汽缸體多軸鉆床加工設計
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GG950汽缸體加工工藝及專用設備設計
GG950汽缸體加工工藝及專用設備設計摘要
隨著我國經濟的發(fā)展，國內汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，提高汽車產品零部件的生產效率和加工質量對整個汽車行業(yè)的發(fā)展至關重要。發(fā)動機汽缸體是汽車重要部件之一，其生產效率和加工質量直接關系到汽車的生產效率和性能。因此，研究汽缸體的加工工藝具有重要意義。
本文在參考了國家內外大量文獻資料的基礎上，對GG950汽缸體零件的機械加工工藝過程進行了深入的分析和研究，并提出了一種加工GG950汽缸體零件專用機床的設計方案,專用機床方案設計的主要依據是工件分析和工藝分析。專用機床結構設計是在“移植” 和簡作通用機床結構的墓礎上創(chuàng)造特殊機構。
本文對汽缸體機械加工工藝方案的研究兼顧了工序集中與工序發(fā)散的原則，既具有較高的柔性，又提高了生產效率。實踐表明，該工藝方案的設備利用率高，生產能力穩(wěn)定，可靠性較號，對同類產品的加工及工藝設計具有一定的參考價值。
關鍵詞：專用機床，鉆床，汽缸體；
目錄
摘要 2
目錄 3
1 緒論 4
1.1 金屬切削機床發(fā)展概況 4
1.2 國內外金屬切削機床研究現(xiàn)狀 6
1.2.1國內金屬切削機床研究現(xiàn)狀 6
1.2.2國外金屬切削機床研究現(xiàn)狀 6
1.3汽車汽缸體生產的發(fā)展過程 7
1.4汽車汽缸體生產的現(xiàn)狀 8
1.5 本文研究目的 8
2 GG950汽缸體機械加工工藝設計 11
2.1 GG950汽缸體加工要求 11
2.2汽缸體工藝方案設計原則和依據 12
2.3汽缸體機械加工工藝設計的主要內容 13
2.4確定汽缸體機械加工工藝流程 17
3 多軸鉆床設計 19
3.1多軸加工的應用和優(yōu)勢 19
3.2設計前的準備 21
3.3傳動系統(tǒng)的設計計算 23
3.4多軸箱的結構設計與零部件的繪制 28
結論 50
致謝 51
參考文獻 52
1 緒論
1.1 金屬切削機床發(fā)展概況
一個國家要繁榮富強，必須實現(xiàn)工業(yè)、農業(yè)、國防和科學技術的現(xiàn)代化，這就需要一個強大的機械制造業(yè)為國民經濟各部門提供現(xiàn)代化的先進技術設備與裝備，即各種機器、儀器和工具等。然而，一個現(xiàn)代化的機械制造業(yè)必須要有一個現(xiàn)代化的機床制造業(yè)做后盾。機床工業(yè)是機械制造業(yè)的“裝備部”、“總工藝師”，對國民經濟發(fā)展起著重大作用。因此，許多國家都十分重視本國機床工業(yè)的發(fā)展和機床技術水平的提高，使本國國民經濟的發(fā)展建立在堅實可靠的基礎上。
機床是人類在長期生產實踐中，不斷改進生產工具的基礎上生產的，并隨著社會生產的發(fā)展和科學技術的進步而漸趨完善。最原始的機床是木制的，所有運動都是由人力或畜力驅動，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它們實際上并不是一種完整的機器?，F(xiàn)代意義上的用于加工金屬機械零件的機床，是在18世紀中葉才開始發(fā)展起來的。當時，歐美一些工業(yè)最發(fā)達的國家，開始了從工場手工業(yè)向資本主義機器大工業(yè)生產方式的過度，需要越來越多的各種機器，這就推動了機床的迅速發(fā)展。為使蒸汽機的發(fā)明付諸實用，1770年前后創(chuàng)制了鏜削蒸汽機汽缸內孔用的鏜床。1797年發(fā)明了帶有機動刀架的車床，開創(chuàng)了用機械代替人手控制刀具運動的先聲，不僅解放了人的雙手，并使機床的加工精度和工效起了一個飛躍，初步形成了現(xiàn)代機床的雛型。續(xù)車床之后，隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，其他各種機床也陸續(xù)被創(chuàng)制出來。至19世紀末，車床、鉆床、鏜床、刨床、拉床、銑床、磨床、齒輪加工機床等基本類型的機床已先后形成。
上世紀初以來，由于高速鋼和硬質合金等新型刀具材料相繼出現(xiàn)，刀具切削性能不斷提高，促使機床沿著提高主軸轉速、加大驅動功率和增強結構剛度的方向發(fā)展。與此同時，由于電動機、齒輪、軸承、電氣和液壓等技術有了很大的發(fā)展，使機床的轉動、結構和控制等方面也得到相應的改進，加工精度和生產率顯著提高。此外，為了滿足機械制造業(yè)日益廣闊的各種使用要求，機床品種的發(fā)展也與日俱增，例如，各種高效率自動化機床、重型機床、精密機床以及適應加工特殊形狀和特殊材料需要的特種加工機床相繼問世。50年代，在綜合應用電子技術、檢測技術、計算技術、自動控制和機床設計等各個領域最新成就的基礎上發(fā)展起來的數(shù)控機床，使機床自動化進入了一個嶄新的階段，與早期發(fā)展的僅適用于大批大量生產的純機械控制和繼電器接觸器控制的自動化相比，它具有很高柔性，即使在單件和小批生產中也能得到經濟的使用。
綜觀機床的發(fā)展史，它總是隨著機械工業(yè)的擴大和科學技術的進步而發(fā)展，并始終圍繞著不斷提高生產效率、加工精度、自動化程度和擴大產品品種而進行的，現(xiàn)代機床總的趨勢仍然是繼續(xù)沿著這一方向發(fā)展。
我國的機床工業(yè)是在1949年新中國成立后才開始建立起來的。解放前，由于長期的封鎖統(tǒng)治和19世紀中葉以后帝國主義的侵略和掠奪，我國的工農業(yè)生產非常落后，既沒有獨立的機械制造業(yè)，更談不上機床制造業(yè)。至解放前夕，全國只有少數(shù)城市的一些規(guī)模很小的機械廠，制造少量簡單的皮帶車間、牛頭刨床和砂輪等；1949年全國機床產量僅1000多臺，品種不到10個。
解放后，黨和人民政府十分重視機床工業(yè)的發(fā)展。在解放初期的三年經濟恢復時期，就把一些原來的機械修配廠改建為專業(yè)廠；在隨后開始的幾個五年計劃期間，又陸續(xù)擴建、新建了一系列機床廠。經過50多年的建設，我國機床工業(yè)從無到有，從小到大，現(xiàn)在已經成門類比較齊全，具有一定實力的機床工業(yè)體系，能生產5000多種機床通用品種，數(shù)控機床1500多種；不僅裝備了國內的工業(yè)，而且每年還有一定數(shù)量的機床出口。
