ZH1115W柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱设计（已排版）

成人高等教育毕业设计 论文 题 目 ZH1115W 柴油机气缸体三面粗镗组 合机床总体及左主轴箱设计 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 生 指导教师 年 ZH1115W 柴油机气缸体三面粗镗组合机床总 体及左主轴箱设计 XXX 班级 指导老师 xxx 摘要 本课题为 ZH1115W 柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主 轴箱的设计 粗镗组合机床是大型组合机床 这类组合机床是具有固定式液压 夹紧的单工位组合机床 首先根据已知条件和被加工零件的具体结构特征 进 行工艺方案分析 确定组合机床配置型式及结构方案 选择合适的切削用量 确定切削力 切削转矩 切削功率及刀具的耐用度 选择导向机构 主轴类型 浮动卡头及动力部件等 完成总体设计 然后根据总体设计中的切削用量及主 轴位置 拟定了主轴箱的传动路线 应用最优化方法布置齿轮 确定传动参数 设计了轴的结构 进行齿轮 轴承等相关零件的强度校核计算 确定好轴的排 布方案及各种技术参数后 再选择其他的零件 尽可能选用标准件 降低制造 成本 确保组合机床结构合理 工作安全可靠 使用维修方便 关键词 组合机床 镗床 主轴箱 The design of overall and left headstocks of the modular machine tool which is used to roughly bore Machine tool for ZH1115W engine Block XXX 班级 指导老师 xxx Abstract The topic for The design of overall and left headstocks of the modular machine tool which is used to roughly bore Machine tool for ZH1115W engine Block Rough Boring Machine is a large portfolio mix machine this composition is fixed machine hydraulic clamping of the single bit combination machine First based on the known conditions and the processing of parts of the concrete structure Process analysis Machine determine portfolio allocation pattern and structure of the program the choice of cutting parameters to determine the cutting force cutting torque Cutting tool of power and durability choice oriented institutions spindle types the first floating cards and power components completed design According design of cutting consumption and spindle location developed spindle box Transmission line Application optimization layout gear identified transmission parameters design of the shaft structure gears bearings and other related components strength check the identification of the axis configuration program and various technical parameters choose the other parts as far as possible use standard parts the lower the manufacturing cost Machine structure to ensure that the combination of reasonable safe and reliable and easy maintenance use Keywords unit machine tool boring machine tool headstock 目 录 1 前言 1 2 组合机床总体设计 3 2 1 总体方案论证 3 2 1 1 工艺路线的确立 3 2 1 2 机床配置型式的选择 4 2 1 3 定位基准的选择 4 2 2 确定切削用量及选择刀具 5 2 2 1 选择切削用量 5 2 2 2 计算切削力 切削扭矩及切削功率 7 2 2 3 选择刀具结构 9 2 3 组合机床总体设计 三图一卡 9 2 3 1 被加工零件工序图 9 2 3 2 加工示意图 10 2 3 3 机床尺寸联系总图 13 2 3 4 机床生产率计算卡 16 3 组合机床主轴箱设计 19 3 1 绘制主轴箱原始依据图 19 3 2 主轴结构型式的选择和动力计算 20 3 2 1 主轴结构型式的选择 20 3 2 2 主轴直径和齿轮模数的确定 21 3 3 主轴箱传动系统的设计与计算 21 3 3 1 根据原始依据图计算坐标尺寸 22 3 3 2 拟订主轴箱传动路线 22 3 3 3 确定传动轴位置及齿轮齿数 23 3 4 主轴箱坐标计算 绘制坐标检查图 26 3 4 1 计算传动轴的坐标 26 3 4 2 传动轴坐标的验算 30 3 4 3 传动轴直径的确定 32 3 4 4 