机械毕业设计（论文）-包缝机机座孔钻孔组合机床总体及左主轴箱设计【全套图纸】

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 目 录 1 前言.1 2 组合机床总体初步设计.2 2.1 组合机床工艺方案的制定2 2.1.1 切削用量的计算.2 2.1.2 切削力、切削扭矩及切削功率计算.4 2.2 组合机床总体设计三图一卡5 2.2.1 被加工零件工序图5 2.2.2 加工示意图.6 2.2.2.1 刀具的选择6 2.2.2.2 导向装置的选择7 2.2.2.3 各主轴直径的确定7 2.2.2.4 选择接杆8 2.3 机床联系尺寸总图8 2.3.1 动力箱型号的选择.8 2.3.2 动力滑台导轨型式.9 2.3.3 确定机床装料高度 H.10 2.3.4 确定夹具轮廓尺寸.10 2.3.5 确定中间底座尺寸.10 2.3.6 确定多轴箱轮廓尺寸.10 2.4 机床生产率计算卡11 3 组合机床多轴箱设计（左主轴箱）.14 3.1 绘制左主轴箱设计原始依据图14 3.2 主轴型式和直径、齿轮模数的确定15 3.3 主轴箱传动系统的设计与计算15 3.4 多轴箱坐标计算17 3.4.1 驱动轴、主轴的坐标计算.18 3.4.2 计算传动轴的坐标.18 4 零件强度校核.21 4.1 齿轮校核21 4.1.1 校核齿根弯曲疲劳强度.21 4.1.2 校核接触疲劳强度.22 4.2 传动轴直径的确定和轴的强度校核22 4.2.1 轴的直径的确定.22 4.2.2 轴的强度校核.23 4.3 轴承和键的校核26 4.3.1 键的校核.26 4.3.2 轴承的校核.27 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 5 主轴箱体附件的选择设计.28 5.1 分油器28 5.2 油杯28 5.3 油塞28 5.4 叶片泵的设置28 6 结论.29 参 考 文 献30 致 谢31 附 录32 包缝机机座孔钻孔组合机床总体包缝机机座孔钻孔组合机床总体 及左主轴箱设计及左主轴箱设计 摘 要：本课题为包缝机机座钻孔组合机床总体及左主轴箱设计。该机床设计 主要分为总体设计和部件设计两部分。在全面了解被加工零件的结构特点、加工部位 和技术要求等基础上，首先完成了组合机床的总体设计。具体内容是在确定总体方案 的基础上，绘制出三图（被加工零件工序图，机床联系尺寸图，加工示意图）和生产 率计算卡。本课题的重点是对左主轴箱的部件设计，首先，在完成组合机床总体设计 的基础上，主要完成拟订了主轴箱的传动路线；然后，根据绘制出的主轴箱原始依据 图，确定了具体传动方案，应用最优化方法布置齿轮，确定传动参数，设计了轴的结 构；最后，进行齿轮、轴承等相关零件的强度校核计算。在满足加工精度的条件下， 本方案采用液压滑台来实现进给运动。设计过程中尽量采用了标准零部件，设计出的 组合机床结构简单，操作方便，加工精度高，减轻了劳动强度，提高了加工效率，具 有较好的经济性和适用性。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 关键词：组合机床；钻孔；左主轴箱 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 1 Package combination of sewing machine base bored and the design of the left overall machine tool spindle box Abstract: The topic for the package combination of sewing machine base bored and the design of the left overall machine tool spindle box.To improve the machining efficiency and to satisfy the processing requirements, the combine machine-tool was designed for drilling and boring the body of the R180 diesel engine cylinder with three facing set. The focal point of this topic is the total design and the design of the right headstock. Basing on studying comprehensively the components in structure characteristic, processing spot and specification and so on, the overall design of the combine machine-tool was completed. Its concrete content is to finish three drawings (process components working procedure chart, engine bed relation dimensional drawing, processing schematic drawing) and the productivity computation card on the foundation of the overall plan. The key of this modular is the right headstock part design. Firstly ,On the basis