组合机床毕业论文讲解.docx

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组合机床毕业论文讲解

柴油机汽缸盖两端面螺纹底孔加工组合机床设计（右主轴箱设计）

作者姓名：

刘琴

专业名称：

机械工程及自动化

指导教师：

周丽华讲师

殷俊文讲师

摘要

本课题目的是设计加工柴油机汽缸盖的专用组合机床，具体内容包括进行柴油机汽缸盖零件的机械加工工艺设计，利用三维实体设计软件完成两端面螺纹底孔双面钻床设计和主轴箱部件设计。

为此，本论文主要围绕上述三个方面的内容进行阐述。

其中汽缸盖零件的机械加工工艺设计主要是编制机械加工工序卡；双面钻床总体设计包括被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡，即通常所说的“三图一卡”设计；主轴箱部件设计主要包括主轴箱设计原始依据图的绘制、主轴结构形式的选择及动力计算、传动系统的设计与计算等。

并且，所有设计图都是先用SolidWorks软件进行三维建模，然后将此三维模型转化为工程图而得到。

最终转化为Autocad出图。

关键词：

组合机床双面钻主轴箱

Abstract

Thissubjectpurposeisdesigningandprocessingmakingthelatheupspecial-purposlyofthecylinderheadofthedieselengine,theconcretecontentincludescarryingonthemachiningtechnologicaldesignofthecylinderheadpartofthedieselengine,utilizethree-dimensionalentitydesignsoftwarefinishboltholecuttwo-sideddrillingmachinedesignwiththecasepartofthemainshaftdesigning.Forthisreason,thisthesisisexplainedaroundthecontentofabove-mentionedthreerespectsmainly.Amongthemthemachiningtechnologicaldesignofthepartofthecylinderheadismainlytoworkoutthemachiningprocesscard;Two-sideddrillingmachineoveralltodesignincludingprocessintopartprocesspicture,processsketchmap,lathecontactsizepictureandproductivitycalculatecard,namely"threepicturesand1calorie"thatusuallyspeakaredesigned;Mainshaftcasepartisitincludemainshaftcasedesignprimitivedrawing,mainshaftchoiceandpowercalculate,designoftransmissionandcalculate,etc.structureofformthatbasispursuemainlytodesign.And,alldesigndrawingsaretocarryonthree-dimensionalmodelinginSolidWorkssoftwarefirst,thentransformthisthreedimensionalmodeltogetforprojectpicture.

Keywords:

combinationlathe,two-sideddrillingmachine,mainspindlebox

摘要I

AbstractII

目录III

前言1

1被加工零件分析2

1.1主要内容2

1.2柴油机汽缸盖零件分析2

1.3零件的加工工艺设计3

1.4夹紧及定位方式的选择5

2组合机床总体设计6

2.1组合机床方案的制定6

2.2组合机床总体设计10

2.3加工示意图11

2.4组合机床总体设计机床联系尺寸图16

3组合机床主轴箱设计19

3.1主轴箱的设计步骤和内容20

3.2主轴结构型式的选择及动力计算21

3.3主轴箱总图设计25

总结27

致谢28

参考文献29

前言

组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。

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。

组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。

加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。

有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件（如飞轮、汽车后桥半轴等）的外圆和端面加工。

在我国当前的工业领域中，组合机床已广泛应用到大批、大量生产的行业，例如：

汽车、柴油机、电动机等的制造行业。

就本次设计中要加工的零件------柴油机汽缸盖而言，由于缸盖顶面和底面孔较多，孔的加工和孔间的定位也都有相应的技术要求，若采用通用机床加工，不能保证加工精度要求，而且生产效率低。

相反，若采用组合机床加工，即能保证产品加工质量，又能提高生产效率，降低劳动强度。

1被加工零件分析

1.1主要内容

本人毕业设计的内容是钻295型柴油机缸盖右端面的螺纹孔。

这些孔与两端面有位置度要求，其粗糙度要求都为25，公差要求为考虑可采用双面组合机床同时加工两面螺孔。

柴油机气缸盖为大批量生产的箱体零件，其内部结构复杂，毛坯采用铸造方式生产。

气缸盖材料为铸铁，硬度为HB150～200。

1.2柴油机汽缸盖零件分析

柴油机汽缸盖是机器的重要组成部分，它主要用来与汽缸形成为一块比较规则的方体形，因此就对零件需要具有一定的表面精度，从性能方面考虑柴油机汽缸盖重要控制油的进入、空气的输入、废气的排出、与汽缸连接等等，如果对汽缸盖没加工好，在气密性和精度等方面有所疏漏，那将对整个机器有非常大的影响。

