1P65F上箱體缸體粗鏜孔專機主軸箱設(shè)計

1、1 引言組合機床是根據(jù)工件加工需要，以大量系列化、標準化的通用部件為基礎(chǔ)， 配以少量的專用部件， 對一種或數(shù)種工件按預先確定的工序進行加工的高效專用 機床。組合機床能夠?qū)ぜM行多刀、多軸、多面、多工位同時加工；可完成鉆 孔、擴孔、鏜孔、攻螺紋、銑削、車孔端面等工序，隨著組合機床技術(shù)的發(fā)展， 其工藝范圍日益擴大，如：焊接、熱處理、自動測量和自動裝配、清洗等非切削 工序。組合機床廣泛應用于大批量生產(chǎn)的行業(yè)，如：汽車、拖拉機、電動機、內(nèi)燃 機、閥門、縫紉機等制造業(yè)。主要加工箱體類零件，如氣缸體、變速箱體、汽缸 蓋、閥體等；一些重要零件的關(guān)鍵加工工序，雖然生產(chǎn)批量不大，也采用組合機 床來保證其加工質(zhì)

2、量。目前，組合機床的研制正向高效、高精度、高自動化的柔 性化方向發(fā)展。本文根據(jù)工廠需要 , 設(shè)計能高效、高精度的進行上箱體缸體精鏜孔專機上的 主軸箱。1.1 組合機床的概念組合機床是一種自動化或半自動化的機床。 無論是機械電氣或電氣控制的都 能實現(xiàn)自動循環(huán)。半自動化的組合機床，工人只要將工件裝夾好，按一下按鈕， 機床既可自動進行加工， 加工一個循環(huán)停止。 自動化的組合機床， 工人只要將零 件放到料斗或上料架上， 機床即可連續(xù)不斷地進行加工。 組合機床的通用部件和 標準件約占 70% 80%，這些部件是系列化的，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

3、和工序來決定，如夾 具、主軸箱、刀具和工具等。1.2 組合機床的發(fā)展歷史1.2.1 國外組合機床的發(fā)展歷史1911 年，美國為了加工汽車零件研制了組合機床。在發(fā)展初期，各機床制 造廠都執(zhí)行自己的通用部件標準。 為了方便用戶使用和維護， 提高互換性， 1953 年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協(xié)定， 確定了組合機床通 用部件標準化的原則，并規(guī)定了部件間聯(lián)系尺寸。 1973 年 ISO 公布了第一批組 合機床通用部件標準，使機床制造標準化做了行業(yè)性的規(guī)定。在剛過去的 20 世 紀中，對機械制造裝備進行了多次更新?lián)Q代。 50 年代為“規(guī)模效益”模式，即 少品種大批量生產(chǎn)模式； 70

4、年代，是“精益生產(chǎn)”模式，以提高質(zhì)量，減低成 本為標志， 80 年代較多的采用數(shù)控機床、機器人、柔性制造單元和系統(tǒng)等高技 術(shù)的集成機械制造裝備； 90 年代，機械制造裝備普遍具有“柔性化”、“自動 化”和“精密化”的特點，適應多品種小批量和經(jīng)常更新產(chǎn)品的需要。1.2.2 國內(nèi)組合機床的發(fā)展歷史 在改革開放以來， 我國機械制造業(yè)迅猛發(fā)展。 已經(jīng)具備了成套生產(chǎn)加 工各種精密的，高度自動化的以及高效率的組合機床和自動生產(chǎn)線， 有些機床甚至已經(jīng)接近世界先進水平。 現(xiàn)在我國已經(jīng)可以研制并生產(chǎn) 出六軸五聯(lián)動的系統(tǒng)， 分辨率可以達到 1 微米，適用于復雜型體的加 工。 1.3 加工對象及用途1P65F上箱體

5、缸體粗鏜孔專機是江蘇林海動力機械集團自主研發(fā)的專機。 江 蘇林海動力機械集團公司先后研制開發(fā)了排量從 26ML到 520ML的各種類型的二 沖程、四沖程汽油機，臥式、立式、風冷、強制風冷、水冷、油冷及各種起動方 式和用途的汽油發(fā)動機以及各類配套動力機械。主要產(chǎn)品有ATV、CUV等特種車輛；通用發(fā)動機及小型汽油發(fā)電機組、泵、油鋸、風力滅火機、割灌機等小動力 配套機械；摩托車及摩托車發(fā)動機等。 1P65F上箱體缸體粗鏜孔機床是林海集團 為了滿足生產(chǎn)要求， 自主研發(fā)的專機。 它用來摩托車發(fā)動機活塞銷孔的鏜削， 生 產(chǎn)綱領(lǐng)：單班制 5萬臺。摩托車發(fā)動機活塞銷孔的鏜削具有下列特點 :1) 孔公差 要求嚴

