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发动机 汽缸 专用 机床 设计

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发动机汽缸体专用机床设计,发动机,汽缸,专用,机床,设计

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毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目：发动机汽缸体专用机床设计 学 院 名 称： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号 指 导 教 师： 职 称 定稿日期： 年 月 日摘 要应用组合机床加工大批量零件，快捷高效，生产效率高是机械加工的发展方向。本次毕业设计的题目是“发动机汽缸体专用机床设计”。在工艺制定过程中，通过批量的进行钻底孔的加工方案，并寻求最佳的工艺方案，借此说明了工艺在生产过程中的重要性。本人的设计的主要内容是：进行了机床总体布局设计；对机床的进给和传动部分进行了设计；结合实例，介绍了夹具设计方法；通过此设计，本机床完全能满足设计要求，与传统的机床相比，本机床具有自动化程度高，生产率高，精度高等优点。关键词：组合机床；钻底孔；夹具设计；手动47AbstractApplication of combined high-volume machining parts, high efficiency, high productivity is the development direction of machining. The graduation design topic is the engine cylinder head design and the combination of drilling tapping machine design. In the process of the development process, through the batch drilling bottom hole processing scheme, and to seek the best technology solutions, which illustrates the importance of the process in the production process. The main contents of the design are: the general layout design of machine tool; on the machine feed and transmission parts of the design; combined with the example, introduces the fixture design method; with this design, this machine can meet the design requirements, compared with traditional machine, this machine has a high degree of automation, high productivity advantages high precision.Key Words: modular machine tool; drilling bottom hole; fixture design; manual目 录1 绪论11.1 组合机床的简介11.2本课题国内外研究概况22 组合机床的总体设计42.1 组合机床方案的制定42.1.1 制定工艺方案42.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案42.2 确定切削用量及选择刀具62.2.1 确定工序间余量62.2.2 选择切削用量62.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率62.2.4 选择刀具结构72.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制72.3.1 被加工零件工序图72.3.2 加工示意图92.3.3 机床联系尺寸图122.3.4 生产率计算卡153 主轴箱的设计173.1 主轴箱的设计173.1.1绘制主轴箱设计原始依据图173.1.2齿轮模数选择193.1.3主轴箱的传动设计193.1.4绘制传动系统图213.2 传动轴的直径估算213.2.1 确定各轴转速223.2.2传动轴直径的估算：确定各轴最小直径223.2.3 键的选择233.3 传动轴的校核243.3.1 传动轴的校核243.3.2 键的校核253.4 各变速组齿轮模数的确定和校核253.4.1 齿轮模数的确定253.4.2 齿宽的确定283.4.3 齿轮结构的设计283.5 齿轮校验293.5.1 校核a变速组齿轮293.5.2 校核b变速组齿轮313.5.3 校核c变速组齿轮323.6 轴承的选用与校核343.6.1 各轴轴承的选用343.6.2 各轴轴承的校核343.7 轴组件设计353.8 轴的基本尺寸确定353.8.1 外径尺寸D353.8.2 轴孔径d363.8.3 轴悬伸量a373.8.4 支撑跨距L373.8.5 轴最佳跨距的确定373.9 轴刚度验算393.9.1 轴前支撑转角的验算403.9.2 轴前端位移的验算42结论44致 谢45参考文献461 绪论1.1 组合机床的简介组合机床是以通用部件为基础，根据特定的形状和工件的加工工艺及夹具设计独特，组成的半自动或自动机床。