R180柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计说明书.doc

目目 录录 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 被加工零件特点 3 2 1 2 工艺路线的确定 3 2 1 3 机床配置型式的选择 3 2 1 4 定位基准的选择 4 2 1 5 滑台型式的选择 4 2 2 切削用量的确定及刀具选择 4 2 2 1 切削用量选择 4 2 2 2 切削力 切削扭矩及切削功率计算 5 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 7 2 3 3 机床尺寸联系总图 9 2 3 4 机床生产率计算卡 11 3 组合机床主轴箱设计 14 3 1 主轴箱原始依据图的绘制 14 3 2 主轴结构型式的选择和动力计算 15 3 3 主轴箱传动系统的设计与计算 15 3 3 1 根据原始依据图对坐标尺寸的计算 15 3 3 2 主轴箱传动路线的拟订 15 3 3 3 传动轴位置及齿轮齿数的确定 16 3 4 主轴箱坐标计算 坐标检查图的绘制 19 3 4 1 传动轴的坐标的计算 19 3 4 2 坐标检查图的绘制 20 3 5 轴 齿轮 轴承 键的校核 1 20 3 5 1 轴的校核 20 3 5 2 齿轮的校核 21 3 5 3 轴承的寿命校核 23 3 5 4 键的强度计算 24 3 6 主轴箱前 后盖及箱体设计 24 3 7 主轴箱上附件材料的设计 25 4 结论 26 参考文献 27 致 谢 28 附件清单 29 1 前言 本次毕业设计的课题来源于盐城市江动集团 课题是关于 R180 柴油机气缸体三 面钻削组合机床的设计 R180 柴油机是该集团大批量生产的产品之一 为保证柴油 机气缸体三面孔的加工和相应的位置精度 提高生产效率而设计的一台三面钻削的卧 式组合机床 为了加深在组合机床方面的认识 了解并收集相关设备的技术资料 以便完善我们对主轴箱的设计 学院组织我们去江动集团进行生产实习 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 成的一种高效专用机床 1 这种机床既具有结构简单 生产率和自动化程度较高等 特点 又具有一定的重新调整能力 以适应工件变化的需要 它还可以对工件进行 多面 多主轴同时加工 组合机床应尽可能选用标准件 降低制造成本 同时需考 虑实际生产条件 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 确定设计方案 本机床设计吸取了现有机床加工优点 设计布局合 理 满足机体孔系加工质量要求 组合机床行业虽然取得了较大的进步与发展 但 是 在制造技术高速发展的今天 由于自身的基础比较薄弱 从整体上看 国外的 先进水平 与国内用户的要求还存在着一定的差距 满足不了用户要求 80 年代以 来 国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上 正朝着综合成套和具备柔 性的方向发展 组合机床主要用于棱体类零件和复杂的孔面加工 生产率高 加工精度稳定 研制周期短 便于设计 制造和使用维护 成本低 因为通用化 系列化 标准化 程度高 通用零部件占 70 90 通用件可组织批量生产进行预定或外购 自动化程 度高 劳动强度低 组合机床的设计 目前基本上有两种情况 其一 是根据具体加工对象的具体 R180 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 2 情况进行专门设计 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 广大工人总结自己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 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 可以设计成通用品 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 组合机床的发展思路是以提高组合机床加工精度 组合机床柔性 组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向 一方面 加强数控技术的应用 提高组合机床产品数控化率 另一方面 进一步发展新型部 件 尤其是多坐标部件 使其模块化 柔性化 适应可调可变 多品种加工的市场 需求 复合 多功能 多轴化控制装备的前景亦被看好 然而更关键的是现代通信 技术在机床装备中的应用 信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步 提高 在这些方面组合机床装备还有相当大的差距 因此组合机床技术装备高速度 高精度 柔性化 模块化 可调可变 任意加工性以及通信技术的应用将是今后的 发展方向 目前 我国组合机床的研究涉及机床设计研究 加工工艺 加工质量改 进等 在机床自动化 柔性化等方面的研究与国际发展水平相比还有不小的差距 课题由 4 人来进行设计 本人主要进行组合机床的总体设计及左主轴箱设计 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技术 