ZH1105W气缸体的工艺设计、精镗组合机床的总体设计和右主轴箱设计说明书.doc
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目录
1前言 1
1.1课题内容 1
1.2课题来由 1
1.2.1课题背景 1
1.2.2组合机床国内外发展概况 2
1.2.3本课题主要解决的问题和总体设计思路 2
2组合机床总体设计 3
2.2设计加工对象 3
2.2工艺规程设计 3
2.2.1确定毛坯制造形式 3
2.2.2工艺规程设计 4
2.3组合机床总体设计工艺方案的拟订 4
2.3.1工艺路线的确定 5
2.3.2定位基准及夹压点的选择 5
2.4确定切削用量和选择刀具 6
2.4.1确定切削用量 6
2.4.2计算切削力、切削扭矩、切削功率 6
2.5确定刀具、导向及有关计算 8
2.5.1刀具的选择 8
2.5.2导向结构的选择 8
2.5.3确定主轴类型、尺寸、外伸长度 8
2.6组合机床总体设计—三图一卡 9
2.6.1被加工零件工序图 9
2.6.2加工示意图 9
2.6.3机床尺寸联系总图 10
2.6.4机床生产率计算卡 12
3组合机床右主轴箱设计 16
3.1绘制主轴箱原始依据图 17
3.2主轴、齿轮的确定及动力计算 17
3.2.1主轴型式和直径、齿轮模数的确定 17
3.3多轴箱传动设计 18
3.3.1对多轴箱传动系统的一般要求 19
3.3.2轴的校核 20
3.3.3齿轮的校核 21
3.3.4轴承的校核 23
3.3.5键的强度计算 24
3.4绘制主轴箱的装配图及零件图 25
29
3.4.2主轴箱前、后盖、主轴及箱体的补充加工图 25
3.4.3绘制其他非标准零件图 25
4结论 26
参考文献 27
致谢 28
附录 29
1前言
1.1课题内容
本课题是ZH1105W柴油机气缸体精镗组合机床总体及右主轴箱设计。
1.2课题来由
本课题来源于盐城市江动集团，课题主要是设计一台加工ZH1105W柴油机气缸体的精镗组合机床，具体进行ZH1105W气缸体的工艺分析、机床总体设计和右主轴箱的设计，其中包括制定工艺方案制作过程卡片和工序卡片，确定机床配置型式及结构方案，绘制被加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图，生产率计算卡，有关设计计算、校核，以及右主轴箱的总装图，零件图。
1.2.1课题背景
近年来，随着中国制造业的发展，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。
组合机床因其各种部件的通用化、标准化程度较高,结构与实现相对较容易,操作简单,能大大提高生产效率,较好保证加工质量的要求,性能稳定等诸多优点在大批量零件加工业中得到广泛的应用。
虽然各种新工艺、新的加工方法不断涌现且得到广泛应用,现代制造工程对从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，但是组合机床不断吸取新技术成果而完善和发展，在现代加工业中仍然拥有它的一席之地,发挥着并仍将发挥它的重要作用。
1.2.2组合机床国内外发展概况
组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床。
组合机床是随着生产的发展，由万能机床和专用机床发展来的。
这种机床既具有专用机床的结构简单、生产率和自动化程度较高的特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要，组合机床可以对工件进行多面、多主轴加工.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、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。
1.2.3本课题主要解决的问题和总体设计思路
本人的课题是ZH1105W柴油机气缸体精镗组合机床总体及右主轴箱设计，需要解决的问题主要有：
首先对气缸体进行工艺分析,在总体设计中要合理选择主轴箱的规格、型号，切削用量的选择，切削功率的计算，确定各轴的结构、排布、配合关系，轴的强度、刚度校核等；在右主轴箱的设计中包括右主轴箱总装图、零件图。
工艺分析思路如下：
首先进行零件图样的工艺审查，确定视图、尺寸、公差和技术要求，加工的合理性，结构的工艺性，然后选择毛坯。
组合机床的设计思路如下：
首先制定了合理的工艺方案，然后按工艺方案的需求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右主轴箱的设计。
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ZH1105W柴油机气缸体的加工工序图、加工示意图，机床联系尺寸总图和生产率计算卡。
然后再根据“三图一卡”进行组合机床的右主轴箱的设计、调整和验收。
为了表达右主轴箱设计，在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。
2组合机床总体设计
2.1设计加工对象
本设计的加工对象为ZH1105柴油机气缸体，材料是HT250。
图2-1柴油机气缸体
2.2工艺规程制定要求
制定工艺规程的原则：
保证图样上规定的备项技术要求，有较高的生产效率，技术先进，经济效益高，劳动条件良好。
