468q发动机缸体双面卧式组合钻床右主轴箱论文大学学位论文.docx
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468q发动机缸体双面卧式组合钻床右主轴箱论文大学学位论文
郑州航空工业管理学院
毕业论文（设计）
2015届机械设计制造及其自动化专业1306961班级
题目468Q发动机缸体双面卧式钻床多轴箱设计
姓名吕晓峰学号130696113
指导教师陈良骥职称教授
二О一五年五月二十一日
内容摘要
组合机床通常是指以通用件为基础，再依据具体工件的特定形状、特定的加工工艺要求，配以专用的夹具和主轴箱，组成的自动或者半自动专用机床。
组合机床的使用越来越系列化、标准化，特别是通用件和专用件构成的多轴、多刀、多面及多工位一同加工的效率非常高的专机，它的产出率与通用型相比已有较大的提高，可完成钻、镗、铰、铣削等加工。
组合机床现已发展为一类专用的、高效的自动化技术装备。
在其构成中，通用件和标准件占到70-80%左右,它们都是系列化的,因而在大批量生产的机械工业部门，大量选用的设备是组合机床。
其余20-30%的专用件是由被加工零件的形状,轮廓尺寸,工艺和工序等情况来决定的。
由于组合机床的设计过程是相当复杂的，因而在设计过程中要查阅相当多的机械方面的资料，但是又要考虑在加工过程尽量使加工简单，又不能影响加工的质量要求，而且应使各个工序能够集中，展现组合机床的独特优势。
与此同时，要使加工过程中的各种误差减小到尽可能小的程度。
关键词
组合机床；多轴箱；夹具；误差
Designofmultiaxleboxforthedoublesidehorizontaldrillingmachineof468Qengine
Author：
LvXiaoFengTutor：
ChenLiangji
Abstract
Aggregatemachine-toolusuallyreferstoanautomaticorsemi-automaticspecialpurposemachinecomposedbywhichisbasedongeneralpartandequippedwithspecial-purposefixtureandspindleboxinaccordancewiththespecialshapeofthespecificspindleboxandspecificmanufacturingrequirement.Theuseoftheaggregatemachine-toolismoreandmoreserializationandstandardization,especiallythespecificmachinetoolswithmulti-axis,multi-knife,multi-workingprocedure,multi-surfaceandmulti-stationprocessing,whicharecomposedbythecommonpartsandasmallnumberofspecialcomponents.Itsproductivityimprovedsignificantlycomparedwithcommonmachineanditcanbeusedfordrilling,boring,reaming,tapping,turningandmillingmachine.Currentlyaggregatemachine-toolhasbeendevelopedintoakindofspecializedandefficientautomationequipment.Thegeneralpartsandstandardpartsoftheaggregatemachine-toolaccountedfor70-80%.Thesepartsareserialized,sotheaggregatemachine-tooliswidelyusedinthemassproductionmachineryindustrialsector.Theremaining20-30%ofthespecialpartsisdecidedbytheshape,dimensions,technologyandprocessesoftheprocessedparts.
Duetothecomplexdesignprocessoftheaggregate machine-tool,weshouldreferto quiteanumberofmechanicalinformationinthedesignprocess.butalsoshouldconsidertomaketheprocessassimpleaspossible, andshouldnotaffectthequalityoftheprocessingrequirements.Andtrytocentralizeeachprocessandgivingfullplaytotheuniqueadvantages ofaggregate machine-tool. Atthesametime, weshouldensurethatallkindsoferrors intheprocessshouldbereducedtothedegreeaslittleaspossible.
