基于三維的柴油機氣缸蓋組合鉆床總體及左主軸箱設(shè)計

基于三維的柴油機氣缸蓋組合鉆床總體及左主軸箱設(shè)計,基于,三維,柴油機,缸蓋,組合,鉆床,總體,整體,主軸,設(shè)計 生產(chǎn)率計算卡 被加工零件 圖號 --- 毛坯種類 鑄件 名稱 柴油機氣缸蓋 毛坯重量 材料 HT250 硬度 190～240HBS 工序名稱 左右面鉆孔 工序號 序號 工步 名稱 被加工零件數(shù)量 加工直徑(mm) 加工長度 (mm) 工作行程 (mm) 切削速度 (m/?min) 每分鐘轉(zhuǎn)速 (r/ min) 進給量 (mm/r) 進給速度 (mm /min) 工時(min) 機加工 時間 輔助 時間 共計 1 裝卸工件 1 0.8 0.8 右滑臺快進150 左滑臺快進140 7500 0.02 0.02 左多軸箱工進 鉆孔（15.2） 30 16 335 0.2 16.6 1.81 右多軸箱工進 30 14 533 0.13 13.1 2.29 2.29 后多軸箱工進 30 14.1 536 0.13 20 1.5 左右滑臺快 退180 7500 0.024 0.024 備注 裝卸工件時間取決于操作者熟練程度,本機床計算時取0.8min 總計 3.134min 單件工時 3.134min 機床生產(chǎn)率 19.14件/h 機床負荷率 83.5% 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2008 目錄 1 前言 .............................................................................................................................1 2 總體設(shè)計 ....................................................................................................................2 2.1 總體方案論證 ........................................................................................................2 2.1.1 加工對象工藝性的分析 ......................................................................................2 2.1.2 機床配置型式的選擇 ..........................................................................................2 2.1.3 定位基準的選擇 ..................................................................................................3 2.2 確定切削用量及選擇刀具 ....................................................................................3 2.2.1 選擇切削用量,計算切削力、切削扭矩及切削功率 .........................................3 2.2.2 驗證刀具耐用度 ..................................................................................................5 2.2.3 刀具耐用度的計算 .............................................................................................6 2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) ....................................................................................................7 2.3 組合機床總體設(shè)計— “三圖一卡” ....................................................................7 2.3.1 被加工零件工序圖 ..............................................................................................7 2.3.2 加工示意圖 ..........................................................................................................7 2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 ..................................................................................................9 2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡 ............................................................................................12 3 組合機床左主軸箱設(shè)計 ..........................................................................................14 3.1 繪制左主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖 ..........................................................................14 3.2 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇及動力計算 ......................................................................16 3.2.1 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇 ........................................................................................16 3.2.2 主軸直徑和齒輪模數(shù)的初步確定 ....................................................................16 3.2.3 主軸箱動力計算 ................................................................................................17 3.3 主軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算 ..........................................................................17 3.3.1 計算驅(qū)動軸、主軸的坐標尺寸 ........................................................................17 3.3.2 擬訂主軸箱傳動路線 ........................................................................................17 3.3.3 傳動軸的位置和轉(zhuǎn)速及齒輪齒數(shù) ....................................................................18 3.4 主軸箱中傳動軸坐標的計算及傳動軸直徑的確定 ..........................................19 3.4.1 傳動軸坐標的計算 ............................................................................................19 3.4.2 傳動軸軸徑的確定 ............................................................................................20 3.5 軸的強度校核 ......................................................................................................20 3.6 齒輪校核計算 ......................................................................................................22 3.7 主軸箱中傳動軸坐標檢查圖的繪制 ...................................................................25 3.8 左主軸箱三維建模 ...............................................................................................25 4 結(jié)論 ..........................................................................................................................29 參 考 文 獻 ................................................................................................................30 致 謝 ......................................................................................................................31 附 錄 ......................................................................................................................32 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2008 1 1 前言 對于多功能組合機床，工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)有很多稱呼來形容它，如 “多任務(wù)處理 裝置” 、 “多功能機床” 、 “多程序生產(chǎn)系統(tǒng)”等，它確實可稱為加工領(lǐng)域的新星， 可降低成本，簡化配置，并一直保持在美國本土生產(chǎn)。過去只有使用多機操作 才能完成的任務(wù)，現(xiàn)在可以集中到一臺機床上加工完成。 由于市場需求的不斷變化，產(chǎn)品的生命周期在不斷縮短，今天的市場更加 強烈需求多任務(wù)處理裝置概念。在整個生產(chǎn)環(huán)境中推行精益管理時，沒有比把 零件加工集中到一臺機器上完成更精一些傳統(tǒng)的制造業(yè)廠商認為多功能組合機 床過于復(fù)雜，很難找到合適的操作人員也就不足為奇了。在一些勞動力市場， 要找到能夠?qū)Χ噍S組合機床加工中心進行手工編程的人是不太可能的事。但資 料顯示，解決方案可有兩個，一個是現(xiàn)代多功能組合機床的直覺式技術(shù)，另一 個是針對金屬加工基本原理及在生產(chǎn)車間現(xiàn)場有關(guān)新機床使用中難題創(chuàng)新解決 方面的培訓(xùn)。 本次設(shè)計的課題是基于三維的柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體及左主 軸箱設(shè)計,該課題來源于鹽城市江動集團。 本設(shè)計主要針對 ZH1105 氣缸蓋鉆排氣道面上 2×M10—7H 螺紋底孔至 φ8.376，深 19mm，Ra6.3，各孔位置度公差為 φ 0.20mm；鉆井氣道上 4×M10－7H 螺紋底孔至 φ8.376，深 19mm，Ra 6.3，各孔位置度公差為 φ0.30mm；鉆 G3/8"放置螺塞底孔至 φ15.2mm 通孔，以上倒角均 C1，Ra 12.5。前面，后面，左面三個面上 7 個孔同時加工、生產(chǎn)率低、位置精度誤差 大的問題而設(shè)計的，從而保證孔的位置精度、提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強 度。由于柴油機機體需大批量生產(chǎn)，為了提高加工精度，降低成本，有必要設(shè) 計一種組合機床來滿足柴油機機體前后左三面同時鉆孔的需要。