R180柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體與左主軸箱設計說明書

《R180柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體與左主軸箱設計說明書》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《R180柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體與左主軸箱設計說明書（30頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、. . . . 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被加工零件特點3 2.1.2工藝路線的確定3 2.1.3機床配置型式的選擇............... ................................. 3 2.1.4定位基準的選擇4 2.1.5滑臺型式的選擇............... .................................... 4 2.2切削用量的確定與刀具選擇4

2、2.2.1 切削用量選擇4 2.2.2切削力、切削扭矩與切削功率計算.....................................5 2.3組合機床總體設計—三圖一卡...........................................6 2.3.1被加工零件工序圖...................................................6 2.3.2加工示意圖.........................................................7 2.3.3 機床尺寸聯(lián)系總圖............

3、......................................9 2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡................................................. 11 3 組合機床主軸箱設計................................................... 14 3.1 主軸箱原始依據(jù)圖的繪制............................................. 14 3.2主軸結(jié)構型式的選擇和動力計算....................................... 15

4、 3.3 主軸箱傳動系統(tǒng)的設計與計算......................................... 15 3.3.1 根據(jù)原始依據(jù)圖對坐標尺寸的計算................................... 15 3.3.2 主軸箱傳動路線的擬訂............................................. 15 3.3.3 傳動軸位置與齒輪齒數(shù)的確定....................................... 16 3.4 主軸箱坐標計算、坐標檢查圖的繪制........................

5、.......... 19 3. 4.1傳動軸的坐標的計算............................................... 19 3.4.2坐標檢查圖的繪制..................................................20 3.5 軸、齒輪、軸承、鍵的校核..............................................20 3.5.1軸的校核..........................................................20 3.5.2齒輪的校核....

6、....................................................21 3.5.3軸承的壽命校核....................................................23 3.5.4鍵的強度計算......................................................24 3.6主軸箱前、后蓋與箱體設計.............................................24 3.7主軸箱上附件材料的設計.............................

7、.................25 4結(jié)論..................................................................26 參考文獻...............................................................27 致 ................................................................ 28 附件清單..........................................................

8、..... 29 1 前言 本次畢業(yè)設計的課題來源于市江動集團，課題是關于R180柴油機氣缸體三面鉆削組合機床的設計。R180柴油機是該集團大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品之一，為保證柴油機氣缸體三面孔的加工和相應的位置精度,提高生產(chǎn)效率而設計的一臺三面鉆削的臥式組合機床。為了加深在組合機床方面的認識，了解并收集相關設備的技術資料，以便完善我們對主軸箱的設計，學院組織我們?nèi)ソ瓌蛹瘓F進行生產(chǎn)實習。 組合機床是根據(jù)工件加工需要，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[1]。這種機床既具有結(jié)構簡單、生產(chǎn)率和自動化程度較高等特點，又具有一定的重新調(diào)整能力，以適應工件變化的需要，它還可以對工

9、件進行多面、多主軸同時加工。組合機床應盡可能選用標準件，降低制造成本，同時需考慮實際生產(chǎn)條件，并從機床的合理性、經(jīng)濟性、工藝性、實用性與對被加工零件的具體要求出發(fā)，確定設計方案。本機床設計吸取了現(xiàn)有機床加工優(yōu)點，設計布局合理。滿足機體孔系加工質(zhì)量要求。組合機床行業(yè)雖然取得了較大的進步與發(fā)展，但是，在制造技術高速發(fā)展的今天，由于自身的基礎比較薄弱，從整體上看，國外的先進水平、與國用戶的要求還存在著一定的差距，滿足不了用戶要求。80年代以來，國外組合機床技術在滿足精度和效率要求的基礎上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。 組合機床主要用于棱體類零件和復雜的孔面加工，生產(chǎn)率高。加工精度穩(wěn)定，研制

10、周期短，便于設計、制造和使用維護，成本低。因為通用化、系列化、標準化程度高，通用零部件占70%-90%,通用件可組織批量生產(chǎn)進行預定或外購。自動化程度高，勞動強度低。 組合機床的設計，目前基本上有兩種情況：其一，是根據(jù)具體加工對象的具體情況進行專門設計，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，廣大工人總結(jié)自己生產(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，可設計成通用部件，而且一些行業(yè)在完成一定工藝圍組合機床是極其相似的，有可能設計為通用機床，這種機床稱為“專能組合機床”。這種組合機床不需要每次按具體加工對象進行專門設計和生產(chǎn)，可以設計成通用品種，

