ZS175柴油機機體三面鉆削組合機床總體及右主軸箱設計【含12張CAD圖紙】
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一、設計內容
設計一臺鉆削單缸柴油機氣缸體左面、右面、后面孔系的組合機床，具體進行
總體設計和右主軸箱設計。主要內容有：
1．總體設計
1)制定工藝方案，確定機床配置型式及結構方案。
2)三圖一卡設計，包括：
(a) 被加工零件工序圖 (b) 加工示意圖 (c) 機床聯(lián)系尺寸圖
(d) 生產(chǎn)率計算卡 (e) 有關設計計算、校核
2．右主軸箱設計
(a) 右主軸箱總裝圖 (b)零件圖 (c) 有關計算、校核等。
二、設計依據(jù)
1．課題來源：鹽城市江動集團；
2．產(chǎn)品名稱：ZS175型柴油機；
3．被加工零件：氣缸體（附零件圖）；
4．工件材料：HT250；
5．加工內容：鉆削氣缸體左面上3×φ6、φ8、φ4孔；
鉆削氣缸體右面上4×φ4、φ3孔；
鉆削氣缸體后面上2×φ10、3×φ4孔。
6. 生產(chǎn)綱領：大批大量；
7．批量：本機床設計、制造一臺。
三、設計要求
1．機床應能滿足加工要求，保證加工精度；
2．機床應運轉平穩(wěn)，工作可靠，結構簡單，裝卸方便，便于維修、調整；
3．機床盡量能用通用件（中間底座可自行設計）以便降低制造成本；
4．機床各動力部件用電氣控制；
5．設計圖樣總量：折合成A0幅面在3張以上；工具要求：應用計算機軟件繪圖；過
程要求：裝配圖需提供手工草圖；
6．畢業(yè)設計說明書按照學校規(guī)定的格式規(guī)范統(tǒng)一編排、打印，字數(shù)不少于1萬字；
7．查閱文獻資料10篇以上，并有不少于3000漢字的外文資料翻譯；
8．到相關單位進行畢業(yè)實習，撰寫不少于3000字實習報告；
9．撰寫開題報告。
四、畢業(yè)設計物化成果的具體內容及要求
1、設計成果要求：
1）畢業(yè)設計說明書 1 份
2）被加工零件工序圖 1 張
3）加工示意圖 1 張
4）機床聯(lián)系尺寸圖 1 張
5）生產(chǎn)率計算卡 1 張
6）右主軸箱總裝配圖 1 張
7）右主軸箱體零件補充加工圖 1 張
8）其它零件圖 不少于7張
2、外文資料翻譯（英譯中）要求：
1）外文翻譯材料中文字不少于3000字；
2）內容必須與畢業(yè)設計課題相關；
3）所選外文資料應是近10年的文章，并標明文章出處。
五、 畢業(yè)設計進度計劃
起訖日期
工作內容
備 注
2月26日～2月28日
布置任務
3月1日～3月14日
調查研究，收集資料，熟悉課題，畢業(yè)實習
3月15日～3月31日
總體設計
4月1日～5月14日
撰寫和完成論文初稿
5月15日～5月31日
完善論文、材料檢查
6月1日～6月2日
畢業(yè)設計預答辯
6月3日～6月9日
修改資料
6月10日～6月11日
評閱材料
6月12日～6月13日
畢業(yè)答辯
6月14日～6月15日
材料整理裝袋
六、 主要參考文獻：
1、謝家瀛．組合機床設計參考手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1994．
2、大連組合機床研究所．組合機床設計（第一分冊）[M] ．北京：機械工業(yè)出版社，
1975．
3、大連組合機床研究所．組合機床設計參考圖冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1975．
4、姚永明．非標準設備設計[M]．上海：上海交通大學出版社，1999．
5、劉文劍．夾具工程師手冊[M]．哈爾濱：黑龍江科技出版社，1987．
6、韋宗源. Z30125×40 大型搖臂鉆床的設計[J]. 廣西工學院學報，2007.
7、金振華．組合機床及其調整與使用[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1990．
8、文懷興，周志紅，王芳. 基于Pro/ E 的數(shù)控機床主軸箱的設計與運動仿真[J]. 陜西科技大學學報,2006,(1):17-27.
9、吳何畏，王衛(wèi)兵．鉆孔組合機床液壓傳動和電氣控制系統(tǒng)的設計[J]．制造技術與機床，2006，(1)：53-56.
10、周軍，金鴻雁. YZ4102Q 柴油機機體齒和飛面雙臥鉆孔組合機床的設計[J]. 揚州職業(yè)大學學報，2007，(2)：52-57.
11、張良，楊為，陳小安，劉德永. CK6310型數(shù)控機床主軸箱動態(tài)特性研究. 機床與液壓[J],2008,(2):32-36.
12、胡昌軍，汪列隆. 基于 ANSYS 機床主軸箱的優(yōu)化設計[J]. 現(xiàn)代制造技術，2007，（9）：61-62.
七、其他
八、專業(yè)系審查意見
系主任：
年 月 日
九、機械工程學院意見
院長：
年 月 日
4
實 習 報 告
一、概述
畢業(yè)實習是實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標的一個綜合性實踐環(huán)節(jié)，是應用型本科生豐富實踐知識和專業(yè)技能的必修課。通過實習不僅可以學到許多課堂上沒有的知識,還能開闊視野，增長見識，為我們以后更好地把所學的知識運用到實際工作中打下堅實的基礎。通過生產(chǎn)實習使我更深入地接觸專業(yè)知識，進一步了解機械設計制造過程中的實際情況，解決機械設計制造過程中存在的問題。通過撰寫實習報告使我學會綜合應用所學知識，提高分析和解決專業(yè)問題的能力。
二、 實習過程
由于我畢業(yè)設計所涉及的內容是組合機床的設計及右主軸箱設計,我們去江動集團進行了畢業(yè)實習。通過前面的文獻查找和專業(yè)知識的認識，我們已經(jīng)對組合機床有了初步的了解。這次實習，主要讓我們加深對專業(yè)知識的理解，認清專業(yè)發(fā)展方向，了解當前機床發(fā)展現(xiàn)狀。這次的實習主要是通過我們參觀車間，去了解機床的設計和加工過程，然后在分析加工工件的特點的基礎上，按組合機床的設計方法和步驟，進行了組合機床的總體設計，繪制了被加工零件的工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計算卡。在這個科技時代中，高技術產(chǎn)品種類繁多，生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程也各不相同，但不管何種產(chǎn)品，從原料加工到制成產(chǎn)品都是遵循一定的生產(chǎn)原理，通過一些主要設備及工藝流程來完成的。因此，在專業(yè)實習過程中，首先要了解其生產(chǎn)原理，弄清生產(chǎn)的工藝流程和主要設備的構造及操作。其次，在專業(yè)人員指導下，通過實習過程見習產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)及開發(fā)等環(huán)節(jié)，初步培養(yǎng)我們得知識運用能力。
三、 實習內容
江動集團主要生產(chǎn)單缸機、多缸機、汽油機、拖拉機、發(fā)電機組等等。我們了解了他們每個車間的生產(chǎn)流程，對他們的工藝也有了初步的認識。組合機床一般是根據(jù)和用戶簽訂的設計、制造合同進行設計的。通過參觀江動集團的幾個工作車間，我們發(fā)現(xiàn)，江動集團在設計過程中，盡量做到采用先進的工藝方案和合理的機床結構方案；正確地選擇組合機床通用部件及機床布局型式；十分注意保證加工精度和生產(chǎn)效率的措施以及操作使用方便性，力爭設計出技術上先進、經(jīng)濟上合理和工作可靠的組合機床。同時我們也了解了組合機床的設計步驟：
（1）認真閱讀被加工零件圖樣，研究其尺寸、形狀、材料、硬度、重量、加工部位的結構及加工精度和表面粗糙度要求等內容。通過對產(chǎn)品裝配圖樣和有關工藝資料的分析，充分認識被加工零件在產(chǎn)品中的地位和作用。同時必須深入到用戶現(xiàn)場，對用戶原來生產(chǎn)所采用的加工設備、刀具、切削用量、地位基準、夾緊部位和加工質量及精度檢驗方法、裝卸方法及裝卸時間、加工時間等作全面的調查和分析。
（2）深入到組合機床使用和制造單位，全面細致地調查使用單位車間的面積、機床的布置、毛坯和在制品流向、工人的技術水平、刀具制造能力、設備維修能力、動力和起重設備等條件以及制造單位的技術能力、生產(chǎn)經(jīng)驗和設備狀況等條件。