KeyWords
Aggregatemachine-tool;Multi-spindlebox;Fixture;Error
目录
第1章绪论1
1.1组合机床的组成2
1.2组合机床的类型3
1.2.1转塔式组合机床4
1.2.2具有固定夹具的单工位组合机床5
1.2.3具有移动夹具的多工位组合机床5
第2章组合机床的整体设计7
2.1组合机床及其特点7
2.2组合机床工艺范围及加工精度8
2.2.1组合机床的工艺范围8
2.2.2组合机床的加工精度8
2.3采用组合机床的经济分析10
第3章组合机床通用部件及其选用11
3.1通用部件的类型11
3.1.1通用部件的分类11
3.2常用通用部件12
3.3通用部件的选用13
第4章组合机床总体设计14
4.1组合机床方案设计14
4.1.1拟定方案阶段14
4.1.2技术设计阶段14
4.1.3工作设计阶段14
4.2零件分析15
4.2.1气缸体的功用和结构特点15
4.2.2基准的选择15
4.2.3加工阶段的划分16
第5章绘制“三图一卡”17
5.1加工工序图17
5.1.1被加工零件工序图的作用和要求17
5.1.2被加工零件工序图的内容17
5.2加工示意图18
5.2.1被加工零件示意图的作用18
5.2.2被加工零件示意图的内容18
5.2.3选择刀具、导向及有关计算18
5.2.4加工示意图简图21
5.3机床联系尺寸图21
5.3.1被加工零件联系尺寸图的作用21
5.3.2被加工零件联系尺寸图的内容22
5.3.3动力部件的选择22
5.3.4组合机床其他尺寸的选择24
5.3.5机床联系尺寸图简图26
第6章多轴箱--右主轴箱的设计27
6.1多轴箱的基本结构27
6.2通用多轴箱设计28
6.2.1绘制多轴箱设计原始依据图28
6.2.2主轴、齿轮的确定及动力计算30
6.2.3多轴箱传动设计33
6.2.4多轴箱坐标计算、绘制坐标检查图36
6.3多轴箱传动设计方案39
6.3.1传动设计方案分析39
6.3.2传动系统的设计计算40
6.4绘制多轴箱总图及零件图43
致谢46
参考文献:
47
468Q发动机缸体双面卧式钻床多轴箱设计
班级1306961学号130696113姓名吕晓峰指导老师陈良骥教授
第1章绪论
在我国的大批量生产中为了提高生产率，一般都会选择缩短加工时间和辅助时间，而且最好使辅助时间和加工时间重合，使每个工位安装的工件同时进行多刀加工，故组合机床的使用十分广泛。
在近几年，伴随着电工电子、CNC数控及计算机应用技术的发展，组合机床也开始更趋柔性化的发展，更趋多品味加工方向进行延伸发展，先后出现了转塔组合式、主轴移动式、自动更换式。
与此同时，数控CNC技术的崛起使立体加工应用到了组合机床的迅速崛起中，使其在当今激烈的竞争中得以存在和成熟。
组合机床的加工精度也在发生这很大的变化。
在上世纪七八十年代，通常是用来完成粗加、半精加，现在也已向精加工、超精加工方向推进。
在国内的该行业中虽然较以前已经取得了很大的进步，但是，由于我国的机械工业起步较晚，基础薄弱，从整体来看与国外高尖端技术相比，还有很大的差距，需要我们在该该行业内付出更大的努力来赶超这些差距。
我国制造的产品性能差，不能满足成批量加工的要求，柔性差，系统化、模块化、通用化程度较低，因而导致加工周期长，效率低，在市场上缺乏竞争力。
组合机床其内部组件定向工作日趋专业化，故主轴高转速日益提升。
在上世纪七八十年代主要运用汽车行业的加工制造，但目前在机械领域扮演着不可或缺的角色。
其精密化的提升已使误差降低到纳米级已不再是问题。
1.1组合机床的组成
组合机床是用大批通用件与极少量针对特定工件的专用件配合组装而成的高效专用机床。
如图1.1示即为双面复合式单工位组合机床。
构成如下图1.2所示：
组合机床通过12-电气控制系统能够在前后装卸待加工零件的间隔内实现单个循环。
在它的构成中4-夹具、5-多轴箱和10-中间底座是针对特定工件要求来设计的，但其余件如定位类、驱动件类是通用型。
其构成如下表所示：
图1.1双面复合式组合机床
