机械机床毕业设计194卧式三面钻螺纹底孔组合机床
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机械机床毕业设计194卧式三面钻螺纹底孔组合机床,机械毕业设计论文
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目 录 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 加工对象工艺性分析 . 3 2.1.2 机床配置型式的选择 . 3 2.1.3 定位基准的选择 . 3 2.2 确定切削用量及选择刀具 . 4 2.2.1 选择切削用量 . 4 2.2.2 计算切削力 、 切削扭矩及切削功率 . 5 2.2.3 刀具耐用度的计算 . 7 2.2.4 选择刀具结构 . 7 2.3 三图一卡 设计 . 8 2.3.1 被加工零件工序图 . 8 2.3.2 加工示意图 . 8 2.3.3 机床联系尺 寸图 . 9 2.3.4 机床生产率计算卡 . 12 3 组合机床 后主轴箱设计 . 15 3.1. 绘制后主轴箱设计原始依据图 . 15 3.2 主轴结构形式的选择及动力计算 . 16 3.2.1 主轴结构形式的选择 . 16 3.2.2主轴直径和齿轮模数的初步 确定 . 16 3.2.3 主轴箱动力计算 . 17 3.3 主轴箱传动系统的设计与计算 . 17 3.3.1 计算驱动轴、主轴的坐标尺寸 . 17 3.3.2拟定主轴箱传动路线 . 17 3.3.3传动轴的位置和转速及齿轮齿数 . 18 3.4主轴箱中传动轴坐标的计算及传动轴直径的确定 . 19 3.4.1 传动轴 坐标 的 计算 . 19 3.4.2 传动轴轴径 的 确定 . 20 3.5 轴的强度校核 . 20 3.6 齿轮校核计算 . 22 3.7 主轴箱中传动轴坐标检查图的绘制 . 24 4 结论 . 25 参考文献 . 26 致 谢 . 27 附 录 . 28 nts 1 1 前言 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的专用机床。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法，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已标准化和系列化，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，并可用来组成自动生产线。组合机床及其自动线是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 ,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。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。组合机床的分类繁多 ,有大型组合机床和小型组合机床 ,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式 ,还有多工位回转台式组合机床等 ;随着技术的不断进步 ,一种新型的组合机床 柔性组合机床越来越受到人们的青睐 ,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换 ,配以可编程序控制器 ( )、数字控制 ( )等 ,能任意改变工作循环控制和驱动系统 ,并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外 ,近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机 (清洗机、装配机、综合测量机、 试验机、输送线 )等在组合机床行业中所占份额也越来越大。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。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。 国内组合机床近几年取得了长足的进步，但是与发达国家相比，在产业结构、产品水平、开发能力、产业规模、制造技术水平、劳动生产率、国内外市场占有率等诸多方面尚存在不少差距。 在组合机床方面，总体水平不高，国际竞争力不强，不能充分满足国内建设需要，关键技术过分依赖国外，自主发展能力薄弱，高技能人才的比较优势有弱化的危险，产品质量不稳定，用户服务水平差距较大。 本次设计的课题是 ZH1105 柴油机 气缸盖三面 钻扩组合机床总体及 后主轴箱设计。该课题来源于江淮动力集团。该集团生产的 S195柴油机、 ZH1105 柴油机销路十分走俏，市场需求量大，畅销国内外市场。现在该集团迫切需要改善现有的生产条件，进行提高生产率、改善产品质量方面的技术改造，使产品的合格率上升，增加产量，适应市场竞争的需要，提 高经济效益。 本设计主要针对 ZH1105 气缸盖 钻排气道面上 2 M10 7H 螺纹底孔至8.376，深 19mm， Ra6.3，各孔位置度公差为 0.20mm；钻井气道上 4 M10nts基于三维的柴油机 气缸 盖 组合钻床总体及后 主轴箱设计 2 7H 螺纹底孔至 8.376，深 19mm， Ra 6.3，各孔位置度公差为 0.30mm；钻 G3/8放置螺塞底孔至 15.2mm 通孔，以上倒角均 C1， Ra 12.5。 前面，后面，左面三个面上 7个孔 同时加工 、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。 由于柴油机机体需大批量生产，为了提高 加工精度，降低成本，有必要设计一种组合机床来满足柴油机机体前后左三面同时钻孔的需要。