柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體及右主軸箱設(shè)計含proe三維及11張CAD圖帶開題

柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體及右主軸箱設(shè)計含proe三維及11張CAD圖帶開題,柴油機,缸體,三面鉆削,組合,機床,總體,整體,主軸,設(shè)計,proe,三維,11,十一,cad,開題 基于三維的柴油機氣缸體三面鉆削組合機床總體及右主軸 箱設(shè)計 摘要：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)計一臺組合機床來改善它的加工情況。本課題設(shè)計一臺加工柴油機氣缸 體的三面鉆削組合機床，主要完成機床總體和右主軸箱的設(shè)計工作。根據(jù)柴油 機氣缸體的結(jié)構(gòu)特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度及生產(chǎn)率等要求，確 定該機床為單工位臥式組合機床，機床采用臥式單工位三面加工的方案，加工 和裝配的工藝性好，零件裝夾方便；為確保加工精度，采用“三面”的定位方 案；為實現(xiàn)無級調(diào)速，操作可靠，選擇液壓滑臺；根據(jù)零件的大小及被加工孔 的位置確定主軸箱的輪廓尺寸；由加工工藝選擇滾珠軸承主軸，通過計算扭矩 確定主軸和傳動軸的直徑；齒輪的模數(shù)是通過類比法確定；齒輪齒數(shù)和中間傳 動軸的位置是由“計算、作圖和多次試湊”相結(jié)合的辦法確定。本組合機床加 工效率高，成本低，加工精度高，操作使用方便，減輕了工人的勞動強度，提 高了勞動生產(chǎn)率。 關(guān)鍵詞：組合機床；主軸箱；主軸；傳動軸；柴油機 1 Design of General and Right Headstock of Modular Machine Tool for Precision drilling Holes of Three-Side Based on Cylinder Body of Three-dimensional Diesel Engine Abstract: The diesel cylinder body is a product which needs mass production. In order to improve the disposition and the production efficiency, designing a high effective modular machine tool is needed to improve the production of the diesel cylinder body. This topic is the design of general scheme and right headstock of modular machine tool for precision drill holes on three-side of diesel cylinder body. According to the request of construction features, processing spot, size precision, surface roughness and productivity of the diesel cylinder body, sets the machine tool for single location horizontal type modular machine tool. The modular machine tool uses the horizontal-type single location three-side processing plan, the processing and assembly technology capability is good, and it clamps conveniently. In order to guarantee the processing precision, the localization plan use "three surfaces". In order to implement the unlimited speed regulation, safe and reliable, therefore choose hydraulic pressure sliding table. According the size of components and the position of the hole that is processed to set the overall size of the headstock. Choosing the taper bearing spindle by processing craft. The spindle and drive shaft diameter is decided through computation torque. The gear modulus is decided through the correlation method. The gear mentions and the position of intermediate propeller shaft is decided by the means "count, drawing and tries to collect many times". This modular machine tool has such advantages: it has high efficiency, the cost is low, the processing precision is high, it is easy to operate, it reduces the worker’s labor intensity, and it enhances the productivity. Key words: modular machine tool；headstock；spindle；drive shaft；diesel engine 2 3 目錄 1 前言 ..............................................................1 2 總體設(shè)計 ..........................................................2 2.1 總體方案論證 ....................................................2 2.1.1 加工對象工藝性的分析 ..........................................2 2.1.2 機床配置型式的選擇 ............................................2 2.1.3 定位基準(zhǔn)的選擇 ................................................2 2.2 確定切削用量及選擇刀具 ..........................................3 2.2.1 選擇切削用量 ..................................................3 2.2.2 計算切削力、切削扭矩及切削功率 ................................5 2.2.3 選擇刀具結(jié)構(gòu) ..................................................6 2.3 組合機床總體設(shè)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 ....................................................6 2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 ................................................8 2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡 .............................................12 2.4 夾具輪廓尺寸的確定 .............................................17 3 組合機床右主軸箱設(shè)計 .............................................18 3.1 繪制右主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖 .....................................18 3.2 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇及動力計算 ...................................19 3.2.1 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇 ...........................................19 3.2.2 主軸直徑和齒輪模數(shù)的初步確定 .................................19 3.2.3 主軸箱動力計算 ...............................................20 3.3 主軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算 .....................................20 3.3.1 計算驅(qū)動軸、主軸的坐標(biāo)尺寸 ...................................20 3.3.2 擬訂主軸箱傳動路線 ...........................................20 3.3.3 傳動軸的位置和轉(zhuǎn)速及齒輪齒數(shù) .................................21 3.4 主軸箱中傳動軸坐標(biāo)的計算及傳動軸直徑的確定 .....................27 3.4.1 傳動軸坐標(biāo)的計算 .............................................27 3.4.2 傳動軸軸徑的確定 .............................................28 3.5 軸的強度校核 ...................................................28 3.6 齒輪校核計算 ...................................................30 3.7 主軸箱中傳動軸坐標(biāo)檢查圖的繪制 .................................33 4 三維建模 .........................................................34 4.1 建模簡介 .......................................................34 4.2 建模過程 .......................................................35 5 結(jié)論 .............................................................38 參 考 文 獻 ........................................................39 致 謝 ...........................................................40 附 錄 ...........................................................41 4 1 前言 本次設(shè)計的課題是基于三維的柴油機汽缸體三面鉆削組合機床總體及右主 箱設(shè)計，水箱面鉆 11 個孔,其中有五個 φ6.7 孔，深 18；四個 φ8.5 孔，深 22；一個 φ6.7 的孔，通孔；一個 φ10.5 孔，通孔。油底殼面鉆 21 個孔, 其 中有十六個 φ6.7 孔，深 17；一個 φ6.8 深 66；四個 φ13 孔，通孔。后蓋板 面(缸尾)鉆 11 個孔，其中有二個 φ8.5 孔，深 20；一個 φ7 孔，深 115；八個 φ6.7 孔，深 18。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)計和右主軸箱的設(shè)計，左和后主軸箱和夾具部分的設(shè)計由同 組其他同學(xué)擔(dān)任。