基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 目录目录 1 前言 1 2 总体设计 2 2 1 总体方案论证 2 2 1 1 加工对象工艺性的分析 2 2 1 2 机床配置型式的选择 2 2 1 3 定位基准的选择 2 2 2 确定切削用量及选择刀具 3 2 2 1 选择切削用量 3 2 2 2 计算切削力 切削扭矩及切削功率 5 2 2 3 选择刀具结构 6 2 3 组合机床总体设计 三图一卡 6 2 3 1 被加工零件工序图 6 2 3 2 加工示意图 6 2 3 3 机床联系尺寸图 8 2 3 4 机床生产率计算卡 12 2 4 夹具轮廓尺寸的确定 17 3 组合机床右主轴箱设计 18 3 1 绘制右主轴箱设计原始依据图 18 3 2 主轴结构型式的选择及动力计算 19 3 2 1 主轴结构型式的选择 19 3 2 2 主轴直径和齿轮模数的初步确定 19 3 2 3 主轴箱动力计算 20 3 3 主轴箱传动系统的设计与计算 20 3 3 1 计算驱动轴 主轴的坐标尺寸 20 3 3 2 拟订主轴箱传动路线 20 3 3 3 传动轴的位置和转速及齿轮齿数 21 3 4 主轴箱中传动轴坐标的计算及传动轴直径的确定 27 3 4 1 传动轴坐标的计算 27 3 4 2 传动轴轴径的确定 28 3 5 轴的强度校核 28 3 6 齿轮校核计算 30 3 7 主轴箱中传动轴坐标检查图的绘制 33 4 三维建模 34 4 1 建模简介 34 4 2 建模过程 35 5 结论 38 参 考 文 献 39 致 谢 40 附 录 41 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 1 1 前言 本次设计的课题是基于三维的柴油机汽缸体三面钻削组合机床总体及右主 箱设计 水箱面钻 11 个孔 其中有五个 6 7 孔 深 18 四个 8 5 孔 深 22 一个 6 7 的孔 通孔 一个 10 5 孔 通孔 油底壳面钻 21 个孔 其 中有十六个 6 7 孔 深 17 一个 6 8 深 66 四个 13 孔 通孔 后盖板 面 缸尾 钻 11 个孔 其中有二个 8 5 孔 深 20 一个 7 孔 深 115 八个 6 7 孔 深 18 该课题来源于盐城市江动集团 本设计主要针对原有的机体 左 右 后三个面上 43 个孔多工序加工 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的设计 左和后主轴箱和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 虽然主轴箱零件的标准化程度高 使设计工 作量有所减少 设计周期大为缩短 但在主轴箱设计过程中 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 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 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 2 2 总体设计 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 本机床被加工零件特点 该加工零件为气缸体 材料是 HT250 硬度 190 240HBS 在本工序之前 各主要表面 销孔已加工完毕 B 本机床被加工零件的加工工序及加工精度 本道工序 钻左面 右面的孔 由本设备 ZH1105w 三工位专用钻床 来 完成 因此 本设备的主要功能是完成气缸体左 右 后三个面上一共 43 个孔 的加工 具体加工内容及加工精度是 a 水箱面钻 11 个孔 依次钻削 4 8 5 深 22 1 10 5 深 15 1 6 7 深 15 5 6 7 深 18 的孔 表面粗糙度 12 5 各孔位置度公差 为 0 02mm b 油底壳面钻 21 个孔 两侧钻 4 13 深 16 的孔 表面粗糙度 12 5 各孔位置度公差为 0 03mm 并钻削顶面 16 6 7 深 17 和钻 1 6 8 深 66 的孔 表面粗糙度 12 5 各孔位置度公差为 0 03mm c 后盖板面 缸尾 钻 11 个孔 一侧钻 2 8 5 深 20 的孔 表面粗糙度为 12 5 各孔位置度公差为 0 02mm 并钻削 1 7 深 115 及 8 6 7 深 18 的 孔 表面粗糙度为 12 5 各孔位置度公差为 0 03mm 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 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 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 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 3 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三面定位 以油 底壳面为定位基准面 限制三个自由度 水箱面限制三个自由度 再用一个后 盖板面限制三个自由度 2 2 确定切削用量及选择刀具 2 2 12 2 1 