零件编号及名称:柴油机气缸盖,EM165型材料及硬度:HT250 HB187-255;2.主轴外伸尺寸及切削用量如表3-1; 表3-1 主轴外伸尺寸及切削用量表轴 号主轴外伸尺寸()切 削 用 量备 注D/d L工序内容n(r/min)v(m/min)f(mm/r)1,2,3,430/201155.9695120.084.2.2 主轴结构型式的选择和动力计算4.2.2.1 主轴结构型式的选择主轴结构的选择包括轴承型式的选择和轴头结构的选择。轴承型式是主轴部件结构的主要特征,本课题中主轴进行钻削加工,轴向切削力较大,最好用推力球轴承承受轴向力,而用向心球轴承承受径向力,又因为钻削时的轴向力是单向的,因此推力球轴承在主轴前端安装即可.4.2.2.2 主轴直径和齿轮模数的确定主轴直径已在总体设计部分初步确定,齿轮模数(单位为mm)一般用类比法确定,也可按文献1的62页公式估算,即 (3-1)式中,齿轮所传递的功率,单位为Kw;一对啮合齿轮中的小齿轮齿数;小齿轮的转速,单位为r/min。主轴箱中的齿轮模数常用2、2.5、3、3.5、4几种。为了便于生产,同一主轴箱中的模数规格不要多于两种。由于本主轴箱为钻孔主轴箱,主轴转速误差较小,且加工孔的位置比较集中,可以根据实际需要选出齿轮模数为2、3两种。通过计算得1.76,结合生产实际取=2和=3两种。这里取m=34.2.3 主轴箱传动系统的设计与计算4.2.3.1多轴箱传动设计,是根据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转速要求,设计传动链,把驱动轴和各主轴连接起来,使各主轴获得预定的转速和转向。(一) 对传动系统的一般要求(1)尽量有一根中间传动轴带动多根主轴.(2)一般情况下,尽量不采用主轴带动主轴的方案(二)齿轮的安排(1)不同轴上的齿轮不相碰,可放在箱体的同一排(2)不同轴上的齿轮与轴不相碰,可放在箱体的同一排由前面的设计可知 N驱=705r/min N1=695 r/min N2=695 r/min总的传动比 i1=705/695=1.014 i2=705/695=1.014又最后一级传动最好采用升级传动 ,故本设计采用如下的方法.驱动轴-传动轴 705/695=1.014传动轴-主轴 695/695=1 其设计图如下;(1,2,3,4,5,6,7,8)分别为各齿轮编号齿轮1.2 转矩=9.55=9.55=3278N.mm 参考机械设计由表12.13取齿宽系数=0.85接触疲劳极限Hlim=700MPa Hlim=650MPa初步计算许用接触应力H=0.9700=630MP a H=0.9650=585MPa由表12.16取 Ad=82初步计算的小齿轮的直径 d82=23.39mm参考组合机床设计动力箱齿轮模数最小为3 齿轮最少为21,故直径d21*3=63mm故取d=63z=21 m=3 d=63mm 由此计算出 d=mz z=21 d=213=63
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