（3）研究分析合同要求，查閱、搜集和分析國內外有關的技術資料，吸取先進的科學技術成就。對于滿足合同要求的難點采用的新技術、新工藝應進行必要的試驗，以取得可靠的設計依據(jù)。
總之，在設計組合機床之前，要先搜集大量的數(shù)據(jù)、資料，做好充分的、全面的技術準備。
四、主軸箱的分析
通過這次的實習，我了解了許多關于組合機床方面的有關知識，也使我對組合機床主軸箱的設計有了初步的了解。在設計主軸箱時，要盡量其保證結構可靠、工作穩(wěn)定，也可以對其進行必要的改進和創(chuàng)新。
按目前我國組合機床設計資料推薦，采用錯開的滾針軸承主軸排列其最小軸間距為24mm。而小于24mm軸間距的主軸箱設計，我們通常視為設計“禁區(qū)”。為了保證主軸箱較小的軸間距布置，一般采用滾針軸承。根據(jù)對用戶走訪的反映，這種無保持架的滾針軸承，在使用過程中可靠性差，容易產(chǎn)生抱軸和發(fā)熱，工作穩(wěn)定性較差。從主軸箱設計制造角度考慮，將锪鉸中心孔從組合機床加工中撤下，在組合機床后續(xù)加工中專設一道锪鉸工序。但是，撤下組合機床對中心氣道孔口的锪鉸，則在鉆孔后難于保證各鉆削孔對中心孔對中要求精度±0.25；并且要多增加一道工序和锪孔設備，不利于發(fā)揮組合機床工序集中、容易保證孔系加工位置精度的優(yōu)越性。因此，使用部門堅持要求能在組合機床上同時完成鉆、锪孔加工。考慮到使用部門的要求和切削加工效果，我們決定選擇鉆、锪孔同時進行。這樣設計的主軸箱具有以下特點：
（1）傳動方案緊湊。為了在較小的空間內實現(xiàn)結構傳動，減小傳動路線，將中間锪鉸主軸1既作主軸又作傳動軸，在后排傳動兩根中間傳動軸5和6。一般在設計傳動方案時，為了改善主軸受力，不宜采用主軸作傳動軸，但是，由于我們是將傳動放在主軸箱后壁最后排，锪鉸主軸1前端并不受傳動力，并且锪鉸切削力相對較小。因此，我們認為采用這種傳動方案是可行的。
(2)為了實現(xiàn)較小軸間距，我們采取了將徑向、軸向軸承都取錯開排列方式。為了避免徑向尺寸干涉，我們采用非剛性主軸設計，加工精度靠主軸前端的活動鉆模板定位保證。因此，取較小的懸伸比在本主軸箱設計是必要的。
(3)用徑向滾珠軸承代替滾針軸承。為了使軸間距減小，傳統(tǒng)上徑向軸承都采取滾針軸承，由于在實際使用中，滾針軸承工作性能不理想，這一直為設計部門感到為難。我們研究認為，目前國內外軸承工業(yè)通過近年來的努力發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)研制出高性能的超精系列結構軸承，可以滿足機床的需要。而在鉆孔加工中，機床主軸主要承受軸向切削力，其徑向力不大。
(4)在結構空間受限的情況下，為了提高主軸、傳動軸的剛度，在結構上將主軸、傳動軸盡可能取較大外徑。為了防止齒輪和主軸發(fā)生碰撞，我們選擇將切削受力相對較小的锪鉸軸。
(5)主軸箱與動力箱動力傳遞取聯(lián)軸器傳動。按國內資料推薦，一般設一級齒輪聯(lián)接傳動，為了改善受力和實現(xiàn)傳動方案，我們借鑒國外的經(jīng)驗，取聯(lián)軸器傳動形式。這樣，不但傳動安裝方便、減振，而且還改善了擔任傳動的锪鉸主軸的受力。因為如果采用傳統(tǒng)齒輪傳動方式，锪鉸軸工作相當于一懸臂梁，不但受扭力M，而且還受徑力P的作用，
(6)提高齒輪的結構強度。由于受空間結構及標準模數(shù)、齒數(shù)的限制，齒輪結構空間有限，適當加大齒輪寬度，并將傳遞扭力的平鍵移放到齒廓后端，以提高齒輪的結構強度。
五、 實習感想
在以前我總是盼望早點到社會參加工作，因為我總覺得工作是一件很容易的事，可是當我離開校園，真的進入社會實習后，才真正體驗到工作并不是想象中的那樣，它不是一件容易的事，我需要學習的東西還很多，同時也受到了很大的啟發(fā)。我明白，今后的工作還會遇到許多新的東西，這些東西會給我?guī)硇碌捏w驗和新的體會。因此，我堅信：只要我用心去發(fā)掘，勇敢地去嘗試，一定會能更大的收獲和啟發(fā)的，也只有這樣才能為自己以后的工作和生活積累更多豐富的知識和寶貴的經(jīng)驗。
2
課題名稱：ZS175柴油機機體三面鉆削組合機床總體及右主軸箱設計
一、課題來源、課題研究的主要內容及國內外現(xiàn)狀綜述
1. 課題來源
課題來源于鹽城市江動集團。ZS175柴油機是該集團大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品之一，為實現(xiàn)ZS175柴油機機體三面孔的加工并保證相應的位置精度,需要設計一臺三面鉆削組合機床。
2. 課題研究的主要內容
1．總體設計
1)制定工藝方案，確定機床配置型式及結構方案。
2)三圖一卡設計，包括：(a) 被加工零件工序圖 (b) 加工示意圖 (c) 機床聯(lián)系尺寸圖 (d) 生產(chǎn)率計算卡 (e) 有關設計計算、校核
2．右主軸箱設計
(a) 右主軸箱總裝圖 (b)零件圖 (c) 有關計算、校核等。
3.本課題國內外研究現(xiàn)狀
組合機床是以系列化、標準化的通用部件為基礎，配以少量的專用部件組成的一種高效專用機床。目前，組合機床主要應用于平面加工和孔加工兩類工序。組合機床最適宜于加工各種大中型箱體類零件。
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式，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。
我國組合機床及組合機床自動線總體技術水平比發(fā)達國家要相對落后，國內所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導致投資規(guī)模的擴大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術、新工藝，研制新產(chǎn)品，在這些方面組合機床裝備還有相當大的差距，因此組合機床技術裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調可變、任意加工性以及通信技術的應用將是今后的發(fā)展方向。組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結構、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。
二、本課題擬解決的問題
本課題涉及ZS175柴油機機氣缸體三面鉆削組合機床總體及右主軸箱設計，需要解決的問題主要有：確定組合機床的總體設計方案；如何配置機床的結構型式；被加工零件工藝方案的設計；.如何保證機床應運轉平穩(wěn)，工作可靠，結構簡單，裝卸方便，便于維修、調整；如何降低機床的制造成本；如何解決機床各動力部件的控制；機床應能滿足加工要求，保證加工精度。右主軸箱的設計；選擇主軸箱的規(guī)格、型號，切削用量的選擇，切削功率的計算，確定各軸的結構、排布、配合關系，軸的強度、剛度校核等。
為了使組合機床能在中小批量生產(chǎn)中得到應用，往往需要應用成組技術，把結構和工藝相似的零件集中在一臺組合機床上加工，以提高機床的利用率。這類機床常見的有兩種，可換主軸箱式組合機床和轉塔式組合機床。
三、解決方案及預期效果
1．解決方案
ZS175柴油機的總體方案設計的具體工作是編制“三圖一卡”，即繪制加工零件圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖，編制生產(chǎn)率計算卡。
右主軸箱的設計順序是：繪制右主軸箱設計原始依據(jù)圖；確定主軸結構、軸頸及齒輪模數(shù)；擬定傳動方案；計算主軸、傳動軸坐標（也可用計算機計算和驗算箱體軸孔的坐標尺寸），繪制坐標檢查圖；繪制右主軸箱總圖，零件圖及編制組件明細表。
2.預期效果
根據(jù)設計方案和時間的安排設計，機床能達到運轉平穩(wěn)，結構簡單，工作可靠，裝卸方便，維修及調整便利的要求，加工精度能符合零件圖要求，主軸箱能滿足機床總體方案的要求（轉速，轉向，功率，坐標要求）。
四、課題進度安排
3月1日～3月14日．畢業(yè)實習階段。
畢業(yè)實習，查閱資料，到多個公司實踐，撰寫實習報告。
3月15日～3月31日．開題階段。