选择切削用量选择切削用量 对于 43 个被加工孔 采用查表法选择切削用量 从 1 第 130 页表 6 11 中 选取 由于钻孔的切削用量还与钻孔深度有关 随孔深的增加而逐渐递减 其 递减值按 1 第 131 页表 6 12 选取 降低进给量的目的是为了减小轴向切削力 以避免钻头折断 钻孔深度较大时 由于冷却排屑条件都较差 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 所 f v 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和每转进给量 在根据其中工作时间最长 负荷最重 i n i f 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 A 43 个孔的切削用量的选择 a 钻孔 4 8 5 深 22mm 查 1 第 130 页表 6 11 高速钻头切削用量得 由 d 6 12 硬度在 200 241HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18 mm r 取 根据公式 500 minnr 2 1 100 dn v 得 13 4 minvm 查 1 第 131 页表 6 12 根据孔深确定 13 4 minvm 0 1 fmm r 500 minnr 50 min f vnfmm b 钻孔 1 10 5 深 15mm 查 1 第 130 页表 6 11 钻孔切削用量得 由 d 6 12 硬度在 200 241HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18 mm r 取 根据公式 2 1 500 minnr 得 16 5 minvm 查 1 第 131 页表 6 12 根据孔深确定 16 5 minvm 0 1 fmm r 500 minnr 50 min f vnfmm c 钻孔 1 6 7 深 15mm 查 1 第 130 页表 6 11 高速钻头切削用量得 由 d 6 12 HBS 在 200 241 HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18 mm r 取 根据公式 2 1 500 minnr 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 4 得 10 5 minvm 查 1 第 131 页表 6 12 根据孔深确定 10 5 minvm 0 1 fmm r 500 minnr 50 min f vnfmm d 钻孔 5 6 7 深 18mm 查 1 第 130 页表 6 11 高速钻头切削用量得 由 d 6 12 HBS 在 200 241 HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18 mm r 取 根据公式 2 1 500 minnr 得 10 5 minvm 查 1 第 131 页表 6 12 根据孔深确定 10 5 minvm 0 1 fmm r 500 minnr 50 min f vnfmm e 钻 1 6 8 深 66mm 查 1 第 130 131 页表 6 11 6 12 高速钻头切 削用量及深孔钻削切削用量递减表 由 d 6 12 HBS 在 200 241 HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18 mm r 孔深为 8 10 d f 0 07 0 126 mm r 取 f 0 091mm r 则 50 550 min 0 091 f v nr f 11 7 min 1000 dn vm f 钻 16 6 7 深 17mm 查 1 由 d 6 12 HBS 在 200 241 HBS 选 择 v 10 18m min f 0 1 0 18 mm r 取 根据公式 2 500 minnr 1 得 10 5 minvm 查 1 第 131 页表 6 12 根据孔深确定 10 5 minvm 0 1 fmm r 500 minnr 50 min f vnfmm g 钻孔 4 13 深 16mm 第 130 131 页表 6 11 6 12 高速钻头切削用 量及深孔钻削切削用量递减表 由 d 12 22 HBS 在 200 241 HBS 选择 v 10 18m min f 0 18 0 25 mm r 孔深为 3d f 0 185mm r 则 50 270 min 0 185 f v nr f 11 min 1000 dn vm h 钻孔 2 8 5 深 20mm 查 1 第 130 页表 6 11 高速钻头切削用量得 由 d 6 12 硬度在 200 241HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18 mm r 取 根据公式 2 1 500 minnr 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 5 得 13 4 minvm 查 1 第 131 页表 6 12 根据孔深确定 13 4 minvm 0 1 fmm r 500 minnr 50 min f vnfmm i 1 7 深 