摘要：本课题设计了ZH1105柴油机汽缸盖扩孔专机，主要对其总体及左主轴箱进行设计。该组合机床是针对ZH1105柴油机气缸盖的进、排气孔和油泵孔进行加工。本次设计机床总体部分是通过对ZH1105柴油机气缸盖零件进行工艺分析，拟订了机床总体方案，并根据组合机床设计步骤，计算了切削用量、切削力、切削扭矩、切削功率等，最终完成了“三图一卡”的绘制。在此基础上，绘制了左主轴箱设计的原始依据图，拟订了主轴箱的传动路线，应用最优化方法布置齿轮。确定传动参数，绘制了主轴箱装配图、箱体坐标检查图、前盖及后盖的补充加工图，进行了轴、齿轮等零件的强度校核。该机较好地完成了设计要求，大大提高了工作效率。

关键词：组合机床；扩孔；主轴箱

1.1 总体设计

1）制定工艺方案，确定机床的配置型式及结构方案；

2）三图一卡设计，包括：（a)被加工零件工序图；(b) 加工示意图；(c) 机床联系尺寸图；(d) 生产率计算卡。

1.2 左主轴箱设计

1）左主轴箱总装配图；

2）左主轴箱箱体零件图；

3）其它零件图；

　　　4）有关计算、校核等。

1.3 发展状况及涉及内容

　课题来自于江苏江淮动力集团,该集团是中国农机行业上市公司。该集团生产的柴油机市场需求很大,为进一步提高生产率,改善产品质量, 气缸盖组合机床的作用就尤为重要。在此次课题中我的任务主要是负责气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计,要求做到满足工件加工的精准要求,同时要降低成本,提高其使用寿命和通用化程度。

　国内外的工业发展史告诉我们，实现机械自动化是一个由低级到高级、由简单到复杂、由不完善到完善的发展过程。当机器的操作采用自动控制器后，生产方式才从机械化逐步过渡到机械控制（传统）自动化、数字控制自动化、计算机控制自动化。只有建立了自动化工厂后，生产过程才能全盘自动化，才能使生产率全面提高，达到自动化的高级理想阶段。

　发展低成本自动化技术，潜力大，前景广，投资省，见效快，提高自动化程度，可以收到事半功倍的经济效果，适合我国现阶段的发展需要和国情。90年代美国麻省理工学院提出的精益生产LP(Lean Production)模式，就是以最小的投入，取得最大的产出的具体表现。日本丰田公司采用适时生产JIT（Just In Time）、全面质量管理TQC（Total Quallty Control）和成组技术GT（Group Technology）、弹性作业人数和尊重人性为支柱的精节生产方式，使自动化程度不高的工厂取得了良好的效益。芬兰NOKOA Data机工厂的组装车间内拥有一条能制造286、386和486微机的灵活生产线，它并不完全由自动化设备组成，中间穿插着借助计算机指导的人工参与，将高新技术与原有工艺基础巧妙灵活地结合在一起，从而使这种生产线的造价较低，同时却具有柔性制造系统的性能。实际上精节生产本身就意味着从国情和企业实际情况出发。

　借鉴国外发展机械制造业低成本自动化技术的经验是有益的。我国机械制造业各企业有大量的通用设备，在发展现代机械自动化技术时，若以原有的设备为主，合理调整机床布局，添加少量的数控设备，引入CAD／CAM技术，充分发挥计算机自动化管理的优势和人的创造性，共同构成一个以人为中心、以信息自动化为先导、树立自主的单元化生产系统，为我国机械制造业自动化技术发展应用提供了一条投资少、见效快、效益高、符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。

　综上所述，我国机械制造业发展应用自动化技术，不但要起点高，瞄准世界先进水准，包括国际领域内已展露锋芒的某些新技术，而且必须包括各种灵活的低成本、见效快的自动化技术，坚持提高与普及相结合的方针，我国的机械自动化技术发展应用才能健康地走上高速度、高质量和高效益之路。在我国完成无人化的工厂将恐怕不是机械制造业的主要发展模式，也不是机械自动化技术发展应用当务之急的事。这就是中国的机械自动化技术发展之路。

1.4 本课题拟解决的问题

　　　1）根据ZH1105型柴油机气缸盖的结构和加工工序，确定机床总体结构和配置型式，定位基准的选择及其滑台传动型式。

　　　2）根据加工精度、工作条件、技术要求等进行分析，按照经济的原则满足加工要求，合理地选择切削用量及其选择合适的刀具。

3）根据柴油机的基本机构来确定总体设计方案,并对起加工精度分析。

1.5 解决方案及预期效果

　　A、解决方案：

1）按图纸要求制定真确的工艺方案；

2）选择合理的刀具和切削工艺参数；

3）确定合理的精度、尺寸；

4）分析其强度、应力等。

B、预期效果：

　　　产品的制造工艺性好；产品外形美观；产品的制造成本降低；提高设计的一次成功率、减少设计返工；交货期缩短；产品使用中的维护成本降低；设计的产品工作更稳定、可靠；产品结构合理，符合工作现场的需要，更易于操作和使用；产品的使用效果达到什么样的指标；产品拆卸方便、更易于维护；所设计的部分符合整个工艺流程的要求。