组合机床一般采用多轴，多刀，多进程，多或多级处理，生产效率几倍比普通机床高几倍。由于通用部件已经标准化和系列化，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，已广泛应用于大批量，大批量生产，并可用于组成自动生产线。组合机床一般用于加工箱体零件或特殊形状的。工件的加工，一般不旋转，相对进给运动的刀具的旋转运动和刀具和工件，来实现钻孔，扩孔，钻孔，扩孔，钻孔，铣削平面，内、外螺纹切削加工圆等。夹紧工件的加工头旋转组合机床，由刀具作进给运动，也可达到一定的旋转部件（如飞轮，汽车后桥等）的循环和过程。在第二十世纪70年代，随着可转位刀具，刀具的发展密度，孔尺寸自动检测和自动刀具补偿技术，提高组合机床的加工精度。高达0.08毫米和1000毫米的铣削平面，表面粗糙度可达2.8 0.63微米低；镗孔精度可以达到IT7 6，孔距精度可达o.03 o.02微型计。专用机床是随着汽车产业的兴起发展。在专用机床的某些部分重复使用，并逐渐发展成一个通用部件，导致在一个组合机床。组合机床是最早的1911在美国，为汽车零部件加工。在每台机器的开始，本厂有他们的标准通用部件。为了提高互换性通用不同配件厂，方便了用户的使用和维修，1983美国福特汽车公司和通用汽车公司和美国机械厂协商，确定组合机床通用部件标准化的原则，严格的规定尺寸的组件之间的接触，但部分结构未指定。组合机床的设计，基本上有两种方式：一，目前是根据处理对象的特点专门设计的，这是最常见的做法。其次，在组合机床广泛用于机械行业在我国，大多数的工人和技术人员总结生产和使用组合机床的经验，发现不在其组件共同组合机，可设计成通用的部件，和一些行业是一个组合机床的加工范围完成极为相似，它是可能的设计的，通用机床，机床被称为“专业的组合机床”。本机不根据具体的处理对象都需要特殊的设计和生产，可设计为多功能，组织大批量生产，然后根据加工零件的具体需要，夹具和简单的切割工具，可以由一个特定的对象的高效加工设备。通用部件按功能可分为动力元件，支撑部分，传输部分，控制部分和附件五。动力装置是用于组合机床主运动和进给运动的部件。主电源箱，切削头和动力滑台。支撑组件用于安装动力滑台进给机构，一头或夹具切割，侧基，中间底座，支架，可调支架，立柱和立柱底座等。传动部分可用于运输或主轴箱的加工站组成，主要分度回转台，环形分度回转台，鼓和往复工作台等。控制单元用以控制机床的自动循环组成，液压站，电气柜和控制表。附件有润滑装置，冷却装置和排屑装置等。为了使组合机床能被用在小批量生产中，常常需要应用成组技术，集中在一台组合机床类似零件的结构和工艺，以提高机床的利用率。本机有两种常见的，但主轴箱组合机床和机床刀架。组合机床未来的发展将更加调速电动机和滚珠丝杠驱动，简化了结构，缩短生产周期时间；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；柔性制造系统和成。1.2本课题国内外研究概况在过去的24年中，组合机床自动线的技术已经取得了很大的进步，在精密加工，自动线的生产效率，巨大的进步速度，灵活和综合自动化，是组合机床自动线技术的发展达到了很高的水平。自动控制技术的发展，线切割机，及其他相关技术，尤其是数控技术的发展对自动线的结构变化和灵活性起着决定性的作用。随着市场需求的变化，灵活的将越来越成为在设备选择的重要因素。因此，组合机床自动线将面临激烈的竞争，包括高速加工中心的柔性制造系统。组合机床是一种专用的高自动化的技术和设备，目前，它仍然是一个大量的关键设备和机械产品实现高效，高质量和经济生产，因此被广泛用于汽车，拖拉机，柴油发动机和压缩机等许多工业生产领域。其中，特别是汽车工业，是组合机床的最大用户。如德国的大众汽车厂在该发动机厂在机械行业中，大量生产，大量使用的设备是组合机床。因此，组合机床与自动化水平的技术性能，工业部门的生产效率的结构，产品的质量和企业生产组织的决定在很大程度上，决定了其产品的竞争力在很大程度上。现代组合机床和自动线作为机电一体化产品，它是综合反映驱动，控制，测量，监测，工具和机械组件技术。在过去的24年中，这些技术已经取得了长足的进步，在组合机床的汽车和内燃机行业的主要用户同样也有很大的变化，产品生命周期缩短，增加品种和质量改进。这些因素的发展，促进和刺激组合机床。组合机床是高效专用机床由大量的通用部件和少量的专用部件组成和工艺。通用机床和专用机床的发展。由于机械加工的组合是高度集中的，也可完成一个或几个一机不同的过程，所以为了适应生产产量，要求精度高，克服了通用机结构复杂，劳动强度大，生产效率低，难以保证精度的缺点，专用设备通用性差，不适应现代科技的迅速发展，往往更新的要求。因此，组合机床和自动线已被广泛应用于汽车，柴油机，电机，仪表、军工产品的生产，并显示出巨大的优越性。2 组合机床的总体设计2.1 组合机床方案的制定2.1.1 制定工艺方案加工技术将确定组合机床的加工质量，生产率，夹具的总体布局和结构。因此，在计划的过程中，我们必须要被加工零件的分析，和现场的形状，尺寸，材料，硬度，刚度的深入了解，表面粗糙度的加工精度，加工零件的结构特点，和定位，夹紧方法，过程，和切割工具，生产力的场景，环境和条件等。与国内外相关技术资料的收集，制定合理的工艺。根据被加工零件（发动机气缸体）的零件图（图2.1），加工过程8孔： (1) 加工孔的主要技术要求。10个直径均为24mm。孔的位置度公差为0.08mm。工件材料为HT240，HB170-241HBS (2) 工艺分析加工该孔时，孔的位置度公差为0.3mm。根据组合机床和精密加工方案的过程，可以用如下：一次性加工孔，直径为24m (3) 定位基准及夹紧点的选择部分被加工孔的表面上，上面的三自由度和三个自由度的右端极限的限制，位于中间的孔通过螺钉夹有很好的作用。