机械毕业设计（论文）-柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计【全套图纸】

目目 录录 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 机床总体布局的确定.3 2.1.3 定位基准的选择 4 2.1.4 滑台型式的选择 4 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计算.5 2.3 组合机床总体设计.7 2.3.1 被加工零件工序图.7 2.3.2 加工示意图.8 2.3.3 机床尺寸联系总图10 2.3.4 机床生产率计算卡 .13 3 组合机床左主轴箱设计 .15 3.1 左主轴箱原始依据图的绘制 .15 3.2 左主轴结构型式的选择和动力计算16 3.3 左主轴箱传动系统的设计与计算 .16 3.3.1 根据原始依据图对坐标尺寸的计算 .17 3.3.2 左主轴箱传动路线的拟订 .17 3.3.3 传动轴位置及齿轮齿数的确定 .18 3.4 左主轴箱坐标计算、坐标检查图的绘制 .20 3.4.1 传动轴的坐标的计算20 3.4.2 坐标检查图的绘制21 3.5 轴、齿轮、轴承、键的校核22 3.5.1 轴的校核22 3.5.2 齿轮的校核23 3.5.3 轴承的寿命校核25 3.5.4 键的强度计算26 3.6 左主轴箱前、后盖及箱体设计. 26 3.7 附件的选择26 4 结论29 参考文献. 30 致 谢. 31 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 1 附件清单. 32 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 摘摘 要要：柴油机气缸体是需要大量生产的零件。为了提高加工精度和生产效率，需 要设计一台组合机床来改善柴油机气缸体的加工情况。 本课题设计的是 ZH1105 柴油机气缸体三面钻孔组合机床。用于加工被加工零件 左、右、后三个面上的共 31 个大小不等的底孔。根据被加工工件的特点以及加工工 艺的要求，进行了总体设计。选定了定位基准，确定了机床的配置形式以及工件的 定位夹紧方案，选择了合适的切削用量、刀具及动力部件。总体设计主要是绘制被 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。在完成总 体设计的基础上，绘制了左主轴箱设计的原始依据图，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。该设计布 局合理，为使组合机床能尽快投入生产应用，配置结构中充分选用了标准件及通用 部件。该机床工艺性良好、方案可行、有实际使用价值。 关键词关键词：钻孔；组合机床；主轴箱 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 2 Design of General and Left Headstock of Modular Machine Tool for Drilling Holes on Three-Side of engine cylinder body Abstract: The engine cylinder body is a product which needs mass production. In order to prove the disposition and the production efficiency, need to design a high effective modular machine tool to improve the production of the truck gear box. The subject is to design a three-side modular machine tool for drilling 31 different holes on ZH1105 engine cylinder bodys left,right ,and behind. Based on the character and the process analysis of the work-piece, the designing system was made. After the location datum were designed, the disposition of machine and the mechanism clamping system being determined, the reasonable cutting data, the cutter and the power part were chosen. Overall to it is process into part process picture, process sketch map , lathe contact size general drawing and work out productivity calculate the card to draw mainly to design. The primitive basis charts of the left-side spindle box were drawn, the transmission system and the parameter were drafted. Then the structure of the axis was designed and the intensity checks of the components of the gear ,axis and so on were carried on .This design layout is reasonable, to make the combination machine tools can be used as soon as possible into production, structure and fully chose standard components. This machine is technology, 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 3 scheme feasible and practical. Key word: Drill hole; Modular machine tool; Headstock. 