柴油機箱體孔隙組合機床設計(正文).doc

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天津理工大學2005屆畢業(yè)設計（論文） 第一章 組合機床的概述 1. 1組合機床及其特點 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。 他能夠對一種（或者幾種）零件進行多刀、多軸、多面、多工位。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、絞孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序生產效率高，加工精度穩(wěn)定。 組合機床與通用機床、其他的專用機床比較，具有以下的特點： (1)組合機床上的通用部件和標準零件約占全部機床零、部件總量的70-80%。因此設計和制造的周期短。投資少，經濟效果好。 （2）由于組合機床采用多刀加工，并且自動化程度高 ，因此比通用機床生產效率高 ，產品質量穩(wěn)定，勞動強度低。 （3）組合機床的通用部件是經過周密設計和長期生產實踐考驗的，又有專門廠成批制造，因此結構穩(wěn)定、工作可靠、使用和維修方便。 （4）在組合機床上加工里零件時，由于采用專用夾具、道具和導向裝置等，加工質量工藝裝備保證，對操作工人的技術要求不是很高。 （5）當被加工產品更新時，采用其它類型的專用機床時，其大部分部件都要報廢。用組合機床時，其通用部件和標準零件可以重復利用，不必另行設計和制造。 （6）組合機床易于連成組合自動線，以適應大規(guī)模的生產需要。 1.2組合機床分類和基本配置型式 組合機床由大型組合機床和小型組合機床兩大類，它們不僅在體積和功率上有大小之分，而且在結構和配置上也有很大的差異。這里主要的介紹大型組合機床的配置形式。大型組合機床的配置可以分為以下三大類： 1. 具有固定是夾具的單工位組合機床，分為臥式、立式、傾斜式、復合式幾種。 2. 具有移動式夾具的（多工位）組合機床 3. 轉塔主軸箱式組合機床 1.3組合機床的工藝范圍及加工精度 組合機床可完成的工藝有銑平面、刮平面、車端面、鉆孔、擴孔、鏜孔、鉸孔、攻絲、倒角、锪窩、鉆深孔、切槽等。隨著綜合自動化技術的發(fā)展，組合機床可以完成的工藝范圍也在不斷哭大，除了上述工藝外，還可完成車外圓、車錐面、切削內外螺紋、滾壓孔、拉削內外圓柱面、磨削、拋光，甚至還可以進行沖壓、焊接、熱處理、裝配、自動測量和檢查等。 組合機床的加工精度分別有以下幾種： （1） 孔加工 （2） 平面加工 （3） 止口加工 1.4組合機床現階段的水平及發(fā)展趨勢 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，加強數控技術的應用，提高組合機床產品數控化率；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求。從2002年年底第21屆日本國際機床博覽會上獲悉，在來自世界10多個國家和地區(qū)的500多家機床制造商和團體展示的最先進機床設備中，超高速和超高精度加工技術裝備與復合、多功能、多軸化控制設備等深受歡迎。據專家分析，機床裝備的高速和超高速加工技術的關鍵是提高機床的主軸轉速和進給速度。在零部件一體化程度不斷提高、數量減少的同時，加工的形狀卻日益復雜。多軸化控制的機床裝備適合加工形狀復雜的工件。 另外，產品周期的縮短也要求加工機床能夠隨時調整和適應新的變化，滿足各種各樣產品的加工需求。 然而更關鍵的是現代通信技術在機床裝備中的應用，信息通信技術的引進使得現代機床的自動化程度進一步提高，操作者可以通過網絡或手機對機床的程序進行遠程修改，對運轉狀況進行監(jiān)控并積累有關數據；通過網絡對遠程的設備進行維修和檢查、提供售后服務等。在這些方面我國組合機床裝備還有相當大的差距，因此我國組合機床技術裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調可變、任意加工性以及通信技術的應用將是今后的發(fā)展方向。 組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調速電動機和滾珠絲杠傳動 ，以簡化結構，縮短生產節(jié)拍：采用數字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，提高工藝的可調性，并且會著重納入柔性系統(tǒng)，。 第二章 組合機床總體設計 2.1設計說明 LD1100柴油機是山東省萊陽動力總廠的新產品，年產量五萬臺。柴油機機體是柴油機的主要零件，該零件加工部位多，加工量大，精度要求高，針對生產現狀和要求，設計LD1100柴油機機體三面43孔組合鉆床。 本機床采用三面臥式單工位，專用夾具、液壓電氣互鎖控制、43個鉆頭同時滿足加工的方式，具有夾緊可靠、定位準確的優(yōu)點，對空的鉆小位置精度可達+0.15mm，完全可以滿足工件加工要求。機床由液壓和電氣聯(lián)合控制，可完全的實現自動工作循環(huán)。 2.2組合機床方案的確定 2.2.1被加工零件的加工精度和加工工序 被加工零件需要在組合機床上完成的加工工序及應保證的加工精度是制定機床方案的主要依據。本設計是為加工1100柴油機機體三面43孔，其中大部分是鉆螺紋底孔，有通孔和盲孔兩種。