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柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计【三图一卡】【11张图纸-3A0】【优秀】

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柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计【三图一卡】【11张图纸-3A0】【优秀】.rar

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柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计开题报告.doc---(点击预览)

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关键词：: 柴油机缸体三面钻削组合机床总体左主轴箱设计三图一卡

资源描述：

柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计

35页 16000字数+说明书+开题报告+任务书+实习报告+11张CAD图纸

主轴.dwg

主轴箱部装图.dwg

任务书.doc

加工工序图.dwg

加工示意图.dwg

坐标检查图.dwg

摘要.doc

机床尺寸联系图.dwg

柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计开题报告.doc

柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计说明书.doc

毕业实习报告.doc

生产率计算卡.dwg

箱体前盖.dwg

箱体后盖.dwg

箱体补充加工.dwg

说明书封面.docx

课题申报表.doc

齿轮.dwg

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

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

摘要：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：钻孔；组合机床；主轴箱

　　　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[2][3]、加工工艺[4][5] 、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。

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内容简介：: 毕业设计任务书课题：柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计专业机械设计制造及其自动化学生姓名秦飞跃班级 B机制053 学号 0510110310 指导教师黄传锦专业系主任吴祥发放日期 2009年2月26日一、设计内容设计一台钻削柴油机气缸体左面、右面、后面孔系的组合机床，具体进行总体设计和左主轴箱设计。主要内容有：1总体设计1）制定工艺方案，确定机床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；(e) 有关设计计算、校核。2左主轴箱设计(a) 左主轴箱总装图，(b)零件图，(c) 有关计算、校核等。二、设计依据1课题来源：盐城市江动集团；2产品名称：ZH1105型柴油机；3被加工零件：气缸体（附零件图）；4工件材料：HT250；5加工内容：钻左侧面上的14个M8深14螺纹底孔和1个M14深31.5螺纹底孔；钻右侧面上的9个M8深14螺纹底孔和1个M10深15螺纹底孔；钻后侧面上的6个M14深32螺纹底孔；6. 生产纲领：大批大量。三、设计要求1机床应能满足加工要求，保证加工精度；2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； 3机床尽量能用通用件（中间底座可自行设计）以便降低制造成本；4机床各动力部件用电气控制；5设计图样总量：折合成A0幅面在3张以上；工具要求：应用计算机软件绘图；过程要求：装配图需提供手工草图；6毕业设计说明书按照学校规定的格式规范统一编排、打印，字数不少于1万字；7查阅文献资料10篇以上，并有不少于3000汉字的外文资料翻译；8到相关单位进行毕业实习，撰写不少于3000字实习报告；9撰写开题报告。四、毕业设计物化成果的具体内容及要求1、毕业设计成果要求 1）毕业设计说明书 1 份2）被加工零件工序图 1 张3）加工示意图 1 张4）机床联系尺寸图 1 张5）生产率计算卡 1 张6）左主轴箱总装配图 1 张7）左主轴箱体零件补充加工图 1 张8）其它零件图不少于7张2、外文资料翻译（英译中）要求1）外文翻译材料中文字不少于3000字；2）内容必须与毕业设计课题相关；3）所选外文资料应是近10年的文章，并标明文章出处。五、毕业设计进度计划起讫日期工作内容备注2月26日2月28日布置任务 3月1日3月14日调查研究，毕业实习3月15日3月31日方案论证，总体设计4月1日4月14日技术设计（部件设计）4月14日5月14日工作设计（零件设计）5月15日5月31日撰写毕业设计说明书6月1日6月2 日毕业设计预答辩6月3日6月9日修改资料6月10日6月11日评阅材料6月12日6月13日毕业答辩6月14日6月15日材料整理装袋六、主要参考文献：1. 丛凤廷组合机床设计（第二版）M上海：上海科技出版社，19942. 谢家瀛组合机床设计参考手册M北京：机械工业出版社，19943. 大连组合机床研究所组合机床设计（第一分册）M.北京：机械工业出版社，19754. 大连组合机床研究所组合机床设计参考图册M北京：机械工业出版社，19755. 姚永明非标准设备设计M上海：上海交通大学出版社，19996. 金振华组合机床及其调整与使用M北京：机械工业出版社，19907. 东北重型机械学院机床夹具设计手册（第二版）M上海：上海科技出版社， 19888. 刘文剑夹具工程师手册M哈尔滨：黑龙江科技出版社，19879. 杨黎明机床夹具设计手册M北京：国防工业出版社，199610. 吴何畏，王卫兵.钻孔组合机床液压传动和电气控制系统的设计J.2006，（12）： 36-39.11. 张曙.高性能组合机床和高生产率加工中心M上海：上海交通大学出版社，200712. 