11、組織成批生產(chǎn)，然后按被加工零件的具體需要，配以簡單的夾具與刀具，即可組成加工一定對象的高效率設備。組合機床的發(fā)展思路是以提高組合機床加工精度、組合機床柔性、組合機床工作可靠性和組合機床技術的成套性為主攻方向。一方面，加強數(shù)控技術的應用，提高組合機床產(chǎn)品數(shù)控化率；另一方面，進一步發(fā)展新型部件，尤其是多坐標部件，使其模塊化、柔性化，適應可調(diào)可變、多品種加工的市場需求。復合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。然而更關鍵的是現(xiàn)代通信技術在機床裝備中的應用，信息通信技術的引進使得現(xiàn)代機床的自動化程度進一步提高。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

12、、可調(diào)可變、任意加工性以與通信技術的應用將是今后的發(fā)展方向。目前，我國組合機床的研究涉與機床設計研究、加工工藝、加工質(zhì)量改進等，在機床自動化、柔性化等方面的研究與國際發(fā)展水平相比還有不小的差距。 課題由4人來進行設計，本人主要進行組合機床的總體設計與左主軸箱設計。在對組合機床的主軸箱設計之前，需對被加工零件孔的分布情況與所要達到的技術要求進行具體分析，如各部件尺寸、材料、形狀、硬度與加工精度和表面粗糙度等容[2]。充分了解組合機床的特點，通過分析主軸箱的工作原理，進行機床的總體方案設計。首先是總體方案論證，組合機床總體設計的具體工作是編制“三圖一卡”，即繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床

13、聯(lián)系尺寸圖，編制生產(chǎn)率計算卡。其次是部件設計和零件設計，在主軸箱設計時，需要繪制主軸箱原始依據(jù)圖，選擇主軸箱的規(guī)格、型號，選擇切削用量，計算切削功率，確定各軸的結(jié)構、排布、配合關系，軸的強度、剛度校核等。還需設計主軸箱前蓋、后蓋、箱體與附件。在主軸箱設計中，設計的主要思路是把原有的多道工序的單孔加工改為多孔同時加工，這樣設計主要是為了解決由多次裝夾引起的定位誤差問題，保證孔的位置精度。 2 組合機床總體設計 針對R180柴油機氣缸體，在確定加工工藝的基礎上進行總體方案對比論證[2]。設計組合機床“三圖一卡”，其容包括：繪

14、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。組合機床是針對被加工零件的特點與工藝要求，按工序集中的原則設計的一種高效率專用機床。在設計組合機床時，首先應根據(jù)柴油機氣缸體三個面上孔的位置精度、表面粗糙度與其他技術要求，確定被加工零件是否可以利用組合機床加工以與采用組合機床加工是否合理的問題。如果確定可以利用組合機床加工，為使加工過程順利進行，并達到要求的生產(chǎn)率，在分析被加工零件加工工藝資料的基礎上，應考慮影響制定零件工藝方案、機床配置型式、結(jié)構方案等因素，然后進行分析比較，以確定被加工零件在組合機床上合理可行的加工方法、確定工序間加工余量、選擇合適的切削用量、相應的刀具

15、結(jié)構、確定機床配置型式等等。 2.1 總體方案論證 2.1.1被加工零件特點 被加工零件材料是HT225,硬度HB190～250，共計有13個孔需要加工，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完畢。 2.1.2 工藝路線的確立 本道工序：主要是完成氣缸體左、右、后三個面上一共13個孔的加工，具體加工容與加工精度如下： a)左面4個孔：鉆3×Φ8；鉆Φ5，標準公差等級為IT9。 b)右面5個孔：鉆4×Φ8；鉆Φ6，標準公差等級為IT9。 c)后面4個孔：鉆3×Φ7.5；鉆Φ6，標準公差等級為IT9。 各孔的具體位置精度與具體要求詳見R180柴油機氣缸體加工工序圖。 本次設計技術

16、要求： a)機床應能滿足加工要求，保證加工精度； b)機床應運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構簡單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整； c)機床盡可能用通用件以便降低制造成本； d)機床各動力部件用電氣控制，液壓驅(qū)動。 2.1.3機床配置型式的選擇 機床的配置型式有立式和臥式兩種。臥式組合機床床身由滑座、側(cè)底座與中間底座組合而成。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。立式組合機床床身由滑座、立柱與立柱底座組成。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。 通過以

