基于三维的柴油机气缸盖组合钻床总体及左主轴箱设计

本科毕业设计（论文）通过答辩目录1 前言 .12 总体设计 .22.1 总体方案论证 .22.1.1 加工对象工艺性的分析 .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,计算切削力、切削扭矩及切削功率 .32.2.2 验证刀具耐用度 .52.2.3 刀具耐用度的计算 .62.2.4 选择刀具结构 .72.3 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 .72.3.3 机床联系尺寸图 .92.3.4 机床生产率计算卡 .123 组合机床左主轴箱设计 .143.1 绘制左主轴箱设计原始依据图 .143.2 主轴结构型式的选择及动力计算 .163.2.1 主轴结构型式的选择 .163.2.2 主轴直径和齿轮模数的初步确定 .163.2.3 主轴箱动力计算 .173.3 主轴箱传动系统的设计与计算 .173.3.1 计算驱动轴、主轴的坐标尺寸 .173.3.2 拟订主轴箱传动路线 .173.3.3 传动轴的位置和转速及齿轮齿数 .183.4 主轴箱中传动轴坐标的计算及传动轴直径的确定 .193.4.1 传动轴坐标的计算 .193.4.2 传动轴轴径的确定 .203.5 轴的强度校核 .203.6 齿轮校核计算 .223.7 主轴箱中传动轴坐标检查图的绘制 .253.8 左主轴箱三维建模 .254 结论 .29参 考 文 献 .30致 谢 .31附 录 .32盐城工学院本科生毕业设计说明书 20081气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计21 前言 对于多功能组合机床，工业领域内有很多称呼来形容它，如 “多任务处理装置” 、 “多功能机床” 、 “多程序生产系统”等，它确实可称为加工领域的新星，可降低成本，简化配置，并一直保持在美国本土生产。过去只有使用多机操作才能完成的任务，现在可以集中到一台机床上加工完成。由于市场需求的不断变化，产品的生命周期在不断缩短，今天的市场更加强烈需求多任务处理装置概念。在整个生产环境中推行精益管理时，没有比把零件加工集中到一台机器上完成更精一些传统的制造业厂商认为多功能组合机床过于复杂，很难找到合适的操作人员也就不足为奇了。在一些劳动力市场，要找到能够对多轴组合机床加工中心进行手工编程的人是不太可能的事。但资料显示，解决方案可有两个，一个是现代多功能组合机床的直觉式技术，另一个是针对金属加工基本原理及在生产车间现场有关新机床使用中难题创新解决方面的培训。 本次设计的课题是基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计,该课题来源于盐城市江动集团。本设计主要针对 ZH1105 气缸盖钻排气道面上 2M107H 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4M107H 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。我主要负责左主轴箱部分的设计，总体设计由我和另外三位同学共同完成。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双面的机床配置型式。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、机床总图和生产率计算卡。在第 3 章中，主要介绍了左主轴箱的设计。左主轴箱的设计是组合机床设计中的一个重要的组成部分。左主轴箱设计时，首先确定绘制左主轴箱设计原始依据图，接着对主轴结构型式选择和动力的计算，然后对主轴箱传动系统进行设计与计算，在对左主轴箱中的传动轴直径和传动轴在箱体中的位置进行计算，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并画出三维图形。盐城工学院本科生毕业设计说明书 200832 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 HB190240，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 2M107H 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：4M107H 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，又由组气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计4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,计算切削力、切削扭矩及切削功率对于 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：盐城工学院本科生毕业设计说明书 20085表 2-1 高速钢钻头切削用量加工材料 加工直径 （mm）1d切削速度 (m/min)v进给量 (mm/r)f190240HBS612 0.10.18铸铁122210180.180.25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 （单位为 mm/min）,因此，一般先按各刀具选择较合理的fv转速 (单位为 r/min)和每转进给量 （单位为 mm/r） ，再根据其工作时间最长、inif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（2-fivnfn211）在选择了转速后就可以根据公式（2-0dv2）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4M10 钻至 48.376，深 19， l=19mm由 d612，硬度大于 190240 HBS，选择 v=1018m/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= 8.376533/1000=14m/min B.后侧面上 2 个孔的切削用量的选择2M10 钻至 28.376，深 19， l=19mm由 d612，硬度大于 190240 HBS，选择 v=1018m/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= 8.376536/1000=14.1m/minC.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 d1222，硬度大于 190240 HBS，选择 v=1018m/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= 15.2335/1000=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 15.2v (m/min) 14 14.1 16气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计6f (mm/r) 0.13 0.13 0.20n (r/min) 533 536 3352.2.2 验证刀具耐用度根据文献1P.134 表 6-20 中公式6.08.2HBDfF(2-3)6.08.91fT(2-4)DvP74(2-5)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。 ，在本设计中，)(31minaxmaxHBHB， ，得 HB=223。