ZH1105柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计 (后主轴箱设计

1、ZH1105ZH1105 柴油机气缸体粗镗组合机床后主轴箱设计柴油机气缸体粗镗组合机床后主轴箱设计 摘摘 要要：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。为了提高加工精度和生产效率，需要设计一台组合机床来改善柴油机气缸 体的加工情况。本课题设计的是 ZH1105 柴油机气气缸体粗镗组合机床。用于加工 被加工零件后主轴箱的孔，孔径为 114.40.10，1150.10，122.40.10；表面粗糙度均为 Ra6.3。设计的重 点是总体设计和后主轴箱设计两部分。总体设计包括制定工艺方案，确定机床配置 型式、结构方案以及“三图一卡”的绘制。后主轴箱设计包括后主轴箱装配

2、图，零 件图，有关计算、校核等。机床采用单工位卧式组合机床。刀具对零件的加工为平 行加工，动力部件采用卧式安装，品字型结构。采用机械滑台实现刀具进给，借助 导套引导刀具实现精度稳定的加工。本组合机床效率高，成本低，加工精度高，操 作使用方便，减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。 关键词关键词：柴油机；气缸体；镗孔；组合机床；主轴箱 Design of ZH1105 Diesel Cylinder Body Thick Boring Modular Machine Collectivity and Back Headstock Abstract: Modular Machine is com

3、posititved with a lot of currency parts and a small number of expert used parts focused on the working procedure of high efficiency dedicated machine. In order to prove the disposition and the production efficiency, we need to design a modular machine tool to improve the production of the diesel eng

4、ine body. This topic is the design of ZH1105 diesel cylinder body thick boring modular machine. The modular machine tool is used to 114.40.10,1150.10,122.40.10 hole of back headstock, the surface roughness is Ra6.3. The focal point of this topic is the system design and the back headstock design. Th

5、e system design including the definite of the modular machine tool, the selecting of the structure plan and the completing of the technological drawing of the part which need to be manufactured, the general drawing of modular machine tool, drawing of cutter display and the efficiency card of manufac

6、ture. The back headstock design including drawing the back headstock assemble, the box body complementarity process and accessory, bear on the calculation and checkout. The machine uses the horizontal-type single location modular machine. Tool used parallel processing on parts , and power components

7、 used horizontal installation, goods Text structure. Using mechanical sliding unit, with the aid of precisely leads the set of guidance cutting tool to complete dispositional process.This modular mechanical tool has such advantages,it is high efficiency, the cost is low, the processing precision is

8、high, it is easy to operate, it reduces the workers labor intensity, and it enhanced the productivity. Key word: Diesel, Cylinder body,Bore hole, Modular machine tool, Headstock 目目 录录 1 前言.1 2 组合机床总体方案论证 .3 2.1 组合机床工艺方案的制定 .3 2.1.1 工艺路线的确立.3 2.1.2 机床的选择.3 2.1.3 定位基准的选择.4 2.1.4 滑台型式的选择.4 22 组合机床配置型式的

9、选择.4 2.2.1 组合机床的配置型式.4 2.2.2 选择机床配置型式和结构方案的一些问题.4 2.3 削用量及选择刀具 .5 2.3.1 选择切削用量.5 2.3.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率.7 2.3.3 选择刀具结构.11 2.4 机床总体设计三图一卡 .11 2.4.1 被加工零件工序图.11 2.4.2 加工示意图.12 2.4.3 机床尺寸联系总图.14 2.4.4 机床生产率计算卡.17 3.主轴箱设计 .19 3.1 专用主轴箱设计.19 3.2 传动系统的设计.19 3.2.1 电动机的选择.19 3.2.2 电动机功率的选择.19 3.2.3 传动系统总传动比的

10、确定及各级分传动比的分.19 3.3 齿轮的设计及参数的确定.20 3.3.1 齿轮的设计.20 3.3.2 齿轮参数的确定.23 3.4 轴承的选择.26 3.5 主轴箱附件的说明.27 3.5.1 润滑及润滑元件.27 3.5.2 其他附件.27 4 结 论.28 参考文献 .29 致 谢 .30 附 录 .31 1 前言 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。它能够对一种（或几种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机 床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、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。 组合机床具有如下特点：