115mm 查 1 第 130 131 页表 6 11 6 12 高速钻头切削 用量及深孔钻削切削用量递减表 由 d 6 12 HBS 在 200 241 HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18 mm r 孔深为 15 20 d f 0 05 0 09 mm r 取 f 0 08mm r 则 50 625 min 0 08 f v nr f 13 7 min 1000 dn vm j 钻 8 6 7 深 18mm 查 1 由 d 6 12 HBS 在 200 241 HBS 选 择 v 10 18m min f 0 1 0 18 mm r 取 根据公式 2 500 minnr 1 得 10 5 minvm 查 1 第 131 页表 6 12 根据孔深确定 10 5 minvm 0 1 fmm r 500 minnr 50 min f vnfmm 2 2 22 2 2 计算切削力 切削扭矩及切削功率计算切削力 切削扭矩及切削功率 根据 1 第 134 页表 6 20 中公式 2 0 80 6 26FDfHB 2 2 1 90 80 6 10TDfHB 3 2 9740 Tv P D 4 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 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 6 maxmaxmin 1 3 HBHBHBHB 在本设计中 得 HB 223 33 max 240HB min 190HB 由以上公式可得 左面 单根 22 26 轴 F 708 62N T 1509 775N mm P 0 077kw 27 30 轴 F 899N T 2372 84N mm P 0 122kw 31 轴 F 708 62N T 1509 77N mm P 0 077kw 32 轴 F 1110 53N T 3545 095N mm P 0 182kw 右面 单根 1 4 轴 F 2249 17N T 8701 58N mm P 0 24kw 5 20 轴 F 708 62N T 1509 77N mm P 0 077kw 21 轴 F 666 94N T 1440N mm P 0 08kw 后面 单根 33 34 轴 F 899N T 2372 84N mm P 0 122kw 43 轴 F 619 33N T 1372 55N mm P 0 088kw 35 42 轴 F 708 62N T 1509 775N mm P 0 077kw 总的切削功率 即求各面上所有轴的切削功率之和 左面 Pw 1 132kw 右面 Pw 2 272Kw 后面 Pw 0 948kw 2 2 32 2 3 选择刀具结构选择刀具结构 根据工件材质 加工精度 表面粗糙度 排屑及生产率等要求采用锥柄麻 花钻头 钻头材料高速钢 刀柄材料 40Cr 加工 6 7 的孔采用 6 7G7 的刀 具 加工 7 的孔采用 7G7 的刀具 加工 6 8 的孔采用 6 8G7 的刀具 加工 13 的孔采用 13G7 的刀具 加工 10 5 的孔采用 10 5G7 的刀具 加工 8 5 的孔采用 8 5G7 的刀具 导向装置设置在机床夹具上 钻摸板不 能随夹具的钻模架一起移动 所以选用的导向装置是固定式导向 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制定的工艺方案 表示所设计的组合机床 或自 动线 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 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 7 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 计的具体依据 也是制造 使用 调整和检验机床精度的重要文件 工序图见 附录 1 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 加工示意图见附录 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 加工 6 7 的孔采用 6 7G7 的锥柄麻花钻 加工 7 的孔采用 7G7 的锥柄麻花钻 加工 6 8 的孔采用 6 8G7 的锥柄麻花钻 加工 13 的孔采用 13G7 的锥柄麻花钻 加工 10 5 的孔采用 10 5G7 的锥柄麻花钻 加工 8 5 的孔采用 8 5G7 的锥柄麻花钻 B 确定主轴 尺寸 外伸尺寸 在该课题中 主轴用于钻孔 选用滚珠轴承支承 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 1 P43 公式 2 7 4 6 2 10dT 式中 d 轴的直径 T 轴所传递的转矩 N m B 系数 本课题中主轴为非刚性主轴 取 B 6 2 由公式可得 左主轴箱 轴 1 d 15 08 右主轴箱 轴 2 d 18 94 后主轴箱 轴 3 d 1 72 根据主轴类型及初定的主轴轴径 查 1 第 44 页表 3 6 可得到主轴外伸尺 寸及接杆莫氏圆锥号 主轴轴径 d 15 08 时 主轴外伸尺寸为 L 