本次設(shè)計分總 體設(shè)計、夾具設(shè)計、左軸箱設(shè)計、右軸箱設(shè)計及后主軸箱設(shè)計四部分。我主要 負責(zé)左主軸箱部分的設(shè)計，總體設(shè)計由我和另外三位同學(xué)共同完成。 在總體設(shè)計中，首先是被加工零件的工藝分析，然后是總體方案的論證， 在比較了許多方案之后，結(jié)合本道工序加工的特點最終選擇臥式雙面的機床配 置型式。再結(jié)合本道工序的特點選擇刀具。根據(jù)選擇的切削用量，計算刀具的 切削力、切削扭矩、切削功率等，再確定刀具的大小和型式。在確定這些設(shè)計 計算后，然后是繪制組合機床的“三圖一卡”—被加工零件工序圖、加工示意 圖、機床總圖和生產(chǎn)率計算卡。在第 3 章中，主要介紹了左主軸箱的設(shè)計。左 主軸箱的設(shè)計是組合機床設(shè)計中的一個重要的組成部分。左主軸箱設(shè)計時，首 先確定繪制左主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖，接著對主軸結(jié)構(gòu)型式選擇和動力的計算， 然后對主軸箱傳動系統(tǒng)進行設(shè)計與計算，在對左主軸箱中的傳動軸直徑和傳動 軸在箱體中的位置進行計算，最后對軸和齒輪的強度進行校核，繪制出主軸箱 中傳動軸坐標檢查圖并畫出三維圖形。 氣缸體雙工位專用鉆床總體及左主軸箱設(shè)計 2 2 總體設(shè)計 2.1 總體方案論證 2.1.1 加工對象工藝性的分析 A.本機床被加工零件特點 該加工零件為 ZH1105 柴油機氣缸蓋。材料 HT250，其硬度為 HB190—240， 重量 36.5Kg，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完畢。 B.本機床被加工零件的加工工序及加工精度 本道工序：鉆右面、左面、后面的孔，由本設(shè)備“ZH1105 氣缸蓋三面鉆組 合機床”完成，因此，本設(shè)備的主要功能是完成柴油機氣缸蓋右面、左面、后 面三個面上 7 個孔的加工。具體加工內(nèi)容及加工精度是： a. 鉆后面上 2 個孔鉆：鉆 2×M10—7H 螺紋底孔至 φ8.376，深 19mm，Ra6.3，各孔位置度公差為 φ0.20mm。 b.鉆右面上 4 個孔：4×M10－7H 螺紋底孔至 φ8.376，深 19mm，Ra 6.3， 各孔位置度公差為 φ0.30mm。 c.鉆左面上 1 個孔： 鉆 G3/8"放置螺塞底孔至 φ15.2mm 通孔，Ra 6.3。 以上倒角均 C1，Ra 12.5。 2.1.2 機床配置型式的選擇 根據(jù)選定的工藝方案確定機床的配置型式，并定出影響機床總體布局和技 術(shù)性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。既要考慮能實現(xiàn)工藝方案，以確保零件的精度、 技術(shù)要求及生產(chǎn)率，又要考慮機床操作方便可靠，易于維修，且潤滑、冷卻、 排屑情況良好。對同一個零件的加工，可能會有各種不同的工藝方案和機床配 置方案，在最后決定采取哪種方案時，絕不能草率，要全面地看問題，綜合分 析各方面的情況，進行多種方案的對比，從中選擇最佳方案。 各種形式的單工位組合機床，具有固定式夾具，通?？砂惭b一個工件，特 別適用于大、中型箱體類零件的加工。根據(jù)配置動力部件的型式和數(shù)量，這種 機床可分為單面、多面復(fù)合式。利用多軸箱同時從幾個方面對工件進行加工。 但其機動時間不能與輔助時間重合，因而生產(chǎn)率比多工位機床低。 機床的配置型式主要有臥式和立式兩種。臥式組合機床床身由滑座、側(cè)底 座及中間底座組合而成。其優(yōu)點是加工和裝配工藝性好，無漏油現(xiàn)象；同時， 安裝、調(diào)試與運輸也都比較方便；而且，機床重心較低，有利于減小振動。其 缺點是削弱了床身的剛性，占地面積大。立式組合機床床身由滑座、立柱及立 柱底座組成。其優(yōu)點是占地面積小，自由度大，操作方便。其缺點是機床重心 高，振動大。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2008 3 在認真分析了被加工零件的結(jié)構(gòu)特點及所選擇的加工工藝方案，又由組 合機床的特點及適應(yīng)性，確定設(shè)計的組合機床的配置型式為單工位臥式三面 鉆組合機床。 2.1.3 定位基準的選擇 被加工零件為 ZH1105 柴油機氣缸蓋屬箱體類零件，本工序加工為三面同時 鉆螺紋底孔，加工工序集中、精度要求高。由于箱體零件的定位方案一般有兩 種， “一面兩孔”和“三平面”定位方法。 A. “一面雙孔”的定位方法 它的特點是： a.可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 b.有同時加工零件五個表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各 面上孔的位置精度。 c.“一面雙孔”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準，使零 件整個工藝過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉(zhuǎn)換帶來的累積誤差，有利于保證 零件的加工精度。同時，使機床各個工序（工位）的許多部件實現(xiàn)通用化，有 利于縮短設(shè)計、制造周期，降低成本。 d.易于實現(xiàn)自動化定位、夾緊，并有利于防止切削落于定位基面上。 B.“三平面”定位方法 它的特點是： a.可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 b.有同時加工零件兩個表面的可能，能高度集中工序。 一般情況下， “一面雙孔”是最常用的定位方案，即零件在機床上放置的 底面及底面上的兩個孔作為定位基準，通過一個平面和兩個定位銷限制其六 個自由度。由于柴油機氣缸蓋底面有兩個孔，再通過底面這個平面就可限制 氣缸蓋六個自由度。初步擬定“一面雙孔”定位方法。 2.2 確定切削用量及選擇刀具 2.2.1 選擇切削用量,計算切削力、切削扭矩及切削功率 對于 7 個被加工孔，采用查表法選擇切削用量，從文獻[1]P.130 表 6-11 中選取。由于鉆孔的切削用量還與鉆孔深度有關(guān)，隨孔深的增加而逐漸遞減， 其遞減值按文獻[1]P.131 表 6-12 選取。降低進給量的目的是為了減小軸向切 削力，以避免鉆頭折段。鉆孔深度較大時，由于冷卻排屑條件都較差，是刀具 壽命有所降低。降低切削速度主要是為了提高刀具壽命，并使加工較深孔時鉆 頭的壽命與加工其他淺孔時鉆頭的壽命比較接近。 切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度、生產(chǎn)率、刀具耐用度、 機床的布局形式及正常工作均有很大影響。組合機床多軸箱上所以的刀具共用 一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺。查文獻[1]得硬度 HB190-240 時，高速鋼 鉆頭的切削用量如表 2-1： 氣缸體雙工位專用鉆床總體及左主軸箱設(shè)計 4 表 2-1 高速鋼鉆頭切削用量 加工材料 加工直徑 （mm）1d切削速度 (m/min)v進給量 (mm/r)f 190～240HBS 6～12 0.1～0.18鑄鐵 >12～22 10～18 >0.18～0.25 在選擇切削速度時，要求同一多軸箱上各刀具每分鐘進給量必須相等并等 于滑臺的工進速度 （單位為 mm/min）,因此，一般先按各刀具選擇較合理的fv 轉(zhuǎn)速 (單位為 r/min)和每轉(zhuǎn)進給量 （單位為 mm/r） ，再根據(jù)其工作時間最長、inif 負荷最重、刃磨較困難的所謂“限制性刀具”來確定并調(diào)整每轉(zhuǎn)進給量和轉(zhuǎn)速， 通過“試湊法”來滿足每分鐘進給量相同的要求，即 （2-fivnfn???21 1） 在選擇了轉(zhuǎn)速后就可以根據(jù)公式 （2-0dv?? 2） 選擇合理的切削速度。 A 右側(cè)面上 4 個孔的切削用量的選擇 4×M10 鉆至 4×Φ8.376，深 19， l=19mm 由 d＞6～12，硬度大于 190～240 HBS，選擇 v=10～18m/min, f ＞0.1～0.18mm/r,又 d=8.376mm,初選 n=533r/min, f =0.13mm/r,則由（2-2） 得： v=π ×8.376×533/1000=14m/min B.后側(cè)面上 2 個孔的切削用量的選擇 2×M10 鉆至 2×Φ8.376，深 19， l=19mm 由 d＞6～12，硬度大于 190～240 HBS，選擇 v=10～18m/min, f ＞0.1～0.18mm/r, 又 d=8.376mm, 初選 n=536r/min, f =0.13mm/r,則由（2- 2） 得： v=π ×8.376×536/1000=14.1m/min C.左側(cè)面上一個孔的切削用量的選擇 鉆 G3/8"放置螺塞底孔至 φ15.2mm 通孔 由 d＞12～22，硬度大于 190～240 HBS，選擇 v=10～18m/min, f ＞0.18～0.25mm/r, 又 d=15.2mm, 初選 n=335r/min, f =0.20mm/r,則由（2- 2） 得： v=π ×15.2×335/1000=16m/min 表 2-2 加工各個孔的進給量，工進速度及切削速度 孔徑 8.376 8.376 15.2 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2008 5 切削用量 v (m/min) 14 14.1 16 f (mm/r) 0.13 0.13 0.20 n (r/min) 533 536 335 2.2.2 驗證刀具耐用度 根據(jù)文獻[1]P.134 表 6-20 中公式 6.08.2HBDfF? (2-3) 6.08.91fT (2-4) DvP?74? (2-5) 式中， F ——切削力（N） ； T ——切削轉(zhuǎn)矩（Nmm） ； P ——切削功率（kW） ； v ——切削速度（m/min） ； f ——進給量（mm/r） ； D ——加工（或鉆頭）直徑（mm） ； HB ——布氏硬度。 ，在本設(shè)計中，)(31minaxmaxHBHB?? ， ，得 HB=223。240maxHB90in 由以上公式可得： A 右側(cè)面上 4 個孔的切削用量的選擇 鉆 4×M10 鉆至 4×Φ8.376，深 19 由公式（2-3）得： 6.08.2HBDfF? =26×8.376×0.130.8×2230.6 = 1091.6 N 由公式（2-4）得： 6.08.9.1fT =10×8.3761.9×0.130.8×2230.6 = 2843.4 Nmm 由公式（2-5）得： DvP???9740 = 376.812? 氣缸體雙工位專用鉆床總體及左主軸箱設(shè)計 6 =0.156 kW B.后側(cè)面上 2 個孔的切削用量的選擇 鉆 2×M10 鉆至 2×Φ8.376，深 19 由公式（2-3）得： 6.08.HBDfF? =26×8.376×0.130.8×2230.6 = 1091.6N 由公式（2-4）得： 6.08.9.1fT =10×8.3761.9×0.130.8×2230.6 =2843.4 Nmm 由公式（2-5）得： DvP???9740 = 376.81.2? =0.157 kW C. 左側(cè)面上一個孔的切削用量的選擇 鉆 G3/8"放置螺塞底孔至 φ15.2mm 通孔 由公式（2-3）得： 6.08.2HBDfF? =26×15.2×0.200.8×2230.6 = 2796.1 N 由公式（2-4）得： 6.08.9.1fT =10×15.21.9×0.200.8×2230.6 =12452.2 Nmm 由公式（2-5）得： 9740vPD??? = 2.15.32? =0.43 kW 表 2-3 加工各個孔的切削力、切削轉(zhuǎn)矩及切削功率 孔徑 F (N) M (Nmm) P (kW) 8.376 1091.6 2843.4 0.156 8.376 1096.6 2843.4 0.157 15.2 2796.1 12452.2 0.43 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2008 7 2.2.3 刀具耐用度的計算 確定刀具耐用度，用以驗證選用量或刀具是否合理，刀具的耐用度至少大 于 4 個小時。查閱文獻[2]中公式： （2-6） 83.15.0296???????HBvfDT 式中： —— 刀具耐用度，單位 min； —— 鉆頭直徑，單位 mm； —— 切削速度，單位 m/min；v —— 每轉(zhuǎn)進給量，單位 mm/r；f —— 布氏硬度。HB 選擇 Φ8.376mm 的鉆頭進行計算： 80.250.25.13 1.3969648.DTvf????????????????min 根據(jù)計算，所得刀具耐用度滿足要求。 2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 根據(jù)工藝要求及加工精度的要求，加工 7 個孔的刀具均采用標準錐柄長麻 花鉆。 2.3 組合機床總體設(shè)計—“三圖一卡” 2.3.1 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)計的組合機床（或自 動線）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、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前 加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設(shè)計研制合同外，它是組合機床設(shè) 計的具體依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件。 