YZ4110柴油機氣缸體三面鉆削組合機床的設計【含CAD圖紙、說明書】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 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 工藝路線的確立 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 4 2.2 切削用量的確定及刀具選擇 4 2.2.1 選擇切削用量 4 2.2.2切削力、切削扭矩及切削功率的計算 6 2.3 組合機床總體設計—三圖一卡 7 2.3.1 被加工零件工序圖 7 2.3.2 加工示意圖 8 2.3.3機床尺寸聯(lián)系總圖 10 2.3.4 機床生產率計算卡 13 3 組合機床右主軸箱設計 16 3.1 主軸箱原始依據(jù)圖 16 3.2主軸結構型式的選擇和動力計算 17 3.2.1主軸結構型式的選擇 17 3.2.2主軸直徑和齒輪模數(shù)的確定 17 3.3主軸箱傳動系統(tǒng)的設計與計算 17 3.3.1根據(jù)原始依據(jù)圖計算坐標尺寸 18 3.3.2擬訂主軸箱傳動路線 18 3.3.3確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù) 18 3.3.4傳動軸的選擇 21 3.3.5軸承的壽命校核 22 3.3.6齒輪的選擇 23 3.3.7平鍵的選擇 26 3.3.8坐標檢查圖 26 4零部件的設計 28 4.1主軸箱的裝配圖及零件圖 28 4.2主軸箱的選擇設計 28 4.3潤滑系統(tǒng)的設計 28 5 結論 29 參考文獻 30 致 謝 31 附 錄 32 1 前言 本次畢業(yè)設計的課題是來源于鹽城市江動集團的關于YZ4110柴油機氣缸體三面鉆削組合機床設計。YZ4110柴油機是該集團大批量生產的產品之一，為保證柴油機氣缸體三面孔的加工和相應的位置精度,提高生產效率而設計一臺三面鉆孔的臥式組合機床。 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]。這種機床既具有結構簡單、生產率和自動化程度較高等特點，又具有一定的重新調整能力，以適應工件變化的需要，它還可以對工件進行多面、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條件，并從機床的合理性、經濟性、工藝性、實用性及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、與國內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，生產率高。加工精度穩(wěn)定，研制周期短，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，廣大工人總結自己生產和使用組合機床的經驗，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)在完成一定工藝范圍內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，可以設計成通用品種，組織成批生產，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、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。目前，我國組合機床的研究涉及機床設計研究[2][3]、加工工藝[4][5] 、加工質量改進[6]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及右主軸箱設計。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及所要達到的技術要求進行具體分析[7]，如各部件尺寸、材料、形狀、硬度及加工精度和表面粗糙度等內容。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、機床聯(lián)系尺寸圖，編制生產率計算卡。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[8]，計算切削功率，確定各軸的結構、排布、配合關系[9][10]，軸的強度、剛度校核等。還需對主軸箱前蓋、后蓋、箱體及附件的設計[11][12]。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 2.1 總體方案論證 2.1.1 工藝路線的確立 A.本機床被加工零件特點 該加工零件為柴油機機體。材料HT250，其硬度為HB190～240，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完畢。 B.本機床被加工零件的加工工序及加工精度 本道工序：鉆左面、右、后三面的孔，由本設備“氣缸體三面鉆削組合機床”完成，因此，本設備的主要功能是完成柴油機機體左、右、后三個面上15個孔的加工。具體加工內容及加工精度是： a) 左面5個孔：鉆削3×φ6、φ8、φ4的孔，表面粗糙度12.5μm，各孔位置度公差為φ0.02mm。 b) 右面5個孔：鉆削4×φ4、φ3的孔，表面粗糙度12.5μm，各孔位置度公差為φ0.02mm。 