11、a要用于棱体类零件和杂件的孔面加工。 b产率高。因为工序集中，可多面、多工位、多轴、多刀同时自动加工。 c加工精度稳定。因为工序固定，可选用成熟的通用部件、精密夹具和自动 工作循环来保证加工精度的一致性。 d研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。因为通用化、系列化、 标准化程度高，通用零部件占 70%90%，通用件可组织批量生产进行预制或外购。 e自动化程度高，劳动强度低。 f配置灵活。因为结构模块化、组合化。可按工件或工序要求，用大量通用部 件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线；机床易于改装；产品或 工艺变化时，通用部件一般还可重复利用。 组合机床的设计，目前基本上有两

12、种情况：其一，是根据具体加工对象的具体 情况进行专门设计，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，广大工人总结自己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。而且一些行业的在完成一定工艺范围 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“专能组合机床” 。这种组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是可以设计 成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的具体需要，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。 对于本课题的一些设计理论思路： a. 制定工艺方案 在这之前的一段实习期

13、，我们深入现场，了解零件的加工 特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求等。确定在组合机床上完 成的工艺内容及其加工方法。这里要确定加工工步数，决定刀具的种类和型式 b. 机床结构方案的分析和确定 根据总体方案确定机床的型式和总体布局。 要考虑实现工艺方案和保证加工精度、技术要求、生产效率等。 c. 组合机床总体设计 绘制机床联系尺寸图及加工示意图等。 e. 组合机床的部件设计和施工设计 这里要求确定机床各部件间的关系，选 择通用部件和刀具的导向，计算切削用量及机床生产率即本人所进行的左主轴箱设 计，根据主轴的分布，转速，转向以及尺寸要求等进行设计。 f. 采用组合机床，由于采用多轴

14、多面加工就能大大地缩小占用面积，成倍或 几十倍地提高劳动生产率。 发展组合机床及其自动线，对于机械制造业，特别是汽车、拖拉机、柴油机、 仪器、仪表、矿山机械、航空、纺织机械以及军工部门等生产的发展，有着很重要 的意义。在未来，组合机床及其自动线将获得更加迅速的发展，其发展对象为： a. 提高生产率 主要方法是改善机床的布局，增加同时工作的刀具，减少工 序加工余量，提高切削用量，提高工作可靠性以及缩短辅助时间等。 b. 扩大工艺范围 现在组合机床及其自动线一般不是完成一个工件的某几道 工序而通常是用于完成工件的全部加工工序。 c. 提高加工精度 现代在组合机床及其自动线上又纳入了很多精加工工序，

15、 并采用自动测量和刀具自动补偿技术，做到调刀不停车。 d. 提高自动化程度 组合机床本身车则是全自动化方向发展的。为此，重点 是解决工件夹压自动化和装卸自动化。 e. 提高组合机床的可调性 如可调的多工序多刀具的组合机床应采用数字程 序控制。另外如自动换刀和自动控制切削用量的组合机床，特别是数字程控的发展， 为发展这种机床创造了更有利的条件。 f. 创造超小型组合机床，是为了适应仪表工业小箱体的加工需要。这种机床 体积小，效率高，并能达到高的加工精度。 在设计过程中，通过大量的参观实习和相关资料的查阅，考虑到实际生产条件， 并从机床的合理性、经济性、工艺性、实用性及对被加工零件的具体要求出发，

16、确 定了这个设计方案。在指导老师和同学的帮助下，最终完成了这一课题的设计。 2.组合机床总体方案论证 21 组合机床总体方案的制定 本设计的加工对象为 R180 柴油机气缸体，材料是 HT250,硬度 HB190-240，重 量 36.5Kg。柴油机气缸体如图 2-1 所示： 6.3 Y H H G G C C Y E C C E B B F F 图 2-1 柴油机气缸体 2.1.1 工艺路线的确立工艺路线的确立 根据先粗后精、先基准面后其它表面、先主要表面后次要表面的机械加工工序 安排的设计原则，对柴油机气缸体的工艺路线作如下设计： 工序 1 粗铣底、顶端面； 工序 2 粗铣左、右端面； 工

17、序 3 粗铣前、后端面； 工序 4 半精铣底、顶端面； 工序 5 半精铣左、右端面； 工序 6 半精铣前、后端面； 工序 7 粗镗孔； 工序 8 半精镗孔； 工序 9 精镗孔； 工序 10 钻左面、右面、后面的孔； 工序 11 攻丝； 工序 12 钻上面、下面、前面的孔； 工序 13 攻丝； 工序 14 最终检验。 2.1.2 机床的选择机床的选择 根据任务书的要求：设计的组合机床要满足加工要求、保证加工精度；尽可能 用通用件、以降低成本；各动力部件用电气控制、液压驱动。因此根据任务书要求 和气缸体的特点初定卧式组合机床和立式组合机床两种设计方案。 卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合