绘制坐标检查图 33 3 5 手柄轴的选择 34 3 6 轴 齿轮 轴承 键的校核 34 3 6 1 轴的校核 34 3 6 2 齿轮的校核 36 3 6 3 轴承的校核 39 3 6 4 键的校核 40 3 6 5 绘制主轴箱装配图及零件图 41 3 6 6 主轴箱前盖 后盖及箱体补充加工设计 41 结 论 42 致 谢 43 参考文献 44 西安理工大学毕业设计 1 1 前言 本人设计的课题 ZH1115W 柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱 设计 课题来源于盐城市江动集团 在完成 三图一卡 的基础上 主要完成 左主轴箱的设计 为了保证零件的加工精度 所设计的机床有以下特点 a 机床运转平稳 结构简单 工作可靠 装卸方便 维修及调整便利 b 加工精度符合零件图要求 c 主轴箱满足机床总体方案的要求 转速 转向 功率 坐标要求 d 自动化程度高 劳动强度低 e 配置灵活 我国加入 WTO 以后 制造业所面临的机遇与挑战并存 组合机床行业企业 适时调整战略 采取了积极的应对策略 出现了产 销两旺的良好势头 截至 2002 年 9 月份 组合机床行业企业仅组合机床产品一项 据不完全统计产量已 达 800 余台 产值达 3 个亿以上 较 2001 年同比增长了 10 以上 另外组合 机床行业工业增加值 产品销售率 全员工资总额 出口交货值等经济指标均 有不同程度的增长 新产品 新技术较去年均有大幅度提高 可见行业企业运 营状况良好 本次毕业设计是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计 主要设计内 容是左主轴箱设计 在对组合机床的主轴箱设计之前 需对被加工零件孔的分 布情况及所要达到的要求进行分析 如各部件尺寸 材料 形状 硬度及加工 精度和表面粗糙度等内容 然后还必须深入基层进行实地考察 摸索主轴箱的 工作原理 接下来是总体方案的设计 总体方案设计的具体工作是编制 三图 一卡 即绘制被加工零件图 加工示意图 机床联系尺寸图 编制生产率计算 卡 最后 就是技术设计和工作设计 技术设计就是根据总体设计已经确定的 三图一卡 设计主轴箱等专用部件正式总图 工作设计即绘制各个专用部件 的施工图样 编制各零部件明细表 本次毕业设计的课题是 ZH1115W 柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左 主轴箱的设计 主轴箱设计是组合机床设计中的一个重要传动部分 首先根据 西安理工大学毕业设计 2 已知条件和被加工零件的具体结构特征 确定各轴的排布方案 结构 材料 转向 配合关系等 保证各轴互不干涉 轴的排布方案是多种多样的 通过比 较选择最佳的一种 然后选择传动箱的规格 型号 确定好轴的排布方案及各 种技术参数后 再选择其它各种零件 尽可能选用标准件 降低制造成本 在设计过程中 通过大量的参观实习和相关资料的查阅 考虑到实际生产 条件 并从机床的合理性 经济性 工艺性 实用性及对被加工零件的具体要 求出发 确定了这个设计方案 在指导老师和同学的帮助下 最终完成了这一 课题的设计 西安理工大学毕业设计 3 2 组合机床总体设计 2 1 总体方案论证 本设计的加工对象为 ZH1115W 柴油机气缸体 材料是 HT250 硬度 HB190 240 柴油机气缸体示意图如图 ZH1115 002 所示 2 1 1 工艺路线的确立 根据先粗后精 先基准面后其它表面 先主要表面后次要表面的机械加工 工序安排的设计原则 对 ZH1115 柴油机气缸体的工艺路线作如下设计 工序 1 粗铣底 顶端面 工序 2 粗铣左 右端面 工序 3 粗铣前 后端面 工序 4 半精铣底 顶端面 工序 5 半精铣左 右端面 工序 6 半精铣前 后端面 工序 7 粗镗孔 工序 8 半精镗孔 工序 9 精镗孔 工序 10 钻左面 右面 后面的孔 工序 11 攻丝 工序 12 钻上面 下面 前面的孔 工序 13 攻丝 工序 14 最终检验 本工序 第 7 道 加工内容 1 粗镗曲轴孔 91 121 倒角 1 6 45 192 倒角 2 54 30 表面粗糙度均为 12 5 2 粗镗上下平衡轴孔 2 57 表面粗糙度 12 5 3 粗镗凸轮轴孔 33 53 1 6 45 表面 粗糙度均为 12 5 4 粗镗气缸孔 123 表面粗糙度 6 3 倒角 4 15 124 表面粗糙度 3 2 129 表面粗糙度 6 3 5 钻起动轴孔 33 表面 西安理工大学毕业设计 4 粗糙度 12 5 倒角 2 45 6 钻调速轴孔 22 表面粗糙度 12 5 倒角 2 5 45 各孔的位置精度及具体要求详见 ZH1105W 气缸体的零件图 2 1 2 机床配置型式的选择 机床的配置型式主要有卧式和立式两种 卧式组合机床床身由滑座 侧底 座及中间底座组合而成 其优点是加工和装配工艺性好 无漏油现象 同时 安装 调试与运输也都比较方便 而且 机床重心较低 有利于减小振动 其 缺点是削弱了床身的刚性 占地面积大 立式组合机床床身由滑座 立柱及立 柱底座组成 其优点是占地面积小 自由度大 操作方便 其缺点是机床重心 高 振动大 考虑到我们的加工面为三面粗镗 左面 右面和后面 定为基准为底面 故选择 ZH1115W 组合机床的结构为卧式 卧式平放比较方便 也减轻了工人的 劳动强度 又考虑到机床运行的平稳性 故选用卧式组合机床 2 1 3 定位基准的选择 本机床加工为单工位加工 也就是一次安装下进行 10 个孔的加工 本机床 加工时采用三面定位 底面为主要定位基准面 限制 6 个自由度 底面限制了 三个自由度 右侧面以两个支承钉限制两个自由度 后侧面有一个支承钉 限 制剩下的一个自由度 A 这种定位的特点是 a 可以简便地消除工件的六个自由度 使工件获得可靠的定位 b 有同时加工工件两端面全部孔的可能 既能高度集中工序 又有利于提高两端面孔的位置精度 c 本定位基准有利于保证孔的加工精度 使机床的许多部件实现 通用化 有利于缩短设计 制造周期 降低成本 d 易于实现自动化定位 夹紧 并有利于防止切削落于定位基面上 