KM173機體鉆擴挺柱孔機床加工示意圖和主軸箱設計畢業(yè)設計

1、青島農(nóng)業(yè)大學畢 業(yè) 論 文（設計） 題 目： km173機體鉆擴挺柱孔機床 加工示意圖和主軸箱設計 姓 名： 學 院： 機電工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 2008.04 學 號： 20082127 指導教師： 2012年06月18日畢業(yè)論文（設計）誠信聲明本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設計）是在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨立完成，真實可靠，不包含他人成果及已獲得青島農(nóng)業(yè)大學或其他教育機構的學位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并

2、表示了謝意。論文（設計）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設計）版權使用授權書本畢業(yè)論文（設計）作者同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文（設計）的復印件和電子版，允許論文（設計）被查閱和借閱。本人授權青島農(nóng)業(yè)大學可以將本畢業(yè)論文（設計）全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設計）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設計）或與該論文（設計）直接相關的學術論文或成果時，單位署名為青島農(nóng)業(yè)大學。論文（設計）作者簽名： 日期： 年 月 日指 導 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日目 錄摘 要iabstractii1 緒 論11.1

3、本課題設計的目的和意義11.2 本課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢21.3 本課題研究的主要內(nèi)容及應達到的技術要求32 加工示意圖的設計52.1 刀具的選擇52.2 導向的選擇62.3 切削用量的選擇62.4 確定主軸類型、尺寸、外伸長度92.5 接桿的選擇102.6 確定行程長度，繪制動力部件的工作循環(huán)112.7 繪制加工示意圖123 組合機床主軸箱設計133.1 繪制多軸箱設計原始依據(jù)圖133.2 主軸、齒輪的確定143.3 傳動系統(tǒng)設計與計算143.4 多軸箱坐標計算183.5 多軸箱零件設計204 結(jié) 論28參考文獻29致謝30km173機體鉆擴挺柱孔機床加工示意圖和主軸箱設計摘 要本

4、文介紹了km173機體鉆擴挺柱孔的加工示意圖以及主軸箱設計。根據(jù)km173機體挺柱孔的加工要求及零件的結(jié)構特點，確定該機床為臥式兩工位移動工作臺式組合機床。在加工示意圖的設計中，確定km173機體挺柱孔加工采用鉆-擴工藝方案，選擇了較為合理的切削用量，主軸與刀具通過接桿和螺母連接，通過鉆套引導刀具和對刀。在主軸箱的設計中，主軸箱為通用主軸箱，采用集中傳動方式，所有的傳動和變速機構都裝在主軸箱體中，其特點是結(jié)構緊湊，便于實現(xiàn)集中操作，安裝調(diào)整方便。經(jīng)過分析和計算表明該設計方案能夠滿足km173機體挺柱孔的加工精度要求和生產(chǎn)綱領要求。關鍵詞：組合機床；刀具；接桿；主軸箱idesign of pro

5、cessing schematic and headstock for drilling and reaming tappet holes on the km 173 engine bodyabstractthis article describes the process of schematic diagram and the design of headstock for drilling and reaming tappet holes on the km 173 engine body. according to the processing requirement of tappe

6、t holes on the km 173 engine body and the structural characteristics of parts, we can determine that the machine tool is modular machine tool with two-station and removable work desktop. in the design of processing schematic, it has been adopted drill-reaming technology program for tappet holes on t

7、he km 173 engine body, selecting a more reasonable cutting parameters. the spindle and the cutting tools are connected by the extension bars and screw nuts, with the aid of precisely leads the set of guidance the cutting tool through the drill sleeve. in the design of the headstock, it is a universa

8、l headstock which adopts centralized transmission mode, with all the transmission and the speed change mechanism are mounted in the headstock, which is characterized by compact structure, easy centralized operation and easy for the installment and adjustment. the analysis and the calculation indicat

9、ed that this design proposal can satisfy the requirement of processing precision and can guarantee the working accuracy request which is needed for the tappet holes on the km 173 engine body.key words: modular machine tool;cutter; extension bars; headstock 31 1 緒 論畢業(yè)設計實踐環(huán)節(jié)是完成教學計劃達到本科生培養(yǎng)目標的最后且非常重要的環(huán)節(jié)

10、，是教學計劃中綜合性最強的實踐性教學環(huán)節(jié)，它對培養(yǎng)學生的思想、工作作風及實際能力、提高畢業(yè)生全面素質(zhì)具有很重要的意義。本設計的題目是km173機體鉆擴挺柱孔機床加工示意圖和主軸箱設計，在設計過程中主要完成了km173機體挺柱孔的加工示意圖及機床主軸箱的設計。在加工示意圖的設計中，合理的選擇了刀具的類型、結(jié)構、尺寸，確定了主軸的結(jié)構類型、規(guī)格尺寸及外伸長度，正確標明了主軸、接桿、夾具（導向）與工件之間的聯(lián)系尺寸、配合及精度；并根據(jù)機床要求生產(chǎn)率及刀具、材料特點，合理選擇了各主軸的切削用量；確定了機床工作循環(huán)及工作行程等。在主軸箱的設計中，通過對傳動系統(tǒng)的分析及計算，完成了主軸箱的裝配圖以及相關零

