汽车主轴箱及控制系统设计-职业学院毕业设计论文1

大连交通大学本科毕业设计（论文） 1 摘摘要要 本课题是对组合机床在主轴箱和电气控制系统进行设计。 在这篇论文里详细描述了 是怎样设计和为什么这样设计。整个设计过程可以分为如下五个部分： （1）制定加工工艺方案。制定加工工艺方案先确定定位基准面，并大体分析整个 加工 过程，根据工件尺寸和表面粗糙，确定加工余量和切削用量。 （2）组合机床总体设计。组合机床总体设计就是根据加工方案确定机床各部件间 的相互关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量及机床生产率和绘制机床的总 联系尺寸图及加工示意图。 （3）组合机床主轴箱的设计。主轴箱设计就是详细说明了主轴和各传动轴直径、 转速、齿轮齿数、扭矩等参数的由来。还科学的论证了各轴之间的位置关系以及配合附 属部件的排放位置。 （4）液压系统设计。在这里要详细说明了加工过程，设计液压控制控制元件的动 作顺序和原理。 （5）电气控制系统设计。电气控制系统设计主要是设计组合机床控制系统的 PLC 梯形图，输入，输出端子图和电源主电路图。 关键词：主轴箱切削用量主轴液压 位置关系 大连交通大学本科毕业设计（论文） 2 ABSTRACT This lesson is mainly about the designing process of combined machine tool headstock and its control system. This thesis mostly intends to tell how and why to design in detail .The whole process can be marked as five parts as follows: Part. IFraming a scheme about tectonics .To frame such a scheme is fixed the datum plan for process and analyzer the course of all tectonics in advance, referring the blueprint for the technical demands and dimension of the workpiece , then the cutting dosage, the machining remaining should be gotten. Part. IIDesigning the combined machine tool as a whole. Designing the combined machine tool wholly is choosing the general parts and the oriented parts of reamers , working out the cutting dosage and the combined machine tool productivity and protract the blueprint about the contract dimensions and the machining sketch map and so on. Part.III The designing of the headstock .In this part the most thing is to expatiate the source of the parameter(for example the diameter and rotate speed of the axes , the number of every gear wheel).And the ubiety of the axes and the location of the adjunctive parts are also is reasoned. Part .IV Design the control system worked with hydraulic pressure .In this chapter it