6、格 ;2) 表面光潔度要求高 :3) 孔的幾何形狀要求較高 ;4) 生產(chǎn)率較高。 本工 序一般是在大量生產(chǎn)機床上進行的。通常采用三臺機床 : 一臺粗鏜孔、一臺精鏜 孔及一臺切槽。不過,對于某些情況下的生產(chǎn)來說 , 分開在三臺高效率的機床上加 工的投資畢竟是不合算的。所以林海集團考慮到大批量生產(chǎn)，研發(fā)了專機。1P65F上箱體缸體粗鏜孔專機要求生產(chǎn)單班制年產(chǎn) 5 萬件零件。屬于大批量 生產(chǎn)，在批量生產(chǎn)中為了提高生產(chǎn)率， 必須注意縮短加工時間和輔助時間， 而且 盡可能使輔助和加工時間重合， 使每個工位安裝多個工件同時進行多刀加工， 實 行工序高度集中，因而廣泛采用組合專用機床。組合機床是根據(jù)工件加工

7、需要，以大量系列化、 標準化的通用部件為基礎(chǔ)， 配以少量專用部件， 對一種或數(shù)種工 件按預先確定的工序進行加工的高效專用機床。專用機床能夠?qū)ぜM行多刀、 多軸、多面、多工位同時加工；可完成鉆孔、擴孔、鏜孔、攻螺紋、銑削、車孔 端面等工序，隨著組合機床技術(shù)的發(fā)展，其工藝范圍日益擴大，如：焊接、熱處 理、自動測量和自動裝配、清洗等非切削工序。組合機床是用已經(jīng)系列化、標準 化的通用部件和少量專用部件組成的多軸、 多刀、多工序、 多面或多工位同時加 工的高效專用機床， 生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。 專用機床廣泛應用于 大批量生產(chǎn)的行業(yè)，如：汽車、拖拉機、電動機、內(nèi)燃機、閥門、縫紉機等制造 業(yè)。

8、主要加工箱體類零件，如汽缸體、變速箱體、汽缸蓋、閥體等；一些重要零 件的關(guān)鍵加工工序，雖然生產(chǎn)批量不大，也采用組合機床來保證其加工質(zhì)量。1.4 組合機床的組成組合機床與一般所指的專用機床的最大不同點， 在于組合機床是由大量通用 部件及少量專用部件所組成。 因此，通用部件是組合機床發(fā)展的一個很重要的基 礎(chǔ)及標志。 所謂組合機床通用部件， 通常是泛指在組合機床及其自動線的設(shè)計與 使用中，可以相互更換使用的一些專能部件。 這些部件是經(jīng)過試制與試驗而最后 定型的。因此，相對而言，它的結(jié)構(gòu)較可靠，使用性能是較穩(wěn)定的。同時還可以 組織專業(yè)廠進行生產(chǎn)， 使用廠可以象買標準設(shè)備一樣在市場上買到。 這樣便可以

9、大大縮短設(shè)備的設(shè)計與制造周期， 降低設(shè)備的制造成本。 通用部件之所以能相互 更換使用， 這就是由于各種通用部件之間均有著統(tǒng)一的聯(lián)系尺寸標準。 在組合機 床的零件總數(shù)中， 通用零部件所占有的比重是較大的。 一般可達 60-70%，最高者 則可達到 90%以上。不僅如此，而且它的種類也是很多種的。大的通用部件可以 是個床身、立柱、動力頭、動力滑臺及冷卻系統(tǒng)等，小的通用部件則可以是個電 氣擋鐵、液壓元件(如油缸及單向閥)等。1.5 組合機床通用部件分類1.5.1 按在組合機床中所起作用分1)動力部件2)支承部件3)輸送部件例如動力頭和動力滑臺等。例如滑臺，床身，立柱及中間底座等。 例如回轉(zhuǎn)分度工作臺

10、，回轉(zhuǎn)鼓輪，自動線工作回轉(zhuǎn)臺及零件輸送裝置等。（4） 控制部件 例如液壓元件，控制板，按鈕臺及電氣擋鐵等。（5） 其他部件 例如機械扳手，氣動扳手，排屑裝置及潤滑裝置等。1.5.2 按動力部件分（1）液壓通用部件優(yōu)點：（a）結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠；（b）進給量可無級調(diào)整（利用節(jié)流挑速器）；（c）過載保護裝置簡單可靠；（d）容易實現(xiàn)較復雜的工作循環(huán)。缺點：（a）進給穩(wěn)定性受油溫影響；（b）掌握液壓元件的制造比較慢一些；（c）液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，尋找較困難。（2）機械通用部件優(yōu)點：（a）進給量穩(wěn)定，不受溫度和氣候影響；（b）掌握制造較快；（c）發(fā)生故障，易于尋找及消除。缺點：（a）不采用先進技術(shù)，實現(xiàn)進

