ZH1135機(jī)體三面半精鏜組合機(jī)床總體及左主軸箱設(shè)計(jì)【含14張CAD圖紙】
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摘 要
為了提高加工效率和質(zhì)量以及保證ZH1135柴油機(jī)氣缸體三面相應(yīng)粗鏜孔的尺寸精度及位置精度的要求，需要設(shè)計(jì)一臺(tái)滿足三面粗鏜要求的臥式組合機(jī)床，本課題組設(shè)計(jì)了ZH1135柴油機(jī)氣缸體三面粗鏜機(jī)床及左主軸箱。在分析加工工件的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，按組合機(jī)床的設(shè)計(jì)方法和步驟，進(jìn)行了組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)，繪制了被加工零件的工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計(jì)算卡，在此基礎(chǔ)上，繪制了左主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù)圖，擬訂了主軸箱的傳動(dòng)路線，應(yīng)用最優(yōu)化方法布置齒輪。確定傳動(dòng)參數(shù)，繪制了主軸箱裝配圖、箱體坐標(biāo)檢查圖、前蓋及后蓋的補(bǔ)充加工圖，進(jìn)行了軸、齒輪等零件的強(qiáng)度校核。該機(jī)較好地完成了設(shè)計(jì)要求，大大提高了工作效率。
關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；氣缸體；三面粗鏜；主軸箱；組合機(jī)床
Abstract
. To improve the efficiency of processing ,and quality assurance of ZH1135 engine casing ,and cylinder block three rough surface corresponding Boring, and the dimensional accuracy of location requirements for the design of a rough surface to satisfy the requirements of Horizontal Boring Machine portfolio, the discussion group has designed ZH1135 engine casing design of the cylinder block 3., Rough Boring Machine and left spindle box. On the base of the characteristics of the analysis’s process , the methods and steps of the design of the modular machine tool, the designing system was made. By the process of drawing ,the schematic diagram of machining ,the relationship of the machine size and the card of the productivity were drawn. Then the primitive chart for the design of the left-side spindle box was given out. The transmission route was confirmed and the transmission parameter was made. The assembly diagram of the spindle box was drawn. After arranging the gears ,we used the optimized design. The supplement processing diagram of the front side and behind side plate were also made. The intensity of the axises and gears was checked. The machine can satisfy the requirement of the design and the controlling precision was wholly improved.
Keywords：desel machine; cylinder body; three-side Rough Boring ; spindle box; modular machine tool.
目 錄
1前言..............................................................1
1.1 總體設(shè)計(jì).........................................................1
1.2 左主軸箱設(shè)計(jì)....................................................1
1.3 發(fā)展?fàn)顩r及涉及內(nèi)容..............................................1
1.4 本課題擬解決的問(wèn)題..............................................1
1.5 解決方案及預(yù)期效果..............................................2
1.5.1 解決方案......................................................2
1.5.2 預(yù)期效果.......................................................2
2方案論證..........................................................3
2.1組合機(jī)床工藝方案的制定..........................................3
2.1.1 確定機(jī)床完成工藝時(shí)的一些限制..................................3
2.2 確定切削用量及選擇刀具..........................................3
2.2.1選擇切削用量..............................................3
2.2.2 對(duì)左側(cè)面上4個(gè)孔的切削用量的選擇...............................4
2.2.3 對(duì)后面上1個(gè)孔的切削用量的選擇..................................5
