氣缸體三面鉆螺紋底孔組合機床總體及左主軸箱設計（機械CAD圖紙）

目錄1緒論 12組合機床總體設計 32.1總體方案論證 32.1.1工藝路線的確立 31.1.2機床配置型式的選擇 42.1.3定位基準的選擇 42.1.4滑臺型式的選擇 42.2確定切削用量及選擇刀具 52.2.1選擇切削用量 52.2.2計算切削力、切削扭矩及切削功率 62.2.3選擇刀具結構 72.3組合機床總體設計—三圖一卡 72.3.1被加工零件工序圖 72.3.2加工示意圖 72.3.3機床尺寸聯(lián)系總圖 102.3.4機床生產率計算卡 123組合機床主軸箱設計 143.1繪制主軸箱原始依據(jù)圖 143.2主軸結構型式的選擇和動力計算 153.2.1主軸結構型式的選擇 153.2.2主軸直徑和齒輪模數(shù)的確定 163.3主軸箱傳動系統(tǒng)的設計與計算 163.3.1根據(jù)原始依據(jù)圖計算坐標尺寸 163.3.2擬訂主軸箱傳動路線 173.3.3確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù) 173.4主軸箱坐標計算、繪制坐標檢查圖 223.4.1計算傳動軸的坐標 223.4.2繪制坐標檢查圖 243.5軸、齒輪的校核 243.5.1軸的校核 243.5.2齒輪的校核 254零部件的設計繪制 284.1繪制主軸箱的裝配圖及零件圖 284.2繪制主軸箱前、后蓋、主軸及箱體 285樣機試驗測試 295.1組合機床空運轉試驗 295.1.1樣機試驗要求 295.1.2樣機試驗結果 295.2組合機床鉆孔試驗 295.2.1組合機床試驗過程 295.2.2組合機床試驗結果 295.3進行精度測試 296結論 31參考文獻 321緒論組合機床是根據(jù)工件加工需要,以大量通用部件為基礎,配以少量專用部件組成的一種高效的專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方法，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產中得到廣泛應用，并可用來組成自動生產線。組合機床及其自動線是集機電于一體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、經濟實用,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)。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批量比較大的大中型箱體類和軸類零件(近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額),完成鉆孔、擴孔、鉸孔,加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺,在孔內鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多,有大型組合機床和小型組合機床,有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式,還有多工位回轉臺式組合機床等;隨著技術的不斷進步,一種新型的組合機床——柔性組合機床越來越受到人們的青睞,它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換,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)控制和驅動系統(tǒng),并能靈活適應多品種加工的可調可變的組合機床。另外,近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機(清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線)等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。二十世紀70年代以來，隨著可轉位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動檢測和刀具自動補償技術的發(fā)展，組合機床的加工精度也有所提高。