ZH1105柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床(后主軸箱設計)

ZH1105柴油機氣缸體三面粗鏜組合機床(后主軸箱設計)PAGE30PAGE29目錄TOC\o"1-3"\u1前言 12組合機床總體方案論證 32.1組合機床工藝方案的制定 32.1.1工藝路線的確立 32.1.2機床的選擇 32.1.3定位基準的選擇 42.1.4滑臺型式的選擇 42．2組合機床配置型式的選擇 42.2.1組合機床的配置型式 42.2.2選擇機床配置型式和結構方案的一些問題 42.3削用量及選擇刀具 52.3.1選擇切削用量 52.3.2計算切削力、切削扭矩及切削功率 72.3.3選擇刀具結構 112.4機床總體設計—三圖一卡 112.4.1被加工零件工序圖 112.4.2加工示意圖 122.4.3機床尺寸聯(lián)系總圖 142.4.4機床生產(chǎn)率計算卡 173.主軸箱設計 193.1專用主軸箱設計 193.2傳動系統(tǒng)的設計193.2.1電動機的選擇193.2.2電動機功率的選擇193.2.3傳動系統(tǒng)總傳動比的確定及各級分傳動比的分193.3齒輪的設計及參數(shù)的確定203.3.1齒輪的設計203.3.2齒輪參數(shù)的確定233.4軸承的選擇263.5主軸箱附件的說明273.5.1潤滑及潤滑元件273.5.2其他附件274結論28參考文獻 29致謝 30附錄 31 1前言組合機床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率專用機床。它能夠對一種（或幾種）零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序，生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定。組合機床具有如下特點：a．要用于棱體類零件和雜件的孔面加工。b．產(chǎn)率高。因為工序集中，可多面、多工位、多軸、多刀同時自動加工。c．加工精度穩(wěn)定。因為工序固定，可選用成熟的通用部件、精密夾具和自動工作循環(huán)來保證加工精度的一致性。d．研制周期短，便于設計、制造和使用維護，成本低。因為通用化、系列化、標準化程度高，通用零部件占70%~90%，通用件可組織批量生產(chǎn)進行預制或外購。e．自動化程度高，勞動強度低。f．配置靈活。因為結構模塊化、組合化?？砂垂ぜ蚬ば蛞螅么罅客ㄓ貌考蜕倭繉Ｓ貌考`活組成各種類型的組合機床及自動線；機床易于改裝；產(chǎn)品或工藝變化時，通用部件一般還可重復利用。組合機床的設計，目前基本上有兩種情況：其一，是根據(jù)具體加工對象的具體情況進行專門設計，這是當前最普遍的做法。其二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人總結自己生產(chǎn)和使用組合機床的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)組合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設計成通用部件。而且一些行業(yè)的在完成一定工藝范圍的組合機床是極其相似的，有可能設計為通用機床，這種機床稱為“專能組合機床”。這種組合機床就不需要每次按具體加工對象進行專門設計和生產(chǎn)，而是可以設計成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工的零件的具體需要，配以簡單的夾具及刀具，即可組成加工一定對象的高效率設備。對于本課題的一些設計理論思路：a.制定工藝方案在這之前的一段實習期，我們深入現(xiàn)場，了解零件的加工特點、精度和技術要求、定位夾壓情況以及生產(chǎn)率的要求等。確定在組合機床上完成的工藝內(nèi)容及其加工方法。這里要確定加工工步數(shù)，決定刀具的種類和型式b.機床結構方案的分析和確定根據(jù)總體方案確定機床的型式和總體布局。要考慮實現(xiàn)工藝方案和保證加工精度、技術要求、生產(chǎn)效率等。c.組合機床總體設計繪制機床聯(lián)系尺寸圖及加工示意圖等。e.組合機床的部件設計和施工設計這里要求確定機床各部件間的關系，選擇通用部件和刀具的導向，計算切削用量及機床生產(chǎn)率即本人所進行的左主軸箱設計，根據(jù)主軸的分布，轉速，轉向以及尺寸要求等進行設計。f.采用組合機床，由于采用多軸多面加工就能大大地縮小占用面積，成倍或幾十倍地提高勞動生產(chǎn)率。發(fā)展組合機床及其自動線，對于機械制造業(yè)，特別是汽車、拖拉機、柴油機、儀器、儀表、礦山機械、航空、紡織機械以及軍工部門等生產(chǎn)的發(fā)展，有著很重要的意義。在未來，組合機床及其自動線將獲得更加迅速的發(fā)展，其發(fā)展對象為：a.