提出總體設計方案及草圖，填寫開題報告。
4月1日～5月14日． 設計初稿階段。
完成總體設計圖、部件圖、零件圖。
5月15日～5月31日． 中期工作階段。
完善設計圖紙，編寫畢業(yè)設計說明書，中期檢查。
6月1日～6月2日．畢業(yè)設計預答辯。
6月3日～6月9日．畢業(yè)設計整改。
圖紙修改、設計說明書修改、定稿，材料復查。
6月10日～6月11日．畢業(yè)設計材料評閱。
6月12日～6月13日．畢業(yè)答辯。
6月14日～6月15日．材料整理裝袋。
五、指導教師意見
簽名:
年 月 日
六、專業(yè)系意見
簽名:
年 月 日
七、學院意見
簽名:
年 月 日
3
ZS175柴油機機體三面鉆削組合機床
總體及右主軸箱設計
摘 要：組合機床是用按系列化標準化設計的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求設計的專用部件組成的專用機床。本課題設計了一臺用于ZS175柴油機機體三面鉆孔的組合機床。機床采用臥式三面加工的方案，加工和裝配的工藝性好，零件裝夾方便。設計內容主要分為總體設計和右主軸箱設計兩部分?？傮w設計包括機床配置型式的確定、結構方案的選擇以及“三圖一卡”的繪制。主軸箱是組合機床的重要部件之一，按專用要求進行設計，由通用零件組成，靠夾具的導向裝置來保證孔的加工位置精度。其主要作用是，根據(jù)被加工零件的加工要求，安排各主軸位置，并將動力和運動由電機或動力部件傳給各主軸，使之得到要求的轉速和轉向。主軸箱設計包括主軸箱原始依據(jù)圖的繪制，主軸結構型式的選擇和動力計算，主軸箱傳動系統(tǒng)的設計與計算，主軸箱坐標計算、坐標檢查圖的繪制，軸、齒輪、軸承、鍵的校核，主軸箱前、后蓋及箱體設計。本組合機床運轉平穩(wěn)，結構簡單，工作可靠，裝卸方便，提高了工作效率，達到了設計要求。
關鍵詞：組合機床；鉆削；主軸
Design of the General and Right Headstock of Modular Machine Tool for drilling Holes on Three-Side of the body of ZS175 Diesel Engine
Abstract: Machine is designed according to the standardization and serialization of generic components and parts are processed according to the shape and design of process-specific components of a dedicated machine. A Modular machine tool was designed for the ZS175 diesel engine with three-side drilling holes. Three horizontal machine used for processing program, processing and assembly process is good, spare parts to facilitate clamping. The focal point of this topic could be divided into two parts: the general design and the right headstock design. The general design includes the confirmation of the modular machine tool, the selecting of the structure type and the completing of the technological drawing of the parts to be manufactured, the general drawing of modular machine tool, drawing of cutter display and the efficiency card of manufacturing. Combination of machine tool spindle box is one of the important parts, according to special requirements of design, from the common parts of the fixture on the guiding device to ensure the accuracy of hole location processing. Its main role is to be processed in accordance with the processing requirements of parts, arrangement of the spindle position, and power and movement by electrical or power components to the spindle, so that it can be the requirements of speed and steering. Spindle box spindle box design includes mapping the original basis, the choice of spindle structure and dynamics, the spindle box drive system design and calculation, spindle box coordinates, the mapping coordinates inspections, shafts, gears, bearings, the school bond nuclear, spindle box before the design of the rear cover and cabinet. Combination of the smooth functioning of the machine, simple structure, reliable work, loading and unloading convenience, increased efficiency, to achieve the design requirements.
Key words: Modular Machine Tool; Drilling; Head stock
目錄
1 前言 1
2 組合機床總體設計 3
2.1 總體方案論證 3
2.1.1 加工對象工藝性的分析 3
2.1.2 機床配置型式的選擇 3
2.1.3 定位基準的選擇 3
2.1.4 滑臺型式的選擇 3
2.2 切削用量的確定及刀具選擇 4
2.2.1 切削用量選擇 4
2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率的計算 4
2.3 組合機床總體設計—三圖一卡 5
2.3.1 被加工零件工序圖 5
2.3.2 加工示意圖 6
2.3.3 機床尺寸聯(lián)系總圖 8
2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡 10
2.3.4.1 理想生產(chǎn)率 10
2.3.4.2 實際生產(chǎn)率 11
2.3.4.3 機床負荷率 12
3 組合機床主軸箱設計 13
3.1 主軸箱原始依據(jù)圖的繪制 13
3.2 主軸結構型式的選擇和動力計算 14
3.3 主軸箱傳動設計 14
3.3.1 主軸箱傳動路線的擬訂 15
3.3.2 根據(jù)原始依據(jù)圖對坐標尺寸的計算 15
3.3.3 傳動軸位置及齒輪齒數(shù)的確定 15
3.3.4 傳動軸直徑的確定 17
3.4 主軸箱坐標計算、坐標檢查圖的繪制 17
3.5 軸、齒輪、軸承、鍵的校核 19
3.5.1 軸的校核 20
3.5.2 齒輪的校核 20
3.5.3 軸承的壽命校核 22
3.5.4 鍵的強度計算 23
3.6 主軸箱前、后蓋及箱體設計 23
3.7 附件的選擇 23
4 結論 25
參考文獻 26
致 謝 27
附 錄 28
1 前言