240maxHB90in由以上公式可得：A 右侧面上 4 个孔的切削用量的选择钻 4M10 钻至 48.376，深 19由公式（2-3）得： 6.08.2HBDfF=268.3760.130.82230.6= 1091.6 N由公式（2-4）得： 6.08.9.1fT=108.3761.90.130.82230.6= 2843.4 Nmm由公式（2-5）得： DvP9740= 376.812=0.156 kW盐城工学院本科生毕业设计说明书 20087B.后侧面上 2 个孔的切削用量的选择钻 2M10 钻至 28.376，深 19由公式（2-3）得： 6.08.HBDfF=268.3760.130.82230.6= 1091.6N由公式（2-4）得： 6.08.9.1fT=108.3761.90.130.82230.6=2843.4 Nmm由公式（2-5）得： DvP9740= 376.81.2=0.157 kWC. 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 通孔由公式（2-3）得： 6.08.2HBDfF=2615.20.200.82230.6= 2796.1 N由公式（2-4）得： 6.08.9.1fT=1015.21.90.200.82230.6=12452.2 Nmm由公式（2-5）得： 9740vPD= 2.15.32=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 0.1568.376 1096.6 2843.4 0.15715.2 2796.1 12452.2 0.43气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计82.2.3 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：（2-6）83.15.0296HBvfDT式中： 刀具耐用度，单位 min； 钻头直径，单位 mm； 切削速度，单位 m/min；v 每转进给量，单位 mm/r；f 布氏硬度。HB选择 8.376mm 的钻头进行计算： 80.250.25.13 1.3969648.DTvfmin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钻。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 HB190240 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 定位基面盐城工学院本科生毕业设计说明书 200892.3.2 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(2-7)410dB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 14 d=30 mm轴 56 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。气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计10D.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 L（多轴加工时按最长孔计算）与工刀具切入长度 和切出长度 之和。切入长度一般为 510mm，根据工件端面12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 1d 2L工左主轴箱 22 8 15.2右主轴箱 19 8 8.376后主轴箱 19 8 8.376b.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。2.3.3 .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，位盐城工学院本科生毕业设计说明书 200811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niF1多 轴 箱（2-8）式中， 各主轴所需的 向切削力，单位为 N。则iF左主轴箱 1.2796右主轴箱 4.36.04多 轴 箱后主轴箱 F29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=67V 右= n2xf=533x0.13=69.3V 后= n3xf=536x0.13=70c.最大行程 L=400mmd.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。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 10350mm/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 ，根据1P.47 页公P切 削式气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计12切 削多 轴 箱 P（2-9）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 0.80.9，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 。8.0左主轴箱： P 切削=0.43140.736.10246.598kWniP切 削则 P=0.430.8=054.598.kW多 轴 箱右主轴箱： P 切削=0.156*4=0.624160.14.356.184kniP切 削则 P 多轴箱=0.6240.8=0.783.8.9k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 P.114115 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 720D.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。2.3.3 .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，工件最低孔位置 ，主轴箱最低主轴高度 ，所选滑台与滑座总21mh130mh高 ，侧底座高度 ，夹具底座高度 ，中间底座304560h58高度 ，综合以上因素，该组合机床装料高度取 H=1000mm。652.3.3 .3 确定主轴箱轮廓尺寸盐城工学院本科生毕业设计说明书 200813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1h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（2-10）1Hh（2-11）式中， b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（mm） ；最边缘主轴中心距箱外壁的距离（mm） ；1h工件在高度方向相距最远的两孔距离（mm） ；最低主轴高度（mm） 。1其中， 还与工件最低孔位置（ ） 、机床装料高度（ H=1000mm） 、21mh滑台滑座总高（ ） 、侧底座高度（ ） 、滑座与侧底座之间320mh4560的调整垫高度（ ）等尺寸有关。对于卧式组合机床， 要保证润滑油75 1h不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐 ，本组合机床按式18h（2-12374(0.5)H12）计算，得： 。