文立军机床夹具设计手册（第二版）M上海：上海科技出版社，2003七、其他八、专业系审查意见系主任：年月日九、机械工程学院意见院长：年月日5盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计摘要：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：钻孔；组合机床；主轴箱Design of General and Left Headstock of Modular Machine Tool for Drilling Holes on Three-Side of engine cylinder bodyAbstract: 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, scheme feasible and practical.Key word: Drill hole; Modular machine tool; Headstock. 毕业设计开题论证报告专业机械设计制造及其自动化学生姓名秦飞跃班级 B机制053 学号 0510110310 指导教师黄传锦完成日期 2009年3月22日课题名称：柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计一、课题来源、课题研究的主要内容及国内外现状综述1、课题来源：盐城市江淮动力集团2、课题研究的主要内容：本课题设计的组合机床是针对柴油机气缸体钻左侧面上15个孔，钻右侧面上10个孔，钻后盖板钻6个孔，共计31个孔同时加工。3、国内外现状综述：组合机床是以通用部件为基础配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床，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,它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，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，并可用以组成自动生产线。组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米1000毫米，表面粗糙度可低达2.50.63微米；镗孔精度可达IT76级，孔距精度可达0.030.02微米。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。二、本课题拟解决的问题1、组合机床总体设计（1）制定总体方案： 1）加工对象工艺分析2）选择定位基准和加紧部位3）确定机床配置形式4）制定机床总体结构方案（2）确定切削用量及选择刀具：1)选择切削用量；2）计算切削力、切削扭矩及切削功率；3）选择刀具结构。(3) 三图一卡设计：1）绘制被加工零件图2）加工示意图3）机床联系尺寸图4)绘制生产率计算卡2、部件设计（组合机床四轴刚性头设计）组合机床布局合理；结构简单，调整、维修方便；所选通用零、部件均符合规定参数；机床夹具定位合理、夹紧可靠。三、解决方案及预期效果1解决方案(1)组合机床总体设计 1)工艺基面：以柴油机气缸体的已加工侧面作为工艺基面； 2)加工工艺：四轴钻孔攻丝； 3)组合机床配置型式：单工位卧式三面组合机床。2预期效果(1) 组合机床布局合理，结构简单；(2) 所选通用零、部件均符合规定参数；(3) 机床夹具定位合理、夹紧可靠；(4) 调整、维修方便；(5) 生产效率高、操作方便，满足了轴类零件的轴端钻孔攻丝的需要。四、课题进度安排3月1日3月14日毕业实习阶段。毕业实习，查阅资料，到多个公司实践，撰写实习报告。3月15日3月31日开题阶段。提出总体设计方案及草图，填写开题报告。4月1日5月14日设计初稿阶段。完成总体设计图、部件图、零件图。5月15日5月31日中期工作阶段。完善设计图纸，编写毕业设计说明书，中期检查。6月1日6月2日毕业设计预答辩。6月3日6月9日毕业设计整改。图纸修改、设计说明书修改、定稿，材料复查。6月10日6月11日毕业设计材料评阅。6月12日6月13日毕业答辩。6月14日6月15日材料整理装袋。五、指导教师意见签名年月日六、专业系意见签名年月日七、学院意见签名年月日4目目录录1 前言 .12 组合机床总体设计.32.1 总体方案论证 .32.1.1 加工对象工艺性的分析.32.1.2 机床总体布局的确定.32.1.3 定位基准的选择 .42.1.4 滑台型式的选择 .42.2 切削用量的确定及刀具选择 .42.2.1 切削用量选择 .42.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率计算.52.3 组合机床总体设计.72.3.1 被加工零件工序图.72.3.2 加工示意图.82.3.3 机床尺寸联系总图.102.3.4 机床生产率计算卡 .133 组合机床左主轴箱设计 .153.1 左主轴箱原始依据图的绘制 .153.2 左主轴结构型式的选择和动力计算.163.3 左主轴箱传动系统的设计与计算 .163.3.1 根据原始依据图对坐标尺寸的计算 .173.3.2 左主轴箱传动路线的拟订 .173.3.3 传动轴位置及齿轮齿数的确定 .183.4 左主轴箱坐标计算、坐标检查图的绘制 .203.4.1 传动轴的坐标的计算.203.4.2 坐标检查图的绘制.213.5 轴、齿轮、轴承、键的校核.223.5.1 轴的校核.223.5.2 齿轮的校核.233.5.3 轴承的寿命校核.253.5.4 键的强度计算.263.6 左主轴箱前、后盖及箱体设计.263.7 附件的选择.264 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；主轴箱柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 2Design of General and Left Headstock of Modular Machine Tool for Drilling Holes on Three-Side of engine cylinder bodyAbstract: 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, scheme feasible and practical.Key word: Drill hole; Modular machine tool; Headstock.盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 31 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柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 4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 52 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。柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 62.1.22.1.2 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，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盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 7 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-dvn10001）得： n=100012.56/(6.7)597r/minb)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， dvn1000得： n=100021.98/(10.5)667r/minB.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， dvn1000得： n=100012.56/(6.7)597r/minb)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， dvn1000得： n=100015.7/(8.4)595r/minC.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 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 8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， dvn1000得： n=100021.98/(10.5)667r/min2.2.22.2.2 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 . 026HBDfF 2）（2-6 . 08 . 09 . 110HBfDT 3）（2-DTvP97404）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 . 026HBDfF 6 . 08 . 020011. 07 . 626N78.715 =20377.6Nmm6 . 08 . 09 . 110HBfDT 6 . 08 . 01920011. 07 . 610=1.25kWDTvP97407 . 6974056.126 .20377钻孔 15 轴 10.5：=6 . 08 . 026HBDfF 6 . 08 . 020013. 05 .1026N14.1282 =11867.76Nmm6 . 08 . 09 . 110HBfDT 6 . 08 . 01920013. 05 .1010=0.81kW9740TvPD5 .10974098.2176.11867B.右面：钻孔 1624 轴 6.7：6 . 08 . 026HBDfF N78.715盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 9=20377.6Nmm6 . 08 . 09 . 110HBfDT =1.25kWDTvP9740钻孔 25 轴 8.4：=531.70N6 . 08 . 026HBDfF =1025.71Nmm6 . 08 . 09 . 110HBfDT =0.059kW9740TvPDC.后面：钻孔 2631 轴 10.5：N6 . 08 . 026HBDfF 14.1282Nmm6 . 08 . 09 . 110HBfDT 76.11867=0.81kWDTvP97402.3 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柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 10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。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、刀具等机床各部件盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 11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（2-410TBd 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 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。13柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 12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Lb)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盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 13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PP6）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P85. 0311. 0右主轴箱： =40.096+0.059=0.443kW切削P则=0.52kW多主轴P85. 0443. 0后主轴箱： =0.10043+0.0696=0.3708kW切削P则=0.436kW多主轴P85. 03708. 0b)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)niFiF1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；其相柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 14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-Y100L1-42.21430960c)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。