根據零件加工圖可知：螺紋孔的位置精度是+0.20mm。為了保證位置精度，鉆螺紋底孔位置精度應比螺紋孔的位置精度提高為+0.15mm。三面中，若以小面為后面，則左面要求加工的螺紋底13個，其中φ6.7（M8）孔6個（盲孔4個）φ8.5（M10）孔6個，φ10.2（M12）孔1個，右面要求加工螺紋底孔16個和4個固定孔。其中φ6.7（M8）孔16個（盲孔），φ13（M8）孔4個，后面要加工的螺紋底孔10個，其中φ6.7（M8）孔8個，φ8.5（M10）孔2個（盲孔），共計三面43孔，要求同時加工。為了保證加工精度，在本道工序之前，要求加工出機體的六個平面，并且保證垂直度和平行度的要求，以便安排本工序裝夾定位。 2.2.2被加工零件的特點 被加工零件的毛坯為鑄鐵件，材料是HT200，硬度HB150-200。共建的最大輪廓尺寸為：長522+0.25mm,高176+0.1mm,寬300mm,機體外形近似為長方體.工件壁厚較均勻，剛性較好。由于加工為切削，切削力較穩(wěn)定，加工控直徑較小，不會引起變形。鉆削時產生的切削熱對工件加工精度也不會產生影響。 2.2.3定位基準及夾緊點的選擇 正確選擇定位基準是確保加工精度的重要條件。本工序是在機體的六個面精銑加工之 進行的，定為基準采用“三面定位”的方式。 圖2-1 機體定位夾緊示意圖 Figure 2-1 machine fixed positions clip the tight sketch map 在圖2-1中，工件的底面與夾具支承面接觸定位，可消除Z,X,Y 三個 自由度，由于接觸 面積大，定位穩(wěn)定可靠，是主要定位基面，以右面為導向定位基準面，可消除X,Z 兩個自由度，以小面作為只推定為面，消除Y 自由度，通過三面定位消除了工件的六個自由度，使工件獲得完全定位。加緊力的方向是有上而下。故采用四個夾緊點，以便使夾緊力分布均勻，且夾緊力均勻的分布在箱體的外壁上，直接對準家具支承面，減少了工件的夾緊變形，有利于保證加工精度。 2.2.4加工工藝分析 加工三面孔時，左右兩面的軸向切削力可抵消一部分，因此加緊力不需要很大。為了保證絲錐順利進入螺紋底孔，螺紋底孔要倒角。本工序最大鉆孔身23mm，孔徑為φ8.5mm ,采用一次加工定位。另外水平鉆削，排屑容易，切削時間短，切削熱量笑，可不必考慮冷卻問題。 鉆孔的孔徑尺寸精度及位置精度的保證，主要是提高鉆套的尺寸及位置精度、鉆頭刃 質量、導套和鉆頭間的配合、嚴格控制鉆頭切削刃擺差及嚴格要求主軸與導向套之間的同軸度來保證，尺寸精度可達IT10，這樣可使位置精度達0.15mm。 2.2.5機床配置形勢及結構方案的確定 根據被加工零件的結構特點，加工要求，加工工藝過程方案、生產率及現場調研等情況，經分析認為是采用固定是夾具，單工位臥式三面組合機床較為合理。這類機床達到的加工精度最高，加工工藝也較好，工件裝卸方便，夾具設計簡單，導向精度好，且調整機床及更換道具方便，另外，這種形式的組合機床還有益于排屑，操作方便，較易形成流水線等特點。 2.3確定切削用量及選擇刀具 2.3.1確定切削用量 由于組合機床一般為多軸，多刀，多面同時加工，因此，所選切削用量硬比一般的萬能機床單刀加工低30%左右，同時根據工件的材料，工作的環(huán)境，加工精度及技術要求，按照經濟的滿足加工精度要求的原則以及考慮滑臺特性，是否便于主軸設計等合理的選擇切削用量，已達到合理的使用刀具的目的。 按相關的要求，已知工件的材料為HT200,硬度為HT150-200, 參考<組合機床設計手冊〉表3-7知：切削速度一般V(m/min)=16—24m/s 因為孔的直徑都在φ6—φ12mm, 所以進給量f取 0.12—0.20mm/r 具體選擇如下： 左面： 確定轉速即每分鐘進給量 (1)φ6.7孔取 V=16米/分 f=0.12 mm/r 則 主軸轉速 n=1000v/π=100016/π6.7=760轉/分 每分鐘進給量 Vf=nf=7600.12=91.2 mm/s （2）φ8.5孔 取V=16.8 m/min f=0.145 mm/r 則 主軸轉速 n=1000v/π=100016.8/π8.5=630轉/分 每分鐘進給量 Vf=nf=6300.145=91.2mm/s (3) φ10.2孔 取V=17.95 mm/min f=0.163 mm/r 則 主軸轉速 n=1000v/π=1000 17.95/π10.2=560轉/分 每分鐘進給量 Vf=nf=5600.163=91.2mm/s 由于組合機床工作時，要求每分鐘的進給量相同，而且都等于液壓滑臺的進給量，這個進給量應該適合于所用刀具的平均值。在以上的切削用量的選擇中，去進給量為91.2m/min , 以滿足設計要求 。 