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鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 目 錄 1 前言 .................................................................1 2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) .....................................................3 2.1 總體方案論證 .......................................................3 2.1.1 加工對(duì)象工藝性分析 ...............................................3 2.1.2 機(jī)床配置型式的選擇 ...............................................3 2.1.3 定位基準(zhǔn)的選擇 ...................................................3 2.2 確定切削用量及選擇刀具 .............................................4 2.2.1 選擇切削用量 .....................................................4 2.2.2 計(jì)算切削力、切削扭矩及切削功率 ...................................5 2.2.3 刀具耐用度的計(jì)算 .................................................7 2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) .....................................................7 2.3 三圖一卡設(shè)計(jì) .......................................................8 2.3.1 被加工零件工序圖 .................................................8 2.3.2 加工示意圖 .......................................................8 2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 ...................................................9 2.3.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 ................................................12 3 組合機(jī)床后主軸箱設(shè)計(jì) ................................................15 3.1. 繪制后主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 .......................................15 3.2 主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇及動(dòng)力計(jì)算 ......................................16 3.2.1 主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇 ..............................................16 3.2.2 主軸直徑和齒輪模數(shù)的初步確定 .....................................16 3.2.3 主軸箱動(dòng)力計(jì)算 ..................................................17 3.3 主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ........................................17 3.3.1 計(jì)算驅(qū)動(dòng)軸、主軸的坐標(biāo)尺寸 ......................................17 3.3.2 擬定主軸箱傳動(dòng)路線 ...............................................17 3.3.3 傳動(dòng)軸的位置和轉(zhuǎn)速及齒輪齒數(shù) .....................................18 3.4 主軸箱中傳動(dòng)軸坐標(biāo)的計(jì)算及傳動(dòng)軸直徑的確定 .........................19 3.4.1 傳動(dòng)軸坐標(biāo)的計(jì)算 ................................................19 3.4.2 傳動(dòng)軸軸徑的確定 ................................................20 3.5 軸的強(qiáng)度校核 ......................................................20 3.6 齒輪校核計(jì)算 ......................................................22 3.7 主軸箱中傳動(dòng)軸坐標(biāo)檢查圖的繪制 ....................................24 4 結(jié)論 ................................................................25 參考文獻(xiàn) ..............................................................26 致 謝 ..............................................................27 附 錄 ..............................................................28 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 1 1 前言 組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要,以大量通用部件為基礎(chǔ),配以少量專(zhuān)用部件 組成的一種高效的專(zhuān)用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或 多工位同時(shí)加工的方法，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件 已標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組 合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可 用來(lái)組成自動(dòng)生產(chǎn)線。組合機(jī)床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體的綜合自動(dòng)化程度 較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用,因而被廣 泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國(guó)傳統(tǒng)的組合 機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制,它的加工對(duì)象主要是生 產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類(lèi)和軸類(lèi)零件(近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件 等也占一定份額),完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔,加工各種螺紋、鏜孔、車(chē)端面和凸臺(tái),在 孔內(nèi)鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。