柴油机机体两端面孔钻削组合机床.docx

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柴油机机体两端面孔钻削组合机床

柴油机机体两端面孔钻削组合机床

—总体及液压系统设计

摘要：

组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先的工序进行加工的机床。

它能对工件进行多刀，多轴，多面，多工位同时加工。

本文在全面分析被加工零件的结构特点、尺寸精度、被加工孔相互之间位置精度、表面粗糙度和技术要求的基础上，根据实际需要，进行柴油机机体两端面孔钻削组合机床的总体和液压系统设计。

首先通过分析比较，确定了柴油机机体两端面孔钻削组合机床的配置型式及结构的最佳方案，遵循机械设计中标准化、通用化、系列化原则，给出机床的总体设计方案。

其次，根据被加工零件的加工要求，进行了相关切削参数的计算，确定了切削力、切削功率及切削转矩，为组合机床设计中的通用部件和专用部件的选择提供了技术依据，并绘制出代表机床总体设计的被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡，即“三图一卡”，进行了通用部件的选择。

最后设计出液压系统原理图及液压站总装图。

本液压系统可实现对工件夹紧、定位销插销拔销、滑台进给等的自动控制。

关键词：

组合机床；总体设计；“三图一卡”；液压系统

theOverallandHydraulicDesignofMachineToolWhichDrillingtheBothEndsoftheAirframeinDieselEngine

Abstract:

Machinetoolallowustoprocessoneorseveralpartsbypre-processing,basedoncommoncomponentstogetherwithasmallamountofspecialparts.Theworkpiececanbemulti-tool,multi-axis,multi-faces,multi-stationwhileprocessing.

Inthispaper,accordingtoactuallyrequirements,wewillworkouttheoverallandhydraulicdesignofmachinetoolwhichdrillingthebothendsoftheairframeindieselenginebasedonacomprehensiveanalysisofthestructurefeatures,dimensionalaccuracy,positionaccurancyoftheholesprocessed,surfaceroughnessandtechnicalrequirementsoftheworkpiecetobemachined.First,definetheassemblytypeandbestprogramsoftheconfigurationofthemachinetoolwhichdrillingthebothendsoftheairframeindieselenginebyanalysisandcompare,givetheprogramoftheoveralldesignabidingtheprincipleofstandardization,univerlizationandseries.then,accordingtotherequirementoftheworkpiecetobemachined,calculatingtherelevantcuttingparameters,definingthecuttingforce,cuttingtorqueandcuttingcapacity,offeringthetechnicalfoundationforthechoiceofthecommonpartsandspecificpartsofthedesigninthemachinetool,anddrawingthemachiningprocessdiagramoftheworkpiecetobemachinedwhichrepresenttheoveralldesignofthemachinetool,machiningsketch,diagramofthecontacteddimensioninmachinetoolandthecardcalculatingproductivity,namely“three-diagramandone-card”,completingtheselectionofthecommonparts.Finally,completetheschematicofthehydraulicsystemandthediagramofthehydraulicassembly.thishydraulicsystemenablestocontrolautomaticofholdingtheworkpiece,dampingandpullingthelocatedpinandslidertofeed.

Keywords:

machinetool;drilling;“three-diagramandone-card”;thesystemofhydraulic

1绪论1

1.1课题的来源1

1.2指导思想和设计要求2

2组合机床总体方案设计3

2.1组合机床总体方案的设计步骤3

2.1.1组合机床的特点3

2.1.2组合机床总体方案的设计步骤3

2.1.3组合机床总体方案设计时应考虑的问题4

2.2组合机床总体方案的制定4

2.2.1影响组合机床总体方案制定的主要因素5

2.2.2制定工艺方案应考虑的问题5

2.2.3确定机床配置型式及结构方案应考虑的问题6

2.3确定切削用量及选择刀具7

2.3.1切削用量的选择7

2.3.2确定切削力、切削扭矩、切削功率8

2.3.3刀具结构的选择10

2.3.3确定滑台每分钟进给量11

3“三图一卡”的设计12

3.1加工零件工序图12

3.1.1被加工零件工序图的作用和要求12

3.1.2绘制被加工零件工序图的注意事项12

3.1.3绘制柴油机机体工序图13

3.2被加工零件加工示意图13

3.2.1加工示意图的作用13

3.2.2加工示意图的画法及注意事项14

3.2.3选择刀具、工具、导向装置并标注其相关位置及精度尺寸14

3.2.4确定主轴类型、尺寸、外伸出长度和选择接杆15

3.2.5确定动力部件的工作循环行程17

3.3机床联系尺寸总图19

3.3.1联系尺寸总图的作用及内容19

3.3.2选择动力部件19

联系尺寸总图应考虑的主要问题21

3.4生产率计算卡23

3.4.1实际生产率23

3.4.2机床负荷率24

4制定液压系统设计方案并确定主要参数26

4.1分析并初定液压系统方案26

4.1.1液压系统整体性分析26

4.1.2初定液压系统方案26

4.2运动和负载分析26

4.2.1运动分析27

4.2.2负载分析27

4.2.3负载图和速度图的绘制28

4.3液压缸主要参数的确定28

4.3.1液压缸上作压力p的确定28

4.3.2计算液压缸内径D和活塞杆直径d29

4.3.3最低稳压速度验算30

4.3.4计算在各工作阶段液压缸所需的流量30

4.4制定液压系统方案及绘制液压系统原理图31

4.4.1制定基本方案31

4.4.2绘制液压系统原理图32

5液压元件计算与选择及系统的性能验算34

5.1液压泵的选择34

5.1.1确定液压泵的最大工作压力PP34

5.1.2确定液压泵的流量34

5.1.3确定液压泵的驱动功率35

5.1.4确定液压阀35

5.1.5蓄能器的选择36

5.1.6确定管道尺寸37

5.1.7确定油箱容积37

5.2液压系统的性能验算37

5.2.1回路压力损失验算37

5.2.2液压系统的发热和温升验算38

6液压系统的节能分析40

6.1液压泵的节能40

6.2液压回路的节能40

6.3蓄能器的节能40

7结论41

参考文献42

致谢43

1绪论

1.1课题的来源

组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件，对一种或多种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。

组合机床广泛应用于大批量生产的行业，如:

汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业，主要加工箱体类零件，如:

汽缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等;一些重要零件的关键加工工序，虽然生产批量不大，也采用组合机床来保证其加工质量。

目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化

的柔性方向发展。

在国内外组合机床己发展成为一个新兴的工业部门。

由于技术、经济、生产上的原因，早在50年代已经迅速发展并具有专门经营这项业务的企业。

在技术上，由于传统的普通机床精度低、并且不能同时加工同一零件，导致生产效率低。

而社会生产力的巨大发展要求制造技术向高精度与高效率方向前进。

而组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的机床。

它能对工件进行多刀、多轴、多面、多工位、同时加工。

采用组合机床即能提高生产率又能提高加工精度。

在经济上，如果就设备以淘汰的形式更换为新设备则耗资巨大，很不经济，而采用组合机床加以现代化，为中小型企业和大企业创造了可观的经济效益。

在生产上，组合机床最适合多品种，中小批量生产，很符合现代化机械制造业的生产需要。

就国内外概况而言，我国是拥有上百万台机床的国家，要在短时间内实现机床多方位加工和高效率、高精密、设备的更新，国情上讲全面更新是不大可能的，组合机床的设计就以成为一个重要的研究方向。

因此组合机床的设计加以自动化将会使得我们的国家的制造业迅速发展。

在组合机床设计中引入了微机，不但技术上具有先进性，同时应用上也比传统的机床有了较大的通用性和可用性。

液压传动是利用液体一液压油液作为工作介质传递能量和进行控制的传动形式，液压系统利用液压泵将动力源的机械能转换成液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行原件（缸和马达）把液体压力能转换成机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。