我國機床行業(yè)的發(fā)展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，與世界先進水平相比，還有較大差距。為了適應我國工業(yè)、農業(yè)、國防和科學技術現(xiàn)代化的需要，為了提高機床產品在國際市場上的競爭能力，必須深入開展機床基礎理論研究，加強工藝試驗研究，大力開發(fā)精密、重型和數(shù)控機床，使我國的機床工業(yè)盡早躋身于世界先進行列。
某些零件的加工，通用機床不能滿足，或者不能很好地滿足要求，必須設計專用機床。如：某些形狀奇怪的零件，通用機床不能加工；有些雖然能加工，但某項精度要求很高，達不到要求，有些雖然能加工，也能保證精度，但是生產率太低，或者經濟效果不好，或者操作勞動繁重等，這類情況必須設計專用機床。
專用機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式,生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經標準化和系列化,可根據需要靈活配置,能縮短設計和制造周期。因此專用機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點,在大批、大量生產中得到廣泛應用,并可用以組成自動生產線。
專用機床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時,工件一般不旋轉,由刀具的旋轉運動和刀具與工件的相對進給運動,來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內外螺紋以及加工外圓和端面等。
本課題盤絲零件加工專用機床即用于盤絲零件端面車削加工。
1.2 國內外金屬切削機床研究現(xiàn)狀
1.2.1國內金屬切削機床研究現(xiàn)狀
各種機床分類中，金屬切削機床是使用最廣泛、數(shù)量最多的機床類別，因此通常狹義的機床僅指金屬切削機床類產品。金屬切削機床分類方法很多，最常用的分類方法是按機床的加工性質和所用刀具來分類；此外還可以根據車床萬能性程度、機床工作精度、重量和尺寸、機床主要器官數(shù)目、自動化程度不同等進行分類。2.金屬切削機床機床行業(yè)子行業(yè)分類機床行業(yè)根據制造產品可劃分為如下幾個子行業(yè)：機床行業(yè)子行業(yè)規(guī)模比重對比由2008年統(tǒng)計數(shù)據來看，金屬切削機床制造業(yè)是機床行業(yè)的主要子行業(yè)，其資產比重占機床行業(yè)的54.14%，收入比重和利潤比重也幾乎占據整個機床行業(yè)一一半的份額；其次是金屬成形機床制造業(yè)、鑄造機械制造業(yè)、其他金屬加工機械制造，收入比重均在10%以上。3.金屬切削機床行業(yè)發(fā)展分析行業(yè)規(guī)模金屬切削機床行業(yè)資產規(guī)模在機床各子行業(yè)中居第一位，遠高于其他各類子行業(yè)。截止2008年底，中國金屬切削機床制造業(yè)擁有646家企業(yè)，比2007年增加133家；資產總額978.72億元，比2007年增長了17.66%。產量2008年中國金屬切削機床和數(shù)控機床產量較2007年有所下滑，全年金屬切削機床總產量61.69萬臺，其中數(shù)控機床12.2萬臺，同比分別降低2.4%和3.3%。銷售收入2008年，金屬切削機床制造業(yè)實現(xiàn)銷售收入783.19億元，增長18.32%，但增速比2007年下滑9.92個百分點。發(fā)展趨勢目前中國處于工業(yè)化中期，即從解決短缺為主的階段逐步向建設經濟強國轉變，煤炭、汽車、鋼鐵、房地產、建材、機械、電子、化工等一批以重工業(yè)為基礎的高增長行業(yè)發(fā)展勢頭強勁。中國目前是世界第一大機床消費國，其中數(shù)控機床逐漸成為機床消費的主流。2010年，中國金切機床行業(yè)會有更大的需求，尤其是中高檔數(shù)控機床產品。預計2010年中，中國數(shù)控機床消費有望超過60億美元，臺數(shù)超過10萬臺，中高檔數(shù)控機床比例大幅增加。作者介紹：梁煜，工業(yè)品事業(yè)部研究員，通用機械、水處理領域研究方向。河南理工大學工學學士，擁有5年市場研究經驗。服務過眾多產品的內外資企業(yè)，如通用機械、水務、醫(yī)藥、化工等行業(yè)的幾十家客戶?？蛻舭W姆龍、KSB、西門子、東芝、輝瑞制藥等。
1.2.2國外金屬切削機床研究現(xiàn)狀
中國機床行業(yè)經過近幾年技術改造和產品開發(fā)鍛煉，無論是生產能力還是產品技術水平都有長足進步，但是與國外產品相比還有很大不足。最大的差別是核心余興部件的技術水平和運行速度、產品精度保持性、機床可靠性，以及整體機床制造工藝水平與質量幾個方面。
國產數(shù)控機床的幾何精度和工作精度在試制期間可以達到高于設計標準，但是批量產品中卻無法達到每臺高精度的要求。而國外企業(yè)通過先進的生產制造工藝控制，可實現(xiàn)數(shù)控機床的批量高精度出產。國產數(shù)控機床從樣品到商品還有一段距離。
美國企業(yè)通過網絡企業(yè)對企業(yè)的服務有效整合供應商與客戶的采購和存貨系統(tǒng)；大型汽車公司，如通用、福特、戴姆勒和航天航空公司都通過網絡在全球范圍內與相關體系同步設計開發(fā)。機床業(yè)的制程管理，遠端監(jiān)控、故障排除和售后服務日漸普及。銑床主軸采用液壓軸成模具，運用非接觸式取代滾珠軸承；線性馬達擺脫應用限制，進入商品化。精密測量的應用，如掃描設備附加于加工設備，可短時間收集大量信息，加以分析、解讀、可使使用者快速調整步伐?？梢?，電子化、高速化、精密化已明顯成為美國機床業(yè)發(fā)展的主軸。
1.3汽車汽缸體生產的發(fā)展過程
從世界汽車工業(yè)的發(fā)展歷程來看，汽車發(fā)動機缸體的生產大致經歷了傳統(tǒng)機械制造自動化和現(xiàn)代機械制造自動化兩個發(fā)展階段，具體可以分為以下幾個階段：
1、從單件、小批量生產到流水線生產階段，1904年，國外在汽車發(fā)動機缸體生產中開始應用生產流水線，從而開辟了在斷續(xù)生產中用連續(xù)方式組織生產的道路，取得了良好的經濟效益。
2、剛性自動線生產階段，從20世紀初開始，國外汽車發(fā)動機缸體生產由機械化、半自動化發(fā)展到單機自動化，由流水線發(fā)展到自動線，基本解決了大批量生產的加工過程的自動化問題。1924年，英國Morris汽車公司通過對單機自動化和流水線的大量改進，建成了世界上第一條剛性的機械加工自動生產線。1935年，原蘇聯(lián)研制成功第一條比較完整的汽車發(fā)動機汽缸體加工自動線。二戰(zhàn)后，美國福特汽車公司大量采用自動化生產線，汽車生產的生產率成倍增加，汽車制造的成本大大降低。