組合機(jī)床的分類(lèi)繁多,有大型組 合機(jī)床和小型組合機(jī)床,有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式, 還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)式組合機(jī)床等;隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,一種新型的組合機(jī)床— —柔性組合機(jī)床越來(lái)越受到人們的青睞,它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼 隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換,配以可編程序控制器(ＰＬＣ)、數(shù)字控制(ＮＣ)等,能 任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合 機(jī)床。另外,近年來(lái)組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)(清洗機(jī)、裝 配機(jī)、綜合測(cè)量機(jī)、試驗(yàn)機(jī)、輸送線)等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來(lái)越大。 二十世紀(jì) 70 年代以來(lái)，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動(dòng)檢測(cè)和刀具 自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。組合機(jī)床未來(lái)的發(fā)展 將更多的采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠等傳動(dòng)，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)節(jié)拍；采 用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；以及納入 柔性制造系統(tǒng)等。 國(guó)內(nèi)組合機(jī)床近幾年取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在產(chǎn)業(yè)結(jié) 構(gòu)、產(chǎn)品水平、開(kāi)發(fā)能力、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、制造技術(shù)水平、勞動(dòng)生產(chǎn)率、國(guó)內(nèi)外市 場(chǎng)占有率等諸多方面尚存在不少差距。在組合機(jī)床方面，總體水平不高，國(guó)際 競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)，不能充分滿足國(guó)內(nèi)建設(shè)需要，關(guān)鍵技術(shù)過(guò)分依賴(lài)國(guó)外，自主發(fā)展 能力薄弱，高技能人才的比較優(yōu)勢(shì)有弱化的危險(xiǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，用戶服務(wù) 水平差距較大。 本次設(shè)計(jì)的課題是 ZH1105 柴油機(jī)氣缸蓋三面鉆擴(kuò)組合機(jī)床總體及后主軸箱 設(shè)計(jì)。該課題來(lái)源于江淮動(dòng)力集團(tuán)。該集團(tuán)生產(chǎn)的 S195 柴油機(jī)、ZH1105 柴油 機(jī)銷(xiāo)路十分走俏，市場(chǎng)需求量大，暢銷(xiāo)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)?，F(xiàn)在該集團(tuán)迫切需要改善 現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，進(jìn)行提高生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量方面的技術(shù)改造，使產(chǎn)品的 合格率上升，增加產(chǎn)量，適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，提高經(jīng)濟(jì)效益。 基于三維的柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及后主軸箱設(shè)計(jì) 2 本設(shè)計(jì)主要針對(duì) ZH1105 氣缸蓋鉆排氣道面上 2×M10—7H 螺紋底孔至 φ8.376，深 19mm，Ra6.3，各孔位置度公差為 φ 0.20mm；鉆井氣道上 4×M10－7H 螺紋底孔至 φ8.376，深 19mm，Ra 6.3，各孔位置度公差為 φ0.30mm；鉆 G3/8"放置螺塞底孔至 φ15.2mm 通孔，以上倒角均 C1，Ra 12.5。前面，后面，左面三個(gè)面上 7 個(gè)孔同時(shí)加工、生產(chǎn)率低、位置精度誤差 大的問(wèn)題而設(shè)計(jì)的，從而保證孔的位置精度、提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng) 度。由于柴油機(jī)機(jī)體需大批量生產(chǎn)，為了提高加工精度，降低成本，有必要設(shè) 計(jì)一種組合機(jī)床來(lái)滿足柴油機(jī)機(jī)體前后左三面同時(shí)鉆孔的需要。本次設(shè)計(jì)分總 體設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)、左軸箱設(shè)計(jì)、右軸箱設(shè)計(jì)及后主軸箱設(shè)計(jì)四部分。我主要 負(fù)責(zé)后主軸箱部分的設(shè)計(jì)，總體設(shè)計(jì)由我和另外三位同學(xué)共同完成。 設(shè)計(jì)該組合機(jī)床思路如下：仔細(xì)分析零件的特點(diǎn)，以確定零件合理可行的 加工方法（包括安排工序及工藝流程，確定工序中的工步數(shù)，選擇加工的定位 基準(zhǔn)及夾壓方案等） ，確定工序間加工余量，選擇合適的切削用量，確定組合機(jī) 床的配制形式；根據(jù)被加工零件的工藝要求確定刀具，再由刀具直徑計(jì)算切削 力，切削扭矩，切削功率，然后選擇各通用部件，最后按裝配關(guān)系組裝成組合 機(jī)床。 本說(shuō)明書(shū)以設(shè)計(jì)臥式三面鉆螺紋底孔組合機(jī)床為主線。在第 2 章中著重介 紹了組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)。在總體設(shè)計(jì)中，首先是被加工零件的工藝分析，然 后是總體方案的論證，在比較了許多方案之后，結(jié)合本道工序加工的特點(diǎn)最終 選擇臥式三面的機(jī)床配置型式。再結(jié)合本道工序的特點(diǎn)選擇刀具。根據(jù)選擇的 切削用量，計(jì)算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再確定刀具的大小和 型式。在確定這些設(shè)計(jì)計(jì)算后，然后是繪制組合機(jī)床的“三圖一卡”—被加工 零件工序圖、加工示意圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計(jì)算卡。在第 3 章中，主 要介紹了后主軸箱的設(shè)計(jì)，后主軸箱的設(shè)計(jì)是組合機(jī)床設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的組 成部分。后主軸箱設(shè)計(jì)時(shí)，首先確定繪制后主軸箱。設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖，接著對(duì) 主軸結(jié)構(gòu)型式選擇和動(dòng)力計(jì)算，然后對(duì)主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，最后 對(duì)軸和齒輪的強(qiáng)度進(jìn)行校核，繪制出主軸箱中傳動(dòng)軸坐標(biāo)檢查圖。