为保证加工精度，提高生产效率和降低劳动量，工件是批量生产，所以在设计，手动夹紧。2.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案(1)被加工零件的加工精度被加工零件的过程来完成组合机床加工精度应保证，是制造机器的主要依据。较高的发动机气缸体钻孔的精度要求，可用于钻孔组合机床。为了机ra1.6um孔的表面粗糙度，改善原机的制造精度和工件的定位精度和减少夹紧变形的对策研究。因此，该机通常采用的尾部安装的齿轮传动装置，进给使用液压系统，被加工零件图如图2.1所示图2.1 发动机气缸体 (2) 被加工零件的特点这主要是指结构形状的材料，零件加工工件硬度工件刚度，定位基准特征，他们有重要影响的机床工艺方案系统。这个是HT200材料，硬度HB100，24mm孔直径。多孔同步处理，部分的刚度是足够的，振动，和工件变形的影响可以忽略不计的加热。在一般情况下，孔的中心线与定位基准平面平行和由一个或多个表面处理身体应横机，该机适用于加工定位面水平和加工孔和垂直参考平面，但不适合加工安装不方便或高细长件。一个单一的加工机适用于大箱，和中小型零件则多采用多处理机。这些组件的加工特点的中心线与定位基准面是垂直的，和定位基准水平，工件较小，孔隙分布密集，多轴箱体积较大，选择钻床，立式钻床。 (3) 零件的生产批量生产批次的部分是由单工位定，在多工位的一个重要因素，在自动线或组合机床设计的小批量生产的特点。根据年生产能力的生产程序设计的要求，从工件的形状和轮廓尺寸，以减少处理时间，采用多轴，以减少机床数量，过程在一台机器上完成，为了提高利用率。 (4) 机床使用条件根据车间布局，组合机床的使用选择合适的组合机床工艺连接，技术能力和自然条件和要求。基于上述：发动机气缸体的结构特点，加工零件，尺寸精度，表面粗糙度和技术要求，定位，夹紧方法，过程，和机床的总体布局和技术性能等的影响因素，最终决定设计四轴头多工位同步钻床。2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 确定工序间余量为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量。生产中常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量，以消除转、定位误差的影响。8mm的孔在钻孔时，直径上工序间余量均为0.2mm。2.2.2 选择切削用量技术含量决定完成机器的组合，你可以选择切削参数。因为在大多数情况下，多轴联动加工机床的设计组合，切削参数，根据经验，30%低于普通机床的加工单。多轴主轴箱的所有工具都有一个进料系统，通常作为一个标准的电力幻灯片，工作，每分钟进给量的所有工具的相同，等于每分钟的动力滑台的进给（毫米/分钟）适用于一般的工具。因此，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成同转速和同的每转 进给量（mm/r）与其适应。以满足直径的加需要，即： 2.1式中： 各主轴转速（r/min） 各主轴进给量（mm/r） 动力滑台每分钟进给量（mm/min）由于发动机气缸体钻孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等，按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表的方法查得：孔钻头直径D=8mm，进给量f=0.18mm/r、切削速度v=18m/min2.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率根据选定的切削用量（主要指切削速度v及进给量f）确定切削力，作为选择动力部件（滑台）；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电动（一般指动力箱）功率，通过查表计算如下：切削力： =262.2 =2624=2378.8N切削扭矩： =102.3 =10 =9979Nmm切削功率： =2.4 =997918/(97403.824)=0.43kw 式中： HB布氏硬度 F切削力（N） D钻头直径（mm） f每转进给量（mm/r） T切削扭矩(Nmm) V切削速度（m/min） P切削功率(kw)2.2.4 选择刀具结构在发动机气缸体的布氏硬度HB100，孔径d高速钢钻头为24mm的刀具材料（W18Cr4V），为了使工作可靠，结构简单，加工简单，24mm的麻花钻的选择标准。孔加工刀具长度应确保在工具和导套的末端之间的螺旋槽加工结束30 80mm范围，以排出切屑与刀具磨损已调整了一定量。2.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制总体设计方案的图纸表达形式“三图一卡”设计，其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、编制生产率卡。2.3.1 被加工零件工序图1，通过处理流程图的作用及内容零件工序图是根据选定的工艺方案加工，称为组合机床的工艺内容完整，尺寸，加工零件的精度，表面粗糙度和技术要求，定位基准，加工零件和材料零件的夹具加工图纸，硬度。它是基于原来的绘图，突出本机床的加工内容，再加上画出必要的说明，主要是基于组合机床的设计，制造，使用，也是重要的技术文件，检查和机床的调整。发动机气缸体孔组合机床是加工零件的过程如图2.2所示。地图的主要内容：（1）被加工零件的形状，主要尺寸和机加工零件的尺寸，精度，表面粗糙度，形状和位置精度等技术要求，以及工作程序和技术要求。（2）定位基准选择定位夹紧，夹紧方向的过程。