柴油機汽缸體兩端面銑削專機設(shè)計
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編號
無錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題目： 柴油機汽缸體兩端面銑削專機設(shè)計
信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
學(xué) 號： 0923070
學(xué)生姓名： 王 明
指導(dǎo)教師： 劉新佳 （職稱：副教授 ）
（職稱： ）
2013年5月25日
III
無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 柴油機汽缸體兩端面銑削專機設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級： 機械92
學(xué) 號： 0923070
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
無錫太湖學(xué)院
信 機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書
一、題目及專題：
1、題目 柴油機汽缸體兩端面銑削專機設(shè)計
2、專題
二、課題來源及選題依據(jù)
隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；?、專業(yè)化、集中化、高度機械化乃至自動化的步伐的加快，在進行工件加工時，要求考慮使用專用機床和夾具。組合機床和組合機床自動線是一種專用高效自動化技術(shù)裝備,目前,由于它仍是大批量機械產(chǎn)品實現(xiàn)高效、高質(zhì)量和經(jīng)濟性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備,因而被廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機、內(nèi)燃機和壓縮機等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。某企業(yè)因生產(chǎn)發(fā)展需要，擬開發(fā)柴油機汽缸體兩端面銑削專機，因此選定柴油機汽缸體兩端面銑削專機設(shè)計為本次設(shè)計課
三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：
1. 依據(jù)設(shè)計原始參數(shù)繪制零件工序圖；
2. 完成滿足生產(chǎn)需要的機床夾具設(shè)計、組合機床總體設(shè)計、組合機床主軸箱設(shè)計（折合零號圖3張以上）；
3. 編制設(shè)計說明書一份；
4. 完成英文翻譯資料一份；
四、接受任務(wù)學(xué)生：
機械92 班 姓名 王 明
五、開始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長研究所所長〕 簽名
系主任 簽名
2012年11月12日
摘 要
本課題是柴油機汽缸體兩端面銑削專機設(shè)計，主要是完成機床夾具設(shè)計、組合機床總體設(shè)計、組合機床主軸箱設(shè)計。根據(jù)柴油機汽缸體的結(jié)構(gòu)特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度及生產(chǎn)率等要求，確定該機床為臥式組合機床；考慮工件尺寸精度，表面粗糙度，切削的排除生產(chǎn)率等因素，選用硬質(zhì)合金不重磨式面銑刀；根據(jù)工件的尺寸、特點及其材料選擇切削用量；然后，再經(jīng)過切削用量來確定組合機床的通用部件；最后進行組合機床的總體設(shè)計。由于是銑削柴油機汽缸體的兩端面，則夾具的設(shè)計可以采用“一面兩銷”定位，手動夾緊，一次裝夾加工汽缸體兩端面，保證加工精度，提高生產(chǎn)率；根據(jù)工作將受到切削力來計算夾緊力；再根據(jù)夾緊力來選擇確定夾緊裝置的專用部件。
在設(shè)計之中，盡量使用通用件，減少制造成本，增加經(jīng)濟效益。通過本次設(shè)計可以達(dá)到的效果是：所設(shè)計的夾具及主軸箱能滿足所需的質(zhì)量要求，使用時安全可靠，拆裝方便，易于維修。
關(guān)鍵詞：組合機床；汽缸體；銑刀；夾具
Abstract
This topic is called a diesel engine at both ends of the cylinder block face milling plane design, mainly including the completion of jigs and fixtures design, the combination of the overall machine design and machine tool spindle box design. According to the structural characteristics of the diesel engine cylinder block, the processing site, dimensional accuracy, surface roughness and productivity requirements, it can be determined that the machine is a horizontal combination of machine tools; considering the accuracy of the workpiece dimensions, surface roughness, cutting negative factors such as productivity, the hard-alloyed throw-away grinding-face milling is chosen; cutting amount is selected according to the size of the workpiece. characteristics and material selection; then, by the cutting amount we determine the combination of general machine parts; Finally, the overall design of the machine is carried out. Due to both end faces of the milling diesel engine cylinder block, the design of the fixture can employ "the two sells" positioning, manual clamping, a fixture worked both ends of the cylinder block surface to ensure accuracy and improve productivity; clamping forces will be calculated through the cutting force; and determine specific parts of the clamping device according to the clamping force.
In such a design, one should make use of common parts to reduce manufacturing costs and increase economic benefits. The design can achieve the effect that the design of the fixture and spindle box can meet the quality requirements and it guarantees safe and reliable use, easy disassembly and easy maintenance.