2.3 計(jì)算切削力、切削扭矩及切削功率...................................5
2.4選擇刀具結(jié)構(gòu).....................................................9
3 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)—三圖一卡.......................................10
3.1被加工零件工序圖................................................10
3.2 加工示意圖...................................................10
3.2.1 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇...............................................11
3.2.2 動(dòng)力箱型號(hào)的選擇...............................................11
3.2.3 動(dòng)力部件工作循環(huán)及行程的確定..................................11
3.3機(jī)床尺寸聯(lián)系總圖...........................................12
3.3.1 選擇動(dòng)力部件...........................................12
3.3.2 動(dòng)力箱型號(hào)的選擇..............................................13
3.3.3 確定夾具輪廓尺寸.............................................13
3.3.4 確定中間底座尺寸..............................................14
3.3.5 確定主軸箱輪廓尺寸............................................14
3.4機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡................................................15
4 左主軸箱設(shè)計(jì)....................................................17
4.1左主軸箱箱體零件的設(shè)計(jì).........................................17
4.1.1 箱體的選用..........................................17
4.2確定傳動(dòng)軸的位置和齒輪齒數(shù).....................................17
4.3坐標(biāo)計(jì)算.......................................................19
4.4主軸等有關(guān)零件的設(shè)計(jì)...........................................22
4.4.1 主軸直徑的確定................................................22
4.4.2 主軸結(jié)構(gòu)的選定................................................22
4.4.3 傳動(dòng)軸的選定..........................................23
4.5主軸箱坐標(biāo)計(jì)算、繪制坐標(biāo)檢查圖.........................23
4.5.1 計(jì)算傳動(dòng)軸的坐標(biāo)..............................................23
4.5.2 繪制坐標(biāo)檢查圖.............................................24
4.6齒輪的校核及參數(shù)的確定.........................................25
4.6.1 齒輪的校核...........................................25
4.6.1.1 齒輪的材料，精度和齒數(shù)的選擇.................................25
4.6.1.2 設(shè)計(jì)計(jì)算....................................................25
4.7箱體或前蓋補(bǔ)充加工圖...........................................27
5 設(shè)計(jì)總結(jié).........................................................29
參考文獻(xiàn)...........................................................30
致 謝...........................................................31
附 錄...........................................................32
1前言
組合機(jī)床是用按系列化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求設(shè)計(jì)的專用部件組成的專用機(jī)床。
本人課題來(lái)源于江蘇江淮動(dòng)力集團(tuán)，本人所設(shè)計(jì)的題目是ZH1135柴油機(jī)氣缸體三面粗鏜組合機(jī)床設(shè)計(jì)，主要完成左主軸箱裝配圖和零件圖設(shè)計(jì)任務(wù)，所設(shè)計(jì)的機(jī)床主要用于加工柴油機(jī)左氣缸體，本人在完成“三圖一卡”的基礎(chǔ)上，完成組合機(jī)床自動(dòng)加工柴油機(jī)氣缸體的左主軸箱設(shè)計(jì)。
1.1 總體設(shè)計(jì)
1、制定工藝方案，確定機(jī)床的配置型式及結(jié)構(gòu)方案；
2、三圖一卡設(shè)計(jì)，包括：a)被加工零件工序圖；(b) 加工示意圖；(c) 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖；(d) 生產(chǎn)率計(jì)算卡。
1.2 左主軸箱設(shè)計(jì)
1、左箱總裝圖；
2、左軸箱箱體零件圖；
3、其它零件圖；
4、有關(guān)計(jì)算、校核等
1.3 發(fā)展?fàn)顩r及涉及內(nèi)容
