气缸体三面钻螺纹底孔组合机床总体及左主轴箱设计.doc

潍坊学院毕业设计 1 目录目录 1 1 绪论绪论 1 2 2 组合机床总体设计组合机床总体设计 3 2 1 总体方案论证 3 2 1 1 工艺路线的确立 3 1 1 2 机床配置型式的选择 4 2 1 3 定位基准的选择 4 2 1 4 滑台型式的选择 4 2 2 确定切削用量及选择刀具 5 2 2 1 选择切削用量 5 2 2 2 计算切削力 切削扭矩及切削功率 6 2 2 3 选择刀具结构 7 2 3 组合机床总体设计 三图一卡 7 2 3 1 被加工零件工序图 7 2 3 2 加工示意图 7 2 3 3 机床尺寸联系总图 10 2 3 4 机床生产率计算卡 12 3 3 组合机床主轴箱设计组合机床主轴箱设计 14 3 1 绘制主轴箱原始依据图 14 3 2 主轴结构型式的选择和动力计算 15 3 2 1 主轴结构型式的选择 15 3 2 2 主轴直径和齿轮模数的确定 16 3 3 主轴箱传动系统的设计与计算 16 3 3 1 根据原始依据图计算坐标尺寸 16 3 3 2 拟订主轴箱传动路线 17 3 3 3 确定传动轴位置及齿轮齿数 17 潍坊学院毕业设计 2 3 4 主轴箱坐标计算 绘制坐标检查图 22 3 4 1 计算传动轴的坐标 22 3 4 2 绘制坐标检查图 24 3 5 轴 齿轮的校核 24 3 5 1 轴的校核 24 3 5 2 齿轮的校核 25 4 4 零部件的设计绘制零部件的设计绘制 28 4 1 绘制主轴箱的装配图及零件图 28 4 2 绘制主轴箱前 后盖 主轴及箱体 28 5 5 样机试验测试样机试验测试 29 5 1 组合机床空运转试验 29 5 1 1 样机试验要求 29 5 1 2 样机试验结果 29 5 2 组合机床钻孔试验 29 5 2 1 组合机床试验过程 29 5 2 2 组合机床试验结果 29 5 3 进行精度测试 29 6 6 结论结论 31 参考文献参考文献 32 潍坊学院毕业设计 1 1 1 绪论绪论 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 潍坊学院毕业设计 2 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 组合机床的设计 目前基本上有两种方式 其一 是根据具体加工对象的特征 进行专门设计 这是当前最普遍的做法 其二 随着组合机床在我国机械行业的广 泛使用 广大工人和技术人员总结出生产和使用组合机床的经验 发现组合机床不 仅在其组成部件方面有共性 可设计成通用部件 而且一些行业在完成一定工艺范 围内的组合机床是极其相似的 有可能设计为通用机床 这种机床称为 专能组合 机床 这种组合机床不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产 而是设计 成通用品种 组织成批生产 然后按被加工零件的具体需要 配以简单的夹具及刀 具 即可组成加工一定对象的高效率设备 在组合机床设计过程中 为了降低组合机床的制造成本 应尽可能地使用通用 件和标准件 目前 我国设计制造的组合机床 其通用部件和标准件约占部件总数 的 70 80 其它 20 30 是专用零部件 考虑到近年来 各种通用件和标准件都 出台了新的标准及标注方法 为了方便以后组合机床的维修 整个组合机床的通用 件和标准件配置 都采用了新标准 本机床根据生产的需要进行设计 气缸体在三面钻组合机床上加工过程为 气 压驱动夹具对气缸体夹紧 电气按钮驱动快进电机来实现快速进刀 快进电机关闭 工进电机启动 把快进转工进对气缸体进行钻削加工 达到加工钻削深度时 滑鞍 碰上死挡铁使丝杠不转 使传动装置中过转矩保护装置启动 启动快进电机反转 滑鞍快速退回 打开气压开关放气减压 夹具松开 取出气缸体 本设计主要针对原有的 ZH1105WA 机体左 右 后三个面上 31 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 主轴箱设计是该次设计中一个重要的传动部分的设计 首先 在完成对组合机床的总体设计并绘制出 三图一卡 的基础上 绘制主轴箱 设计的原始依据图 接着确定主轴结构 轴径以齿轮模数 然后根据被加工孔的位 置 拟定传动系统 应注意轴与轴的最小间距应符合规定要求 避免产生干涉 这 一步是主轴箱设计的核心部分 第四步是计算主轴 传动轴坐标 绘制坐标检查图 潍坊学院毕业设计 3 第五步 绘制多轴箱总图 零件图及编制组件明细表 潍坊学院毕业设计 4 2 组合机床总体设计组合机床总体设计 2 12 1 总体方案论证总体方案论证 本设计的加工对象为柴油机气缸体 材料是 HT250 硬度 HBS190 240 重量 36 5Kg 2 1 12 1 1 工艺路线的确立工艺路线的确立 根据先粗加工后精加工 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 