11、件圖的繪制。在整個設計過程中我考慮到了如何保證機床結(jié)構緊湊、便于實現(xiàn)集中操作及安裝調(diào)整，另外機床的設計能滿足工件的加工精度要求、降低工人的勞動強度、提高工人的工作安全性，實現(xiàn)經(jīng)濟的最優(yōu)化配置。1.1 本課題設計的目的和意義機體是發(fā)動機最重要的機件之一，是構成發(fā)動機的骨架，是發(fā)動機各機構和各系統(tǒng)的安裝基礎。挺柱是凸輪的從動件，它的功用是將來自凸輪的運動和作用力傳給推桿，還承受凸輪所施加的側(cè)向力并將其傳給機體或氣缸蓋。挺柱在挺柱孔內(nèi)做高速往復運動，挺柱孔是關機體的關鍵部位，是進、排氣門挺柱與機體結(jié)合的裝配基準，因此其加工質(zhì)量好壞直接影響發(fā)動機的進、排氣等使用性能。生產(chǎn)中機體挺柱孔加工主要采用鉆-擴

12、-鉸-擠壓工藝方案，大批量生產(chǎn)可采用2臺兩工位組合機床、四臺組合機床或五工位組合機床等多種方案完成機體挺柱孔的加工，采用四臺組合機床工序的質(zhì)量穩(wěn)定性差，特別是位置精度。隨著現(xiàn)在制造技術的發(fā)展，數(shù)控機床和加工中心已在生產(chǎn)線中獲得廣泛使用，使用數(shù)控機床或加工中心，有利于保證工件的加工精度，但生產(chǎn)效率低，大大增加了設備投資。采用兩臺兩工位組合機床，一臺用于鉆-擴挺柱孔，另一臺用于粗鉸-精鉸挺柱孔。該方案設備投資少，生產(chǎn)效率高，有利于保證工件的加工精度，是大批量生產(chǎn)較為理想的方案。因此合理設計機體鉆擴挺柱孔機床，對保證機體挺柱孔加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率具有十分重要的意義。組合機床及其自動線是集機電于一體

13、的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。組合機床發(fā)展于工業(yè)生產(chǎn)末期，與傳統(tǒng)的機床相比：組合機床具有許多優(yōu)點：效率高、精度高、成本低。我國傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件，完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。所以，研究設計機體鉆擴挺柱孔組合機床具有重要的現(xiàn)實意義。1.2 本課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢世界上第一臺組合機床于1908年在美國問世，30

14、年代后組合機床在世界各國得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關鍵設備之一?，F(xiàn)代制造工程從各個角度對組合機床提出了愈來愈高的要求，而組合機床也在不斷吸取新技術成果而完善和發(fā)展。組合機床及其加工系統(tǒng)的柔性化；組合機床加工精度的提高；品種增多、系列完善、結(jié)構更新、配套靈活等1。一般來說, 專用機床的精度是根據(jù)被加工零件的加工精度而定。為了保證加工精度, 機床必須有準確的運動, 其中包括主運動和進給運動, 對于一般孔加工的專用機床就是指主軸的旋轉(zhuǎn)運動精度和動力頭的直線運動精度。同時還要有刀具和工件的相對位置精度, 對于刀具在導向套中工作的專用機床來說, 這些精度可以由導向套

15、來補償, 這樣決定工件精度的主要因素就從機床精度中將一部分轉(zhuǎn)化到夾具精度上來了, 雖然如此，機床精度仍很重要, 因為機床精度對主軸、導向套、刀具等各部分有很大的影響2。在設計組合機床時，有許多通用的技術要求。包括加工質(zhì)量、裝配質(zhì)量、液壓設備質(zhì)量、機床外部質(zhì)量等3。組合機床的通用部件(如切削頭、動力滑臺、床身等)和標準件約占70%80 %，這些都是系列化的,可以進行成批生產(chǎn)；其余20%30%的專用部件是由被加工零件的形狀、輪廓尺寸、工藝和工序來決定。如夾具、主軸箱、刀具和工具等4。挺柱孔加工是柴油機缸體加工工藝中的一個重要部分。挺柱在挺柱孔內(nèi)做高速往復運動，屬于配氣機構的重要部件，對整機性能有著

16、重要影響。由于挺柱孔一般位于缸體的中間部位，所以對挺柱孔的表面粗糙度、圓柱度、直線度均有較高工藝要求，在設計加工工藝時需要慎重考慮5。國外柴油機缸體挺柱孔的加工工藝為：鉆-倒角-搶鉸-浮動鉸；國外內(nèi)燃機制造廠普遍把挺柱孔的加工分為預加工和精加工兩個階段。預加工主要是粗加工挺柱孔，采用的工藝是鉆或者擴；精加工挺柱孔是在預加工工序完成之后，切換精加工用鉸刀，然后對挺柱孔進行加工，這道工序是在專門的機床上進行的6。國內(nèi)一般把挺柱孔的加工分為粗加工和精加工兩個階段。粗加工階段主要采用鉆或者擴的工藝；精加工挺柱孔是在粗加工工序完成之后，再用鉸刀進行精鉸磨銷加工，或者是進行擠壓加工。還有的生產(chǎn)廠家采用鉆倒