2 组合机床总体设计

2.1 总体方案设计

　　　本设计是为ZH1105柴油机气缸盖扩孔工序。为了能够达到质量好、效率高的要求，以及考虑被加工零件的孔的加工精度、表面粗糙度、技术要求等，拟定设计一台通过两个动力头，两个主轴箱，六根刀具，一次性完成该工序的组合机床。机床总体的设计需绘制完成“三图一卡”。以上作为本次设计的初定方案。

2.1.1组合机床工艺方案的制定

1）孔间中心距的限制

　　　在确定组合机床完成工艺时，要考虑可同时加工的最小孔中心距。由于主轴箱的主轴结构的设备导向的需要，所以近距离孔能否在同一多轴箱上同一工位加工受其限制。

2）结构工艺性不好的限制

　　　有些工件结构工艺性不好，如箱体多层壁上的同轴线的孔径中间大两头小时，则进刀困难。当孔径大于ф50mm时，可采用让刀的办法。多层壁同轴孔，为便于布置中间导向装置，孔中心离箱体侧壁间距离也应够。

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内容简介：: 毕业设计开题论证报告专业机械设计制造及其自动化学生姓名喻生林班级 B机制051 学号 0510110128 指导教师孙俊兰完成日期 2008年3月31日课题名称：ZH1105柴油机气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计一、课题来源、课题研究的主要内容及国内外现状综述1.课题来源本课题来源于江动集团柴油机生产的需要，要求设计一台ZH1105柴油机气缸盖扩孔专机。2.课题研究的主要内容该专机从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括制定工艺方案、分析和确定机床机构方案、进行组合机床的总体设计、滑台等通用部件的选用等几个工要方面。它需要产品设计师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。通过对组合机床总体设计过程的实践，学生可以综合运用在校期间所学的机械相关的各方面知识，熟悉设计流程，解决实际问题，培养严谨的工作作风，最终达到专业培养目标。总体设计：(1)制定工艺方案，确定机床配置型式及机构方案。(2)三图一卡的设计，包括：a）被加工零件工序图，b）加工示意图，c）机床联系尺寸图，d）生产率计算卡，e）有关设计计算、校核。左主轴箱设计：（a）左主轴箱总装图，（b）左主轴箱箱体、前、后盖的补充加工图，（c）主轴、齿轮及其它零件图，(d)有关计算、校核等。3国内外发展现状专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。最早的组合机床是在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。组合机床行业企业一要开展科技攻关，攻克当前行业企业技术发展上的难题；二要加强与国外的合资合作，利用和学习国外的先进技术，提高企业的现代化管理水平和技术水平；三要通过对引进技术的消化吸收进行再创新，发展自己的产品。通过我们的努力，使我国真正由制造大国变成制造强国。二、本课题拟解决的问题1按图纸要求制定真确的工艺方案；2选择合理的刀具和切削工艺参数；确定合理的精度、尺寸；分析其强度、应力等。三、解决方案及预期效果首先阅读大量相关文献资料,教材及新闻背景资料,包括机械制造的原理及方法，质量管理应用,数控机床现有技术水准,国际水平探讨方面的书籍,报刊.以了解可靠性的内容,质量管理的概况和数控机床领域的基本知识体系.然后通过调研,进一步了解企业现状及需求.接下来进行分析与设计.确定数据来源的真实准确.再进行系统设计。预期的效果：根据所给柴油机总体的精度、大小、工艺要求和生产批量，完成对该机的设计，并对其强度、应力等进行分析，改善结构设计，完成工艺参数设定。四、课题进度安排3月1日3月14日毕业实习阶段。毕业实习，查阅资料，到多个公司实践，撰写实习报告。3月15日3月31日开题阶段。提出总体设计方案及草图，填写开题报告。4月1日5月14日设计初稿阶段。完成总体设计图、部件图、零件图。5月15日5月31日中期工作阶段。完善设计图纸，编写毕业设计说明书，中期检查。6月1日6月2日毕业设计预答辩。6月3日6月9日毕业设计整改。图纸修改、设计说明书修改、定稿，材料复查。6月10日6月11日毕业设计材料评阅。6月12日6月13日毕业答辩。6月14日6月15日材料整理装袋。五、指导教师意见签名年月日六、专业系意见签名年月日七、学院意见签名年月日3盐城工学院本科生毕业设计说明书2009目录1.前言12.组合机床总体设计32.1总体方案设计32.2切削用量的确定及刀具结构选择42.2.1切削用量的选择42.2.2切削力、切削扭矩及切屑功率计算52.2.3刀具结构选择62.3组合机床总体设计三图一卡72.3.1 被加工零件工序图72.3.2加工示意图82.3.3 机床联系尺寸图92.3.4 机床生产率计算卡123左主轴箱设计143.1左主轴箱箱体零件设计143.1.1箱体的选用143.2确定传动轴的位置和齿轮齿数143.3齿轮的校核及参数的确定173.3.1齿轮的校核173.4坐标计算193.5主轴等有关零件的设计213.5.1主轴直径的选定213.5.2主轴结构的选定223.5.3传动轴的选定223.6主轴箱坐标计算、绘制坐标检查图223.6.1计算传动轴坐标223.6.2绘制坐标检查图234.结论25参考文献26致谢27附录28ZH1105柴油机气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计摘要：本课题设计了ZH1105柴油机汽缸盖扩孔专机，主要对其总体及左主轴箱进行设计。该组合机床是针对ZH1105柴油机气缸盖的进、排气孔和油泵孔进行加工。