2.3.2確定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度 （根據需要參考《組合機床設計》相關公式） 切削軸向力：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/9740πd(kw) 刀具耐用度：T=(9600.D0.25/V.f0.25HB0.13)8 min 相關說明：v—切削速度(m/min ) D—鉆頭直徑(mm) (1) 對于φ6.7孔 有L/D=18/6.7=2.7 則 Kv=0.93<3,,所以不用修正系數 根據公式 計算硬度 HB=200-195/150 =195 P=26.D.f0.8HB0.6=266.7(0.12)0.8(200)0.6 =767N M=10.D1.9.f0.8HB0.6=106.7(0.12)0.8(200)0.6 =1635N.mm N=MV/9740Πd=1163516/9740Πd6.7 =0.1276kw T=(9600.D0.25/V.f0.25HB0.13)8=(96006.70.25/1690.120.551851.3)8 =22406分 (2) 對于φ8.5 孔 有L/D=18/8.5=0.94 則 取V=16.8 m/min f=0.145 mm/r 根據公式 計算硬度 HB=200-195/150 =195 P=26.D.f0.8HB0.6=268.5(0.14476)0.8(200)0.6 =1131N M=10.D1.9.f0.8HB0.6=108.51.9(0.14476)0.8(200)0.6 =2985.6N.mm N=MV/9740Πd=2985.616.8/9740Πd8.5 =0.193kw T=(9600.D0.25/V.f0.25HB0.13)8=(96008.50.25/16.80.140.551851.3)8 =10745 min （3） 對于φ10.2孔 有L/D=18/10.2=0.78 則 取V=17.95 mm/min f=0.163 mm/r P=26.D.f0.8HB0.6=2610.2(0.163)0.8(200)0.6 =1493N M=10.D1.9.f0.8HB0.6=1010.21.9(0.163)0.8(200)0.6 =4642N.mm N=MV/9740Πd=464217.95/9740Πd10.2 =0.267kw T=(9600.D0.25/V.f0.25HB0.13)8=(960010.20.25/16.80.1630.551851.3)8 =6021 min 則左主軸 合力P=7676+11316+1493 =12881N 總功率 N=0.1286+0.1936+0.267 =2.193 kw 右主軸箱及后主軸箱見另外的設計 將以上的計算數據列入表2-1 表2—1切削參數表 Table 2 — 1 cut off the parameter form 切削力 切削用量 切削功率 孔 徑 位置 切削速度 V m/min 進給量 f mm/r 主軸轉速 n r/mm 進給速度 vf mm/ min 軸向切削力 P N 切削功率 N KW 耐用度 T min 扭矩 M n.mm 切削合力 ∑P N 總功率 ∑N KW 左主軸箱 φ6.7 16 0.12 760 91.2 767 0.13 22406 1635 12881 2.193 φ8.5 16.8 0.145 630 91.2 1131 0.193 10745 2986 φ10.2 17.95 0.163 560 91.2 1492 0.267 6022 4642 右主軸箱 φ6.7 16 0.12 760 91.2 767 0.128 25088 1635 19992 3.732 φ13 22.42 0.166 550 91.2 1930 0.421 1524 7468 后主軸箱 φ6.7 16 0.12 760 91.2 767 0.128 25088 1635 8402 1.41 φ8.5 16.8 0.145 630 91.2 1133 0.193 11886 2990 由于道具耐用度最小值為1635分鐘，大與一個工作班次，所以切削用量及刀具選擇比較合理。 2.3.3選擇刀具結構 在本臺機床設計中，為了提高工序集中程度及保證加工精度，采用標準麻花鉆刃磨的鉆孔一倒角復合鉆頭，可使鉆孔、倒角在同一機床同一工位一次加工，且使鉆孔、倒角的排屑槽整體連通，便于排屑。另外復合鉆頭后部直徑較大，可使鉆頭剛度提高，防止鉆頭折斷并提高鉆孔精度。刀具耐用度值是以鉆孔時的小直徑計算的，所以刀磨后的刀具并不影響耐用度。由于加工孔徑較小，需倒角的最大孔徑僅為10.2mm，因而宜采用整體式而不宜采用裝配式復合刀具。 1. 4組合機床總體設計—三圖一卡 組合機床整體設計就是根據被加工零件的特點及工藝要求，在選定工藝方案，確定機床配置形式、結構方案基礎上，進行包括加工零件工序圖，加工示意圖，機床聯(lián)系尺寸圖的設計及編制生產率計算卡。 2.4.1被加工零件工序圖（見附錄1圖2-2） 被加工零件工序圖是原零件圖的基礎上，突出本機床的加工內容，加上必要的說明而繪制的。它既是組合機床設計的主要依據，也是制造、使用、檢驗和調整機床的重要技術文件。 繪制該圖時，應先將零件圖中的尺寸換算為以定位面開始標注的尺寸，現具替計算：（1）后面寬 度方向上的尺寸 2.4.2、加工示意圖（見附錄1圖2-3） 加工示意圖是組合機床設計的主要圖紙之一，在總體設計中占據重要地位。它是刀具、附具、夾具主軸箱、液壓電氣裝置設計及通用部件選用的主要原始資料，也是整臺組合機床布局和性能的原始要求，同時還是調整機床、刀具及試車的依據。 1）刀具的選擇： 根據工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生產率的要求等因素，決定選用標 準長麻花鉆改磨為鉆孔-------倒角復合鉆頭。 2）導向的選擇： ①選擇導向類型、形式和結構 導向通常分為兩類：一類是固定式導向。允許線速度＜20mm/min。另一類是旋轉式導向，允許線速度＞20mm/min，它一般用以加工孔徑大于φ25mm的孔。