17、角擴粗鉸精鉸的工序，這一加工雖然能保證挺柱孔的尺寸精度、位置精度及表面粗糙度的要求，但是孔表面的圓柱度誤差和強度、耐磨性等機械性能達不到要求，這樣會大大影響挺柱孔的工作性能，挺柱孔在短時間磨損，降低整個柴油發(fā)動機的使用壽命。由于組合機床及其自動線是一種技術綜合性很高的高技術專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術。我國組合機床及組合機床自動線總體技術水平比發(fā)達國家要相對落后，國內(nèi)所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導致投資規(guī)模的擴大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高7。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術、新

18、工藝，研制新產(chǎn)品。在這些方面我國組合機床裝備還有相當大的差距，因此我國組合機床技術裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調(diào)可變、任意加工性以及通信技術的應用將是今后的發(fā)展方向8。目前柴油機機體孔系(包括挺柱孔)的加工趨于高效率、自動化，這就迫切地需要一種切實可行的加工方案和設計合理的夾具，來保證工件的加工精度和生產(chǎn)率的要求。1.3 本課題研究的主要內(nèi)容及應達到的技術要求本課題主要解決km173機體鉆擴挺柱孔機床加工示意圖及主軸箱的設計，由于對挺柱孔的加工精度比較高，所以原則在眾多方案的基礎上原則在專用機床上進行加工。本課題在研究過程中應根據(jù)機體圖紙、工件的工序圖及五萬臺的生產(chǎn)綱領著重解決好以下

19、兩方面的問題：（1）設計加工示意圖：合理的選擇刀具的類型、結(jié)構、尺寸及主軸的結(jié)構類型、規(guī)格尺寸及外伸長度，正確標明主軸、接桿、夾具（導向）與工件之間的聯(lián)系尺寸、配合及精度；根據(jù)機床要求生產(chǎn)率及刀具、材料特點，合理選擇了各主軸的切削用量；確定了機床工作循環(huán)及工作行程等，繪制加工示意圖，完成主要零部件的設計和選擇；（2）設計機床主軸箱：繪制主軸箱總圖，完成主要零部件的設計，尺寸、公差及技術要求標注完整、正確。研究方法：運用類比法和計算法相結(jié)合，設計一臺機體鉆、擴挺柱孔組合機床，在一臺機床一次裝夾在兩個工位上完成km173機體挺柱孔的鉆、擴加工，保證位置精度要求和滿足生產(chǎn)率要求。技術路線：調(diào)查研究確

20、定機體挺柱孔工藝方案，繪制加工示意圖確定主軸箱傳動方案繪制主軸箱總圖，完成主要零件的設計。擬解決的問題：保證km173機體挺柱孔位置精度，提高生產(chǎn)率。創(chuàng)新點：設計一臺臥式兩工位移動工作臺式組合機床，一次可以加工2件，利用移動工作臺實現(xiàn)工位轉(zhuǎn)換。在第一工位采用鉆擴復合刀具完成機體挺柱孔鉆、倒角加工，第二工位采用擴刀完成機體挺柱孔擴孔加工，設計專用夾具，采用導向套導向。該機床通過更換導向套可以完成機體挺柱孔鉸-擠壓加工。2 加工示意圖的設計在工藝方案和機床方案初步確定的基礎上，確定km173機體挺柱孔的加工示意圖。由機體挺柱孔的加工精度、生產(chǎn)率等要求，選擇合適的刀具結(jié)構、切削用量、夾具形式、加工余

21、量及機床配置形式等；根據(jù)零件的結(jié)構特點和要完成的工藝內(nèi)容，確定刀具導向的結(jié)構形式和基本尺寸；根據(jù)主軸所傳遞的切削扭矩選擇主軸的尺寸以及刀具、主軸與刀桿連接的結(jié)構等、加工示意圖是刀具、多軸箱、液壓等部件的重要依據(jù)，是機床布局和機床性能的原始要求，也是將來試車、調(diào)整的重要文件。2.1 刀具的選擇刀具材料的選用：常用刀具材料一般為高速鋼和硬質(zhì)合金，硬質(zhì)合金硬度高，耐磨性好，故其且削性能較好。因其抗彎強度低，斷裂任性低，故其承受切削振動和沖擊負荷能力差，而高速鋼恰好在這方面的性能好，所以選用高速鋼。在制定工藝方案的過程中，對于挺柱孔的精加工和粗加工，選擇如下加工路線：（1）復合鉆孔到14，加工余量為2