本次设计分总体设计、夹具设计、左轴箱设计、右轴箱设计及后主轴箱设计四部分。我主要负责 后主轴箱 部分的设计， 总体设计由我和另外三位 同学 共同完成 。 设计该组合机床思路如下：仔细分析零件的特点，以确定零件合理可行的加工方法（包括安排工序及工艺流程，确定工序中的工步数，选择加工的定位基准及夹压方案等），确定工序间加工余量，选择合适的切削用量，确定组合机床的配制形式；根据被加工零件的工艺要求确定刀具，再由刀具直径计算切削力，切削扭矩，切 削功率，然后选择各通用部件，最后按装配关系组装成组合机床。 本说明书以设计卧式 三 面钻螺纹底孔组合机床为主线 。在第 2章中着重介绍了组合机床的总体设计。在总体设计中，首先是被加工零件的工艺分析，然后是总体方案的论证，在比较了许多方案之后，结合本 道工序加工的特点最终选择卧式三 面的机床配置型式。再结合本道工序的特点选择刀具。根据选择的切削用量，计算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再确定刀具的大小和型式。在确定这些设计计算后，然后是绘制组合机床的“三图一卡” 被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计 算卡。在第 3章中，主要介绍了 后主轴箱的设计 ，后主轴箱的设计是组合机床设计中的一个重要的组成部分。后主轴箱设计时，首先确定绘制后主轴箱 。 设计原始依据图，接着对主轴结构型式选择和动力计算，然后对主轴箱传动系统进行设计和计算，最后对轴和齿轮的强度进行校核，绘制出主轴箱中传动轴坐标检查图。 nts 3 2 组合机床总体设计 2.1 总体方案论证 2.1.1 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 ZH1105柴油机气缸盖。材料 HT250，其硬度为 HB190 240，重量 36.5Kg，在 本工序之前各主要表面、主要孔已加工完毕。 B.本机床被加工零件的加工工序及加工精度 本道工序：钻右面、左面、后面的孔，由本设备“ ZH1105气缸盖三面钻组合机床”完成，因此，本设备的主要功能是完成柴油机气缸盖右面、左面、后面三个面上 7个孔的加工。具体加工内容及加工精度是： a. 钻后面上 2个孔钻：钻 2 M10 7H螺纹底孔至 8.376，深 19mm， Ra6.3，各孔位置度公差为 0.20mm。 b.钻右面上 4 个孔： 4 M10 7H 螺纹底孔至 8.376，深 19mm， Ra 6.3，各孔位置度公差为 0.30mm。 c.钻左面上 1 个孔： 钻 G3/8放置螺塞底孔至 15.2mm 通孔， Ra 6.3。 以上倒角均 C1， Ra 12.5。 2.1.2 机床配置型式的选择 根据选定的工艺方案确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件的精度、技术要求及生产率，又要考虑机床操作方便可靠，易于维修，且润滑、冷却、排屑情况良好。对同一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采取哪种方案时，绝不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进 行多种方案的对比，从中选择最佳方案。 各种形式的单工位组合机床，具有固定式夹具，通常可安装一个工件，特别适用于大、中型箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这种机床可分为单面、多面复合式。利用多轴箱同时从几个方面对工件进行加工。但其机动时间不能与辅助时间重合，因而生产率比多工位机床低。 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。 在认真分析了被加工零件的结构特点及所选择的加工工艺方案，又由组合机床的特点及适应性，确定设计的组合机床的配置型式为单工位卧式三面钻组合机床。 2.1.3 定位基准的选择 被加工零件为 ZH1105柴油机气缸盖属箱体类零件，本工序加工为三面同时nts基于三维的柴油机 气缸 盖 组合钻床总体及后 主轴箱设计 4 钻螺纹底孔，加工工序集中、精 度要求高。由于箱体零 件的定位方案一般有两种，“一面两孔”和“三平面”定位方法。 A. “一面双孔”的定位方 法 它的特点是： a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。 b.有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各 面上孔的位置精度。 c.“一面双孔”可作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件的加工精度。同时，使机床各个工序（工位）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。 B.“三平面”定位方法 它的特点是： a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。 b.有同时加工零件两个表面的可能，能高度集中工序。 一般情况下，“一面双孔”是最常用的定位方案，即零件在机床上放置的底面及底面上的两个孔作为定位基准，通过一个平面和两个定位销限制其六个自由度。由于柴油机气缸盖底面有两个孔，再通过底面这个平面就可限制气缸盖六个自由度。 初步拟定“一面双孔”定位方法。 