基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 目目 录录 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 被加工零件的特点 3 2 1 2 工艺路线的确立 3 2 1 3 机床配置型式的选择 3 2 1 4 定位基准的选择 3 2 2 确定切削用量及选择刀具 4 2 2 1 选择切削用量 计算切削力 切削扭矩及切削功率 4 2 2 2 验证刀具耐用度 7 2 2 3 选择刀具结构 7 2 2 4 导向结构的选择 7 2 3 组合机床总体设计 8 2 3 1 被加工零件工序图 8 2 3 2 加工示意图 8 2 3 3 机床联系尺寸图 9 2 3 4 机床生产率计算卡 12 3 组合机床左主轴箱设计 15 3 1 绘制左主轴箱原始依据图 15 3 2 主轴结构型式的选择及动力计算 15 3 2 1 主轴结构型式的选择 15 3 2 2 主轴直径和齿轮模数的初步确定 15 3 2 3 主轴箱动力计算 15 3 3 主轴箱传动系统的设计与计算 16 3 3 1 计算驱动轴 主轴的坐标尺寸 16 3 3 2 拟定主轴箱传动路线 16 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 1 3 3 3 传动轴的位置和转速及齿轮齿数 17 3 4 主轴箱坐标计算及绘制干涉检查图 21 3 4 1 计算传动轴坐标 21 3 4 2 干涉检查图 23 3 5 轴 齿轮校核计算 23 3 5 1 轴的校核计算 23 3 5 2 齿轮的校核 23 4 三维建模 27 4 1 系统开发环境与模块划分 27 4 2 三维建模方式 27 1 前言 本次设计的课题是基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱 设计 该课题来源于盐城市江动集团 本设计主要针对原有的机体左 右 后三个 面上 43 个孔多工序加工 生产率低 位置精度误差大的问题而设计的 从而保证 孔的位置精度 提高生产效率 降低工人劳动强度 本人的设计分工是总体设计和 左主轴箱的设计 右主轴箱和夹具部分的设计由同组其他同学担任 在设计组合机 床过程中 组合机床左主轴箱的设计是整个组合机床设计工作的重要部分之一 虽 然主轴箱零件的标准化程度高 使设计工作量有所减少 设计周期大为缩短 但在 主轴箱设计过程中 在保证加工精度的前提下 如何综合考虑生产率 经济性和劳 动条件等因素 还有一定的难度 组合机床是根据工件加工需要 以大量通用部件为基础 配以少量专用部件组成 的一种高效的专用机床 组合机床一般采用多轴 多刀 多工序 多面或多工位同 时加工的方法 生产效率比通用机床高几倍至几十倍 由于通用部件已标准化和系 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 2 列化 可根据需要灵活配置 能缩短设计和制造周期 因此 组合机床兼有低成本 和高效率的优点 在大批 大量生产中得到广泛应用 并可用来组成自动生产线 正如文献中所说 组合机床对多孔钻削加工具有较大的优势 它按孔的坐标分布位 置实行一次加工 保证了孔的坐标位置尺寸精度 这也是本次设计的目的所在 设 计这台组合机床 就是为了在保证加工精度的基础上 提高生产效率 组合机床的设计 目前基本上有两种方式 其一 是根据具体加工对象的特征 进行专门设计 这是当前最普遍的做法 其二 随着组合机床在我国机械行业的广 泛使用 广大工人和技术人员总结出生产和使用组合机床的经验 发现组合机床不 仅在其组成部件方面有共性 可设计成通用部件 而且一些行业在完成一定工艺范 围内的组合机床是极其相似的 有可能设计为通用机床 这种机床称为 专用组合 机床 这种组合机床不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产 而是设计 成通用品种 组织成批生产 然后按被加工零件的具体需要 配以简单的夹具及刀 具 即可组成加工一定对象的高效率设备 总之 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形式的零件 加工时 工件一般不 旋转 由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动来实现钻孔 扩孔 锪孔 铰孔 镗孔 铣削端面 切削平面 切削内外螺纹以及加工圆和端面等 二十世纪 70 年代以来 随着可转位刀具 密齿铣刀 镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术 的发展 组合机床的加工精度也有所提高 本说明书阐述了总体设计和左主轴箱设计的过程 在第 2 章中着重介绍了组合 机床的总体设计 在总体设计中 首先是被加工零件的工艺分析 然后是总体方案 的论证 在比较了许多方案之后 结合本道工序加工的特点最终选择卧式双面的机 床配置型式 再结合本道工序的特点选择刀具 根据选择的切削用量 计算刀具的 切削力 切削扭矩 切削功率等 再确定刀具的大小和型式 在确定这些设计计算 后 然后是绘制组合机床的 三图一卡 被加工零件工序图 加工示意图 机床 总图和生产率计算卡 在第 3 章中 主要介绍了左主轴箱的设计 左主轴箱的设计 是组合机床设计中的一个重要的组成部分 左主轴箱设计时 首先确定绘制左主轴 箱设计原始依据图 接着对主轴结构型式选择和动力的计算 然后对主轴箱传动系 统进行设计与计算 在对左主轴箱中的传动轴直径和传动轴在箱体中的位置进行计 算 最后对轴和齿轮的强度进行校核 