本次设计机床总体部分是通过对ZH1105柴油机气缸盖零件进行工艺分析，拟订了机床总体方案，并根据组合机床设计步骤，计算了切削用量、切削力、切削扭矩、切削功率等，最终完成了“三图一卡”的绘制。在此基础上，绘制了左主轴箱设计的原始依据图，拟订了主轴箱的传动路线，应用最优化方法布置齿轮。确定传动参数，绘制了主轴箱装配图、箱体坐标检查图、前盖及后盖的补充加工图，进行了轴、齿轮等零件的强度校核。该机较好地完成了设计要求，大大提高了工作效率。关键词：组合机床；扩孔；主轴箱 The design of the overall and the Left spindle box for cylinder head of ZH1105 diesel engineAbstract: This topic designed ZH1105 diesel engine cylinder cover to drill out the special plane, mainly carried on the design to its overall and the jig. This aggregate machine-tool is aims at ZH1105 diesel engine cylinder cover to enter, the air vent and the oil pump hole carries on the processing. This design engine bed overall part is through carries on the craft analysis to ZH1105 diesel engine cylinder cover components, has drafted the engine bed overall concept, and according to the aggregate machine-tool design procedure, has calculated the cutting specifications, the cutting force, the cutting torque, the cutting power and so on, finally has completed “a three chart card” plan. 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.Key word: Special machine-tool; Milling; spindle box1前言组合机床是用按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。本人课题来源于江苏江淮动力集团，本人所设计的题目是ZH1105柴油机气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计，主要完成左主轴箱装配图和零件图设计任务，所设计的机床主要用于加工柴油机气缸盖，本人在完成“三图一卡”的基础上，完成组合机床自动加工柴油机气缸盖的左主轴箱设计。1.1 总体设计1）制定工艺方案，确定机床的配置型式及结构方案；2）三图一卡设计，包括：（a)被加工零件工序图；(b) 加工示意图；(c) 机床联系尺寸图；(d) 生产率计算卡。1.2 左主轴箱设计1）左主轴箱总装配图；2）左主轴箱箱体零件图；3）其它零件图；4）有关计算、校核等。1.3 发展状况及涉及内容课题来自于江苏江淮动力集团,该集团是中国农机行业上市公司。该集团生产的柴油机市场需求很大,为进一步提高生产率,改善产品质量, 气缸盖组合机床的作用就尤为重要。在此次课题中我的任务主要是负责气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计,要求做到满足工件加工的精准要求,同时要降低成本,提高其使用寿命和通用化程度。国内外的工业发展史告诉我们，实现机械自动化是一个由低级到高级、由简单到复杂、由不完善到完善的发展过程。当机器的操作采用自动控制器后，生产方式才从机械化逐步过渡到机械控制（传统）自动化、数字控制自动化、计算机控制自动化。只有建立了自动化工厂后，生产过程才能全盘自动化，才能使生产率全面提高，达到自动化的高级理想阶段。发展低成本自动化技术，潜力大，前景广，投资省，见效快，提高自动化程度，可以收到事半功倍的经济效果，适合我国现阶段的发展需要和国情。90年代美国麻省理工学院提出的精益生产LP(Lean Production)模式，就是以最小的投入，取得最大的产出的具体表现。日本丰田公司采用适时生产JIT（Just In Time）、全面质量管理TQC（Total Quallty Control）和成组技术GT（Group Technology）、弹性作业人数和尊重人性为支柱的精节生产方式，使自动化程度不高的工厂取得了良好的效益。芬兰NOKOA Data机工厂的组装车间内拥有一条能制造286、386和486微机的灵活生产线，它并不完全由自动化设备组成，中间穿插着借助计算机指导的人工参与，将高新技术与原有工艺基础巧妙灵活地结合在一起，从而使这种生产线的造价较低，同时却具有柔性制造系统的性能。实际上精节生产本身就意味着从国情和企业实际情况出发。借鉴国外发展机械制造业低成本自动化技术的经验是有益的。我国机械制造业各企业有大量的通用设备，在发展现代机械自动化技术时，若以原有的设备为主，合理调整机床布局，添加少量的数控设备，引入CADCAM技术，充分发挥计算机自动化管理的优势和人的创造性，共同构成一个以人为中心、以信息自动化为先导、树立自主的单元化生产系统，为我国机械制造业自动化技术发展应用提供了一条投资少、见效快、效益高、符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。