22、，同時加工倒角；（2）擴孔到15.7，加工余量為0.85；（3）粗鉸孔到15.9，加工余量為0.1；（4）擠壓孔到16，加工余量為0.05；（5）終檢。通過加工挺柱孔的工藝要求與加工尺寸精度、工件材料、表面粗糙度和生產(chǎn)率的要求，選擇鉆孔、擴孔的刀具如下： 鉆頭：復合鉆本工步為鉆兩個14孔，同時倒角，要同時完成這兩項任務，必須使用復合刀具。復合刀具示意圖如圖2-1所示。圖2-1 鉆-倒角復合刀具擴刀：高速鋼錐柄擴孔鉆本工步為擴兩個擴14孔至15.7，可選用標準高速鋼錐柄擴孔鉆。高速鋼錐柄擴孔鉆示意圖如圖2-2所示。圖2-2高速鋼錐柄擴孔鉆2.2 導向的選擇在組合機床上加工孔時，用導向裝置來保證刀

23、具與工件間的位置精度，增加鉆頭的支承以提高其剛度，減少刀具的變形，確保孔加工的位置精度。鉆床夾具中鉆頭的導向采用鉆套，鉆套有固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套、特殊鉆套四種?？紤]到批量生產(chǎn)，因此選用可換鉆套。采用專用夾具在在專用機床上進行加工，用鉆-擴-鉸-擠壓的加工方法進行加工，可以通過鉆套保證挺柱孔的位置精度，通過提高機床的制造精度和各定位基準的加工精度保證挺柱孔的垂直度，通過提高刀具的制造精度來保證孔的表面粗糙度。在本設計用臥式兩工位專用機床中，一次裝夾完成鉆-擴工序。在進行鉆-擴加工時，以刀具的旋轉(zhuǎn)作為主運動，刀具作進給運動。只要更換鉆套就可實現(xiàn)鉸-擠壓工序的加工。在本加工示意圖中，需要在機

24、體上鉆兩個14的孔，再將兩14的孔擴至15.7，由由選出的鉆刀與擴刀此可選出鉆套的尺寸。導向套示意圖如圖2-3所示。圖2-3導向套2.3 切削用量的選擇組合機床的正常工作與合理地選用切削用量，即確定合理的切削速度、工作進給量和被吃刀量有很大關系。切削用量選擇適當，能使組合機床以最少的停車損失，最高的生產(chǎn)效率，最長的刀具壽命和最好的加工質(zhì)量，也就是多快多省地進行生產(chǎn)。在本機床鉆、擴挺柱孔的兩工位中，均為如下加工條件：工件材料為ht250 gb/t9439-1988，硬度工步一：鉆挺柱孔 通孔深加工要求：鉆14挺柱孔進給量選擇 實用機械加工工藝手冊 表11267 初算切削速度 公式(2-1)公式中

25、的系數(shù)和指數(shù)，由機械加工工藝手冊 表3.22查得公式中的各系數(shù)為，又 ，由公式（2-1）得取，當，由實用機械加工工藝手冊 表11-267查得 公式（2-2）由公式（2-2）得， ?。闇p少刀具磨損、提高其壽命，一般所選轉(zhuǎn)速較計算值?。藭r由公式（2-2）得，計算軸向力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率采用高速鋼鉆頭鉆鑄鐵孔時： 公式（2-3） 公式（2-4） 公式（2-5）由公式（2-3）、公式（2-4）、公式（2-5）可得， 機動工時由機械加工工藝手冊表28-42查得， 公式（2-6）其中因此由公式（2-6）得，工步二：擴14孔至15.7加工要求：擴14挺住孔至15.7，加工余量0.85mm因為兩種刀具

26、是安置在同一工作臺上的，所以切削用量和主軸轉(zhuǎn)速和鉆孔是是一樣的，即進給量切削速度已知主軸轉(zhuǎn)速，由公式（2-2）得，計算軸向力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率采用高速鋼擴刀擴鑄鐵孔時： 公式（2-7） 公式（2-8） 公式（2-9）由公式（2-7）、公式（2-8）、公式（2-9）可得，機動工時由公式（2-6）得其中，l1取3，則 機械加工工藝師手冊 p3-159注：式中 f軸向切削力（n）；d鉆頭直徑（mm）；f每轉(zhuǎn)進計量（mm/r）；t切削轉(zhuǎn)矩（nm）；p切削功率（kw）；v切削速度（m/min）；hb材料硬度；t被吃量深度（mm）。由此對本工序鉆孔、擴孔的軸向力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率如表2-1所示：表2-

27、1 本工序鉆孔、擴孔的f、t、p值加工方式孔數(shù)鉆頭直徑 d/mm軸向力 f/n轉(zhuǎn)矩 t/nm功率 p/kw鉆孔2鉆14.0279711.56820.551擴孔2鉆15.7123.13.812320.1802.4 確定主軸類型、尺寸、外伸長度主軸類型的選擇是根據(jù)工藝方法和刀桿與主軸的連接結(jié)構進行確定，在本課題中，主軸與接桿連接，帶動鉆頭鉆孔，所以主軸與刀具的連接應為接桿連接（亦稱剛性連接），由此可確定主軸類型為長主軸。主軸軸頸及軸端尺寸是由進給抗力和主軸-刀具系統(tǒng)結(jié)構確定，由組合機床設計簡明手冊表3-4可知公式： （2-10） (2-11)注：式中，d軸的直徑(mm)；t軸所傳遞的扭矩(nm)；