绘制出主轴箱中传动轴坐标检查图 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 3 2 组合机床总体设计 组合机床是按高度集中工序原则 针对被加工零件的特点及工艺要求设计的一 种高效率专用机床 2 1 总体方案论证 2 1 12 1 1 被加工零件特点被加工零件特点 该加工零件为气缸体 材料是 HT250 硬度 190 240HBS 在本工序之前各主 要表面 销孔已加工完毕 2 1 22 1 2 工艺路线的确立工艺路线的确立 本道工序 钻左面 右面 后面的孔 由本设备 ZH1105W 单工位专用钻床 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 4 来完成 因此 本设备的主要功能是完成气缸体左 右 后三个面上一共 43 个孔 的加工 具体加工内容及加工精度是 a 左面 21 个孔 钻削 4 13 深 16 的孔 表面粗糙度 12 5 各孔位置度公 差为 0 02mm 并钻削 16 6 7 深 17 的孔和 1 6 8 深 66 的孔 b 右面 11 个孔 钻削 5 6 7 孔 表面粗糙度 12 5 各孔位置度公差为 0 03mm 并钻削 4 8 5 钻 1 6 7 和 1 10 5 的孔 表面粗糙度 12 5 各孔位置度公差为 0 03mm c 后面 11 个孔 钻削 2 8 5 孔 表面粗糙度 12 5 各孔位置度公差为 0 03mm 并钻削 8 6 7 和 1 7 的孔 表面粗糙度 12 5 各孔位置度公差为 0 03mm 本次设计技术要求 a 机床应能满足加工要求 保证加工精度 b 机床应运转平稳 工作可靠 结构简单 装卸方便 便于维修 调整 c 机床尽可能用通用件 中间底座可自行设计 以便降低制造成本 d 机床各动力部件用电气控制 2 1 32 1 3 机床配置型式的选择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 2 1 42 1 4 定位基准的选择定位基准的选择 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集中工序 一般常采用一面两 孔定位和三面定位 本机床加工时采用的定位方式是一面两销定位 以左端面为定 位基准面 限制三个自由度 一个圆锥销限制两个自由度 再用一个菱形销限制剩 下的一个自由度 2 2 确定切削用量及选择刀具 2 2 12 2 1 选择切削用量选择切削用量 计算切削力 切削扭矩及切削功率 计算切削力 切削扭矩及切削功率 对于 43 个被加工孔 采用查表法选择切削用量 从 1 第 130 页表 6 11 中选 取 由于钻孔的切削用量还与钻孔深度有关 随孔深的增加而逐渐递减 其递减值 按 1 第 131 页表 6 12 选取 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 钻孔深度较大时 由于冷却排屑条件都较差 刀具寿命有所降低 降低切 削速度主要是为了提高刀具寿命 并使加工较深孔时钻头的寿命与加工其他浅孔时 钻头的寿命比较接近 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 5 同一多轴箱上各刀具每分钟进给量必须相等并等于滑台的工进速度 所以要 f v 求同一多轴箱上各刀具均有较合理的切削用量是困难的 因此 一般先按各刀具选 择较合理的转速和每转进给量 在根据其中工作时间最长 负荷最重 刃磨较困 i n i f 难的所谓 限制性 刀具来确定和调整每转进给量和转速 通常采用试凑法来满足 每分钟进给量相同的要求 43 个孔的切削用量的选择 1 孔 6 8 5 深 20mm 查 1 第 130 页表 6 11 高速钻头切削用量得 由 硬度大于 选择 12 6 dHBS241 200min 18 10mv 选 rmmf 18 0 1 0 rmmf 1 0 minmaxmax 3 1 HBHBHBHB 根据公式 33 223 HB 转速 min 345 13 1000 5005 814 3 1000 m dn v 查表 6 12 孔深 取 d3min 4 13 mv 查表 6 20 切削用量 F 6 08 0 26HBDf F 26 8 5 899N 8 0 1 0 6 0 33 223 切削扭矩 T 6 09 09 1 10HBfD T 2372 838N mm 6 08 09 1 33 2231 05 810 切削功率 P D TV 9740 P 0 122KW5 89740 4 13838 2372 2 钻孔 1 10 5 深 15mm 查 1 第 131 页表 6 11 高速钻头切削用量得 由 d 6 12 硬度大于 200 241HBS 选择 min 18 10mv 选 根据公式 rmmf 18 0 1 0 rmmf 1 0 33 223 HB min 500r f v n f min 5 16 1000 500 5 1014 3 1000 m dn v 查表 6 20 切削用量 F 6 08 0 26HBDf F 26 10 5 1110 53N 8 0 1 0 6 0 33 223 切削扭矩 T 6 08 09 1 10HBfD T 3545 095N mm 6 08 09 1 33 2231 0 5 1010 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 6 切削功率 P D TV 9740 P 0 182KW 5 109740 5 16095 3545 3 钻孔 30 6 