17、上的比較，針對R180柴油機氣缸體的結(jié)構特點和需要被加工的部位考慮鉆孔工序是主要工序容。為了保證鉆孔的加工精度和符合被加工零件的加工特點， 我們選擇用臥式組合機床。 2.1.4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。本機床為工件一次安裝，采用的定位方式是：機體的底面定位限制3個自由度，側(cè)面定位限制2個自由度，端面定位限制1個自由度，供限制工件的6個自由度。 針對R180柴油機氣缸體我們采用了液壓夾緊，夾緊部位為剛性較好的筋板上，即氣缸體的上表面，以減少氣缸體夾緊變形誤差。 2

18、.1.5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(diào)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。本課題的加工對象是R180柴油機氣缸體，為了提高加工效率，降低生產(chǎn)成本，所以選用了液壓滑臺。 2.1.6影響機床工藝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 雖然氣缸體的本道工序加工粗糙度要求不怎么高，但有一定的形狀精度和位置精度的要求，安排工藝應在一個工位上對13個孔同時進行加工，因為氣缸體有些孔的間距很小，采用立式加工時，不利于切屑落下導向，造成導向精度早期走失，不利于保證

19、加工精度，所以應選用臥式床身。 b) 零件的生產(chǎn)批量 本組合機床是為了適應R180柴油機氣缸體的大批量生產(chǎn)，且多為連續(xù)生產(chǎn)機床，此時應盡量將工序集中到一臺或少數(shù)幾臺機床進行加工，以提高機床的利用率。 c) 機床的使用條件 本機床使用場地條件較好，氣候適用，車間溫度在三十度之，使用液壓傳動能較好地發(fā)揮機床的工作性能，其他機床結(jié)構亦能很好的適應使用條件。 2.2 切削用量的確定與刀具選擇 2.2.1 切削用量選擇 對于13個被加工孔，采用查表法選擇切削用量，從[1]第130頁表6-11中選取。由于鉆孔的切削用量還與鉆孔深度有關，隨孔深的增加而逐漸遞減，其遞減值按[1]第131

20、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。 同一主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,所以要求同一主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,通常采用試湊法來滿足每分鐘進給量一樣的要求。13個孔的切削用量的選擇： A.對左面4孔的切削用量選擇：

21、 a)鉆孔1,2,3軸：Φ8孔，h=12mm 加工材料為鑄鐵，由d＞6～12,硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0.1～0.18mm/r,取定v=10.048m/min,f=0.104mm/r,則由文獻[1]P43的公式， （2-1） 得： n=1000×10.048/(8π)400r/min b)鉆孔4軸: Φ5孔，h=12mm 加工材料為鑄鐵，由d＞1～6,硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0.05～0.1mm/r,取定v

22、=10.048m/min,f=0.065mm/r,則由文獻[1]P43的公式， 得： n=1000×10.048/(5π)640r/min B.對右側(cè)面上5個孔的切削用量的選擇： a)鉆孔5，6，7，8軸：Φ8孔，h=10mm 得： n=1000×10.556/(8π)420r/min b)鉆孔9軸：Φ6孔，h=12mm 得： n=1000×10.556/(6π)560r/min C.對后面上4個孔的切削用量的選擇 a)鉆孔10,11,12 軸：Φ7.5通孔，h=7mm 得：

23、 n=1000×10.597/(7.5π)450r/min b)鉆孔13軸：Φ6孔，h=14mm 得： n=1000×11.304/(6π)600r/min 2.2.2切削力、切削扭矩與切削功率的計算 根據(jù)文獻[1]表6-20中公式計算鉆孔 （2-2） （2-3） （2-4） 其中：F -切削力（N）；T-切削轉(zhuǎn)矩（N·㎜）；P-切削功率（kW）；v-切削速度（m/m

24、in）；f-進給量（mm/r）；D-加工（或鉆頭）直徑（mm）； HB-布氏硬度， HB=225。 則根據(jù)上述公式可得： A.左面： 鉆孔1,2,3軸 Φ8： = 鉆孔4軸 Φ5： = B.右面： 鉆孔5，6，7，8軸 Φ8： 鉆孔9軸 Φ6： C.后面： 鉆孔10,11,12軸 Φ7.5： 鉆孔13軸 Φ6： = 2.2.3 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 (2-5) 選擇的鉆頭進行計算 ，所以刀具耐用度滿足要求

