基于三維的柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體及左主軸箱設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

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1、基于三維的柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體及左主軸箱設(shè)計 摘 要：本科題來源：鹽城市江淮動力集團的ZH1105W柴油機。柴油機氣缸體是需要大量生產(chǎn)的零件，為了提高加工精度和生產(chǎn)效率，需要設(shè)計一種組合機床來改善柴油機氣缸體的加工情況。本課題設(shè)計的組合機床是針對ZH1105W柴油機氣缸體鉆左側(cè)面（即水箱面）上11個孔，鉆右側(cè)面（即油底殼面）上21個孔，鉆后蓋板（缸尾）鉆11個孔，共計43個孔同時加工。 本次設(shè)計主要包括兩部分：組合機床總體設(shè)計和左主軸箱的設(shè)計?？傮w設(shè)計包括機床配置型式的確定、結(jié)構(gòu)方案的選擇以及“三圖一卡”的繪制。部件設(shè)計包括繪制左主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖、確定主軸和齒輪、完成動力計

2、算、設(shè)計傳動系統(tǒng)、繪制多軸箱裝配圖和零件補充加工圖。機床采用臥式單工位三面加工的方案，加工和裝配工藝性好，零件裝夾方便。采用液壓滑臺實現(xiàn)刀具進給，借助導套引導刀具實現(xiàn)精度和穩(wěn)定的加工。主軸采用標準主軸，刀具選用復(fù)合麻花鉆，使得工序集中。 關(guān)鍵詞：組合機床；柴油機氣缸體； 左主軸箱 The Overall and Left Headstock Design of Three Plane Drilling Combined Machine Based on 3D for Diesel Engine Cylinder Block Abstract

3、: The subject comes from Jiangdong Dynamic Group, Yancheng. The diesel engine cylinder block is a product which needs mass production. In order to prove the disposition and the production efficiency, need to design a high effective modular machine tool to improve the production of the diesel engine

4、cylinder block. The combined machine is designed for drilling 11 holes on the left side of the ZH1105W diesel engine cylinder block , 21 holes on the right side and 11 holes on the back plate . This means that processing a total of 43 holes at the same time. This topic is includes the arranging of

5、 the modular machine tool, the choosing of the structure plan and the completing of “three drawings and one card”. The left spindle box design includes drawing the primitive basic chart for the gear box, determining the spindle and the gears, completing the power computation, designing the transmiss

6、ion system, drawing assembly drawing of the gear box and the supplementary processing charts of its parts. Machine tool takes the horizontal-type with single-position and three processing plan with the good technologic capability of processing and assemble. And it is convenient for parts to put into

7、 the clamp. The design uses the hydraulic pressure sliding table to realize the replenishment of cutting tool, and by the guide sleeves insures the processing precision and the stable machining. In order to the working procedure to be centralized, the main spindles use the standard ones and the cutt

8、ing tools are the compound twist drills. Key words: Combination machine; Diesel engine cylinder block; Left headstock 目 錄 1 前言…………………………………………………………………………………… 1 2 組合機床總體設(shè)計…………………………………………………………………… 3 2.1 總體方案論證……………………………………………………………………… 3 2.1.1 被加工零件的特點……………………………………………………………… 3 2

9、.1.2 工藝路線的確立………………………………………………………………… 3 2.1.3 機床配置型式的選擇…………………………………………………………… 3 2.1.4 定位基準的選擇………………………………………………………………… 3 2.2 確定切削用量及選擇刀具………………………………………………………… 4 2.2.1 選擇切削用量﹑計算切削力﹑切削扭矩及切削功率………………………… 4 2.2.2 驗證刀具耐用度………………………………………………………………… 7 2.2.3 選擇刀具結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………… 7 2.2.4 導向

10、結(jié)構(gòu)的選擇………………………………………………………………… 7 2.3 組合機床總體設(shè)計………………………………………………………………… 8 2.3.1 被加工零件工序圖……………………………………………………………… 8 2.3.2 加工示意圖……………………………………………………………………… 8 2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖………………………………………………………………… 9 2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡……………………………………………………………… 12 3 組合機床左主軸箱設(shè)計……………………………………………………………… 15 3.1 繪制左主軸箱原始依據(jù)圖

11、………………………………………………………… 15 3.2 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇及動力計算………………………………………………… 15 3.2.1 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇…………………………………………………………… 15 3.2.2 主軸直徑和齒輪模數(shù)的初步確定……………………………………………… 15 3.2.3 主軸箱動力計算………………………………………………………………… 15 3.3 主軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算…………………………………………………… 16 3.3.1 計算驅(qū)動軸﹑主軸的坐標尺寸………………………………………………… 16 3.3.2 擬定主軸箱傳動路線……

12、……………………………………………………… 16 3.3.3 傳動軸的位置和轉(zhuǎn)速及齒輪齒數(shù)……………………………………………… 17 3.4 主軸箱坐標計算及繪制干涉檢查圖……………………………………………… 21 3.4.1 計算傳動軸坐標………………………………………………………………… 21 3.4.2 干涉檢查圖……………………………………………………………………… 23 3.5 軸、齒輪校核計算………………………………………………………………… 23 3.5.1 軸的校核計算…………………………………………………………………… 23 3.5.2 齒輪的校核…………………