7 深 15mm 查 1 第 130 页表 6 11 高速钻头切削用量得 由 d 6 12 硬度大于 200 241HBS 选择 min 18 10mv 选 根据公式 rmmf 18 0 1 0 rmmf 1 0 33 223 HB min 5 10 1000 5007 614 3 1000 m dn v 查表 6 20 切削用量 F 6 08 0 26HBDf F 26 6 7 708 625N 8 0 1 0 6 0 33 223 切削扭矩 T 6 08 09 1 10HBfD T 1509 769N mm 6 08 09 1 33 2231 07 610 切削功率 P D TV 9740 P 0 077KW 7 69740 5 10769 1509 4 钻孔 1 6 8 深 66mm 查 1 第 130 页表 6 11 高速钻头切削用量得 由 d 6 12 硬度大于 200 241HBS 选择 min 18 10mv 孔深 rmmf 18 0 1 0 d10 8 选 HB 223 33 根据公式 rmmff 126 0 07 0 7 0 rmmf 091 0 min 550r f v n f min 7 11 1000 5508 614 3 1000 m dn v 查表 6 20 切削用量 F 6 08 0 26HBDf F 26 6 8 666 935N 8 0 091 0 6 0 33 223 切削扭矩 T 6 08 09 1 10HBfD T 1440N mm 6 08 09 1 33 223091 0 8 610 切削功率 P D TV 9740 P 0 08KW 8 69740 7 111440 5 钻孔 1 7 深 115mm 查 1 第 130 页表 6 11 高速钻头切削用量得 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 7 由 d 6 12 硬度大于 200 241HBS 选择 min 18 10mv 孔深 rmmf 18 0 1 0 d20 15 选 HB 223 33 根据公式 rmmff 09 0 05 0 5 0 rmmf 08 0 min 625r f v n f min 7 13 1000 625714 3 1000 m dn v 查表 6 20 切削用量 F F 26 7 6 08 0 26HBDf 619 315N 8 0 08 0 6 0 33 223 切削扭矩 T 6 08 09 1 10HBfD T 1372 545N mm 6 08 09 1 33 22308 0 710 切削功率 P D TV 9740 P 0 088KW 79740 7 13545 1372 6 钻孔 4 13 深 16mm 查 1 第 130 页表 6 11 高速钻头切削用量得 由 d 12 22 硬度大于 200 241HBS 选择 min 18 10mv 孔深 3 选 根据公式 rmmf 18 0 1 0 drmmf 185 0 33 223 HB min 270r f v n f min 11 1000 2701314 3 1000 m dn v 查表 6 20 切削用量 F 6 08 0 26HBDf F 26 13 2249 17N 8 0 185 0 6 0 33 223 切削扭矩 T 6 08 09 1 10HBfD T 8701 58N mm 6 08 09 1 33 223185 0 1310 切削功率 P D TV 9740 P 0 24KW 139740 1158 8701 2 2 22 2 2 验证刀具耐用度验证刀具耐用度 验证选用量或刀具是否合理 刀具耐用度至少大于 4 个小时 查机械加工工艺 手册公式 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 8 8 3 155 0 25 0 9600 HBVf D T 选择的钻头进行计算mm7 6 min205001 33 2231 0 5 10 7 69600 8 3 155 0 25 0 T 根据计算 刀具耐用度满足要求 2 2 32 2 3 选择刀具结构选择刀具结构 根据工艺要求及加工精度的要求 加工各孔采用标准麻花钻 加工8 5 的孔 采用的刀具 孔7 选择刀具 孔选择6 7 孔10 5 选择75 8 G 77G 7 6 7G 刀具10 5 孔6 8 选择刀具6 8 孔13 选择13 7G 7G 7G 2 2 42 2 4 导向结构的选择导向结构的选择 组合机床钻孔时 零件上的孔的位置精度主要靠刀具的导向位置来保证 导向 装置的作用 保证刀具相对的工件的正确位置 保证刀具相互间的正确位置 提高 刀具系统的支承刚性 考虑到当导套磨损时便于更换 避免使整个钻模报废 以节约成本 所以导向 装置选用可换导套 导向长度 L 的确定必须保证刀具刚切入工件时 已进入导套内的导向长度 L 不 小于导向部分直径 d 即 Ld 对于加工8 5 的孔 选择的导套尺寸为 D 15 D1 22 D2 26 L 16 l 8 对于加工7 的孔 选择的导套尺寸为 D 12 D1 18 D2 22 L 20 l 8 对于加工6 7 的孔 选择的导套尺寸为 D 12 D1 18 D2 22 L 20 l 8 对于加工10 5 的孔 选择的导套尺寸为 D 18 D1 26 D2 30 L 16 l 10 对于加工6 8 的孔 选择的导套尺寸为 D 12 D1 18 D2 22 L 20 l 8 对于加工13 的孔 选择的导套尺寸为 D 22 D1 30 D2 34 L 20 l 10 2 3 组合机床总体设计 2 3 12 3 1 被加工零件工序图被加工零件工序图 