28、軸的抗扭截面模數(shù)(m3)；實心軸的；許用剪切應力(pa)，。主軸選為非剛性軸，由表可以查得b=6.2，則主軸的直徑為：軸1、2 取d=25mm軸3、4 取d=25mm利用公式（2-11）驗證：軸1、2 軸3、4 剪切應力均滿足要求，所以各軸頸均合適。根據(jù)主軸類型和主軸直徑，由組合機床設計簡明手冊表3-6，可具體選擇主軸類型為滾珠軸承長主軸。由表3-6可查得，主軸外伸尺寸及接桿莫氏圓錐號。選取所有主軸的直徑d=25mm，通過查通用鉆削類主軸的系列參數(shù)表可得，主軸外伸部分為d/d=40/28mm，外伸部分的直徑的孔徑為28mm，主軸外伸長度為l=115mm，主軸內(nèi)孔長度l1=85mm，接桿莫氏圓錐

29、號選擇莫氏2號。2.5 接桿的選擇在組合機床鉆、擴、鉸及倒角等加工孔上，主軸和刀具間的連接常采用接桿連接（亦稱剛性連接）。因多軸箱各主軸的外伸長度和刀具長度各為定值，為保證多軸箱上各刀具能同時到達加工終了的位置，須采用軸向可調(diào)整的接桿來協(xié)調(diào)各軸的軸向長度，以滿足同時加工完各孔的要求。接桿已經(jīng)標準化，通用標準接桿號可根據(jù)刀具尾部椎體莫氏錐度和主軸頭部內(nèi)孔直徑選取，從組合機床設計簡明手冊8-1查取，確定接桿型號、莫氏錐度和接桿長度。刀具型號的選擇，根據(jù)孔的直徑和莫氏圓錐號，由機械制造工藝設計簡明手冊表3.1-6查得，由接桿上的尺寸d與主軸外伸長度的內(nèi)孔d配合，接桿莫氏圓錐號選擇2。接桿示意圖如圖2

30、-4所示。圖2-4接桿2.6 確定行程長度，繪制動力部件的工作循環(huán)(a)工作進給長度lx工作進給長度lx應等于加工部位長度l與刀具切入長度l1和切出長度l2之和。切入長度一般為510mm，根據(jù)工件端面的誤差情況確定，取l1=8mm。鉆孔時，切出長度一般為，取l2=9mm。在同一多軸箱所有主軸中，以最長的加工長度作為動力部件的工作進給長度。主軸箱的工作進給長度為: (b)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，其長度按具體情況確定。取主軸箱上刀具的快速進給長度為400mm。(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

31、知，快速退回長度分別為455mm。(d)動力部件總行程的確定動力部件總行程除了滿足工作循環(huán)向前和向后所需的行程外，還要考慮因刀具磨損或補償制造、安裝誤差，動力部件能夠向前調(diào)節(jié)的距離（即前備量）和刀具裝卸以及刀具從接桿中或接桿連同刀具一起從主軸孔中拿出時，動力部件需要后退的距離（刀具退離夾具導套外端面的距離應大于接桿插入主軸孔內(nèi)或刀具插入接桿孔的長度，即后備量）。因此，動力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。取前備量為30mm，后備量為145mm，所以總行程為630mm。工作循環(huán)圖如圖2-5所示。 圖2-5工作循環(huán)圖2.7 繪制加工示意圖從以上對刀具、主軸、導向裝置、連接裝置的設計中，繪制加工

32、示意圖如圖2-6。圖2-6加工示意圖3 組合機床主軸箱設計3.1 繪制多軸箱設計原始依據(jù)圖多軸箱設計原始依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的，其主要內(nèi)容應包括：(1)由機床聯(lián)系尺寸圖，繪制多軸箱外形圖，并標注輪廓尺寸和動力箱驅(qū)動軸o1的相對位置尺寸。(2)各主軸的位置尺寸和工件與主軸箱的相關尺寸。(3)標注主軸轉(zhuǎn)向。(4)標注主軸箱的外形尺寸和相關尺寸。(5)標明工件材料、各主軸的工序內(nèi)容、切削用量及主軸外伸部分尺寸等。(6)注明動力部件的型號及其它主要的參數(shù)。主軸箱設計原始依據(jù)圖如圖3-1所示。圖3-1主軸箱設計原始依據(jù)圖編號工序加工直徑(mm)主軸外伸尺寸(mm)v nfvf內(nèi)容d/dlm/mi

