ZH1115W柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床總體及左主軸箱設計（已排版）

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成人高等教育畢業(yè)設計 論文 題 目 ZH1115W 柴油機氣缸體三面粗鏜組 合機床總體及左主軸箱設計 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 學 生 指導教師 年 ZH1115W 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床總 體及左主軸箱設計 XXX 班級 指導老師 xxx 摘要 本課題為 ZH1115W 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床總體及左主 軸箱的設計 粗鏜組合機床是大型組合機床 這類組合機床是具有固定式液壓 夾緊的單工位組合機床 首先根據(jù)已知條件和被加工零件的具體結構特征 進 行工藝方案分析 確定組合機床配置型式及結構方案 選擇合適的切削用量 確定切削力 切削轉矩 切削功率及刀具的耐用度 選擇導向機構 主軸類型 浮動卡頭及動力部件等 完成總體設計 然后根據(jù)總體設計中的切削用量及主 軸位置 擬定了主軸箱的傳動路線 應用最優(yōu)化方法布置齒輪 確定傳動參數(shù) 設計了軸的結構 進行齒輪 軸承等相關零件的強度校核計算 確定好軸的排 布方案及各種技術參數(shù)后 再選擇其他的零件 盡可能選用標準件 降低制造 成本 確保組合機床結構合理 工作安全可靠 使用維修方便 關鍵詞 組合機床 鏜床 主軸箱 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 班級 指導老師 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 錄 1 前言 1 2 組合機床總體設計 3 2 1 總體方案論證 3 2 1 1 工藝路線的確立 3 2 1 2 機床配置型式的選擇 4 2 1 3 定位基準的選擇 4 2 2 確定切削用量及選擇刀具 5 2 2 1 選擇切削用量 5 2 2 2 計算切削力 切削扭矩及切削功率 7 2 2 3 選擇刀具結構 9 2 3 組合機床總體設計 三圖一卡 9 2 3 1 被加工零件工序圖 9 2 3 2 加工示意圖 10 2 3 3 機床尺寸聯(lián)系總圖 13 2 3 4 機床生產率計算卡 16 3 組合機床主軸箱設計 19 3 1 繪制主軸箱原始依據(jù)圖 19 3 2 主軸結構型式的選擇和動力計算 20 3 2 1 主軸結構型式的選擇 20 3 2 2 主軸直徑和齒輪模數(shù)的確定 21 3 3 主軸箱傳動系統(tǒng)的設計與計算 21 3 3 1 根據(jù)原始依據(jù)圖計算坐標尺寸 22 3 3 2 擬訂主軸箱傳動路線 22 3 3 3 確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù) 23 3 4 主軸箱坐標計算 繪制坐標檢查圖 26 3 4 1 計算傳動軸的坐標 26 3 4 2 傳動軸坐標的驗算 30 3 4 3 傳動軸直徑的確定 32 3 4 4 繪制坐標檢查圖 33 3 5 手柄軸的選擇 34 3 6 軸 齒輪 軸承 鍵的校核 34 3 6 1 軸的校核 34 3 6 2 齒輪的校核 36 3 6 3 軸承的校核 39 3 6 4 鍵的校核 40 3 6 5 繪制主軸箱裝配圖及零件圖 41 3 6 6 主軸箱前蓋 后蓋及箱體補充加工設計 41 結 論 42 致 謝 43 參考文獻 44 西安理工大學畢業(yè)設計 1 1 前言 本人設計的課題 ZH1115W 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床總體及左主軸箱 設計 課題來源于鹽城市江動集團 在完成 三圖一卡 的基礎上 主要完成 左主軸箱的設計 為了保證零件的加工精度 所設計的機床有以下特點 a 機床運轉平穩(wěn) 結構簡單 工作可靠 裝卸方便 維修及調整便利 b 加工精度符合零件圖要求 c 主軸箱滿足機床總體方案的要求 轉速 轉向 功率 坐標要求 d 自動化程度高 勞動強度低 e 配置靈活 我國加入 WTO 以后 制造業(yè)所面臨的機遇與挑戰(zhàn)并存 組合機床行業(yè)企業(yè) 適時調整戰(zhàn)略 采取了積極的應對策略 出現(xiàn)了產 銷兩旺的良好勢頭 截至 2002 年 9 月份 組合機床行業(yè)企業(yè)僅組合機床產品一項 據(jù)不完全統(tǒng)計產量已 達 800 余臺 產值達 3 個億以上 較 2001 年同比增長了 10 以上 另外組合 機床行業(yè)工業(yè)增加值 產品銷售率 全員工資總額 出口交貨值等經濟指標均 有不同程度的增長 新產品 新技術較去年均有大幅度提高 可見行業(yè)企業(yè)運 營狀況良好 本次畢業(yè)設計是根據(jù)具體加工對象的具體情況進行專門設計 主要設計內 容是左主軸箱設計 在對組合機床的主軸箱設計之前 需對被加工零件孔的分 布情況及所要達到的要求進行分析 如各部件尺寸 材料 形狀 硬度及加工 精度和表面粗糙度等內容 然后還必須深入基層進行實地考察 摸索主軸箱的 工作原理 接下來是總體方案的設計 總體方案設計的具體工作是編制 