综上所述，我国机械制造业发展应用自动化技术，不但要起点高，瞄准世界先进水准，包括国际领域内已展露锋芒的某些新技术，而且必须包括各种灵活的低成本、见效快的自动化技术，坚持提高与普及相结合的方针，我国的机械自动化技术发展应用才能健康地走上高速度、高质量和高效益之路。在我国完成无人化的工厂将恐怕不是机械制造业的主要发展模式，也不是机械自动化技术发展应用当务之急的事。这就是中国的机械自动化技术发展之路。 1.4 本课题拟解决的问题1）根据ZH1105型柴油机气缸盖的结构和加工工序，确定机床总体结构和配置型式，定位基准的选择及其滑台传动型式。2）根据加工精度、工作条件、技术要求等进行分析，按照经济的原则满足加工要求，合理地选择切削用量及其选择合适的刀具。 3）根据柴油机的基本机构来确定总体设计方案,并对起加工精度分析。1.5 解决方案及预期效果A、解决方案： 1）按图纸要求制定真确的工艺方案； 2）选择合理的刀具和切削工艺参数； 3）确定合理的精度、尺寸； 4）分析其强度、应力等。 B、预期效果：产品的制造工艺性好；产品外形美观；产品的制造成本降低；提高设计的一次成功率、减少设计返工；交货期缩短；产品使用中的维护成本降低；设计的产品工作更稳定、可靠；产品结构合理，符合工作现场的需要，更易于操作和使用；产品的使用效果达到什么样的指标；产品拆卸方便、更易于维护；所设计的部分符合整个工艺流程的要求。2 组合机床总体设计2.1 总体方案设计本设计是为ZH1105柴油机气缸盖扩孔工序。为了能够达到质量好、效率高的要求，以及考虑被加工零件的孔的加工精度、表面粗糙度、技术要求等，拟定设计一台通过两个动力头，两个主轴箱，六根刀具，一次性完成该工序的组合机床。机床总体的设计需绘制完成“三图一卡”。以上作为本次设计的初定方案。2.1.1组合机床工艺方案的制定 1）孔间中心距的限制在确定组合机床完成工艺时，要考虑可同时加工的最小孔中心距。由于主轴箱的主轴结构的设备导向的需要，所以近距离孔能否在同一多轴箱上同一工位加工受其限制。 2）结构工艺性不好的限制有些工件结构工艺性不好，如箱体多层壁上的同轴线的孔径中间大两头小时，则进刀困难。当孔径大于50mm时，可采用让刀的办法。多层壁同轴孔，为便于布置中间导向装置，孔中心离箱体侧壁间距离也应够。2.1.2 机床配置型式的选择A、被加工零件的特点对配置的影响通常根据工件的结构特点，加工要求，生产率和工艺过程方案等，大体上就可以确定应采取哪种基本形式的组合机床。被加工零件的特点对配置的影响如下：a 在选择组合机床的结构方案时，首先必须注意到加工精度能否确切保证，这里所指的是稳定的加工精度。固定式夹具组合机床的加工精度最高，采用固定精密导向时，孔间距离和孔的轴线与基面的位置精度可达0.0250.05mm。b 机床生产率的影响。机床要求的生产率对机床配置形式和结构方案有很大的影响，它是决定采用单工位机床，多工位机床或自动线，还是按中小批生产所需组合机床的特点进行设计的重要因素。有时从工件外形及轮廓尺寸来看，完全可以采用单工位固定夹具的机床型式。但由于生产率要求很高，就不得不采用多工位的方案，使装卸时间和机动时间相重合。c 被加工零件的大小、形状、加工部位特点的影响。根据零件的形状特点和加工特点，本次的设计采用卧式组合机床，因为ZH1105 柴油机气缸盖的结构近似长方体，考虑到卧式机床振动小，装夹方便等因素，采用卧式组合机床。B、机床使用条件的影响 a.零件结构情况考虑到被加工零件的孔间距较小，如果采用立式加工，切屑落入下导向，造成导向精度走失，不利于保证加工精度。 b.工艺间的联系情况工件在到组合机床加工之前，工件的毛坯或半成品必须达到一定的要求，否则将使工件在机床夹具上定位夹紧不可靠，以至造成刀具的损坏或者不能保证要求的加工精度。如果在组合机床上加工之后，还要在其他机床上进行加工，而工件事先没有加工出保证精度的有关工艺基面，那么组合机床应考虑为下一道工序加工出工艺基面。c.使用厂商的技术能力和自然条件如果使用厂商没有相当能力的工具车间，对于制造刃磨复杂的整体复合刀具有困难，拟订方案时，应当避免采用这类刀具。必要时可增加机床工位，以便采用一般刀具分散加工。若工厂所处地方气候过于炎热，车间温度过高，使用液压传动机床工作性能不稳定时，则可选用机械通用部件配置机床。2.1.3 定位基准的选择组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的。正确选择定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的集中工序。一般常采用一面两孔定位和三面定位。本机床加工时采用的定位方式是一面两孔定位。2.2切削用量的确定及刀具结构选择2.2.1切削用量的选择对于被加工孔，采用查表法选择切削用量，从组合机床设计简明手册P130表6-13中选取。由于扩孔的切削用量还与所钻孔的深度有关，随着孔深度的增加而逐渐递减，其递减值按组合机床设计简明手册P131表6-12选取。降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头折段。钻孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，则刀具寿命有所降低。降低切削速度主要是为了提高刀具寿命，并使加工较深孔时钻头的寿命与加工其他浅孔时钻头的寿命比较接近。同一多轴箱上各刀具每分钟进给量必须相等并等于滑台的工进速度Vf,所以要求同一多轴箱上各刀具均有较合理的切削用量是困难的。因此,一般先按各刀具选择较合理的转速ni和每转进给量fi,在根据其中工作时间最长,负荷最重,刃磨较困难的所谓“限制性”刀具来确定和调整每转进给量和转速,通常采用试凑法来满足每分钟进给量相同的要求。