13、…………………………………………………… 23 4 三維建?！?27 4.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與模塊劃分………………………………………………………… 27 4.2 三維建模方式……………………………………………………………………… 27 1 前言 本次設(shè)計的課題是基于三維的柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體及左主軸箱設(shè)計。該課題來源于鹽城市江動集團。本設(shè)計主要針對原有的機體左、右、后三個面上43個孔多工序加工、生產(chǎn)率低、位置精度誤差大的問題而設(shè)計的，從而保證孔的位置精度、提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度。本人的設(shè)計分工是總體設(shè)計和左主

14、軸箱的設(shè)計，右主軸箱和夾具部分的設(shè)計由同組其他同學擔任。在設(shè)計組合機床過程中，組合機床左主軸箱的設(shè)計是整個組合機床設(shè)計工作的重要部分之一。雖然主軸箱零件的標準化程度高，使設(shè)計工作量有所減少，設(shè)計周期大為縮短，但在主軸箱設(shè)計過程中，在保證加工精度的前提下，如何綜合考慮生產(chǎn)率、經(jīng)濟性和勞動條件等因素，還有一定的難度。 組合機床是根據(jù)工件加工需要,以大量通用部件為基礎(chǔ),配以少量專用部件組成的一種高效的專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方法，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計和制造周期。因此，組合機床兼有低

15、成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用來組成自動生產(chǎn)線。正如文獻中所說，組合機床對多孔鉆削加工具有較大的優(yōu)勢，它按孔的坐標分布位置實行一次加工，保證了孔的坐標位置尺寸精度。這也是本次設(shè)計的目的所在，設(shè)計這臺組合機床，就是為了在保證加工精度的基礎(chǔ)上，提高生產(chǎn)效率。 組合機床的設(shè)計，目前基本上有兩種方式：其一，是根據(jù)具體加工對象的特征進行專門設(shè)計，這是當前最普遍的做法。其二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人和技術(shù)人員總結(jié)出生產(chǎn)和使用組合機床的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)組合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設(shè)計成通用部件，而且一些行業(yè)在完成一定工藝范圍內(nèi)的組合機床是極其相似的，有

16、可能設(shè)計為通用機床，這種機床稱為“專用組合機床”。這種組合機床不需要每次按具體加工對象進行專門設(shè)計和生產(chǎn)，而是設(shè)計成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工零件的具體需要，配以簡單的夾具及刀具，即可組成加工一定對象的高效率設(shè)備。 總之，組合機床一般用于加工箱體類或特殊形式的零件。加工時，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具與工件的相對進給運動來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削端面、切削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工圓和端面等。二十世紀70年代以來，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補償技術(shù)的發(fā)展，組合機床的加工精度也有所提高。 本說明書闡述了總體設(shè)計和左主軸箱設(shè)計的過程。

17、在第2章中著重介紹了組合機床的總體設(shè)計。在總體設(shè)計中，首先是被加工零件的工藝分析，然后是總體方案的論證，在比較了許多方案之后，結(jié)合本道工序加工的特點最終選擇臥式雙面的機床配置型式。再結(jié)合本道工序的特點選擇刀具。根據(jù)選擇的切削用量，計算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再確定刀具的大小和型式。在確定這些設(shè)計計算后，然后是繪制組合機床的“三圖一卡”—被加工零件工序圖、加工示意圖、機床總圖和生產(chǎn)率計算卡。在第3章中，主要介紹了左主軸箱的設(shè)計。左主軸箱的設(shè)計是組合機床設(shè)計中的一個重要的組成部分。左主軸箱設(shè)計時，首先確定繪制左主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖，接著對主軸結(jié)構(gòu)型式選擇和動力的計算，然后對主軸箱傳動系

18、統(tǒng)進行設(shè)計與計算，在對左主軸箱中的傳動軸直徑和傳動軸在箱體中的位置進行計算，最后對軸和齒輪的強度進行校核，繪制出主軸箱中傳動軸坐標檢查圖。 2 組合機床總體設(shè)計 組合機床是按高度集中工序原則，針對被加工零件的特點及工藝要求設(shè)計的一種高效率專用機床。 2.1 總體方案論證 2.1.1被加工零件特點 該加工零件為氣缸體。材料是HT250,硬度：190～240HBS，在本工序之前各主要表面、銷孔已加工完畢。 2.1.2 工藝路線的確立 本道工序：鉆左面、右面、后面的孔，由本設(shè)備“ZH1105W

19、單工位專用鉆床”來完成，因此，本設(shè)備的主要功能是完成氣缸體左、右、后三個面上一共43個孔的加工。具體加工內(nèi)容及加工精度是： a) 左面21個孔：鉆削4×φ13深16的孔，表面粗糙度12.5，各孔位置度公差為φ0.02mm；并鉆削16×φ6.7深17的孔和1×φ6.8深66的孔。 b) 右面11個孔：鉆削5×φ6.7孔，表面粗糙度12.5，各孔位置度公差為φ0.03mm；并鉆削4×φ8.5、鉆1×φ6.7和1×φ10.5的孔，表面粗糙度12.5，各孔位置度公差為φ0.03mm。 c)后面11個孔：鉆削2×φ8.5孔，表面粗糙度12.5，各孔位置度公差為φ0.03mm；并鉆削8×φ6.7和1