當(dāng)我國(guó)加入WTO以后，制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。對(duì)組合機(jī)床的要求相對(duì)提高，從而設(shè)計(jì)機(jī)床的要求也提高。為了組合機(jī)床行業(yè)適時(shí)調(diào)整戰(zhàn)略，采取了積極的應(yīng)對(duì)策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢(shì)頭，截至2002年9月份，組合機(jī)床行業(yè)僅組合機(jī)床產(chǎn)品一項(xiàng)，產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，相比2001年同比增長(zhǎng)了十個(gè)百分點(diǎn)以上, 另外組合機(jī)床行業(yè)工業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全員工資總額、出口交貨值等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有不同程度的增長(zhǎng)，新產(chǎn)品、新技術(shù)較去年均有大幅度提高，可見行業(yè)企業(yè)運(yùn)營(yíng)狀況良好。
研究的主要內(nèi)容可涉及：工程設(shè)計(jì)相關(guān)的理論；產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的技術(shù)難點(diǎn)；對(duì)如何進(jìn)行同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行研究；相關(guān)行業(yè)的熱點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題；針對(duì)的設(shè)計(jì)任務(wù)的特點(diǎn)所采用的相關(guān)結(jié)構(gòu)的工作原理；如何用相關(guān)的技術(shù)手段來(lái)保證設(shè)計(jì)質(zhì)量；設(shè)計(jì)產(chǎn)品所涉及的相關(guān)技術(shù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性校驗(yàn)；產(chǎn)品設(shè)計(jì)的操作簡(jiǎn)便性、制造和使用的經(jīng)濟(jì)性；產(chǎn)品設(shè)計(jì)的環(huán)保、節(jié)能特性；產(chǎn)品設(shè)計(jì)的制造可實(shí)施性；產(chǎn)品設(shè)計(jì)的壽命；產(chǎn)品設(shè)計(jì)中零、部件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化問(wèn)題。
1.4 本課題擬解決的問(wèn)題
1、總體設(shè)計(jì)問(wèn)題:如設(shè)計(jì)選型、產(chǎn)品總體布局、產(chǎn)品配置；
2、產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特殊要求:例如特定的參數(shù)要求，特定的結(jié)構(gòu)要求，特定的性能要求；
3、產(chǎn)品傳動(dòng)方案的確定:標(biāo)準(zhǔn)件、通用件的選擇；
4、詳細(xì)設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題:例如相關(guān)的強(qiáng)度校核、剛度校核、局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的方案確定；
5、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)分析:例如有限元分析、運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析；
6、工藝設(shè)計(jì)方案的論證:設(shè)計(jì)效果仿真；加工模擬仿真；
7、生產(chǎn)效率:經(jīng)濟(jì)性；生產(chǎn)周期；
1.5 解決方案及預(yù)期效果
1.5.1 解決方案：
1、采用何種總體設(shè)計(jì)方案；針對(duì)某種需求采用何種特殊結(jié)構(gòu)；
2、易損件采用便于裝拆的結(jié)構(gòu)；采用何種設(shè)計(jì)手段；
3、采用何種分析手段；采用何種實(shí)驗(yàn)手段；
4、采用何種優(yōu)化方法；采用何種仿真手段；
1.5.2 預(yù)期效果：
產(chǎn)品的制造工藝性好；產(chǎn)品外形美觀；產(chǎn)品的制造成本降低；提高設(shè)計(jì)的一次成功率、減少設(shè)計(jì)返工；交貨期縮短；產(chǎn)品使用中的維護(hù)成本降低；設(shè)計(jì)的產(chǎn)品工作更穩(wěn)定、可靠；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理，符合工作現(xiàn)場(chǎng)的需要，更易于操作和使用；產(chǎn)品的使用效果達(dá)到什么樣的指標(biāo)；產(chǎn)品拆卸方便、更易于維護(hù)；所設(shè)計(jì)的部分符合整個(gè)工藝流程的要求。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)四個(gè)多月，在指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)下，在本組設(shè)計(jì)人員的共同努力下，我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)得以按時(shí)圓滿地完成。在此向所有支持我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的老師和同學(xué)表示深深的感謝！
2 方案論證
組合機(jī)床的通用部件分大型和小型兩大類。用大型通用部件組成的機(jī)床稱為大型組合機(jī)床，用小型通用部件組成的機(jī)床稱為小型組合機(jī)床。
機(jī)床帶有一套固定的夾具，根據(jù)所需加工面數(shù)布置動(dòng)力部件。動(dòng)力部件可以是立式，臥式或斜式安裝。工件安裝在機(jī)床的固定夾具里，夾具和工件固定不動(dòng)。動(dòng)力滑臺(tái)上的動(dòng)力箱連同多軸箱或單軸切削頭實(shí)現(xiàn)切削運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)加工零件的要求，本機(jī)床采用單工位組合機(jī)床。刀具對(duì)零件的加工為平行加工，動(dòng)力部件采用臥式安裝，品字型結(jié)構(gòu)。
2.1 組合機(jī)床工藝方案的制定
2.1.1 確定機(jī)床完成工藝時(shí)的一些限制
1、孔間中心距的限制