c)后面5個孔：鉆削3×φ4、2×φ10孔，表面粗糙度12.5μm，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，振動小，運動平穩(wěn)，機床重心較低，精度高，安裝方便，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。 通過以上的比較，針對YZ4110柴油機氣缸體的結構特點和需要被加工的部位考慮鉆孔工序是主要工序內容。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。 2.1.3 定位基準的選擇 箱體零件的定位方案一般有兩種，“一面兩銷”和“三平面”定位方法。 A. “一面兩銷”的定位方法的特點是： a)可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 b)有同時加工零件五個表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。 c)“一面兩銷”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準，使零件整個工藝過程基準統(tǒng)一，從而減少由基準轉換帶來的累積誤差，有利于保證零件的加工精度。同時，使機床各個工序的許多部件實現(xiàn)通用化，有利于縮短設計、制造周期，降低成本。 d)易于實現(xiàn)自動化定位、夾緊，并有利于防止切削落于定位基面上。 B. “三平面”定位方法的特點是： a)可以簡便地消除工件的六個自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 b)有同時加工零件兩個表面的可能，能高度集中工序。 在選擇定位基準時，應盡量選擇設計基準作為定位基準，即遵循基準統(tǒng)一原則。通過對零件的分析，最后選擇柴油機機體的底面作為定位的基準面，這樣就有利于保證了被加工孔相互間的位置精度。柴油機機體要很好的固定在機床上，就必須限制六個自由度，這樣才可以保持加工精度。根據(jù)切削力的方向和夾具夾緊力的方向，選擇柴油機機體的底面確立一個平面來限制3個自由度，側面定位限制2個自由度，端面定位限制1個自由度，這樣就更能保證工件的加工精度。在本次設計中我們采用的就是“三平面”定位。 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。但采用液壓滑臺的不足之處在于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；調整維修比較麻煩。本課題的加工對象是YZ4110柴油機氣缸體，為了提高加工效率，降低生產成本，所以選用了液壓滑臺。 2.2 切削用量的確定及刀具選擇 2.2.1 選擇切削用量 對于15個被加工孔，采用查表法選擇切削用量，從文獻[9]P.130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，其遞減值按文獻[9]P.131表6-12選取。降低進給量的目的是為了減小軸向切削力，以避免鉆頭折段。鉆孔深度較大時，由于冷卻排屑條件都較差，是刀具壽命有所降低。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。 切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度、生產率、刀具耐用度、機床的布局形式及正常工作均有很大影響。組合機床多軸箱上所以的刀具共用一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺。查文獻[9]得硬度HB190-240時，高速鋼鉆頭的切削用量如表2-1： 表2-1高速鋼鉆頭切削用量 加工材料 加工直徑（mm） 切削速度(m/min) 進給量(mm/r) 鑄鐵 200～241HBS 1～6 10～18 0.05～0.1 >6～12 >0.1～0.18 A.對左面5個孔的切削用量選擇： a)鉆孔1、2、3：Φ6孔，h=10mm 查上表高速鉆頭切削用量得： 由d=1-6,硬度大于200-241HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0.05～0.1mm/r,取定v=10.48m/min,f=0.1mm/r, 則由文獻[9]的公式， （2-1） 得： n=1000×10.48/(6π)525r/min b)鉆孔4：Φ8孔，h=12mm 查上表高速鉆頭切削用量得： 由d＞6-12,硬度大于200-241HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0.1～0.18mm/r,取定v=13.188m/min,f=0.1mm/r, 得： n=1000×13.188/(8π)525r/min c)鉆孔5：Φ4孔，h=8mm 查上表高速鉆頭切削用量得： 由d=1-6,硬度大于200-241HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0.05～0.1mm/r,取定v=10.26m/min,f=0.058mm/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：Φ4孔，h=8mm 查上表高速鉆頭切削用量得： 