3、數(shù)控機床(單工序)、加工中心(多工序)生產階段進入20世紀50年代，國外汽車工業(yè)的發(fā)展和生產系統(tǒng)的復雜性和自動化程度的增加，出現(xiàn)和發(fā)展了現(xiàn)代控制理論?，F(xiàn)代控制理論的應用和計算機技術的發(fā)展，為汽車工業(yè)和汽車發(fā)動機生產的多品種、中小批量生產方式提供了新的自動化途徑，汽車工業(yè)的自動化水平得到了迅速的提高。
4、柔性制造系統(tǒng)和柔性生產線階段從20世紀70年代前后開始，汽車發(fā)動機缸體的生產進入一個新的發(fā)展階段。一些國家發(fā)展了CAD／CAM集成系統(tǒng)、微型機CNC系統(tǒng)、柔性生產系統(tǒng)、多級計算機控制系統(tǒng)和計算機網絡結構系統(tǒng)等，生產規(guī)模達到了車間和工廠的綜合自動化。這種形式適合于多品種中小批量生產，但具有一次性投資大、成本較高等缺點。
1.4汽車汽缸體生產的現(xiàn)狀
汽缸體是汽車發(fā)動機乃至汽車中最重要的零件之一，它的加工質量直接影響發(fā)動機的質量品位，并進而影響到汽車的質量和品位，因而發(fā)動機缸體的加工長期以來一直受到國內外有關生產廠家的高度重視。
發(fā)動機缸體生產的常見形式從國內外的資料來看，目前，汽車發(fā)動機缸體的生產大致有以下幾種形式：
(1)以傳統(tǒng)的組合機床自動線為基礎的柔性化改造這種以提高傳統(tǒng)的組合機床自動化程度的技術改造已取得了相當?shù)倪M展，傳統(tǒng)的組合機床在移植了計算機數(shù)控技術之后，組合機床的柔性化程度得到很大提高：
(2)以加工中心為主體的準柔性生產線這里提出的是一種以加工中心為主體，以普通機床和組合機為輔的“準柔性生產線”方案；
(3)適用于多品種、大批量生產的柔性傳輸生產線(FTL)和柔性制造系統(tǒng)(FMS)。
1.5 本文研究目的
從歷史上看, 機床經歷了由專用機床到通用機床, 又由通用機床到專用機床的發(fā)展過程。
最早出現(xiàn)的原始機床是專用機床。后來, 專用機床的工藝范圍擴大并定型化, 機床的布局和結構也定型化, 于是在專用機床的基礎上演變出通用機床。再往后, 一方面通用機床的結構和性能不斷改善, 另一方面在通用機床結構的基礎上又發(fā)展出各種高生產率的機床, 包括 專用機床、組合機床、數(shù)控機床和自動線等。
由于專用機床的工藝、布局、結構以及性能等都是針對特定的被加工零件設計的, 因此易使機床結構簡單、自動化和多刀加工, 從而提高了生產率。
專用機床的任務是使機床和生產要求之間的矛盾得到統(tǒng)一，因此, 設計專機時, 必須針對矛盾的特點, 采取相應的措施。在一定程度上矛盾的特點即決定了專機的特點。
世界上第一臺組合機床于1908年在美國問世，30年代后組合機床在世界各國得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關鍵設備之一。
組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質、經濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產批量比較大的大中型箱體類和軸類零件(近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額) ,完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺,在孔內鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。
組合機床的分類繁多,有大型組合機床和小型組合機床,有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式,還有多工位回轉臺式組合機床等；隨著技術的不斷進步,一種新型的組合機床———柔性組合機床越來越受到人們的青睞,它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換,配以可編程序控器( PLC) 、數(shù)字控制(NC) 等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅動系統(tǒng),并能靈活適應多品種加工的可調可變的組合機床。另外，近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機(清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線) 等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。
由于組合機床及其自動線是一種技術綜合性很高的高技術專用產品,是根據用戶特殊要求而設計的,它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝滾筒、托盤自動識別計算機生產調度等技術,可實現(xiàn)被輸送零部件的定向、定位、升降、回轉,通過編碼識別及計算機的生產調度實現(xiàn)無序混流輸送等。上述組合機床代表了目前我國組合機床裝備較高的技術水平,但隨著市場競爭的加劇和對產品需求的提高,高精度、高生產率、柔性化、多品種、短周期、數(shù)控組合機床及其自動線正在沖擊著傳統(tǒng)的組合機床行業(yè)企業(yè),因此組合機床裝備的發(fā)展思路必須是以提高組合機床加工精度、組合機床柔性、組合機床工作可靠性和組合機床技術的成套性為主攻方向。一方面,加強數(shù)控技術的應用,提高組合機床產品數(shù)控化率;另一方面,進一步發(fā)展新型部件,尤其是多坐標部件,使其模塊化、柔性化,適應可調可變、多品種加工的市場需。
組合機床是工件加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。
組合機床是隨著生產的發(fā)展，由萬能機床和專用機床發(fā)展而來的。大家都知道，多少年來機械產品加工廣泛地采用萬能機床。但隨著生產的發(fā)展，很多企業(yè)的產品產量越來越大，精度越來越高，如汽車行業(yè)的汽缸體、汽缸蓋、變速箱、導塊等零件，采用萬能機床加工就不能很好的滿足要求。因為在某一臺機床上總是加工一種工件，使萬能機床的很多部件和機構變得作用不大，工人整天忙于裝夾工件、啟動機床、起刀退刀、停車及卸工件等，不僅工人勞動強度很大，而且生產效率也不高，不利于保證產品加工精度。