而此次设计的组合机床即双面钻床和夹具就是加工螺栓孔定位销孔，这些孔对装配有很大的影响，因此此次设计也是相当重要的任务。

柴油机汽缸盖的零件图如下：

图1柴油机汽缸盖零件示意图

1.3零件的加工工艺设计

根据上面的零件分析所知道的零件的性能要求、表面精度要求及被加工定位孔螺纹孔的要求等等，对零件的机械加工工艺进行设计。

方案A：

10R：

毛坯草图

20R：

粗铣底面A

30：

粗铣顶面B

40：

精铣底面A

50：

精铣顶面B

60：

钻螺栓孔铰定位孔

70：

铣进排气面

80：

钻进排气孔钻顶面油孔

90：

进排气孔及顶面油孔攻丝

100：

铣两端面

110：

钻两端面螺纹孔底孔

120：

钻前端面深油孔

130：

两端面螺孔攻丝

140：

钻喷油孔扩燃烧孔进排气门孔及钻排气面油孔

150：

锪平面半精扩铰燃烧室进排气门孔接钻底面油孔

160：

铰喷油孔精扩铰燃烧室接钻底面油孔

170：

钻攻喷油咀螺孔扩气门导管孔踉座孔

180：

铰导管孔气门座空

190：

磨底面A

200：

空气吹净螺孔油水气道

210：

压堵片

220：

水压实验

230：

压涡流镶块

240：

磨镶块凸出面

250：

清洗入库

260：

检验

方案B：

10R：

毛坯草图

20：

粗铣底面A

30：

精铣底面A

40：

粗铣顶面B

50：

精铣顶面B

60：

钻螺栓孔铰定位孔

70：

钻进排气孔钻顶面油孔

80：

铣进排气面

90：

进排气孔及顶面油孔攻丝

100：

铣两端面

110：

钻两端面螺纹孔底孔

120：

钻前端面深油孔

130：

两端面螺孔攻丝

140：

钻喷油孔扩燃烧孔进排气门孔及钻排气面油孔

150：

锪平面半精扩铰燃烧室进排气门孔接钻底面油孔

160：

铰喷油孔精扩铰燃烧室接钻底面油孔

170：

钻攻喷油咀螺孔扩气门导管孔踉座孔

180：

铰导管孔气门座空

190：

磨底面A

200：

空气吹净螺孔油水气道

210：

压堵片

220：

水压实验

230：

压涡流镶块

240：

磨镶块凸出面

250：

清洗入库

260：

检验

方案比较选择：

方案B中工序“30：

精铣底面A”不合理，应该是先粗铣B面，再精铣；工序“70：

钻进排气孔钻顶面油孔”应该在铣进气面之后，做到先面后孔，机械加工是一般遵循“先面后孔，先粗后精，基面先行”的原则。

方案B设计遵循这个基本规则，因此；柴油机汽缸盖的机械加工工艺选择方案A。

具体加工工序见附表1

1.4夹紧及定位方式的选择

最常用的定位方式是“一面两销”，本次加工工序就是为下面工序做准备加工好定位孔和螺栓孔，以便于下面的工序可以用“一面两销”进行定位，故本工序加工时零件底面和两个定位销定位。

具体定位及夹紧位置见被加工零件工序图

2组合机床总体设计

2.1组合机床方案的制定

组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高度集中工序原则设计的一种高效率专用机床。

设计组合机床前，首先应根据组合机床完成工艺的一些限制及组合机床各种工艺方法能达到的加工精度、表面粗糙度及技术要求，解决零件是否可以利用组合机床加工，那么，为使加工过程顺利进行，并达到要求的生产率，必须在掌握大量的零件加工工艺资料基础上，统盘考虑影响制定零件工艺方案、机床配置形式、结构方案的各种因素及应注意的问题。