is explained amply that how the units work and the theory. Part .VThe design of the electric-control system .This part is to draw the ladder draft , the draft of the I/O ports and the main circuit diagram. Key words: headstockcutting dosagespindlehydraulic pressureubiety 大连交通大学本科毕业设计（论文） 3 前前言言 生产的发展是的产品类型变化很快，生产设备的革新也随之变得频繁。如汽车行业 的汽缸体、汽缸盖、变速箱、后桥等零件，采用万能机床已经不能很好地满足要求。而 数控机床不仅生产成本高，而且在单种类零件生产时，许多功能需置造成无形的浪费。 专用机床的创造虽然解决了这个矛盾，专门用于加工一种或一种工件的某特定工序，可 以同时用许多刀具进行切削，机床的辅助时间也实现了自动化，机构相对于万能机床业 简单得多。但是专用机床有一大弱点就是当被加工稍有变动，立刻就用不上了。 在总结生产实践的基础上，创造一种高效率的机床，将专用机床的效率高结构简单 和万能机床适应性强的优势加以强调。这就出现了组合机床。组合机床上的部件可分为 通用部件和专用部件两大类。将机床上带动刀具对工件生产切削运动的部分以及床身、 立柱、工作台等设计制造成通用的独立部件，称为“通用部件” 。根据工件加工需要， 只需将部分专用部件改装就可以组成新工件的机床。从而大大提高了成产革新速度，促 进了技术进步。 本课题的任务就是针对专用部件中的主轴箱及其控制系统进行设计， 以达到零件加 工生产的要求。组成机床设计的设计步骤： （1）指定工艺方案。首先要了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位 夹压情况以及生产率的要求等，再确定在组合机床上完成的工艺内容及其加工方法。这 里要确定的加工工步数，决定刀具的种类和形式。 （2）机床结构方案的分析和确定。根据工艺方案确定机床的型式和总体布局。在 选择机床配置型式时，既要考虑实现工艺方案，保证加工精度、技术要求及生产效率， 又要考虑机床操作、维护、修理是否方便，排屑情况是否良好，还要注意被加工零件的 生产批量，以便使设计的组合机床质量好成本低。 （3）组合机床总体设计。确定机床各部件间的相互关系，选择通用部件和刀具的 导向，计算切削用量及机床生产率。绘制机床的总联系尺寸图及加工示意图等。 （4）组合机床的部件设计。在这里主要是指主轴箱的设计。因为在组合机床中， 主轴箱的设计是加工的关键环节，直接影响其加工流程顺利运行。 （5）组合机床中液压传动控制。液压控制就是采用液压系统实现工件的夹紧、装 卸和工作台进给、调速等工作循环。 （6）组合机床中 PLC 电气控制。包括电气元件的选择和线路的选择法。 大连交通大学本科毕业设计（论文） 4 第一章组合机床工艺方案的确定 组合机床工艺方案的制定是设计组合机床最重要的步骤之一， 也是决定机床是否达 到重量轻、体积小、结构简单、使用方便、效率高、质量好的目标。影响工艺方案选择 的主要因素有：加工的工序和加工精度的要求，被加工零件的特点，工件的生产方式和 使用厂的技术后方能力等。 1.1 工艺及面的分析 在加工前要参考零件图，根据零件的特点和加工工序的特点。选取定位基准面和定 位方法。根据零件图可见，三孔加工必须采用“一面二孔”的定位方法。 1.2 加工工艺的分析 组合机床钻三孔工序是属于深孔钻。钻头采用标准麻花钻。工件是铸铁，可达到 6 级精度，粗糙度为 6.3，位置精度可达到0.20mm。 因为是深孔钻削，为了排屑方便，采用卧式机床加工的方案。因为加工直径为 14mm， 刀具选用螺旋槽角度为 45的钻头。导向采用长导向和双导向装置。 1.3 加工方案的确定 查看零件图，根据图纸要求确定加工工艺流程，加工余量和切削用量。 （一）加工工艺流程确定 参考机械加工工艺设计手册可知零件图中粗糙度 1.6，在重要表面取方案 1。 查工艺设计手册P3 表 14 孔加工方案。