组合 机床是针对某种零件或零件某道工序设计的 正确选择定位基准 是确保加工精度的重要条件 同时也有利于实现最大 限度的工序集中 B 确定夹紧位置应注意的问题 西安理工大学毕业设计 5 在选择定位基准的同时 要相应决定夹压位置 此时应注意的问 题是 a 保证零件夹压后稳定 b 尽量减少和避免零件夹压后的变形 2 2 确定切削用量及选择刀具 2 2 1 选择切削用量 10 个被加工孔中 由于既有钻孔加工又有镗孔加工 所以选择切 削用量时 应综合考虑 钻孔切削用量从文献 11 的 130 页表 6 11 中选取 镗孔切削用量 从文献 11 的 130 页表 6 15 中选取 由于钻孔的切削用量与钻孔深度有关 钻 孔时 降低进给量的目的是为了减小轴向切削力 以避免钻头折断 降低切削 速度主要是为了提高刀具寿命 随孔深的增加而逐渐递减 其递减值按文献 11 第 131 页表 6 12 选取 A 对左侧面上 5 个孔的切削用量的选择 保证进给速度相等 a 钻孔 4 33 通孔 l 30mm 由 d 22 50 硬度大于 190 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 25 0 4mm r 又 d 33mm 取定 v 17 6m min f 0 19mm r 则由文献 13 知 2 1 vn 10 1000 17 6 33 170r min b 钻孔 5 22 通孔 l 34mm 由 d 22 50 硬度大于 190 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 25 0 4mm r 又 d 22mm 取定 v 17 7m min f 0 125mm r 则 1000 17 7 22 256r minvn 10 c 镗孔 1 2 57 由于刀具采用硬质合金 加工材料为铸铁 v 35 50m min f 0 4 1 5mm r 中选择 考虑到 取 v 22 9m mim f 0 25mm r 12nfnfv 则 西安理工大学毕业设计 6 1000 22 9 57 128r min 10vnd d 镗孔 6 53 由于刀具采用硬质合金 加工材料为铸铁 v 35 50m min f 0 4 1 5mm r 中选择 考虑到 取 v 22 9m min f 0 23mm r 12nfnfv 则 1000 22 9 53 137r mindv 0 B 对右侧面上 4 个孔的切削用量的选择 由于分两次进给 要同时考虑进 给速度和转速 两次进给转速要相同 同次进给保证进给速度相同 a 镗孔 3 192 121 91 由于刀具采用硬质合金 加工材料为铸铁 v 35 50m min f 0 4 1 5mm r 中选择 考虑到刀具寿命 加工余量应取小一点 故加工 192 孔采用分层切 削 第一次进给主要加工 192 孔 取定 v 58 4m min f1 0 5mm r 则 1000 58 4 192 96r mindvn 10 第二次进给要同时镗 121 91 孔 考虑到轴向切削力 进给量应选小 一点 取定 v 36 9 27 7m min f2 0 49mm r 则 1000 36 9 121 97r mindvn 10 1000 27 7 91 97r min b 镗孔 1 2 2 57 由于刀具采用硬质合金 加工材料为铸铁 v 35 50m min f 0 4 1 5mm r 中选择 考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性 取定 v1 19 7m mim f1 0 375mm r 则 1000 22 9 57 110r mindvn 10 同轴转速相同 进给速度一致 取定 v2 19 7m min f2 0 44mm r c 镗孔 33 通孔 l 26mm 由 d 22 50 硬度大于 190 240HBS 选择 v 10 18m min f 0 25 西安理工大学毕业设计 7 0 4mm r 又 d 33mm 取定第一次进给 v1 16 5m min f1 0 3mm r 则 1000 16 5 33 160r mindvn 10 同轴转速相同 进给速度一致 取定 v2 16 5m min f2 0 3mm r C 对后面上 1 个孔的切削用量的选择 镗孔 123 124 129 由于刀具采用硬质合金 加工材料为铸铁 在 v 35 50m min f 0 4 1 5mm r 中选择 取定 v 56 4 56 9 59 1m min 12nfnfv 第一次进给 取定 f1 0 36mm r 第二次进给 取定 f2 0 36mm r 则 1000 56 4 123 146r min dv 0 1000 56 9 124 146r min1n 1000 59 1 129 146r minv 孔的编号见被加工零件工序图 ZH1115 003 2 2 2 计算切削力 切削扭矩及切削功率 根据文献 10 的表 6 20 中公式计算钻孔 2 2 6 08 2HBDfF 2 3 91T 2 4 vP 740 根据文献 9 的 134 页表 6 20 中公式计算镗孔 2 5 5 07 51HBfaFpZ 2 6 1 6 2 0X 2 7 5 07 fDTp 2 8 612vFPZ 西安理工大学毕业设计 8 式中 F Fz 切削力 N T 切削转矩 N P 切削功率 Kw v 切削速度 m min f 进给量 mm r ap 切削深度 mm D 加工 或钻头 直径 mm HB 布氏硬度 HB 得 3 1minaxmaxHBHB HB 223 由以上公式可得 以左边的 1 2 轴为例 5 07 4 5HBfaFpZ 0 750 51 423142 N 1 65 02 1fpX 1 20 651 8 6 7 DaT 0 50 525 4234 6Nm 19 260ZFvPkw 其余的可以参照以上公式 具体数值见下表 2 1 表 2 1 孔的切削力 切削扭矩及切削功率 Fx N Fz N F N T N mm P kw 1 2 轴 418 6 1422 5 40540 