缸盖卧式双面16轴钻孔、铰孔组合机床的总体设计及7轴左主轴箱设计

1、 密级： 绝密 科学技术学院NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OFSCIENCE AND TECHNOLOGY 学 士 学 位 论 文 THESIS OF BACHELOR（2012 2016年）题 目: 缸盖卧式双面16轴钻孔、铰孔组合机床的总体设计及7轴左主轴箱设计学 科 部： 理工学科部 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机制121班 学 号： 7011212031 学生姓名： 吕盼辉 指导教师： 魏斯亮 起讫日期： 2015年11月2016年6月 目录摘要Abstract第一章 绪论11.1 选题的依据及意义11.2 组合机床发展趋势1第二章 机床的总体

2、设计22.1 对工件的分析22.2 工件定位基准的确定22.3 本工序内容22.4 组合机床配置形式22.5 刀具及切削用量的选择22.6 选择切削用量42.7 计算切削力 Fn、扭矩Tn、切削功率Pn52.8 三图一卡工序图62.9 三图一卡加工示意图62.10 三图一卡尺寸联系总图9第三章 组合机床多轴箱的设计113.1 多轴箱组成和结构113.2 如何设计多轴箱113.2.1 第一步画出原始依据图113.2.2 第二步主轴类型、采用的m123.2.3 第三步传动设计133.2.4 多轴箱总图15结论18参考文献（References）19致谢20缸盖卧式双面16轴钻孔、铰孔组合机床的总体

3、设计及7轴左主轴箱设计专业：机械设计制造及其自动化 学号：7011212031 姓名：吕盼辉 指导老师：魏斯亮摘要：自二十世纪70年代以来，组合机床逐渐开始从汽车工业走向了其他各种制造领域，它对国民经济和国防实力提升作用，不言而喻，因此对组合机床的研究显得尤为重要。本文运用数据收集、分析与规范分析的方法，以该设计为例，再现了一台组合机床是如何被设计出来的。在吸收借鉴前人的基础上，通过个人完善以机床主体设计和多轴箱设计两个部分论述了本次设计过程。其中涉及到三图一卡的设计，主轴，传动轴，齿轮，套等一些专用、通用部件的选用。关键词：组合机床，主轴，传动轴，传动系统，多轴箱设计 16 double-s

4、ided head horizontal axis drilling, reaming combination machine overall design and 7 left axis spindle box designAbstract： Since the 1970s, the combination of machine tools from the auto industry gradually began to manufacture a variety of other areas, its national economy and national defense stren

5、gth to enhance the role of self-evident, the study of the combination of machine tools is particularly important. In this paper, the method of data collection, analysis and normative analysis, with 16 double-sided head horizontal axis drilling, reaming combination machine overall design and 7 left a

6、xis spindle box design, for example, a reproduction of how the machine is a combination designed. Drawing on the basis of their predecessors, through personal improvement to the machine body design and multi-axle box design of this two part discusses the design process. Which involves a three graphi

7、cs card design, spindles, shafts, gears, and some other special units, using generic parts.Key words：Combined machine tools, spindles, shaft, transmission, multi-axle box design20第一章 绪论1.1 选题的依据及意义毕业设计是一次十分重要的综合实践。此次设计需要我们综合运用机械设计或机械设计基础、机械制图、机械制造基础、工程力学、高等数学、互换性与技术测量等课程的有关知识，通过机械设计去锻炼我们的设计能力这对于以后我们

8、自身能力的提升具有积极的意义。由于组合机床加工成品精度高、质量稳定，在大批大量生产中具有极高的生产效率，被大量普及在军工、柴油机、拖拉机、汽油发动机、电机、仪表等行业 1，对国民经济和国防实力的提升有着不可磨灭的功绩。当前组合机床在实际生产中的应用越来越广，在大规模生产中的地位亦无可替代。由于通用化、系列化、标准化程度高，组合机床通用零部件就占到了70%90%这使得组合机床设计简单、制造使用维护方便，大大地降低了组合机床的成本2，而且由于软件支持机制变得简单，各种结构模块化、组合化的自动生产线可以灵活配置。因此研究组合机床具有十分重要的理论意义。1.2 组合机床发展趋势随着机械制造业及科学技术

9、的迅速发展，组合机床未来的发展趋势必然是：为进一步提高生产率而带来的工序高度集中；为节省日益增长的人工成本而带来的自动化程度提高；为适应未来各种具有复杂结构的产品而带来的工艺范围扩大和精度提高；以及新技术新结构的采用。辅助设计手段以目前AutoCAD为代表的二维软件设计平台过渡到以UG 、Pro/E 、Solid edge、各种三维软件进行研究。 第二章 机床的总体设计2.1 对工件的分析该工件是j285柴油机的缸盖，属于结构较为复杂的工件。此次的加工部位是钻两个13定位销孔、一个23.5的堵塞孔还有对四个14的孔倒角，精度Ra12.5要求不高但有一定的位置度要求。该零件材料为灰铸铁，需经消除