提高生產(chǎn)率主要方法是改善機床的布局，增加同時工作的刀具，減少工序加工余量，提高切削用量，提高工作可靠性以及縮短輔助時間等。b.擴大工藝范圍現(xiàn)在組合機床及其自動線一般不是完成一個工件的某幾道工序而通常是用于完成工件的全部加工工序。c.提高加工精度現(xiàn)代在組合機床及其自動線上又納入了很多精加工工序，并采用自動測量和刀具自動補償技術，做到調(diào)刀不停車。d.提高自動化程度組合機床本身車則是全自動化方向發(fā)展的。為此，重點是解決工件夾壓自動化和裝卸自動化。e.提高組合機床的可調(diào)性如可調(diào)的多工序多刀具的組合機床應采用數(shù)字程序控制。另外如自動換刀和自動控制切削用量的組合機床，特別是數(shù)字程控的發(fā)展，為發(fā)展這種機床創(chuàng)造了更有利的條件。f.創(chuàng)造超小型組合機床，是為了適應儀表工業(yè)小箱體的加工需要。這種機床體積小，效率高，并能達到高的加工精度。在設計過程中，通過大量的參觀實習和相關資料的查閱，考慮到實際生產(chǎn)條件，并從機床的合理性、經(jīng)濟性、工藝性、實用性及對被加工零件的具體要求出發(fā)，確定了這個設計方案。在指導老師和同學的幫助下，最終完成了這一課題的設計。2.組合機床總體方案論證2．1組合機床總體方案的制定本設計的加工對象為R180柴油機氣缸體，材料是HT250,硬度HB190-240，重量36.5Kg。柴油機氣缸體如圖2-1所示：圖2-1柴油機氣缸體2.1.1工藝路線的確立根據(jù)先粗后精、先基準面后其它表面、先主要表面后次要表面的機械加工工序安排的設計原則，對柴油機氣缸體的工藝路線作如下設計：工序1粗銑底、頂端面；工序2粗銑左、右端面；工序3粗銑前、后端面；工序4半精銑底、頂端面；工序5半精銑左、右端面；工序6半精銑前、后端面；工序7粗鏜孔；工序8半精鏜孔；工序9精鏜孔；工序10鉆左面、右面、后面的孔；工序11攻絲；工序12鉆上面、下面、前面的孔；工序13攻絲；工序14最終檢驗。2.1.2機床的選擇根據(jù)任務書的要求：設計的組合機床要滿足加工要求、保證加工精度；盡可能用通用件、以降低成本；各動力部件用電氣控制、液壓驅動。因此根據(jù)任務書要求和氣缸體的特點初定臥式組合機床和立式組合機床兩種設計方案。臥式組合機床床身由滑座、側底座及中間底座組合而成。其特點是臥式組合機床重心底、振動小運作平穩(wěn)、加工精度高、占地面積大。立式組合機床床身由滑座、立柱及立柱底座組成。其特點是立式組合機床重心高、振動大、加工精底、占地面積小。組合機床的通用部件分大型和小型兩大類。用大型通用部件組成的機床稱為大型組合機床，用小型通用部件組成的機床稱為小型組合機床。機床帶有一套固定的夾具，根據(jù)所需加工面數(shù)布置動力部件。動力部件可以是立式，臥式或斜式安裝。工件安裝在機床的固定夾具里，夾具和工件固定不動。動力滑臺上的動力箱連同多軸箱或單軸切削頭實現(xiàn)切削運動。柴油機氣缸體的結構為臥式長方體，從裝夾的角度來看，臥式平放比較方便，也減輕了工人的勞動強度?？紤]到機床運行的平穩(wěn)性，選用單工位臥式組合機床。2.1.3定位基準的選擇組合機床是針對某種零件或零件某道工序設計的。正確選擇定位基準，是確保加工精度的重要條件，同時也有利于實現(xiàn)最大限度的工序集中。本機床加工時采用三面定位，底面為主要定位基準面，限制3個自由度；右側面以兩個支承釘限制兩個自由度；后側面有一個支承釘，限制剩下的一個自由度。2.1.4滑臺型式的選擇本組合機床采用的是液壓滑臺。與機械滑臺相比較，液壓滑臺具有如下結構特點：a．采用雙矩型導軌結構型式，以單導軌兩側面導向，導向的長寬比較大，導向性好。b．滑座體為箱形框架結構，滑座底面中間增加了結合面，結構剛度高。c．導軌淬火，硬度高，使用壽命長。d．液壓缸活塞和后蓋上分別裝有雙向單向閥和緩沖裝置，可減輕滑臺換向和退至終點時的沖擊。e．滑臺分普通級、精密級和高精度級三個精度等級，可按要求選用，提高經(jīng)濟性。2．2組合機床配置型式的選擇2．2．1組合機床的配置型式組合機床有大型和小型兩種，大、小型組合機床雖有其共性，但又都有其特殊性。無論是適用范圍，配置型式，通用部件和驅動方式都各有特點。a．工位組合機床單工位組合機床通常是用于加工一個或兩個工件，特別適合用于大中型箱體的加工。根據(jù)配置動力部件的數(shù)量，這類機床可以從單面或同時從幾個方面對工件進行加工。b．工序組合機床很多組合機床是按工件能夠變位來配置的，工件的變位有手動和機動的方式。這類機床工序集中程度高，如回轉多工位機床的輔助時間和機動時間相重合，生產(chǎn)效率高，適用于大批量生產(chǎn)、需要多部位加工的中小零件。2．2．2選擇機床配置型式和結構方案的一些問題：A.被加工零件的特點對配置型式和結構方案的影響a．加工精度要求的影響；b．機床生產(chǎn)率的影響；c．被加工零件的大小、形狀、加工部位特點的影響。B.機床配置型式和結構方案應注意的其它問題a．