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ZH1115W柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱设计【7张图纸】【优秀】

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关键词：: ZH1115W 柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体左主轴箱设计图纸

资源描述：

ZH1115W柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱设计

37页，15000字数+说明书+ 三图一卡+7张CAD图纸【详情如下】

ZH1115W柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱设计.txt

ZH1115W柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱设计说明书.doc

加工示意图.dwg

套.dwg

机床联系尺寸图.dwg

生产率计算卡.doc

箱体补充加工图.dwg

被加工零件工序图.dwg

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被加工零件工序图.gif

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1 前言1

2 组合机床总体设计2

21 总体方案论证2

211工艺路线的确定2

212机床配置型式的选择2

213定位基准的选择3

22 确定切削用量及选择刀具3

221选择切削用量3

222计算切削力、切削扭矩及切削功率5

223选择刀具结构6

23 组合机床总体设计(三图一卡) 7

231 被加工零件工序图 7

232 加工示意图8

233 机床尺寸联系总图9

234 机床生产率计算卡11

3 组合机床主轴箱设计14

31 绘制主轴箱原始依据图14

32 主轴结构型式的选择及动力计算15

321 主轴结构型式的选择15

322 主轴直径和齿轮模数的确定15

33 主轴箱传动系统的设计与计算15

331 根据原始依据图计算坐标尺寸16

332 拟订主轴箱传动路线16

333 确定传动轴位置及齿轮齿数17

34 主轴箱坐标计算和绘制坐标检查图19

341 计算传动轴坐标19

342 传动轴坐标的验算22

343 传动轴直径的确定24

344 绘制坐标检查图25

35手柄轴的选择25

36轴和齿轮的校核25

361 轴的校核25

362 齿轮的校核 27

363 轴承的校核30

364 键的校核30

365 绘制主轴箱装配图及零件图31

366 主轴箱前盖,后盖及箱体补充加工设计31

4 结论32

参考文献33

致谢34

附录35

1前言

本人设计的课题ZH1115W柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱设计，课题来源于盐城市江动集团，在完成“三图一卡”的基础上，主要完成左主轴箱的设计。

为了保证零件的加工精度，所设计的机床有以下特点：

a机床运转平稳，结构简单，工作可靠，装卸方便，维修及调整便利；

b加工精度符合零件图要求；

c主轴箱满足机床总体方案的要求（转速，转向，功率，坐标要求）；

d自动化程度高，劳动强度低。

e配置灵活。　　　本次毕业设计是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计，主要设计内容是左主轴箱设计。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要求进行分析，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。然后还必须深入基层进行实地考察，摸索主轴箱的工作原理。接下来是总体方案的设计，总体方案设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工零件图，加工示意图，机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。最后，就是技术设计和工作设计。技术设计就是根据总体设计已经确定的“三图一卡”，设计主轴箱等专用部件正式总图；工作设计即绘制各个专用部件的施工图样，编制各零部件明细表。

　　　本次毕业设计的课题是ZH1115W柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱的设计。主轴箱设计是组合机床设计中的一个重要传动部分，首先根据已知条件和被加工零件的具体结构特征，确定各轴的排布方案、结构、材料、转向、配合关系等，保证各轴互不干涉。轴的排布方案是多种多样的，通过比较选择最佳的一种，然后选择传动箱的规格、型号。确定好轴的排布方案及各种技术参数后，再选择其它各种零件，尽可能选用标准件，降低制造成本。

在设计过程中，通过大量的参观实习和相关资料的查阅，考虑到实际生产条件，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，确定了这个设计方案。在指导老师和同学的帮助下，最终完成了这一课题的设计。