a.被加工零件 名稱及編號：氣缸蓋 ZH1105 材料及硬度：HT250 HB190—240 重量 12Kg。 b.定位基準及夾壓點的選擇 針對機體的結(jié)構(gòu)特點，選用“一面雙孔”定位基準。 c.圖中符號 ↓夾緊點 定位基面 氣缸體雙工位專用鉆床總體及左主軸箱設(shè)計 8 2.3.2 加工示意圖 加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎(chǔ)上繪制的。是表 達工藝方案具體內(nèi)容的機床工藝方案圖。零件加工的工藝方案要通過加工示意 圖反映出來。加工示意圖表示被加工零件在機床上的加工過程，刀具、輔具的 布置狀況以及工件、夾具、刀具等機床各部件間的相對位置關(guān)系，機床的工作 行程及工作循環(huán)等。 A.刀具的選擇 在編制加工示意圖的過程中，首先是對刀具進行選擇。一臺機床刀具的選 擇是否合理，直接影響到機床的加工精度、生產(chǎn)率和工作情況。因而正確選擇 刀具是一個相當(dāng)重要的工作。刀具的選擇要考慮到工件加工尺寸精度、表面粗 糙度、切屑的排除及生產(chǎn)率要求等因素。鉆孔刀具其直徑應(yīng)與加工終了時刀具 螺紋螺旋槽后端和導(dǎo)向套外端有一定的距離。 刀具直徑的選擇應(yīng)與加工部位尺寸、精度相適應(yīng)?？?Φ8.376 選擇刀具 Φ8.376G7；孔 Φ8.376 選擇刀具 Φ8.376G7；孔 Φ15.2 選擇刀具 Φ15.2G7。 B.導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇 組合機床鉆孔時，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的導(dǎo)向裝置來保證的。 導(dǎo)向裝置的作用是：保證刀具相對工件的正確位置；保證刀具相互間的正確位 置；提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。 本課題中加工 7 個孔時，由于是大批大量生產(chǎn)，考慮到當(dāng)導(dǎo)套磨損時，便 于更換，避免使整個鉆模板報廢，以節(jié)約成本，所以導(dǎo)向裝置選用可換導(dǎo)套。 對于加工 Φ8.376 孔，選擇的導(dǎo)套尺寸為：D=18 mm，D1=25 mm，D2=30 mm，L=25 mm， 對于加工 Φ8.376 孔，選擇的導(dǎo)套尺寸為：D=18mm，D1=25 mm，D2=30 mm，L=25 mm， 對于加工 Φ15.2 孔，選擇的導(dǎo)套尺寸為：D=30 mm，D1=40 mm，D2=50 mm，L=35 mm， C.確定主軸、尺寸、外伸尺寸 在該課題中，主軸用于鉆孔，選用滾珠軸承主軸。又因為浮動卡頭與刀具 剛性連接，所以該主軸屬于長主軸。故本課題中的主軸均為滾珠軸承長主軸。 根據(jù)由選定的切削用量計算得到的切削轉(zhuǎn)矩 T，由[1]P.43 公式 (2-7)410dB? 式中， d—軸的直徑（㎜） ； T—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（Nm） ； B—系數(shù)，本課題中主軸為非剛性主軸，取 B=6.2。 由公式可得： 軸 1～4 d=30 mm 軸 5～6 d=30 mm 軸 7 d=38 mm 查[1]P.44 表 3-6 可得到主軸外伸尺寸及接桿莫氏圓錐號。主軸軸徑 d=30mm 時，主軸外伸尺寸為： L=115mm；接桿莫氏圓錐號為１。主軸軸徑 d=38mm 時，主軸外伸尺寸為： L=115mm；接桿莫氏圓錐號為 2。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2008 9 D.動力部件工作循環(huán)及行程的確定 a.工作進給長度 的確定L工 工作進給長度 ，應(yīng)等于加工部位長度 L（多軸加工時按最長孔計算）與工 刀具切入長度 和切出長度 之和。切入長度一般為 5～10mm，根據(jù)工件端面12 的誤差情況確定。由于加工的孔均為螺紋底孔，即盲孔，所以各個孔的切出長 度均為零。兩個面上鉆孔時的工作進給長度見下表： 表 2-4 工作進給長度 L 1d 2L工 左主軸箱 22 8 15.2 右主軸箱 19 8 8.376 后主軸箱 19 8 8.376 b.進給長度的確定 快速進給是指動力部件把刀具送到工作進給位置。初步選定三個主軸箱上 刀具的快速進給長度都為 140mm。 c.快速退回長度的確定 快速退回長度等于快速進給和工作進給長度之和。由已確定的快速進給和 工作進給長度可知，三面快速退回長度為 170mm。 d.動力部件總行程的確定 動力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。三面的前備量取 30mm， 后備量取 130mm，則總行程為 330mm。 2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 機床聯(lián)系尺寸圖是用來表示機床的配置型式、主要構(gòu)成及各部件安裝位置、 相互聯(lián)系、運動關(guān)系和操作方位的總體布局。用以檢驗各部件相對位置及尺寸 聯(lián)系是否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適；它為多軸箱、夾具等專用部 件設(shè)計提供重要依據(jù)；它可以看成是簡化的機床總圖。 2.3.3 .1 選擇動力部件 A.動力滑臺形式的選擇 本組合機床采用的是液壓滑臺。與機械滑臺相比較，液壓滑臺具有如下優(yōu) 點：在相當(dāng)大的范圍內(nèi)進給量可以無級調(diào)速；可以獲得較大的進給力；由于液 壓驅(qū)動，零件磨損小，使用壽命長；工藝上要求多次進給時，通過液壓換向閥， 很容易實現(xiàn)；過載保護簡單可靠；由行程調(diào)速閥來控制滑臺的快進轉(zhuǎn)工進，轉(zhuǎn) 換精度高，工作可靠。但采用液壓滑臺也有其弊端，如：進給量由于載荷的變 化和溫度的影響而不夠穩(wěn)定；液壓系統(tǒng)漏油影響工作環(huán)境，浪費能源；調(diào)整維 修比較麻煩。本課題的加工對象是 ZH1105 柴油機氣缸蓋三個面上的 7 個孔，位 氣缸體雙工位專用鉆床總體及左主軸箱設(shè)計 10 置精度和尺寸精度要求較高，因此采用液壓滑臺。 由此，根據(jù)已定的工藝方案和機床配置形式并結(jié)合使用及修理等因素，確 定機床為臥式雙面單工位液壓傳動組合機床，液壓滑臺實現(xiàn)工作進給運動，選 用配套的動力箱驅(qū)動主軸箱鉆孔主軸。 B.動力滑臺型號的選擇 a.根據(jù)選定的切削用量計算得到的單根主軸的進給力，按文獻[1] P.62 式 ?? niF1多 軸 箱 （2-8） 式中， —各主軸所需的 向切削力，單位為 N。