專用機床的創(chuàng)造，就是為了解決這個矛盾的。專用機床是專門用于加工一種工件或一種工件的一定工序的機床，它可以同時用許多刀具進行切削，機床的輔助動作部分地實現(xiàn)了自動化，結構也比萬能機床簡單，生產效率提高了。但專用機床有一個最大的弱點：就是當被加工工件稍有一點變動，它就用不上了，需要另造新的機床，不能適應現(xiàn)代機械工業(yè)技術迅速發(fā)展、產品經常革新的需要，而且這種機床設計制造周期長，造價也高。
在總結生產實踐的基礎上，提出創(chuàng)造這樣的高效率機床：它既有專用機床效率高結構簡單的特點，又有萬能機床能夠重新調整，以適應新工件的加工特點。為此，將機床上帶動刀具對工件產生切削運動的部分以及床身、立柱、工作臺等設計制造成通用的獨立部件，稱為“通用部件”。根據工件加工的需要，用這些通用部件配以部分專用部件就可以組成機床，這就是組合機床。當工件改變了，還是用這些通用部件，只將部分專用部件改裝，又可以組成加工新工件的機床。
2 GG950汽缸體機械加工工藝設計
2.1 GG950汽缸體加工要求
發(fā)動機缸體是發(fā)動機零件中結構較為復雜的箱體零件，其精度要求高，加工工藝復雜，且加工質量的好壞直接影響發(fā)動機整機性能，因此，它成為各發(fā)動機生產廠家所關注的重點零件之一。
發(fā)動機缸體是發(fā)動機的基礎零件和骨架，同時又是發(fā)動機總裝配時的
基準零件。缸體的作用是支承和保證活塞、連桿、曲軸等運動部件工作時的準確位置；保證發(fā)動機的換氣、冷卻和潤滑；提供各種輔助系統(tǒng)、部件及發(fā)動機的安裝。
缸體機械加工生產線生產綱領為：4，0000件／年。
加工對象：汽車發(fā)動機缸體。
設備要求：生產設備以臥式加工中心為主，少量工序允許采用立式加工中心。
工作制度：251日／年，2班制生產／H，損失時間9％，設備負荷率85％。生產節(jié)拍：251×16×O.91×O.85×60/40000=4.66分/件。
缸體是一個整體鑄造結構，其上部有4個缸套安裝孔；缸體的水平隔板
將缸體分成上下兩部分；缸體的前端面從前到后排列有三個同軸線的凸輪軸安裝孔和惰輪軸孔。
缸體的工藝特點是：結構、形狀復雜；加工的平面、孔多；壁厚不均，剛度低；加工精度要求高，屬于典型的箱體類加工零件。
缸體的主要加工表面有頂面、主軸承座側面、缸孔、主軸承孔及凸輪軸孔等，它們的加工精度將直接影響發(fā)動機的裝配精度和工作性能，主要依靠設備精度、夾具的可靠性和加工工藝的合理性來保證。
GG950汽缸體的主要技術要求如下：
主軸承孔的精度與粗糙度
主軸承孔的圓柱度 0.010
缸孔的精度與表面粗糙度
缸孔中心線對曲軸中心線的對稱度 0.05
第2、3、4主軸承孔對第1、5主軸承孔的同軸度 Φ0.015
各凸輪軸孔同軸度 Φ0.025
曲軸中心線對凸輪軸中心線平行度 0.06
頂面的平面度和表面粗糙度 0.04，Ra1.6
2.2汽缸體工藝方案設計原則和依據
工藝方案是工藝準備工作的總綱，是工藝規(guī)程設計的指導文件。正確的工藝方案設計，有助于系統(tǒng)地運用新的科學技術成果和先進的生產經驗，保證產品質量，改善勞動條件，提高工藝技術和工藝管理水平。
設計工藝方案應在保證產品質量的同時，充分考慮生產周期、成本和環(huán)境保護；根據本企業(yè)能力，積極采用國內外先進的工藝技術和裝備，不斷提高企業(yè)工藝水平。發(fā)動機缸體機械加工工藝設計應遵循以下基本原則：
(1)加工設備選型原則加工設備選型采用剛柔結合的原則，加工設備以臥式加工中心為主，少量工序采用立式加工中心，關鍵工序一曲軸孔、缸孔、平衡軸孔加工采用高精度高速臥式加工中心，非關鍵工藝一上下前后四個平面的粗銑采用高效并有一定調整范圍的專用機床加工；
(2)集中工序原則關鍵工序一機體缸孔、曲軸孔、平衡軸孔的精加工及缸蓋結合面的精銑，采用集中在一道工序一次裝夾完成全部加工內容的方案，以確保產品精度滿足缸體關鍵品質的工藝能力和有關技術要求：
(3)全部夾具均采用液壓夾具，夾緊元件、液壓泵及液壓控制元件采用德國或美國產優(yōu)質可靠元器件；
(4)整線全部采用濕式加工，采用單機獨立排屑，高精度關鍵加工工序的臥式加工中心采用恒溫冷卻并加裝高精度高壓雙回路帶旁通精過濾系統(tǒng)，加工中心全部帶有高壓內冷。
根據汽車發(fā)動機缸體的工藝特點和生產任務要求，發(fā)動機缸體機械加工自動生產線由臥式加工中心CWK500和CWK500D加工中心、專用銑/鏜床、立式加工中心matec．30L等設備組成。
(1)頂?shù)酌婕巴呱w止口面粗銑組合機床本機床為雙面臥式專用銑床，采用移動工作臺帶動工件，機床采用進13西門子s7．200PLC系統(tǒng)控制，機床設獨立電控柜，切削過程自動化完成，有自動和調整兩種狀態(tài)：
(2)高速臥式加工中心CWK500該加工中心可實現(xiàn)最大流量的濕加工，但由于設備自動排屑處理系統(tǒng)是通過位于托盤下的內置寬式排屑器而完成，該加工中心可以進行干加工；機床主軸轉速6000r／min，快速進給速度38m／min：
(3)前后端面粗銑組合機床機床采用液壓傳動；控制系統(tǒng)采用進口西門子s7．200PLC系統(tǒng)控制，機床具有一定的柔性；
(4)專用機床TXKl500本機床由立式加工中心改造而成型，具備立式加工中心的特點及性能，該機床具有高強度、高耐磨度、高穩(wěn)定性、高精度、高配置等優(yōu)點；
(5)高速立式加工中心matec．30L 該加工中心主軸最高轉速9000r/min?？刂葡到y(tǒng)采用西門子公司SINUMEⅪK840D控制系統(tǒng)；
(6)高速臥式加工中心CWK500D主軸最高轉速15000r/min。
影響發(fā)動機缸體零件的工藝方案設計因素是多方面的。具體地說，可以從以下幾個方面理解。
(1)產品對象、產品圖樣和有關技術文件根據發(fā)動機缸體的復雜程度、精度要求等采取相應的工藝措施。生產對象為四缸汽車發(fā)動機缸體；
(2)產品的生產綱領、生產性質和生產類型該發(fā)動機缸體年生產綱領為40000萬件；
(3)工作制度，設備年有效工作日為320天，平均設備負荷率為80％，兩班制，16小時/天。
2.3汽缸體機械加工工藝設計的主要內容
發(fā)動機缸體結構復雜，精度要求高，尺寸較大，是薄壁零件，有若干精度要求較高的平面和孔。發(fā)動機缸體機械加工的工藝特點是：主要是平面和孔的加工，加工平面一般采用刨、銑削等方法加工，加工孔主要采用鏜削，加工小孔多用鉆削。由于缸體結構復雜，因此如何保證各表面的相互位置精度是加工中的一個重要問題。
1、毛坯的選擇