適當提高工序集中程度在確定機床的配置型式和結構方案時，要合理解決工序集中的問題。在一個動力頭上安裝多軸，同時加工多孔來集中工序，是組合機床最基本的方法，在一臺機床上主軸數(shù)量有達150根左右的。但是，也不應當無限制的增加主軸數(shù)量，要考慮到動力頭及主軸箱的性能和尺寸，并保證調(diào)整和更換刀具的方便性。b．注意排除切削和操作使用的方便性在多工位機床上應特別注意前一道工序遺留在孔中的切屑對后一道工序的影響。在選擇多面機床時，應慎重考慮操作的方便性，要合適的確定裝料高度，對于加工一般箱體件帶固定式夾具的機床，一般采取850毫米，對于較小的工件可稍高一些。c．夾具形式對機床方案的影響選擇機床配置型式時要考慮夾具結構的實現(xiàn)可能性和工作的可靠性。在決定加工一個工件的成套機床或流水線上個機床的型式時，還應當注意，使機床與夾具的形式盡量一致，尤其是粗精加工機床。這樣不僅有利于保證加工精度，而且便于設計、制造和維修，也提高了機床之間的通用化程度。2.3確定切削用量及選擇刀具2.3.1選擇切削用量16個被加工孔中，由于既有鉆孔加工又有鏜孔加工，所以選擇切削用量時應綜合考慮，鉆孔切削用量從文獻[9]的130頁表6-11中選取，鏜孔切削用量從文獻[9]的130頁表6-15中選取。由于鉆孔的切削用量與鉆孔深度有關，隨孔深的增加而逐漸遞減，其遞減值按文獻[9]的131頁表6-12選取。鉆孔時，降低進給量的目的是為了減小軸向切削力，以避免鉆頭折斷，降低切削速度主要是為了提高刀具壽命。A．對右側面上5個孔的切削用量的選擇：保證進給速度相等a.鉆孔4：Φ36.4，通孔.由d＞22-50，硬度大于190-240HBS，選擇v=10-18m/min,f＞0.25-0.4mm/r,又d=36.4mm,取定v=17.6m/min,f=0.3mm/r,則由文獻[5]的43頁知（2-1）得：n=1000×17.6/36.4π=154r/minb.鉆孔5：Φ24.4，通孔由d＞22-50，硬度大于190-240HBS，選擇v=10-18m/min,f＞0.25-0.4mm/r,又d=24.4mm,取定v=17.7m/min,f=0.3mm/r,則由得：n=1000×17.7/24.4π=230r/minc.鏜孔1、2：Φ61.4由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中選擇,考慮到刀具壽命以及進給速度的一致性，取v=35m/mim,f=0.6mm/r，則=1000×35/61.4π=181.5r/mind.鏜孔6：Φ56.6由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中選擇,考慮到刀具壽命以及進給速度的一致性，取v=40m/min,f=0.5mm/r，則=1000×40/56.6π=225r/minB．對左側面上4個孔的切削用量的選擇：由于分兩次進給，要同時考慮進給速度和轉速，兩次進給轉速要相同，同次進給保證進給速度相同a.鏜孔3：Φ194.4/Φ124.4由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中選擇,考慮到刀具壽命,加工余量應取小一點，故加工Φ193.8孔采用分層切削。第一次進給主要加工Φ194.4孔，取定v=50m/min,f1=0.50mm/r,則=1000×50/194.4π=82r/min第二次進給要同時鏜Φ124.4孔，考慮到軸向切削力，進給量應選小一點,取定v=37.3m/min,f2=0.6mm/r，則=1000×37.3/124.4π=95r/minb.鏜孔1、2：2×Φ61.4由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中選擇,考慮到刀具壽命以及進給速度的一致性，取定v1=35m/mim,f1=0.6mm/r，則=1000×35/61.4π=181.5r/min同軸轉速相同，進給速度一致，取定v2=35m/min,f2=0.60mm/rc.鉆孔：Φ36.4，通孔由d＞22-50，硬度大于190-240HBS，選擇v=10-18m/min,f＞0.25-0.4mm/r,又d=35.8mm,取定第一次進給v1=17.9m/min,f1=0.3mm/r,則=1000×17.9/36.4π=157r/min同軸轉速相同，進給速度一致，取定v2=17.9m/min,f2=0.3mm/rC．對后面上1個孔的切削用量的選擇鏜孔：Φ114.4/Φ115/Φ122.4由于刀具采用硬質(zhì)合金，加工材料為鑄鐵，在v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中選擇，考慮轉速和進給速度的一直性，取定v=36/40/45m/min。