（3）加工零件的名称，数量，材料，硬度和加工件与津贴。2，绘制加工零件的工序图的注意（1）为了使被加工零件工序图是明确的，必须通过处理这台机器的内容。绘制时，要按一定比例，选择足够的视图和剖面看，优秀的处理站点（用粗实线），和零件和机床的轮廓，重行标记的夹具设计。如在参考2.2位置，机械夹紧位置和方向，辅助支持由符号部规定（细实线）表清楚，所有的程序来确保尺寸，角度等，应使用尺寸的数值表示。图2.2发动机气缸体工序图（2）加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，为了便于加工和检验，有时为选定的定位基准与设计基准不重合，应处理转换位置精度要求。2.3.2 加工示意图1、加工示意图的作用和内容（2）和定位基准加工零件的注射位置大小，为了便于加工和检验，有时为选定的定位基准与设计基准不重合，应处理网站的转换位置精度要求。与加工示意含量的作用.图式加工是反映在拉深零件加工工艺方案，表示被加工零件在机床，刀具和工件，夹具，布局之间的相对位置的刀具，机床的工作行程和工作周期，是工具，夹具，主轴箱，主要对功率器件依据电气和液压系统的设计，是整个机床布局原来的需求，重要文件也是必要的调整工具。图2.3是发动机气缸体孔加工示意图图2.3加工示意图在图上应标注的内容：（1）机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。（2）工件、夹具、刀具及多轴箱端面之间的距离等。（3）主轴的结构类型，尺寸及外伸长度；刀具类型，数量和结构尺寸、接杆、导向装置的结构尺寸；刀具与导向置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式，刀具应按加工终了位置绘制。2、绘制加工示意图之前的有关计算（1）刀具的选择 刀具选择考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生产率要求等因素。刀具的选择前已述及，此处就不在追述了。（2）导向套的选择 在组合机床主轴孔加工，除了使用刚性方案，工件的尺寸，位置精度主要取决于夹具指南。所以正确的选择式导向装置，合理确定规模，精度，是组合机床设计的重要内容，也是解决必须处理内容绘制示意图。1）选择导向类型 根据刀具导向部分直径和刀具导向的线速度v=18m/min，选择固定式导向。2）导向套的参数 根据刀具的直径选择固定导向装置固定导向装置的标准尺寸如下表：表2.1 固定导向装置的标准尺dd1DD1D2ll1l2l3l4L888223034180408121746固定装置的配合如下表：表2.2 固定装置的配合导向类别工艺方法DDD1刀具导向部分外径固定导向钻孔G7（或F8）H7/g6H7/n6g6固定导向装置的布置如图2.4所示图2.4 固定导向装置的布置（3）初定主轴类型、尺寸、外伸长度因为轴的材料为40Cr，剪切弹性模量G=81.0GPa,刚性主轴取14（0）m,所以B取2.316，根据刚性条件计算主轴的直径为： dB2.89式中： d轴直径（mm）（24.68） T轴所承受的转矩（Nmm）B系数本设计中主轴直径d=28mm,主轴外伸长度为：L=118mm，D/为40/28。（4）选择刀具接杆 由以上可知，多轴箱各主轴的外伸长度为一定值，而刀具的长度也是一定值，因此，为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，就需要在主轴与刀具之间设置可调环节，这个可调节在组合机床上是通过可调整的刀具接杆来解决的,连接杆如图2.8所示， 图2.8 可调连接杆连接杆上的尺寸d与主轴外伸长度的内孔D配合，因此，根据接杆直径d选择刀具接杆参数如表2.3所示：表2.3 可调接杆的尺寸dD1(h6)d2d3Ll1l2l3螺母厚度28Tr282莫氏1号12.061368881428012（8）确定加工示意图的联系尺寸从加工结束主轴箱的端到端的所有链接的大小来确定的表面之间的最小距离，加工示意图连接尺寸如图2.3所示。面对的工件端面最重要的连接尺寸（多轴箱的大小321mm），它等于刀具悬伸长度，螺母的厚度，主轴伸出长度和连杆长度（可调）和减去加工，孔的深度和切出值。（6）工作进给长度的确定 如图2.6工作进给长度应等于工件加工部位长度L与刀具切入长度和切出长度之和。切入长应应根据工件端面误差情况在810mm之间选择，误差大时取大值，因此取=8mm，切出长度=1/3d+(38)= x8+712mm，所以=8+12+12=32mm.（7）快进长度的确定 考虑实际加工情况，在未加工之前，保证工件表面与刀尖之间有足够的工作空间，也就是快速退回行程须保证所有刀具均退至夹具导套内而不影响工件装卸。这里取快速退回行程为124mm，快退长度等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度124-48=78mm. 图2.6 工作进给长度2.3.3 机床联系尺寸图图2.7 机床联系尺寸图1、联系尺寸图的作用和内容在一般情况下，组合机床是由通用部件标准动力箱，动力滑台，柱，柱脚及特殊部件的装配。联系尺寸图是用来表示机床运动部件相互组装在该系统中，相对位置和尺寸的机器部件接触测试是否满足要求，通用部件的选择是适当的，并对主轴箱设计的进一步发展提供基础，夹具等专用部件，零件。联系尺寸图也可以被视为一个简化的设备布局，它代表了机床的结构类型和总体布局。如图2.7所示，机床联系尺寸图包括机床的布局，主要接触尺寸电机尺寸，规格，通用组件和电机的主要参数的动态组件，工件和各部分之间的特殊部位，外形尺寸。2、选用动力部件选用动力部件主要选择型号、规格合适的动力滑台、动力箱。