2 组合机床总体设计

2.1 总体方案论证

　　　本设计的加工对象为ZH1115W柴油机气缸体，材料是HT250,硬度HB190-240。柴油机气缸体示意图如图ZH1115-002所示：

2.1.1 工艺路线的确立

根据先粗后精、先基准面后其它表面、先主要表面后次要表面的机械加工工序安排的设计原则，对ZH1115柴油机气缸体的工艺路线作如下设计：

工序1 粗铣底、顶端面；

工序2 粗铣左、右端面；

工序3 粗铣前、后端面；

工序4 半精铣底、顶端面；

工序5 半精铣左、右端面；

工序6 半精铣前、后端面；

工序7 粗镗孔；

工序8 半精镗孔；

工序9 精镗孔；

工序10 钻左面、右面、后面的孔；

工序11 攻丝；

工序12 钻上面、下面、前面的孔；

工序13 攻丝；

工序14 最终检验。

　　本工序（第7道）加工内容：1、粗镗曲轴孔Φ91；Φ121，倒角1.6×45°；Φ192，倒角2.54×30°；表面粗糙度均为12.5。 2、粗镗上下平衡轴孔2×Φ57，表面粗糙度12.5。 3、粗镗凸轮轴孔Φ33；Φ53，1.6×45°；表面粗糙度均为12.5。 4、粗镗气缸孔Φ123，表面粗糙度6.3，倒角4×15°；Φ124，表面粗糙度3.2；Φ129，表面粗糙度6.3。 5、钻起动轴孔Φ33，表面粗糙度12.5，倒角2×45°。 6、钻调速轴孔Φ22，表面粗糙度12.5，倒角2.5×45°。各孔的位置精度及具体要求详见ZH1105W气缸体的零件图。