经过分析比较，以确定零件在组合机床上合理可行的加工方法（包括安排工序及工艺流程，确定工艺中的工步数，选择加工的定位基准及夹压方案等）、确定工序（或工步）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，这些式组合机床方案制定的主要内容。

一、影响组合机床方案制定的主要因素

（1）被加工零件特点

被加工零件特点主要指零件的材料、硬度、加工部位的结构形状、零件刚性、定位基准面的特点等。

它们对机床工艺方案制定有着重要的影响。

同样精度的孔，因材料、硬度的不同，其工艺方案也不同。

被加工零件的特点在很大程度上决定了机床采取的配置形式。

一般来说，孔中心线和定位基准面平行且需由一面或几面加工的箱体件宜采用卧式机床；对于大型箱体件，采用单工位加工较适宜。

（2）被加工零件的加工精度和加工工序

被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制定机床方案的主要依据。

例如精度为H7的孔加工工序，不仅工步数多（通常3～4个），而且对于不同尺寸的孔径，也须采取不同的工艺方法（镗或铰）。

当孔与孔之间有较高的位置精度要求（如≤0.05mm），安排工艺时应考虑在一个安装工位上对所有的孔同时进行最终精加工。

如果同时加工同一轴线上几个孔的同轴度要求较高时（≤0.05mm），其最后精加工应从一面进行。

又如，为了加工精度为H6、表面粗糙度Ra0.4μm的孔，除采取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度并减少夹压变形等一般措施外，机床须采取主轴高速、低进给量的加工方法，以使切削力尽量小，还须尽量消除主轴振动的影响，并确保稳定的小进给量（一般≤0.01mm/r）。

为此，机床通常采用皮带传动的精镗头，主轴社卸载装置，进给采用液压增稳系统。

采用刚性主轴结构方案时，必须根据被加工零件的材料、加工部位特点及加工精度要求来选择主轴结构形式及具体参数，以使主轴有足够的刚性及抗振性。

（3）机床使用条件

1）车间布置情况车间内零件输送滚道的高度将直接影响机床装料高度。

如果车间面积有限，则要限制机床轮廓尺寸。

2）工艺间的联系工件道组合机床加工前，其毛坯或半成品必须达到一定要求，否则，会造成工件在机床夹具上定位和夹紧不可靠，甚至造成刀具损坏，或者不能保证要求的加工精度。

如果在组合机床上加工以后，还要转到其他机床上加工，而工件没有预先加工出保证精度的有关定位基准面，那么组合机床应考虑为下道工序加工出定位基面。

3）使用厂的技术能力和自然条件如果使用厂没有相当能力的工具车间，制造、刃磨复杂的整体复合刀具有困难，则制定方案时，应避免采取此类刀具，必要时，可增加机床工位，以便采用一般刀具分散加工。

若使用厂处于炎热地区，车间温度偏高，使用液压传动机床往往造成工作性能不稳定，则可选用配置机械动力部件的机床。

（4）被加工零件的生产批量

零件的生产批量是决定采用单工位、多工位或自动线，还是按中小批生产特点设计组合机床的重要因素。

被加工零件的生产批量越大，工序安排一般趋于分散。

而且，其粗、半精、精加工应分别在不同的机床上完成。

对于中小批量生产情况，则要力求减少机床台数，此时应将工序尽量集中在一台（多工位）或少数几台机床上加工，以提高机床利用率。

综合以上因素，并结合工艺方案要求，确定本设计为大型组合机床的配置形式，并且为移动工作台式组合机床。

二、确定切削用量及选择刀具

（1）左主轴箱切削用量的选择

由于已知钻孔直径为Φ6.6mm，依据«组合机床设计»切削用量表，,故可以选定切削速度v=13m/min,进给量f=0.0968mm/r。

又已知汽缸盖硬度为HB150~200，故计算硬度HB=200-200/150=190。

（2）确定右左主轴箱刀具的切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度

根据选定的切削用量，确定切削力，作为选择动力部件及夹具设计的依据；确定切削转矩，用以确定主轴及其它传动件的尺寸，确定切削功率，用以选择主传动电机功率；确定刀具耐用度，用以验证所选刀具是否合理。