of completing the total design of machine tool system, the driving route of the headstocks were drawn up. Then according to headstock primitive basis chart and the methods of optimization, the concrete transmission plan was determined, the cogwheels are disposed, the driving parameter were determined. At last, the structure of principal axis were designed and the strength of parts are checked such as the cogwheels and the axletree. Under the condition of satisfying the processing precision, the liquid operated sliding table is used for realizing the movement. This design uses the standard headstock. The headstock uses standard details. This modular mechanical tool has such advantages: high efficiency, low cost, high processing precision, easily operated and it reduces the workers labor intensity, and enhances the productivity. Key words: Modular machine tool; Bored; Left spindle box 包缝机机座孔钻孔组合机床总体及左主轴箱设计 2 1 1 前言前言 我国的组合机床经历了一个从无到有、从点到面、从低到高的逐步发展的历史时 期。进入 90 年代，组合机床行业加快发展，行业的整体实力和新产品的质量及水平 有了显著的提高。目前的现状的是： a.组合机床制造技术由过去的以加工为主的单机及自动线向综合成套方向转化。 b.组合机床控制技术由传统程序控制技术向数控、计算机管理与监控方向发展。 c.组合机床的开发设计手段由过去的人工设计，转向计算机辅助设计。 组合机床行业虽然取得了较大的进步与发展，但是，在制造技术高速发展的今天， 由于基础薄弱，从整体上看，与国外先进水平、与国内用户的要求还存在着一定的差 距，主要表现在：产品可靠性较差；可调可变性差；缺少必要的适应多品种加工的新 品种；系列化、通用化、模块化程度低，致使制造周期过长，满足不了用户要求。80 年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，朝着综合成套和具备 柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样 方面均有新的突破性发展，实现了机床工作程序软件化，工序高度集中，高效短节拍 和多种功能的自动监控。 组合机床技术的发展趋势是：广泛应用数控技术；发展柔性技术；发展综 合自动化技术；进一步提高工序集中程度。设计师们在开展任何一种产品的设计时， 都要运用自己的思维，力求创新，使产品具有较高的竞争性。 本课题为包缝机机座孔钻孔组合机床总体及左主轴箱设计，主要目的是为了提高 加工效率、精度和降低加工成本。组合机床的设计，主要是针对被加工工件左、右两 个面同时钻孔的加工工艺要求来设计主轴箱的传动系统。认真分析研究并确定设计方 案，估计所需的功率，设计出符合本工序加工的组合机床，来满足加工条件的要求。 然后根据被加工工件的特点，按组合机床设计原理，结合各种影响机床性能的因素， 经分析后拟订出可靠的工艺设计方案。在设计主轴箱时，根据被加工的工件工序图所 设计的组合机床需完成的工艺内容确定、加工部件的尺寸、精度、表面粗糙度及技术 要求、定位基准、压紧部件等，拟订了传动系统，确定了传动参数，设计了轴的结构， 进行了齿轮、轴等相关零件的强度校核计算。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 3 2 组合机床总体初步设计组合机床总体初步设计 2.1 组合机床工艺方案的制定 拟订工艺方案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。因此，应根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、 结合组合机床常用的工艺方法、充分考虑各种因素，并经技术经济分析后拟订出先进、 合理、经济、可靠的工艺方案。 包缝机机体呈长方体的形状，由 HT200 铸造而成的箱体结构。其硬度在 HB190- 240 之间。共计有 20 个孔需要加工，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完毕。 此次设计的组合机床是完成包缝机机座孔的两面钻孔组合机床，主要完成机身左 右面上 20 个孔的加工，其具体的加工工艺如下： 机身左面钻 11 个孔,其中有两个 5 孔，深 13；两个 5 孔，深 18；两个 4.2 孔，深 12；一个 4.2 孔，深 9；两个 3.3 孔，深 10；两个 3.3 孔，深 9. 机身右面钻 9 个孔，其中有七个 3.3 孔，深 11；一个 3.3 孔，深 12；一个 3.3 孔，深 9。 