内容简介：: 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2007目录1 前言.12 组合机床总体设计.22.1 总体方案论证.22.1.1工艺路线的确定.22.1.2机床配置型式的选择.22.1.3定位基准的选择.32.2 确定切削用量及选择刀具.32.2.1选择切削用量.32.2.2计算切削力、切削扭矩及切削功率.52.2.3选择刀具结构.62.3 组合机床总体设计(三图一卡). 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.92.3.4 机床生产率计算卡.113 组合机床主轴箱设计.143.1 绘制主轴箱原始依据图.143.2 主轴结构型式的选择及动力计算.153.2.1 主轴结构型式的选择.153.2.2 主轴直径和齿轮模数的确定.153.3 主轴箱传动系统的设计与计算.153.3.1 根据原始依据图计算坐标尺寸.163.3.2 拟订主轴箱传动路线.163.3.3 确定传动轴位置及齿轮齿数.173.4 主轴箱坐标计算和绘制坐标检查图.193.4.1 计算传动轴坐标.193.4.2 传动轴坐标的验算.223.4.3 传动轴直径的确定.243.4.4 绘制坐标检查图.253.5手柄轴的选择.253.6轴和齿轮的校核.253.6.1 轴的校核.253.6.2 齿轮的校核. 273.6.3 轴承的校核.303.6.4 键的校核.303.6.5 绘制主轴箱装配图及零件图.313.6.6 主轴箱前盖,后盖及箱体补充加工设计.314 结论.32参考文献.33致谢.34附录.3535 1前言本人设计的课题ZH1115W柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱设计，课题来源于盐城市江动集团，在完成“三图一卡”的基础上，主要完成左主轴箱的设计。为了保证零件的加工精度，所设计的机床有以下特点：a.机床运转平稳，结构简单，工作可靠，装卸方便，维修及调整便利；b.加工精度符合零件图要求；c.主轴箱满足机床总体方案的要求（转速，转向，功率，坐标要求）；d.自动化程度高，劳动强度低。e.配置灵活。我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存。组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2002年9月份，组合机床行业企业仅组合机床产品一项，据不完全统计产量已达800余台，产值达3个亿以上，较2001年同比增长了10%以上, 另外组合机床行业工业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交货值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。本次毕业设计是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计，主要设计内容是左主轴箱设计。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要求进行分析，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。然后还必须深入基层进行实地考察，摸索主轴箱的工作原理。接下来是总体方案的设计，总体方案设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工零件图，加工示意图，机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。最后，就是技术设计和工作设计。技术设计就是根据总体设计已经确定的“三图一卡”，设计主轴箱等专用部件正式总图；工作设计即绘制各个专用部件的施工图样，编制各零部件明细表。本次毕业设计的课题是ZH1115W柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱的设计。主轴箱设计是组合机床设计中的一个重要传动部分，首先根据已知条件和被加工零件的具体结构特征，确定各轴的排布方案、结构、材料、转向、配合关系等，保证各轴互不干涉。轴的排布方案是多种多样的，通过比较选择最佳的一种，然后选择传动箱的规格、型号。确定好轴的排布方案及各种技术参数后，再选择其它各种零件，尽可能选用标准件，降低制造成本。在设计过程中，通过大量的参观实习和相关资料的查阅，考虑到实际生产条件，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，确定了这个设计方案。在指导老师和同学的帮助下，最终完成了这一课题的设计。2 组合机床总体设计2.1 总体方案论证本设计的加工对象为ZH1115W柴油机气缸体，材料是HT250,硬度HB190-240。柴油机气缸体示意图如图ZH1115-002所示： 2.1.1 工艺路线的确立根据先粗后精、先基准面后其它表面、先主要表面后次要表面的机械加工工序安排的设计原则，对ZH1115柴油机气缸体的工艺路线作如下设计：工序1 粗铣底、顶端面；工序2 粗铣左、右端面；工序3 粗铣前、后端面；工序4 半精铣底、顶端面；工序5 半精铣左、右端面；工序6 半精铣前、后端面；工序7 粗镗孔；工序8 半精镗孔；工序9 精镗孔；工序10 钻左面、右面、后面的孔；工序11 攻丝；工序12 钻上面、下面、前面的孔；工序13 攻丝；工序14 最终检验。本工序（第7道）加工内容：1、粗镗曲轴孔91；121，倒角1.645；192，倒角2.5430；表面粗糙度均为12.5。 2、粗镗上下平衡轴孔257，表面粗糙度12.5。 3、粗镗凸轮轴孔33；53，1.645；表面粗糙度均为12.5。 4、粗镗气缸孔123，表面粗糙度6.3，倒角415；124，表面粗糙度3.2；129，表面粗糙度6.3。 5、钻起动轴孔33，表面粗糙度12.5，倒角245。 6、钻调速轴孔22，表面粗糙度12.5，倒角2.545。各孔的位置精度及具体要求详见ZH1105W气缸体的零件图。2.1.2 机床配置型式的选择机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输也都比较方便；而且，机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优点是占地面积小，自由度大，操作方便。其缺点是机床重心高，振动大。考虑到我们的加工面为三面粗镗，左面、右面和后面，定为基准为底面，故选择ZH1115W组合机床的结构为卧式，卧式平放比较方便，也减轻了工人的劳动强度。