柴油机气缸体工艺及专用机床设计

机电工程学院毕业设计说明书设计题目:柴油机气缸体工艺及专用机床设计学生姓名：张炎涛学号：2004142043专业班级：机自0402指导教师：马玉平2008年5月31日目录1绪论………………………………………………………………………11.1课题来源与意义………………………………………………………11.2组合机床的组成及分类………………………………………………11.3组合机床的特点………………………………………………………22被加工零件的工艺方案的拟定…………………………………………32.1零件的工艺分析………………………………………………………32.2零件工艺方案的拟定…………………………………………………32.3机床加工方案确定……………………………………………………42.4切削用量的确定………………………………………………………43组合机床总体设计——“三图一卡”…………………………………63.1被加工零件工序图……………………………………………………63.2加工示意图……………………………………………………………63.3机床尺寸联系图………………………………………………………83.4生产率计算卡………………………………………………………114组合机床多轴箱设计…………………………………………………174.1多轴箱的选择………………………………………………………174.2多轴箱设计原始依据图……………………………………………184.3多轴箱传动设计……………………………………………………194.4主轴、传动轴、齿轮的确定及动力计算…………………………264.5多轴箱总图及零件图的绘制………………………………………304.6镗刀具的设计………………………………………………………315夹具滑台和专用夹具设计……………………………………………325.1零件定位分析………………………………………………………325.2零件夹紧分析及计算………………………………………………325.3夹具滑台的选择……………………………………………………355.4夹具设计……………………………………………………………35设计总结……………………………………………………………………37致谢…………………………………………………………………………38参考文献……………………………………………………………………3911绪论1.1课题来源与意义1.1.1课题来源该课题来自工厂，柴油机气缸体是柴油机上的主要零件，年产量为10000件。生产中常用组合机床和专用机床组成的流水线进行组织生产。本课题依据于此，是专用机床的结构设计。根据图样技术要求规定，三轴两工位立式镗床用于粗镗气缸孔基刮止口，气缸材料为HT250，硬度180~230HB，加工余量为5mm，零件外形尺寸为860mm×320mm×425.4mm。本设计涉及到机制专业学生所学的主要专业课和专业基础课，能充分得到机制专业方面能力的训练。要求在设计过程中掌握专用机床的设计方法，尽量采用合理的机床设计方案，保证加工精度、生产率以及操作方便。1.1.2课题的意义组合机床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,因而被广泛用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。柴油机是大量生活设备及生产机械的主要动力部件，柴油机气缸体是柴油机的主要元件，是需要大批量生产的产品。而他的特殊的不规则的机构已经不能用常用机床加工了，必须设计专用机床来快速生产并要保证质量，因此可在自动线上完成一系列加工，而本课题只是这条加工自动线上的一道工序。现有技术已经完全能够完成本道工序的自动化加工，可提高生产效率，提高加工精度，降低劳动强度。1.2组合机床的组成及分类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。通常组合机床由以下部件组成：动力箱、多轴箱、滑台、切削头、夹具、2侧底座、中间底座、液压装置、电气设备、刀工具等。组合机床的通用部件分大型和小型两大类。大型通用部件是指电机功率为1.5——30千瓦的动力部件及其配套部件。这类动力部件多为箱体移动的结构形式。小型通用部件是指电机功率在0.1——2.0千瓦的动力部件及其配套部件。这类动力部件多为套筒移动的结构形式。用大型通用部件组成的机床称为大型组合机床。用小型通用部件组成的机床成为小型组合机床。组合机床除分为大型和小型外，按配置形式又分为单工位和多工位机床两大类。单工位机床又有单面、双面、三面和四面几种工作形式，多工位机床则有移动工作台式、回转工作台式、中央工作台式和回转鼓轮式等工作形式。1.3组合机床的特点组合机床特点：（1）主要用于箱体类零件和其他不规则零件的的孔面加工。（2）生产率高。因为工序集中，可多面，多工位，多轴，多刀同时自动加工。（3）加工精度稳定。因为工序集中，可选用成熟的通用部件，精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一制性。（4）研制周期短，便于设计，制造和使用维护，成本低。因为通用化，系列化，标准化程度高，通用零部件占70%——90%，通用件可组织批量生产进行预制或外购。（5）自动化程度高，劳动强度低。（6）配置灵活，因为结构模块化，组合化。可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量专用部件灵活组成加工各类零件用的组合机床及自动线；机床易于改装；产品或工艺变化时，通用部件一般还可以重复使用。32被加工零件的工艺方案的拟定2.1零件的工艺分析本课题设计的机床是专用来加工柴油机六个气缸孔及止口粗加工的组合机床。气缸体共六个气缸孔，公差带为H11，且有一定的位置度要求，满足位置度公差值为⊙0.3，且满足独立原则，即孔的位置公差应小于⊙0.3mm，不受尺寸公差带的限制。对于箱体类零件有较高精度的孔加工，定位基准常采用“一面两孔”定位。在本道工序中，采用地面作为定位基准面，“两孔”选用地面的定位销孔，一孔用圆柱销一孔用菱形销，夹紧力作用在顶面。这样消除了工件的六个自由度，定位稳定可靠，有利于提高各孔的位置精度。