要求进行具体分析 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 2 充分了解组合机床的特点 通过分析主轴箱的工作原理 进行机床的总体 方案设计 首先是总体方案论证 组合机床总体设计的具体工作是编制 三图一卡 即绘制被加工零件工序图 加工示意图 机床联系尺寸图 编制生产率计算卡 其 次是部件设计和零件设计 在主轴箱设计时 需要绘制主轴箱原始依据图 选择主 轴箱的规格 型号 选择切削用量 计算切削功率 确定各轴的结构 排布 配合 关系 轴的强度 刚度校核等 还需设计主轴箱前盖 后盖 箱体及附件 在主轴 箱设计中 设计的主要思路是把原有的多道工序的单孔加工改为多孔同时加工 这 样设计主要是为了解决由多次装夹引起的定位误差问题 保证孔的位置精度 3 2 组合机床总体设计 针对 R180 柴油机气缸体 在确定加工工艺的基础上进行总体方案对比论证 2 设计组合机床 三图一卡 其内容包括 绘制被加工零件工序图 加工示意图 机 床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等 组合机床是针对被加工零件的特点及工艺 要求 按工序集中的原则设计的一种高效率专用机床 在设计组合机床时 首先应 根据柴油机气缸体三个面上孔的位置精度 表面粗糙度及其他技术要求 确定被加 工零件是否可以利用组合机床加工以及采用组合机床加工是否合理的问题 如果确 定可以利用组合机床加工 为使加工过程顺利进行 并达到要求的生产率 在分析 被加工零件加工工艺资料的基础上 应考虑影响制定零件工艺方案 机床配置型式 结构方案等因素 然后进行分析比较 以确定被加工零件在组合机床上合理可行的 加工方法 确定工序间加工余量 选择合适的切削用量 相应的刀具结构 确定机 床配置型式等等 2 1 总体方案论证 2 1 12 1 1 被加工零件特点被加工零件特点 被加工零件材料是 HT225 硬度 HB190 250 共计有 13 个孔需要加工 在本工 序之前各主要表面 主要孔已加工完毕 2 1 22 1 2 工艺路线的确立工艺路线的确立 本道工序 主要是完成气缸体左 右 后三个面上一共 13 个孔的加工 具体加 R180 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 4 工内容及加工精度如下 a 左面 4 个孔 钻 3 8 钻 5 标准公差等级为 IT9 b 右面 5 个孔 钻 4 8 钻 6 标准公差等级为 IT9 c 后面 4 个孔 钻 3 7 5 钻 6 标准公差等级为 IT9 各孔的具体位置精度及具体要求详见 R180 柴油机气缸体加工工序图 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 32 1 3 机床机床配置型式的选择配置型式的选择 机床的配置型式有立式和卧式两种 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 通过以上的比较 针对 R180 柴油机气缸体的结构特点和需要被加工的部位考虑 钻孔工序是主要工序内容 为了保证钻孔的加工精度和符合被加工零件的加工特点 我们选择用卧式组合机床 2 1 42 1 4 定位基准的选择定位基准的选择 组合机床是针对某一个零件或一个零件的某道工序而设计的 正确选择定位基 准 是保证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 本机床 为工件一次安装 采用的定位方式是 机体的底面定位限制 3 个自由度 侧面定位 限制 2 个自由度 端面定位限制 1 个自由度 供限制工件的 6 个自由度 针对 R180 柴油机气缸体我们采用了液压夹紧 夹紧部位为刚性较好的筋板上 即气缸体的上表面 以减少气缸体夹紧变形误差 2 1 52 1 5 滑台型式的选择滑台型式的选择 与机械滑台相比较 液压滑台的进给量可以无级调速 可以获得较大的进给力 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 工作可靠 本课题的加工对象是 R180 柴油机气缸体 为了提高 加工效率 降低生产成本 所以选用了液压滑台 2 1 62 1 6 影响机床工艺方案制定的主要因素影响机床工艺方案制定的主要因素 a 被加工零件的加工精度和加工工序 虽然气缸体的本道工序加工粗糙度要求不怎么高 但有一定的形状精度和位置 精度的要求 安排工艺应在一个工位上对 13 个孔同时进行加工 因为气缸体有些孔 5 的间距很小 采用立式加工时 不利于切屑落下导向 造成导向精度早期走失 不 利于保证加工精度 所以应选用卧式床身 b 零件的生产批量 本组合机床是为了适应 R180 柴油机气缸体的大批量生产 且多为连续生产机床 此时应尽量将工序集中到一台或少数几台机床进行加工 以提高机床的利用率 c 机床的使用条件 本机床使用场地条件较好 气候适用 车间温度在三十度之内 使用液压传动 能较好地发挥机床的工作性能 其他机床结构亦能很好的适应使用条件 2 2 切削用量的确定及刀具选择 2 2 12 2 1 切削用量切削用量选择选择 对于 13 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 