图1
.2
图1.3
通用部件是组合机床的基础。
上述右图1.3是将通用部件按功能进行划分，并说明各个部件的构成及作用。
1.2组合机床的类型
通用部件依据轮廓的大小和布局结构的差异将组合机床划为大小二种类型。
当滑台台面宽B不小于250毫米的机床称为大型组合机床，相反的情况就称为小型组合机床。
根据大型组合机床的配置形式，可以按下图1.4将其划分为三大类。
图1.4
1.2.1转塔式组合机床
转塔式显著的特点是主轴箱的位置可以进行调整以对待加工零件进行加工。
当机床工作时按是否存在进给运动分为两类：
其一是只能进行主运动加工的,此时零件是放在滑动台面上的;其二是主动和辅助式均可的，此时零件是锁定的。
此种类型的机床能够对待加工零件的2到3个面一同进行加工。
在加工过程中，此类机床避免了振动的干扰，实际生产出来的零件精度随之升高，但也存在缺点，如加工工作时间与配合时间不能同时进行，故效率大大降低。
另外，它的负荷率高从而缩减了占用空间体积，因此多用于中量，小量加工。
1.2.2具有固定夹具的单工位组合机床
此类机床擅长制造大中型类箱工件。
在工作进程中，夹紧的工具和待加工件的位置是锁定的，它的工作是依靠动力件来进行的。
它可以保证待加工面较高的位置几何坐标度，不足之处是效率低。
构成部件布置的类型和驱动件的加工行进路线的不同决定了此类机床的四种类型，现简述如下。
1）卧式组合机床这种类型的机床的特别之处在于主轴刀具可以进行水平向的加工，驱动件供给其所需动力。
2）立式组合机床这种类型的机器的特别之处在于主轴加工刀具可以进行竖直向的加工，驱动件供给所需动力。
3）倾斜式组合机床这种类型的机床的特别之处在于动力件可以进行倾斜加工，并沿倾斜向供给所需动力。
4）复合式组合机床这种类型的机床的特殊之处在于能够优化组合上述的三类，并使其组合以发挥最大的功效。
1.2.3具有移动夹具的多工位组合机床
此类机床存在多个加工位置，夹紧工具和待加工零件在工作位置上按先前程序依次对零件进行切削。
特点是工序较为聚集，，故效率会变的很高，但存在对工件确定坐标的定位误差，故精度在同样的情况下没有单工位的高，且布设复杂、代价高。
依据对夹紧件和零件的派送方式的差异存在四种类型，现简述如下。
1）移动工作台组合机床它采用直线间断进给的方式来完成加工过程中零件各个工位的转化。
擅长孔间距较小的工件。
2）回转工作台组合机床它的特殊之处是每一个固定的工件位置都可以切削多个零件。
零件几何坐标位置的变化是依靠安装在回转台上的夹紧件和待加工件。
由于它可以在同一时间加工多个待加工面，而且配备有专门的卸件装置，故效率较高。
3）中央立柱式组合机床它的夹紧件和待加工件同回转工作台式是一样的，但驱动部件的布置有所差异，正是因为这个差异才可以在允许的工位上进行多工序加工。
4）鼓轮式组合机床它的夹紧件和待加工件同回转工作台式是一样的，但驱动部件的布置与中央立柱式又有所差异，它的驱动部件在布置在鼓轮的两端面上的，也正是这个独特的差别使其对零件完成所需要的要求。
第2章组合机床的整体设计
2.1组合机床及其特点
组合机床的功能要视工件的具体加工要求进行。
即便是普通的组合机床也可以完成任何一项对零件多面、多轴、多刀、多工位的加工。
在组合机床上可以实现钻、扩、切削等，并且可以在短时间内完成所需要求的数量和精度。
在现如今的情况下，组成组合机床的必要件包括6个通用件及2个专用件。
因组合机床种类较多，故不再一一叙述，先以复合立式三面钻孔组合机床为例来说明其组成。
此种类型的机床依据主轴箱和动力箱的安装形式差异划分为：
1）卧式组合机床（动力箱水平安装）。
2）立式组合机床（动力箱垂直安装）。
3）侧斜式组合机床（动力箱倾斜安装）。
4）复合式组合机床（上述两种以上的安装状态的组合）。
以上四种中若任一种中再布置数个驱动件，就与双面或多面组合钻床的配置一样。
组合式较通用式、及其专用式各有优缺点，现简述如下。
1）设计、制造的周期短，成本低廉。
因通用型可以在市场上很随意的买到。
且比例较高，占70%^-80%.
