ZH1105柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计(左主轴箱设计)

ZH1105柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计(左主轴箱设计)图3-1被加工零件工序图3.2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。3.2.1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3.2.2确定主轴、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页公式式中，d—轴的直径（㎜）；T—轴所传递的转矩（N·m）；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1d>=30㎜取定d=40㎜轴2d>=30mm取定d=40㎜轴4d>=30.46㎜取定d=40㎜轴6d>=25.35㎜取定d=40㎜右面轴1、2d>=37㎜取定d=40㎜轴4d>=34㎜取定d=35㎜轴5d>=28㎜取定d=30㎜轴6d>=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/d1=50/36,L=115㎜；接杆莫氏圆锥号为3。3.2.3动力部件工作循环及行程的确定1、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:128mm2、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㎜。3、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2-3为加工示意图。图3-2加工示意图3.3机床尺寸联系总图3.3.1选择动力部件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页公式计算。式中，Fi—各主轴所需的向切削力，单位为N。则左主轴箱：右主轴箱后主轴箱：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HJ40ⅡA型、HJ40ⅢA型、HJ40ⅠA型，台面宽400mm，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。3.3.2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页公式计算：式中,—消耗于各主轴的切削功率的总和（Kw）；—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5。右主轴箱：则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。表3-1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-IY132S-8２.２1440480右主轴箱1TD40-IY132S-8２.21440480后主轴箱1TD40-IY100-L8４9604803.3.3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，确定夹具总长尺寸A，A=590mm。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。3.3.4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LL=2（L1左+L2右+2L2+L3）-2（L1+L2+L3）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。3.3.5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+2b1H=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h1＞85-140㎜，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+2×100=412.33㎜H=h+h1+b1=186.48+150.52+100=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B×H=500㎜×500㎜。3.4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页公式得：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式中:——生产一个零件所需时间(min)，可按下式计算：式中:——分别为刀具第、工作进给长度,单位为mm;——分别为刀具第、工作进给量,单位为mm/min;——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;——动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取5～6m/min;用液压动力部件时取3～10m/min;——直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取0.1min;——工件装、卸（包括定位或撤销定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及吊运工件）时间。