（1）滑台的选用 通常，根据滑台的驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素来选用合适的滑台。1）驱动形式的确定 根据对液压滑台和机械滑台的性能特点比较，并结合具体的加工要求，使用条件选择HY系列液压滑台。2）确定轴向进给力 滑台所需的进给力=102378.8=988N 式中： 各主轴加工时所产生的轴向力由于滑台工作时，除了克服各主轴的轴的向力外，还要克服滑台移动时所产生的摩擦力。因而选择滑台的最大进给力应大于9.88KN。3）确定进给速度 液压滑台的工作进给速度规定一定范围内无级调速，对液压滑台确定切削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的0.81倍;液压进给系统中采用应力继电器时，实际进给速度应更大一些。本系统中进给速度=nf=18mm/min。所以选择1HY32A液压滑台，工作进给速度范围24680mm/min，快速速度10m/min。4）确定滑台行程 滑台的行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。前备量的作用是动力部件有一定的向前移动的余地，以弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前调整。本系统前备量为24mm，后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，为方便装卸刀具，这里取80mm,所以滑台总行程应大于工作行程，前备量，后备量之和。即：行程L124+24+80=224mm，取L400mm。综合上述条件，确定液压动力滑台型号1HY32A,以及相配套的滑台底座（1CC321型）。（2）由下式确定动力箱的选用 动力箱主要依据多轴所需的电动机功率来选用，在多轴箱没有设计之前，可算 2.66*0.430.83.228KW式中：多轴箱传动效率，加工黑色金属时0.80.9；有色金属时0.70.8，本系统加工HT240，取0.8动力箱的电动机功率应大于计算功率，并结合主轴要求的转速大小选择。因此，选用电动机型号为Y132M1-6的1TD32I型动力箱，动力箱输出轴至箱底面高度为180mm。主要技术参数如下表：表2.4电机型号及参数主电机传动型号转速范围（r/min）主电机功率（）配套主轴部件型号电机转速输出转速D80 Y132M1-696047041HY32A,1CC321,1CD3213、配套支承部件的选用立柱底座1CD322。4、确定装料高度装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离，在现阶段设计组合机床时，装料高度可视具体情况在H8801060mm之间选取，本系统取装料高度为800mm。8、中间底座轮廓尺寸中间底座的轮廓尺寸要满足滑台在其上面联接安装的需要，又考虑到与立柱底座相连接。因此，中间底座采用侧底座1CD321。6、确定多轴箱轮廓尺寸本机床配置的多轴箱总厚度为340mm，宽度和高度按标准尺寸中选取。计算时，多轴箱的宽度B和高度H可确定为：B=630，H=320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BH=630320mm。2.3.4 生产率计算卡生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、负荷率等技术文件，通过生产率计算卡，可以分析拟定的方案是否满足用户对生产率及负荷率的要求。计算如下：切削时间： T切= L/vf+t停2.7 = 48/74.710/418 =0.628 min式中： T切机加工时间（min） L工进行程长度（mm） vf 刀具进给量（mm/min） t停死挡铁停留时间。一般为在动力部件进给停止状态下，刀具旋转810 r所需要时间。这里取10r辅助时间 T辅 = +t移+t装2.8 = （78124）/1000+0.13+2= 2.328min 式中： L3、L4 分别为动力部件快进、快退长度（mm） vfk 快速移动速度（mm/min） t移 工作台移动时间（min）,一般为0.080.13min,取0.13 min t装 装卸工件时间（min）一般为0.81.8min,本例取2min机床生产率 Q1 = 60/T单2.9 = 60/（T切+T辅） =60/（0.628+3.298） =18.3 件/h机床负荷率按下式计算 = Q / Q1100%2.10 = A / Q1tk100% =18000/18.31980100% =67.04% 式中：Q机床的理想生产率（件/h） A年生产纲领（件） tk年工作时间，单班制工作时间tk =1980h表2.8 生产率计算卡3 主轴箱的设计3.1 主轴箱的设计3.1.1绘制主轴箱设计原始依据图主轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的如图3.1所示:图3.1 钻孔组合机床主轴箱图中主轴箱的两定位销孔中心连线为横坐标，工件加工孔对称，选择箱体中垂线为纵坐标，在建立的坐标系中标注轮廓尺寸及动力箱驱动轴的相对位置尺寸。轴部为逆时针旋转（面对轴看）。轴的工序内容，切削用量及轴尺寸及动力部件的型号和性能参数如表3.1所示：表3.1 轴外尺寸及切削用量轴号轴外伸尺寸工序内容切削用量D/dLN（r/min）V(m/min)f(mm/r)Vf(mm/min)1、2、3、45、67、740/27115钻18415170.1774.7注：1被加工零件编号及名称：箱体材料：HT200 JB297-62；硬度: HB170-241， 前、后、侧盖等材料为HT1502动力部件型号：1TD32I动力箱，电动机型号Y160M-6；功率P7.5kw。