第一次進給，取定f1=0.36mm/r；第二次進給,取定f2=0.16mm/r，則=1000×55.7/114.4π=155r/min（孔的編號見被加工零件工序圖）2.3.2計算切削力、切削扭矩及切削功率根據(jù)文獻[9]的134頁表6-20中公式計算鉆孔（2-2）（2-3）（2-4）根據(jù)文獻[9]的134頁表6-20中公式計算鏜孔（2-5）（2-6）（2-7）（2-8）式中，F(xiàn)、Fz-切削力（N）；T-切削轉矩（N·㎜）；P-切削功率（Kw）；v-切削速度（m/min）；f-進給量（mm/r）；ap-切削深度（mm）；D-加工（或鉆頭）直徑（mm）；HB-布氏硬度，得HB=223。由以上公式可得：右面1、2軸4軸5軸6軸左面1、2軸3軸孔徑194.4mm孔徑124.4mm6軸后面孔徑為114.4mm孔徑為115mm孔徑為122.4mm(軸編號與孔編號相對應)2.3.3選擇刀具結構根據(jù)加工精度、工件材料、工件條件、技術要求等進行分析，按照經(jīng)濟地滿足加工要求的原則，合理地選擇刀具。只要所選工藝方案可以采用剛性較好的鏜桿，還是采用鏜削方法，這是因為鏜刀制造簡單，刃磨方便。當被加工孔直徑在Φ40mm以上時，組合機床上多采用鏜削加工，其加工精度可高達1-2級。直徑小于Φ40mm時，選用鉆削方法，鉆頭選用高速鋼修磨棱帶及橫刃鉆頭。鏜孔選用合金鏜刀頭。直徑大于Φ40mm時，選用鏜削方法，刀具材料為硬質(zhì)合金。當加工階梯孔時，選用階梯桿，由于多刀加工，扭矩較大，所以要選用強度較好的刀桿材料：41Gr。2.4組合機床總體設計—三圖一卡2.4.1被加工零件工序圖A．被加工零件工序圖的作用和內(nèi)容被加工零件工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示所設計的組合機床上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求，加工用的定位基準、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設計研制合同外，它是組合機床設計的重要依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件。被加工零件工序圖是在被加工零件的基礎上，突出本機床或自動線的加工內(nèi)容，并作必要的說明而繪制的。其主要內(nèi)容包括：a.被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設計有關部位結構形狀和尺寸。b.本工序所選用的定位基準、夾壓部位及夾緊方向。c.本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術要求以及對上道工序的技術要求。d.注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量。B.繪制被加工零件工序圖的規(guī)定及注意事項a.繪制被加工零件工序圖的規(guī)定應按一定的比例，繪制足夠的視圖以及剖面；本工序加工部位用粗實線表示；定位用定位基準符號表示，并用下標數(shù)表明消除自由度符號；夾緊用夾緊符號表示，輔助支承用支承符號表示。b.繪制被加工零件工序圖注意事項本工序加工部位的位置尺寸應與定位基準直接發(fā)生關系。對工件毛坯應有要求，對孔的加工余量要認真分析。當本工序有特殊要求時必須注明。圖2-1所示為被加工零件工序圖。圖2-1被加工零件工序圖2.4.2加工示意圖零件加工的工藝方案要通過加工示意圖反映出來。加工示意圖表示被加工零件在機床上的加工過程，刀具、輔具的布置狀況以及工件、夾具、刀具等機床各部件間的相對位置關系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。A.導向結構的選擇組合機床鉆孔時，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的導向裝置來保證的。導向裝置的作用是：保證刀具相對工件的正確位置；保證刀具相互間的正確位置；提高刀具系統(tǒng)的支承剛性。本課題中鏜孔采用旋轉套導向，鉆孔采用固定套導向。a.尺寸規(guī)格的選用b.導向套的布置c.導向套配合的選擇確定主軸、尺寸、外伸尺寸在該課題中，主軸既有用于鏜孔又有用于鉆孔，鏜孔選用滾錐軸承主軸，鉆孔選用滾珠軸承主軸。鏜孔時主軸與刀具采用浮動卡頭連接，主軸屬于短主軸；鉆孔時主軸與刀具采用接桿連接，主軸屬于長主軸。根據(jù)由選定的切削用量計算得到的切削轉矩T，由文獻[9]的43頁公式式中，d—軸的直徑（㎜）；T—軸所傳遞的轉矩（N·m）；B—系數(shù)，本課題中鏜孔主軸為剛性主軸，取B=7.3；鉆孔主軸為非剛性主軸，取B=6.2。由公式可得：左面軸1d>=30㎜取定d=40㎜軸2d>=30mm取定d=40㎜軸4d>=30.46㎜取定d=40㎜軸6d>=25.35㎜取定d=40㎜右面軸1、2d>=37㎜取定d=40㎜軸4d>=34㎜取定d=35㎜軸5d>=28㎜取定d=30㎜軸6d>=35㎜取定d=45㎜后面軸徑d>=55mm軸徑實際設計時確定根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑，文獻[9]的44頁表3-6可得到主軸外伸尺寸幾接桿莫氏圓錐號。