2.2.1确定毛坯制造形式
选择毛坯应考虑的因素
a.零件的力学性能要求相同的材料采用不同的毛坯制造方法，其力学性能有所不同。
铸铁件的强度，离心浇注、压力浇注的铸件，金属型浇注的铸件，砂型浇递减；刚质零件的锻造毛坯，其力学性能高于钢质棒料和铸刚件。
b.生产纲领和批量生产纲领大时宜采用高精度与高生产率的毛坯制造方法，生产纲领小时，宜采用设备投资小的毛坯制造方法。
c.现场生产条件和发展应经过技术经济分析和论证。
2.2.2工艺规程制定方法
A.定位基准的选择
a.粗基准的选择如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，应以不加工表面作为粗基准。
如果是工件上有许多不需要加工的表面，则应以其中与加工表面位置精度要求较高的表面做为粗基准。
如果必须首先保证工件某重要表面的加工余量均匀，应选择该表面做为粗基准。
如果保证各加工表面都有足够的加工余量，应选加工余量较小的表面作粗基准。
选做粗基准的表面应平整，没有飞边等缺陷，以便定位可靠。
粗基准一般只能使用一次，特别是主要定位基准，以免产生较大的位置误差。
b.精基准的选择用设计基准做为定位基准，实现“基准重合”，以免产生基准不重合误差；当工件以某一组精基准定位可以较方便地加工很多表面，应尽可能采用此组精基准定位，实现“基准统一”，一面产生基准转换误差；当精加工后光整加工工序要求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，即遵循“自为基准的原则”；有多种方案可供选择时应选择定位准确、稳定、夹紧可靠，可使夹具结构简单的表面作为精基准。
B.确定加工顺序、单边余量
按加工性质和作用的不同，工艺过程一般可划分如下加工阶段：
粗加工阶段；半精加工阶段；精加工阶段，光整加工阶段。
加工顺序的安排：
a.对于形状复杂，尺寸较大的毛坯或尺寸偏差较大的毛坯，应首先安排画线工序，为精基准的加工提供找正基准。
b.按先基面后其他面的顺序，首先加工精基准面。
c.在重要表面加工前应对精基准进行修正。
d.按先主后次，先粗后精的顺序，精度要求较高的各主要表面进行粗加工，半精加工和精加工。
e.对于和主要表面有位置精度要求的次要表面应安排在主要表面加工之后工。
f.对于易出现废品的工序，精加工和光整加工可适当提前。
一般情况主要表面的精加工和光整加工应放在最后阶段进行。
2.3组合机床总体设计工艺方案的拟订
本设计是为镗削ZH1105W柴油机气缸体的精镗孔的工序而专门设计的，为了能达到质量好、效率高。
我们采用了工序集中的原则进行设计。
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台、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。
由于被加工的零件为ZH1105W柴油机气缸体上的孔，该柴油机的体积小、重量较重，且为三面加工。
根据零件的特点及生产纲领，应选用卧式床身，通过左右后三个动力头驱动三个主轴箱对零件三端面的各孔进行加工较为适合。
通过以上的分析，初定本次设计方案为卧式三面组合精镗床，三个动力头左右后布置。
2.3.1工艺路线的确定
表2-1工艺路线
1
粗铣底部端面
2
粗铣左右端面
3
粗铣前后端面
4
精铣底顶端面
5
精铣底顶端面
6
精铣底顶端面
7
粗镗左右后三面孔
8
半精镗左右后三面孔
9
精镗左右后三面孔
10
钻左右后三面孔
11
攻丝
12
钻上面、下面、前面的孔
13
攻丝
14
检验
2.3.2定位基准及夹压点的选择
组合机床是针对某个零件或零件的某道工序而设计的，正确选择加工用的定位
基准是确保加工精度的重要条件，同时也有利于最大限度的集中工序，从而收到减少机床台数的效果。
A.定位基准的选择
本机床加工为单工位加工，也就是一次安装下进行11个孔的加工，箱体零件是机械制造业中工序多,劳动量大,精度要求高的关键零件。
“三面定位”是这类箱体零件在组合机床上加工时常用的典型定位方法。
这种定位的特点是：
a.“三面定位”的定位方法很简便地消除工件的六个自由度,使工件稳定。
b.“三面定位”有高度的集中加工工序,又有利于提高各面上孔的位置精度。
c.“三面定位”的定位方法使夹紧方便,夹紧机构简单易使夹紧力对准支撑,消除夹紧力引起加工变形精度的影响。
e.“三面定位”的定位方法易实现自动化定位,并有利于防止切削落入基面。
本机床加工时采用的定位方式是以底面为定位基准，限制三个自由度；右面以档铁限制2个自由度；后面有一个支承钉，限制一个自由度。
B.确定夹紧位置应注意的问题
在选择定位基准的同时，要相应决定夹压位置，此时应注意的问题是：
a.保证零件夹压后稳定。
b.尽量减少和避免零件夹压后的变形。
本机工序的定位、夹紧方式详见工序图。
2.4确定切削用量和选择刀具
2.4.1确定切削用量
精镗左面：
257H7孔根据文献表6-15选取v=116.3m/min
=0.15r/min=0.08r/min
n==650r/min
52H7孔选取v=106.1m/min;=0.15r/min,=0.08r/min
n==650r/min
37H7孔选取v=81.3m/min;=0.14r/min,=0.074r/min
n==700r/min
25V7孔选取v=78.5m/min;=0.097r/min
