0166-ZH1105柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床（左主軸箱）設(shè)計【全套14張CAD圖+文獻翻譯+說明書】
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1前言
組合機床是用按系列化標準化設(shè)計的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求設(shè)計的專用部件組成的專用機床。
本人課題來源于江蘇江淮動力集團，本人所設(shè)計的題目是ZH1105柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床設(shè)計，主要完成左主軸箱裝配圖和零件圖設(shè)計任務(wù)，所設(shè)計的機床主要用于加工柴油機左氣缸體，本人在完成“三圖一卡”的基礎(chǔ)上，完成組合機床自動加工柴油機氣缸體的左主軸箱設(shè)計。
1.1 總體設(shè)計
1、制定工藝方案，確定機床的配置型式及結(jié)構(gòu)方案；
2、三圖一卡設(shè)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。
1.2 左主軸箱設(shè)計
1、左箱總裝圖；
2、左軸箱箱體零件圖；
3、其它零件圖；
4、有關(guān)計算、校核等
1.3 發(fā)展狀況及涉及內(nèi)容
當我國加入WTO以后，制造業(yè)所面臨的機遇與挑戰(zhàn)并存。對組合機床的要求相對提高，從而設(shè)計機床的要求也提高。為了組合機床行業(yè)適時調(diào)整戰(zhàn)略，采取了積極的應(yīng)對策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢頭，截至2002年9月份，組合機床行業(yè)僅組合機床產(chǎn)品一項，產(chǎn)量快速增長，相比2001年同比增長了十個百分點以上, 另外組合機床行業(yè)工業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全員工資總額、出口交貨值等經(jīng)濟指標均有不同程度的增長，新產(chǎn)品、新技術(shù)較去年均有大幅度提高，可見行業(yè)企業(yè)運營狀況良好。
研究的主要內(nèi)容可涉及：工程設(shè)計相關(guān)的理論；產(chǎn)品設(shè)計中的技術(shù)難點；對如何進行同類產(chǎn)品設(shè)計進行研究；相關(guān)行業(yè)的熱點技術(shù)問題；針對的設(shè)計任務(wù)的特點所采用的相關(guān)結(jié)構(gòu)的工作原理；如何用相關(guān)的技術(shù)手段來保證設(shè)計質(zhì)量；設(shè)計產(chǎn)品所涉及的相關(guān)技術(shù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性校驗；產(chǎn)品設(shè)計的操作簡便性、制造和使用的經(jīng)濟性；產(chǎn)品設(shè)計的環(huán)保、節(jié)能特性；產(chǎn)品設(shè)計的制造可實施性；產(chǎn)品設(shè)計的壽命；產(chǎn)品設(shè)計中零、部件的標準化、通用化問題。
1.4 本課題擬解決的問題
1、總體設(shè)計問題:如設(shè)計選型、產(chǎn)品總體布局、產(chǎn)品配置；
2、產(chǎn)品設(shè)計的特殊要求:例如特定的參數(shù)要求，特定的結(jié)構(gòu)要求，特定的性能要求；
3、產(chǎn)品傳動方案的確定:標準件、通用件的選擇；
4、詳細設(shè)計相關(guān)問題:例如相關(guān)的強度校核、剛度校核、局部結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的方案確定；
5、產(chǎn)品的設(shè)計分析:例如有限元分析、運動分析、動力學(xué)分析；
6、工藝設(shè)計方案的論證:設(shè)計效果仿真；加工模擬仿真；
7、生產(chǎn)效率:經(jīng)濟性；生產(chǎn)周期；
1.5 解決方案及預(yù)期效果
1.5.1 解決方案：
1、采用何種總體設(shè)計方案；針對某種需求采用何種特殊結(jié)構(gòu)；
2、易損件采用便于裝拆的結(jié)構(gòu)；采用何種設(shè)計手段；
3、采用何種分析手段；采用何種實驗手段；
4、采用何種優(yōu)化方法；采用何種仿真手段；
1.5.2 預(yù)期效果：