Key words: combination machine tools; The cylinder body; Milling cutter;fixture
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
目 錄 V
1 緒論 1
1.1 課題來源 1
1.2 國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 1
1.3 指導(dǎo)思想和設(shè)計要求 2
2 總體方案論證 3
2.1 被加工零件分析 3
2.2 工藝方案的制定 3
2.3 加工設(shè)備方案選擇 3
2.4 確定機床總體布局 4
3 切削用量的選擇及計算 5
3.1 切削刀具的選擇 5
3.2 切削用量的選擇 5
3.3 切削力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率的確定 5
4 組合機床總體設(shè)計 8
4.1 被加工零件工序圖 8
4.2 加工示意圖 9
4.3 機床聯(lián)系尺寸圖 10
4.3.1 動力部件的選擇 10
4.3.2 滑臺及相配底座的選擇 11
4.3.3 確定機床的裝料高度H 11
4.4 機床生產(chǎn)率計算卡 11
4.4.1 理想生產(chǎn)率Q 11
4.4.2 實際生產(chǎn)率Q1 12
4.4.3 機床負(fù)荷率?負(fù) 13
4.4.4 編寫機床生產(chǎn)率計算卡 14
5 主軸箱設(shè)計 15
5.1 主軸及傳動軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 15
5.2 主軸箱傳動計算 16
5.2.1 傳動比分配 16
5.2.2 傳動系統(tǒng)設(shè)計及齒輪的排布 17
5.3 主軸箱的潤滑及油泵軸的確定 18
5.4 軸的計算及主軸校核 18
5.5 齒輪的校核 20
5.6 軸承的選擇與校核 21
6 夾具設(shè)計 24
6.1 定位誤差分析計算 24
6.2 夾緊裝置設(shè)計 25
6.3 夾緊力的計算 25
6.4 夾具零部件的設(shè)計 27
6.4.1 夾具體的設(shè)計 27
6.4.2 支座的設(shè)計 28
6.4.3 支承板的設(shè)計 28
6.4.4 螺桿的設(shè)計 29
6.4.5 支承軸的設(shè)計 30
6.4.6 壓板的設(shè)計 30
6.4.7 導(dǎo)向板的設(shè)計 31
7 液壓系統(tǒng)設(shè)計 32
7.1 負(fù)載分析 32
7.2 負(fù)載圖和速度圖的繪制 32
7.3 液壓缸主要參數(shù)的確定 32
7.4 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 35
7.4.1 液壓系統(tǒng)的工作要求的確定 35
7.4.2 擬定液壓系統(tǒng)圖 35
7.5 計算和選擇液壓元件 37
7.5.1 確定液壓泵的最高工作壓力 37
7.5.2 確定液壓泵流量 38
7.5.3 選擇液壓泵規(guī)格 38
7.5.4 計算油泵需要的電機功率 38
7.6 閥類元件的選擇 38
7.7 油管的確定 39
7.8 確定其它輔助裝置 39
7.9 發(fā)熱及油箱容量計算 39
8 結(jié)論與展望 40
8.1 結(jié)論 40
8.2 展望 40
致 謝 41
參考文獻(xiàn) 42
41
柴油機氣缸體兩端面銑削專機設(shè)計
1 緒論
1.1 課題來源
隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；?、專業(yè)化、集中化、高度機械化乃至自動化的步伐的加快，在進行工件加工時，要求考慮使用專用機床和夾具。組合機床和組合機床自動線是一種專用高效自動化技術(shù)裝備,目前,由于它仍是大批量機械產(chǎn)品實現(xiàn)高效、高質(zhì)量和經(jīng)濟性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備,因而被廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機、內(nèi)燃機和壓縮機等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。某企業(yè)因生產(chǎn)發(fā)展需要，擬開發(fā)柴油機汽缸體兩端面銑削專機，因此選定柴油機汽缸體兩端面銑削專機設(shè)計為本次設(shè)計課題
1.2 國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r
在我國，組合機床發(fā)展已有28年的歷史，其科研和生產(chǎn)都具有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，應(yīng)用也已深入到很多行業(yè)。是當(dāng)前機械制造業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品更新，進行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)效率和高速發(fā)展必不可少的設(shè)備之一。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(shù)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(yīng)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目前還是主要采用機、電、氣、液壓控制，生產(chǎn)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），是其主要的加工對象，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。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(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺式組合機床等；隨著技術(shù)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親睞，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更換，配以可編程序控制（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(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。
由于組合機床及其自動線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)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(shù)。我國組合機床及組合機床自動線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)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(dǎo)致投資規(guī)模的擴大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝，研制新產(chǎn)品，由過去的“剛性”機床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶要求，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣踊b備。
從2002年年底第21屆日本國際機床博覽會上獲悉，在來自世界10多個國家和地區(qū)的500多家機床制造商和團體展示的最先進機床設(shè)備中，超高速和超高精度加工技術(shù)裝備與復(fù)合、多功能、多軸化控制設(shè)備等深受歡迎。據(jù)專家分析，機床裝備的高速和超高速加工技術(shù)的關(guān)鍵是提高機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度。這次博覽會上展出的加工中心，主軸轉(zhuǎn)速10000—20000r/min，最高進給速度可達(dá)10-60m/min；復(fù)合、多功能、多軸化控制裝備未來也有很大發(fā)展?jié)摿Α，F(xiàn)在的零部件一體化在提高和數(shù)量減少的同時，形狀卻在變的復(fù)雜多樣化。多軸化控制的機床裝備適合加工形狀復(fù)雜的工件。另外，為了滿足產(chǎn)品的加工需求，需要加工機床能夠隨時調(diào)整和適應(yīng)新的變化?？墒乾F(xiàn)代通信技術(shù)在機床裝備中的應(yīng)用，以及信息通信技術(shù)的引進使得現(xiàn)在機床的自動化程度進一步提高，操作者可以通過網(wǎng)絡(luò)對機床的程序進行遠(yuǎn)程修改，對運轉(zhuǎn)狀況進行監(jiān)控并積累有關(guān)數(shù)據(jù)；通過網(wǎng)絡(luò)對遠(yuǎn)程的設(shè)備進行維修和檢查、提供售后服務(wù)等。
從上面介紹的可以知道，我國組合機床裝備跟國外還是有相當(dāng)大差距的，因此我國組合機床技術(shù)裝備今后的發(fā)展方向應(yīng)該是高速度、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(shù)的應(yīng)用。
1.3 指導(dǎo)思想和設(shè)計要求
1.學(xué)習(xí)獨立查閱參考文獻(xiàn)的能力。
2.完成柴油機汽缸體兩端面銑削專機總體結(jié)構(gòu)和主要部件（機床夾具、組合機床主軸箱）設(shè)計（折合零號圖4張以上）、編制設(shè)計說明書一份。
3.學(xué)習(xí)撰寫學(xué)術(shù)論文，完成畢業(yè)設(shè)計規(guī)定的各項任務(wù)。
4.完成英文翻譯資料一份。
2 總體方案論證
設(shè)計的機床要滿足加工要求、保證加工精度；盡可能選用通用件、以降低成本.因此根據(jù)上述要求和柴油機氣缸體的加工特點來確定設(shè)計方案.