129.5mh,取 ，则求出主轴箱轮廓尺寸：407,6b10bB=398mm1529.385.mHh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 BH=400mm400mm。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）所要求的机床生产气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计14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；全年工时总数，本课题以单班 7 小时计，则 。kt 2350kth则 htQk /7.12350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TQ601（2-14）式中， 生产一个零件所需时间（min） 。T单则 hQ/41.589.3601件单 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1P.521Q（2-15） 则 %8.241.571Q生产率计算卡见表 2-6。盐城工学院本科生毕业设计说明书 200815表 2-6 生产率计算卡图号 - 毛坯种类 铸件名称 柴油机气缸盖 毛坯重量被加工零件材料 HT250 硬度 190240HBS工序名称 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 1 0.8 0.8右滑台快进150左滑台快进1407500 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总计 3.134min单件工时 3.134min机床生产率 19.14 件/h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机床负荷率 83.5%气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计163 组合机床左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 绘制左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:400400440；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：图中双点划线表示被加工零件轮廓，实线表示主轴箱轮廓。附表：a) 被加工零件名称：气缸体材料：HT250盐城工学院本科生毕业设计说明书 200817硬度：190240HBSb) 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/d L切削速度v（m/min）转速n（r/min）每转进给量f（mm/r）04 15.2 15 65/44 135 16 335 0.2Y90L-4 动力箱电动机功率 1.5kW，转速 1400r/min,驱动轴转速 403r/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，即气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计18(3-1)3)20(znpm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。多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。3.2.3 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、主轴坐标值驱动轴O主轴 10 250 1203.3.2 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盐城工学院本科生毕业设计说明书 200819求，现在一般采用“计算、作图和试凑”相结合的办法来设计。a) 分析主轴的位置其传动路线如下：驱动轴 O轴 3轴 2轴 1（主动轴）手柄轴 4轴 3轴 2轴 1（主动轴）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 11.5，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5.31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；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。3.3.3 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。3.3.3.1 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 n1=1400r/min驱动轴 n0=403r/min各主轴总传动 i01=403/1400=0.293.3.3.2 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：气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计20（3-主从从主 nzu2）（3-）（ 从主mA23）（3-主从从从主 znu4）（3-从主主主从 zn5）（3-）（）（ 从主从主 umAnzmAz 12126）（3-）（）（ 主从主从 uAnzAz 1227）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分别为主动和从动齿轮转速，单位为 r/mm；从主 、 nA齿轮啮合中心距，单位为 mm；m齿轮模数，单位 mm；可以求出 z1=20 m1=3 z2=z4=22 m2=3z3=20 m3=2.5z5=25 m5=2.5z6=28 m6=2.53.4 主轴箱中传动轴坐标的计算及传动轴直径的确定3.4.1 传动轴坐标的计算轴（3）： 327296X盐城工学院本科生毕业设计说明书 200821327 2tan48.90.85XYY验： ，772()1mzA而 图 3-2227772 14.036XY实,该中心距误差很小在 0.0010.009mm 之间，可14.03610.36A不用变位齿轮。轴（4）： 541249X5124tan02.78YY验： ，412412()7mzA而 2214147.0AXY4-12实，该中心距误差很小在 0.0010.009mm 之间，17.0210.可不用变位齿轮。3.4.2 传动轴轴径的确定（3-nUTT21总8）轴 2=轴 3=25mm 3.5 轴的强度校核在主轴箱中不管是主轴还是传动轴，它们的直径都是按照扭转刚度条件，根据其所受扭矩，由表 3-4 选取的，所以它们的刚度都满足要求。这里只对相对较为危险的轴进行强度的校核计算。由于 1 轴钻孔直径为 15.2，所受的切削力较大，相对来说比较危险故任选 1 轴进行校核。轴（1）：T=12452Nm，轴上齿轮 z=28，模数 m=2.5，则d=mz=2.528=70mm，Ft=2T/d=355.8N，Fr=Fttan20=796 N。气缸体双工位专用钻床总体及左主轴箱设计22轴的支点位置：参见机械设计图 11.18，由 7205 圆锥滚子轴承查手册，得19am齿宽中心距左支点距离： 23(8.519).Lm齿宽中点距右支点距离： 34045左支点水平面的支反力： 312.73.2, 5.81tDNHLFMN右支点水平面的支反力： 2385.0, 0.9tB左支点垂直面的支反力： 31241.692.37rN