缸蓋臥式雙面16軸鉆孔、鉸孔組合機床的總體設(shè)計及7軸左主軸箱設(shè)計

1、 密級： 絕密 科學(xué)技術(shù)學(xué)院NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OFSCIENCE AND TECHNOLOGY 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 THESIS OF BACHELOR（2012 2016年）題 目: 缸蓋臥式雙面16軸鉆孔、鉸孔組合機床的總體設(shè)計及7軸左主軸箱設(shè)計學(xué) 科 部： 理工學(xué)科部 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 機制121班 學(xué) 號： 7011212031 學(xué)生姓名： 呂盼輝 指導(dǎo)教師： 魏斯亮 起訖日期： 2015年11月2016年6月 目錄摘要Abstract第一章 緒論11.1 選題的依據(jù)及意義11.2 組合機床發(fā)展趨勢1第二章 機床的總體

2、設(shè)計22.1 對工件的分析22.2 工件定位基準的確定22.3 本工序內(nèi)容22.4 組合機床配置形式22.5 刀具及切削用量的選擇22.6 選擇切削用量42.7 計算切削力 Fn、扭矩Tn、切削功率Pn52.8 三圖一卡工序圖62.9 三圖一卡加工示意圖62.10 三圖一卡尺寸聯(lián)系總圖9第三章 組合機床多軸箱的設(shè)計113.1 多軸箱組成和結(jié)構(gòu)113.2 如何設(shè)計多軸箱113.2.1 第一步畫出原始依據(jù)圖113.2.2 第二步主軸類型、采用的m123.2.3 第三步傳動設(shè)計133.2.4 多軸箱總圖15結(jié)論18參考文獻（References）19致謝20缸蓋臥式雙面16軸鉆孔、鉸孔組合機床的總體

3、設(shè)計及7軸左主軸箱設(shè)計專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)號：7011212031 姓名：呂盼輝 指導(dǎo)老師：魏斯亮摘要：自二十世紀70年代以來，組合機床逐漸開始從汽車工業(yè)走向了其他各種制造領(lǐng)域，它對國民經(jīng)濟和國防實力提升作用，不言而喻，因此對組合機床的研究顯得尤為重要。本文運用數(shù)據(jù)收集、分析與規(guī)范分析的方法，以該設(shè)計為例，再現(xiàn)了一臺組合機床是如何被設(shè)計出來的。在吸收借鑒前人的基礎(chǔ)上，通過個人完善以機床主體設(shè)計和多軸箱設(shè)計兩個部分論述了本次設(shè)計過程。其中涉及到三圖一卡的設(shè)計，主軸，傳動軸，齒輪，套等一些專用、通用部件的選用。關(guān)鍵詞：組合機床，主軸，傳動軸，傳動系統(tǒng)，多軸箱設(shè)計 16 double-s

4、ided head horizontal axis drilling, reaming combination machine overall design and 7 left axis spindle box designAbstract： Since the 1970s, the combination of machine tools from the auto industry gradually began to manufacture a variety of other areas, its national economy and national defense stren

5、gth to enhance the role of self-evident, the study of the combination of machine tools is particularly important. In this paper, the method of data collection, analysis and normative analysis, with 16 double-sided head horizontal axis drilling, reaming combination machine overall design and 7 left a

6、xis spindle box design, for example, a reproduction of how the machine is a combination designed. Drawing on the basis of their predecessors, through personal improvement to the machine body design and multi-axle box design of this two part discusses the design process. Which involves a three graphi

7、cs card design, spindles, shafts, gears, and some other special units, using generic parts.Key words：Combined machine tools, spindles, shaft, transmission, multi-axle box design20第一章 緒論1.1 選題的依據(jù)及意義畢業(yè)設(shè)計是一次十分重要的綜合實踐。此次設(shè)計需要我們綜合運用機械設(shè)計或機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械制圖、機械制造基礎(chǔ)、工程力學(xué)、高等數(shù)學(xué)、互換性與技術(shù)測量等課程的有關(guān)知識，通過機械設(shè)計去鍛煉我們的設(shè)計能力這對于以后我們