3.1.2齿轮模数选择本组合机床要用于钻孔，因此采用滚珠轴承轴。齿轮模数m可按下式估算： m=(3032)=322.32.11式中：m估算齿轮模数 P齿轮所传递的功率（kw） Z对啮合齿中的小齿轮数 N小齿轮的转速（r/min）为了模数计算还需要满足中心距的关系主轴箱输入齿轮模数取m=2.5。取m=2.5齿轮分配可以圆整3.1.3主轴箱的传动设计（1）根据原始依据图（图3.2），画出驱动轴、轴坐标位置。如下表：表3.2 驱动轴、轴坐标值坐标销O1驱动轴O轴1轴2轴3轴4X17503737-37-37Y076.5103.5189.5189.5103.5（2）确定传动轴位置及齿轮齿数图3.2 齿轮的最小壁厚2）传动轴2为轴1，2，3，4都各自在同一同心圆上。主轴箱的齿轮模数按驱动轴齿轮估算 2.18主轴箱输入齿轮模数取m=2.5。轴1，2，3，4要求的转速一致且较高，所以采用降速传动。轴齿数选取Z=20，传动齿轮采用z=22齿的齿轮，变位系数。传动轴的转速为:2.15由于前面选取了轴直径为40，显然传动轴直径都选取40，这样为了减少传动轴种类和设计题目需要由于传动轴转速是，则驱动轴至传动轴的传动比为:2.16所以选择两级传动，且传动比分配为：一级为1.01.0;二级为1.41.0。驱动轴的直径为40mm，由组合机床简明设计手册查得知：t=33.3mm,当m=3时，驱动轴上的齿数为：Zmin2.17去驱动齿轮齿数Z=24。通用的齿轮有三种，即传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮。材料均为45钢，热处理为齿部高频淬火G54。本机床齿轮的选用按照下表选用表2.7齿轮种类及参数齿轮种类宽度（mm）齿 数模数（mm）孔径（mm）驱动轴齿轮24321750连续17702、2.5、32、2.5、3、415、20、30、35、4018、30、35、40、50传动轴齿轮44（B型）21-24318、30、35、40、50输出轴齿轮3221-24317、22、27、32、36计算各轴转速使各轴转速的相对转速损失在5%以内，由公式：V= 知：n1=n2=n3=n4=17x1000/3.18/18=415r/min2.173.1.4绘制传动系统图传动系统图是表示传动关系是示意图，即用以确定的传动轴将驱动轴和各轴连接起来，绘制在主轴箱轮廓内的传动示意图，如图3.3所示图3.3 钻孔主轴箱传动系统图图中传动轴齿轮和驱动轴齿轮为第排。在图中标出齿轮的齿数、模数、变位系数，以校核驱动轴是否正确。另外，应检查同排的非啮合齿轮是否齿顶干涉；还画出轴直径和轴套直径，以避免齿轮和相邻的轴轴套相碰。3.2 传动轴的直径估算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度的要求，强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。机床传动系统精度要求较高，不允许有较大变形。因此疲劳强度一般不失是要矛盾，除了载荷很大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。3.2.1 确定各轴转速 、确定轴计算转速：计算转速是传动件能传递全部功率的最低转速。各传动件的计算转速可以从转速图上，按轴的计算转速和相应的传动关系确定。根据【1】表3-10，轴的计算转速为、各变速轴的计算转速： 轴的计算转速可从轴71r/min按72/17的变速副找上去，轴的计算转速为100r/min；轴的计算转速为400r/min；轴的计算转速为700r/min。、各齿轮的计算转速各变速组内一般只计算组内最小齿轮，也是最薄弱的齿轮，故也只需确定最小齿轮的计算转速。变速组c中，22/76只需计算z = 22 的齿轮，计算转速为270r/min；变速组b计算z = 17的齿轮，计算转速为400r/min；变速组a应计算z = 27的齿轮，计算转速为700r/min。、核算轴转速误差 所以合适。3.2.2传动轴直径的估算：确定各轴最小直径根据【5】公式（7-1），并查【5】表7-13得到取1.轴的直径：取轴的直径：取轴的直径：取 其中：P-电动机额定功率（kW）；-从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积；-该传动轴的计算转速（）；-传动轴允许的扭转角（）。当轴上有键槽时，d值应相应增大45%;当轴为花键轴时，可将估算的d值减小7%为花键轴的小径;空心轴时，d需乘以计算系数b，b值见【5】表7-12。和为由键槽并且轴为空心轴，和为花键轴。根据以上原则各轴的直径取值：，和在后文给定，轴采用光轴，轴和轴因为要安装滑移齿轮所以都采用花键轴。因为矩形花键定心精度高，定心稳定性好，能用磨削的方法消除热处理变形，定心直径尺寸公差和位置公差都能获得较高的精度，故我采用矩形花键连接。按规定，矩形花键的定心方式为小径定心。查【15】表5-3-30的矩形花键的基本尺寸系列，轴花键轴的规格；轴花键轴的规格。3.2.3 键的选择查【4】表6-1选择轴上的键，根据轴的直径，键的尺寸选择，键的长度L取22。轴处键的选择同上，键的尺寸为，键的长度L取100。3.3 传动轴的校核需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支撑类型相同则只需验算支反力最大支撑处倾角；当此倾角小于安装齿轮处规定的许用值时，则齿轮处倾角不必验算。验算挠度时，要求验算受力最大的齿轮处，但通常可验算传动轴中点处挠度（误差%3）。当轴的各段直径相差不大，计算精度要求不高时，可看做等直径，采用平均直径进行计算，计算花键轴传动轴一般只验算弯曲刚度，花键轴还应进行键侧挤压验算。弯曲刚度验算；的刚度时可采用平均直径或当量直径。