ZH1105WA 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 攻螺纹 工序 12 钻上面 下面 前面的孔 工序 13 攻螺纹 工序 14 最终检验 本道工序 工序 10 钻左面 右面 后面的孔 由本设备 ZH1105WA 气缸 体三面钻组合机床 完成 因此 本设备的主要功能是完成柴油机气缸体左 右 后三个面上 31 个孔的加工 具体加工内容是 钻右侧面上 10 个孔 其中盲孔 9 6 7 盲孔 8 5 左侧面 15 个孔 其中盲孔 14 6 7 盲孔 12 5 钻后 面 6 个孔 其中盲孔 6 12 5 潍坊学院毕业设计 5 1 1 21 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 此外 ZH1105WA 柴油机气缸体的结构为卧式长方体 从装夹的角度来看 卧式平放比较方 便 也减轻了工人的劳动强度 通过以上的比较 考虑到卧式床身振动小 装夹方便等优点 选用卧式组合机 床 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 本机床加工时采用 的定位方式是以底面为定位基准面 限制三个自由度 用两个挡铁限制两个自由度 在左侧有一个支承钉 限制剩下的一个自由度 2 1 42 1 4 滑台型式的选择滑台型式的选择 本组合机床采用的是机械滑台 与液压滑台相比较 机械滑台具有如下优点 进给量稳定 慢速无爬行 高速无振动 可以降低加工工件的表面粗糙度 具有较 好的冲击能力 继续铣削 钻头钻通孔将要出口时 不会因冲击而损坏刀具 运行 安全可靠 易发现故障 调整维修方便 没有液压驱动的管路 泄漏 噪声和液压 站占地的问题 机械滑台也有其弊端 如 只能有级变速 变速比较麻烦 一般没 有可靠的保护 快进转工进时 转换位置精度较低 液压滑台弊端 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 ZH1105WA 柴油机气缸体 钻左 右 后 三个面上的 31 个孔 位置精度和尺寸精度要求较高 刚度高 热变形小 进给稳 定性高 因此采用精密级机械滑台 潍坊学院毕业设计 6 2 22 2 确定切削用量及选择刀具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 31 个被加工孔 采用查表法选择切削用量 从文献 9 的 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 随孔深度的增加而逐渐递减 其 递减值按文献 9 的 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 使刀具寿命有所降 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 浅孔时钻头的寿命比较接近 A 对左侧面的 15 个孔的切削用量的选择 a 孔 1 孔 6 孔 8 孔 15 14 6 7 盲孔 l 14mm 由 d 6 12 硬度大于 190 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18mm r 又 d 6 7mm 取定 v 11 8m min f 0 11mm r 则 由文献 5 的 43 页公式 式 2 d v n 1000 1 得 n 1000 11 8 6 7 560r min b 孔 7 12 5 盲孔 l 32mm 由 d 12 22 硬度大于 190 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 18 0 25mm r 又 d 12 5mm 取定 v 13 345m min f 0 181mm r 则 n 1000 13 345 12 5 340r min B 对后面的 6 个孔的切削用量的选择 a 孔 16 孔 21 6 12 5 盲孔 l 32mm 由 d 12 22 硬度大于 190 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 18 0 25mm r 又 d 12 5mm 取定 v 11 0m min f 0 22mm r 则 n 1000 11 0 12 5 280r min C 对右侧面的 10 个孔的切削用量的选择 潍坊学院毕业设计 7 a 孔 22 孔 30 9 6 7 盲孔 l 16mm 由 d 6 12 硬度大于 190 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18mm r 又 d 6 7mm 取定 v 11 8m min f 0 11mm r 则 n 1000 11 8 6 7 560r min b 孔 31 8 5 盲孔 l 15mm 由 d 6 12 硬度大于 190 