三圖 一卡 即繪制被加工零件圖 加工示意圖 機床聯(lián)系尺寸圖 編制生產率計算 卡 最后 就是技術設計和工作設計 技術設計就是根據(jù)總體設計已經確定的 三圖一卡 設計主軸箱等專用部件正式總圖 工作設計即繪制各個專用部件 的施工圖樣 編制各零部件明細表 本次畢業(yè)設計的課題是 ZH1115W 柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床總體及左 主軸箱的設計 主軸箱設計是組合機床設計中的一個重要傳動部分 首先根據(jù) 西安理工大學畢業(yè)設計 2 已知條件和被加工零件的具體結構特征 確定各軸的排布方案 結構 材料 轉向 配合關系等 保證各軸互不干涉 軸的排布方案是多種多樣的 通過比 較選擇最佳的一種 然后選擇傳動箱的規(guī)格 型號 確定好軸的排布方案及各 種技術參數(shù)后 再選擇其它各種零件 盡可能選用標準件 降低制造成本 在設計過程中 通過大量的參觀實習和相關資料的查閱 考慮到實際生產 條件 并從機床的合理性 經濟性 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 課題的設計 西安理工大學畢業(yè)設計 3 2 組合機床總體設計 2 1 總體方案論證 本設計的加工對象為 ZH1115W 柴油機氣缸體 材料是 HT250 硬度 HB190 240 柴油機氣缸體示意圖如圖 ZH1115 002 所示 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 工序安排的設計原則 對 ZH1115 柴油機氣缸體的工藝路線作如下設計 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 本工序 第 7 道 加工內容 1 粗鏜曲軸孔 91 121 倒角 1 6 45 192 倒角 2 54 30 表面粗糙度均為 12 5 2 粗鏜上下平衡軸孔 2 57 表面粗糙度 12 5 3 粗鏜凸輪軸孔 33 53 1 6 45 表面 粗糙度均為 12 5 4 粗鏜氣缸孔 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 鉆起動軸孔 33 表面 西安理工大學畢業(yè)設計 4 粗糙度 12 5 倒角 2 45 6 鉆調速軸孔 22 表面粗糙度 12 5 倒角 2 5 45 各孔的位置精度及具體要求詳見 ZH1105W 氣缸體的零件圖 2 1 2 機床配置型式的選擇 機床的配置型式主要有臥式和立式兩種 臥式組合機床床身由滑座 側底 座及中間底座組合而成 其優(yōu)點是加工和裝配工藝性好 無漏油現(xiàn)象 同時 安裝 調試與運輸也都比較方便 而且 機床重心較低 有利于減小振動 其 缺點是削弱了床身的剛性 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 其優(yōu)點是占地面積小 自由度大 操作方便 其缺點是機床重心 高 振動大 考慮到我們的加工面為三面粗鏜 左面 右面和后面 定為基準為底面 故選擇 ZH1115W 組合機床的結構為臥式 臥式平放比較方便 也減輕了工人的 勞動強度 又考慮到機床運行的平穩(wěn)性 故選用臥式組合機床 2 1 3 定位基準的選擇 本機床加工為單工位加工 也就是一次安裝下進行 10 個孔的加工 本機床 加工時采用三面定位 底面為主要定位基準面 限制 6 個自由度 底面限制了 三個自由度 右側面以兩個支承釘限制兩個自由度 后側面有一個支承釘 限 制剩下的一個自由度 A 這種定位的特點是 a 可以簡便地消除工件的六個自由度 使工件獲得可靠的定位 b 有同時加工工件兩端面全部孔的可能 既能高度集中工序 又有利于提高兩端面孔的位置精度 c 本定位基準有利于保證孔的加工精度 使機床的許多部件實現(xiàn) 通用化 有利于縮短設計 制造周期 降低成本 d 易于實現(xiàn)自動化定位 夾緊 并有利于防止切削落于定位基面上 組合 機床是針對某種零件或零件某道工序設計的 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 B 確定夾緊位置應注意的問題 西安理工大學畢業(yè)設計 5 在選擇定位基準的同時 要相應決定夾壓位置 此時應注意的問 題是 a 保證零件夾壓后穩(wěn)定 b 盡量減少和避免零件夾壓后的變形 2 2 確定切削用量及選擇刀具 2 2 1 選擇切削用量 10 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 11 的 130 頁表 6 11 中選取 鏜孔切削用量 從文獻 11 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 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 隨孔深的增加而逐漸遞減 其遞減值按文獻 11 第 131 頁表 6 12 選取 A 對左側面上 5 個孔的切削用量的選擇 保證進給速度相等 a 鉆孔 4 33 通孔 l 30mm 由 d 22 50 硬度大于 190 240HBS 選擇 v 10 18m min f 0 25 0 4mm r 又 d 33mm 取定 v 17 6m min f 0 19mm r 則由文獻 13 知 2 1 vn 10 1000 17 6 33 170r min b 鉆孔 