机械毕业设计（论文）-ZH1105柴油机气缸盖扩孔专机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 1 目目 录录 1 前言.1 2 组合机床总体设计.3 2.1 总体方案设计.。3 2.1.1 加工对象工艺性分析.3 2.1.2 机床配置型式的选择.3 2.1.3 定位基准的选择.4 2.2 切削用量的确定及刀具结构的选择.4 2.2.1 切削用量的选择.4 2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率的计算.5 2.2.3 刀具结构选择.7 2.3 组合机床总体设计三图一卡.7 2.3.1 被加工零件示意图.7 2.3.2 加工示意图.8 2.3.3 机床联系尺寸图.9 2.3.4 机床生产率计算卡.12 3 组合机床右主轴箱设计.14 3.1 概述.14 3.1.1 零件工艺性分析.14 3.1.2 右主轴箱设计的基本要求.14 3.2 主轴箱设计的原始依据.14 3.3 主轴箱型式与直径的决定和主轴箱所需动力计算.15 3.4 传动系统的动力计算.15 3.4.1 传动系统设计的基本要求.15 3.4.2 主轴分布类型及传动系统设计方案.15 3.4.3 主轴箱的润滑和手柄轴的设置.17 3.5 主轴箱坐标计算.18 3.5.1 主轴箱坐标原点的确定及坐标计算.18 3.6 右主轴箱各零件的确定.19 4 结论.20 参考文献.21 致 谢.22 附 录.23 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及右主轴箱设计 2 ZH1105ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及右主轴箱设计柴油机气缸盖扩孔专机总体及右主轴箱设计 摘要：摘要：本课题设计了 ZH1105 柴油机汽缸盖扩孔专机，主要对其总体及右主轴箱进 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。右主轴箱部分的设计是通过对 ZH1105 柴油机进行了工艺分析，根据“三图一卡”的计算结果并参考“组合机床设 计手册”确定箱体内部齿轮的传动比，决定各轴位置最后绘制装配图及其零件图。 本机床设计合理，符合实际应用，满足加工要求，且尽可能多地采用了通用件和标 准件，制造成本合理，设备维修方便。大大提高了生产效率，降低了劳动强度，从 而降低了零件的加工成本。 关键词： 组合机床 ；扩孔 ；右主轴箱 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 3 The design of the overall and the right spinale box for cylinder head of ZH1105 diesel engine Abstract: This topic designed ZH1105 diesel engine cylinder cover to drill out the special plane, mainly carried on the design to its overall and the right spinale box. 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. The right spinale box part design was through has carried on the craft analysis to ZH1105 diesel engine, According to “a three chart card” the computed result and refers to “the aggregate machine-tool design handbook” the determination box body interior gear velocity ratio. According to computed result plan right spinale box assembly drawing and main detail drawing. This engine bed design is reasonable, conforms to the practical application, satisfies the processing request, also many has used the standard part and the standard letter as far as possible, the production cost is reasonable, the equipment service is convenient. Enhanced the production efficiency greatly, reduced the labor intensity, thus reduced the components processing cost. Key word: Special machine-tool; Milling; The right spinale box ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及右主轴箱设计 4 1 前言 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 的专用机床称为组合机床。由于组合机床采用多轴、多刀、多面或多工位同时加工 的方法，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已标准化和系列化， 可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效 率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用来组成自动生产线。组合机 床对多孔钻削加工具有较大的优势，它按孔的坐标分布位置实行一次加工，保证了 孔的坐标位置尺寸精度1。这也是本次设计的目的所在，设计这台组合机床，就是 为了在保证加工精度的基础上，提高生产效率。 