由d=1-6,硬度大于200-241HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0.05～0.1mm/r,取定v=14.821m/min,f=0.08mm/r, 得： n=1000×14.821/(4π)1180r/min b)鉆孔10：Φ3孔，h=8mm 查上表高速鉆頭切削用量得： 由d=1-6,硬度大于200-241HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0.05～0.1mm/r,取定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：Φ4孔，h=8mm 查上表高速鉆頭切削用量得： 由d=1-6,硬度大于200-241HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0.05～0.1mm/r,取定v=11.304m/min,f=0.084mm/r, 得： n=1000×11.304/(4π)900r/min b)鉆孔13、14、15：Φ10孔，h=12mm 查上表高速鉆頭切削用量得： 由d＞6-12,硬度大于200-241HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0.1～0.18mm/r,取定v=16.956m/min,f=0.140mm/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[9]表6-20中公式計算鉆孔 （2-2） （2-3） （2-4） 式中， 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）；--切削深度（mm）； D--加工（或鉆頭）直徑（mm）； HBS--布氏硬度，取HBS=225。 由以上公式可得： A.左面 a) 鉆孔1、2、3：Φ6孔，h=10mm =634N b) 鉆孔4：Φ8孔，h=12mm = = c)鉆孔5：Φ4孔，h=8mm = = B.右面： a)鉆孔6，7，8，9： Φ4孔，h=8mm b)鉆孔10： Φ3孔，h=8mm C.后面： a)鉆孔11、12、13： Φ4孔，h=8mm b)鉆孔14、15： Φ10孔，h=12mm 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 A.被加工零件工序圖的作用和內容 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： a)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。 b)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。 c)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。 d)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。 B.繪制被加工零件工序圖的規(guī)定及注意事項 a)繪制被加工零件工序圖的規(guī)定：應按一定的比例，繪制足夠的視圖以及剖面；本工序加工部位用粗實線表示；定位用定位基準符號表示，并用下標數(shù)表明消除自由度符號；夾緊用夾緊符號表示，輔助支承用支承符號表示。 b)繪制被加工零件工序圖注意事項 本工序加工部位的位置尺寸應與定位基準直接發(fā)生關系。 對工件毛坯應有要求，對孔的加工余量要認真分析。在鉆孔時，其大孔單邊余量應小于相鄰兩孔半徑之差，以便鉆頭能通過。 當本工序有特殊要求時必須注明。如精鉆孔時，當不允許有退刀痕跡或者允許有某種形狀的刀痕時必須注明。有如薄壁或孔底部壁薄，加工螺紋時螺紋底孔深度不夠及能否鉆通等[1]。 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。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 在編制加工示意圖的過程中，首先是對刀具進行選擇。一臺機床刀具的選擇是否合理，直接影響到機床的加工精度、生產率和工作情況。因而正確選擇刀具是一個相當重要的工作。刀具的選擇要考慮到工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生產率要求等因素。鉆孔刀具其直徑應與加工終了時刀具螺紋螺旋槽后端和導向套外端有一定的距離。 a).刀具直徑的選擇 刀具直徑的選擇應與加工部位尺寸、精度相適應。根據(jù)工藝要求及加工精度的要求，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).刀具耐用度的計算 確定刀具耐用度，用以驗證選用量或刀具是否合理，刀具的耐用度至少大于4個小時。 （2-5） 式中： —— 刀具耐用度，單位min； —— 鉆頭直徑，單位mm； —— 切削速度，單位m/min； —— 每轉進給量，單位mm/r； —— 布氏硬度。 選擇Φ6mm的鉆頭進行計算： ， 根據(jù)計算，所得刀具耐用度滿足要求。 B. 確定主軸、尺寸、外伸尺寸 在該課題中，主軸用于鉆孔，選用滾珠軸承主軸。