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天津理工大学2005届毕业设计（论文）第一章 组合机床的概述1. 1组合机床及其特点组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。 他能够对一种（或者几种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序生产效率高，加工精度稳定。 组合机床与通用机床、其他的专用机床比较，具有以下的特点： (1)组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的70-80%。因此设计和制造的周期短。投资少，经济效果好。 （2）由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高 ，因此比通用机床生产效率高 ，产品质量稳定，劳动强度低。 （3）组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂成批制造，因此结构稳定、工作可靠、使用和维修方便。（4）在组合机床上加工里零件时，由于采用专用夹具、道具和导向装置等，加工质量工艺装备保证，对操作工人的技术要求不是很高。 （5）当被加工产品更新时，采用其它类型的专用机床时，其大部分部件都要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造。 （6）组合机床易于连成组合自动线，以适应大规模的生产需要。1.2组合机床分类和基本配置型式组合机床由大型组合机床和小型组合机床两大类，它们不仅在体积和功率上有大小之分，而且在结构和配置上也有很大的差异。这里主要的介绍大型组合机床的配置形式。大型组合机床的配置可以分为以下三大类：1. 具有固定是夹具的单工位组合机床，分为卧式、立式、倾斜式、复合式几种。2. 具有移动式夹具的（多工位）组合机床 3. 转塔主轴箱式组合机床1.3组合机床的工艺范围及加工精度 组合机床可完成的工艺有铣平面、刮平面、车端面、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、攻丝、倒角、锪窝、钻深孔、切槽等。随着综合自动化技术的发展，组合机床可以完成的工艺范围也在不断哭大，除了上述工艺外，还可完成车外圆、车锥面、切削内外螺纹、滚压孔、拉削内外圆柱面、磨削、抛光，甚至还可以进行冲压、焊接、热处理、装配、自动测量和检查等。组合机床的加工精度分别有以下几种：（1） 孔加工（2） 平面加工（3） 止口加工 1.4组合机床现阶段的水平及发展趋势 我国组合机床装备较高的技术水平，但随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高，高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业，因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面，加强数控技术的应用，提高组合机床产品数控化率；另一方面，进一步发展新型部件，尤其是多坐标部件，使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品种加工的市场需求。从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界10多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专家分析，机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。 然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数据；通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠传动 ，以简化结构，缩短生产节拍：采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，提高工艺的可调性，并且会着重纳入柔性系统，。第二章 组合机床总体设计2.1设计说明LD1100柴油机是山东省莱阳动力总厂的新产品，年产量五万台。柴油机机体是柴油机的主要零件，该零件加工部位多，加工量大，精度要求高，针对生产现状和要求，设计LD1100柴油机机体三面43孔组合钻床。本机床采用三面卧式单工位，专用夹具、液压电气互锁控制、43个钻头同时满足加工的方式，具有夹紧可靠、定位准确的优点，对空的钻小位置精度可达+0.15mm，完全可以满足工件加工要求。机床由液压和电气联合控制，可完全的实现自动工作循环。2.2组合机床方案的确定2.2.1被加工零件的加工精度和加工工序被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度是制定机床方案的主要依据。本设计是为加工1100柴油机机体三面43孔，其中大部分是钻螺纹底孔，有通孔和盲孔两种。