組合機床是用按系列化標準化設計的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求設計的專用部件組成的專用機床[1]。組合機床是由萬能機床和專用機床發(fā)展來的，它既有專用機床結構簡單的特點，又有萬能機床能夠重新調整，能適應新工件加工的特性。組合機床是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的基本組成是以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。它的特征是高效、高質、經(jīng)濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)[2]。組成組合機床的通用部件有如下幾類：動力部件——動力頭、動力滑臺和動力箱；工件運送部件——回轉工作臺、移動工作臺和回轉鼓輪；支承部件——立柱、床身、底座和滑座等?？刂葡到y(tǒng)有通用的液壓傳動裝置、電氣柜、操縱臺等。
組合機床的通用部件按功能分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件5類?。動力部件為機床提供主運動和進給運動，主要有動力箱（將電動機的旋轉運動傳遞給主軸箱）、切削頭（裝在各個主軸上，用于各單一工序的加工）、動力滑臺（用于安裝動力箱或切削頭，以實現(xiàn)進給運動）；支承部件用以安裝動力滑臺，包括各種底座和支架；輸運部件用以輸送工件或主軸箱至加工工位；控制部件用以控制機床的自動工作循環(huán)；輔助部件包括潤滑、冷卻和排屑裝置等。根據(jù)配置型式，組合機床可分為單工位和多工位兩大類。其中單工位組合機床按被加工面的數(shù)量又有單面、雙面、三面和四面4種，通常只能對各個加工部位同時進行一次加工；多工位組合機床則有回轉工作臺式、往復工作臺式、中長立柱式和回轉鼓輪式4種，能對加工部位進行多次加工[3]。
本小組的課題是ZS175柴油機機體三面鉆削組合機床設計。為了達到加工要求，在機床的精度、性能等方面有以下的要求：機床要求運轉平穩(wěn)，結構簡單，工作可靠，裝卸方便，維修及調整便利；加工精度應符合零件圖要求；主軸箱能滿足機床總體方案的要求。由于該課題比較大，且難度深，總體設計由我們四人合作完成，我主要負責右主軸箱的設計。
整個設計，首先，要有豐富的實踐經(jīng)驗，僅靠一些參考資料是遠遠不夠的，這樣設計出來的組合機床只是結構完美，外形美觀，但實用性差，因此，在設計工作開始前，指導老師特地帶我們到江淮動力集團、鹽城恒力機床廠等企業(yè)進行了實地參觀考察，積累了一些寶貴的實踐經(jīng)驗。其次，運用四年來所學的專業(yè)知識，針對現(xiàn)實中遇到的實際情況，做到舉一反三。整個設計過程不僅涉及到以前所學的知識，還涉及到一些新的概念，這就要求我們一面鞏固以前的知識，一面還要學習新的知識。最好，通過自身的努力，理論聯(lián)系實際，從合理性、經(jīng)濟性、工藝性、實用性及對被加工零件的具體要求對現(xiàn)有機床進行研究和分析，找出可以進行改進的地方，通過反復推敲對比，擬訂合理的三面鉆削組合機床的總體方案。在設計過程中，在指導老師和同學的幫助下和通過自身的努力，理論聯(lián)系實際，從合理性、經(jīng)濟性、工藝性、實用性及對被加工零件的具體要求對現(xiàn)有機床進行研究和分析，找出可以進行改進的地方，通過反復推敲對比，確定了設計方案，并最終完成本課題的設計。主軸箱設計是該次設計中一個重要的傳動部分的設計。首先在完成對組合機床的總體設計并繪制出“三圖一卡”的基礎上，繪制主軸箱設計的原始依據(jù)圖；接著確定主軸結構、軸徑以齒輪模數(shù)；然后根據(jù)被加工孔的位置，擬定傳動系統(tǒng)，應注意軸與軸的最小間距應符合規(guī)定要求，避免產(chǎn)生干涉，這一步是主軸箱設計的核心部分；然后是計算主軸、傳動軸坐標、繪制坐標檢查圖；最后繪制多軸箱總圖，零件圖及編制組件明細表[1]。。
2 組合機床總體設計
2.1 總體方案論證
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計的一種高效率專用機床。針對ZS175柴油機機體，在確定加工工藝的基礎上進行總體方案對比論證。設計組合機床“三圖一卡”，其內容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產(chǎn)率計算卡等。
2.1.1 加工對象工藝性的分析
被加工零件材料是HT250,硬度HB190～240，共計有13個孔需要加工，鉆左、右及后面共計15個孔，由本組合機床完成，具體加工內容及加工精度如下：
1)鉆機體左面：鉆3×Φ6；鉆1×Φ4；鉆1×Φ8，表面粗糙度12.5，各孔位置度公差為Φ0.02mm。
2)鉆機體右面：鉆4×Φ4；鉆1×Φ3，表面粗糙度12.5，各孔位置度公差為Φ0.02mm。
3)鉆機體后面：鉆1×Φ10；鉆4×Φ4，表面粗糙度12.5，各孔位置度公差為Φ0.02mm。
2.1.2 機床配置型式的選擇
機床的配置型式有立式和臥式兩種。立式機床的優(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。臥式機床的優(yōu)點是加工和裝配工藝性好，排屑通暢，振動小，運動平穩(wěn)，機床重心較低，，其缺點是削弱了床身的剛性，占地面積大。機床的配置型式在很大程度上取決于被加工零件的大小、形狀及加工部位等因素[4]。根據(jù)被加工工件和兩種組合機床的特點比較可知：ZS175型柴油機汽缸體的結構為臥式長方體，從裝夾的角度來看，臥式平放比較方便，也減輕了工人的勞動強度。通過以上的比較，考慮到臥式振動小，裝夾方便等因素，選用臥式組合機床。
2.1.3 定位基準的選擇
組合機床是針對某一個零件或一個零件的某道工序而設計的。正確選擇定位基準，是保證加工精度的重要條件，同時也有利于實現(xiàn)最大限度的工序集中。定位方案一般有兩種，“一面兩銷”和“三平面”定位方法。本機床加工時采用的定位方式是“三平面”定位?！叭矫妗倍ㄎ豢梢院啽愕叵ぜ牧鶄€自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位；而且有同時加工零件兩個表面的可能，能高度集中工序[5]。
2.1.4 滑臺型式的選擇
與機械滑臺相比較，液壓滑臺的進給量可以無級調速；可以獲得較大的進給力；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，很容易實現(xiàn)；過載保護簡單可靠；工作可靠。為了提高加工效率，降低生產(chǎn)成本，所以本課題選用了液壓滑臺。
2.2 切削用量的確定及刀具選擇
2.2.1 切削用量選擇
對于15個被加工孔，采用查表法選擇切削用量，從文獻[1]表6-11中選取。由于鉆孔的切削用量與鉆孔深度有關，隨孔深的增加而逐漸遞減，其遞減值按文獻[1]表6-12選取。選擇切削用量時要注意既要保證生產(chǎn)批量要求，又要保證刀具一定得耐用度[6]。
A.對左面5個孔的切削用量選擇：
a)鉆孔1，2，3軸：Φ6孔，h=10mm，加工材料為鑄鐵，由d=1-6,硬度為190-240HBS，選擇v=10～18m/min,f>0.05～0.1mm/r,取v=10.48m/min,f=0.1mm/r, 則由文獻[1]P43的公式：
（2-1）
得： n=1000×10.48/(6π)525r/min
b)鉆孔4軸：Φ8孔，h=12mm，加工材料為鑄鐵，由d>6-12,硬度為190-240HBS，選擇v=10～18m/min,f>0.1～0.18mm/r,取v=12.56m/min,f=0.1mm/r,
得： n=1000×12.56/(8π)525r/min
c)鉆孔5軸：Φ4孔，h=8mm，加工材料為鑄鐵，由d=1-6,硬度為190-240HBS，選擇v=10～18m/min,f>0.05～0.1mm/r,取v=10.26m/min,f=0.58mm/r,
得： n=1000×10.26/(4π)900r/min
B.對右側面上5個孔的切削用量的選擇：
a)鉆孔6，7，8，9軸：Φ4孔，h=8mm，加工材料為鑄鐵，由d=1-6,硬度為190-240HBS，選擇v=10～18m/min,f>0.05～0.1mm/r,取v=14.821m/min,f=0.08mm/r,