它取决于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。通常取0.5～1.5min。如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求,即,则必须重新选择切削用量或修改机床设计方案。已知:粗镗左面孔粗镗右面孔;;粗镗后面孔;左面孔右面孔后面孔共计所用时间如下:min实际生产率:1．当Q>Q时候，机床负荷率为二者之比。2．由文献[9]的51页公式得机床负荷率:组合机床负荷率一般为0.75～0.90,自动线负荷率为0.6～0.7。典型的钻、镗、攻螺纹类组合机床，按其复杂程度确定加工多品种组合机床，宜适当降低负荷率。４左主轴箱设计4.1左主轴箱箱体零件的设计4.1.1箱体的选用左主轴箱是组合机床的重要部件之一，它是选用通用零件，是按专用要求进行设计的，它关系到整台组合机床质量的好坏。具体设计时，除了要熟悉主轴箱本身的一些设计规律和要求外，还须依据“三图一卡”仔细分析研究零件的加工部位，工艺要求，确定主轴箱与被加工零件、机床其它部分的相互关系。大型通用主轴箱箱体类零件采用灰铸铁材料，箱体用牌号HT20—40。通用主轴箱箱体厚度为180毫米，用于卧式的主轴箱前盖厚度为55毫米，其后盖厚度为90毫米。箱体的大小根据宽X高尺寸不同，有各类规格，其具体形状和尺寸应按国标GB3668.1-83选择。见[《组合机床设计》上海科技出版社]P86表4-1。4.2确定传动轴的位置和齿轮齿数传动方案拟订之后，通过“计算、作图和多次试凑”相结合的方法，确定齿轮齿数和中间传动轴的位置及转速。1．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：驱动轴：各主轴总传动比：为使结构紧凑，主轴箱体内的齿轮传动副的最佳传动比为1～1.5；另外，主轴与驱动轴转向相同时,经过偶数个传动副。2．各轴传动比分配4轴：5轴：6轴：3．确定传动轴匹配的各对齿轮见《组合机床设计》P50的计算公式：（4-1）（4-2）（4-3）（4-4）（4-5）（4-6）式中：——啮合齿轮副传动比； ——啮合齿轮副齿数和；——分别为主动和从动齿轮齿数；——分别为主动和从动齿轮转速，单位为r/min； ——齿轮啮合中心距，单位为mm； ——齿轮模数，单位为mm。（1）确定传动轴7配与主轴4和5啮合的两对齿轮由于齿轮啮合的要求及齿轮空间、位置的需要，选取齿轮模数为3，选取传动轴7和主轴4的齿轮啮合中心距为115.5mm，和主轴5的齿轮啮合中心距为100.5mm。根据上列计算式可得：可得：；；；；模数为3。2）确定传动轴8配与驱动轴0和传动轴7啮合的两对齿轮由于齿轮啮合的要求及齿轮空间、位置的需要，选取齿轮模数为3、4，选取传动轴8和驱动轴0的齿轮啮合中心距为160mm，和传动轴7的齿轮啮合中心距为91.5mm。可得：模数为4；模数为3。用同样的方法可以求得其它齿轮的齿数。3)．验算各主轴转速转速相对损失在5%以内，符合设计要求。4.3坐标计算坐标计算就是根据已知的驱动轴和主轴的位置及传动关系精确计算各中间传动轴的坐标。其目的是为多轴箱箱体零件补充加工图提供孔的坐标尺寸，并用于绘制坐标检查图来检查齿轮排列结构布置是否正确合理。已知坐标:0(315.000,200.000)4(192.600,271.200)5(266.000,175.000)6(385.310,162.741)传动轴与二轴定距离，即在一传动轴上用两对齿轮分别带动两根已知轴，其坐标可以根据已知两轴坐标和两对齿轮中心距求得。传动轴7与二轴定距图（见图4-1）图4-1坐标计算图1根据前面的已知条件:L==（4-7）d=93.89（4-8）h=（4-9）x==115.4（4-10）y==4.9（4-11）经计算可得:传动轴7的绝对坐标为(307.996,266.3)。传动轴8与二轴定距图（见图4-2）图4-2坐标计算图2根据前面的已知条件:L==d=25.95h=x==91.06y==8.96经计算可得:传动轴8的绝对坐标为(399.056,257.344)。传动轴9与二轴定距图（见图4-3）图4-3坐标计算图3表4-1传动轴的坐标位置孔号XY00.0000.0002192.600267.9503266.000175.0004385.310162.0505307.996266.3056399.056257.6497472.896211.3358172.980175.0008169.58593.9741069.552139.0711169.058234.810根据前面的已知条件:L==d=34.99h=x==73.84y==46.01经计算可得:传动轴9的绝对坐标为(472.896，211.335)。同理计算可得其它传动轴的坐标位置，详见表4-1。4.4主轴等有关零件的设计4.4.1主轴直径的确定由于主轴不是用于镗孔就是用于钻孔，所以均选用圆锥滚子轴承的主轴。各主轴的直径选定如下：主轴直径按照加工示意图所示类型及外伸尺寸可初步确定，传动轴的直径也可参考主轴直径大小初步选定。也可由《机械设计》中用公式初估轴径。式中c——由轴的材料和承载情况确定的常数；P——轴所传递的功率，单位为kw；N——轴的转速，单位为r/min。