2.2 确定切削用量及选择刀具 2.2.1 选择切削用量 对于 7个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从文献 1P.130 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，其递减值按文献 1P.131 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，是刀具寿命有所降低。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。 切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的布局形式及正常工作均有很大影响。组合机床多轴箱上所以的刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。查文献 1得硬度 HB190-240时，高速钢钻头的切削用量如表 2-1： 表 2-1 高速钢钻头切削用量 加工材料 加工直径 1d（ mm） 切削速度v (m/min) 进给量f (mm/r) 铸铁 190 240HBS 6 12 10 18 0.1 0.18 nts 5 12 22 0.18 0.25 在选择切削速度时，要求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fv（单位为 mm/min） ,因此，一般先按各刀具选择较合理的转速in(单位为 r/min)和每转进给量if（单位为 mm/r），再根据其工作时间最长、负荷最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具”来确定并调整每转进给量和转速，通过“试凑法”来满足每分钟进给量相同的要求，即 fii vfnfnfn 2211（ 2-1） 在选择了转速后就可以根据公式 1000dnv （ 2-2） 选择合理的切削速度。 A 右侧 面上 4 个孔的切削用量的选择 4 M10钻至 4 8.376，深 19， l=19mm 由 d 6 12，硬度大于 190 240HBS，选择 v=10 18m/min, f 0.10.18mm/r,又 d=8.376mm,初选 n=533r/min, f =0.13mm/r,则由 （ 2-2） 得： v= 8.376 533/1000=14m/min B.后侧面上 2 个孔的切削用量的选择 2 M10钻至 2 8.376，深 19， l=19mm 由 d 6 12，硬度大于 190 240HBS，选择 v=10 18m/min, f 0.10.18mm/r, 又 d=8.376mm, 初选 n=536r/min, f =0.13mm/r,则由 （ 2-2） 得： v= 8.376 536/1000=14.1m/min C.左侧面上一个 孔的切削用量的选择 钻 G3/8放置螺塞底孔至 15.2mm通孔 由 d 12 22，硬度大于 190 240HBS，选择 v=10 18m/min, f 0.180.25mm/r, 又 d=15.2mm, 初选 n=335r/min, f =0.20mm/r,则由 （ 2-2） 得： v= 15.2 335/1000=16m/min 表 2-2 加工各个孔的 进给量，工进速度及切削速度 孔径 切削用量 8.376 8.376 15.2 v (m/min) 14 14.1 16 f (mm/r) 0.13 0.13 0.20 n (r/min) 533 536 335 2.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率 根据文献 1P.134 表 6-20中公式 6.08.026 HBDfF (2-3) 6.08.09.110 HBfDT (2-4) DTvP 9740(2-5) nts基于三维的柴油机 气缸 盖 组合钻床总体及后 主轴箱设计 6 式中， F 切削力（ N）； T 切削转矩（ Nmm）； 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。 )(31 m i nm a xm a x HBHBHBHB ，在本设计中，240max HB ， 190min HB ，得 HB=223。 由以上公式可得： A 右侧 面上 4 个孔的切削用量的选择 钻 4 M10 钻至 4 8.376， 深 19 由公式（ 2-3）得： 6.08.026 HBDfF =26 8.376 0.130.8 2230.6 = 1091.6 N 由公式（ 2-4）得： 6.08.09.110 HBfDM =10 8.3761.9 0.130.8 2230.6 = 2843.4 Nmm 由公式（ 2-5）得：DTvP 9740= 2 8 4 3 . 4 1 49 7 4 0 3 . 1 4 8 . 3 7 6=0.156 kW B.后侧面上 2 个孔的切削用量的选择 钻 2 M10 钻至 8.376，深 19 由公式（ 2-3）得： 6.08.026 HBDfF =26 8.376 0.130.8 2230.6 = 1091.6N 由公式（ 2-4）得： 6.08.09.110 HBfDM =10 8.3761.9 0.130.8 2230.6 =2843.4 Nmm 由公式（ 2-5）得：DTvP 9740= 2 8 4 3 .4 1 3 .19 7 4 0 3 .1 4 6 .6=0.157 kW C. 左侧面上一个 孔的切削用量的选择 nts 7 钻 G3/8放置螺塞底孔至 15.2mm 通孔 由公式（ 2-3）得： 6.08.026 HBDfF =26 15.2 0.200.8 2230.6 = 2796.1 N 由公式（ 2-4）得： 6.08.09.110 HBfDM =10 15.21.9 0.200.8 2230.6 =12452.2 Nmm 由公式（ 2-5）得：9740TvP D = 1 2 4 5 2 . 2 1 4 . 