在設(shè)計組合機床過程中，組合機床右主軸箱的設(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(biāo)準(zhǔn)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。 最早的組合機床是 1911 年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機 床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性， 便于用戶使用和維修，1953 年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制 造廠協(xié)商，確定了組合機床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定各部件間的聯(lián) 系尺寸，但對部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。 通用部件按功能可分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助 部件五類。動力部件是為組合機床提供主運動和進給運動的部件。主要有動力 箱、切削頭和動力滑臺。 支承部件是用以安裝動力滑臺、帶有進給機構(gòu)的切削頭或夾具等的部件， 有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。 輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工 作臺、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺、分度鼓輪和往復(fù)移動工作臺等。 控制部件是用以控制機床的自動工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操 縱臺等。輔助部件有潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。 為了使組合機床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技術(shù)， 把結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)塔式組合機床。 組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化 結(jié)構(gòu)、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(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。 5 2 總體設(shè)計 2.1 總體方案論證 2.1.1 加工對象工藝性的分析 A. 本機床被加工零件特點 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。 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、右面的孔，由本設(shè)備“ZH1105w 三工位專用鉆床”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) 水箱面鉆 11 個孔：依次鉆削 4×φ8.5 深 22、1×φ10.5 深 15、1×φ6.7 深 15、5×φ6.7 深 18 的孔，表面粗糙度 12.5，各孔位置度公差 為 φ0.02mm； b) 油底殼面鉆 21 個孔：兩側(cè)鉆 4×φ13 深 16 的孔，表面粗糙度 12.5， 各孔位置度公差為 φ0.03mm；并鉆削頂面 16×φ6.7 深 17 和鉆 1×φ6.8 深 66 的孔，表面粗糙度 12.5，各孔位置度公差為 φ0.03mm。 c) 后蓋板面(缸尾)鉆 11 個孔,一側(cè)鉆 2×φ8.5 深 20 的孔,表面粗糙度為 12.5,各孔位置度公差為 φ0.02mm,并鉆削 1×φ7 深 115 及 8×φ6.7 深 18 的 孔,表面粗糙度為 12.5,各孔位置度公差為 φ0.03mm。 C. 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，液壓驅(qū)動。 2.1.2 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。 2.1.3 定位基準(zhǔn)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(zhǔn)，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三面定位，以油 底殼面為定位基準(zhǔn)面，限制三個自由度；水箱面限制三個自由度；再用一個后 6 蓋板面限制三個自由度。 2.2 確定切削用量及選擇刀具 2.2.1 選擇切削用量 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 6-11 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fv 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(fù)荷最重,inif 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相同的要求。 A. 43 個孔的切削用量的選擇 a) 鉆孔 4×φ8.5，深 22mm 查[1]第 130 頁表 6-11 高速鉆頭切削用量得 由 d＞6～12，硬度在 200～241HBS，選擇 v=10～18m/min,f=(0.1～0.18) mm/r。取 ，根據(jù)公式：50/minr? (2-1) 10 dv?? 得： 3.4/in 查[1]第 131 頁表 6-12 根據(jù)孔深確定 3.4/minv 0.1/fmr?50/inr? ；50/if? b) 鉆孔 1×φ10.5，深 15mm 查[1]第 130 頁表 6-11 鉆孔切削用量得：由 d＞6～12，硬度在 200～241HBS，選擇 v=10～18m/min, f=(0.1～0.18)mm/r。 取 ，根據(jù)公式：（2-1）50/minr? 得： 16.5/minv? 查[1]第 131 頁表 6-12 根據(jù)孔深確定 16.5/minv?0.1/fmr?