產(chǎn)品的制造工藝性好；產(chǎn)品外形美觀；產(chǎn)品的制造成本降低；提高設(shè)計的一次成功率、減少設(shè)計返工；交貨期縮短；產(chǎn)品使用中的維護成本降低；設(shè)計的產(chǎn)品工作更穩(wěn)定、可靠；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理，符合工作現(xiàn)場的需要，更易于操作和使用；產(chǎn)品的使用效果達到什么樣的指標；產(chǎn)品拆卸方便、更易于維護；所設(shè)計的部分符合整個工藝流程的要求。
本次畢業(yè)設(shè)計歷時四個多月，在指導(dǎo)老師的細心指導(dǎo)下，在本組設(shè)計人員的共同努力下，我們的畢業(yè)設(shè)計得以按時圓滿地完成。在此向所有支持我這次畢業(yè)設(shè)計的老師和同學(xué)表示深深的感謝！
2 方案論證
組合機床的通用部件分大型和小型兩大類。用大型通用部件組成的機床稱為大型組合機床，用小型通用部件組成的機床稱為小型組合機床。
機床帶有一套固定的夾具，根據(jù)所需加工面數(shù)布置動力部件。動力部件可以是立式，臥式或斜式安裝。工件安裝在機床的固定夾具里，夾具和工件固定不動。動力滑臺上的動力箱連同多軸箱或單軸切削頭實現(xiàn)切削運動。
根據(jù)加工零件的要求，本機床采用單工位組合機床。刀具對零件的加工為平行加工，動力部件采用臥式安裝，品字型結(jié)構(gòu)。
2.1 組合機床工藝方案的制定
2.1.1 確定機床完成工藝時的一些限制
1、孔間中心距的限制
在確定組合機床完成工藝時，要考慮可同時加工的最小孔中心距。由于主軸箱的主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)備導(dǎo)向的需要，所以近距離孔能否在同一多軸箱上同一工位加工受其限制。
2、結(jié)構(gòu)工藝性不好的限制
有些工件結(jié)構(gòu)工藝性不好，如箱體多層壁上的同軸線的孔徑中間大兩頭小時，則進刀困難。當孔徑大于ф50mm時，可采用讓刀的辦法。多層壁同軸孔，為便于布置中間導(dǎo)向裝置，孔中心離箱體側(cè)壁間距離也應(yīng)夠。
2.2 確定切削用量及選擇刀具
2.2.1 選擇切削用量
16個被加工孔中，由于既有鉆孔加工又有鏜孔加工，所以選擇切削用量時應(yīng)綜合考慮，鉆孔切削用量從文獻[9]的130頁表6-11中選取，鏜孔切削用量從文獻[9]的130頁表6-15中選取。由于鉆孔的切削用量與鉆孔深度有關(guān)，隨孔深的增加而逐漸遞減，其遞減值按文獻[9]的131頁表6-12選取。鉆孔時，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，降低切削速度主要是為了提高刀具壽命。
1、對右側(cè)面上5個孔的切削用量的選擇：保證進給速度相等
A．鉆孔4：Φ36.4，通孔.
由d＞22-50，硬度大于190-240HBS，選擇v=10-18m/min,f＞0.25-0.4mm/r,又d=36.4mm,取定v=17.6m/min,f=0.3mm/r,則由文獻[5]的43頁知
（2-1）
得： n=1000×17.6/36.4π=154r/min
B．鉆孔5： Φ24.4，通孔
由d＞22-50，硬度大于190-240HBS，選擇v=10-18m/min,f＞ 0.25-0.4mm/r,又d=24.4mm,取定v=17.7m/min,f=0.3mm/r,則由
得： n=1000×17.7/24.4π=230r/min
C．鏜孔1、2： Φ61.4
由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中選擇,考慮到刀具壽命以及進給速度的一致性，取v=35m/mim,f=0.6mm/r，則
=1000×35/61.4π=181.5r/min
D．鏜孔6： Φ56.6
由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中選擇,考慮到刀具壽命以及進給速度的一致性，取v=40m/min,f=0.5mm/r，則
=1000×40/56.6π=225r/min
2.2.2 對左側(cè)面上4個孔的切削用量的選擇
由于分兩次進給，要同時考慮進給速度和轉(zhuǎn)速，兩次進給轉(zhuǎn)速要相同，同次進給保證進給速度相同
A．鏜孔3： Φ194.4/Φ124.4
由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中選擇,考慮到刀具壽命,加工余量應(yīng)取小一點，故加工Φ193.8孔采用分層切削。
第一次進給主要加工Φ194.4孔，取定v=50m/min,f1=0.50mm/r,則
=1000×50/194.4π=82r/min
第二次進給要同時鏜Φ124.4孔，考慮到軸向切削力，進給量應(yīng)選小一點,取定v=37.3m/min,f2=0.6mm/r，則