又因為浮動卡頭與刀具剛性連接，所以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矩T，由文獻[9]P43公式 (2-6) 式中，d—軸的直徑（㎜）；T—軸所傳遞的轉矩（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 軸1-5 取d=15㎜ 右主軸箱 軸6-10 取d=15㎜ 后主軸箱 軸11-13 取d=15㎜ 軸14-15 取d=20㎜ 根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑，文獻[9]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=15㎜時，主軸外伸尺寸為：D/d1=25/16,L=85㎜；接桿莫氏圓錐號為1。 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。 C.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。 本課題中加工15個孔時，由于是大批大量生產，考慮到當導套磨損時，便于更換，避免使整個鉆模板報廢，以節(jié)約成本，所以導向裝置選用可換導套。 對于加工Φ10孔，選擇的導套尺寸為：D=18mm，D1=26mm， D2=30 mm，L=16mm， 對于加工Φ8孔， 選擇的導套尺寸為：D=15mm，D1=22mm，D2=26mm，L=16mm。 對于加工Φ6孔， 選擇的導套尺寸為：D=12mm，D1=18mm，D2=22mm，L=12mm。 對于加工Φ4孔， 選擇的導套尺寸為：D=10mm，D1=15mm，D2=18mm，L=12mm。 對于加工Φ3孔， 選擇的導套尺寸為：D=8mm， D1=12mm，D2=15mm，L=8mm。 D. 動力部件工作循環(huán)及行程的確定 a). 工作進給長度LI的確定 工作進給長度LI，應等于加工部位長度（多軸加工時按最長孔計算）與刀具切入長度L1和切出長度L2之和。 即： (2-7) 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[9] P46表3-7切出長度的確定得鉆孔時 (2-8) 式中，d為鉆頭直徑。 三個面上鉆孔時的工作進給長度見表2-2： 表2-2 工作進給長度 L d 右主軸箱 8 9 4 8 25 左主軸箱 12 8 8 10 30 后主軸箱 12 8 10 10 30 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。初步選定左、右、后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。左、右、后主軸箱上刀具的快速進給長度分別為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（即前備量）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（刀具退離夾具導套外端面的距離應大于接桿插入主軸孔內或刀具插入接桿孔的長度，即后備量）。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。加工示意圖見附錄[3]。 2.3.3機床尺寸聯(lián)系總圖 機床聯(lián)系尺寸圖是用來表示機床的配置型式、主要構成及各部件安裝位置、相互聯(lián)系、運動關系和操作方位的總體布局。用以檢驗各部件相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適；它為多軸箱、夾具等專用部件設計提供重要依據(jù)；它可以看成是簡化的機床總圖。 A.選擇動力部件 a)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)文獻[9]公式 (2-9) 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 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，按文獻[9]的62頁公式 (2-10)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 根據(jù)選定的切削用量，計算總的進給力，并據(jù)所需的最小進給速度、工作行程、結合主軸箱輪廓尺寸，考慮工作穩(wěn)定性，由文獻[9]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[9]表5-38得出動力箱及電動機的型號，下表為動力箱及電動機的型號。 表 2-3 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 c)配套通用部件的選擇 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。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。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 中間底座的輪廓尺寸，在長寬方向應滿足夾具的安裝需要。它在加工方向的尺寸，實際已由加工示意圖所確定，機床在加工終了時工件端面至主軸箱前端面的距離?？傊虚g底座的結構，尺寸需根據(jù)工件的大小、形狀以及組合機床的配置形式等來確定。