n==1000r/min
精镗右面孔：
195H7孔选取=98m/min;=0.3r/min；=0.11r/min
=195m/min
==160m/min
==320m/min
精镗后面孔：
120H7孔选取=90.4m/min;=0.15r/min；=0.075r/min
n==240m/min
2.4.2计算切削力、切削扭矩、切削功率
镗孔计算公式见文献表6-20：
=51.4（2-1）
=（2-2）
T=25.（2-3）
P=（2-4）
式中：
Fz——切削力（N）；
T——切削转矩（Nmm）；
P——切削功率（KW）；
V——切削速度（m/min）；
F——进给量（mm/r）；
——切削深度（mm）；
D-加工直径（mm）；
HB-布氏硬度。
根据文献表3-1选取=0.5
=51.40.5=85.5N
=0.51=19N
T=25.7250.5=1068.8Nmm
P==0.11KW
=51.40.5=115.75N
=0.51=24.06N
T=25.7370.5=2140Nmm
P==0.15KW
=51.40.5=120.5N
=0.51=24.9N
T=25.7520.5=3138.5Nmm
P==0.21KW
=51.40.5=120.5N
=0.51=24.9N
T=25.7570.5=3440.2Nmm
P==0.23KW
=51.40.5=206.2N
=0.51=39.5N
T=25.71950.5=20105.4Nmm
P==0.33KW
=51.40.5=164.4N
=0.51=32.2N
T=25.71200.5=9858.5Nmm
P==0.24KW
2.5确定刀具、导向及有关计算
2.5.1刀具的选择
选择刀具应考虑工件的材质、加工精度、表面粗糙度、排削及生产率等要求。
只要条件允许，应尽量选用标准刀具。
本道工序中选择精镗刀，刀具材料为硬质合金。
2.5.2导向结构的选择
在在组合机床加工孔，除用刚性主轴的方案外，其余尺寸和位置精度主要决于
夹具的导向。
因此，正确地选择导向机构；确定导向的类型、参数和精度是设计组合机床的重要内容，也是加工示意图需要解决的问题。
导向机构的结构形式有两种：
固定导向、滚动式导向，导向参数包括导套直径、导套长度及导向套到工件端面距离等。
导向套端面至工件端面距离是为了排屑方便，一般取1～1.5d。
2.5.3确定主轴类型、尺寸、外伸长度
该本主轴为精镗类主轴，因其切削转矩T较小，如安T值来确定主轴直径，则
刚性不足。
因此应安加工孔径镗杆直径浮动卡头规格主轴直径的顺序，逐步推定主轴直径。
如加工孔径为25的孔根据文献表3-2中选取镗杆直径在2030之间,选取镗杆直径为22;根据文献中根据d=22选择D=48，=26确定浮动卡头型号为T6111，根据=26确定主轴直径为40。
其他各主轴的直径确定如表2-2。
表2-2主轴直径确定
加工孔径
镗杆直径
浮动卡头规格
主轴
外伸
25
22
T6111
40
75
37
22
T6111
40
75
52
40
T6113
40
75
57
40
T6113
60
75
195
60
T6125
80
75
左主轴箱采用深沟球轴承，右主轴箱采用圆锥滚子轴承。
2.6组合机床总体设计—三图一卡
2.6.1被加工零件工序图
被加工零件工序图的作用和内容：
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。
除了设计研制合同外，它是组合机床设计的重要依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。
被加工零件工序图是在被加工零件的基础上，突出本机床或自动线的加工内容，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、夹压部位及夹紧方向,详见工序图。
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。
本机床要加工的孔为：
精镗左面上二个52H7孔；一个37H7孔；一个25V7孔；一个57H7孔；精镗右面上一个195H7孔；精镗后面上一个120H7孔。
表面粗糙度都为1.6
绘制被加工零件工序图的规定及注意事项：
A.绘制被加工零件工序图的规定应按一定的比例，绘制足够的视图以及剖面；本工序加工部位用粗实线表示；定位用定位基准符号表示，并用下标数表明消除自由度符号；夹紧用夹紧符号表示，辅助支承用支承符号表示。
B.绘制被加工零件工序图注意事项
a.本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。
b.对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析。
c.当本工序有特殊要求时必须注明。
2.6.2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
动力部件工作循环及行程的确定：
A.工作进给长度L工的确定
工作进给长度L工，应等于加工部位长度L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度L1和切出长度L2之和。
切入长度一般为5～10㎜，根据工件端面的误差情况确定；镗孔时，切出长度一般为5～10mm。
如左面孔:
