机械毕业设计（论文）-ZS175柴油机机体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计【全套图纸】

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 目录目录 1 前言.1 2 组合机床总体设计.3 2.1 总体方案论证3 2.1.1 加工对象工艺性的分析.3 2.1.2 机床配置型式的选择.3 2.1.3 定位基准的选择.3 2.1.4 滑台型式的选择.3 2.2 切削用量的确定及刀具选择4 2.2.1 切削用量选择.4 2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率的计算.4 2.3 组合机床总体设计三图一卡5 2.3.1 被加工零件工序图.5 2.3.2 加工示意图.6 2.3.3 机床尺寸联系总图.8 2.3.4 机床生产率计算卡.10 2.3.4.1 理想生产率10 2.3.4.2 实际生产率11 2.3.4.3 机床负荷率12 3 组合机床主轴箱设计.13 3.1 主轴箱原始依据图的绘制13 3.2 主轴结构型式的选择和动力计算14 3.3 主轴箱传动设计14 3.3.1 主轴箱传动路线的拟订.15 3.3.2 根据原始依据图对坐标尺寸的计算.15 3.3.3 传动轴位置及齿轮齿数的确定.15 3.3.4 传动轴直径的确定.17 3.4 主轴箱坐标计算、坐标检查图的绘制17 3.5 轴、齿轮、轴承、键的校核19 3.5.1 轴的校核.20 3.5.2 齿轮的校核.20 3.5.3 轴承的寿命校核.22 3.5.4 键的强度计算.23 3.6 主轴箱前、后盖及箱体设计23 3.7 附件的选择23 4 结论.25 参考文献.26 致 谢.27 附 录.28 ZS175ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床柴油机机体三面钻削组合机床 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 1 总体及右主轴箱设计总体及右主轴箱设计 摘摘 要：要：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。本课题设计了一台用于 ZS175 柴油机 机体三面钻孔的组合机床。机床采用卧式三面加工的方案，加工和装配的工艺性好， 零件装夹方便。设计内容主要分为总体设计和右主轴箱设计两部分。总体设计包括 机床配置型式的确定、结构方案的选择以及“三图一卡”的绘制。主轴箱是组合机 床的重要部件之一，按专用要求进行设计，由通用零件组成，靠夹具的导向装置来 保证孔的加工位置精度。其主要作用是，根据被加工零件的加工要求，安排各主轴 位置，并将动力和运动由电机或动力部件传给各主轴，使之得到要求的转速和转向。 主轴箱设计包括主轴箱原始依据图的绘制，主轴结构型式的选择和动力计算，主轴 箱传动系统的设计与计算，主轴箱坐标计算、坐标检查图的绘制，轴、齿轮、轴承、 键的校核，主轴箱前、后盖及箱体设计。本组合机床运转平稳，结构简单，工作可 靠，装卸方便，提高了工作效率，达到了设计要求。 关键词：关键词：组合机床；钻削；主轴 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 2 Design of the General and Right Headstock of Modular Machine Tool for drilling Holes on Three-Side of the body of ZS175 Diesel Engine Abstract: Machine is designed according to the standardization and serialization of generic components and parts are processed according to the shape and design of process- specific components of a dedicated machine. A Modular machine tool was designed for the ZS175 diesel engine with three-side drilling holes. Three horizontal machine used for processing program, processing and assembly process is good, spare parts to facilitate clamping. The focal point of this topic could be divided into two parts: the general design and the right headstock design. The general design includes the confirmation of the modular machine tool, the selecting of the structure type and the completing of the technological drawing of the parts to be manufactured, the general drawing of modular machine tool, drawing of cutter