=1000×37.3/124.4π=95r/min
B．鏜孔1、2： 2×Φ61.4
由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中選擇,考慮到刀具壽命以及進給速度的一致性，取定v1=35m/mim,f1=0.6mm/r，則
=1000×35/61.4π=181.5r/min
同軸轉(zhuǎn)速相同，進給速度一致，取定v2=35m/min,f2=0.60mm/r
C．鉆孔： Φ36.4，通孔
由d＞22-50，硬度大于190-240HBS，選擇v=10-18m/min,f＞0.25-0.4mm/r,又d=35.8mm,取定第一次進給v1=17.9m/min,f1=0.3mm/r,則
=1000×17.9/36.4π=157r/min
同軸轉(zhuǎn)速相同，進給速度一致，取定v2=17.9m/min,f2=0.3mm/r
2.2.3 對后面上1個孔的切削用量的選擇
鏜孔： Φ114.4/Φ115/Φ122.4
由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，在v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中選擇，考慮轉(zhuǎn)速和進給速度的一直性，取定v=36/40/45m/min。
第一次進給，取定f1=0.36mm/r；第二次進給,取定f2=0.16mm/r，則=1000×55.7/114.4π=155r/min
（孔的編號見被加工零件工序圖）
2.3 計算切削力、切削扭矩及切削功率
根據(jù)文獻[9]的134頁表6-20中公式計算鉆孔
（2-2）
（2-3）
（2-4）
根據(jù)文獻[9]的134頁表6-20中公式計算鏜孔
（2-5）
（2-6）
（2-7）
（2-8）
式中， F、Fz-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）；ap-切削深度（mm）； D-加工（或鉆頭）直徑（mm）； HB-布氏硬度， 得HB=223。
由以上公式可得：
右面 1、2軸
4軸
5軸
6 軸
左面 1、2軸
3軸 孔徑194.4mm
孔徑124.4mm
6軸
后面 孔徑為114.4mm
孔徑為122.4mm
孔徑為122.4mm
(軸編號與孔編號相對應(yīng))
2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu)
根據(jù)加工精度、工件材料、工件條件、技術(shù)要求等進行分析，按照經(jīng)濟地滿足加工要求的原則，合理地選擇刀具。只要所選工藝方案可以采用剛性較好的鏜桿，還是采用鏜削方法，這是因為鏜刀制造簡單，刃磨方便。
當被加工孔直徑在Φ40mm以上時，組合機床上多采用鏜削加工，其加工精度可高達1-2級。
直徑小于Φ40mm時，選用鉆削方法，鉆頭選用高速鋼修磨棱帶及橫刃鉆頭。鏜孔選用合金鏜刀頭。
直徑大于Φ40mm時，選用鏜削方法，刀具材料為硬質(zhì)合金。當加工階梯孔時，選用階梯桿，由于多刀加工，扭矩較大，所以要選用強度較好的刀桿材料：41Gr。
3 組合機床總體設(shè)計—三圖一卡
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)計的重要依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)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(chǔ)上，突出本機床或自動線的加工內(nèi)容，并作必要的說明而繪制的。其主要內(nèi)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(shè)計有關(guān)部位結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。
2、本工序所選用的定位基準、夾壓部位及夾緊方向。
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(shù)要求以及對上道工序的技術(shù)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3-1 被加工零件工序圖
3.2 加工示意圖
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。
3.2.1 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)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(dǎo)向裝置來保證的。導(dǎo)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。