加工时加工长度L=34且分为一工进和二工进
34+5+5=44,34+5+5=44
==44+44=88mm
另两面计算方法同左面孔,整理如下:
左主轴箱：
工进长度:
88mm
右主轴箱：
工进长度:
78mm
后主轴箱：
工进长度:
38mm
B.快速进给长度的确定
快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置。
初步选定三个主轴箱上刀具的快速进给长度分别为215㎜，215㎜和125㎜。
C.快速退回长度的确定
快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。
由已确定的快速进给和工作进给长度可知三面快速退回长度分别为215+88=303，215+78=293mm,125+38=163mm。
2.6.3机床尺寸联系总图
机床联系尺寸总图是以被加工零件的工序图为依据，按初步选定的通用部件以
及确定的专用部件的总体结构而绘制的。
是用来表示机床的配置型式、主要结构及各部件的安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局图。
用以检验各部件的相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件的选择是否适合；它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供依据；它可以看成是机床的总体外观简图
A.选择动力部件
a.动力滑台型号的选择
根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，按文献的第62页公式
（2-5）
式中：
Fi—各主轴所需的向切削力，单位为N，
Fi详见2.4.2中计算。
则
左主轴箱
右主轴箱
后主轴箱
为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于。
又考虑到所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的稳定性，由文献表5-1中选取，左、右、后面分别选用液压滑台1HY32、1HY32、1HY40；其相应的侧底座型号分为1CC321Ⅱ、1CC321Ⅱ、1CC401M。
b.动力箱型号的选择
由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和，根据文献第47页公式计算：
（2-6）
式中:
——消耗于各主轴的切削功率的总和（Kw）；
——多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取0.8～0.9，加工有色金属时取0.7～0.8；主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。
本课题中，被加工零件材料为灰铸铁，属黑色金属，又主轴数量较多、传动复杂，故取。
左主轴箱：
右主轴箱：
后主轴箱：
根据液压滑台的配套要求，滑台额定功率应大于电机功率的原则，查文献表5-38得出动力箱及电动机的型号。
左主轴箱:
选取1TD32V型，电动机型号为Y132-6，电动机的功率为4KW，电动机转速为960r/min
右主轴箱：
选取1TD32型，电动机型号为YD132M-8/4，电动机的功率为1.3/3.7KW，电动机转速为720/1460r/min
后主轴箱：
选取1TD40Ⅱ型，电动机型号为Y132-6，电动机的功率为4KW，电动机转速为960r/min
B.确定机床装料高度H
装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。
在确定装料高度时，首先要考虑工人操作的方便性对于流水线要考虑车间运送工件的滚道高度；对于自动线要考虑中间底座的足够高度。
本课题中，工件最低孔位置h2=70.52㎜，所选滑台与滑座总高h3=280㎜，侧底座高度h4=560㎜，夹具底座高度h5=330㎜，中间底座高度h6=560㎜，综合以上因素和国际标准规定的850-1060之间选取，该组合机床装料高度取H=890㎜。
C.确定夹具轮廓尺寸
夹具是用于定位和夹紧工件的，主要是确定夹具底座的长、宽、高尺寸。
所以工件轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据，具体要考虑工件的定位、限位、夹紧机构、刀具导向装置以及夹具底座排削和安装等方面的空间和面积需要。
根据以上原因确定夹具总长尺寸1252mm。
夹具底座高度应视夹具大小而定，既要求保证有足够的刚性，又要考虑工件的装料高度，一般夹具底座高度不小于240mm。
根据具体情况，本夹具底座取高度为330mm。
D.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。
因此，根据选定的动力箱、滑台、侧底座等标准等的位置关系，并考虑滑台的前备量，通过尺寸链就可以确定中间底座在加工方向上的尺寸。
算出长度通常还要圆整，并按R20优选数系选用。
中间底座的高度方向尺寸时，应考虑机床的刚性要求、排削冷却系统的要求以及侧底座的高度。
根据文献表
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