5 22 通孔 l 34mm 由 d 22 50 硬度大于 190 240HBS 選擇 v 10 18m min f 0 25 0 4mm r 又 d 22mm 取定 v 17 7m min f 0 125mm r 則 1000 17 7 22 256r minvn 10 c 鏜孔 1 2 57 由于刀具采用硬質合金 加工材料為鑄鐵 v 35 50m min f 0 4 1 5mm r 中選擇 考慮到 取 v 22 9m mim f 0 25mm r 12nfnfv 則 西安理工大學畢業(yè)設計 6 1000 22 9 57 128r min 10vnd d 鏜孔 6 53 由于刀具采用硬質合金 加工材料為鑄鐵 v 35 50m min f 0 4 1 5mm r 中選擇 考慮到 取 v 22 9m min f 0 23mm r 12nfnfv 則 1000 22 9 53 137r mindv 0 B 對右側面上 4 個孔的切削用量的選擇 由于分兩次進給 要同時考慮進 給速度和轉速 兩次進給轉速要相同 同次進給保證進給速度相同 a 鏜孔 3 192 121 91 由于刀具采用硬質合金 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 192 孔采用分層切 削 第一次進給主要加工 192 孔 取定 v 58 4m min f1 0 5mm r 則 1000 58 4 192 96r mindvn 10 第二次進給要同時鏜 121 91 孔 考慮到軸向切削力 進給量應選小 一點 取定 v 36 9 27 7m min f2 0 49mm r 則 1000 36 9 121 97r mindvn 10 1000 27 7 91 97r min b 鏜孔 1 2 2 57 由于刀具采用硬質合金 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 19 7m mim f1 0 375mm r 則 1000 22 9 57 110r mindvn 10 同軸轉速相同 進給速度一致 取定 v2 19 7m min f2 0 44mm r c 鏜孔 33 通孔 l 26mm 由 d 22 50 硬度大于 190 240HBS 選擇 v 10 18m min f 0 25 西安理工大學畢業(yè)設計 7 0 4mm r 又 d 33mm 取定第一次進給 v1 16 5m min f1 0 3mm r 則 1000 16 5 33 160r mindvn 10 同軸轉速相同 進給速度一致 取定 v2 16 5m min f2 0 3mm r C 對后面上 1 個孔的切削用量的選擇 鏜孔 123 124 129 由于刀具采用硬質合金 加工材料為鑄鐵 在 v 35 50m min f 0 4 1 5mm r 中選擇 取定 v 56 4 56 9 59 1m min 12nfnfv 第一次進給 取定 f1 0 36mm r 第二次進給 取定 f2 0 36mm r 則 1000 56 4 123 146r min dv 0 1000 56 9 124 146r min1n 1000 59 1 129 146r minv 孔的編號見被加工零件工序圖 ZH1115 003 2 2 2 計算切削力 切削扭矩及切削功率 根據(jù)文獻 10 的表 6 20 中公式計算鉆孔 2 2 6 08 2HBDfF 2 3 91T 2 4 vP 740 根據(jù)文獻 9 的 134 頁表 6 20 中公式計算鏜孔 2 5 5 07 51HBfaFpZ 2 6 1 6 2 0X 2 7 5 07 fDTp 2 8 612vFPZ 西安理工大學畢業(yè)設計 8 式中 F Fz 切削力 N T 切削轉矩 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 HB 得 3 1minaxmaxHBHB HB 223 由以上公式可得 以左邊的 1 2 軸為例 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 其余的可以參照以上公式 具體數(shù)值見下表 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 軸 418 6 1422 5 40540 6 0 5323 4 軸 5827 4 52139 0 9092 5 軸 2799 1 17262 9 0 4541 左邊 6 軸 396 6 1336 2 35410 5 0 4978 1 2 軸 604 53 2172 6 61919 6 192 1288 1 2392 3 229660 2 2 283 121 1288 1 2392 3 144733 7 1 44 右邊 3 軸 91 1288 1 2392 3 108849 4 1 08 西安理工大學畢業(yè)設計 9 6 軸 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 選擇刀具結構 一臺機床刀具選擇是否合理 直接影響機床的加工精度 生產率及工作情 況 根據(jù)孔的加工精度 加工尺寸 切屑排除以及生產率等因素 當被加工孔直徑在 40mm 以上時 組合機床上多采用鏜削加工 直徑小于 40mm 時 一般選用鉆削方法 鉆頭選用高速鋼鉆頭 鏜孔選 用硬質合金鏜刀頭 直徑大于 40mm 時 選用鏜削方法 刀具材料為硬質合金 