6 0 5323 4 轴 5827 4 52139 0 9092 5 轴 2799 1 17262 9 0 4541 左边 6 轴 396 6 1336 2 35410 5 0 4978 1 2 轴 604 53 2172 6 61919 6 192 1288 1 2392 3 229660 2 2 283 121 1288 1 2392 3 144733 7 1 44 右边 3 轴 91 1288 1 2392 3 108849 4 1 08 西安理工大学毕业设计 9 6 轴 471 3 1630 9 26901 1 0 44 123 530 6 1869 9 114998 7 1 723 124 530 6 1869 9 115933 6 1 739 后面 129 530 6 1869 9 120608 3 1 806 2 2 3 选择刀具结构 一台机床刀具选择是否合理 直接影响机床的加工精度 生产率及工作情 况 根据孔的加工精度 加工尺寸 切屑排除以及生产率等因素 当被加工孔直径在 40mm 以上时 组合机床上多采用镗削加工 直径小于 40mm 时 一般选用钻削方法 钻头选用高速钢钻头 镗孔选 用硬质合金镗刀头 直径大于 40mm 时 选用镗削方法 刀具材料为硬质合金 当加工阶梯 孔时 选用阶梯杆 由于多刀加工 扭矩较大 所以要选用强度较好的刀杆材 料 45 钢 2 3 组合机床总体设计 三图一卡 2 3 1 被加工零件工序图 A 被加工零件工序图的作用和内容 被加工零件工序图是根据制定的工艺方案 表示所设计的组合机床上完成 的工艺内容 加工部位的尺寸 精度 表面粗糙度及技术要求 加工用的定位 基准 夹压部位以及被加工零件的材料 硬度和在本机床加工前加工余量 毛 坯或半成品情况的图样 除了设计研制合同外 它是组合机床设计的重要依据 也是制造 使用 调整和检验机床精度的重要文件 被加工零件工序图是在被 加工零件的基础上 突出本机床或自动线的加工内容 并作必要的说明而绘制 的 其主要内容包括 a 被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形 状和尺寸 b 本工序所选用的定位基准 夹压部位及夹紧方向 西安理工大学毕业设计 10 c 本工序加工表面的尺寸 精度 表面粗糙度 形位公差等技术要求以及对 上道工序的技术要求 d 注明被加工零件的名称 编号 材料 硬度以及加工部位的余量 B 绘制被加工零件工序图的规定及注意事项 绘制被加工零件工序图的规定 应按一定的比例 绘制足够的视图以及剖 面 本工序加工部位用粗实线表示 定位用定位基准符号表示 并用下标数表 明消除自由度符号 夹紧用夹紧符号表示 辅助支承用支承符号表示 绘制被加工零件工序图注意事项 a 本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系 b 对工件毛坯应有要求 对孔的加工余量要认真分析 c 当本工序有特殊要求时必须注明 C 工序图的内容及孔的分布 该零件的左面有五个孔 1 2 孔为上下平衡轴孔 孔的直径为 57mm 表 面粗糙度 12 5 4 孔为凸轮轴孔 直径为 33mm 倒角 1 6 45 表面粗糙 度为 12 5 5 孔为调速轴孔 直径为 22mm 表面粗糙度为 12 5 6 孔也为凸 轮轴孔 直径为 53mm 倒角 1 6 45 表面粗糙度均 12 5 该零件的右面有四个孔 1 2 孔为上下平衡轴孔 直径为 57mm 表面粗 糙度为 12 5 曲轴孔 3 孔的直径为 91mm 121mm 192mm 表面粗糙度分别 为 12 5 6 3 6 孔为动轴孔 直径为 33mm 该零件的后面有一个气缸孔 表面粗糙度分别为 6 3 3 2 6 3 孔的直径为 123mm 124mm 129mm 具体加工精度要求见工序图 ZH1115 002 2 3 2 加工示意图 加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程 刀具的布置状况以及工 件 夹具 刀具等机床各部件间的相对位置关系 机床的工作行程及工作循环 等 A 导向结构的选择 在组合机床加工孔 除用刚性主轴的方案外 其余尺寸和位置精度主要决 定于夹具的导向 因此 正确地选择导向机构 确定导向的类型 参数和精度 西安理工大学毕业设计 11 是设计组合机床的重要内容 也是加工示意图需要解决的问题 导向机构的结构形式有两种 固定导向 滚动式导向 根据导向的线速度 小于 20m min 加工精度及刀具的具体工作条件 本机床采用固定式导向 钻套导向 导向参数包括导套直径 导套长度及导向套到工件端面距离等 导向套端面至工件端面距离是为了排屑方便 一般取 1 1 5d 查文献 10 的表 8 4 通用导套的尺寸规格 对于加工 57 孔 根据直径选择的导套尺寸为 D 55mm L 55mm 12mm e 46mm l 1217075Dmm 对于加工 33 孔 根据直径选择的导套尺寸为 D 48mm L 55mm 12mm e 42mm l 1216675 对于加工 22 孔 根据直径选择的导套尺寸为 D 35mm L 45mm 10mm e 32mm l 12146504Dmm 对于加工 53 孔 根据直径选择的导套尺寸为 D 55mm L 55mm 12mm e 46mm l 1217075 B 确定主轴 尺寸 外伸尺寸 在该课题中 主轴既有用于镗孔又有用于钻孔 镗孔时主轴与刀具采用浮 动卡头连接 主轴属于短主轴 钻孔时主轴与刀具采用接杆连接 主轴属于长 主轴 根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩 T 由文献 10 的 43 页公式 2 9 410TBd 式中 d 轴的直径 T 轴所传递的转矩 N m B 系数 本课 题中镗孔主轴为非刚性主轴 取 B 6 2 钻孔主轴为刚性主轴 取 B 7 3 西安理工大学毕业设计 12 由公式可得 左面 轴 1 d 6 2 32 76mm 取定 d 40 4506 1 轴 2 d 6 2 32 76mm 取定 d 40 轴 4 d 