2.1 被加工零件分析
被加工零件：柴油機氣缸體
材料：HT250
硬度：187—255HBS
年產(chǎn)量：7萬件
加工部位：兩端面
加工要求：汽缸體兩端面粗糙度被加工到6.3m ，兩端面尺寸至582±0.3mm
2.2 工藝方案的制定
工藝方案的擬訂是組合機床設(shè)計的關(guān)鍵一步.組合機床的總體設(shè)計要注重工件及其加工的工藝分析，只有制定出先進合理的工藝方案,才能設(shè)計出先進合理的組合機床.根據(jù)指定的加工要求,提出若干個工藝方案,擇其佳者.工藝方案確定了,組合機床的結(jié)構(gòu)、性能、運動、傳動、布局等一系列問題也就解決了.所以，工藝方案設(shè)計是組合機床設(shè)計的重要環(huán)節(jié).而且工藝方案在很大程度上決定了組合機床的結(jié)構(gòu)配置和使用性能.因此，必須認(rèn)真分析被加工零件圖紙,深入了解被加工零件的結(jié)構(gòu)特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術(shù)要求及生產(chǎn)率要求等一些因素.
擬定組合機床工藝方案的一般步驟如下：
1．分析、研究加工要求和現(xiàn)場工藝，在制訂組合機床工藝方案時，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途及其結(jié)構(gòu)特點、加工部位及其精度、表面粗糙度、技術(shù)要求及生產(chǎn)綱領(lǐng)；其次深入現(xiàn)場調(diào)查分析零件的加工工藝方法、定位夾緊方式、所采用的設(shè)備、刀具及切用量、生產(chǎn)率情況等.
2．定位基準(zhǔn)和夾壓部位的選擇組合機床一般為工序集中的多刀加工，不但切削負(fù)荷大，而且工件受力方面變化.因此，正確選擇定位基準(zhǔn)和夾壓部位是保證加工精度的重要條件.
本道工序主要是加工毛坯，因此，還要對毛坯基準(zhǔn)選擇考慮有關(guān)工序加工余量的均勻性.定位夾壓部位的選擇應(yīng)在有足夠的夾緊力下工件產(chǎn)生的變形最小，并且夾具易于設(shè)置導(dǎo)向和能過刀具.
本道工序：粗銑柴油機氣缸體兩端面.
2.3 加工設(shè)備方案選擇
在機械制造業(yè)中，金屬切削機床占機械設(shè)備總臺數(shù)的50%～70%，它負(fù)擔(dān)的工作量約占一半左右，其中有30%～50%的工作量是由組合機床來完成的，同時，機械加工方法是機電產(chǎn)品及零部件生產(chǎn)的主要方法，且機械加工質(zhì)量又是提高整個產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵.因此，組合機床的開發(fā)、設(shè)計，是機械制造行業(yè)一項非常重要的工作.組合機床是根據(jù)工件加工需要，以大量通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床，具有如下特點：
1．生產(chǎn)率高；
2．加工精度穩(wěn)定；
3．研制周期快，便于設(shè)計、制造和使用、維護；
4．自動化程度高，勞動強度低；
5．配置靈活，可按工件或工序要求靈活組成機床自動線，易于改裝，產(chǎn)品或工藝變化時，通用部件還可以重復(fù)利用；
6．使用穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊，機床費用低.
由于此次被加工的零件已定型，生產(chǎn)批量又較大，加工要求也較高，因此必須采用組合機床來進行生產(chǎn)，同時，又是針對雙面加工.因此，采用組合機床來進行加工是較適宜、理想的生產(chǎn)方案.
2.4 確定機床總體布局
根據(jù)上述確定的加工工藝方案，按照工序集中程度和生產(chǎn)批量大小，機床總體布局主要有如下配制型式：
1．多工位組合機床
多工位組合機床：主要用于中、小零件加工.生產(chǎn)占地面積大，但生產(chǎn)率高.這種方式若配合工作臺的移動和精確定位，可以組成組合機床自動線，則自動化程度和生產(chǎn)率均很高.