發(fā)動機缸體采用的材料一般是灰鑄鐵HTl50、HT200、HT250，也有采用鑄鋁或鋼板的。圖5-1所示的發(fā)動機缸體采用高強度合金鑄鐵。缸體在加工前進行時效處理，以消除鑄件內應力和改善毛坯的力學性能。
提高毛坯精度，減少加工余量，是提高自動生產線系統(tǒng)生產率及加工質量的重要措旌。由于國外箱體類零件毛坯質量和精度較高，其生產線系統(tǒng)已實現(xiàn)了毛坯直接上線，既省去了毛坯檢查裝置，也節(jié)省了由于毛坯質量問題而浪費的加工工時，提高了綜合效益。因此，精化毛坯是提高生產率最有潛力的出路。對于發(fā)動機缸體生產線，可在零件上線前粗銑六個面，去除大部分余量，便于零件直接上線。
2、機械加工工藝基準的選擇與加工
選擇合理的加工工藝基準，直接關系到能否保證零件的加工質量。一般地說，工藝基準可分為粗基準和精基準。
(1)粗基準：對于上線的毛坯，其粗基準的選擇尤為重要，如果粗基準選擇不合理，會使加工余量分布不均勻，加工面偏移，造成廢品。在缸體生產線中，我們采用側面為粗基準；
(2)精基準：對于發(fā)動機缸體這種箱體零件來說，一般采用一面兩銷為全線的統(tǒng)一基準。對于較長的自動生產線系統(tǒng)，由于定位銷孔在使用過程中的磨損造成定位不準確，因此，將定位銷孔分為2～3段使用。在缸體定位銷孔的加工中，我們采用了以側面、底面和主軸孔定位，在加工中心上加工。
3、機械加工加工階段的劃分和工序的安排
一個零件往往有許多表面需要加工，當然表面的加工精度是不同的。加工精度較高的表面，往往要經過多次加工；而對于加工精度低的表面，只需要經過一兩次就行了。因此，擬訂工藝順序時，要抓住“加工精度高的表面”這個矛盾，合理安排工序和合理劃分加工階段。安排工藝順序的原則是：先粗后精，先面后孔，先基準后其它。在發(fā)動機缸體的機械加工中，同樣應遵循這一原則。
(1)粗加工階段在發(fā)動機缸體的機械加工過程中，安排粗加工工序，對毛坯全面進行粗加工，切去大部分余量，以保證生產效率；
(2)半精加工階段在發(fā)動機缸體的機械加工中，為了保證一些重要表面的加工精度，安排一些半精加工工序，將精度和表面粗糙度要求中等的一些表面加工完成，而對要求高的表面進行半精加工，為以后的精加工做準備：
(3)精加工階段對精度和表面粗糙度要求高的表面進行加工：
(4)次要小表面的加工如螺紋孔，可以在精加工主要表面后進行，一方面加工時對工件變形影響不大，同時廢品率也降低；另外，如果主要表面出廢品后，這些小表面就不必再加工了，從而避免浪費工時。但是，如果小表面的加工很容易碰傷主要表面時，就應該把小表面加工放在主要表面的精加工之前；
(5)輔助工序也要妥善安排如檢驗工序，在零件粗加工階段之后，關鍵工序加工前后，零件全部加工完畢后，都要適當安排。對加工階段進行劃分，具有以下好處：首先，可以在粗加工后采取措施消除工件內應力保證精度；其次，精加工放在后面，不至于在運輸過程中損壞工件已加工表面；再次，先粗加工各面，可以及早發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷并及時處理，不會浪費工時。不過對于一般小工件就不要分得很細。
缸體主要加工表面和輔助工序有：
(1)平面加工目前，銑削是發(fā)動機缸體平面加工的主要手段，國內銑削進給量一般為300--400mm/min，與國外銑削進給量2000--4000mm／min相比，相差甚遠，有待于提高，因此，提高銑削進給量，縮短輔助時間，是提高生產效率的主要途徑，發(fā)動機缸體精加工一些平面時的銑削進給量達到2399mm／min，大大提高了效率；頂面的銑削是缸體加工中的一個關鍵工序，其平面度要求為0.02/145mm，表面粗糙度為Ral.6pm。在缸體的加工中，采用側面和主軸軸承孔定位，頂面、底面和中間瓦蓋止口面同時加工，在加工中采用線外對刀裝置，能較好地滿足發(fā)動機缸體加工精度要求：
（2)一般孔系的加工一般孔系的加工仍采用傳統(tǒng)的鉆、擴、鏜、鉸、攻絲等工藝方法。課題在設計具體的工藝方案時，采用涂層刀具、內冷卻刀具等先進刀具，并采用大流量冷卻系統(tǒng)，大大提高了切削速度，提高了生產率；
（3)深油孔加工傳統(tǒng)的加工方法是采用麻花鉆進行分級進給，其生產效率低，加工質量差。在發(fā)動機缸體深油孔的加工中，采用槍鉆工藝；
（4)--軸孔的加工三軸孔的加工為缸體孔系加工中精度要求高，工時長的限制性工序。因此，工序安排、加工方法、刀具等都應特別注意。合蓋前加工，即缸體半圓孔和主軸承蓋的荒加工，其主要目的是去除毛坯余量、釋放應力，為后序加工做準備；在加工中心上加工曲軸孔時，采用雙面鏜孔，先在曲軸孔一端鏜孔到1／2長度時，然后工作臺回轉1800，從另外一端再鏜另一1／2長。
(5)缸孔的加工缸孔的加工是缸體機械加工中的關鍵工序之一，一般情況下，其加工工藝過程為粗鏜、半精鏜、精鏜和珩磨。為及早發(fā)現(xiàn)缸孔內壁的鑄造缺陷，消除應力，應盡量提前粗鏜缸孔；由于缸孔的結構特點不同，需采用珩磨工藝，以提高缸孔表面質量。在大批量生產中，缸孔的珩磨一般采用多軸珩磨機或珩磨自動線。在此我們采用珩磨自動線，由粗珩、精珩和檢測三臺設備組成：
(6)清洗清洗分為濕式清洗和干式清洗。缸體機械加工自動生產線采用大流量濕式清洗；
(7)檢測檢測分在線檢測和線外檢測兩種。在發(fā)動機缸體的質量檢測中，根據實際情況采用線外檢測，主要采用三坐標測量機對缸體進行綜合測量，每200件抽查1～5件，每班抽查一件。
發(fā)動機缸體切削用量的選擇包括切削速度、進給量和進給速度的選擇。由于加工中所使用的設備都是具有較高精度和剛度的機床和高速加工中心，為保證切削加工的效率，可以適當選擇較大的切削用量。發(fā)動機缸體的主要加工表面為平面和軸承孔、缸孔等孔的加工，而平面和軸承孔、缸孔的加工方式主要是銑削和鏜削，因此這里討論的切削用量的選擇主要是銑削和鏜削切削用量的選擇。
(1)銑削用量的選擇銑削用量的選擇直接關系到銑削效果的好壞。一般地說，銑削用量的選擇原則是：端面銑刀銑削時首先應盡可能取較大的銑削深度和銑削寬度，然后盡可能選取較大的銑削速度。在具體選擇銑削用量時所涉及的因素很多，但總的來說，粗銑時工件余量大，加工要求低，主要考慮銑刀的耐用度；精銑時余量小，加工精度要求高，主要考慮加工質量的提高；
在發(fā)動機缸體的銑削加工中，選用的機床為具有高剛度的高速機床，功率大，剛性好，因而選擇了比較大的切削用量；
(2)鏜削用量的選擇鏜削用量的選擇根據粗、精加工工藝的不同而不同。粗加工時，選用較大的切削深度，精加工時，選用較小的切削深度。切削深度確定以后，盡可能選用較大的切削用量。在切削深度和進給量選定以后，可在保證刀具合理耐用度的條件下，用計算或查表的方法來確定切削速度。一般地，粗加工時，選擇較低的切削速度，精加工時，選用較高的切削速度。