則iF 左主軸箱 1.2796? 右主軸箱 4.36.04??多 軸 箱 后主軸箱 F29多 軸 箱 實際上,為克服滑臺移動引起的摩擦阻力，動力滑臺的進給力應(yīng)大于 。F多 軸 箱 b.進給速度 V 左= n1xf=335x0.20=67 V 右= n2xf=533x0.13=69.3 V 后= n3xf=536x0.13=70 c.最大行程 L=400mm d.動力滑臺導(dǎo)軌型式 動力滑臺導(dǎo)軌組合有“矩—矩”和“矩—心”兩種型式。前者一般多用于 帶導(dǎo)向刀具進行加工的機床及其他粗加工機床，后者主要用于不帶導(dǎo)向的剛性 主軸加工及其它精加工機床。由此可知，本機床選用“矩—矩”式最合適。 考慮到所需的進給力、最小進給速度、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[1]P.91 表 5-1，左、右兩面的液壓滑 臺均選用 1HY40IA 型。臺面寬 500mm，臺面長 1000mm,行程長 400mm，滑臺及滑 座總高 320mm,滑座長 1240mm，允許最大進給力 32000N，快速行程速度 6.3m/min，工進速度 10～350mm/min。 C.動力箱型號的選擇 由切削用量計算得到的各主軸的切削功率的總和 ，根據(jù)[1]P.47 頁公P切 削 式 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2008 11 ?切 削多 軸 箱 P? （2-9） 式中, —消耗于各主軸的切削功率的總和（kW） ；P切 削 —多軸箱的傳動效率,加工黑色金屬時取 0.8～0.9，加工有色金屬? 時取 0.7～0.8；主軸數(shù)多、傳動復(fù)雜時取小值，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、傳動復(fù)雜，故取 。8.0?? 左主軸箱： P 切削=0.43140.736.10246.598kWniP?????切 削 則 P=0.43\0.8=054.598.kW多 軸 箱 右主軸箱： P 切削=0.156*4=0.624160.14.356.184kniP????切 削 則 P 多軸箱=0.624\0.8=0.783.8.9k多 軸 箱 根據(jù)液壓滑臺的配套要求，滑臺額定功率應(yīng)大于電機功率的原則，查[1] P.114～115 表 5-38 得出動力箱及電動機的型號 表 2-5 動力箱及電動機的型號選擇 動力箱型號 電動機型號 電動機功率 (kW) 電動機轉(zhuǎn)速 (r/min) 輸出軸轉(zhuǎn)速 (r/min) 左主軸箱 1TD25 Y132S-4 5.5 1440 720 右主軸箱 1TD25 Y132S-4 5.5 1440 720 后主軸箱 1TD25 Y132S-4 5.5 1440 720 D.配套通用部件的選擇 側(cè)底座 1CC401，其高度 H=560mm，寬度 B=600mm，長度 L=1350mm。根據(jù)夾 具體的尺寸，自行設(shè)計中間底座。 2.3.3 .2 確定機床裝料高度 H 裝料高度是指機床上工件的定位基準面到地面的垂直距離。本課題中，工 件最低孔位置 ，主軸箱最低主軸高度 ，所選滑臺與滑座總21mh?130mh? 高 ，側(cè)底座高度 ，夾具底座高度 ，中間底座304560h?58 高度 ，綜合以上因素，該組合機床裝料高度取 H=1000mm。65 2.3.3 .3 確定主軸箱輪廓尺寸 氣缸體雙工位專用鉆床總體及左主軸箱設(shè)計 12 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 。主軸箱1h 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)，可按下式計算： 12b?? （2-10） 1Hh?? （2-11） 式中， b—工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（mm） ； —最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（mm） ；1 h—工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（mm） ； —最低主軸高度（mm） 。1 其中， 還與工件最低孔位置（ ） 、機床裝料高度（ H=1000mm） 、21mh? 滑臺滑座總高（ ） 、側(cè)底座高度（ ） 、滑座與側(cè)底座之間320mh?4560 的調(diào)整墊高度（ ）等尺寸有關(guān)。對于臥式組合機床， 要保證潤滑油75 1h 不致從主軸襯套處泄漏箱外，通常推薦 ，本組合機床按式18~h? （2-12374(0.5)H??? 12） 計算，得： 。129.5mh? ,取 ，則求出主軸箱輪廓尺寸：407,6b10b? B=398mm 1529.385.mHh???? 根據(jù)上述計算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定主軸箱輪廓尺寸 為 B×H=400mm×400mm。 2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡 已知：工作行程為 180mm 進刀量為 7500mm /min 機動時間 3.05min 裝卸工件時間 0.8min 單件工時 3.894min/件 a.理想生產(chǎn)率 Q（件/h） 理想生產(chǎn)率是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)（包括備品及廢品率）所要求的機床生產(chǎn) 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2008 13 率。用《組合機床設(shè)計簡明手冊》P.51 公式 ktNQ? （2-13） 計算，式中， N—年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件） ，本課題中 N=30000 件； —全年工時總數(shù)，本課題以單班 7 小時計，則 。kt 2350kth? 則 htQk /7.12350件? b.實際生產(chǎn)率 Q1（件/ h） 實際生產(chǎn)率是指所設(shè)計的機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。即公式[1] P.51 單TQ601? （2-14） 式中， —生產(chǎn)一個零件所需時間（min） 。T單 則 hQ/41.589.3601件單 ?? c.機床負荷率 ? 機床負荷率為理性鄉(xiāng)生產(chǎn)率與實際生產(chǎn)率之比。即公式[1]P.52 1Q?? （2-15） 則 %8.241.571?Q? 生產(chǎn)率計算卡見表 2-6。 