79 7 4 0 3 . 1 4 1 3=0.43 kW 表 2-3 加工各个孔的切削力、切削转矩及切削功率 孔径 F (N) M (Nmm) P (kW) 8.376 1091.6 2843.4 0.156 8.376 1096.6 2843.4 0.157 15.2 2796.1 12452.2 0.43 2.2.3 刀具耐用度的计算 确定刀具耐用度，用以验证选用量或刀具是否合理，刀具的耐用度至少大于4个小时。查阅文献 2中公式： 83.155.025.09600 HBvf DT（ 2-6） 式中： T 刀具耐用度，单位 min； D 钻头直径，单位 mm； v 切削速度，单位 m/min； f 每转进给量，单位 mm/r； HB 布氏硬度。 选择 8.376mm的钻头进行计算： 80 . 2 5 0 . 2 50 . 5 5 1 . 3 0 . 5 5 1 . 39 6 0 0 9 6 0 0 8 . 3 7 6 154281 3 . 1 0 . 1 2 2 2 3DTv f H B min根据计算，所得刀具耐用度满足要求。 2.2.4 选择刀具结构 根据 工艺要求及加工精度的要求，加工 7个孔的刀具均采用标准锥柄长麻花nts基于三维的柴油机 气缸 盖 组合钻床总体及后 主轴箱设计 8 钻。 2.3 三图一卡设计 2.3.1 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。 a.被加工零件 名称及编号：气缸盖 ZH1105 材料及硬度： HT250 HB190 240 重量 12Kg。 b.定位基准及夹压点的选择 针对机体的结构特点，选用“一面双孔”定位基准。 c.图中符号 夹紧点 定位基面 2.3.2 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。 A.刀具的选择 在编制加工示意图的过程中，首先是对刀具进行选择。一台机床刀具的选择是否合理，直接影响到机床的加工精度、生产率和工作情况。因而正确选择刀具是一个相当重要的工作。刀具的选择要考虑到工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生产率要求等因素。钻孔刀具其直径应与加工终了时刀具螺纹螺旋槽后端和导向套外端有一定的距离。 刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。孔 8.376选择刀具8.376G7；孔 8.376 选择刀具 8.376G7；孔 15.2选择刀具 15.2G7。 B.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。 本课题中加工 7个孔时，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。 对于加工 8.376 孔，选择的导套尺寸为： D=18 mm， D1=25 mm， D2=30 mm，L=25 mm， 对于加工 8.376 孔，选择的导套尺寸为： D=18mm， D1=25 mm， D2=30 mm，L=25 mm， 对于加工 15.2 孔，选择的导套尺寸为： D=30 mm， D1=40 mm， D2=50 mm，L=35 mm， C.确定主轴、尺寸、外伸尺寸 nts 9 在该课题中，主轴用于钻孔，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 1P.43公式 4 10d B T (2-7) 式中， d 轴的直 径（）； T 轴所传递的转矩（ Nm）； B 系数，本课题中主轴为非刚性主轴，取 B=6.2。 由公式可得： 轴 1 4 d=30 mm 轴 5 6 d=30 mm 轴 7 d=38 mm 查 1P.44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=30mm时，主轴外伸尺寸为： L=115mm；接杆莫氏圆锥号为。主轴轴径 d=38mm时，主轴外伸尺寸为： L=115mm；接杆莫氏圆锥号为 2。 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1L和切出长度2L之和。切入长度一般为 5 10mm，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 2-4 工作进给长度 L 1Ld 2LL工左主轴箱 22 8 15.2 右主轴箱 19 8 8.376 后主轴箱 19 8 8.376 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。初步选定三个主轴箱上刀具的快速进给长度都为 140mm。 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，三面快速退回长度为 170mm。 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。三面的前备量取 30mm，后备量取 130mm，则总行程为 330mm。 2.3.3 机床联系尺寸图 nts基于三维的柴油机 气缸 盖 组合钻床总体及后 主轴箱设计 10 机床联系尺寸图是用来表示机床的配置型式、主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局。用以检验各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求和通用部件选择是否合适；它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据；它可以看成是简化的机床总图。 