滾錐主軸軸徑d=40㎜時，主軸外伸尺寸為：D/d1=67/48,L=135㎜。滾錐主軸軸徑d=35㎜時，主軸外伸尺寸為：D/d1=50/36,L=115㎜。滾珠主軸軸徑d=30㎜時，主軸外伸尺寸為：D/d1=50/36,L=115㎜；接桿莫氏圓錐號為4。滾珠主軸軸徑d=30㎜時，主軸外伸尺寸為：D/d1=50/36,L=115㎜；接桿莫氏圓錐號為3。選擇接桿、浮動卡頭在鉆孔時，通常都采用接桿（剛性接桿）,各主軸的外伸長度和刀具均為定值，為保證主軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，須采用軸向可調(diào)整的接桿來協(xié)調(diào)各軸的軸向長度，以滿足同時加工完成孔的要求；鏜孔時，采用浮動連接。動力部件工作循環(huán)及行程的確定a.工作進給長度L工的確定工作進給長度L工，應等于加工部位長度L（多軸加工時按最長孔計算）與刀具切入長度L1和切出長度L2之和。切入長度一般為5-10㎜，根據(jù)工件端面的誤差情況確定；鏜孔時，切出長度一般為5-10mm。當采用復合刀具時,應根據(jù)具體情況決定。所以得出以下結果:左主軸箱：工進長度:55mm右主軸箱：工進長度:95mm后主軸箱：工進長度:128mmb.快速進給長度的確定快速進給是指動力部件把刀具送到工作進給位置。初步選定三個主軸箱上刀具的快速進給長度分別為215㎜，255㎜和125㎜。c.快速退回長度的確定快速退回長度等于快速進給和工作進給長度之和。由已確定的快速進給和工作進給長度可知，三面快速退回長度分別為270㎜，350mm,253mm。圖2-2為加工示意圖。圖2-2加工示意圖2.4.3機床尺寸聯(lián)系總圖A.選擇動力部件a.動力滑臺型號的選擇根據(jù)選定的切削用量計算得到的單根主軸的進給力，按文獻[9]的62頁公式計算。式中，F(xiàn)i—各主軸所需的向切削力，單位為N。則左主軸箱：右主軸箱：后主軸箱：實際上,為克服滑臺移動引起的摩擦阻力，動力滑臺的進給力應大于F。又考慮到所需的最小進給速度、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[9]的91頁表5-1，左、右、后面分別選用機械滑臺HJ40ⅡA型、HJ40ⅢA型、HJ40ⅠA型，臺面寬400mm，臺面長800mm，滑臺及滑座總高為320mm，允許最大進給力為20000N；其相應的側底座型號分為1CC401M、1CC401M、1CC401。b.動力箱型號的選擇由切削用量計算得到的各主軸的切削功率的總和，根據(jù)文獻[9]的47頁公式計算：式中,—消耗于各主軸的切削功率的總和（Kw）；—多軸箱的傳動效率,加工黑色金屬時取0.8～0.9，加工有色金屬時取0.7～0.8；主軸數(shù)多、傳動復雜時取小值，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、傳動復雜，故取5。右主軸箱：則根據(jù)液壓滑臺的配套要求，滑臺額定功率應大于電機功率的原則，查文獻[9]的頁表5-38得出動力箱及電動機的型號,見表2-1。表2-1動力箱及電動機的型號動力箱型號電動機型號電動機功率(Kw)電動機轉速(r/PM)輸出軸轉速(r/min)左主軸箱1TD40-IY132S-82.21440480右主軸箱1TD40-IY132S-82.21440480后主軸箱1TD40-IY100-L821440720c.配套通用部件的選擇側底座1CC401型號，其高度H=560mm，寬度B=600mm，長度L=1350mmB.確定機床裝料高度H裝料高度是指機床上工件的定位基準面到地面的垂直距離。本課題中，工件最低孔位置h2=70.52㎜，主軸箱最低主軸高度h1=145.02㎜，所選滑臺與滑座總高h3=320㎜，側底座高度h4=560㎜，夾具底座高度h5=345㎜，中間底座高度h6=600㎜，綜合以上因素，該組合機床裝料高度取H=1005㎜。確定夾具輪廓尺寸夾具是用于定位和夾緊工件的，所以工件輪廓尺寸和形狀是確定夾具輪廓尺寸的依據(jù)，由于加工示意圖中對工件和靠模桿的距離，以及導套尺寸都作了規(guī)定，掌握了以上尺寸后，確定夾具總長尺寸A，A=590mm。夾具底座高度應視夾具大小而定，既要求保證有足夠的剛性，又要考慮工件的裝料高度，一般夾具底座高度不小于240mm。根據(jù)具體情況，本夾具底座取高度為345確定中間底座尺寸在加工示意圖中，已經(jīng)確定了工件端面至主軸箱在加工終了時距離：L1左=650mm，L2右=800根據(jù)選定的動力部件及其配套部件的位置關系，并考慮動力頭的前備量因素，通過尺寸鏈就可確定中間底座尺寸LL=2（L1左+L2右+2L2+L3）-2（L1+L2+L3其中L1動力頭支承凸臺尺寸。