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 45 鋼 2 3 組合機床總體設計 三圖一卡 2 3 1 被加工零件工序圖 A 被加工零件工序圖的作用和內容 被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案 表示所設計的組合機床上完成 的工藝內容 加工部位的尺寸 精度 表面粗糙度及技術要求 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 除了設計研制合同外 它是組合機床設計的重要依據(jù) 也是制造 使用 調整和檢驗機床精度的重要文件 被加工零件工序圖是在被 加工零件的基礎上 突出本機床或自動線的加工內容 并作必要的說明而繪制 的 其主要內容包括 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計有關部位結構形 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 西安理工大學畢業(yè)設計 10 c 本工序加工表面的尺寸 精度 表面粗糙度 形位公差等技術要求以及對 上道工序的技術要求 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 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 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 C 工序圖的內容及孔的分布 該零件的左面有五個孔 1 2 孔為上下平衡軸孔 孔的直徑為 57mm 表 面粗糙度 12 5 4 孔為凸輪軸孔 直徑為 33mm 倒角 1 6 45 表面粗糙 度為 12 5 5 孔為調速軸孔 直徑為 22mm 表面粗糙度為 12 5 6 孔也為凸 輪軸孔 直徑為 53mm 倒角 1 6 45 表面粗糙度均 12 5 該零件的右面有四個孔 1 2 孔為上下平衡軸孔 直徑為 57mm 表面粗 糙度為 12 5 曲軸孔 3 孔的直徑為 91mm 121mm 192mm 表面粗糙度分別 為 12 5 6 3 6 孔為動軸孔 直徑為 33mm 該零件的后面有一個氣缸孔 表面粗糙度分別為 6 3 3 2 6 3 孔的直徑為 123mm 124mm 129mm 具體加工精度要求見工序圖 ZH1115 002 2 3 2 加工示意圖 加工示意圖表示被加工零件在機床上的加工過程 刀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系 機床的工作行程及工作循環(huán) 等 A 導向結構的選擇 在組合機床加工孔 除用剛性主軸的方案外 其余尺寸和位置精度主要決 定于夾具的導向 因此 正確地選擇導向機構 確定導向的類型 參數(shù)和精度 西安理工大學畢業(yè)設計 11 是設計組合機床的重要內容 也是加工示意圖需要解決的問題 導向機構的結構形式有兩種 固定導向 滾動式導向 根據(jù)導向的線速度 小于 20m min 加工精度及刀具的具體工作條件 本機床采用固定式導向 鉆套導向 導向參數(shù)包括導套直徑 導套長度及導向套到工件端面距離等 導向套端面至工件端面距離是為了排屑方便 一般取 1 1 5d 查文獻 10 的表 8 4 通用導套的尺寸規(guī)格 對于加工 57 孔 根據(jù)直徑選擇的導套尺寸為 D 55mm L 55mm 12mm e 46mm l 1217075Dmm 對于加工 33 孔 根據(jù)直徑選擇的導套尺寸為 D 48mm L 55mm 12mm e 42mm l 1216675 對于加工 22 孔 根據(jù)直徑選擇的導套尺寸為 D 35mm L 45mm 10mm e 32mm l 12146504Dmm 對于加工 53 孔 根據(jù)直徑選擇的導套尺寸為 D 55mm L 55mm 12mm e 46mm l 1217075 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矩 T 由文獻 10 的 43 頁公式 2 9 410TBd 式中 d 軸的直徑 T 軸所傳遞的轉矩 N m B 系數(shù) 本課 題中鏜孔主軸為非剛性主軸 取 B 6 2 鉆孔主軸為剛性主軸 取 B 7 3 西安理工大學畢業(yè)設計 12 由公式可得 左面 軸 1 d 6 2 32 76mm 取定 d 40 4506 1 軸 2 d 6 2 32 76mm 取定 d 40 軸 4 d 7 3 29 63mm 取定 d 35 439 2 軸 5 d 7 3 22 47mm 取定 d 35 6170 軸 6 d 6 2 31 67mm 取定 d 40 45 右面 軸 1 2 d 6 2 36 41mm 取定 d 40 4916 0 軸 3 d 6 2 50 53mm 取定 d 60 2 軸 6 d 6 2 29 57mm 取定 d 40 4 后面 軸徑 d 7 3 43 02mm 取定 d 60 46083 12 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 75 滾錐主軸軸徑 d 60 時 主軸外伸尺寸為 D d1 90 60 L 75 滾珠主軸軸徑 d 40 時 主軸外伸尺寸為 D d1 67 48 L 135 滾珠主軸軸徑 d 35 時 主軸外伸尺寸為 D d1 50 36 L 115 C 選擇接桿 