display and the efficiency card of manufacturing. Combination of machine tool spindle box is one of the important parts, according to special requirements of design, from the common parts of the fixture on the guiding device to ensure the accuracy of hole location processing. Its main role is to be processed in accordance with the processing requirements of parts, arrangement of the spindle position, and power and movement by electrical or power components to the spindle, so that it can be the requirements of speed and steering. Spindle box spindle box design includes mapping the original basis, the choice of spindle structure and dynamics, the spindle box drive system design and calculation, spindle box coordinates, the mapping coordinates inspections, shafts, gears, bearings, the school bond nuclear, spindle box before the design of the rear cover and cabinet. Combination of the smooth functioning of the machine, simple structure, reliable 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 3 work, loading and unloading convenience, increased efficiency, to achieve the design requirements. Key words: Modular Machine Tool; Drilling; Head stock 1 前言前言 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1。组合机床是由万能机床和专用机床发展来 的，它既有专用机床结构简单的特点，又有万能机床能够重新调整，能适应新工件 加工的特性。组合机床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。它的基本组成是以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高 效专用机床。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2。组成组合机床的通用部件有如下几类：动力 部件动力头、动力滑台和动力箱；工件运送部件回转工作台、移动工作台 和回转鼓轮；支承部件立柱、床身、底座和滑座等。控制系统有通用的液压传 动装置、电气柜、操纵台等。 组合机床的通用部件按功能分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和 辅助部件 5 类 。动力部件为机床提供主运动和进给运动，主要有动力箱（将电动机 的旋转运动传递给主轴箱） 、切削头（装在各个主轴上，用于各单一工序的加工） 、 动力滑台（用于安装动力箱或切削头，以实现进给运动） ；支承部件用以安装动力滑 台，包括各种底座和支架；输运部件用以输送工件或主轴箱至加工工位；控制部件 用以控制机床的自动工作循环；辅助部件包括润滑、冷却和排屑装置等。根据配置 型式，组合机床可分为单工位和多工位两大类。其中单工位组合机床按被加工面的 数量又有单面、双面、三面和四面 4 种，通常只能对各个加工部位同时进行一次加 工；多工位组合机床则有回转工作台式、往复工作台式、中长立柱式和回转鼓轮式 4 种，能对加工部位进行多次加工3。 本小组的课题是 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床设计。为了达到加工要求， 在机床的精度、性能等方面有以下的要求：机床要求运转平稳，结构简单，工作可 靠，装卸方便，维修及调整便利；加工精度应符合零件图要求；主轴箱能满足机床 总体方案的要求。由于该课题比较大，且难度深，总体设计由我们四人合作完成， 我主要负责右主轴箱的设计。 整个设计，首先，要有丰富的实践经验，仅靠一些参考资料是远远不够的，这 样设计出来的组合机床只是结构完美，外形美观，但实用性差，因此，在设计工作 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 4 开始前，指导老师特地带我们到江淮动力集团、盐城恒力机床厂等企业进行了实地 参观考察，积累了一些宝贵的实践经验。其次，运用四年来所学的专业知识，针对 现实中遇到的实际情况，做到举一反三。