又考虑到机床运行的平稳性，故选用卧式组合机床。2.1.3 定位基准的选择本机床加工为单工位加工，也就是一次安装下进行10个孔的加工，本机床加工时采用三面定位，底面为主要定位基准面，限制6个自由度；底面限制了三个自由度，右侧面以两个支承钉限制两个自由度；后侧面有一个支承钉，限制剩下的一个自由度。A这种定位的特点是：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）有同时加工工件两端面全部孔的可能，既能高度集中工序，又有利于提高两端面孔的位置精度；c）本定位基准有利于保证孔的加工精度，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；d）易于实现自动化定位、夹紧、并有利于防止切削落于定位基面上。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工序集中。B.确定夹紧位置应注意的问题：在选择定位基准的同时，要相应决定夹压位置，此时应注意的问题是：a）保证零件夹压后稳定；b）尽量减少和避免零件夹压后的变形；2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 选择切削用量10个被加工孔中，由于既有钻孔加工又有镗孔加工，所以选择切.削用量时应综合考虑。钻孔切削用量从文献11的130页表6-11中选取，镗孔切削用量从文献11的130页表6-15中选取。由于钻孔的切削用量与钻孔深度有关，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。随孔深的增加而逐渐递减，其递减值按文献11第131页表6-12选取。A. 对左侧面上5个孔的切削用量的选择：保证进给速度相等a.钻孔4：33，通孔，l=30mm 由d22-50，硬度大于190-240HBS，选择v=10-18m/min,f0.25-0.4mm/r,又d=33mm,取定v=17.6m/min,f=0.19mm/r,则由文献13知（2-1）=100017.6/33=170r/min b.钻孔5： 22，通孔，l=34mm由d22-50，硬度大于190-240HBS，选择v=10-18m/min,f 0.25-0.4mm/r,又d=22mm,取定v=17.7m/min,f=0.125mm/r,则=100017.7/22=256r/min c.镗孔1、2： 57由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r中选择,考虑到，取v=22.9m/mim,f=0.25mm/r，则 =100022.9/57=128r/min d.镗孔6： 53由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r中选择,考虑到，取v=22.9m/min,f=0.23mm/r，则 =100022.9/53=137r/min B. 对右侧面上4个孔的切削用量的选择：由于分两次进给，要同时考虑进给速度和转速，两次进给转速要相同，同次进给保证进给速度相同a.镗孔3： 192/121/91由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r中选择,考虑到刀具寿命,加工余量应取小一点，故加工192孔采用分层切削。第一次进给主要加工192孔，取定v=58.4m/min,f1=0.5mm/r,则=100058.4/192=96r/min 第二次进给要同时镗121, 91孔，考虑到轴向切削力，进给量应选小一点,取定v=36.9/27.7m/min,f2=0.49mm/r，则=100036.9/121=97r/min =100027.7/91=97r/min b.镗孔1、2： 257由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r中选择,考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取定v1=19.7m/mim,f1=0.375mm/r，则=100022.9/57=110r/min 同轴转速相同，进给速度一致，取定v2=19.7m/min,f2=0.44mm/rc.镗孔： 33，通孔，l=26mm由d22-50，硬度大于190-240HBS，选择v=10-18m/min,f0.25-0.4mm/r,又d=33mm,取定第一次进给v1=16.5m/min,f1=0.3mm/r,则=100016.5/33=160r/min 同轴转速相同，进给速度一致，取定v2=16.5m/min,f2=0.3mm/rC. 对后面上1个孔的切削用量的选择镗孔： 123/124/129 由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，在v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r中选择，取定v=56.4/56.9/59.1m/min。第一次进给，取定f1=0.36mm/r；第二次进给,取定f2=0.36mm/r，则=100056.4/123=146r/min =100056.9/124=146r/min =100059.1/129=146r/min孔的编号见被加工零件工序图ZH1115-0032.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率根据文献10的表6-20中公式计算钻孔（2-2）（2-3）（2-4）根据文献9的134页表6-20中公式计算镗孔（2-5）（2-6）（2-7）（2-8）式中， F、Fz-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）；ap-切削深度（mm）； D-加工（或钻头）直径（mm）； HB-布氏硬度，HB=，得HB=223。由以上公式可得：以左边的1、2轴为例其余的可以参照以上公式，具体数值见下表2-1。表2-1 孔的切削力，切削扭矩及切削功率Fx(N)Fz(N)F(N)T(N.mm)P(kw)左边1、2轴418.61422.540540.60.53234轴5827.4521390.90925轴2799.117262.90.45416轴396.61336.235410.50.4978右边1、2轴604.532172.661919.63轴1921288.12392.3229660.22.2831211288.12392.3144733.71.44911288.12392.3108849.41.086轴471.31630.926901.10.44后面123530.61869.9114998.71.723124530.61869.9115933.61.739129530.61869.9120608.31.8062.2.3选择刀具结构一台机床刀具选择是否合理，直接影响机床的加工精度、生产率及工作情况。