L2動力頭支承凸臺端面到滑座前端面加工完了時距離，由于動力頭支承凸臺端面到滑座端面最小尺寸和動力頭向前備量組成。L3滑座前端面到床身端面距離取L=585mm。確定中間底高度尺寸時，應考慮鐵屑的儲存及排除電氣接線安排，中間底座高度一般不小于540mm。本機床確定中間底座高度為600mm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h1。主軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關，可按文獻[9]的49頁公式計算：B=b+2b1H=h+h1+b1式中，b—工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（㎜）；b1—最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（㎜）；h—工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（㎜）；h1—最低主軸高度（㎜）。其中，h1還與工件最低孔位置（h2=70.52㎜）、機床裝料高度（H=1005㎜）、滑臺滑座總高（h3=320㎜）、側底座高度（h4=560㎜）等尺寸有關。對于臥式組合機床，h1要保證潤滑油不致從主軸襯套處泄漏箱外，通常推薦h1＞85-140㎜，本組合機床按文獻[9]的50頁公式h1=h2+H-(0.5+h3+h4)計算，得：h1=150.52㎜。b=212.33㎜,h=186.48㎜,取b1=100㎜，則求出主軸箱輪廓尺寸：B=b+2b1=212.33+2×100=412.33㎜H=h+h1+b1=186.48+150.52+100=437㎜根據(jù)上述計算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標準，左、右主軸箱輪廓尺寸都預定為B×H=500㎜×500㎜。2.4.4機床生產(chǎn)率計算卡A.理想生產(chǎn)率(單位為件/h)是指完成年生產(chǎn)綱領A(包括備品及廢品率)所要求的機床生產(chǎn)率。它與全年工時總數(shù)tk有關,一般情況下,單班制tk取2350h,兩班制tk取4600h,由文獻[9]的51頁公式得：B.實際生產(chǎn)率(單位為件/h)是指所設計機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)式中:——生產(chǎn)一個零件所需時間(min)，可按下式計算：式中:——分別為刀具第、工作進給長度,單位為mm;——分別為刀具第、工作進給量,單位為mm/min;——當加工沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時，滑臺在死擋鐵上的停留時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉轉所需的時間，單位min;——分別為動力部件快進、快退行程長度，單位為mm;——動力部件快速行程速度。用機械動力部件時取5～6m/min;用液壓動力部件時取3～10m/min;——直線移動或回轉工作臺進行一次工位轉換時間，一般取0.1min;——工件裝、卸（包括定位或撤銷定位、夾緊或松開、清理基面或切屑及吊運工件）時間。它取決于裝卸自動化程度、工件重量大小、裝卸是否方便及工人的熟練程度。通常取0.5～1.5min。如果計算出的機床實際生產(chǎn)率不能滿足理想生產(chǎn)率要求,即,則必須重新選擇切削用量或修改機床設計方案。已知:粗鏜左面孔粗鏜右面;;粗鏜后面孔;左面孔右面孔后面孔共計所用時間如下:min實際生產(chǎn)率:C.機床負荷率當Q>Q時候，機床負荷率為二者之比。組合機床負荷率一般為0.75～0.90,自動線負荷率為0.6～0.7。典型的鉆、鏜、攻螺紋類組合機床，按其復雜程度確定；對于精度較高、自動化程度高或加工多品種組合機床，宜適當降低負荷率。由文獻[9]的51頁公式得機床負荷率:3主軸箱設計3．1專用主軸箱設計合機床及自動線上，當采用標準結構的主軸箱不能滿足加工工藝的要求（如大直徑深孔加工、平面加工等），或者難以保證精度時，就應設計專用主軸箱和專用頭。要想按計算來設計專用主軸箱箱體，這幾乎是不可能的。應充分參考調(diào)查的實例進行設計。對受力大的地方要適當加大剛性；對受力小的地方應酌情減薄壁厚。設計時應考慮使主軸上受的力盡快的通過軸承傳到箱體上。這就要求組成前支承的受徑向和軸向載荷的軸承，盡量設置在靠近主軸的前端。為了縮短前軸承至鏜刀（加工部位）的距離，剛性主軸箱可以不用前蓋。3．2傳動系統(tǒng)的設計3．2．1電動機的選擇電動機類型和結構形式可以根據(jù)電源（直流或交流）、工作條件（溫度、環(huán)境、空間尺寸等）和載荷特點（性質(zhì)、大小、啟動性能和過載情況）來選擇。一般情況下應選用交流電動機。