根据零件加工图可知：螺纹孔的位置精度是+0.20mm。为了保证位置精度，钻螺纹底孔位置精度应比螺纹孔的位置精度提高为+0.15mm。三面中，若以小面为后面，则左面要求加工的螺纹底13个，其中6.7（M8）孔6个（盲孔4个）8.5（M10）孔6个，10.2（M12）孔1个，右面要求加工螺纹底孔16个和4个固定孔。其中6.7（M8）孔16个（盲孔），13（M8）孔4个，后面要加工的螺纹底孔10个，其中6.7（M8）孔8个，8.5（M10）孔2个（盲孔），共计三面43孔，要求同时加工。为了保证加工精度，在本道工序之前，要求加工出机体的六个平面，并且保证垂直度和平行度的要求，以便安排本工序装夹定位。2.2.2被加工零件的特点被加工零件的毛坯为铸铁件，材料是HT200，硬度HB150-200。共建的最大轮廓尺寸为：长522+0.25mm,高176+0.1mm,宽300mm,机体外形近似为长方体.工件壁厚较均匀，刚性较好。由于加工为切削，切削力较稳定，加工控直径较小，不会引起变形。钻削时产生的切削热对工件加工精度也不会产生影响。2.2.3定位基准及夹紧点的选择正确选择定位基准是确保加工精度的重要条件。本工序是在机体的六个面精铣加工之 进行的，定为基准采用“三面定位”的方式。图2-1 机体定位夹紧示意图Figure 2-1 machine fixed positions clip the tight sketch map在图2-1中，工件的底面与夹具支承面接触定位，可消除Z,X,Y 三个 自由度，由于接触 面积大，定位稳定可靠，是主要定位基面，以右面为导向定位基准面，可消除X,Z 两个自由度，以小面作为只推定为面，消除Y 自由度，通过三面定位消除了工件的六个自由度，使工件获得完全定位。加紧力的方向是有上而下。故采用四个夹紧点，以便使夹紧力分布均匀，且夹紧力均匀的分布在箱体的外壁上，直接对准家具支承面，减少了工件的夹紧变形，有利于保证加工精度。2.2.4加工工艺分析加工三面孔时，左右两面的轴向切削力可抵消一部分，因此加紧力不需要很大。为了保证丝锥顺利进入螺纹底孔，螺纹底孔要倒角。本工序最大钻孔身23mm，孔径为8.5mm,采用一次加工定位。另外水平钻削，排屑容易，切削时间短，切削热量笑，可不必考虑冷却问题。钻孔的孔径尺寸精度及位置精度的保证，主要是提高钻套的尺寸及位置精度、钻头刃 质量、导套和钻头间的配合、严格控制钻头切削刃摆差及严格要求主轴与导向套之间的同轴度来保证，尺寸精度可达IT10，这样可使位置精度达0.15mm。2.2.5机床配置形势及结构方案的确定根据被加工零件的结构特点，加工要求，加工工艺过程方案、生产率及现场调研等情况，经分析认为是采用固定是夹具，单工位卧式三面组合机床较为合理。这类机床达到的加工精度最高，加工工艺也较好，工件装卸方便，夹具设计简单，导向精度好，且调整机床及更换道具方便，另外，这种形式的组合机床还有益于排屑，操作方便，较易形成流水线等特点。2.3确定切削用量及选择刀具2.3.1确定切削用量由于组合机床一般为多轴，多刀，多面同时加工，因此，所选切削用量硬比一般的万能机床单刀加工低30%左右，同时根据工件的材料，工作的环境，加工精度及技术要求，按照经济的满足加工精度要求的原则以及考虑滑台特性，是否便于主轴设计等合理的选择切削用量，已达到合理的使用刀具的目的。按相关的要求，已知工件的材料为HT200,硬度为HT150-200,参考组合机床设计手册表3-7知：切削速度一般V(m/min)=1624m/s因为孔的直径都在612mm, 所以进给量f取 0.120.20mm/r具体选择如下：左面：确定转速即每分钟进给量(1)6.7孔取 V=16米/分 f=0.12 mm/r则 主轴转速 n=1000v/=100016/6.7=760转/分 每分钟进给量 Vf=nf=7600.12=91.2 mm/s （2）8.5孔 取V=16.8 m/min f=0.145 mm/r 则 主轴转速 n=1000v/=100016.8/8.5=630转/分 每分钟进给量 Vf=nf=6300.145=91.2mm/s(3) 10.2孔 取V=17.95 mm/min f=0.163 mm/r则 主轴转速 n=1000v/=1000 17.95/10.2=560转/分 每分钟进给量 Vf=nf=5600.163=91.2mm/s由于组合机床工作时，要求每分钟的进给量相同，而且都等于液压滑台的进给量，这个进给量应该适合于所用刀具的平均值。在以上的切削用量的选择中，去进给量为91.2m/min ,以满足设计要求 。