在確定組合機(jī)床完成工藝時(shí)，要考慮可同時(shí)加工的最小孔中心距。由于主軸箱的主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)備導(dǎo)向的需要，所以近距離孔能否在同一多軸箱上同一工位加工受其限制。
2、結(jié)構(gòu)工藝性不好的限制
有些工件結(jié)構(gòu)工藝性不好，如箱體多層壁上的同軸線的孔徑中間大兩頭小時(shí)，則進(jìn)刀困難。當(dāng)孔徑大于ф50mm時(shí)，可采用讓刀的辦法。多層壁同軸孔，為便于布置中間導(dǎo)向裝置，孔中心離箱體側(cè)壁間距離也應(yīng)夠。
2.2 確定切削用量及選擇刀具
2.2.1 選擇切削用量
16個(gè)被加工孔中，由于既有鉆孔加工又有鏜孔加工，所以選擇切削用量時(shí)應(yīng)綜合考慮，鉆孔切削用量從文獻(xiàn)[9]的130頁(yè)表6-11中選取，鏜孔切削用量從文獻(xiàn)[9]的130頁(yè)表6-15中選取。由于鉆孔的切削用量與鉆孔深度有關(guān)，隨孔深的增加而逐漸遞減，其遞減值按文獻(xiàn)[9]的131頁(yè)表6-12選取。鉆孔時(shí)，降低進(jìn)給量的目的是為了減小軸向切削力，以避免鉆頭折斷，降低切削速度主要是為了提高刀具壽命。
1、對(duì)右側(cè)面上5個(gè)孔的切削用量的選擇：保證進(jìn)給速度相等
A．鉆孔4：Φ36.4，通孔.
由d＞22-50，硬度大于190-240HBS，選擇v=10-18m/min,f＞0.25-0.4mm/r,又d=36.4mm,取定v=17.6m/min,f=0.3mm/r,則由文獻(xiàn)[5]的43頁(yè)知
（2-1）
得： n=1000×17.6/36.4π=154r/min
B．鉆孔5： Φ24.4，通孔
由d＞22-50，硬度大于190-240HBS，選擇v=10-18m/min,f＞ 0.25-0.4mm/r,又d=24.4mm,取定v=17.7m/min,f=0.3mm/r,則由
得： n=1000×17.7/24.4π=230r/min
C．鏜孔1、2： Φ61.4
由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中選擇,考慮到刀具壽命以及進(jìn)給速度的一致性，取v=35m/mim,f=0.6mm/r，則
=1000×35/61.4π=181.5r/min
D．鏜孔6： Φ56.6
由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中選擇,考慮到刀具壽命以及進(jìn)給速度的一致性，取v=40m/min,f=0.5mm/r，則
=1000×40/56.6π=225r/min
2.2.2 對(duì)左側(cè)面上4個(gè)孔的切削用量的選擇
由于分兩次進(jìn)給，要同時(shí)考慮進(jìn)給速度和轉(zhuǎn)速，兩次進(jìn)給轉(zhuǎn)速要相同，同次進(jìn)給保證進(jìn)給速度相同
A．鏜孔3： Φ194.4/Φ124.4
由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中選擇,考慮到刀具壽命,加工余量應(yīng)取小一點(diǎn)，故加工Φ193.8孔采用分層切削。
第一次進(jìn)給主要加工Φ194.4孔，取定v=50m/min,f1=0.50mm/r,則
=1000×50/194.4π=82r/min
第二次進(jìn)給要同時(shí)鏜Φ124.4孔，考慮到軸向切削力，進(jìn)給量應(yīng)選小一點(diǎn),取定v=37.3m/min,f2=0.6mm/r，則
=1000×37.3/124.4π=95r/min
B．鏜孔1、2： 2×Φ61.4
由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中選擇,考慮到刀具壽命以及進(jìn)給速度的一致性，取定v1=35m/mim,f1=0.6mm/r，則
=1000×35/61.4π=181.5r/min
同軸轉(zhuǎn)速相同，進(jìn)給速度一致，取定v2=35m/min,f2=0.60mm/r
C．鉆孔： Φ36.4，通孔
由d＞22-50，硬度大于190-240HBS，選擇v=10-18m/min,f＞0.25-0.4mm/r,又d=35.8mm,取定第一次進(jìn)給v1=17.9m/min,f1=0.3mm/r,則
=1000×17.9/36.4π=157r/min
同軸轉(zhuǎn)速相同，進(jìn)給速度一致，取定v2=17.9m/min,f2=0.3mm/r
2.2.3 對(duì)后面上1個(gè)孔的切削用量的選擇
鏜孔： Φ114.4/Φ115/Φ122.4
由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，在v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中選擇，考慮轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的一直性，取定v=36/40/45m/min。
第一次進(jìn)給，取定f1=0.36mm/r；第二次進(jìn)給,取定f2=0.16mm/r，則=1000×55.7/114.4π=155r/min
（孔的編號(hào)見被加工零件工序圖）
2.3 計(jì)算切削力、切削扭矩及切削功率
根據(jù)文獻(xiàn)[9]的134頁(yè)表6-20中公式計(jì)算鉆孔
（2-2）
（2-3）
（2-4）
根據(jù)文獻(xiàn)[9]的134頁(yè)表6-20中公式計(jì)算鏜孔
（2-5）
（2-6）
（2-7）
（2-8）
式中， F、Fz-切削力（N）；T-切削轉(zhuǎn)矩（N·㎜）；P-切削功率（Kw）；v-切削速度（m/min）；f-進(jìn)給量（mm/r）；ap-切削深度（mm）； D-加工（或鉆頭）直徑（mm）； HB-布氏硬度， 得HB=223。
由以上公式可得：
右面 1、2軸
4軸
5軸
6 軸
左面 1、2軸
3軸 孔徑194.4mm
孔徑124.4mm
6軸
后面 孔徑為114.4mm
孔徑為122.4mm
孔徑為122.4mm
(軸編號(hào)與孔編號(hào)相對(duì)應(yīng))
2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)
根據(jù)加工精度、工件材料、工件條件、技術(shù)要求等進(jìn)行分析，按照經(jīng)濟(jì)地滿足加工要求的原則，合理地選擇刀具。只要所選工藝方案可以采用剛性較好的鏜桿，還是采用鏜削方法，這是因?yàn)殓M刀制造簡(jiǎn)單，刃磨方便。
當(dāng)被加工孔直徑在Φ40mm以上時(shí)，組合機(jī)床上多采用鏜削加工，其加工精度可高達(dá)1-2級(jí)。
直徑小于Φ40mm時(shí)，選用鉆削方法，鉆頭選用高速鋼修磨棱帶及橫刃鉆頭。鏜孔選用合金鏜刀頭。
直徑大于Φ40mm時(shí)，選用鏜削方法，刀具材料為硬質(zhì)合金。當(dāng)加工階梯孔時(shí)，選用階梯桿，由于多刀加工，扭矩較大，所以要選用強(qiáng)度較好的刀桿材料：41Gr。