对于基本的组合机床设计，目前有两种主要的方式：第一，是根据具体加工对 象的特征进行专门设计，这是当前最普遍的做法。第二，随着组合机床在我国机械 行业的广泛使用，广大工人和技术人员总结出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 定工艺范围内的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， 而是设计成通用品种，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。 本次设计的课题是 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及右主轴箱设计。该课 题来源于江淮动力集团。该集团生产的 S195 柴油机连杆、ZH1105 柴油机气缸体销 路十分走俏，市场需求量大，畅销国内外市场。现在该集团迫切需要改善现有的生 产条件，进行提高生产率、改善产品质量方面的技术改造，使产品的合格率上升， 增加产量，适应市场竞争的需要，提高经济效益。 本设计主要针对原有的 ZH1105 气缸盖上左、右两个面上的进气孔、排气孔、 油泵孔多工序加工、生产率低、位置精度误差大的问题而设计的，从而保证孔的位 置精度、提高生产效率，降低工人劳动强度。本人的设计分工是总体设计和右主轴 箱部分的设计，夹具部分的设计由同组其他同学担任。在设计组合机床过程中，组 合机床右主轴箱的设计是整个组合机床设计工作的重要部分之一。虽然本次右主轴 箱体内主轴和传动轴的数量不多，使设计工作量减少，设计周期缩短，但在整个设 计过程中，在保证加工精度的前提下，如何综合考虑生产率、经济性和劳动条件等 因素，还有一定的难度。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 5 本说明书以设计卧式双面扩孔组合机床为主线，阐述了总体设计和右主轴箱设 计的过程。在总体设计中，首先是被加工零件的工艺分析，然后是总体方案的论证， 在比较了许多方案之后，结合本道工序加工的特点最终选择卧式双面组合机床的配 置型式。再结合本道工序的特点选择刀具。根据选择的切削用量，计算刀具的切削 力、切削扭矩、切削功率等，再确定刀具的大小和型式。在确定这些设计计算后， 然后是绘制组合机床的“三图一卡”被加工零件工序图、加工示意图、机床联系 尺寸图和生产率计算卡。在第 3 章中，主要介绍了右主轴箱的设计。主轴箱设计是 组合机床设计中的一个重要的组成部分。主轴箱设计时，首先确定动力轴和输出轴 的传动比，然后选择转动方案，估算载荷大小，选择轴和齿轮的具体数据，再统筹 安排各轴分布，润滑系统等等，最终完成主轴箱的零部件设计。最后根据计算结果 绘制箱体装配图和主要的零件图。 历经数月的毕业设计，我边学边做。掌握的很多以前不重视的知识。收获很大。 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及右主轴箱设计 6 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，及其刀具，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。 2.1.12.1.1 加工对象工艺性的分析加工对象工艺性的分析 A. 本机床被加工零件特点 该加工零件为气缸盖。材料 HT250，其硬度为 HB179255，在本工序之前各主 要表面、主要孔已加工完毕。 B. 本机床被加工零件的加工工序及加工精度 本道工序：扩左面、右面的孔，由本设备“ZH1105 气缸盖扩孔专机”完成，因 此，本设备的主要功能是完成柴油机气缸盖左、右两个面上进气孔、排气孔、油泵 孔的加工。具体加工内容是： 扩图纸上 39 至 37，16 孔至 15，45 孔至 43，倒 39 孔口角为 44.4， 45 孔口角为 51，并扩 29.5 孔至 29.2，扩 24.4 孔至 23.6，12 孔至 11.6 C. 本次设计技术要求 a 机床应能满足加工要求，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（中间底座可自行设计）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 机床配置型式的选择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， 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 7 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。 2.1.32.1.3 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。 2.22.2 切削用量的确定及刀具结构选择 2.2.12.2.1 切削用量切削用量的选择的选择 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 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及右主轴箱设计 8 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/min b15 孔、37 孔 选择 v=30m/s，f=0.30mm/r，n=258.2r/min， Vf=77.7mm/min c51 孔 选择 v=30m/s，f=0.415mm/r，n=187r/min， Vf=77.7mm/min d44.4 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/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计算计算 根据组合机床设计简明手册P134 表 6-20 中公式 (2-1)0.6 /FT D (2-2) 0.830.680.790.6 80.6 p TDfaHB (2-3) 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） ； 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 9 HB布氏硬度，在本设计中，)( 3 1 minmaxmax HBHBHBHB ， ，得 HB=230。 