左侧面扩孔：a15孔、43孔选择v=30m/s，f=0.35mm/r，n=222.1r/min，Vf=77.7mm/minb15孔、37孔选择v=30m/s，f=0.30mm/r，n=258.2r/min， Vf=77.7mm/minc51孔选择v=30m/s，f=0.415mm/r，n=187r/min， Vf=77.7mm/mind44.4孔选择v = 30 m/s，f= 0.36 mm/r，n = 215.2 r/min， Vf = 77.7 mm/min右侧面扩孔：11.6、23.6、29.2孔先用10+20+24钻头钻孔，复合刀具。选择v = 30m/s，f = 0.137mm/r，n = 477r/mm，Vf = 65.4m/min再用11.6+23.6+29.2扩孔刀扩孔。选择v = 30m/s，f = 0.2mm/r，n = 327r/mm，Vf = 65.4m/min2.2.2切削力、切削扭矩及切削功率计算根据组合机床设计简明手册P134表6-20中公式 (2-1) (2-2) (2-3)式中， F切削力（N）；T切削转矩（N）；P切削功率（kW）；v切削速度（m/min）；f进给量（mm/r）；D加工（或钻头）直径（mm）；HB布氏硬度，在本设计中，，得HB=230。由以上公式可得：37孔15孔43孔29.2孔23.6孔11.6孔20孔钻44.4孔倒角51孔倒角2.2.3刀具结构选择根据加工精度、工件材料、工件条件、技术要求等进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，合理地选择刀具。只要所选工艺方案可以采用刚性较好的镗杆，还是采用镗削方法，这是因为镗刀制造简单，刃磨方便。组合机床刀具的选择原则a 要求有较高的耐用度和可靠性，并便于装卸和调整由于组合机床是高生产率的专用机床，它的循环时间较短，而在每一循环中，刀具不工作的时间很短。同时在大多数情况下，组合机床又是多刀加工，刀具数量较多，更换调整刀具较费时间。这样，如果换刀次数太多，势必占用大量时间，降低生产率。所以就要求组合机床刀具具有如下性能：结构可靠；刀具材料和几何参数选取合理，并创造合适的切削条件及选取比一般通用机床稍低的切削用量，以使刀具有较高的耐用度；便于装卸及调整。b 有较高的复合程度在组合机床上，为了提高生产率、保证加工精度，或为了减少工位，一般工序比较集中，因此采用了大量复合刀具。这些刀具，结构较复杂，切削力较大，排屑不便，加工时互相影响，制造也比较复杂，与一般刀具有所不同。c 有良好的导向组合机床在大多情况下，是多轴加工箱体零件的孔，孔的位置精度往往是通过夹具和刀杆导向保证的，因而组合机床的孔加工刀具往往有各种形式的导向。2.3 组合机床总体设计三图一卡2.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容，加工部件的尺寸及精度，技术要求，加工用定位基准、夹压部位，以及被加工零件的材料，硬度和在本机床加工前毛坯情况的图纸。它在原有的工件图基础上，以突出本机床自动线加工内容，加上必要的说明绘制的。本组合机床以柴油机气缸体为加工对象进行设计，对工序图简要说明及与本机床设计有关的技术指标如下：a.定位方法：采用的是一面两孔定位法,即以一个平面和圆柱销及削边销进行定位；b.夹紧方法：采用液压夹紧；c.零件材料：HT250；d.零件硬度：HB179255；其余工序尺寸、加工要求等具体查加工工序图 ZH1105-00-01图2-1加工工序图2.3.2 加工示意图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。零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。2.3.2.A 刀具的选择刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。孔37选择刀具37G7；孔15选择刀具15G7；孔43选择刀具43G7；孔29.2选择刀具29.2G7；孔23.6选择刀具23.6G7；孔11.6选择刀具11.6G7。2.3.2.B 导向结构的选择组合机床扩孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀具系统的支承刚性。本课题中加工孔时，由于是大批大量生产，考虑到当导套磨损时，便于更换，避免使整个钻模板报废，以节约成本，所以导向装置选用可换导套。主要参数查表。对于加工43孔，选择的尺寸为：D=55 mm，D1=71 mm，D2=22 mm，L=75 mm，L1=85mm，m= 32.5mm ，R=42.5 mm 配用螺钉M10对于加工37孔，选择的尺寸为：D=55 mm，D1=71 mm，D2=22 mm，L=75 mm，L1=85mm，m= 32.5mm ，R=42.5 mm 配用螺钉M10对于倒51孔口角，选择尺寸为：D=55 mm，D1=71 mm，D2=22 mm，L=75 mm，L1=85mm，m= 32.5mm ，R=42.5 mm 配用螺钉M10对于刀44.4孔口角，选择尺寸为: D=55 mm，D1=71 mm，D2=22 mm，L=75 mm，L1=85mm，m= 32.5mm ，R=42.5 mm 配用螺钉M10对于钻右面孔，选择的尺寸为：D=30mm，D1=41m，D2=40m，L=45mm，L1=55mm，m=18mm，R=26.5mm，配用螺钉M8对于扩右面的孔，选择的尺寸为：D=30mm，D1=41m，D2=40m，L=45mm，L1=55mm，m=18mm，R=26.5mm，配用螺钉M82.3.2.C 确定主轴、尺寸、外伸尺寸在该课题中，主轴用于扩孔，选用滚珠轴承主轴。又因为浮动卡头与刀具刚性连接，所以该主轴属于长主轴。故本课题中的主轴均为滚珠轴承长主轴。根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩T，由合机床设计简明手册P43公式 (2-4)式中，d轴的直径（）；T轴所传递的转矩（Nm）； B系数，本课题中主轴为刚性主轴，取B=7.3。