115 接杆 2 32 20D d 莫氏圆锥号为 1 2 号 主轴轴径 d 18 94 时 主轴外伸尺寸为 L 115 接杆 2 32 20D d 莫氏圆锥号为 1 2 号 主轴轴径 d 13 72 时 主轴外伸尺寸为 L 85 接杆莫 2 25 16D d 氏圆锥号为 号 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 8 C 动力部件工作循环及行程的确定 a 工作进给长度的确定L工 工作进给长度 应等于加工部位长度 多轴加工时按最长孔计算 与刀L工 具切入长度和切出长度之和 即 1 L 2 L 2 8 12 LLLL 工 式中切入长度一般为 5 10 根据工件端面的误差情况确定 1 L 查 1 P46 表 3 7 切出长度的确定得钻孔时 2 9 2 1 38 3 Ld 三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 L 1 L d 2 L 工 L 左主轴箱 2288 5030 右主轴箱 6666 8072 后主轴箱 115575125 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 初步选定左右后三个个 主轴箱上刀具的快速进给长度分别为 70 和 78 和 75mm 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 左右后三面快速退回长度分别为 100 和 150mm 和 200mm 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 100 后备量取 40 则总行程为 240 右面前备量取 100 后备量取 40 则 总行程为 290 后面前备量取 100 后备量取 40 则总行程为 340 2 3 32 3 3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图 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 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 9 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气缸体左面 12 个孔和右面上的 31 个孔 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钻孔主轴 b 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 1 P62 式 2 1 n i i PF 多轴箱 10 式中 各主轴所需的向切削力 单位为 N 则 i F 左主轴箱 4 899 1110 53708 625708 625 58 249 66FN 多轴箱 右主轴箱 666 94 16 708 6254 2249 1721000FN 多轴箱 后主轴箱 2 899619 3258 708 628086 285FN 多轴箱 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 1 P91 表 5 1 左 右 后三面的液压滑台均选用 1HY32IA 型 由 1 P91 表 5 3 知 台面宽 B 320mm 台面长 L2 630mm 行程长 400mm 滑台及滑座总高 840mm 滑座长 630mm 允许最大进给力 32000N 快速 行程速度 10m min 工进速度 20 650mm 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 1 P47 页式P 切削 2 P P 切削 多轴箱 11 式中 消耗于各主轴的切削功率的总和 Kw P 切削 多轴箱的传动效率 加工黑色金属时取 0 8 0 9 加工有色金属时取 0 7 0 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 8 左主轴箱 1 132PKw 切削 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 10 则 1 132 1 415 0 8 PKw 多轴箱 右主轴箱 2 272PKw 切削 则 2 272 2 84 0 8 PKw 多轴箱 后主轴箱 0 948PKw 切削 则 0 948 1 185 0 8 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 1 P114 115 表 5 38 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 1TD32 Y100L1 42 21430715 右主轴箱 1TD32 Y100L2 43 01430715 后主轴箱 1TD32 Y100L1 42 21430715 C 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 主轴箱最低主轴高度 所选滑台与滑座总 2 88hmm 1 160hmm 高 侧底座高度 夹具底座高度 中间底座 3 360hmm 4 500hmm 