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鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 目 錄 1 前言 ..................................................................1 2 組合機床總體方案論證 .................................................3 2.1 組合機床工藝方案的制定 .............................................3 2.1.1 工藝路線的確立 ....................................................3 2.1.2 機床的選擇 ........................................................3 2.1.3 定位基準的選擇 ....................................................4 2.1.4 滑臺型式的選擇 ....................................................4 2．2 組合機床配置型式的選擇 .............................................4 2.2.1 組合機床的配置型式 ................................................4 2.2.2 選擇機床配置型式和結(jié)構(gòu)方案的一些問題 ..............................4 2.3 削用量及選擇刀具 ...................................................5 2.3.1 選擇切削用量 ......................................................5 2.3.2 計算切削力、切削扭矩及切削功率 ....................................7 2.3.3 選擇刀具結(jié)構(gòu) .....................................................11 2.4 機床總體設(shè)計—三圖一卡 ............................................11 2.4.1 被加工零件工序圖 .................................................11 2.4.2 加工示意圖 .......................................................12 2.4.3 機床尺寸聯(lián)系總圖 .................................................14 2.4.4 機床生產(chǎn)率計算卡 .................................................17 3.主軸箱設(shè)計 ..........................................................19 3.1 專用主軸箱設(shè)計 .....................................................19 3.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計.....................................................19 3.2.1 電動機的選擇.....................................................19 3.2.2 電動機功率的選擇.................................................19 3.2.3 傳動系統(tǒng)總傳動比的確定及各級分傳動比的分.........................19 3.3 齒輪的設(shè)計及參數(shù)的確定.............................................20 3.3.1 齒輪的設(shè)計.......................................................20 3.3.2 齒輪參數(shù)的確定...................................................23 3.4 軸承的選擇.........................................................26 3.5 主軸箱附件的說明...................................................27 3.5.1 潤滑及潤滑元件...................................................27 3.5.2 其他附件.........................................................27 4 結(jié) 論..............................................................28 參考文獻 ..............................................................29 致 謝 ..............................................................30 附 錄 ..............................................................31 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 1 1 前言 組合機床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率專用機 床。