1 选择动力部件 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柴油机气缸盖三个面上的 7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 a.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 P.62式 ni iFF 1多轴箱 （ 2-8） 式中，iF 各主轴所需的 向切削力，单位为 N。则 左主轴箱 1.2796F 右主轴箱 NF 4.43666.10914 多轴箱后主轴箱 NF 2.21936.10962 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。 b.进给速度 V左 = n1xf=335x0.20=67 V右 = n2xf=533x0.13=69.3 V后 = n3xf=536x0.13=70 c.最大行程 L=400mm d.动力滑台导轨型式 动力滑台导轨组合有“矩 矩”和“矩 心”两种型式。前者一般多用于带导向刀具进行加工的机床及其他粗加工机床，后者主要用于不 带导向的刚性主轴加工及其它精加工机床。由此可知，本机床选用“矩 矩”式最合适。 nts 11 考虑到所需的进给力、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 1P.91 表 5-1，左、右两面的液压滑台均选用 1HY40IA型。台面宽 500mm，台面长 1000mm,行程长 400mm，滑台及滑座总高 320mm,滑座长 1240mm，允许最大进给力 32000N，快速行程速度 6.3m/min，工进速度 10 350mm/min。 C.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 P切 削，根据 1P.47 页公式 切削多轴箱PP （ 2-9） 式中 , P切 削 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 0.8 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 8.0 。 左主轴箱：14 0 . 1 7 3 6 0 . 1 1 0 . 2 4 6 1 . 5 9 8 k WniP P i 切 削 P 切削 =0.43 则 1 . 5 9 8 1 . 9 9 7 5 k W0 . 8P 多 轴 箱P=0.430.8=054 右主轴箱：11 6 0 . 1 1 4 0 . 3 5 6 3 . 1 8 4 k WniP P i 切 削 P 切削 =0.156*4=0.624 则 3 . 1 8 4 3 . 9 8 k W0 . 8P 多 轴 箱P 多轴箱 =0.6240.8=0.78 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 P.114 115表 5-38 得出动力箱及电动机的型号 表 2-5 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 1TD25 Y132S-4 5.5 1440 720 右主轴箱 1TD25 Y132S-4 5.5 1440 720 后主轴箱 1TD25 Y132S-4 5.5 1440 720 D.配套通用部件的选择 侧底座 1CC401，其高度 H=560mm，宽度 B=600mm，长度 L=1350mm。根据夹具体的尺寸，自行设计中间底座。 2 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nts基于三维的柴油机 气缸 盖 组合钻床总体及后 主轴箱设计 12 最低孔位置2 11mmh ，主轴箱最低主轴高度1 130mmh ，所选滑台与滑座总高3 320mmh ，侧底座高度4 560mmh ，夹具底座高度5 380mmh ，中间底座高度6 560mmh ，综合以上因素 ，该组合机床装料高度取 H=1000mm。 3 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1h。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，可按下式计算： 12B b b（ 2-10） 11H h h b （ 2-11） 式中， b 工件在宽度方向相距最远的两孔距离（ mm）； 1b 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（ mm）； h 工件在高度方向相距最远的两孔距离（ mm）； 1h 最低主轴高度（ mm） 。 其中，1h还与工件最低孔位置（2 11mmh ）、机床装料高度（ H=1000mm）、滑台滑座总高（3 320mmh ）、侧底座 高度（4 560mmh ）、滑座与侧底座之间的调整垫高度（7 5mmh ）等尺寸有关。对于卧式组合机床，1h要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐1 8 5 1 4 0 m mh ，本组合机床按式 1 2 3 7 4( 0 . 5 )h h H h h h （ 2-12） 计算，得： 1 129.5m mh 。 4 0 7 m m , 1 5 6 m mbh,取 1 100mmb ，则求出主轴箱轮廓尺寸： B=398mm 11 1 5 6 1 2 9 . 5 1 0 0 3 8 5 . 5 m mH h h b 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=400mm 400mm。 