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 3 2 組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 2.1 總體方案論證 2.1.1 加工對(duì)象工藝性的分析 A.本機(jī)床被加工零件特點(diǎn) 該加工零件為 ZH1105 柴油機(jī)氣缸蓋。材料 HT250，其硬度為 HB190—240， 重量 36.5Kg，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完畢。 B.本機(jī)床被加工零件的加工工序及加工精度 本道工序：鉆右面、左面、后面的孔，由本設(shè)備“ZH1105 氣缸蓋三面鉆組 合機(jī)床”完成，因此，本設(shè)備的主要功能是完成柴油機(jī)氣缸蓋右面、左面、后 面三個(gè)面上 7 個(gè)孔的加工。具體加工內(nèi)容及加工精度是： a. 鉆后面上 2 個(gè)孔鉆：鉆 2×M10—7H 螺紋底孔至 φ8.376，深 19mm，Ra6.3，各孔位置度公差為 φ0.20mm。 b.鉆右面上 4 個(gè)孔：4×M10－7H 螺紋底孔至 φ8.376，深 19mm，Ra 6.3，各孔位置度公差為 φ0.30mm。 c.鉆左面上 1 個(gè)孔： 鉆 G3/8"放置螺塞底孔至 φ15.2mm 通孔，Ra 6.3。 以上倒角均 C1，Ra 12.5。 2.1.2 機(jī)床配置型式的選擇 根據(jù)選定的工藝方案確定機(jī)床的配置型式，并定出影響機(jī)床總體布局和技 術(shù)性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案。既要考慮能實(shí)現(xiàn)工藝方案，以確保零件的精度、 技術(shù)要求及生產(chǎn)率，又要考慮機(jī)床操作方便可靠，易于維修，且潤(rùn)滑、冷卻、 排屑情況良好。對(duì)同一個(gè)零件的加工，可能會(huì)有各種不同的工藝方案和機(jī)床配 置方案，在最后決定采取哪種方案時(shí)，絕不能草率，要全面地看問(wèn)題，綜合分 析各方面的情況，進(jìn)行多種方案的對(duì)比，從中選擇最佳方案。 各種形式的單工位組合機(jī)床，具有固定式夾具，通常可安裝一個(gè)工件，特 別適用于大、中型箱體類(lèi)零件的加工。根據(jù)配置動(dòng)力部件的型式和數(shù)量，這種 機(jī)床可分為單面、多面復(fù)合式。利用多軸箱同時(shí)從幾個(gè)方面對(duì)工件進(jìn)行加工。 但其機(jī)動(dòng)時(shí)間不能與輔助時(shí)間重合，因而生產(chǎn)率比多工位機(jī)床低。 機(jī)床的配置型式主要有臥式和立式兩種。臥式組合機(jī)床床身由滑座、側(cè)底 座及中間底座組合而成。其優(yōu)點(diǎn)是加工和裝配工藝性好，無(wú)漏油現(xiàn)象；同時(shí)， 安裝、調(diào)試與運(yùn)輸也都比較方便；而且，機(jī)床重心較低，有利于減小振動(dòng)。其 缺點(diǎn)是削弱了床身的剛性，占地面積大。立式組合機(jī)床床身由滑座、立柱及立 柱底座組成。其優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，自由度大，操作方便。其缺點(diǎn)是機(jī)床重心 高，振動(dòng)大。 在認(rèn)真分析了被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所選擇的加工工藝方案，又由組合 基于三維的柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及后主軸箱設(shè)計(jì) 4 機(jī)床的特點(diǎn)及適應(yīng)性，確定設(shè)計(jì)的組合機(jī)床的配置型式為單工位臥式三面鉆組 合機(jī)床。 2.1.3 定位基準(zhǔn)的選擇 被加工零件為 ZH1105 柴油機(jī)氣缸蓋屬箱體類(lèi)零件，本工序加工為三面同時(shí) 鉆螺紋底孔，加工工序集中、精度要求高。由于箱體零件的定位方案一般有兩 種， “一面兩孔”和“三平面”定位方法。 A. “一面雙孔”的定位方法 它的特點(diǎn)是： a.可以簡(jiǎn)便地消除工件的六個(gè)自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 b.有同時(shí)加工零件五個(gè)表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各 面上孔的位置精度。 c.“一面雙孔”可作為零件從粗加工到精加工全部工序的定位基準(zhǔn)，使零 件整個(gè)工藝過(guò)程基準(zhǔn)統(tǒng)一，從而減少由基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來(lái)的累積誤差，有利于保證 零件的加工精度。同時(shí)，使機(jī)床各個(gè)工序（工位）的許多部件實(shí)現(xiàn)通用化，有 利于縮短設(shè)計(jì)、制造周期，降低成本。 d.易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化定位、夾緊，并有利于防止切削落于定位基面上。 B.“三平面”定位方法 它的特點(diǎn)是： a.可以簡(jiǎn)便地消除工件的六個(gè)自由度，使工件獲得穩(wěn)定可靠定位。 b.有同時(shí)加工零件兩個(gè)表面的可能，能高度集中工序。 一般情況下， “一面雙孔”是最常用的定位方案，即零件在機(jī)床上放置的底 面及底面上的兩個(gè)孔作為定位基準(zhǔn)，通過(guò)一個(gè)平面和兩個(gè)定位銷(xiāo)限制其六個(gè)自 由度。由于柴油機(jī)氣缸蓋底面有兩個(gè)孔，再通過(guò)底面這個(gè)平面就可限制氣缸蓋 六個(gè)自由度。初步擬定“一面雙孔”定位方法。 2.2 確定切削用量及選擇刀具 2.2.1 選擇切削用量 對(duì)于 7 個(gè)被加工孔，采用查表法選擇切削用量，從文獻(xiàn)[1]P.130 表 6-11 中選取。由于鉆孔的切削用量還與鉆孔深度有關(guān)，隨孔深的增加而逐漸遞減， 其遞減值按文獻(xiàn)[1]P.131 表 6-12 選取。降低進(jìn)給量的目的是為了減小軸向切 削力，以避免鉆頭折段。鉆孔深度較大時(shí)，由于冷卻排屑條件都較差，是刀具 壽命有所降低。降低切削速度主要是為了提高刀具壽命，并使加工較深孔時(shí)鉆 頭的壽命與加工其他淺孔時(shí)鉆頭的壽命比較接近。 切削用量選擇是否合理，對(duì)組合機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)率、刀具耐用度、 機(jī)床的布局形式及正常工作均有很大影響。組合機(jī)床多軸箱上所以的刀具共用 一個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力滑臺(tái)。查文獻(xiàn)[1]得硬度 HB190-240 時(shí)，高速鋼 鉆頭的切削用量如表 2-1： 表 2-1 高速鋼鉆頭切削用量 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 5 加工材料 加工直徑 （mm）1d切削速度 (m/min)v進(jìn)給量 (mm/r)f 190～240HBS 6～12 0.1～0.18鑄鐵 >12～22 10～18 >0.18～0.25 在選擇切削速度時(shí)，要求同一多軸箱上各刀具每分鐘進(jìn)給量必須相等并等 于滑臺(tái)的工進(jìn)速度 （單位為 mm/min）,因此，一般先按各刀具選擇較合理的fv 轉(zhuǎn)速 (單位為 r/min)和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 （單位為 mm/r） ，再根據(jù)其工作時(shí)間最長(zhǎng)、inif 負(fù)荷最重、刃磨較困難的所謂“限制性刀具”來(lái)確定并調(diào)整每轉(zhuǎn)進(jìn)給量和轉(zhuǎn)速， 通過(guò)“試湊法”來(lái)滿足每分鐘進(jìn)給量相同的要求，即 （2-fivnfn???21 1） 在選擇了轉(zhuǎn)速后就可以根據(jù)公式 （2-10dv?? 2） 選擇合理的切削速度。 