1、机械设计制造及其自动化专业毕业设计40设计41195柴油机单缸泵体钻孔专机及其左多轴箱的设计三 江 学 院本科生毕业设计（论文） 题 目 195柴油机单缸泵体钻孔专机及其左多轴箱的设计 院（系） 三江高等职业技术学院 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 王志斌 职称 讲师 设计地点 三江高等职业技术学院 摘 要本文介绍了195柴油机单缸泵体机械加工过程中钻孔专用钻床的设计。主要介绍了钻孔专机三图一卡的编制、左多轴箱的设计以及部分典型零件的设计。设计中采用了组合机床的设计原则，以通用部件为基础，并根据主轴的分布要求进行了多轴箱的总体设计，同时配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具
2、，组成相应的专用机床。这种专机的设计在保证加工精度要求的前提下降低了成本，减轻了劳动强度，提高了机床生产率，配置也更加的灵活。关键词：195柴油机单缸泵体；专用钻床；多轴箱；总体设计；ABSTRACTThis article introduced a machine tool of double surface coarse drilling in machining diesel engines oil pump. The article introduced the weaving of the drilling special mechanical machining card, the
3、 design of the axis boxes, the design of the jig and the design of the principal axis; Machine tool design using the design principles, based on the generic parts, and the distribution according to the requirements of the spindle axle of the overall design of many, while accompanied by a specific sh
4、ape of the workpiece and processing parts and fixtures specifically designed to form the corresponding Dedicated machine.The design of the special machine not only can ensure the precision of the machining but also can reduce the cost, ease the workers intenstity, advance the productivity, the collo
5、cation is flexible. Key words：Oil Pump；Special drill; multi axle; overall design;目 录前言 1第一章 加工方案拟定 21.1 零件分析 21.2 工艺安排 21.3 关键措施技术解析 3 1.3.1 定位方案 3 1.3.2 加工方法的选择 3第二章 机床总体设计 62.1 加工工序图 6 2.1.1 绘制加工工序图 6 2.1.2 加工工序图的作用及其内容 6 2.1.3 绘制加工工序图的注意事项 62.2 加工示意图 7 2.2.1 加工示意图的作用及内容 7 2.2.2 选择刀具、工具、导向装置并标注其相关
6、位置及尺寸 7 2.2.3 确定动力部件的工作循环及工作行程 10 2.2.4 其他注意的问题 102.3 机床联系尺寸图 10 2.3.1 机床联系尺寸总图的作用及内容 10 2.3.2 各部件的选择 11 2.3.3 绘制机床联系尺寸总图的注意事项及机床的具体分组 132.4 机床生产率计算卡 14 2.4.1 理想生产率 14 2.4.2 实际生产率 14 2.4.3 机床负荷率 15 2.4.4 编制生产率计算卡 15第三章 多轴箱的设计183.1 多轴箱的用途和分类 183.2 多轴箱总体设计 18 3.2.1 多轴箱的一般设计步骤 18 3.2.2 多轴箱设计的主要内容及注意事项