25、 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，表示在一臺機床上或一條自動線上完成的工藝容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度與技術要求，加工用的定位基準、夾壓部位以與被加工零件的材料、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。其主要容包括： a)被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以與與本工序機床設計有關部位結(jié)構形狀和尺寸； b)本工序所選用的定位基準、夾壓部位與夾緊方向； c)本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差

26、等技術要求以與對上道工序的技術要求； d)注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以與加工部位的余量。 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容的機床工藝方案圖。它是設計刀具、輔具、夾具、多軸箱和液壓、電氣系統(tǒng)以與選擇動力部件、繪制機床總聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調(diào)整機床和刀具所必須的重要技術文件。 加工示意圖應表達和標注的容有：機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程；工件、刀具與導向、托架與多軸箱之間的相對位置與

27、其聯(lián)系尺寸；主軸結(jié)構類型、尺寸與外伸長度；刀具類型、數(shù)量和結(jié)構尺寸（直徑和長度）；接桿（包括鏜桿）、浮動卡頭、導向裝置、攻螺紋靠模裝置等結(jié)構；刀具、導向套間的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式與配合尺寸等 A.刀具的選擇 選擇刀具應考慮工件材質(zhì)、加工精度、表面粗糙度、排屑與生產(chǎn)率等要求。只要條件允許，應盡量選用標準刀具?？准庸さ毒叩闹睆綉c加工部位尺寸、精度相適應，其長度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾端離導向套外端面30～50mm，以利于排屑和刀具磨損后有一定的向前調(diào)整量。再加上加工的大小端面的孔直徑都小于φ40，所以應選擇麻花鉆。 B．選擇接桿、彈簧卡頭 在鉆、擴、鉸孔與倒角等加工小

28、孔時，通常都采用接桿（也稱剛性接桿）。因為多軸箱各主軸的外伸長度和刀具長度均為定值，為保證主軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，須采用軸向可調(diào)整的接桿來協(xié)調(diào)各軸的軸向長度，以滿足同時加工完成孔的要求。接桿已標準化，通用標準接桿號可根據(jù)刀具尾部結(jié)構（莫氏號）和主軸頭部孔直徑d1按［1］表8-1、8-2選取。 C.導向結(jié)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。 D.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。鉆孔時采用剛性連接

29、，主軸采用長主軸。 由文獻[1]P43頁公式 （2-6） 可得： 左面 軸1-3 d=13.42mm 取定d=20㎜ 軸4 d=9.77mm 取定d=15㎜ 右面 軸5-8 d=13.74mm 取定d=20㎜ 軸9 d=11.10mm 取定d=15㎜ 后面 軸10-12 d=

30、13.39mm 取定d=20㎜ 軸13 d=11.37mm 取定d=15㎜ 文獻[1]表3-6可得到主軸外伸尺寸與接桿莫氏圓錐號。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=85㎜；接桿莫氏圓錐號為1。 E.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(jié)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

31、具之間的尺寸、工件本身以與加工部位的尺寸和精度等。 F.動力部件工作循環(huán)與行程的確定 a)工作進給長度的確定 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,210mm,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230mm,230mm,230mm。 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

32、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(diào)節(jié)的距離和刀具裝卸以與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350mm。被加工零件的加工示意圖見附錄。 2.3.3機床尺寸聯(lián)系總圖 機床尺寸聯(lián)系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與確定的專用部件的總體結(jié)構而繪制的。 繪制機床聯(lián)系尺寸總圖之前應確定的主要容如下： A.動力部件的選擇 動力箱規(guī)格要與滑臺匹配，其驅(qū)動功率主要依據(jù)多軸箱所需傳遞的

33、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 （2-7） 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。 本次設計中，被加工零件材料為灰鑄鐵，屬黑色金屬，又因為主軸數(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

34、 (2-8) 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 為了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，還要考慮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1HY40IA型，臺面寬400mm，臺面長800mm，滑臺與滑座總高為320mm，允許最大進給力為20000N；其相應的側(cè)底座型號為1CC401I。 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

35、得出動力箱與電動機的型號,見表2-1。 表 2-1 動力箱與電動機的型號 主軸箱 動力箱型號 電動機型號 電動機功率(KW) 電動機轉(zhuǎn)速(r/min) 輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min) 左主軸箱 1TD16 Y90s-4 1.1 1400 920 右主軸箱 1TD16 Y90s-4 1.1 1400 920 后主軸箱 1TD16 Y90s-4 1.1 1400 920 側(cè)底座1CC401I型號，其高度H=560mm，寬度B=600mm，長度L=1350mm。 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，