10、应力处理，硬度为HB170-255，显微组织为珠光体基体。采用液压夹紧方式。其生产类型为大批大量生产（生产纲领：20万件/年）。 2.2 工件定位基准的确定 本设计为第二道工序采取“一面两销”的定位基准。在第一道工序中已经钻出了8个13的螺栓孔，故可取其中两个作为定位孔，分别消除1个和2个自由度。以右侧面（在工件前进方向上）为定位面消除3个自由度。2.3 本工序内容钻：定位销孔2Ø13，接通；钻：推杆孔4Ø14的孔口倒角，至120°，深2；钻：堵塞孔Ø23.5，至通；2.4 组合机床配置形式组合机床的配置形式主要考虑一下几个方面：1) 机床加工精度和生产

11、率2) 机床使用方便性和自动化程度3) 经济性和可靠性根据以上分析和工艺特点选用固定式夹具单工位的双面卧式组合钻床进行加工。如图：2.5 刀具及切削用量的选择2.5.1 刀具材料的选择刀具的材料有高速钢和硬质合金两种选择，由于被加工零件的材料是灰铸铁HB170-255所以选择高速钢就足够了。2.5.2 刀具类型的选择由金属机械加工工艺人员手册(以下简称手册)钻13和23.5的孔选择刀具类型为锥柄长麻花钻(GB1439-85)。钻推杆孔4个14孔口倒角选用带可换导柱锥柄120°锥面锪钻。2.6 选择切削用量查手册表6-11选择合适的切削用量V、f f1=0.204 f2=0.231 f

12、3=0.236 刀具种类刀具标准切削速度Vmm/min进给量fmm/r转速nr/min进给速度Vf mm/min莫式锥度f 13mm锥柄麻花钻GB1439-85100.204245.501号f 23.5mm锥柄麻花钻GB1439-85160.231217502号f 14mm锥柄锪钻GB4264-8480.236182501号2.7 计算切削力 Fn、扭矩Tn、切削功率Pn 工件硬度HB=HBmax-13HBmax-HBmin=255-13255-170227查手册表 6-20 有：切削力Fn(单位：N)F13=26Df 0.8 HB0.6=26×16×0.2040.6

13、15;2270.6=2456.05F23.5=26Df 0.8 HB0.6=26×23.5×0.2310.6×2270.6=4903.95F(21)=26Df 0.8 HB0.6=26×21×0.2750.6×2270.6=5038.19F(14)=26Df 0.8 HB0.6=26×14×0.2750.6×2270.6=3358.80F14=(F(21)-F(14)/2=(5038.19-3358.80)/2=839.70扭矩Tn(单位：N.mm)T13=10D1.9f 0.8 HB0.6=10

14、5;131.9×0.2040.6×2270.6=9501.93T23.5=10D1.9f 0.8 HB0.6=10×23.51.9×0.2310.6×2270.6=32324.67T(21)=10D1.9f 0.8 HB0.6=10×211.9×0.2750.6×2270.6=30012.23T(14)=10D1.9f 0.8 HB0.6=10×141.9×0.2750.6×2270.6=13890.73T14=(T(21)-T(14)/2=(30012.23-13890.73)/2=

15、8060.75切削功率Pn(单位:kw) P13=TV9740D=9501.93×109740×13=0.239P23.5=TV9740D=32324.67×169740×23.5=0.719P14=TV9740D=8060.75×89740×14=0.151P多轴箱=P切削/=（0.239×2+0.719+0.151×4）/0.8=22.8 三图一卡工序图 工序图是什么：对工件的加工内容提出的粗糙度、尺寸、位置、精度等要求。体现加工的方法，加工效果该达到何种程度。本人工序图如下：2.9 三图一卡加工示意图1 加工

16、示意图是为了体现刀具、接杆、导向套、主轴、夹具、工件等的装配关系，是机床设计中的工艺蓝图。它要体现一下几点：1）刀具和导向结构、主轴类型、刀具和接杆类型。2）加工方式（钻、扩、绞、锪），切削用量，工作循环、行程。3）刀具、导向套配合情况，刀具、接杆、主轴之间的连接情况和配合关系等。本人加工示意图：2 加工示意图要注意的东西：当轴数较多时，必须用向视图表示出加工部位的分布情况，并标注相应数字，以方便调整机床。由于只有3#轴是钻通孔，所以使3#轴接杆最短，可以获得加工终了时多轴箱前端面到工件端面的最短距离。从而确定所需要标注的全部联系尺寸。3 导套。由于本人所加工的孔径较小且其切削速度都小于20m