max 255HB min 179HB 由以上公式可得： 37 孔 0.830.680.790.6 80.6 370.301523066438.4TN mm 0.6 /1074.14FT DN 1.761 9740 Tv PKW D 15 孔 0.830.680.790.6 80.6 150.37.523013553TN mm 0.6 /542.12FT DN 1.06 9740 Tv PKW D 43 孔 0.830.680.790.6 80.6 430.35523083561.6TN mm 0.6 /1165.98FT DN 1.91 9740 Tv PKW D 29.2 孔 0.830.680.790.6 80.6 29.20.2523040799.6TN mm 0.6 /838.3FT DN 1.37 9740 Tv PKW D 23.6 孔 0.830.680.790.6 80.6 23.60.3523045603TN mm 0.6 /1159.4FT DN 2.27 9740 Tv PKW D 11.6 孔 0.830.680.790.6 80.6 11.60.20.82304464.6TN mm 0.6 /823.63FT DN 0.45 9740 Tv PKW D 20 孔钻 1.90.80.61.90.80.6 1010 2005TDfHBN mm 0.80.60.80.6 2626 20 0.1372552756FDfHBN ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及右主轴箱设计 10 1.58 4740 Tv PKW D 44.4 孔倒角 0.830.680.790.6 80.6 44.40.3612.723053712.86TN mm 0.6 /725.8FT DN 1.19 9740 Tv PKW D 51 孔倒角 0.830.680.790.6 80.6 510.415323072530.8TN mm 0.6 /853.3FT DN 1.4 9740 Tv PKW D 2.2.32.2.3 刀具刀具结构选择结构选择 组合机床上根据工艺要求与加工精度的不同，经常采用的刀具有：一般刀具、 复合刀具以及特种刀具等。刀具设计对机床整个工艺方案的拟订有很大的影响。 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。 2.32.3 组合机床总体设计三图一卡 2.3.12.3.1 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。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 11 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 2.3.22.3.2 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。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. 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。 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 M8 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及右主轴箱设计 12 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) 4 10dBT 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 mm 2 轴：d = 7.3(105.1108)1/4 = 34.6 mm 3 轴：d = 7.3(104.9691)1/4 = 34.5 mm 4 轴：d = 7.3(104.6462)1/4 = 33.9 mm 5 轴：d = 7.3(103.599)1/4 = 31.8 mm 6 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， 1 /38/26D d 1 /50/36D d L=115mm，接杆莫氏圆锥号为 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 L1 L 2 L Lx 左主轴箱 5781075 右主轴箱 23.84.2735 b 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 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 13 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。 2.3.32.3.3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图 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 10.73 2 1.330.79 1.44 5.58 0.9 P Pkw 左 右主轴箱 20.460.91 0.740.830.98 5.29 0.9 P Pkw 右 各主轴箱进给力由上面计算得 左主轴箱 10385FN 左 右主轴箱 4253FN 左 进给速度 1 258 0.3077.7/minVn fmm 左 55 477 0.13765.4/minVn fmm 右 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 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及右主轴箱设计 14 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 切削 P 明手册P47 页公式 （2- 切削 多轴箱 P P 5） 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，又主轴数量较少、传动简单，故取 。