33、nr/minmm/rmm/min1、2鉆孔1440/2811519.84500.25603、4擴孔15.740/28115224500.2560注：1.被加工零件名稱：柴油機氣缸體；材料：ht250；硬度：190240hbs； 2.主軸外伸尺寸及切削用量； 3.動力部件：1td50型動力箱；p=2.2kw，轉(zhuǎn)速480r/min；1hy50m-b液壓滑臺。3.2 主軸、齒輪的確定3.2.1 主軸結(jié)構型式的選擇主軸的結(jié)構型式是由零件的加工工藝決定的，并要考慮主軸的工作條件與受力情況。主軸結(jié)構選擇包括軸承型式的選擇和軸頭結(jié)構的選擇，其中軸承型式是主軸部件結(jié)構的主要特征。主軸在進行鉆削加工時，要承受較

34、大的軸向切削力，可用推力球軸承承受軸向力，用深溝球軸承承受徑向力。又因在鉆削時軸向力是單向的，因此應將推力球軸承安排在主軸前端。由主軸采用滾珠主軸,前支承用推力球軸承、深溝球軸承，后支承用圓錐滾子軸承。在軸頭結(jié)構選擇時，選用滾珠軸承長主軸。因為長主軸的軸頭內(nèi)孔較長，可以增大與刀具尾部連接的接觸面，進而增強刀具與主軸的連接剛度，減少刀具前端下垂。3.2.2 主軸直徑和齒輪模數(shù)的初確定主軸直徑可按加工示意圖的主軸類型和外伸尺寸初步確定，傳動軸直徑也可根據(jù)主軸直徑尺寸初步確定。關鍵軸頸需待齒輪傳動系統(tǒng)設計完成后再驗算。組合機床主軸箱常用齒輪模數(shù)有2、2.5、3、3.5、4等。為了方便生產(chǎn)，同一主軸箱

35、中齒輪模數(shù)不應多于兩種。3.3 傳動系統(tǒng)設計與計算3.3.1 主軸分布類型多軸箱主軸的分布類型有：同心圓分布、直線分布和任意分布。根據(jù)各種分布的區(qū)別，可以選取本設計中主軸分布類型為同心圓分布，可用一根中間軸帶動。3.3.2 傳動系統(tǒng)的設計1.擬定傳動路線把主軸箱的主軸1與2，3與4分別看作一組同心主軸，在其圓心處設中心傳動軸5、6，將中間軸5、6再分別與傳動軸7、8連接，傳動軸6帶動葉輪泵泵軸9，將傳動軸7、8看作一組同心圓，分別與驅(qū)動軸0連接，形成多軸箱傳動樹形圖，如圖3-2所示。3-2 主軸箱傳動樹形圖2.確定驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向及其位置驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速根據(jù)動力箱的型號確定，驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速為。從面

36、對主軸的位置看，所有主軸（除非特殊要求外）應逆時針方向旋轉(zhuǎn)。從傳動樹可得出驅(qū)動軸為逆時針旋轉(zhuǎn)(面對主軸看)。驅(qū)動軸的位置，水平方向取在主軸箱的中間，位于主軸箱對稱線上；垂直方向，位于主軸箱的下部，具體數(shù)據(jù)待定。3.確定齒輪齒數(shù)和中間軸的位置及轉(zhuǎn)速(1)確定中間傳動軸的位置用幾何作圖法，過軸1與2、3與4作圓，確定軸1與2、3與4的圓心，即為中間軸5、6的位置，量出半徑。(2)齒輪齒數(shù)的確定已知，各主軸的轉(zhuǎn)速為， 所以，驅(qū)動軸到主軸的傳動比為 軸進行傳動比分配，軸1與2、3與4分別中間傳動軸5、6的傳動比取為(3)配各對齒輪。(a) 軸1與2、3與4分別中間傳動軸5、6各配合齒輪齒數(shù)的確定已知，

37、取m=2，由兩軸間齒輪嚙合中心距公式 公式(3-1)由公式（3-1）得 (3.1)又由 (3.2)解式（3.1）、式（3.2）得 (b)中間傳動軸7、8分別與傳動軸5、6配合齒輪齒數(shù)的確定以軸5為圓心作過軸4的圓，測得此圓的半徑，取m=3，由公式（3-1）得 (3.3)又由 (3.4)解式（3.3）、式（3.4）得 (c)驅(qū)動軸0與傳動軸7、8配合齒輪齒數(shù)的確定取，已知，取m=3，則，由公式（3-1）得 (3.5)又由 (3.6)解式（3.5）、式（3.6）得(d)驗算各主軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速相對在5%之內(nèi)，符合設計要求。(4)潤滑油泵由機械設計師手冊，選取葉片泵的規(guī)格為，額定轉(zhuǎn)速為476r/min，由