3 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)—三圖一卡
3.1 被加工零件工序圖
被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位基準(zhǔn)、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機(jī)床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設(shè)計(jì)研制合同外，它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗(yàn)機(jī)床精度的重要文件。被加工零件工序圖是在被加工零件的基礎(chǔ)上，突出本機(jī)床或自動(dòng)線的加工內(nèi)容，并作必要的說(shuō)明而繪制的。其主要內(nèi)容包括：
1、被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機(jī)床設(shè)計(jì)有關(guān)部位結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。
2、本工序所選用的定位基準(zhǔn)、夾壓部位及夾緊方向。
3、本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術(shù)要求以及對(duì)上道工序的技術(shù)要求。
4、注明被加工零件的名稱、編號(hào)、材料、硬度以及加工部位的余量。
圖3-1 被加工零件工序圖
3.2 加工示意圖
零件加工的工藝方案要通過(guò)加工示意圖反映出來(lái)。加工示意圖表示被加工零件在機(jī)床上的加工過(guò)程，刀具、輔具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機(jī)床各部件間的相對(duì)位置關(guān)系，機(jī)床的工作行程及工作循環(huán)等。
3.2.1 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇
組合機(jī)床鉆孔時(shí)，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的導(dǎo)向裝置來(lái)保證的。導(dǎo)向裝置的作用是：保證刀具相對(duì)工件的正確位置；保證刀具相互間的正確位置；提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。
本課題中鏜孔采用旋轉(zhuǎn)套導(dǎo)向，鉆孔采用固定套導(dǎo)向。
a.尺寸規(guī)格的選用
b.導(dǎo)向套的布置
c.導(dǎo)向套配合的選擇
3.2.2 確定主軸、尺寸、外伸尺寸
在該課題中，主軸既有用于鏜孔又有用于鉆孔，鏜孔選用滾錐軸承主軸，鉆孔選用滾珠軸承主軸。鏜孔時(shí)主軸與刀具采用浮動(dòng)卡頭連接，主軸屬于短主軸；鉆孔時(shí)主軸與刀具采用接桿連接，主軸屬于長(zhǎng)主軸。
根據(jù)由選定的切削用量計(jì)算得到的切削轉(zhuǎn)矩T，由文獻(xiàn)[9]的43頁(yè)公式
式中，d—軸的直徑（㎜）；T—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·m）；B—系數(shù)，本課題中鏜孔主軸為剛性主軸，取B=7.3；鉆孔主軸為非剛性主軸，取B=6.2。
由公式可得：
左面 軸1 d>=30㎜ 取定d=40㎜
軸2 d>=30mm 取定d=40㎜
軸4 d>=30.46㎜ 取定d=40㎜
軸6 d>=25.35㎜ 取定d=40㎜
右面 軸1、2 d>=37㎜ 取定d=40㎜
軸4 d>=34㎜ 取定d=35㎜
軸5 d>=28㎜ 取定d=30㎜
軸6 d>=35㎜ 取定d=45㎜
后面 軸徑 d>=55mm 軸徑實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)確定
根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑，文獻(xiàn)[9]的44頁(yè)表3-6可得到主軸外伸尺寸幾接桿莫氏圓錐號(hào)。滾錐主軸軸徑d=40㎜時(shí)，主軸外伸尺寸為：D/d1=67/48,L=135㎜。滾錐主軸軸徑d=35㎜時(shí)，主軸外伸尺寸為：D/d1=50/36,L=115㎜。滾珠主軸軸徑d=30㎜時(shí)，主軸外伸尺寸為：D/d1=50/36,L=115㎜；接桿莫氏圓錐號(hào)為4。滾珠主軸軸徑d=30㎜時(shí)，主軸外伸尺寸為：D/d1=50/36,L=115㎜；接桿莫氏圓錐號(hào)為3。
3.2.3 動(dòng)力部件工作循環(huán)及行程的確定
1、工作進(jìn)給長(zhǎng)度L工的確定
工作進(jìn)給長(zhǎng)度L工，應(yīng)等于加工部位長(zhǎng)度L（多軸加工時(shí)按最長(zhǎng)孔計(jì)算）與刀具切入長(zhǎng)度L1和切出長(zhǎng)度L2之和。切入長(zhǎng)度一般為5-10㎜，根據(jù)工件端面的誤差情況確定；鏜孔時(shí)，切出長(zhǎng)度一般為5-10mm。
當(dāng)采用復(fù)合刀具時(shí),應(yīng)根據(jù)具體情況決定。所以得出以下結(jié)果:
左主軸箱：工進(jìn)長(zhǎng)度:55mm
右主軸箱：工進(jìn)長(zhǎng)度:95mm
后主軸箱：工進(jìn)長(zhǎng)度:128mm
2、快速進(jìn)給長(zhǎng)度的確定
快速進(jìn)給是指動(dòng)力部件把刀具送到工作進(jìn)給位置。初步選定三個(gè)主軸箱上刀具的快速進(jìn)給長(zhǎng)度分別為215㎜，255㎜和125㎜。
3、快速退回長(zhǎng)度的確定
快速退回長(zhǎng)度等于快速進(jìn)給和工作進(jìn)給長(zhǎng)度之和。由已確定的快速進(jìn)給和工作進(jìn)給長(zhǎng)度可知，三面快速退回長(zhǎng)度分別為270㎜，350mm,253mm。圖2-3為加工示意圖。
圖3-2 加工示意圖
3.3 機(jī)床尺寸聯(lián)系總圖
3.3.1 選擇動(dòng)力部件
動(dòng)力滑臺(tái)型號(hào)的選擇
根據(jù)選定的切削用量計(jì)算得到的單根主軸的進(jìn)給力，按文獻(xiàn)[9]的62頁(yè)公式
計(jì)算。
式中，F(xiàn)i—各主軸所需的 向切削力，單位為N。
則
左主軸箱：
右主軸箱
后主軸箱：
實(shí)際上,為克服滑臺(tái)移動(dòng)引起的摩擦阻力，動(dòng)力滑臺(tái)的進(jìn)給力應(yīng)大于F。又考慮到所需的最小進(jìn)給速度、切削功率、行程、主軸箱輪廓尺寸等因素，為了保證工作的穩(wěn)定性，由文獻(xiàn)[9]的91頁(yè)表5-1，左、右、后面分別選用機(jī)械滑臺(tái)HJ40ⅡA型、HJ40ⅢA型、HJ40ⅠA型，臺(tái)面寬400mm，臺(tái)面長(zhǎng)800mm，滑臺(tái)及滑座總高為320mm，允許最大進(jìn)給力為20000N；其相應(yīng)的側(cè)底座型號(hào)分為1CC401M、1CC401M、1CC401。