8、自身能力的提升具有積極的意義。由于組合機床加工成品精度高、質(zhì)量穩(wěn)定，在大批大量生產(chǎn)中具有極高的生產(chǎn)效率，被大量普及在軍工、柴油機、拖拉機、汽油發(fā)動機、電機、儀表等行業(yè) 1，對國民經(jīng)濟和國防實力的提升有著不可磨滅的功績。當前組合機床在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣，在大規(guī)模生產(chǎn)中的地位亦無可替代。由于通用化、系列化、標準化程度高，組合機床通用零部件就占到了70%90%這使得組合機床設(shè)計簡單、制造使用維護方便，大大地降低了組合機床的成本2，而且由于軟件支持機制變得簡單，各種結(jié)構(gòu)模塊化、組合化的自動生產(chǎn)線可以靈活配置。因此研究組合機床具有十分重要的理論意義。1.2 組合機床發(fā)展趨勢隨著機械制造業(yè)及科學(xué)技術(shù)

9、的迅速發(fā)展，組合機床未來的發(fā)展趨勢必然是：為進一步提高生產(chǎn)率而帶來的工序高度集中；為節(jié)省日益增長的人工成本而帶來的自動化程度提高；為適應(yīng)未來各種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品而帶來的工藝范圍擴大和精度提高；以及新技術(shù)新結(jié)構(gòu)的采用。輔助設(shè)計手段以目前AutoCAD為代表的二維軟件設(shè)計平臺過渡到以UG 、Pro/E 、Solid edge、各種三維軟件進行研究。 第二章 機床的總體設(shè)計2.1 對工件的分析該工件是j285柴油機的缸蓋，屬于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的工件。此次的加工部位是鉆兩個13定位銷孔、一個23.5的堵塞孔還有對四個14的孔倒角，精度Ra12.5要求不高但有一定的位置度要求。該零件材料為灰鑄鐵，需經(jīng)消除

10、應(yīng)力處理，硬度為HB170-255，顯微組織為珠光體基體。采用液壓夾緊方式。其生產(chǎn)類型為大批大量生產(chǎn)（生產(chǎn)綱領(lǐng)：20萬件/年）。 2.2 工件定位基準的確定 本設(shè)計為第二道工序采取“一面兩銷”的定位基準。在第一道工序中已經(jīng)鉆出了8個13的螺栓孔，故可取其中兩個作為定位孔，分別消除1個和2個自由度。以右側(cè)面（在工件前進方向上）為定位面消除3個自由度。2.3 本工序內(nèi)容鉆：定位銷孔213，接通；鉆：推桿孔414的孔口倒角，至120，深2；鉆：堵塞孔23.5，至通；2.4 組合機床配置形式組合機床的配置形式主要考慮一下幾個方面：1) 機床加工精度和生產(chǎn)率2) 機床使用方便性和自動化程度3) 經(jīng)濟性和

11、可靠性根據(jù)以上分析和工藝特點選用固定式夾具單工位的雙面臥式組合鉆床進行加工。如圖：2.5 刀具及切削用量的選擇2.5.1 刀具材料的選擇刀具的材料有高速鋼和硬質(zhì)合金兩種選擇，由于被加工零件的材料是灰鑄鐵HB170-255所以選擇高速鋼就足夠了。2.5.2 刀具類型的選擇由金屬機械加工工藝人員手冊(以下簡稱手冊)鉆13和23.5的孔選擇刀具類型為錐柄長麻花鉆(GB1439-85)。鉆推桿孔4個14孔口倒角選用帶可換導(dǎo)柱錐柄120錐面锪鉆。2.6 選擇切削用量查手冊表6-11選擇合適的切削用量V、f f1=0.204 f2=0.231 f3=0.236 刀具種類刀具標準切削速度Vmm/min進給量

12、fmm/r轉(zhuǎn)速nr/min進給速度Vf mm/min莫式錐度f 13mm錐柄麻花鉆GB1439-85100.204245.501號f 23.5mm錐柄麻花鉆GB1439-85160.231217502號f 14mm錐柄锪鉆GB4264-8480.236182501號2.7 計算切削力 Fn、扭矩Tn、切削功率Pn 工件硬度HB=HBmax-13HBmax-HBmin=255-13255-170227查手冊表 6-20 有：切削力Fn(單位：N)F13=26Df 0.8 HB0.6=26160.2040.62270.6=2456.05F23.5=26Df 0.8 HB0.6=2623.50.23