1 前言 本次毕业设计的课题是来源于盐城市江动集团的关于 ZH1105 柴油机箱体三面钻 孔组合机床设计。ZH1105 柴油机是该集团大批量生产的产品之一，为保证柴油机箱 体三面孔的加工和相应的位置精度,提高生产效率而设计一台三面钻孔的卧式组合机 床。 组合机床是根据工件加工需要，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1。这种机床既具有结构简单、生产率和自动化程度较高等 特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要，它还可以对工件进行 多面、多主轴同时加工。组合机床应尽可能选用标准件，降低制造成本，同时需考 虑实际生产条件，并从机床的合理性、经济性、工艺性、实用性及对被加工零件的 具体要求出发，确定设计方案。本机床设计吸取了现有机床加工优点，设计布局合 理。满足机体孔系加工质量要求。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，由于自身的基础比较薄弱，从整体上看，国外的 先进水平、与国内用户的要求还存在着一定的差距，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，正朝着综合成套和具备柔 性的方向发展。 组合机床主要用于棱体类零件和复杂的孔面加工，生产率高。加工精度稳定， 研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。因为通用化、系列化、标准化 程度高，通用零部件占 70%-90%,通用件可组织批量生产进行预定或外购。自动化程 度高，劳动强度低。 组合机床的设计，目前基本上有两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 4 情况进行专门设计，这是当前最普遍的做法。其二，随着组合机床在我国机械行业 的广泛使用，广大工人总结自己生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在 其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业在完成一定工艺范围内 组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专能组合机床” 。 这种组合机床不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，可以设计成通用品 种，组织成批生产，然后按被加工零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可 组成加工一定对象的高效率设备。组合机床的发展思路是以提高组合机床加工精度、 组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面， 加强数控技术的应用，提高组合机床产品数控化率；另一方面，进一步发展新型部 件，尤其是多坐标部件，使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品种加工的市场 需求。复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。然而更关键的是现代通信 技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步 提高。在这些方面组合机床装备还有相当大的差距，因此组合机床技术装备高速度、 高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的 发展方向。目前，我国组合机床的研究涉及机床设计研究23、加工工艺45 、加 工质量改进6等，在机床自动化、柔性化等方面的研究与国际发展水平相比还有不 小的差距。 课题由 4 人来进行设计，本人主要进行组合机床的总体设计及左主轴箱设计。 在对组合机床的主轴箱设计之前，需对被加工零件孔的分布情况及所要达到的技术 要求进行具体分析7，如各部件尺寸、材料、形状、硬度及加工精度和表面粗糙度 等内容。充分了解组合机床的特点，通过分析主轴箱的工作原理，进行机床的总体 方案设计。首先是总体方案论证，组合机床总体设计的具体工作是编制“三图一卡” ， 即绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。其 次是部件设计和零件设计，在主轴箱设计时，需要绘制主轴箱原始依据图，选择主 轴箱的规格、型号，选择切削用量8，计算切削功率，确定各轴的结构、排布、配 合关系910，轴的强度、刚度校核等。还需对主轴箱前盖、后盖、箱体及附件的设 计1112。在主轴箱设计中，设计的主要思路是把原有的多道工序的单孔加工改为多 孔同时加工，这样设计主要是为了解决由多次装夹引起的定位误差问题，保证孔的 位置精度。 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 针对 ZH1105 柴油机气缸体，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。组合机床是针对被加工零件的特点及工艺 要求，按工序集中的原则设计的一种高效率专用机床。在设计组合机床时，首先应 根据柴油机气缸体三个面上孔的位置精度、表面粗糙度及其他技术要求，确定被加 工零件是否可以利用组合机床加工以及采用组合机床加工是否合理的问题。如果确 定可以利用组合机床加工，为使加工过程顺利进行，并达到要求的生产率，在分析 被加工零件加工工艺资料的基础上，应考虑影响制定零件工艺方案、机床配置型式、 结构方案等因素，然后进行分析比较，以确定被加工零件在组合机床上合理可行的 加工方法、确定工序间加工余量、选择合适的切削用量、相应的刀具结构、确定机 床配置型式等等。 2.1 总体方案论证 2.1.12.1.1 加工对象工艺性的分析加工对象工艺性的分析 A.被加工零件特点 被加工零件材料是 HT250,硬度 HB190250，共计有 31 个孔需要加工，在本工 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 6 序之前各主要表面、主要孔已加工完毕。 