一般将轴化为集中载荷下的简支梁，其挠度和倾角计算公式见【5】表7-15.分别求出各载荷作用下所产生的挠度和倾角，然后叠加，注意方向符号，在同一平面上进行代数叠加，不在同一平面上进行向量叠加。3.3.1 传动轴的校核轴的校核：通过受力分析，在一轴的三对啮合齿轮副中，中间的两对齿轮对轴中点处的挠度影响最大，所以，选择中间齿轮啮合来进行校核最大挠度：查【1】表3-12许用挠度； 。轴、轴的校核同上。3.3.2 键的校核键和轴的材料都是钢，由【4】表6-2查的许用挤压应力,取其中间值，。键的工作长度，键与轮榖键槽的接触高度。由【4】式（6-1）可得可见连接的挤压强度足够了，键的标记为：3.4 各变速组齿轮模数的确定和校核3.4.1 齿轮模数的确定齿轮模数的估算。通常同一变速组内的齿轮取相同的模数，如齿轮材料相同时，选择负荷最重的小齿轮，根据齿面接触疲劳强度和齿轮弯曲疲劳强度条件按【5】表7-17进行估算模数和，并按其中较大者选取相近的标准模数，为简化工艺变速传动系统内各变速组的齿轮模数最好一样，通常不超过23种模数。先计算最小齿数齿轮的模数，齿轮选用直齿圆柱齿轮及斜齿轮传动，查【4】表10-7齿轮精度选用7级精度，再由【4】表10-1选择小齿轮材料为40C(调质)，硬度为270HBS：根据【5】表7-17；有公式：齿面接触疲劳强度：齿轮弯曲疲劳强度：、a变速组：分别计算各齿轮模数，先计算最小齿数27的齿轮。齿面接触疲劳强度：其中: -公比 ； = 2；P-齿轮传递的名义功率；P = 0.967.5=7.2KW；-齿宽系数=；-齿轮许允接触应力，由【5】图7-6按MQ线查取;-计算齿轮计算转速;K-载荷系数取1.2。=650MPa， 根据【6】表10-4将齿轮模数圆整为4mm 。齿轮弯曲疲劳强度：其中: P-齿轮传递的名义功率；P = 0.967.5=7.2KW；-齿宽系数=；-齿轮许允齿根应力，由【5】图7-11按MQ线查取；-计算齿轮计算转速; K-载荷系数取1.2。，根据【6】表10-4将齿轮模数圆整为4mm 。所以于是变速组a的齿轮模数取m = 4mm，b = 32mm。轴上动轮齿轮的直径： 。轴上三联从动轮齿轮的直径分别为： 、b变速组：确定轴上另两联齿轮的模数，先计算最小齿数17的齿轮。齿面接触疲劳强度：其中: -公比 ； =4； P-齿轮传递的名义功率；P = 0.9227.5=6.915KW； -齿宽系数=； -齿轮许允接触应力，由【5】图7-6按MQ线查取; -计算齿轮计算转速;K-载荷系数取1.2。=650MPa，因值改变不多，所以参数，等值不必修正。、标准齿轮参数：从【7】表5-1查得以下公式齿顶圆直径 ； 齿根圆直径；分度圆直径 ；齿顶高 ；齿根高 ； 3.4.2 齿宽的确定 由公式得：轴动轮齿轮；轴动轮齿轮；轴动轮齿轮；一般一对啮合齿轮，为了防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的载荷，设计上，应动轮比从动轮齿宽大（510mm）。所以：， ，。3.4.3 齿轮结构的设计通过齿轮传动强度的计算，只能确定出齿轮的要尺寸，如齿数、模数、齿宽、螺旋角、分度圆直径等，而齿圈、轮辐、轮毂等的结构形式及尺寸大小，通常都由结构设计而定。当齿顶圆直径时，可以做成实心式结构的齿轮。当时，可做成腹板式结构，再考虑到加工问题，现决定把齿轮7、12和14做成腹板式结构。其余做成实心结构。根据【4】图10-39（a）齿轮10、12和13结构尺寸计算如下：齿轮7结构尺寸计算， ；3.5 齿轮校验在验算算速箱中的齿轮应力时，选相同模数中承受载荷最大，齿数最小的齿轮进接触应力和弯曲应力的验算。这里要验算的是齿轮1，齿轮5，齿轮11这三个齿轮。齿轮强度校核：计算公式：弯曲疲劳强度;接触疲劳强度3.5.1 校核a变速组齿轮弯曲疲劳强度；校核齿数为27的齿轮，确定各项参数、,n=700r/min,、确定动载系数齿轮精度为7级，由【4】图10-7查得动载系数。由【4】使用系数。、。、确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数查【4】表10-4，得非对称齿向载荷分配系数； ,查【4】图10-13得、确定齿间载荷分配系数: 由【4】表10-2查的使用，由【4】表10-3查得齿间载荷分配系数、确定载荷系数: 、 查【4】表 10-5 齿形系数及应力校正系数；、计算弯曲疲劳许用应力由【4】图10-20(c)查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。 【4】图10-17查得 寿命系数,取疲劳强度安全系数S = 1.3 ， 接触疲劳强度、载荷系数K的确定：、弹性影响系数的确定；查【4】表10-6得、查【4】图10-21（d）得， 故齿轮1合适。3.5.2 校核b变速组齿轮弯曲疲劳强度；校核齿数为17的齿轮，确定各项参数、,n=400r/min,、确定动载系数：齿轮精度为7级，由【4】图10-7查得动载系数、确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数查【4】表10-4，插值法得非对称齿向载荷分配系数 ,查【4】图10-13得、确定齿间载荷分配系数: 由【4】表10-2查的使用 ；由【4】表10-3查得齿间载荷分配系数、确定动载系数: 、查【4】表 10-5齿形系数及应力校正系数、计算弯曲疲劳许用应力由【4】图10-20(c)查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。 【4】图10-17查得 寿命系数,疲劳强度安全系数S = 1.3 ， 接触疲劳强度、载荷系数K的确定：、弹性影响系数的确定；查【4】表10-6得、查【4】图10-21（d）得， 故齿轮7合适。