組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調速電動機和滾珠絲杠等傳動，以簡化結構、縮短生產節(jié)拍；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。國內組合機床近幾年取得了長足的進步，但是與發(fā)達國家相比，在產業(yè)結構、產品水平、開發(fā)能力、產業(yè)規(guī)模、制造技術水平、勞動生產率、國內外市場占有率等諸多方面尚存在不少差距。在組合機床方面，總體水平不高，國際競爭力不強，不能充分滿足國內建設需要，關鍵技術過分依賴國外，自主發(fā)展能力薄弱，高技能人才的比較優(yōu)勢有弱化的危險，產品質量不穩(wěn)定，用戶服務水平差距較大。組合機床的設計，目前基本上有兩種方式：其一，是根據(jù)具體加工對象的特征進行專門設計，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，廣大工人和技術人員總結出生產和使用組合機床的經驗，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)在完成一定工藝范圍內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”。這種組合機床不需要每次按具體加工對象進行專門設計和生產，而是設計成通用品種，組織成批生產，然后按被加工零件的具體需要，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。在組合機床設計過程中，為了降低組合機床的制造成本，應盡可能地使用通用件和標準件。目前，我國設計制造的組合機床，其通用部件和標準件約占部件總數(shù)的70～80%，其它20～30%是專用零部件?？紤]到近年來，各種通用件和標準件都出臺了新的標準及標注方法，為了方便以后組合機床的維修，整個組合機床的通用件和標準件配置，都采用了新標準。本機床根據(jù)生產的需要進行設計，氣缸體在三面鉆組合機床上加工過程為：氣壓驅動夾具對氣缸體夾緊；電氣按鈕驅動快進電機來實現(xiàn)快速進刀；快進電機關閉工進電機啟動，把快進轉工進對氣缸體進行鉆削加工；達到加工鉆削深度時，滑鞍碰上死擋鐵使絲杠不轉，使傳動裝置中過轉矩保護裝置啟動；啟動快進電機反轉，滑鞍快速退回；打開氣壓開關放氣減壓，夾具松開；取出氣缸體。本設計主要針對原有的ZH1105WA機體左、右、后三個面上31個孔多工序加工、生產率低、位置精度誤差大的問題而設計的，從而保證孔的位置精度、提高生產效率，降低工人勞動強度。主軸箱設計是該次設計中一個重要的傳動部分的設計。首先，在完成對組合機床的總體設計并繪制出“三圖一卡”的基礎上，繪制主軸箱設計的原始依據(jù)圖；接著確定主軸結構、軸徑以齒輪模數(shù)；然后根據(jù)被加工孔的位置，擬定傳動系統(tǒng)，應注意軸與軸的最小間距應符合規(guī)定要求，避免產生干涉，這一步是主軸箱設計的核心部分；第四步是計算主軸、傳動軸坐標、繪制坐標檢查圖；第五步，繪制多軸箱總圖，零件圖及編制組件明細表。

2組合機床總體設計2.1總體方案論證本設計的加工對象為柴油機氣缸體，材料是HT250,硬度HBS190-240，重量36.5Kg。2.1.1工藝路線的確立根據(jù)先粗加工后精加工、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ZH1105WA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攻螺紋；工序12鉆上面、下面、前面的孔；工序13攻螺紋；工序14最終檢驗。本道工序（工序10）：鉆左面、右面、后面的孔，由本設備“ZH1105WA氣缸體三面鉆組合機床”完成，因此，本設備的主要功能是完成柴油機氣缸體左、右、后三個面上31個孔的加工。具體加工內容是：鉆右側面上10個孔，其中盲孔9×Φ6.7,盲孔Φ8.5；左側面15個孔，其中盲孔14×Φ6.7，盲孔Φ12.5；鉆后面6個孔，其中盲孔6×Φ12.5。1.1.2機床配置型式的選擇機床的配置型式主要有臥式和立式兩種。臥式組合機床床身由滑座、側底座及中間底座組合而成。其優(yōu)點是加工和裝配工藝性好，無漏油現(xiàn)象；同時，安裝、調試與運輸也都比較方便；而且，機床重心較低，有利于減小振動。其缺點是削弱了床身的剛性，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。