气缸体双工位专用钻床总体设计研究论文.docx
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气缸体双工位专用钻床总体设计研究论文
1前言1
2总体设计3
2.1总体方案论证3
2.1.1加工内容和要求3
2.1.2机床配置型式的选择3
2.1.3定位基准的选择3
2.2确定切削用量及选择刀具4
2.2.1选择切削用量4
2.2.2计算切削力、切削转矩及切削功率5
2.2.3选择刀具结构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6
2.3.3机床联系尺寸图7
2.3.4机床生产率计算卡10
3组合机床右主轴箱设计[1]15
3.1绘制右主轴箱设计原始依据图15
3.2主轴结构型式的选择及动力计算17
3.2.1主轴结构型式的选择17
3.2.2主轴直径和齿轮模数的初步确定17
3.2.3主轴箱动力计算18
3.3主轴箱传动系统的设计与计算18
3.3.1计算驱动轴、主轴的坐标尺寸18
3.3.2拟订主轴箱传动路线19
3.3.3传动轴的位置和转速及齿轮齿数20
3.4主轴箱中传动轴坐标的计算和直径的确定29
3.4.1传动轴坐标的计算29
3.4.2轴径的确定38
3.5右主轴箱中变位齿轮的计算39
3.6轴强度的校核[3]39
3.7齿轮校核计算[3]41
4结论45
参考文献46
附录48
1前言
本次设计的课题是气缸体双工位专用钻床总体设计。
该课题来源于恒力机床厂。
左面钻削12×Φ30深110的挺柱孔;右面扩12×Φ41、锪挺柱孔Φ41端面,并钻削顶面12×Φ8和7×Φ6的水孔。
该机床应能满足加工要求,保证加工精度;运转平稳,工作可靠,便于维修、调整;尽量采用标准件和通用件,以便降低制造成本。
本人的设计分工是总体设计和右主轴箱部分的设计,左主轴箱和夹具部分的设计由同组其他同学完成。
该机床提高了生产效率,降低了工人的劳动强度,降低制造成本等。
这也是将来我从事机械设计前的一次很好的锻炼。
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。
组合机床一般用于加工箱体类或特殊形式的零件。
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、铣削端面、切削平面、切削内外螺纹以及加工圆和端面等。
二十世纪七十年代以来,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。
专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。
在专用机床中某些部件因重复使用,逐步发展成为通用部件,因而产生了组合机床。
最早的组合机床是1908年在美国制成的,用于加工汽车零件。
组合机床的设计,目前基本上有两种方式:
第一,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。
第二,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。
为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用,往往需要应用成组技术,把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工,以提高机床的利用率。
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。
本说明书以设计卧式气缸双工位专用钻床为主线,阐述了右主轴箱设计的过程。
在第2章中着重介绍了组合机床的总体设计。
在总体设计中,首先是被加工零件的工艺分析,然后是总体方案的论证,在比较了许多方案之后,结合本道工序加工的特点最终选择卧式双面的机床配置型式。
然后通过计算绘制“三图一卡”—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。
在第3章中,组合机床右主轴箱设计。
2总体设计
2.1总体方案论证
本次设计的组合机床的加工对象为柴油机气缸体,材料是HT250,硬度:
187-255HBS。
2.1.1加工内容和要求
2.1.1.1本机床被加工零件特点
该加工零件为柴油机气缸体。
在本工序之前各主要表面、销孔已加工完毕。
2.1.1.2本机床被加工零件的加工工序及加工精度
本道工序:
钻左面、右面的孔,由本设备“YZJ1506双工位专用钻床”来完成,因此,本设备的主要功能是完成气缸体左、右两个面上一共43个孔的加工。
具体加工内容及加工精度是:
a.左面12个孔:
钻削12×φ30深110的挺柱孔,表面粗糙度12.5,各孔位置度公差为φ0.02mm;
b.右面31个孔:
另一侧扩12×φ41孔,表面粗糙度12.5,各孔位置度公差为φ0.03mm;并钻削顶面12×φ8和钻7×φ6的水孔,表面粗糙度12.5,各孔位置度公差为φ0.03mm。
2.1.1.3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(中间底座可自行设计)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。