2）产品短时间内就可以完成生产，原因是加工时间和辅助加工时间基本重合。
3）它是经过前辈们的长期经验和实践的结晶。
对于每一类零件都会有专门的生产厂家来制造，后续服务可以保证零件的正常使用。
4）在加工行程中，刀具，夹紧件和导向件都对零件质量方面起到了锦上添花的作用。
通用件和标准件能够反复使用，不必再重新设计模具。
2.2组合机床工艺范围及加工精度
2.2.1组合机床的工艺范围
当代，组合机床的功用就是加工孔和平面两类。
孔加工包括钻孔、阔孔、铰孔、镗孔以及倒角、切槽、锪沉孔、攻螺纹、滚压孔；平面加工包括铣、锪（刮）、车等。
伴随着科学技术的成熟，其加工领域也将扩充到拉、推、磨等。
另外，组合机床还能够实现非切削工作。
2.2.2组合机床的加工精度
㈠、孔加工
⒈孔的尺寸精度
当在加工过程中扩孔和精扩孔的精度可实现H6，而待加工面的粗糙度为
，孔的圆柱度误差在孔径尺寸公差二分之一范围内。
当对有色金属零件进行数次加工后，精度十分稳定地保持在H6，粗糙度为
。
⒉孔的同轴度
当采用两面多轴加工时，同轴度一般为
.若使用固定式夹紧件对单面进行镗削，在精度和导向良好的前提下，若以
为单位长度，那么被加工孔的同轴度能够限定在
以内。
⒊孔的平行度
对于孔的平行度的保证，组合机床能在
的单位长度内可以达到能够限定在
。
4.孔的垂直度
在组合机床上加工孔时，组合机床能在100mm的单位长度内能够限定误差小于0.02mm。
5.螺纹孔精度
在组合机床上加工螺纹孔经常会采用装模攻丝的方法。
若润滑良好，那么在铸铁类零件上就可以加工出7级精度的螺纹，表面粗糙度为Ra=l.65mm。
当时机床精度高时则可达到±0.15mm。
㈡、平面加工
对于平面的加工方法，组合机床常选用铣、刮、车和拉。
通用件囊括了铣削头、滑动台和滑动座等。
当待加工对象轮廓较大时，通常选用铣削头锁定、工件布置在工作台面上的型式。
这样做的优点是耐变形性好，较为容易满足客户要求且设备构造简单。
㈢、止口加工
此类加工的方法十分特别，在此类加工中驱动滑台会在死挡铁上停留，这样做的优点是质量更高，精度也更高。
当对单轴加工且为特殊结构时，在零件运行结束时挡块就会出现在待加工件的表面，精度也相对较高。
2.3采用组合机床的经济分析
不论对于多么难加工的机械零件总是能够设计出一种独特的工艺路线以使它满足客户的需要。
从一开始的规划到最后饿大批量的生产，都必须经历不同的生产批量过程。
组合机床即使作为高效能的机器，也因考虑对零件的经济估算。
此次设计需加工的孔的数量较多，而且排列无规律。
虽然这类型的孔普通机床也可以在最后完成加工任务，但需要耗费众多的人力和物力，且精度的保证也是个问题。
但若使用卧式双面组合钻床，这些无法保证和解决的问题就可以随着解决。
考虑多方面的因素，使用组合机床加工驱动桥壳体上的三面孔，完全可以达到预定的要求。
第3章组合机床通用部件及其选用
通用件在组合机床中担当着不可或缺的作用，它构成了组合机床的躯体，同时它的通用性能是评价组合机床的重要技术指标。
故通用件的使用和选配是十分重要的。
3.1通用部件的类型
3.1.1通用部件的分类
按其发挥的效能划分，可以进行如下归类划分：
1）动力件顾名思义它的作用就是为加工过程中的进给和刀具的运行提供驱动力。
2）支撑件它是作为基础件来进行支撑机器的，它囊括众多部件，它的功用就是完成支撑和安装。
它的存在也为机床的刚度和机床的内部部件的位置准确度提供了保障。
3）输送部分该部分的功用就是完成零件的传动和输送，使对一个零件在同一台机床上就能够完成多个工序，提高了效率。
但它对位置的准确度要求较高。
此部件囊括了回转式和移动式工作台。
4）控制部件该部分的功用就是领导者一样，对于零件最终的质量起着决定性的作用。
它囊括了包括按钮台在内的众多部件。
5）辅助部件此部分的功用就是用来担当辅助功能，配合机床的正常加工以达到客户或者设计者的要求。
它的组成更为繁琐，囊括了除上述部件的其余部件。
3.2常用通用部件
此类部件是组合机床的躯体，是组合机床无法分割的一部分。
它的选用要根据待加工的零件的要求来完成配置。
通用部件的型号编制：
在该类部件主参数的表示中是以与其相配套的滑动台的宽来完成的。
如图3.1所示：
图3.1
通用部件的字头部分表示的是它的类型和驱动方式，是用汉语拼音大写字母来进行表示的。
通用部件的组成：
1）动力滑台它的构成比较简单是由滑鞍、滑座和驱动装置构成的，同时也是在加工运动中担当驱动件的重要部分。
2主轴部件它又常称作工艺切削头或单轴头，另外还有的就是刀具配装在其端部，在其的尾部还存在传动装置的布设。
因主轴件在一般情况下均采用耐变形结构故无需安装导向装置就可以达到很好的加工工艺性。
3主运动驱动装置此装置可划分为2类：
其一是工作时与主轴箱匹配的动力箱；其二是参与与通用主轴相配合的驱传动配置。
4）工作台它的功能是将待加工零件的位置变动。
按运动方式可分为多工位移动工作台和分度回转工作台；按传动方式可分为液压传动、机械传动及气压传动等。
5）支承部件它是专用和通用的优化形式。
3.3通用部件的选用
1.通用部件选择的基本方法和原则最基础的选配的方式：
所谓最基础的方法是依据机器的出厂参数来进行的。
具体要求如下：
1）切削的功率应能够满足加工所需要的计算功率。
2）多轴箱与动力箱的尺寸应匹配和适应。
3）应能够满足加工精度的要求。
4）在选择匹配的通用件时应优先考虑相近匹配性关系。
2.通用部件的选用
1）选择动力部件的规格。
2）选择动力部件的品种。
第4章组合机床总体设计
对组合机床的规划首先要对零件进行分析，确定出合理加工路线，再在此基础上绘画出“三图一卡”。
以下即为设计组合机床的过程.