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盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 15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-ktAQ 11）得： =50000/2350=21.28 件/h QB.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 1Q （2-单TQ60112）式中:生产一个零件所需时间(min)，可按下式计算：单T柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 16 （2-装移快退快进停辅切单ttVLLtVLVLttTkfff221113）式中:分别为刀具第、工作进给长度,单位为 mm;21LL 、分别为刀具第、工作进给量,单位为 mm/min;21ffVV 、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、LL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kfV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 =20mm;4000.104=41.2mm/min 工LfV nf =210mm =230mm 快进L快退L钻右面孔 =20mm; 4310.104=44.8mm/min工LfV nf=210mm =230mm 快进L快退L钻后面孔 =20mm; 4440.119=52.8mm/min工LfV nf=210mm =230mm 快进L快退L左面孔 200.0650.55min41.2fLttV机工进停 2102300.1 1.51.688min5000kfLLtttV快进快退移辅装卸 0.55 1.6882.238minttt辅单机右面孔 200.0550.501min44.8fLttV机工进停 2102300.1 1.51.688min5000kfLLtttV快进快退移辅装卸 0.501 1.6882.189minttt辅单机盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 17后面孔 200.0660.445min52.8fLttV机工停 2102300.1 1.51.688min5000kfLLtttV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: 1606026.81/2.238QhT单件C.机床负荷率a)当时候，机床负荷率为二者之比。1QQ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）1QQ 21.2879.37%26.813 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。柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 18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。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)11422/15115钻 6.759712.560.111530/20115钻 10.559521.980.133.2 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盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 19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，也可按公式估算。据文献1P62 页公式估算：（3-3)3230(znPm 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)，21111.5后盖内传动比允许取至；避免用升速传动。1133.5d)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 4X0.000175.000110.000147.232206.000175.000Y0.00080.000200.420132.620140.420252.391柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 203.3.23.3.2 左主轴箱传动路线左主轴箱传动路线的拟订的拟订左主轴箱有 15 根主轴，这 15 根主轴为：轴 115，传动轴为 1634，油泵轴35 由传动轴 16 带动。具体传动路线见图 3-2。图 3-2 主轴箱传动树形图3.3.33.3.3 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。A.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 0 114 15转速920400640主轴箱总传动比： 0 14000.43920i0 24000.43920i盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 2134000.43920oi46400.70920oiB.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)左主轴箱各轴传动比分配：轴 1 0 5310.5556i5-1210.7827i 轴 2 0 5310.5556i5-2210.7827i轴 3 0 5310.5556i5-3210.7827i 轴 4 0 5310.5556i5-4281.2223ib)确定中间传动轴的位置并配对各对齿轮传动轴转速的计算公式：文献1P6165 （3-主从从主nnzzu2）（3-zSmzzmA2)(2从主3）（3-主从从从主zznunn4）（3-从主主主从zznunn5） )1 (2)1 (22umAunnmAzmAz从主从主（3-6）（3-uAunnmAzmAz12)1 (22主从主从7）柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 22式中，啮合齿轮副传动比；u啮合齿轮副齿数和；zS分别为主动和从动齿轮齿数；从主、zz分别为主动和从动齿轮转速，单位为 r/min；从主、nn齿轮啮合中心距，单位为 mm；A齿轮模数，单位为 mm。