其優(yōu)點是占地面積小，自由度大，操作方便。其缺點是機床重心高，振動大。此外，ZH1105WA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。通過以上的比較，考慮到臥式床身振動小，裝夾方便等優(yōu)點，選用臥式組合機床。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)最大限度的集中工序。本機床加工時采用的定位方式是以底面為定位基準面，限制三個自由度；用兩個擋鐵限制兩個自由度；在左側有一個支承釘，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機械滑臺。與液壓滑臺相比較，機械滑臺具有如下優(yōu)點：進給量穩(wěn)定，慢速無爬行，高速無振動，可以降低加工工件的表面粗糙度；具有較好的沖擊能力，繼續(xù)銑削、鉆頭鉆通孔將要出口時，不會因沖擊而損壞刀具；運行安全可靠，易發(fā)現(xiàn)故障，調整維修方便；沒有液壓驅動的管路、泄漏、噪聲和液壓站占地的問題。機械滑臺也有其弊端，如：只能有級變速，變速比較麻煩；一般沒有可靠的保護；快進轉工進時，轉換位置精度較低。液壓滑臺弊端，如：進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，浪費能源；調整維修比較麻煩。本課題的加工對象是ZH1105WA柴油機氣缸體，鉆左、右、后三個面上的31個孔，位置精度和尺寸精度要求較高，剛度高、熱變形小、進給穩(wěn)定性高，因此采用精密級機械滑臺。2.2確定切削用量及選擇刀具2.2.1選擇切削用量對于31個被加工孔，采用查表法選擇切削用量，從文獻[9]的130頁表6-11中選取。由于鉆孔的切削用量還與鉆孔深度有關，隨孔深度的增加而逐漸遞減，其遞減值按文獻[9]的131頁表6-12選取。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。鉆孔深度較大時，由于冷卻排屑條件都較差，使刀具壽命有所降低。降低切削速度主要是為了提高刀具壽命，并使加工較深孔時鉆頭的壽命與加工淺孔時鉆頭的壽命比較接近。A.對左側面的15個孔的切削用量的選擇a.孔1～孔6，孔8～孔1514×Φ6.7，盲孔，l=14mm由d＞6～12，硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0.1～0.18mm/r,又d=6.7mm,取定v=11.8m/min,f=0.11mm/r,則由文獻[5]的43頁公式式（2-1）得：n=1000×π=560r/minb.孔7Φ12.5，盲孔，l=32mm由d＞12～22，硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0.18～0.25mm/r,又d=12.5mm,取定v=13.345m/min,f=0.181mm/r,則n=1000×π=340r/minB.對后面的6個孔的切削用量的選擇a.孔16～孔216×Φ12.5，盲孔，l=32mm由d＞12～22，硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0.18～0.25mm/r,又d=12.5mm,取定v=11.0m/min,f=0.22mm/r,則n=1000×π=280r/minC.對右側面的10個孔的切削用量的選擇a.孔22～孔309×Φ6.7，盲孔，l=16mm由d＞6～12，硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0.1～0.18mm/r,又d=6.7mm,取定v=11.8m/min,f=0.11mm/r,則n=1000×π=560r/minb.孔31Φ8.5，盲孔，l=15mm由d＞6～12，硬度大于190～240HBS，選擇v=10～18m/min,f＞0.1～0.18mm/r,又d=8.5mm,取定v=11.74m/min,f=0.14mm/r,則n=1000×π=440r/min2.2.2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中公式式（2-2）式（2-3）式（2-4）式中，—切削力（N）；—切削轉矩（N·㎜）；—切削功率（Kw）；—切削速度（m/min）；—進給量（mm/r）；—加工（或鉆頭）直徑（mm）；—布氏硬度，，在本設計中，，，得=223。