A.机床定位和夹紧： 组合机床一般为工序集中的多刀加工，不但切削负荷大，且工件受力方向变化。 因此正确选择定位基准和夹压部位是保证加工精度的重要条件。 B.“一面两销”定位方法 它的特点是： a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。 b.有同时加工零件两个表面的可能，能高度集中工序。 初步拟定“一面两销”定位方法，该定位方案限制的自由度叙述如下：本机床加 工时采用的定位方式是一面两销，以底面为定位基准面，限制三个自由度；在左侧有 一个圆柱销，限制两个自由度；在后面用一个菱形销剩下的一个自由度。这样工件的 6 个自由度被完全约束了也就得到了完全的定位。 2.1.12.1.1 切削用量的计算切削用量的计算 在被加工的 11 中，都是钻孔加工，其切削用量均可通过查表法来进行选择，从 文献1表 6-11 中选取。由于钻孔的切削用量还与钻孔深度有关，其随孔深的增加而 逐渐递减，其递减值可在文献1表 6-12 选取得出。 组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的布局形式及正常工作均与切 削用量选择是否合理密切相关。组合机床多轴箱上所有的刀具共用一个进给系统，通 常采用标准动力滑台。查文献1得知当硬度为 HB200-241 时，高速钢钻头的切削用 量如表 2-1 包缝机机座孔钻孔组合机床总体及左主轴箱设计 4 表 2-1 高速钢钻头切削用量 加工材料加工直径 （mm） 1 d 切削速度 (m/min) v 进给量(mm/r) f 190240HBS 160.050.1铸铁 612 1018 0.10.18 在选择切削速度时，要求同一多轴箱上各刀具每分钟进给量必须相等并与滑台的 工进速度（单位为 mm/min）相一致，一般先以各刀具来选择较合理的转速(单位 f v i n 为 r/min)和每转进给量（单位为 mm/r） ，再根据其工作时间最长、负荷最重、刃磨 i f 较困难刀具来确定并调整每转所需的进给量和转速，通过“试凑法”来满足每分钟进 给量相同的要求，即: （2- fii vfnfnfn 2211 1） 在选择了转速后可根据公式: （2- 1000 nd v 2） A.对右侧面上 9 个孔的切削用量的选择： a)钻孔 12、13、14、15、16、17、18 轴： 3.3，h=11mm 由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=1018m/min，f0.050.1mm/r 中选择，则由参考文献1P43 的公式， （2- d v n 1000 3） 3.3： 取 v=14.092m/min，f=0.045mm/r n=100014.092/(3.3)1360r/min b）钻孔 19 轴： 3.3,h=12mm 由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=1018m/min，f0.050.1mm/r 中选择，则由参考文献2P43 的公式， n=100014.092/(3.3)1360r/min c）钻孔 20 轴： 3.3,h=9mm 由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=1018m/min，f0.050.1mm/r 中选择，则由参考文献2P43 的公式， 3.3： 取 v=16.579m/min，f=0.05mm/r n=100016.579/(3.3)1600r/min 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 5 B 机体左面钻 11 个孔的切削用量的选择如下： a. 孔 12 孔径 5mm，孔深 13mm 由 d16，硬度大于 190240HBS，选择 v=1018m/min,f0.050.1mm/r,又 d=5mm,初选 n=1010r/min,f=0.061mm/r,则由（2-2）得： v=51010/1000=15.9m/min b. 孔 4、孔 6 孔径 3.3mm，孔深 10mm 由 d16，硬度大于 190240HBS，选择 v=1018m/min,f0.050.1mm/r, 又 d=3.3mm, 初选 n=1000r/min,f=0.062mm/r, 则由（2-2）得： v=3.31000/1000=10.4m/min c. 孔 5 、孔 7 孔径 3.3mm，孔深 9mm 由 d16，硬度大于 190240HBS，选择 v=1018m/min,f0.050.1mm/r, 又 d=3.3mm, 初选 n=1000r/min,f=0.062mm/r, 则由（2-2）得： v=3.31000/1000=10.4m/min d.孔 910 孔径 5mm, 孔深 18mm 由 d16，硬度大于 190240HBS，选择 v=1018m/min,f0.050.1mm/r, 又 d=5mm, 初选 n=1010r/min,f=0.061mm/r, 则由（2-2）得： v=51010/1000=15.9m/min e. 孔 8 、孔 11 孔径 4.2mm，孔深 12mm 由 d16，硬度大于 190240HBS，选择 v=1018m/min,f0.050.1mm/r, 又 d=4.2mm, 初选 n=1250r/min,f=0.05mm/r, 则由（2-2）得： v=4.21250/1000=16.5m/min f 孔 3 孔径 4.2mm, 孔深 9mm 由 d16，硬度大于 190240HBS，选择 v=1018m/min,f0.050.1mm/r, 又 d=4.2mm, 初选 n=1250r/min,f=0.05mm/r, 则由（2-2）得： v=4.21250/1000=16.5m/min 2.1.22.1.2 切削力、切削扭矩及切削功率计算切削力、切削扭矩及切削功率计算 根据文献1P134 表 6-20 中公式 (2-4) 6 . 