同一主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 所以要求 f v 同一主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 刃磨较困难的所 i n i f 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 13 个孔的切削用量的选择 A 对左面 4 孔的切削用量选择 a 钻孔 1 2 3 轴 8 孔 h 12mm 加工材料为铸铁 由 d 6 12 硬度大于 190 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 1 0 18mm r 取定 v 10 048m min f 0 104mm r 则由文献 1 P43 的公式 2 d v n 1000 1 得 n 1000 10 048 8 400r min b 钻孔 4 轴 5 孔 h 12mm 加工材料为铸铁 由 d 1 6 硬度大于 190 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 05 0 1mm r 取定 v 10 048m min f 0 065mm r 则由文献 1 P43 的公式 d v n 1000 R180 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 6 得 n 1000 10 048 5 640r min B 对右侧面上 5 个孔的切削用量的选择 a 钻孔 5 6 7 8 轴 8 孔 h 10mm 得 n 1000 10 556 8 420r min b 钻孔 9 轴 6 孔 h 12mm 得 n 1000 10 556 6 560r min C 对后面上 4 个孔的切削用量的选择 a 钻孔 10 11 12 轴 7 5 通孔 h 7mm 得 n 1000 10 597 7 5 450r min b 钻孔 13 轴 6 孔 h 14mm 得 n 1000 11 304 6 600r min 2 2 22 2 2 切削力 切削扭矩及切削功率切削力 切削扭矩及切削功率的计算的计算 根据文献 1 表 6 20 中公式计算钻孔 2 6 08 0 26HBDfF 2 2 6 08 09 1 10HBfDT 3 2 D Tv P 9740 4 其中 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 HB 225 则根据上述公式可得 A 左面 钻孔 1 2 3 轴 8 6 08 0 26HBDfF 0 80 6 26 8 0 104225 876 78N 6 08 09 1 10HBfDT 1 90 80 6 10 80 104225 2191 29Nmm D Tv P 9740 2119 29 10 048 97408 0 090kW 钻孔 4 轴 5 6 08 0 26HBDfF 0 80 6 26 5 0 065225 376 39N 6 08 09 1 10HBfDT 1 90 80 6 10 50 065225 616 23Nmm 7 9740 Tv P D 616 23 10 048 97405 0 041kW B 右面 钻孔 5 6 7 8 轴 8 F892 39N T2230 29Nmm P0 090kW 钻孔 9 轴 6 F531 70N T1025 71Nmm P0 059kW C 后面 钻孔 10 11 12 轴 7 5 F921 91N T2174 06Nmm P0 10kW 钻孔 13 轴 6 F585 91N T1130 29Nmm P0 070kW 2 2 32 2 3 验证刀具耐用度验证刀具耐用度 验证选用量或刀具是否合理 刀具耐用度至少大于 4 个小时 查机械加工工艺 手 册公式 2 5 8 3 155 0 25 0 9600 HBVf D T 选择的钻头进行计算mm8 所以刀具耐用度满足要求 min 3 323644 225104 0 048 10 89600 8 3 155 0 25 0 T 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 表示在一台机床上或一条自动线上 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 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 图 2 1 所示为被加工零件工序图 R180 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 8 图 2 1 被加工零件工序图 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 它是设计刀具 辅具 夹具 多轴箱和液压 电气系统以及选择动力部件 绘制机床总联系尺寸图的主要依据 是对机床总体布 局和性能的原始要求 也是调整机床和刀具所必须的重要技术文件 加工示意图应表达和标注的内容有 机床的加工方法 切削用量 工作循环和 工作行程 工件 刀具及导向 托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸 主轴 结构类型 尺寸及外伸长度 