整个设计过程不仅涉及到以前所学的知识， 还涉及到一些新的概念，这就要求我们一面巩固以前的知识，一面还要学习新的知 识。最好，通过自身的努力，理论联系实际，从合理性、经济性、工艺性、实用性 及对被加工零件的具体要求对现有机床进行研究和分析，找出可以进行改进的地方， 通过反复推敲对比，拟订合理的三面钻削组合机床的总体方案。在设计过程中，在 指导老师和同学的帮助下和通过自身的努力，理论联系实际，从合理性、经济性、 工艺性、实用性及对被加工零件的具体要求对现有机床进行研究和分析，找出可以 进行改进的地方，通过反复推敲对比，确定了设计方案，并最终完成本课题的设计。 主轴箱设计是该次设计中一个重要的传动部分的设计。首先在完成对组合机床的总 体设计并绘制出“三图一卡”的基础上，绘制主轴箱设计的原始依据图；接着确定主 轴结构、轴径以齿轮模数；然后根据被加工孔的位置，拟定传动系统，应注意轴与 轴的最小间距应符合规定要求，避免产生干涉，这一步是主轴箱设计的核心部分； 然后是计算主轴、传动轴坐标、绘制坐标检查图；最后绘制多轴箱总图，零件图及 编制组件明细表1。 。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 5 2 组合机床总体设计组合机床总体设计 2.1 总体方案论证 组合机床是按高度集中工序原则，针对被加工零件的特点及工艺要求设计的一 种高效率专用机床。针对 ZS175 柴油机机体，在确定加工工艺的基础上进行总体方 案对比论证。设计组合机床“三图一卡”，其内容包括：绘制被加工零件工序图、加 工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等。 2.1.1 加工对象工艺性的分析加工对象工艺性的分析 被加工零件材料是 HT250,硬度 HB190240，共计有 13 个孔需要加工，钻左、 右及后面共计 15 个孔，由本组合机床完成，具体加工内容及加工精度如下： 1)钻机体左面：钻 36；钻 14；钻 18，表面粗糙度 12.5，各孔位置度公 差为 0.02mm。 2)钻机体右面：钻 44；钻 13，表面粗糙度 12.5，各孔位置度公差为 0.02mm。 3)钻机体后面：钻 110；钻 44，表面粗糙度 12.5，各孔位置度公差为 0.02mm。 2.1.2 机床机床配置型式的选择配置型式的选择 机床的配置型式有立式和卧式两种。立式机床的优点是占地面积小，自由度大， 操作方便，其缺点是机床重心高，振动大。卧式机床的优点是加工和装配工艺性好， 排屑通畅，振动小，运动平稳，机床重心较低， ，其缺点是削弱了床身的刚性，占地 面积大。机床的配置型式在很大程度上取决于被加工零件的大小、形状及加工部位 等因素4。根据被加工工件和两种组合机床的特点比较可知：ZS175 型柴油机汽缸体 的结构为卧式长方体，从装夹的角度来看，卧式平放比较方便，也减轻了工人的劳 动强度。通过以上的比较，考虑到卧式振动小，装夹方便等因素，选用卧式组合机 床。 2.1.3 定位基准的选择定位基准的选择 组合机床是针对某一个零件或一个零件的某道工序而设计的。正确选择定位基 准，是保证加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的工序集中。定位方 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 6 案一般有两种， “一面两销”和“三平面”定位方法。本机床加工时采用的定位方式是“三 平面”定位。 “三平面”定位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；而且有同时加工零件两个表面的可能，能高度集中工序5。 2.1.4 滑台型式的选择滑台型式的选择 与机械滑台相比较，液压滑台的进给量可以无级调速；可以获得较大的进给力； 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；工作可靠。为了提高加工效率，降低生产成本，所以本课题选 用了液压滑台。 2.2 切削用量的确定及刀具选择 2.2.1 切削用量切削用量选择选择 对于 15 个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从文献1表 6-11 中选取。由于 钻孔的切削用量与钻孔深度有关，随孔深的增加而逐渐递减，其递减值按文献1表 6- 12 选取。选择切削用量时要注意既要保证生产批量要求，又要保证刀具一定得耐用 度6。 A.对左面 5 个孔的切削用量选择： a)钻孔 1，2，3 轴：6 孔，h=10mm，加工材料为铸铁，由 d=1-6,硬度为 190- 240HBS，选择 v=1018m/min,f0.050.1mm/r,取 v=10.48m/min,f=0.1mm/r, 则由文 献1P43 的公式： （2- 1000 /nvd 1） 得： n=100010.48/(6)525r/min b)钻孔 4 轴：8 孔，h=12mm，加工材料为铸铁，由 d6-12,硬度为 190- 240HBS，选择 v=1018m/min,f0.10.18mm/r,取 v=12.56m/min,f=0.1mm/r, 得： n=100012.56/(8)525r/min c)钻孔 5 轴：4 孔，h=8mm，加工材料为铸铁，由 d=1-6,硬度为 190-240HBS， 选择 v=1018m/min,f0.050.1mm/r,取 v=10.26m/min,f=0.58mm/r, 得： n=100010.26/(4)900r/min B.