7、18 3.2.3 主轴、齿轮的确定及动力计算 19 3.2.4 多轴箱传动设计 20 3.2.5 多轴箱坐标设计 22 3.2.6 绘制多轴箱总图及零件图 22结束语24致谢 25参考文献26前 言195柴油机单缸油泵是中小型柴油机的主要配套部件之一，其性能决定了柴油机的整体性能质量。195柴油机单缸泵体又是195柴油机单缸泵中的主要关键零件。为了保证油泵的整体性能，设计中对泵体零件提出了很高的技术要求。我国目前中小型柴油机所用的195柴油机单缸油泵大部分来自于专业配套厂，其中有较资深的国有企业，也有新兴的乡镇企业。195柴油机单缸泵体的生产主要采用通用机床加专用夹具以工序分散的组织方式进行加
8、工。其存在的主要问题是加工质量不稳定，精度难保证，废品率高；个别关键精度要求普遍难以保证，导致油泵整体性能难以达标，成为困扰行业的一个技术难题。行业内部也在一直不断地在进行技术攻关，但见效甚微。本设计是在原有的粗加工到精加工回转机床的设计基础上加以改进的。原有的回转机床，由于结构紧凑，那么必然增加了机床的复杂程度，增加了机床维修和调试的难度。为此，我们把工序分开化处理，采用专用机床来完成不同的工序，形成一个生产线来实现工件加工，那么机床的复杂程度下降了，机床的维护和调试也就容易多了，同时工件的加工精度也得到了相应的提高。但不足的是，机床的数量多了，增加了工作场所，对厂房的使用面积增多了，这是唯
9、一的不足之处。本设计是对195柴油机单缸泵体进行钻孔工序的专用机床，它是一个工程实际应用的课题，它是对我这四年来所学专业知识的检验，在了解了产品特性工艺要求的前提下，进行钻孔专机的总体方案设计及部件设计（即三图一卡及多轴箱总图的设计）。由于时间的关系以及本人水平和实际工作经验的限制，设计中难免有疏漏之处和不合理的地方，敬请各位指导老师和验收老师进行指正。设计人：夏雨第一章 加工方案拟定1.1零件分析目前中小型柴油机配套用195柴油机单缸油泵的品种较多，但总体上来说差异不大，其中以AK型较为典型。图1所示为AK泵泵体零件简图，其零件坯料为铸件，材料为HT200。由图可见其形体比较复杂，缺少理想、
10、可靠、稳定的定位基准，各加工要素间具有较高的位置精度要求，加工内容涉及到钻、扩、膛、攻丝、割槽等多种工艺。从行业调查结果看，该零件加工中存在的主要问题是9H8齿杆孔与14G8齿圈孔间的中心距尺寸12.080.04以及图中各项形位公差较难达到。尤其是12.080.04超差率很高。从目前制造业水平看，采用先进的制造装备加工零件，上述精度不成问题。但195柴油机单缸泵是个微利配套产品，先进设备的高投入将给企业带来沉重的压力，导致利润进一步降低，甚至出现亏损。因此针对泵体行业目前的生产批量的特点，采用经济高效的专用工艺装备进行加工方为上策。1.2 工艺安排 （图1）（1）总体方案：由于缺少理想、可靠、
11、稳定的定位基准，为了保证中心孔系与9H8齿杆孔间的位置精度，主要采用了组合机床工序集中的方案，将相关要素集中，以多方面、多工位同时加工的形式在一次定位装夹下进行加工，从而经济地满足要求。（2）工艺步骤：工序1 车45f9外圆、端面F及左右端面等工序2 粗钻中间孔，钻铰3-8.7至8.7H7工序3 工步1 预钻9H8定心孔，扩左中心孔系工步2 钻9H8至8，割左孔内宽槽工步3 攻M201.5螺纹工步4 铣铰9H8至8.8H10，镗铣14G8至13.8H10工步5 精铰9H8，精铰14G8及端面工序4 工步1 粗扩右侧25H9孔工步2 精扩右侧25H9孔工步3 割右侧内孔槽工步4 铣内缺口工步5
12、镗25H9 工序5 其他次要表面加工 工序1采用普通车床加专用夹具安装加工，为工序2加工提供精基准（45f9及F面）。工序2采用双面加工机床组合机床对中心孔系进行预加工，比将3-8.7作成3-8.7H7，其中2-8.7H7与F面组合作为后续工序3、4的统一精定位基准。工序3采用回转多工位立卧复合组合机床，逐步分级进行加工，减少误差复映，确保左侧中心孔系各相关要素及9H8间的加工尺寸位置精度。工序4采用卧式回转多工位组合机床完成25H9孔的加工，保证其尺寸位置误差要求，同时兼顾完成孔内一些次要表面的加工。工序5以通用机床完成零件外围一些次要表面的加工。1.3 关键技术措施解析1.3.1定位方案