刀具类型 数量和结构尺寸 直径和长度 接杆 包 括镗杆 浮动卡头 导向装置 攻螺纹靠模装置等结构 刀具 导向套间的配合 刀具 接杆 主轴之间的连接方式及配合尺寸等 A 刀具的选择 选择刀具应考虑工件材质 加工精度 表面粗糙度 排屑及生产率等要求 只 要条件允许 应尽量选用标准刀具 孔加工刀具的直径应与加工部位尺寸 精度相 适应 其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外端面 30 50mm 以利于 排屑和刀具磨损后有一定的向前调整量 再加上加工的大小端面的孔直径都小于 40 所以应选择麻花钻 B 选择接杆 弹簧卡头 在钻 扩 铰孔及倒角等加工小孔时 通常都采用接杆 也称刚性接杆 因为 多轴箱各主轴的外伸长度和刀具长度均为定值 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 9 完成孔的要求 接杆已标准化 通用标准接杆号可根据刀具尾部结构 莫氏号 和 主轴头部内孔直径 d1按 1 表 8 1 8 2 选取 C 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 D 确定主轴 尺寸 外伸尺寸 在本课题中 主轴是用于钻孔的 钻孔选用滚珠轴承主轴 钻孔时采用刚性连 接 主轴采用长主轴 由文献 1 P43 页公式 2 4 10TBd 6 可得 左面 轴 1 3 d 13 42mm 取定 d 20 轴 4 d 9 77mm 取定 d 15 右面 轴 5 8 d 13 74mm 取定 d 20 轴 9 d 11 10mm 取定 d 15 后面 轴 10 12 d 13 39mm 取定 d 20 轴 13 d 11 37mm 取定 d 15 文献 1 表 3 6 可得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号 滚珠长主轴轴径 d 20 时 主轴外伸尺寸为 D d1 32 20 L 115 接杆莫氏圆锥号为 2 滚珠长主轴轴径 d 15 时 主轴外伸尺寸为 D d1 25 16 L 85 接杆莫氏圆锥号为 1 E 标注联系尺寸 主轴端部须标注外径和孔径 D d 外伸长度 L 刀具结构尺寸须标注直径和长 度 配合 工件至夹具之间的尺寸须标注工件离导套断面的距离 还须标注托架与 夹具之间的尺寸 工件本身以及加工部位的尺寸和精度等 F 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 左主轴箱 工进长度 8 1220Lmm 工 右主轴箱 工进长度 8 1220Lmm 工 后主轴箱 工进长度 6 1420Lmm 工 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 其长度按具体情况确定 初 步选定三个主轴箱上刀具的快速进给长度分别为 210mm 210mm 210mm 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 230mm 230mm 230mm d 动力部件总行程的确定 R180 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 10 动力部件总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外 还要考虑因刀具 磨损或补偿制造 安装误差 动力部件能够向前调节的距离和刀具装卸以及刀具从 接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中拿出时 动力部件需要后退的距离 因此 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 80mm 则总行程为 350mm 被加工零件的加工示意图见附录 2 3 32 3 3 机床尺寸联系总图机床尺寸联系总图 机床尺寸联系总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据 并按初步选定 的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的 1 绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容如下 A 动力部件的选择 动力箱规格要与滑台匹配 其驱动功率主要依据多轴箱所需传递的切削功率来 选用 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 1 P47 公式 切削 P 2 7 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 本次设计中 被加工零件材料为灰铸铁 属黑色金属 又因为主轴数量较多 传动复杂 故取 0 85h 左主轴箱 0 0900 0900 0900 0410 311PkW 切削 则 0 311 0 3659 0 85 PkW 多主箱 右主轴箱 4 0 0960 0590 443PkW 切削 则 0 443 0 521 0 85 PkW 多主箱 后主轴箱 0 1004 30 06960 3708PkW 切削 则 0 3708 0 436 0 85 PkW 多主箱 