对右侧面上 5 个孔的切削用量的选择： a)钻孔 6，7，8，9 轴：4 孔，h=8mm，加工材料为铸铁，由 d=1-6,硬度为 190- 240HBS，选择 v=1018m/min,f0.050.1mm/r,取 v=14.821m/min,f=0.08mm/r, 得： n=100014.821/(4)1180r/min b)钻孔 10 轴：3 孔，h=8m，加工材料为铸铁，由 d=1-6,硬度为 190-240HBS， 选择 v=1018m/min,f0.050.1mm/r,取 v=10.136m/min,f=0.088mm/r, 得： n=100010.136/(3)1076r/min C.对后面上 5 个孔的切削用量的选择 a)钻孔 11，12，13 轴：4 通孔，h=8mm，加工材料为铸铁，由 d=1-6,硬度为 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 7 190-240HBS，选择 v=1018m/min,f0.050.1mm/r,取 v=11.304m/min,f=0.08mm/r, 得： n=100011.304/(4)900r/min b)钻孔 14，15 轴：10 通孔，h=12mm，加工材料为铸铁，由 d6-12,硬度为 190-240HBS，选择 v=1018m/min,f0.10.18mm/r,取 v=16.956m/min,f=0.14mm/r, 得： n=100016.956/(10)540r/min 2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率切削力、切削扭矩及切削功率的计算的计算 根据文献1表 6-20 中公式计算钻孔 （2- 6 . 08 . 0 26HBDfF 2） （2- 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT 3） （2- D Tv P 9740 4） 其中中：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-加工直径（mm） ； HB-布氏硬度， 得 HB=225。 则根据上述公式可得： 1.左面： 钻孔 1,2,3 轴 6： 634FN1435.319TNmm0.073PkW 钻孔 4 轴 8： 992.02FN1025.71TNmm0.127PkW 钻孔 5 轴 4： 496.014FN664.316TNmm0.034PkW 2.右面： 钻孔 6，7，8，9 轴 4： 338.32FN510.00TNmm0.062PkW 钻孔 10 轴 3： 314.10FN317.76TNmm0.035PkW 3.后面： 钻孔 11,12，13 轴 4： 369.63FN495.05TNmm0.046PkW 钻孔 14,15 轴 10： 1390.55FN4248.27TNmm0.235PkW 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 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上完成的工 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 8 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。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的重要依据，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的基础上，突 出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括： 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。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。 2)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7。 3)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。 4)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。 图 2-1 所示为被加工零件工序图。 图 2-1 被加工零件工序图 2.3.2 加工示意图加工示意图 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。 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其联系尺寸；主轴 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 9 结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸（直径和长度） ；接杆、浮 动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置等结构尺寸；刀具、导向套之间的配合，刀具、 接杆、主轴之间的连接方式和配合尺寸等。 A.刀具的选择 选择刀具应考虑工件材质、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求。