B.本机床的加工内容及加工精度 本道工序：钻左、右及后面共计 31 个孔，由本组合机床完成，具体加工内容及 加工精度如下： a)钻箱体左面：钻 14 个 6.7 的孔，深 18；钻 1 个 10.5 的孔，深 38.5。 b)钻箱体右面：钻 9 个 6.7 的孔，深 18；钻 1 个 8.4 的孔，深 20。 c)钻箱体后面：钻 6 个 10.5 的孔，深 38.5。 C.本次设计技术要求 a)机床布局合理，能满足加工要求，保证加工精度； b)机床应运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整； c)机床尽可能用通用件以便降低制造成本； d)机床各动力部件用电气控制，液压驱动。 2.1.22.1.2 机床总体布局机床总体布局的确定的确定 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，振动小，运动平稳，机床重心较 低，精度高，安装方便，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。 通过以上的比较，针对 ZH1105 柴油机箱体的结构特点和需要被加工的部位考虑 钻孔工序是主要工序内容。为了保证钻孔的加工精度和符合被加工零件的加工特点， 我们选择用卧式组合机床。 2.1.32.1.3 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。 A.定位基准的选择 本机床为工件一次安装，同时对 31 进行加工，其定位基准选择为：机体的底面 定位限制 3 个自由度，侧面定位限制 2 个自由度，端面定位限制 1 个自由度，这种 定位方法的特点是： a)可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得可靠的定位； b)能够同时加工工件三个端面上的孔，既能高度集中工序，又有利于提高三端 面孔的位置精度； c)本定位基准有利于保证柴油机箱体的加工精度，使机床的许多部件实现通用 化，有利于缩短设计制造周期、降低成本。 B.确定夹紧位置 在选择定位基准的同时，要有相应的夹紧位置。确定夹紧位置要考虑两个因素： 一是保证零件夹压后的稳定；二是尽量减少和避免零件夹压后变形。针对 ZH1105 柴 油机气缸体我们采用了液压夹紧，夹紧部位为刚性较好的筋板上，即箱体的上表面， 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 7 以减少箱体夹紧变形误差。 2.1.42.1.4 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。但采用液压滑台的不足之处在于进给量由于载荷的 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 柴油机气缸体，为了提高加工效率，降低生 产成本，所以选用了液压滑台。 2.2 切削用量的确定及刀具选择 2.2.12.2.1 切削用量切削用量选择选择 在被加工的 31 个孔中，都是钻孔加工，所以选择切削用量时仅从钻孔方面考虑， 具体的钻孔切削用量从文献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。钻孔时，降低进给量的 目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头折断，降低切削速度主要是为了提高刀具 寿命8。所有刀具都采用硬质合金。 A.对左面 15 孔的切削用量选择： a)钻孔 114 轴：6.7 孔，h=18mm 加工材料为 HT200 铸铁，由 d612,硬度大于 190250HBS，选择 v=1018m/min,f0.10.18mm/r,取定 v=12.56m/min,f=0.11mm/r,则由文献1P43 的公式， （2- d v n 1000 1） 得： n=100012.56/(6.7)597r/min b)钻孔 15 轴: 10.5 孔，h=38.5mm 加工材料为 HT200 铸铁，由 d612,硬度大于 160200HBS，选择 v=1018m/min,f0.10.18mm/r,取定 v=21.98m/min,f=0.13mm/r,则由文献1P43 的公式， d v n 1000 得： n=100021.98/(10.5)667r/min B.对右侧面上 10 个孔的切削用量的选择： a)钻孔 1624,轴：6.7 孔，h=18mm 加工材料为 HT200 铸铁，由 d612,硬度大于 160200HBS，选择 v=1018m/min,f0.10.18mm/r,取定 v=12.56m/min,f=0.11mm/r,则由文献1P43 的公式， 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 8 d v n 1000 得： n=100012.56/(6.7)597r/min b)钻孔 25 轴：8.4 孔，h=20mm 加工材料为 HT200 铸铁，由 d612,硬度大于 160200HBS，选择 v=1018m/min,f0.10.18mm/r,取定 v=15.7m/min,f=0.13mm/r,则由文献1P43 的 公式， d v n 1000 得： n=100015.7/(8.4)595r/min C.对后面上 6 个孔的切削用量的选择 a)钻孔 2631 轴：10.5 孔，h=38.5mm 加工材料为 HT200 铸铁，由 d612,硬度大于 160200HBS，选择 v=1018m/min,f0.10.18mm/r,取定 v=21.98m/min,f=0.13mm/r,则由文献1P43 的公式， d v n 1000 得： n=100021.98/(10.5)667r/min 2.2.22.2.2 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（或钻头）直径（mm） ； HB-布氏硬度， 得 HB=200。 则根据上述公式可得： A.左面：钻孔 114 轴 6.7： = 6 . 08 . 0 26HBDfF 6 . 08 . 0 20011 . 0 7 . 626N78.715 =20377.6Nmm 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT 6 . 