mC.确定主轴箱内中间传动轴的位置：确定中间传动轴 5 的位置，与传动轴 5 相配对的有主轴 1、2、3、4，与之相配对的齿轮有 Z5/Z1,Z5/Z2,Z5/Z3,Z5/Z4，四对齿轮。通过公式（2-2）及传动比 i5-1=0.78、 i5-2=0.78 、i5-4=0.78、i5-4=0.1.22,取m=2.5，可得到齿轮齿数 Z5=Z5=21 ,Z1=Z2=Z3=27,Z5=28,Z4=23。左主轴箱：13121920396 /min5627nr23121920396 /min5627nr33121920396 /min5627nr43128920620 /min5623nr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，且其所处位置要靠近机床操作者的一侧，并留有扳手作用位置活动空间，所以本主轴箱的手柄设置在紧靠驱动轴 O 的位置，即 5 轴为手柄轴。D.采用 B-ZIR12-2 型叶片液压泵，由轴 2 经一对齿轮传动 312127920563 /min562719nr泵叶片液压泵转速在 400800r/min 范围内，满足要求。3.4 左主轴箱坐标计算、坐标检查图主轴箱坐标计算、坐标检查图的绘制的绘制坐标计算就是根据已知的驱动轴和主轴的位置及传动关系，精确计算各中间传动轴的坐标。其目的是为左主轴箱箱体零件补充加工图提供孔的坐标尺寸，并用于绘制坐标检查图来检查齿轮排列、结构布置是否正确合理。3.4.13.4.1 传动轴的坐标传动轴的坐标的计算的计算计算传动轴坐标时，先算出与主轴有直接传动关系的传动轴坐标，然后计算其它传动轴坐标。根据传动轴的传动形式，传动轴的坐标计算可分为三种类型：与一盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 23轴定距的坐标计算；与两轴定距的坐标计算；与三轴等距的坐标计算。在本主轴箱 1 根传动轴与 1 根油泵轴，传动轴、油泵轴之间可按与一轴定距的坐标计算方法计算，在计算传动轴 5 时采用与三轴等距方法求得。计算公式见文献1P72 （3-8）222111abL222222abL （3-1BAaXX2CAaXX9）（3-10）1BAbYY2CAbYY （3-11）2221()()2()()()()BACAACABACABAYYLYYLXXXXYYYYXX （3-12）2221()()2()()()()CABAACABACABAXXLXYLYYXXYYYYXX传动轴 5 的坐标计算：图 3-3 与三轴等距传动轴坐标计算图 137.232BAaXX 258.768CAaXX 167.8BAbYY27.8CAbYY 2221115983.04Lab2222223514.517Lab2221()()169.6112()()()()BACAACABACABAYYLYYLXXXXYYYYXX2221()()188.9502()()()()CABAACABACABAXXLXYLYYXXYYYYXX理论中心距 05()602m zzA柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 24实际中心距 22()()60.004ABABAXXYY 0.004AAA理实中心距在允差(0.0010.009)mm 范围内，所以此处要使用标准齿轮。表 3-4 主轴箱传动轴坐标计算结果坐标传动轴 5传动轴 6X196.6193.73Y18895101.803.4.23.4.2 坐标检查图坐标检查图的绘制的绘制在坐标计算完成后，绘制坐标及传动关系检查图，用以全面检查传动系统的正确性。坐标检查图的主要内容有：通过齿轮啮合，检查坐标位置是否正确；检查主轴转速及转向；进一步检查各零件间有无干涉现象；检查液压泵、分油器等附加机构的位置是否合适。绘制出的坐标检查图，如图 3-4 所示。图 3-4 左主轴箱坐标检查图3.5 轴、齿轮、轴承、键的校核以轴 16 和其上的轴承进行校核，主动轴 0 上面的齿轮和键进行校核。3.5.13.5.1 轴的校核轴的校核盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 25图 3-5 轴受力图 A.求轴向载荷a)计算齿轮受力齿轮分度圆直径为 2.531=77.5mm （3- mzd13）圆周力 =185.56N （3-dTFt/214）轴向力 =243.39+243.39=486.78N （3-rF15）b)求支反力左右支点水平面的支反力 =191.97N)8656/(561rrFF =294.81N)8656/(862rrFF =73.192N)8656/(56.185561NHF =112.402N)8656/(56.185862NHFc)计算弯矩和扭矩 =73.19256=4098.752Nmm561NHHFM =191.9771=10750.32Nmm7111rrFM =294.8186=25353.66Nmm8622rrFM =11351.561Nmm （3-2121rHMMM2232.10750561.1135116）d)弯扭合成强度校核截面 O 处计算计算弯矩 0.6=13240.294Nmm （3-22)( TMMHoa22)0724.71906 . 0(561.1135117）截面 O 处计算应力 =13240.294/0.1=1.7675MPa （3-WMoaoa/37018）材料为 40调质,由表 11.2 查得=70MPa，rC11oa柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 26弯扭合成强度满足要求。3.5.23.5.2 齿轮的校核齿轮的校核已选定齿轮采用 45 钢，锻造毛坯，软齿面，齿轮 T 调质 HBS280350，齿轮精度 8 级，轮齿表面粗糙度为 1.6mm。以传动轴 5 及驱动轴 O 上的一对啮合为例进行齿轮的强度校核，大、小齿轮齿数分别为，传动比。556,31ozz5310.5556ozizA.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。B.按齿面接触疲劳强度设计由文献9中公式（6.11）得 (3-19)213112.32EtdHKTZudu其中，，5561.80631ozuz由文献9的表 6.5 得，0.4d由文献9表 6.3 得 =189.8MPa,EZ=11418.478Nmm9201 . 