本组合机床采用的是液压滑台 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 的 62 页公式 2 8 n i FiF 1 多轴箱 计算 式中 Fi 各主轴所需的轴向切削力 单位为 N 则 左主轴箱 3 876 78376 393006 73FN 多主轴箱 右主轴箱 4 892 39531 704102 26FN 多主轴箱 后主轴箱 3 921 91 585 903351 63FN 多主轴箱 为了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 还要考虑所需 11 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 1 表 5 1 左 右 后面都选用液压滑台 1HY40IA 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 型号为 1CC401I 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 1 表 5 38 得出动力箱及电动机的型号 见表 2 1 表 2 1 动力箱及电动机的型号 主轴箱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 1TD16Y90s 41 11400920 右主轴箱 1TD16Y90s 41 11400920 后主轴箱 1TD16Y90s 41 11400920 侧底座 1CC401I 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 103 主轴箱最低主轴高度 h1 102 5 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 330 中间底座高度 h6 560 综合上述因素 该组合机床装料高度取 H 940 C 确定夹具轮廓尺寸 主要确定夹具底座的长 宽 高尺寸 本机床夹具的长度为 750mm 宽度为 700mm 高度为 330mm D 确定中间底座尺寸 根据选定的动力箱 滑台 侧底座等标准的位置关系并考虑滑台的前备量 通 过尺寸链就可以计算确定本机床中间底座高度方向尺寸为 560mm E 确定主轴箱轮廓尺寸 需确定的主要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 1 P49 公式计算 B b 2b1 2 9 H h h1 b1 2 10 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 103 机床装料高度 H 880 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 R180 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 12 要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外 本组合机床按文献 1 P50 公式 h1 h2 H 0 5 h3 h4 2 11 计算 得 h1 102 5 b 100 h 125 125 取 b1 100 则求出主轴箱轮廓尺寸 B b 2b1 100 2 100 300 H h h1 b1 125 125 102 5 100 327 625 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 400 400 2 3 42 3 4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡 根据加工示意图所确定的工作循环及切削用量等 就可以计算机床生产率并编 制生产率计算卡 生产率计算卡是反映机床生产节拍或实际生产率和切削用量 动 作时间 生产纲领及负荷率等关系的技术文件 它是用户验收机床生产率的重要依 据 A 理想生产率计算 理想生产率 单位 件 h 是指完成年生产纲领 A 包括备品及废品率 所要求的Q 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 1 的 51 页公式 2 k t A Q 12 得 50000 235021 28 Qh 件 B 实际生产率计算 实际生产率 件 h 是指所设计机床每小时实际可生产的零件数量 1 Q 2 单 T Q 60 1 13 式中 生产一个零件所需时间 min 可按下式计算 单 T 2 装移 快退快进 停辅切单 tt V LL t V L V L ttT k f ff2 2 1 1 14 式中 分别为刀具第 工作进给长度 单位为 mm 21 LL 分别为刀具第 工作进给量 单位为 mm min 21ff VV 当加工沉孔 止口 锪窝 倒角 光整表面时 滑台在死挡铁上的停留 停 t 13 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 快退快进 L L 动力部件快速行程速度 用机械动力部件时取 5 6m min 用液压动力部 k f V 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 移 t 