3.3.2 動(dòng)力箱型號(hào)的選擇
由切削用量計(jì)算得到的各主軸的切削功率的總和，根據(jù)文獻(xiàn)[9]的47頁(yè)公式計(jì)算：
式中, —消耗于各主軸的切削功率的總和（Kw）；
—多軸箱的傳動(dòng)效率,加工黑色金屬時(shí)取0.8～0.9，加工有色金屬時(shí)取0.7～0.8；主軸數(shù)多、傳動(dòng)復(fù)雜時(shí)取小值，反之取大值。本課題中，被加工零件材料為灰鑄鐵，屬黑色金屬，又主軸數(shù)量較多、傳動(dòng)復(fù)雜，故取5。
右主軸箱：
則
根據(jù)液壓滑臺(tái)的配套要求，滑臺(tái)額定功率應(yīng)大于電機(jī)功率的原則，查文獻(xiàn)[9]的頁(yè)表5-38得出動(dòng)力箱及電動(dòng)機(jī)的型號(hào),見表2-1。
表 3-1 動(dòng)力箱及電動(dòng)機(jī)的型號(hào)
動(dòng)力箱型號(hào)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
電動(dòng)機(jī)功率(Kw)
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/PM)
輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min)
左主軸箱
1TD40-I
Y132S-8
２.２
1440
480
右主軸箱
1TD40-I
Y132S-8
２.2
1440
480
后主軸箱
1TD40-I
Y100-L8
４
960
480
3.3.3 確定夾具輪廓尺寸
夾具是用于定位和夾緊工件的，所以工件輪廓尺寸和形狀是確定夾具輪廓尺寸的依據(jù)，由于加工示意圖中對(duì)工件和靠模桿的距離，以及導(dǎo)套尺寸都作了規(guī)定，掌握了以上尺寸后，確定夾具總長(zhǎng)尺寸A，A=590 mm。夾具底座高度應(yīng)視夾具大小而定，既要求保證有足夠的剛性，又要考慮工件的裝料高度，一般夾具底座高度不小于240mm。根據(jù)具體情況，本夾具底座取高度為345mm。
3.3.4 確定中間底座尺寸
在加工示意圖中，已經(jīng)確定了工件端面至主軸箱在加工終了時(shí)距離：
L1左=650mm，L2右=800mm
根據(jù)選定的動(dòng)力部件及其配套部件的位置關(guān)系，并考慮動(dòng)力頭的前備量因素，通過(guò)尺寸鏈就可確定中間底座尺寸L
L=2（L1左+L2右+2L2+L3）-2（L 1+ L 2+ L 3）
其中 L1------動(dòng)力頭支承凸臺(tái)尺寸。
L2------動(dòng)力頭支承凸臺(tái)端面到滑座前端面加工完了時(shí)距離，由于動(dòng)力頭支承凸臺(tái)端面到滑座端面最小尺寸和動(dòng)力頭向前備量組成。
L3------滑座前端面到床身端面距離取L=585mm。
確定中間底高度尺寸時(shí)，應(yīng)考慮鐵屑的儲(chǔ)存及排除電氣接線安排，中間底座高度一般不小于540mm。
本機(jī)床確定中間底座高度為600mm。
3.3.5 確定主軸箱輪廓尺寸
主要需確定的尺寸是主軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度h1。主軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關(guān)，可按文獻(xiàn)[9]的49頁(yè)公式計(jì)算：
B=b+2b1
H=h+h1+b1
式中，b—工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（㎜）；
b1—最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（㎜）；
h—工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（㎜）；
h1—最低主軸高度（㎜）。
其中，h1還與工件最低孔位置（h2=70.52㎜）、機(jī)床裝料高度（H=1005㎜）、滑臺(tái)滑座總高（h3=320㎜）、側(cè)底座高度（h4=560㎜）等尺寸有關(guān)。對(duì)于臥式組合機(jī)床， h1要保證潤(rùn)滑油不致從主軸襯套處泄漏箱外，通常推薦h1＞85-140㎜，本組合機(jī)床按文獻(xiàn)[9]的50頁(yè)公式
h1=h2+H-(0.5+h3+h4)
計(jì)算，得： h1=150.52㎜。
b=212.33㎜,h=186.48㎜,取b1=100㎜，則求出主軸箱輪廓尺寸：
B=b+2b1=212.33+2×100=412.33㎜
H=h+h1+b1=186.48+150.52+100=437㎜
根據(jù)上述計(jì)算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，左、右主軸箱輪廓尺寸都預(yù)定為B×H=500㎜×500㎜。
3.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡
A．理想生產(chǎn)率(單位為件/h)是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)A(包括備品及廢品率)所要求的機(jī)床生產(chǎn)率。它與全年工時(shí)總數(shù)tk有關(guān),一般情況下,單班制tk取2350h,兩班制tk取4600h,由文獻(xiàn)[9]的51頁(yè)公式
得：
B．實(shí)際生產(chǎn)率(單位為件/h)是指所設(shè)計(jì)機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可生產(chǎn)的零件數(shù)
式中:——生產(chǎn)一個(gè)零件所需時(shí)間(min)，可按下式計(jì)算：
式中:——分別為刀具第、工作進(jìn)給長(zhǎng)度,單位為mm;
——分別為刀具第、工作進(jìn)給量,單位為mm/min;
——當(dāng)加工沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時(shí)，滑臺(tái)在死擋鐵上的停留時(shí)間，通常指刀具在加工終了時(shí)無(wú)進(jìn)給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)所需的時(shí)間，單位min;
——分別為動(dòng)力部件快進(jìn)、快退行程長(zhǎng)度，單位為mm;
——?jiǎng)恿Σ考焖傩谐趟俣取Ｓ脵C(jī)械動(dòng)力部件時(shí)取5～6m/min;用液壓動(dòng)力部件時(shí)取3～10m/min;