本課題中鏜孔采用旋轉(zhuǎn)套導(dǎo)向，鉆孔采用固定套導(dǎo)向。
a.尺寸規(guī)格的選用
b.導(dǎo)向套的布置
c.導(dǎo)向套配合的選擇
3.2.2 確定主軸、尺寸、外伸尺寸
在該課題中，主軸既有用于鏜孔又有用于鉆孔，鏜孔選用滾錐軸承主軸，鉆孔選用滾珠軸承主軸。鏜孔時主軸與刀具采用浮動卡頭連接，主軸屬于短主軸；鉆孔時主軸與刀具采用接桿連接，主軸屬于長主軸。
根據(jù)由選定的切削用量計算得到的切削轉(zhuǎn)矩T，由文獻[9]的43頁公式
式中，d—軸的直徑（㎜）；T—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·m）；B—系數(shù)，本課題中鏜孔主軸為剛性主軸，取B=7.3；鉆孔主軸為非剛性主軸，取B=6.2。
由公式可得：
左面 軸1 d>=30㎜ 取定d=40㎜
軸2 d>=30mm 取定d=40㎜
軸4 d>=30.46㎜ 取定d=40㎜
軸6 d>=25.35㎜ 取定d=40㎜
右面 軸1、2 d>=37㎜ 取定d=40㎜
軸4 d>=34㎜ 取定d=35㎜
軸5 d>=28㎜ 取定d=30㎜
軸6 d>=35㎜ 取定d=45㎜
后面 軸徑 d>=55mm 軸徑實際設(shè)計時確定
根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑，文獻[9]的44頁表3-6可得到主軸外伸尺寸幾接桿莫氏圓錐號。滾錐主軸軸徑d=40㎜時，主軸外伸尺寸為：D/d1=67/48,L=135㎜。滾錐主軸軸徑d=35㎜時，主軸外伸尺寸為：D/d1=50/36,L=115㎜。滾珠主軸軸徑d=30㎜時，主軸外伸尺寸為：D/d1=50/36,L=115㎜；接桿莫氏圓錐號為4。滾珠主軸軸徑d=30㎜時，主軸外伸尺寸為：D/d1=50/36,L=115㎜；接桿莫氏圓錐號為3。
3.2.3 動力部件工作循環(huán)及行程的確定
1、工作進給長度L工的確定
工作進給長度L工，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L1和切出長度L2之和。切入長度一般為5-10㎜，根據(jù)工件端面的誤差情況確定；鏜孔時，切出長度一般為5-10mm。
當采用復(fù)合刀具時,應(yīng)根據(jù)具體情況決定。所以得出以下結(jié)果:
左主軸箱：工進長度:55mm
右主軸箱：工進長度:95mm
后主軸箱：工進長度:128mm
2、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。初步選定三個主軸箱上刀具的快速進給長度分別為215㎜，255㎜和125㎜。
3、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270㎜，350mm,253mm。圖2-3為加工示意圖。
圖3-2 加工示意圖
3.3 機床尺寸聯(lián)系總圖
3.3.1 選擇動力部件
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
計算。
式中，F(xiàn)i—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,為克服滑臺移動引起的摩擦阻力，動力滑臺的進給力應(yīng)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[9]的91頁表5-1，左、右、后面分別選用機械滑臺HJ40ⅡA型、HJ40ⅢA型、HJ40ⅠA型，臺面寬400mm，臺面長800mm，滑臺及滑座總高為320mm，允許最大進給力為20000N；其相應(yīng)的側(cè)底座型號分為1CC401M、1CC401M、1CC401。
3.3.2 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]的47頁公式計算：
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(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5。
右主軸箱：
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，查文獻[9]的頁表5-38得出動力箱及電動機的型號,見表2-1。
表 3-1 動力箱及電動機的型號
動力箱型號
電動機型號
電動機功率(Kw)
電動機轉(zhuǎn)速(r/PM)
輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min)
左主軸箱
1TD40-I