氣缸體雙工位專用鉆床總體及左主軸箱設(shè)計 14 表 2-6 生產(chǎn)率計算卡 圖號 --- 毛坯種類 鑄件 名稱 柴油機氣缸蓋 毛坯重量被加工零件 材料 HT250 硬度 190～240HBS 工序名稱 三面鉆孔 工序號 工時(min) 序 號 工步 名稱 被加 工零 件數(shù) 量 加工 直徑 (mm) 加工 長度 (mm) 工作 行程 (mm) 切削 速度 (m/ min) 每分 鐘轉(zhuǎn) 速 (r/ min) 進給 量 (mm/ r) 進給速 度 (mm /min) 機加工 時間 輔助 時間 共計 1 裝卸工件 1 0.8 0.8 右滑臺快進 150 左滑臺快進 140 7500 0.02 0.02 左軸箱工進 (鉆孔 15.2) 30 16 335 0.2 16.6 1.81 右多軸箱工進 30 14 533 0.13 13.1 2.29 2.29 后多軸箱工進 30 14.1 536 0.13 20 1.5 左右滑臺快 退 180 7500 0.024 0.024 總計 3.134min 單件工時 3.134min 機床生產(chǎn)率 19.14 件/h 備 注 裝卸工件時間取決于操作者熟練程度,本機床計算時取 0.8min 機床負荷率 83.5% 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2008 15 3 組合機床左主軸箱設(shè)計 主軸箱是組合機床的部件之一，它的功用是根據(jù)被加工零件的加工要求， 將電機和動力箱部件的功率和運動，通過按一定速比排布的傳動齒輪傳遞給 各主軸，使其能按要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向帶動刀具進行切削。 3.1 繪制左主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖 主軸箱的設(shè)計原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”整理編繪出來的，其內(nèi)容 包括主軸箱設(shè)計的原始要求和已知條件。 在編制此圖時從“三圖一卡”中已知 a) 主軸箱輪廓尺寸:400×400×440； b) 工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸； c) 工件和主軸箱相對位置尺寸。 根據(jù)以上依據(jù)編制出的主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖 3-1：圖中雙點劃線表示被 加 工零件輪廓，實線表示主軸箱輪廓。 附表： a) 被加工零件 名稱：氣缸體 材料：HT250 氣缸體雙工位專用鉆床總體及左主軸箱設(shè)計 16 硬度：190～240HBS b) 主軸外伸長度及切削用量 表 3-1 主軸外伸長度及切削用量 主軸外伸尺 寸（mm） 軸號 加工直 徑 （mm） 主軸直 徑 （mm） D/d L 切削速度 v（m/min ） 轉(zhuǎn)速 n（r/min ） 每轉(zhuǎn)進 給量 f（mm/r ） 0～4 Ф15.2 Ф15 65/44 135 16 335 0.2 Y90L-4 動力箱電動機功率 1.5kW，轉(zhuǎn)速 1400r/min,驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速 403r/min，驅(qū) 動軸到滑臺表面距離為 159.5mm，其他尺寸可查動力箱裝配圖。 3.2 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇及動力計算 3.2.1 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇 主軸結(jié)構(gòu)型式由零件加工工藝決定，并應(yīng)考慮主軸的工作條件和受力情 況。因本工序是對氣缸蓋進行鉆孔，因此選用滾珠軸承主軸結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu) 前支承為推力球軸承和向心球軸承,后支承為向心球軸承或圓錐滾子軸承.因 推力球軸承設(shè)置在前端,能承受單方向的軸向力,適用于鉆孔主軸。 本主軸是屬外伸長度為 135mm 長主軸與刀具剛性連接，配置的單導(dǎo)向用 于鉆孔。 3.2.2 主軸直徑和齒輪模數(shù)的初步確定 a) 主軸直徑 初步主軸直徑已在編制“三圖一卡”時完成，由此可知主軸直徑 d=40mm。 b) 齒輪的模數(shù) 主軸直徑已在總體設(shè)計部分初步確定 齒輪模數(shù) m（單位為 mm）一般用類比法確定，也可由查得的公式估算， 即 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2008 17 (3-1)3)2~0(znpm? 式中，P—齒輪所傳遞的功率，單位為 KW； z—一對嚙合齒輪中的小齒輪齒數(shù)； n—小齒輪的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min。 多軸箱中的齒輪模數(shù)常用 2、2.5、3、3.5、4 幾種。為了便于生產(chǎn)，同 一主軸箱中的模數(shù)規(guī)格不要多于兩種。由于本主軸箱為鉆孔主軸箱，主軸轉(zhuǎn) 速誤差較小，且加工孔的位置比較集中，可以根據(jù)實際需要選出齒輪模數(shù)為 3、4 兩種。 該主軸箱中兩條主要傳動鏈中的齒輪，由于往往和多個齒輪同時嚙合， 受力較復(fù)雜，且往往速度較低，受力較大，所以選用大一點的模數(shù)，而對其 它一些齒輪可選小一些，如取 m=3,m=4, 具體各齒輪的模數(shù)如圖 4 所示。 3.2.3 主軸箱動力計算 因所有主軸均用于鉆孔，所以均選用有推力軸承的主軸，主軸箱所需動 力見機床的總體設(shè)計，此處不在贅述。 3.3 主軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算 3.3.1 計算驅(qū)動軸、主軸的坐標尺寸 根據(jù)原始依據(jù)圖 3-1，計算驅(qū)動軸、主軸的坐標尺寸，如表 4-2 所示： 表 3-2 驅(qū)動軸、主軸坐標值 驅(qū)動軸 O 主軸 1 0 25 0 120 3.3.2 擬訂主軸箱傳動路線 在設(shè)計傳動系統(tǒng)時，要盡可能用較少的傳動件，使數(shù)量較多的主軸獲的 預(yù)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，因此在設(shè)計時單一應(yīng)用計算或作圖的方法就難以達到要 氣缸體雙工位專用鉆床總體及左主軸箱設(shè)計 18 求，現(xiàn)在一般采用“計算、作圖和試湊”相結(jié)合的辦法來設(shè)計。 