因此，中間底座一般按專用部件進行設計，但為了不致使組合機床的外廓尺寸過分繁多，中間底座的主要尺寸應符合國家標準規(guī)定。 確定中間底高度尺寸時，應注意機床的剛性要求、冷卻排屑系統(tǒng)要求以及側底座連接尺寸要求。裝料高度和夾具底座高度確定后，中間底座高度就已確定。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。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[9]P49公式計算： （2-11） 式中：—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（㎜）； —工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（㎜）； —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[9]P50公式 （2-12） 計算，得： h1=127.5㎜。 b=100㎜,h=125.125㎜,取b1=100㎜，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、后主軸箱輪廓尺寸都預定為B×H=400㎜×400㎜。 2.3.4 機床生產率計算卡 A.理想生產率(單位為件/h)是指完成年生產綱領A(包括備品及廢品率)所要求的機床生產率。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[9]的51頁公式 （2-13） 得： B.實際生產率(單位為件/h)是指所設計機床每小時實際可生產的零件數(shù) （2-14） 式中:——生產一個零件所需時間(min)，可按下式計算： 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率不能滿足理想生產率要求,即,則必須重新選擇切削用量或修改機床設計方案。 已知: 鉆右面孔 ; 鉆左面孔 鉆后面孔 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， 實際生產率: C.機床負荷率 a)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。典型的鉆、鏜、攻螺紋類組合機床，按其復雜程度確定；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。 b)由文獻[9]的51頁公式得機床負荷率: （2-15） 3.組合機床右主軸箱設計 本人的設計任務是YZ4110柴油機氣缸體三面鉆削孔組合機床右主軸箱部分的設計。由總體設計部分可知，需設計的主軸箱輪廓尺為400×400，屬于大型通用主軸箱，結構典型，能利用通用的箱體和傳動件；采用通用主軸，借助導向套引導刀具來保證被加工孔的位置精度。大型通用主軸箱由通用零件如箱體、主軸、傳動軸、齒輪和附加機構等組成。 標準通用臥式鉆孔類主軸箱的厚度是一定的，一般為325mm，本課題中主軸箱由箱體、前蓋和后蓋三個部分組成。箱體的標準厚度為180mm，前蓋厚度為55mm，后蓋厚度為90mm[7]。 主軸材料采用40Cr鋼，熱處理C42；通用傳動軸一般用45鋼，調質T235。 通用齒輪有傳動齒輪、動力箱齒輪和電動機齒輪三種。 通用主軸箱設計的順序是：繪制主軸箱設計原始依據(jù)圖；確定主軸結構、軸徑及齒輪模數(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，零件圖及編制組件明細表。具體內容如下： 3.1 主軸箱原始依據(jù)圖 主軸箱依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的。 圖3-1所示為三面鉆鏜孔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右主軸箱設計原始依據(jù)圖 表3-1 主軸外伸尺寸及孔的切削用量 軸 號 D/d L 工序內容 n(r/min) v(m/min) f(mm/r) 1 25/16 85 鉆Φ6 525 10.48 0.1 2 25/16 85 鉆Φ6 525 10.48 0.1 3 25/16 85 鉆Φ6 525 10.48 0.1 4 25/16 85 鉆Φ8 525 13.188 0.1 5 25/16 85 鉆Φ4 900 10.26 0.058 3.2 主軸結構型式的選擇和動力計算 3.2.1 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。軸承型式是主軸部件結構的主要特征，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，后支承深溝球軸承見文獻[3]。 鉆孔采用滾珠軸承長主軸是因為長主軸其軸頭內孔較長，可增大與刀具尾部連接的接觸面，因而增強刀具與主軸的連接剛度，減少刀具前端下垂。 3.2.2 主軸直徑和齒輪模數(shù)的確定 主軸直徑已在總體設計部分初步確定，見2.3.2。 按同一多軸箱中的模數(shù)規(guī)格最好不多于兩種的原則，用類比法確定齒輪模數(shù)，在次之前可先由文獻[1]的公式估算： （3-1） 式中，P—齒輪所傳遞的功率，單位為； 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，同一主軸箱中的模數(shù)規(guī)格不要多于兩種，確定本次設計的右主軸箱內齒輪模數(shù)為3、2。 