7 3 29 63mm 取定 d 35 439 2 轴 5 d 7 3 22 47mm 取定 d 35 6170 轴 6 d 6 2 31 67mm 取定 d 40 45 右面 轴 1 2 d 6 2 36 41mm 取定 d 40 4916 0 轴 3 d 6 2 50 53mm 取定 d 60 2 轴 6 d 6 2 29 57mm 取定 d 40 4 后面 轴径 d 7 3 43 02mm 取定 d 60 46083 12 根据主轴类型及初定的主轴轴径 文献 9 的 44 页表 3 6 可得到主轴外伸尺 寸几接杆莫氏圆锥号 滚锥主轴轴径 d 40 时 主轴外伸尺寸为 D d1 67 48 L 75 滚锥主轴轴径 d 60 时 主轴外伸尺寸为 D d1 90 60 L 75 滚珠主轴轴径 d 40 时 主轴外伸尺寸为 D d1 67 48 L 135 滚珠主轴轴径 d 35 时 主轴外伸尺寸为 D d1 50 36 L 115 C 选择接杆 浮动卡头 在钻孔时 通常都采用接杆 各主轴的外伸长度和刀具均为定值 为保证 主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置 须采用轴向可调整的接杆来协调各 轴的轴向长度 以满足同时加工完成孔的要求 镗孔时 采用浮动卡头连接 D 动力部件工作循环及行程的确定 a 工作进给长度 L 工的确定 西安理工大学毕业设计 13 工作进给长度 L 工 应等于加工部位长度 L 多轴加工时按最长孔计算 与 刀具切入长度 L1 和切出长度 L2 之和 切入长度一般为 5 10 根据工件端面的 误差情况确定 镗孔时 切出长度一般为 5 10mm 根据 d 3 3 8 计算 式中 d 为钻头直径 所以得出以下结果 2 左主轴箱 工进长度 34 5 11 50mm工L 右主轴箱 工进长度 一工进 34 5 5 44mm 二工进 49mm工 工L 后主轴箱 一工进 47 5 8 60mm 二工进 60mm工 工 b 快速进给长度的确定 快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置 初步选定三个主轴箱上 刀具的快速进给长度分别为 215 255 和 125 c 快速退回长度的确定 快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和 由已确定的快速进给和 工作进给长度可知 三面快速退回长度分别为 265 348mm 249mm 图 2 3 为加工示意图 对于本机床的左动力部件循环中 前备量选 40 后备量选 95 对于本机床的右动力部件循环中 前备量选 40 后备量选 612 对于本机床的后动力部件循环中 前备量选 40 后备量选 345 2 3 3 机床尺寸联系总图 A 选择动力部件 a 动力滑台型号的选择 根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力 按文献 10 的 62 页公 式 2 10 niF1多 轴 箱 计算式中 Fi 各主轴所需的 向切削力 单位为 N 则 西安理工大学毕业设计 14 左主轴箱 F 418 6X2 5827 4 2799 1 396 6 9896 3N 右主轴箱 F 604 53X2 1288 1 1288 1 1288 1 471 3 5544 66N 后主轴箱 F 530 6 530 6 530 6 1591 8N 实际上 为克服滑台移动引起的摩擦阻力 动力滑台的进给力应大于 F 又 考虑到所需的最小进给速度 切削功率 行程 主轴箱轮廓尺寸等因素 为了 保证工作的稳定性 由文献 10 的 91 页表 5 1 左 右 后面分别选用机械滑台 1HY40 A 型 1HY40 A 型 1HY40 A 型 台面宽 400mm 台面长 800mm 滑台及滑座总高为 320mm 允许最大进给力为 20000N 其相应的侧 底座型号分为 1CC401 1CC401 1CC401 b 动力箱型号的选择 由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和 根据文献 10 的 47切 削P 页公式计算 2 11 切 削多 轴 箱 P 式中 消耗于各主轴的切削功率的总和 Kw 切 削 多轴箱的传动效率 加工黑色金属时取 0 8 0 9 加工有色金属 时取 0 7 0 8 主轴数多 传动复杂时取小值 反之取大值 本课题中 被加工 零件材料为灰铸铁 属黑色金属 又主轴数量较多 传动复杂 故取 5 8 0 左主轴箱 P 2X0 5323 0 9092 0 4541 0 4978 2 9257KW 则 P 2 9257 0 85 3 442KW 右主轴箱 p 0 69X2 2 283 0 44 4 103KW 则 P 4 103 0 85 4 827KW 后主轴箱 P 1 806KW 则 P 1 806 0 85 2 125KW 根据液压滑台的配套要求 滑台额定功率应大于电机功率的原则 查文献 10 的 页表 5 38 得出动力箱及电动机的型号 见表 2 2 15 4 西安理工大学毕业设计 15 表 2 2 动力箱及电动机的型号 动力箱型号 电动机型 号 电动机功率 Kw 电动机转速 r min 输出轴转速 r min 左主轴箱 1TD40I Y132S 45 5 1440 720 右主轴箱 1TD40 M 65 5 960 480 后主轴箱 1TD40 3 0 960 480 c 配套通用部件的选择 侧底座 1CC401 型号 其高度 H 560mm 宽度 B 600mm 长度 L 1350mm B 确定机床装料高度 H 装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离 本课题中 工 件最低孔位置 h2 70 86 主轴箱最低主轴高度 h1 121 所选滑台与滑座总高 h3 320 侧底座高度 h4 560 夹具底座高度 h5 345 中间底座高度 h6 600 综合以上因素 该组合机床装料高度取 H 1060 a 确定夹具轮廓尺寸 