在液压技术广泛的应用于上程机械当中之际，高的工作效率、减小液压元件的体积和质量、加大输出功率以及液压元件的模块化设计已成为前沿的液压技术的关键技术所在。

而这些正是液压系统比其他的传动系统的优越性之所在。

在工作装置中，广泛的采用新材料、新结构，使工作装置的结构强度、刚度、耐磨性得到较大程度的提高，自重减轻;同时，在设计和制造过程中普遍采用CAD、CAM技术和优化技术。

当今世界，机械技术一日千里，为我们所处的时代加上了飞翔的翅膀，机械技术的产生和飞速发展改变了整个人类的生活和思维方式，为人类文明的进程作出了.草越的贡献，液压技术为机械行业作出了很大的贡献。

随着机械行业的不断发展，社会经济的日新月异，特别是机械制造行业，汽车行业，建筑行业，电子行业等等，各个企业已普遍地使用到液压系统。

特别是在机床行业中应用液压传动技术实现机床往复、机床回转、机床进给、机床仿行及各种辅助运动，所以研究液压系统和使液压系统的使用效率提高、节能环保，有重大意义。

本设计对组合机床总体及液压系统设计中的相关技术问题进行了探讨。

1.2指导思想和设计要求

组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的机床。

它能对工件进行多刀、多轴、多面、多工位、同时加工。

在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、锉孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，随着组合机床技术的发展，它能完成的工艺范围日益扩大。

组合机床所使用的通用部件是具有特定功能、按标准化、系列化原则设计、制造的组合机床基础部件。

每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。

组合机床设计应根据机床的性能要求配套液压、气压和电控等系统。

本设计的主要参数如下：

（1）加工要求：

钻削柴油机机体两端面孔φ56（两个）、φ32.7、φ10.2、φ8.5（两个），倒角φ12.5（三个）、φ8.5（两个）、φ10.5（两个）。

（2）工件材料:

HT200，硬度为190～241HBS

（3）生产纲领:

30件/时

在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须了解设计要求以及与该设计内容有关的其他方面内容，主要考虑：

（1）主机的概况:

用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等;

（2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何;

（3）液压驱动机构的运动形式，运动速度;

（4）各动作机构的载荷大小及其性质;

（5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方而的要求。

（6）自动化程度、操作控制方式的要求；

（7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求;

（8）对效率、成本等方面的要求。

2组合机床总体方案设计

2.1组合机床总体方案的设计步骤

2.1.1组合机床的特点

组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的机床。

它能够对工件进行多刀、多孔等同时加工。

在组合机床自动生产线上可以完成一系列的切削加工工序。

组合机床及其自动生产线所使的通用部件是具有特定功能，按标准化、系列化通用化原则设计、制造的组合机床基础设计部件。

每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。

组合机床以其独特的特点在现代化的生产中占有重要的地位，其特点如下:

（1）组合机床上的通用部件和标准部件占全部机床零部件总重量的70%—80%，因此设计周期短，经济效益好。

（2）由于组合机床上采用多刀加工，机床自动化程度高，因此生产率高，产品质量稳定，劳动强度低。

（3）组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂家成批生产，它与一般专用机床比较，其结构稳定，工作可靠，使用和维修方便。

（4）组合机床加工零件，由于采用专用夹具、组合刀具禾!