2.單工位組合機床
各種型式的單工位組合機床，通?？砂惭b一個工件，特別適宜于大、中型箱體類零件的加工.根據(jù)配置動力部件的型式和數(shù)量，這類機床可分為單面、多面及復(fù)合式.這種方
式組成靈活，結(jié)構(gòu)簡單，由于單工位加工，其機動時間與輔助時間不能重合，因而生產(chǎn)率比多工位機床低.
根據(jù)以上所述, 柴油機汽缸體的結(jié)構(gòu)是比較規(guī)則的長方體，從裝夾的角度來看，臥式平放比較方便，采用臥式組合機床加平面，有利于排屑，也減輕了工人的勞動強度.且柴油機氣缸體屬于中型加工零件，在本次設(shè)計中，銑平面工序是主要工序內(nèi)容.因此為了保證銑平面的加工精度和結(jié)合被加工零件加工特點，臥式單工位組合機床是較好的選擇.
臥式單工位組合機床又可分為臥式單面組合機床，臥式多面組合機床等.若采用臥式單面組合機床，加工兩端面需經(jīng)過兩次裝夾，增加輔助時間，成本高，生產(chǎn)效率低，工人勞動強度大.因此，采用臥式雙面組合機床是合理的選擇.其特點：工件安裝在夾具里，工件和夾具裝在銑削工作臺上，刀具相對固定，銑削工作臺實現(xiàn)進給運動.生產(chǎn)占地面積小，加工精度高.
3 切削用量的選擇及計算
3.1 切削刀具的選擇
在生產(chǎn)線上，由于銑削平面的走刀長度一般比孔加工的走刀長度長的多，為了提高切削用量應(yīng)采用硬質(zhì)合金套式面銑刀.
由參考文獻(xiàn)[3]，粗齒﹑中齒﹑細(xì)齒面銑刀刀片材料為YG6(銑鑄鐵)及YT15(銑鋼)，密齒面銑刀刀片材料為YG6，銑碳鋼面銑刀刀片材料為YT15.
由加工箱體外形尺寸，結(jié)合參考文獻(xiàn)[4]箱體端面為425×582，為大平面，以及被加工零件材料為HT250，因此選用刀片材料為YG6，刀盤直徑為500mm的硬質(zhì)合金套式面銑刀.又因為本道工序是粗銑，粗糙度要求不高，選中齒銑刀，齒數(shù)為34.
故設(shè)計的組合銑床選擇的刀具為：硬質(zhì)合金套式中齒端面銑刀，材料為YG6，齒數(shù)為34.
3.2 切削用量的選擇
在組合機床工藝方案確定過程中，工藝方法和切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度，生產(chǎn)率，刀具耐用度，機床的結(jié)構(gòu)形式及工作可靠性均有較大的影響.
在大多情況下，組合機床為多軸、多刀、多面同時切削，為盡量減少時間和刀具的損耗，保證機床生產(chǎn)率及經(jīng)濟效果，因此，切削用量比一般機床單刀加工低30%左右.
組合機床通常用動力滑臺來帶動刀具進給，由于多軸箱上同時工作的刀具種類不同且直徑大小不同，其切削用量也各有特點.因此，一般先按各刀具選擇較合理的切削速度v(m/min) 和每轉(zhuǎn)進給量f(mm/r)，再根據(jù)其中工作時間最長，負(fù)荷最重，刃磨較困難的刀具來確定并調(diào)整每轉(zhuǎn)進給量和轉(zhuǎn)速，通常用試湊法來滿足每分鐘進給量相同的要求.
從實際出發(fā)，根據(jù)加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求等進行分析，按照經(jīng)濟地滿足加工要求的原則，合理的選擇切削用量.本次設(shè)計中，采用查表法選擇加工柴油機氣缸體體量端面的切削用量.
由參考文獻(xiàn)表6-16[4]，查得：
銑削深度為2-5mm，在這里取銑削深度ap=4mm
銑削速度為50-80m/min，取銑削速度vc=75m/min
每齒進給量fz為0.2-0.4mm/z，取fz =0.2mm/z
主軸轉(zhuǎn)速 n = ==50.96 r/min
取 n = 51 r/min
進給速度：Vmm/min
3.3 切削力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率的確定
根據(jù)選擇的切削用量，確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）設(shè)計的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其他傳動件的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電機功率.
現(xiàn)分兩種方案進行討論.
方案Ⅰ：
銑削力的計算：
由由機械加工工藝人員手冊得：
F = 490×ap 1.0×fz 0.74×D-1.0×ae 0.90×z （3.1）
式中 F-銑削力(N)；
ap -銑削深度(mm)；
fz -每齒進給量(mm/z)；
D-銑刀直徑(mm)；
ae -銑削寬度(mm)；
z-銑刀的齒數(shù).
由前面計算的切削用量得，
ap =4mm；
fz=0.2mm/z；
D=512mm；
ae =425mm；
z=34.