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 或自动线 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具体依据 也是 制造 使用 调整和检验机床精度的重要文件 工序图见附录 2 3 22 3 2 加工示意图加工示意图 加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的 是表达工 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 9 艺方案具体内容的机床工艺方案图 零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出 来 加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程 刀具 辅具的布置状况以及 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 加工示意图见附录 A 刀具的选择 刀具直径的选择应与加工部位尺寸 精度相适应 孔 30 选择刀具 30H7 锥 柄阶梯麻花钻头 扩 30 孔到 41 选择刀具 41h8 套装式锪孔钻 孔 8 选择 刀具 8h8 锥柄麻花钻 孔 6 选择刀具 6h8 锥柄麻花钻 B 确定主轴 尺寸 外伸尺寸 在该课题中 主轴用于钻孔 选用滚珠轴承支承 又因为浮动卡头与刀具刚性 连接 所以该主轴属于长主轴 故本课题中的主轴均为滚珠轴承长主轴 根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩 T 由 1 P43 公式 2 1 4 6 2 10dT 式中 d 轴的直径 T 轴所传递的转矩 N m B 系数 本课题中主轴为非刚性主轴 取 B 6 2 由公式可得 左主轴箱端面轴 1 15 08mm 4 5 3102 6 d 右主轴箱端面轴 2 18 94mm 4 7 8102 6 d 后主轴箱端面轴 3 13 72mm 4 4 2102 6 d 根据主轴类型及初定的主轴轴径 查 1 第 44 页 表 3 6 可得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号 主轴直径 D d1 外伸尺寸接杆莫氏圆锥号 轴 1 2032 20115 1 2 轴 2 2032 20115 1 2 轴 3 1525 16851 C 动力部件工作循环及行程的确定 a 工作进给长度的确定L工 工作进给长度 应等于加工部位长度 L 多轴加工时按最长孔计算 与刀具L工 切入长度和切出长度之和 即 1 L 2 L 2 2 12 LLLL 工 式中切入长度一般为 5 10 根据工件端面的误差情况确定 1 L 查 1 P46 表 3 7 切出长度的确定得钻孔时 2 3 2 1 38 3 Ld 三个面上钻孔时的工作进给长度见下表 表 2 1 工作进给长度 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 10 L 1 L d 2 L 工 L 左主轴箱 2288 5030 右主轴箱 6666 8072 后主轴箱 115575125 b 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 初步选定左右三个主轴箱上 刀具的快速进给长度分别为 左主轴箱 30 和 70 右主轴箱 72 和 78 后主 轴箱 125 和 75 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 左 100 右 150 后 200 d 动力部件总行程的确定 动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和 左右两面的前后备量取 80 后备量取 140 则总行程左为 320 右为 370 后为 420 2 3 32 3 3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图 一 选择动力部件 A 动力滑台的选择 a 动力滑台形式的选择 本组合机床采用的是液压滑台 与机械滑台相比较 液压滑台具有如下优点 在相当大的范围内进给量可以无级调速 可以获得较大的进给力 由于液压驱动 零件磨损小 使用寿命长 工艺上要求多次进给时 通过液压换向阀 很容易实现 过载保护简单可靠 由行程调速阀来控制滑台的快进转工进 转换精度高 工作可 靠 但采用液压滑台也有其弊端 如 进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够 稳定 液压系统漏油影响工作环境 浪费能源 调整维修比较麻烦 本课题的加工 对象是气缸体左面 11 个孔 右面上的 21 个孔和后面 11 个孔 位置精度和尺寸精 度要求较高 因此采用液压滑台 b 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 1 P62 式 i n i FF 1 多轴箱 式中 各主轴所需的向切削力 单位为 N 则 i F 左主轴箱 NF28 8958625 7085625 70853 11108994 左轴箱 右主轴箱 KNF2117 22494625 70816935 666 右轴箱 后主轴箱 NF32 8086625 7088315 6198992 后轴箱 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 