A 右側(cè)面上 4 個(gè)孔的切削用量的選擇 4×M10 鉆至 4×Φ8.376，深 19， l=19mm 由 d＞6～12，硬度大于 190～240 HBS，選擇 v=10～18m/min, f ＞0.1～0.18mm/r,又 d=8.376mm,初選 n=533r/min, f =0.13mm/r,則由（2-2） 得： v=π ×8.376×533/1000=14m/min B.后側(cè)面上 2 個(gè)孔的切削用量的選擇 2×M10 鉆至 2×Φ8.376，深 19， l=19mm 由 d＞6～12，硬度大于 190～240 HBS，選擇 v=10～18m/min, f ＞0.1～0.18mm/r, 又 d=8.376mm, 初選 n=536r/min, f =0.13mm/r,則由（2- 2） 得： v=π ×8.376×536/1000=14.1m/min C.左側(cè)面上一個(gè)孔的切削用量的選擇 鉆 G3/8"放置螺塞底孔至 φ15.2mm 通孔 由 d＞12～22，硬度大于 190～240 HBS，選擇 v=10～18m/min, f ＞0.18～0.25mm/r, 又 d=15.2mm, 初選 n=335r/min, f =0.20mm/r,則由（2- 2） 得： v=π ×15.2×335/1000=16m/min 表 2-2 加工各個(gè)孔的進(jìn)給量，工進(jìn)速度及切削速度 孔徑 切削用量 8.376 8.376 15.2 基于三維的柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及后主軸箱設(shè)計(jì) 6 v (m/min) 14 14.1 16 f (mm/r) 0.13 0.13 0.20 n (r/min) 533 536 335 2.2.2 計(jì)算切削力、切削扭矩及切削功率 根據(jù)文獻(xiàn)[1]P.134 表 6-20 中公式 (2-3) 6.08.2HBDfF? (2-4)..91T (2-5)vP?740 式中， F ——切削力（N） ； T ——切削轉(zhuǎn)矩（Nmm） ； P ——切削功率（kW） ； v ——切削速度（m/min） ； f ——進(jìn)給量（mm/r） ； D ——加工（或鉆頭）直徑（mm） ； HB ——布氏硬度。 ，在本設(shè)計(jì)中，)(31minaxmaxHBHB?? ， ，得 HB=223。240maxHB90in 由以上公式可得： A 右側(cè)面上 4 個(gè)孔的切削用量的選擇 鉆 4×M10 鉆至 4×Φ8.376，深 19 由公式（2-3）得： 6.08.2HBDfF? =26×8.376×0.130.8×2230.6 = 1091.6 N 由公式（2-4）得： 6.08.9.1fM =10×8.3761.9×0.130.8×2230.6 = 2843.4 Nmm 由公式（2-5）得： DTvP???9740 = 283.176? =0.156 kW B.后側(cè)面上 2 個(gè)孔的切削用量的選擇 鉆 2×M10 鉆至 Φ8.376，深 19 由公式（2-3）得： 6.08.HBDfF? =26×8.376×0.130.8×2230.6 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 7 = 1091.6N 由公式（2-4）得： 6.08.9.1HBfDM? =10×8.3761.9×0.130.8×2230.6 =2843.4 Nmm 由公式（2-5）得： TvP??9740 = 283.16.? =0.157 kW C. 左側(cè)面上一個(gè)孔的切削用量的選擇 鉆 G3/8"放置螺塞底孔至 φ15.2mm 通孔 由公式（2-3）得： 6.08.2HBDfF? =26×15.2×0.200.8×2230.6 = 2796.1 N 由公式（2-4）得： 6.08.9.1fM =10×15.21.9×0.200.8×2230.6 =12452.2 Nmm 由公式（2-5）得： 9740TvPD??? = 125..731? =0.43 kW 表 2-3 加工各個(gè)孔的切削力、切削轉(zhuǎn)矩及切削功率 孔徑 F (N) M (Nmm) P (kW) 8.376 1091.6 2843.4 0.156 8.376 1096.6 2843.4 0.157 15.2 2796.1 12452.2 0.43 2.2.3 刀具耐用度的計(jì)算 確定刀具耐用度，用以驗(yàn)證選用量或刀具是否合理，刀具的耐用度至少大 于 4 個(gè)小時(shí)。查閱文獻(xiàn)[2]中公式： （2-6） 83.15.0296???????HBvfDT 式中： —— 刀具耐用度，單位 min； —— 鉆頭直徑，單位 mm； 基于三維的柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及后主軸箱設(shè)計(jì) 8 —— 切削速度，單位 m/min；v —— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，單位 mm/r；f —— 布氏硬度。HB 選擇 Φ8.376mm 的鉆頭進(jìn)行計(jì)算： 80.250.25.13.1396968748.DTvf????????????????min 根據(jù)計(jì)算，所得刀具耐用度滿足要求。 2.2.4 選擇刀具結(jié)構(gòu) 根據(jù)工藝要求及加工精度的要求，加工 7 個(gè)孔的刀具均采用標(biāo)準(zhǔn)錐柄長(zhǎng)麻 花鉆。 2.3 三圖一卡設(shè)計(jì) 2.3.1 被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床（或自 動(dòng)線）上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求， 加工用的定位基準(zhǔn)、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機(jī)床加工前 加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設(shè)計(jì)研制合同外，它是組合機(jī)床設(shè) 計(jì)的具體依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗(yàn)機(jī)床精度的重要文件。 a.被加工零件 名稱(chēng)及編號(hào)：氣缸蓋 ZH1105 材料及硬度：HT250 HB190—240 重量 12Kg。 b.定位基準(zhǔn)及夾壓點(diǎn)的選擇 針對(duì)機(jī)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用“一面雙孔”定位基準(zhǔn)。 c.圖中符號(hào) ↓夾緊點(diǎn) 定位基面 2.3.2 加工示意圖 加工示意圖是在工藝方案和機(jī)床總體方案初步確定的基礎(chǔ)上繪制的。是表 達(dá)工藝方案具體內(nèi)容的機(jī)床工藝方案圖。零件加工的工藝方案要通過(guò)加工示意 圖反映出來(lái)。加工示意圖表示被加工零件在機(jī)床上的加工過(guò)程，刀具、輔具的 布置狀況以及工件、夾具、刀具等機(jī)床各部件間的相對(duì)位置關(guān)系，機(jī)床的工作 行程及工作循環(huán)等。 A.刀具的選擇 在編制加工示意圖的過(guò)程中，首先是對(duì)刀具進(jìn)行選擇。一臺(tái)機(jī)床刀具的選 擇是否合理，直接影響到機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)率和工作情況。因而正確選擇 刀具是一個(gè)相當(dāng)重要的工作。刀具的選擇要考慮到工件加工尺寸精度、表面粗 糙度、切屑的排除及生產(chǎn)率要求等因素。鉆孔刀具其直徑應(yīng)與加工終了時(shí)刀具 螺紋螺旋槽后端和導(dǎo)向套外端有一定的距離。 刀具直徑的選擇應(yīng)與加工部位尺寸、精度相適應(yīng)。孔 Φ8.376 選擇刀具 Φ8.376G7；孔 Φ8.376 選擇刀具 Φ8.376G7；孔 Φ15.2 選擇刀具 Φ15.2G7。 B.導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 9 組合機(jī)床鉆孔時(shí)，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的導(dǎo)向裝置來(lái)保證的。 