5 380hmm 高度 综合以上因素 该组合机床装料高度取 H 850 6 600hmm D 确定主轴箱轮廓尺寸 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 11 图 2 1 多轴箱轮廓尺寸确定 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 1 h 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 可按下式计算 2 1 2Bbb 12 2 11 Hhhb 13 式中 b 工件在宽度方向相距最远的两孔距离 1 b 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 1 h 最低主轴高度 其中 还与工件最低孔位置 机床装料高度 H 850 1 hmmh 5 40 2 滑台滑座总高 侧底座高度 等尺寸有关 对于mmh280 3 mmh560 4 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 本组合机床按式140 85 1 h 2 1234 0 5hhHhh 14 mmh50 5602805 0 850 5 40 1 右主轴箱轮廓尺寸为 取 则求出主轴箱轮廓尺寸 mmhmmb135410 mmb100 1 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 12 mmbbB6102004102 1 mmbhhH28510013550 1 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 B H 400 630 对左轴箱计算公式与方法相类似 其轮廓尺寸均为 400mm 630mm 由表 7 2 可知 前盖 55mm 后盖 90mm 中间箱体宽 180mm 机床总图见附录 3 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 13 2 3 42 3 4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡 图 2 2 左动力头循环 图 2 3 右动力头循环 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 14 图 2 4 后动力头循环 单件工时 可按下式计算 T单 2 12 12fffk LLLL Tttttt vvv 快进快退 切移辅停装单 15 式中 分别为刀具第 第 工作进给长度 单位为 mm 12 LL 分别为刀具第 第 工作进给量 单位为 mm min 12ff VV 当加工沉孔 止口 锪窝 倒角 光整表面时 滑台在死挡铁上的t停 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 为 min 分别为动力部件快进 快退行程长度 单位为 mm LL 快进快退 动力部件快速行程速度 用机械动力部件时取 5 6m min 用液压 k f V 动力部件时取 3 10m 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 t移 工件装 卸 包括定位或撤销定位 夹紧或松开 清理基面或切t装卸 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 5 1 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 1 QQ 须重新选择切削用量或修改机床设计方案 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 15 左面 min6 0 停 工进 机 t V L t f min527 0 装 卸移 快退快进 辅 tt V LL t fk min127 1 527 0 6 0 单 t 右面 min44 1 停 工进 机 t V L t f min5228 0 装 卸移 快退快进 辅 tt V LL t fk min9628 1 5228 0 44 1 单 t 后面 min5 2 停 工进 机 t V L t f min5275 0 装 卸移 快退快进 辅 tt V LL t fk min0275 3 5275 0 5 2 单 t 对多面和单工位加工机床 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 则 件 小时 3 0275minT 单1 60 19 8 3 0275 Q 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 1 第 51 页公式 2 k N Q t 16 计算 式中 N 年生产纲领 件 本课题中 N 36000 件 全年工时总数 本课题以单班制 则 k t2350 k th 则 36000 15 32 2350 k N Qh t 件 B 实际生产率 Q1 件 h 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 16 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 