38、傳動軸6帶動葉輪泵泵軸9，取葉片泵齒輪齒數(shù)為24。所以，葉片泵的轉(zhuǎn)速為在400r/min800r/min范圍之內(nèi)，滿足要求。(5)繪制傳動系統(tǒng)圖傳動系統(tǒng)圖如圖3-3所示。圖3-3 多軸箱傳動系統(tǒng)圖3.4 多軸箱坐標計算1.加工基準坐標系xoy的確定坐標系xoy的橫軸(x軸)選在多軸箱的箱體底面，縱軸(y軸)通過定位銷孔，兩軸交點為坐標系xoy的原點。2.計算主軸和驅(qū)動軸坐標(1)選擇計算用的小坐標系xoy以軸2的軸線為原點，建立坐標系xoy。圖3-4 基準坐標系xoy及小坐標系xoy(2)計算中間傳動軸的坐標由工件的零件圖確定各主軸在xoy的坐標，如表3-1所示。 表3-1 各主軸在xoy坐標

39、系的坐標值軸號1234坐標(0，67)(0,0)(470,0)(470,67)又，由機械制造裝備設計手冊查得，傳動軸與兩軸定距坐標計算公式： 公式(3-2) 公式(3-3)代入已知數(shù)據(jù)，由公式（3-2）、公式（3-3）可得在xoy坐標系中傳動軸5的坐標為：(3)驗算中心距誤差多軸箱上孔系的加工依據(jù)是計算的坐標，而在裝配時需要兩軸的齒輪正常嚙合。所以，必須驗算齒輪嚙合的實際中心距a與標準中心距r是否符合，驗算標準為中心距之差。由機械制造裝備設計傳動軸與三軸等距驗算公式： 公式(3-4)得傳動軸5與軸1、2、3的中心距誤差為：由于，要采用變位齒輪湊中心距的方法來滿足齒輪正常嚙合的要求。同理，傳動軸

40、5與軸4的中心距誤差為：同樣，也需要采用變位齒輪。(4)坐標值的換算將各軸在xoy坐標系的坐標值換算為在xoy上的坐標值，取軸2在xoy坐標系中的坐標為(65,172),則各軸在xoy上的坐標值計算公式為： 公式(3-5) 公式(3-6)各軸在xoy坐標系的坐標值，如下表。表3-2 各軸在xoy坐標系的坐標值軸號1234坐標（65，239）（65，172）（465,172）（465,239）(5)驅(qū)動軸的坐標計算將驅(qū)動軸的橫坐標取在多軸箱的對稱線上，則在坐標系xoy中的橫坐標,又由，則可以確定縱坐標。由公式， 公式(3-7)代入數(shù)值解之得，。 所以，驅(qū)動軸在xoy坐標系的坐標為(175.00,

41、110.87)。(6)葉片泵軸的坐標計算由軸2的坐標(145.165),軸2與軸6的中心距，取橫坐標x為98，所以縱坐標y為134.10。3.5 多軸箱零件設計3.5.1 齒輪的設計及校核1.齒輪的設計齒輪的模數(shù)，壓力角，齒寬，由個齒輪的齒數(shù)，可確定個齒輪的分度圓直徑。(1)軸1、2、3上齒輪及軸5上與其配合齒輪的分度圓直徑 (2)軸4上齒輪及軸5上與其配合齒輪的分度圓直徑 (3)驅(qū)動軸o上齒輪及軸5上與其配合齒輪的分度圓直徑2.齒輪的校核對軸4上齒輪及軸5與其配合的齒輪進行校核，齒輪材料選為40cr，硬度為280hbs，精度等級為7級，齒輪齒數(shù)分別為，。按齒面接觸強度校核 (1)小齒輪傳遞的

42、轉(zhuǎn)矩為。(2)由機械設計表10-7，選取齒寬系數(shù)。(3)由表10-6，查得材料的彈性影響系數(shù)。(4)由圖10-21d按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限。(5)計算應力循環(huán)次數(shù)主軸5的轉(zhuǎn)速，機床采用兩班制，一年工作時間取4600h，工作壽命10年。(6)由圖10-19，取接觸疲勞壽命系數(shù)，。(7)計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%，安全系數(shù)s=1，所以(8)計算圓周速度(9)計算齒寬與齒高之比齒寬 齒高 (10)計算載荷系數(shù)由，7級精度，查圖10-8得載荷系數(shù)；直齒輪，；由表10-2查得使用系數(shù)；查表10-4得7級精度、小齒輪相對支撐非對稱布置時，。由，查圖10-3得，所以載荷系數(shù)(11)強

43、度校核其中，標準直齒輪時，區(qū)域系數(shù)。，滿足齒面接觸強度要求。按齒根彎曲疲勞強度(1)由圖10-20查得齒輪的彎曲疲勞強度極限。(2)由圖10-18，取彎曲疲勞壽命系數(shù)，。(3)計算彎曲疲勞許用應力取安全系數(shù)s=1.4，所以(4)計算載荷系數(shù)(5)查取齒形系數(shù)由表10-5查得，。(6)查取應力校正系數(shù)由表10-5查得，。(7)強度校核滿足齒根彎曲強度要求。綜上，齒輪滿足強度要求。其余齒輪的校核過程與上述過程相似，均滿足強度要求，校核過程略。3.5.2 主軸設計及校核1.主軸的設計主軸的型號可根據(jù)主軸的軸頸尺寸，由組合機床設計簡明手冊表7-5、7-7查取，主軸箱1-4軸的型號如表3-3。表3-3