由以上公式可得：對左面單根軸：軸1～軸6，軸8～軸15=764.1N·mm軸7=2123.3N·mm對后面單根軸：軸16～軸21=2482.0N·mm對右面單根軸：軸22～軸30=764.1N·mm軸31=1175.6N·mm(軸編號與孔編號相對應)總的切削功率：即求各面上所有軸的切削功率之和左面=14×后面=6×右面=9×實際切削功率根據(jù)文獻[9]，=(1.5～2.5),因為是多軸加工，故取定P=2則=2×Kw=2×=2×選擇刀具結構根據(jù)工藝要求及加工精度的要求，加工31個孔的刀具均采用標準復合式麻花鉆。組合機床總體設計—三圖一卡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，表示所設計的組合機床（或自動線）上完成的工藝內容，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。除了是設計研制合同外，它是組合機床設計的具體依據(jù)，也是制造、使用、調整和檢驗機床精度的重要文件。2.3.2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.刀具的選擇a.根據(jù)工藝的要求及加工精度不同，組合機床采用的刀具一般有簡單刀具（標準刀具）、復合刀具及特種刀具。選擇刀具的原則：（只要條件允許，為使工作可靠，結構簡單、刃磨容易，應盡量選擇標準刀具和簡單刀具。b.為使工序集中程度或保證加工精度，可采用先后加工或同時加工兩個或兩個以上表面的復合刀具。c.選擇刀具結構時，還須認真分析被加工零件材料特點。刀具直徑的選擇應與加工部位尺寸、精度相適應?？爪郸担豢爪郸?；孔ΦΦ。B.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。本題目中加工31個孔時導向表面旋轉線速度均小于20m/min,所以導向裝置選用固定導套。對于加工Φ6.7孔，選擇的導套尺寸為：D=15mm，D1=22mm，D2=26mm，L=20mm，l=8mm，l1=3mm，e=16.5mm，配用的螺釘M6。對于加工Φ8.5孔，選擇的導套尺寸為：D=18mm，D1=22mm，D2=26mm，L=28mm，l=10mm，l1=4mm，e=18.5mm，配用的螺釘M6。對于加工Φ12.5孔，選擇的導套尺寸為：D=22mm，D1=30mm，D2=34mm，L=20mm，l=10mm，l1=4mm，e=22mm，配用的螺釘M8。C.確定主軸、尺寸、外伸尺寸在該題中，主軸用于鉆孔，選用滾珠軸承主軸。又因為浮動卡頭與刀具剛性連接，所以該主軸屬于長主軸。故本課題中的主軸均為深溝球軸承長主軸。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(2-5)式中，—軸的直徑（mm）；—軸所傳遞的轉矩（N·m）；—系數(shù)，本課題中主軸為非剛性主軸，取=6.2。由公式可得：軸1～軸6，軸8～軸15軸7m軸16～軸21軸22～軸30軸31考慮到安裝過程中軸的互換性、安裝方便等因素，除13軸、14軸軸徑取為15㎜外，其余29根主軸軸徑均取為20㎜。根據(jù)主軸類型及初定的主軸軸徑，查文獻[9]的44頁表3-6可得到主軸外伸尺寸及接桿莫氏圓錐號。主軸軸徑d=15㎜時，主軸外伸尺寸為：D/d=25/16,L=85mm；接桿莫氏圓錐號為１。主軸軸徑d=20㎜時，主軸外伸尺寸為：D/d=32/20,L=115mm；接桿莫氏圓錐號為１。D.動力部件工作循環(huán)及行程的確定a.工作進給長度的確定工作進給長度，應等于加工部位長度L（多軸加工時按最長孔計算）與刀具切入長度和切出長度之和。切入長度一般為5～10㎜，根據(jù)工件端面的誤差情況確定。鉆孔時切出長度按文獻[9]的46頁表3-7式(2-6)計算。式中，d為鉆頭直徑。三個面上鉆孔時的工作進給長度見表2-1。表2-1工進長度確定表Ld左主軸箱3210850后主軸箱3210850右主軸箱166830b.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150mm，170mm和150mm。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，三面快速退回長度為200mm。