08 . 0 26HBDfF (2-5) 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT (2-6) D Tv P 9740 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） ； 包缝机机座孔钻孔组合机床总体及左主轴箱设计 6 HB布氏硬度， ，1.80 2 T am TMpa maxmaxmin 1 () 3 HBHBHBHB 在本设计中， ，得 HB=223。 max 240HB min 190HB 油底壳面钻孔由以上公式可得： 孔 12 孔径 5mm，孔深 13mm 由公式（2-3）得： 0.80.6 26FDfHB =2650.0630.82230.6 =365 N 由公式（2-4）得： 190.80.6 10TDfHB =1051.90.0630.82230.6 =597.5 Nmm 由公式（2-5）得： 9740 Tv p D A =597.515.6/(97403.145) =0.061 kW 其他孔的的计算按上式的步骤进行，结果如下表 2-2： 表 2-2 孔的相关切削量的计算 孔号切削力 (N) 切削扭矩 (Nmn) 切削功率 (kw) 1-2、9-10365597.50.061 4-7238589.40.040机体左面 3、8、11254.8356.60.038 1-2、4、6-9319.453.280.007 3349.3459.20.0097机体右面 5319.453.280.007 2.2 组合机床总体设计组合机床总体设计三图一卡三图一卡 2.2.12.2.1 被加工零件工序图被加工零件工序图 被加工零件工序图是根据制订的工艺方案，表示所设计的组合机床上完成的工艺 内容，加工部件的尺寸、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、毛坯成品情况的图样。 除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验 机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件图基础上，突出本机床或自 动线的加工内容，并做必要的说明而绘制的。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 7 其主要内容包括： a)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。当需要设置中间导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部肋、壁布置及有 关结构形状和尺寸表示清楚，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。 b)本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的支承、 定位、夹紧和导向等机构设计。 c)本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道 工序的技术要求。 d)注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。 绘制被加工零件工序图的规定及注意事项 a)绘制被加工零件工序图的规定：应按一定的比例，绘制足够的视图以及剖面； 本工序加工部位用粗实线表示；定位用定位基准符号表示，并用下标数表明消除自由 度符号；夹紧用夹紧符号表示，辅助支承用支承符号表示。 b)绘制被加工零件工序图注意事项 2.2.22.2.2 加工示意图加工示意图 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逐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须的重要文件。 加工示意图应表达和标注的内容有：机床的加工方法，切削用量，工作循环和工 作行程；工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置及联系尺寸；主轴结构类 型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸；接杆、浮动卡头、导向装置、攻 螺纹靠模装置等结构尺寸；刀具、导向套间的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方 式及配合尺寸等。 2.2.2.12.2.2.1 刀具的选择刀具的选择 根据工艺要求及加工精度不同，组合机床采用的刀具有一般简单刀具（标准刀具） 、复合刀具及特种刀具。选择刀具时应考虑工件材质、排屑及生产率等要求，只要条 件允许，应尽量选用标准刀具。所以钻孔，所有刀具选用麻花钻，具体选用情况为： 孔加工刀具（钻、扩等）的直径应与加工部位尺寸、精度相适应，其长度应保证 加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外端面 3050mm，以利排屑和刀具磨损有一定 的向前调整量。刀具锥柄插入接杆孔内长度，在绘制加工示意图时应注意从刀具总长 中减去。 因此，本工序加工 3.3mm、4.2mm、5mm 的孔，倒角为 45，可选用 3.3、4.2、5 的高速钢复合麻花钻头，具体结构可参考加工示意图 ZJGZH00- 003。 