即公式 1 第 51 页 2 N Q T 单 17 式中 生产一个零件所需时间 min T单 则 1 60 19 8 3 0275 k N Qh t 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 即公式 1 第 52 页 2 1 Q Q 18 则 1 15 32 77 19 8 Q Q 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 17 表 2 3 机床生产率计算卡 图号 毛坯种类铸件 名称ZH1105 气缸体毛坯重量36 5kg被加工零件 材料HT250硬度HB190 240 工序名称左右后三面钻孔工序号 工时 min 序 号 工步 名称 被加 工零 件数 量 加工 直径 mm 加工 长度 mm 工作 行程 mm 切削 速度 m min 每分 钟转 速 r min 进给量 mm r 进给速 度 mm min 机加 工 时间 辅助 时间 共计 1装卸工件10 50 5 2右滑台快进78100000 00780 0078 钻孔 4x13 131672112700 18550 钻孔 16x6 7 6 7177210 55000 150 钻孔 1x6 8 6 8667211 75500 09150 死档铁停留 快退150 3左滑台快进70100000 0150 015 钻孔 5x6 7 6 7183010 55000 150 钻孔 4x8 5 8 5223013 45000 150 钻孔 16 7 6 7153010 55000 150 钻孔 110 5 10 5153016 55000 150 死档铁停留 快退10063000 01590 0159 4左滑台快进75100000 00750 0075 钻孔 2x8 5 8 52012513 45000 150 钻孔 8x6 7 6 71812510 55000 150 钻孔 1x7 711512513 76250 08502 52 5 死档铁停留 快退200100000 020 02 总计3 0875min 单件工时3 0875min 机床生产率19 82 件 h 备 注 装卸时间取决于操作者熟练程度 本机床设计时间取 0 5min 机床负荷率77 8 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 18 2 4 夹具轮廓尺寸的确定 夹具轮廓尺寸是指夹具底座的轮廓尺寸 即长 宽 高 长度尺寸与工件长度尺寸 工件至模板的距离尺寸 模板架宽度尺寸有关 从机床总图中查得夹具总长为 880mm 夹具高度尺寸由前面装料高度尺寸定为 726mm 宽度尺寸除考虑工件本身 宽度外 再加其他宽度方向上能布置下工件的定位 夹紧及其他机构 从总图 中查得宽度尺寸为 810mm 中间底座尺寸的确定 在加工示意图中 已经确定了工件端面至主轴箱在加工终了时距离 根据 选定的动力部件及配套部件的位置关系 并考虑到动力头的前备量等因素 就 可以确定中间底座长度尺寸 L 2 123123 2 22LLLLlll 19 式中 为工件端面到主轴箱在加工终了时端面的距离 1 LmmL140 1 主轴箱厚度 2 LmmL325 2 工件的总长度 3 LmmL920 3 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 19 3 组合机床右主轴箱设计 主轴箱是组合机床的部件之一 它的功用是根据被加工零件的加工要求 将电机和动力箱部件的功率和运动 通过按一定速比排布的传动齿轮传递给各 主轴 使其能按要求的转速和转向带动刀具进行切削 3 1 绘制右主轴箱设计原始依据图 主轴箱的设计原始依据图是根据 三图一卡 整理编绘出来的 其内容包 括主轴箱设计的原始要求和已知条件 在编制此图时从 三图一卡 中已知 a 主轴箱轮廓尺寸 400 630 325 b 工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸 c 工件和主轴箱相对位置尺寸 根据以上依据编制出的主轴箱设计原始依据图 3 1 图 3 1 原始依据图 附表 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 20 a 被加工零件 名称 气缸体 材料 HT250 硬度 190 240HBS b 主轴外伸长度及切削用量 表 3 1 主轴外伸长度及切削用量 主轴外伸尺 寸 mm 轴号 加工直 径 mm 主轴直 径 mm D dL 切削速度 v m min 转速 n r min 每转进 给量 f mm r 1 4 13 2032 20115115000 185 5 20 6 7 2032 2011510 52700 1 21 6 8 2032 2011511 75500 091 1TD32 动力箱电动机功率 3kW 转速 1430r min 驱动轴转速 715r min 驱动轴到滑台表面距离为 94 5mm 其他尺寸可查动力箱装配图 3 2 主轴结构型式的选择及动力计算 3 2 13 2 1 主轴结构型式的选择主轴结构型式的选择 主轴结构型式由零件加工工艺决定 并应考虑主轴的工作条件和受力情况 因本工序是对气缸体进行钻孔 因此选用滚珠轴承主轴结构 这种结构前支承 