17、/min，因此，可以选用固定式长型导向装置。其主要尺寸和配合公差可以查组合机床设计简明手册表8-4与表8-6得到。4 确定什么种类的主轴。本工序加工方法是钻孔和锪孔，需要承受单方向的轴向力，且主轴与刀具采用接杆连接，故主轴类型全部采用滚珠长型。5 确定主轴轴径。查手册表34有：本设计中除了3#主轴取d=30mm其余主轴全部取d=20mm并带入公式（）验算：验算结果：所有主轴轴颈均满足要求。查手册表36，得主轴外伸尺寸：轴号主轴直径（mm）D/d1（mm）L(mm)接杆莫式圆锥号1#、2#、4#、5#、6#、7#、8#2032/2011513#3050/3611526 接杆。接杆怎么选用查手册表

18、81，根据上面的外伸尺寸，本人作了以下选择：1#、2#、4#、5#、6#、7#轴用Tr20×2，1号圆度，B型长接杆； 3#轴用Tr36×2，2号圆度， B型长接杆。7 工作进给长度L工如下图所示，切入的长度 不能太大一般10mm以内，切出长度按13d+(38)取。(d为钻头直径)故本设计工进长度L工=L1+L+L2=8+86+14=108mm 工作进给图8 快进、快退。快进长度是说刀具从初始位置开始到把刀具送到工件切入点（见工作进给图）的距离。快速退回的长度等于快速工进和工作进给的长度之和，一般要求是保证加工所有刀具均退至导套内，刀具或者接杆能够正常装卸即可。按此条件在加

19、工示意图中择取本次快进长度为150mm，快退长度为258 mm。2.10 三图一卡尺寸联系总图1 尺寸联系总图可以看成是整个机床的主视图，包含了这台机床本身的所有结构甚至还包括气压站、液压站等附加结构。2 专用、通用部件的选择。动力箱和动力滑台的选择。毕业设计任务书要求动力滑台选择液压滑台，根据最大进给力F=F13×2+F23.5+F14×4=2456.05×2+4903.95+839.70×4=13174.85N,查组合机床设计简明手册表5-1选取液压滑台型号为1HY40 I型400，侧底座1CC401。计算出多轴箱功率或者说是电机功率：根据电机功率，

20、选择电机型号为Y112M-6型的1TD32动力箱。3 装料高度的确定。毕业设计任务书要求装料高度为H=1060mm。4 多轴箱外形长、宽、高。工件最低孔位置，机床装料高度，滑台总高，侧底座高度 ，最低主轴高度h1根据加工示意图b=219.5mm、h=44mm,取b1=100mm 据此可以确定多轴箱轮廓尺寸为：B×H=500×5005 组号的意义。1）第0109组：表示装配图2）第1129组：表示铸铁件3）第1019组：表示支撑部件4）第2029组：表示夹具等等第三章 组合机床多轴箱的设计3.1 多轴箱组成和结构一般来说多轴箱肯定要有一个箱体，里边还得有主轴，传动轴，齿轮，键

21、啊，套啊之类的，通常还有油泵、润滑、防油等附件组成。它主要的作用就是让主轴按加工要求的转速旋转提供切削力，使加工的东西符合设计的期望要求。 通用多轴箱箱体的材料一般采用HT200,厚度为180mmm,前后侧盖材料一般采用HT150，其中前盖厚度为55mm。其大小规格可按下表择：3.2 如何设计多轴箱3.2.1 第一步画出原始依据图原始依据图的内容包括：多轴箱外形尺寸长宽高、工件外形加工部位的准确位置还有工件在多轴箱的投影位置。下图是本人此次毕业设计绘制的原始依据图：3.2.2 第二步主轴类型、采用的m1） 主轴类型由于加工方式的不同如钻、扩、绞，它们让主轴受力情况也是不一样的，有些是让主轴上下

22、蹿动有些是让主轴前后移动，所以我们需要选用合适的轴承来限制主轴不能让其移动。所以选择主轴的类型其实是在根据主轴的受力情况为其选择选择轴承类型。轴承有推力球轴承它可以承受轴向力让主轴不会前后移动，还有向心球轴承它能够承受径向力让主轴不会上下蹿动。根据这个特点，两种轴承我都采用且推力球轴承安排在主轴前端，后支撑放圆锥滚子轴承。这种设计就是滚珠主轴型式。2） 确定齿轮模数齿轮模数可通过下式估算再同过类比法确定： m30323pznmm P 齿轮传动功率z 一对齿轮中小齿轮的齿数n 小齿轮转速本设计采用齿轮模数为2。3.2.3 第三步传动设计1）传动设计指的是怎么把电机的动力转换成刀具的动力，电机输出