11 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多轴箱 进给速度 min 501 0500 1 mmfnV 左 min 50185 0 270 2 mmfnV 右 min 501 0500 3 mmfnV 后 最大行程 L 400mm 选 1HY32I 型滑台 台面宽度 320mm 台面长 630mm 行程为 400mm 最大进给力为 12500N 工进速度为 20 650mm min 快速移动速度为 10m min 二 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 1 P47 页公式P 切削 2 P P 切削 多轴箱 4 式中 消耗于各主轴的切削功率的总和 Kw P 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 0 8 左主轴箱 KwP132 1 077 0 5077 0 182 0 122 0 4 切削 则 KwP415 1 8 0 132 1 多轴箱 右主轴箱 KwP272 2 24 0 4077 0 1608 0 切削 则KwP84 2 8 0 272 2 多轴箱 后主轴箱 KwP948 0 077 0 8088 0 122 0 2 切削 则KwP185 1 8 0 948 0 多轴箱 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 1 表 5 38 得出动力箱及电动机的型号 表 2 2 动力箱及电动机的型号选择 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 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 12 左主轴 箱 1TD32 Y100L 4 1 2 21430715 右主轴 箱 1TD32 Y100L 4 2 3 01430715 后主轴 箱 1TD32 Y100L 4 1 2 21430715 滑台侧底座选 1CC321 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 低孔位置为 13mm 滑台高度为 280mm 侧底座高度为 560mm 夹具轮廓吃醋吧长 300mm 宽 250mm 高 290mm 组合机床装料高度取 H 850 C 确定主轴箱轮廓尺寸 图 2 1 多轴箱轮廓尺寸确定 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 主轴箱宽度 1 h B 高度 H 的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关 可按下式计算 2 1 2Bbb 5 2 11 Hhhb 6 式中 b 工件在宽度方向相距最远的两孔距离 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 13 1 b 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 1 h 最低主轴高度 其中 还与工件最低孔位置 机床装料高度 H 850 滑 1 hmmh 5 40 2 台滑座总高 侧底座高度 等尺寸有关 本组合机床mmh280 3 mmh560 4 按式 2 1234 0 5hhHhh 7 40 5 850 0 5 280 560 50mm 1 h 取 则求出主轴箱轮廓尺寸 mmhmmb135 410 mmb100 1 mmB610200410 mmbhhH28510050135 11 根据上述计算值 按主轴箱轮廓尺寸系列标准 最后确定主轴箱轮廓尺寸为 B H 630 400 机床总图见附录 2 3 42 3 4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡 表 2 3 机床生产率计算卡 图 号 毛坯种类铸件 名 称 ZH1105 气缸体毛坯重量36 5kg被加工 零件 材 料 HT250硬度HB190 240 工序名称左右后三面钻孔工序号 工时 min 序 号 工步 名称 被 加 工 零 件 数 量 加工 直径 mm 加工 长度 mm 工作 行程 mm 切削速度 m min 每分 钟转 速 r min 进给量 mm r 进给 速度 mm min 机 加 工 时 间 辅助 时间 共计 1 装卸工 件 10 50 5 工步被加工加工工作切削速度每分进给量进给工时 min 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 14 序 号 名称 加 工 零 件 数 量 直径 mm 长度 mm 行程 mm m min 钟转 速 r min mm r 速度 mm min 机 加 工 时 间 辅助 时间 共计 2右滑台 快进 78100000 00780 0078 钻孔 4x 13 131672112700 18550 钻孔 16x 6 7 6 7177210 55000 150 钻孔 1x 6 8 6 8667211 75500 09150 死档铁 停留 快退150 3 左滑台 快进 70100000 0150 015 钻孔 5x 6 7 6 7183010 55000 150 钻孔 4x 8 5 8 5223013 45000 150 钻孔 16 7 6 7153010 55000 150 钻孔 110 5 10 5153016 55000 150 