机械毕业设计（论文）-ZH1105柴油机气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计【全套图纸】

目目 录录 1.前言 .1 1 2.组合机床总体设计 .3 3 2.1 总体方案设计3 3 2.2 切削用量的确定及刀具结构选择4 4 2.2.1 切削用量的选择4 4 2.2.2 切削力、切削扭矩及切屑功率计算5 5 2.2.3 刀具结构选择6 6 2.3 组合机床总体设计三图一卡7 7 2.3.1 被加工零件工序图 7 7 2.3.2 加工示意图8 8 2.3.3 机床联系尺寸图 9 9 2.3.4 机床生产率计算卡 1212 3 左主轴箱设计.1414 3.1 左主轴箱箱体零件设计.1414 3.1.1 箱体的选用.1414 3.2 确定传动轴的位置和齿轮齿数.1414 3.3 齿轮的校核及参数的确定.1717 3.3.1 齿轮的校核.1717 3.4 坐标计算.1919 3.5 主轴等有关零件的设计.2121 3.5.1 主轴直径的选定.2121 3.5.2 主轴结构的选定.2222 3.5.3 传动轴的选定.2222 3.6 主轴箱坐标计算、绘制坐标检查图.2222 3.6.1 计算传动轴坐标.2222 3.6.2 绘制坐标检查图.2323 4.结论 2525 参考文献 2626 致谢 2727 附录 2828 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 1 ZH1105ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计柴油机气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计 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 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计 2 The design of the overall and the Left spindle 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 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 box 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 3 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。 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 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计 4 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解决方案及预期效果 A、解决方案、解决方案： 1）按图纸要求制定真确的工艺方案； 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 5 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、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。 2.1.22.1.2 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， 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 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计 6 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。 2.2 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 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 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 7 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） ； 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 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计 8 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 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 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 9 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 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 2.3.12.3.1 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。 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 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计 10 图图 2-12-1 加工工序图加工工序图 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。 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 M8 2.3.2.C 确定主轴、尺寸、外伸尺寸 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 11 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。 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 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 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 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计 12 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 均选用 1HY40IA 型。台面宽 400mm，台面长 800mm,行程长 400mm，滑台及滑座总高 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 13 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 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 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计 14 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 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 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 15 BH=600400。 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- 1 Q Q 11） 则 1 36.4 81.43% 44.7 Q Q 3 3 左主轴箱设计左主轴箱设计 3.1 左主轴箱箱体零件的设计左主轴箱箱体零件的设计 3.1.1 箱体的选用箱体的选用 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计 16 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确定传动轴的位置和齿轮齿数 1 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/25810rn min/258 10n 11 rn min/2155rn min/2156rn 驱动轴： min/720 0 rn 各主轴总传动比： 79 . 2 258 720 40 i 34 . 3 215 720 50 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 2 轴： 81. 2 80 i18 . 1 28 i 3 轴： 25 . 1 30 i 4 轴： 15 . 1 40 i 7 轴： 25 . 1 30 i14 . 1 73 i 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 17 8 轴： 81 . 2 80 i 9 轴： 15 . 1 90 i 12 轴： 15 . 1 40 i27 . 1 124 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） （4-4） 从 主 主 主 从 z z n u n n （4-5 )1 ( 2 )1 ( 22 um A n n m A z m A z 从 主 从主 ） （4-6） )1 ( 2 )1 ( 22 um Au n n m A z m A z 主 从 主从 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 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。 ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计 18 根据上列计算式可得： 2 )( 1 . 51 5 5 zzm 2 )( 1 . 51 6 6 zzm 88 . 0 5 5 54 z z i 88 . 0 6 6 64 z z i 可得：； ； ； ； 模数为 2.5。24 5 z41 5 z24 6 z415 z 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。 2 )( 95 0 0 zzm 2 )( 24.63 7 7 zzm 81 . 2 0 0 80 z z i18 . 1 7 7 71 z z i 可得： 模数为 3；21 0 z210 z 模数为 2.5。 30 7 z307 z 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 min/215 24 23 30 20 40 21 720 5 rn min/215 24 23 30 20 40 21 720 6 rn min/258 32 25 30 20 40 21 720 10 rn min/258 32 25 30 20 40 21 720 11 rn 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齿轮的校核及参数的确定 3.3.1 齿轮的校核齿轮的校核 8 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）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。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 19 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= 啮合 Z3003. 130iz （2）设计计算）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 1 2 3 1 dH EH t KTZZZ d 12） （4-mmNmmN n P T73840 960 5 . 7 1055 . 9 1055 . 9 66 1 13） 选取材料的接触疲劳极限应力为： MPa H 580 lim 1 MPa H 560 lim 2 选取材料的弯曲疲劳极限应力为： MPa F 230 lim 1 MPa F 230 lim 2 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11 21 NN ZZ， 选取弯曲疲劳寿命系数11 21 NN YY， 选取接触疲劳安全系数，弯曲疲劳安全系数,又。1 min H S4 . 1 min F S0 . 2 st Y 选取=1.3 t K 按下式求许用接触应力和许用弯曲应力： （4-MPaZ S N H H H 5801 1 580 1 min lim 1 1 15） （4-MPaZ S N H H H 5801 1 580 2 min lim 2 2 16） （4- MPaY S Y N F stF F 3281 4 . 1 2230 1 min lim 1 1 17） ZH1105 柴油机气缸盖扩孔专机总体及左主轴箱设计 20 （4-MPaY S Y N F stF F 300 2 min lim 2 2 18） 将有关值代入下式得： （4-19） 3 1 2 2 1 12 d t H EH t TKZZZ d =mm 3 2 03 . 1 103 . 1 1 738403 . 12 580 90 . 0 8 . 1895 . 2 =58.97mm 则： （4-20） sm nd v t /994 . 2 100060 97.5896014 . 3 100060 11 1 （4-21） smsm vZ /87 . 0 / 1