/inr ；0/ifv c)鉆孔 1×Φ6.7，深 15mm, 查[1]第 130 頁表 6-11 高速鉆頭切削用量得： 由 d＞6～12，HBS 在 200～241 HBS，選擇 v=10～18m/min, f=(0.1～0.18) mm/r。取 ，根據(jù)公式：（2-1）50/minr? 得： 10.5/inv? 查[1]第 131 頁表 6-12 根據(jù)孔深確定 10.5/minv?0.1/fmr? 7 50/minr? ；50/minfvn? d)鉆孔 5×Φ6.7，深 18mm, 查[1]第 130 頁表 6-11 高速鉆頭切削用量得： 由 d＞6～12，HBS 在 200～241 HBS，選擇 v=10～18m/min, f=(0.1～0.18) mm/r。取 ，根據(jù)公式：（2-1）50/inr? 得： 10.5/inv? 查[1]第 131 頁表 6-12 根據(jù)孔深確定 10.5/invm?0.1/fmr?/minr ；/ifv e）鉆 1×Φ6.8，深 66mm，查[1]第 130、131 頁表 6-11、6-12 高速鉆頭切 削用量及深孔鉆削切削用量遞減表：由 d>6～12，HBS 在 200～241 HBS，選擇 v=10～18m/min, f=(0.1～0.18)mm/r。孔深為（8～10）d、f=(0.07～0.126) mm/r,取 f-0.091mm/r。則： 50/min.91fvnr? ；7/id? f）鉆 16×Φ6.7，深 17mm，查[1]由 d＞6～12，HBS 在 200～241 HBS，選 擇 v=10～18m/min, f=(0.1～0.18)mm/r。取 ，根據(jù)公式：（2-50/inr? 1） 得： 10.5/minv? 查[1]第 131 頁表 6-12 根據(jù)孔深確定 1./iv0.1/fmr?50/minr? ；/ifv g）鉆孔 4×Φ13，深 16mm, 第 130、131 頁表 6-11、6-12 高速鉆頭切削用 量及深孔鉆削切削用量遞減表：由 d>12～22，HBS 在 200～241 HBS，選擇 v=10～18m/min, f=(0.18～0.25)mm/r。孔深為 3d、f=0.185mm/r。則： 5027/min.18fvnr? ；/id? h）鉆孔 2×Φ8.5，深 20mm, 查[1]第 130 頁表 6-11 高速鉆頭切削用量得 由 d＞6～12，硬度在 200～241HBS，選擇 v=10～18m/min,f=(0.1～0.18) mm/r。取 ，根據(jù)公式：（2-1）50/minr? 得： 13.4/minv? 查[1]第 131 頁表 6-12 根據(jù)孔深確定 0.1/fmr? 8 50/minr? ；50/minfvn? i) 1×Φ7，深 115mm, 查[1]第 130、131 頁表 6-11、6-12 高速鉆頭切削 用量及深孔鉆削切削用量遞減表：由 d>6～12，HBS 在 200～241 HBS，選擇 v=10～18m/min, f=(0.1～0.18)mm/r。孔深為（15～20）d、f=(0.05～0.09) mm/r,取 f-0.08mm/r。則： 5062/min.8fvnr? ；137/id? j) 鉆 8×Φ6.7，深 18mm，查[1]由 d＞6～12，HBS 在 200～241 HBS，選 擇 v=10～18m/min, f=(0.1～0.18)mm/r。取 ，根據(jù)公式：（2-50/inr? 1） 得： 10.5/minv? 查[1]第 131 頁表 6-12 根據(jù)孔深確定 1./iv0.1/fmr?50/minr? ；/ifv 2.2.2 計算切削力、切削扭矩及切削功率 根據(jù)[1]第 134 頁表 6-20 中公式 （2-0.8.62FDfHB? 2） （2-1.908.6Tf 3） （2-74vPD?? 4） 式中， F—切削力（N） ； T—切削轉(zhuǎn)矩（N·㎜） ； P—切削功率（kW） ； v—切削速度（m/min） ； f—進給量（mm/r） ； D—加工（或鉆頭）直徑（mm） ； HB—布氏硬度， ??maxaxmin13HBBH?? 9 在本設(shè)計中， ， ，得 HB=223.33。max240HB?min190? 由以上公式可得： 左面 單根 22～26 軸 F=708.62N T=1509.775N·mm P=0.077kw 27～30 軸 F=899N T=2372.84N·mm P=0.122kw 31 軸 F=708.62N T=1509.77N·mm P=0.077kw 32 軸 F=1110.53N T=3545.095N·mm P=0.182kw 右面 單根 1～4 軸 F=2249.17N T=8701.58N·mm P=0.24kw 5～20 軸 F=708.62N T=1509.77N·mm P=0.077kw 21 軸 F=666.94N T=1440N·mm P=0.08kw 后面 單根 33～34 軸 F=899N T=2372.84N·mm P=0.122kw 43 軸 F=619.33N T=1372.55N·mm P=0.088kw 35～42 軸 F=708.62N T=1509.775N·mm P=0.077kw 總的切削功率：即求各面上所有軸的切削功率之和 左面 Pw=1.132kw 右面 Pw=2.272Kw 后面 Pw=0.948kw 2.2.3 選擇刀具結(jié)構(gòu) 根據(jù)工件材質(zhì)、加工精度、表面粗糙度、排屑及生產(chǎn)率等要求采用錐柄麻 花鉆頭，鉆頭材料高速鋼，刀柄材料 40Cr。加工 Φ6.7 的孔采用 Φ6.7G7 的刀 具，加工 Φ7 的孔采用 Φ7G7 的刀具，加工 Φ6.8 的孔采用 Φ6.8G7 的刀具， 加工 Φ13 的孔采用 Φ13G7 的刀具，加工 φ10.5 的孔采用 φ10.5G7 的刀具， 加工 φ8.5 的孔采用 φ8.5G7 的刀具。導(dǎo)向裝置設(shè)置在機床夾具上，鉆摸板不 能隨夾具的鉆模架一起移動，所以選用的導(dǎo)向裝置是固定式導(dǎo)向。 2.3 組合機床總體設(shè)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(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(zhǔn)、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 10 附錄[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(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[2] 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)。