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18mm r 又 d 8 5mm 取定 v 11 74m min f 0 14mm r 则 n 1000 11 74 8 5 440r min 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 根据文献 9 的 134 页表 6 20 中公式 式 2 6 08 0 26HBDfF 2 式 2 6 08 09 1 10HBfDT 3 式 2 D Tv P 9740 4 式中 切削力 N 切削转矩 N 切削功率 Kw FTP 切削速度 m min 进给量 mm r 加工 或钻头 直径VfD mm 布氏硬度 在本设计中 HB 3 1 minmaxmax HBHBHBHB 得 223 240 max HB190 min HBHB 由以上公式可得 对左面单根轴 轴 1 轴 6 轴 8 轴 15 764 1N 1627 9N mm FT 0 094KwP 轴 7 2123 3N 7929 7N mm 0 277KwFTP 对后面单根轴 轴 16 轴 21 2482 0N 9269 4N mm FT 潍坊学院毕业设计 8 0 267KwP 对右面单根轴 轴 22 轴 30 764 1N 1627 9N mm 0 094KwFTP 轴 31 1175 6N 3103 2N mm 0 14KwFTP 轴编号与孔编号相对应 总的切削功率 即求各面上所有轴的切削功率之和 左面 14 0 094 0 277 1 593Kw w P 后面 6 0 269 1 602Kw w P 右面 9 0 094 0 14 0 986Kw w P 实际切削功率 根据文献 9 1 5 2 5 因为是多轴加工 故取定P 2P w P w P 则 2 1 593 3 186Kw 左 P 2 1 602 3 204Kw 后 P 2 0 986 1 972Kw 右 P 2 2 32 2 3 选择刀具结构选择刀具结构 根据工艺要求及加工精度的要求 加工 31 个孔的刀具均采用标准复合式麻花 钻 2 32 3 组合机床总体设计组合机床总体设计 三图一卡三图一卡 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加工余量 毛坯 或半成品情况的图样 除了是设计研制合同外 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 2 3 22 3 2 加工示意图加工示意图 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 潍坊学院毕业设计 9 A 刀具的选择 a 根据工艺的要求及加工精度不同 组合机床采用的刀具一般有简单刀具 标 准刀具 复合刀具及特种刀具 选择刀具的原则 只要条件允许 为使工作可靠 结构简单 刃磨容易 应尽量选择标准刀具和简 单刀具 b 为使工序集中程度或保证加工精度 可采用先后加工或同时加工两个或两个 以上表面的复合刀具 c 选择刀具结构时 还须认真分析被加工零件材料特点 刀具直径的选择应与加工部位尺寸 精度相适应 孔 6 7 选择刀具 6 7 孔 8 5 选择刀具 8 5 孔 12 5 选择刀具 12 5 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 本题目中加工 31 个孔时导向表面旋转线速度均小于 20m min 所以导向装置选 用固定导套 对于加工 6 7 孔 选择的导套尺寸为 D 15mm D1 22mm D2 26mm L 20mm l 8mm l1 3mm e 16 5mm 配用的螺钉 M6 对于加工 8 5 孔 选择的导套尺寸为 D 18mm D1 22mm D2 26mm L 28mm l 10mm l1 4mm e 18 5mm 配用的螺钉 M6 对于加工 12 5 孔 选择的导套尺寸为 D 22mm D1 30mm D2 34mm L 20mm l 10mm l1 4mm e 22mm 配用的螺钉 M8 C 确定主轴 尺寸 外伸尺寸 在该题中 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深沟球轴承长主轴 潍坊学院毕业设计 10 根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩T 由文献 9 的 43 页公式 式 2 5 4 10TBd 式中 轴的直径 mm 轴所传递的转矩 N m dT 系数 本课题中主轴为非刚性主轴 取 6 2 BB 由公式可得 轴 1 轴 6 轴 8 轴 15 12 45mmd 轴 7 18 51mmd 轴 16 轴 21 19 24mmd 轴 22 轴 30 12 45mmd 轴 31 14 63mmd 考虑到安装过程中轴的互换性 安装方便等因素 除 13 轴 