a) 分析主軸的位置 其傳動路線如下： 驅(qū)動軸 O→軸 3→軸 2→軸 1（主動軸） 手柄軸 4→軸 3→軸 2→軸 1（主動軸） b) 傳動比的選擇 為了使結(jié)構(gòu)緊湊，多軸箱內(nèi)齒輪傳動比一般選在 1～1.5，但在多軸箱后 蓋內(nèi)齒輪傳動比允許取至 ，盡量避免用升速傳動。當(dāng)驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速較低5.31~ 時，允許先升速后在降一些，使傳動鏈前面的軸、齒輪轉(zhuǎn)矩較小，結(jié)構(gòu)緊湊， 但空轉(zhuǎn)功率損失隨之增加，故要求升速傳動比小于等于 2；為使主軸上的齒輪 不過大，最后一級經(jīng)常采用升速傳動。 用于粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡可能設(shè)置在第Ⅰ排，以減少主軸的扭轉(zhuǎn) 變形；精加工主軸上的齒輪，應(yīng)設(shè)置在第Ⅲ排，以減少主軸端的彎曲變形。 多軸箱內(nèi)具有粗精加工主軸時，最好從動力箱驅(qū)動軸齒輪傳動開始，就分兩 條傳動路線，以免影響加工精度。 據(jù)此，本主軸箱為了使主軸上齒輪直徑小些，所以先由第Ⅱ、Ⅲ、IV 排 齒輪減速，然后再由箱體內(nèi)最后一級齒輪升速，獲的所需的主軸轉(zhuǎn)速，這樣 結(jié)構(gòu)較為合理緊湊。 3.3.3 傳動軸的位置和轉(zhuǎn)速及齒輪齒數(shù) 本主軸箱內(nèi)傳動系統(tǒng)的設(shè)計是按“計算、作圖和試湊”的一般方法來確 定齒輪齒數(shù)、中間傳動軸的位置和轉(zhuǎn)速，在設(shè)計過程中通過反復(fù)試湊和畫圖， 才最后確定了齒輪的齒數(shù)和中間設(shè)計軸的位置。為滿足齒輪的嚙合關(guān)系，有 些齒輪采用了變位齒輪來保證中心距的要求。 3.3.3.1 由各主軸及驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速求驅(qū)動軸到各主軸之間的傳動比 主軸 n1=1400r/min 驅(qū)動軸 n0=403r/min 各主軸總傳動 i01=403/1400=0.29 3.3.3.2 確定中間傳動軸的位置并配各對齒輪 傳動軸轉(zhuǎn)速的計算公式查得如下： 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2008 19 （3-主從從主 nzu? 2） （3-）（ 從主mA?2 3） （3-主從從從主 znu? 4） （3-從主主主從 zn 5） （3-）（）（ 從主從主 umAnzmAz ????1212 6） （3-）（）（ 主從主從 uAnzAz ????122 7） 式中，u—嚙合齒輪副傳動比 ； —分別為主動和從動齒輪齒數(shù)；從主 、 z —分別為主動和從動齒輪轉(zhuǎn)速，單位為 r/mm；從主 、 n A—齒輪嚙合中心距，單位為 mm； m—齒輪模數(shù)，單位 mm； 可以求出 z1=20 m1=3 z2=z4=22 m2=3 z3=20 m3=2.5 z5=25 m5=2.5 z6=28 m6=2.5 3.4 主軸箱中傳動軸坐標的計算及傳動軸直徑的確定 3.4.1 傳動軸坐標的計算 軸（3）： 327296X???? 氣缸體雙工位專用鉆床總體及左主軸箱設(shè)計 20 327 2tan48.90.85XYY????? 驗： ，772()1mzA? 而 圖 3-2???227772 14.036XY?????實 ,該中心距誤差很小在 0.001～0.009mm 之間，可14.03610.36A? 不用變位齒輪。 軸（4）： 541249X???? 5124tan02.78YY? 驗： ，412412()7mzA??? 而 ????2214147.0AXY????4-12實 ，該中心距誤差很小在 0.001～0.009mm 之間，17.0210.? 可不用變位齒輪。 3.4.2 傳動軸軸徑的確定 （3-nUTT???21總 8） 軸 2=軸 3=25mm 3.5 軸的強度校核 在主軸箱中不管是主軸還是傳動軸，它們的直徑都是按照扭轉(zhuǎn)剛度條件， 根據(jù)其所受扭矩，由表 3-4 選取的，所以它們的剛度都滿足要求。這里只對 相對較為危險的軸進行強度的校核計算。 由于 1 軸鉆孔直徑為 Ф15.2，所受的切削力較大，相對來說比較危險故 任選 1 軸進行校核。 軸（1）：T=12452N·m，軸上齒輪 z=28，模數(shù) m=2.5，則 d=mz=2.5×28=70mm， Ft=2T/d=355.8N，F(xiàn)r=Ft×tan20=796 N。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2008 21 軸的支點位置：參見機械設(shè)計圖 11.18，由 7205 圓錐滾子軸承查手冊，得19am? 齒寬中心距左支點距離： 23(8.519).Lm???? 齒寬中點距右支點距離： 34045 左支點水平面的支反力： 312.73.2, 5.81tDNHLFMN???? 右支點水平面的支反力： 2385..0, 0.9tB?? 左支點垂直面的支反力： 31241..692.37rNVLFN?? 右支點垂直面的支反力： 2385..18.rV?? 截面 C 處水平面彎距： 12..267HNMFLN? 截面 C 處垂直面彎距： 239085.5.41V m??? 截面 C 處合成彎距： 22211267.6304.89HV N??? 截面 C 處計算彎距：考慮啟動、停機影響，扭矩為脈動循環(huán)變應(yīng)力，a=0.6， 221()304.5(.643)615.caMT m????? 截面 C 處計算應(yīng)力： 3232().1(0), .436125..78cacadbtWNPa??????其 中 強度校核：45 鋼調(diào)質(zhì)處理，由機械設(shè)計表 11.2 查得 ，??160MPa?????1c??? 彎扭合成強度滿足要求。 以下為軸的受力簡圖、受力彎矩圖及扭矩圖： 氣缸體雙工位專用鉆床總體及左主軸箱設(shè)計 22 圖 3-8 軸的受力圖 3.6 齒輪校核計算 在初步擬訂多軸箱傳動系統(tǒng)后，還要對危險齒輪進行校核計算，尤其是 對低速級齒輪或齒根到鍵槽距離較低的齒輪以及轉(zhuǎn)矩較大的齒輪。通過比較 發(fā)現(xiàn) 12 軸上的齒輪較危險，故對其進行校核。 已選定齒輪采用 45 鋼，齒輪精度用 8 級，表面粗糙度為 ，對于需2.3aR 校核的一對 1、2 軸上的齒輪，齒數(shù)分別為 z1=28，z2=22，模數(shù)為 2.5，傳動 比為 0.79，扭矩 T=60.536N·m。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2008 23 a) 設(shè)計準則 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，在按齒根彎曲疲勞強