加工 Φ6.7 的孔采用 Φ6.7G7 的錐柄麻花鉆，加工 Φ7 的孔采用 Φ7G7 的錐柄麻花鉆，加工 Φ6.8 的孔采用 Φ6.8G7 的錐柄麻花鉆，加工 Φ13 的孔采用 Φ13G7 的錐柄麻花鉆， 加工 φ10.5 的孔采用 φ10.5G7 的錐柄麻花鉆，加工 φ8.5 的孔采用 φ8.5G7 的錐柄麻花鉆。 B. 確定主軸、尺寸、外伸尺寸 在該課題中，主軸用于鉆孔，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 (2-7)46.210d? 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： 軸 1 d=15.08㎜ 右主軸箱： 軸 2 d=18.94㎜ 后主軸箱： 軸 3 d=1.72㎜ 根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑，查[1]第 44 頁表 3-6 可得到主軸外伸尺 寸及接桿莫氏圓錐號。 主軸軸徑 d=15.08㎜時，主軸外伸尺寸為： ,L=115㎜；接桿2/3/0Dd? 莫氏圓錐號為 1.2 號。 主軸軸徑 d=18.94㎜時，主軸外伸尺寸為： ,L=115㎜；接桿// 莫氏圓錐號為 1.2 號。 主軸軸徑 d=13.72㎜時，主軸外伸尺寸為： ,L=85㎜；接桿莫2/5/16d? 氏圓錐號為１號。 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L工 11 工作進給長度 ，應(yīng)等于加工部位長度（多軸加工時按最長孔計算）與刀L工 具切入長度 和切出長度 之和。 即： 12 (2-8)12L??工 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。1 查[1] P46 表 3-7 切出長度的確定得鉆孔時 (2-9)2(38d～ ） 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 1d 2L工 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。初步選定左右后三個個 主軸箱上刀具的快速進給長度分別為 70㎜和 78㎜和 75mm。 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，左右后三面快速退回長度分別為 100㎜和 150mm 和 200mm。 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。左面的前備量取 100㎜， 后備量取 40㎜，則總行程為 240㎜；右面前備量取 100㎜，后備量取 40㎜，則 總行程為 290㎜；后面前備量取 100㎜，后備量取 40㎜，則總行程為 340㎜。 2.3.3 機床聯(lián)系尺寸圖 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(dāng)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， 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) 12 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 12 個孔和右面上的 31 個孔，位 置精度和尺寸精度要求較高，因此采用液壓滑臺。 由此，根據(jù)已定的工藝方案和機床配置形式并結(jié)合使用及修理等因素，確 定機床為臥式雙面單工位液壓傳動組合機床，液壓滑臺實現(xiàn)工作進給運動，選 用配套的動力箱驅(qū)動主軸箱鉆孔主軸。 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 （2-1 niPF??多 軸 箱 10） 式中， —各主軸所需的向切削力，單位為 N。則：i 左主軸箱 48910.5378.620.58.2496N?????多 軸 箱 右主軸箱 6.4917F?多 軸 箱 后主軸箱 2...?多 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(yīng)大于 。F多 軸 箱 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[1]P91 表 5-1，左、右、后三面的液壓滑臺均選用 1HY32IA 型。由[1]P91 表 5-3 知：臺面寬 B=320mm，臺面長 L2=630mm,行程長 400mm，滑臺及滑座總高 840mm,滑座長 630mm，允許最大進給力 32000N，快速 行程速度 10m/min，工進速度 20～650mm/min。 B．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 頁式P切 削 （2-??切 削多 軸 箱 11）式中, —消耗于各主軸的切削功率的總和（Kw） ；P切 削 —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(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 。0.8?? 左主軸箱： 1.32PKw?切 削 則 .4508多 軸 箱 13 右主軸箱： 2.7PKw?切 削 則 .840.多 軸 箱 后主軸箱： 9切 削 則 .1.58PKw?多 軸 箱 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] P114～115 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 Y100L1-4 2.2 1430 715 右主軸箱 1TD32-Ⅱ Y100L2-4 3.0 1430 715 后主軸箱 1TD32-Ⅰ Y100L1-4 2.2 1430 715 C. 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(zhǔn)面到地面的垂直距離。本課題中，工 件最低孔位置 ，主軸箱最低主軸高度 ，所選滑臺與滑座總28hm?160hm? 高 ，側(cè)底座高度 ，夾具底座高度 ，中間底座360450h?538 高度 ，綜合以上因素，該組合機床裝料高度取 H=850㎜。 D. 