人们根据生产实践及试验研究成果，整理出不同材料工件进行钻孔、扩孔等的切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度的计算公式及计算图，列举如下：

切削力F、切削转矩M、切削功率P、刀具耐用度T的计算公式

F=26*D*（f0.8）*（HB0.6）

M=10*（D1.9）*（f0.8）*（HB0.6）

P=M*v/（9740*D*П）

T=[9600*（D0.25）/（v*（f0.55）*（HB1.3））]8

式中：

F------切削轴向力（N）；

D------钻头直径（mm）；

f------每转进给量（mm/r）；

M------切削转矩（N*mm）；

P------切削功率（kW）；

T------刀具耐用度（min）；

v------切削速度（m/min），通常根据钻孔深度L考虑修正系数kv；

HB------零件的布氏硬度值。

通常给出一个范围，如HB180~220。

1）加工1-7#孔，孔径为Φ6.6mm,粗糙度Ra=25,故

切削力：

F=26×D×（f0.8）×（HB0.6）

=26×6.6×（0.09680.8）×（1900.6）

=617N；

切削转矩：

M=10×（D1.9）×（f0.8）×（HB0.6）

=10×（6.61.9）×（0.09680.8）×（1900.6）

=1297Nmm；

切削功率：

P=M×v/（9740×D×П）

=1297×13/（9740×6.6×3.14）

=0.0835kW；

刀具耐用度：

T=[9600×（D0.25）/（v×（f0.55）×（HB1.3））]8

=[9600×（6.60.25）/（13×（0.09680.55）×（1901.3））]8

=220436min；

对右主轴箱，初定主轴箱所须功率：

N主=N切/η=（6*N）/η=（6*0.0835）/0.8=0.62625kw，从而动力箱型号为Y112M-4，其电动机额定功率为4.0kw，满足要求。

（3）初定右主轴箱的主轴及传动轴直径

当确定了切削转矩M后，可根据扭转刚度初定出主轴及传动轴直径，公式如下：

d>=B*（M0.25）（cm）

式中：

M------切削转矩（N*cm）；

B------系数，根据主轴或传动轴在1m长度上允许最大扭转角按表选择。

对于加工1~14#孔的主轴，M=1297Nmm，主轴允许最大扭转角为1/4度/米时，B=0.73,则

d>=B×（M0.25）（cm）=7.3×（12970.25）=50.6cm；

2.2组合机床总体设计

（1）被加工零件工序图

图2被加工零件工序图

（2）被加工零件工序图的内容和作用

被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床或自动线完成的工艺内容、加工部位尺寸精度、表面粗糙度及技术要求、加工定位基准、夹压部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情况的图纸。

它不能用用户提供的产品图纸代替，而须在原零件图的基础上，突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制的。

它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。

图上应表示出

1）被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。

尤其是当须要设置中间导向套时，应表示出零件内部的肋、壁布置及有关结构的形状及尺寸，以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。

2）加工用定位基准、夹压部位及夹压方向。

以便依次进行夹具的定位支承（包括辅助定位支承）、限位、夹紧、导向装置的设计。

3）本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求（主要指定位基准）。

4）必要的文字说明。

如被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。

柴油机缸盖的被加工零件工序图见图纸。

（3）绘制被加工零件工序图的注意事项

1）为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要突出该机床的加工内容。

绘制时，应按一定比例，选择足够视图及剖视，突出加工部位（用粗实线），并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关的部位（用细实线）表示清楚。