夹具是用于定位和夹紧工件的 所以工件轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓 尺寸的依据 由于加工示意图中对工件和靠模杆的距离 以及导套尺寸都作了 规定 掌握了以上尺寸后 确定夹具总长尺寸 A A 590 mm 夹具底座高度应 视夹具大小而定 既要求保证有足够的刚性 又要考虑工件的装料高度 一般 夹具底座高度不小于 240mm 根据具体情况 本夹具底座取高度为 345mm C 确定中间底座尺寸 根据选定的动力部件及其配套部件的位置关系 并考虑动力头的前备量因 素 通过尺寸链就可确定中间底座尺寸 L L 2 2 2 2 12 1L23123ll 其中 L1 动力头支承凸台尺寸 L2 动力头支承凸台端面到滑座前端面加工完了时距离 由于动力头支承 凸台端面到滑座端面最小尺寸和动力头向前备量组成 L3 滑座前端面到床身端面距离取 L 585mm 西安理工大学毕业设计 16 确定中间底高度尺寸时 应考虑铁屑的储存及排除电气接线安排 中间底 座高度一般不小于 540mm 本机床确定中间底座高度为 600mm D 确定主轴箱轮廓尺寸 主要需确定的尺寸是主轴箱的宽度 B 和高度 H 及最低主轴高度 h1 主轴箱 宽度 B 高度 H 的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关 可按文献 10 的 49 页公式计算 B b 2b1 2 13 H h h1 b1 2 14 式中 b 工件在宽度方向相距最远的两孔距离 b1 最边缘主轴中心距箱外壁的距离 h 工件在高度方向相距最远的两孔距离 h1 最低主轴高度 其中 h1 还与工件最低孔位置 h2 70 86 机床装料高度 H 1060 滑台滑座总高 h3 320 侧底座高度 h4 560 等尺寸有关 对于卧式组 合机床 h1 要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外 通常推荐 h1 85 140 本组合机床按文献 10 的 50 页公式 h1 h2 H 0 5 h3 h4 2 15 计算 得 h1 140 b 212 33 h 174 取 b1 100 则求出主轴箱轮廓尺寸 B b 2b1 212 33 2 100 412 33 H h h1 b1 174 140 100 414 根据上述计算值 按主轴箱轮廓尺寸系列标准 左 右主轴箱轮廓尺寸都 预定为 B H 630 500 2 3 4 机床生产率计算卡 A 理想生产率 单位为件 h 是指完成年生产纲领 A 包括备品及废品Q 率 所要求的机床生产率 它与全年工时总数 tk 有关 一般情况下 单班制 tk 取 2350h 两班制 tk 取 4600h 由文献 9 的 51 页公式 西安理工大学毕业设计 17 2 16 ktAQ 得 h 87 1046 50件 B 实际生产率 单位为件 h 是指所设计机床每小时实际可生产的零件 数 单TQ601 式中 生产一个零件所需时间 min 可按下式计算 单 装移快 退快 进停辅切单 tVLtVLt kfff21 式中 分别为刀具第 工作进给长度 单位为 mm 21L 分别为刀具第 工作进给量 单位为 mm min ffV 当加工沉孔 止口 锪窝 倒角 光整表面时 滑台在死挡铁上的停停t 留时间 通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 转所需的时间 单位 min 分别为动力部件快进 快退行程长度 单位为 mm 快 退快 进 L 动力部件快速行程速度 用机械动力部件时取 5 6m min 用液压动kfV 力部件时取 3 10m min 直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间 一般取 0 1min 移t 工件装 卸 包括定位或撤销定位 夹紧或松开 清理基面或切屑装 卸 及吊运工件 时间 它取决于装卸自动化程度 工件重量大小 装卸是否方便 及工人的熟练程度 通常取 0 5 1 5min 西安理工大学毕业设计 18 如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求 即 则必Q 1 须重新选择切削用量或修改机床设计方案 已知 粗镗左面孔 50mm 32mm 1L1fV 25Lm 快 进 265m 快 退 粗镗右面孔 48mm 49mm mm 48mm411f 2L2fV 快 进 38L快 退 粗镗后面 1160 5 6 infmV 22 ifL mL125 快 进 245L 快 退 左面孔 5018 6in32fttV 机 工 进 停 520 15 68minkfLtt 快 进 快 退 移辅 装 卸 1 62 83 mintt 切 辅总 单 右面孔 492 i87fLttV 机 工 进 停 5340 15 7min6kftt 快 进 快 退 移辅 装 卸 2 831 72intt 切 辅总 单 后面孔 西安理工大学毕业设计 19 60182 34min52 6fLttV 机 工 停 50 51 62ikftt 快 进 快 退 移辅 装 卸 1 62 34 2intt 切 辅总 单 共计所用时间如下 5mT 辅切总 实际生产率 1013 24 Qh总 件 C 机床负荷率 当 Q Q 时候 机床负荷率为二者之比 1 由文献 10 的 51 页公式得机床负荷率 10 872 34 总 组合机床负荷率一般为 0 75 0 90 对于精度较高 自动化程度高或加工 多品种组合机床 宜适当降低负荷率 3 组合机床主轴箱设计 本设计的课题是 ZH1115W 柴油机气缸体三面粗镗卧式组合机床左主轴箱部 分的设计 由总体设计部分可知 需设计的主轴箱轮廓尺寸都为 630 500 属 于大型通用主轴箱 结构典型 能利用通用的箱体和传动件 采用通用主轴 借助导向套引导刀具来保证被加工孔的位置精度 大型通用主轴箱由通用零件如箱体 主轴 传动轴 齿轮和附加机构等组 成 标准通用卧式钻孔类主轴箱的厚度是一定的 为 325mm 本课题中主轴箱 由箱体 