它能夠?qū)σ环N（或幾種）零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機 床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序， 生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定。 組合機床具有如下特點： a．要用于棱體類零件和雜件的孔面加工。 b．產(chǎn)率高。因為工序集中，可多面、多工位、多軸、多刀同時自動加工。 c．加工精度穩(wěn)定。因為工序固定，可選用成熟的通用部件、精密夾具和自動 工作循環(huán)來保證加工精度的一致性。 d．研制周期短，便于設(shè)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)進行預制或外購。 e．自動化程度高，勞動強度低。 f．配置靈活。因為結(jié)構(gòu)模塊化、組合化?？砂垂ぜ蚬ば蛞?，用大量通用部 件和少量專用部件靈活組成各種類型的組合機床及自動線；機床易于改裝；產(chǎn)品或 工藝變化時，通用部件一般還可重復利用。 組合機床的設(shè)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(shè)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(shè)計成通用部件。而且一些行業(yè)的在完成一定工藝范圍 的組合機床是極其相似的，有可能設(shè)計為通用機床，這種機床稱為“專能組合機床” 。這種組合機床就不需要每次按具體加工對象進行專門設(shè)計和生產(chǎn)，而是可以設(shè)計 成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工的零件的具體需要，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(shè)備。 對于本課題的一些設(shè)計理論思路： a. 制定工藝方案 在這之前的一段實習期，我們深入現(xiàn)場，了解零件的加工 特點、精度和技術(shù)要求、定位夾壓情況以及生產(chǎn)率的要求等。確定在組合機床上完 成的工藝內(nèi)容及其加工方法。這里要確定加工工步數(shù)，決定刀具的種類和型式 b. 機床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定 根據(jù)總體方案確定機床的型式和總體布局。 要考慮實現(xiàn)工藝方案和保證加工精度、技術(shù)要求、生產(chǎn)效率等。 c. 組合機床總體設(shè)計 繪制機床聯(lián)系尺寸圖及加工示意圖等。 e. 組合機床的部件設(shè)計和施工設(shè)計 這里要求確定機床各部件間的關(guān)系，選 擇通用部件和刀具的導向，計算切削用量及機床生產(chǎn)率即本人所進行的左主軸箱設(shè) 計，根據(jù)主軸的分布，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)向以及尺寸要求等進行設(shè)計。 f. 采用組合機床，由于采用多軸多面加工就能大大地縮小占用面積，成倍或 幾十倍地提高勞動生產(chǎn)率。 ZH1105 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床( 后主軸箱設(shè)計) 2 發(fā)展組合機床及其自動線，對于機械制造業(yè)，特別是汽車、拖拉機、柴油機、 儀器、儀表、礦山機械、航空、紡織機械以及軍工部門等生產(chǎn)的發(fā)展，有著很重要 的意義。在未來，組合機床及其自動線將獲得更加迅速的發(fā)展，其發(fā)展對象為： a. 提高生產(chǎn)率 主要方法是改善機床的布局，增加同時工作的刀具，減少工 序加工余量，提高切削用量，提高工作可靠性以及縮短輔助時間等。 b. 擴大工藝范圍 現(xiàn)在組合機床及其自動線一般不是完成一個工件的某幾道 工序而通常是用于完成工件的全部加工工序。 c. 提高加工精度 現(xiàn)代在組合機床及其自動線上又納入了很多精加工工序， 并采用自動測量和刀具自動補償技術(shù)，做到調(diào)刀不停車。 d. 提高自動化程度 組合機床本身車則是全自動化方向發(fā)展的。為此，重點 是解決工件夾壓自動化和裝卸自動化。 e. 提高組合機床的可調(diào)性 如可調(diào)的多工序多刀具的組合機床應采用數(shù)字程 序控制。另外如自動換刀和自動控制切削用量的組合機床，特別是數(shù)字程控的發(fā)展， 為發(fā)展這種機床創(chuàng)造了更有利的條件。 f. 創(chuàng)造超小型組合機床，是為了適應儀表工業(yè)小箱體的加工需要。這種機床 體積小，效率高，并能達到高的加工精度。 在設(shè)計過程中，通過大量的參觀實習和相關(guān)資料的查閱，考慮到實際生產(chǎn)條件， 并從機床的合理性、經(jīng)濟性、工藝性、實用性及對被加工零件的具體要求出發(fā)，確 定了這個設(shè)計方案。在指導老師和同學的幫助下，最終完成了這一課題的設(shè)計。