浮動卡頭 在鉆孔時 通常都采用接桿 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 須采用軸向可調整的接桿來協(xié)調各 軸的軸向長度 以滿足同時加工完成孔的要求 鏜孔時 采用浮動卡頭連接 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 西安理工大學畢業(yè)設計 13 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 根據(jù) d 3 3 8 計算 式中 d 為鉆頭直徑 所以得出以下結果 2 左主軸箱 工進長度 34 5 11 50mm工L 右主軸箱 工進長度 一工進 34 5 5 44mm 二工進 49mm工 工L 后主軸箱 一工進 47 5 8 60mm 二工進 60mm工 工 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 265 348mm 249mm 圖 2 3 為加工示意圖 對于本機床的左動力部件循環(huán)中 前備量選 40 后備量選 95 對于本機床的右動力部件循環(huán)中 前備量選 40 后備量選 612 對于本機床的后動力部件循環(huán)中 前備量選 40 后備量選 345 2 3 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 10 的 62 頁公 式 2 10 niF1多 軸 箱 計算式中 Fi 各主軸所需的 向切削力 單位為 N 則 西安理工大學畢業(yè)設計 14 左主軸箱 F 418 6X2 5827 4 2799 1 396 6 9896 3N 右主軸箱 F 604 53X2 1288 1 1288 1 1288 1 471 3 5544 66N 后主軸箱 F 530 6 530 6 530 6 1591 8N 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 10 的 91 頁表 5 1 左 右 后面分別選用機械滑臺 1HY40 A 型 1HY40 A 型 1HY40 A 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 底座型號分為 1CC401 1CC401 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 10 的 47切 削P 頁公式計算 2 11 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 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 左主軸箱 P 2X0 5323 0 9092 0 4541 0 4978 2 9257KW 則 P 2 9257 0 85 3 442KW 右主軸箱 p 0 69X2 2 283 0 44 4 103KW 則 P 4 103 0 85 4 827KW 后主軸箱 P 1 806KW 則 P 1 806 0 85 2 125KW 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 10 的 頁表 5 38 得出動力箱及電動機的型號 見表 2 2 15 4 西安理工大學畢業(yè)設計 15 表 2 2 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 電動機轉速 r min 輸出軸轉速 r min 左主軸箱 1TD40I Y132S 45 5 1440 720 右主軸箱 1TD40 M 65 5 960 480 后主軸箱 1TD40 3 0 960 480 c 配套通用部件的選擇 側底座 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 86 主軸箱最低主軸高度 h1 121 所選滑臺與滑座總高 h3 320 側底座高度 h4 560 夾具底座高度 h5 345 中間底座高度 h6 600 綜合以上因素 該組合機床裝料高度取 H 1060 a 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 C 確定中間底座尺寸 根據(jù)選定的動力部件及其配套部件的位置關系 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 2 2 2 12 1L23123ll 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 西安理工大學畢業(yè)設計 16 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 D 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 可按文獻 10 的 49 頁公式計算 B b 2b1 2 13 H h h1 b1 2 14 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 86 機床裝料高度 H 1060 滑臺滑座總高 h3 320 側底座高度 h4 560 等尺寸有關 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 