36、工件最低孔位置h2=103㎜，主軸箱最低主軸高度h1=102.5㎜，所選滑臺與滑座總高h3=320㎜，側(cè)底座高度h4=560㎜，夾具底座高度h5=330㎜，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=940㎜。 C.確定夾具輪廓尺寸 主要確定夾具底座的長、寬、高尺寸。本機床夾具的長度為750mm，寬度為700mm，高度為330mm。 D.確定中間底座尺寸 根據(jù)選定的動力箱、滑臺、側(cè)底座等標準的位置關系并考慮滑臺的前備量，通過尺寸鏈就可以計算確定本機床中間底座高度方向尺寸為560mm。 E.確定主軸箱輪廓尺寸 需確定的主要尺寸是主軸箱的寬度B和高度H與最低主軸高

37、度h1。主軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關，可按文獻[1]P49公式計算： B=b+2b1 （2-9） H=h+h1+b1 （2-10） 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

38、=103㎜）、機床裝料高度（H=880㎜）、滑臺滑座總高（h3=320㎜）、側(cè)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，本組合機床按文獻[1]P50公式 h1=h2+H-(0.5+h3+h4) （2-11） 計算，得： h1=102.5㎜，b=100㎜,h=125.125㎜,取b1=100㎜，則求出主軸箱輪廓尺寸： B=b+2b1=100+2×100=300㎜ H=h+h1+b1=125.125+102.5+100=327.62

39、5㎜ 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=400㎜×400㎜。 2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡 根據(jù)加工示意圖所確定的工作循環(huán)與切削用量等，就可以計算機床生產(chǎn)率并編制生產(chǎn)率計算卡。生產(chǎn)率計算卡是反映機床生產(chǎn)節(jié)拍或?qū)嶋H生產(chǎn)率和切削用量、動作時間、生產(chǎn)綱領與負荷率等關系的技術文件。它是用戶驗收機床生產(chǎn)率的重要依據(jù)。 A.理想生產(chǎn)率計算 理想生產(chǎn)率(單位：件/h)是指完成年生產(chǎn)綱領A(包括備品與廢品率)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

40、 （2-12） 得： B.實際生產(chǎn)率計算 實際生產(chǎn)率(件/h)是指所設計機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。 （2-13） 式中:——生產(chǎn)一個零件所需時間(min)，可按下式計算： （2-14） 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(zhuǎn) 轉(zhuǎn)

41、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(zhuǎn)工作臺進行一次工位轉(zhuǎn)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、清理基面或切屑與吊運工件）時間。它取決于裝卸自動化程度、工件重量大小、裝卸是否方便與工人的熟練程度。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 左面孔

42、 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: 計算出的機床實際生產(chǎn)率滿足理想生產(chǎn)率要求，即>。 C.機床負荷率 由文獻[1]的51頁公式得機床負荷率: （2-15） 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，由此可見此機床的負荷率在規(guī)定圍，滿足要求。 D．生產(chǎn)率計算卡見下表 表2-2生產(chǎn)率計算卡 被 加工 零件 圖號 R180.1—4A 毛坯種類 鑄件 名稱 R180柴油機氣缸體 毛坯重量 20kg 材料

43、 HT250 硬度 225HBS 工序名稱 左、右、后三面鉆孔 工序號 ZKZJ-R180-03 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 1.5 1.5 2 鉆削左面孔時滑臺快進 210 0.075 0.075

44、 鉆削右面孔時滑臺快進 210 0.075 0.075 鉆削后面孔時滑臺快進 210 0.075 0.075 3 鉆削左面孔時滑臺工進 8 12 20 10.048 396 0.104 41.2 0.485 0.485 5 12 20 10.048 620 0.066 鉆削右面孔時滑臺工進 8 10 20 10.556 431 0.104 44.8 0.446 0.446 6 12 20 10.556 5

45、62 0.080 鉆削后面孔時滑臺工進 7.5 7 20 10.597 444 0.119 52.8 0.379 0.379 6 14 20 11.304 588 0.090 4 鉆削左面孔時滑臺快退 230 0.088 0.08 鉆削右面孔時滑臺快退 230 0.088 0.08 鉆削后面孔時滑臺快退 230 0.088 0.08 5 左面死擋鐵停留 0