13、（1）为了保证9H8齿杆孔与14G8齿圈孔间的孔距精度，工序3各工步采用了基准统一的方案，即以前面工序之已加工表面B面加2-8.7为定位基准，确保稳定可靠的定位精度。（注：表示限制三个自由度，以下类似） （2）工序4加工25H9各工步采用B面、14G8及8.7H7为定位基准，基准重合有利于保证25H9与14G8间的同轴度要求。 （3）考虑到工序1的经济性，对基准面B的跳动不适合提太高的要求，因此夹具上与B面对应的支撑采用环面与工件接触，以减少B面跳动误差对定位精度的影响。1.3.2 加工方法的选择 （1）9H8齿杆孔（立轴）：钻定心孔（）工位-钻孔（）工位-铣铰（）工位-精铰（）工位。 14G
14、8齿圈孔（卧轴）：扩孔（）-镗铰（）工位-精铰（）工位。 以上工艺对9H8齿杆孔和14G8齿圈孔分步逐级提高精度，立卧动力头相关工步在同一工位一次安装条件下同时加工完成，从而消除定位误差对加工精度的影响。 各工步刀具均采用精密导向。9H8孔铣铰和精铰刀采用双导向结构，从而确保刀具的正确位置，见图2。 9H8齿杆孔和14G8齿圈孔半精加工分别采用铣铰、镗铰工艺（见图2），以减少或消除前面预制孔加工位置误差在本工步加工中引起的仿形误差，确保为精加工准备好位置精度达到图纸所需的精度。 （图2） （2）18端面与14G8齿圈孔精加工时由一把铰刀一次成形加工完成加工终了一死挡铁定位停留并延时以确保加工端
15、面平整。该端面为浅止口，与18孔结合处刀具容易磨损而不易清跟，从而其实际端面工作状态，降低密封性能。为此端面做成2中鼓形，（见图3）确保齿圈与泵体14G8孔口部接触以实现良好密封。 （图3）（3）25H9孔受工位限制采用：粗扩精扩镗孔工艺确保孔的准确位置从而保证其与14G8孔的同轴度要求。镗孔采用滚动镗模结构，利于维护、保持和恢复精度。（4）左部内宽槽2411采用专用偏心割槽刀杆一次成型加工完成，由于该槽处于孔深处，且底孔小、槽宽而深，刀具工作条件较差，因此刀具寿命相对比较短些。本设计是围绕钻孔专机展开，主要任务是完成第二道工序（粗钻中间孔）的加工。第二章 机床总体设计2.1 加工工序图2.1
16、.1 绘制加工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。加工工序图是机床设计中的重要技术文件之一。（本设计加工工序图参照图4） （图4）2.1.2 加工工序图的作用及其内容 1.被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。2.加工用定位基准。压紧部分及方向，以便确定夹具的支撑（包括辅助定位支撑），限位、夹紧、导向系统的设计。本设计的定位方式类似于一面两销，大端面限制三个
17、自由度，环面支撑限制两个自由度，一个浮动V型块限制最后一个自由度。3.本道工序加工部分的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求、还包括本道工序对前道工序提出的要求（主要指定位基准）。本道工序属于粗加工，所以对尺寸精度的要求不是很苛刻。4.必要的文字说明，加工零件的编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。2.1.3 绘制加工工序图的注意事项1.为了使本道工序清晰明了，一定要突出机床的加工内容，用粗实线画出加工部位，尺寸、角度等应在相应的数值下加画粗实线。2.加工部位的位置尺寸应由定位基准注起。3.应注明零件加工时机床提出的特殊要求。4.画出定位基准符号，并标出消除自由度数量。
18、并画出夹压位置符号。2.2 加工示意图2.2.1 加工示意图的作用和内容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。它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液压、电气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需的重要技术文件。(本设计加工示意图参照图5) (图5)加工示意图的具体作用及内容如下：1.反映机床的加工内容（钻17及18的孔），加工条件及加工过程。2.根据加工部分的特点及加工要求，决定刀具的类型、数量（双刀具左右同时钻孔，又是双工件装夹，故刀具4把，两根复合钻头，两根