前盖和后盖三个部分组成 箱体材料为 HT200 前 后盖等材料为 西安理工大学毕业设计 20 HT150 箱体的标准厚度为 180mm 前盖厚度为 55mm 后盖厚度为 90mm 齿轮有传动齿轮 动力箱齿轮和电动机齿轮三种 通用主轴箱设计的顺序是 绘制主轴箱设计原始依据图 确定主轴结构 轴径及齿轮 模数 拟订传动系统 计算主轴 传动轴坐标 绘制坐标检查图 绘制主轴箱总图 零件图及编制组件明细表 具体内容如下 3 1 绘制主轴箱原始依据图 主轴箱依据图是根据 三图一卡 绘制的 图 3 1 所示为三面卧式镗孔组合机床左主轴箱设计原始依据图 表 3 1 所示 为各主轴外伸尺寸及各孔的切削用量 图 3 1 左主轴箱设计原始依据图 表 3 1 主轴外伸尺寸及孔的切削用量 轴 号 D d L 工序内容 n r min v m min f mm r 1 67 48 75 镗 57 128 22 9 0 25 西安理工大学毕业设计 21 2 67 48 75 镗 57 128 22 9 0 25 4 50 36 135 钻 33 170 17 6 0 19 5 50 36 115 钻 22 256 17 7 0 125 6 67 48 75 镗 53 137 22 9 0 23 3 2 主轴结构型式的选择和动力计算 3 2 1 主轴结构型式的选择 主轴结构的选择包括轴承型式的选择和钻头结构的选择 轴承型式是主轴 部件结构的主要特征 主轴进行钻削加工 轴向切削力较大 用推力球轴承承 受轴向力 用深沟球轴承承受径向力 又因钻削时轴向力是单向的 因此推力 球轴承应安排在主轴前端 主轴采用滚珠主轴 前支承为推力球轴承 深沟球 轴承 后支承滚锥轴承 主轴进行镗削时 前后支承均为滚锥轴承 钻孔采用滚珠轴承长主轴是因为长主轴其轴头内孔较长 可增大与刀具尾 部连接的接触面 因而增强刀具与主轴的连接刚度 减少刀具前端下垂 3 2 2 主轴直径和齿轮模数的确定 主轴直径已在总体设计部分初步确定 见 2 3 2 按同一多轴箱中的模数规格最好不多于两种的原则 用类比法确定齿轮模 数 在次之前可先由文献 9 的 P62 页下式估算 3 1 3 2 0 znPm 式中 P 齿轮所传递的功率 单位为 Kw z 一对啮合齿轮中的小齿轮齿数 n 小齿轮的转速 单位为 r min 主轴箱中的齿轮模数常用 2 2 5 3 3 5 4 几种 为了便于生产 同一主 轴箱中的模数规格不要多于两种 因此确定本次设计的齿数模数为 3 4 西安理工大学毕业设计 22 3 3 主轴箱传动系统的设计与计算 多轴箱传动设计 是根据动力箱驱动轴位置和转速 各主轴位置及其转速 要求 设计传动链 把驱动轴和各主轴连接起来 使各主轴获得预定的转速和 转向 多轴箱传动系统的一般要求 a 在保证主轴的强度 刚度 转速和转向的条件下 力求使传动轴和齿轮的 规格 数量为最少 应尽量用一根传动轴带动多根主轴 当齿轮啮合中心距不 符合标准时可采用齿轮变位的方法来凑中心距 通常应避免主轴带动主轴 否则将增加主动主轴的负荷 b 为使结构紧凑 多轴箱内齿轮副的传动比一般要大于 1 2 最佳传动比 1 1 1 5 后盖内传动比允许取至 1 3 1 3 5 避免用升速传动 c 用于粗加工主轴上的齿轮 应尽可能设置在第 排 以减少主轴的扭转变 形 精加工主轴上的齿轮 应设在第 排 以减少主轴端的弯曲变形 d 多轴箱内具有粗加工主轴时 最好从动力箱驱动轴齿轮传动开始 就分两 条传动路线 以免影响加工精度 e 刚性镗孔主轴上的齿轮 其分度圆直径应尽可能大于被加工孔的孔径 以 减少振动 提高运动平稳性 f 驱动轴直接带动的转动轴数不能超过两根 以免给装配带来困难 3 3 1 根据原始依据图计算坐标尺寸 根据原始依据图 3 2 计算驱动轴 主轴的坐标尺寸 如下表 3 2 所示 表 3 2 左主轴箱驱动轴 主轴坐标值 左主 轴箱 坐标 销 O1 驱动轴 0 主 轴 1 主 轴 2 主 轴 4 主 轴 5 主 轴 6 X 0 000 265 000 172 000 172 000 191 620 265 000 384 330 Y 0 000 129 500 307 930 133 930 228 950 133 900 121 050 西安理工大学毕业设计 23 3 3 2 拟订主轴箱传动路线 左主轴箱有 5 根主轴 这 15 根主轴分别为 1 2 4 5 6 传动轴分别 为 7 8 9 10 11 12 13 14 15 油泵轴 16 由传动轴 13 传动 具体传动路线见图 3 2 图 3 2 左主轴箱传动树形图 3 3 3 确定传动轴位置及齿轮齿数 传动方案拟订之后 通过 计算 作图和多次试凑 相结合的方法 确定 齿轮齿数和中间传动轴的位置及转速 A 由各主轴和驱动轴转速求驱动轴到各主轴之间的传动比 各主轴转速见 表 3 4 所示 表 3 3 左主轴箱主轴转速 r min 主 轴 0 1 2 4 5 6 转 速 720 128 128 170 256 137 a 左主轴箱总传动比 01 28 7i 436 西安理工大学毕业设计 24 5260 37oi 619 B 各轴传动比分配 主轴箱中轴的分布有同心圆分布及任意分布 同时为满足主轴上齿轮不过 大的要求 最后一级齿轮取升速 a 主轴箱各轴传动比分配 轴 1 36 08 i85 7 i14 7 i76 0 i10 7i 轴 2 141 452 43 213 i 轴 4 36 08 i 85 07 i7 40 i 轴 5 163 轴 6 80 i 93 8i 8i b 确定中间传动轴的位置并配各对齿轮 传动轴转速的计算公式 文献 9 的 61 65 页 3 2 主从从主 nzu 3 3 zSmA2 2 从主 3 4 主从从从主 nu 3 5 从主主主从 z 西安理工大学毕业设计 25 3 6 1 2 2umAnzmAz 从主从主 3 7 zz 1 主从主从 式中 啮合齿轮副传动比 u 啮合齿轮副齿数和 zS 分别为主动和从动齿轮齿数 从主 分别为主动和从动齿轮转速 单位为 r min 从主 n 齿轮啮合中心距 单位为 mm A 齿轮模数 单位为 mm m C 确定齿轮齿数 Z 