根据孔的加工精度、加工尺寸、切屑排除以及生产率等因素。当被加工孔直径在40mm以上时，组合机床上多采用镗削加工。直径小于40mm时，一般选用钻削方法，钻头选用高速钢钻头。镗孔选用硬质合金镗刀头。直径大于40mm时，选用镗削方法，刀具材料为硬质合金。当加工阶梯孔时，选用阶梯杆，由于多刀加工，扭矩较大，所以要选用强度较好的刀杆材料：45钢。2.3组合机床总体设计三图一卡2.3.1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。b.本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。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。绘制被加工零件工序图注意事项a 本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。b 对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析。c 当本工序有特殊要求时必须注明。C.工序图的内容及孔的分布。该零件的左面有五个孔，1，2孔为上下平衡轴孔，孔的直径为57mm, 表面粗糙度12.5。 4孔为凸轮轴孔，直径为33mm, 倒角1.645；表面粗糙度为12.5。 5孔为调速轴孔，直径为22mm, 表面粗糙度为12.5。 6孔也为凸轮轴孔，直径为53mm，倒角1.645；表面粗糙度均12.5。该零件的右面有四个孔，1，2孔为上下平衡轴孔，直径为57mm, 表面粗糙度为12.5。曲轴孔3孔的直径为91mm、121mm、192mm, 表面粗糙度分别为12.5、6.3。6孔为动轴孔，直径为33mm。该零件的后面有一个气缸孔，表面粗糙度分别为6.3、3.2、6.3，孔的直径为123mm、124mm、129mm。具体加工精度要求见工序图ZH1115002。2.3.2 加工示意图加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀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. 导向结构的选择在组合机床加工孔，除用刚性主轴的方案外，其余尺寸和位置精度主要决定于夹具的导向。因此，正确地选择导向机构；确定导向的类型、参数和精度是设计组合机床的重要内容，也是加工示意图需要解决的问题。导向机构的结构形式有两种：固定导向、滚动式导向，根据导向的线速度（小于20m/min）、加工精度及刀具的具体工作条件，本机床采用固定式导向（钻套导向）导向参数包括导套直径、导套长度及导向套到工件端面距离等。导向套端面至工件端面距离是为了排屑方便，一般取11.5d。查文献10的表8-4“通用导套的尺寸规格”：对于加工57孔，根据直径选择的导套尺寸为：D=55mm，L=55mm，=12mm，e=46mm，。对于加工33孔，根据直径选择的导套尺寸为：D=48mm，L=55mm，=12mm，e=42mm，。对于加工22孔，根据直径选择的导套尺寸为：D=35mm，L=45mm，=10mm，e=32mm，。对于加工53孔，根据直径选择的导套尺寸为：D=55mm，L=55mm，=12mm，e=46mm，。B. 确定主轴、尺寸、外伸尺寸在该课题中，主轴既有用于镗孔又有用于钻孔，镗孔时主轴与刀具采用浮动卡头连接，主轴属于短主轴；钻孔时主轴与刀具采用接杆连接，主轴属于长主轴。根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩T，由文献10的43页公式 (2-9)式中，d轴的直径（）；T轴所传递的转矩（Nm）；B系数，本课题中镗孔主轴为非刚性主轴，取B=6.2；钻孔主轴为刚性主轴，取B=7.3。由公式可得：左面轴1 d=6.2=32.76mm 取定d=40 轴2 d=6.2=32.76mm 取定d=40 轴4 d=7.3 =29.63mm 取定d=35 轴5 d=7.3=22.47mm 取定d=35 轴6 d=6.2=31.67mm 取定d=40 右面轴1、2 d=6.2 =36.41mm 取定d=40 轴3 d=6.2=50.53mm 取定d=60 轴6 d=6.2 =29.57mm 取定d=40 后面轴径 d=7.3=43.02mm 取定d=60 根据主轴类型及初定的主轴轴径，文献9的44页表3-6可得到主轴外伸尺寸几接杆莫氏圆锥号。滚锥主轴轴径d=40时，主轴外伸尺寸为：D/d1=67/48,L=75。滚锥主轴轴径d=60时，主轴外伸尺寸为：D/d1=90/60,L=75。滚珠主轴轴径d=40时，主轴外伸尺寸为：D/d1=67/48,L=135。滚珠主轴轴径d=35时，主轴外伸尺寸为：D/d1=50/36,L=115。C. 选择接杆、浮动卡头在钻孔时，通常都采用接杆,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；镗孔时，采用浮动卡头连接。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5-10，根据工件端面的误差情况确定；镗孔时，切出长度一般为5-10mm。根据d/3(38)计算，式中d为钻头直径，所以得出以下结果:左主轴箱：工进长度: =34+5+11=50mm右主轴箱：工进长度: 一工进=34+5+5=44mm，二工进=49mm后主轴箱：一工进=47+5+8=60mm，二工进=60mmb.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。初步选定三个主轴箱上刀具的快速进给长度分别为215，255和125。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265，348mm,249mm。图2-3为加工示意图。对于本机床的左动力部件循环中：前备量选40, 后备量选95。对于本机床的右动力部件循环中：前备量选40，后备量选612。对于本机床的后动力部件循环中：前备量选40，后备量选345。2.3.3机床尺寸联系总图A. 选择动力部件a.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10的62页公式（2-10）计算。