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 3 2.組合機床總體方案論證 2．1 組合機床總體方案的制定 本設(shè)計的加工對象為 R180 柴油機氣缸體，材料是 HT250,硬度 HB190-240，重 量 36.5Kg。柴油機氣缸體如圖 2-1 所示： 6.3YHGGCYECBF 圖 2-1 柴油機氣缸體 2.1.1 工藝路線的確立 根據(jù)先粗后精、先基準面后其它表面、先主要表面后次要表面的機械加工工序 安排的設(shè)計原則，對柴油機氣缸體的工藝路線作如下設(shè)計： 工序 1 粗銑底、頂端面； 工序 2 粗銑左、右端面； 工序 3 粗銑前、后端面； 工序 4 半精銑底、頂端面； 工序 5 半精銑左、右端面； 工序 6 半精銑前、后端面； 工序 7 粗鏜孔； 工序 8 半精鏜孔； 工序 9 精鏜孔； 工序 10 鉆左面、右面、后面的孔； 工序 11 攻絲； 工序 12 鉆上面、下面、前面的孔； 工序 13 攻絲； 工序 14 最終檢驗。 2.1.2 機床的選擇 根據(jù)任務(wù)書的要求：設(shè)計的組合機床要滿足加工要求、保證加工精度；盡可能 用通用件、以降低成本；各動力部件用電氣控制、液壓驅(qū)動。因此根據(jù)任務(wù)書要求 和氣缸體的特點初定臥式組合機床和立式組合機床兩種設(shè)計方案。 ZH1105 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床( 后主軸箱設(shè)計) 4 臥式組合機床床身由滑座、側(cè)底座及中間底座組合而成。其特點是臥式組合機 床重心底、振動小運作平穩(wěn)、加工精度高、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。其特點是立式組合機床重心高、振動大、加工精底、占地面 積小。 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。 柴油機氣缸體的結(jié)構(gòu)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。考慮到機床運行的平穩(wěn)性，選用單工位臥式組合機床。 2.1.3 定位基準的選擇 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，是確保 加工精度的重要條件，同時也有利于實現(xiàn)最大限度的工序集中。本機床加工時采用 三面定位，底面為主要定位基準面，限制 3 個自由度；右側(cè)面以兩個支承釘限制兩 個自由度；后側(cè)面有一個支承釘，限制剩下的一個自由度。 2.1.4 滑臺型式的選擇 本組合機床采用的是液壓滑臺。與機械滑臺相比較，液壓滑臺具有如下結(jié)構(gòu)特 點：a．采用雙矩型導軌結(jié)構(gòu)型式，以單導軌兩側(cè)面導向，導向的長寬比較大，導 向性好。b．滑座體為箱形框架結(jié)構(gòu)，滑座底面中間增加了結(jié)合面，結(jié)構(gòu)剛度高。 c．導軌淬火，硬度高，使用壽命長。d．液壓缸活塞和后蓋上分別裝有雙向單向閥 和緩沖裝置，可減輕滑臺換向和退至終點時的沖擊。e．滑臺分普通級、精密級和 高精度級三個精度等級，可按要求選用，提高經(jīng)濟性。 2．2 組合機床配置型式的選擇 2．2．1 組合機床的配置型式 組合機床有大型和小型兩種，大、小型組合機床雖有其共性，但又都有其特殊 性。無論是適用范圍，配置型式，通用部件和驅(qū)動方式都各有特點。 a．工位組合機床 單工位組合機床通常是用于加工一個或兩個工件，特別適 合用于大中型箱體的加工。根據(jù)配置動力部件的數(shù)量，這類機床可以從單面或同時 從幾個方面對工件進行加工。 b．工序組合機床 很多組合機床是按工件能夠變位來配置的，工件的變位有 手動和機動的方式。這類機床工序集中程度高，如回轉(zhuǎn)多工位機床的輔助時間和機 動時間相重合，生產(chǎn)效率高，適用于大批量生產(chǎn)、需要多部位加工的中小零件。 2．2．2 選擇機床配置型式和結(jié)構(gòu)方案的一些問題： A. 被加工零件的特點對配置型式和結(jié)構(gòu)方案的影響 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 5 a．加工精度要求的影響； b．機床生產(chǎn)率的影響； c．被加工零件的大小、形狀、加工部位特點的影響。 B. 機床配置型式和結(jié)構(gòu)方案應注意的其它問題 a． 適當提高工序集中程度 在確定機床的配置型式和結(jié)構(gòu)方案時，要合理 解決工序集中的問題。在一個動力頭上安裝多軸，同時加工多孔來集中工序，是組 合機床最基本的方法，在一臺機床上主軸數(shù)量有達 150 根左右的。但是，也不應當 無限制的增加主軸數(shù)量，要考慮到動力頭及主軸箱的性能和尺寸，并保證調(diào)整和更 換刀具的方便性。 b． 注意排除切削和操作使用的方便性 在多工位機床上應特別注意前一道 工序遺留在孔中的切屑對后一道工序的影響。在選擇多面機床時，應慎重考慮操作 的方便性，要合適的確定裝料高度，對于加工一般箱體件帶固定式夾具的機床，一 般采取 850 毫米，對于較小的工件可稍高一些。 c．夾具形式對機床方案的影響 選擇機床配置型式時要考慮夾具結(jié)構(gòu)的實現(xiàn) 可能性和工作的可靠性。在決定加工一個工件的成套機床或流水線上個機床的型式 時，還應當注意，使機床與夾具的形式盡量一致，尤其是粗精加工機床。這樣不僅 有利于保證加工精度，而且便于設(shè)計、制造和維修，也提高了機床之間的通用化程 度。 