18、而成。其特点是卧式组合机 床重心底、振动小运作平稳、加工精度高、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。其特点是立式组合机床重心高、振动大、加工精底、占地面 积小。 组合机床的通用部件分大型和小型两大类。用大型通用部件组成的机床称为大 型组合机床，用小型通用部件组成的机床称为小型组合机床。 机床带有一套固定的夹具，根据所需加工面数布置动力部件。动力部件可以是 立式，卧式或斜式安装。工件安装在机床的固定夹具里，夹具和工件固定不动。动 力滑台上的动力箱连同多轴箱或单轴切削头实现切削运动。 柴油机气缸体的结构为卧式长方体，从装夹的角度来看，卧式平放比较方便， 也减轻了工人的劳动强度

19、。考虑到机床运行的平稳性，选用单工位卧式组合机床。 2.1.3 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工序集中。本机床加工时采用 三面定位，底面为主要定位基准面，限制 3 个自由度；右侧面以两个支承钉限制两 个自由度；后侧面有一个支承钉，限制剩下的一个自由度。 2.1.4 滑台型式的选择滑台型式的选择 本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台具有如下结构特 点：a采用双矩型导轨结构型式，以单导轨两侧面导向，导向的长宽比较大，导 向性好。b滑座体为箱形框架结构，滑座底面中间增

20、加了结合面，结构刚度高。 c导轨淬火，硬度高，使用寿命长。d液压缸活塞和后盖上分别装有双向单向阀 和缓冲装置，可减轻滑台换向和退至终点时的冲击。e滑台分普通级、精密级和 高精度级三个精度等级，可按要求选用，提高经济性。 22 组合机床配置型式的选择 2 22 21 1 组合机床的配置型式组合机床的配置型式 组合机床有大型和小型两种，大、小型组合机床虽有其共性，但又都有其特殊 性。无论是适用范围，配置型式，通用部件和驱动方式都各有特点。 a工位组合机床 单工位组合机床通常是用于加工一个或两个工件，特别适 合用于大中型箱体的加工。根据配置动力部件的数量，这类机床可以从单面或同时 从几个方面对工件进

21、行加工。 b工序组合机床 很多组合机床是按工件能够变位来配置的，工件的变位有 手动和机动的方式。这类机床工序集中程度高，如回转多工位机床的辅助时间和机 动时间相重合，生产效率高，适用于大批量生产、需要多部位加工的中小零件。 2 22 22 2 选择机床配置型式和结构方案的一些问题：选择机床配置型式和结构方案的一些问题： A. 被加工零件的特点对配置型式和结构方案的影响 a加工精度要求的影响； b机床生产率的影响； c被加工零件的大小、形状、加工部位特点的影响。 B. 机床配置型式和结构方案应注意的其它问题 a 适当提高工序集中程度 在确定机床的配置型式和结构方案时，要合理 解决工序集中的问题。

22、在一个动力头上安装多轴，同时加工多孔来集中工序，是组 合机床最基本的方法，在一台机床上主轴数量有达 150 根左右的。但是，也不应当 无限制的增加主轴数量，要考虑到动力头及主轴箱的性能和尺寸，并保证调整和更 换刀具的方便性。 b 注意排除切削和操作使用的方便性 在多工位机床上应特别注意前一道 工序遗留在孔中的切屑对后一道工序的影响。在选择多面机床时，应慎重考虑操作 的方便性，要合适的确定装料高度，对于加工一般箱体件带固定式夹具的机床，一 般采取 850 毫米，对于较小的工件可稍高一些。 c夹具形式对机床方案的影响 选择机床配置型式时要考虑夹具结构的实现 可能性和工作的可靠性。在决定加工一个工件

23、的成套机床或流水线上个机床的型式 时，还应当注意，使机床与夹具的形式尽量一致，尤其是粗精加工机床。这样不仅 有利于保证加工精度，而且便于设计、制造和维修，也提高了机床之间的通用化程 度。 2.3 确定切削用量及选择刀具 2.3.12.3.1 选择切削用量选择切削用量 16 个被加工孔中，由于既有钻孔加工又有镗孔加工，所以选择切削用量时应综 合考虑，钻孔切削用量从文献9的 130 页表 6-11 中选取，镗孔切削用量从文献9的 130 页表 6-15 中选取。由于钻孔的切削用量与钻孔深度有关，随孔深的增加而逐渐 递减，其递减值按文献9的 131 页表 6-12 选取。钻孔时，降低进给量的目的是为