只 要条件允许，应尽量选用标准刀具。 B.导向结构的选择 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。 C.确定主轴、尺寸、外伸尺寸 在本课题中，主轴是用于钻孔的，钻孔选用滚珠轴承主轴。根据由选定的切削 用量计算得到的切削转矩 T，由文献1P43 页公式 （2- 4 10TBd 5） 式中，d 表示轴的直径（） ；T 表示轴所传递的转矩（Nm） ；B 表示系数，本 课题中钻孔主轴为非刚性主轴，取 B=6.2。 由公式可得： 左面 轴 1-3 d=mm 取定 d=15 4 6.210 1.4359.32 轴 4 d=mm 取定 d=15 4 6.210 1.0259.32 轴 5 d=mm 取定 d=15 4 6.210 0.6649.32 右面 轴 6-9 d=9.3mm 取定 d=15 4 6.210 0.51 轴 10 d=8.3mm 取定 d=15 4 6.210 0.318 后面 轴 11-13 d=9.25mm 取定 d=15 4 6.210 0.495 轴 14 d=15.83mm 取定 d=20 4 6.210 0.425 轴 15 d=15.83mm 取定 d=20 4 6.210 0.425 根据主轴类型及初定的主轴轴径，文献1表 3-6 可得到主轴外伸尺寸及接杆莫 氏圆锥号。滚珠长主轴轴径 d=20时，主轴外伸尺寸为：D/d1=32/20,L=115；接 杆莫氏圆锥号为 2。滚珠长主轴轴径 d=15时，主轴外伸尺寸为： D/d1=25/16,L=1815；接杆莫氏圆锥号为 1。 D.标注联系尺寸 主轴端部须标注外径和孔径（D/d） 、外伸长度 L；刀具结构尺寸须标注直径和长 度、配合；工件至夹具之间的尺寸须标注工件离导套断面的距离；还须标注托架与 夹具之间的尺寸、工件本身以及加工部位的尺寸和精度等。 E.动力部件工作循环及行程的确定 a)工作进给长度的确定L工 工作进给长度，应等于加工部位长度 L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具L工 切入长度和切出长度之和，即。切入长度一般为 510，根据 1 L 2 L 12 LLLL 工 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 10 工件端面的误差情况确定。切出长度钻孔为。1 d/33 8 mm 左主轴箱：工进长度： 8 12 1030Lmm 工 右主轴箱：工进长度： 98825Lmm 工 后主轴箱：工进长度： 8 12 1030Lmm 工 b)快速进给长度的确定 快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度按具体情况确定。初 步选定三个主轴箱上刀具的快速进给长度分别为 210mm,215mm,210mm。 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，三面快速退回长度分别为 240mm,240mm,240mm。 d)动力部件总行程的确定 动力部件总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外，还要考虑因刀具 磨损或补偿制造、安装误差，动力部件能够向前调节的距离和刀具装卸以及刀具从 接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中拿出时，动力部件需要后退的距离。因此， 动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。三面的前备量取 40mm，后备量取 80mm，则总行程为 360mm。图 2-2 为被加工零件的加工示意图。 图 2-2 加工示意图 2.3.3 机床尺寸联系总图机床尺寸联系总图 机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定 的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。 1 绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容 A.选择动力部件 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 11 动力箱规格要与滑台匹配，其驱动功率主要依据多轴箱所需传递的切削功率来 选用。由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和，根据文献1P47 公式 切削 P （2- 主主 主主主 P P 6） 式中, 消耗于各主轴的切削功率的总和（kW） ； 切削 P 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，又主轴数量较多、传动复 杂，故取。0.85h= 左主轴箱： 0.034 30.0730.1270.302PkW 切削 则 0.302 0.355 0.85 kW P 主轴箱 右主轴箱： 0.062 40.0350.345PkW 切削 则 0.345 0.4059 0.85 kW P 主轴箱 后主轴箱： 0.046 30.235 20.608PkW 切削 则 0.608 0.715 0.85 kW P 主轴箱 本组合机床采用的是液压滑台。根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进 给力，按文献1的 62 页公式 (2-7) n i FiF 1 主主主 计算。