13、10.62270.6=4903.95F(21)=26Df 0.8 HB0.6=26210.2750.62270.6=5038.19F(14)=26Df 0.8 HB0.6=26140.2750.62270.6=3358.80F14=(F(21)-F(14)/2=(5038.19-3358.80)/2=839.70扭矩Tn(單位：N.mm)T13=10D1.9f 0.8 HB0.6=10131.90.2040.62270.6=9501.93T23.5=10D1.9f 0.8 HB0.6=1023.51.90.2310.62270.6=32324.67T(21)=10D1.9f 0.8 HB0.6

14、=10211.90.2750.62270.6=30012.23T(14)=10D1.9f 0.8 HB0.6=10141.90.2750.62270.6=13890.73T14=(T(21)-T(14)/2=(30012.23-13890.73)/2=8060.75切削功率Pn(單位:kw) P13=TV9740D=9501.9310974013=0.239P23.5=TV9740D=32324.6716974023.5=0.719P14=TV9740D=8060.758974014=0.151P多軸箱=P切削/=（0.2392+0.719+0.1514）/0.8=22.8 三圖一卡工序圖 工

15、序圖是什么：對工件的加工內(nèi)容提出的粗糙度、尺寸、位置、精度等要求。體現(xiàn)加工的方法，加工效果該達到何種程度。本人工序圖如下：2.9 三圖一卡加工示意圖1 加工示意圖是為了體現(xiàn)刀具、接桿、導(dǎo)向套、主軸、夾具、工件等的裝配關(guān)系，是機床設(shè)計中的工藝藍圖。它要體現(xiàn)一下幾點：1）刀具和導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、主軸類型、刀具和接桿類型。2）加工方式（鉆、擴、絞、锪），切削用量，工作循環(huán)、行程。3）刀具、導(dǎo)向套配合情況，刀具、接桿、主軸之間的連接情況和配合關(guān)系等。本人加工示意圖：2 加工示意圖要注意的東西：當軸數(shù)較多時，必須用向視圖表示出加工部位的分布情況，并標注相應(yīng)數(shù)字，以方便調(diào)整機床。由于只有3#軸是鉆通孔，所以使3#

16、軸接桿最短，可以獲得加工終了時多軸箱前端面到工件端面的最短距離。從而確定所需要標注的全部聯(lián)系尺寸。3 導(dǎo)套。由于本人所加工的孔徑較小且其切削速度都小于20m/min，因此，可以選用固定式長型導(dǎo)向裝置。其主要尺寸和配合公差可以查組合機床設(shè)計簡明手冊表8-4與表8-6得到。4 確定什么種類的主軸。本工序加工方法是鉆孔和锪孔，需要承受單方向的軸向力，且主軸與刀具采用接桿連接，故主軸類型全部采用滾珠長型。5 確定主軸軸徑。查手冊表34有：本設(shè)計中除了3#主軸取d=30mm其余主軸全部取d=20mm并帶入公式（）驗算：驗算結(jié)果：所有主軸軸頸均滿足要求。查手冊表36，得主軸外伸尺寸：軸號主軸直徑（mm）D

17、/d1（mm）L(mm)接桿莫式圓錐號1#、2#、4#、5#、6#、7#、8#2032/2011513#3050/3611526 接桿。接桿怎么選用查手冊表81，根據(jù)上面的外伸尺寸，本人作了以下選擇：1#、2#、4#、5#、6#、7#軸用Tr202，1號圓度，B型長接桿； 3#軸用Tr362，2號圓度， B型長接桿。7 工作進給長度L工如下圖所示，切入的長度 不能太大一般10mm以內(nèi)，切出長度按13d+(38)取。(d為鉆頭直徑)故本設(shè)計工進長度L工=L1+L+L2=8+86+14=108mm 工作進給圖8 快進、快退。快進長度是說刀具從初始位置開始到把刀具送到工件切入點（見工作進給圖）的距離

18、?？焖偻嘶氐拈L度等于快速工進和工作進給的長度之和，一般要求是保證加工所有刀具均退至導(dǎo)套內(nèi)，刀具或者接桿能夠正常裝卸即可。按此條件在加工示意圖中擇取本次快進長度為150mm，快退長度為258 mm。2.10 三圖一卡尺寸聯(lián)系總圖1 尺寸聯(lián)系總圖可以看成是整個機床的主視圖，包含了這臺機床本身的所有結(jié)構(gòu)甚至還包括氣壓站、液壓站等附加結(jié)構(gòu)。2 專用、通用部件的選擇。動力箱和動力滑臺的選擇。畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書要求動力滑臺選擇液壓滑臺，根據(jù)最大進給力F=F132+F23.5+F144=2456.052+4903.95+839.704=13174.85N,查組合機床設(shè)計簡明手冊表5-1選取液壓滑臺型號為1HY4