0.9 左主轴箱： 5.02PKw 切削 则 5.02 5.58 0.9 PKw 多轴箱 右主轴箱： 2.91PKw 切削 则 2.91 3.23 0.9 PKw 多轴箱 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-47.51440720 c 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 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 15 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mmh15 2 mmh130 1 ，侧底座高度，夹具底座高度，中间底座高度mmh320 3 mmh560 4 mmh380 5 ，综合以上因素，该组合机床装料高度取 H=960。mmh560 6 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 1 h 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- 1 2bbB 6） （2- 11 bhhH 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（） ； 1 b h工件在高度方向相距最远的两孔距离（） ； 最低主轴高度（） 。 1 h 其中，还与工件最低孔位置（） 、机床装料高度（H=960） 、滑台 1 hmmh15 2 滑座总高（） 、侧底座高度（） 、滑座与侧底座之间的调整垫mmh320 3 mmh560 4 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mmh5 7 1 h 衬套处泄漏箱外，通常推荐，本组合机床按式mmh14085 1 （2-8）)5 . 0( 47321 hhhHhh 计算，得： 。 1 164.5hmm ,取，则求出主轴箱轮廓尺寸：250,42.5bmm hmmmmb100 1 1 22502 100450Bbbmm 11 42.5 164.5 100307Hhhbmm ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及右主轴箱设计 16 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=500400。 2.3.42.3.4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡 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） k t N Q 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。 k t3570 k th 则 130000 36.4/ 3570 k N Qh t 件 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） 单 T Q 60 1 式中，生产一个零件所需时间（min） 。 单 T 则 1 6060 44.7/ 1.343 Qh T 单 件 C. 机床负荷率 机床负荷率为理性乡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- 1 Q Q 11） 则 1 36.4 81.43% 44.7 Q Q 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 17 3 3 组合机床右主轴箱设计 3.13.1 概述 3.1.13.1.1 零件的工艺性分析零件的工艺性分析 主轴是组合机床的重要组成部分，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而 专门设计的。它是用于实现被加工零件的准确加工、成型。 本次毕业设计是设计在 ZH1105 气缸盖进行钻扩加工所用的主轴箱。ZH1105 柴 油机气缸盖材料为 HT250，其硬度为 HB179255。本道工序左面孔 15 和 43 孔 同轴度要求 0.12mm，孔 15 和 37 孔同轴度要求 0.12mm；右面孔 29.2 和 11.6 孔同轴度要求 0.08mm。 3.1.23.1.2 右主轴箱设计的基本要求右主轴箱设计的基本要求 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及右主轴箱设计 18 A. 保证工件的加工精度 保证工件的正确加工精度是主轴箱设计的最基本要求。其关键在于，正确地确 定定位方案、传动方案和刀具导向方式，合理地设计箱体的尺寸、公差和技术要求， 必要时应进行误差的分析和计算。 B. 提高生产效率、减低制造成本 主轴箱设计的总体方案应与生产纲领相适应。在大批量生产时，应尽量采用各 种快速、高效的结构、自动装置和先进的控制方法，以缩短辅助时间，提高生产率； 在中心生产中，则要求在满足功能的前提下，尽量使结构简单，容易加工，以降低 箱体的制造成本。 C.操作方便、省力和安全 箱体的操作要尽量做到简单方便，设置手柄轴、润滑系统，尽可能使要求的 转速和切削型式以完善被加工品的精度和质量。并可较好地设计轴径。齿轮传动的 相关数据，严格的校核验证，以确保使用安全。 D. 有良好的结构工艺性 主轴箱的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修，应尽可能选用标 准元件和标准结构。 主轴箱设计是一种相互关联的工作，通常是在参阅有关资料的情况下，按加工 要求构思出设计方案，绘制出图样，经修改后确定主轴箱的结构。 3.23.2 主轴箱设计的原始依据 “大家都明白，不论做什么事。不明白那件事的情形，它的性质。它和它以外 的事情的关联，就不知道那件事的规律，就不能做好那件事。 ”主轴箱设计也是这 样，设计者除了要熟悉主轴箱本体的设计规律外，还必须熟悉主轴箱于机床其他部 分和被加工零件的的关系，尤其要了解被加工零件的工艺要求。因此三图一卡对主 轴箱设计的作用是相当重要的，也是主轴箱设计的依据。 3.33.3 主轴的型式与直径的决定和主轴箱所需动力的计算 主轴的型式和直径，主要取决于刀具的进给抗力和切削扭矩或主轴-刀具系统 结构上的需要。