將上述數(shù)值代入式（3.1）得：
F = 490×ap 1.0×fz 0.74×D-1.0×ae 0.90×z
=490× 41.0×0.20.74×500-1.0×4250.90×34
=9277.6(N)
由機械加工工藝人員手冊有：
切削功率：
P切 = 2.66×10-5× ap 0.9×fz 0.75×ae 1.1× n0.8
=2.66×10-5 ×40.9×0.20.75×4251.1×510.8
=7.03（kW）
主軸轉(zhuǎn)矩：
T =9.55×106×P/n
= 9.55×106×7.03/51
= 1.32×106N.mm
方案Ⅱ：
計算銑削功率:
查參考文獻(xiàn)[4]表6-20，得銑削功率:
P=
其中 p=1300/a0.313，
v= fzzn，
A= ap ae
切削功率：
P切=
=3.46 kW
Ⅰ，Ⅱ相比較，方案Ⅱ切削功率與實際切削功率相差的太大，方案Ⅰ與實際的切削功率相近，故選用第一種方案.
4 組合機床總體設(shè)計
組合機床總體設(shè)計，通常是針對具體加工零件，擬訂工藝和結(jié)構(gòu)方案，并進行方案圖樣和有關(guān)技術(shù)文件設(shè)計.并且在選取定加工方法和機床總體布局結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上繪制組合機床“三圖一卡”.其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖、機床聯(lián)系尺寸圖、加工示意圖、夾具設(shè)計圖和編制機床生產(chǎn)率計算卡等.
4.1 被加工零件工序圖
本次設(shè)計的組合機床主要對柴油機氣缸體兩端面的粗銑.因此采用一面兩銷定位方式，即利用零件上的一個平面和該平面上的兩個孔作為定位基準(zhǔn).一個孔插圓柱銷，另一個孔插菱形銷.這種定位方法保證了理論上的六點定定位原則(平面上三個點,圓柱銷兩個點和菱形銷一個點)，但是在實踐中，在大多數(shù)情況下，工件的一個平面，在夾具中不是支承在三個點上，而是支承在四個或者更多一些的支承點上，有時放在兩條長的支承板上，這樣可以提高“機床-夾具-刀具-工件”系統(tǒng)的剛性，避免夾壓力和切削力超出支承點，引起工件的彈性變形，這種變形不僅影響加工精度，還會引起振動，嚴(yán)重時造成刀具的折斷.
由于本次的加工的工序是在加工好柴油機氣缸體頂?shù)酌娴那闆r下進行的，因此被加工零件的頂、底面是較光滑的，因此采用柴油機氣缸體的下底面作為定位基準(zhǔn)，再在該面鉆兩個銷孔，這樣就保證了理論上的六點定位原則.
被加工零件圖是組合機床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗和調(diào)整機床的重要技術(shù)文件.它的要求被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸及與本機床設(shè)計有關(guān)的部位的結(jié)構(gòu)開頭及尺寸相符.加工用定位基準(zhǔn)、夾緊部位及夾緊方向，以便依次進行夾具定位支承、夾緊、導(dǎo)向裝置的設(shè)計.
本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形狀位置尺寸精度及技術(shù)要求，還包括本道工序?qū)η暗拦ば蛱岢龅囊?
本組合機床以柴油機氣缸體為加工對象進行設(shè)計，對工序圖簡要說明及與本機床設(shè)計有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)如下：
1．定位方法： 采用一面兩銷定位方式，即利用柴油機氣缸體底面和該平面上的兩個孔作為定位基準(zhǔn).一個孔插圓柱銷，另一個孔插菱形銷；
2．零件材料：HT250；
3．硬度：187—255HBS；
4．方框內(nèi)尺寸及相應(yīng)粗糙度為本機床所保證，其余尺寸及相應(yīng)光潔度為前序保證；
5．單邊加工余量：4mm
本汽缸體的被加工零件工序圖如下：
圖4.1 被加工零件工序圖
4.2 加工示意圖
零件的加工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中工件、夾具、刀具等機床各部件間的相對位置關(guān)系.因此，加工示意圖是組合機床設(shè)計的主要圖樣之一，在總體設(shè)計中占據(jù)重要地位.其主要內(nèi)容為：
1．反映機床的加工方法，切削用量及工作循環(huán).
2．決定刀具類型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)、尺寸.
3．決定主軸的結(jié)構(gòu)類型，規(guī)格尺寸及外伸長度.
4．選擇標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計專用的接桿，浮動卡頭，導(dǎo)向裝置，刀桿托架等.
5．標(biāo)明主軸、接桿、夾具與工件之間的聯(lián)系尺寸，配合及精度.
加工示意圖的畫法有如下要求：
1．加工示意圖的繪制順序是：先按比例用細(xì)實線繪出工作加工部位和局部結(jié)構(gòu)的展開圖.加工表面用粗實線畫.為簡化設(shè)計，相同加工部位的加工示意圖只需表示其中之一，即同一主軸箱里結(jié)構(gòu)尺寸相同的主軸可只畫一根.
2．一般情況下，在加工示意圖上，主軸分布可不按真實距離繪制.
3．主軸應(yīng)從多軸箱端面畫起.刀具應(yīng)處于加工終了位置.標(biāo)準(zhǔn)的通用結(jié)構(gòu)只畫外輪廓，但需加注規(guī)格代號.
本組合機床加工示意圖如下：
圖4.2 機床加工示意圖
4.3 機床聯(lián)系尺寸圖
機床聯(lián)系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運動關(guān)系，可用以檢驗機床各部件相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求，通用部件的選擇是否合適，并為進一步開展主軸箱等專用部件的設(shè)計提供依據(jù).聯(lián)系尺寸圖，它表示機床的配置型式及總體布局.