在發(fā)動機缸體的鏜削加工中，選用的機床為具有高剛度的高速機床，功率大，剛性好：刀具為國外先進的刀具，質量高，剛性好，因而選擇了比較大的切削用量。
2.4確定汽缸體機械加工工藝流程
根據以上原則，可初步確定GG950汽缸體機械加工工藝流程如下：
工序一：毛坯上線
工序二：粗銑上下平面
工序三：精銑底面、安裝面
工序四：鉆、鉸Φ11孔，鉆10-M10×1.25螺紋底孔，攻螺紋10-M10，鉆、鉸Φ16孔
工序五：粗銑前唇端面
工序六：銑缸體兩側面開檔
工序七：半精鏜缸孔，缸孔倒角
工序八：去毛刺，檢驗
工序九：精銑頂面，鉆10-M14孔，锪2-Φ14.5孔，鉸2-Φ18孔，攻螺紋M14
工序十：鉆孔4-Φ9，7-Φ6.5，Φ8，8-Φ18，8-Φ22，鉆螺紋孔18-M14，攻螺紋孔18-M14
工序十一：去毛刺、清洗
工序十二：粗鏜曲軸孔3-Φ84，Φ65，Φ35，Φ30，Φ12，Φ10等，銑瓦槽，鉆螺紋孔24-M8及攻螺紋
工序十三：粗銑107尺寸平面
工序十四：鉆Φ18深孔，2-Φ10孔，14-M8，6-M10孔,2-Φ8孔，2-Φ10孔等
工序十五：銑床凸平面
工序十六：去毛刺，清洗
工序十七：鉆5-M10，4-M8，M16，5-Φ6，4-M10等孔
工序十八：清洗
工序十九：精鏜3-Φ86，4-108，4-112等孔
工序二十：精銑分離面，鉆孔：10-Φ16.5，22-M8，M6，M8等孔
工序二十一：空氣吹凈
工序二十二：各面的軸孔去毛刺，清洗
工序二十三：檢驗
工序二十四：成品下線
3 多軸鉆床設計
3.1多軸加工的應用和優(yōu)勢
根據以上對汽缸體加工工藝的設計，由于汽缸體各表面的孔系比較多，為完成大批量生產任務的需求，需要使用多軸鉆床加工。
據統(tǒng)計，一般在車間中普通機床的平均切削時間很少超過全部工作時間的15%。其余時間是看圖、裝卸工件、調換刀具、操作機床、測量 以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機床雖然能提高85%，但購置費用大。某些情況下，即使生產率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機床低。故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點，就鉆削加工而言，多軸加工是一種通過少量投資來提高生產率的有效措施。
雖然不可調式多軸頭在自動線中早有應用，但只局限于大批量生產。即使采用可調式多軸頭擴大了使用范圍，仍然遠不能滿足批量小、孔型復雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復雜的多軸加工更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有15000個ψ20孔，若以搖臂鉆床加工，單單鉆孔與锪沉頭孔就要842.5小時，另外還要劃線工時151.1小時。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要171.6小時，劃線也簡單，只要1.9小時。因此，利用數(shù)控控制的二個坐標軸，使刀具正確地對準加工位置，結合多軸加工不但可以擴大加工范圍，而且在提高精度的基礎上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機30種箱形與桿形零件的2000多個鉆孔操作中，有40%可以在自動更換主軸箱機床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少20%的加工時間。1975年法國巴黎機床展覽會也反映了多軸加工的使用愈來愈多這一趨勢。
多軸加工是在一次進給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工一個孔。這不僅縮短切削時間，提高精度，減少裝夾或定位時間，并且在數(shù)控機床中不必計算坐標，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以下一些設備進行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸組合機床心及自動更換主軸箱機床。甚至可以通過二個能自動調節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結合數(shù)控工作臺縱橫二個方向的運動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個或幾個工序。現(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。
從傳動方式來說主要有齒輪傳動與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動二種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結構簡單，后者易于調整軸距。從結構來說有不可調式與可調式二種。前者軸距 不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于大批量生產。為了擴大其贊許適應性，發(fā)展了可調式多軸頭，在一定范圍內可調整軸距。它主要裝在有萬向.二種。（1）萬向軸式也有二種:具有對準裝置的主軸。主軸裝在可調支架中，而可調支架能在殼體的T形槽中移動，并能在對準的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圓柱形主軸套。主軸套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。
多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進行工作。這種多軸加工方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度的關系，使用范圍有限。
也象多軸頭那樣作為標準部件生產。美國Secto公司標準齒輪箱、多軸箱等設計的不可調式多軸箱。有32種規(guī)格，加工面積從300Ｘ300毫米到600Ｘ1050毫米，工作軸達60根，動力達22.5千瓦。Romai工廠生產的可調多軸箱調整方便，只要先把齒輪調整到接近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調軸移動到正確的位置。因此，這種結構只要改變模板，就能在一定范圍內容易地改變孔型，并且可以達到比普通多軸箱更小的孔距。