20、×φ7的孔，表面粗糙度12.5，各孔位置度公差為φ0.03mm。 本次設(shè)計技術(shù)要求: a) 機床應(yīng)能滿足加工要求，保證加工精度； b) 機床應(yīng)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整； c) 機床盡可能用通用件（中間底座可自行設(shè)計），以便降低制造成本； d) 機床各動力部件用電氣控制。 2.1.3 機床配置型式的選擇 機床的配置型式主要有臥式和立式兩種。臥式組合機床床身由滑座、側(cè)底座及中間底座組合而成。其優(yōu)點是加工和裝配工藝性好，無漏油現(xiàn)象；同時，安裝、調(diào)試與運輸也都比較方便；而且，機床重心較低，有利于減小振動。其缺點是削弱了床身的剛性，占地面積大。立式組合機床床身

21、由滑座、立柱及立柱底座組成。其優(yōu)點是占地面積小，自由度大，操作方便。其缺點是機床重心高，振動大。 2.1.4 定位基準的選擇 組合機床是針對某種零件或零件某道工序設(shè)計的。正確選擇定位基準，是確保加工精度的重要條件，同時也有利于實現(xiàn)最大限度的集中工序。一般常采用一面兩孔定位和三面定位。本機床加工時采用的定位方式是一面兩銷定位，以左端面為定位基準面，限制三個自由度；一個圓錐銷限制兩個自由度；再用一個菱形銷限制剩下的一個自由度。 2.2 確定切削用量及選擇刀具 2.2.1 選擇切削用量，計算切削力、切削扭矩及切削功率 對于43個被加工孔，采用查表法選擇切削用量，從[1]第130頁表6-1

22、1中選取。由于鉆孔的切削用量還與鉆孔深度有關(guān)，隨孔深的增加而逐漸遞減，其遞減值按[1]第131頁表6-12選取。降低進給量的目的是為了減小軸向切削力，以避免鉆頭折斷。鉆孔深度較大時，由于冷卻排屑條件都較差，刀具壽命有所降低。降低切削速度主要是為了提高刀具壽命，并使加工較深孔時鉆頭的壽命與加工其他淺孔時鉆頭的壽命比較接近。 同一多軸箱上各刀具每分鐘進給量必須相等并等于滑臺的工進速度,所以要求同一多軸箱上各刀具均有較合理的切削用量是困難的。因此,一般先按各刀具選擇較合理的轉(zhuǎn)速和每轉(zhuǎn)進給量,在根據(jù)其中工作時間最長,負荷最重,刃磨較困難的所謂”限制性”刀具來確定和調(diào)整每轉(zhuǎn)進給量和轉(zhuǎn)速,通常采用試湊法

23、來滿足每分鐘進給量相同的要求。 43個孔的切削用量的選擇： 1) 孔6×φ8.5，深20mm 查[1]第130頁表6-11高速鉆頭切削用量得 由，硬度大于，選擇,,選，，,根據(jù)公式： 轉(zhuǎn)速： 查表6-12，孔深，取 查表6-20，切削用量:F= F=268.5=899N 切削扭矩:T= T==2372.838N?mm 切削功率:P= P==0.12

24、2KW 2) 鉆孔1×Φ10.5，深15mm,查[1]第131頁表6-11高速鉆頭切削用量得 由d＞6～12，硬度大于200～241HBS，選擇,,選，,根據(jù)公式： , 查表6-20，切削用量:F= F=2610.5=1110.53N 切削扭矩:T= T==3545.095N?mm 切削功率:P= P==0.182KW 3)鉆孔30×Φ6.7，深15mm,查[1]第130頁表6-11高速鉆頭切削用量得 由d＞

25、6～12，硬度大于200～241HBS，選擇,,選，,根據(jù)公式： 查表6-20，切削用量:F= F=266.7=708.625N 切削扭矩:T= T==1509.769N?mm 切削功率:P= P==0.077KW 4)鉆孔1×Φ6.8，深66mm,查[1]第130頁表6-11高速鉆頭切削用量得 由d＞6～12，硬度大于200～241HBS，選擇,,孔深, ,選，HB=223.33,根據(jù)公式： , 查表6-20，切削用

26、量:F= F=266.8=666.935N 切削扭矩:T= T==1440N?mm 切削功率:P= P==0.08KW 5)鉆孔1×Φ7，深115mm,查[1]第130頁表6-11高速鉆頭切削用量得 由d＞6～12，硬度大于200～241HBS，選擇,,孔深, 選，HB=223.33,根據(jù)公式： , 查表6-20，切削用量:F= F=267=619.315N 切削扭矩:T= T==1372.545N?mm 切削功率:P =

27、 P==0.088KW 6)鉆孔4×Φ13，深16mm,查[1]第130頁表6-11高速鉆頭切削用量得 由d＞12～22，硬度大于200～241HBS，選擇,,孔深3,選，,根據(jù)公式： , 查表6-20,切削用量:F= F=2613=2249.17N 切削扭矩:T= T==8701.58N?mm 切削功率:P= P==0.24KW

28、 2.2.2 驗證刀具耐用度 驗證選用量或刀具是否合理，刀具耐用度至少大于4個小時，查機械加工工藝手冊公式 選擇的鉆頭進行計算 ， 根據(jù)計算，刀具耐用度滿足要求。 2.2.3 選擇刀具結(jié)構(gòu) 根據(jù)工藝要求及加工精度的要求，加工各孔采用標準麻花鉆。加工8.5的孔采用的刀具，孔7選擇刀具,孔選擇6.7,孔10.5選擇刀具10.5，孔6.8選擇刀具6.8，孔13選擇13。 2.2.4 導向結(jié)構(gòu)的選擇 組合機床鉆孔時，零件上的孔的位置精度主要靠刀具的導向位置來保證，導向裝置的作用，保證刀具相對的工件的正確位置；保證刀具相互間的正確位置；提高