Y132S-8
２.２
1440
480
右主軸箱
1TD40-I
Y132S-8
２.2
1440
480
后主軸箱
1TD40-I
Y100-L8
４
960
480
3.3.3 確定夾具輪廓尺寸
夾具是用于定位和夾緊工件的，所以工件輪廓尺寸和形狀是確定夾具輪廓尺寸的依據(jù)，由于加工示意圖中對工件和靠模桿的距離，以及導(dǎo)套尺寸都作了規(guī)定，掌握了以上尺寸后，確定夾具總長尺寸A，A=590 mm。夾具底座高度應(yīng)視夾具大小而定，既要求保證有足夠的剛性，又要考慮工件的裝料高度，一般夾具底座高度不小于240mm。根據(jù)具體情況，本夾具底座取高度為345mm。
3.3.4 確定中間底座尺寸
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：
L1左=650mm，L2右=800mm
根據(jù)選定的動力部件及其配套部件的位置關(guān)系，并考慮動力頭的前備量因素，通過尺寸鏈就可確定中間底座尺寸L
L=2（L1左+L2右+2L2+L3）-2（L 1+ L 2+ L 3）
其中 L1------動力頭支承凸臺尺寸。
L2------動力頭支承凸臺端面到滑座前端面加工完了時距離，由于動力頭支承凸臺端面到滑座端面最小尺寸和動力頭向前備量組成。
L3------滑座前端面到床身端面距離取L=585mm。
確定中間底高度尺寸時，應(yīng)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600mm。
3.3.5 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(guān)，可按文獻[9]的49頁公式計算：
B=b+2b1
H=h+h1+b1
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=70.52㎜）、機床裝料高度（H=1005㎜）、滑臺滑座總高（h3=320㎜）、側(cè)底座高度（h4=560㎜）等尺寸有關(guān)。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]的50頁公式
h1=h2+H-(0.5+h3+h4)
計算，得： h1=150.52㎜。
b=212.33㎜,h=186.48㎜,取b1=100㎜，則求出主軸箱輪廓尺寸：
B=b+2b1=212.33+2×100=412.33㎜
H=h+h1+b1=186.48+150.52+100=437㎜
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(yù)定為B×H=500㎜×500㎜。
3.4 機床生產(chǎn)率計算卡
A．理想生產(chǎn)率(單位為件/h)是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)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(guān),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
得：
B．實際生產(chǎn)率(單位為件/h)是指所設(shè)計機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)
式中:——生產(chǎn)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(zhuǎn) 轉(zhuǎn)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(shè)計方案。
已知: 粗鏜左面孔
粗鏜右面孔 ;;
粗鏜后面孔 ;
左面孔
右面孔
后面孔
共計所用時間如下: min
實際生產(chǎn)率:
1．當Q>Q時候，機床負荷率為二者之比。
2．由文獻[9]的51頁公式得機床負荷率:
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(fù)雜程度確定加工多品種組合機床，宜適當降低負荷率。
４ 左主軸箱設(shè)計
4.1 左主軸箱箱體零件的設(shè)計
4.1.1 箱體的選用
左主軸箱是組合機床的重要部件之一，它是選用通用零件，是按專用要求進行設(shè)計的，它關(guān)系到整臺組合機床質(zhì)量的好壞。具體設(shè)計時，除了要熟悉主軸箱本身的一些設(shè)計規(guī)律和要求外，還須依據(jù)“三圖一卡”仔細分析研究零件的加工部位，工藝要求，確定主軸箱與被加工零件、機床其它部分的相互關(guān)系。
大型通用主軸箱箱體類零件采用灰鑄鐵材料，箱體用牌號HT20—40。