由公式可得：1轴：d = 7.3(106.092)1/4 = 20.39 mm2轴：d = 7.3(105.1108)1/4 = 34.6 mm3轴：d = 7.3(104.9691)1/4 = 34.5 mm4轴：d = 7.3(104.6462)1/4 = 33.9 mm5轴：d = 7.3(103.599)1/4 = 31.8 mm6轴：d = 7.3(104.388)1/4 = 33.4 mm考虑到安装过程中轴的互换性、安装方便等因素，1主轴轴径取为25mm,2、3、4、5、6主轴轴径取35mm。根据主轴类型及初定的主轴轴径，查组合机床设计简明手册P44表3-6可得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号。主轴轴径d=25时，主轴外伸尺寸为：，L=115mm，其他轴为，L=115mm，接杆莫氏圆锥号为2。2.3.2.D动力部件工作循环及行程的确定a 工作进给长度Lx 的确定工作进给长度Lx，应等于加工部位长度L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度L1和切出长度L2之和。切入长度一般为510，根据工件端面的误差情况确定。由于加工的孔均为螺纹底孔，即盲孔，所以各个孔的切出长度均为零。两个面上钻孔时的工作进给长度见下表：表2-1 工作进给长度L左主轴箱5781075右主轴箱23.84.2735b 进给长度的确定快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置。初步选定两个主轴箱上刀具的快速进给长度为155。c 快速退回长度的确定快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。由已确定的快速进给和工作进给长度可知，左面快速退回长度为230mm，右面快速退回长度为150mm。d 动力部件总行程的确定动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。左面的前备量取20mm，后备量取130，则总行程为380；右面的前备量取30mm，后备量取170，则总行程为350。2.3.3 机床联系尺寸图A 选择动力部件a 动力滑台的选择a) 动力滑台形式的选择本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台具有如下优点：在相当大的范围内进给量可以无级调速；可以获得较大的进给力；由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长；工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现；过载保护简单可靠；由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。但采用液压滑台也有其弊端，如：进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定；液压系统漏油影响工作环境，浪费能源；调整维修比较麻烦。本课题的加工对象是ZH1105柴油机气缸盖左、右两个面上的孔，位置精度和尺寸精度要求较高，因此采用液压滑台。由此，根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理等因素，确定机床为卧式双面单工位液压传动组合机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的动力箱驱动主轴箱扩孔主轴。b) 动力滑台型号的选择功率传递效率=0.80.9，取=0.9左主轴箱右主轴箱各主轴箱进给力由上面计算得左主轴箱右主轴箱进给速度最大行程 L=400mm实际上,为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于F多轴箱。又考虑到所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的稳定性，由组合机床设计简明手册P91表5-1，左、右两面的液压滑台均选用1HY40IA型。台面宽400mm，台面长800mm,行程长400mm，滑台及滑座总高320mm,滑座长1240mm，允许最大进给力20000N，快速行程速度8m/min，工进速度12.5500mm/min。b 动力箱型号的选择由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和，根据组合机床设计简明手册P47页公式（2-5）式中, 消耗于各主轴的切削功率的总和（Kw）；多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取0.80.9，加工有色金属时取0.70.8；主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。本课题中，被加工零件材料为灰铸铁，属黑色金属，又主轴数量较少、传动简单，故取。左主轴箱：则右主轴箱：则根据液压滑台的配套要求，滑台额定功率应大于电机功率的原则，查组合机床设计简明手册 P114115表5-39得出动力箱及电动机的型号表2-2 动力箱及电动机的型号选择动力箱型号电动机型号电动机功率(Kw)电动机转速(r/min)输出轴转速(r/min)左主轴箱1TD40Y132M-47.51440720右主轴箱1TD40Y132M-47.51440720c 配套通用部件的选择侧底座1CC401，其高度H=560，宽度B=600，长度L=1350。根据夹具体的尺寸，自行设计中间底座。