29、刀具系統(tǒng)的支承剛性。 考慮到當導套磨損時便于更換，避免使整個鉆模報廢，以節(jié)約成本，所以導向裝置選用可換導套。 導向長度L的確定必須保證刀具剛切入工件時，已進入導套內(nèi)的導向長度L不小于導向部分直徑d,即（Ld）,對于加工8.5的孔，選擇的導套尺寸為：D=15,D1=22,D2=26,L=16,l=8； 對于加工7的孔，選擇的導套尺寸為：D=12,D1=18,D2=22,L=20,l=8； 對于加工6.7的孔，選擇的導套尺寸為：D=12,D1=18,D2=22,L=20,l=8； 對于加工10.5的孔，選擇的導套尺寸為：D=18,D1=26,D2=30,L=16,l=10； 對于加工6

30、.8的孔，選擇的導套尺寸為：D=12,D1=18,D2=22,L=20,l=8； 對于加工13的孔，選擇的導套尺寸為：D=22,D1=30,D2=34,L=20,l=10； 2.3 組合機床總體設(shè)計 2.3.1 被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示所設(shè)計的組合機床（或自動線）上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位基準、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設(shè)計研制合同外，它是組合機床設(shè)計的具體依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件。工序圖見附錄。 2.3.2 加工

31、示意圖 加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎(chǔ)上繪制的。是表達工藝方案具體內(nèi)容的機床工藝方案圖。零件加工的工藝方案要通過加工示意圖反映出來。加工示意圖表示被加工零件在機床上的加工過程，刀具、輔具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機床各部件間的相對位置關(guān)系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。加工示意圖見附錄。 A 刀具的選擇 刀具直徑的選擇應(yīng)與加工部位尺寸、精度相適應(yīng)?？爪?0選擇刀具Φ30H7錐柄階梯麻花鉆頭；擴Φ30孔到Φ41選擇刀具Φ41h8套裝式锪孔鉆；孔Φ8選擇刀具Φ8h8錐柄麻花鉆；孔Φ6選擇刀具Φ6h8錐柄麻花鉆。 B確定主軸、尺寸、外伸尺寸 在該課題中，主軸用于鉆孔

32、，選用滾珠軸承支承。又因為浮動卡頭與刀具剛性連接，所以該主軸屬于長主軸。故本課題中的主軸均為滾珠軸承長主軸。 根據(jù)由選定的切削用量計算得到的切削轉(zhuǎn)矩T，由[1]P43公式 (2-1) 式中，d—軸的直徑（㎜）；T—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·m）； B—系數(shù)，本課題中主軸為非剛性主軸，取B=6.2。 由公式可得：左主軸箱端面軸1，=15.08mm； 右主軸箱端面軸2，=18.94mm； 后主軸箱端面軸3，=13.72mm； 根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑，查[1]第44頁

33、 表3-6 可得到主軸外伸尺寸及接桿莫氏圓錐號 主軸直徑 D/d1 外伸尺寸 接桿莫氏圓錐號 軸1 20 32/20 115 1，2 軸2 20 32/20 115 1，2 軸3 15 25/16 85 1 C動力部件工作循環(huán)及行程的確定 a) 工作進給長度的確定 工作進給長度，應(yīng)等于加工部位長度L（多軸加工時按最長孔計算）與刀具切入長度和切出長度之和。 即： (2-2) 式中切入長度一般為5～10㎜，根據(jù)工件端面的誤差情況確定。 查[1] P46表

34、3-7切出長度的確定得鉆孔時 (2-3) 三個面上鉆孔時的工作進給長度見下表： 表2-1 工作進給長度 L d 左主軸箱 22 8 8.5 0 30 右主軸箱 66 6 6.8 0 72 后主軸箱 115 5 7 5 125 b）進給長度的確定 快速進給是指動力部件把刀具送到工作進給位置。初步選定左右三個主軸箱上刀具的快速進給長度分別為：左主軸箱30㎜和70㎜，右主軸箱72㎜和78㎜，后主軸箱125㎜和75㎜。 c）快速退回長度的確定 快速退回長度等于快

35、速進給和工作進給長度之和。由已確定的快速進給和工作進給長度可知，三面快速退回長度分別為：左100㎜，右150㎜，后200㎜。 d）動力部件總行程的確定 動力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。左右兩面的前后備量取80㎜，后備量取140㎜，則總行程左為320㎜，右為370㎜，后為420㎜。 2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 一 選擇動力部件 A．動力滑臺的選擇 a）動力滑臺形式的選擇 本組合機床采用的是液壓滑臺。與機械滑臺相比較，液壓滑臺具有如下優(yōu)點：在相當大的范圍內(nèi)進給量可以無級調(diào)速；可以獲得較大的進給力；由于液壓驅(qū)動，零件磨損小，使用壽命長；工藝上要求多次進給時，通過液壓換向閥，