44、主軸箱各軸型號軸號軸頸軸型號1-42525-t0721-41 2.主軸的校核由于軸1-4直徑相同，轉(zhuǎn)速相同，所以選取任意一根軸進行校核。由 所以 (1)確定作用在齒輪上的力齒輪的直徑 圓周力 徑向力 圓周力、徑向力的方向如圖所示。圖3-5 受力分析圖水平方向由平衡條件解之得，所以，水平彎矩 豎直方向由平衡條件解之得，所以，豎直彎矩 扭矩 作彎矩圖和扭矩圖，如下圖 圖3-6 彎矩圖與扭矩圖總彎矩 由于軸單向旋轉(zhuǎn)，扭矩應力為脈動循環(huán)變應力，取，則軸的計算應力由40cr，調(diào)質(zhì)處理，查得。，所以軸安全。其余軸的校核過程與上述過程相似，均安全，校核過程略。3.5.3 軸承的設計及校核1.軸承的設計由組合

45、機床設計簡明手冊表7-5查得，各軸承型號。表3-4 軸承型號軸型號軸承類型軸承型號20-1t0722-41止推軸承51204204014滾珠軸承620420471415-1t0722-41止推軸承51202153212滾珠軸承620215351125-1t0721-41滾錐軸承302052552152.軸承的校核深溝球軸承6202，尺寸15mm32mm11mm。滿足壽命要求。其余軸的校核過程與上述過程相似，均滿足壽命要求，校核過程略。3.5.4 鍵的設計及校核1.鍵的設計根據(jù)軸頸、鍵的類型，由機械設計師手冊確定鍵的b、h、l。表3-5 鍵的參數(shù)鍵的位置鍵的類型bhl軸1、2、3、4a6620軸

46、5.6a5520軸7.8a8720軸9c87302.鍵的校核由于軸4上鍵的鍵寬、鍵高較小，所以選擇對軸4上的鍵進行校核。由 所以，此鍵合適。其余鍵的校核過程與此過程相似，均滿足要求，校核過程略。3.5.5 其它零件的設計與選取1.潤滑系統(tǒng)的設計潤滑系統(tǒng)的設計在設計潤滑系統(tǒng)時，應對機械設備各部分的潤滑要求作全面的分析，確定所使用潤滑劑的品種，盡量減少潤滑劑和潤滑裝置的類別在保證主要總值件的良好潤滑條件下，綜合考慮其他潤滑點的潤滑，要保證潤滑質(zhì)量應使?jié)櫥到y(tǒng)既滿足設備運轉(zhuǎn)中對潤滑的需要，又應與設備的工況條件和使用環(huán)境相適應，以免產(chǎn)生不適當?shù)哪Σ?、溫度、噪聲及過早的失效。由于我們設計的是鉆床主軸箱，

47、主軸、傳動軸、軸承和齒輪的潤滑用機械油；由裝在主軸箱內(nèi)的潤滑油泵供油，經(jīng)分油器和油管分別將油送入主要嚙合區(qū)潤滑，并且用油盤淋油的方法全面潤滑各齒輪及軸承。在主軸箱的箱體上安裝油標，發(fā)現(xiàn)油量低于最低線時，及時加油。每兩個月更換一次油。(1)油管、管接頭、管夾的選擇尼龍管可用于中、低壓液壓系統(tǒng)中，因此我選擇尼龍管。在輸油進入分油器過程中，由于流量較大，選油管直徑為12mm，從分油器輸出時，流量小些，選油管直徑為6mm。在選擇管夾頭時，選用擴口紫銅管管接頭，其規(guī)格分別為60.75,121兩種。由于管的規(guī)格有兩種，因而管夾也選兩種。(2)油盤，分油器油盤是用來潤滑不在油管噴游范圍內(nèi)的齒輪和軸承，由于多

48、軸箱為400400，我們就選用長度為200mm的油盤。由組合機床設計簡明手冊，選用圓形分油器，型號為zir31-2。(3)放油口,油標為了換油及清洗箱體時排出油污，因而在箱座底部油池最低處設有排油孔，平時排油孔用螺塞及封油墊封住。排油孔螺塞材料一般采用q235，封油墊材料可用防油橡膠、工業(yè)用革或石棉橡膠紙,可以選用m221.5的塞子。油標用來指示箱內(nèi)油面高度，選用壓配式圓形油標（gb1160.1-89），視孔d=32mm。2.前蓋與箱體、箱體與后蓋、后蓋與動力頭定位聯(lián)接的設計據(jù)組合機床設計簡明手冊p140，對于動力箱與多軸箱后蓋連接用定位銷選用22-zhbq45-3-31,而多軸箱體與前蓋、后蓋連接用定位銷則選25ziq45-4。3.圓螺母、止動墊圈的選擇圓螺母、止動墊圈是成對使用的，但在選取其型號時，應保證其固定其鄰近的零件，由組合機床設計簡明手冊表8-10得：25mm的軸選m241