因为16 属于1520，取序号 6 即孔加工方案为钻-扩-铰，可达到 89 级精度。表面粗糙度为 3.21.6。 由工艺设计手册表 2-2 可知道钻孔在有钻模时候可达到 13 级经济精度，其公 差值为0.27。 （二）加工余量的确定 参考组合机床设计手册表 2-6。扩孔加工余量为 1.52.0，铰孔加工余量为 0.100.2， 则取扩孔余量为 1.8， 铰孔余量为 0.2。 则钻头直径为 161.80.2=14 （mm） （三）切削用量的确定 查组合机床设计手册P2 表 1-1 高速钢钻头加工铸铁零件的切削用量。待加工孔 径为14，在 1222 范围内。硬度 HB=170220.，在 HB160200 范围附近。查得速度 V=18m/min，S转=0.144mm/r。因为本工序加工孔深为 78+71+20=169mm，孔径14mm。则 孔深是孔径的 12 倍。根据表 2-10 深孔钻削进给量递减表，在（1015）d，取 0.6S转。 取 V=18m/min，S转=0.144mm/r。 1.4 组合机床配置型式的选择 根据加工零件图的位置尺寸 330+0.10等要求和前面数据的计算， 选择本工序的配置型 式。 因为本工序要加工三孔与定位基准面平行，单面钻孔，深孔钻削且需要较大转速和 大连交通大学本科毕业设计（论文） 5 轴向驱动力，所以选用单面卧式组合机床。这类机床可达到的加工精度最高，钻孔采用 固定导向粗加工一般可以达到0.20mm，对精加工的机床取被加工零件公差的 1/3。因 此采用这种类型配置型式完全可以达到加工要求。 大连交通大学本科毕业设计（论文） 6 第二章组合机床的总体设计 组合机床的总体设计， 就是针对具体的被加工零件， 在选定的工艺和结构的基础上， 进行方案图纸设计。这些图纸包括：被加工零件工序图、加工示意图、生产率计算卡片、 机床联系尺寸图等。下面详述这些图纸的设计过程和依据。 2.1 加工零件工序图 2.1.1 加工零件工序图的作用 被加工零件工序图是根据选定的工序方案， 表示出在一台机床上或一条自动线按成 的工艺内容、加工部位的尺寸及精度、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。加工零件工序图是在原有的 工件图基础上，以突出本机床或自动线加工内容，加上必要的说明绘制的。工序图是组 合机床设计的主要依据，也是制造使用时调整机床、检查精度的重要技术文件。 2.1.2 加工零件工序图的内容 本课题中加工零件工序图包括下列内容： 在图上表示出被加工零件的形状。因为涉及到以后布置中间导向，在图中以剖 面图的形式表示出工件内部筋的布置和尺寸，以便检查工件装进夹具是否相碰，以及刀 具通过的可能性。 在图上表示出加工用几面的要求平面 0.05 和夹压的方向及位置， 以便以此进行 夹具的支撑、定位及夹压系统的设计。 在图上表示出加工表面的尺寸14； 粗糙度 12.5； 位置尺寸 700.2、 150.15、 330.15 和 1420.06 及技术条件（包括对上道工序的要求及机床保证的部分） 。 图中还注明被加工零件的名称、材料、硬度。 详情参阅变速器上盖钻三孔加工工序图 2.2 加工示意图 2.2.1 加工示意图的作用 加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体设计中占有重要地位，是 设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同事也是调整机床和刀具的依 据。 加工示意图反映机床的加工过程和加工方法，并决定浮动卡头或接杆的尺寸，刀具 的种类及数量，刀具长度及加工尺寸，主轴尺寸及伸长出长度，主轴、刀具、导向与工 件间的联系尺寸等。根据机床要求的生产率及刀具特点，合理地选择切削用量，决定动 力头的工作循环。加工示意图绘制出了工件加工部位的图形。 2.2.2 加工示意图的编制过程 （一）刀具的选择 在编制加工示意图时，首先要选择刀具。一台机床刀具选择是否合理，将直接影响 大连交通大学本科毕业设计（论文） 7 到机床的加工精度、生产率和工作情况。因为该工序为钻孔，则参考组合机床设计 第四章组合机床刀具及工具。该工序为深孔钻，且直径大于 610mm。