d.動力部件總行程的確定動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40mm，后備量取100mm，則總行程為340mm。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頁公式式(2-7)式中，—各主軸所需的向切削力，單位為N。則左主軸箱=14×后主軸箱×6=14892N右主軸箱×9+1175.6=8052.5N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。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96頁表5-5，左、右、后三面的機械滑臺均選用1HJ40M型。臺面寬400mm，臺面長800mm,最大行程長630mm，滑臺及滑座總高320mm,滑座長1240mm，允許最大進給力20000N，工作進給電機型號為Y802-4B5、轉速1390r/min、工作進給范圍為9.62～425.8r/min;快速進給電機型號為Y90L-4B5,功率為1.5Kw、轉速為1400r/min、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頁公式式(2-8)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。左主軸箱：則后主軸箱：則右主軸箱：則根據(jù)機械滑臺的配套要求，滑臺額定功率應大于電機功率的原則，查文獻[9]的114-115頁表5-38、表5-39得出動力箱及電動機的型號，見表2-2。表2-2動力箱確定表動力箱型號電動機型號電動機功率(Kw)電動機轉速(r/min)輸出軸轉速(r/min)左主軸箱1TD40IY132S-41440720后主軸箱1TD40IY132S-41440720右主軸箱1TD40IY132S-41440720c.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=1350mm。B.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=12mm，所選滑臺與滑座總高=320mm，側底座高度=560mm，夾具底座高度=350mm，中間底座高度=630mm，綜合以上因素(+>850mm)，該組合機床裝料高度取=1000㎜。C.確定主軸箱輪廓尺寸主要需確定的尺寸是主軸箱的寬度和高度及最低主軸高度。主軸箱寬度、高度的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關，可按下式計算：=+=++式中，—工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（mm）；—最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（mm）；—工件在高度方向相距最遠的兩孔距離(mm）；—最低主軸高度（mm）。其中，還與工件最低孔位置（=12mm）、機床裝料高度（=1000mm）、滑臺滑座總高（=320mm）、側底座高度（=560mm）、滑座與側底座之間的調整墊高度（=5mm）等尺寸有關。對于臥式組合機床，要保證潤滑油不致從主軸襯套處泄漏箱外，通常推薦>85～140mm，本組合機床按式=+-(0.5+++)=12+1000-(0.5+320+560+0.5)計算，得：=126.5mm。=275mm,取=100mm，則求出主軸箱輪廓尺寸：=+2=++根據(jù)上述計算值,按主軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定主軸箱輪廓尺寸為×=630mm×500mm。2.3.4機床生產率計算卡已知：工作行程為340mm進刀量為7500㎜/min理想生產率Q（件/h）理想生產率是指完成年生產綱領（包括備品及廢品率）所要求的機床生產率。用文獻[9]的51頁的公式式(2-9)計算，式中，N—年生產綱領（件），本課題中N=50000件；—全年工時總數(shù)，本課題以單班7小時計，則。則實際生產率（件/h）實際生產率是指所設計的機床每小時實際可生產的零件數(shù)量。即文獻[9]的51頁的公式式(2-10)式中，—生產一個零件所需時間（min）。則機床負荷率機床負荷率為理性鄉(xiāng)生產率與實際生產率之比。即文獻[9]的52頁的公式式(2-11)則