導(dǎo)向裝置的作用是：保證刀具相對(duì)工件的正確位置；保證刀具相互間的正確位 置；提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。 本課題中加工 7 個(gè)孔時(shí)，由于是大批大量生產(chǎn)，考慮到當(dāng)導(dǎo)套磨損時(shí)，便 于更換，避免使整個(gè)鉆模板報(bào)廢，以節(jié)約成本，所以導(dǎo)向裝置選用可換導(dǎo)套。 對(duì)于加工 Φ8.376 孔，選擇的導(dǎo)套尺寸為：D=18 mm，D1=25 mm，D2=30 mm，L=25 mm， 對(duì)于加工 Φ8.376 孔，選擇的導(dǎo)套尺寸為：D=18mm，D1=25 mm，D2=30 mm，L=25 mm， 對(duì)于加工 Φ15.2 孔，選擇的導(dǎo)套尺寸為：D=30 mm，D1=40 mm，D2=50 mm，L=35 mm， C.確定主軸、尺寸、外伸尺寸 在該課題中，主軸用于鉆孔，選用滾珠軸承主軸。又因?yàn)楦?dòng)卡頭與刀具 剛性連接，所以該主軸屬于長(zhǎng)主軸。故本課題中的主軸均為滾珠軸承長(zhǎng)主軸。 根據(jù)由選定的切削用量計(jì)算得到的切削轉(zhuǎn)矩 T，由[1]P.43 公式 (2-7)410dB? 式中， d—軸的直徑（㎜） ； T—軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩（Nm） ； B—系數(shù)，本課題中主軸為非剛性主軸，取 B=6.2。 由公式可得： 軸 1～4 d=30 mm 軸 5～6 d=30 mm 軸 7 d=38 mm 查[1]P.44 表 3-6 可得到主軸外伸尺寸及接桿莫氏圓錐號(hào)。主軸軸徑 d=30mm 時(shí)，主軸外伸尺寸為： L=115mm；接桿莫氏圓錐號(hào)為１。主軸軸徑 d=38mm 時(shí)，主軸外伸尺寸為： L=115mm；接桿莫氏圓錐號(hào)為 2。 D.動(dòng)力部件工作循環(huán)及行程的確定 a.工作進(jìn)給長(zhǎng)度 的確定工 工作進(jìn)給長(zhǎng)度 ，應(yīng)等于加工部位長(zhǎng)度 L（多軸加工時(shí)按最長(zhǎng)孔計(jì)算）與L工 刀具切入長(zhǎng)度 和切出長(zhǎng)度 之和。切入長(zhǎng)度一般為 5～10mm，根據(jù)工件端面12 的誤差情況確定。由于加工的孔均為螺紋底孔，即盲孔，所以各個(gè)孔的切出長(zhǎng) 度均為零。兩個(gè)面上鉆孔時(shí)的工作進(jìn)給長(zhǎng)度見(jiàn)下表： 表 2-4 工作進(jìn)給長(zhǎng)度 L 1d 2L工 左主軸箱 22 8 15.2 右主軸箱 19 8 8.376 基于三維的柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及后主軸箱設(shè)計(jì) 10 后主軸箱 19 8 8.376 b.進(jìn)給長(zhǎng)度的確定 快速進(jìn)給是指動(dòng)力部件把刀具送到工作進(jìn)給位置。初步選定三個(gè)主軸箱上 刀具的快速進(jìn)給長(zhǎng)度都為 140mm。 c.快速退回長(zhǎng)度的確定 快速退回長(zhǎng)度等于快速進(jìn)給和工作進(jìn)給長(zhǎng)度之和。由已確定的快速進(jìn)給和 工作進(jìn)給長(zhǎng)度可知，三面快速退回長(zhǎng)度為 170mm。 d.動(dòng)力部件總行程的確定 動(dòng)力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。三面的前備量取 30mm，后 備量取 130mm，則總行程為 330mm。 2.3.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖是用來(lái)表示機(jī)床的配置型式、主要構(gòu)成及各部件安裝位置、 相互聯(lián)系、運(yùn)動(dòng)關(guān)系和操作方位的總體布局。用以檢驗(yàn)各部件相對(duì)位置及尺寸 聯(lián)系是否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適；它為多軸箱、夾具等專(zhuān)用部 件設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)；它可以看成是簡(jiǎn)化的機(jī)床總圖。 1 選擇動(dòng)力部件 A.動(dòng)力滑臺(tái)形式的選擇 本組合機(jī)床采用的是液壓滑臺(tái)。與機(jī)械滑臺(tái)相比較，液壓滑臺(tái)具有如下優(yōu) 點(diǎn)：在相當(dāng)大的范圍內(nèi)進(jìn)給量可以無(wú)級(jí)調(diào)速；可以獲得較大的進(jìn)給力；由于液 壓驅(qū)動(dòng)，零件磨損小，使用壽命長(zhǎng)；工藝上要求多次進(jìn)給時(shí)，通過(guò)液壓換向閥， 很容易實(shí)現(xiàn)；過(guò)載保護(hù)簡(jiǎn)單可靠；由行程調(diào)速閥來(lái)控制滑臺(tái)的快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，轉(zhuǎn) 換精度高，工作可靠。但采用液壓滑臺(tái)也有其弊端，如：進(jìn)給量由于載荷的變 化和溫度的影響而不夠穩(wěn)定；液壓系統(tǒng)漏油影響工作環(huán)境，浪費(fèi)能源；調(diào)整維 修比較麻煩。本課題的加工對(duì)象是 ZH1105 柴油機(jī)氣缸蓋三個(gè)面上的 7 個(gè)孔，位 置精度和尺寸精度要求較高，因此采用液壓滑臺(tái)。 由此，根據(jù)已定的工藝方案和機(jī)床配置形式并結(jié)合使用及修理等因素，確 定機(jī)床為臥式雙面單工位液壓傳動(dòng)組合機(jī)床，液壓滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，選 用配套的動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)主軸箱鉆孔主軸。 B.動(dòng)力滑臺(tái)型號(hào)的選擇 a.根據(jù)選定的切削用量計(jì)算得到的單根主軸的進(jìn)給力，按文獻(xiàn)[1] P.62 式 （2-8）?? niF1多 軸 箱 式中， —各主軸所需的 向切削力，單位為 N。則i 左主軸箱 .2796 右主軸箱 F4.36.104??多 軸 箱 后主軸箱 29多 軸 箱 實(shí)際上,為克服滑臺(tái)移動(dòng)引起的摩擦阻力，動(dòng)力滑臺(tái)的進(jìn)給力應(yīng)大于 。F多 軸 箱 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 11 b.進(jìn)給速度 V 左= n1xf=335x0.20=67 V 右= n2xf=533x0.13=69.3 V 后= n3xf=536x0.13=70 c.最大行程 L=400mm d.動(dòng)力滑臺(tái)導(dǎo)軌型式 動(dòng)力滑臺(tái)導(dǎo)軌組合有“矩—矩”和“矩—心”兩種型式。前者一般多用于 帶導(dǎo)向刀具進(jìn)行加工的機(jī)床及其他粗加工機(jī)床，后者主要用于不帶導(dǎo)向的剛性 主軸加工及其它精加工機(jī)床。由此可知，本機(jī)床選用“矩—矩”式最合適。 考慮到所需的進(jìn)給力、最小進(jìn)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(xiàn)[1]P.91 表 5-1，左、右兩面的液壓滑 臺(tái)均選用 1HY40IA 型。臺(tái)面寬 500mm，臺(tái)面長(zhǎng) 1000mm,行程長(zhǎng) 400mm，滑臺(tái)及滑 座總高 320mm,滑座長(zhǎng) 1240mm，允許最大進(jìn)給力 32000N，快速行程速度 6.3m/min，工進(jìn)速度 10～350mm/min。 C.動(dòng)力箱型號(hào)的選擇 由切削用量計(jì)算得到的各主軸的切削功率的總和 ，根據(jù)[1]P.47 頁(yè)公P切 削 式 （2-9）?切 削多 軸 箱 P? 式中, —消耗于各主軸的切削功率的總和（kW） ；P切 削 —多軸箱的傳動(dòng)效率,加工黑色金屬時(shí)取 0.8～0.9，加工有色金屬? 