通用主軸箱箱體厚度為180毫米，用于臥式的主軸箱前蓋厚度為55毫米，其后蓋厚度為90毫米。箱體的大小根據(jù)寬X高尺寸不同，有各類規(guī)格，其具體形狀和尺寸應(yīng)按國標GB3668.1-83選擇。見[《組合機床設(shè)計》 上?？萍汲霭嫔鏬 P86 表4-1。
4.2 確定傳動軸的位置和齒輪齒數(shù)
傳動方案擬訂之后，通過“計算、作圖和多次試湊”相結(jié)合的方法，確定齒輪齒數(shù)和中間傳動軸的位置及轉(zhuǎn)速。
1．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：
驅(qū)動軸：
各主軸總傳動比：
為使結(jié)構(gòu)緊湊，主軸箱體內(nèi)的齒輪傳動副的最佳傳動比為1～1.5；另外，主軸與驅(qū)動軸轉(zhuǎn)向相同時,經(jīng)過偶數(shù)個傳動副。
2．各軸傳動比分配
4軸：
5軸：
6軸：
3．確定傳動軸匹配的各對齒輪
見《組合機床設(shè)計》P50的計算公式：
（4-1）
（4-2）
（4-3）
（4-4）
（4-5）
（4-6）
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，單位為r/min；
——齒輪嚙合中心距，單位為mm；
——齒輪模數(shù)，單位為mm。
（1）確定傳動軸7配與主軸4和5嚙合的兩對齒輪
由于齒輪嚙合的要求及齒輪空間、位置的需要，選取齒輪模數(shù)為3，選取傳動軸7和主軸4的齒輪嚙合中心距為115.5mm，和主軸5的齒輪嚙合中心距為100.5mm。
根據(jù)上列計算式可得：
可得：； ； ； ； 模數(shù)為3。
2）確定傳動軸8配與驅(qū)動軸0和傳動軸7嚙合的兩對齒輪
由于齒輪嚙合的要求及齒輪空間、位置的需要，選取齒輪模數(shù)為3、4，選取傳動軸8和驅(qū)動軸0的齒輪嚙合中心距為160mm，和傳動軸7的齒輪嚙合中心距為91.5mm。
可得： 模數(shù)為4；
模數(shù)為3。
用同樣的方法可以求得其它齒輪的齒數(shù)。
3)．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。
4.3 坐標計算
坐標計算就是根據(jù)已知的驅(qū)動軸和主軸的位置及傳動關(guān)系精確計算各中間傳動軸的坐標。其目的是為多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(jié)構(gòu)布置是否正確合理。
已知坐標 :0 (315.000,200.000)
4(192.600,271.200)
5(266.000,175.000)
6(385.310,162.741)
傳動軸與二軸定距離，即在一傳動軸上用兩對齒輪分別帶動兩根已知軸，其坐標可以根據(jù)已知兩軸坐標和兩對齒輪中心距求得。
傳動軸7與二軸定距圖（見圖4-1）
圖4-1 坐標計算圖1
根據(jù)前面的已知條件:
L== （4-7）
d=93.89 （4-8）
h= （4-9）
x==115.4 （4-10）
y==4.9 （4-11）
經(jīng)計算可得:傳動軸7的絕對坐標為(307.996,266.3)。
傳動軸8與二軸定距圖（見圖4-2）
圖4-2 坐標計算圖2
根據(jù)前面的已知條件:
L==
d=25.95
h=
x==91.06
y==8.96
經(jīng)計算可得:傳動軸8的絕對坐標為(399.056,257.344)。
傳動軸9與二軸定距圖（見圖4-3）
圖4-3 坐標計算圖3
表4-1 傳動軸的坐標位置
孔號
X
Y
0
0.000
0.000
2
192.600
267.950
3
266.000
175.000
4
385.310
162.050
5
307.996
266.305
6
399.056
257.649
7
472.896
211.335
8
172.980
175.000
8
169.585
93.974
10
69.552
139.071
11
69.058
234.810
根據(jù)前面的已知條件:
L==
d=34.99
h=
x==73.84
y==46.01
經(jīng)計算可得:傳動軸9的絕對坐標為(472.896，211.335)。
同理計算可得其它傳動軸的坐標位置，詳見表4-1。
4.4主軸等有關(guān)零件的設(shè)計
4.4.1 主軸直徑的確定
由于主軸不是用于鏜孔就是用于鉆孔，所以均選用圓錐滾子軸承的主軸。各主軸的直徑選定如下：
主軸直徑按照加工示意圖所示類型及外伸尺寸可初步確定，傳動軸的直徑也可參考主軸直徑大小初步選定。也可由《機械設(shè)計》中用公式 初估軸徑。式中 c——由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)；P——軸所傳遞的功率，單位為kw；N——軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min?？紤]到經(jīng)濟、實用的需要，我們選軸的材料為45鋼，則取c=106。見《組合機床設(shè)計簡明手冊》 P44 表3-6