19、0 I型400，側(cè)底座1CC401。計算出多軸箱功率或者說是電機功率：根據(jù)電機功率，選擇電機型號為Y112M-6型的1TD32動力箱。3 裝料高度的確定。畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書要求裝料高度為H=1060mm。4 多軸箱外形長、寬、高。工件最低孔位置，機床裝料高度，滑臺總高，側(cè)底座高度 ，最低主軸高度h1根據(jù)加工示意圖b=219.5mm、h=44mm,取b1=100mm 據(jù)此可以確定多軸箱輪廓尺寸為：BH=5005005 組號的意義。1）第0109組：表示裝配圖2）第1129組：表示鑄鐵件3）第1019組：表示支撐部件4）第2029組：表示夾具等等第三章 組合機床多軸箱的設(shè)計3.1 多軸箱組成和結(jié)構(gòu)一般

20、來說多軸箱肯定要有一個箱體，里邊還得有主軸，傳動軸，齒輪，鍵啊，套啊之類的，通常還有油泵、潤滑、防油等附件組成。它主要的作用就是讓主軸按加工要求的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)提供切削力，使加工的東西符合設(shè)計的期望要求。 通用多軸箱箱體的材料一般采用HT200,厚度為180mmm,前后側(cè)蓋材料一般采用HT150，其中前蓋厚度為55mm。其大小規(guī)格可按下表擇：3.2 如何設(shè)計多軸箱3.2.1 第一步畫出原始依據(jù)圖原始依據(jù)圖的內(nèi)容包括：多軸箱外形尺寸長寬高、工件外形加工部位的準確位置還有工件在多軸箱的投影位置。下圖是本人此次畢業(yè)設(shè)計繪制的原始依據(jù)圖：3.2.2 第二步主軸類型、采用的m1） 主軸類型由于加工方式的不同如

21、鉆、擴、絞，它們讓主軸受力情況也是不一樣的，有些是讓主軸上下躥動有些是讓主軸前后移動，所以我們需要選用合適的軸承來限制主軸不能讓其移動。所以選擇主軸的類型其實是在根據(jù)主軸的受力情況為其選擇選擇軸承類型。軸承有推力球軸承它可以承受軸向力讓主軸不會前后移動，還有向心球軸承它能夠承受徑向力讓主軸不會上下躥動。根據(jù)這個特點，兩種軸承我都采用且推力球軸承安排在主軸前端，后支撐放圓錐滾子軸承。這種設(shè)計就是滾珠主軸型式。2） 確定齒輪模數(shù)齒輪模數(shù)可通過下式估算再同過類比法確定： m30323pznmm P 齒輪傳動功率z 一對齒輪中小齒輪的齒數(shù)n 小齒輪轉(zhuǎn)速本設(shè)計采用齒輪模數(shù)為2。3.2.3 第三步傳動設(shè)計

22、1）傳動設(shè)計指的是怎么把電機的動力轉(zhuǎn)換成刀具的動力，電機輸出端是驅(qū)動軸，多軸箱的輸出端是鉆孔的主軸，多軸箱傳動設(shè)計就是要讓驅(qū)動軸通過傳動鏈（各級齒輪）使主軸按設(shè)計的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。2）在開始傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，先由原始依據(jù)圖確定主軸位置。各軸坐標位置軸號1#2#3#4#5#6#7#0#坐標（X,Y）116,230335.5,245228.5,253160,201204,201257,201301,201225,94.5然后通過原始依據(jù)圖初步擬定一個可行的傳動方案，用樹形圖來表示。本人的樹形圖設(shè)計思路是這樣的：2#、6#、7#軸作為一個群，9#軸作為群心；3#、4#、5#軸作為另一個群，8#軸作為群心。

23、由于1#、8#、9#軸分布過遠只能分兩路與驅(qū)動軸傳動。8#軸與1#軸中間設(shè)置10#軸作為中心軸與驅(qū)動軸傳動此為第一路，9#單獨做為第二路與驅(qū)動軸傳動。多軸箱傳動樹形圖3) 確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù) 3#、4#、5#、8#先確定8#的位置還有4#、5#軸齒輪齒數(shù)。8#傳動軸位置應(yīng)該在3#、4#、5#同心圓的圓心處，另外由于4#、5#的轉(zhuǎn)速一樣，它還應(yīng)在4#、5#軸連線的中心線上。這樣8#軸的位置大概就確定了。從圖中測量4#、8#軸的中心距A8-4=46mm。然后由于齒輪的模數(shù)統(tǒng)一取m=2,再取z4=20則z,4=2A8-4/m-z4=246/2-20=26 5#的齒輪跟4#是一樣的，故z,5=2