2.3 確定切削用量及選擇刀具 2.3.1 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。 A．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-dvn?10? 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 ZH1105 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床( 后主軸箱設(shè)計) 6 dvn?10? 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 dvn?10? 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 dvn?10? B．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 dvn?10? 第二次進給要同時鏜 Φ124.4 孔，考慮到軸向切削力，進給量應選小一點,取 定 v=37.3m/min,f2=0.6mm/r，則 =1000×37.3/124.4π=95r/min dvn10 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 dvn?10? 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 dvn?10? 同軸轉(zhuǎn)速相同，進給速度一致，取定 v2=17.9m/min,f2=0.3mm/r C．對后面上 1 個孔的切削用量的選擇 鏜孔： Φ114.4/Φ115/Φ122.4 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 7 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 dvn?10? （孔的編號見被加工零件工序圖） 2.3.2 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 （2-6.08.2HBDfF? 2） （2-6.08.91fT 3） （2-DvP?9740? 4） 根據(jù)文獻[9]的 134 頁表 6-20 中公式計算鏜孔 （2-5.07..51HBfaFpZ? 5） （2-1.65.02.1fpX 6） （2-5.07..HBfDaTp? 7） （2-6120vFPZ 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 5.07.4.51HBfapZ?N6.92335..? 1.5.02.1faFpX ZH1105 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床( 后主軸箱設(shè)計) 8 ?1.65.02.1335.0??N6 5.07..HBfDaTp 5.075.02343.612??? m?49 0vFPZ 612357.?? kw. 4 軸 .08.26HBDfF6.08.0234. N1.58? .08.91fT? 6.8.9.12343???m??91 TvP?70 4.361.94? kw25.? 5 軸 6.08.2HBDfF6.08.023. N1.58? 6.8.091fT 6.08.0.42??? mN?35 D TvP?97 4.21.340 7?? kw. 6 軸 5.7.5HBfaFpZ N2.1942303 5.07.?? 1.65.0.BfaFpX 1..2.133.? 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 9 N36? 5.07..25HBfDaTp 5.07.23.?? m??9406 12vFPZ 60.7? kw3.? 左面 1、2 軸 5.7.451HBfaFpZ N.2230 5.0.?? 1.65.0.1fapX 1..2. 33.?N? 5.07..5HBfDaTp 5.07.23438.62?? m??419 0vFPZ 6127.5? kw9.? 3 軸 孔徑 194.4mm mNHBfaDTp ????5.8719235.014.97.255.07 ..33fFpZ 6... 5.0750..33?NHBfapX 1423..150.65021..3.3 ??? ZH1105 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床( 后主軸箱設(shè)計) 10 KWVFPZ732.06125.8903??? 孔徑 124.4mm mNHBfaDTp ????? 78.1204345.03.127.55.7..7.3 fFpZ .92.4. 5.0750 ..3 NHBfapX 2.3..35101.65.02... ????KWVFPZ 8..7963 6 軸 0.75.1.49ZpafHBN?1.20.651.37XpFf 39.670.982ZFVPKW??? 后面 孔徑為 114.4mm mNHBfaDTp ????? 9.1063745.03.17.255.7..7. fFpZ 2.42.4. 5.075.0 .. NHBfapX 3..35101.65.02.1.. ????KWVFPZ7.946 孔徑為 115mm 5.07.3.25HBfaDTp? mN?41 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 11 NHBfaFpZ 1936245.03.515.07... ???fpX 46.. 1.5.021.1..?KWVFPZ8.936?? 