根據成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的組合機床很適用于大中批量生產。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數(shù)點：
（1）工件裝夾簡單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。
（2）夾具剛性好，加工時不形變，分度定位正確。
（3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調整，從而縮短換刀停機時間。
（4）使用優(yōu)質刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機磨。
（5）尺寸超差時能立即發(fā)現(xiàn)。
多軸鉆床是一種能滿足多軸加工要求的鉆床。諸如導向、功率、進給、轉速與加工范圍等。巴黎展覽會中展出的多軸鉆床多具液壓進給。其整個工作循壞如快進、工進與清除鐵屑等都是自動進行。值得注意的是，多數(shù)具有單獨的變速機構，這樣可以適應某一組孔中不同孔徑的加工需要。
多軸加工生產效率高，投資少，生產準備周期短，產品改型時設備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術的發(fā)展，多軸加工的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。
3.2設計前的準備
工件材料：鑄鋼；年產量：25萬件；5-20孔尺寸精度IT13.，確定孔同時加工的軸向力，公式：
式中：=365.9,=,=0.661,=1.217,=0.361,=1.1,
=0.35m/s（表15-37）[文獻1]
則
所需電機功率：
技術規(guī)格
型號
Z525
最大鉆孔直徑（mm）
25
主軸端面至工作臺距離(mm)
0-700
主軸端面至底面距離(mm)
750-110
主軸中心至導軌距離(mm)
250
主軸行距(mm)
175
主軸孔莫氏解錐度
3號
主軸最大扭轉力矩(N?m)
245.25
主軸進給力(N)
8829
主軸轉速(r/mm)
97-1360
主軸箱行程(mm)
200
進給量(mm/r)
0.1-0.8
工作臺行程(mm)
325
工作臺工作面積(mm2)
500×375
主電動機功率(kw)
2.8
根據上面計算所需電機的功率，現(xiàn)選用Z525立式鉆床改造為多軸鉆床，其主要技術參數(shù)如上表。
（1）大致了解工件上被加工孔為4個Ф10的孔。毛坯種類為灰鑄鐵的鑄件，由于石墨的潤滑及割裂作用，使灰鑄鐵很易切削加工，屑片易斷，刀具磨損少，故可選用硬質合金錐柄麻花鉆（GB10946-89）[文獻2]
（2）切削用量的確定
切削速度,進給量.
則切削轉速
根據Z525機床說明書，取
故實際切削速度為：
（3）確定加工時的單件工時
圖2為鉆頭工作進給長度，
一般為5-10mm,取10mm，
[文獻3]
加工一個孔所需時間：
單件時工時：
3.3傳動系統(tǒng)的設計計算
選定齒輪的傳動方式：初定為外嚙合。
齒輪分布方案確定：
根據分析零件圖，多軸箱齒輪分布初定有以下圖3，圖4兩種形式
根據通常采用的經濟而又有效的傳動是：用一根傳動軸帶支多根主軸。因此，本設計中采用了圖3所示的齒輪分布方案。
（3）明確主動軸、工作軸和惰輪軸的旋轉方向，并計算或選定其軸徑大小。
因為所選定的Z535立式鉆床主軸是左旋，所以工作軸也為左旋，而惰輪軸則為右旋。
確定工作軸直徑，加工孔徑與工作軸直徑的關系如下：
加工孔徑
＜12
12－16
16－20
工作軸直徑
15
20
25
因為加工孔徑為Ф10mm,所以工作軸直徑選15mm.
主動軸和惰輪軸的直徑在以后的軸設計中確定。
排出齒輪傳動的層次，設計各個齒輪。
本設計的齒輪傳動為單層次的齒輪外嚙合傳動，傳動分布圖如圖4所示。
在設計各個齒輪前首先明確已知條件：電機輸入功率,齒輪Ⅰ轉速, 齒輪Ⅲ轉速,假設齒輪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的傳動比均為i=0.84,即齒輪比u=1.2,工作壽命15年（每年工作300天），兩班制。
選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù)
?選用直齒輪圓柱齒輪傳動；
?多軸箱為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度（GB10095-88）;
?材料選擇
由表10-1[文獻4]選擇齒輪Ⅰ材料為40Cr（調質），硬度為280HBS，齒輪Ⅱ材料為45（調質），硬度為240HBS，齒輪Ⅲ材料為45（?；?，硬度210HBS;
?選齒輪Ⅰ齒數(shù),齒輪Ⅱ齒數(shù),取.
按齒面接觸強度設計
由設計計算公式進行試算，?
? 確定公式內的各計算數(shù)值
1)試選載荷系數(shù);
2)計算齒輪Ⅰ傳遞的轉矩
3)由表 10-7[文獻4]選取齒寬系數(shù)=0.5
4)由表10-6[文獻4] 查得材料的彈性影響系數(shù)
5)由表10-21d[文獻4] 按齒面硬度查得齒輪Ⅰ的接觸疲勞強度極限？;齒輪Ⅱ的接觸疲勞強度極限？;
6)由表10-13[文獻4] 計算應力循環(huán)次數(shù)：
7)查《機械設計手冊》得接觸疲勞壽命系數(shù),;
8)計算接觸疲勞許用應力:
取失效概率為1%，安全系數(shù),由式(10-12) [文獻4] 得：
;
?計算
1)試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值:
2)計算圓周速度V:
3)計算齒
4)計算齒寬與齒高之比
模數(shù)：
齒高：
5)計算載荷系數(shù)
根據v=3.81m/s,7級精度，由圖10-8[文獻4] 查得動載系數(shù)Kv=1.14,
直齒輪，假設,由表10-3[文獻4] 查得;
由表10-2[文獻4] 查得使用系數(shù);
由表10-4[文獻4] 查得7級精度齒輪Ⅰ相對支承非對稱布置時，
將數(shù)據代入后得：
;
由,查圖10-13[文獻4]得，;
故載荷系數(shù)
6)按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（10-10a）[文獻4] 得，
=53.649x=57.18mm
7)計算模數(shù)m
m=d1/Z1=57.18/24=2.4mm,圓整為m=25mm.