時(shí)取 0.7～0.8；主軸數(shù)多、傳動(dòng)復(fù)雜時(shí)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(dòng)復(fù)雜，故取 。8.0?? 左主軸箱： P 切削=0.43140.736.10246.598kWniP?????切 削 則 P=0.43\0.8=054.598.kW多 軸 箱 右主軸箱： P 切削=0.156*4=0.624160.14.356.184kniP????切 削 則 P 多軸箱=0.624\0.8=0.783.8.9k多 軸 箱 基于三維的柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及后主軸箱設(shè)計(jì) 12 根據(jù)液壓滑臺(tái)的配套要求，滑臺(tái)額定功率應(yīng)大于電機(jī)功率的原則，查[1] P.114～115 表 5-38 得出動(dòng)力箱及電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 表 2-5 動(dòng)力箱及電動(dòng)機(jī)的型號(hào)選擇 動(dòng)力箱型號(hào) 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 電動(dòng)機(jī)功率 (kW) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 (r/min) 輸出軸轉(zhuǎn)速 (r/min) 左主軸箱 1TD25 Y132S-4 5.5 1440 720 右主軸箱 1TD25 Y132S-4 5.5 1440 720 后主軸箱 1TD25 Y132S-4 5.5 1440 720 D.配套通用部件的選擇 側(cè)底座 1CC401，其高度 H=560mm，寬度 B=600mm，長(zhǎng)度 L=1350mm。根據(jù)夾 具體的尺寸，自行設(shè)計(jì)中間底座。 2 確定機(jī)床裝料高度 H 裝料高度是指機(jī)床上工件的定位基準(zhǔn)面到地面的垂直距離。本課題中，工 件最低孔位置 ，主軸箱最低主軸高度 ，所選滑臺(tái)與滑座總21mh?130mh? 高 ，側(cè)底座高度 ，夾具底座高度 ，中間底座304560h?58 高度 ，綜合以上因素，該組合機(jī)床裝料高度取 H=1000mm。65 3 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 。主軸箱1h 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(guān)，可按下式計(jì)算： （2-10）12b?? （2-11）h 式中， b—工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（mm） ； —最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（mm） ；1 h—工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（mm） ； —最低主軸高度（mm） 。1 其中， 還與工件最低孔位置（ ） 、機(jī)床裝料高度（ H=1000mm） 、21mh? 滑臺(tái)滑座總高（ ） 、側(cè)底座高度（ ） 、滑座與側(cè)底座之間320mh?4560 的調(diào)整墊高度（ ）等尺寸有關(guān)。對(duì)于臥式組合機(jī)床， 要保證潤(rùn)滑油75 1h 不致從主軸襯套處泄漏箱外，通常推薦 ，本組合機(jī)床按式18~h? 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 13 （2-12）12374(0.5)hHh??? 計(jì)算，得： 。9.m ,取 ，則求出主軸箱輪廓尺寸：407,6b?1b B=398mm 1529.0385.mHh???? 根據(jù)上述計(jì)算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定主軸箱輪廓尺寸為 B×H=400mm×400mm。 2.3.4 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 已知：工作行程為 180mm 進(jìn)刀量為 7500mm /min 機(jī)動(dòng)時(shí)間 3.05min 裝卸工件時(shí)間 0.8min 單件工時(shí) 3.894min/件 a.理想生產(chǎn)率 Q（件/h） 理想生產(chǎn)率是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)（包括備品及廢品率）所要求的機(jī)床生產(chǎn) 率。用《組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》P.51 公式 （2-13）ktN? 計(jì)算，式中， N—年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件） ，本課題中 N=30000 件； —全年工時(shí)總數(shù)，本課題以單班 7 小時(shí)計(jì)，則 。kt 2350kth? 則 htQk /7.12350件? b.實(shí)際生產(chǎn)率 Q1（件/ h） 實(shí)際生產(chǎn)率是指所設(shè)計(jì)的機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可生產(chǎn)的零件數(shù)量。即公式[1] P.51 （2-14）單TQ601? 式中， —生產(chǎn)一個(gè)零件所需時(shí)間（min） 。T單 則 hQ/41.589.3601件單 ?? c.機(jī)床負(fù)荷率 ? 機(jī)床負(fù)荷率為理性生產(chǎn)率與實(shí)際生產(chǎn)率之比。即公式[1]P.52 基于三維的柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及后主軸箱設(shè)計(jì) 14 （2-15） 1Q?? 則 %8.241.571?Q? 生產(chǎn)率計(jì)算卡見(jiàn)表 2-6。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 15 表 2-6 生產(chǎn)率計(jì)算卡 圖號(hào) --- 毛坯種類(lèi) 鑄件 名稱(chēng) 柴油機(jī)氣缸蓋 毛坯重量被加工零件 材料 HT250 硬度 190～240HBS 工序名稱(chēng) 三面鉆孔 工序號(hào) 工時(shí)(min) 序 號(hào) 工步 名稱(chēng) 被加 工零 件數(shù) 量 加工 直徑 (mm) 加工 長(zhǎng)度 (mm) 工作 行程 (mm) 切削 速度 (m/ min) 每分 鐘轉(zhuǎn) 速 (r/ min) 進(jìn)給 量 (mm/ r) 進(jìn)給速 度 (mm /min) 機(jī)加工 時(shí)間 輔助 時(shí)間 共計(jì) 1 裝卸工件 1 0.8 0.8 右滑臺(tái)快進(jìn) 150 左滑臺(tái)快進(jìn) 140 7500 0.02 0.02 左軸箱工進(jìn) (鉆孔 15.2) 30 16 335 0.2 16.6 1.81 右多軸箱工進(jìn) 30 14 533 0.13 13.1 2.29 2.29 后多軸箱工進(jìn) 30 14.1 536 0.13 20 1.5 左右滑臺(tái)快 退 180 7500 0.024 0.024 總計(jì) 3.134min 單件工時(shí) 3.134min 機(jī)床生產(chǎn)率 19.14 件/h 備 注 裝卸工件時(shí)間取決于操作者熟練程度,本機(jī)床計(jì)算時(shí)取 0.8min 機(jī)床負(fù)荷率 83.5% 基于三維的柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及后主軸箱設(shè)計(jì) 16 3 組合機(jī)床后主軸箱設(shè)計(jì) 主軸箱是組合機(jī)床的部件之一，它的功用是根據(jù)被加工零件的加工要求， 將電機(jī)和動(dòng)力箱部件的功率和運(yùn)動(dòng)，通過(guò)按一定速比排布的傳動(dòng)齒輪傳遞給各 主軸，使其能按要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向帶動(dòng)刀具進(jìn)行切削。 