孔徑為 122.4mm mNT?5.1849 NHBfaFpZ 19362.03. 5.075. .. ??? fpX 46..511.5.02 .1..? KWVFPZ96.73??? (軸編號與孔編號相對應) 2.3.3 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。 2.4 組合機床總體設(shè)計—三圖一卡 2.4.1 被加工零件工序圖 A．被加工零件工序圖的作用和內(nèi)容 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、 ZH1105 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床( 后主軸箱設(shè)計) 12 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： 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(shè)計有關(guān)部位結(jié)構(gòu)形狀 和尺寸。 b.本工序所選用的定位基準、夾壓部位及夾緊方向。 c.本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術(shù)要求以及對上 道工序的技術(shù)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 a) 本工序加工部位的位置尺寸應與定位基準直接發(fā)生關(guān)系。 b) 對工件毛坯應有要求，對孔的加工余量要認真分析。 c) 當本工序有特殊要求時必須注明。 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 2.4.2 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。 A. 導向結(jié)構(gòu)的選擇 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 13 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。 本課題中鏜孔采用旋轉(zhuǎn)套導向，鉆孔采用固定套導向。 a.尺寸規(guī)格的選用 b.導向套的布置 c.導向套配合的選擇 B. 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 410Bd? 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。 C. 選擇接桿、浮動卡頭 在鉆孔時，通常都采用接桿（剛性接桿）,各主軸的外伸長度和刀具均為定值， 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；鏜孔時，采用浮動連接。 D. 動力部件工作循環(huán)及行程的確定 a.工作進給長度 L 工的確定 工作進給長度 L 工，應等于加工部位長度 L（多軸加工時按最長孔計算）與刀具 ZH1105 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床( 后主軸箱設(shè)計) 14 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。 當采用復合刀具時,應根據(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 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。初步選定三個主軸箱上刀具 的快速進給長度分別為 215㎜，255㎜和 125㎜。 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 270㎜，350mm,253mm。圖 2-2 為加工示意 圖。 190160190 217 174.65185.64 123 8125423 4930 后 主 軸 箱 端 面n=150r/mif.2 12T613D4-M0 x2 4T615D4-M2X0GB19675M80X2GB1- 673182軸承 GB0-氈 圈125J/ZQ460-8MX35GB70-891M6X70GB5-8M16X40GB7-12M6X40GB7-13氈 圈8JB/ZQ4615滾 動 軸 承 6213GB/T 7-94M6X20GB7-85117819 T613 T612M10 x2T64-8X35GB972012M5x1GB80-2GB810-23425262782930M1x5GB6-732M1x0GB65-7653453637389401M30 x2GB81-42 平 衡 軸 孔n=18.5r/minf06凸 輪 軸 孔n=95r/mif0.6 起 動 軸 孔n=154r/mif0.3調(diào) 速 軸 孔n=230r/mif. 曲 軸 孔 n=82r/mif0.5n=18.5r/minf06 n=57r/mif0.3凸 輪 軸 孔平 衡 軸 孔 左 主 軸 箱 端 面 43 170 20 180 210 105 180 75 160?60?198F?215H7/M6M0X2 ?198H7/G6?85K6M1X2638 235?150 235?456H120K7 ?475135?2670F8?M30X1.5?70H/G641825196520?70H/G685?4102450Tr30X?40F8?35?46H7/K?30 25246?142862?70H/G6?85H7/M620 20513751036?25K70H/M6?15?20 ?1520?3?70H/M63740 滾 動 軸 承 圖 2-2 加工示意圖 2.4.3 機床尺寸聯(lián)系總圖 A. 