根據被加工零件的情況，決定選用固定可換式導向。這類導向的精度較好。 ②確定導向數量、選擇導向參數：導向的數量應根據工件形狀、內部結構、刀具剛性、加工精度及具體加工情況決定。由于本工序是鉆單層壁上的小孔，并且有盲孔，故選用單個導向。 導向的主要參數選擇根據[1]表3-17及3-18確定，在確定參數時，考慮到鉆模板的厚度，取I1=40mm，導套與工件的間距，考慮導向裝置的安裝，取I2=20mm。確定了這兩個參數后，其余參數均按國家標準選取， 3），初定主軸類型、尺寸、外伸長度和選擇接桿：主軸的型式主要取決于進給抗力和主軸---刀具系統(tǒng)結構上的需要，主軸尺寸規(guī)格應根據切削扭矩M計算，有表2-1查得M后，根據[1]表3-19選擇剛性主軸，取φ=1/4度/米，B=7.3，有公式 鉆φ6.7孔時 鉆φ8.5孔時d=17.1(mm) 鉆φ10.2孔時d=19.1(mm) 鉆φ13孔時d=21.5(mm) 由于15mm值得主軸精度較低，也不便與裝配，維修不方便，一般不選用。確定了主軸的直徑后，再根據[1]表3-22確定出主軸外伸尺寸，接桿莫氏錐號。另外，本工序是單向導向進行鉆孔倒角加工，應選用剛性連接，即接桿連接。根據[1]表3-23選接桿，具體參數見表2-2 4）確定動力部件的工作循環(huán)及工作行程： 根據本工序的加工工序的加工特點，決定選用快進、工進、保留、快退的工作循環(huán)。 其中“保留”是為了保證盲孔的深度尺寸。 動力部件工作行程長度的確定： （1）工進長度L1的確定： 工作進給長度L1應等于工件加工部位長度L與刀具切入長度L2和切出長度L3之和。根據本工序工件端面厚度尺寸誤差較小的特點，選切入長度L2 表2—2 主軸、接桿系列參數 Table 2 — 2 main stalk.conjunction pole series parameter 主軸直徑 主軸外腎尺寸 接桿長度 接稈型號 莫氏錐度 數量 外伸長 直徑D/d 左主軸箱 20 115 30/20 275 3-275T0635-01 1 4 20 115 30/20 280 3-275T0635-01 1 2 20 115 30/20 270 3-275T0635-01 1 6 20 115 30/20 265 3-275T0635-01 1 1 為5mm，其它尺寸分別見機床尺寸聯(lián)系圖2-7： 左主軸箱：根據各孔尺寸情況，取φ10.2孔計算 切出長度L3=d/3+8=10.2/3+8≈10(mm) 工進長度L1=L+L1+L2+L3=20+5+10=35（mm） 右主軸箱：取φ13孔計算：L3≈12mm,L1≈35mm 后主軸箱：取φ6.7孔計算：L3≈10mm,(取L3=9mm);L1=25mm （2）快退長度的決定： 在采用固定夾具的鉆孔組合機床上，通?？焱诵谐涕L度必須保證所有刀具均退至夾具導套內而不影響工件裝卸即可。在本機床上，刀刃剛性較好，且能滿足生產率的要求，為了使滑臺軌道磨損均勻，將快退行程加長，具體參數：左動力箱160mm，右動力箱160mm，后動力箱180mm。 （3）動力部件總行程長度的確定： 動力部件總行程除應保證要求的工作循環(huán)外，還要考慮裝卸刀具的方便，即考慮前、后備量。為補償刀具的磨損或制造、安裝誤差，取前備量為20mm，考慮到滑臺的工作行程，取總行程長度為400mm。左、右后動力部件的總行程相同。/根據上述數據繪制加工示意圖（圖2-4）。 2.4.3.機床聯(lián)系尺寸圖（見附錄1圖2-4） 機床聯(lián)系尺寸圖可視為簡化了的機床總圖，它表示機床的配置型式及總體布局。其主要內容如下： 1.動力部件及其配套通用部件的選擇： 影響動力部件選擇主要因素為： 1）切削總功率（2.193kw）是選擇組合機床主傳動用動力箱型號規(guī)格的依據 ，配兩種電機 2）進給力 P=12881NV額） 4）行程 所確定的動力部件總行程應小于所選滑臺的最大行程 根據以上因素，組合機床左面選的動力部件及其配套通用部件型號貴各級主要尺寸，性能如下 1.1選擇動力箱： 動力箱是為刀具提供切削主運動的驅動裝置。它與動力滑臺和主軸箱配套使用，有動力滑臺實現進給運動，動力箱上安裝主軸箱實現切削運動，用以組成帶導向裝置加工的臥式或立式組合機床 動力箱，有齒輪傳動的動力箱和連軸節(jié)傳動的動力箱。由于我國目前通用部件中只有齒輪傳動的動力箱，因此選用標準的齒輪傳動動力箱。有表2-1知： 左動力箱： 切削功率∑N=2.193。 取η=0.8，鉆頭磨鈍系數為1.5， 動力箱的驅動功率為N=∑N/η.1.5=2.193/0.8X1.5=4.1（KW） 根據國家標準（GB3668.5-83《組合機床通用部件-動力箱尺寸》），決定選用：1TD40I型齒輪傳動動力箱，電機型號Y132S-4，功率5.5KW，電機轉速1440r/min，動力箱輸出軸轉速720r/min。 右動力箱： （計算同上。選ITD32Ⅱ型齒輪傳動動力箱，電機型號Y132M-4，功率7.5KW，轉速1440r/min,動力箱輸出軸轉速720r/min. 后動力箱： 計算同上。選ITD32Ⅱ型齒輪傳動動力箱，電機型號Y100L2-4，功率3.0KW，轉速1430r/min動力箱輸出軸轉速715r/min.） 1.2.選擇動力滑臺： 動力滑臺有機械和液壓兩種，兩種滑臺的的用途及導軌型式完全一樣?；_主要參數和互換尺寸也相同。動力滑臺的主要參數是臺面寬度及行程。