R180柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及后主轴箱设计

论文33页，15000余字，CAD图纸12张
R180柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及后主轴箱设计
摘  要：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专用机床。本课题所设计的组合机床是用于R180柴油机汽缸体三面同时钻孔，提高了生产效率，降低加工成本。设计内容包括总体设计和主轴箱设计。首先是总体设计，采用单工位三面钻孔组合机床，考虑的因素有刀具、切削用量、切削力、切削扭矩及切削功率等，通过计算选择主轴直径、外伸尺寸、接杆型号、滑台、动力箱等通用部件，再确定动力部件的工作循环及工作行程，完成机床总体设计。其次是主轴箱设计,通过对被加工零件的全面分析,绘制主轴箱设计原始依据图；确定主轴结构、轴颈及齿轮模数。完成动力计算、设计传动系统；绘制主轴箱装配图和零件补充加工图。该组合机床不仅能保证加工精度，而且整个机床布局合理，夹紧可靠，精度较高，使用操作方便，提高了工作效率，达到了设计要求。
关键词：钻；组合机床；主轴箱
The design of the General and Back Headstock of Modular Machine Tool for drilling Holes on Three-Side of the body of R180 Diesel Engine
Abstract: Modular machine tool is a high-effect special machine tool, which can satisfy the need of work-piece and match with a few special compenets and take large amount of the component being applied as basis. The topic is produced for designing a combined machine-tool to be used in the R180 diesel engineer with three sides drilling holes. The design was introduced of the overall and headstock of the combined machine-tool and the topic consists of two parts. The first part is overall design, adopting the combined machine-tool with single location three faces drilling holes, considering such factors as tool, cutting parameter, cutting force, cutting torque and cutting power, and so on. Thus common parts such as sliding table, the power box and so on were chosen by calculating spindle diameter, and the extend sizes , the link-pole model. Then the operating cycle and the distance were determined. Thus the overall design was completed. Finally, the technological drawing was figured out of the part which need to be manufactured, the general drawing of modular machine tool, drawing of cutter display and the efficiency card of manufacture. The second part is the headstock design. It includes drawing the primitive basic chart for the gear box, determine the spindle and the gears, completing the power computation, designing the transmission system, drawing the gear box assembly drawing and the part processing chart after analyzing the work-piece. This combined machine-tool can met the drill hole precision and enhance processing efficiency. The laying out of the machine-tool is reasonable and the location of work piece is reliably. what’s more the accuracy is high and operation is easy, which can enhance the working efficiency and meet with the design requirement well.
Key words: Drill ; Modular machine tool; headstock