B 确定机床装料高度H 装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。本课题中，工件最低孔位置，主轴箱最低主轴高度，所选滑台与滑座总高，侧底座高度，夹具底座高度，中间底座高度，综合以上因素，该组合机床装料高度取H=960。C 确定主轴箱轮廓尺寸主要需确定的尺寸是主轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度。主轴箱宽度B、高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，查文献1可按下式计算：（2-6）（2-7）式中，b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（）；最边缘主轴中心距箱外壁的距离（）；h工件在高度方向相距最远的两孔距离（）；最低主轴高度（）。其中，还与工件最低孔位置（）、机床装料高度（H=960）、滑台滑座总高（）、侧底座高度（）、滑座与侧底座之间的调整垫高度（）等尺寸有关。对于卧式组合机床，要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐，本组合机床按式（2-8）计算，得：。,取，则求出主轴箱轮廓尺寸：根据上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱轮廓尺寸为BH=600400。2.3.4 机床生产率计算卡已知：机动时间1.5min 装卸工件时间0.5min单件工时1.343min/件A 理想生产率Q（件/h）理想生产率是指完成年生产纲领（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。用组合机床设计简明手册P51公式（2-9）计算式中， N年生产纲领（件），本课题中N=130000件；全年工时总数，本课题以单班7小时计，则。则 B 实际生产率Q1（件/h）实际生产率是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。即组合机床设计简明手册P51的公式（2-10）式中，生产一个零件所需时间（min）。则 C 机床负荷率机床负荷率为理想生产率与实际生产率之比。即组合机床设计简明手册P52的公式（2-11）则 3左主轴箱设计3.1 左主轴箱箱体零件的设计3.1.1 箱体的选用左主轴箱是组合机床的重要部件之一，它是选用通用零件，是按专用要求进行设计的，它关系到整台组合机床质量的好坏。具体设计时，除了要熟悉主轴箱本身的一些设计规律和要求外，还须依据“三图一卡”仔细分析研究零件的加工部位，工艺要求，确定主轴箱与被加工零件、机床其它部分的相互关系。大型通用主轴箱箱体类零件采用灰铸铁材料，箱体用牌号HT2040。通用主轴箱箱体厚度为180毫米，用于卧式的主轴箱前盖厚度为55毫米，其后盖厚度为90毫米。箱体的大小根据宽X高尺寸不同，有各类规格，其具体形状和尺寸应按国标GB3668.1-83选择。3.2 确定传动轴的位置和齿轮齿数传动方案拟订之后，通过“计算、作图和多次试凑”相结合的方法，确定齿轮齿数和中间传动轴的位置及转速。（1）由各主轴及驱动轴转速求驱动轴到各主轴之间的传动比主轴：驱动轴：各主轴总传动比：为使结构紧凑，主轴箱体内的齿轮传动副的最佳传动比为11.5；另外，主轴与驱动轴转向相同时,经过偶数个传动副。（2）各轴传动比分配 1轴： 2轴： 3轴： 4轴： 7轴： 8轴： 9轴： 12轴：（3）确定传动轴匹配的各对齿轮见组合机床设计2P50的计算公式：（4-1）（4-2）（4-3）（4-4）（4-5）（4-6）式中：啮合齿轮副传动比；啮合齿轮副齿数和；分别为主动和从动齿轮齿数；分别为主动和从动齿轮转速，单位为r/min；齿轮啮合中心距，单位为mm；齿轮模数，单位为mm。1）确定传动轴7配与主轴4和5啮合的两对齿轮由于齿轮啮合的要求及齿轮空间、位置的需要，选取齿轮模数为2.5，选取传动轴4和主轴5的齿轮啮合中心距为51.1mm，和主轴6的齿轮啮合中心距为51.1mm。根据上列计算式可得：可得：；；；；模数为2.5。 2）确定传动轴8配与驱动轴0和传动轴7啮合的两对齿轮由于齿轮啮合的要求及齿轮空间、位置的需要，选取齿轮模数为3，选取传动轴1和驱动轴0的齿轮啮合中心距为95mm，和传动轴7的齿轮啮合中心距为63.24mm。可得：模数为3；模数为2.5。用同样的方法可以求得其它齿轮的齿数。3)验算各主轴转速转速相对损失在5%以内，符合设计要求。3.3 齿轮的校核及参数的确定3.3.1 齿轮的校核我们就以轴9和轴7啮合的一对齿轮为例。（1）齿轮的材料，精度和齿数的选择因传递功率不大，转速不高，材料都采用45钢，锻造毛坯，大齿轮正火处理，小齿轮调质，均用软齿面。齿轮精度用8级，轮齿表面粗糙度为Ra1.6。软齿面闭式传动，失效形式为点蚀，考虑传动平稳性，齿数宜取多些，取z=29则与其啮合的齿数=（2）设计计算1）、设计准则按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。2）、按齿面接触疲劳强度设计（4-12）（4-13）选取材料的接触疲劳极限应力为：选取材料的弯曲疲劳极限应力为：应力循环次数 N由下式计算：N1=60n1at=609601(163008)=2.23x109 （4-14）则N2=N1/u=2.23x109/1.03=2.16x109 选取接触疲劳寿命系数选取弯曲疲劳寿命系数选取接触疲劳安全系数，弯曲疲劳安全系数,又。选取=1.3按下式求许用接触应力和许用弯曲应力：（4-15）（4-16）（4-17）（4-18）将有关值代入下式得：（4-19） = =58.97mm则：（4-20）（4-21）选取=1.12；选取=1.25；选取=1.05；取=1，则：=1.121.251.051=1.47 （4-22）修正（4-23） (4-24）选取标准模数m=3mm。