3組合機床主軸箱設計本人的設計任務是柴油機氣缸體三面鉆組合機床左主軸箱部分的設計。由總體設計部分可知，需設計的主軸箱輪廓尺寸為630mm×500mm，屬于大型通用主軸箱，該類型的主軸箱結構典型，能利用通用的箱體和傳動件；采用標準主軸，借助導向套引導刀具來保證被加工孔的位置精度。大型通用主軸箱由通用零件如箱體、主軸、傳動軸、齒輪和附加機構等組成。標準通用臥式鉆孔類主軸箱的厚度是一定的，為325mm。本課題中主軸箱由箱體、前蓋和后蓋三個部分組成。箱體材料為HT200，前、后蓋等材料為HT150；箱體的標準厚度為180mm，前蓋厚度為55mm，后蓋厚度為90mm。主軸的類型為深溝球軸承長主軸，主軸材料采用40Cr鋼，熱處理C42。通用傳動軸一般用45鋼，調質T235；滾針軸承傳動軸用20Cr鋼，熱處理S0.5-C59。通用齒輪有傳動齒輪、動力箱齒輪和電動機齒輪三種。通用主軸箱設計的順序是：繪制主軸箱設計原始依據(jù)圖；確定主軸結構、軸徑及模數(shù)；擬訂傳動系統(tǒng)；計算主軸、傳動軸坐標，繪制坐標檢查圖；繪制主軸箱總圖，零件圖及編制組件明細表。具體內容如下。繪制主軸箱原始依據(jù)圖主軸箱依據(jù)圖是根據(jù)“三圖一卡”繪制的。1.被加工零件編號及名稱：ZH1105WA柴油機氣缸體，材料及硬度：HT250190～240HBS；2.主軸外伸尺寸及切削用量，如表3-1；3動力部件1TD40I,1HJ40M,=5.5Kw,n=1440r/min。表3-1主軸外伸尺寸及切削用量表軸號主軸外伸尺寸（㎜）切削用量備注D/dL工序內容n(r/min)v(m/min)f(mm/r)1～68～121532/20115Φ56013、1425/1685Φ560732/20115Φ340圖3-1所示為三面臥式鉆孔組合機床左主軸箱設計原始依據(jù)圖。圖3.1主軸箱設計原始依據(jù)圖主軸結構型式的選擇和動力計算主軸結構型式的選擇主軸結構的選擇包括軸承型式的選擇和軸頭結構的選擇。軸承型式是主軸部件結構的主要特征，本課題中主軸進行鉆削加工，軸向切削力較大，用推力球軸承承受軸向力，用深溝球軸承承受徑向力。又因鉆削時軸向力是單向的，因此推力球軸承應安排在主軸前端。該課題中主軸采用的是深溝球軸承長主軸。長主軸其軸頭內孔較長，可增大與刀具尾部連接的接觸面，因而增強刀具與主軸的連接剛度，減少刀具前端下垂。鉆孔時常采用標準導套導向。軸頭用圓柱孔與刀具連接，用單鍵傳扭矩，緊定螺釘作軸向定位。3.2.2主軸直徑和齒輪模數(shù)的確定主軸直徑已在總體設計部分初步確定，15根主軸除13、14號軸的軸徑為15mm外，其余13根軸徑均為20mm。齒輪模數(shù)（單位為mm）一般用類比法確定，也可按文獻[9]的62頁公式估算，即式（3-1）式中，—齒輪所傳遞的功率，單位為Kw；—一對嚙合齒輪中的小齒輪齒數(shù)；—小齒輪的轉速，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，同一主軸箱中的模數(shù)規(guī)格不要多于兩種。由于本主軸箱為鉆孔主軸箱，主軸轉速誤差較小，且加工孔的位置比較集中，可以根據(jù)實際需要選出齒輪模數(shù)為2、3兩種。通過計算得≥1.76,結合生產實際取=2和=3兩種。3.3主軸箱傳動系統(tǒng)的設計與計算多軸箱傳動設計，是根據(jù)動力箱驅動軸位置和轉速、各主軸位置及其轉速要求，設計傳動鏈，把驅動軸和各主軸連接起來，使各主軸獲得預定的轉速和轉向。3.3.1根據(jù)原始依據(jù)圖計算坐標尺寸根據(jù)原始依據(jù)圖3-1，計算驅動軸、主軸的坐標尺寸，如表3-2所示：表3-2驅動軸、主軸坐標值坐標銷35驅動軸0主軸1主軸2主軸3主軸4主軸5X0Y0坐標主軸6主軸7主軸8主軸9主軸10主軸11主軸12XY坐標主軸13主軸14主軸15XY3.3.2擬訂主軸箱傳動路線該主軸箱有15根主軸，將這15根主軸分別為：1，2、3、4、5、6，7、8、9、10、11、12、13、14、15，傳動軸分別為16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33，油泵軸34由傳動軸32傳動。具體傳動路線見圖3-2。