得： n=1000×14.821/(4π)1180r/min
b)鉆孔10軸：Φ3孔，h=8m，加工材料為鑄鐵，由d=1-6,硬度為190-240HBS，選擇v=10～18m/min,f>0.05～0.1mm/r,取v=10.136m/min,f=0.088mm/r,
得： n=1000×10.136/(3π)1076r/min
C.對后面上5個孔的切削用量的選擇
a)鉆孔11，12，13軸：Φ4通孔，h=8mm，加工材料為鑄鐵，由d=1-6,硬度為190-240HBS，選擇v=10～18m/min,f>0.05～0.1mm/r,取v=11.304m/min,f=0.08mm/r,
得： n=1000×11.304/(4π)900r/min
b)鉆孔14，15軸：Φ10通孔，h=12mm，加工材料為鑄鐵，由d>6-12,硬度為190-240HBS，選擇v=10～18m/min,f>0.1～0.18mm/r,取v=16.956m/min,f=0.14mm/r,
得： n=1000×16.956/(10π)540r/min
2.2.2 切削力、切削扭矩及切削功率的計算
根據(jù)文獻[1]表6-20中公式計算鉆孔
（2-2）
（2-3）
（2-4）
其中中：F -切削力（N）；T-切削轉矩（N·㎜）；P-切削功率（kW）；v-切削速度（m/min）；f-進給量（mm/r）；D-加工直徑（mm）； HB-布氏硬度， 得HB=225。
則根據(jù)上述公式可得：
1.左面： 鉆孔1,2,3軸 Φ6：
鉆孔4軸 Φ8：
鉆孔5軸 Φ4：
2.右面： 鉆孔6，7，8，9軸 Φ4：
鉆孔10軸 Φ3：
3.后面： 鉆孔11,12，13軸 Φ4：
鉆孔14,15軸 Φ10：
2.3 組合機床總體設計—三圖一卡
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，表示所設計的組合機床上完成的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求，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。除了設計研制合同外，它是組合機床設計的重要依據(jù)，也是制造、使用、調整和檢驗機床精度的重要文件。被加工零件工序圖是在被加工零件的基礎上，突出本機床或自動線的加工內容，并作必要的說明而繪制的。其主要內容包括：
1)被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設計有關部位結構形狀和尺寸。當需要設置中間導向時，則應把設置中間導向臨近的工件內部肋、壁布置及有關結構形狀和尺寸表示清楚，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉。
2)本工序所選用的定位基準、夾壓部位及夾緊方向。以便據(jù)此進行夾具的支承、定位、夾緊和導向等機構設計[7]。
3)本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術要求以及對上道工序的技術要求。
4)注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量。
圖2-1所示為被加工零件工序圖。
圖2-1 被加工零件工序圖
2.3.2 加工示意圖
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上繪制的。是表達工藝方案具體內容的機床工藝方案圖。
加工示意圖應表達和標注的內容有：機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程；工件、刀具及導向、托架及多軸箱之間的相對位置及其聯(lián)系尺寸；主軸結構類型、尺寸及外伸長度；刀具類型、數(shù)量和結構尺寸（直徑和長度）；接桿、浮動卡頭、導向裝置、攻螺紋靠模裝置等結構尺寸；刀具、導向套之間的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式和配合尺寸等。
A.刀具的選擇
選擇刀具應考慮工件材質、加工精度、表面粗糙度、排屑及生產(chǎn)率等要求。只要條件允許，應盡量選用標準刀具。
B.導向結構的選擇
組合機床鉆孔時，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的導向裝置來保證的。導向裝置的作用是：保證刀具相對工件的正確位置；保證刀具相互間的正確位置；提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。
C.確定主軸、尺寸、外伸尺寸
在本課題中，主軸是用于鉆孔的，鉆孔選用滾珠軸承主軸。根據(jù)由選定的切削用量計算得到的切削轉矩T，由文獻[1]P43頁公式
（2-5）
式中，d表示軸的直徑（㎜）；T表示軸所傳遞的轉矩（N·m）；B表示系數(shù)，本課題中鉆孔主軸為非剛性主軸，取B=6.2。
由公式可得：
左面 軸1-3 d=mm 取定d=15㎜
軸4 d=mm 取定d=15㎜
軸5 d=mm 取定d=15㎜
右面 軸6-9 d==9.3mm 取定d=15㎜
軸10 d==8.3mm 取定d=15㎜
后面 軸11-13 d==9.25mm 取定d=15㎜
軸14 d==15.83mm 取定d=20㎜
軸15 d==15.83mm 取定d=20㎜
根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑，文獻[1]表3-6可得到主軸外伸尺寸及接桿莫氏圓錐號。滾珠長主軸軸徑d=20㎜時，主軸外伸尺寸為：D/d1=32/20,L=115㎜；接桿莫氏圓錐號為2。滾珠長主軸軸徑d=15㎜時，主軸外伸尺寸為：D/d1=25/16,L=1815㎜；接桿莫氏圓錐號為1。
D.標注聯(lián)系尺寸
主軸端部須標注外徑和孔徑（D/d）、外伸長度L；刀具結構尺寸須標注直徑和長度、配合；工件至夾具之間的尺寸須標注工件離導套斷面的距離；還須標注托架與夾具之間的尺寸、工件本身以及加工部位的尺寸和精度等。
E.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。切入長度一般為5～10㎜，根據(jù)工件端面的誤差情況確定。切出長度鉆孔為。
左主軸箱：工進長度：
右主軸箱：工進長度：
后主軸箱：工進長度：
b)快速進給長度的確定
快速進給是指動力部件把刀具送到工作進給位置，其長度按具體情況確定。初步選定三個主軸箱上刀具的快速進給長度分別為210mm,215mm,210mm。
c)快速退回長度的確定
快速退回長度等于快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240mm,240mm,240mm。
d)動力部件總行程的確定
動力部件總行程除了滿足工作循環(huán)向前和向后所需的行程外，還要考慮因刀具磨損或補償制造、安裝誤差，動力部件能夠向前調節(jié)的距離和刀具裝卸以及刀具從接桿中或接桿連同刀具一起從主軸孔中拿出時，動力部件需要后退的距離。因此，動力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。三面的前備量取40mm，后備量取80mm，則總行程為360mm。圖2-2為被加工零件的加工示意圖。
圖2-2 加工示意圖
2.3.3 機床尺寸聯(lián)系總圖
機床聯(lián)系尺寸總圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并按初步選定的主要通用部件以及確定的專用部件的總體結構而繪制的。
繪制機床聯(lián)系尺寸總圖之前應確定的主要內容
A.選擇動力部件
動力箱規(guī)格要與滑臺匹配，其驅動功率主要依據(jù)多軸箱所需傳遞的切削功率來選用。由切削用量計算得到的各主軸的切削功率的總和，根據(jù)文獻[1]P47公式
（2-6）
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，加工有色金屬時取0.7～0.8；主軸數(shù)多、傳動復雜時取小值，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、傳動復雜，故取。
左主軸箱：
則
右主軸箱：
則
后主軸箱：
則