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 装卸 t 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 则必须重新选QQ 1 择切削用量或修改机床设计方案 已知 钻左面孔 20 400 0 10441 2 min f Lmm Vnfmm 工 210Lmm 快进 230Lmm 快退 左面孔 20 0 0650 55min 41 2 f L tt V 机 工进 停 210230 0 1 1 51 688min 5000 k f LL ttt V 快进快退 移辅装卸 0 55 1 6882 238minttt 辅单机 对多面和多工位加工机床 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 所以选择 2 238minT 单 实际生产率 1 6060 26 81 2 238 Qh T 单 件 计算出的机床实际生产率满足理想生产率要求 即 1 QQ C 机床负荷率 由文献 1 的 51 页公式得机床负荷率 2 15 1 Q Q 21 28 79 37 26 81 组合机床负荷率一般为 0 75 0 90 自动线负荷率为 0 6 0 7 由此可见此机 床的负荷率在规定范围内 满足要求 D 生产率计算卡见下表 表 2 2 生产率计算卡 被图号R180 1 4A毛坯种类铸件 R180 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 14 名称R180 柴油机气缸体毛坯重量20kg 加工 零件 材料HT250硬度225HBS 工序名称左 右 后三面钻孔工序号ZKZJ R180 03 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11 51 5 钻削左面孔时滑台快进2100 0750 075 钻削右面孔时滑台快进2100 0750 075 2 钻削后面孔时滑台快进2100 0750 075 钻削左面孔时滑台工进8122010 0483960 10441 20 4850 485 5122010 0486200 066 钻削右面孔时滑台工进8102010 5564310 10444 80 4460 446 6122010 5565620 080 钻削后面孔时滑台工进7 572010 5974440 11952 80 3790 379 3 6142011 3045880 090 钻削左面孔时滑台快退2300 0880 08 钻削右面孔时滑台快退2300 0880 08 4 钻削后面孔时滑台快退2300 0880 08 左面死挡铁停留0 0650 065 右面死挡铁停留0 0550 055 5 后面死挡铁停留0 0660 066 单件总工时0 551 6882 238 机床实际生产率26 81 件 小时 机床理想生产率21 28 件 小时 备 注 1 装卸工件的时间取决于工人的熟练程度 取 1 5min 2 直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间 取 0 1min 机床负荷率79 37 3 组合机床主轴箱设计 15 主轴箱是组合机床的重要专用部件 它是根据加工示意图所确定的工件加工孔 的数量和位置 切削用量和主轴类型设计的传递各主轴运动的动力部件 其动力来 自通用的动力箱 与动力箱一起安装于进给滑台 可完成钻 扩 铰 镗等加工工 序 我的设计任务是 R180 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱部分的设 计 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 1 5 3 1 主轴箱原始依据图的绘制 主轴箱原始依据图是根据 三图一卡 绘制的 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 B 工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸 C 工件与主轴箱相对位置尺寸 图 3 1 所示为 R180 柴油机气缸体三面钻削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 原始依据图 注 1 被加工零件编号及名称 R180 柴油机材料及硬度 HT225 190 240HBS 2 动力部件 1TD16 IA Y90S 4 P主 1 1Kw n 920r min 表 3 1 主轴外伸尺寸及孔的切削用量 R180 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 16 轴 号 D dL 工序内容 n r min v m min f mm r 1 332 20115 钻 8 40010 0480 104 425 1685 钻 5 64010 0480 065 3 2 主轴结构型式的选择和动力计算 主轴结构型式和直径 齿轮模数的确定 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 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 