繪制機床聯(lián)系尺寸圖有以下要求：
1.以適當(dāng)數(shù)量的視圖按同一比例畫出機床各主要組成部件的外形輪廓及相關(guān)位置，表明機床的配置型式及總體布局，主視圖應(yīng)與機床實際加工狀態(tài)一致.
2.圖上應(yīng)盡量減少不必要的線條及尺寸，但反映各部件的聯(lián)系尺寸，專用部件的主要輪廓尺寸，運動部件的極限位置及行程尺寸，必須完整齊全，至于各部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)不必畫出，可留在具體設(shè)計部件時完成.
3.為便于開展部件設(shè)計，聯(lián)系尺寸圖上應(yīng)標(biāo)注通用部件的規(guī)格代號，電動機型號，功率及轉(zhuǎn)速，并注明機床部件的分組情況及總行程.
4.3.1 動力部件的選擇
由于功率損耗，取=0.85
取功率儲備系數(shù)為30%，8.27（1+30%）= 10.75 kW；
取＇≈ 11 kW.
選用1TD50-IV動力箱；[4]
選用電動機型號：Y160M-4；
同步轉(zhuǎn)速n=1460 r/min，輸出軸轉(zhuǎn)速n1=730 r/min，P電機=11 kW.
4.3.2 滑臺及相配底座的選擇
根據(jù)選定量及工作行程和工件尺寸大小，由參考文獻(xiàn)[4]表5-2查知應(yīng)選擇1HY63系列液壓滑臺 ，相應(yīng)的側(cè)底座為1CC631.
表5-1 1HY63 型液壓滑臺主要技術(shù)性能
型
號
臺面
寬度
臺面
長度
行
程
快進速度
（）
共進速度
（）
最大進給力（N）
1HY63
630
1250
5
6.5-250
50000
4.3.3 確定機床的裝料高度H
裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離.考慮剛度，結(jié)構(gòu)要功能和使用要求等因素，新頒國家標(biāo)準(zhǔn)裝料高度為1060mm，與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO一致.實際設(shè)計時常在850~1060之間選取.
由于滑臺高度為400mm，滑臺底座高度為630mm，夾具底座高度為220mm，則裝料高度為：
H=400mm+630mm+220mm=1250mm.
圖4.3 機床總聯(lián)系尺寸圖
4.4 機床生產(chǎn)率計算卡
根據(jù)加工示意圖所確定的工作循環(huán)及切削用量等，就可以計算出機床生產(chǎn)率度編制生產(chǎn)率計算卡.組合機床生產(chǎn)率計算卡是按一定格式要求編制的，反映零件在機床上的加工過程，工作時間，機床生產(chǎn)率，機床負(fù)荷率的簡明表格.它是用戶驗收機床生產(chǎn)效率的重要依據(jù).
4.4.1 理想生產(chǎn)率Q
理想生產(chǎn)率Q（單件為件/h）是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)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(guān)，一般情況下，單班制取2350h,兩班制取4600h，則：
Q=
有已知條件知，A=20000件，tk=2350h
則由上式得
Q== 15.2（件）
4.4.2 實際生產(chǎn)率Q1
實際生產(chǎn)率（單位為件/h）是指所設(shè)計機床每小時實際可生產(chǎn)的零件數(shù)量.則：
Q1 =
式中，—生產(chǎn)一個零件所需時間（min），可按下式計算：
式中 L1﹑L2—分別為刀具第Ⅰ﹑第Ⅱ工作進給長度，單位為mm；
vf1﹑vf2—分別為刀具第Ⅰ﹑第Ⅱ工作進給量，單位為mm/min；
t?！?dāng)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(zhuǎn)5~10轉(zhuǎn)所需的時間，單位為min；
L快進﹑L快退—分別為動力部件快進，快退行程長度，單位為mm；
—動力部件快行程速度.用機械動力部件時取5~6m/min；用液壓動力部件時取3~10m/min；
t移—直線移動或回轉(zhuǎn)工作臺進行一次工位轉(zhuǎn)換時間，一般取0.1min
t裝卸—工件裝﹑卸（包括定位或撤消定位﹑夾緊或松開﹑清理基面或切屑及吊運工件等）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0.5~1.5 min.
由已知條件知，
L1=320mm+250mm=570mm；
vf1=346.8 mm/min；
t停=0min；
L快進=300mm；
t移=0.1min；
L快退=300mm+570mm=870mm；
vfk=5m/min=5000mm/min；
t移=0.1min；
t裝卸=1.5min.
所以，由公式得：
T單=+0.1+1.5=3.55 (min)
則實際生產(chǎn)率為：
Q1==16.9 (件/h)
由于Q1>Q，即機床實際生產(chǎn)率滿足理想生產(chǎn)率，則所選擇的切削用量符合機床設(shè)計.
4.4.3 機床負(fù)荷率?負(fù)
當(dāng)Q1>Q，機床負(fù)荷率為二者之比.