2.1.2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。
根据任务书上的要求,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。
一般常采用一面两孔定位和三面定位。
本机床加工时采用的定位方式是一面两销定位,以左端面为定位基准面,限制三个自由度;一个圆锥销限制两个自由度;再用一个菱形销限制剩下的一个自由度。
2.2确定切削用量及选择刀具
2.2.1选择切削用量
对于43个被加工孔,采用查表法选择切削用量,从文献[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,其递减值按文献[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,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其他浅孔时钻头的寿命比较接近。
同一多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Vf,所以要求同一多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。
2.2.1.1切削用量的选择
a.孔12-φ30,深110mm查文献[1]第130页表6-11高速钻头切削用量得
由d>22~50,硬度大于187~255HBS,选择v=16~24m/min,取v=20m/min,f>0.2~0.8mm/r,又d=30mm,工进f=0.2,根据[3]公式(2-1):
(2-1)
得:
取n=220r/min;
b.扩孔12×φ30到12×φ41,深110mm查[1]第131页表6-13扩孔切削用量得:
由d>40~60,硬度大于187~255HBS,选择v=10~18m/min,取v=15.5m/minf>0.3~0.4mm/r,取f=0.2mm/r,d=41mm,
c.钻孔7×Φ6,深35mm,查[1]第130页表6-11高速钻头切削用量得:
由d>1~6,硬度大于187~255HBS,选择v=10~18m/min,取v=15m/min,f>0.05~0.1mm/r,取f=0.08mm/r,d=6mm,
d.钻孔12×Φ8,深35mm,查[1]第130页表6-11高速钻头切削用量得:
由d>6~12,硬度大于187~255HBS,选择v=10~18m/min,取v=15m/min,f>0.1~0.18mm/r,取f=0.1mm/r,d=8mm,
2.2.2计算切削力、切削转矩及切削功率
根据[1]第134页表6-20中公式
(2-2)
(2-3)
(2-4)
(2-5)
(2-6)
式中,F—切削力(N);
T—切削转矩(N·㎜);
P—切削功率(kW);
v—切削速度(m/min);
f—进给量(mm/r);
D—加工(或钻头)直径(mm);
HB—布氏硬度,
在本设计中,
由以上公式可得:
左面单根1~6轴F=5653.25NT=46423.35N·mmP=1.5kw
右面单根1~12轴F=869.346NT=59405.32N·mmP=0.7kw
13~19轴F=543.11NT=1047.74N·mmP=0.1kw
20~31轴F=865.68NT=2447.93N·mmP=0.15kw
总的切削功率:
即求各面上所有轴的切削功率之和
左面Pw=6×1.5=9
右面Pw1=12×0.7=8.4
Pw2=7×0.1+12×0.15=2.5
2.2.3选择刀具结构
根据工艺要求及加工精度的要求,钻12×Φ30孔时采用锥柄阶梯麻花钻头,钻头材料40Cr,加工部分直径30h8,阶梯圆锥角,导向部分直径40h8;锪孔12×Φ41时选用套装式锪孔钻直径41h8,钻头材料高速钢,刀柄材料40Cr;钻12×Φ8孔时选用锥柄麻花钻,直径8h8,钻头材料高速钢,刀柄材料40Cr;钻7×Φ6孔时选用锥柄麻花钻,直径6h8,钻头材料高速钢,刀柄材料40Cr。
2.3组合机床总体设计—“三图一卡”
2.3.1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。
工序图见(附录2)。
2.3.2加工示意图
加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的,是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。
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。
加工示意图见(附录3)。
2.3.2.1刀具的选择
刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。
孔Φ30选择刀具Φ30H7锥柄阶梯麻花钻头;扩Φ30孔到Φ41选择刀具Φ41h8套装式锪孔钻;孔Φ8选择刀具Φ8h8锥柄麻花钻;孔Φ6选择刀具Φ6h
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