待加工工件材料为 灰铸铁，所以并无其他特殊要求。 （二）工序间余量的确定 为了使加工过程能正常进行，保证零件加工中所需要的精度，还必须合理地确定工 序间的余量。 在制定工艺方案划分工序间余量时， 可根据具体情况参考 组合机床设计 表 2-6 中推荐范围选择。因为工件需要再扩孔，且扩孔时候在另一台机床上重新安装， 使得定位误差变大，余量适当加大。 按表 2-6 推荐数值选取结果得出，加工方案为钻-扩-铰，为扩孔留余量为 1.8mm， 铰孔余量为 0.2mm。 （三）导向结构的选择 组合机床上加工孔时，除了刚性主轴加工的方案外，其尺寸和位置精度都是靠夹具 来保证的。下面讲选择导向结构和确定导向的参数和精度的过程： （a）导向类型的选择 因为加工14 孔为小孔径，旋转线速度 18m/min，选用固定式导向，刀具或刀杆在 导套内既转动又移动。 （b）选择导向的数量 导向数量要根据工件的形状、刀具的刚性及工作情况来决定。因为该变速器上盖的 钻三孔工序是深孔多层壁同心孔钻削，所以要选用 2 个导向装置。主轴为非刚性主轴， 必须加中间支承来保证加工精度。 （c）选择导向参数 导向参数要根据导向的形式、工件的形状和加工精度要求及刀具的刚性来决定。导 向参数主要是指导向长度、导向至工件端面的距离、导向的公差配合等 1选择导套直径 图 2-1 大连交通大学本科毕业设计（论文） 8 查组合机床设计P221表 3-4 和表 3-5 及图 3-29，可得：孔径 d1215 范围内， 通用导套直径 D=22mm，D2=30mm。 选用导套长度 因为固定式导向为第一类导向，则导套长度 l1应该取（24）d。因孔深且孔径小， 则选导套长度时前导套 l=35mm，后导套 l1=45mm。 确定导套至工件端面的距离 在钻铸铁时，导套至工件端面的距离 l2d。选前后套到工件端面距离都为 15mm。 确定导套的配合 影响钻孔位置精度的因素很多，其中重要的是导套的配合间隙。参考组合机床设 计P224表 3-6。采用固定式第一类导向时，在钻孔时候其配合情况为： （四）浮动卡头及接杆的选择 为了提高加工精度，减少主轴位置误差和主轴阵摆队加工精度的影响，在采用长导 向或多导向多导向进行镗孔、扩孔或铰孔时，均采浮动卡头链接。在钻孔、扩孔、锪孔、 倒角即铰小孔时，通常都采用接杆在此工序中，因为是钻孔工序则采用接杆。 查组合机床设计图 P571表 4-104 选用模式锥度 2，A 类，D1=30mm，D2=30mm， L2=25mm。 （1）切削用量的确定 按照前面确定的切削用量确定三把刀具的切削用量。 （2）动力头工作循环及其行程的确定 动力头工作进给长度的确定，重点是确定切出长度。查组合机床设计表 2-18， 在钻孔时，其长度为3 1 d+（38） 。选定此长度为 12mm。 详情参阅变速器上盖钻三孔加工示意图 。 2.3 组合机床生产率计算卡片 2.3.1 生产率计算卡片的作用 根据加工示意图所选定的工作循环、工作行程切削用量等，就可以计算机床的生产 率，并编制生产率计算卡片。生产率计算卡片应反映出机床的加工过程和动作时间、切 导向类别工艺方法dDD2 刀具导向部分外 径 刀具 本身 导向 接杆 导向 第一类导向钻孔14 6 7 h H 22 6 7 h H 30 6 7 h H 钻头本身导向 大连交通大学本科毕业设计（论文） 9 削用量以及机床生产率与负荷的关系等。 2.3.2 生产率计算卡片的编制过程 （一）机床生产率的计算 机床理想生产率是指机床在百分之百负荷情况下每小时的生产能力。 这里仅考虑加 工一个工件所需的机动时间（t 机）和辅助时间（t 辅） 。辅助时间是机床空行程（动力 头快进和快退、工作台的回转或移动、电气和液压元件的转换动作等）和工件的装卸、 定位、夹压及清除定位面上切削所需的时间。 机床理想生产率公式可按下列公式计算： Q=60/T 单（件/小时） T单=t机+t辅（分） 式中T单单件工时 t单机床生产动作的时间 t辅机床辅助时间 其中t机= 1 1 S L 分 + 2 2 分S L t辅=t 快+t装卸= 快 快退快进 v LL +t 装卸 式中 L1,L2分别为刀具第一工作进给和第二工作进给的行程长度（mm） L1=98mm，L2=40mm S分1，S分2分别为动力头第一工作进给和第二工作进给的每分进给量 S分1=S 分2=59mm/min L快进，L快退动力头快进和快退的行程长度（mm） L快进=114mm，L快退=323mm v 快动力头快速行程速度，一般在 4.710m/min。 