10 的 50 頁公式 h1 h2 H 0 5 h3 h4 2 15 計算 得 h1 140 b 212 33 h 174 取 b1 100 則求出主軸箱輪廓尺寸 B b 2b1 212 33 2 100 412 33 H h h1 b1 174 140 100 414 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 630 500 2 3 4 機床生產率計算卡 A 理想生產率 單位為件 h 是指完成年生產綱領 A 包括備品及廢品Q 率 所要求的機床生產率 它與全年工時總數(shù) tk 有關 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 西安理工大學畢業(yè)設計 17 2 16 ktAQ 得 h 87 1046 50件 B 實際生產率 單位為件 h 是指所設計機床每小時實際可生產的零件 數(shù) 單TQ601 式中 生產一個零件所需時間 min 可按下式計算 單 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停t 留時間 通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉 轉所需的時間 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kfV 力部件時取 3 10m min 直線移動或回轉工作臺進行一次工位轉換時間 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 清理基面或切屑裝 卸 及吊運工件 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 西安理工大學畢業(yè)設計 18 如果計算出的機床實際生產率不能滿足理想生產率要求 即 則必Q 1 須重新選擇切削用量或修改機床設計方案 已知 粗鏜左面孔 50mm 32mm 1L1fV 25Lm 快 進 265m 快 退 粗鏜右面孔 48mm 49mm mm 48mm411f 2L2fV 快 進 38L快 退 粗鏜后面 1160 5 6 infmV 22 ifL mL125 快 進 245L 快 退 左面孔 5018 6in32fttV 機 工 進 停 520 15 68minkfLtt 快 進 快 退 移輔 裝 卸 1 62 83 mintt 切 輔總 單 右面孔 492 i87fLttV 機 工 進 停 5340 15 7min6kftt 快 進 快 退 移輔 裝 卸 2 831 72intt 切 輔總 單 后面孔 西安理工大學畢業(yè)設計 19 60182 34min52 6fLttV 機 工 停 50 51 62ikftt 快 進 快 退 移輔 裝 卸 1 62 34 2intt 切 輔總 單 共計所用時間如下 5mT 輔切總 實際生產率 1013 24 Qh總 件 C 機床負荷率 當 Q Q 時候 機床負荷率為二者之比 1 由文獻 10 的 51 頁公式得機床負荷率 10 872 34 總 組合機床負荷率一般為 0 75 0 90 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 3 組合機床主軸箱設計 本設計的課題是 ZH1115W 柴油機氣缸體三面粗鏜臥式組合機床左主軸箱部 分的設計 由總體設計部分可知 需設計的主軸箱輪廓尺寸都為 630 500 屬 于大型通用主軸箱 結構典型 能利用通用的箱體和傳動件 采用通用主軸 借助導向套引導刀具來保證被加工孔的位置精度 大型通用主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 標準通用臥式鉆孔類主軸箱的厚度是一定的 為 325mm 本課題中主軸箱 由箱體 前蓋和后蓋三個部分組成 箱體材料為 HT200 前 后蓋等材料為 西安理工大學畢業(yè)設計 20 HT150 箱體的標準厚度為 180mm 前蓋厚度為 55mm 后蓋厚度為 90mm 齒輪有傳動齒輪 動力箱齒輪和電動機齒輪三種 通用主軸箱設計的順序是 繪制主軸箱設計原始依據(jù)圖 確定主軸結構 軸徑及齒輪 模數(shù) 擬訂傳動系統(tǒng) 計算主軸 傳動軸坐標 繪制坐標檢查圖 繪制主軸箱總圖 零件圖及編制組件明細表 具體內容如下 3 1 繪制主軸箱原始依據(jù)圖 主軸箱依據(jù)圖是根據(jù) 三圖一卡 繪制的 圖 3 1 所示為三面臥式鏜孔組合機床左主軸箱設計原始依據(jù)圖 表 3 1 所示 為各主軸外伸尺寸及各孔的切削用量 圖 3 1 左主軸箱設計原始依據(jù)圖 表 3 1 主軸外伸尺寸及孔的切削用量 軸 號 D d L 工序內容 n r min v m min f mm r 1 67 48 75 鏜 57 128 22 9 0 25 西安理工大學畢業(yè)設計 21 2 67 48 75 鏜 57 128 22 9 0 25 4 50 36 135 鉆 33 170 17 6 0 19 5 50 36 115 鉆 22 256 17 7 0 125 6 67 48 75 鏜 53 137 22 9 0 23 3 2 主軸結構型式的選擇和動力計算 3 2 1 主軸結構型式的選擇 主軸結構的選擇包括軸承型式的選擇和鉆頭結構的選擇 軸承型式是主軸 部件結構的主要特征 主軸進行鉆削加工 軸向切削力較大 用推力球軸承承 