36、很容易實現(xiàn)；過載保護簡單可靠；由行程調(diào)速閥來控制滑臺的快進轉(zhuǎn)工進，轉(zhuǎn)換精度高，工作可靠。但采用液壓滑臺也有其弊端，如：進給量由于載荷的變化和溫度的影響而不夠穩(wěn)定；液壓系統(tǒng)漏油影響工作環(huán)境，浪費能源；調(diào)整維修比較麻煩。本課題的加工對象是氣缸體左面11個孔，右面上的21個孔和后面11個孔，位置精度和尺寸精度要求較高，因此采用液壓滑臺。 b）動力滑臺型號的選擇 根據(jù)選定的切削用量計算得到的單根主軸的進給力，按[1] P62式 式中，—各主軸所需的向切削力，單位為N。則： 左主軸箱 右主軸箱 后主軸箱 實際上,為克服滑臺移動

37、引起的摩擦阻力，動力滑臺的進給力應(yīng)大于。 進給速度: 最大行程L=400mm. 選1HY32I型滑臺，臺面寬度320mm,臺面長630mm,行程為400mm,最大進給力為12500N，工進速度為20～650mm/min,快速移動速度為10m/min. 二 動力箱型號的選擇 由切削用量計算得到的各主軸的切削功率的總和，根據(jù)[1]P47頁公式 （2-4） 式中, —消耗于各主軸的切削功率的總和（Kw）； —多軸箱的傳動效率,加工黑色金屬時取0.8～0.9，加工有

38、色金屬時取0.7～0.8；主軸數(shù)多、傳動復(fù)雜時取小值，反之取大值。本課題中，被加工零件材料為灰鑄鐵，屬黑色金屬，又主軸數(shù)量較多、傳動復(fù)雜，故取。 左主軸箱: 則 右主軸箱: 則 后主軸箱: 則 根據(jù)液壓滑臺的配套要求，滑臺額定功率應(yīng)大于電機功率的原則，查[1]表5-38得出動力箱及電動機的型號 表2-2 動力箱及電動機的型號選擇 動力箱型號 電動機型號 電動機功率(Kw) 電動機轉(zhuǎn)速(r/min) 輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min) 左主軸箱 1TD32-Ⅰ Y100L-4 2.2 1430

39、 715 右主軸箱 1TD32-Ⅱ Y100L-4 3.0 1430 715 后主軸箱 1TD32-Ⅰ Y100L-4 2.2 1430 715 滑臺側(cè)底座選1CC321. B 確定機床裝料高度H 裝料高度是指機床上工件的定位基準面到地面的垂直距離。本課題中，工件最低孔位置為13mm，滑臺高度為280mm，側(cè)底座高度為560mm，夾具輪廓吃醋吧長300mm,寬250mm,高290mm,組合機床裝料高度取H=850㎜。 C 確定主軸箱輪廓尺寸 圖2-1 多軸箱輪廓尺寸確定 主要需確定的尺寸是主軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度。主軸箱寬度B、高

40、度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關(guān)，可按下式計算： （2-5） （2-6） 式中,b—工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（㎜）； —最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（㎜）； h—工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（㎜）； —最低主軸高度（㎜）。 其中，還與工件最低孔位置（）、機床裝料高度（H=850㎜）、滑臺滑座總高（）、側(cè)底座高度（）等尺寸有關(guān)。本組合機床按式

41、 （2-7） =40.5+850-(0.5+280+560)=50mm ,取，則求出主軸箱輪廓尺寸： 根據(jù)上述計算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定主軸箱輪廓尺寸為 B×H=630㎜×400㎜。 機床總圖見附錄。 2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡 表2-3 機床生產(chǎn)率計算卡 被加工零件 圖號 --- 毛坯種類 鑄件 名稱 ZH1105氣缸體 毛坯重量 36.5kg 材料 H

42、T250 硬度 HB190-240 工序名稱 左右后三面鉆孔 工序號 序號 工步 名稱 被加工零件數(shù)量 加工直徑(mm) 加工長度 (mm) 工作行程 (mm) 切削速度 (m/?min) 每分鐘轉(zhuǎn)速 (r/ min) 進給量 (mm/r) 進給速度 (mm /min) 工時(min) 機加工 時間 輔助 時間 共計 1 裝卸工件 1 0.5 0.5 序號 工步 名稱 被加工零件數(shù)量 加工直徑(mm) 加工長度 (mm) 工作行程 (mm) 切

43、削速度 (m/?min) 每分鐘轉(zhuǎn)速 (r/ min) 進給量 (mm/r) 進給速度 (mm /min) 工時(min) 機加工 時間 輔助 時間 共計 2 右滑臺快進 78 10000 0.0078 0.0078 鉆孔4x13 13 16 72 11 270 0.185 50 鉆孔16x6.7 6.7 17 72 10.5 500 0.1 50 鉆孔1x6.8 6.8 66 72 11.7 550 0.091 50

44、 死檔鐵停留 快退 150 3 左滑臺快進 70 10000 0.015 0.015 鉆孔5x6.7 6.7 18 30 10.5 500 0.1 50 鉆孔4x8.5 8.5 22 30 13.4 500 0.1 50 鉆孔16.7 6.7 15 30 10.5 500 0.1 50 鉆孔110.5 10.5 15 30 16.