主轴直径在绘制 三图一卡 时都已经确定好了 齿轮模数 m 一般采用类比法确定 主轴箱中的齿轮模数常用 2 2 5 3 3 5 4 几种 根据经验采用类比法从通用系列中选取各齿轮模数 为了 便于生产 同一主轴箱中的模数规格不要多于两种 1 确定本次设计的模数均为 2 5 3 3 主轴箱传动系统的设计与计算 主轴箱传动设计 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 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得预定的转速和转向 因此在设计时单一的计算或作图的方法是难以达到要求的 现在一般采用 计算 作图和试凑 相结合的办法来设计 3 3 13 3 1 根据原始依据图对坐标尺寸根据原始依据图对坐标尺寸的计算的计算 根据原始依据图 3 1 计算驱动轴 主轴的坐标尺寸 如下表 3 2 所示 表 3 2 驱动轴 主轴坐标值 坐标销 O1驱动轴 O主轴 1主轴 2主轴 3主轴 4 X0 00175 64110 00147 23206 00175 00 Y0 0081 44200 42132 62140 42252 39 3 3 23 3 2 主轴箱传动路线主轴箱传动路线的拟订的拟订 根据被加工孔在工序图上的分布位置 初步确定传动关系 具体传动路线见图 3 2 17 图 3 2 主轴箱传动树形图 3 3 33 3 3 传动轴位置及齿轮齿数传动轴位置及齿轮齿数的确定的确定 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及画图 才最后确定 了齿轮的齿数和中间轴的位置 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 3 所示 表 3 3 主轴箱主轴转速 r min 主轴转速 0920 1400 2400 3400 4640 主轴箱总传动比 0 1 400 0 43 920 i 0 2 400 0 43 920 i 3 400 0 43 920 o i 4 640 0 70 920 o i R180 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 18 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 左主轴箱各轴传动比分配 轴 1 56 0 55 31 50 i 5 1 21 0 78 27 i 轴 2 56 0 55 31 50 i 5 2 21 0 78 27 i 轴 3 56 0 55 31 50 i 5 3 21 0 78 27 i 轴 4 56 0 55 31 50 i26 1 23 29 45 i b 确定中间传动轴的位置并配对各对齿轮 9 传动轴转速的计算公式 文献 1 P61 65 3 主 从 从 主 n n z z u 1 3 z S m zz m A 2 2 从主 2 3 主 从 从 从 主 z z n u n n 3 3 从 主 主主从 z z nunn 4 1 2 1 22 um Au n n m A z m A z 从 主 从主 3 5 3 u Au n n m A z m A z 1 2 1 22 主 从 主从 6 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 19 齿轮啮合中心距 单位为 mm A 齿轮模数 单位为 mm m C 确定主轴箱内中间传动轴的位置 10 确定中间传动轴 5 的位置 与传动轴 5 相配对的有主轴 1 2 3 4 与之相配 对的齿轮有 Z5 Z1 Z5 Z2 Z5 Z3 Z5 Z4 四对齿轮 通过公式 3 1 及传动比 i5 1 0 78 i5 2 0 78 i5 4 0 78 i5 4 1 26 取 m 2 5 可得到齿轮齿数 Z5 Z5 21 Z1 Z2 Z3 27 Z5 29 Z4 23 左主轴箱 轴 1 3 min 402 27 21 55 31 920 321 rnnn 转速相对损失 5 5 0 402 400402 轴 4 min 649 23 29 55 31 920 4 rn 转速相对损失 5 4 1 649 640649 以上转速相对损失都在 5 以内 符合设计要求 D 手柄轴的设计 由于该主轴箱上有较多的刀具 为了便于更换和调整刀具 以及装配和维修时 检查主轴精度 所以在主轴箱上设置一个以便于手动回转主轴 为了扳动起来轻便 手动轴的转速应尽可能高些 且其所处位置要靠近机床操作者的一侧 并留有扳手 作用位置活动空间 所以本主轴箱的手柄设置在紧靠驱动轴 O 的位置 即 5 轴为手 柄轴 E 叶片泵的设置 由于叶片泵使用可靠 所以该主轴箱决定采用叶片泵进行润滑 油泵打出的油 经分油器分向各个需润滑的部位 主轴箱体前后壁之间的齿轮用油盘润滑 箱体和 后盖以及前盖的齿轮用油管润滑 该叶片润滑泵安装在箱体的前表壁上 采用油泵 传动轴带动叶片转动的传动方式 计算出 叶片液压泵转速在 400 800r min 范围内 满足r min573 19 27 27 21 55 31 920 泵 n 要求 3 3 4 传动轴直径的确定 确定传动轴轴径时 首先要算出它所传递的扭矩 再根据此扭矩查 轴能承受的 扭矩 表 确定轴的直径 传动轴的扭矩计算 3 7 1 12 23 3n