4.1组合机床方案设计
组合机床主要是针对被加工零件的特点，按高度集中的原则来进行设计的高效专机。
在设计前，首先要考虑待加工零件所要求的质量、精度和技术。
解决用该机床来对零件切削时经济上是否最优的困扰。
4.1.1拟定方案阶段
此过程包括有确定零件的工艺路线和机器的购置形式，这些工作完成后进行图纸的完整设计。
4.1.2技术设计阶段
以拟定方案阶段和机床联系尺寸图及加工示意图为基础，绘画主轴箱、夹紧件等的装配图。
4.1.3工作设计阶段
绘画相关图纸，规划组合机床的使用说明书。
具体过程参考下列的论述。
4.2零件分析
4.2.1气缸体的功用和结构特点
发动机上的基础部件就是缸体，它的构造比较难懂，反而精度也相对较高，造成的结果是工艺路线较长。
气缸体的主要功用是：
1）在发动机上起支撑作用，主要是支撑其上的运动件，还有保证连杆，活塞，曲轴等运动部件的位置。
2）缸体上的出气盖，油道及水道可以保证发动机的正常换气，润滑和冷却的需要。
3）可以提供在发动机上安装完整动力装置所要求的各种辅助装置的安装基准面。
因此，只当各个待加工面上有确定的运行关系时才能满足发动机的功能要求。
4.2.2基准的选择
1、粗基准的选择
在对此基准进行选择时，必须要保证加工余量和工作过程中各部件的相对位置不发生碰撞保留足够的间隙。
2、精基准的选择
在对此基准进行选择时，必须保证加工结束后零件能够达到设计前的要求。
4.2.3加工阶段的划分
1．基准加工
在最先进行的工序中就得把所需基准先制造出来，即所谓的“基准先行”原则。
2．平面加工
对于平面的加工按照先加工面后加工孔的原则将各个平面依次加工出来。
3．主要孔的粗加工
1）若先对那些主要孔进行粗加工就可以提前暴露工件上的某些缺陷：
2）在粗加工过程中会切去大部分的余量，内应力在此过程中就会重新分布，工件便有足够长时间来充分变形，这样可以保证精加工的加工精度。
3）粗加工过程中切削力也相对较大，因此夹紧力也较大，粗加工若放在前面就可以大大减少因夹紧变形而对精加工造成的影响。
4．主要孔的精加工
此工序包括对主轴轴承座孔和套孔的半精镗和精镗；当轴承盖完成装配后，即开始进行半精镗、精镗以及研磨主轴轴承座孔。
这些都是加工气缸体的关键工序。
第5章绘制“三图一卡”
三图一卡的内容是:
加工工序图,加工示意图，机床联系尺寸图和编制其生产率计算卡。
此次设计的工序是对组合机床两侧面孔的加工。
5.1加工工序图
5.1.1被加工零件工序图的作用和要求
工序图的实质就是加工该零件的工序方法,具体就是指要在该机床上完成的工序的内容，囊括待加工部位的所有参数要求,以及切削中需要的定位基准,所要夹压的部位及所需的材料。
5.1.2被加工零件工序图的内容
1、所需待加工零件的主要外形和形状尺寸等信息。
2、加工本工序所选选用的夹紧部位，定位基准及夹紧的方向。
3、加工表面的表面粗糙度,尺寸,形位公差等级,精度,技术要求以对上一步工序的技术要求。
5.2加工示意图
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