45、5 500 0.1 50 死檔鐵停留 快退 100 6300 0.0159 0.0159 4 左滑臺快進 75 10000 0.0075 0.0075 鉆孔2x8.5 8.5 20 125 13.4 500 0.1 50 鉆孔8x6.7 6.7 18 125 10.5 500 0.1 50 序號 工步 名稱 被加工零件數(shù)量 加工直徑(mm) 加工長度 (mm

46、) 工作行程 (mm) 切削速度 (m/?min) 每分鐘轉(zhuǎn)速 (r/ min) 進給量 (mm/r) 進給速度 (mm /min) 工時(min) 機加工 時間 輔助 時間 共計 鉆孔1x7 7 115 125 13.7 625 0.08 50 2.5 2.5 死檔鐵停留 快退 200 10000 0.02 0.02 備注 裝卸時間取決于操作者熟練程度，本機床設(shè)計時間取0.5min 總計 3.0875min 單件工時

47、3.0875min 機床生產(chǎn)率 19.82件/h 機床負荷率 77.8% 3 組合機床左主軸箱設(shè)計 主軸箱是組合機床的部件之一，它的功用是根據(jù)被加工零件的加工要求，將電機和動力箱部件的功率和運動，通過按一定速比排布的傳動齒輪傳遞給各主軸，使其能按要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向帶動刀具進行切削。 3.1 繪制左主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖 主軸箱的設(shè)計原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”整理編繪出來的，其內(nèi)容包括主軸箱設(shè)計的原始要求和已知條件。 在編制此圖時從“三圖一卡”中已知 a) 主軸箱輪廓尺寸:630×400×440； b) 工件輪廓尺寸及各孔位置尺

48、寸； c) 工件和主軸箱相對位置尺寸。 根據(jù)以上依據(jù)編制出的主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖： 圖3-1 主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖 附表： a) 被加工零件 名稱：氣缸體 材料：HT250 硬度：190～240HBS b) 主軸外伸長度及切削用量 表3-2 主軸外伸長度及切削用量 軸號 主軸外伸尺寸（mm） 切削速度v（mm/min） 轉(zhuǎn)速n（r/min） 每轉(zhuǎn)進給量f（mm/r） D/d L 1～11 32/20 115 50 500 0.1 1TD32-Ⅰ動力箱電動機功率2.2kW，轉(zhuǎn)速1430r/min,驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速715r/min，其他尺寸可查動力

49、箱裝配圖。 3.2 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇及動力計算 3.2.1 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇 主軸結(jié)構(gòu)型式由零件加工工藝決定，并應(yīng)考慮主軸的工作條件和受力情況。因本工序是對氣缸體進行鉆孔，因此選用滾珠軸承主軸結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)前支承為推力球軸承和向心球軸承,后支承為向心球軸承或圓錐滾子軸承.因推力球軸承設(shè)置在前端,能承受單方向的軸向力,適用于鉆孔主軸。 本主軸是屬外伸長度為115mm長主軸與刀具剛性連接，配置的單導向用于鉆孔。 3.2.2 主軸直徑和齒輪模數(shù)的初步確定 a) 主軸直徑 初步主軸直徑已在編制“三圖一卡”時完成，由此可知主軸直徑d=20mm。 b) 齒輪的模數(shù) 主軸直徑已在總體設(shè)

50、計部分初步確定 齒輪模數(shù)m（單位為mm）一般用類比法確定，也可由查得的公式估算， 即 (3-1) 式中，P—齒輪所傳遞的功率，單位為KW； z—一對嚙合齒輪中的小齒輪齒數(shù)； n—小齒輪的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。 主軸箱中的齒輪模數(shù)常用2、2.5、3、3.5、4幾種。為了便于生產(chǎn)，同一主軸箱中的模數(shù)規(guī)格不要多于兩種。 3.2.3 主軸箱動力計算 因所有主軸均用于鉆孔，所以均選用有推力軸承的主軸，主軸箱所需動力見機床的總體設(shè)計，此處不在贅述。 3.3 主軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算 3.3.

51、1 計算驅(qū)動軸、主軸的坐標尺寸 根據(jù)原始依據(jù)圖3-1，計算驅(qū)動軸、主軸的坐標尺寸，如表4-2所示： 表3-2 驅(qū)動軸、主軸坐標值 坐標 銷O 驅(qū)動軸O 主軸1 主軸2 主軸3 主軸4 主軸5 X 0.000 310.000 360.000 460.000 370.000 370.000 460.000 Y 0.000 45.000 158.000 225.000 225.000 91.000 91.000 坐標 主軸6 主軸7 主軸8 主軸9 主軸10 主軸11 X 470.000 208.000 60.000

52、 60.000 208.000 221.000 Y 158.000 225.000 225.000 91.000 91.000 148.000 3.3.2 擬定主軸箱傳動路線 在設(shè)計傳動系統(tǒng)時，要盡可能用較少的傳動件，使數(shù)量較多的主軸獲的預(yù)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，因此在設(shè)計時單一應(yīng)用計算或作圖的方法就難以達到要求，現(xiàn)在一般采用“計算、作圖和試湊”相結(jié)合的辦法來設(shè)計。 a)主軸的位置 該主軸箱中的主軸1軸、4軸、5軸、6軸可視為一組同心圓主軸，在其圓心處設(shè)中心傳動軸17，把主軸2、3和主軸7、11分別視為一組直線分布主軸，在兩軸中心連線的垂直平分線上設(shè)中心傳動軸16和19，把