凡本道工序保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方画粗实线标记。

2）加工部位的尺寸应由定位基准注起。

为便于加工及检查，尺寸应采用直角坐标系标注，而不采用极坐标系。

但有时因所选定位基准与设计基准不重合，则须对加工部位要求的尺寸精度进行分析换算。

此外，应将零件图上的不对称位置尺寸公差换算成对称尺寸公差，其公差数值的决定要考虑两方面，一是要能达到产品图纸要求的精度，二是采用组合机床能加工出来。

如图的尺寸应换算为被加工零件工序图中的尺寸，以便在进行夹具和多轴箱设计的时候，确定导向孔与主轴孔的位置坐标尺寸。

3）应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。

如对多层壁同轴线等直径孔加工。

若要求孔表面不留退刀痕迹，则图纸上应注明要求“机床主轴定位，工件（夹具）让刀”。

2.3加工示意图

（1）加工示意图的作用和内容

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、辅具的布置状况及工作循环等。

因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据重要地位。

它是刀具、辅具、夹具、多轴箱、液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的依据，其内容为

1）应反映机床的加工方法啊、加工条件及加工过程、

2）根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型、数量、结构、尺寸（直径

和长度），包括镗削加工是镗杆直径和长度。

3）决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。

4）选择标准或设计专用的接杆、浮动卡头、导向装置、攻丝靠模装置、刀杆托架等，并决定他们的结构、参数及尺寸。

5）标明主轴、接杆（卡头）、夹具（导向）与工件之间的联系尺寸、配合及精度。

6）根据机床要求的生产率及刀具、材料特点等，合理确定并标注各主轴的切削用量。

7）决定机床动力部件的工作循环及工作行程。

（2）加工示意图的画法注意事项:

1）加工示意图的绘制顺序是：

先按比例用细实线绘出工件加工部位和局部结构的展开图。

加工表面用粗实线画。

为简化设计，相同的加工部位的加工示意图（指对同一规格的孔加工，所用刀具、导向、主轴、接杆等的规格尺寸、精度完全相同），允许只表示其中之一，亦即同一多轴箱上结构尺寸相同的主轴可只画一根。

但必须在主轴上标注轴号（与工件孔号相对应）。

当轴数较多时，可采用缩小比例，用细实线画出工件加工部位简图（向视图），并标注孔号，以便设计和调整机床。

2）一般需设置径向结构尺寸较大的导向装置时，相邻主轴必须按严格比例绘制，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是否干涉。

3）主轴应从多轴箱端面画起。

刀具画加工终了位置（攻丝加工则应画加工开始位置）。

标准的通用结构（如接杆、浮动卡头、攻丝靠模及丝锥卡头、通用多轴箱的标准钻镗主轴外伸部分等）只画外轮廓，并须加注规格代号。

对一些专用结构（如导向、刀杆托架、专用接杆或浮动卡头等），为显示其结构而必须剖视，并标注尺寸、精度及配合。

（3）选择刀具、工具、导向装置并标注其相关位置及尺寸

1）刀具选择刀具选择要考虑共建加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生产率的要求等因素。

刀具的长度要保证加工终了时，刀具的螺旋槽尾端与导向套外端面有30～50mm的距离，以便于排出切屑和刀具磨损后有一定的向前调整量。

本设计中要加工的孔的尺寸精度要求为Φ6.6，粗糙度要求为25；所以选择直径分别为Φ6.6的锥柄长麻花钻。

刀具的长度为160.

2）导向套的选择在组合机床上加工孔，除用刚性主轴的方案外，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。

3）选择导向类型、型式和结构通常根据刀具导向部分直径d和刀具转速n折算出导向的线速度v（v=πdn/1000m/mm）,再结合加工部位尺寸精度、工艺方法及刀具的具体工作条件来选择导向类型、型式和结构。

通过分析被加工零件可知，应选择第一类导向，即固定式导向，且d=G7，D=H7/g6。

初定主轴类型、尺寸、外伸长度和选择接杆

主轴直径计算公式：

d=B*（M/100）0.25；

M/Wp≤[τ]；

式中：

d------轴的直径（mm）；

M------轴所传递的转矩（N*mm）；

Wp------轴的抗扭截面模数（mm3），实心轴的Wp=0.2*d3；

[τ]------许用剪应力（N/mm2），45钢的[t]=31N/mm2；

B------系数，刚性主轴，取[φ]=1/4度/米；传动轴，取[φ]=1度/米。

加工1~7#孔，M=1297N*mmB=7.3,则

d=B*（M/100）0.25=7.3*（1297/100）0.25=13.8mm；；

依据«组合机床设计»中表3-19，选取主轴直径为25mm，轴能承受的扭矩为13500Nmm；

轴的校核：

M/WP=0.311/（0.2×253）=9.95×10-5＜[τ]，满足要求。

根据通用钻削类主轴系列参数选出主轴直径为25