2.3.2确定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度（根据需要参考组合机床设计相关公式）切削轴向力：P=26.D.f0.8HB0.6 ( N)切削扭矩：M=10.D1.9.f0.8HB0.6 N/mm切削功率：N=MV/9740d(kw)刀具耐用度：T=(9600.D0.25/V.f0.25HB0.13)8 min相关说明：v切削速度(m/min ) D钻头直径(mm)(1) 对于6.7孔有L/D=18/6.7=2.7 则 Kv=0.933,所以不用修正系数根据公式 计算硬度HB=200-195/150=195P=26.D.f0.8HB0.6=266.7(0.12)0.8(200)0.6=767NM=10.D1.9.f0.8HB0.6=106.7(0.12)0.8(200)0.6=1635N.mmN=MV/9740d=1163516/9740d6.7 =0.1276kwT=(9600.D0.25/V.f0.25HB0.13)8=(96006.70.25/1690.120.551851.3)8=22406分(2) 对于8.5 孔 有L/D=18/8.5=0.94则 取V=16.8 m/min f=0.145 mm/r 根据公式 计算硬度HB=200-195/150 =195P=26.D.f0.8HB0.6=268.5(0.14476)0.8(200)0.6=1131NM=10.D1.9.f0.8HB0.6=108.51.9(0.14476)0.8(200)0.6=2985.6N.mmN=MV/9740d=2985.616.8/9740d8.5 =0.193kwT=(9600.D0.25/V.f0.25HB0.13)8=(96008.50.25/16.80.140.551851.3)8=10745 min（3） 对于10.2孔 有L/D=18/10.2=0.78 则 取V=17.95 mm/min f=0.163 mm/rP=26.D.f0.8HB0.6=2610.2(0.163)0.8(200)0.6=1493NM=10.D1.9.f0.8HB0.6=1010.21.9(0.163)0.8(200)0.6=4642N.mmN=MV/9740d=464217.95/9740d10.2 =0.267kwT=(9600.D0.25/V.f0.25HB0.13)8=(960010.20.25/16.80.1630.551851.3)8=6021 min则左主轴 合力P=7676+11316+1493=12881N总功率 N=0.1286+0.1936+0.267=2.193 kw右主轴箱及后主轴箱见另外的设计将以上的计算数据列入表2-1表21切削参数表Table 2 1 cut off the parameter form 切削力切削用量 切削功率 孔 径 位置切削速度Vm/min进给量fmm/r主轴转速nr/mm进给速度vfmm/min轴向切削力PN切削功率NKW耐用度Tmin扭矩Mn.mm切削合力PN总功率NKW左主轴箱6.7160.1276091.27670.13224061635128812.1938.516.80.14563091.211310.19310745298610.217.950.16356091.214920.26760224642右主轴箱 6.7160.1276091.27670.128250881635199923.7321322.420.16655091.219300.42115247468后主轴箱6.7160.1276091.27670.12825088163584021.418.516.80.14563091.211330.193118862990由于道具耐用度最小值为1635分钟，大与一个工作班次，所以切削用量及刀具选择比较合理。2.3.3选择刀具结构在本台机床设计中，为了提高工序集中程度及保证加工精度，采用标准麻花钻刃磨的钻孔一倒角复合钻头，可使钻孔、倒角在同一机床同一工位一次加工，且使钻孔、倒角的排屑槽整体连通，便于排屑。另外复合钻头后部直径较大，可使钻头刚度提高，防止钻头折断并提高钻孔精度。刀具耐用度值是以钻孔时的小直径计算的，所以刀磨后的刀具并不影响耐用度。由于加工孔径较小，需倒角的最大孔径仅为10.2mm，因而宜采用整体式而不宜采用装配式复合刀具。1. 4组合机床总体设计三图一卡组合机床整体设计就是根据被加工零件的特点及工艺要求，在选定工艺方案，确定机床配置形式、结构方案基础上，进行包括加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图的设计及编制生产率计算卡。2.4.1被加工零件工序图（见附录1图2-2）被加工零件工序图是原零件图的基础上，突出本机床的加工内容，加上必要的说明而绘制的。它既是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。绘制该图时，应先将零件图中的尺寸换算为以定位面开始标注的尺寸，现具替计算：（1）后面宽 度方向上的尺寸2.4.2、加工示意图（见附录1图2-3）加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据重要地位。它是刀具、附具、夹具主轴箱、液压电气装置设计及通用部件选用的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的依据。1）刀具的选择：根据工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生产率的要求等因素，决定选用标准长麻花钻改磨为钻孔-倒角复合钻头。2）导向的选择：选择导向类型、形式和结构 导向通常分为两类：一类是固定式导向。允许线速度20mm/min。