3.1 繪制后主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 主軸箱的設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”整理編繪出來(lái)的，其內(nèi)容包 括主軸箱設(shè)計(jì)的原始要求和已知條件。 在編制此圖時(shí)從“三圖一卡”中已知 a) 主軸箱輪廓尺寸:400×400×400； b) 工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸； c) 工件和主軸箱相對(duì)位置尺寸。 根據(jù)以上依據(jù)編制出的主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖 3-1： 附表： a) 被加工零件 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 17 名稱(chēng)：氣缸蓋 材料：HT250 硬度：187～255HBS b) 主軸外伸長(zhǎng)度及切削用量 表 3-1 主軸外伸長(zhǎng)度及切削用量 主軸外伸尺 寸（mm） 軸號(hào) 加工直 徑 （mm） 主軸直 徑 （mm） D/d L 切削速度 v（m/min ） 轉(zhuǎn)速 n（r/min ） 每轉(zhuǎn)進(jìn) 給量 f（mm/r ） 1～6 Ф30 Ф40 65/44 135 20 220 0.2 1TD50Ⅳ動(dòng)力箱電動(dòng)機(jī)功率 1.5kW，轉(zhuǎn)速 1460r/min,驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 730r/min，驅(qū)動(dòng)軸到滑臺(tái)表面距離為 159.5mm，其他尺寸可查動(dòng)力箱裝配圖。 3.2 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇及動(dòng)力計(jì)算 3.2.1 主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇 主軸結(jié)構(gòu)型式由零件加工工藝決定，并應(yīng)考慮主軸的工作條件和受力情況。 因本工序是對(duì)氣缸蓋進(jìn)行鉆孔，因此選用滾珠軸承主軸結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)前支承 為推力球軸承和向心球軸承,后支承為向心球軸承或圓錐滾子軸承.因推力球軸 承設(shè)置在前端,能承受單方向的軸向力,適用于鉆孔主軸。 本主軸是屬外伸長(zhǎng)度為 135mm 長(zhǎng)主軸與刀具剛性連接，配置的單導(dǎo)向用于 鉆孔。 3.2.2 主軸直徑和齒輪模數(shù)的初步確定 a) 主軸直徑 初步主軸直徑已在編制“三圖一卡”時(shí)完成，由此可知主軸直徑 d=40mm。 b) 齒輪的模數(shù) 主軸直徑已在總體設(shè)計(jì)部分初步確定 齒輪模數(shù) m（單位為 mm）一般用類(lèi)比法確定，也可由查得的公式估算， 即 (3-1)3)2~0(znp? 式中，P—齒輪所傳遞的功率，單位為 KW； z—一對(duì)嚙合齒輪中的小齒輪齒數(shù)； n—小齒輪的轉(zhuǎn)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(chǎn)，同一 基于三維的柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及后主軸箱設(shè)計(jì) 18 主軸箱中的模數(shù)規(guī)格不要多于兩種。由于本主軸箱為鉆孔主軸箱，主軸轉(zhuǎn)速誤 差較小，且加工孔的位置比較集中，可以根據(jù)實(shí)際需要選出齒輪模數(shù)為 3、4 兩 種。 該主軸箱中兩條主要傳動(dòng)鏈中的齒輪，由于往往和多個(gè)齒輪同時(shí)嚙合，受 力較復(fù)雜，且往往速度較低，受力較大，所以選用大一點(diǎn)的模數(shù)，而對(duì)其它一 些齒輪可選小一些，如取 m=3,m=4, 具體各齒輪的模數(shù)如圖 4 所示。 3.2.3 主軸箱動(dòng)力計(jì)算 因所有主軸均用于鉆孔，所以均選用有推力軸承的主軸，主軸箱所需動(dòng)力 見(jiàn)機(jī)床的總體設(shè)計(jì)，此處不在贅述。 3.3 主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.3.1 計(jì)算驅(qū)動(dòng)軸、主軸的坐標(biāo)尺寸 根據(jù)原始依據(jù)圖 3-1，計(jì)算驅(qū)動(dòng)軸、主軸的坐標(biāo)尺寸，如表 4-2 所示： 表 3-2 驅(qū)動(dòng)軸、主軸坐標(biāo)值 坐標(biāo) 驅(qū)動(dòng)軸 O 主軸 1 主軸 2 主軸 3 X 135.000 111.000 165.000 108.000 Y 222.000 120.000 54.000 63.000 3.3.2 擬訂主軸箱傳動(dòng)路線 在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，要盡可能用較少的傳動(dòng)件，使數(shù)量較多的主軸獲的預(yù) 定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，因此在設(shè)計(jì)時(shí)單一應(yīng)用計(jì)算或作圖的方法就難以達(dá)到要求， 現(xiàn)在一般采用“計(jì)算、作圖和試湊”相結(jié)合的辦法來(lái)設(shè)計(jì)。 a) 分析主軸的位置 該主軸箱中的主軸 1 軸、2 軸、3 軸、可看成直線分布，用 4 軸和 5 軸來(lái)帶 動(dòng)。 該主軸箱是用多根中間軸帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其傳動(dòng)路線如下： 驅(qū)動(dòng)軸 0→軸 5→軸 4→軸 1→軸 3→軸 2 b)傳動(dòng)比的選擇 為了使結(jié)構(gòu)緊湊，多軸箱內(nèi)齒輪傳動(dòng)比一般選在 1～1.5，但在多軸箱后蓋 內(nèi)齒輪傳動(dòng)比允許取至 ，盡量避免用升速傳動(dòng)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速較低時(shí)，5.31~ 允許先升速后在降一些，使傳動(dòng)鏈前面的軸、齒輪轉(zhuǎn)矩較小，結(jié)構(gòu)緊湊，但空 轉(zhuǎn)功率損失隨之增加，故要求升速傳動(dòng)比小于等于 2；為使主軸上的齒輪不過(guò) 大，最后一級(jí)經(jīng)常采用升速傳動(dòng)。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 19 用于粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡可能設(shè)置在第Ⅰ排，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變 形；精加工主軸上的齒輪，應(yīng)設(shè)置在第Ⅲ排，以減少主軸端的彎曲變形。多軸 箱內(nèi)具有粗精加工主軸時(shí)，最好從動(dòng)力箱驅(qū)動(dòng)軸齒輪傳動(dòng)開(kāi)始，就分兩條傳動(dòng) 路線，以免影響加工精度。 據(jù)此，本主軸箱為了使主軸上齒輪直徑小些，所以先由第Ⅱ、Ⅲ、IV 排齒 輪減速，然后再由箱體內(nèi)最后一級(jí)齒輪升速，獲的所需的主軸轉(zhuǎn)速，這樣結(jié)構(gòu) 較為合理緊湊。 3.3.3 傳動(dòng)軸的位置和轉(zhuǎn)速及齒輪齒數(shù) 本主軸箱內(nèi)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是按“計(jì)算、作圖和試湊”的一般方法來(lái)確定 齒輪齒數(shù)、中間傳動(dòng)軸的位置和轉(zhuǎn)速，在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)反復(fù)試湊和畫(huà)圖，才 最后確定了齒輪的齒數(shù)和中間設(shè)計(jì)軸的位置。為滿足齒輪的嚙合關(guān)系，有些齒 輪采用了變位齒輪來(lái)保證中心距的要求。 