主軸4：主軸直徑 35mm
外伸尺寸 D/d 67/48；L=135mm
主軸5：主軸直徑 40mm
外伸尺寸 D/d 50/36；L=115mm
主軸6：主軸直徑 40mm
外伸尺寸 D/d 67/48；L=135mm
4.4.2 主軸結(jié)構(gòu)的選定
見《組合機床設(shè)計簡明手冊》 P141 表7-5
主軸4：16—385T6035—01
主軸5：13—415T6035—01
主軸6：T16104
4.4.3 傳動軸的選定
參考主軸直徑初步選定系列參數(shù)及型號，見《組合機床設(shè)計簡明手冊》 P59 表4-4。傳動軸7，直徑d=40mm、型號：40-T0746-42；傳動軸8，直徑d=40mm、型號：40-T0746-42；傳動軸9，直徑d=40mm、型號：40-T0746-42；傳動軸11，直徑d=30mm、型號：30-T0736-42。
4.5 主軸箱坐標計算、繪制坐標檢查圖
坐標計算就是根據(jù)已知的驅(qū)動軸和主軸的位置及傳動關(guān)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(jié)構(gòu)布置是否正確合理。
4.5.1 計算傳動軸的坐標
計算傳動軸坐標時，先算出與主軸有直接傳動關(guān)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18根傳動軸（軸16～33）與1根油泵軸（軸34）中，傳動軸、油泵軸之間可按與一軸定距的坐標計算方法計算，可按與兩軸定距的坐標計算方法計算，可按與三軸等距的坐標計算方法計算。
由于與二軸定距的傳動軸坐標計算方法運用較多，下面簡單介紹其計算步驟：
計算公式如下：（如圖4-4）文獻[9]的171頁。
設(shè)
圖4-4軸和傳動軸坐標關(guān)系
則
因為
所以
還原到X0Y坐標系中去，則c點坐標：
根據(jù)文獻[9]的70-74頁三種計算傳動軸坐標的方法，計算得到中間傳動軸與油泵軸的坐標。
左主軸箱傳動軸坐標計算結(jié)果
4.5.2 繪制坐標檢查圖
在坐標計算完成后，繪制坐標及傳動關(guān)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(nèi)容有：通過齒輪嚙合，檢查坐標位置是否正確；檢查主軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)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(gòu)的位置是否合適。
繪制出的坐標檢查圖，如圖4-5所示。
4-5左主軸箱坐標檢查圖
4.6 齒輪的校核及參數(shù)的確定
4.6.1 齒輪的校核
我們就以軸0和軸10嚙合的一對齒輪為例。
4.6.1.1 齒輪的材料，精度和齒數(shù)的選擇
因傳遞功率不大，轉(zhuǎn)速不高，材料都采用45鋼，鍛造毛坯，大齒輪正火處理，小齒輪調(diào)質(zhì)，均用軟齒面。
齒輪精度用8級，輪齒表面粗糙度為Ra1.6。
軟齒面閉式傳動，失效形式為點蝕，考慮傳動平穩(wěn)性，齒數(shù)宜取多些，取z=29則與其嚙合的齒數(shù)=
4.6.1.2 設(shè)計計算
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、按齒面接觸疲勞強度設(shè)計
（4-12）
（4-13）
選取材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為：
選取材料的彎曲疲勞極限應(yīng)力為：
應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N由下式計算：
N1=60n1at=60×960×1×(16×300×8)=2.23x109 （4-14）
則N2=N1/u=2.23x109/1.03=2.16x109
選取接觸疲勞壽命系數(shù)
選取彎曲疲勞壽命系數(shù)
選取接觸疲勞安全系數(shù)，彎曲疲勞安全系數(shù),又。
選取=1.3
按下式求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力：
（4-15）
（4-16）
（4-17）
（4-18）
將有關(guān)值代入下式得：
（4-19）
=
=58.97mm
則： （4-20）
（4-21）
選取=1.12；選取=1.25；選取=1.05；取=1，則：
==1.12×1.25×1.05×1=1.47 （4-22）
修正 （4-23）