即：?負(fù)===0.89
= 89%
負(fù)荷率滿足組合機床要求.（組合機床負(fù)荷率一般在0.75-0.9）. [4]
4.4.4 編寫機床生產(chǎn)率計算卡
被
加
工
零
件
圖號
毛坯種類
鑄件
名稱
柴油機汽缸體
毛坯重量
材料
HT250
硬度
187—255HBS
工序
名稱
柴油機汽缸體兩端面粗銑
序
號
工
步
名
稱
被
加
工
零
件
數(shù)
量
加
工
直
徑
（mm）
加
工
長
度
（mm）
工
作
行
程
（mm）
切
削
速
度（m/min
每
分
鐘
轉(zhuǎn)
數(shù)
（r/min）
進
給
量
（mm/r）
進給速度
(mm/min)
工時（min）
機
加
時
間
輔
助
時
間
共
計
1
裝卸工件
1
1.5
1.5
2
Ⅰ快進
300
5000
0.06
0.06
Ⅰ工進
320
570
75
51
0.2
346.8
1.64
1.64
移動
1
0.1
0.1
停留
0.078
0.078
快退
870
3000
0.174
0.174
備注
裝卸工件時間取于操作者的熟練程度，本機床計算時取1.5min
?總計
3.55
單件工時
3.55
機床生產(chǎn)率
16.9 件/時
機床負(fù)荷率
89%
5 主軸箱設(shè)計
主軸箱是組合機床的重要專用部件.它是根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量和位置、切削用量和主軸類型設(shè)計的傳遞個主軸運動的動力部件.其動力來自通用的動力箱，與動力箱一起安裝于進給滑臺，可完成鉆、擴、較、鏜、銑等加工工序.主軸箱由通用零件如箱體、主軸、傳動軸、齒輪和附加機構(gòu)組成.
目前主軸箱設(shè)計有一般設(shè)計法和電子計算機輔助設(shè)計法兩種.在此用一般設(shè)計方法設(shè)計多軸箱.一般設(shè)計法的順序是：繪制多軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖；確定主軸結(jié)構(gòu)、齒輪齒數(shù)及模數(shù)；擬訂傳動系統(tǒng)，計算主軸、傳動軸，繪制坐標(biāo)檢查圖；繪制主軸箱總圖，零件圖及編制組件明細(xì)表.
5.1 主軸及傳動軸結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計
主軸結(jié)構(gòu)形式由零件加工工藝決定，并考慮主軸的工作條件和受力情況.軸承形式是主軸部件結(jié)構(gòu)的主要特征，該機床是進行端面粗銑加工的主軸，為臥式雙工位機床，軸向切削力和徑向切削力都較大，使用圓錐滾子軸承承受軸向力和徑向力.
主軸材料選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼，查機械設(shè)計表8-2有：
主軸切削功率：
P= 2.66×10-5× ap 0.9×fz 0.75×ae 1.1× n0.8
= 2.66×10-5 ×40.9×0.20.75×4251.1×510.8
= 7.03 kW
主軸轉(zhuǎn)矩：
T =
= 9.55×106×7.03/51
= 1.32×106N.mm
由扭矩初算主軸軸徑：
D=7.3=7.3=78.25
由于該主軸上開有鍵槽，對軸的強度有削弱，軸徑需增大5%，
則 d = 78.25 ×（1+5%）≈80mm
故取主軸軸徑為80mm.
2.各傳動軸結(jié)構(gòu)設(shè)計
取連接電動機用聯(lián)軸器的效率=0.99，選用圓錐滾子軸承取傳動效率為0.99， 8級精度齒輪傳動取傳動的效率0.97.
則多軸箱的傳動總效率=0.99×0.994×0.973 = 0.868.
（1）各軸功率的計算：
P1= 11×0.99 = 10.89 kW
P2== 10.89×0.99×0.97 = 10.45 kW
P3= 10.45×0.99×0.97 = 10.04 kW
P5= = 10.89×0.99×0.97 = 10.45 kW
（2）各傳動軸轉(zhuǎn)矩的計算：
= = 146.2 N·m
= = 273.56 N·m
= = 499.4 N·m
= = 159.7 N·m
（3）由各傳動軸扭矩初算軸直徑：
44.85mm 48.79mm
59.86mm 30mm
由上取動力箱輸出軸徑d1=45mm,其他傳動軸取整：d2=50mm，d3=60mm，d5=30mm
5.2 主軸箱傳動計算
5.2.1 傳動比分配
主軸箱內(nèi)的傳動比最佳為,在主軸箱后蓋內(nèi)的齒輪傳動比，根據(jù)需要，其傳動比可以取大些，但一般不超過；齒輪模數(shù)，一般取2，2.5,3或3.5，齒數(shù)一般在17~70，齒寬b取32mm或24mm；在傳動系統(tǒng)中，最后一級采用升速傳動，為了使主軸上的齒輪不過大.
總得傳動比： i總=== 22.8
i動力箱=2
則主軸箱內(nèi)傳動比 i主==11.4
主軸箱次輪的模數(shù)一般有類比法確定亦可按下式估算，即：
上式中：
p為齒輪所傳遞的功率（kW）
z為一對齒合齒輪中的小齒輪齒數(shù)
n為小齒輪轉(zhuǎn)速（r/min）
那么： = 3.63
取模數(shù)為4.