——直線移動(dòng)或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行一次工位轉(zhuǎn)換時(shí)間，一般取0.1min;
——工件裝、卸（包括定位或撤銷定位、夾緊或松開、清理基面或切屑及吊運(yùn)工件）時(shí)間。它取決于裝卸自動(dòng)化程度、工件重量大小、裝卸是否方便及工人的熟練程度。通常取0.5～1.5min。
如果計(jì)算出的機(jī)床實(shí)際生產(chǎn)率不能滿足理想生產(chǎn)率要求,即,則必須重新選擇切削用量或修改機(jī)床設(shè)計(jì)方案。
已知: 粗鏜左面孔
粗鏜右面孔 ;;
粗鏜后面孔 ;
左面孔
右面孔
后面孔
共計(jì)所用時(shí)間如下: min
實(shí)際生產(chǎn)率:
1．當(dāng)Q>Q時(shí)候，機(jī)床負(fù)荷率為二者之比。
2．由文獻(xiàn)[9]的51頁(yè)公式得機(jī)床負(fù)荷率:
組合機(jī)床負(fù)荷率一般為0.75～0.90,自動(dòng)線負(fù)荷率為0.6～0.7。典型的鉆、鏜、攻螺紋類組合機(jī)床，按其復(fù)雜程度確定加工多品種組合機(jī)床，宜適當(dāng)降低負(fù)荷率。
４ 左主軸箱設(shè)計(jì)
4.1 左主軸箱箱體零件的設(shè)計(jì)
4.1.1 箱體的選用
左主軸箱是組合機(jī)床的重要部件之一，它是選用通用零件，是按專用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的，它關(guān)系到整臺(tái)組合機(jī)床質(zhì)量的好壞。具體設(shè)計(jì)時(shí)，除了要熟悉主軸箱本身的一些設(shè)計(jì)規(guī)律和要求外，還須依據(jù)“三圖一卡”仔細(xì)分析研究零件的加工部位，工藝要求，確定主軸箱與被加工零件、機(jī)床其它部分的相互關(guān)系。
大型通用主軸箱箱體類零件采用灰鑄鐵材料，箱體用牌號(hào)HT20—40。
通用主軸箱箱體厚度為180毫米，用于臥式的主軸箱前蓋厚度為55毫米，其后蓋厚度為90毫米。箱體的大小根據(jù)寬X高尺寸不同，有各類規(guī)格，其具體形狀和尺寸應(yīng)按國(guó)標(biāo)GB3668.1-83選擇。見[《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》 上海科技出版社] P86 表4-1。
4.2 確定傳動(dòng)軸的位置和齒輪齒數(shù)
傳動(dòng)方案擬訂之后，通過(guò)“計(jì)算、作圖和多次試湊”相結(jié)合的方法，確定齒輪齒數(shù)和中間傳動(dòng)軸的位置及轉(zhuǎn)速。
1．由各主軸及驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速求驅(qū)動(dòng)軸到各主軸之間的傳動(dòng)比
主軸：
驅(qū)動(dòng)軸：
各主軸總傳動(dòng)比：
為使結(jié)構(gòu)緊湊，主軸箱體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)副的最佳傳動(dòng)比為1～1.5；另外，主軸與驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)向相同時(shí),經(jīng)過(guò)偶數(shù)個(gè)傳動(dòng)副。
2．各軸傳動(dòng)比分配
4軸：
5軸：
6軸：
3．確定傳動(dòng)軸匹配的各對(duì)齒輪
見《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》P50的計(jì)算公式：
（4-1）
（4-2）
（4-3）
（4-4）
（4-5）
（4-6）
式中： ——嚙合齒輪副傳動(dòng)比；
——嚙合齒輪副齒數(shù)和；
——分別為主動(dòng)和從動(dòng)齒輪齒數(shù)；
——分別為主動(dòng)和從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
——齒輪嚙合中心距，單位為mm；
——齒輪模數(shù)，單位為mm。
（1）確定傳動(dòng)軸7配與主軸4和5嚙合的兩對(duì)齒輪
由于齒輪嚙合的要求及齒輪空間、位置的需要，選取齒輪模數(shù)為3，選取傳動(dòng)軸7和主軸4的齒輪嚙合中心距為115.5mm，和主軸5的齒輪嚙合中心距為100.5mm。
根據(jù)上列計(jì)算式可得：
可得：； ； ； ； 模數(shù)為3。
2）確定傳動(dòng)軸8配與驅(qū)動(dòng)軸0和傳動(dòng)軸7嚙合的兩對(duì)齒輪
由于齒輪嚙合的要求及齒輪空間、位置的需要，選取齒輪模數(shù)為3、4，選取傳動(dòng)軸8和驅(qū)動(dòng)軸0的齒輪嚙合中心距為160mm，和傳動(dòng)軸7的齒輪嚙合中心距為91.5mm。
可得： 模數(shù)為4；
模數(shù)為3。
用同樣的方法可以求得其它齒輪的齒數(shù)。
3)．驗(yàn)算各主軸轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)速相對(duì)損失在5%以內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。
4.3 坐標(biāo)計(jì)算
坐標(biāo)計(jì)算就是根據(jù)已知的驅(qū)動(dòng)軸和主軸的位置及傳動(dòng)關(guān)系精確計(jì)算各中間傳動(dòng)軸的坐標(biāo)。其目的是為多軸箱箱體零件補(bǔ)充加工圖提供孔的坐標(biāo)尺寸，并用于繪制坐標(biāo)檢查圖來(lái)檢查齒輪排列結(jié)構(gòu)布置是否正確合理。
已知坐標(biāo) :0 (315.000,200.000)
4(192.600,271.200)
5(266.000,175.000)
6(385.310,162.741)
傳動(dòng)軸與二軸定距離，即在一傳動(dòng)軸上用兩對(duì)齒輪分別帶動(dòng)兩根已知軸，其坐標(biāo)可以根據(jù)已知兩軸坐標(biāo)和兩對(duì)齒輪中心距求得。
傳動(dòng)軸7與二軸定距圖（見圖4-1）
圖4-1 坐標(biāo)計(jì)算圖1
根據(jù)前面的已知條件:
L== （4-7）
d=93.89 （4-8）
h= （4-9）
x==115.4 （4-10）
y==4.9 （4-11）
經(jīng)計(jì)算可得:傳動(dòng)軸7的絕對(duì)坐標(biāo)為(307.996,266.3)。
傳動(dòng)軸8與二軸定距圖（見圖4-2）
圖4-2 坐標(biāo)計(jì)算圖2
根據(jù)前面的已知條件:
L==
d=25.95
h=
x==91.06
y==8.96
經(jīng)計(jì)算可得:傳動(dòng)軸8的絕對(duì)坐標(biāo)為(399.056,257.344)。
傳動(dòng)軸9與二軸定距圖（見圖4-3）
圖4-3 坐標(biāo)計(jì)算圖3