14 轴轴径取为 15 外 其余 29 根主轴轴径均取为 20 根据主轴类型及初定的主轴轴径 查文献 9 的 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 时 主轴外伸尺寸为 D d 25 16 L 85mm 接杆莫氏圆锥号为 主轴轴径 d 20 时 主轴外伸尺寸为 D d 32 20 L 115mm 接杆莫氏圆锥号为 D 动力部件工作循环及行程的确定 a 工作进给长度的确定 工 L 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 与刀具 工 L 切入长度和切出长度之和 切入长度一般为 5 10 根据工件端面的误差情 1 L 2 L 况确定 钻孔时切出长度按文献 9 的 46 页表 3 7 式 2 6 8 3 3 2 d L 计算 式中 d 为钻头直径 三个面上钻孔时的工作进给长度见表 2 1 表 2 1 工进长度确定表 L 1 L d 2 L 工 L 潍坊学院毕业设计 11 左主轴箱321012 5850 后主轴箱321012 5850 右主轴箱1668 5830 b 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 150mm 170mm 和 150mm 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 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 三面的前备量取 40mm 后备量 取 100mm 则总行程为 340mm 2 3 32 3 3 机床尺寸联系总图机床尺寸联系总图 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 9 的 62 页公式 式 2 7 n i i FF 1 多轴箱 式中 各主轴所需的 向切削力 单位为 N i F 则 左主轴箱 14 764 1 2123 3 12820 7N 多轴箱 F 后主轴箱 2482 0 6 14892N 多轴箱 F 右主轴箱 764 1 9 1175 6 8052 5N 多轴箱 F 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 又 多轴箱 F 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 9 的 96 页表 5 5 左 右 后三面的机械滑台均选用 1HJ40M 型 台面宽 400mm 台面长 800mm 最大行程长 630mm 滑台及滑座总高 320mm 滑座长 1240mm 允许最大进给力 20000N 工作进给电机型号为 Y802 4B5 功 潍坊学院毕业设计 12 率为 0 75Kw 转速 1390r min 工作进给范围为 9 62 425 8r min 快速进给电机 型号为 Y90L 4B5 功率为 1 5Kw 转速为 1400r min 快速进给速度 6 3r 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 根据文献 9 的 47 页公 切削 P 式 式 2 8 切削 多轴箱 P P 式中 消耗于各主轴的切削功率的总和 Kw 切削 P 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 3 186Kw 切削 P 则 3 186 0 8 3 983Kw 多轴箱 P 后主轴箱 3 204Kw 切削 P 则 3 204 0 8 4 01Kw 多轴箱 P 右主轴箱 1 972Kw 切削 P 则 1 972 0 8 2 465Kw 多轴箱 P 根据机械滑台的配套要求 滑台额定功率应大于电机功率的原则 查文献 9 的 114 115 页表 5 38 表 5 39 得出动力箱及电动机的型号 见表 2 2 表 2 2 动力箱确定表 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1TD40IY132S 45 51440720 后主轴箱1TD40IY132S 45 51440720 右主轴箱1TD40IY132S 45 51440720 c 配套通用部件的选择 潍坊学院毕业设计 13 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 12mm 所选滑台与滑座总高 320mm 侧底座高度 560mm 夹具底 2 h 3 h 4 h 座高度 350mm 中间底座高度 630mm 综合以上因素 850mm 该组合 5 h 6 h 3 h 4 h 机床装料高度取 1000 H C 确定主轴箱轮廓尺寸 主要需确定的尺寸是主轴箱的宽度和高度及最低主轴高度 主轴箱宽度BH 1 h 