46、.065 0.065 右面死擋鐵停留 0.055 0.055 后面死擋鐵停留 0.066 0.066 備注 1、 裝卸工件的時間取決于工人的熟練程度，取1.5min； 2、 直線移動或回轉(zhuǎn)工作臺進行一次工位轉(zhuǎn)換時間，取0.1min. 單件總工時 0.55 1.688 2.238 機床實際生產(chǎn)率 26.81件/小時 機床理想生產(chǎn)率 21.28件/小時 機床負荷率 79.37% 3 組合機床主軸箱設計 主軸箱是組合機床的重要專用部件。它是根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量和位

47、置、切削用量和主軸類型設計的傳遞各主軸運動的動力部件。其動力來自通用的動力箱，與動力箱一起安裝于進給滑臺，可完成鉆、擴、鉸、鏜等加工工序。 我的設計任務是R180柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體與左主軸箱部分的設計。通用主軸箱設計的順序是：繪制主軸箱設計原始依據(jù)圖；確定主軸結(jié)構、軸徑與齒輪 模數(shù)；擬訂傳動系統(tǒng)；計算主軸、傳動軸坐標，繪制坐標檢查圖；繪制主軸箱總圖，零件圖與編制組件明細表[1][5]。 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400×400

48、； B．工件輪廓尺寸與各孔位置尺寸； C．工件與主軸箱相對位置尺寸； 圖3-1所示為R180柴油機氣缸體三面鉆削組合機床左主軸箱設計原始依據(jù)圖,表3-1所示為各主軸外伸尺寸與各孔的切削用量。 圖3-1 原始依據(jù)圖 注：1.被加工零件編號與名稱：R180柴油機材料與硬度：HT225 190-240HBS。 2.動力部件1TD16 IA，Y90S-4，P主=1.1Kw,n=920r/min。 表3-1 主軸外伸尺寸與孔的切削用量 軸 號 D/d L 工序容 n(r/min) v(m/min) f(mm/r) 1-3 32/20 115 鉆Φ8 400 1

49、0.048 0.104 4 25/16 85 鉆Φ5 640 10.048 0.065 3.2主軸結(jié)構型式的選擇和動力計算 主軸結(jié)構型式和直徑、齒輪模數(shù)的確定： 主軸結(jié)構的選擇包括軸承型式的選擇和軸頭結(jié)構的選擇。軸承型式是主軸部件結(jié)構的主要特征。主軸進行鉆削加工，軸向切削力較大，用推力球軸承承受軸向力，用深溝球軸承承受徑向力。又因鉆削時軸向力是單向的，因此推力球軸承應安排在主軸前端，主軸采用滾珠主軸,前支承為推力球軸承、深溝球軸承，后支承滾錐軸承，主軸進行鏜削時，前后支承均為滾錐軸承。 主軸直徑在繪制“三圖一卡”時都已經(jīng)確定好了。 齒輪模數(shù)m一般采用類比法確定，主軸箱

50、中的齒輪模數(shù)常用2、2.5、3、3.5、4幾種。根據(jù)經(jīng)驗采用類比法從通用系列中選取各齒輪模數(shù)。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[1]，確定本次設計的模數(shù)均為2.5。 3.3 主軸箱傳動系統(tǒng)的設計與計算 主軸箱傳動設計，是根據(jù)動力箱驅(qū)動軸位置和轉(zhuǎn)速、各主軸位置與其轉(zhuǎn)速要求，設計傳動鏈，把驅(qū)動軸和各主軸連接起來，使各主軸獲得預定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。在設計傳動系統(tǒng)時,要盡可能用較少的傳動件，使數(shù)量較多的主軸獲得預定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，因此在設計時單一的計算或作圖的方法是難以達到要求的，現(xiàn)在一般采用“計算、作圖和試湊” 相結(jié)合的辦法來設計。 3.3.1 根據(jù)原始依據(jù)圖對坐標尺寸的計算 根據(jù)

51、原始依據(jù)圖3-1，計算驅(qū)動軸、主軸的坐標尺寸，如下表3-2所示： 表3-2 驅(qū)動軸、主軸坐標值 坐標 銷O1 驅(qū)動軸O 主軸1 主軸2 主軸3 主軸4 X 0.00 175.64 110.00 147.23 206.00 175.00 Y 0.00 81.44 200.42 132.62 140.42 252.39 3.3.2 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 3.3.3 傳動軸位置與齒輪齒數(shù)的確定 本主軸箱傳動系統(tǒng)的設計是按“計算、作圖