另一类是旋转式导向，允许线速度20mm/min，它一般用以加工孔径大于25mm的孔。根据被加工零件的情况，决定选用固定可换式导向。这类导向的精度较好。确定导向数量、选择导向参数：导向的数量应根据工件形状、内部结构、刀具刚性、加工精度及具体加工情况决定。由于本工序是钻单层壁上的小孔，并且有盲孔，故选用单个导向。 导向的主要参数选择根据1表3-17及3-18确定，在确定参数时，考虑到钻模板的厚度，取I1=40mm，导套与工件的间距，考虑导向装置的安装，取I2=20mm。确定了这两个参数后，其余参数均按国家标准选取，3），初定主轴类型、尺寸、外伸长度和选择接杆：主轴的型式主要取决于进给抗力和主轴-刀具系统结构上的需要，主轴尺寸规格应根据切削扭矩M计算，有表2-1查得M后，根据1表3-19选择刚性主轴，取=1/4度/米，B=7.3，有公式钻6.7孔时钻8.5孔时d=17.1(mm)钻10.2孔时d=19.1(mm)钻13孔时d=21.5(mm)由于15mm值得主轴精度较低，也不便与装配，维修不方便，一般不选用。确定了主轴的直径后，再根据1表3-22确定出主轴外伸尺寸，接杆莫氏锥号。另外，本工序是单向导向进行钻孔倒角加工，应选用刚性连接，即接杆连接。根据1表3-23选接杆，具体参数见表2-24）确定动力部件的工作循环及工作行程：根据本工序的加工工序的加工特点，决定选用快进、工进、保留、快退的工作循环。其中“保留”是为了保证盲孔的深度尺寸。动力部件工作行程长度的确定：（1）工进长度L1的确定：工作进给长度L1应等于工件加工部位长度L与刀具切入长度L2和切出长度L3之和。根据本工序工件端面厚度尺寸误差较小的特点，选切入长度L2表22 主轴、接杆系列参数Table 2 2 main stalk.conjunction pole series parameter主轴直径主轴外肾尺寸接杆长度 接秆型号莫氏锥度 数量外伸长直径D/d左主轴箱2011530/202753-275T0635-01142011530/202803-275T0635-01122011530/202703-275T0635-01162011530/202653-275T0635-0111为5mm，其它尺寸分别见机床尺寸联系图2-7：左主轴箱：根据各孔尺寸情况，取10.2孔计算切出长度L3=d/3+8=10.2/3+810(mm)工进长度L1=L+L1+L2+L3=20+5+10=35（mm）右主轴箱：取13孔计算：L312mm,L135mm后主轴箱：取6.7孔计算：L310mm,(取L3=9mm);L1=25mm （2）快退长度的决定：在采用固定夹具的钻孔组合机床上，通常快退行程长度必须保证所有刀具均退至夹具导套内而不影响工件装卸即可。在本机床上，刀刃刚性较好，且能满足生产率的要求，为了使滑台轨道磨损均匀，将快退行程加长，具体参数：左动力箱160mm，右动力箱160mm，后动力箱180mm。 （3）动力部件总行程长度的确定：动力部件总行程除应保证要求的工作循环外，还要考虑装卸刀具的方便，即考虑前、后备量。为补偿刀具的磨损或制造、安装误差，取前备量为20mm，考虑到滑台的工作行程，取总行程长度为400mm。左、右后动力部件的总行程相同。/根据上述数据绘制加工示意图（图2-4）。2.4.3.机床联系尺寸图（见附录1图2-4）机床联系尺寸图可视为简化了的机床总图，它表示机床的配置型式及总体布局。其主要内容如下：1.动力部件及其配套通用部件的选择：影响动力部件选择主要因素为：1）切削总功率（2.193kw）是选择组合机床主传动用动力箱型号规格的依据 ，配两种电机2）进给力 P=12881NV额）4）行程 所确定的动力部件总行程应小于所选滑台的最大行程根据以上因素，组合机床左面选的动力部件及其配套通用部件型号贵各级主要尺寸，性能如下1.1选择动力箱： 动力箱是为刀具提供切削主运动的驱动装置。它与动力滑台和主轴箱配套使用，有动力滑台实现进给运动，动力箱上安装主轴箱实现切削运动，用以组成带导向装置加工的卧式或立式组合机床动力箱，有齿轮传动的动力箱和连轴节传动的动力箱。由于我国目前通用部件中只有齿轮传动的动力箱，因此选用标准的齿轮传动动力箱。有表2-1知：左动力箱：切削功率N=2.193。取=0.8，钻头磨钝系数为1.5，动力箱的驱动功率为N=N/.1.5=2.193/0.8X1.5=4.1（KW）根据国家标准（GB3668.5-83组合机床通用部件-动力箱尺寸），决定选用：1TD40I型齿轮传动动力箱，电机型号Y132S-4，功率5.5KW，电机转速1440r/min，动力箱输出轴转速720r/min。右动力箱：（计算同上。选ITD32型齿轮传动动力箱，电机型号Y132M-4，功率7.5KW，转速1440r/min,动力箱输出轴转速720r/min.后动力箱：计算同上。选ITD32型齿轮传动动力箱，电机型号Y100L2-4，功率3.0KW，转速1430r/min动力箱输出轴转速715r/min.）1.2.选择动力滑台：动力滑台有机械和液压两种，两种滑台的的用途及导轨型式完全一样。滑台主要参数和互换尺寸也相同。动力滑台的主要参数是台面宽度及行程。