高度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 BH Bb 1 b Hh 1 h 1 b 式中 工件在宽度方向相距最远的两孔距离 mm b 最边缘主轴中心距箱外壁的距离 mm 1 b 工件在高度方向相距最远的两孔距离 mm h 最低主轴高度 mm 1 h 其中 还与工件最低孔位置 12mm 机床装料高度 1000mm 滑 1 h 2 hH 台滑座总高 320mm 侧底座高度 560mm 滑座与侧底座之间的调整垫高 3 h 4 h 度 5mm 等尺寸有关 对于卧式组合机床 要保证润滑油不致从主轴衬套 7 h 1 h 处泄漏箱外 通常推荐 85 140mm 本组合机床按式 1 h 0 5 1 h 2 hH 3 h 4 h 7 h 12 1000 0 5 320 560 0 5 计算 得 126 5mm 1 h 415 02mm 275mm 取 100mm 则求出主轴箱轮廓尺寸 bh 1 b 2 415 02 200 615 02mmBb 1 b 275 126 5 100 501 5mmHh 1 h 1 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 630mm 500mm BH 潍坊学院毕业设计 14 2 3 42 3 4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡 已知 工作行程为 340mm 进刀量为 7500 min 机动时间加紧 0 5min 机动时间钻入快退 0 4min 机动时间 1 5min 装料时间 0 5min 单件工时 2 364min 件 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 用文献 9 的 51 页的公式 式 2 9 k t N Q 计算 式中 N 年生产纲领 件 本课题中 N 50000 件 全年工时总数 本课题以单班 7 小时计 则 k thtk2350 则 h t N Q k 28 21 2350 50000 件 实际生产率 件 h 1 Q 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 即文献 9 的 51 页的公式 式 2 10 单 T Q 60 1 式中 生产一个零件所需时间 min 单 T 则 h T Q 09 26 3 2 6060 1 件 单 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 即文献 9 的 52 页的公式 式 2 11 1 Q Q 潍坊学院毕业设计 15 则 56 81 09 26 28 21 1 Q Q 潍坊学院毕业设计 16 3 3 组合机床主轴箱设计组合机床主轴箱设计 本人的设计任务是柴油机气缸体三面钻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为 630mm 500mm 属于大型通用主轴箱 该类型的主轴箱结构典型 能利用通用的箱体和传动件 采用标准主轴 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 主轴的类型为深沟球轴承长主轴 主轴材料采用 40Cr 钢 热处理 C42 通用传动轴一般用 45 钢 调质 T235 滚针轴承传动轴用 20Cr 钢 热处理 S0 5 C59 通用齿轮有传动齿轮 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 13 1 绘制主轴箱原始依据图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 1 被加工零件编号及名称 ZH1105WA 柴油机气缸体 材料及硬度 HT250 190 240HBS 2 主轴外伸尺寸及 切削用量 如表 3 1 3 动力部件 1TD40I 1HJ40M 5 5Kw n 1440r min 主 P 表 3 1 主轴外伸尺寸及切削用量表 主轴外伸尺寸 切 削 用 量 轴 号 D d L工序内容n r min v m min f mm r 备 注 1 6 8 12 15 32 20115 6 756011 80 11 13 1425 1685 6 756011 80 11 732 20115 12 534013 3450 181 潍坊学院毕业设计 17 图 3 1 所示为三面卧式钻孔组合机床左主轴箱设计原始依据图 图 3 1 主轴箱设计原始依据图 3 2 主轴结构型式的选择和动力计算 3 2 13 2 1 主轴结构型式的选择主轴结构型式的选择 主轴结构的选择包括轴承型式的选择和轴头结构的选择 轴承型式是主轴部件 结构的主要特征 本课题中主轴进行钻削加工 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 该课题中主轴采用的是深沟球轴承长主轴 