导向装置等，产品加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。

（5）当机床被加工的产品更新时，专用机床的大部分部件要报销。

组合机床的通用部件是根据国家标准设计的，并等效于国家标准，因此其通用部件可以重复使用，不必另行设计和制造。

（6）组合机床易于联成组合机床自动线，适用于大规模和自动化生产需要。

本次设计的主要目的是为了使我们通过对组合机床的设计，对其结构及工作原理有个初步了解。

同时经过设计完成组合机床达到加工工件的目的。

在设计过程中需要查阅多种设计手册，对各种设计手册也有了一定了解，对以后走上工作岗位有很大的帮助，对以往所学的理论知识也是一个巩固，把所学与实践相结合起来。

（1）组合机床工艺方案的确定工艺方案的拟定是组合机床设计的关键一步。

因为工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。

工艺方案制定的正确，将是机床达到重量轻、体积小、结构简单、使用方便、效率高、质量好的标准要求。

（2）组合机床配置形式的选择组合机床有大型和小型两种,但两者在结构和配置型式上等方面有较大的差别。

.在这里我们选择大型单工位卧式组合机床。

（3）组合机床的技术设计组合机床技术设计就是针对具体加工零件,拟定工艺和结构方案，并进行方案图样和有关技术文件的设计。

具体工作是编制”三图一卡”，即被加工零件工序图、机床尺寸联系图、加工示意图、生产率计算卡。

编制完”三图一卡”设计机床各专用部件。

（4）组合机床的部件设计制定组合机床的结构方案时，应进行全面考虑，综合研究，才能将工序组合的更为合理，更可靠的满足工件的加工要求。

用较少的机床完成较多的工作，也为进一步发展创造了有利条件

制定组合机床工艺方案是设计组合机床最重要的内容之一。

工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到“重量轻、体积小、结构简单、使用方便、效率高、质量好”的要求。

为了该机床方案制定的合理、先进，在方案设计时，密切联系实际，全面了解被加工零件的加工情况和影响方案制定的各种因素。

（1）采用先进的加工工艺，制定最佳的工艺方案。

（2）合理的确定机床工序集中程度。

（3）合理的选择组合机床的通用部件。

（4）选择恰当的组合机床的配置型式。

（5）合理的选择切削用量。

（6）设计高效率的夹具，工具，刀具及主轴箱等

2.2组合机床总体方案的制定

组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高度集中工序原则设计的一种高效率专用机床。

设计组合机床前，首先应根据组合机床完成工艺的一些限制及组合机床各种工艺方法能达到的加工精度、表面粗糙度及技术要求，解决零件是否可以利用组合机床加工及采用组合机床加工是否合理。

如果确定零件可以利用组合机床加工，那么，为使加工过程顺利进行，并达到要求的生产率，必须在掌握大量的零件加工工艺资料基础上，统盘考虑影响制定零件工艺方案、机床配置型式结构方安的各种因素及应注意的问题。

经过分析比较，以确定零件组合机床上合理可以的加工方法、确定工序间加工余量选择合适的切削用量相应的刀具结构确定机床配置型式等，这些便是组合机床方案的主要内容。

2.2.1影响组合机床总体方案制定的主要因素

（1）被加工零件的加工精度和加工工序被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制定机床方案的主要依据。

采用刚性主轴结构方案时，必须根据被加工零件的材料加工部位的特点及加工精度要求来选择主轴结构型式及数据参数，以使主轴有足够的刚性及抗振性。

还必须布置好刀具位置，以减少切削径向力在加工过程中产生的振动。

（2）被加工零件的特点本设计的被加工零件的材料是HT200，它的硬度为190—241HBS，加工的过程是钻孔和扩孔，孔的表面粗糙度为Ra12.5。

工件采用一面双销定位。

这些对机床工艺方案制定有着重要的影响。

同样精度的孔，因材料硬度的不同，其工艺方案也不同，如钢件一般比铸铁件的加工工步数多。

（3）被加工零件的生产批量零件的生产批量是决定采用单工位、多工位或自动线，还是按中小批生产特点设计组合机床的重要因素。

本次设计按大批量设计组合机床。

（4）机床使用条件。

2.2.2制定工艺方案应考虑的问题

由于被加工零件的精度要求加工部位尺寸、形状特点、材料、生产率要求不同，设计组合机床必须采用不同的工艺方法和工艺过程。

根据对我国使用的组合机床的调查，加工铸铁件的某些主要工序所能达到的精度和表面粗糙度如下述，可供制定时参考。

孔的尺寸精度:

钻孔加工孔径在φ40mm以下，一般为实心铸件扩、铰工序之前钻削底孔或螺纹底孔，精度可达IT10—IT11，表面粗糙度Ra12.5μm。

扩孔一般作为精铰或精镗钱的工序，对精度要求不高的孔可作为最终工序。

精度可达IT8—IT9，表面粗糙度Ra3.2—6.3μm。

粗、精加工工序的安排必须根据零件的生产批量、加工精度、技术要求进行全面分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理解决加工工序的安排。