24、6 已知4#、5#軸的設(shè)定轉(zhuǎn)速是182r/min，所以8#軸的轉(zhuǎn)速n8=n4z,4/z4=18226/20=236r/min。已知3#軸的設(shè)計轉(zhuǎn)速n3=214r/mm,去圖中量得A8-3=48mm 3#、8#的傳動比u8-3= n3/n8=214/236=0.967 z3,=2A8-3m1+u8-3=25 所以z3=A8-3- z,3=23,再求算 n8=n3z,3/z3=21425/23=232r/mm,跟236r/mm相差不大在允許范圍內(nèi)。 2#、6#、7#、9#6#、7#軸的設(shè)計轉(zhuǎn)速是一樣的都是182r/mm。所以9#軸的位置應(yīng)在6#、7#軸連線的中心線上。由于各軸之間的間隙過小為使齒輪

25、不至于過大，所以6#、9#軸的傳動比不應(yīng)該取太大，由于6#、7#軸與4#、5#軸是一樣的軸徑和轉(zhuǎn)速，所以9#軸與6#軸的中心距可以取一樣的A9-6=46mm,所以z,6= z,7=26 z6=z7=20 則9#軸的轉(zhuǎn)速n9=n6z6,z6=1821.3=236r/min。因為2#的設(shè)計轉(zhuǎn)速n2=245r/min,所以9#、2#軸的傳動比u9-2=n2n91,用作圖法測得9#、2#軸的中心距A9-256mm,故2#軸齒數(shù)z,2=28 ,9#軸的齒數(shù)z2=28。這樣8#軸就帶動了3#、4#、5#主軸，9#就帶動了2#、6#、7#主軸，現(xiàn)在只需將1#主軸，8#、9#軸帶動起來，整個傳動系統(tǒng)就可以運行

26、。1#、8#、9#軸由于1#、8#、9#的水平距離過遠，強行用一根軸帶動的話會使齒輪過大，無法安裝。所以分兩路傳動，9#軸作為一個“聚攏軸”單獨被驅(qū)動軸帶動，1#、8#軸中間設(shè)置另一個“聚攏軸”即10#軸。這樣驅(qū)動軸0#軸帶動10#軸和9#軸分兩路帶動整個傳動系統(tǒng)。 第一路0#、10#先確定“聚攏軸”10#軸的位置。1#、8#軸的轉(zhuǎn)速現(xiàn)在是已知的n1=245r/mm n8=236r/min,驅(qū)動軸0#軸的轉(zhuǎn)速，查手冊可知n0=470r/mm。所以0#軸與1#、8#軸的傳動比分別為：u0-1=n1/n0=245/470=1/1.92 u0-9=n9/n0=236/470=1/1.99 。由于驅(qū)動

27、軸0#軸的齒數(shù)為21 模數(shù)為3，不妨先取10#軸與0#軸的傳動比為u0-10=1/1.67,10#軸與1#、8#的傳動比則分別u10-1=1/1.16 ,u10-8=1/1.19 。所以，0#軸與10#軸10#軸的轉(zhuǎn)速n10=470/1.67=282,齒數(shù)z,10=211.67=3510#軸與1#軸1#軸的轉(zhuǎn)速n1=282/1.16=243r/min，與設(shè)計轉(zhuǎn)速245r/mm相差在合適范圍內(nèi),取z10=19 ,則z,10=191.16=2210#軸與8#軸8#軸的轉(zhuǎn)速n8=282/1.19=237r/min,用作圖法測出A10-8=42mm,z,8=19所以z8=42-19=23 第二路0#、9#9#軸的位置和轉(zhuǎn)速是已知的，其轉(zhuǎn)速n9=241r/mm ,9#軸與0#軸的傳動比u0-9=241/470=1.95 所以在9#軸與0#軸傳動中z,9=211.95=41。 墮輪軸11#、12#、13#、14#為了使主軸的旋向一致和距離過遠的的兩個齒輪能夠傳動，需要添加若干個墮