通常，钻孔时采用前支承的主轴。 选定直径时，首先要根据切削用量。查“组合机床切削力及功率计算图” （见 组合机床手册第五章组合机床主轴箱 表 5-10） 。 主轴箱的所需的动力于两项：一项是主运动系统所需的动力，也就是主轴箱所 需的功率，它等于切削功率、空转功率和与负载成正比的功率损失之合;另一项是 进给力。 3.43.4 传动系统的设计计算 传动系统的设计是主轴箱、特别是大型标准主轴箱设计中最关键的一环，所谓 传动系统的设计，就是通过一定的传动链，按要求把动力从动力部件传递到主轴上 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 19 去。同时满足主轴箱其他结构的传动的要求。 一般来说，同一个主轴箱的传动系统，可以设计出几中方案来。因此，设计时 必须对各种传动方案进行分析比较，从中选出最佳方案。因此传动系统设计的好于 不好，将直接影响主轴的质量、通用化程度、设计和制造工作量的大小，以及高低 等等。下面就讨论一下主轴箱传动系统的设计 3.4.13.4.1 传动系统设计的一般要求传动系统设计的一般要求 1.在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的要求下。力求使传动轴和齿轮为最 少。应尽量用一根传动轴带动多根主轴；当齿轮啮合中心距不符合标准时，可使用 齿轮变位方案来凑中心距； 2.在保证足够强度的前提下，主轴传动轴和齿轮的规格要尽量少，以减少各类 零件的品种； 3.通常避免通过主轴带动主轴，负责将增加主轴的负荷； 4.最佳传动比为 1-1.5，但允许采用到 3-3.5； 5.粗加工主轴上的齿轮，应尽可能靠近前支承。以减少主轴的扭转变形； 6.刚性镗削主轴上的齿轮，其分度圆直径要尽量被加工孔的直径，以减少震动， 提高传动的平稳性； 7.尽可能避免升速传动，必要的升速最好放在传动链的最末 1、2 级，以减少 功率损失。 3.4.23.4.2 主轴分布类型及传动系统设计方案主轴分布类型及传动系统设计方案 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： min/3271rn min/4772 10n rn 驱动轴： min/720 0 rn 各主轴总传动比： 2 . 2 327 720 10 i 51 . 1 477 720 20 i 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： 34 . 1 10 i ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及右主轴箱设计 20 2 轴： 81 . 2 40 i18 . 1 24 i 3 轴： 25 . 1 30 i 4 轴： 15 . 1 43 i 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： 从 主 主 从 n n z z u （4-1） z S m zz m A 2 )( 2 从主 （4-2） 主 从 从从主 z z nunn （4-3） 从 主 主 主 从 z z n u n n （4-4） )1 ( 2 )1 ( 22 um A n n m A z m A z 从 主 从主 （4-5） )1 ( 2 )1 ( 22 um Au n n m A z m A z 主 从 主从 （4-6） 式中： 啮合齿轮副传动比；u 啮合齿轮副齿数和； z S 分别为主动和从动齿轮齿数； 从主、z z 分别为主动和从动齿轮转速，单位为 r/min； 从主、n n 齿轮啮合中心距，单位为 mm；A 齿轮模数，单位为 mm。m 1）确定传动轴与主轴啮合的齿轮 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 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 21 动轴和主轴的齿轮啮合中心距。 根据上列计算式 可得：； ； ； ； 模数为 2.5。21 0 z44 1 z37 2 z 28,364 z 主轴的分布类型有很多种：直线型、圆周型等等。但通常采用的经济而又有效 的传动是：一根传动轴带动多根主轴。因此，跟据三图一卡上的计算说明。我们选 择了横向排列要大致分布我们的轴承。由于动力轴的输出转速为 720n/min。两跟输 出轴的转速分别是 327 n/min 和 477 n/min。为了把动力轴的转速降到要求的速度。 我们通过查机械设计简明手册上发动机功率及其其他配套标准设置。我们可以 查得：动力轴距离主轴箱支撑脚底面的距离为 159.5mm 。而两输出轴的距离也可以 从三图一卡中的“尺寸联系总图”中查得为 312.97mm 。通过计算比较。查组合 机床设计手册第 5 章组合机床主轴箱 P611，我们可以查出各轴上齿轮的齿数-模 数比。1 号轴为 44/2.4 。2 号轴为 37/2.5 。3 号轴为 36/3 和 21/2.5 。4 号轴为 36/3 和 36/2 ，0 轴上的齿轮为 21/3 。具体数据信息见 ZH1105 右主轴箱装配图。 3.4.33.4.3 主轴箱的润滑和手柄轴的设置主轴箱的润滑和手柄轴的设置 a.润滑。 大型标准主轴箱采用叶片润滑油泵。打出的油进过分油器分向个润滑部分。对 于卧式标准主轴箱，主轴箱体前后壁的齿轮和壁上的轴承用油盘润滑，箱体和后盖 以及和前盖间的齿轮用油管润滑。 此外，当动力不见导轨自动润滑时，尚需分油器的径向分油口向导轨润滑装置 引润滑管。 在我们这种情况下我们用一个叶片就可以了。使用其转速为 400-800n/min 。 安装在靠近油池的地方。方便打油。对于我们前盖易于打开的主轴箱我们就不设置 专供拆修油泵用的油泵盖。 b手柄轴的设置 组合机床上一般都有较多的刀具，为了便于更换和调整刀具。或者是装配和维 修时检查主轴精度，一般每个主轴箱都要设置一个手柄轴。 为了扳动起来轻便。我们的手柄轴的转速要尽可能的高些，并且是便于下扳手 的地方所以我们把手柄轴设置在 3 号轴上。 C传动轴直径的确定和齿轮强度的验算 在设计主轴箱传动系统时。往往会凑齿轮的啮合中心距，或由于受空间限制， 根据可能，初步的选定轴经和齿轮的模数和齿数。然后我们还要做一定的计算验证。 对传动轴来说就是把轴看成受纯扭矩作用，不考虑弯矩影响，而采用较低的材 料许用应力的