取 v快=4000mm/min t装卸工件装卸、定位、夹紧以及清除定位基面切屑的时间。它取决于工件大 小、装卸方便性及操作人员的熟练程度等。根据对各类机床的统计，一般 取为 0.51.5min，取为 t 装卸=1min。 t机= 59 98 + 59 40 =1.66+0.678=2.338min t 辅= 4000 32371114 +（1.5+0.2+1.0）=0.128+2.7=2.828min T单=t 机+t辅=2.338+2.828=5.166min Q=60/5.166=11.6（件/小时） 由于组合机床工作过程中偶然事故（不可靠性）以及操作人员的自然需要等所需时 间，机床实际肯呢个生产率 Q1要低于机床理想生产率 Q。也就是： 大连交通大学本科毕业设计（论文） 10 Q1=负Q 或者 负= Q Q1 式中负机床负荷率 Q1组合机床实际可能生产率，亦可视为要求的机床生产率。当全年工时 为 2400 小时（按单班制 8 小时） ，则： Q1=年产量/2400（件/小时） Q1=20000/24008.33（件/小时） 从而得负= Q Q1 = 6 .11 33. 8 =72% （二） 机床最大允许负荷率的确定 查表 2-20 机床最大允许负荷率。可查得单面机床最大允许负荷率为 0.90。此方案 负荷率为 72%，比最大允许负荷率 90%略小。尚有进一步提高生产能力的余地。 2.4 机床联系尺寸图 2.4.1 机床联系尺寸图的作用 机床联系尺寸图是决定各部件的轮廓尺寸及相互间联系关系的， 是开展各专用部件 设计和确定机床最大占地面积的指导图纸。 机床联系尺寸图式在被加工零件工序图与加 工示意图绘制之后，根据初步选定的主要通用部件（动力部件及其配套的滑座、床身或 立柱等） ，以及确定的专用部件的结构原理而绘制的。 2.4.2 机床联系尺寸图的绘制过程 （一）机床装料高度的确定 对于一般卧式组合机床、流水线和自动线，装料高度定为 850mm。 （二）中间底座尺寸的确定 参考组合机床通用部件图册确定中间底座长度尺寸（L） ： L=2(L1+L2+ 2 3L )-(l1+l2+l3) 其中 L1工件端面到主轴箱加工终了时的距离尺寸，L1=368mm L2动力头到主轴箱前盖端面的厚度，L2=640mm L3工件夹具体的长度，L3=250mm l1液压滑台长度 l1=500mm l2滑座前端面到床身前端面的距离 l2=60mm l3滑座前端面到床身前端面的距离 l3=100mm 所以可得到 L=2（368+640+ 2 250 ）（500+60+100） =946mm （三）轴箱轮廓尺寸的确定 主轴箱的厚度 标准主轴箱的厚度由主轴箱体、前盖和后盖三层尺寸构成。主轴箱厚度为 180mm。 大连交通大学本科毕业设计（论文） 11 因为该设计中组合机床为卧式机床，其前盖厚为 55mm，后盖采用 90mm。因此，主轴 箱总厚度为 325mm。 主轴箱的高度、宽度和最低主轴高度尺寸 主轴箱高度 H 的确定 H=h+h1+h2 h工件上待加工孔中在高度方向上相隔最远的两孔距离最远的两孔距离 h=0 h1最低主轴中心至主轴箱底平面的距离，即最低主轴高度 h2最上边主轴中心至主轴箱外壁的距离 因为 h 是已知，只要知道 h1和 h2的尺寸，那么主轴箱的高度 H 就可以算出来了。 h1=850+hmin（H15H2H3）0.5 =849.5（H15H2H3）hmin =849.5(5605250)90.4 =125.4mm 主轴箱宽度 B 的确定 B=b1b2 b1最边缘主轴中心到主轴箱外壁的距离； b2工件上要加工的孔中，相隔最远的两孔距离。 同理得出了 b1，b2也就可以得出主轴箱的宽度 B。从而根据 BH 选择合适的尺 寸。 大连交通大学本科毕业设计（论文） 12 第三章 组合机床主轴箱设计 3.1 主轴箱的类型 主轴箱是组合机床的主要组成部件。主轴箱是用于布置（按所要求的坐标位置）机 床工作主轴及其传动零件和相应的附加离垢。