選擇動力部件 a.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 ?? niF1多 軸 箱 計算。 式中，F(xiàn)i—各主軸所需的 向切削力，單位為 N。 則 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 15 左主軸箱： 2361452.3.7164.2F N?????多 主 軸 箱 右主軸箱： 0.0903197.82?多 主 軸 箱 后主軸箱： 5多 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[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；其相應的側(cè)底座型號分為 1CC401M、1CC401M、1CC401。 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)文獻[9]的 47 頁公切 削P 式計算： ?切 削多 軸 箱P? 式中, —消耗于各主軸的切削功率的總和（Kw） ；切 削P —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 5。8.0?? 右主軸箱： 0.8561.270.9682.7194.3KW????主 則 43.PKW主 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] 的 頁表 5-38 得出動力箱及電動機的型號,見表 2-1。15~4 表 2-1 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 -812.2 1440 480 右主軸箱 1TD40-I Y132S -822.2 1440 480 后主軸箱 1TD40-I Y100-L8 2 1440 720 c.配套通用部件的選擇 側(cè)底座 1CC401 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，工件最低 孔位置 h2=70.52㎜，主軸箱最低主軸高度 h1=145.02㎜，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=345㎜，中間底座高度 h6=600㎜， ZH1105 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床( 后主軸箱設(shè)計) 16 綜合以上因素，該組合機床裝料高度取 H=1005㎜。 C. 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。 D. 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。 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(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㎜ 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 17 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定 為 B×H=500㎜×500㎜。 2.4.4 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Q 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 ktAQ? 得： h/87.1046/50件 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) 1Q 單TQ1? 式中: ——生產(chǎn)一個零件所需時間(min)，可按下式計算：單T ?? ?????????????? 裝移快 退快 進停輔切單 tVLtVLt kfff21 式中: ——分別為刀具第、工作進給長度,單位為 mm;21L、 ——分別為刀具第、工作進給量,單位為 mm/min;ffV、 ——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停t 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; 快 退快 進 、 L ——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kf 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;移t ——工件裝、卸（包括定位或撤銷定位、夾緊或松開、清理基面或切屑及裝 卸 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Q?1 選擇切削用量或修改機床設(shè)計方案。 已知: 粗鏜左面孔 min/69;51VLf? 2快 進 L270快 退 粗鏜右面 ; ;m91?i/4f min/24;5Vf? 5快 進 3快 退 粗鏜后面孔 ; in/.;2811VLf? i/;1022f ZH1105 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床( 后主軸箱設(shè)計) 18 mL253?快 退 mL125?快 進 左面孔 in79.06fVt工 進機 右面孔 min02.475?fLt工 進機 后面孔 in3.24518fVt工 進機 共計所用時間如下: min8.1.???