式中，Fi各主轴所需的向切削力，单位为N。则左主轴箱 F=418.6X2+5827.4+2799.1+396.6=9896.3N右主轴箱 F=604.53X2+1288.1+1288.1+1288.1+471.3=5544.66N后主轴箱 F=530.6+530.6+530.6=1591.8N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10的91页表5-1，左、右、后面分别选用机械滑台1HY40A型、1HY40A型、1HY40A型，台面宽400mm，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分为1CC401,1CC401,1CC401。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，根据文献10的47页公式计算：（2-11）式中, 消耗于各主轴的切削功率的总和（Kw）；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，又主轴数量较多、传动复杂，故取5。左主轴箱：P =2X0.5323+0.9092+0.4541+0.4978=2.9257KW则P=2.9257/0.85=3.442KW右主轴箱：p=0.69X2+2.283+0.44=4.103KW则P=4.103/0.85=4.827KW后主轴箱：P=1.806KW 则P=1.806/0.85=2.125KW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10的页表5-38得出动力箱及电动机的型号,见表2-2。表 2-2 动力箱及电动机的型号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1TD40I5.51440720右主轴箱1TD405.5960480后主轴箱1TD403.0960480c.配套通用部件的选择侧底座1CC401型号，其高度H=560mm，宽度B=600mm，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。本课题中，工件最低孔位置h2=70.86,主轴箱最低主轴高度h1=121，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=345，中间底座高度h6=600，综合以上因素，该组合机床装料高度取H=1060 a.确定夹具轮廓尺寸夹具是用于定位和夹紧工件的，所以工件轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据，由于加工示意图中对工件和靠模杆的距离，以及导套尺寸都作了规定，掌握了以上尺寸后，确定夹具总长尺寸A，A=590 mm。夹具底座高度应视夹具大小而定，既要求保证有足够的刚性，又要考虑工件的装料高度，一般夹具底座高度不小于240mm。根据具体情况，本夹具底座取高度为345mm。C. 确定中间底座尺寸根据选定的动力部件及其配套部件的位置关系，并考虑动力头的前备量因素，通过尺寸链就可确定中间底座尺寸L L=2（+/2）-2() （2-12）其中 L1动力头支承凸台尺寸。L2动力头支承凸台端面到滑座前端面加工完了时距离，由于动力头支承凸台端面到滑座端面最小尺寸和动力头向前备量组成。L3滑座前端面到床身端面距离取L=585mm。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600mm。D. 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10的49页公式计算： B=b+2b1 （2-13） H=h+h1+b1 （2-14）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=70.86）、机床装料高度（H=1060）、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10的50页公式h1=h2+H-(0.5+h3+h4) （2-15）计算，得： h1=140。b=212.33,h=174,取b1=100，则求出主轴箱轮廓尺寸： B=b+2b1=212.33+2100=412.33 H=h+h1+b1=174+140+100=414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=630500。2.3.4 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9的51页公式（2-16）得： 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式中: 生产一个零件所需时间(min)，可按下式计算：式中: 分别为刀具第、工作进给长度,单位为mm;分别为刀具第、工作进给量,单位为mm/min;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; 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;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,则必须重新选择切削用量或修改机床设计方案。已知: 粗镗左面孔 =50mm ; =32mm 粗镗右面孔 ;=48mm ; =49mm;mm;=48mm 粗镗后面; 左面孔右面孔后面孔共计所用时间如下: 实际生产率: C. 机床负荷率当QQ时候，机床负荷率为二者之比。由文献10的51页公式得机床负荷率: 组合机床负荷率一般为0.750.90,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。 3 组合机床主轴箱设计本设计的课题是ZH1115W柴油机气缸体三面粗镗卧式组合机床左主轴箱部分的设计。由总体设计部分可知，需设计的主轴箱轮廓尺寸都为630500，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；采用通用主轴，借助导向套引导刀具来保证被加工孔的位置精度。大型通用主轴箱由通用零件如箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构等组成。标准通用卧式钻孔类主轴箱的厚度是一定的，为325mm，本课题中主轴箱由箱体、前盖和后盖三个部分组成。