Y系列電動機為80年代的更新?lián)Q代產(chǎn)品，具有高效、節(jié)能、振動小、噪聲小和運行安全可靠的特點，安裝尺寸和功率等級符合IEC國際標準，適合于無特殊要求的各種機械設備。電動機容量的選擇須根據(jù)工作機容量的需要來確定。如所選電動機的容量過大，必然會增加成本，造成浪費；相反容量過小，則不能保證工作機的正常工作，或使電動機長期過載，發(fā)熱量大而過早損壞。3．2．2電動機功率的選擇N動>（千瓦）（3-1）N進為0.8~2千瓦，η=0.9N動4.0千瓦動力箱的選擇：表3-1動力箱型號型號型式電動機型號電動機的功率電動機的轉速r·min-1輸出軸轉速r·min-11TD40-IⅡY100-L8214407203．2．3傳動系統(tǒng)總傳動比的確定及各級分傳動比的分配電動機選定之后，根據(jù)電動機滿載轉速及工作機轉速，就可計算出傳動系統(tǒng)的總傳動比為(3-2)由傳動方案可知，傳動系統(tǒng)的總傳動比等于各級分傳動比之積。即(3-3)式中，，，…，為各級傳動副的傳動比。(3-4)由式（3-4）得由式（3-3）得合理地分配各級傳動比，在傳動系統(tǒng)總體設計中是很重要的，它將直接影響到傳動裝置的外廓尺寸、質(zhì)量、潤滑條件、成本的高低、傳動零件的圓周速度大小及精度等級的高低。要同時滿足各方面的要求是不現(xiàn)實的，也是非常困難的，應根據(jù)具體設計要求，進行分析比較，首先滿足主要要求，盡量兼顧其他要求。在合理分配傳動比時應注意以下幾點。（a）各級傳動比都應在常用的合理范圍內(nèi)，以符合各種傳動形式的工作特點，能在最佳狀態(tài)下運轉，并使結構緊湊、工藝合理。（b）應使傳動裝置結構尺寸較小，質(zhì)量較輕。（c）應使各傳動件尺寸協(xié)調(diào)，結構勻稱合理，避免相互干擾碰撞。3．3齒輪的設計及參數(shù)的確定齒輪傳動是機械傳動中最重要、應用最廣泛的一種傳動。其主要優(yōu)點是：傳動效率高，工作可靠，壽命長，傳動比準確，結構緊湊。其主要缺點是：制造精度要求高，制造費用大，精度低時振動和噪聲大，不宜用于軸間距離較大的傳動。3．3．1齒輪的設計我們就以軸1和軸2嚙合的一對齒輪為例。A．齒輪的材料，精度和齒數(shù)的選擇因傳遞功率不大，轉速不高，材料按表7-1選取，都采用45鋼，鍛造毛坯，大齒輪正火處理，小齒輪調(diào)質(zhì)，均用軟齒面。齒輪精度用8級，輪齒表面粗糙度為Ra1.6。軟齒面閉式傳動，失效形式為點蝕，考慮傳動平穩(wěn)性，齒數(shù)宜取多些，取z=33則與其嚙合的齒數(shù)z嚙合=B．設計計算a．設計準則按齒面接觸疲勞強度設計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。b．按齒面接觸疲勞強度設計(3-5)(3-6)由圖7-6選取材料的接觸疲勞極限應力為：由圖7-7選取材料的彎曲疲勞極限應力為：應力循環(huán)次數(shù)NN1=60n1at=607201(163008)=1.66109則N2=N1/u=1.66x109/2.06=1.24109由圖7-8查得接觸疲勞壽命系數(shù)ZN1=1,ZN2=1由圖7-9查得彎曲疲勞壽命系數(shù)YN1=1,YN2=1由表7-2查得接觸疲勞安全系數(shù)SHmin=1，彎曲疲勞安全系數(shù)SFmin=1.4,又Yst=2.0試選Kt=1.3求許用接觸應力和許用彎曲應力：(3-7)(3-8)(3-9)(3-10)將有關值代入式（3-5）得：==48.07則(3-11)查圖7-10得kv=1.09;由表7-3查得kA=1.25;由表7-4查得kβ=1.05；取kα=1，則(3-12)修正m=d1/z1=48.07/33=1.467mm由表7-6取標準模數(shù)m=3mm。c．計算幾何尺寸d1=mz1=320mm=60d2=mz2=367mm=201a=m(z1+z2)/2mm=130.5b==160=60mm(3-14)取b2=60C.校核齒根彎曲疲勞強度由圖7-18查得YFS1=4.35YFS2=4.1,取=0.7校核大小齒輪的彎曲疲勞強度(3-15)=(3-16)合適。3．3．2齒輪參數(shù)的確定（以傳動軸1上67/3.0，與20/3.0嚙合的齒輪為例）A.確定齒輪的精度等級該齒輪是鏜床主軸箱中速度較高的齒輪，主要要求是傳動平穩(wěn)性精度，故首先考慮第Ⅱ公差組精度等級。據(jù)圓周速度(3-17)由表12-6、表12-7可見，在<3m/s速度分段中，速度不算高，且普通機床對噪聲限制不很嚴格，因此可選定第Ⅱ公差組為７級。由于該齒輪對傳遞運動準確性要求不高，可比第Ⅱ公差組精度降低一級，故第Ⅰ公差組選定為８級。動力齒輪對齒面載荷分布均勻性有一定要求，第Ⅲ公差組精度一般不低于第Ⅱ公差組，故亦定為7級。所以最后選定小齒輪精度為：8-7-7B.齒輪誤差檢驗組的選擇及其公差值的確定該齒輪屬中等精度，且為批量生產(chǎn)，故可采用便于批量測量的檢驗組，查表12-3選定，，，，組成檢驗方案。