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 钻 孔时常采用标准导套导向 轴头用圆柱孔与刀具连接 用单键传扭矩 紧定螺钉作 轴向定位 潍坊学院毕业设计 18 3 2 23 2 2 主轴直径和齿轮模数的确定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 15 根主轴除 13 14 号轴的轴径为 15mm 外 其余 13 根轴径均为 20mm 齿轮模数 单位为 mm 一般用类比法确定 也可按文献 9 的 62 页公式估算 m 即 式 3 3 32 30 zn P m 1 式中 齿轮所传递的功率 单位为 Kw P 一对啮合齿轮中的小齿轮齿数 Z 小齿轮的转速 单位为 r min n 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 2 3 两种 通过计 算得 1 76 结合生产实际取 2 和 3 两种 mmm 3 33 3 主轴箱传动系统的设计与计算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 3 3 13 3 1 根据原始依据图计算坐标尺寸根据原始依据图计算坐标尺寸 根据原始依据图 3 1 计算驱动轴 主轴的坐标尺寸 如表 3 2 所示 表 3 2 驱动轴 主轴坐标值 坐标销 35驱动轴 0主轴 1主轴 2主轴 3主轴 4主轴 5 X 0265 000107 599168 221137 910107 599168 221 Y0129 500111 0001110 000163 500285 000365 000 潍坊学院毕业设计 19 坐标主轴 6主轴 7主轴 8主轴 9主轴 10主轴 11主轴 12 X137 910168 210202 480156 415218 935327 520373 285 Y337 500365 500304 788206 000116 713126 212225 000 坐标主轴 13主轴 14主轴 15 X311 065330 956369 524 Y314 288337 961291 999 3 3 23 3 2 拟订主轴箱传动路线拟订主轴箱传动路线 该主轴箱有 15 根主轴 将这 15 根主轴分别为 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 传动轴分别为 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 油泵轴 34 由传动轴 32 传动 具体传动路线见图 3 2 图 3 2 传动树形图 3 3 33 3 3 确定传动轴位置及齿轮齿数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 由各主轴几驱动轴转速求驱动轴到各主轴之间的传动比 主轴 560r min 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6 n 8 n 9 n 10 n 11 n 12 n 13 n 14 n 15 n 340r min 7 n 驱动轴 720r min 0 n 潍坊学院毕业设计 20 各主轴总传动比 i0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 8 0 9 0 10 0 11 0 12 0 13 0 14 0 15 560 720 1 1 286 i0 7 340 720 1 2 12 为使结构紧凑 主轴箱体内的齿轮传动副的最佳传动比为 1 1 5 另外 主轴 与驱动轴转向相同时 经过偶数个传动副 B 各轴传动比分配 主轴箱中有同心圆分布 直线分布及任意分布 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 1 轴 i0 32 1 36 i32 19 0 97 i19 17 1 i17 1 0 93 2 10 轴 i0 32 1 36 i32 2 0 97 i32 10 0 962 3 轴 i0 26 1 32 i26 3 1 4 6 轴 i0 32 1 36 i32 19 0 97 i19 17 20 16 27 29 1 i29 4 0 93 i29 6 0 93 5 轴 i0 18 1 32 i18 21 1 9 i21 28 0 95 i28 5 0 53 7 轴 i0 32 1 36 i32 19 0 97 i19 17 20 16 27 29 1 i29 30 1 8 i30 31 0 83 i31 7 1 8 轴 i0 18 1 32 i18 21 1 9 i21 23 0 706 i23 8 0 72 9 轴 i0 32 1 36 i32 19 0 97 i19 17 20 16 27 33 1 i33 9 0 96 潍坊学院毕业设计 21 