右上角的点数表 示齿轮所在的排数 a 确定中间传动轴 7 的位置 配 7 轴与主轴 4 5 及传动轴 8 11 连接的 Z4 Z7 Z5 Z7 Z7 Z8 Z11 Z7 四对齿轮 通过公式 3 2 及传动比 i8 7 0 85 i7 4 0 77 i 7 5 1 163 i7 11 1 14 取 m 3 可得到齿轮齿数 Z4 54 Z5 36 Z7 42 Z7 41 Z 7 33 Z 11 36 Z8 28 b 确定中间传动轴 9 的位置 配 9 轴与主轴 6 及传动轴 8 连接的 Z8 Z9 Z6 Z9 两对齿轮 利用公式 2 2 及传动比 取 m 3 可得到齿轮齿数 Z6 52 Z8 28 Z 9 30 Z9 30 c 确定中间传动轴 10 的位置 配 10 轴与主轴 1 及传动轴 11 连接的两对齿 轮 用求传动轴配对的齿轮相同的方法 求得与传动轴 10 配对的 4 6 的齿数 Z10 29 Z1 43 Z11 36 模数 m 3 d 确定中间传动轴 8 的位置 配 8 轴与驱动轴 0 及传动轴 7 9 连接的三对 齿轮 西安理工大学毕业设计 26 用上述同样的方法 求得与中间传动轴 8 配对的驱动轴 0 的齿轮齿数分别 为 Z0 21 Z8 59 模数均为 4 其余以在前面确定 e 确定中间传动轴 14 的位置 配 14 轴与驱动轴 0 及传动轴 15 连接的两对 齿轮 用上述同样的方法 求得与中间传动轴 14 配对的驱动轴 0 及传动轴 15 上 的两对齿轮齿数分别为 Z14 18 Z15 18 模数均为 4 f 确定中间传动轴 12 的位置 配 12 轴与传动轴 15 13 连接的两对齿轮 齿数分别为 Z15 18 Z12 33 模数均为 4 g 确定中间传动轴 13 的位置 配 13 轴与主轴 2 及传动轴 12 连接的两对齿 轮 齿数分别为 Z12 22 Z13 50 Z13 34 Z2 21 模数均为 3 D 验算各主轴转速128413629700 5 min59nr 2 454 16 i34r52870 7n9n 60 mi5r 转速相对损失在 5 以内 符合设计要求 E 采用 B ZIR12 2 型叶片液压泵 由中间传动轴经一对齿轮传动218207063 in351nr 泵 叶片液压泵转速在 550 800 之间 满足要求 3 4 主轴箱坐标计算 绘制坐标检查图 坐标计算就是根据已知的驱动轴和主轴的位置及传动关系 精确计算各中 间传动轴的坐标 其目的是为主轴箱箱体补充加工图提供孔的坐标尺寸 并用 于绘制坐标检查图来检查齿轮的排列 结构的布置是否正确合理 西安理工大学毕业设计 27 3 4 1 计算传动轴的坐标 计算传动轴坐标时 先算出与主轴有直接传动关系的传动轴坐标 然后计 算其它传动轴坐标 根据传动轴的传动形式 传动轴的坐标计算可分为三种类 型 与一轴定距的坐标计算 与两轴定距的坐标计算 与三轴等距的坐标计算 由于与二轴定距的传动轴坐标计算方法运用较多 下面简单介绍其计算步 骤 计算公式如下 根据文献 10 的 171 页 设 ABX YXji123 B1JC0ILabc R 图 3 5 轴和传动轴坐标关系 则 3 8 2BAL 3 9 21IRJI 因为 LBac 00sini 3 10 Ao 西安理工大学毕业设计 28 所以 LBJAIcJIA 00231 sincoaB sin 还原到 X0Y 坐标系中去 则 c 点坐标 LAJBIYXA 1 10 轴 1034291082mRZm cosX coscs375 62x 2116 y 075247 6x 14 30915y 即 26 11 轴 10276 mRZm 1siny sin 5sin1043 8 21175 3x 0462 8 1 9 40y 即 3285 8 轴 035216mRZm 西安理工大学毕业设计 29 1sinyR 1sin60si3491 07yR 2113 9x 0265 9x 019 72 y 即 8 7 9 轴 9632322mRZm 1siny sin1si5 4 21185 x 6349470 2 012 13y 即 97 7 轴 45242mRZm 1siny sin1si 3 1 2113 96x 4 05 8 128 524y 即 730 4 14 轴 018172mRZm 1siny sin8si639 2yR 西安理工大学毕业设计 30 21134 97xRy 065230 x 01296 5 78y 即 2 8 15 轴 15487mRZm siny sin2si3 6 2117 9xRy 14230 7 915 x 5860y 即 12 轴 152312mRZm siny sin0si8 5 21197xRy 158 976 x 16 03 58 6y 即 26 3 13 轴 112 53482 5mRZm siny sinsin760 21190 x 27281 21 319 6y 即 38 6 根据以上的计算 得到中间传动轴的坐标如表 3 4 所示 表 3 4 左主轴箱传动轴坐标计算结果 西安理工大学毕业设计 31 坐 标 传动轴 7 传动轴 8 传动轴 9 传动轴 10 传动轴 11 传动轴 12 传动轴 13 传动轴 14 传动轴 15 X 305 580 396 900 470 220 247 620 322 850 61 120 81 980 230 030 158 120 Y 225 84 220 070 173 240 353 910 340 040 87 630 193 600 59 780 56 100 3 4 2 传动轴坐标的验算 10 轴 1034291082mRZm 210847 65 7 9 2A 误差在 0 001 0 009 之间 不用变位齿轮 11 轴 1032976 52mRZm 276 53 847 6 140 49021A 误差在 0 001 0 009 之间 不用变位齿轮 8 轴 8035921602mRZm 16039 6 75 7RA 误差太大 采用变位齿轮 9 轴 963052132mRZm 2123470 8 17 4 960 7RA 误差在 0 00