確定主軸箱輪廓尺寸 14 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1h 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(guān)，可按下式計算： （2-12b?? 12） （2-h 13） 式中，b—工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（㎜） ；1 —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(yuǎn)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㎜） 、1 mh5.402? 滑臺滑座總高（ ） 、側(cè)底座高度（ ）等尺寸有關(guān)。對于m2803?6 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 ，本組合機床按式4~851?h （2-??12340.5hHh??? 14） m50)68.(85.401 ?? 右主軸箱輪廓尺寸為： ,取 ，則求出主軸箱輪廓尺寸：mhb3410?， b1 bB60241?? mH28535 根據(jù)上述計算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定主軸箱輪廓尺寸為 B×H=400㎜×630㎜。 對左軸箱計算公式與方法相類似，其輪廓尺寸均為 400mm×630mm。 由表 7-2 可知：前蓋 55mm，后蓋 90mm，中間箱體寬 180mm。 機床總圖見附錄[3] 15 2.3.4 機床生產(chǎn)率計算卡 圖 2-2 左動力頭循環(huán) 16 圖 2-3 右動力頭循環(huán) 圖 2-4 后動力頭循環(huán) 單件工時： 可按下式計算 T單 （2-12ff fkLLtttvv???????????????快 進 快 退切 移輔 停 裝單 15） 式中 ——分別為刀具第 Ⅰ、第Ⅱ工作進給長度,單位為 mm;12L、 17 ——分別為刀具第Ⅰ、第Ⅱ工作進給量,單位為 mm/min;12ffV、 ——當(dāng)加工沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時，滑臺在死擋鐵上的t停 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)所需的時間，單位 為 min; ——分別為動力部件快進、快退行程長度，單位為 mm; L快 進 快 退、 ——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kfV 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;t移 ——工件裝、卸（包括定位或撤銷定位、夾緊或松開、清理基面或切裝 卸 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1Q? 須重新選擇切削用量或修改機床設(shè)計方案。 左面： min6.0??停工 進機 tVLtf in527.0?裝 、 卸移快 退快 進輔 ttfk in127.5.06??單t 右面： mi4.停工 進機 tVLtf in528.0???裝 、 卸移快 退快 進輔 ttfk i96.1528.04.1單t 后面： min.??停工 進機 tVLtf in527.0裝 、 卸移快 退快 進輔 ttfk 18 min0275.3.52???單t 對多面和單工位加工機床，在計算時應(yīng)以所有工件單件加工最長的時間作 為單件工時，所以選 ，則 （件/小時） 。.iT單 1609.83.275Q? A. 理想生產(chǎn)率 Q（件/h） 理想生產(chǎn)率是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)（包括備品及廢品率）所要求的機床生產(chǎn) 率。用[1]第 51 頁公式 （2-kNt? 16） 計算，式中， N—年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件） ，本課題中 N=36000 件； —全年工時總數(shù)，本課題以單班制，則 。kt 2350kth? 則 36015.2/kQht?件 B. 實際生產(chǎn)率 Q1（件/h） 實際生產(chǎn)率是指所設(shè)計的機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。即公式[1] 第 51 頁 （2-NQT?單 17） 式中， —生產(chǎn)一個零件所需時間（min） 。T單 則 16019.8/3.275kNQht?件 C. 機床負(fù)荷率 ? 機床負(fù)荷率為理性鄉(xiāng)生產(chǎn)率與實際生產(chǎn)率之比。即公式[1]第 52 頁 （2-1Q? 18） 則 15.327%98? 19 表 2-3 機床生產(chǎn)率計算卡 圖號 --- 毛坯種類 鑄件 名稱 ZH1105 氣缸體 毛坯重量 36.5kg被加工零件 材料 HT250 硬度 HB190-240 工序名稱 左右后三面鉆孔 工序號 工時(min) 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) 機加 工 時間 輔助 時間 共計 1 裝卸工件 1 0.5 0.5 2 右滑臺快進 78 10000 0.0078 0.0078 鉆孔 4x 13?13 16 72 11 270 0.185 50 鉆孔 16x 6.7 6.7 17 72 10.5 500 0.1 50 鉆孔 1x 6.8 6.8 66 72 11.7 550 0.091 50 死檔鐵停留 快退 150 3 左滑臺快進 70 10000 0.015 0.015 20 鉆孔 5x 6.7?6.7 18 30 10.5 500 0.1 50 鉆孔 4x 8.5 8.5 22 30 13.4 500 0.1 50 鉆孔 1 6.7 6.7 15 30 10.5 500 0.1 50 鉆孔 1 10.5 10.5 15 30 16.5 500 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 2x 8.5?8.5 20 125 13.4 500 0.1 50 鉆孔 8x 6.7 6.7 18 125 10.5 500 0.1 50 鉆孔 1x 7 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 總計 3.0875min 單件工時 3.0875min 機床生產(chǎn)率 19.82 件/h 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 機床負(fù)荷率 77.8% 2.4 夾具輪廓尺寸的確定 夾具輪廓尺寸是指夾具底座的輪廓尺寸，即長×寬×高。 