通过按一定速度比排布传动齿轮，把动力 从动力部件动力头、动力箱、电动机等，传递给工作主轴，使之获得所要求的转速 和转向等。 3.2 主轴箱的类型 组合机床主轴箱，按其组成和用途分为：大型标准主轴箱、小型标准主轴箱和专用 主轴箱三类。 因为本课题选用大型标准主轴箱。所以对大型标准主轴箱再做分类说明。可分为下 列三种： （a）大型标准钻削类主轴箱。一般用于完成镗孔、钻孔、扩孔、铰孔、倒角等 单一的或混合工序的主轴箱； （b）大型标准攻丝主轴箱； （c）大型标准钻攻复合主轴箱。 因为本课题主轴刚性不高，因为主轴前后支承距离平均只有 150mm 左右。刀具的 悬伸长度为 323mm，支承 150mm。因此采用（a）大型标准钻削类主轴箱。 3.3 主轴箱的类型 大型标准主轴箱主要下列几大类零件组成： （a）箱体类零件。包括主轴箱体、前盖、 后盖、上盖、侧盖等。 （b）通用传动零件。包括主轴、传动轴、六方头手柄轴、传动齿 轮、动力头和电机齿轮等。 （c）轮滑和放油元件。包括标准的叶片轮滑油泵、分油器、 注油杯、排油塞、通用油盘和防油套等。 3.4 传动系统的设计 （一）制定传动方案 1.传动方案初定 因为本课题主轴分布类型由待加工工件零件图可知为等距直线分布。 系统传动方案 为： 将 3 个主轴分成两组（即左边两个主轴为一组，右边单独为一组） 。在左边那组垂 直平分线上放置一根传动轴，再放一根传动轴以带动右边组的那根主轴。然后再用一根 传动轴带动前面的两根传动轴。见图 3-1 所示。 2.分配传动比 本文中加工变速器上端盖，其材料为 HT170220。主轴的总的传动比为 驱 主 n n = 714 409 0.573 根据传动比来进行齿轮排列和传动比的分配。 各对齿轮啮齿的传动比分配情况为： 按照前面的原则初定驱动轴 0 与传动轴 6 之间的传动比为 2.66，传动轴 4、5 与传 动轴 6 之间的传动比为 0.9，传动轴 4、5 与主轴之间传动比为 0.7 大连交通大学本科毕业设计（论文） 13 3.确定齿轮齿数和转数 在这里先用两轴间齿轮啮合中心距公式求出中心距 A= 2 )( 11ZZm = 2 Z m (毫米) 其中，Z1主动齿轮齿数； Z1被动齿轮齿数； Z为齿数和； m模数。根据 m=（3032）3 nZ N 式中，N齿轮传递功率，Z一对 中小齿轮的齿数，n小齿轮的转速。已知主轴转速及驱动轴到主轴间 的传动比 n1=n2=n3=409.5r/min，n 驱=715r/min。 则计算的 m=2 从 主 Z Z = 主 从 n n Z主Z从=2A/m 式中 Z主主动轮的齿数 Z从从动轮的齿数 n主主动轮的转速（r/min） n从从动轮的转速（r/min） A中心距（mm） m模数（mm） 图 3-1 则可得 主轴 1、2、3设主轴 1、2、3 个齿轮齿数为 Z 从=19，传动轴 4、5 上齿轮的齿数 Z主=27， 主轴转速已知 n1=n2=n3=409r/min 传动轴 4、5轴 3 和轴 4 或 5 之间的距离 A46mm，故可得齿数和： Z 主+Z从= m A2 = 2 462 =46，n4=n5= 主 从从 Z nZ = 27 5 .40919 =288r/min 传动轴把 6n主=409r/min，n从=288.2r/min 中的一个定在滑尺 C 上，并使其对齐。 Z主=27，Z从=19 如果不用计算尺，通过上述的公式 iii 也可算出： Z主= )1 ( 2 从 主 n n m A = ) 5 .409 2 .288 1 (2 462 27 取整数得 Z主=27，则：Z从=4627=19 Z 主+Z从=46 Z主= )1 ( 2 从 主 n n m A = ) 5 .409 2 .288 1 (2 462 27 Z6小=29，n6=273r/min 驱动轴0驱动轴上的齿轮齿数一般有一定的限制， 取Z驱=2126， 本文中驱齿数Z驱=21， 大连交通大学本科毕业设计（论文） 14 模数为 m=3。驱动轴转速已知 n驱=715r/min。 手柄轴手柄轴取定转速 714.7r/min,齿轮齿数为 22。轴径为 30mm。 油泵轴油泵轴直径为 20mm。其转速=714.6r/min 初定传动方案见图 3-1。 