19、麻花钻头），结构、尺寸（直径和长度）等。3.决定主轴的类型，规格尺寸及外伸长度。本设计属钻削类而非精镗类，切削转矩T较大，所以直接按T值来确定主轴直径。4.选择标准的接杆，导向装置等并决定它们的结构、参数及尺寸。5.标明主轴、接杆（卡头）、夹具（导向）与工件之间的联系尺寸，配合及其精度。6.根据机床要求的生产率及刀具、材料特点等，合理确定并标注各轴的切削用量。7.决定机床动力部件的工作行程及工作循环。2.2.2 选择刀具、工具、导向装置并标注其相关位置及尺寸1.刀具的选择选择刀具时，在钻工件左边的孔时，不仅要完成17孔的钻削同时要完成12孔的钻削，在这里我们选择复合钻头来一次性完成这两个孔的加
20、工。在这里我们不选择阶梯钻是因为相对于阶梯钻来说，复合钻头弥补了阶梯钻修磨次数少，寿命低的特点。我们知道麻花钻的螺旋角一般在1830范围内，大直径钻头取大值，而复合钻因大小直径的因素，螺旋角不相等，造成铣排屑槽时发生干涉现象，为了减少干涉，按大小直径的平均值选取，两直径相近时，按大直径选取。直径相差大于10时，则应考虑小直径一般实际加工中，复合钻螺旋角应选3032为适宜。2.导向的选择钻头工作时导向模板内的导套会不断的磨损，达到一定程度必须更换，因此采用可换导套。导套内采用衬套，这样可以避免导向模板的频繁更换。本设计的左移动部件采用活动钻模板导向，右移动部件的导向装置固定在夹具上，均为固定式单
21、支点导向。由机床夹具手册得钻套、衬套和配套螺钉的尺寸。固定式导向装置的导套装在夹具上固定不动，刀具和刀杆导向部分在导套内可以转动和移动。这种导向精度较高，但容易磨损，当转速较高时，会引起导向部分摩擦而产生热变形，造成“别劲”现象或因导向润滑不良和切削尘末渗入，使刀具或刀杆与导套“咬死”。因此，导向表面旋转线速度不宜过高，应尽量保持在20m/min;本设计钻头线速度=15m/min，理论上符合要求。3.初定主轴类型、尺寸、外伸长度（1）17/12孔由组合机床设计简明手册表6-11和表6-20得：v=15m/min f=0.24mm/r =281r/min =67.44mm/min(刀具材料高速钢
22、，工件材料灰铸铁，工序内容为钻孔)切削力F（N）=26切削转矩T（Nmm）=F1=26=26=26120.3223=2289NF2=26=26=26170.3223=3243NT1= =10112.320.3223=8267 NmmT2= =10217.700.3223=16023 NmmT=mmdB=7.3mm=28.82mm取d=30mm就能符合要求。（2）18孔由组合机床设计简明手册表6-11和表6-20得：v=15m/min f=0.27mm/r =265r/min =71.55mm/min(刀具材料高速钢，工件材料灰铸铁，工序内容为钻孔)切削力F（N）=26切削转矩T（Nmm）=F（
23、N）=26=2618 =26180.3523 =3778 NT（Nmm）=10 =10 242.67 0.35 23 =19590 NmmdB=7.3mm=27.32mm(取B=7.3)本应该取d=27.32mm，但考虑到轴在加工过程中的工艺性问题，我们决定取d=30mm以增强轴的刚性，保证轴在加工和使用时不会变形弯折。4.选择接杆、浮动卡头本道工序为钻孔，主轴与刀具之间应采用刚性连接而非浮动连接，因此采用接杆连接。由组合机床设计简明手册表8-1得接杆型号A36/莫氏2号及尺寸。5注意事项：（1）导向直径的选择 若孔的直径太小，会不能承受刀具的扭矩，刀具易折断。若直径过大，则增加了导套与刀具导