箱体材料为HT200，前、后盖等材料为HT150；箱体的标准厚度为180mm，前盖厚度为55mm，后盖厚度为90mm。齿轮有传动齿轮、动力箱齿轮和电动机齿轮三种。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。具体内容如下：3.1绘制主轴箱原始依据图主轴箱依据图是根据“三图一卡”绘制的。图3-1所示为三面卧式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 左主轴箱设计原始依据图表3-1 主轴外伸尺寸及孔的切削用量轴号 D/d L工序内容n(r/min)v(m/min)f(mm/r) 167/48 75镗57 128 22.90.25267/4875镗5712822.90.25 450/36135钻3317017.60.19 550/36115钻2225617.70.125 667/4875镗5313722.90.233.2主轴结构型式的选择和动力计算3.2.1 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钻头结构的选择。轴承型式是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；主轴进行镗削时，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，因而增强刀具与主轴的连接刚度，减少刀具前端下垂。3.2.2 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232。按同一多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，在次之前可先由文献9的P62页下式估算：（3-1）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,因此确定本次设计的齿数模数为3、4。3.3 主轴箱传动系统的设计与计算多轴箱传动设计，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。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采用齿轮变位的方法来凑中心距；通常应避免主轴带动主轴，否则将增加主动主轴的负荷；b.为使结构紧凑，多轴箱内齿轮副的传动比一般要大于1/2 (最佳传动比11/1.5)，后盖内传动比允许取至1/31/3.5；避免用升速传动。c.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。d.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。e.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。f.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。3.3.1 根据原始依据图计算坐标尺寸根据原始依据图3-2计算驱动轴、主轴的坐标尺寸，如下表3-2所示：表 3-2 左主轴箱驱动轴、主轴坐标值左主轴箱坐标销O1驱动轴0主轴 1主轴 2主轴 4主轴 5主轴 6X0000265.000172.000172.000191.620265.000384.330Y0000129.500307.930133.930228.950133.900121.0503.3.2 拟订主轴箱传动路线左主轴箱有5根主轴，这15根主轴分别为：1，2、4、5、6，传动轴分别为7、8、9、10、11、12、13、14、15，油泵轴16由传动轴13传动。具体传动路线见图3-2 图3-2 左主轴箱传动树形图3.3.3 确定传动轴位置及齿轮齿数传动方案拟订之后，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3-4所示。表3-3 左主轴箱主轴转速（r/min）主轴 0 1 2 4 5 6转速720128128170256137a.左主轴箱总传动比 B. 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.主轴箱各轴传动比分配：轴1 轴2 轴4 轴5 轴6 b. 确定中间传动轴的位置并配各对齿轮传动轴转速的计算公式：文献9的61-65页（3-2）（3-3）（3-4）（3-5）（3-6）（3-7）式中，啮合齿轮副传动比；啮合齿轮副齿数和；分别为主动和从动齿轮齿数；分别为主动和从动齿轮转速，单位为r/min；齿轮啮合中心距，单位为mm；齿轮模数，单位为mm。C.确定齿轮齿数：（Z右上角的点数表示齿轮所在的排数）a. 确定中间传动轴7的位置，配7轴与主轴4、5及传动轴8、11连接的Z4/Z7，Z5/Z7，Z7/Z8，Z11/Z7四对齿轮。通过公式（3-2）及传动比 i8-7=0.85、 i7-4=0.77、i7-5=1.163 、i7-11=1.14，取m=3，可得到齿轮齿数Z4=54，Z5=36,Z7=42,Z7=41 ,Z7=33,Z11=36,Z8=28。b. 确定中间传动轴9的位置，配9轴与主轴6及传动轴8连接的Z8/Z9、Z6/Z9两对齿轮。利用公式（2-2）及传动比，取m=3，可得到齿轮齿数Z6=52, Z8=28，Z9=30 ，Z9=30。c. 确定中间传动轴10的位置，配10轴与主轴1及传动轴11连接的两对齿轮。用求传动轴配对的齿轮相同的方法，求得与传动轴10配对的4、6的齿数Z10=29, Z1=43, Z11=36，模数m=3。d. 确定中间传动轴8的位置，配8轴与驱动轴0及传动轴7、9连接的三对齿轮。用上述同样的方法，求得与中间传动轴8配对的驱动轴0的齿轮齿数分别为Z0=21,Z8=59,模数均为4，其余以在前面确定。e. 确定中间传动轴14的位置，配14轴与驱动轴0及传动轴15连接的两对齿轮。用上述同样的方法，求得与中间传动轴14配对的驱动轴0及传动轴15上的两对齿轮齿数分别为Z14=18, Z15=18，模数均为4。f. 确定中间传动轴12的位置，配12轴与传动轴15、13连接的两对齿轮。齿数分别为Z15=18, Z12=33,模数均为4。g. 确定中间传动轴13的位置，配13轴与主轴2及传动轴12连接的两对齿轮。齿数分别为Z12=22，, Z13=50，Z13=34， Z2=21,模数均为3。D. 验算各主轴转速转速相对损失在5%以内，符合设计要求。E. 采用B-ZIR12-2型叶片液压泵，由中间传动轴经一对齿轮传动叶片液压泵转速在550800之间。