3.3 主軸箱傳動系統(tǒng)的設計與計算 多軸箱傳動設計，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見文獻[2]。 多軸箱傳動系統(tǒng)的一般需滿足以下要求： 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。應盡量用一根傳動軸帶動多根主軸；當齒輪嚙合中心距不符合標準時可采用齒輪變位的方法來湊中心距；通常應避免主軸帶動主軸，否則將增加主動主軸的負荷。 b）為了使結構緊湊，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。 c）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。 d）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。 e）剛性鏜孔主軸上的齒輪，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。 f）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 根據(jù)原始依據(jù)圖計算坐標尺寸 根據(jù)原始依據(jù)圖3-1，計算驅動軸、主軸的坐標尺寸，如表3-2所示： 表 3-2 右主軸箱驅動軸、主軸坐標值 坐標 銷O1 驅動軸6 主軸1 主軸2 主軸3 主軸4 主軸5 X 0.000 375.000 175.000 105.667 229.100 108.750 233.00 Y 0.000 0.000 242.750 134.920 113.156 202.500 167.250 3.3.2 擬訂主軸箱傳動路線 右主軸箱有5根主軸，這5根主軸分別為：1，2、3、4、5，傳動軸6分別為這五根軸傳動，其中主軸5給油箱7軸傳動。具體傳動路線見下圖。 3.3.3 確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù) 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見文獻[8]。 A. 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 右主軸箱主軸轉速（r/min） 主 軸 0 1 2 3 4 5 轉 速 920 525 525 525 525 900 右主軸箱總傳動比 u0-1==0.57 u0-4==0.57 u0-5==0.98 圖3-2右主軸箱傳動樹形圖 B. 各軸傳動比分配 右主軸箱各軸傳動比分配： 軸6 u0-6=0.98 軸 1、2、3 u6-1=0.58 軸4 u6-4=0.58 軸5 u6-5=1 C. 確定中間傳動軸的位置并配各對齒輪 傳動軸轉速的計算公式：文獻[1] （3-2） （3-3） （3-4） （3-5） （3-6） （3-7） 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速，單位為r/min； —齒輪嚙合中心距，單位為mm； — 齒輪模數(shù)，單位為mm。 a) 確定傳動軸0的位置，及齒輪m=3,Zo=22 b) 確定傳動軸6的位置，及齒輪 軸0-6 m=3,Z=36 軸6-1、2、3 m=2,Z=33 軸6-4 m=3 Z=39 軸6-5 m=2,Z=29 c）確定傳動軸1、2、3的位置，及齒輪 軸1、2、3 m=2 z=43 d)確定傳動軸4的位置，及齒輪 軸4 m=2 Z=43 c) 確定傳動軸5的位置，及齒輪 軸5 m=2 Z=29 D. 驗算各主軸轉速 右主軸箱： 各軸實際轉速 n6=887 r/min n1=508 r/min n4=508 r/min n5=887 r/min 轉速相對損失在5%以內，符合設計要求。 E.液壓泵的轉速 采用B-ZIR12-2型葉片液壓泵見文獻[4]，由中間傳動軸經一對齒輪傳動，液壓泵的轉速計算如下： 右主軸箱： n泵=920×××=707.1 r/min 葉片液壓泵轉速在400～800r/min范圍內，滿足要求。 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。 F.計算傳動軸的坐標 已左下角的定位銷為原點0, 右主軸箱傳動軸坐標計算結果見表3-4 表3-4 右主軸箱傳動軸坐標計算結果 坐 標 傳動軸 6 油泵軸 5 X 175.000 198.300 Y 167.250 118.370 3.3.4 傳動軸的選擇 校核右主軸箱傳動軸6 根據(jù)文獻[1]， （3-8） A傳動軸軸徑的確定 取， 所以取 B傳動軸的校核 軸6：，軸上齒輪，模數(shù)，則mm， N，。 a) 作出水平面受力圖及彎矩圖 由裝配圖可知，，為了計算方便，可認為，對校核影響不大。則N，N·mm。 b) 作出垂直面受力圖及彎矩圖 N，N·mm。 c) 求出合成彎矩，并畫出合成彎拒圖N·mm d) 作出轉矩圖，考慮到開始切削和終了切削，軸所受切削扭矩T可看成是脈動的，取修正系數(shù)。 f）作出彎矩圖，對于彎曲與扭轉的組合變形，可采用第三強度理論進行校核， （3-9） 引入修正系數(shù)，則M，軸6的材料為40Cr，查表10-1，可知其疲勞極限=70MPa，則，所以軸6滿足強度要求。 