由于臺面寬320mm以上的機械滑臺沒有分級進給裝置因此鉆孔深度的確定性及過載保護方面均不如液壓滑臺，所以本機床選用液壓滑臺，控制形式采用電-液聯(lián)合控制，以克服電氣或液壓單獨控制時工作不可靠，轉換精度低的弱點。導軌形式選平-山形，以保證導向精度。行程取最小滑臺行程400mm,滿足總行程的要求。 選用液壓滑臺 左滑臺：根據滑臺進給力P進＞切削合力P，且滑臺寬度應為動力箱長度的1/1.25，決定選取1HY401A型液壓滑臺，其性能：P進=2000N＞（P=12893N），臺面寬度400（動力箱長度為500mm），行程400mm，其工作進給速度為12.5～500mm/min，而12.5X（1+50%）=18.75mm/min＜91.2mm/min（工作進度），滿足工作進速度大于進給量50%的要求?？爝M速度8m/min＞5m/min 右滑臺及后滑臺見別的設計 1.3配套通用部件的選擇（GB3668.6-83） 左側底座：選ICC401-I型滑臺側底座。 高度H=560mm， 寬度：B=600mm， 長度：1350mm. 右側底座：選1CC401-I型滑臺側底座 后側底座：選1CC321-I型滑臺側底座。H=560mm,B=520mm,L=1180mm 2、其他尺寸的確定 2.1機床裝料高度H的確定： 選取裝料高度時應注意考慮與車間中運送的滾道高度相適應，同時要考慮工件最低空位置，主軸箱最低主軸高度和所選用通用部件、中間底座、夾具等高度尺寸的限制，根據推薦的組合機床裝料高度850mm-1060mm，本設計裝料高度取970mm。 2.2夾具輪廓尺寸的確定：(具體的設計見夾具設計) 夾具底座總寬的確定：L=740mm 夾具底座長度和高度的確定：根據設計取長度為710mm，高度為290mm。 2.3中間底座尺寸的確定： 中間底座的輪廓尺寸要滿足夾具在其上面安裝連接的需要，其寬度方向要根據所選動力部件的要求，照顧各個部件尺寸的合理性等來確定，本設計確定中間底座的寬度尺寸為： L=2(L1+L2)+L3-2(l1+l2+l3) =2（400+325）+300-2(300+40+110)=850mm 式中：L1為工件的端面之主軸箱端面在加工鐘了時的距離，由加工示意圖知取400mm L2為主軸箱厚度，取標準箱325mm L3為工件的厚度300mm l1主軸箱在滑臺上的尺寸，800-500=300mm l2為加工終了位置時滑臺前端面到滑座前端面的距離，20+20=40mm l3為滑臺前端面至側底座前端面的距離110mm 檢查a的距離： a是中間底座周邊用于切屑回收的溝槽，不得小于10—15mm,本設計機床a=(850-740)/2=55mm,滿足要求。 確定中間底座的長度尺寸為： L= L1+L2+L3/2-( l1+l2+l3)+ L4+a =355+325+522/2-[（630-400）+40+110]=324+55 =940mm 式中： L4為夾具底座在長度方向上自機床中心到前端面的距離，取324mm。 確定中間底座高度方向的尺寸：由于裝料高度為970mm,夾具底座高度為290mm，支撐板的厚度為60mm。故中間底座的高度為：H=970-290-60=620(mm). 2.4主軸箱輪廓尺寸的確定： 標準的通用鉆鏜類主軸箱的厚度有兩種，本設計因是臥式，故取標準厚度325mm。 軸箱的寬度、高度及最低主軸高度的確定如下： 主軸箱：最低主軸高度h，通常在＞85～410mm之間， h1=h2+H-(0.5+h3+h2+h1) =18+970-(0.5+320+5+560)=102.5(mm)滿足要求。 箱體尺寸計算見圖2-8； 圖2-8主軸箱輪廓尺寸圖 Figure 2-8 principal axis an outline size diagram B=b+2b1=475+2x70=625mm H=h+h1+b1=137+102.5+70=314.5mm 式中 b為工件寬度方向上最遠兩孔距離； b1為最邊緣主軸中心距箱外壁的距離，推薦取b1＞70～100mm,本箱體取b1=70mm； h為工件在高度方向上相距最遠的兩孔距離； h1為最低主軸高度102.5mm；h2為工件最低孔位置18mm； h3為滑臺總高度320mm； h4為側底座高度560mm, h7為滑座與側底座之間調整墊厚度5mm. 根據標準，決定選用630x400mm主軸箱。 右主軸箱：h1=94.5mm，B=595mm,（取b1=100mm），H=350.5mm，根據標準630x400mm主軸箱。 后主軸箱：h1=138.5mm，B=369mm,（取b1=80mm），H=362.5mm，根據標準400x400mm主軸箱。 由以上分析、計算結果，繪制出機床聯(lián)系尺寸圖 2.4.4機床生產率計算卡(表2-3) 根據加工示意圖所確定的工作循環(huán)及切削用量等，就可以計算機床生產率并編制生產率計算卡。生產率計算卡是反映機床生產效率或生產節(jié)拍和切削用量、動作、時間、生產綱領既負荷率等關系的技術文件，它是驗收機床生產效率的重要依據。 （1） 理想生產率： 理想生產率Q（單位為每件/H）是指完成年生產綱領的A（包括廢品及廢品率）所要求的機床生產率，它與全年的工時總數K有關，一般情況下，單班制生產K取2350小時，兩班制生產K取4600小時，本設計年生產綱領A為50000件/年，單班生產K取23250小時， 則理想生產率為 Q=A/K=50000/23250 =21.3（件/小時）。 （2）實際實際生產率：生產一個零件所需的時間為（以左主軸箱計算）： 式中： L1為工進長度； Vf1為工作進給量； t停為死擋鐵停留時間； L快進為快進行程長度； L快退為快退行程長度； Vf1為動力部件快速運動速度； t裝卸為工件、裝卸時間， 所以實際生產率為Q1=60/T單=60/2=30（件/小時） 。 （3）.機床負荷率： 通過機床負荷率的計算，可以分析機床的使用情況，根據本機床為三面43孔加工，查的最大負荷率為75~80%， 實際負荷率為 η=Q/Q1=21.3/30≈74%， 基本滿足要求 （4）生產率計算卡 它是按一定的格式要求編制的反映零件在機床上的加工過程、工作時間、是機床生產率、機床負荷率的簡明表格。 表2-3 機床生產率計算卡 Table 2-3 被加工零件 圖號 毛坯種類 鑄件 名稱 LD1100柴油機機體 毛坯重量 材料 HT200 硬度 HB150~200 工序名稱 鉆上、下面及后面43孔 工序號 序號 工步名稱 被加工零件數 個 加工直徑 mm 加工長度 工作行程 切削長度 每分鐘轉速 每轉進給量 每分鐘進給量 工時（分） 機動時間 輔助時間 共計 1 裝入工件 1 0.75 2 工件定位、夾緊 10 0.002 3 左動力部件快進 125 5000 0.025 4 左動力部件工進 Φ6.7Φ8.5Φ10.2 23（盲孔） 35 16；16.8；17.95 760；630；560 0.12；0.145；0.163 91.2 0.4 5 死擋鐵停留 0.016 6 動力部件快退 160 5000 0.032 7 松開工件 10 0.002 8 卸下工件 0.75 備注 裝卸工件時間取決于操作者熟練程度 本機床裝卸工件時間為1.5分鐘 單件總工時 0.4 1.7 2.1 機床實際生產率Q1 30（件/小時） 機床理想生產率Q 21.3（件/小時） 負載荷η負 0.75 第三章 組合機床主軸箱設計 本課題任選用LD1100N柴油機機體，年生產五萬臺。設計柴油機體三面組合鉆床右側主軸箱，由于主軸及傳動軸多，排布傳動齒輪方案較復雜，設計難度較大。 主軸箱是組合機床的重要組成部件之一。它通過按一定速比排布的齒輪，將從電動機經動力箱傳來的動力傳遞給工作主軸，使其獲得一定的動力、轉速和轉向。 由于被加工零件不同，機床的總體設計方案各異，其主軸箱可以垂直或水平安裝。該設計的主軸箱是水平安裝在ITD40動力箱前面的。 3.1組合機床主軸箱概述 3.1.1組合機床主軸箱的分類及用途 主軸箱是組合機床的重要專用部件。在動力滑臺或者動力頭上安裝一個專門設計的單軸或者多軸箱，就可以進行鉆孔、擴孔、鉸孔、撞孔等加工。動力部件通過主軸箱來使各主軸獲得一定的位置和轉速。主軸的位置決定于被加工零件上的孔的具體位置。主軸箱是根據加工示意圖所確定的孔的數量和位置、切削用量和主軸類型來進設計的。多軸箱由通用零件如箱體、主軸、傳動軸、齒輪和附加機構等組成。 主軸箱通常安裝在動力頭上， 也可以固定在滑臺上或者床身上.其具體結構取決于被加工零件上的孔的數t、形狀和分布位置，以及被加工零件的數t。由于被加工零件上的孔的相互位置、大小尺寸和數t不同，要使主軸箱完全通用化是不可能的。因此主軸箱作為一個部件來說，不是通用件，但是對主軸箱的零件可以分類來實現主軸箱零件的通用化.比如，主軸箱的箱體和前后蓋是按輪廓尺寸和外形分類的，以保證鑄件的通用性;主軸按照用途分類的，分為鉆孔、幢孔、和攻絲的幾類。齒輪則按照模數、齒數和孔徑分類等。使用這些通用化的零件可以配里成各種不同結構形式的主軸箱。 3.1.2通用主軸箱的組成 主軸箱的通用箱體分為箱體、前、后、側蓋。多軸箱基本尺寸系列標準規(guī)定，名義尺寸用相應滑臺的滑鞍寬度表示。多軸箱體寬度和高度是根據配套滑臺的規(guī)格按規(guī)定的系列尺寸選擇。其結合面上聯(lián)接螺孔、定位銷及其位置與動力箱聯(lián)系尺寸相適應。軸類零件分為通用主軸和通用傳動軸。 通用的主軸箱在生產中應用比較廣，常見的有： （1） 鉆削類主軸箱 （2） 攻絲主軸箱 （3） 鉆、攻復合主軸箱 通用的主軸箱主要有箱體、主軸、傳動軸、齒輪、軸套等零件和通用的附加機構組成 3.1.3主軸箱的通用部件 目前，組合機床生產發(fā)展很快，不少生產單位都有自己的特點，主要的標準有以下的內容： （1） 通用零件編號 （2） 箱體類零件 大型的通用主軸箱箱體類零件采用灰鑄鐵。 （3） 軸類零件 1) 鉆削類主軸 2) 攻絲主軸 3) 傳動軸 傳動軸的材料一般為45號鋼，調制處理T215 4) 齒輪 通用的齒輪有三種，即傳動齒輪、動力箱齒輪和電機齒輪。 3.2確定箱體結構、繪制原始依據圖 主軸箱體及前、后蓋均采用灰鑄鐵HT200。箱體的形狀和尺寸按標準GB3668.1-83選擇。確定箱體外形尺寸時，可用下述關系式： 箱體寬度———— B=b+2b; 箱體高度———— H=h+h1+b1 式中： b為工件寬度上兩最遠孔間距離（mm） b1為邊緣主軸中心至外箱壁間距離； h為工件在離應等于該主軸上安裝的最大齒輪的齒頂圓半徑加齒頂至箱體內壁間距離8～10mm,再加上箱壁的厚度 ，即：不b1=De/2+δ+(8～10) 式中： De為齒頂圓直徑； δ為箱壁的厚度。 最低主軸的高度h1 為：h1=h2+h3-(h4+h5+h6+h7) 式中：h2為工件最低加工孔距箱體距箱體支承面間的距離; h3為機床的裝料高度，取970mm； h4為主軸箱體加工定位支承面具滑臺面的距離，取0.5mm； h5為滑臺高度，取320mm;h6為測底座高度，取560mm； h7為滑臺與側底座間的墊厚，取5mm.