圖3.2傳動樹形圖3.3.3確定傳動軸位置及齒輪齒數(shù)傳動方案擬訂之后，通過“計算、作圖和多次試湊”相結合的方法，確定齒輪齒數(shù)和中間傳動軸的位置及轉速。A.由各主軸幾驅動軸轉速求驅動軸到各主軸之間的傳動比主軸==============560r/min=340r/min驅動軸=720r/min各主軸總傳動比i0-1、0-2、0-3、0-4、0-5、0-6、0-8、0-9、0-10、0-11、0-12、0-13、0-14、0-15i0-7為使結構緊湊，主軸箱體內的齒輪傳動副的最佳傳動比為1～1.5；另外，主軸與驅動軸轉向相同時,經過偶數(shù)個傳動副。B.各軸傳動比分配主軸箱中有同心圓分布、直線分布及任意分布，同時為滿足主軸上齒輪不過大的要求，最后一級齒輪取升速。1軸i0-32=1.36i32-19=0.97i19-17=1i17-12、10軸i0-32=1.36i32-2i32-103軸i0-26=1.32i26-3=14、6軸i0-32=1.36i32-19=0.97i19-17-20-16-27-29=1i29-4i29-65軸i0-18=1.32i18-21=1.9i21-28=0.95i28-57軸i0-32=1.36i32-19=0.97i19-17-20-16-27-29=1i29-30=1.8i30-31i31-7=18軸i0-18=1.32i18-21=1.9i21-23=0.706i23-89軸i0-32=1.36i32-19=0.97i19-17-20-16-27-33=1i33-911、12軸i0-18=1.32i18-11=1i18-12=113、15軸i0-18=1.32i18-21=1.9i21-22=0.53i22-13i22-15=114軸i0-18=1.32i18-21=1.9i21-23=0.706i23-25=0.875i25-24=1i24-14C.確定中間傳動軸的位置并選擇各對齒輪傳動軸轉速的計算公式：文獻[9]的64-65頁式(3-2)式(3-3)式(3-4)式(3-5)式(3-6)式(3-7)式中，—嚙合齒輪副傳動比； —嚙合齒輪副齒數(shù)和；—分別為主動和從動齒輪齒數(shù)；—分別為主動和從動齒輪轉速，單位為r/min； —齒輪嚙合中心距，單位為mm； —齒輪模數(shù)，單位為mm。a.確定中間傳動軸32的位置，配32軸與驅動軸0，32軸與主軸1、2、10及傳動軸17、19連接的/、/、/、/、/、/六對齒輪。在2、0軸心連線上用幾何作圖法粗略找出中垂線，量出32與0、32與2、32與10的距離，公式（3-4）及傳動比i32-2、i32-10=0.962，取m=2，可得到齒輪齒數(shù)=35，=25,=36,=26。（分別設在第Ⅰ排和第Ⅱ排）b.確定中間傳動軸26的位置，配26軸與驅動軸0，26軸與主軸3連接的/、/兩對齒輪。傳動軸26在主軸3、0軸心連線的中垂線上，量出26與3、0的距離，利用公式（3-4）及傳動比，取m=2和m=3，可得到齒輪齒數(shù)=29,=29,=29。（分別設在第Ⅲ排和第Ⅳ排）c.確定中間傳動軸29的位置，配29軸與主軸4、6連接的兩對齒輪。用求傳動軸配對的齒輪相同的方法，求得與傳動軸29配對的4、6的齒數(shù)=28,=26,=26，模數(shù)m=2。（設在第Ⅱ排）d.確定中間傳動軸31的位置，配31軸與主軸7及傳動軸30連接的兩對齒輪。用上述同樣的方法，求得與中間傳動軸31配對的主軸7及傳動軸30上的兩對齒輪齒數(shù)分別為=36,=30,=26,=26，模數(shù)均為2。（分別設在第Ⅰ排和第Ⅲ排）e.確定中間傳動軸28的位置，配28軸與主軸5及傳動軸21連接的兩對齒輪。用上述同樣的方法，求得與中間傳動軸28配對的主軸5及傳動軸21上的兩對齒輪齒數(shù)分別為=38,=36,=19，模數(shù)均為2。（設在第Ⅲ排）f.確定中間傳動軸23的位置，配23軸與主軸8及傳動軸21連接的兩對齒輪。用上述同樣的方法，求得與中間傳動軸23配對的主軸8及傳動軸21上的兩對齒輪齒數(shù)分別為=34,=24,=32,=23，模數(shù)均為2。（分別設在第Ⅰ排和第Ⅱ排）g.確定中間傳動軸33的位置，配33軸與主軸9及傳動軸27連接的兩對齒輪。用上述同樣的方法，求得與中間傳動軸28配對的主軸5及傳動軸21上的兩對齒輪齒數(shù)分別為=35,=24,=35,=23，模數(shù)均為2。（分別設在第Ⅰ排和第Ⅲ排）h.確定中間傳動軸22的位置，配22軸與主軸13、15及傳動軸21連接的三對齒輪。