圖2-11為軸的受力簡圖、受力彎矩圖及扭矩圖： 圖2-11 軸的受力圖 3.3.5 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 (3-10) (3-11) c)計算軸向負荷 (3-12) 故軸承二被“壓緊”，軸承一被“放松”得 d)確定系數(shù) (3-13) 查參考文獻[9]表8-10 e)計算當量動負荷 (3-14) (3-15) f)計算軸承壽命 查參考文獻[9]表8.7 、8.8 得 又知 (3-16) 所以該軸承合適。 3.3.6 齒輪的選擇 已選定齒輪采用45鋼，鍛造毛坯，軟齒面，齒輪T調質HBS280～350，齒輪精度8級，輪齒表面粗糙度為1.6,按軟齒面齒輪非對稱安裝由文獻[8]的表6.5,取Фd=1.0。 以傳動軸6及驅動軸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（6.11）得 (3-17) 其中， ， 由文獻[9]的表6.5得， 由文獻[9]表6.3得 ， (3-18) 由文獻[9]的圖6.8選擇材料的接觸疲勞極限應力為： 由文獻[9]的圖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[9]的公式（6.3）計算可得 (3-19) 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： (3-20) 查文獻[9]的圖6.10得；查文獻[9]的表6.2得；查文獻[9]的表6.13得， 修正 (3-21) 按標準取模數(shù)，與前面選定的模數(shù)相同，所以符合要求。 C.計算幾何尺寸 取 D.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。。 (3-22) 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 (3-23) (3-24) 所以齒輪完全達到要求。傳動軸6上其余齒輪均用此方法進行校核，其結果均符合要求。 3.3.7 平鍵的選擇 鍵的大小根據(jù)軸的軸徑來選擇見文獻[10]，校核主軸1上的鍵 圖3-7為鍵的受力圖： 圖3-7 鍵受力圖 由文獻[10]得普通平鍵連接的擠壓強度條件： 式中：傳遞的轉距，，單位為； 鍵與輪轂的接觸高度，，為鍵的高度，單位為； 軸的直徑，單位為 鍵的工作長度，單位為。型鍵； 鍵、軸、輪轂3者中最弱材料的許用擠壓應力，單位為。 取=100 故1軸上的鍵符合要求 3.3.8 坐標檢查圖 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；進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。繪制出的坐標檢查圖，如圖3-8所示。 圖3-8 右主軸箱坐標檢查圖 4 零部件的設計 4.1 主軸箱的裝配圖及零件圖 根據(jù)前面的計算，參考文獻[1]的圖7-4、圖7-5通用組件裝配結構及表7-5、7-7軸組件配套零件表，表7-6、7-8主軸組件聯(lián)系尺寸，文獻[1] 的表7-11多軸箱主軸端部尺寸，文獻[1]的圖7-7滾錐軸承傳動軸組件裝配結構，文獻[1]的表7-13滾錐軸承傳動軸組件配套零件表以及文獻[11]的76頁滾錐軸承傳動軸組件聯(lián)系尺寸繪制主軸箱裝配圖及零件圖。 4.2 主軸箱的選擇設計 該柴油機氣缸體三面鉆組合機床左、右主軸箱和后主軸箱都選用400×400的通用主軸箱體。主軸箱體材料為HT200，前后蓋的材料是HT150，雖然主軸箱是通用的，但為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。 4.3 潤滑系統(tǒng)的設計 a)液壓泵 采用B-ZIR12-2型葉片液壓泵，由中間傳動軸經一對齒輪傳動，葉片液壓泵轉速在400～800r/min范圍內，滿足要求見文獻[12]。 b) 油杯 油杯是用來給箱體注油用的，以保證箱體內油量滿足使用要求。 c)分油器 本主軸箱中分油器選用B-ZIR31-2型分油器，其作用是把油分成幾路，分別潤滑不同排數(shù)的齒輪及軸承，以便于保證軸承、齒輪有一定的使用壽命，減少摩擦和磨損、降低振動、消耗發(fā)熱。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。 d)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。 e)油標 油標是用來指示油的高度的，應該放置在便于檢查及油面較穩(wěn)定處，該主軸箱選用管狀油標(GB1162-79)放置在箱體側面上。發(fā)現(xiàn)油量低于最低線時加油，每兩個月更換一次油。 f)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。 5 結論 本次設計的YZ4110柴油機氣缸體三面鉆削組合機床采用液壓滑臺進給、固定式及旋轉式導向裝置導向，工件采用手動夾緊方式，調整、保養(yǎng)以及維修方便。 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。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