23、端是驱动轴，多轴箱的输出端是钻孔的主轴，多轴箱传动设计就是要让驱动轴通过传动链（各级齿轮）使主轴按设计的转速旋转。2）在开始传动结构设计之前，先由原始依据图确定主轴位置。各轴坐标位置轴号1#2#3#4#5#6#7#0#坐标（X,Y）116,230335.5,245228.5,253160,201204,201257,201301,201225,94.5然后通过原始依据图初步拟定一个可行的传动方案，用树形图来表示。本人的树形图设计思路是这样的：2#、6#、7#轴作为一个群，9#轴作为群心；3#、4#、5#轴作为另一个群，8#轴作为群心。由于1#、8#、9#轴分布过远只能分两路与驱动轴传动。8#轴

24、与1#轴中间设置10#轴作为中心轴与驱动轴传动此为第一路，9#单独做为第二路与驱动轴传动。多轴箱传动树形图3) 确定传动轴位置及齿轮齿数 3#、4#、5#、8#先确定8#的位置还有4#、5#轴齿轮齿数。8#传动轴位置应该在3#、4#、5#同心圆的圆心处，另外由于4#、5#的转速一样，它还应在4#、5#轴连线的中心线上。这样8#轴的位置大概就确定了。从图中测量4#、8#轴的中心距A8-4=46mm。然后由于齿轮的模数统一取m=2,再取z4=20则z,4=2A8-4/m-z4=2×46/2-20=26 5#的齿轮跟4#是一样的，故z,5=26 已知4#、5#轴的设定转速是182r/min

25、，所以8#轴的转速n8=n4×z,4/z4=182×26/20=236r/min。已知3#轴的设计转速n3=214r/mm,去图中量得A8-3=48mm 3#、8#的传动比u8-3= n3/n8=214/236=0.967 z3,=2A8-3m1+u8-3=25 所以z3=A8-3- z,3=23,再求算 n8=n3×z,3/z3=214×25/23=232r/mm,跟236r/mm相差不大在允许范围内。 2#、6#、7#、9#6#、7#轴的设计转速是一样的都是182r/mm。所以9#轴的位置应在6#、7#轴连线的中心线上。由于各轴之间的间隙过小为使齿轮

26、不至于过大，所以6#、9#轴的传动比不应该取太大，由于6#、7#轴与4#、5#轴是一样的轴径和转速，所以9#轴与6#轴的中心距可以取一样的A9-6=46mm,所以z,6= z,7=26 z6=z7=20 则9#轴的转速n9=n6×z6,z6=182×1.3=236r/min。因为2#的设计转速n2=245r/min,所以9#、2#轴的传动比u9-2=n2n91,用作图法测得9#、2#轴的中心距A9-256mm,故2#轴齿数z,2=28 ,9#轴的齿数z2=28。这样8#轴就带动了3#、4#、5#主轴，9#就带动了2#、6#、7#主轴，现在只需将1#主轴，8#、9#轴带动起来

27、，整个传动系统就可以运行。1#、8#、9#轴由于1#、8#、9#的水平距离过远，强行用一根轴带动的话会使齿轮过大，无法安装。所以分两路传动，9#轴作为一个“聚拢轴”单独被驱动轴带动，1#、8#轴中间设置另一个“聚拢轴”即10#轴。这样驱动轴0#轴带动10#轴和9#轴分两路带动整个传动系统。 第一路0#、10#先确定“聚拢轴”10#轴的位置。1#、8#轴的转速现在是已知的n1=245r/mm n8=236r/min,驱动轴0#轴的转速，查手册可知n0=470r/mm。所以0#轴与1#、8#轴的传动比分别为：u0-1=n1/n0=245/470=1/1.92 u0-9=n9/n0=236/470=

28、1/1.99 。由于驱动轴0#轴的齿数为21 模数为3，不妨先取10#轴与0#轴的传动比为u0-10=1/1.67,10#轴与1#、8#的传动比则分别u10-1=1/1.16 ,u10-8=1/1.19 。所以，0#轴与10#轴10#轴的转速n10=470/1.67=282,齿数z,10=21×1.67=3510#轴与1#轴1#轴的转速n1=282/1.16=243r/min，与设计转速245r/mm相差在合适范围内,取z10=19 ,则z,10=19×1.16=2210#轴与8#轴8#轴的转速n8=282/1.19=237r/min,用作图法测出A10-8=42mm,z,8=19所以z8=42-19=23 第二路0#、9#9#轴的位置和转速是已知的，其转速n9=241r/mm ,9#轴与0#轴的传动比u0-9=241/470=1.95 所以在9#轴与0#轴传动中z,9=21×1.95=41。 堕轮轴11#、12#、13#、14#为