53、主軸8、9視為一組直線分布主軸，在兩軸中心連線的垂直平分線上設(shè)手柄軸22，手柄軸22和傳動軸19用中心傳動軸20傳動，主軸10和傳動軸20用中心傳動軸21傳動。 該主軸箱是用多根中間軸帶動主軸轉(zhuǎn)動，其傳動路線如下： b) 傳動比的選擇 為了使結(jié)構(gòu)緊湊，多軸箱內(nèi)齒輪傳動比一般選在1～1.5，但在多軸箱后蓋內(nèi)齒輪傳動比允許取至，盡量避免用升速傳動。當驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速較低時，允許先升速后在降一些，使傳動鏈前面的軸、齒輪轉(zhuǎn)矩較小，結(jié)構(gòu)緊湊，但空轉(zhuǎn)功率損失隨之增加，故要求升速傳動比小于等于2；為使主軸上的齒輪不過大，最后一級經(jīng)常采用升速傳動。 用于粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡可能設(shè)置在第Ⅰ排，以減少主

54、軸的扭轉(zhuǎn)變形；精加工主軸上的齒輪，應(yīng)設(shè)置在第Ⅲ排，以減少主軸端的彎曲變形。多軸箱內(nèi)具有粗精加工主軸時，最好從動力箱驅(qū)動軸齒輪傳動開始，就分兩條傳動路線，以免影響加工精度。 據(jù)此，本主軸箱為了使主軸上齒輪直徑小些，所以先由第Ⅱ、Ⅲ、IV排齒輪減速，然后再由箱體內(nèi)最后一級齒輪升速，獲的所需的主軸轉(zhuǎn)速，這樣結(jié)構(gòu)較為合理緊湊。 3.3.3 傳動軸的位置和轉(zhuǎn)速及齒輪齒數(shù) 本主軸箱內(nèi)傳動系統(tǒng)的設(shè)計是按“計算、作圖和試湊”的一般方法來確定齒輪齒數(shù)、中間傳動軸的位置和轉(zhuǎn)速，在設(shè)計過程中通過反復(fù)試湊和畫圖，才最后確定了齒輪的齒數(shù)和中間設(shè)計軸的位置。 A 由各主軸及驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速求驅(qū)動軸到各主軸之間的傳動比

55、 主軸 =500r/min 驅(qū)動軸 各主軸總傳動 B 各軸傳動比分配 表3-3 各軸傳動比分配表 軸 1 2 3 4 5 6 7 8 9 傳動比 0.906 0.906 0.906 0.906 0.906 0.906 1 0.914 0.914 軸 10 11 12 13 14 15 16 17 18 傳動比 1.129 1 1 1 1.381 1.103 1.063 1.063 1 軸 19 20 21 22 23 24 傳動比 1.429

56、 0.886 0.886 1.226 1.089 0.75 C 確定中間傳動軸的位置并配各對齒輪 傳動軸轉(zhuǎn)速的計算公式查得如下： （3-2） （3-3） （3-4） （3-5） （3-6）

57、 （3-7） 式中，u—嚙合齒輪副傳動比 ； —分別為主動和從動齒輪齒數(shù)； —分別為主動和從動齒輪轉(zhuǎn)速，單位為r/mm； A—齒輪嚙合中心距，單位為mm； m—齒輪模數(shù)，單位mm； a) 確定傳動軸16的位置及與主軸2、3間的齒輪副齒數(shù)，傳動軸16的位置在主軸2和3的垂直平分線上，垂直方向位置待齒數(shù)確定后便可確定。取，取m=2mm，從圖中量得中心距 A=60.85mm,,,。 （設(shè)在第I排） b)同理，取，估算傳動軸17的中心距A=60.85mm，，，（設(shè)在第I排） c) 確定手柄軸22的位置及與主軸8、9間的齒輪副齒數(shù)，傳動軸22的位置在主軸8和9的垂直平分線上，垂

58、直方向位置待齒數(shù)確定后便可確定。 由，取，則35，取m=2mm，則 ，由A=mm，則。（設(shè)在第Ⅰ排） d) 估算傳動軸15和傳動軸16的中心距A=66mm，取m=2mm，再由 =，可求得：,。（設(shè)在第Ⅱ排） e) 同理估算傳動軸15和傳動軸17的中心距A=66mm，取m=2mm，再由 =，可求得：,。（設(shè)在第Ⅱ排） f) 確定傳動軸19，傳動軸23的位置及與主軸7、11間的齒輪副齒數(shù)，傳動軸19的位置在主軸7和11的垂直平分線上，垂直方向位置待齒數(shù)確定后便可確定。取，取m=2mm，從圖中量得中心距 A=58mm,， ,,。（設(shè)在第Ⅰ排）A=60mm，。（設(shè)在第Ⅰ排） g) 估算傳動

59、軸20的位置及齒輪齒數(shù)，取，取m=2mm，從圖中量得中心距 A=69mm,，。（設(shè)在第Ⅱ排）再由,可求得：。（設(shè)在第Ⅱ排）同理。 （設(shè)在第Ⅱ排） h) 確定傳動軸18，傳動軸12的位置及齒輪副齒數(shù)，估算傳動軸18和傳動軸19的中心距A=76.5mm，取m=3mm,再由，可求得：。（設(shè)在第Ⅳ排）。，可求得：。（設(shè)在第Ⅳ排） i)用上述同樣的方法估算出與傳動軸12相配對的傳動軸13齒輪的齒數(shù)為，（設(shè)在第Ⅳ排）。與傳動軸20相配對的傳動軸21上的齒輪齒數(shù)為，（設(shè)在第Ⅱ排）。與傳動軸21相配對的傳動軸10上的齒輪齒數(shù)為主（設(shè)在第Ⅱ排）。 j)估算傳動軸14和傳動軸13的中心距A=152mm，取m