式中，Fi各主轴所需的轴向切削力，单位为 N。 则: 左主轴箱 3 634992.02496.0143390.034N F 左主轴箱 右主轴箱 4 388.32314.101867.38N F 右主轴箱 后主轴箱 3 369.63 1390.55 23889.99N F 后主轴箱 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。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，由文献1表 5-1，左、右、后面都选用液压滑台 1HY32IA 型，台面宽 320mm，台面长 630mm，滑台及滑座总高为 280mm，允许最大进给力为 12500N； 其相应的侧底座型号为 1CC321。 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，查文献1表 5-38 得出动力箱及电动机的型号,见表 2-1。 表 2-1 动力箱及电动机的型号 主轴箱动力箱型号电动机型号电动机功率电动机转速输出轴转速 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 12 (KW)(r/min)(r/min) 后主轴箱1TD16Y90s-41.11400920 右主轴箱1TD16Y90s-41.11400920 左主轴箱1TD16Y90s-41.11400920 侧底座 1CC321 型号，其高度 H=560mm，宽度 B=520mm，长度 L=1180mm。 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。在确定之前，首先 要考虑工人操作的方便性，还要考虑车间运送共建的滚到高度，工件最低孔的位置， 主轴箱最低主轴高度和通用不见的高度尺寸的限制。本课题中，工件最低孔位置 h2=128，主轴箱最低主轴高度 h1=127.5，所选滑台与滑座总高 h3=320，侧底 座高度 h4=560，夹具底座高度 h5=300，中间底座高度 h6=560，综合上述因 素，该组合机床装料高度取 H=880。 C.确定夹具轮廓尺寸 主要确定夹具底座的长、宽、高尺寸。工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具底座 轮廓尺寸的基本依据。具体要考虑布置工件的定位、限位、夹紧机构、刀具导向装 置以及夹具底座排屑和安装等方面的空间和面积需要8。夹具底座的高度尺寸，一方 面要保证其有足够的高度，同时考虑机床的装料高度、排屑的方便性和便于设置定 位、夹紧机构。一般不小于 240 mm。本机床夹具的长度为 660mm，宽度为 560mm，高度为 925mm。 D.确定中间底座尺寸 确定中间底高度尺寸时，应考虑铁屑的储存及排除电气接线安排，中间底座高 度一般不小于 540mm。 本机床确定中间底座高度为 560mm。 E.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 h1。可按文献1 P49 公式计算： （2- 1 2bbB 8） （2- 11 bhhH 9） 式中：b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（） ； b1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（） ； h1最低主轴高度（） 。 其中，h1 还与工件最低孔位置（h2=128） 、机床装料高度（H=880） 、滑台 滑座总高（h3=320） 、侧底座高度（h4=560）等尺寸有关。对于卧式组合机床， h1 要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐 h185140，本组合机床 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 13 按文献1P50 公式 （2- 4321 50hh.Hhh 10） 计算，得： 。 1 127.5hmm b=145mm,h=143mm,取，则求出主轴箱轮廓尺寸：mmb100 1 1 21452 100345Bbbmm 11 143 127.05 100370.5Hhhbmm 根据上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准，左,右主轴箱轮廓尺寸都预定为 BH=400mm400mm，后主轴箱轮廓尺寸预定为 BH=400mm400mm 。 2.3.4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡 2.3.4.1 理想生产率理想生产率 理想生产率(单位为件/h)是指完成年生产纲领 A(包括备品及废品率)所要求的Q 机床生产率。