由于台面宽320mm以上的机械滑台没有分级进给装置因此钻孔深度的确定性及过载保护方面均不如液压滑台，所以本机床选用液压滑台，控制形式采用电-液联合控制，以克服电气或液压单独控制时工作不可靠，转换精度低的弱点。导轨形式选平-山形，以保证导向精度。行程取最小滑台行程400mm,满足总行程的要求。选用液压滑台左滑台：根据滑台进给力P进切削合力P，且滑台宽度应为动力箱长度的1/1.25，决定选取1HY401A型液压滑台，其性能：P进=2000N（P=12893N），台面宽度400（动力箱长度为500mm），行程400mm，其工作进给速度为12.5500mm/min，而12.5X（1+50%）=18.75mm/min91.2mm/min（工作进度），满足工作进速度大于进给量50%的要求。快进速度8m/min5m/min右滑台及后滑台见别的设计1.3配套通用部件的选择（GB3668.6-83）左侧底座：选ICC401-I型滑台侧底座。 高度H=560mm， 宽度：B=600mm，长度：1350mm.右侧底座：选1CC401-I型滑台侧底座后侧底座：选1CC321-I型滑台侧底座。H=560mm,B=520mm,L=1180mm2、其他尺寸的确定 2.1机床装料高度H的确定：选取装料高度时应注意考虑与车间中运送的滚道高度相适应，同时要考虑工件最低空位置，主轴箱最低主轴高度和所选用通用部件、中间底座、夹具等高度尺寸的限制，根据推荐的组合机床装料高度850mm-1060mm，本设计装料高度取970mm。2.2夹具轮廓尺寸的确定：(具体的设计见夹具设计)夹具底座总宽的确定：L=740mm夹具底座长度和高度的确定：根据设计取长度为710mm，高度为290mm。2.3中间底座尺寸的确定： 中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面安装连接的需要，其宽度方向要根据所选动力部件的要求，照顾各个部件尺寸的合理性等来确定，本设计确定中间底座的宽度尺寸为：L=2(L1+L2)+L3-2(l1+l2+l3)=2（400+325）+300-2(300+40+110)=850mm式中：L1为工件的端面之主轴箱端面在加工钟了时的距离，由加工示意图知取400mm L2为主轴箱厚度，取标准箱325mm L3为工件的厚度300mm l1主轴箱在滑台上的尺寸，800-500=300mm l2为加工终了位置时滑台前端面到滑座前端面的距离，20+20=40mm l3为滑台前端面至侧底座前端面的距离110mm检查a的距离：a是中间底座周边用于切屑回收的沟槽，不得小于1015mm,本设计机床a=(850-740)/2=55mm,满足要求。确定中间底座的长度尺寸为： L= L1+L2+L3/2-( l1+l2+l3)+ L4+a=355+325+522/2-（630-400）+40+110=324+55=940mm式中： L4为夹具底座在长度方向上自机床中心到前端面的距离，取324mm。确定中间底座高度方向的尺寸：由于装料高度为970mm,夹具底座高度为290mm，支撑板的厚度为60mm。故中间底座的高度为：H=970-290-60=620(mm).2.4主轴箱轮廓尺寸的确定：标准的通用钻镗类主轴箱的厚度有两种，本设计因是卧式，故取标准厚度325mm。轴箱的宽度、高度及最低主轴高度的确定如下：主轴箱：最低主轴高度h，通常在85410mm之间，h1=h2+H-(0.5+h3+h2+h1)=18+970-(0.5+320+5+560)=102.5(mm)满足要求。箱体尺寸计算见图2-8；图2-8主轴箱轮廓尺寸图Figure 2-8 principal axis an outline size diagramB=b+2b1=475+2x70=625mmH=h+h1+b1=137+102.5+70=314.5mm式中 b为工件宽度方向上最远两孔距离；b1为最边缘主轴中心距箱外壁的距离，推荐取b170100mm,本箱体取b1=70mm；h为工件在高度方向上相距最远的两孔距离；h1为最低主轴高度102.5mm；h2为工件最低孔位置18mm；h3为滑台总高度320mm；h4为侧底座高度560mm,h7为滑座与侧底座之间调整垫厚度5mm.根据标准，决定选用630x400mm主轴箱。右主轴箱：h1=94.5mm，B=595mm,（取b1=100mm），H=350.5mm，根据标准630x400mm主轴箱。后主轴箱：h1=138.5mm，B=369mm,（取b1=80mm），H=362.5mm，根据标准400x400mm主轴箱。由以上分析、计算结果，绘制出机床联系尺寸图2.4.4机床生产率计算卡(表2-3)根据加工示意图所确定的工作循环及切削用量等，就可以计算机床生产率并编制生产率计算卡。生产率计算卡是反映机床生产效率或生产节拍和切削用量、动作、时间、生产纲领既负荷率等关系的技术文件，它是验收机床生产效率的重要依据。（1） 理想生产率：理想生产率Q（单位为每件/H）是指完成年生产纲领的A（包括废品及废品率）所要求的机床生产率，它与全年的工时总数K有关，一般情况下，单班制生产K取2350小时，两班制生产K取4600小时，本设计年生产纲领A为50000件/年，单班生产K取23250小时，则理想生产率为Q=A/K=50000/23250=21.3（件/小时）。