受軸向力 用深溝球軸承承受徑向力 又因鉆削時軸向力是單向的 因此推力 球軸承應安排在主軸前端 主軸采用滾珠主軸 前支承為推力球軸承 深溝球 軸承 后支承滾錐軸承 主軸進行鏜削時 前后支承均為滾錐軸承 鉆孔采用滾珠軸承長主軸是因為長主軸其軸頭內孔較長 可增大與刀具尾 部連接的接觸面 因而增強刀具與主軸的連接剛度 減少刀具前端下垂 3 2 2 主軸直徑和齒輪模數(shù)的確定 主軸直徑已在總體設計部分初步確定 見 2 3 2 按同一多軸箱中的模數(shù)規(guī)格最好不多于兩種的原則 用類比法確定齒輪模 數(shù) 在次之前可先由文獻 9 的 P62 頁下式估算 3 1 3 2 0 znPm 式中 P 齒輪所傳遞的功率 單位為 Kw z 一對嚙合齒輪中的小齒輪齒數(shù) n 小齒輪的轉速 單位為 r min 主軸箱中的齒輪模數(shù)常用 2 2 5 3 3 5 4 幾種 為了便于生產 同一主 軸箱中的模數(shù)規(guī)格不要多于兩種 因此確定本次設計的齒數(shù)模數(shù)為 3 4 西安理工大學畢業(yè)設計 22 3 3 主軸箱傳動系統(tǒng)的設計與計算 多軸箱傳動設計 是根據(jù)動力箱驅動軸位置和轉速 各主軸位置及其轉速 要求 設計傳動鏈 把驅動軸和各主軸連接起來 使各主軸獲得預定的轉速和 轉向 多軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求 a 在保證主軸的強度 剛度 轉速和轉向的條件下 力求使傳動軸和齒輪的 規(guī)格 數(shù)量為最少 應盡量用一根傳動軸帶動多根主軸 當齒輪嚙合中心距不 符合標準時可采用齒輪變位的方法來湊中心距 通常應避免主軸帶動主軸 否則將增加主動主軸的負荷 b 為使結構緊湊 多軸箱內齒輪副的傳動比一般要大于 1 2 最佳傳動比 1 1 1 5 后蓋內傳動比允許取至 1 3 1 3 5 避免用升速傳動 c 用于粗加工主軸上的齒輪 應盡可能設置在第 排 以減少主軸的扭轉變 形 精加工主軸上的齒輪 應設在第 排 以減少主軸端的彎曲變形 d 多軸箱內具有粗加工主軸時 最好從動力箱驅動軸齒輪傳動開始 就分兩 條傳動路線 以免影響加工精度 e 剛性鏜孔主軸上的齒輪 其分度圓直徑應盡可能大于被加工孔的孔徑 以 減少振動 提高運動平穩(wěn)性 f 驅動軸直接帶動的轉動軸數(shù)不能超過兩根 以免給裝配帶來困難 3 3 1 根據(jù)原始依據(jù)圖計算坐標尺寸 根據(jù)原始依據(jù)圖 3 2 計算驅動軸 主軸的坐標尺寸 如下表 3 2 所示 表 3 2 左主軸箱驅動軸 主軸坐標值 左主 軸箱 坐標 銷 O1 驅動軸 0 主 軸 1 主 軸 2 主 軸 4 主 軸 5 主 軸 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 西安理工大學畢業(yè)設計 23 3 3 2 擬訂主軸箱傳動路線 左主軸箱有 5 根主軸 這 15 根主軸分別為 1 2 4 5 6 傳動軸分別 為 7 8 9 10 11 12 13 14 15 油泵軸 16 由傳動軸 13 傳動 具體傳動路線見圖 3 2 圖 3 2 左主軸箱傳動樹形圖 3 3 3 確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù) 傳動方案擬訂之后 通過 計算 作圖和多次試湊 相結合的方法 確定 齒輪齒數(shù)和中間傳動軸的位置及轉速 A 由各主軸和驅動軸轉速求驅動軸到各主軸之間的傳動比 各主軸轉速見 表 3 4 所示 表 3 3 左主軸箱主軸轉速 r min 主 軸 0 1 2 4 5 6 轉 速 720 128 128 170 256 137 a 左主軸箱總傳動比 01 28 7i 436 西安理工大學畢業(yè)設計 24 5260 37oi 619 B 各軸傳動比分配 主軸箱中軸的分布有同心圓分布及任意分布 同時為滿足主軸上齒輪不過 大的要求 最后一級齒輪取升速 a 主軸箱各軸傳動比分配 軸 1 36 08 i85 7 i14 7 i76 0 i10 7i 軸 2 141 452 43 213 i 軸 4 36 08 i 85 07 i7 40 i 軸 5 163 軸 6 80 i 93 8i 8i b 確定中間傳動軸的位置并配各對齒輪 傳動軸轉速的計算公式 文獻 9 的 61 65 頁 3 2 主從從主 nzu 3 3 zSmA2 2 從主 3 4 主從從從主 nu 3 5 從主主主從 z 西安理工大學畢業(yè)設計 25 3 6 1 2 2umAnzmAz 從主從主 3 7 zz 1 主從主從 式中 嚙合齒輪副傳動比 u 嚙合齒輪副齒數(shù)和 zS 分別為主動和從動齒輪齒數(shù) 從主 分別為主動和從動齒輪轉速 單位為 r min 從主 n 齒輪嚙合中心距 單位為 mm A 齒輪模數(shù) 單位為 mm m C 確定齒輪齒數(shù) Z 右上角的點數(shù)表 示齒輪所在的排數(shù) a 確定中間傳動軸 7 的位置 配 7 軸與主軸 4 5 及傳動軸 8 11 連接的 Z4 Z7 Z5 Z7 Z7 Z8 Z11 Z7 四對齒輪 通過公式 3 2 及傳動比 i8 7 0 85 i7 4 0 77 i 7 5 1 163 i7 11 1 14 取 m 3 可得到齒輪齒數(shù) Z4 54 Z5 36 Z7 42 Z7 41 Z 7 33 Z 11 36 Z8 28 b 確定中間傳動軸 9 的位置 配 9 軸與主軸 6 