11055. 961T由文献9的图 6.8 选择材料的接触疲劳极限应力为：=560MPa =650MPa1limH2limH由文献9的图 6.9 选择材料的弯曲疲劳极限应力为：=230MPa =210MPalim1Flim2F应力循环次数 N 由文献9的公式（6.3）计算可得 (3-20) 9116060 509 1 300 15 81.099 10hNn jL t 则 99121.099 100.6085 101.806NNu由文献9的图 6.6，查得接触疲劳寿命系数,10.9H NK20.95HNK由文献9的图 6.7，查得弯曲疲劳寿命系数，弯曲疲劳安120.88,0.90FNFNKK全系数,又，试选。1.4FS 0 . 2STY1.5tK 许用接触应力：盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 27=504MPa (3-21)9 . 0156021lim1HNHHHKS=617.5MPa95. 0165022lim2HNHHHKS (3-22) 3232115 .6178 .189806. 11806. 14 . 0478.114185 . 132. 2132. 2HEdtZuuKTd =77.23mmm/s 71. 310006092023.77100060111ndvtm/s=1.115m/s100718. 3311001vzo查文献9的图 6.10 得；查文献9的表 6.2 得；查文献9的表0 . 1Kv1.5AK 6.13 得，1.02K1.5 1.0 1.021.53AKK KvK修正mm (3-23) 81.775 . 153. 13 .773311ttKKddmm=2.507mm3181.771ozdm按标准取模数=2.5mm，与前面选定的模数相同，所以=2.5mm 符合要求。mmC.校核齿根弯曲疲劳强度由文献9的图 6.7 查得弯曲疲劳寿命系数，弯曲疲劳安120.88,0.90FNFNKK全系数,又。1.4FS 0 . 2STYMPa (3-24)14.2894 . 1/230288. 0/1lim11FFSTFNFSYKMPa2704 . 1/2100 . 29 . 0/1lim22FFSTFNFSYK由文献9的表 6-4 查得，， 76. 21FaY53. 22FaY56. 11SaY62. 12SaY由文献9的公式（6.12）校核两齿轮的弯曲强度MPa (3-25)56. 176. 25 . 2314 . 0478.1141853. 122323211SaFaodFYYmzKT=25.051F柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 28MPa=26.01MPa (3-26)56. 162. 105.251212SaSaFFYY2F所以齿轮完全达到要求。其余齿轮均用此方法进行校核，其结果均符合要求。3.5.33.5.3 轴承的寿命校核轴承的寿命校核a)确定 30205 轴承的主要性能参数查文献10表 18-4 得: =32.2KN =37KN e=0.37 Y=1.65 .12rCorCb)计算派生轴向力 1sF2sFN N N93.681rF36.322rF48.481aeFN N54.216 . 1293.68211YFFrs1125.106 . 1236.32222YFFrsc)计算轴向负荷 1aF2aF02.50348.48154.211aesFF2sF故轴承二被“压紧” ，轴承一被“放松”得=503.02N =10.1125NaesaFFF1221saFFd)确定系数 1X2X1Y2Y 1110.11250.14768.93arFeF22503.0215.5432.36arFeF查参考文献9表 8-10 11X 10Y 20.4X 20.4cot1.8Ye)计算当量动负荷 1P2P (3-27)1111168.93raPX FY FN 222220.4 32.36 1.8 503.02918.38raPX FY FNf)计算轴承寿命 hL查参考文献9表 8-7、8-8 得又知1.5pf 11f 10/3716667166671 32200()()1.89 10300002501.5 918.38tnpf cLhnf P所以该轴承合适。盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 293.5.43.5.4 键的强度计算键的强度计算校核主轴上的键 B8 22，键的受力如图 3-6 所示，该键的主要失效形式为工作面的压溃，按工作面上的挤压力进行强度校核计算。图 3-6 键受力图 (3-28)2pTdkl式中: T传递的转距，单位 Nmm； 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； l键的工作长度，单位为 mm。A 型键 l=L-b。 =13.07MPa (3-29)225 . 2200724.719022dklTP查文献9表 12.1 中选取MPa324P 100ppp所以键的强度符合要求。3.6 左主轴箱前、后盖及箱体设计多轴箱设计中，大多数零件是参照同类通用零件图，结合专用要求设计绘图的。对于齿轮，专用轴等零件，应设计零件图，对于多轴箱体类通用件，多轴箱体，前盖，后盖等通用零件，应根据多轴箱总图要求，绘制出需要补充加工的部位，通常习惯用粗实线画出补充加工部位的结构，其尺寸，形位公差，表面粗糙度等需按机械制图国际规定格式标记；通用铸件的原有部分的轮廓等一律用细实线表示。箱体的补充加工图坐标是由轴的坐标决定的，由于箱体的补充加工是由轴的位置确定而进行加工的，其直径是由轴上所安装轴承和轴承套的的外径所决定的。在加工箱体时要注意以下问题：由于箱体上孔的特殊性、孔要求较高，为了保证孔的同轴度和平行度，所以要在一次定位中加工。3.7 附件的选择A.润滑系统的设计润滑系统的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 30在设计润滑系统时，应对机械设备各部分的润滑要求作全面的分析，确定所使用润滑剂的品种，尽量减少润滑剂和润滑装置的类别在保证主要总值件的良好润滑条件下，综合考虑其他润滑点的润滑，要保证润滑质量应使润滑系统既满足设备运转中对润滑的需要，又应与设备的工况条件和使用环境相适应，以免产生不适当的摩擦、温度、噪声及过早的失效。我们设计的是钻床主轴箱，主轴、传动轴、轴承和齿轮的润滑采用机械油；由装在主轴箱内的润滑油泵供油，经分油器和油管分别将油送入主要啮合区润滑，并且用油盘淋油的方法全面润滑

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