08 . 019 20011 . 0 7 . 610 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 9 =1.25kW D Tv P 9740 7 . 69740 56.12 6 . 20377 钻孔 15 轴 10.5： = 6 . 08 . 0 26HBDfF 6 . 08 . 0 20013 . 0 5 . 1026N14.1282 =11867.76Nmm 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT 6 . 08 . 019 20013 . 0 5 . 1010 =0.81kW 9740 Tv P D 5 . 109740 98.2176.11867 B.右面： 钻孔 1624 轴 6.7： 6 . 08 . 0 26HBDfF N78.715 =20377.6Nmm 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT =1.25kW D Tv P 9740 钻孔 25 轴 8.4： =531.70N 6 . 08 . 0 26HBDfF =1025.71Nmm 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT =0.059kW 9740 Tv P D C.后面： 钻孔 2631 轴 10.5： N 6 . 08 . 0 26HBDfF 14.1282 Nmm 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT 76.11867 =0.81kW D Tv P 9740 2.3 组合机床总体设计 2.3.12.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图 A.被加工零件工序图的作用和内容 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 10 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 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： 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。 B.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 本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。 对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析。在钻孔时，其大孔单边余 量应小于相邻两孔半径之差，以便钻头能通过。 当本工序有特殊要求时必须注明。如精钻孔时，当不允许有退刀痕迹或者允许 有某种形状的刀痕时必须注明。有如薄壁或孔底部壁薄，加工螺纹时螺纹底孔深度 不够及能否钻通等1。 图 2-1 所示为被加工零件工序图。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 11 图 2-1 被加工零件工序图 2.3.22.3.2 加工示意图加工示意图 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。 A.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。 B.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。钻孔时采用刚性连 接，主轴采用长主轴。 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。 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 12 由公式可得： 左面 轴 114 d=13.42mm 取定 d=22 轴 15 d=19.77mm 取定 d=30 右面 轴 1621 d=13.74mm 取定 d=30 后面 轴 2230 d=13.39mm 取定 d=22 轴 31 d=17.43mm 取定 d=30 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。 C.选择接杆、浮动卡头 在钻、扩、铰、锪孔及倒角等加工小孔时，通常都采用接杆（刚性接杆） 。各主 轴的外伸长度和刀具均为定值，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置， 须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完成孔的要求。 为提高加工精度、减少主轴位置误差和主轴振摆对加工精度的影响，在采用长 导向或双导向进行钻孔时，一般孔的位置精度靠夹具保证。为避免主轴与夹具导套 不同而引起的刀杆“别劲”现象影响加工精度，均可采用浮动卡头连接。 所以钻孔一般采用刚性连接。 D.动力部件工作循环及行程的确定 a)工作进给长度 L 工的确定 工作进给长度 L 工，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。 镗孔时，切出长度一般为 510mm；钻孔时，切出长度一般为d+(38)mm。 1 3 当采用复合刀具时,应根据具体情况决定。所以得出以下结果: 左主轴箱：工进长度： =8+12=20mm 工 L 右主轴箱：工进长度： =8+12=20mm 工 L 后主轴箱：工进长度： =6+14=20mm 工 L 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,210mm,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 230mm,230mm,230mm。 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（即前备量）和刀具装 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 13 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（刀具退离夹具导套外端面的距离应大于接杆插入主轴孔内或刀具插入接杆孔 的长度，即后备量） 。