本組合機床采用的是液壓滑臺。根據(jù)選定的切削用量計算得到的單根主軸的進給力，按文獻[1]的62頁公式
(2-7)
計算。式中，F(xiàn)i—各主軸所需的軸向切削力，單位為N。
則:
左主軸箱
右主軸箱
后主軸箱
實際上,為克服滑臺移動引起的摩擦阻力，動力滑臺的進給力應大于F。又考慮到所需的最小進給速度、切削功率、行程、主軸箱輪廓尺寸等因素，為了保證工作的穩(wěn)定性，由文獻[1]表5-1，左、右、后面都選用液壓滑臺1HY32IA型，臺面寬320mm，臺面長630mm，滑臺及滑座總高為280mm，允許最大進給力為12500N；其相應的側底座型號為1CC321。
根據(jù)液壓滑臺的配套要求，滑臺額定功率應大于電機功率的原則，查文獻[1]表5-38得出動力箱及電動機的型號,見表2-1。
表 2-1 動力箱及電動機的型號
主軸箱
動力箱型號
電動機型號
電動機功率(KW)
電動機轉速(r/min)
輸出軸轉速(r/min)
后主軸箱
1TD16
Y90s-4
1.1
1400
920
右主軸箱
1TD16
Y90s-4
1.1
1400
920
左主軸箱
1TD16
Y90s-4
1.1
1400
920
側底座1CC321型號，其高度H=560mm，寬度B=520mm，長度L=1180mm。
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。在確定之前，首先要考慮工人操作的方便性，還要考慮車間運送共建的滾到高度，工件最低孔的位置，主軸箱最低主軸高度和通用不見的高度尺寸的限制。本課題中，工件最低孔位置h2=128㎜，主軸箱最低主軸高度h1=127.5㎜，所選滑臺與滑座總高h3=320㎜，側底座高度h4=560㎜，夾具底座高度h5=300㎜，中間底座高度h6=560㎜，綜合上述因素，該組合機床裝料高度取H=880㎜。
C.確定夾具輪廓尺寸
主要確定夾具底座的長、寬、高尺寸。工件的輪廓尺寸和形狀是確定夾具底座輪廓尺寸的基本依據(jù)。具體要考慮布置工件的定位、限位、夾緊機構、刀具導向裝置以及夾具底座排屑和安裝等方面的空間和面積需要[8]。夾具底座的高度尺寸，一方面要保證其有足夠的高度，同時考慮機床的裝料高度、排屑的方便性和便于設置定位、夾緊機構。一般不小于240 mm。本機床夾具的長度為660mm，寬度為560mm，高度為925mm。
D.確定中間底座尺寸
確定中間底高度尺寸時，應考慮鐵屑的儲存及排除電氣接線安排，中間底座高度一般不小于540mm。
本機床確定中間底座高度為560mm。
E.確定主軸箱輪廓尺寸
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h1?？砂次墨I[1]P49公式計算：
（2-8）
（2-9）
式中：b—工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（㎜）；
b1—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（㎜）；
h1—最低主軸高度（㎜）。
其中，h1還與工件最低孔位置（h2=128㎜）、機床裝料高度（H=880㎜）、滑臺滑座總高（h3=320㎜）、側底座高度（h4=560㎜）等尺寸有關。對于臥式組合機床， h1要保證潤滑油不致從主軸襯套處泄漏箱外，通常推薦h1>85~140㎜，本組合機床按文獻[1]P50公式
（2-10）
計算，得： 。
b=145mm,h=143mm,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，左,右主軸箱輪廓尺寸都預定為B×H=400mm×400mm，后主軸箱輪廓尺寸預定為B×H=400mm×400mm 。
2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡
2.3.4.1 理想生產(chǎn)率
理想生產(chǎn)率(單位為件/h)是指完成年生產(chǎn)綱領A(包括備品及廢品率)所要求的機床生產(chǎn)率。它與全年工時總數(shù)tk有關,一般情況下,單班制tk取2350h,兩班制tk取4600h,由文獻[1]的51頁公式
（2-11）
得：
2.3.4.2 實際生產(chǎn)率
實際生產(chǎn)率(單位為件/h)是指所設計機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù) （2-12）
式中:——生產(chǎn)一個零件所需時間(min)，可按下式計算：
（2-13）
式中:——分別為刀具第、工作進給長度,單位為mm;
——分別為刀具第、工作進給量,單位為mm/min;
——當加工沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時，滑臺在死擋鐵上的停留時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉 轉所需的時間，單位min;
——分別為動力部件快進、快退行程長度，單位為mm;
——動力部件快速行程速度。用機械動力部件時取5～6m/min;用液壓動力部件時取3～10m/min;
——直線移動或回轉工作臺進行一次工位轉換時間，一般取0.1min;
——工件裝、卸（包括定位或撤銷定位、夾緊或松開、清理基面或切屑及吊運工件）時間。它取決于裝卸自動化程度、工件重量大小、裝卸是否方便及工人的熟練程度。通常取0.5～1.5min。
如果計算出的機床實際生產(chǎn)率不能滿足理想生產(chǎn)率要求,即,則必須重新選擇切削用量或修改機床設計方案。
已知: 鉆左面孔
鉆右面孔 ;
鉆后面孔
左面孔
右面孔
后面孔
對多面和多工位加工機床，在計算時應以所有工件單件加工最長的時間作為單件工時，所以選擇，
實際生產(chǎn)率:
2.3.4.3 機床負荷率
當>時候，機床負荷率為二者之比。
組合機床負荷率一般為0.75～0.90,自動線負荷率為0.6～0.7。對于精度較高、自動化程度高或加工多品種組合機床，宜適當降低負荷率。
由文獻[1]的52頁公式得機床負荷率:
（2-14）
3 組合機床主軸箱設計
主軸箱是組合機床的重要部件之一，按專用要求進行設計，由通用零件組成，靠夾具的導向裝置來保證孔的加工位置精度。其主要作用是，根據(jù)被加工零件的加工要求，安排各主軸位置，并將動力和運動由電機或動力部件傳給各主軸，使之得到要求的轉速和轉向。
3.1 主軸箱原始依據(jù)圖的繪制
主軸箱原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的。其內容包括主軸箱設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400×400mm；
B．工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸；
C．工件與主軸箱相對位置尺寸；
圖3-1所示為ZS175柴油機機體三面鉆削組合機床右主軸箱設計原始依據(jù)圖,表3-1所示為各主軸外伸尺寸及各孔的切削用量。
圖3-1 原始依據(jù)圖
注：1.被加工零件編號及名稱：ZS175柴油機
材料及硬度：HT250 190-240HBS。
2.動力部件1TD16 IA，Y90S-4，P主=1.1Kw,n=920r/min。
表3-1 主軸外伸尺寸及孔的切削用量
軸 號
D/d
L
n(r/min)
v(m/min)
f(mm/r)
1
25/16
85
1180
14.821
0.08
2
25/16
85
1180
14.821
0.08
3
25/16
85
1180
14.821
0.08
4
25/16
85
1180
14.821
0.08
5
25/16
85
1076
10.136
0.088
3.2 主軸結構型式的選擇和動力計算
A.主軸結構型式的選擇
主軸結構的選擇包括軸承型式的選擇和軸頭結構的選擇。主軸結構型式由零件加工工藝決定，并應考慮主軸的工作條件和受力情況。鉆孔時主軸大都采用的是滾珠主軸[9]。
B.主軸直徑和齒輪模數(shù)的確定
初定主軸直徑一般在編制“三圖一卡”時進行。初選模數(shù)可由下式估算，再通過類比確定，據(jù)文獻[1]P62頁公式估算：
（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。確定本次設計的模數(shù)均為2。