死档铁 停留 快退10063000 01590 0159 4左滑台 快进 75100000 00750 0075 钻孔 2x 8 5 8 52012513 45000 150 钻孔 8x 6 7 6 71812510 55000 150 工步被加工加工工作切削速度每分进给量进给工时 min 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 15 序 号 名称 加 工 零 件 数 量 直径 mm 长度 mm 行程 mm m min 钟转 速 r min mm r 速度 mm min 机 加 工 时 间 辅助 时间 共计 钻孔 1x 7 711512513 76250 08502 52 5 死档铁 停留 快退200100000 020 02 总计3 0875min 单件工时3 0875min 机床生产率19 82 件 h 备 注 装卸时间取决于操作者熟练程度 本机床设计时间取 0 5min 机床负荷率77 8 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 16 3 组合机床左主轴箱设计 主轴箱是组合机床的部件之一 它的功用是根据被加工零件的加工要求 将电 机和动力箱部件的功率和运动 通过按一定速比排布的传动齿轮传递给各主轴 使 其能按要求的转速和转向带动刀具进行切削 3 1 绘制左主轴箱设计原始依据图 主轴箱的设计原始依据图是根据 三图一卡 整理编绘出来的 其内容包括主 轴箱设计的原始要求和已知条件 在编制此图时从 三图一卡 中已知 a 主轴箱轮廓尺寸 630 400 440 b 工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸 c 工件和主轴箱相对位置尺寸 根据以上依据编制出的主轴箱设计原始依据图 图 3 1 主轴箱设计原始依据图 附表 a 被加工零件 名称 气缸体 材料 HT250 硬度 190 240HBS 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 17 b 主轴外伸长度及切削用量 表 3 2 主轴外伸长度及切削用量 主轴外伸尺寸 mm 轴号 D dL 切削速度 v mm min 转速 n r min 每转进给量 f mm r 1 11 32 2 0 115505000 1 1TD32 动力箱电动机功率 2 2kW 转速 1430r min 驱动轴转速 715r min 其 他尺寸可查动力箱装配图 3 2 主轴结构型式的选择及动力计算 3 2 13 2 1 主轴结构型式的选择主轴结构型式的选择 主轴结构型式由零件加工工艺决定 并应考虑主轴的工作条件和受力情况 因 本工序是对气缸体进行钻孔 因此选用滚珠轴承主轴结构 这种结构前支承为推力 球轴承和向心球轴承 后支承为向心球轴承或圆锥滚子轴承 因推力球轴承设置在前 端 能承受单方向的轴向力 适用于钻孔主轴 本主轴是属外伸长度为 115mm 长主轴与刀具刚性连接 配置的单导向用于钻孔 3 2 23 2 2 主轴直径和齿轮模数的初步确定主轴直径和齿轮模数的初步确定 a 主轴直径 初步主轴直径已在编制 三图一卡 时完成 由此可知主轴直径 d 20mm b 齿轮的模数 主轴直径已在总体设计部分初步确定 齿轮模数 m 单位为 mm 一般用类比法确定 也可由查得的公式估算 即 3 1 3 32 30 zn p m 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 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 18 3 2 33 2 3 主轴箱动力计算主轴箱动力计算 因所有主轴均用于钻孔 所以均选用有推力轴承的主轴 主轴箱所需动力见机 床的总体设计 此处不在赘述 3 3 主轴箱传动系统的设计与计算 3 3 13 3 1 计算驱动轴 主轴的坐标尺寸计算驱动轴 主轴的坐标尺寸 根据原始依据图 3 1 计算驱动轴 主轴的坐标尺寸 如表 4 2 所示 表 3 2 驱动轴 主轴坐标值 坐标销 O1驱动轴 O主轴 1主轴 2主轴 3主轴 4主轴 5 X0 000310 000360 000460 000370 000370 000460 000 Y0 00045 000158 000225 000225 00091 00091 000 坐标主轴 6主轴 7主轴 8主轴 9主轴 10主轴 11 X470 000208 00060 00060 000208 000221 000 Y158 000225 000225 00091 00091 000148 000 3 3 23 3 2 拟定主轴箱传动路线拟定主轴箱传动路线 在设计传动系统时 要尽可能用较少的传动件 使数量较多的主轴获的预定的 转速和转向 因此在设计时单一应用计算或作图的方法就难以达到要求 现在一般 采用 计算 作图和试凑 相结合的办法来设计 a 主轴的位置 该主轴箱中的主轴 1 轴 4 轴 5 轴 6 轴可视为一组同心圆主轴 在其圆心处 设中心传动轴 17 把主轴 2 3 和主轴 7 11 分别视为一组直线分布主轴 在两轴 中心连线的垂直平分线上设中心传动轴 16 和 19 把主轴 8 9 视为一组直线分布主 轴 在两轴中心连线的垂直平分线上设手柄轴 22 手柄轴 22 和传动轴 19 用中心传 动轴 20 传动 主轴 10 和传动轴 20 用中心传动轴 21 传动 该主轴箱是用多根中间轴带动主轴转动 其传动路线如下 9822 1021 20 117 1918 6541 3216 151413 