52、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，在設計過程過反復試湊與畫圖，才最后確定了齒輪的齒數(shù)和中間軸的位置。 A.由各主軸和驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速求驅(qū)動軸到各主軸之間的傳動比。各主軸轉(zhuǎn)速見表3-3所示。 表3-3 主軸箱主軸轉(zhuǎn)速（r/min） 主軸 轉(zhuǎn)速 0 920 1 400 2 400 3 400 4 640 主軸箱總傳動比 ： ， ， B.各軸傳動比分配 主軸箱中軸的分布有同心圓分布與任意分布，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)左主軸箱各軸傳動比分配： 軸1 軸2 軸3

53、 軸4 b)確定中間傳動軸的位置并配對各對齒輪[9] 傳動軸轉(zhuǎn)速的計算公式：文獻[1]P61～65 （3-1） （3-2） （3-3） （3-4） （3-5） （3-6） 式中， —嚙合齒輪副傳動比； —嚙合齒輪副齒數(shù)和； —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

54、位為r/min； —齒輪嚙合中心距，單位為mm； —齒輪模數(shù)，單位為mm。 C.確定主軸箱中間傳動軸的位置[10]： 確定中間傳動軸5的位置，與傳動軸5相配對的有主軸1、2、3、4，與之相配對的齒輪有Z5/Z1,Z5/Z2,Z5/Z3,Z5/Z4，四對齒輪。 通過公式（3-1）與傳動比 i5-1=0.78、 i5-2=0.78 、i5-4=0.78、i5-4=1.26,取m=2.5，可得到齒輪齒數(shù)Z5=Z5=21 ,Z1=Z2=Z3=27,Z5=29,Z4=23。 左主軸箱： 軸1—3 轉(zhuǎn)速相對損失： 軸4 轉(zhuǎn)速相對損失： 以上轉(zhuǎn)速相對損失

55、都在5%以，符合設計要求。 D．手柄軸的設計 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，以與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(zhuǎn)主軸，為了扳動起來輕便，手動軸的轉(zhuǎn)速應盡可能高些，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，所以本主軸箱的手柄設置在緊靠驅(qū)動軸O的位置，即5軸為手柄軸。 E.葉片泵的設置 由于葉片泵使用可靠，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)分油器分向各個需潤滑的部位，主軸箱體前后壁之間的齒輪用油盤潤滑，箱體和后蓋以與前蓋的齒輪用油管潤滑。該葉片潤滑泵安裝在箱體的前表壁上，采用油泵傳動軸帶動葉片轉(zhuǎn)動的傳

56、動方式，計算出： ，葉片液壓泵轉(zhuǎn)速在400～800r/min圍，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。 傳動軸的扭矩計算： (3-7) 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(zhuǎn)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(qū)動軸和主軸的位置與傳動關系，精確計算各中間傳動軸的坐標。其目的是為主軸箱

57、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(jié)構布置是否正確合理。 3.4.1傳動軸的坐標的計算 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5時采用與三軸等距方法求得。計算公式見文獻[1]P72。 傳動軸5的坐標計算： 圖3-3 與三軸等距傳動軸坐標計算圖 (3-8)

58、 (3-9) (3-10) (3-11) （3-12） 理論中心距 實際中心距 中心距在允差[](0.001～0.009)mm圍，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(jié)果 軸號 坐標 X Y 傳動軸5 169.61 93.73 傳動軸6 188．95 101.80 3.4.2坐標檢查圖的繪制 在坐標計算完成后，繪制坐標與傳動關系檢查圖，用以全面檢查傳動系統(tǒng)的正確性。坐標檢查圖的主要容有：通過齒輪嚙合，檢查坐標位置是否正確；檢查主軸轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向；進

59、一步檢查各零件間有無干涉現(xiàn)象；檢查液壓泵、分油器等附加機構的位置是否合適。 繪制坐標檢查圖，如圖3-4所示。 圖3-4左主軸箱坐標檢查圖 3.5 軸、齒輪、軸承、鍵的校核 以軸5和其上的軸承進行校核，主動軸0上面的齒輪和鍵進行校核： （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與花鍵都要經(jīng)過強度校核。 3.5.1軸的校核 在主軸箱中不