根據(jù)d1=mz1=367mm=201mm及b1=32mm,查表12-13,表12-14,表12-15,可得公差值：第Ⅰ公差組＝63um,=40um第Ⅱ公差組=20um第Ⅲ公差組=11umC.計算齒輪副側隙和確定齒厚極限偏差代號a．計算齒輪副的最小極限側隙jnmin由表12-10按噴油潤滑和v=1.91m/s查得：jn1=0.01mn=0.013mm=0.030mm由式（12-9）得根據(jù)齒輪和箱體的材料，從材料手冊上查得，鋼和鑄鐵的線膨脹系數(shù)分別為a1=11.510-6/oCa2=10.510-6/oC傳動中心距為(3-18)所以jn2=2130.5[11.5(80-20)-10.5(50-20)]10-6sin20omm=0.01jmin=jn1+jn2=(0.030+0.019)mm=0.047mmb．確定齒厚極限偏差代號齒厚上偏差：(3-20)式中前面已查得＝11um，fpb由表12-14按７級查得fpb1=13umfpb2=13umfpt=14um由表12-17按a=76.5mm,7級精度查得fa=23um。所以=-45由表12-14查得fpt=11um,則由圖12-29或表12-9查得齒厚上偏差代號為F，因此(3-21)齒厚下偏差由可知。查表12-13，８級精度Fr=45um,查表12-11,br=1.26IT9=1.2674um=93um所以得(3-22)(3-23)由圖12-29或表12-9查得齒厚下偏差代號為J，因此(3-24)(3-25)至此，小齒輪的精度為：8-7-7FJGB10095-88。D.確定齒坯公差、表面粗糙度齒輪內(nèi)孔是加工、檢驗及安裝的定位基準，對7級精度的齒輪，由表12-18查得：內(nèi)孔尺寸公差為IT7，內(nèi)孔直徑為40mm，偏差按基準孔Ｈ選取，即孔。內(nèi)孔的形狀公差按7級決定或遵守包容原則。定位端面的端面圓跳動公差由表12-19查得為0.018mm。齒頂圓只作為切齒加工的找正基準，不作為檢驗基準，故其公差選為IT11(見表12-19的注)，頂圓直徑da1=d1+2ha*m=(340+213)mm=126mm,偏差按基準軸h選取，即。齒輪表面粗糙度按７級查表12-20,各表面粗糙度Ra分別為：齒面Ra＝1.6um,內(nèi)孔Ra＝1.6um,基準端面Ra＝3.2um,齒頂圓Ra＝6.3um。E.公法線的公稱長度W及其跨齒數(shù)k，可從本書P.264查得：跨齒數(shù)k=3公稱長度W=7.6884該齒輪為中模數(shù)齒輪，控制側隙的指標宜采用公法線平均長度極限偏差、，可得：跨齒數(shù)k=3公稱長度W=7.6884該齒輪為中模數(shù)齒輪，控制側隙的指標宜采用公法線平均長度極限偏差、，可得：=(3-26)=(3-27)=(3-28)中心距極限偏差得：fa=27umF.齒輪工作圖下圖為本齒輪零件圖圖3-1齒輪以下為齒輪數(shù)據(jù)表表3-2齒輪數(shù)據(jù)表3．4軸承的選擇目前在剛性主軸設計中對滑動軸承和滾動軸承都有采用，但多數(shù)情況下是采用滾動軸承，因為滾動軸承具有尺寸小，轉速高，壽命長，裝配簡單，密封和潤滑也較簡單，而且可以直接從樣本中選用等優(yōu)點。A.類型的選擇在剛性主軸設計中，采用滾動軸承的種類很多，根據(jù)主軸所受載荷的大小，方向和轉數(shù)的不同而不同，常用的滾動軸承有以下幾種：單列向心球軸承，單列向心推力球軸承，單列圓錐滾子軸承，雙列向心短圓柱滾子軸承（3182100型），單向推力球軸承，單列向心短圓柱滾子軸承等。軸承的徑向剛性，以3182100系列軸承為最高，，這類軸承滾柱數(shù)量較多，所以剛性高，承載能力大。這類軸承的滾道制造精密，而且滾柱配合精密，徑向間隙又可以調(diào)整，所以精度較高。另外，這種軸承還具有磨損小，輪廓尺寸小的優(yōu)點。由于這類軸承具有上述優(yōu)點，目前較多的用于剛性主軸的前支承，有時前后支承都采用它。特別是對一些要求精度較高的鏜削主軸，應用更為普遍。由于主軸的轉速不十分高，而且軸向力較大，要求軸向剛性比較高，所以本設計采用了3182100系列雙列短圓柱滾子軸承和推力球軸承配合使用。B．固定方式用兩個螺母把推力球軸承的軸向間隙和3182100系列軸承的徑向間隙，分開來調(diào)整。前螺母用于調(diào)整推力球軸承的軸向間隙，后螺母用于調(diào)整3182100軸承的徑向間隙。這種結構的特點是，當調(diào)整3182100軸承間隙時，不致于使推力軸承的滾道產(chǎn)生印痕現(xiàn)象。C．軸承的調(diào)整軸承的間隙是影響主軸剛度和旋轉精度的重要因素。減少軸承的間隙，可以提高主軸部件的精度。但是，軸承間隙過小又會引起軸承過熱。調(diào)整軸承時，就是要選擇一個適當?shù)拈g隙，使其在這間隙下，軸承工作時，既不發(fā)熱（指在允許的范圍內(nèi)），又能保證所要求的旋轉精度。向心推力球軸承和我們使用的圓錐滾子軸承的徑向間隙都是可調(diào)的。圓錐滾子軸承的間隙，通常是用隔套和螺母來進行調(diào)整的。