表4-1 傳動(dòng)軸的坐標(biāo)位置
孔號(hào)
X
Y
0
0.000
0.000
2
192.600
267.950
3
266.000
175.000
4
385.310
162.050
5
307.996
266.305
6
399.056
257.649
7
472.896
211.335
8
172.980
175.000
8
169.585
93.974
10
69.552
139.071
11
69.058
234.810
根據(jù)前面的已知條件:
L==
d=34.99
h=
x==73.84
y==46.01
經(jīng)計(jì)算可得:傳動(dòng)軸9的絕對(duì)坐標(biāo)為(472.896，211.335)。
同理計(jì)算可得其它傳動(dòng)軸的坐標(biāo)位置，詳見表4-1。
4.4主軸等有關(guān)零件的設(shè)計(jì)
4.4.1 主軸直徑的確定
由于主軸不是用于鏜孔就是用于鉆孔，所以均選用圓錐滾子軸承的主軸。各主軸的直徑選定如下：
主軸直徑按照加工示意圖所示類型及外伸尺寸可初步確定，傳動(dòng)軸的直徑也可參考主軸直徑大小初步選定。也可由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中用公式 初估軸徑。式中 c——由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)；P——軸所傳遞的功率，單位為kw；N——軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。考慮到經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的需要，我們選軸的材料為45鋼，則取c=106。見《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》 P44 表3-6
主軸4：主軸直徑 35mm
外伸尺寸 D/d 67/48；L=135mm
主軸5：主軸直徑 40mm
外伸尺寸 D/d 50/36；L=115mm
主軸6：主軸直徑 40mm
外伸尺寸 D/d 67/48；L=135mm
4.4.2 主軸結(jié)構(gòu)的選定
見《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》 P141 表7-5
主軸4：16—385T6035—01
主軸5：13—415T6035—01
主軸6：T16104
4.4.3 傳動(dòng)軸的選定
參考主軸直徑初步選定系列參數(shù)及型號(hào)，見《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》 P59 表4-4。傳動(dòng)軸7，直徑d=40mm、型號(hào)：40-T0746-42；傳動(dòng)軸8，直徑d=40mm、型號(hào)：40-T0746-42；傳動(dòng)軸9，直徑d=40mm、型號(hào)：40-T0746-42；傳動(dòng)軸11，直徑d=30mm、型號(hào)：30-T0736-42。
4.5 主軸箱坐標(biāo)計(jì)算、繪制坐標(biāo)檢查圖
坐標(biāo)計(jì)算就是根據(jù)已知的驅(qū)動(dòng)軸和主軸的位置及傳動(dòng)關(guān)系，精確計(jì)算各中間傳動(dòng)軸的坐標(biāo)。其目的是為主軸箱箱體零件補(bǔ)充加工圖提供孔的坐標(biāo)尺寸，并用于繪制坐標(biāo)檢查圖來(lái)檢查齒輪排列、結(jié)構(gòu)布置是否正確合理。
4.5.1 計(jì)算傳動(dòng)軸的坐標(biāo)
計(jì)算傳動(dòng)軸坐標(biāo)時(shí)，先算出與主軸有直接傳動(dòng)關(guān)系的傳動(dòng)軸坐標(biāo)，然后計(jì)算其它傳動(dòng)軸坐標(biāo)。根據(jù)傳動(dòng)軸的傳動(dòng)形式，傳動(dòng)軸的坐標(biāo)計(jì)算可分為三種類型：與一軸定距的坐標(biāo)計(jì)算；與兩軸定距的坐標(biāo)計(jì)算；與三軸等距的坐標(biāo)計(jì)算。
在本主軸箱18根傳動(dòng)軸（軸16～33）與1根油泵軸（軸34）中，傳動(dòng)軸、油泵軸之間可按與一軸定距的坐標(biāo)計(jì)算方法計(jì)算，可按與兩軸定距的坐標(biāo)計(jì)算方法計(jì)算，可按與三軸等距的坐標(biāo)計(jì)算方法計(jì)算。
由于與二軸定距的傳動(dòng)軸坐標(biāo)計(jì)算方法運(yùn)用較多，下面簡(jiǎn)單介紹其計(jì)算步驟：
計(jì)算公式如下：（如圖4-4）文獻(xiàn)[9]的171頁(yè)。
設(shè)
圖4-4軸和傳動(dòng)軸坐標(biāo)關(guān)系
則
因?yàn)?
所以
還原到X0Y坐標(biāo)系中去，則c點(diǎn)坐標(biāo)：
根據(jù)文獻(xiàn)[9]的70-74頁(yè)三種計(jì)算傳動(dòng)軸坐標(biāo)的方法，計(jì)算得到中間傳動(dòng)軸與油泵軸的坐標(biāo)。
左主軸箱傳動(dòng)軸坐標(biāo)計(jì)算結(jié)果
4.5.2 繪制坐標(biāo)檢查圖
在坐標(biāo)計(jì)算完成后，繪制坐標(biāo)及傳動(dòng)關(guān)系檢查圖，用以全面檢查傳動(dòng)系統(tǒng)的正確性。坐標(biāo)檢查圖的主要內(nèi)容有：通過(guò)齒輪嚙合，檢查坐標(biāo)位置是否正確；檢查主軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向；進(jìn)一步檢查各零件間有無(wú)干涉現(xiàn)象；檢查液壓泵、分油器等附加機(jī)構(gòu)的位置是否合適。
繪制出的坐標(biāo)檢查圖，如圖4-5所示。
4-5左主軸箱坐標(biāo)檢查圖
4.6 齒輪的校核及參數(shù)的確定
4.6.1 齒輪的校核
我們就以軸0和軸10嚙合的一對(duì)齒輪為例。
4.6.1.1 齒輪的材料，精度和齒數(shù)的選擇
因傳遞功率不大，轉(zhuǎn)速不高，材料都采用45鋼，鍛造毛坯，大齒輪正火處理，小齒輪調(diào)質(zhì)，均用軟齒面。
齒輪精度用8級(jí)，輪齒表面粗糙度為Ra1.6。
軟齒面閉式傳動(dòng)，失效形式為點(diǎn)蝕，考慮傳動(dòng)平穩(wěn)性，齒數(shù)宜取多些，取z=29則與其嚙合的齒數(shù)=
4.6.1.2 設(shè)計(jì)計(jì)算
1、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。
2、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（4-12）
（4-13）
選取材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為：
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