60、管是主軸還是傳動軸，它們的直徑都是按照扭轉(zhuǎn)剛度條件，根據(jù)其所受扭矩，由參考文獻選取的，所以它們的剛度都滿足要求。這里只對相對較為危險的軸進行強度的校核計算。5軸所受的切削力較大，相對來說比較危險，所以選擇軸5進行校核。 A.求軸向載荷 a)計算齒輪受力 齒輪分度圓直徑為 （3-13） 圓周力 （3-14） 軸向力 （3-15） b)求支反力 左右支點水平面的支反力 c)計算彎矩

61、和扭矩 （3-16） d)彎扭合成強度校核 截面O處計算計算彎矩 （3-17） 截面O處計算應力 （3-18） 材料為40調(diào)質(zhì),由表11.2查得， 彎扭合成強度滿足要求。 3.5.2齒輪的校核 已選定齒輪采用45鋼，鍛造毛坯，軟齒面，齒輪硬度為HBS280～350，齒輪精度8級，輪齒表面粗糙度為1.6。 以傳動軸5與驅(qū)動軸O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[9]中公式（6

62、.11）得 (3-19) 其中， ，，, 按齒面硬度查參考文獻[9]的圖6.8得大、小齒輪的接觸疲勞強度極限為： ， 由文獻[9]的圖6.9選擇齒輪的彎曲疲勞極限應力為： ， 應力循環(huán)次數(shù)N由文獻[9]的公式（6.3）計算可得 (3-20) 則 由文獻[9]的圖6.6，查得接觸疲勞壽命系數(shù), 由文獻[9]的圖6.7，查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，彎曲疲勞安全系數(shù),又，試選。 許用接觸應力： (3-21) (3-22) 查文獻[9]的圖6.10得；

63、查文獻[9]的表6.2得；查文獻[9]的表6.13得， 修正 (3-23) 按標準取模數(shù)，與前面選定的模數(shù)一樣，所以符合要求。 C.校核齒根彎曲疲勞強度 由文獻[9]的圖6.7查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，彎曲疲勞安全系數(shù),又。 (3-24) 由文獻[9]的表6-4查得，， 由文獻[9]的公式（6.12）校核兩齒輪的彎曲強度 (3-25) (3-26) 所以齒輪完全達到要求。其余齒輪均用此方法進行校核，

64、其結(jié)果均符合要求。 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[10]表18-4得:=32.2KN =37KN e=0.37 Y=1.6 b)計算派生軸向力 c)計算軸向負荷 故軸承二被“壓緊”，軸承一被“放松”得 d)確定系數(shù) 查參考文獻[9]表8-10 e)計算當量動負荷 (3-27) 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 校核主動軸0上的鍵，鍵的受力如圖3-5所示，該鍵的主要失效形式為工作面的壓潰，按工

65、作面上的擠壓力進行強度校核計算。 圖3-5 鍵受力圖 (3-28) 式中: T—傳遞的轉(zhuǎn)矩，，單位為； 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。 根據(jù)文獻[9]表12.1中選取 (3-29) 所以鍵的強度符合要求。 3.6 主軸箱前、后蓋與箱體設計[11][12] 該柴油機機體三面鉆削組合機床主軸箱選用400×400的通用主軸箱體,主軸箱前后蓋的材料是HT200,雖然主軸箱是通用的，但為

66、了滿足具體的使用要求,故在此基礎上進行了一系列的補充加工,其補充加工的情況可參見補充加工圖。 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主軸箱上附件材料的設計 A.分油器 主軸箱中分油器的作用是把油分成幾路,分別潤滑不同排數(shù)的齒輪與軸承,從而保證軸承,齒輪的使用壽命,減少摩擦和磨損,降低振動,消耗發(fā)熱。根據(jù)文獻[1]P189選用圓形分油器，型號為ZIR31-2。 B.油杯 油杯是用來給箱體注油用的,以保證箱體油量滿足使用要求。 C.油塞 油塞是用來放油用的,應該置在箱體的底部,由于該主軸箱是臥式組合機床,故活塞放置在箱體上,放油孔螺母與凸臺之間應加封油圈密封。 D.油標 油標的作用是用來指示油的高度的,所以放置在便于檢查與油面較穩(wěn)定處,該主軸箱選用管狀油標(GB1160.1-89)放置在箱體側(cè)面上，視孔d=32mm。 E.前蓋與箱體、箱體與后蓋、后蓋與動力頭定位聯(lián)接的設計 據(jù)文獻[1]P140，對于1TD32動力箱與多軸箱后蓋連接用定位銷選用22-ZHBQ4