因此，动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。图 2-2 为被加工零件的加工示意图。 图 2-2 加工示意图 2.3.32.3.3 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 a)动力箱型号的选择 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 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 （2- 切削 多轴箱 P P 6） 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 14 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： =0.090+0.090+0.041=0.311kW 切削 P 则=0.3659kW 多主轴 P 85. 0 311 . 0 右主轴箱： =40.096+0.059=0.443kW 切削 P 则=0.52kW 多主轴 P 85 . 0 443 . 0 后主轴箱： =0.10043+0.0696=0.3708kW 切削 P 则=0.436kW 多主轴 P 85 . 0 3708 . 0 b)动力滑台型号的选择 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 多轴箱 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 =3876.78+376.39=3006.73N 多主轴箱 F 右主轴箱 =4892.39+531.70=4102.26N 多主轴箱 F 后主轴箱 =3921.91+585.90=3006.73N 多主轴箱 F 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 800mm，滑台及滑座总高为 320mm，允许最大进给力为 20000N；其相 应的侧底座型号为 1CC401。 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 (kW) 电动机转速 (r/min) 输出轴转速 (r/min) 左主轴箱 1TD32-Y100L1-42.21430960 右主轴箱 1TD32-Y100L1-42.21430960 后主轴箱 1TD32-Y100L1-42.21430960 c)配套通用部件的选择 侧底座 1CC401 型号，其高度 H=560mm，宽度 B=900mm，长度 L=1350mm。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 15 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=103，主轴箱最低主轴高度 h1=102.5，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=195，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=755。 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。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 630mm，宽度为 408mm，高 度为 620mm。 D.确定中间底座尺寸 中间底座的顶面安装夹具或输送部件，侧面与侧底座或立柱底座相连接，并通 过端面键或定位销定位。根据机床配置形式不同，中间底座有多种形式，如：双面 卧式组合机床的中间底座，两侧面都安装侧底座；三面卧式组合机床的中间底座为 三面安装侧底座；立式回状工作台式组合机床，除了安装立柱外，还需安装回转工 作台。总之，中间底座的结构，尺寸需根据工件的大小、形状以及组合机床的配置 形式等来确定。因此，中间底座一般按专用部件进行设计，但为了不致使组合机床 的外廓尺寸过分繁多，中间底座的主要尺寸应符合国家标准规定。 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。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，可按文献1P49 公式计算： B=b+2b1 （2- 8） H=h+h1+b1 （2- 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=103） 、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 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 16 要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐 h185-140，本组合机床按 文献1P50 公式 h1=h2+H-(0.5+h3+h4) （2-10） 计算，得： h1=102.5。 b=100,h=125.125,取 b1=100，则求出主轴箱轮廓尺寸： B=b+2b1=100+2100=300 H=h+h1+b1=125.125+102.5+100=327.625 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=408620，后主轴箱轮廓尺寸预定为 BH=6408620 。 2.3.42.3.4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡 A.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Q 的机床生产率。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： =50000/2350=21.28 件/h Q B.