所以 H1=10+970-(0.5+320+560+5)=94.5mm 根據De，δ值確定b1為100mm時,由于b、h為已知尺寸，主軸箱體的輪廓尺寸為： B=359+2X100=595mm H=156+94.5+100=350.5mm 主軸箱輪廓尺寸決定選用標準的630400mm 更具上數據繪制出主軸箱設計原始圖。 圖3-1原始依據圖 Figure 3-1 primitive according to the diagram 3.3確定主軸型式、直徑及動力計算 3.3.1.確定主軸型式 主軸的結構型式由被加工零件的加工工藝、主軸的工作條件和受力情況決定。軸承型式的是主軸部件結構的主要特征，本設計鉆削加工的主軸，軸向力較大，用推力球軸承承受軸向力，而用向心球軸承承受徑向力，又因為鉆小詩軸向力是單向的，因此推力球軸承在主軸的前端。并且采用常主軸軸頭，用標準的導套連接。軸頭用圓柱孔與刀具連接，用螺釘做軸向定位。 3.3.2.主軸直徑和齒輪模數的初步確定 （1）鉆Ф為6.7孔： 式中： B為系數，剛性主軸[ψ]=1/4度時，取7.3； M為主軸傳遞的扭矩，M=1635N.mm（根據總體設計計算的結果）。 取主軸的直徑d=20mm,外伸尺寸115mm，的D/d=30/20（主軸端部外徑與孔徑的比）。 其他的孔徑算法相同 現將計算數據列入表3-1 表3-1主軸外伸尺寸 Figure 3-1 primitive according to the diagram 軸號 加工孔直徑Ф(mm) 主軸直徑d(mm) 主軸外伸尺寸mm D/d L 1～4 鉆φ6.7（深18） 20 30/20 115 5～6 鉆φ6.7（通孔） 20 30/20 115 7～12 鉆φ8.5 20 30/20 115 13 鉆φ13 20 30/20 115 （2）齒輪模數的確定 式中： N為齒輪傳遞的功率； z為一對齒輪中小齒輪齒數； n為小齒輪的轉速。 根據計算結果，齒輪模數分別為2和3mm。計算時依據總體設計的數據列于表3-2。 表3-2 切削參數表 Table 2 — 1 cut off the parameter form 切削用量 加工孔徑 切削速度 V (m/min) 進給量 f (mm/r) 主軸轉速n (mm/min) 進給速度Vf (mm/min) 切削力（軸箱） 切削功率N (KW) 刀具耐用度T (min) 主軸扭矩M主 (N．mm) 切削合力 動力箱總功率 Ф6.7 16 0.12 760 91.2 767 0.128 25066 1635 19881 2.193 Ф8.5 16.8 0.145 630 91.2 1131 0.193 10745 2986 Ф10.2 17.95 0.163 56050 91.2 1493 0.267 6021 4642 （4） 主軸箱所需動力計算： 計算動力箱所需功率時，應考慮機械效率η=0.8，鉆頭磨鈍系數K=1.5。N動=K.N切/η=1.5x3.732/0.8=4.665KW 根據計算值動力箱電動機為7.5KW為宜. 3.3傳動系統(tǒng)的設計及計算 主軸箱傳動系統(tǒng)的設計是通過一定的傳動鏈把動力相熟滁州傳來的動力，轉速按照要求分配給主軸。傳動系統(tǒng)地涉及如何將直接影響主軸箱的質量，通用化程度，設計和制造工作量的大小及成本高低。 3.3.1比較傳動系統(tǒng)方案 對于方案1（附錄1圖3-2） ，從整體來看，結構比較簡單，用11根傳動軸帶動13根主軸，符合一根傳動軸帶動多根主軸的要求，為了使齒輪符合標準中心距，采用變?yōu)辇X輪。齒輪大小比較均勻，壽命相當，軸徑多為20mm左右。軸與齒輪的規(guī)格少，便于加工，裝配與維修。軸與齒輪的布置比較緊湊，受力相當。 對于方案2（附錄1圖3-3） ，從整體來看， 結構也比較緊湊，齒輪大小也比較均勻，但傳動軸所帶動的齒輪太多，增加了某些軸的負荷，容易損壞。 從上述兩個方案來說，第一個方案比較合理，故選用第一個方案 。 3.3.2確定各傳動軸軸徑 1.確定各傳動軸的軸徑 根據前面計算各主軸承受扭矩及圖所示的傳動軸的傳動關系，下面確定各傳動軸軸徑。 確定15軸的軸徑 M=2M主*25/25=6418N.mm 故取d=20毫米 確定14軸的軸徑 M=M16=3148N.mm 可取d=20毫米 確定19軸的軸徑 M=2290*26/32+2990*21/31+4642=111526N.mm 可取d=20毫米 確定21，22軸的軸徑 M=3990*23/30=2292.3N.mm 可取d=20毫米 確定20軸的軸徑 M=2*2292.3=4584N.mm 可取d=20毫米 確定17軸的軸徑 M=2*1635*25/22=3716N.mm 可取d=20mm 此軸為手柄軸，從結構上考慮取d=30mm 25軸是帶動油泵的軸，承受扭矩小，考慮加工方便仍然取d=20mm 3.3.3分配傳動比，確定齒輪齒數 已知由各主軸上刀具的切削用量而確定的各主軸轉速如下 驅動軸 n0=720r/min 主軸 n1=n2=n3=n4=n5=n6=760r/min n7=n8=n9=n10=n11=n12=560r/min n13=630r/min 各軸傳動比為: i0-1\2\3\4\5\6=760/720=1.05； i0-7\8\9\10\11\12 =5650/720=1/1.29 i0-13=630/720=1/1.43 各軸的傳動比分配： 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=1/1.12 i23-7.12=1/1.32 i19-20=1.14 i20-21.22.