(4-24）
選取標準模數(shù)m=3mm。
3) 計算幾何尺寸
（4-25）
（4-26）
取=90mm
4) 校核齒根彎曲疲勞強度
選取=4.35；=4.1；=0.7
由下式校核大小齒輪的彎曲疲勞強度
Mpa （4-27）
=30.13MPa
（4-28）
所以 合適。
4.7 箱體或前蓋補充加工圖
大型標準主軸箱的大部分零件都是通用的，根據(jù)需要進行合理選用就行了。其箱體類零件（前蓋，后蓋，主軸箱箱體）雖然也是按系列化和通用原則設(shè)計的，但需要根據(jù)每個主軸箱的具體需要進行補充加工或修改模型及補充加工。
所謂補充加工圖，則是對基本零件圖-----主要是通過箱體零件圖-----的補充圖或?qū)σ殉尚土慵岢鲅a充加工要求的圖紙，僅補充機械加工內(nèi)容的補充圖叫作補充加工圖。對于那些標準的或外購零，部件，當其局部不適用本主軸箱時，也可以采取補充加工的方法。
其畫法：用細實線把基本零件圖上的主要圖形畫出，次要的圖形、投影和一般的尺寸原則上可以不畫和不標注。但是，為了表明零件的輪廓及與補充內(nèi)容有關(guān)的位置尺寸關(guān)系，通常要把輪廓尺寸和有關(guān)位置尺寸標上。需要補充加工和修改模型的部位，要用粗實線畫出，并標上要求的尺寸、粗糙度、技術(shù)要求等。
5 設(shè)計總結(jié)
本次畢業(yè)設(shè)計的課題是“ZH1105柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床總體設(shè)計及左主軸箱設(shè)計”。為了在設(shè)計中更好的解決問題，同時為了增長見識，使理論更好地聯(lián)系實際，我們進行了畢業(yè)實習(xí)。在實習(xí)的過程中，我門深入一線和工人師傅探討有關(guān)問題，向工人師傅取經(jīng)，收集了一些技術(shù)資料。本次設(shè)計的課題來源于江動集團，在領(lǐng)隊老師的講解下，我們對組合機床有了較深刻的認識，為我們更好地提高設(shè)計的質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。本次設(shè)計的時間總共為三個多月，設(shè)計的內(nèi)容包含了本專業(yè)的全部課程，是專業(yè)知識的一次較高質(zhì)量的鞏固和提高。
通過這次設(shè)計，我基本上掌握了工程設(shè)計的一般方法和步驟，培養(yǎng)了自己的獨立思考分析問題的能力。通過掌握的知識，結(jié)合參考大量的文獻資料解決了所面對的問題。最大的設(shè)計體會是：在開始設(shè)計前首先一定要有個設(shè)計的方案，考慮的東西一定要全面，不能簡單的羅列出來就行，要綜合地考慮它的合理性、經(jīng)濟性、工藝性、實用性等要求。其次是要有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識，只有扎實的基礎(chǔ)知識，才不至于出現(xiàn)很多錯誤。此次畢業(yè)設(shè)計幾乎涉及到我所學(xué)的所有知識，而且還有許多的新知識。最后要有豐富的實踐經(jīng)驗，如果沒有指導(dǎo)老師的認真指導(dǎo)和自己在工廠中畢業(yè)實習(xí)，我想在設(shè)計的時候會遇到更多的困難，甚至說都不可能按時完成設(shè)計任務(wù)。在此次的畢業(yè)設(shè)計中，我也學(xué)到了以前很多沒有學(xué)到的東西，加強了自己的動手能力，鞏固了自己的專業(yè)知識，特別是學(xué)會了如何從眾多的文獻資料中選擇自己所需要的知識，這所有的一切對我以后的工作都有很好的幫助。
總之，通過這次設(shè)計，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煉，提高了我獨立思考問題、解決問題以及創(chuàng)新設(shè)計的能力，縮短了我與工廠工程技術(shù)人員的差距，為我以后從事實際工程技術(shù)工作奠定了一個堅實的基礎(chǔ)。
本次設(shè)計任務(wù)已順利完成，但由于本人水平有限，缺乏經(jīng)驗，難免會留下一些錯誤，在此懇請各位專家、老師及同學(xué)們不吝賜教。
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[14]陳秀寧、施高義．機械設(shè)計課程設(shè)計[M].浙江大學(xué)出版社，1995.
致謝
附 錄
序號
名 稱
圖樣大小
張 數(shù)
備注
1
加工示意圖
A0
1
2
工序圖
A0
1
3
尺寸聯(lián)系圖
A0
1
4
生產(chǎn)力計算卡
A4
1
5
左主軸箱裝配圖
A0
1
6
零件圖
A3
4
7
零件圖
A4
3
8
坐標檢查圖
A2
1
9
前蓋補充加工圖
A3
1
10
手工裝配圖
A0
1
33
收藏