12 轴轴轴 轴轴 轴 轴轴 轴轴 轴 轴 轴轴 轴轴轴 轴轴轴 轴驱动轴 O b 传动比的选择 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 19 为了使结构紧凑 多轴箱内齿轮传动比一般选在 1 1 5 但在多轴箱后盖内齿 轮传动比允许取至 尽量避免用升速传动 当驱动轴转速较低时 允许 5 3 1 3 1 先升速后在降一些 使传动链前面的轴 齿轮转矩较小 结构紧凑 但空转功率损 失随之增加 故要求升速传动比小于等于 2 为使主轴上的齿轮不过大 最后一级 经常采用升速传动 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 应设置在第 排 以减少主轴端的弯曲变形 多轴箱内具有 粗精加工主轴时 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 据此 本主轴箱为了使主轴上齿轮直径小些 所以先由第 IV 排齿轮减 速 然后再由箱体内最后一级齿轮升速 获的所需的主轴转速 这样结构较为合理 紧凑 3 3 33 3 3 传动轴的位置和转速及齿轮齿数传动轴的位置和转速及齿轮齿数 本主轴箱内传动系统的设计是按 计算 作图和试凑 的一般方法来确定齿轮 齿数 中间传动轴的位置和转速 在设计过程中通过反复试凑和画图 才最后确定 了齿轮的齿数和中间设计轴的位置 A 由各主轴及驱动轴转速求驱动轴到各主轴之间的传动比 主轴 500r min 1110987654321 nnnnnnnnnnn 驱动轴 min 714 0 rn 各主轴总传动 7 0 714 500 从 主 总 n n i B 各轴传动比分配 表 3 3 各轴传动比分配表 轴123456789 传动比0 9060 9060 9060 9060 9060 90610 9140 914 轴101112131415161718 传动比1 1291111 3811 1031 0631 0631 轴192021222324 传动比1 4290 8860 8861 2261 0890 75 C 确定中间传动轴的位置并配各对齿轮 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 20 传动轴转速的计算公式查得如下 3 主 从 从 主 n n z z u 2 3 从主 zz m A 2 3 3 主 从 从 从 主 z z n u n n 4 3 从 主 主主从 z z nunn 5 3 从 主 从主 um Au n n m A z m A z 1 2 1 22 6 3 主 从 主从 u Au n n m A z m A z 1 2 1 22 7 式中 u 啮合齿轮副传动比 分别为主动和从动齿轮齿数 从主 z z 分别为主动和从动齿轮转速 单位为 r mm 从主 n n A 齿轮啮合中心距 单位为 mm m 齿轮模数 单位 mm a 确定传动轴 16 的位置及与主轴 2 3 间的齿轮副齿数 传动轴 16 的位置在 主轴 2 和 3 的垂直平分线上 垂直方向位置待齿数确定后便可确定 取 取29 2 z m 2mm 从图中量得中心距 A 60 85mm 216 3229 2 85 6022 2 16 z m A z min 453 32 29 500 16 2 216 r z z nn 104 1 453 500 16 3 316 n n i29 316 16 3 i z z 设在第 I 排 b 同理 取 估算传动轴 17 的中心距 A 60 85mm mmmz2 29 6 32 17 z 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 21 设在第 I 排 min 453 17 rn 29 453 500 1 2 85 602 1 2 117 541 im A zzz c 确定手柄轴 22 的位置及与主轴 8 9 间的齿轮副齿数 传动轴 22 的位置在 主轴 8 和 9 的垂直平分线上 垂直方向位置待齿数确定后便可确定 由 取 则35 取 m 2mm 则 8 8 9 822 914 0 z z i 32 98 zz 8 z 由 A mm 则 设在第 排 mmA67 2 3532 2 124 117 2 m zz 35 22 z d 估算传动轴 15 和传动轴 16 的中心距 A 66mm 取 m 2mm 再由 可求得 设在第 排 063 1 1615 i 15 16 z z 34 16 z34 16 z e 同理估算传动轴 15 和传动轴 17 的中心距 A 66mm 取 m 2mm 再由 可求得 设在第 排 063 1 1715 i 15 17 z z 34 17 z34 17 z f 确定传动轴 19 传动轴 23 的位置及与主轴 7 11 间的齿轮副齿数 传动轴 19 的位置在主轴 7 和 11 的垂直平分线上 垂直方向位置待齿数确定后便可确定 取 取 m 2mm 从图中量得中心距 A 58mm 29 7 z 719 2929 2 5822 7 19 z m A z29 19 zmin 500 29 29 500 19 7 719 r z z nn 设在第 排 A 60mm 1 500 500 19 11 1119 n n i29 1119 19 11 i z z 2319 设在第 排 31 2 1923 z m A z g 估算传动轴 20 的位置及齿轮齿数 取 取 m 2mm 从图中量得中心38 22 z 距 A 69mm 设在第 排 再由 2220 3138 2 6922 22 20 z m A z31 20 z 可求得 