3.5.3 校核c变速组齿轮弯曲疲劳强度；校核齿数为22的齿轮，确定各项参数、,n=270r/min,、确定动载系数：齿轮精度为7级，由【4】图10-7查得动载系数、确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数查【4】表10-4，插值法得非对称齿向载荷分布系数， ,查【4】图10-13得、确定齿间载荷分配系数: 由【4】表10-3齿间载荷分布系数，、确定荷载系数: 、查表 10-5 齿形系数及应力校正系数。 、计算弯曲疲劳许用应力由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。 【4】图10-17查得 寿命系数,疲劳强度安全系数S = 1.3 ， 接触疲劳强度、载荷系数K的确定：、弹性影响系数的确定；查【4】表10-6得、查【4】图10-21（d）得， 故齿轮11合适。3.6 轴承的选用与校核3.6.1 各轴轴承的选用 轴 前支承：NN3022K；中支承：NN3020K；后支撑N219E 轴 离合器及齿轮处支承均用：6206;带轮处支承：6210 轴 前支承：30207;中支承：NN3009;后支承：30207 轴 前支承：30207;后支承：302073.6.2 各轴轴承的校核、轴轴承的校核轴选用的是深沟球轴承6206，其基本额定负荷为19.5KN, 由于该轴的转速是定值，所以齿轮越小越靠近轴承，对轴承的要求越高。根据设计要求，应该对轴未端的滚子轴承进行校核。齿轮的直径 轴传递的转矩 齿轮受力 根据受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为:在水平面：在水平面： 因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力，【4】表13-6查得载荷系数，取，则有： 轴承的寿命计算:所以按轴承的受力大小计算寿命 故该轴承6206能满足要求。、其他轴的轴承校核同上，均符合要求。3.7 轴组件设计轴的结构储存应满足使用要求和结构要求，并能保证轴组件具有较好的工作性能。轴结构尺寸的影响因素比较复杂，目前尚难于用计算法准确定出。通常，根据使用要求和结构要求，进行同型号筒规格机床的类比分析，先初步选定尺寸，然后通过结构设计确定下来，最后在进行必要的验算或试验，如不能满足要求可重新修改尺寸，直到满意为直。轴上的结构尺寸虽然很多，但起决定作用的尺寸是：外径D、孔径d、悬伸量a和支撑跨距L。3.8 轴的基本尺寸确定3.8.1 外径尺寸D轴的外径尺寸，关键是轴前轴颈的（前支撑处）的直径。选定后，其他部位的外径可随之而定。一般是通过筒规格的机床类比分析加以确定。P=7.5KW查【1】表3-13，前轴颈应,初选,后轴颈取.3.8.2 轴孔径d中型卧式车床的轴孔径，已由d=47mm,增大到d=60-70mm,当轴外径一定时，增大孔径受到一下条件的限制，1、结构限制；对于轴径尺寸由前向后递减的轴，应特别注意轴后轴颈处的壁厚不允许过薄，对于中型机床的轴，后轴颈的直径与孔径之差不要小于，轴尾端最薄处的直径不要小于。2、刚度限制；孔径增大会削弱轴的刚度，由材料力学知，轴轴端部的刚度与截面惯性矩成正比，即：式中：据上式可得出轴孔径对偶刚度影响的 ，有图可见，当时，说明空心轴的刚度降低较小。当时，空心轴刚度降低了24%，因此为了避免过多削弱轴的刚度，一般取。轴孔径d确定后，可根据轴的使用及加工要求选择锥孔的锥度。锥孔仅用于定心时，则锥孔应大些，若锥孔除用于定心，还要求自锁，借以传递转矩时，锥度应小些，我这里选用莫氏六号锥孔。初步设定轴孔径d=60mm，轴孔径与外径比为0.6。3.8.3 轴悬伸量a轴悬伸量的大小往往收结构限制，要取决于轴端部的结构形式及尺寸、刀具或夹具的安装方式、前轴承的类型及配置、润滑与密封装置的结构尺寸等。轴设计时，在满足结构的前提下，应最大限度的缩短轴悬伸量a。根据结构,定悬伸长度。3.8.4 支撑跨距L支撑跨距L，当前，多数机床的轴采用前后两个支撑，结构简单，制造、装配方便，容易保证精度，但是，由于两支撑轴的最佳支距一般较短，结构设计难于实现，故采用三支撑结构。如图所示，三支撑轴的前中支距，对轴组件刚度和抗震性的影响，要比前后支距地影响大得多，因此，需要合理确定。为了使轴组件获得很高的刚度可抗震性，前中之距可按两支撑轴的最佳只距来选取。由于三支撑的前后支距对轴组件的性能影响较小，可根据结构情况适当确定。如果为了提高轴的工作平稳性，前后支距可适当加大，如取。采用三支撑结构时，一般不应该把三个支撑处的轴承同时预紧，否则因箱孔及有关零件的制造误差，会造成无法装配或影响正常运作。因此为了保证轴组件的刚度和旋转精度，在三支撑中，其中两个支撑需要预紧，称为紧支撑；另外一个支撑必须具有较大的间隙，即处于“浮动”状态，称为松支撑，显然，其中一个紧支撑必须是前支撑，否则前支撑即使存有微小间隙，也会使轴组件的动态特性大为降低。试验表明，前中支撑为紧支撑、后支撑位松支撑，要比前后支撑位紧支撑、中支撑为松支撑的结构静态特性显著提高。3.8.5 轴最佳跨距的确定、考虑机械效率，轴最大输出转距.床身上最大加工直径约为最大回转直径的50到60%,即加工工件直径取为160mm,则半径为0.07.2 、计算切削力 前后支撑力分别设为,.、轴承刚度的计算根据【20】式（6-1）有：查【20】表6-11得轴承根子有效长度、球数和列数：再带入刚度公式：；、轴当量直径；、轴惯性矩；、计算最佳跨距设：查【5】（3-14）；式中式中：3.9 轴刚度验算机床在切削加工过程中，轴的负荷较重，而允许的变形由很小，因此决定轴结构尺寸的要因素是它的变形大小。对于普通机床的轴，一般只进行刚度验算。通常能满足刚度要求的轴，也能满足强度要求。只有重载荷的机床的轴才进行强度验算