3) 计算几何尺寸（4-25）（4-26）取=90mm 4) 校核齿根弯曲疲劳强度选取=4.35；=4.1；=0.7由下式校核大小齿轮的弯曲疲劳强度 Mpa （4-27） =30.13MPa （4-28）所以合适。 3.4 坐标计算坐标计算就是根据已知的驱动轴和主轴的位置及传动关系精确计算各中间传动轴的坐标。其目的是为多轴箱箱体零件补充加工图提供孔的坐标尺寸，并用于绘制坐标检查图来检查齿轮排列结构布置是否正确合理。已知坐标 : 0 (300.000,120.000) 5(132.000,227.000) 6(132.000,175.000) 10(472.000,227.000) 11（472.000，175.000）传动轴与1轴定距离，即在一传动轴上用两对齿轮分别带动两根已知轴，其坐标可以根据已知两轴坐标和两对齿轮中心距求得。传动轴7与1轴定距图（见图4-1）图3-1 坐标计算图根据前面的已知条件:L= （4-7）d=93.89 （4-8）h= （4-9）x=115.4 （4-10）y=4.9 （4-11）经计算可得:传动轴7的绝对坐标为(360.000,235.000)。传动轴2与1轴定距图（见图4-2）图3-2 坐标计算图根据前面的已知条件:L=d=25.95h=x=91.06y=8.96经计算可得:传动轴2的绝对坐标为(242.000,229.000)。表3-1 传动轴的坐标位置孔号XY3186.100259.3804176.000180.9608412.060263.0009420.220180.82同理计算可得其它传动轴的坐标位置，详见表3-1。3.5主轴等有关零件的设计3.5.1 主轴直径的确定由于主轴不是用于扩孔就是用于钻孔，所以均选用圆锥滚子轴承的主轴。各主轴的直径选定如下：主轴直径按照加工示意图所示类型及外伸尺寸可初步确定，传动轴的直径也可参考主轴直径大小初步选定。也可由机械设计中用公式初估轴径。式中 c由轴的材料和承载情况确定的常数；P轴所传递的功率，单位为kw；N轴的转速，单位为r/min。考虑到经济、实用的需要，我们选轴的材料为45钢，则取c=106。见组合机床设计简明手册 P44 表3-6主轴5：主轴直径 35mm 外伸尺寸 D/d 50/36；L=115mm主轴6：主轴直径 40mm 外伸尺寸 D/d 50/36；L=115mm主轴10：主轴直径 35mm 外伸尺寸 D/d 50/36；L=115mm主轴10：主轴直径 35mm 外伸尺寸 D/d 50/36；L=115mm3.5.2 主轴结构的选定见组合机床设计简明手册 P141 表7-5主轴5：T0723-41主轴6：T0723-41主轴10：T0723-41主轴11：T0723-413.5.3 传动轴的选定参考主轴直径初步选定系列参数及型号，见组合机床设计简明手册 P59 表4-4。传动轴1，直径d=30mm、型号：T0736-42；传动轴2，直径d=25mm、型号：T0731-41；传动轴3，直径d=25mm、型号：T0731-42；传动轴4，直径d=25mm、型号：T0731-42 ；传动轴7，直径d=25mm、型号：T0731-41；传动轴8，直径d=25mm、型号：T0731-42；传动轴9，直径d=25mm、型号：T0731-42 ；3.6 主轴箱坐标计算、绘制坐标检查图坐标计算就是根据已知的驱动轴和主轴的位置及传动关系，精确计算各中间传动轴的坐标。其目的是为主轴箱箱体零件补充加工图提供孔的坐标尺寸，并用于绘制坐标检查图来检查齿轮排列、结构布置是否正确合理。3.6.1 计算传动轴的坐标计算传动轴坐标时，先算出与主轴有直接传动关系的传动轴坐标，然后计算其它传动轴坐标。根据传动轴的传动形式，传动轴的坐标计算可分为三种类型：与一轴定距的坐标计算；与两轴定距的坐标计算；与三轴等距的坐标计算。在本主轴箱8根传动轴与1根油泵轴中，传动轴、油泵轴之间可按与一轴定距的坐标计算方法计算，可按与两轴定距的坐标计算方法计算，可按与三轴等距的坐标计算方法计算。由于与1轴定距的传动轴坐标计算方法运用较多，下面简单介绍其计算步骤：计算公式如下：（如图4-4）组合机床设计简明手册P71 设图3-4轴和传动轴坐标关系则因为所以还原到X0Y坐标系中去，则c点坐标：根据文献9的70-74页三种计算传动轴坐标的方法，计算得到中间传动轴与油泵轴的坐标。左主轴箱传动轴坐标计算结果3.6.2 绘制坐标检查图在坐标计算完成后，绘制坐标及传动关系检查图，用以全面检查传动系统的正确性。坐标检查图的主要内容有：通过齿轮啮合，检查坐标位置是否正确；检查主轴转速及转向；进一步检查各零件间有无干涉现象；检查液压泵、分油器等附加机构的位置是否合适。绘制出的坐标检查图，如图4-5所示。图3-5左主轴箱坐标检查图 4 结论本次设计机床总体部分是通过对ZH1105柴油机气缸盖零件进行了工艺分析，进行了机床总体方案论证，并根据组合机床设计手册上的机床设计步骤，计算了切削用量、切削力、切削扭矩、切削功率等。最终完成了“三图一卡”的绘制。根据轴的坐标定位和功率的确定，算出传动比，从而确定齿轮的齿数，最终设计出左主轴箱。通过这次设计，我基本上掌握了工程设计的一般方法和步骤，培养了自己的独立思考分析问题的能力。通过掌握的知识，结合参考大量的文献资料解决了所面对的问题。最大的设计体会是：在开始设计前首先一定要有个设计的方案，考虑的东西一定要全面，不能简单的罗列出来就行，要综合地考虑它的合理性、经济性、工艺性、实用性等要求。其次是要有扎实的专业基础知识，只有扎实的基础知识，才不至于出现很多错误。此次毕业设计几乎涉及到我所学的所有知识，而且还有许多的新知识。最后要有丰富的实践经验，如果没有指导老师的认真指导和自己在工

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