它与全年工时总数 tk有关,一般情况下,单班制 tk取 2350h,两班制 tk取 4600h,由文献1的 51 页公式 （2- k t A Q 11） 得： 50000/235021.27/Qh件 2.3.4.2 实际生产率实际生产率 实际生产率(单位为件/h)是指所设计机床每小时实际可生产的零件数 1 Q （2- 单 T Q 60 1 12） 式中:生产一个零件所需时间(min)，可按下式计算： 单 T （2- 装移 快退快进 停辅切单 tt V LL t V L V L ttT k f ff2 2 1 1 13） 式中:分别为刀具第、工作进给长度,单位为 mm; 21 LL 、 分别为刀具第、工作进给量,单位为 mm/min; 21ff VV 、 当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时，滑台在死挡铁上的停留 停 t 时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 转所需的时间，单位 min; 分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为 mm; 快退快进、L L 动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取 56m/min;用液压动力部 k f V ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 14 件时取 310m/min; 直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取 0.1min; 移 t 工件装、卸（包括定位或撤销定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及吊 装卸 t 运工件）时间。它取决于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方便及工人的 熟练程度。通常取 0.51.5min。 如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求,即,则必须重新选QQ 1 择切削用量或修改机床设计方案。 已知: 钻左面孔 30;500 0.150/ min f Lmm Vnfmm 工 210Lmm 快进 240Lmm 快退 钻右面孔 ;25mm L 工 1180 0.0894.4/min f Vnfmm 215Lmm 快进 240Lmm 快退 钻后面孔 30;540 0.1475.6/min f Lmm Vnfmm 工 210Lmm 快进 230Lmm 快退 左面孔 30 0.020.62min 50 f L tt V 机 工进 停 210240 0.1 1.51.69min 5000 k f LL ttt V 快进快退 移辅装卸 0.62 1.692.31minttt 辅单机 右面孔 25 0.020.28min 94.4 f L tt V 机 工进 停 215240 0.1 1.51.691min 5000 k f LL ttt V 快进快退 移辅装卸 0.28 1.6911.971minttt 辅单机 后面孔 30 0.020.42min 75.6 f L tt V 机 工 停 210240 0.1 1.51.69min 5000 k f LL ttt V 快进快退 移辅装卸 0.42 1.692.11minttt 辅单机 对多面和多工位加工机床，在计算时应以所有工件单件加工最长的时间作为单 件工时，所以选择，2.238minT 单 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 15 实际生产率: 1 6060 26.55/ 2.31 Qh T 单 件 2.3.4.3 机床负荷率机床负荷率 当时候，机床负荷率为二者之比。 1 QQ 组合机床负荷率一般为 0.750.90,自动线负荷率为 0.60.7。对于精度较高、自 动化程度高或加工多品种组合机床，宜适当降低负荷率。 由文献1的 52 页公式得机床负荷率: （2- 1 Q Q 负 21.27 80.11% 26.55 14） 3 组合机床主轴箱设计组合机床主轴箱设计 主轴箱是组合机床的重要部件之一，按专用要求进行设计，由通用零件组成， 靠夹具的导向装置来保证孔的加工位置精度。其主要作用是，根据被加工零件的加 工要求，安排各主轴位置，并将动力和运动由电机或动力部件传给各主轴，使之得 到要求的转速和转向。 3.1 主轴箱原始依据图的绘制 主轴箱原始依据图是根据“三图一卡”绘制的。其内容包括主轴箱设计的原始要 求和已知条件。 在编制此图时从“三图一卡”中已知： A主轴箱轮廓尺寸 400400mm； B工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸； C工件与主轴箱相对位置尺寸； ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 16 图 3-1 所示为 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床右主轴箱设计原始依据图,表 3-1 所示为各主轴外伸尺寸及各孔的切削用量。 图 3-1 原始依据图 注：1.被加工零件编号及名称：ZS175 柴油机 材料及硬度：HT250 190-240HBS。 2.动力部件 1TD16 IA，Y90S-4，P 主=1.1Kw,n=920r/min。 表 3-1 主轴外伸尺寸及孔的切削用量 轴 号D/dLn(r/min)v(m/min)f(mm/r) 125/1685118014.8210.08 225/1685118014.8210.08 325/1685118014.8210.08 425/1685118014.8210.08 525/1685107610.1360.088 3.2 主轴结构型式的选择和动力计算 A.主轴结构型式的选择 主轴结构的选择包括轴承型式的选择和轴头结构的选择。主轴结构型式由零件 加工工艺决定，并应考虑主轴的工作条件和受力情况。