24、 了减小轴向切削力，以避免钻头折断，降低切削速度主要是为了提高刀具寿命。 A对右侧面上 5 个孔的切削用量的选择：保证进给速度相等 a.钻孔 4：36.4，通孔. 由 d22-50，硬度大于 190-240HBS，选择 v=10-18m/min,f0.25-0.4mm/r,又 d=36.4mm,取定 v=17.6m/min,f=0.3mm/r,则由文献5的 43 页知 （2- d v n 1000 1） 得： n=100017.6/36.4=154r/min b.钻孔 5： 24.4，通孔 由 d22-50，硬度大于 190-240HBS，选择 v=10-18m/min,f 0.25-0.4m

25、m/r, 又 d=24.4mm,取定 v=17.7m/min,f=0.3mm/r,则由 d v n 1000 得： n=100017.7/24.4=230r/min c.镗孔 1、2： 61.4 由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r 中选 择,考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取 v=35m/mim,f=0.6mm/r，则 =100035/61.4=181.5r/min d v n 1000 d.镗孔 6： 56.6 由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r 中选 择,考虑到刀具寿命以及进给速

26、度的一致性，取 v=40m/min,f=0.5mm/r，则 =100040/56.6=225r/min d v n 1000 B对左侧面上 4 个孔的切削用量的选择：由于分两次进给，要同时考虑进给 速度和转速，两次进给转速要相同，同次进给保证进给速度相同 a.镗孔 3： 194.4/124.4 由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r 中选 择,考虑到刀具寿命,加工余量应取小一点，故加工 193.8 孔采用分层切削。 第一次进给主要加工 194.4 孔，取定 v=50m/min,f1=0.50mm/r,则 =100050/194.4=82r/mi

27、n d v n 1000 第二次进给要同时镗 124.4 孔，考虑到轴向切削力，进给量应选小一点,取 定 v=37.3m/min,f2=0.6mm/r，则 =100037.3/124.4=95r/min d v n 1000 b.镗孔 1、2： 261.4 由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r 中选 择,考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性，取定 v1=35m/mim,f1=0.6mm/r，则 =100035/61.4=181.5r/min d v n 1000 同轴转速相同，进给速度一致，取定 v2=35m/min,f2=0.60mm/r c

28、.钻孔： 36.4，通孔 由 d22-50，硬度大于 190-240HBS，选择 v=10-18m/min,f0.25-0.4mm/r, 又 d=35.8mm,取定第一次进给 v1=17.9m/min,f1=0.3mm/r,则 =100017.9/36.4=157r/min d v n 1000 同轴转速相同，进给速度一致，取定 v2=17.9m/min,f2=0.3mm/r C对后面上 1 个孔的切削用量的选择 镗孔： 114.4/115/122.4 由于刀具采用硬质合金，加工材料为铸铁，在 v=35-50m/min,f0.4-1.5mm/r 中选择，考虑转速和进给速度的一直性，取定 v=3

29、6/40/45m/min。 第一次进给，取定 f1=0.36mm/r；第二次进给,取定 f2=0.16mm/r，则 =100055.7/114.4=155r/min d v n 1000 （孔的编号见被加工零件工序图） 2.3.22.3.2 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 根据文献9的 134 页表 6-20 中公式计算钻孔 （2- 6 . 08 . 0 26HBDfF 2） （2- 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT 3） （2- D Tv P 9740 4） 根据文献9的 134 页表 6-20 中公式计算镗孔 （2- 55 . 0 75 . 0

30、4 . 51HBfaF pZ 5） （2- 1 . 165 . 0 2 . 1 51 . 0 HBfaF pX 6） （2- 55 . 0 75 . 0 7 . 25HBfDaT p 7） （2- 61200 vF P Z 8） 式中， F、Fz-切削力（N） ；T-切削转矩（N） ；P-切削功率（Kw） ；v-切削 速度（m/min） ；f-进给量（mm/r） ；ap-切削深度（mm） ； D-加工（或钻头）直径 （mm） ； HB-布氏硬度， 得 HB=223。 由以上公式可得： 右面 1、2 轴 55 . 0 75 . 0 4 . 51HBfaF pZ N6 .1659 2233 . 0