⑤按齒根彎曲強度設計
由式（10-5）[文獻4] 得彎曲強度的設計公式為m≥
?確定公式內的各計算數(shù)值
由圖10-20[文獻4] 查得齒輪Ⅰ的彎曲疲勞極限=500Mpa;
齒輪Ⅱ的彎曲疲勞強度極限=380Mpa;
2)由圖10-18[文獻4] 查得彎曲疲勞壽命系數(shù);
3)計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,由式（10-12）[文獻4] 得：
[]1===303.57Mpa
==238.86MPa
4)計算載荷系數(shù)
5) 查取齒形系數(shù)
由表10-5[文獻4] 查得
6)查取應力校正系數(shù)
由表10-5[文獻4] 查得
7）計算齒輪Ⅰ、Ⅱ的并加以比較
==0.01379
==0.01716
齒輪Ⅱ的數(shù)值大。
?設計計算
m≥
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數(shù)1.5。在零件圖中可知，主動軸與惰輪軸的中心距為51mm，即齒輪Ⅰ、Ⅱ完全嚙合的中心距，得：
m()=51
1.5x()=51
Z1=31, Z2=37
惰輪軸與工作軸的中心距為61.5mm，即齒輪Ⅱ與齒輪Ⅲ完全嚙合時中心距，即
m()=61.5
5()=61.5
Z3=45
⑥幾何尺寸計算
?計算分度圓直徑：
d1=Z1?m=31x1.5=46.5mm
d2=Z2?m=37x1.5=55.5mm
d3=Z3?m=45x1.5=67.5mm
?計算中心中距
aⅠⅡ=51mm,aⅡⅢ=61.5mm
?計算齒輪齒寬
取
⑦驗算
Ft===819.2N
==35.66N/mm<100N/mm 合格
3.4多軸箱的結構設計與零部件的繪制
多軸箱的傳動方式為外嚙合，齒輪傳動的排列層次為一層。
(1)箱體選用240mmx200mm長方形箱體，箱蓋與之匹配。箱體材料為HT20-40, 箱蓋為HT15-33.
(2)中間板的作用：箱內部分是軸承的支承座，伸出箱外的部分是導向裝置中的滑套支承座，為便于設計人員選用，已將中間板規(guī)范為23mm和28mm兩種厚度的標準，現(xiàn)選用23mm厚的中間板，材料為HT15-33。
(1)主動軸的設計
①軸材料的選擇
軸材料選用45鋼，調質處理。
②軸徑的確定
根據公式d≥A0(15-2)
式中A0=,查表，A0取110
d≥110x=13.9mm,取d=25mm
③軸結構設計
?選擇滾動軸承
因為軸承同時受有徑向載荷及軸向載荷，故前、后端均選用單列向心球軸承，選用7204c軸承。
?軸上各段直徑，長度如圖5所示。
?鍵的確定
因為齒輪寬為35mm,所以選用8x7x22平鍵，表6-1[文獻4]
?確定軸上圓角和倒角尺寸
參考表15-2[文獻4] ，取軸端倒角2x450,各軸肩的圓角半徑為R=1.0mm.
?按彎扭合成校核軸的強度
作出軸的計算簡圖
軸上扭轉力矩為
M=9549x=9549x=19.7
周向力為
Py===1970N
徑向力為
Pz=0.48 Py=0.48x1970=945.6N
根據軸的計算簡圖，分別作出軸的扭矩圖、垂直圖的彎矩My圖和水平平面內的彎矩Mz圖，如圖7所示。從圖中可知，截面E為危險截面，在截面E上，扭矩T和合成彎矩M分別為
T=19.7;
M===39.3
軸材料選用45鋼，=355Mpa,許用應力[]=[文獻5],為許用應力安全系數(shù)，取=1.5,則[]==237Mpa
按第三強度理論進行強度校核
公式，
W為軸的抗彎截面系數(shù)，W=-(表15-4) [文獻4]
W==1533.2-105.8=1427.4
=
=30.8Mpa<[]
即軸的強度足夠。
?精確校核軸的疲勞強度
在上面的分析中已判定E截面為危險截面，所以現(xiàn)在校校E面左右兩側即可，其他截面均無需校核。
截面E左側面校核：
抗彎截面系數(shù)W為：W=0.1d3=0.1x303=2700mm3
抗扭截面系數(shù)WT為：WT=0.2d3=0.2x303=5400mm3
彎矩M及彎曲應力為:M=39300x=35496.8
===13.1Mpa
扭矩T3及扭轉應力為：T3=19700
===3.6Mpa
軸的材料為45鋼，調質處理， =640Mpa,=275Mpa,=155Mpa。
過盈配合處的值，由附表3-8[文獻4] 用插入法求出，并取=0.8,
于是得=2.85, =0.8x2.85=2.28
軸按磨削加工，由附圖3-4[文獻4] 得表面質量系數(shù)為==0.92
故得綜合系數(shù)為：K=--1=2.85+=2.94
K=+-1=2.28+=2.37
計算安全系數(shù)：
S===7.1
S===35.6
Sca===6.9>S=1.5 故安全
截面E右側面校核：
抗彎截面系數(shù)W為：W=0.1d3=0.1x203=800mm3
抗扭截面系數(shù)WT為：WT=0.2d3=0.2x203=1600mm3
彎矩M及彎曲應力為:M=39300x=35496.8
===44.4Mpa
扭矩T3及扭轉應力為：T3=19700
===12.3Mpa
截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)a及a按附表3-2查取[文獻4] ，因==0.05,==1.25,經插值后可查得:a,a
又由附圖3-1[文獻？]可得軸提材料的敏性系數(shù)為：q,q
故有效應力集中系數(shù)按式（附3-4）[文獻4] 為：
k
k
由附圖3-2[文獻4] 得尺寸系數(shù)
由附圖3-3[文獻4] 得扭轉尺寸系數(shù)
軸按磨削加工，由附圖3-4[文獻4] 得表面質量系數(shù)為==0.92
軸未經表面強化處理，即，則按式（3-12）及（3-12）[文獻4] ，得綜合系數(shù)值為：
K=--1=+=2.09
K=+-1=+=1.67
計算安全系數(shù)：
S===2.96
S===14.7
Sca===2.9>S=1.5
故該軸在截面右側面是安全的，又因為軸無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。
?軸承的校核
機床一般傳動軸的滾動軸承失效形式，主要是疲勞破壞，故應進行疲勞壽命計算。
滾動軸承疲勞壽命計算公式：
（10-5）[文獻4]
式中：
，表3.8-50[文獻6]
因為所受的軸向力太小，所以忽略不計,Fa=0
所受徑向力Fr=945.6/2=472.8N表3.8-50[文獻6]
P=0.41Fr+0.87Pa=0.41x472.8=193.8
>=30000h(表13-3) [
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