满足要求。3.4 主轴箱坐标计算、绘制坐标检查图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。其目的是为主轴箱箱体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的排列、结构的布置是否正确合理。3.4.1 计算传动轴的坐标计算传动轴坐标时，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。由于与二轴定距的传动轴坐标计算方法运用较多，下面简单介绍其计算步骤：计算公式如下：根据文献10的171页。设图3-5 轴和传动轴坐标关系则（3-8）（3-9）因为（3-10）所以还原到X0Y坐标系中去，则c点坐标：10轴，， , 即 11轴，，，即 8轴，，，即 9轴，，，即 7轴，，，即 14轴，，，即 15轴，，，即 12轴，，，即 13轴，，，即根据以上的计算，得到中间传动轴的坐标如表3-4所示。表3-4 左主轴箱传动轴坐标计算结果坐标传动轴 7传动轴8传动轴9传动轴10传动轴11传动轴12传动轴13传动轴14传动轴15 X305.580396.900470.220247.620322.85061.12081.980230.030158.120 Y225.84220.070173.240353.910340.04087.630193.60059.78056.1003.4.2 传动轴坐标的验算10轴误差在0.0010.009之间，不用变位齿轮11轴误差在0.0010.009之间，不用变位齿轮8轴误差太大，采用变位齿轮9轴误差在0.0010.009之间，不用变位齿轮7轴误差太大，采用变位齿轮14轴误差太大，采用变位齿轮15轴误差在0.0010.009之间，不用变位齿轮12轴误差在0.0010.009之间，不用变位齿轮13轴误差太大，采用变位齿轮3.4.3 传动轴直径的确定（3-11）式中T-各轴的转矩，U-各轴的传动比；查文献10的表3-4；得=35；查文献10的表3-4；得=35 ；查文献10的表3-4；得=40 ；查文献10的表3-4；得=40；查文献10的表3-4；得=40 ；查文献10的表3-4；得=40；查文献10的表3-4；得=30 ；查文献10的表3-4；得=30 ；查文献10的表3-4；得=30；查文献10的表3-4；得=403.4.4 绘制坐标检查图在坐标计算完成后，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3-6所示。图3-6 左主轴箱坐标检查图3.5 手柄轴的选择由于在主轴箱中有很多的轴，为了装卸的方便和传动的可靠性，应该设置传动轴，传动轴应安装在靠近驱动轴的地方，选择转数很高的轴，这样可减少轴向力，降低工人的劳动强度，所以本主轴箱选在靠近驱动轴的14轴上，具体见装配图ZJ1115-71-00。3.6 轴、齿轮、轴承、键的校核以主轴4为例，进行轴与齿轮的校核。3.6.1 轴的校核选定左主轴箱主轴4进行校核，主轴4的转矩T4=52.139Nm、轴上齿轮z=54，模数m=3，则d=mz=354=162mm，N，234.28N。a) 作出水平面受力图及弯矩图由装配图可知，AB=215，BC=65，CD=72.5.取BD段，， b) 作出垂直面受力图及弯矩图取BD段，， =100.7565=6548.75Nmm，=41.0665=2668.9 c) 求出合成弯矩，并画出合成弯矩图NmmNmm d) 考虑到开始切削和终了切削，轴所受切削扭矩T可看成是脉动的，取修正系数e）对于弯曲与扭转的组合变形，可采用第三强度理论进行校核，引入修正系数，则=37.576M，轴4的材料为40Cr，查表10-1，可知其疲劳极限=70MPa，则，所以轴4满足强度要求。图3-5 轴的受力分析图 3.6.2齿轮的校核已选定齿轮采用45钢，锻造毛坯，软齿面，齿轮精度用8级，轮齿表面粗糙度为Ra1.6。以传动轴7及主轴4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。a.按齿面接触疲劳强度设计由文献13第108页中公式（7-9）得（3-11）其中，，试选载荷系数K=1.5, 材料系数，节点区域系数Z=2.5，（3-12）由文献13第110页图6-8选择材料的接触疲劳极限应力为：由文献13第111页图6-9选择材料的弯曲疲劳极限应力为：应力循环次数N由文献13第108页公式（6-3）计算可得则由文献13第108页图6-6，查得接触疲劳寿命系数 , 由文献13第102页表7-2查得接触疲劳安全系数，弯曲疲劳安全系数 , 。由文献13第107页中式（6-1）、（6-2）求许用接触应力和许用弯曲应力：将有关值代入文献13第108页公式（7-9）得：查文献13的112页图6-2得；由文献13的114页表6-10查得；由文献13的115页表6-13查得K=1.15修正由文献13的112页表7-6取标准模数，与前面选定的模数相同，所以符合要求。b.计算几何尺寸取 c.校核齿根弯曲疲劳系数由文献13的111页图6-7查得，由文献13的120页图6-4查得，，，由文献13的120页式（6-12）校核两齿轮的弯曲强度（3-13）（3-14）所以齿轮完全达到要求。主轴4上其余齿轮均用此方法进行校核，其结果均符合要求。其他轴及轴上的齿轮均按以上方法校核，结果均符合强度要求。3.6.3 轴承的校核 a) 确定轴承的主要性能参数，查设计手册得 b) 计算派生轴向力；（3-15）c) 计算轴向载荷； Nd) 确定系数X，Y；（3-16）查文献13的表8-8，得X=0.56，Y=1.31。e) 计算当量动载荷P； f) 计算轴承寿命，查=1.8,； 20000h （3-17）故此轴承符合要求3.6.4 键的校核键的挤压强度的校核公式式中 T-传递的转矩，T=FyFd/2=12545.75N.mm; k-键与轮毂的接触高度，K=h/2=4mm; d-轴的直径，d=35mm; l-键的工作长度，l=10mm;代入数值计算得，查表得=50故键的强度符合要求。3.6.5 绘制主轴箱装配图及零件图根据前面的计算，参考文献9第141-145页图7-4、图7-5通用组件装配结构及表7-5、7-7轴组件配套零件表，表7-6、7-8主轴组件联系尺寸，文献9 的147页表7-11多轴箱主轴端部尺寸，文献9 的149图7-7滚锥轴承传动轴组件装配结构，文献9 的150表7-13滚锥轴承传动轴组件配套零件表以及文献9的150页表7-14滚锥轴承传动轴组

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