31、3 4 . 51 55 . 0 75. 0 1 . 165 . 0 2 . 1 51 . 0 HBfaF pX 1 . 165 . 0 2 . 1 2233 . 0351 . 0 N336 55 . 0 75 . 0 7 . 25HBfDaT p 55 . 0 75 . 0 22345 . 0 3 4 . 61 7 . 25 mmN 63149 61200 vF P Z 61200 35 7 . 2054 kw175 . 1 4 轴 6 . 08 . 0 26HBDfF 6 . 08 . 0 22316 . 0 4 . 3626N 1 . 5581 6 . 08 . 09 . 1 10HBfD

32、T 6 . 08 . 09 . 1 2233 . 0 4 . 3610mmN 90128 D Tv P 9740 4 . 3614 . 3 9740 6 . 1790128 kw425 . 1 5 轴 6 . 08 . 0 26HBDfF 6 . 08 . 0 22316 . 0 4 . 3626N 1 . 5581 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDT 6 . 08 . 09 . 1 2233 . 0 4 . 2410 mmN 4 . 42335 D Tv P 9740 4 . 2414 . 3 9740 7 . 17 4 . 42335 kw004 . 1 6 轴 55 . 0

33、75 . 0 4 . 51HBfaF pZ N 2 . 1794 2235 . 03 4 . 51 55 . 0 75 . 0 1 . 165 . 0 2 . 1 51 . 0 HBfaF pX 1 . 165 . 0 2 . 1 2233 . 0351 . 0 N336 55 . 0 75 . 0 7 . 25HBfDaT p 55 . 0 75 . 0 2235 . 03 6 . 56 7 . 25 mmN 94.50776 61200 vF P Z 61200 40 2 . 1794 kw173 . 1 左面 1、2 轴 55 . 0 75 . 0 4 .51HBfaF pZ N 1 .

34、 1222 2233 . 03 4 . 51 55 . 0 75 . 0 1 . 165 . 0 2 . 1 51 . 0 HBfaF pX 1 . 165 . 0 2 . 1 2233 . 0351 . 0 N336 55 . 0 75 . 0 7 . 25HBfDaT p 55 . 0 75 . 0 2234 . 03 8 . 60 7 . 25 mmN 3 . 46139 61200 vF P Z 61200 29 7 . 1517 kw719 . 0 3 轴 孔径 194.4mm mmN HBfaDT p 5 . 871982235 . 05 . 1 4 . 194 7 . 25 7

35、. 25 55 . 0 75 . 0 55 . 0 75 . 0 333 N HBfaF pZ 26.8962235 . 05 . 1 4 . 51 4 . 51 55 . 0 75 . 0 55 . 0 75 . 0 33 N HBfaF pX 1462233 . 05 . 151 . 0 51 . 0 1 . 165 . 0 2 . 1 1 . 1 65 . 0 3 2 . 1 3 KW VF P Z 732 . 0 61200 5026.896 61200 3 3 孔径 124.4mm mmN HBfaDT p 78.12043422345 . 0 5 . 3 4 . 124 7 . 2

36、5 7 . 25 55 . 0 75. 0 55 . 0 75 . 0 333 N HBfaF pZ 3 . 93 . 2 2235 . 05 . 3 4 . 51 4 . 51 55. 075 . 0 55 . 0 75 . 0 33 N HBfaF pX 52.52222345 . 0 5 . 351 . 0 51 . 0 1 . 165 . 0 2 . 1 1 . 1 65 . 0 3 2 . 1 3 KW VF P Z 18 . 1 61200 318.3735.1936 61200 3 3 6 轴 0.750.55 51.4 3309.6 Zp Fa fHB N 1.20.651.1

37、 0.51 333.7 Xp FafHB N 3309.6 17.9 0.968 6120061200 Z F V PKW 后面 孔径为 114.4mm mmN HBfaDT p 99.11063722345 . 0 5 . 3 4 . 114 7 . 25 7 . 25 55 . 0 75. 0 55 . 0 75 . 0 33 N HBfaF pZ 2 . 193422345 . 0 5 . 3 4 . 51 4 . 51 55 . 0 75 . 0 55 . 0 75 . 0 N HBfaF pX 52322345 . 0 5 . 351 . 0 51 . 0 1 . 165 . 0 2

38、 . 1 1 . 1 65 . 0 2 . 1 KW VF P Z 76 . 1 61200 7 . 55 2 . 1934 61200 孔径为 115mm 55 . 0 75 . 0 33 7 . 25HBfaDT p mmN 4 . 111334 N HBfaF pZ 193622345 . 0 5 . 3 4 . 51 4 . 51 55 . 0 75 . 0 55 . 0 75 . 0 N HBfaF pX 45222336 . 0 5 . 351 . 0 51 . 0 1 . 165 . 0 2 . 1 1 . 1 65 . 0 2 . 1 KW VF P Z 58 . 1 6120