目录
1 前言 1
2  组合机床总体设计 3
2.1 总体方案论证 3
2.1.1加工对象工艺性的分析 3
2.1.2机床总体布局的确定 3
2.1.3 定位基准的选择 3
2.1.4 滑台型式的选择 4
2.2 切削用量的确定及刀具选择 4
2.2.1 切削用量选择 4
2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率的计算 6
2.3组合机床总体设计—三图一卡 7
2.3.1被加工零件工序图 7
2.3.2 加工示意图 8
2.3.3机床尺寸联系总图 10
2.3.4 机床生产率计算卡 13
3 组合机床主轴箱设计 16
3.1 主轴箱原始依据图的绘制 16
3.2主轴结构型式的选择和动力计算 17
3.3 主轴箱传动系统的设计与计算 17
3.3.1 根据原始依据图对坐标尺寸的计算 18
3.3.2 主轴箱传动路线的拟订 18
3.3.3 传动轴位置及齿轮齿数的确定 19
3.4 主轴箱坐标计算、坐标检查图的绘制 21
3.4.1传动轴的坐标的计算 21
3.4.2坐标检查图的绘制 23
3.5  轴、齿轮、轴承、键的校核 23
3.5.1轴的校核 23
3.5.2齿轮的校核 24
3.5.3轴承的寿命校核 26
3.5.4键的强度计算 26
3.6 主轴箱前、后盖及箱体设计 27
3.7附件的选择 27
4 结论 29
参考文献 30
致谢 31
附录 32
1 前言
本小组的课题是R180柴油机气缸体三面钻削组合机床设计，课题来源于盐城市江动集团。为了到达加工要求，在机床的精度、性能等方面有以下的要求：机床要求运转平稳，结构简单，工作可靠，装卸方便，维修及调整便利；加工精度应符合零件图要求；主轴箱能满足机床总体方案的要求。由于该课题比较大，且难度深，总体设计有我们四人合作完成，我主要负责后主轴箱的设计。
整个设计过程是比较辛苦的，在设计过程中必须考虑各方面的问题。由于所学知识只是一些最基本的机械常识。因此，在设计过程中，必须还要查阅大量的相关资料。
首先，要有丰富的实践经验。整个设计，仅靠一些参考资料是远远不够的，这样设计出来的组合机床只是结构完美，外形美观，但实用性差，因此，在设计工作开始前，指导老师特地带我们到江淮动力集团、盐城恒力机床厂等企业进行了实地参观考察，积累了一些宝贵的实践经验。其次，运用四年来所学的专业知识，针对现实中遇到的实际情况，做到举一反三。整个设计过程不仅涉及到以前所学的知识，还涉及到一些新的概念，这就要求我们一面巩固以前的知识，一面还要学习新的知识。最好，通过自身的努力，理论联系实际，从合理性、经济性、工艺性、实用性及对被加工零件的具体要求对现有机床进行研究和分析，找出可以进行改进的地方，通过反复推敲对比，拟订合理的三面钻削组合机床的总体方案。根据“三图一卡” [1]，绘制主轴箱设计原始依据图；确定主轴结构、轴颈及齿轮模数；拟定传动系统；计算主轴、传动轴坐标，绘制坐标检查图[2][3]；绘制主轴箱总体图，零件图及编制组件明细表[4][5]。最后完成主轴箱的设计。
组合机床的设计，目前基本上有两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计。其二，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人总结自己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，可以设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工零件的具体需要，配以简单的夹具和刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。组合机床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。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。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。目前，我国组合机床的研究涉及机床设计研究、加工工艺 、加工质量改进[6][7]等，在机床自动化、柔性化等方面的研究与国际发展水平相比还有不小的差距。
当今世界机床发展的两大趋势是高速化和低价化。高速化是电子科技成果的推动和新刀具材料、新型刀具的开发, 使机床以其切削高速、进给高速来满足市场需求。低价化是市场的激烈竞争,为赢得市场,机床制造业所采取的营销策略。组合机床行业适应机床技术发展趋势必加大高效、低价位的新产品开发力度, 以提高组合机床的市场竞争力。在工序集中方面, 开发了回转主轴箱、移动主轴箱结构,发展了十字滑台, 开发了转塔式组合机床在提高效率方面, 开发了高速加工组合机床, 如大连机床集团为朝阳柴油机厂制造的柴油机缸体缸孔正反钻削组合机床,其钻孔的切削速度达500m/min。目前,组合机床行业为汽车发动机主要零件加工开发的组合机床自动线的生产节拍时间已缩短至30~40s。组合机床及其生产线,是专用于大批量机械产品生产的高效自动化技术设备,是汽车、拖拉机、内燃机等工业不可替代的主要加工设备. 近年来随着数控技术、电子技术、计算机技术等的发展,组合机床的机械结构和控制系统也发生了翻天覆地的变化。因此,研究组合机床及其生产线的技术现状和发展趋势,使传统的组合机床及其自动线具有柔性,是拖拉机和汽车生产企业为满足市场需求所必须解决问题。由此可见组合机床向数控化、模块化、高速化和精密化等特点发展。            

2  组合机床总体设计
组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按工序集中的原则设计的一种高效率专用机床。在设计组合机床时，要采用先进的加工工艺，制定最佳的工艺方案。合适地确定机床工序集中程度。合理地选择组合机床的通用部件。选择恰当的组合机床的配置形式和合理的切削用量。设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱。针对R180柴油机气缸体，在确定加工工艺的基础上进行总体方案对比论证。设计组合机床“三图一卡”，其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等。
2.1 总体方案论证
2.1.1加工对象工艺性的分析
A.被加工零件特点
被加工零件材料是HT225,硬度HB190～250，共计有13个孔需要加工，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完毕。
B.本机床的加工内容及加工精度
本道工序：钻左、右及后面共计13个孔，由本组合机床完成，具体加工内容及加工精度如下：
a)钻气缸体左面：钻3×Φ8；钻Φ5，标准公差等级为IT9。
b)钻气缸体右面：钻5×Φ8；钻Φ6，标准公差等级为IT9。
c)钻气缸体后面：钻3×Φ7.5；钻Φ6，标准公差等级为IT9。
各孔的具体位置精度及具体要求详见R180柴油机气缸体加工工序图。
2.1.2机床总体布局的确定
根据任务书的要求：设计的组合机床要满足加工要求、保证加工精度；尽可能用通用件、以降低成本；各动力部件用电气控制、液压驱动。因此根据任务书要求和汽缸体的特点初定两种设计方案：
卧式组合机床  特点：卧式组合机床重心低、振动小运作平稳、加工精度高、占地面积大。
立式组合机床  特点：立式组合机床重心高、振动大、加工精度低、占地面积小。
方案比较：根据被加工工件和两种组合机床的特点比较可知：R180型柴油机汽缸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，也减轻了工人的劳动强度。通过以上的比较，考虑到卧式振动小，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。