輔機總 tT 實際生產(chǎn)率: hQ/7.58.3601件總 C. 機床負荷率 ? 當 Q >Q 時候，機床負荷率為二者之比。1 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。 由文獻[9]的 51 頁公式得機床負荷率: %05.837.14?Q? 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 19 3 主軸箱設(shè)計 3．1 專用主軸箱設(shè)計 合機床及自動線上，當采用標準結(jié)構(gòu)的主軸箱不能滿足加工工藝的要求（如大 直徑深孔加工、平面加工等） ，或者難以保證精度時，就應設(shè)計專用主軸箱和專用 頭。 要想按計算來設(shè)計專用主軸箱箱體，這幾乎是不可能的。應充分參考調(diào)查的實 例進行設(shè)計。對受力大的地方要適當加大剛性；對受力小的地方應酌情減薄壁厚。 設(shè)計時應考慮使主軸上受的力盡快的通過軸承傳到箱體上。這就要求組成前支 承的受徑向和軸向載荷的軸承，盡量設(shè)置在靠近主軸的前端。 為了縮短前軸承至鏜刀（加工部位）的距離，剛性主軸箱可以不用前蓋。 3．2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 3．2．1 電動機的選擇 電動機類型和結(jié)構(gòu)形式可以根據(jù)電源（直流或交流） 、工作條件（溫度、環(huán)境、 空間尺寸等）和載荷特點（性質(zhì)、大小、啟動性能和過載情況）來選擇。 一般情況下應選用交流電動機。Y 系列電動機為 80 年代的更新?lián)Q代產(chǎn)品，具 有高效、節(jié)能、振動小、噪聲小和運行安全可靠的特點，安裝尺寸和功率等級符合 IEC 國際標準，適合于無特殊要求的各種機械設(shè)備。 電動機容量的選擇須根據(jù)工作機容量的需要來確定。如所選電動機的容量過大， 必然會增加成本，造成浪費；相反容量過小，則不能保證工作機的正常工作，或使 電動機長期過載，發(fā)熱量大而過早損壞。 3．2．2 電動機功率的選擇 ??1 N 動 > （千瓦） （3-?進切 ? ZH1105 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床( 后主軸箱設(shè)計) 20 1） N 進 為 0.8~2 千瓦， η=0.9 N 動 4.0 千瓦? 動力箱的選擇： 表 3-1 動力箱型號 型號 型式 電動機型號 電動機的功率 電動機的轉(zhuǎn)速 r·min-1 輸出軸轉(zhuǎn)速 r·min-1 1TD40-I Ⅱ Y100-L8 2 1440 720 3．2．3 傳動系統(tǒng)總傳動比的確定及各級分傳動比的分配 電動機選定之后，根據(jù)電動機滿載轉(zhuǎn)速 及工作機轉(zhuǎn)速 ，就可計算出傳動mnwn 系統(tǒng)的總傳動比為 (3-2)工 作 機 轉(zhuǎn) 速滿 載 轉(zhuǎn) 速總 ?wi 由傳動方案可知，傳動系統(tǒng)的總傳動比等于各級分傳動比之積。即 (3-3)niii??21總 式中， ， ，… ， 為各級傳動副的傳動比。1i2ni (3-4)從主主從 nZi? 由式（3-4 ）得 06.2381?i 65.1402i min7rminr? 由式（3-3 ）得 39.65.1021???ii總 合理地分配各級傳動比，在傳動系統(tǒng)總體設(shè)計中是很重要的，它將直接影響到 傳動裝置的外廓尺寸、質(zhì)量、潤滑條件、成本的高低、傳動零件的圓周速度大小及 精度等級的高低。要同時滿足各方面的要求是不現(xiàn)實的，也是非常困難的，應根據(jù) 具體設(shè)計要求，進行分析比較，首先滿足主要要求，盡量兼顧其他要求。在合理分 配傳動比時應注意以下幾點。 （a） 各級傳動比都應在常用的合理范圍內(nèi)，以符合各種傳動形式的工作特點， 能在最佳狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，并使結(jié)構(gòu)緊湊、工藝合理。 （b） 應使傳動裝置結(jié)構(gòu)尺寸較小，質(zhì)量較輕。 （c） 應使各傳動件尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理，避免相互干擾碰撞。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007 21 3．3 齒輪的設(shè)計及參數(shù)的確定 齒輪傳動是機械傳動中最重要、應用最廣泛的一種傳動。其主要優(yōu)點是：傳動 效率高，工作可靠，壽命長，傳動比準確，結(jié)構(gòu)緊湊。其主要缺點是：制造精度要 求高，制造費用大，精度低時振動和噪聲大，不宜用于軸間距離較大的傳動。 3．3．1 齒輪的設(shè)計 我們就以軸 1 和軸 2 嚙合的一對齒輪為例。 A．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，材料按表 7-1 選取，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=33 則與其嚙合的齒數(shù) z 嚙合 = 680.23??i B．設(shè)計計算 a．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。 b．按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 (3-5) ?????1231 ?????????dHEt KTZd (3-6)mN