長度尺寸與工件長度尺寸、工件至模板的距離尺寸、模板架寬度尺寸有關(guān)。 從機床總圖中查得夾具總長為：880mm。 夾具高度尺寸由前面裝料高度尺寸定為 726mm，寬度尺寸除考慮工件本身 寬度外，再加其他寬度方向上能布置下工件的定位、夾緊及其他機構(gòu)，從總圖 中查得寬度尺寸為：810mm。 中間底座尺寸的確定： 在加工示意圖中，已經(jīng)確定了工件端面至主軸箱在加工終了時距離，根據(jù) 選定的動力部件及配套部件的位置關(guān)系，并考慮到動力頭的前備量等因素，就 可以確定中間底座長度尺寸 L。 （2-????123123/ll???? 19） 式中： 為工件端面到主軸箱在加工終了時端面的距離； 1L mL140? 主軸箱厚度；2 mL325? 工件的總長度；3 90 21 3 組合機床右主軸箱設(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 繪制右主軸箱設(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:400×630×325； b) 工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸； 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 3-1： 圖 3-1 原始依據(jù)圖 附表： a) 被加工零件 22 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 3-1 主軸外伸長度及切削用量 主軸外伸尺 寸（mm） 軸號 加工直 徑 （mm） 主軸直 徑 （mm） D/d L 切削速度 v（m/min ） 轉(zhuǎn)速 n（r/min ） 每轉(zhuǎn)進 給量 f（mm/r ） 1～4 Ф13 Ф20 32/20 115 11 500 0.185 5～20 Ф6.7 Ф20 32/20 115 10.5 270 0.1 21 Ф6.8 Ф20 32/20 115 11.7 550 0.091 1TD32-Ⅱ動力箱電動機功率 3kW，轉(zhuǎn)速 1430r/min,驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速 715r/min， 驅(qū)動軸到滑臺表面距離為 94.5mm，其他尺寸可查動力箱裝配圖。 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(dǎo)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=40mm。 b) 齒輪的模數(shù) 主軸直徑已在總體設(shè)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)3)2~0(znp? 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。 23 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。由于本主軸箱為鉆孔主軸箱，主軸轉(zhuǎn)速誤 差較小，且加工孔的位置比較集中，可以根據(jù)實際需要選出齒輪模數(shù)為 3、4 兩 種。 該主軸箱中兩條主要傳動鏈中的齒輪，由于往往和多個齒輪同時嚙合，受 力較復(fù)雜，且往往速度較低，受力較大，所以選用大一點的模數(shù)，而對其它一 些齒輪可選小一些，如取 m=3,m=4, 具體各齒輪的模數(shù)如圖 4 所示。 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 3.3.1 計算驅(qū)動軸、主軸的坐標(biāo)尺寸 根據(jù)原始依據(jù)圖 3-1，計算驅(qū)動軸、主軸的坐標(biāo)尺寸，如表 4-2 所示： 表 3-2 驅(qū)動軸、主軸坐標(biāo)值 坐 標(biāo) 銷 10驅(qū)動軸 0 主軸 1 主軸 2 主軸 3 主軸 4 主軸 5 主軸 6 X 0.000 265.000 455.000 60.000 60.000 455.000 395.790 340.500 Y 0.000 94.500 236.000 236.000 70.000 70.000 224.710 228.000 坐 標(biāo) 主軸 7 主軸 8 主軸 9 主軸 10 主軸 11 主軸 12 主軸 13 主軸 14 X 285.500 230.500 175.500 119.750 100.000 100.000 119.750 175.500 Y 228.000 228.000 228.000 224.710 183.000 133.000 91.280 88.000 坐 標(biāo) 主軸 15 主軸 16 主軸 17 主軸 18 主軸 19 主軸 20 X 230.500 285.500 340.500 395.790 416.000 416.000 Y 88.000 88.000 88.000 91.280 133.000 183.000 3.3.2 擬訂主軸箱傳動路線 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) 分析主軸的位置 該主軸箱中的主軸 1 軸、2 軸、3 軸、4 軸可看成矩形分布，5 軸～20 軸也 可看成矩形分布，21 軸單獨排布，用 22 軸～32 軸來帶動。 24 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(dāng)驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速較低時，5.31~ 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 25 最后確定了齒輪的齒數(shù)和中間設(shè)計軸的位置。為滿足齒輪的嚙合關(guān)系，有些齒 輪采用了變位齒輪來保證中心距的要求。 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 主軸 min/2704321rnn??5.65i/021r 驅(qū)動軸 n47n? 各主軸總傳動 5.