3.5 主轴箱的设计 由于本工序为钻孔，选用卧式机床，主轴箱安装在动力头上，所需要的轴向力比较 大，所以选用止推主轴。 3.5.1 绘制主轴箱设计的原始依据图 根据机床设计要求，按三图一卡绘制出主轴箱设计的原始依据图。见图 3-2 3.5.2 确定主轴直径和验算主轴箱所需的动力 由于本工序是钻孔加工，所以选用前支承有止推轴承的主轴。各主轴直径和主轴箱 所需动力计算如下： （一）主轴直径的确定 钻 3 个14 孔。由已知 V=18m/min，S 转=0.144mm/r。用切削用量计算图求 P、M、 N 和 T 值。 其中P轴向力 M扭矩 N功率 T刀具耐用度 图 3-2 主轴箱设计的原始依据图 大连交通大学本科毕业设计（论文） 15 （1）求 T DSJT 140.144mm/rJT JTVT JT18m/min450min 则 T=450min （2）求 M、P DSM P 14mm0.144mm/r1100kgmm 298kg 则 M=1100kgmm，P=298kg （3）求 N VJNN 18m/minJN0.48kw 则 N=0.48kw 按组合机床设计P607表 5-10 所示。当非刚性主轴取允许扭转角=1/2。 当扭矩 M=1100kgmm 时，轴径取为 20mm。其计算依据为 d= 4 10 M B pW M 其中d轴的直径（mm） M轴所传递的扭矩（kgmm） Wp轴的抗扭截面模数（mm3） ，是新轴的 Wp0.2d3 许用剪切应力（kgmm2） B系数。当材料的剪切弹性模量 G=8.10103kg/mm2 （二）主轴箱所需动力的计算 N=0.483=1.44kw P=2983=894kg N主= 切N 式中 (度/米)1/41/21 B7.36.25.2 大连交通大学本科毕业设计（论文） 16 N切各主轴的功率综合 组合机床主轴的传动功率 因为加工黑色金属时取=0.80.9，加工有色金属时，取=0.70.8。当主轴数多， 传动复杂时取小值，反之取大值。从而取=0.9 则 N主= 9 . 0 48. 0 =0.533kw 3.5.3 设计和计算传动轴直径 传动轴直径计算如下 轴4 M4=M1iM2i=1100 19 27 1100 19 27 =3126kgmm 按表 5-10 可取=1，则可取轴径 d4=25mm 轴5 M5=1100 19 27 =1563kgmm 按表 5-10 可取=1，则可取轴径 d5=25mm 轴6 M0=M6i2=503621/56=1888.5kgmm 按表 5-10 可取=1，则可取轴径 d0=20mm 3.5.4 计算主轴箱坐标 这个主轴箱是安装在动力头上的，坐标原点在靠主轴箱左侧（正对主轴箱看）的定 位销孔上， 其尺寸是距主轴箱侧边 E=30、 距主轴箱底边 H=25,下面分别计算并验算各主 轴及传动轴的坐标： （一）主轴 轴 2 初步设 x2=170，y2=100 轴 1 x1=x233=137，y1=y2=100 轴 3 x3=x233=203，y3=y2=100 （二）传动轴 大连交通大学本科毕业设计（论文） 17 轴 4 图 3-3 轴 4 和轴 1、2 关系如图 3-3 所示 则可算出 x4=x133/2=13716.5=153.5 y4= 22 ) 2 33 (46 y1=42.939100=142.939 轴 5 图 3-4 设置 5 与 4 在同一水平线上，则 x5=x466=219.5 大连交通大学本科毕业设计（论文） 18 y5=y4=142.939 轴 6 同 4 轴求法一样，轴 6 在 4 与 5 的垂直平分线上 x6=x533=186.5 y6=y5 22 33)2927(=142.93945.244=190.183 轴 0 设 0 与轴 6 在同一竖线上，则 x0=x6=186.5 y0=y6115.5=74.683 因为 0 轴为驱动轴，按照设计要求驱动轴即电机轴，此时驱动轴的垂直方向位置， 主要考虑电机外轮廓不碰滑台，且装卸方便。水平位置一般方向仍取在主轴箱对称中心 线上。 可知道 0 轴横向坐标在主轴箱的中心线上，纵向距离逐臭底边为 99.5，则其坐标计 算为（170,74.5） 是在初步设计基础上向左移动 16.5，向下移动 0.183。 