钻孔时主轴大都采用的是滚 珠主轴9。 B.主轴直径和齿轮模数的确定 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 17 初定主轴直径一般在编制“三图一卡”时进行。初选模数可由下式估算，再通过 类比确定，据文献1P62 页公式估算： （3- 3 )3230( zn P m 1） 式中，P齿轮所传递的功率，单位为 kW； z一对啮合齿轮中的小齿轮齿数； n小齿轮的转速，单位为 r/min。 主轴箱中的齿轮模数常用 2、2.5、3、3.5、4 几种。为了便于生产，同一主轴箱 中的模数规格不要多于两种。确定本次设计的模数均为 2。 3.3 主轴箱传动设计 主轴箱传动设计，是根据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转速要求， 设计传动链，把驱动轴和各主轴连接起来，使各主轴获得预定的转速和转向9。 多轴箱传动系统的一般要求： a)在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下，力求使传动轴和齿轮的规格、 数量为最少。为此，应尽量用一根传动轴带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排上。 当中心距不符合标准时，可采用齿轮变位或略微改动传动比的方法解决。 b)尽量不用主轴带动主轴的方案，否则会增加主轴负荷，影响加工精度。 c)为使结构紧凑，多轴箱内齿轮副的传动比一般要大于(最佳传动比)，1/211/1.5 后盖内传动比允许取至；避免用升速传动。1/31/3.5 d)用于粗加工主轴上的齿轮，应尽可能设置在第排，以减少主轴的扭转变形； 精加工主轴上的齿轮，应设在第排，以减少主轴端的弯曲变形。 e)多轴箱内具有粗加工主轴时，最好从动力箱驱动轴齿轮传动开始，就分两条传 动路线，以免影响加工精度。 f)刚性钻孔主轴上的齿轮，其分度圆直径应尽可能大于被加工孔的孔径，以减少 振动，提高运动平稳性。 g)驱动轴直接带动的转动轴数不能超过两根，以免给装配带来困难。 3.3.1 主轴箱传动路线主轴箱传动路线的拟订的拟订 根据被加工孔在工序图上的分布位置，初步确定传动关系： 具体传动路线见图 3-2。 ZS175 柴油机机体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 18 图 3-2 主轴箱传动树形图 3.3.2 根据原始依据图对坐标尺寸根据原始依据图对坐标尺寸的计算的计算 根据原始依据图 3-1，计算驱动轴、主轴的坐标尺寸，如下表 3-2 所示： 表 3-2 驱动轴、主轴坐标值 坐标销 O1驱动轴 O主轴 1主轴 2主轴 3主轴 4主轴 5 X0.000175.000248.050175.290102.620115.400111.490 Y0.00080.000230.010271.260229.536128.000187.110 3.3.3 传动轴位置及齿轮齿数传动轴位置及齿轮齿数的确定的确定 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10。 1.由各主轴和驱动轴转速求驱动轴到各主轴之间的传动比。各主轴转速见表 3-3 所示。 表 3-3 主轴箱主轴转速（r/min） 主 轴 0 1 2 34 5 转 速92011801180118011801076 主轴箱总传动比 ： 0 1 1180 1.28 920 i 0 2 1180 1.28 920 i 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 19 0 3 1180 1.28 920 i 0 4 1180 1.28 920 i 0 5 1076 1.17 920 i 2.各轴传动比分配 主轴箱中轴的分布有同心圆分布及任意分布，同时为满足主轴上齿轮不过大的 要求，最后一级齿轮取升速。 a)右轴箱各轴传动比分配： 轴 1 0 6 33 0.75 44 i 6 1 53 1.71 31 i 轴 2 0 6 33 0.75 44 i 6 2 53 1.71 31 i 轴 3 0 6 33 0.75 44 i 6 3 53 1.71 31 i 轴 4 0 6 33 0.75 44 i 6 4 53 1.71 31 i 轴 5 0 6 33 0.75 44 i 6 5 39 1.56 25 i b)确定主轴箱内中间传动轴的位置： 确定中间传动轴 6 的位置，与传动轴 6 相配对的有主轴 1、2、3、4，5，与之相 配对的齿轮有 Z6/Z1,Z6/Z2,Z6/Z3,Z5/Z4,Z6/Z5,五对齿轮。 通过公式（2-2）及传动比 i6-1=1.71、 i6-2=1.71 、i6-3=1.71、i6-4=1.71、i6-5=1.56, 取 m=2.0，可得到齿轮齿数 Z5=44,Z5=53 ,Z1=Z2=Z3=Z4=Z4=31。 右主轴箱： 1 3353 9201179.68 /min 4431 nr 2 3353 9201179.68 /min 4431 nr 3 3353 9201179.68 /min 4431 nr 4 3353 9201179.68 /min 4431 nr 5 3339 9201076.4 /min 4425 nr 转速相对损失在 5%以内，符合设计要求。 由于该主轴箱上有较多的刀具，为了便于更换和调整刀具，以及装配和维修时 检查主轴精度，所以在主轴箱上设置一个以便于手动回转主轴，为了扳动起来轻便， 手动轴的转速应尽可能高些，且其所