11 12 轴 i0 18 1 32 i18 11 1 i18 12 1 13 15 轴 i0 18 1 32 i18 21 1 9 i21 22 0 53 i22 13 0 95 i22 15 1 14 轴 i0 18 1 32 i18 21 1 9 i21 23 0 706 i23 25 0 875 i25 24 1 i24 14 0 83 C 确定中间传动轴的位置并选择各对齿轮 传动轴转速的计算公式 文献 9 的 64 65 页 式 3 2 主 从 从 主 n n z z u 式 3 3 z S m zz m A 2 2 从主 式 3 4 主 从 从 从 主 z z n u n n 式 3 5 从 主 主主从 z z nunn 式 3 6 1 2 1 22 um Au n n m A z m A z 从 主 从主 式 3 7 u Am n n m A z m A z 1 2 1 22 主 从 主从 式中 啮合齿轮副传动比 u 啮合齿轮副齿数和 z S 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 min 从主 n n 潍坊学院毕业设计 22 齿轮啮合中心距 单位为 mm A 齿轮模数 单位为 mm m a 确定中间传动轴 32 的位置 配 32 轴与驱动轴 0 32 轴与主轴 1 2 10 及 传动轴 17 19 连接的 六 0 Z 32 Z 2 Z 32 Z 10 Z 32 Z 19 Z 32 Z 17 Z 19 Z 1 Z 17 Z 对齿轮 在 2 0 轴心连线上用几何作图法粗略找出中垂线 量出 32 与 0 32 与 2 32 与 10 的距离 公式 3 4 及传动比 i32 2 0 97 i32 10 0 962 取 m 2 可得到齿 轮齿数 35 25 36 26 分别设在第 排和第 排 2 Z 10 Z Z32 Z32 b 确定中间传动轴 26 的位置 配 26 轴与驱动轴 0 26 轴与主轴 3 连接的 3 Z 两对齿轮 26 Z 26 Z 0 Z 传动轴 26 在主轴 3 0 轴心连线的中垂线上 量出 26 与 3 0 的距离 利用公 式 3 4 及传动比 取 m 2 和 m 3 可得到齿轮齿数 29 29 3 Z Z26 29 分别设在第 排和第 排 Z26 c 确定中间传动轴 29 的位置 配 29 轴与主轴 4 6 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 29 配对的 4 6 的齿数 28 26 26 模数 m 2 设在第 排 29 Z 4 Z 6 Z d 确定中间传动轴 31 的位置 配 31 轴与主轴 7 及传动轴 30 连接的两对齿轮 用上述同样的方法 求得与中间传动轴 31 配对的主轴 7 及传动轴 30 上的两对 齿轮齿数分别为 36 30 26 26 模数均为 2 分别设在第 30 Z Z31 Z31 7 Z 排和第 排 e 确定中间传动轴 28 的位置 配 28 轴与主轴 5 及传动轴 21 连接的两对齿轮 用上述同样的方法 求得与中间传动轴 28 配对的主轴 5 及传动轴 21 上的两对 齿轮齿数分别为 38 36 19 模数均为 2 设在第 排 21 Z 28 Z 5 Z f 确定中间传动轴 23 的位置 配 23 轴与主轴 8 及传动轴 21 连接的两对齿轮 潍坊学院毕业设计 23 用上述同样的方法 求得与中间传动轴 23 配对的主轴 8 及传动轴 21 上的两对 齿轮齿数分别为 34 24 32 23 模数均为 2 分别设在第 21 Z Z23 Z23 8 Z 排和第 排 g 确定中间传动轴 33 的位置 配 33 轴与主轴 9 及传动轴 27 连接的两对齿轮 用上述同样的方法 求得与中间传动轴 28 配对的主轴 5 及传动轴 21 上的两对 齿轮齿数分别为 35 24 35 23 模数均为 2 分别设在第 27 Z Z33 Z33 9 Z 排和第 排 h 确定中间传动轴 22 的位置 配 22 轴与主轴 13 15 及传动轴 21 连接的三对 齿轮 用上述同样的方法 求得与中间传动轴 22 配对的主轴 13 15 及传动轴 21 上 的三对齿轮齿数分别为 38 20 23 19 23 模数均为 21 Z Z22 Z22 13 Z 15 Z 2 分别设在第 排和第 排 i 确定中间传动轴 18 的位置 配 18 轴与主轴 11 12 连接的两对齿轮 用上述同样的方法 求得与中间传动轴 18 配对的主轴 11 12 的两对齿轮齿数 分别为 39 39 39 模数均为 2 设在第 排 18 Z 11 Z 12 Z j 确定中间传动轴 24 的位置 配 24 轴与主轴 14 及传动轴 25 连接的两对齿轮 用上述同样的方法 求得与中间传动轴 24 配对的主轴 14 及传动轴 25 连接的 两对齿轮齿数分别为 28 28 23 19 模数均为 2 设在第 25 Z Z24 Z24 14 Z 排 D 