包缝机机座孔钻孔组合机床总体及左主轴箱设计 8 22.2.222.2.2 导向装置的选择导向装置的选择 组合机床钻孔时，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。 导向机构的结构形式有两种：固定导向、滚动式导向，根据导向的线速度（小于 20m/min） 、加工精度及刀具的具体工作条件，本机床采用固定式导向（钻套导向） 导向参数包括导套直径、导套长度及导向套到工件端面距离等。导向套端面至工 件端面距离是为了排屑方便 考虑采用非刚性主轴、导向表面旋转线速度 剖面安全。 aa 4.3 轴承和键的校核 4.3.14.3.1 键的校核键的校核 本次设计中涉及到的键是普通平键，其主要的失效形式是工作面的压溃，所以按 工作面上的挤压应力进行强度的校核计算，现校核 1 轴键的强度。 假设键的工作表面上载荷均匀分布，合成后的集中力 F（圆周力）作用于接触高 度中点，参考文献3P324。 2 2 597.5(15 5 22)0.72 PP T dkl 式中：T传动的转矩，T=FyFd/2,单位为 N.mm; k键与轮毂的接触高度，k=h/2,h 为键的高度，单位为 mm; d轴的直径，单位为 mm; 包缝机机座孔钻孔组合机床总体及左主轴箱设计 30 l键的工作长度； 键、轴、轮毂 3 者中最弱材料的许用挤压应力，单位 MPa,查表 12.1 p 4.3.24.3.2 轴承的校核轴承的校核 轴承的寿命与受载荷的大小有关，工作负荷越大，接触应力也就越大。承载元件 所受的应力变化次数也就越少，轴承的寿命就越短。 不同型号的轴承有不同的基本额定动负荷值，它表征了具体型号轴承的承载力， 各型号轴承的基本额定动负荷值可查轴承样本或设计手册。通过计算现以轴 4 上的轴 承为例来验算。 1 11 2 /2 8694/30579.6 tan211 2247 t rt a FT dN FFN FN 查参考文献2得该型轴承的基本额定动负荷，基本额定静负荷 43.2 r CkN 。 0 29.2 r CkN a.计算并确定 e 值。 0 a r F C 0 2247 0.08 29200 a r F C 根据=0.08 查表 8.10,得 e=0.28。 0 a r F C 1.11 pt ff、 b.计算当量动负荷 P 2247 211 a r F e F 查参考文献2表810得 0.56X 、Y=1. 45, 于是 (0.56 211 1.55 2247)3593 r PXFYFNN c.计算轴承寿命 R L 查参考文献2表87、88得其寿命系数，1.11 pt ff、 3 其寿命满足设计的要求 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 31 5 主轴箱体附件的选择设计 5.1 分油器 本主轴箱中分油器选用 B-ZIR31-2-36 型分油器,其作用是把油分成几路,分别润滑 不同排数的齿轮及轴承,以便于保证轴承,齿轮有一定的使用寿命,减少摩擦和磨损,降低 振动,消耗发热。 5.2 油杯 油杯是用来给箱体注油用的,以保证箱体内油量满足使用要求。 5.3 油塞 油塞是用来放油用的,应该置在箱体的底部,由于该主轴箱是卧式组合机床,故活塞 放置在箱体上,放油孔螺母与凸台之间应加封油圈密封。 5.4 叶片泵的设置 由于叶片泵使用可靠，所以该主轴箱决定采用 R12-1 型叶片泵进行润滑。油泵打 出的油经分油器分向各个需润滑的部位，主轴箱体前后壁之间的齿轮用油盘润滑，箱 体和后盖以及前盖的齿轮用油管润滑。该叶片润滑泵安装在箱体的前表壁上，采用油 泵传动轴带动叶片转动的传动方式，计算出： 21272426242944 720 ()693r/min 27242424294424 n泵 n 泵 z 在 400-800r/min 范围内，满足要求。 包缝机机座孔钻孔组合机床总体及左主轴箱设计 32 6 结论结论 本次设计的内容是包缝机机座孔钻孔组合机床总体及左主轴箱设计，设计的主要 目的是为了提高加工效率，降低加工成本。在组合机床的设计过程中，主要是针对被 加工工件的加工工艺要求来设计主轴箱的传动系统。根据被加工工件的结构及工艺特 点，按组合机床设计原理，结合各种影响机床性能的因素，经分析后确定出可靠的工 艺设计方案。在设计主轴箱时，根据被加工的工件工序图所设计的组合机床完成工艺 内容确定，加工部件的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，定位基准，压紧部件以 及被加工零件的材料等，认真分析研究并确定了设计方案，计算了所需的功率，设计 了出符合本工序加工的组合机床，来满足加工条件的要求。 通过这次设计，我基本掌握了一个中等复杂零件的加工过程分析、 “三图一卡” 的绘制、组合机床主轴箱设计的方法和步骤等。学会查阅手册，选择使用通用部件等,所 设计的两面钻床提高了生产率、工人的劳动强度减小了，但是工作噪音较大、需要人 工排屑，这些还有待提高。 由于条件的限制，机床还有很大的改进空间。如果装上相关的数控设备，不但可 以减少劳动力还可以提高机床效率并改善产品的质量。本次设计大多是通过手工设计 来完成，如果改用计算机辅助设计，还可以使设计更趋优化。机床的的质量也更有保 证。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 33 参参 考考 文文 献献 1 谢家瀛组合机床设计简明手册M第一版北京：机械工业出版社，1994 2 徐锦康机械设计 M，北京：机械工业出版社，2001 3 机械工业出版社机械原理M第一版北京：机械工业出版社，2001 4 陈秀宁、施高义机械设计课程设计M 杭州：浙江大学出版社，1995 5 叶伟昌机械工程及自动化简明设计手册(上册)M北京：机械工业出版社，2001 6 李益民机械制