3.3.3.1 由各主軸及驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速求驅(qū)動(dòng)軸到各主軸之間的傳動(dòng)比 主軸 n1=n2=n3=534r/min 驅(qū)動(dòng)軸 n0=1400r/min 各主軸總傳動(dòng) i=534/1400=0.38 3.3.3.2 確定中間傳動(dòng)軸的位置并配各對(duì)齒輪 傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式查得如下： （3-主從從主 nzu? 2） （3-）（ 從主mA?2 3） （3-主從從從主 znu? 4） （3-從主主主從 zn 5） （3-）（）（ 從主從主 umAnzmAz ????1212 6） 基于三維的柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及后主軸箱設(shè)計(jì) 20 （3-）（）（ 主從主從 uAnmzAz ????122 7） 式中，u—嚙合齒輪副傳動(dòng)比 ； —分別為主動(dòng)和從動(dòng)齒輪齒數(shù)；從主 、 z —分別為主動(dòng)和從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速，單位為 r/mm；從主 、 n A—齒輪嚙合中心距，單位為 mm； m—齒輪模數(shù)，單位 mm； a) 確定傳動(dòng)軸 4 的位置及與主軸 1、2 間的齒輪副齒數(shù)，傳動(dòng)軸 4 的位置 在主軸 1 和 2 的垂直平分線上，垂直方向位置待齒數(shù)確定后便可確定。 由 ，取 ，則 ，取 m=3mm，則 A= '4, 20.65zi??216z?'230z?3()14?? mm，由 A= mm，則 。2.37()14mz??430z? b) 估算傳動(dòng)軸 4 和傳動(dòng)軸 5 的中心距 A=70mm，取 m=3mm，再由 ， '44551zi?? 可求得： 。'4538,z? c)估算主軸 1 和傳動(dòng)軸 4 的中心距 A=60mm,取 m=3mm，再由 ，可求得： 。 44110.75iz??10,3z? d )用上述同樣的方法估算出主軸 3 上齒輪的齒數(shù) 。340z? 3.3.3.3 驗(yàn)算各主軸轉(zhuǎn)速12340217./min83021.4/in86nrr??? 轉(zhuǎn)速相對(duì)損失在 5%以?xún)?nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 21 3.4 主軸箱中傳動(dòng)軸坐標(biāo)的計(jì)算及傳動(dòng)軸直徑的確定 3.4.1 傳動(dòng)軸坐標(biāo)的計(jì)算 軸（4）： 324296X???? 3tan8.90.85XYY?? 驗(yàn)： ，4242()1mzA? 而 ???24241.36????實(shí) 圖 3-2 ,該中心距誤差很小在 0.001～0.009mm 之間，可1.03610.36A? 不用變位齒輪。 軸（5）： 545492X???? 4tan02.78YY? 驗(yàn)： ，4545()17mzA? 而 ????22414.0X????-實(shí) 圖 3-3 ，該中心距誤差很小在 0.001～0.009mm 之間，17.0210.A? 可不用變位齒輪。 3.4.2 傳動(dòng)軸軸徑的確定 （3-nUTT???21總 8） 軸（4）： ，查表 3-4，得 。416.30.7896.i Nm??? 40dm? 軸（5）： ，查表 3-4，得 。5245203T? 5 3.5 軸的強(qiáng)度校核 在主軸箱中不管是主軸還是傳動(dòng)軸，它們的直徑都是按照扭轉(zhuǎn)剛度條件， 根據(jù)其所受扭矩，由表 3-4 選取的，所以它們的剛度都滿足要求。這里只對(duì)相 對(duì)較為危險(xiǎn)的軸進(jìn)行強(qiáng)度的校核計(jì)算。 基于三維的柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及后主軸箱設(shè)計(jì) 22 由于 1～6 軸鉆孔直徑最大為 Ф30，所受的切削力較大，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較危 險(xiǎn)，又因?yàn)?1～6 軸徑一樣，鉆孔直徑一樣。故任選 1 軸進(jìn)行校核。 軸（6）：T=46423N·m，軸上齒輪 z=40，模數(shù) m=3，則 d=mz=3×40=120mm， N， N。2437.210tTFd???tan2073.tan2081.63rF????? 軸的支點(diǎn)位置：參見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)圖 11.18，由 32208 圓錐滾子軸承查手冊(cè)，得9am 齒寬中心距左支點(diǎn)距離： 23(8.519).Lm?? 齒寬中點(diǎn)距右支點(diǎn)距離： 34045?? 左支點(diǎn)水平面的支反力： 312.73.2, 5.81tDNHLFMN???? 右支點(diǎn)水平面的支反力： 2385..0, 0.9tB?? 左支點(diǎn)垂直面的支反力： 31241..692.37rNVLFN?? 右支點(diǎn)垂直面的支反力： 2385..18.rV?? 截面 C 處水平面彎距： 12..267HNMFLN? 截面 C 處垂直面彎距： 239085.5.41V m??? 截面 C 處合成彎距： 22211267.6304.89HV N??? 截面 C 處計(jì)算彎距：考慮啟動(dòng)、停機(jī)影響，扭矩為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，a=0.6， 221()304.5(.643)615.caMT m????? 截面 C 處計(jì)算應(yīng)力： 3232().1(0), .436125..78cacadbtWNPa??????其 中 強(qiáng)度校核：45 鋼調(diào)質(zhì)處理，由機(jī)械設(shè)計(jì)表 11.2 查得 ，??160MPa?????1c??? 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 23 彎扭合成強(qiáng)度滿足要求。 以下為軸的受力簡(jiǎn)圖、受力彎矩圖及扭矩圖： 圖 3-8 軸的受力圖 3.6 齒輪校核計(jì)算 在初步擬訂多軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)后，還要對(duì)危險(xiǎn)齒輪進(jìn)行校核計(jì)算，尤其是對(duì) 低速級(jí)齒輪或齒根到鍵槽距離較低的齒輪以及轉(zhuǎn)矩較大的齒輪。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn) 12 軸上的齒輪較危險(xiǎn)，故對(duì)其進(jìn)行校核。 已選定齒輪采用 45 鋼，齒輪精度用 8 級(jí)，表面粗糙度為 ，對(duì)于需校2.3aR 核的一對(duì) 1、4 軸上的齒輪，齒數(shù)分別為 ， ，模數(shù)為 3，傳動(dòng)比246z?70z 基于三維的柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及后主軸箱設(shè)計(jì) 24 ，扭矩 T=60.536N·m。30.654i? a) 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，在按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。 b) 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 （3-?? 2131()HEt dZKTud??????????? 9） 式中： —節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，用來(lái)考慮節(jié)點(diǎn)齒廓形狀對(duì)接觸應(yīng)力的影響，其值查H 圖 7-15，取 =2.5；HZ —材料系數(shù)，單位為 ，查表 7-5，取 189.8 ；EMPaMPa —重合度系數(shù)，取 =0.90；? ? —齒寬系數(shù)，其值可查表 7-7，取 =0.9；d?d? u—齒數(shù)比，其值為大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比