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 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 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 17 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 =20mm;4000.104=41.2mm/min 工 L f V nf =210mm =230mm 快进 L 快退 L 钻右面孔 =20mm; 4310.104=44.8mm/min 工 L f V nf =210mm =230mm 快进 L 快退 L 钻后面孔 =20mm; 4440.119=52.8mm/min 工 L f V nf =210mm =230mm 快进 L 快退 L 左面孔 20 0.0650.55min 41.2 f L tt V 机 工进 停 210230 0.1 1.51.688min 5000 k f LL ttt V 快进快退 移辅装卸 0.55 1.6882.238minttt 辅单机 右面孔 20 0.0550.501min 44.8 f L tt V 机 工进 停 210230 0.1 1.51.688min 5000 k f LL ttt V 快进快退 移辅装卸 0.501 1.6882.189minttt 辅单机 后面孔 20 0.0660.445min 52.8 f L tt V 机 工 停 210230 0.1 1.51.688min 5000 k f LL ttt V 快进快退 移辅装卸 0.445 1.6882.133minttt 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 实际生产率: 1 6060 26.81/ 2.238 Qh T 单 件 C.机床负荷率 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 18 a)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。典型的钻、镗、 攻螺纹类组合机床，按其复杂程度确定；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。 b)由文献1的 51 页公式得机床负荷率: （2-14） 1 Q Q 21.28 79.37% 26.81 3 组合机床左主轴箱设计 本人的设计任务是 ZH1105 柴油机气缸体三面钻孔组合机床总体及左主轴箱部分 的设计。左轴箱是组合机床的重要专用部件。它是根据加工示意图和主轴类型设计 的运动的动力部件，其动力来源于通用的动力箱。它与传动箱一起安装在进给滑台 上，可完成钻孔镗孔等加工工序。由总体设计部分可知，我所需要设计的主轴箱轮 廓尺寸为 400400，属于大型通用主轴箱，结构典型，能利用通用的箱体和传动件； 采用标准主轴，借助导向套引导刀具来保证被加工孔的位置精度。 通用主轴箱设计的顺序是：绘制主轴箱设计原始依据图；确定主轴结构、轴径 及齿轮 模数；拟订传动系统；计算主轴、传动轴坐标，绘制坐标检查图；绘制主 轴箱总图，零件图及编制组件明细表1。 3.1 左主轴箱原始依据图的绘制 左主轴箱原始依据图是根据“三图一卡”绘制的。 图 3-1 所示为 ZH1105 柴油机气缸体三面钻镗孔组合机床左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。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 19 图 3-1 原始依据图 注：1.被加工零件编号及名称：ZH1105 柴油机 材料及硬度：HT200 160-200HBS。 2.动力部件 1TD32- I，Y100L1-4，P主=2.2Kw,n=960r/min。 表 3-1 左主轴外伸尺寸及孔的切削用量 轴 号 D/dL 工序内容 n(r/min)v(m/min)f(mm/r) 114 22/15115 钻 6.7 59712.560.11 1530/20115 钻 10.5 59521.980.13 3.2 左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。轴承型式是左主轴部件结 构的主要特征。主轴进行钻削加工，轴向切削力较大，用推力球轴承承受轴向力， 用深沟球轴承承受径向力。又因钻削时轴向力是单向的，因此推力球轴承应安排在 主轴前端，主轴采用滚珠主轴,前支承为推力球轴承、深沟球轴承，后支承滚锥轴承， 主轴进行钻削时，前后支承均为滚锥轴承。 钻孔采用滚珠轴承长主轴是因为长主轴其轴头内孔较长，可增大与刀具尾部连 接的接触面，从而增强刀具与主轴的连接刚度，减少刀具前端下垂。 B.主轴直径和齿轮模数的确定 主轴直径已在总体设计部分初步确定，见 2.3.2。 按同一主轴箱中的模数规格最好不多于两种的原则，用类比法确定齿轮模数， 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 20 也可按公式估算。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1。确定本次设计的模数均为 2.5。 3.3 左主轴箱传动系统的设计与计算 左主轴箱传动设计，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。 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)， 2 11 1 1.5 后盖内传动比允许取至；避免用升速传动。 11 33.5 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)刚性镗孔主轴上的齿轮，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。 3.3.13.3.1 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 X0.000175.000110.000147.232206.000175.000 Y0.00080.000200.420132.620140.420252.391