及傳動軸 8 連接的 Z8 Z9 Z6 Z9 兩對齒輪 利用公式 2 2 及傳動比 取 m 3 可得到齒輪齒數(shù) Z6 52 Z8 28 Z 9 30 Z9 30 c 確定中間傳動軸 10 的位置 配 10 軸與主軸 1 及傳動軸 11 連接的兩對齒 輪 用求傳動軸配對的齒輪相同的方法 求得與傳動軸 10 配對的 4 6 的齒數(shù) Z10 29 Z1 43 Z11 36 模數(shù) m 3 d 確定中間傳動軸 8 的位置 配 8 軸與驅動軸 0 及傳動軸 7 9 連接的三對 齒輪 西安理工大學畢業(yè)設計 26 用上述同樣的方法 求得與中間傳動軸 8 配對的驅動軸 0 的齒輪齒數(shù)分別 為 Z0 21 Z8 59 模數(shù)均為 4 其余以在前面確定 e 確定中間傳動軸 14 的位置 配 14 軸與驅動軸 0 及傳動軸 15 連接的兩對 齒輪 用上述同樣的方法 求得與中間傳動軸 14 配對的驅動軸 0 及傳動軸 15 上 的兩對齒輪齒數(shù)分別為 Z14 18 Z15 18 模數(shù)均為 4 f 確定中間傳動軸 12 的位置 配 12 軸與傳動軸 15 13 連接的兩對齒輪 齒數(shù)分別為 Z15 18 Z12 33 模數(shù)均為 4 g 確定中間傳動軸 13 的位置 配 13 軸與主軸 2 及傳動軸 12 連接的兩對齒 輪 齒數(shù)分別為 Z12 22 Z13 50 Z13 34 Z2 21 模數(shù)均為 3 D 驗算各主軸轉速128413629700 5 min59nr 2 454 16 i34r52870 7n9n 60 mi5r 轉速相對損失在 5 以內 符合設計要求 E 采用 B ZIR12 2 型葉片液壓泵 由中間傳動軸經一對齒輪傳動218207063 in351nr 泵 葉片液壓泵轉速在 550 800 之間 滿足要求 3 4 主軸箱坐標計算 繪制坐標檢查圖 坐標計算就是根據(jù)已知的驅動軸和主軸的位置及傳動關系 精確計算各中 間傳動軸的坐標 其目的是為主軸箱箱體補充加工圖提供孔的坐標尺寸 并用 于繪制坐標檢查圖來檢查齒輪的排列 結構的布置是否正確合理 西安理工大學畢業(yè)設計 27 3 4 1 計算傳動軸的坐標 計算傳動軸坐標時 先算出與主軸有直接傳動關系的傳動軸坐標 然后計 算其它傳動軸坐標 根據(jù)傳動軸的傳動形式 傳動軸的坐標計算可分為三種類 型 與一軸定距的坐標計算 與兩軸定距的坐標計算 與三軸等距的坐標計算 由于與二軸定距的傳動軸坐標計算方法運用較多 下面簡單介紹其計算步 驟 計算公式如下 根據(jù)文獻 10 的 171 頁 設 ABX YXji123 B1JC0ILabc R 圖 3 5 軸和傳動軸坐標關系 則 3 8 2BAL 3 9 21IRJI 因為 LBac 00sini 3 10 Ao 西安理工大學畢業(yè)設計 28 所以 LBJAIcJIA 00231 sincoaB sin 還原到 X0Y 坐標系中去 則 c 點坐標 LAJBIYXA 1 10 軸 1034291082mRZm cosX coscs375 62x 2116 y 075247 6x 14 30915y 即 26 11 軸 10276 mRZm 1siny sin 5sin1043 8 21175 3x 0462 8 1 9 40y 即 3285 8 軸 035216mRZm 西安理工大學畢業(yè)設計 29 1sinyR 1sin60si3491 07yR 2113 9x 0265 9x 019 72 y 即 8 7 9 軸 9632322mRZm 1siny sin1si5 4 21185 x 6349470 2 012 13y 即 97 7 軸 45242mRZm 1siny sin1si 3 1 2113 96x 4 05 8 128 524y 即 730 4 14 軸 018172mRZm 1siny sin8si639 2yR 西安理工大學畢業(yè)設計 30 21134 97xRy 065230 x 01296 5 78y 即 2 8 15 軸 15487mRZm siny sin2si3 6 2117 9xRy 14230 7 915 x 5860y 即 12 軸 152312mRZm siny sin0si8 5 21197xRy 158 976 x 16 03 58 6y 即 26 3 13 軸 112 53482 5mRZm siny sinsin760 21190 x 27281 21 319 6y 即 38 6 根據(jù)以上的計算 得到中間傳動軸的坐標如表 3 4 所示 表 3 4 左主軸箱傳動軸坐標計算結果 西安理工大學畢業(yè)設計 31 坐 標 傳動軸 7 傳動軸 8 傳動軸 9 傳動軸 10 傳動軸 11 傳動軸 12 傳動軸 13 傳動軸 14 傳動軸 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 傳動軸坐標的驗算 10 軸 1034291082mRZm 210847 65 7 9 2A 誤差在 0 001 0 009 之間 不用變位齒輪 11 軸 1032976 52mRZm 276 53 847 6 140 49021A 誤差在 0 001 0 009 之間 不用變位齒輪 8 軸 8035921602mRZm 16039 6 75 7RA 誤差太大 采用變位齒輪 9 軸 963052132mRZm 2123470 8 17 4 960 7RA 誤差在 0 00