为推力球轴承和向心球轴承 后支承为向心球轴承或圆锥滚子轴承 因推力球轴 承设置在前端 能承受单方向的轴向力 适用于钻孔主轴 本主轴是属外伸长度为 115mm 长主轴与刀具刚性连接 配置的单导向用于 钻孔 3 2 23 2 2 主轴直径和齿轮模数的初步确定主轴直径和齿轮模数的初步确定 a 主轴直径 初步主轴直径已在编制 三图一卡 时完成 由此可知主轴直径 d 40mm b 齿轮的模数 主轴直径已在总体设计部分初步确定 齿轮模数 m 单位为 mm 一般用类比法确定 也可由查得的公式估算 即 3 1 3 32 30 zn p m 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 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 21 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 由于本主轴箱为钻孔主轴箱 主轴转速误 差较小 且加工孔的位置比较集中 可以根据实际需要选出齿轮模数为 3 4 两 种 该主轴箱中两条主要传动链中的齿轮 由于往往和多个齿轮同时啮合 受 力较复杂 且往往速度较低 受力较大 所以选用大一点的模数 而对其它一 些齿轮可选小一些 如取 m 3 m 4 具体各齿轮的模数如图 4 所示 3 2 33 2 3 主轴箱动力计算主轴箱动力计算 因所有主轴均用于钻孔 所以均选用有推力轴承的主轴 主轴箱所需动力 见机床的总体设计 此处不在赘述 3 3 主轴箱传动系统的设计与计算 3 3 13 3 1 计算驱动轴 主轴的坐标尺寸计算驱动轴 主轴的坐标尺寸 根据原始依据图 3 1 计算驱动轴 主轴的坐标尺寸 如表 4 2 所示 表 3 2 驱动轴 主轴坐标值 坐 标 销 1 0驱动轴 0 主轴 1主轴 2主轴 3主轴 4主轴 5主轴 6 X0 000265 000455 00060 00060 000455 000395 790340 500 Y0 00094 500236 000236 00070 00070 000224 710228 000 坐 标 主轴 7主轴 8主轴 9主轴 10主轴 11主轴 12主轴 13主轴 14 X285 500230 500175 500119 750100 000100 000119 750175 500 Y228 000228 000228 000224 710183 000133 00091 28088 000 坐 标 主轴 15主轴 16主轴 17主轴 18主轴 19主轴 20 X230 500285 500340 500395 790416 000416 000 Y88 00088 00088 00091 280133 000183 000 3 3 23 3 2 拟订主轴箱传动路线拟订主轴箱传动路线 在设计传动系统时 要尽可能用较少的传动件 使数量较多的主轴获的预 定的转速和转向 因此在设计时单一应用计算或作图的方法就难以达到要求 现在一般采用 计算 作图和试凑 相结合的办法来设计 a 分析主轴的位置 该主轴箱中的主轴 1 轴 2 轴 3 轴 4 轴可看成矩形分布 5 轴 20 轴也 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 22 可看成矩形分布 21 轴单独排布 用 22 轴 32 轴来带动 该主轴箱是用多根中间轴带动主轴转动 其传动路线如下 b 传动比的选择 为了使结构紧凑 多轴箱内齿轮传动比一般选在 1 1 5 但在多轴箱后盖 内齿轮传动比允许取至 尽量避免用升速传动 当驱动轴转速较低时 5 3 1 3 1 允许先升速后在降一些 使传动链前面的轴 齿轮转矩较小 结构紧凑 但空 转功率损失随之增加 故要求升速传动比小于等于 2 为使主轴上的齿轮不过 大 最后一级经常采用升速传动 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 应设置在第 排 以减少主轴端的弯曲变形 多轴 箱内具有粗精加工主轴时 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 据此 本主轴箱为了使主轴上齿轮直径小些 所以先由第 IV 排齿 轮减速 然后再由箱体内最后一级齿轮升速 获的所需的主轴转速 这样结构 较为合理紧凑 3 3 33 3 3 传动轴的位置和转速及齿轮齿数传动轴的位置和转速及齿轮齿数 本主轴箱内传动系统的设计是按 计算 作图和试凑 的一般方法来确定 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 23 齿轮齿数 中间传动轴的位置和转速 在设计过程中通过反复试凑和画图 才 最后确定了齿轮的齿数和中间设计轴的位置 为满足齿轮的啮合关系 有些齿 轮采用了变位齿轮来保证中心距的要求 A 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 270 4321 rnnnn min 500 2065 rnnn min 550 21 rn 驱动轴 min 470 0 rn 各主轴总传动 57 0 470 270 4 10 i 064 1 470 500 20 50 i 17 1 470 550 210 i B 各轴传动比分配 轴 22 