39、0 501936 61200 孔径为 122.4mm mmNT 5 . 118498 N HBfaF pZ 193622345 . 0 5 . 3 4 . 51 4 . 51 55 . 0 75 . 0 55 . 0 75 . 0 N HBfaF pX 45222336 . 0 5 . 351 . 0 51 . 0 1 . 165 . 0 2 . 1 1 . 1 65 . 0 2 . 1 KW VF P Z 596 . 1 61200 7 . 59 2 . 1636 61200 (轴编号与孔编号相对应) 2.3.32.3.3 选择刀具结构选择刀具结构 根据加工精度、工件材料、工件条件、技术要求

40、等进行分析，按照经济地满足 加工要求的原则，合理地选择刀具。只要所选工艺方案可以采用刚性较好的镗杆， 还是采用镗削方法，这是因为镗刀制造简单，刃磨方便。 当被加工孔直径在 40mm 以上时，组合机床上多采用镗削加工，其加工精度 可高达 1-2 级。 直径小于 40mm 时，选用钻削方法，钻头选用高速钢修磨棱带及横刃钻头。 镗孔选用合金镗刀头。 直径大于 40mm 时，选用镗削方法，刀具材料为硬质合金。当加工阶梯孔时， 选用阶梯杆，由于多刀加工，扭矩较大，所以要选用强度较好的刀杆材料：41Gr。 2.4 组合机床总体设计三图一卡 2.4.12.4.1 被加工零件工序图被加工零件工序图 A被加工零

41、件工序图的作用和内容 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重要依据，也是制造、使用、 调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件的基础上，突 出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括： a.被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状 和尺寸。 b.本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。 c.本工

42、序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上 道工序的技术要求。 d.注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。 B. 绘制被加工零件工序图的规定及注意事项 a.绘制被加工零件工序图的规定 应按一定的比例，绘制足够的视图以及剖 面；本工序加工部位用粗实线表示；定位用定位基准符号表示，并用下标数表明消 除自由度符号；夹紧用夹紧符号表示，辅助支承用支承符号表示。 b.绘制被加工零件工序图注意事项 a) 本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。 b) 对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析。 c) 当本工序有特殊要求时必须注明。 图 2-1 所示为被

43、加工零件工序图。 图 2-1 被加工零件工序图 2.4.22.4.2 加工示意图加工示意图 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。 A. 导向结构的选择 组合机床钻孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向 装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高 刀具系统的支承刚性。 本课题中镗孔采用旋转套导向，钻孔采用固定套导向。 a.尺寸规格的选用 b.导向套的布置 c.导向套配合的选择 B. 确定主轴、

44、尺寸、外伸尺寸 在该课题中，主轴既有用于镗孔又有用于钻孔，镗孔选用滚锥轴承主轴，钻孔 选用滚珠轴承主轴。镗孔时主轴与刀具采用浮动卡头连接，主轴属于短主轴；钻孔 时主轴与刀具采用接杆连接，主轴属于长主轴。 根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩 T，由文献9的 43 页公式 4 10TBd 式中，d轴的直径（） ；T轴所传递的转矩（Nm） ；B系数，本课题中 镗孔主轴为刚性主轴，取 B=7.3；钻孔主轴为非刚性主轴，取 B=6.2。 由公式可得： 左面 轴 1 d=30 取定 d=40 轴 2 d=30mm 取定 d=40 轴 4 d=30.46 取定 d=40 轴 6 d=25.35 取定 d

45、=40 右面 轴 1、2 d=37 取定 d=40 轴 4 d=34 取定 d=35 轴 5 d=28 取定 d=30 轴 6 d=35 取定 d=45 后面 轴径 d=55mm 轴径实际设计时确定 根据主轴类型及初定的主轴轴径，文献9的 44 页表 3-6 可得到主轴外伸尺寸 几接杆莫氏圆锥号。滚锥主轴轴径 d=40时，主轴外伸尺寸为： D/d1=67/48,L=135。滚锥主轴轴径 d=35时，主轴外伸尺寸为： D/d1=50/36,L=115。滚珠主轴轴径 d=30时，主轴外伸尺寸为： D/d1=50/36,L=115；接杆莫氏圆锥号为 4。滚珠主轴轴径 d=30时，主轴外伸尺 寸为：D