（2）实际实际生产率：生产一个零件所需的时间为（以左主轴箱计算）：式中： L1为工进长度； Vf1为工作进给量；t停为死挡铁停留时间；L快进为快进行程长度；L快退为快退行程长度； Vf1为动力部件快速运动速度；t装卸为工件、装卸时间，所以实际生产率为Q1=60/T单=60/2=30（件/小时） 。（3）.机床负荷率：通过机床负荷率的计算，可以分析机床的使用情况，根据本机床为三面43孔加工，查的最大负荷率为7580%，实际负荷率为=Q/Q1=21.3/3074%，基本满足要求（4）生产率计算卡 它是按一定的格式要求编制的反映零件在机床上的加工过程、工作时间、是机床生产率、机床负荷率的简明表格。表2-3 机床生产率计算卡Table 2-3被加工零件图号毛坯种类铸件名称LD1100柴油机机体毛坯重量材料HT200硬度HB150200工序名称钻上、下面及后面43孔工序号序号工步名称被加工零件数个加工直径mm加工长度工作行程切削长度每分钟转速每转进给量每分钟进给量工时（分）机动时间辅助时间共计1装入工件10.752工件定位、夹紧100.0023左动力部件快进12550000.0254左动力部件工进6.78.510.223（盲孔）3516；16.8；17.95760；630；5600.12；0.145；0.16391.20.45死挡铁停留0.0166动力部件快退16050000.0327松开工件100.0028卸下工件0.75备注装卸工件时间取决于操作者熟练程度本机床装卸工件时间为1.5分钟单件总工时0.4 1.7 2.1机床实际生产率Q130（件/小时）机床理想生产率Q21.3（件/小时）负载荷负0.75第三章 组合机床主轴箱设计本课题任选用LD1100N柴油机机体，年生产五万台。设计柴油机体三面组合钻床右侧主轴箱，由于主轴及传动轴多，排布传动齿轮方案较复杂，设计难度较大。主轴箱是组合机床的重要组成部件之一。它通过按一定速比排布的齿轮，将从电动机经动力箱传来的动力传递给工作主轴，使其获得一定的动力、转速和转向。由于被加工零件不同，机床的总体设计方案各异，其主轴箱可以垂直或水平安装。该设计的主轴箱是水平安装在ITD40动力箱前面的。3.1组合机床主轴箱概述3.1.1组合机床主轴箱的分类及用途主轴箱是组合机床的重要专用部件。在动力滑台或者动力头上安装一个专门设计的单轴或者多轴箱，就可以进行钻孔、扩孔、铰孔、撞孔等加工。动力部件通过主轴箱来使各主轴获得一定的位置和转速。主轴的位置决定于被加工零件上的孔的具体位置。主轴箱是根据加工示意图所确定的孔的数量和位置、切削用量和主轴类型来进设计的。多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。主轴箱通常安装在动力头上， 也可以固定在滑台上或者床身上.其具体结构取决于被加工零件上的孔的数t、形状和分布位置，以及被加工零件的数t。由于被加工零件上的孔的相互位置、大小尺寸和数t不同，要使主轴箱完全通用化是不可能的。因此主轴箱作为一个部件来说，不是通用件，但是对主轴箱的零件可以分类来实现主轴箱零件的通用化.比如，主轴箱的箱体和前后盖是按轮廓尺寸和外形分类的，以保证铸件的通用性;主轴按照用途分类的，分为钻孔、幢孔、和攻丝的几类。齿轮则按照模数、齿数和孔径分类等。使用这些通用化的零件可以配里成各种不同结构形式的主轴箱。3.1.2通用主轴箱的组成主轴箱的通用箱体分为箱体、前、后、侧盖。多轴箱基本尺寸系列标准规定，名义尺寸用相应滑台的滑鞍宽度表示。多轴箱体宽度和高度是根据配套滑台的规格按规定的系列尺寸选择。其结合面上联接螺孔、定位销及其位置与动力箱联系尺寸相适应。轴类零件分为通用主轴和通用传动轴。通用的主轴箱在生产中应用比较广，常见的有：（1） 钻削类主轴箱（2） 攻丝主轴箱（3） 钻、攻复合主轴箱通用的主轴箱主要有箱体、主轴、传动轴、齿轮、轴套等零件和通用的附加机构组成3.1.3主轴箱的通用部件目前，组合机床生产发展很快，不少生产单位都有自己的特点，主要的标准有以下的内容：（1） 通用零件编号 （2） 箱体类零件大型的通用主轴箱箱体类零件采用灰铸铁。（3） 轴类零件1) 钻削类主轴2) 攻丝主轴3) 传动轴 传动轴的材料一般为45号钢，调制处理T2154) 齿轮 通用的齿轮有三种，即传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮。3.2确定箱体结构、绘制原始依据图主轴箱体及前、后盖均采用灰铸铁HT200。箱体的形状和尺寸按标准GB3668.1-83选择。确定箱体外形尺寸时，可用下述关系式：箱体宽度 B=b+2b;箱体高度 H=h+h1+b1式中： b为工件宽度上两最远孔间距离（mm）b1为边缘主轴中心至外箱壁间距离；h为工件在离应等于该主轴上安装的最大齿轮的齿顶圆半径加齿頂至箱体内壁间距离810mm,再加上箱壁的厚度 ，即：不b1=De/2+(810)式中： De为齿顶圆直径；为箱壁的厚度。最低主轴的高度h1 为：h1=h2+h3-(h4+h5+h6+h7)式中：h2为工件最低加工孔距箱体距箱体支承面间的距离;h3为机床的装料高度，取970mm；h4为主轴箱体加工定位支承面具滑台面的距离，取0.5mm；h5为滑台高度，取320mm;h6为测底座高度，取560mm；h7为滑台与侧底座间的垫厚，取5mm.