3.3 主軸箱傳動設計
主軸箱傳動設計，是根據(jù)動力箱驅動軸位置和轉速、各主軸位置及其轉速要求，設計傳動鏈，把驅動軸和各主軸連接起來，使各主軸獲得預定的轉速和轉向[9]。
多軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求：
a)在保證主軸的強度、剛度、轉速和轉向的條件下，力求使傳動軸和齒輪的規(guī)格、數(shù)量為最少。為此，應盡量用一根傳動軸帶動多根主軸，并將齒輪布置在同一排上。當中心距不符合標準時，可采用齒輪變位或略微改動傳動比的方法解決。
b)盡量不用主軸帶動主軸的方案，否則會增加主軸負荷，影響加工精度。
c)為使結構緊湊，多軸箱內齒輪副的傳動比一般要大于(最佳傳動比)，后蓋內傳動比允許取至；避免用升速傳動。
d)用于粗加工主軸上的齒輪，應盡可能設置在第Ⅰ排，以減少主軸的扭轉變形；精加工主軸上的齒輪，應設在第Ⅲ排，以減少主軸端的彎曲變形。
e)多軸箱內具有粗加工主軸時，最好從動力箱驅動軸齒輪傳動開始，就分兩條傳動路線，以免影響加工精度。
f)剛性鉆孔主軸上的齒輪，其分度圓直徑應盡可能大于被加工孔的孔徑，以減少振動，提高運動平穩(wěn)性。
g)驅動軸直接帶動的轉動軸數(shù)不能超過兩根，以免給裝配帶來困難。
3.3.1 主軸箱傳動路線的擬訂
根據(jù)被加工孔在工序圖上的分布位置，初步確定傳動關系：
具體傳動路線見圖3-2。
圖3-2 主軸箱傳動樹形圖
3.3.2 根據(jù)原始依據(jù)圖對坐標尺寸的計算
根據(jù)原始依據(jù)圖3-1，計算驅動軸、主軸的坐標尺寸，如下表3-2所示：
表3-2 驅動軸、主軸坐標值
坐標
銷O1
驅動軸O
主軸1
主軸2
主軸3
主軸4
主軸5
X
0.000
175.000
248.050
175.290
102.620
115.400
111.490
Y
0.000
80.000
230.010
271.260
229.536
128.000
187.110
3.3.3 傳動軸位置及齒輪齒數(shù)的確定
傳動方案擬訂之后，通過“計算、作圖和多次試湊”相結合的方法，確定齒輪齒數(shù)和中間傳動軸的位置及轉速[10]。
1.由各主軸和驅動軸轉速求驅動軸到各主軸之間的傳動比。各主軸轉速見表3-3所示。
表3-3 主軸箱主軸轉速（r/min）
主 軸
0
1
2
3
4
5
轉 速
920
1180
1180
1180
1180
1076
主軸箱總傳動比 ：
2.各軸傳動比分配
主軸箱中軸的分布有同心圓分布及任意分布，同時為滿足主軸上齒輪不過大的要求，最后一級齒輪取升速。
a)右軸箱各軸傳動比分配：
軸1
軸2
軸3
軸4
軸5
b)確定主軸箱內中間傳動軸的位置：
確定中間傳動軸6的位置，與傳動軸6相配對的有主軸1、2、3、4，5，與之相配對的齒輪有Z6/Z1,Z6/Z2,Z6/Z3,Z5/Z4,Z6/Z5,五對齒輪。
通過公式（2-2）及傳動比 i6-1=1.71、 i6-2=1.71 、i6-3=1.71、i6-4=1.71、i6-5=1.56,取m=2.0，可得到齒輪齒數(shù)Z5=44,Z5=53 ,Z1=Z2=Z3=Z4=Z4=31。
右主軸箱：
轉速相對損失在5%以內，符合設計要求。
由于該主軸箱上有較多的刀具，為了便于更換和調整刀具，以及裝配和維修時檢查主軸精度，所以在主軸箱上設置一個以便于手動回轉主軸，為了扳動起來輕便，手動軸的轉速應盡可能高些，且其所處位置要靠近機床操作者的一側，并留有扳手作用位置活動空間，所以本主軸箱的手柄設置在緊靠驅動軸O的位置，即6軸為手柄軸。
3.采用B-ZIR12-2型葉片液壓泵，由軸6經(jīng)一對齒輪傳動
葉片液壓泵轉速在400～800r/min范圍內，滿足要求。
3.3.4 傳動軸直徑的確定
確定傳動軸軸徑時，首先要算出它所傳遞的扭矩，再根據(jù)此扭矩查“軸能承受的扭矩”表，確定軸的直徑[11]。
傳動軸的扭矩計算：
(3-2)
式中 ——作用在軸上的總扭矩（N·mm）
——第n個軸上的扭矩（N·mm）
——第n對軸上齒輪的傳動比
代入前面計算所得轉矩和傳動比，
得：
查“軸能承受的扭矩”表，確定軸的直徑d=25mm。
3.4 主軸箱坐標計算、坐標檢查圖的繪制
坐標計算就是根據(jù)已知的驅動軸和主軸的位置及傳動關系，精確計算各中間傳動軸的坐標。其目的是為主軸箱箱體零件補充加工圖提供孔的坐標尺寸，并用于繪制坐標檢查圖來檢查齒輪排列、結構布置是否正確合理。
計算傳動軸坐標時，先算出與主軸有直接傳動關系的傳動軸坐標，然后計算其它傳動軸坐標。根據(jù)傳動軸的傳動形式，傳動軸的坐標計算可分為三種類型：與一軸定距的坐標計算；與兩軸定距的坐標計算；與三軸等距的坐標計算。
在本主軸箱1根傳動軸與1根油泵軸，傳動軸、油泵軸之間可按與一軸定距的坐標計算方法計算，在計算傳動軸6的坐標時采用與三軸等距的方法求得。計算公式見文獻[1]P172
(3-3)
(3-4)
(3-5)
(3-6)
(3-7)
圖3-3 與三軸等距傳動軸坐標計算圖
理論中心距
實際中心距
中心距在允差范圍內，所以此處要使用標準齒輪。
理論中心距
實際中心距
中心距在允差范圍內，所以此處要使用標準齒輪。
理論中心距
實際中心距
中心距在允差范圍內，所以此處要使用標準齒輪。
表3-4 主軸箱傳動軸坐標計算結果
坐標
傳動軸6
X
175.213
Y
167.250
在坐標計算完成后，繪制坐標及傳動關系檢查圖，用以全面檢查傳動系統(tǒng)的正確性。坐標檢查圖的主要內容有：通過齒輪嚙合，檢查坐標位置是否正確；檢查主軸轉速及轉向；；檢查液壓泵、分油器等附加機構的位置是否合適。
繪制出的坐標檢查圖，如圖3-4所示。
圖3-4右主軸箱坐標檢查圖
3.5 軸、齒輪、軸承、鍵的校核
因為傳動軸6受力最大，最容易受到破壞，所以對傳動軸6及其上面的齒輪和鍵為例，進行軸、齒輪、軸承和鍵的校核：
（1）軸的校核：設計中所用的所有較重要的軸都要經(jīng)過強度校核和剛度校核。
（2）齒輪校核：設計中所用的所有齒輪都要經(jīng)過強度校核。
（3）軸承校核：設計中所用的所有重要軸承都要經(jīng)過壽命校核。在滿足尺寸和強度要求的情況下，盡可能地選用國產(chǎn)軸承。
（4）鍵的校核：設計中所用的所有較重要的鍵及花鍵都要經(jīng)過強度校核。
3.5.1 軸的校核
驗算傳動軸的直徑，按P66[1]公式：
式中 —作用在第n個主軸上的轉矩，單位為；
—傳動軸至第n個主軸之間的傳動比。
代入前面計算所得轉矩和傳動比，
得：
根據(jù)材料40調質，由表11.2可知許用剪切應力，抗扭截面模數(shù)，由表3-4[1]可知 ,故可驗證傳動軸6滿足要求。
受軸向力
得
根據(jù)材料為40調質,由表11.2查得。
3.5.2 齒輪的校核
已選定齒輪采用45鋼，鍛造毛坯，軟齒面，齒輪T調質HBS190～240，齒輪精度8級，輪齒表面粗糙度為1.6。
以傳動軸6及驅動軸0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。
A．設計準則
按齒面接觸疲勞強度設計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。
B．按齒面接觸疲勞強度設計
由文獻[11]第118頁中公式6.11得
（3-8）
其中， ，，
由文獻[11]第110頁圖6.8選擇材料的接觸疲勞極限應力為：
由文獻[11]第111頁圖6.9選擇材料的彎曲疲勞極限應力為：
應力循環(huán)次數(shù)N由文獻[11]第108頁公式（6-3）計算可得
則
由文獻[11]第108頁圖6.6，查得接觸疲勞壽命系數(shù),
由文獻[11]第109頁圖6.7，查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
對接觸疲勞強度計算，因點蝕破壞后雖然噪聲、震動增大，但并不會立即造成危險，故取。對齒根彎曲疲勞強度計算，因輪齒折斷將立即引起嚴重事故，故取。再這里取。又，試選。
由文獻[12]的107頁中式6.1、6.2求許用接觸應力和許用彎曲應力：
取
把相關數(shù)據(jù)代入公式（3-8）得：
則
由文獻[12]第112頁表6.2查得；根據(jù)、8級精度查文獻[12]第114頁圖6.10得；由文獻[12]第115頁圖6.13查得；取，則
修正
由文獻[12]第112頁表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。同樣計算可得其它軸的齒輪摸數(shù)符合要求。