46、/d1=50/36,L=115；接杆莫氏圆锥号为 3。 C. 选择接杆、浮动卡头 在钻孔时，通常都采用接杆（刚性接杆）,各主轴的外伸长度和刀具均为定值， 为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调 各轴的轴向长度，以满足同时加工完成孔的要求；镗孔时，采用浮动连接。 D. 动力部件工作循环及行程的确定 a.工作进给长度 L工的确定 工作进给长度 L工，应等于加工部位长度 L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具 切入长度 L1和切出长度 L2之和。切入长度一般为 5-10，根据工件端面的误差情 况确定；镗孔时，切出长度一般为 5-10mm。 当采用复合刀具时,应根据具体情

47、况决定。所以得出以下结果: 左主轴箱：工进长度:55mm 右主轴箱：工进长度:95mm 后主轴箱：工进长度:128mm b.快速进给长度的确定 快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置。初步选定三个主轴箱上刀具 的快速进给长度分别为 215，255和 125。 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 270，350mm,253mm。图 2-2 为加工示意 图。 190160190217 174.65185.64 123727 81254 23 4930 后主轴箱端面 n=150r/min f=0.2m

48、m/r 1 2 T6113 TD641-61 M10 x12 3 4 T6115 TD641-61 M12X20 GB1096-76 12X50 5M80X2 GB810-88 6 7318212轴 承GB810-88 毡圈 125 JB/ZQ4606-86 8M8X35 GB70-85 9 10 M16X70 GB65-76 M8X70 GB67-76 M16X40 GB67-76 1112M16X40 GB67-76 13毡圈 80JB/ZQ4 606-86 1415滚动轴承6213 GB/T 276-94 M6X20 GB70-85 16 171819 T6113 T6112 M10 x

49、2 T0641-41 8X35 GB1096-72 T6112 2021 22 M25x15 GB810-88 M25x15 GB810-88 232425 26 27 28 29 30 M12x15 GB65-76 M6x15 GB65-76 31 32 33 M12x20 GB65-76 M6x15 GB67-76 M12x20 GB65-76 3435 36 37 383940 41 M30 x2 GB810-88 42 平衡轴孔 n=181.5r/min f=0.6mm/r 凸轮轴孔 n=95r/min f=0.6mm/r 起动轴孔 n=154r/min f=0.3mm/r 调速轴孔

50、n=230r/min f=0.3mm/r 曲轴孔 n=82r/min f=0.5mm/r n=181.5r/min f=0.6mm/r n=157r/min f=0.3mm/r 凸轮轴孔 平衡轴孔 左主轴箱端面43170200180210105180 75160 ?60 ?198F8 ?215H7/M6 M80X2 ?198H7/G6 ?85K6 M115X2 16 318 22 35 ?150 22 3 35 ?45 ?65H5 ?120K7 ?44 75135 ?22 ?26 ?70F8 ?M30X1.5 ?70H7/G6 418 25 19 65200 ?70H7/G6 ?85H7/G6

51、 ?44 11024 50 Tr30X3 ?40F8 ?35 ?46H7/K6 ?30 225 25 24 26 26 ?14 28 26 22 ?70H7/G6 ?85H7/M6 220205 135 75 101 3030 6 30 ?25K5 ?70H7/M6 ?60H7/M6 15 ?20 ?15 ?20 ?30 ?70H7/M6 ?60H7/M6 37 34 4 30 滚动轴承 图 2-2 加工示意图 2.4.32.4.3 机床尺寸联系总图机床尺寸联系总图 A. 选择动力部件 a.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，按文献9的 62 页公式 n i Fi

52、F 1 多轴箱 计算。 式中，Fi各主轴所需的 向切削力，单位为 N。 则 左主轴箱： 2 336 146522.52333.71674.22FN 多主轴箱 右主轴箱： 202.4605605602402.39070.3211197.382FN 多主轴箱 后主轴箱： 5234524521427FN 多主轴箱 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。又考虑 到所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作 的稳定性，由文献9的 91 页表 5-1，左、右、后面分别选用机械滑台 HJ40A 型、 HJ40A 型、HJ40A 型，台面宽 400mm，

53、台面长 800mm，滑台及滑座总高为 320mm，允许最大进给力为 20000N；其相应的侧底座型号分为 1CC401M、1CC401M、1CC401。 b.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，根据文献9的 47 页公 切削 P 式计算： 切削 多轴箱 P P 式中, 消耗于各主轴的切削功率的总和（Kw） ； 切削 P 多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取 0.80.9，加工有色金属时取 0.70.8；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5。8 . 0 右主轴箱：0.8561.2760.9