用上述同樣的方法，求得與中間傳動軸22配對的主軸13、15及傳動軸21上的三對齒輪齒數(shù)分別為=38,=20,=23,=19,=23，模數(shù)均為2。（分別設在第Ⅱ排和第Ⅲ排）i.確定中間傳動軸18的位置，配18軸與主軸11、12連接的兩對齒輪。用上述同樣的方法，求得與中間傳動軸18配對的主軸11、12的兩對齒輪齒數(shù)分別為=39,=39,=39，模數(shù)均為2。（設在第Ⅱ排）j.確定中間傳動軸24的位置，配24軸與主軸14及傳動軸25連接的兩對齒輪。用上述同樣的方法，求得與中間傳動軸24配對的主軸14及傳動軸25連接的兩對齒輪齒數(shù)分別為=28,=28,=23,=19，模數(shù)均為2。（設在第Ⅰ排）D.驗算各主軸轉速轉速相對損失在5%以內，符合設計要求。E.用中間傳動軸26兼作調整手柄軸軸26轉速較高，操作時省力，位置適當，可滿足要求。F.采用ZIR12-2型潤滑葉片泵，由中間傳動軸經一對齒輪傳動在400～800r/min范圍內，滿足要求。3.4主軸箱坐標計算、繪制坐標檢查圖坐標計算就是根據(jù)已知的驅動軸和主軸的位置及傳動關系，精確計算各中間傳動軸的坐標。其目的是為主軸箱箱體零件補充加工圖提供孔的坐標尺寸，并用于繪制坐標檢查圖來檢查齒輪排列、結構布置是否正確合理。3.4.1計算傳動軸的坐標計算傳動軸坐標時，先算出與主軸有直接傳動關系的傳動軸坐標，然后計算其它傳動軸坐標。根據(jù)傳動軸的傳動形式，傳動軸的坐標計算可分為三種類型：與一軸定距的坐標計算；與兩軸定距的坐標計算；與三軸等距的坐標計算。在本主軸箱18根傳動軸（軸16～33）與1根油泵軸（軸34）中，傳動軸、油泵軸之間可按與一軸定距的坐標計算方法計算，可按與兩軸定距的坐標計算方法計算，可按與三軸等距的坐標計算方法計算。由于與二軸定距的傳動軸坐標計算方法運用較多，下面簡單介紹其計算步驟：計算公式如下：（如圖3-3）文獻[9]的171頁公式設圖3.3主軸和傳動軸坐標關系則因為所以還原到X0Y坐標系中去，則c點坐標：根據(jù)文獻[9]的70-74頁三種計算傳動軸坐標的方法，計算得到中間傳動軸與油泵軸的坐標如表3-3所示。表3-3傳動軸坐標計算結果坐標傳動軸16傳動軸17傳動軸18傳動軸19傳動軸20傳動軸21傳動軸22傳動軸23XY坐標傳動軸24傳動軸25傳動軸26傳動軸27傳動軸28傳動軸29傳動軸30傳動軸31XY坐標傳動軸32傳動軸33油泵軸34XY3.4.2繪制坐標檢查圖在坐標計算完成后，繪制坐標及傳動關系檢查圖，用以全面檢查傳動系統(tǒng)的正確性。坐標檢查圖的主要內容有：通過齒輪嚙合，檢查坐標位置是否正確；檢查主軸轉速及轉向；進一步檢查各零件間有無干涉現(xiàn)象；檢查潤滑葉片泵、分油器等附加機構的位置是否合適。繪制出的坐標檢查圖，如圖3.4所示。圖3.4左主軸箱坐標檢查圖3.5軸、齒輪的校核以傳動軸29、32及其上面的齒輪為例，分別進行軸與齒輪的校核。3.5.1軸的校核已選定傳動軸29，d29=20mm，主軸4、6的轉矩==1.628N·m==/=28/26根據(jù)文獻[9]的66頁公式=+×2×(28/26)=3.5065N·m由文獻[9]的43頁表3-4可知45鋼的許用剪切應力，抗扭截面模數(shù)故可驗證傳動軸滿足要求。齒輪的校核已選定齒輪采用45鋼，鍛造毛坯，軟齒面，齒輪滲碳淬火HRC56～62，齒輪精度用8級，輪齒表面粗糙度為Ra1.6。以傳動軸32及驅動軸O上的一對嚙合為例進行，齒輪的強度校核，大、小齒輪齒數(shù)分別為，傳動比。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由文獻[2]的114頁中公式（7-9）得式（3-8）其中，，，，，，由文獻[2]的100頁圖7-6選擇材料的接觸疲勞極限應力為：由文獻[2]的101頁圖7-7選擇材料的彎曲疲勞極限應力為：應力循環(huán)次數(shù)N由文獻[2]的102頁公式（7-3）計算可得則由文獻[2]的102頁圖7-8，查得接觸疲勞壽命系數(shù),由文獻[2]的102頁圖7-9，查得彎曲疲勞壽命系數(shù)由文獻[2]的102頁表7-2查得接觸疲勞安全系數(shù)，彎曲疲勞安全系數(shù),又，試選。由文獻[2]的99頁中式（7-1）、（7-2）求許用接觸應力和許用彎曲應力：將有關值代入公式（3-8）得：則查文獻[2]的105頁圖7-10得；由文獻[