C. 校核齒根彎曲疲勞強度
由文獻[12]第120頁表6.4查得，
由文獻[12]第120頁式（6.12）校核兩齒輪的彎曲強度
所以齒輪完全達到要求。其他軸及軸上的齒輪均按以上方法校核，結果也均符合強度要求。
3.5.3 軸承的壽命校核
a)確定30205軸承的主要性能參數(shù)
查文獻[12]表18-4得: e=0.37 Y=1.6
b)計算并確定e值。
根據(jù)查參考文獻[9]查表8.10，得
d)確定系數(shù)
查參考文獻[9]表8-10
e)計算當量動負荷
f)計算軸承壽命
查參考文獻[9]表8.7 、8.8 得 又知
所以該軸承合適。
3.5.4 鍵的強度計算
校核主軸上的鍵，該鍵的主要失效形式為工作面的壓潰，按工作面上的擠壓力進行強度校核計算：
(3-9)
式中: T——傳遞的轉距，單位；
K——鍵與輪轂的接觸高度，k=h/2,h為鍵的高度，單位為mm；
d——軸的直徑，單位為 mm；
l——鍵的工作長度，單位為mm。A型鍵l=L-b。
查文獻[12]表12.1中選取
所以鍵的強度符合要求。
3.6 主軸箱前、后蓋及箱體設計
多軸箱設計中，大多數(shù)零零件工作圖應參照同類通用零件圖，結合專用要求設計繪圖。對于齒輪，專用軸等零件，應設計零件圖，對于多軸箱體類通用件，多軸箱體，前蓋，后蓋等通用零件，應根據(jù)多軸箱總圖要求，繪制出需要補充加工的部位，通常習慣用粗實線畫出補充加工部位的結構，其尺寸，形位公差，表面粗糙度等需按機械制圖國際規(guī)定格式標記；通用鑄件的原有部分的輪廓等一律用細實線表示。
箱體的補充加工圖坐標是由軸的坐標決定的，由于箱體的補充加工是由軸的位置確定而進行加工的，其直徑是由軸上所安裝軸承和軸承套的的外徑所決定的。
3.7 附件的選擇
A.潤滑系統(tǒng)的設計潤滑系統(tǒng)的設計
由于我們設計的是鉆床主軸箱，主軸、傳動軸、軸承和齒輪的潤滑用30號機械油；由裝在主軸箱內的潤滑油泵供油，經(jīng)分油器和油管分別將油送入主要嚙合區(qū)潤滑，并且用油盤淋油的方法全面潤滑各齒輪及軸承。在主軸箱的箱體上安裝油標，發(fā)現(xiàn)油量低于最低線時，加油。每兩個月更換一次油。
a)油盤，分油器
油盤是用來潤滑不在油管噴游范圍內的齒輪和軸承，由于多軸箱為400×400，我們就選用長度為200mm的油盤。
據(jù)文獻[1]P189選用圓形分油器，型號為ZIR31-2。
b)油管、管接頭、管夾的選擇
尼龍管可用于中、低壓液壓系統(tǒng)中，因此我們選擇尼龍管。在輸油進入分油器過程中，由于流量較大，選油管直徑為12mm，從分油器輸出時，流量小些，選油管直徑為6mm。在選擇管夾頭時，我們選用擴口紫銅管管接頭，其規(guī)格分別為6×0.75,12×1兩種。由于管的規(guī)格有6和12兩種，因而管夾也選6和12兩種。
c)放油口
為了換油及清洗箱體時排出油污，因而在箱座底部油池最低處設有排油孔，平時排油孔用螺塞及封油墊封住。排油孔螺塞材料一般采用Q235，封油墊材料可用防油橡膠、工業(yè)用革或石棉橡膠紙，我們選用M22×1.5的塞子。同時要注意放油孔設在便于排油的一側。
d)油標
油標用來指示箱內油面高度，其種類很多，我們選用壓配式圓形油標（GB1160.1-89），視孔d=32mm。
B.圓螺母、止動墊圈的選擇
圓螺母、止動墊圈是成對使用的，但在選取其型號時，應保證其固定其鄰近的零件，由文獻[1]表8-10得：15mm的軸選M14×1.5圓螺母，14的止動墊圈；25mm的軸選用M24×1.5圓螺母,24的止動墊圈。
C.手柄軸的設計
組合機床主軸箱上一般都有較多的刀具，為了便于更換和調整刀具，或是裝配和維修時檢查主軸精度，一般每個主軸箱上都要設置一個手柄軸，以便手動回轉主軸。
為了扳動起來方便，其所處位置要靠近機床操作者的一側，并且是便于下扳手的地方。另外還必須注意，手柄軸的周圍應有較大的空間，以便扳動一次手柄軸的轉角不小于60o。 因而我們選擇軸6為手柄軸。
D.軸上零件的周向固定
為保證良好的對中性，齒輪與軸選用間隙配合H7/h6，軸承內圈與軸采用基軸制過渡配合。齒輪均采用A型普通平鍵。
4 結論
本次設計的ZS175柴油機機體三面鉆削組合機床為臥式組合機床，通過一個動力箱可以同時加工多個孔，大大提高了效率。
在設計本組合鉆床時，遵循機械設計中標準化、通用化、系列化原則，制造成本合理，設備維修方便。根據(jù)工藝方案確定機床的型式和總體布局。我們將鉆削主軸設為機械傳動，而進給系統(tǒng)為液壓控制，使在滿足使用要求的前提下降低了成本。在選擇機床配置型式時，既考慮到實現(xiàn)工藝方案，保證加工精度、技術要求及生產(chǎn)率；又考慮到機床操作、維護、修理、排屑的方便性。首先，我確定了被加工零件的工序圖；按照工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎上繪制加工示意圖；以加工示意圖和加工零件工序圖為依據(jù)，進行繪制機床尺寸圖，接下來算出生產(chǎn)率計算卡。根據(jù)加工孔的大小，計算出功率，選擇電動機的型號，并確定軸的軸徑，再根據(jù)軸的軸徑，選擇軸承、鍵的型號。根據(jù)各軸的受力以及所傳遞的功率對軸、齒輪、軸承、鍵校核。檢查各齒輪是否有干涉現(xiàn)象，軸的布局合理與否。
該方案設計不僅降低了工人的勞動強度，而且縮短了輔助時間，提高了生產(chǎn)率。本組合鉆削機床基本達到了“質量輕、體積小、結構簡單、使用方便、效率高、質量好”的要求。
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致 謝
本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，回顧整個設計過程，使我真正認識到從書本到實際到親身投入還有很長的一段路程，但本次設計使我感悟頗深。該設計是我學完所有大學期間本專業(yè)應修的課程以后所進行的，使我能夠在畢業(yè)前將理論與實踐更加融會貫通，加深了我對理論知識的理解，強化了實際生產(chǎn)中的感性認識。通過本次設計學習，使學生能夠鞏固以前所學的專業(yè)知識，獨立工作能力、分析問題能力和解決問題能力得到進一步提高，在產(chǎn)品設計、機構分析、工藝過程分析、公差配合、產(chǎn)品檢測等方面建立一個系統(tǒng)概念，提高從事一線工作技術能力，增強工作協(xié)調能力。
在這里首先要感謝我的導師 老師。 老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從查閱資料到設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是陳老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。其次要感謝我的同組同學對我無私的幫助，特別是在軟件的使用方面，正因為如此我才能順利的完成設計，我要感謝我的母?！}城工學院，是母校給我們提供了優(yōu)良的學習環(huán)境。通過這次畢業(yè)設計，我基本上掌握了鉆孔組合機床總體設計和主軸箱設計的方法和步驟，以及設計時應注意的問題等，另外還更加熟悉運用查閱各種相關手冊，選擇使用工藝裝備等。還使我在基本理論的綜合運用以及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的鍛練，提高了我獨立思考問題、解決問題以及創(chuàng)新設計的能力，縮短了我與工廠工程技術人員的差距，為我以后從事實際工程技術工作奠定了一個堅實的基礎。
本次設計任務業(yè)已順利完成，但由于本人水平有限，缺乏經(jīng)驗，難免會留下一些不足之處，在此懇請各位專家、老師及同學指出并原諒。在此，忠心地表示誠摯的感謝和敬意！
附 錄
1.工序圖 ZKZJ-ZS175-01 A0 1張
2.機床尺寸聯(lián)系圖 ZKZJ-ZS175-02 A0 1張
3.加工示意圖 ZKZJ-ZS175-03 A0 1張
4.生產(chǎn)率計算卡 A4 1張
5.后主軸箱裝配圖 ZKZJ-ZS175-72-00 A0 1張
6.箱體補充加工圖 ZKZJ-ZS175-72-01 A1 1張
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