不要不分具体情况而一律粗、精加工分开。

由于本次设计只有一道工序，为粗加工工序，不用考虑工序的安排问题。

在确定组合机床完成工艺时，要考虑可同时加工最小孔间中心距。

由于主轴箱的主轴结构和设置导向的要求，以及保证必须的加工精度和工作可靠的要求，组合机床钻孔对于通用的主轴箱，其最小中心距为24mm。

本次设计的最小中心距为55mm，所以主轴箱为通用主轴箱。

组合机床是针对某种零件或零件某道工序而设计的。

正确选择加工用的定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大规模的集中工序，从而得到减少机床台数的效果。

选择定位基准的原则及应注意的问题:

（1）应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准，这样可减少基准不符的误差，保证加工精度。

但在某些情况下，却必须该用其它面作定位基准，如组合机床经常加工的各种发动机汽缸体，其顶面为主要安装基准，即设计基准。

（2）选择定位基准应确保工件定位稳定。

尽量采用以加工的较大平面为定位基准，这对于精加工尤为重要。

在不得以的情况下，才选那些与加工表面有一定关系的、经过仔细清理平整的毛面作为定位基准。

切记，定位基准不可选在铸铁或铸件的分型面上，也不要选在有铸孔的部位，否则将影响定位精度。

（3）统一基面原则。

即在各台机床上采用共同的定位基面来加工零件不同表面上的孔或对同一表面上的孔完成不同的工序，这对工序多的箱体类零件尤为重要。

（4）当被加工零件不具备理想的定位基准，或者工件刚性不足时，为防止加工时工件变形，振动而影响加工精度，可在机床上设置辅助支撑，以增加定位稳定性和承受较大的切削力。

（5）在选择定位基面同时，要相应决定夹压位置。

此时应注意的问题是：

保证零件夹压后定位稳定；尽量减少和避免零件夹压后变形，消除其对加工的影响。

2.2.3确定机床配置型式及结构方案应考虑的问题

根据被加工零件的结构特点、加工要求、工艺过程方案及生产率等，可大体确定采用哪种基本型式的组合机床。

但由于工艺的安排动力部件的不同配置零件安装数目和工位数多少不同，而会产生多种配置方案。

不同的配置方案对机床的复杂程度、通用化程度、结构工艺性、加工精度、机床从新调整可能性及经济性等，具有不同的影响。

因此，确定机床配置型式及结构方案时，必须考虑下述问题：

（1）组合机床的特点及适用性单工位组合机床的工作特点是，加工过程中位置固定不变，由动力部件移动来完成各种加工。

这类机床能保证较高的相互位置精度，它特别适合于大中型箱体类零件的加工。

单工位组合机床根据工件加工表面的分布情况不同，其配置型式有卧式、立式、倾斜式和复合式等。

根据本设计的被加工件的特点，正适合采用单工位组合机床。

（2）组合机床的加工精度组合机床可完成的工艺范围及所能达到的加工精度已有叙述。

这里着重要说明的是组合机床不同的配置型式对加工精度的影响。

在确定机床配置型式和结构方案时，首先必须注意零件加工精度能否稳定的得到保证。

影响组合机床加工精度的因素是多方面的，一般分为加工误差和夹具误差两方面。

钻孔位置精度:

指孔与孔或孔与基面间的相对位置精度。

通常，采用固定导向能达到±0.2mm，若严格要求机床主轴和夹具导向的同轴度，减少刀具与导向间隙，精度可达±0.2—0.25mm。

在组合机床上加工孔，其孔的中心线对基面或孔相对另一孔中心线的垂直度通常可达0.02μm/100mm。

本设计要求达到的精度正好在上述范围内，所以组合机床钻孔的位置精度能达到本零件的要求。

（3）其它应注意的问题在确定机床配置型式和结构方案时，要合理解决工序集中问题。

在一个动力部件上配置多轴箱加工多孔来集中工序是组合机床基木的加工方法。

但主轴数量的多少，既要考虑动力部件及多轴箱的性能和尺寸，又要调整