5.2.2 傳動系統(tǒng)設(shè)計及齒輪的排布
初步定軸1、2的傳動比i12=2
軸2、3的傳動比i23=1.9
軸3、4的傳動比i34=3
軸1、5的傳動比i15=1.2（軸5為潤滑泵驅(qū)動軸）
則各個軸轉(zhuǎn)速計算如下:
i34 ==3
n3 = 192r/min
i23 =
n2=364.8 r/min
i12 =
n1 = 729.6 r/min
n5 =
傳動軸1--傳動軸4:
， 取，
傳動軸2--傳動軸3:
,取
驅(qū)動軸1--傳動軸2:
i12=2 ，取
驅(qū)動軸2--傳動軸5:
i15=1.2，
約取
中心距：=114
= 184
= 210
= 84
齒輪排布如下圖5.1所示：
圖5.1 主軸箱齒輪排布
5.3 主軸箱的潤滑及油泵軸的確定
1、潤滑
大型標(biāo)準(zhǔn)主軸箱采用葉片潤滑油泵進行潤滑，油泵打出的油經(jīng)分油器分向各潤滑部分；軸承采用油潤滑；齒輪用油潤滑，由分油器分出的油管潤滑.
2、油泵軸的確定
葉片泵用來潤滑時，轉(zhuǎn)速n泵應(yīng)在轉(zhuǎn)/分范圍之內(nèi)，而軸1的轉(zhuǎn)速n1=730r/min，故根據(jù)需要再加一級傳動后，n5=625r/min,符合要求.
5.4 軸的計算及主軸校核
1.選主軸4來校核
選擇主軸做力學(xué)模型，畫出受力計算簡圖.取集中載荷作用于齒輪及軸承的中點.
1.軸的材料：45號鋼，調(diào)質(zhì)處理.其機械特性查得：
, , ,
, ψδ=0.2 , ψτ=0.1 , C=110
由前述可得：
n=51r/min
d=80mm
=300mm
2.計算齒輪上的作用力大小
低速級大齒輪的分度圓直徑為
則
圓周力Ft、徑向力Fr的方向如下圖所示，臥式機床軸向力記為0
3．軸承的支反力
1）水平面上的支反力如圖1
2）垂直方向上的支反力
3）畫彎矩圖
a、水平上的彎矩圖如圖2
b、垂直方向上的彎矩圖如圖3
4）合成彎矩圖如圖4
5）畫扭矩圖如圖5
T=1.32×106
6）畫計算彎矩圖如圖6
應(yīng)單向回轉(zhuǎn)，視扭矩為脈動循環(huán)
則截面C處的當(dāng)量彎矩為
7） 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度
由圖可知截面C的當(dāng)量彎矩最大，故校核該截面的強度.
對于實心軸：
故軸安全.
圖5.2
5.5 齒輪的校核
選軸3與主軸4相齒合齒輪進行校核
m=4 ， z3=25 ， z4=75，
n=51r/min， i=75/25=3
1.材料、熱處理、許用應(yīng)力
兩齒輪材料均選用40Cr,火焰表面淬火，52HRC,8級精度
查機械設(shè)計手冊得：
預(yù)期齒輪壽命5年，每天工作12小時，工作載荷為輕微沖擊，則大小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為：
N1=60n1jLh=60×192×1×5×300×12=2.07×108
N2==6.91×107
2、驗算齒面接觸疲勞強度
載荷系數(shù)，取K=1.5
查機械設(shè)計表6-3：區(qū)域系數(shù),彈性影響系數(shù)
查機械設(shè)計表6-14（e）得到疲勞極限
查圖6-14得到接觸疲勞壽命系數(shù)和彎曲疲勞壽命系數(shù)：
則接觸應(yīng)力為：
3、驗算齒根彎曲疲勞強度
取 K=1.5
查機械設(shè)計表6-4得：齒形系數(shù)：
應(yīng)力校正系數(shù)：
許用彎曲應(yīng)力為：
彎曲疲勞強度的最小安全系數(shù)，取
則：δF1 ≤［δF1］ ，δF2≤［δF2］
由上述計算可知，均滿足要求.
5.6 軸承的選擇與校核
1、選軸承、確定額定動負(fù)荷
選擇軸4上的一對軸承進行校核.軸4直徑Ф=80mm，軸承選用圓錐滾子軸承，軸承型號為：30216.
額定負(fù)荷Cr=160KN,e=0.42.
設(shè)計軸承壽命為Lh=20000h，取負(fù)荷系數(shù)fp=1.5，溫度系數(shù)ft=1.0
求軸承受的徑向力（受力見下圖5.3）
軸承所受的徑向力:FR1=9000N
FR2=7000N
圖5.3 軸承受力圖
3、求軸承受的軸向力
查表知圓錐滾子軸承產(chǎn)生的軸向力:
查手冊知道： 時，X=1，Y=0
時，X=0.4,Y=0.4
=8750N
故軸承1壓緊，軸承2放松.
2000+8750 = 10750N
= 11250N
4、軸承壽命的校核
又∵
X=0.4,Y=0.4
PR1=fp(X1R1+Y1A1)
=1.5*(3600+4500)
=12150
負(fù)荷系數(shù)fp=1.5，溫度系數(shù)ft=1.0
則： Lh=
=
=42429.8h＞20000h
X=0.4,Y=0.4
PR2=fp(X2R2+Y2A2)
=1.5?(2800+4300)
=10650
負(fù)荷系數(shù)fp=1.5，溫度系數(shù)ft=1.0
則： Lh=
=
=65541.9h＞20000h
由以上計算可知：該對軸承均滿足要求.
6 夾具設(shè)計
組合機床夾具是給合機床的重要組成部分
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