54、6820.7194.538PKW 主主 则 4.538 5.33 0.85 PKW 主主主 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，查文献9 的页表 5-38 得出动力箱及电动机的型号,见表 2-1。115114 表 2-1 动力箱及电动机的型号 动力箱型号电动机型号电动机功率 (Kw) 电动机转速 (r/PM) 输出轴转速 (r/min) 左主轴箱 1TD40-I Y132S -8 1 2.21440480 右主轴箱 1TD40-I Y132S -8 2 2.21440480 后主轴箱 1TD40-IY100-L821440720 c.配套通用部件的选择 侧底座 1CC40

55、1 型号，其高度 H=560mm，宽度 B=600mm，长度 L=1350mm。 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 h2=70.52，主轴箱最低主轴高度 h1=145.02，所选滑台与滑座总高 h3=320，侧底座高度 h4=560，夹具底座高度 h5=345，中间底座高度 h6=600， 综合以上因素，该组合机床装料高度取 H=1005。 C. 确定夹具轮廓尺寸 夹具是用于定位和夹紧工件的，所以工件轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸 的依据，由于加工示意图中对工件和靠模杆的距离，以及导套尺寸都作了规定，掌 握了以上尺寸后

56、，确定夹具总长尺寸 A，A=590 mm。夹具底座高度应视夹具大小而 定，既要求保证有足够的刚性，又要考虑工件的装料高度，一般夹具底座高度不小 于 240mm。根据具体情况，本夹具底座取高度为 345mm。 D. 确定中间底座尺寸 在加工示意图中，已经确定了工件端面至主轴箱在加工终了时距离： L1 左=650mm，L2 右=800mm 根据选定的动力部件及其配套部件的位置关系，并考虑动力头的前备量因素， 通过尺寸链就可确定中间底座尺寸 L L=2（L1 左+L2 右+2L2+L3）-2（L 1+ L 2+ L 3） 其中 L1-动力头支承凸台尺寸。 L2-动力头支承凸台端面到滑座前端面加工完了

57、时距离，由于动力 头支承凸台端面到滑座端面最小尺寸和动力头向前备量组成。 L3-滑座前端面到床身端面距离取 L=585mm。 确定中间底高度尺寸时，应考虑铁屑的储存及排除电气接线安排，中间底座高 度一般不小于 540mm。 本机床确定中间底座高度为 600mm。 E. 确定主轴箱轮廓尺寸 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 h1。主轴箱宽度 B、高度 H 的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按文献9的 49 页公式 计算： B=b+2b1 H=h+h1+b1 式中，b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（） ； b1最边缘主轴中心距箱外壁的距离（） ； h工件在高

58、度方向相距最远的两孔距离（） ； h1最低主轴高度（） 。 其中，h1还与工件最低孔位置（h2=70.52） 、机床装料高度（H=1005） 、滑 台滑座总高（h3=320） 、侧底座高度（h4=560）等尺寸有关。对于卧式组合机床， h1要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐 h185-140，本组合机 床按文献9的 50 页公式 h1=h2+H-(0.5+h3+h4) 计算，得： h1=150.52。 b=212.33,h=186.48,取 b1=100，则求出主轴箱轮廓尺寸： B=b+2b1=212.33+2100=412.33 H=h+h1+b1=186.48+150.52+1

59、00=437 根据上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准，左、右主轴箱轮廓尺寸都预定 为 BH=500500。 2.4.42.4.4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡 A. 理想生产率(单位为件/h)是指完成年生产纲领 A(包括备品及废品率)所要Q 求的机床生产率。它与全年工时总数 tk有关,一般情况下,单班制 tk取 2350h,两班 制 tk取 4600h,由文献9的 51 页公式 k t A Q 得： hQ/87.104600/50000件 B. 实际生产率(单位为件/h)是指所设计机床每小时实际可生产的零件数 1 Q 单 T Q 60 1 式中:生产一个零件所需时间(min)，可按下式计

60、算： 单 T 装移 快退快进 停辅切单 tt V LL t V L V L ttT k f ff2 2 1 1 式中:分别为刀具第、工作进给长度,单位为 mm; 21 LL 、 分别为刀具第、工作进给量,单位为 mm/min; 21ff VV 、 当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时，滑台在死挡铁上的停留 停 t 时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 转所需的时间，单位 min; 分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为 mm; 快退快进、L L 动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取 56m/min;用液压动力 k f V 部件时取 310m/min; 直线移动或回转工作台进行