2.3.4 机床生产率计算卡 已知：工作行程为 180mm 进刀量为 7500mm /min 机动时间 3.05min 装卸工件时间 0.8min 单件工时 3.894min/件 nts 13 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 P.51公式 ktNQ （ 2-13） 计算，式中， N 年生产纲领（件），本课题中 N=30000件； kt 全年工时总数，本课题以单班 7小时计，则 2350kth。 则 htNQ k /77.12235030000 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。即公式1P.51 单TQ 601 （ 2-14） 式中， T单 生产一个零件所需时间（ min）。 则 hTQ /41.15894.360601 件单 c.机床负荷率 机床负荷率为理性生产率与实际生产率之比。即公式 1P.52 1QQ （ 2-15） 则 %8.8241.15 77.121 QQ生产率计算卡见表 2-6。 nts基于三维的柴油机 气缸 盖 组合钻床总体及后 主轴箱设计 14 表 2-6 生产率计算卡 被加工零件 图号 - 毛坯种类 铸件 名称 柴油机 气缸盖 毛坯重量 材料 HT250 硬度 190 240HBS 工序名称 三 面钻孔 工序号 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) 工时 (min) 机 加工 时间 辅助 时间 共计 1 装卸工件 1 0.8 0.8 右滑台快进 150 左滑台快进 140 7500 0.02 0.02 左 轴箱工进 (钻孔 15.2) 30 16 335 0.2 16.6 1.81 右多轴箱工进 30 14 533 0.13 13.1 2.29 2.29 后多轴箱工进 30 14.1 536 0.13 20 1.5 左右滑台快 退 180 7500 0.024 0.024 备注 装卸工件时间取决于操作者熟练程度 ,本机床计算时取 0.8min 总计 3.134min 单件工时 3.134min 机床生产率 19.14件 /h 机床负荷率 83.5% nts 15 3 组合机床 后 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 后 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 :400 400 400； 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： 附表： a) 被加工零件 nts基于三维的柴油机 气缸 盖 组合钻床总体及后 主轴箱设计 16 名称：气缸 盖 材料： HT250 硬度： 187 255HBS 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 轴号 加工直径（ mm） 主轴直径（ mm） 主轴外伸尺寸（ mm） 切削速度v（ m/min） 转速 n（ r/min） 每转进给量 f（ mm/r） D/d L 1 6 30 40 65/44 135 20 220 0.2 1TD50动力箱 电动机功率 1.5kW，转速 1460r/min,驱动轴转速 730r/min，驱动轴到滑台表面距离为 159.5mm，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 3.2.1 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。因本工序是对气缸盖进行钻孔，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 135mm长主轴与刀具刚性连接，配置的单导向用于钻孔。 3.2.2 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)3230( znpm (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nts 17 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。 3.2.3 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 3.3.1 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 驱动轴 O 主轴 1 主轴 2 主轴 3 X 135.000 111.000 165.000 108.000 Y 222.000 120.000 54.000 63.000 3.3.2 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、可看成直线分布，用 4 轴 和 5 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： 驱动轴 0轴 5轴 4轴 1轴 3轴 2 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5.3131，尽量避免用升速传动。当驱动轴转速较低时，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；nts基于三维的柴油机 气缸 盖 组合钻床总体及后 主轴箱设计 18 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
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