24、向部分的接触面积，产生大量的热，不能尽快的释放，刀具导向部分膨胀而产生“咬死”现象。（2）本道钻孔加工工序中涉及到一个危险区域。当左右两个钻头加工到中间时，由于被加工零件中间是对通的，所以两个钻头很有可能会发生碰撞，这种碰撞是绝对不允许的。虽然时序控制也可以解决这个问题，但时序控制不可靠。本设计采用的是挡铁限位，钻削开始时两边同时开钻，当右边钻头运动到危险区域时进入待钻状态，只有当左边钻头返回到预设距离时，才给右边待钻钻头一个信号，使其继续完成整个工作循环。2.2.3 确定动力部件的工作循环及工作行程工作循环：启动开始，两边同时开钻 右边钻头运动到危险区域时进入待钻状态，左边钻头工作继续 左边
25、钻头返回到预设距离时，右边钻头由待钻状态转为工进状态 钻削完成，右边钻头退回起始位置，一次循环结束117、12孔工作行程的确定： 工进长度=60mm 快退长度=工进长度+快进长度=210mm 快进长度=150mm 2. 18孔工作行程的确定： 工进长度=75mm 快退长度=工进长度+快进长度=200mm 快进长度=125mm2.2.4 其他注意的问题1. 加工示意图应与机床实际加工状态一致。表示出工件安装状态及主轴加工方法。2. 图中尺寸应标注完整，尤其是从多轴箱端面至刀尖的轴向尺寸链应齐全，以便于检查行程和调整机床。图中应表示出机床动力部件的工作循环图及各行程长度。3. 加工示意图应有必要的
26、说明如：被加工零件的名称、图号、材料、硬度、加工余量、毛坯要求、是否加冷却液及其它特殊工艺要求等。2.3 机床联系尺寸图2.3.1 机床联系尺寸总图的作用和内容机床联系尺寸总图是表示机床的配置形式、主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局图。用以检验各部件相互位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适，它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据。（本设计机床联系尺寸图参照图6） （ 图6）机床联系尺寸总图主要包括：1. 表明机床的配置形式和总布局。以适当的视图用同一比例画出各个主要部件的外廓形状和位置。表明机床基本形式及操作者的位置等。2. 完整齐全地反映各部
27、件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后形成备量尺寸。3. 标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标出机床分组标号及组件的名称，全部组件应包括机床全部通用部件及专用零部件，不得泄露。4. 表明机床验收标准及安装规程。2.3.2 各个部件的选择一、动力部件的选择动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台，动力箱规格要与滑台匹配，其驱动功率主要是依据多轴箱所需传递的切削功率来选用。在不要精确计算多轴箱功率或多轴箱尚未设计出来之前，可按公式粗略估计。(1)动力箱的选择 由组合机床设计简明手册表5-39得：本设计所选动
28、力箱型号为1TD32 II ，电动机型号为Y100-4,电动机功率为3.0kw,电机安装端面至罩壳后面间的轴向长度为320mm，电动机转速为1430r/min，动力箱输出轴转速为715r/min。再由组合机床设计简明手册表5-40得: 动力箱与多轴箱、滑台的联系尺寸(2)动力滑台的选择：动力滑台是由滑座、滑鞍和驱动装置等组成、实现直线进给运动的动力部件。根据驱动和控制方式的不同，滑台可分为液压滑台、机械滑台和数控滑台三种类型。本设计采用1HYT25- IIA型号液压滑台，此系列滑台采用铸铁导轨，普通精度等级，油缸直径50mm，最大进给力8000N,工进速度范围(32mm/min-800mm/min),快移动速度12m/min。滑台的主要联系尺寸如下（参照图7）：B=250,B1=250,B2=220,B3=127,B4=238,H=250,L=500,L1=400,L2=940,L3=158, （图7）本设计液压滑台的结构特点：1、 采用双矩形导轨结构型式，以单导轨两侧面导向，导向的长宽比较大，导向性好。2、 滑座体为箱形框架结构，滑座底面中间增加了结合面，结构刚度高。3、 导轨淬火，硬度高，使用寿命长。（A型铸铁导轨：G42-48，B型镶钢导轨：G42-48）。4、 液压缸活塞和后