60、=3mm，再由，可求得：，，（設(shè)在第Ⅳ排）。 k)估算傳動軸15和傳動軸14的中心距A=91.5mm，取m=3mm，再由，可求得：，，（設(shè)在第Ⅳ排）。 l)估算傳動軸12和驅(qū)動軸0的中心距A=58mm,取m=3mm,再由，可求得：，（設(shè)在第Ⅳ排）。 D 驗算各主軸轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速相對損失在5%以內(nèi)，符合設(shè)計要求。 E 手柄軸的設(shè)置 由于該主軸箱上有較多的刀具，為了便于更換和調(diào)整刀具，以及裝配和維修時檢查主軸精度，所以在主軸箱上設(shè)置一個手柄軸以便于手動回轉(zhuǎn)主軸，為了扳動起來輕便，手動軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)盡可能高些，且其所處位置要靠近機床操作者的一側(cè)，并留有扳手作用位置活動空間，所

61、以本主軸箱的22軸做手柄手柄軸。 F 葉片泵的設(shè)置。 由于葉片油泵使用可靠，所以該主軸箱決定采用葉片泵進行潤滑。油泵打出的油經(jīng)分油器分向各潤滑部位，主軸箱體前后壁間的齒輪用油盤潤滑，箱體和后蓋以及前蓋見的齒輪用油管潤滑。該葉片潤滑泵裝在箱體前表壁上，采用油泵傳動軸帶動葉片轉(zhuǎn)動的傳動方式，計算得: 400～800r/min范圍內(nèi)，滿足要求。 3.4 主軸箱坐標計算及繪制干涉檢查圖 3.4.1 計算傳動軸坐標 表3-4 傳動軸坐標計算結(jié)果 傳動軸 坐標值 傳動軸與兩軸定距間中心誤差 X Y W1 W2 12 296.003 149.344 =+0.0

62、00023769 =+0.000337104 13 322.000 206.730 =+0.000023769 =+0.00038821 14 359.480 271.693 =+0.00038821 =+0.000692352 15 415.000 198.963 =0 =0 16 415.000 265.963 =+0.147987962 =0 17 415.000 131.963 =+0.148333063 =+0.147987962 18 247.953 190.089 =+0.000337104 =-0.000097888

63、 19 172.209 179.360 =0.000299302 =0.000407811 20 124.572 133.680 =-0.00016459 =-0.000040463 21 144.017 74.808 =-0.00016459 =-0.00003904 22 60.000 158.000 =0 =0 23 129.997 222.000 =-0.00018787 =0 24 129.997 277.0000 油泵軸24與軸23定距，中心距誤差=0 3.4.2 干涉檢查圖 圖3-5 齒輪干涉檢查圖 3.5 軸

64、、齒輪校核計算 3.5.1 軸的校核 已選定傳動軸16, ，主軸2、3的轉(zhuǎn)矩 根據(jù)， 由表3-4可知45鋼的許用剪切應(yīng)力，抗扭截面模數(shù) ≤[τ] 故可驗證傳動軸滿足要求。 3.5.2齒輪的校核 在初步擬訂多軸箱傳動系統(tǒng)后，還要對危險齒輪進行校核計算，尤其是對低速級齒輪或齒根到鍵槽距離較低的齒輪以及轉(zhuǎn)矩較大的齒輪。 已選定齒輪采用45鋼，齒輪精度用8級，表面粗糙度為，以傳動軸15及16上的一對嚙合為例進行齒輪的強度校核，大、小齒輪齒數(shù)分別為，傳動比。 （1）設(shè)計準則 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。 （2）按齒面接

65、觸疲勞強度設(shè)計 由中公式（7-9）得: 其中， ，，，，， 由圖7-6選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為： 由圖7-7選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為： 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由公式（7-3）計算可得 則 由圖7-8，查得接觸疲勞壽命系數(shù), 由圖7-9，查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 由表7-2查得接觸疲勞安全系數(shù)，彎曲疲勞安全系數(shù),又，試選。 由中式（7-1）、（7-2）求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力： 將有關(guān)值代入[11]P108公式（7

66、-9）得： 則 查圖7-10得；由表7-3查得；由表7-4查得；取，則 修正 由表7-6取標準模數(shù)，與前面選定的模數(shù)相同，所以符合要求。 （3）計算幾何尺寸 取 （4） 校核齒根彎曲疲勞強度 由[11]P111圖7-18查得，, 由[11]P110式（7-12）校核兩齒輪的彎曲強度 所以齒輪完全達到要求。傳動軸上其余齒輪均用此方法進行校核，其結(jié)果均符合要求。 其他軸及軸上的齒輪均按以上方法校核，結(jié)果均符合強度要求。 4 三維建模 組合機床多軸箱通常采用一根動力軸帶動多根主軸的工作方式，由于各傳動軸必須在有限的箱體空間內(nèi)得到適宜的分布位置并避免干涉，且各軸的設(shè)計又必須保證其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、強度和剛度，因此多軸箱設(shè)計難度大、周期長，往往成為組合機床設(shè)計的瓶頸，改變這一局面的措施是采用計算機輔助模塊化設(shè)計。模塊化設(shè)計是一種