设在第 排 同理 设在第 19 20 2019 886 0 z z i 35 19 z38 22 z 排 h 确定传动轴 18 传动轴 12 的位置及齿轮副齿数 估算传动轴 18 和传动轴 19 的中心距 A 76 5mm 取 m 3mm 再由 可求得 18 19 1918 429 1 z z i 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 22 设在第 排 可求得 2130 3 5 7622 19 18 z m A z 12 18 1812 1 z z i 设在第 排 21 12 z i 用上述同样的方法估算出与传动轴 12 相配对的传动轴 13 齿轮的齿数为 设在第 排 与传动轴 20 相配对的传动轴 21 上的齿轮齿数为 21 13 z31 21 z 设在第 排 与传动轴 21 相配对的传动轴 10 上的齿轮齿数为主 设在35 10 z 第 排 j 估算传动轴 14 和传动轴 13 的中心距 A 152mm 取 m 3mm 再由 可求得 设在第 排 13 14 1413 381 1 z z i 21 13 z29 14 z k 估算传动轴 15 和传动轴 14 的中心距 A 91 5mm 取 m 3mm 再由 可求得 设在第 排 14 15 1514 103 1 z z i 29 14 z32 15 z l 估算传动轴 12 和驱动轴 0 的中心距 A 58mm 取 m 3mm 再由 可 0 12 120 1 z z i 求得 设在第 排 21 0 z21 12 z D 验算各主轴转速 min 8 501 293432292121 323329212121 714 6541 rnnnn min 8 501 293432292121 323329212121 714 32 rnn min 8 499 29302121 29212121 714 117 rnn min 503 323831302121 353135212121 714 98 rnn min 503 353131302121 313135212121 714 10 rn 转速相对损失在 5 以内 符合设计要求 E 手柄轴的设置 由于该主轴箱上有较多的刀具 为了便于更换和调整刀具 以及装配和维修时 检查主轴精度 所以在主轴箱上设置一个手柄轴以便于手动回转主轴 为了扳动起 来轻便 手动轴的转速应尽可能高些 且其所处位置要靠近机床操作者的一侧 并 留有扳手作用位置活动空间 所以本主轴箱的 22 轴做手柄手柄轴 F 叶片泵的设置 由于叶片油泵使用可靠 所以该主轴箱决定采用叶片泵进行润滑 油泵打出的 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 23 油经分油器分向各润滑部位 主轴箱体前后壁间的齿轮用油盘润滑 箱体和后盖以 及前盖见的齿轮用油管润滑 该叶片润滑泵装在箱体前表壁上 采用油泵传动轴带 动叶片转动的传动方式 计算得 400 800r min 范围内 满足要 泵泵 nrnmin 9 603 2431302121 3129212121 714 求 3 4 主轴箱坐标计算及绘制干涉检查图 3 4 13 4 1 计算传动轴坐标计算传动轴坐标 2 2221 zz m R 2 21 2 2121 YYXXA 212121 ARW 表 3 4 传动轴坐标计算结果 坐标值传动轴与两轴定距间中心误差 传 动 轴 XYW1W2 12296 003149 344 0 000023769 13 W 0 000337104 18 W 13322 000206 730 0 000023769 12 W 0 00038821 14 W 14359 480271 693 0 00038821 13 W 0 000692352 15 W 15415 000198 963 0 16 W 0 17 W 16415 000265 963 0 147987962 3 W 0 15 W 17415 000131 963 0 148333063 1 W 0 147987962 4 W 18247 953190 089 0 000337104 12 W 0 000097888 19 W 19172 209179 360 0 000299302 7 W 0 000407811 20 W 基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及左主轴箱设计 24 20124 572133 680 0 00016459 21 W 0 000040463 22 W 21144 01774 808 0 00016459 20 W 0 00003904 10 W 2260 000158 000 0 8 W 0 9 W 23129 997222 000 0 00018787 19 W 0 24 W 24129 997277 0000 油泵轴 24 与轴 23 定距 中心距误差 0W 3 4 23 4 2 干涉检查图干涉检查图 图 3 5 齿轮干涉检查图 3 5 轴 齿轮校核计算 3 5 13 5 1 轴的校核轴的校核 已选定传动轴 16 主轴 2 3 的转矩mmd32 16 mNTT 628 1 32 29 32 316216 从 主 Z Z ii 根据 9 66P nnU TUTUTT 2211总 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2008 25 mNUTUTUTT nn 593 3 2 29 32 628 1 2211 总 由表 3 4 可知 45 钢的许用剪切应力 抗扭截面模数