轴 23 轴 21 轴 4375 1 220 i6956 0 2322 i5517 0 2122 i 8 轴 7 轴 24 轴 13 1 823 i13 1 723 i4375 1 2423 i 17 轴 18 轴 19 轴3548 1 1721 i381 1 1821 i4 1 1921 i 20 轴 5 轴 6 4 1 2021 i381 1 521 i354 1 621 i 轴 26 轴 1 轴 29 6957 0 265 i7667 0 126 i1 2917 i 轴 16 轴 30 轴 4 1 1629 i6957 0 3018 i7667 0 430 i 轴 25 轴 10 轴 9 5517 0 2524 i381 1 1025 i355 1 925 i 轴 11 轴 12 轴 13 4 1 1125 i4 1 1225 i381 1 1325 i 轴 14 轴 2 轴 31 355 1 1425 i533 0 210 i875 1 312 i 轴 32 轴 27 轴 3 0417 1 3231 i6957 0 2713 i7667 0 327 i 轴 28 轴 15 1 2814 i1 1528 i C 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查得如下 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 24 3 主 从 从 主 n n z z u 2 3 从主 zz m A 2 3 3 主 从 从 从 主 z z n u n n 4 3 从 主 主主从 z z nunn 5 3 从 主 从主 um Au n n m A z m A z 1 2 1 22 6 3 主 从 主从 u Au n n m A z m A z 1 2 1 22 7 式中 u 啮合齿轮副传动比 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 mm 从主 n n A 齿轮啮合中心距 单位为 mm m 齿轮模数 单位 mm a 确定传动轴 22 的位置及与主轴 21 间的齿轮副齿数 由 取 则 取 m 3mm 则 A 21 21 2122 5517 0 z z i 29 21 z16 21 z 由 A 则 设在第 排 mm 5 67 2 1629 3 mm zzm 5 67 2 2221 16 22 z b 估算传动轴 22 和传动轴 23 的中心距 A 58 5mm 取 m 3mm 再由 可求得 设在第 排 23 22 2322 6956 0 z z i 23 16 2322 zz 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 25 c 确定传动轴 23 的位置及与主轴 7 8 间的齿轮副齿数 传动轴 23 的位 置在主轴 7 和 8 的垂直平分线上 垂直方向位置待齿数确定后便可确定 由 取 则 取 m 2mm 则 A 7 7 8 723 13 1 z z i 23 87 zz26 7 z 由 A mm 则 设在第 排 mm49 2 2326 2 mm zzm 49 2 238 7 26 23 z d 估算传动轴 23 和传动轴 24 的中心距 A 58 5mm 取 m 3mm 再由 可求得 设在第 排 4375 1 2423 i16 23 2423 zz e 估算传动轴 24 和传动轴 25 的中心距 A 67 5mm 取 m 3mm 再由 可求得 设在第 排 5517 0 2524 i16 29 2425 zz f 确定主轴 10 13 和传动轴 25 的中心距 A 75mm 取 m 3mm 再由 可求得 设在第 排 381 1 13 1025 i29 1621 251310 zzz g 确定主轴 9 14 和传动轴 25 的中心距 A 73mm 取 m 2mm 再由 可求得 设在第 排 355 1 14 925 i42 31 25149 zzz h 用上述同样的方法估算出与传动轴 25 相配对的主轴 11 齿轮的齿数为 设在第 排 与传动轴 25 相配对的主轴 12 上的齿轮齿数35 25 2511 zz 为 设在第 排 35 25 2512 zz i 确定主轴 10 与主轴 2 的的齿数 由 取 2 2 210 533 0 z z i 取 m 2 由 则 设16 30 22 zzmmA46 mm zzm A26 2 210 16 10 z 在第 排 j 确定主轴 2 和传动轴 31 的齿数 由 取则 875 1 312 i 30 2 z16 31 z 取 m 2mm 设在第 排 k 估算传动轴 31 和传动轴 32 的中心距 A 49mm 取 m 2mm 再由 可求得 设在第 排 32 31 3231 0417 1 z z i 25 24 3132 zz l 确定主轴 13 和传动轴 27 的齿数 由 取则6957 0 2713 i 16 13 z 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及右主轴箱设计 26 取 m 2mm 设在第 排 23 27 z m 确定传动轴 27 的位置及与主轴 3 间的齿轮副齿数 由 取 则 取 m 2mm 则 A 3 3 327 7667 0 z z i 30 3 z23