其它轴的位置坐标变换如下： 轴 1137, 100120.5, 99.817 轴 2170, 100153.5, 99.817 轴 3203, 100186.5, 94.817 轴 4153.5, 142.939137, 142.939 轴 5219.5, 142.939203, 142.939 轴 6168.5, 190.183170, 190 3.5.5 绘制检查图 根据上述数据按草拟方案绘制检查图 3-5，主要用以检查下述各项： （a）坐标的计算师傅正确 （b）零件有无干涉，其中有齿轮与齿数、齿轮与隔套或轴、齿轮与箱体、轴承与 轴承、主轴防油套与防油套等。 （c）附加机构的位置是否合适。 3.5.6 设计总图 大型标准主轴箱的总图包括：正视图部分和安装配型式归类的各传动轴的截面图、 主轴和传动轴的装配表和技术要求等。详情见钻三孔组合机床主轴箱设计总图 。 3.5.7 编制组件明细表 大连交通大学本科毕业设计（论文） 19 图 3-5 主轴箱检查图 大连交通大学本科毕业设计（论文） 20 第四章 液压控制部分 本课题采用液压系统实现工件的夹紧、装卸和工作台进给、调速等工作循环。液压 传动较机械传动易于获得较大的进给力，因而能适应组合机床多刀加工的要求。另外， 液压传动可在很大范围内实现无级调速，工作平稳可靠，液压与机械、电气元件配合可 实现复杂的自动工作循环，因而能适应组合机床多种形式的加工要求。 4.1 液压传动装置基本类型 组合机床动力部件的传动方式有液压电气传动、 机械电气传动或液压气动传动等几 种。本课题组合机床动力部件的传动类型采用液压电气传动。 4.2 液压系统可实现的作用 在组合机床及其自动线中，液压传动主要可实现下述动作： （a）工件的夹紧和松开。在本课题是用 1 个压力继电器、1 个二位五通电磁换向阀、1 个单向阀和 1 个减压阀控制油缸实现。见钻三孔组合机床液压原理图 ，EJKH-137 部 分。 （b）工作台的移动。在这里是用 1 个三位五通电磁换向阀、1 个反压阀、1 个调速阀、 2 个单向阀来实现控制的。详情在 EJKH-143-10 部分可见。 （c）佛你管理部件的进给运动，可借助液压挡铁实现各种形式的工作循环。 4.3 液压系统的基本组成 本课题中液压系统是由电磁铁、压力继电器、安全阀、油缸等组成。总体可以分为 以下部分构成： （a）压力保持部分 用叶片液压油泵和安全阀直接保持压力。油泵的供油压力直接由安全阀调节，其值 大小由负载大小决定。油泵排油除满足工作所需外，多余的油经过安全阀流回油箱。 （b）顺序动作部分 本课题是通过采用电磁换向阀，控制油的流向来实现的。其动作顺序是由电气线路 大连交通大学本科毕业设计（论文） 21 来保证的。 原理是各电磁阀得电动作控制各油路的接通和封闭， 从而完成预定顺序运动。 各电磁阀得电顺序见钻三孔组合机床液压原理图中的电器动作表。 （c）差动部分 本课题是用差动的方法来实现快速进给的。其原理是当油缸快速移动时，油缸后腔 的油也进入油箱前腔，由于前腔面积大，所以能推动油缸向后。 （d）调速部分 本课题调速采用行程减速阀或采用行程开关控制电动换向减速阀来实现。 （e）正向进给控制部分 采用电磁铁得电顺序开控制油路， 通过调节进入油缸的前后腔进出油量来控制油缸 的移动方向。在此部分用到的液压元件有单向阀、调速阀和二位五通换向阀。 各液压元件的型号选用和配置关系参看钻三孔组合机床液压原理图 。 大连交通大学本科毕业设计（论文） 22 第五章可编程控制系统 在该课题中将采用可编程控制器 PLC（Programmable Logical Controller）来实现顺 序控制。整个设计过程如下： 5.1I/O 端子分配图的绘制 本课题中共需要 11 点输入和 5 个输出，所以参考电机传动控制P150表 5-1 选用 C28P 基本单元（输入点数为 16，输出点数为 12） 。控制系统工作电压有三种（220V， 110V，24V） 。 5.2 软件部分 软件部分主要是梯形图的设计。在本课题中考虑到加工安全，采用互锁设计。列入 在台向前线路中设置一个常闭的开关。这样一来就确保了加工的安全性。此外本设计还 在滑台移动的每个线路前串连一个调整夹紧按钮，这样不加紧工件就不能让滑台移动。 并且本设计中还使用使