n MM iM iM iM i 式中 作用在轴上的总扭矩 N mm M 第 n 个轴上的扭矩 N mm n M R180 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 20 第 n 对轴上齿轮的传动比 n i 代入前面计算所得转矩和传动比 得 07 590426 1 23 61678 0 29 21913 MmmN 查 轴能承受的扭矩 表 确定轴的直径 d 25mm 3 43 4 主轴箱坐标计算 坐标检查图的绘制 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 传动轴的坐标传动轴的坐标的计算的计算 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 在本主轴箱 1 根传动轴与 1 根油泵轴 传动轴 油泵轴之间可按与一轴定距的 坐标计算方法计算 在计算传动轴 5 时采用与三轴等距方法求得 计算公式见文献 1 P72 传动轴 5 的坐标计算 图 3 3 与三轴等距传动轴坐标计算图 3 8 1 37 232 BA aXX 2 58 768 CA aXX 3 9 1 67 8 BA bYY 2 7 8 CA bYY 3 10 222 111 5983 04Lab 222 222 3514 517Lab 3 11 22 21 169 611 2 BACA A CABACABA YYLYYL XX XXYYYYXX 3 22 21 188 950 2 CABA A CABACABA XXLXYL YY XXYYYYXX 21 12 理论中心距 05 60 2 m zz A 实际中心距 22 60 004 ABAB AXXYY 0 004AAA 理实 中心距在允差 0 001 0 009 mm 范围内 所以此处要使用标准齿轮 表 3 4 主轴箱传动轴坐标计算结果 轴号坐标 XY 传动轴 5 169 6193 73 传动轴 6188 95 101 80 3 4 23 4 2 坐标检查图坐标检查图的绘制的绘制 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 绘制坐标检查图 如图 3 4 所示 图 3 4 左主轴箱坐标检查图 3 53 5 轴 齿轮 轴承 键的校核 以轴 5 和其上的轴承进行校核 主动轴 0 上面的齿轮和键进行校核 1 轴的校核 设计中所用的所有较重要的轴都要经过强度校核和刚度校核 R180 柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 22 2 齿轮校核 设计中所用的所有齿轮都要经过强度校核 3 轴承校核 设计中所用的所有重要轴承都要经过寿命校核 在满足尺寸和 强度要求的情况下 尽可能地选用国产轴承 4 键的校核 设计中所用的所有较重要的键及花键都要经过强度校核 3 5 13 5 1 轴的校核轴的校核 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 由参考文献选取的 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 5 轴所受的切削力较大 相对来说比较危险 所以选 择轴 5 进行校核 A 求轴向载荷 a 计算齿轮受力 齿轮分度圆直径为 3 2 5 3177 5dmzmm 13 圆周力 3 2 185 56 t FT dN 14 轴向力 3 243 39243 39486 78 r FN 15 b 求支反力 左右支点水平面的支反力 NFF rr 88 189 8655 55 1 NFF rr 90 296 8655 86 2 NFNH381 72 8655 56 18555 1 NFNH178 113 8655 56 18586 2 c 计算弯矩和扭矩 mmNFM NHH 955 398055381 7255 1 mmNFM rr 4 104435588 18955 11 mmNFM rr 4 255338690 29686 22 3 mmNMMMrH 429 11176 4 10443955 3980 22 1 22 1 16 d 弯扭合成强度校核 截面 O 处计算计算弯矩 0 6 3 mmNTMMoa 131 11980 0724 71906 0 429 11176 222 2 1 17 截面 O 处计算应力 3 aoaoa MPWM7675 1 701 0 131 11980 3 18 23 材料为 40调质 由表 11 2 查得 r C 1 70 a MP 1oa 弯扭合成强度满足要求 3 5 23 5 2 齿轮的校核齿轮的校核 已选定齿轮采用 45 钢 锻造毛坯 软齿面 齿轮硬度为 HBS280 350 齿轮精 度 8 级 轮齿表面粗糙度为 1 6 m 以传动轴 5 及驱动轴 O 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 31 55 05 zz56 0 55 31 5 0 z z i A 设计准则 按齿面接触疲劳强度设计 再按齿根弯曲疲劳强度校核 B 按齿面接触疲劳强度设计 由文献 9 中公式 6 11 得 3 19 2 1 3 1 1 2 32 E t dH KTZu d u 其中 0 4 d 806 1 0 5 z z uMPaZE 8