考虑到经济、实用的需要，我们选轴的材料为45钢，则取c=106。见《组合机床设计简明手册》P44表3-6主轴4：主轴直径35mm外伸尺寸D/d67/48；L=135mm主轴5：主轴直径40mm外伸尺寸D/d50/36；L=115mm主轴6：主轴直径40mm外伸尺寸D/d67/48；L=135mm4.4.2主轴结构的选定见《组合机床设计简明手册》P141表7-5主轴4：16—385T6035—01主轴5：13—415T6035—01主轴6：T161044.4.3传动轴的选定参考主轴直径初步选定系列参数及型号，见《组合机床设计简明手册》P59表4-4。传动轴7，直径d=40mm、型号：40-T0746-42；传动轴8，直径d=40mm、型号：40-T0746-42；传动轴9，直径d=40mm、型号：40-T0746-42；传动轴11，直径d=30mm、型号：30-T0736-42。4.5主轴箱坐标计算、绘制坐标检查图坐标计算就是根据已知的驱动轴和主轴的位置及传动关系，精确计算各中间传动轴的坐标。其目的是为主轴箱箱体零件补充加工图提供孔的坐标尺寸，并用于绘制坐标检查图来检查齿轮排列、结构布置是否正确合理。4.5.1计算传动轴坐标时，先算出与主轴有直接传动关系的传动轴坐标，然后计算其它传动轴坐标。根据传动轴的传动形式，传动轴的坐标计算可分为三种类型：与一轴定距的坐标计算；与两轴定距的坐标计算；与三轴等距的坐标计算。在本主轴箱18根传动轴（轴16～33）与1根油泵轴（轴34）中，传动轴、油泵轴之间可按与一轴定距的坐标计算方法计算，可按与两轴定距的坐标计算方法计算，可按与三轴等距的坐标计算方法计算。由于与二轴定距的传动轴坐标计算方法运用较多，下面简单介绍其计算步骤：计算公式如下：（如图4-4）文献[9]的171页。设图4-4轴和传动轴坐标关系则因为所以还原到X0Y坐标系中去，则c点坐标：根据文献[9]的70-74页三种计算传动轴坐标的方法，计算得到中间传动轴与油泵轴的坐标。左主轴箱传动轴坐标计算结果4.5.2在坐标计算完成后，绘制坐标及传动关系检查图，用以全面检查传动系统的正确性。坐标检查图的主要内容有：通过齿轮啮合，检查坐标位置是否正确；检查主轴转速及转向；进一步检查各零件间有无干涉现象；检查液压泵、分油器等附加机构的位置是否合适。绘制出的坐标检查图，如图4-5所示。4-5左主轴箱坐标检查图4.6齿轮的校核及参数的确定4.6.1齿轮的校核我们就以轴0和轴10啮合的一对齿轮为例。4.6.1.1因传递功率不大，转速不高，材料都采用45钢，锻造毛坯，大齿轮正火处理，小齿轮调质，均用软齿面。齿轮精度用8级，轮齿表面粗糙度为Ra1.6。软齿面闭式传动，失效形式为点蚀，考虑传动平稳性，齿数宜取多些，取z=29则与其啮合的齿数=4.6.11、设计准则按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。2、按齿面接触疲劳强度设计（4-12）（4-13）选取材料的接触疲劳极限应力为：选取材料的弯曲疲劳极限应力为：应力循环次数N由下式计算：N1=60n1at=60×960×1×(16×300×8)=2.23x109（4-14）则N2=N1/u=2.23x109/1.03=2.16x109选取接触疲劳寿命系数选取弯曲疲劳寿命系数选取接触疲劳安全系数，弯曲疲劳安全系数,又。选取=1.3按下式求许用接触应力和许用弯曲应力：（4-15）（4-16）（4-17）（4-18）将有关值代入下式得：（4-19）==58.97mm则：（4-20）（4-21）选取=1.12；选取=1.25；选取=1.05；取=1，则：==1.12×1.25×1.05×1=1.47（4-22）修正（4-23）(4-24）选取标准模数m=3mm。3)计算几何尺寸（4-25）（4-26）取=90mm4)校核齿根弯曲疲劳强度选取=4.35；=4.1；=0.7由下式校核大小齿轮的弯曲疲劳强度Mpa（4-27）=30.13MPa（4-28）所以合适。4.7箱体或前盖补充加工图大型标准主轴箱的大部分零件都是通用的，根据需要进行合理选用就行了。其箱体类零件（前盖，后盖，主轴箱箱体）虽然也是按系列化和通用原则设计的，但需要根据每个主轴箱的具体需要进行补充加工或修改模型及补充加工。所谓补充加工图，则是对基本零件图主要是通过箱体零件图的补充图或对已成型零件提出补充加工要求的图纸，仅补充机械加工内容的补充图叫作补充加工图。对于那些标准的或外购零，部件，当其局部不适用本主轴箱时，也可以采取补充加工的方法。其画法：用细实线把基本零件图上的主要图形画出，次要的图形、投影和一般的尺寸原则上可以不画和不标注。但是，为了表明零件的轮廓及与补充内容有关的位置尺寸关系，通常要把轮廓尺寸和有关位置尺寸标上。需要补充加工和修改模型的部位，要用粗实线画出，并标上要求的尺寸、粗糙度、技术要求等。5设计总结本次毕业设计的课题是“ZH1105柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体设计及左主轴箱设计”。为了在设计中更好的解决问题，同时为了增长见识，使理论更好地联系实际，我们进行了毕业实习。在实习的过程中，我门深入一线和工人师傅探讨有关问题，向工人师傅取经，收集了一些技术资料。本次设计的课题来源于江动集团，在领队老师的讲解下，我们对组合机床有了较深刻的认识，为我们更好地提高设计的质量奠定了基础。本次设计的时间总共为三个多月，设计的