所以H1=10+970-(0.5+320+560+5)=94.5mm根据De，值确定b1为100mm时,由于b、h为已知尺寸，主轴箱体的轮廓尺寸为：B=359+2X100=595mmH=156+94.5+100=350.5mm主轴箱轮廓尺寸决定选用标准的630400mm更具上数据绘制出主轴箱设计原始图。图3-1原始依据图Figure 3-1 primitive according to the diagram3.3确定主轴型式、直径及动力计算3.3.1.确定主轴型式主轴的结构型式由被加工零件的加工工艺、主轴的工作条件和受力情况决定。轴承型式的是主轴部件结构的主要特征，本设计钻削加工的主轴，轴向力较大，用推力球轴承承受轴向力，而用向心球轴承承受径向力，又因为钻小诗轴向力是单向的，因此推力球轴承在主轴的前端。并且采用常主轴轴头，用标准的导套连接。轴头用圆柱孔与刀具连接，用螺钉做轴向定位。3.3.2.主轴直径和齿轮模数的初步确定（1）钻为6.7孔：式中：B为系数，刚性主轴=1/4度时，取7.3；M为主轴传递的扭矩，M=1635N.mm（根据总体设计计算的结果）。取主轴的直径d=20mm,外伸尺寸115mm，的D/d=30/20（主轴端部外径与孔径的比）。其他的孔径算法相同现将计算数据列入表3-1表3-1主轴外伸尺寸Figure 3-1 primitive according to the diagram轴号加工孔直径(mm)主轴直径d(mm)主轴外伸尺寸mmD/dL14钻6.7（深18）2030/2011556钻6.7（通孔）2030/20115712钻8.52030/2011513钻132030/20115 （2）齿轮模数的确定式中： N为齿轮传递的功率；z为一对齿轮中小齿轮齿数；n为小齿轮的转速。根据计算结果，齿轮模数分别为2和3mm。计算时依据总体设计的数据列于表3-2。表3-2 切削参数表Table 2 1 cut off the parameter form切削用量加工孔径切削速度V(m/min)进给量f(mm/r)主轴转速n(mm/min)进给速度Vf(mm/min)切削力（轴箱）切削功率N(KW)刀具耐用度T(min)主轴扭矩M主(Nmm)切削合力动力箱总功率6.7160.1276091.27670.128250661635198812.1938.516.80.14563091.211310.19310745298610.217.950.1635605091.214930.26760214642（4） 主轴箱所需动力计算：计算动力箱所需功率时，应考虑机械效率=0.8，钻头磨钝系数K=1.5。N动=K.N切/=1.5x3.732/0.8=4.665KW根据计算值动力箱电动机为7.5KW为宜.3.3传动系统的设计及计算主轴箱传动系统的设计是通过一定的传动链把动力相熟滁州传来的动力，转速按照要求分配给主轴。传动系统地涉及如何将直接影响主轴箱的质量，通用化程度，设计和制造工作量的大小及成本高低。3.3.1比较传动系统方案 对于方案1（附录1图3-2） ，从整体来看，结构比较简单，用11根传动轴带动13根主轴，符合一根传动轴带动多根主轴的要求，为了使齿轮符合标准中心距，采用变为齿轮。齿轮大小比较均匀，寿命相当，轴径多为20mm左右。轴与齿轮的规格少，便于加工，装配与维修。轴与齿轮的布置比较紧凑，受力相当。 对于方案2（附录1图3-3） ，从整体来看， 结构也比较紧凑，齿轮大小也比较均匀，但传动轴所带动的齿轮太多，增加了某些轴的负荷，容易损坏。从上述两个方案来说，第一个方案比较合理，故选用第一个方案 。3.3.2确定各传动轴轴径1.确定各传动轴的轴径根据前面计算各主轴承受扭矩及图所示的传动轴的传动关系，下面确定各传动轴轴径。确定15轴的轴径M=2M主*25/25=6418N.mm故取d=20毫米确定14轴的轴径M=M16=3148N.mm可取d=20毫米确定19轴的轴径M=2290*26/32+2990*21/31+4642=111526N.mm可取d=20毫米确定21，22轴的轴径M=3990*23/30=2292.3N.mm可取d=20毫米确定20轴的轴径M=2*2292.3=4584N.mm可取d=20毫米确定17轴的轴径M=2*1635*25/22=3716N.mm可取d=20mm 此轴为手柄轴，从结构上考虑取d=30mm25轴是带动油泵的轴，承受扭矩小，考虑加工方便仍然取d=20mm3.3.3分配传动比，确定齿轮齿数已知由各主轴上刀具的切削用量而确定的各主轴转速如下驱动轴 n0=720r/min 主轴 n1=n2=n3=n4=n5=n6=760r/minn7=n8=n9=n10=n11=n12=560r/minn13=630r/min各轴传动比为: i0-123456=760/720=1.05；i0-789101112 =5650/720=1/1.29i0-13=630/720=1/1.43各轴的传动比分配：i0-14= i14-16,7= i17-1、2 = i24-25=1 i16-5.6.15.17=i18-19=1.05 i14-18=2 i19-8.9=1/1.48 i19-13=1/1.67 i19-23=1/1.12i23-7.12=1/1.32 i19-20=1.14 i20-21.22.