零件的生产批量试举定采用单工位、双工位或自动线，还是按中小批生产特点设计组合机床的重要因素。本次设计所加工的零件的生产节拍是30分钟/每件，生产纲领为10000件，属于大批量生产，工序安排一般趋于分散，且粗、精加工分布在不同的机床上加工完成，通过调研，可考虑采用液压传动机床。2.2零件工艺方案的拟定1.铸造零件毛坯2.粗、精铣定位底面3.粗镗气缸孔，刮止口（本课题设计内容）4.精镗气缸孔，刮止口5.热处理6.去毛刺，清洗7.终检本课题设计的专用机床就是用来完成粗镗气缸孔、刮止孔这一工序的，气缸孔有三个不同直径的加工面，设计第一把镗刀用来平整铸造出的通孔，第二、三把镗刀切削圆柱面。42.3机床加工方案确定大型组合机床的配置型式可分为单、多工位两大类，按照工序集中程度和不同生产需要还有其他配置型式。工序高度集中的组合机床结合工件的特定情况来配置，并增设动力部件来加工工件的多个表面。用于大批量生产的组合机床，为提高生产率，除缩短加工时间和辅助时间，尽量使辅助时间和加工时间重合外，还可考虑在每个工位上同时安装几个工件同时加工，或者在一个工位上设置几套夹具。本课题设计机床要加工的位是同样规格呈直线排列的六个气缸孔，根据被加工零件的结构特点和技术要求的分析，大体可确定采用立式三轴两工位。配置主轴箱一个，立式液压滑台一个，滑动夹具工作台一个，专用夹具一套，PC控制变频调速系统一套，单独液压站驱动液压系统一套。2.4切削用量的确定1、确定切削速度V、转速n、进给量0S和mS由参考文献【1】《组合机床设计》表3-11查得，采用硬质合金刀具粗镗铸铁时切削速度V=35-50m/min。粗镗128.5mm的孔时取V=50m/minn=1000/100050/128.5123.92/minVdr取实际转速n=120r/min则实际切削速度V=nd/1000120128.5/100048.42m/min粗镗122.5mm的孔时取V=48m/minn=1000V/d=100048/122.5=124.79r/min取实际转速n=120r/min则实际切削速度V=nd/1000120122.5/100046.16m/min粗镗119.5mm的孔时取V=46m/minn=1000V/d=100046/119.5=122.59r/min取实际转速n=120r/min则实际切削速度5V=nd/1000120119.5/100045.03m/min每转进给量f=0.4-1.5mm/r，取f=0.9mm/r则每分钟进给量fv=n×f=120×0.9=108mm/min2、确定切削力F切削转矩T切削功率P由参考文献【3】《专用机床设备设计》表7-24得硬质合金刀具镗孔时的一系列公式如下：圆周力0.750.5551.4ZpFafHB切削转矩0.750.5525.7pMDafHB切削功率61200ZPFVpa—切削深度(mm)pa=3mm(每刀切削深度不同，最大为3mm)f—进给量(mm/r)f=0.9mmHB—布氏硬度HB=HBmax-1/3(HBmax-HBmin)=230-1/3(230-180)=213.3D—加工直径（mm）V=切削速度(m/min)最大圆周力0.750.5551.430.9213.32720.8ZFN最大径向力1.20.651.50.5130.9213.35526FNX最大切削转矩0.750.5525.7128.530.9213.3174813.2MNmm最大切削功率612002720.848.42/612002.15ZPFVKW63组合机床总体设计——“三图一卡”3.1被加工零件工序图被加工零件工序图是根据已确定的工艺方案，表示在该组合机床上完成的工艺内容，加工部件尺寸、精度，表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准，加紧部件以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前的加工余量，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、调整和验收机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件图的基础上，突出本机床的加工内容，并作出必要的说明而绘制的。3.1.1被加工零件工序图包括的内容（1）被加工零件的外形和主要轮廓尺寸，以及与本工序机床设计有关的部件结构形状和尺寸。如本设计加工的零件的外形尺寸854mm×320mm×425.4mm。（2）本工序选用的定位基准、加压部位及加紧方向，以便据此进行夹具设计和导向设计。本设计选用底面为定位基准，底面及底面上的两销定位，顶面加紧。（3）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一道工序的技术要求。本设计工序加工表面为气缸孔，尺寸分别为0.250128.5mm,0.250122.5mm,和0.250119.5mm。位置公差为0.3。（4）注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度和加工余量。本加工零件为气缸体，材料为HT250，硬度为180—230HBS，总加工余量为5mm。3.1.2另附被加工零件工序图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7表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图，是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液压、电器系统以及选择动力部件、绘制机床总联系尺寸图的主要依据，是对机床总体布局和性能的原始要求，也是调整机床和刀具所必备的主要技术文件。3.2.1加工示意图表达和标注的内容（1）反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。本课题设计的是三轴二工位立式组合镗床，用于粗镗气缸孔刮止口。加工过程：第一组刀具镗119.5mm的孔，预切削去除铸件表面的不光滑的毛刺等；第二组刀镗122.5mm；第四组刀刮止口128.5mm。（2）根据加工部位特点及加工要求，确定刀具类型、数量、结构尺寸（直径和长度）。为保证机床加工效率，避免在镗