=1/1.33 i21-10=1/1.26 i20-24=1/1.43 用幾何作圖法粗略找出圓心，即為傳動軸的位置，量得其半徑據半徑分配各對齒輪，齒輪齒數分別為圖所示，具體計算過程略 3.3.4驗算各主軸轉速 n1=n2=n3=n4=72025/2550/5023/2225/25=752轉 n5=n6=72025/2550/5027/26=748轉 n8=n9=72025/2520/4040/3832/21=577轉 n13= 72025/2520/4040/3844/26=641轉 n7=n12=72025/2520/4040/3838/34 34/26=554轉 n10=n11=72025/2520/4040/3844/50 40/3030/23=576轉 各主軸轉速的相對轉速損失如下： （ 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% 各主軸的相對轉速損失平均在5%之內，符合設計要求。 3.4主軸箱潤滑 3.4.1.主軸箱潤滑 主軸箱潤滑用 R12 =1片油泵，油泵打出的油經分油器流向各潤滑部位，即主軸箱體前后壁之間的齒輪、和軸承用流到分油盤的油潤滑，箱體與前蓋和后蓋間的齒輪用經油管流出的油潤滑，以便維修，油泵齒輪布置在第Ⅰ排，本設計由于結構上的限制將油泵齒輪放在第Ⅳ排油泵軸號為25號軸，其轉速n2I=476r/min，油泵R12-1的使用轉速范圍在400～800r/min之間。油泵的安裝要使其回轉方向從吸油口至排油口轉過270。由于本主軸箱箱體寬度小于800，主軸根數少于30根，故用一個油泵就可以保證充分供油潤滑。 3.4.2.手柄軸 主軸箱上有較多的主軸，為了便于更換和調整刀具以及裝配，維修是檢查主軸的精度，設置一個主極軸，其n17≈760轉。主極軸的位置靠近操作者的一側 3.5主軸箱的坐標計算： 主軸箱的坐標原點定在靠主軸箱左側（對著主軸箱的主軸看）的定位銷孔上，其位置是距主軸箱體右邊E=50mm，距主軸箱體底邊H=30mm主軸及傳動軸的坐標計算如下：主軸的坐軸有原始依據由圖可知 傳動軸坐標尺寸計算過程略去，現將主軸及傳動軸坐標尺寸如下表中 表3-3各軸坐標尺寸 Table 3-3 each stalks sit to mark the size 軸號 X Y 1 210.000 142.500 2 14.824 209.500 3 104.824 209.500 4 14.824 72.500 5 4.824 72.500 6 114.824 142.500 7 245.824 142.500 8 245.824 72.500 9 335.824 209.500 10 479.824 209.500 11 479.824 209.500 12 335.824 72.500 13 245.824 130.500 14 160.000 142.500 15 59.998 94.249 16 59.998 142.500 17 59.998 187.706 18 217.87 158.334 19 290.824 183.442 20 317.061 142.502 21 430.029 182.045 22 430.029 102.955 23 209.824 112.186 24 371.061 246.800 25 435.402 288.673 將箱體坐標尺寸和根據齒輪確定定孔的中心距加以比較，其差值將確定那些齒輪變位，現將比較結果列入下表3-4中 表3-4 坐標驗算表 N-N R實 R理 δ 0-14 50 50 0 14-16 -18 100.0011 59.9998 100 60 0. 0011 –0.0002 16-17 15 -5，6 45 45 53 45 45 53 0 0 0 17-1，2 50.0007 50 0.0007 15-3，4 50.7370 50 0.7370 18-19 77.9817 78 -0.0083 19-8，9 -13 -23 -20 52.9897 70.0001 72 94.0004 53 70 72 94 0. 0113 0. 0001 0 0.0004 23-7，12 60 60 0 20-21 -22 -24 70.0001 70.0008 85 70 70 85 0. 0001 0. 0008 0 21-10 43.997 44 0.0003 22-11 43.9994 44 0.0006 24-25 70 70 0 3.6繪制坐標檢查圖 本設計的坐標檢查圖見：附錄圖3-4，說明主軸箱設計比較合理 3.7傳動軸17上第Ⅱ排齒輪強度的校核 　已知小齒輪材料為40Cr ，調質處理，硬度為241HB—286HB，平均取為260HB,大齒輪用45鋼，調質處理，硬度為241HB—286HB，平均取240HB。 已知： 高速級轉速760r/min，低速級轉速720r/min， 傳動比i=1.05，Z1=26 ,Z2=27, m=2 低速級轉速720r/min， 1、齒面接觸疲勞強度計算 1）初步計算 轉矩T T=9.55106=M=1635N.mm 齒寬系數φd 由表12.13 取φd=1.