验算各主轴转速 min 585 26 28 35 35 35 36 30 22 720 1 rn min 543 35 36 30 22 720 2 rn min 567 23 24 35 35 35 40 40 35 35 35 35 35 35 36 30 22 720 3 rn min 585 26 28 35 35 35 40 40 35 35 35 35 35 35 36 30 22 720 64 rnn 潍坊学院毕业设计 24 min 575 19 36 36 38 38 20 29 22 720 5 rn min 356 26 26 30 36 36 20 35 35 35 40 40 35 35 35 35 35 35 36 30 22 720 7 rn min 567 23 32 24 34 38 20 29 22 720 8 rn min 567 23 24 35 35 35 40 40 35 35 35 35 35 35 36 30 22 720 9 rn min 549 25 26 30 22 720 10 rn min 546 39 39 29 22 720 1211 rnn min 575 19 20 20 38 38 20 29 22 720 13 rn min 563 19 23 28 28 28 32 24 34 38 20 29 22 720 14 rn min 546 23 23 20 38 38 20 29 22 720 15 rn 转速相对损失在 5 以内 符合设计要求 E 用中间传动轴 26 兼作调整手柄轴 min 546 29 22 720 26 rn 轴 26 转速较高 操作时省力 位置适当 可满足要求 F 采用 ZIR12 2 型润滑叶片泵 由中间传动轴经一对齿轮传动 min 792 24 36 30 22 720 34 rn 在 400 800r min 范围内 满足要求 泵 n 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零件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排列 结构布置是否正确合理 3 4 13 4 1 计算传动轴的坐标计算传动轴的坐标 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 潍坊学院毕业设计 25 在本主轴箱 18 根传动轴 轴 16 33 与 1 根油泵轴 轴 34 中 传动轴 油 泵轴之间可按与一轴定距的坐标计算方法计算 可按与两轴定距的坐标计算方法计 算 可按与三轴等距的坐标计算方法计算 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 如图 3 3 文献 9 的 171 页公式 设 AB XXA AB YYB Y X j i A1A2 A3 A B3 B B2 B1 J C0 I L a0 a b c I J R1 R2 图 3 3 主轴和传动轴坐标关系 则 22 BAL 2 2 1 2 2 2 2 1 2 1 IRJ RLR L I 因为 L B ac 00 sinsin L A ac 00 coscos 所以 L BJAI cJcIAAA 00231 sincos L AJBI cJaIBBB 00231 cossin 还原到 X0Y 坐标系中去 则 c 点坐标 L AJBI YBYY L BJAI XAXX AA AA 1 1 根据文献 9 的 70 74 页三种计算传动轴坐标的方法 计算得到中间传动轴与 潍坊学院毕业设计 26 油泵轴的坐标如表 3 3 所示 表 3 3 传动轴坐标计算结果 坐 标 传 动 轴 16 传 动 轴 17 传 动 轴 18 传 动 轴 19 传 动 轴 20 传 动 轴 21 传 动 轴 22 传动 轴 23 X31 42982 388300 089152 22667 851274 918325 627257 380 Y198 77463 404199 12969 954128 778251 207279 325306 431 坐 标 传动轴 24 传动轴 25 传动轴 26 传动轴 27 传动轴 28 传动轴 29 传动轴 30 传动轴 31 X305 783250 256195 87067 851201 87384 23873 791136 807 Y370 329365 870163 339268 572241 467333 239387 843406 670 坐 标 传动轴 32 传动轴 33 油泵轴 34 X222 485118 735282 612 Y65 653234 29965 653 3 4 23 4 2 绘制坐标检查图绘制坐标检查图 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 检查润滑叶片泵 分油 器等附加机构的位置是否合适