=1/1.33 i21-10=1/1.26i20-24=1/1.43用几何作图法粗略找出圆心，即为传动轴的位置，量得其半径据半径分配各对齿轮，齿轮齿数分别为图所示，具体计算过程略3.3.4验算各主轴转速n1=n2=n3=n4=72025/2550/5023/2225/25=752转 n5=n6=72025/2550/5027/26=748转 n8=n9=72025/2520/4040/3832/21=577转 n13= 72025/2520/4040/3844/26=641转n7=n12=72025/2520/4040/3838/34 34/26=554转 n10=n11=72025/2520/4040/3844/50 40/3030/23=576转各主轴转速的相对转速损失如下： （ 760-752）/760100%=1% （760-748）/760100%=1.5% （577-560）/560100%=3% （641-630）/630100%=1.7% （560-554）/560100%=1% （579-560）/560100%=3.3%各主轴的相对转速损失平均在5%之内，符合设计要求。 3.4主轴箱润滑3.4.1.主轴箱润滑主轴箱润滑用 R12 =1片油泵，油泵打出的油经分油器流向各润滑部位，即主轴箱体前后壁之间的齿轮、和轴承用流到分油盘的油润滑，箱体与前盖和后盖间的齿轮用经油管流出的油润滑，以便维修，油泵齿轮布置在第排，本设计由于结构上的限制将油泵齿轮放在第排油泵轴号为25号轴，其转速n2I=476r/min，油泵R12-1的使用转速范围在400800r/min之间。油泵的安装要使其回转方向从吸油口至排油口转过270。由于本主轴箱箱体宽度小于800，主轴根数少于30根，故用一个油泵就可以保证充分供油润滑。3.4.2.手柄轴主轴箱上有较多的主轴，为了便于更换和调整刀具以及装配，维修是检查主轴的精度，设置一个主极轴，其n17760转。主极轴的位置靠近操作者的一侧3.5主轴箱的坐标计算：主轴箱的坐标原点定在靠主轴箱左侧（对着主轴箱的主轴看）的定位销孔上，其位置是距主轴箱体右边E=50mm，距主轴箱体底边H=30mm主轴及传动轴的坐标计算如下：主轴的坐轴有原始依据由图可知传动轴坐标尺寸计算过程略去，现将主轴及传动轴坐标尺寸如下表中表3-3各轴坐标尺寸Table 3-3 each stalks sit to mark the size轴号XY1210.000142.500214.824209.5003104.824209.500414.82472.50054.82472.5006114.824142.5007245.824142.5008245.82472.5009335.824209.50010479.824209.50011479.824209.50012335.82472.50013245.824130.50014160.000142.5001559.99894.2491659.998142.5001759.998187.70618217.87158.33419290.824183.44220317.061142.50221430.029182.04522430.029102.95523209.824112.18624371.061246.80025435.402288.673将箱体坐标尺寸和根据齿轮确定定孔的中心距加以比较，其差值将确定那些齿轮变位，现将比较结果列入下表3-4中表3-4 坐标验算表N-NR实R理0-145050014-16-18100.001159.9998100600. 00110.000216-1715-5，645455345455300017-1，250.0007500.000715-3，450.7370500.737018-1977.981778-0.008319-8，9-13-23-2052.989770.00017294.0004537072940. 01130. 000100.000423-7，126060020-21-22-2470.000170.0008857070850. 00010. 0008021-1043.997440.000322-1143.9994440.000624-25707003.6绘制坐标检查图本设计的坐标检查图见：附录图3-4，说明主轴箱设计比较合理 3.7传动轴17上第排齿轮强度的校核已知小齿轮材料为40Cr ，调质处理，硬度为241HB286HB，平均取为260HB,大齿轮用45钢，调质处理，硬度为241HB286HB，平均取240HB。已知：高速级转速760r/min，低速级转速720r/min，传动比i=1.05，Z1=26 ,Z2=27,m=2低速级转速720r/min，1、齿面接触疲劳强度计算1）初步计算转矩T T=9.55106=M=1635N.mm齿宽系数d 由表12.13 取d=1.
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