11、給量無級調(diào)整困難；（b）結(jié)構(gòu)較復雜，使用電機較多。（3）氣動液壓通用部件。1.5.3 按動力部件實現(xiàn)的進給方式分（1）箱體移動式 它是通過動力部件沿床身導軌的移動來實現(xiàn)刀具進給 運動的，通常習慣稱為大型通用部件。（2）套筒移動式 它是通過主軸套筒的移動來實現(xiàn)刀具進給運動的，通 常習慣稱為小型通用部件。1.6 組合機床的特點和分類1.6.1 鏜床組合機床的特點1.6.2 鏜床組和機床的加工特點1.6.3 組和機床鏜床的分類工件安置在落地工作臺上， 立柱沿床身縱向或橫向運動。 用于加工大型工件。 組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面、多工位同時加工，是一種工序集 中的高效率機床。 組合機床加工

12、， 刀具是借助于鉆摸板和鏜模架， 精加工機床采 用高精度的導向，所以能穩(wěn)定的保證產(chǎn)品質(zhì)量。在本設(shè)計中我選用了臥式鏜床， 因為本道工序的加工要求不是很 高。臥式鏜床工件安置在落地工作臺上， 立柱沿床身縱向或橫向 運動。用于加工大型工件， 2 本設(shè)計主要研究內(nèi)容及加工方案 的制定本設(shè)計研究內(nèi)容是：完成 1P65F上箱體設(shè)計2.1 原始資料數(shù)據(jù)介紹(1) 工件材質(zhì)： ADC12壓鑄鋁(2) 工藝內(nèi)容：生產(chǎn)綱領(lǐng)為單班制年產(chǎn) 5 萬臺上箱體的上端一個 62.5 的孔， 本課題要求鏜 64.5 的孔。2.2 主軸箱的總體設(shè)計方案 零件加工工藝方案將決定組合機床的加工質(zhì)量、 生產(chǎn)率、總體布局和夾具結(jié) 構(gòu)等。

13、所以，在制定工藝方案時，必須認真分析被加工零件圖，并深入現(xiàn)場了解 零件的形狀、大小、材料、硬度、剛性、加工部位的結(jié)構(gòu)特點、加工精度、表面 粗糙度，以及現(xiàn)場所采用的定位、夾緊方法、工藝過程、所采用的刀具及切削用 量、生產(chǎn)率要求、現(xiàn)場的環(huán)境和條件等等。如條件允許，還應廣泛收集國內(nèi)外有 關(guān)技術(shù)材料， 制定出合理的工藝方案。 指定工藝方案時， 還要考慮下列幾點基本 原則：(1) 選擇合適、可靠的工藝方案(2) 粗、精加工要合理安排(3) 工序集中原則(4) 定位基準及夾緊點的選擇原則 在確定工藝方案的同時，也就大體上確定了組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方 案。但還得考慮下列影響因素的影響。(1) 加工精度的

14、影響工件的加工精度要求， 往往影響組合機床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案， 例如，加 工精度要求高時， 應采用固定夾具的單工位組合機床， 加工精度要求較低時， 可 采用移動夾具的多工位組合機床； 工件各孔間的位置精度要求高時， 應采用在同 一工位上對各孔同時精加工的方法； 工件各孔間同軸度要求較高時， 應單獨進行 精加工等等。(2) 工件結(jié)構(gòu)狀況的影響工件的形狀、 大小和加工部位的結(jié)構(gòu)特點， 對機床的結(jié)構(gòu)方案也有一定的影 響。例如，對于外形尺寸和重量較大的工件， 一般采用固定夾具的單工位組合機 床，對多工序的中小型零件， 則宜采用移動夾具的多工位組合機床； 對于大直徑 的深孔加工，宜采用具有剛性主軸的立

15、式組合機床等等。(3) 生產(chǎn)率的影響生產(chǎn)率往往是決定采用單工位組合機床、 多工位組合機床還是組合機床自動 線的重要因素。 例如，從其他因素考慮應采用單工位組合機床， 但由于滿足不了 生產(chǎn)率的要求， 就不得不采用多工位組合機床， 甚至自動線來進行加工。 而在選 擇多工位組合機床時， 還要考慮： 工位數(shù)不超過 2-3 個，并能滿足生產(chǎn)率要求時， 應選用移動工作臺時組合機床；工位數(shù)超過 4個時才選用回轉(zhuǎn)工作臺或鼓輪式組 合機床。(4) 現(xiàn)場條件影響 使用組合機床的現(xiàn)場條件對組合機床的結(jié)構(gòu)方案也有一定的影響。 使用單位 刃磨刀具、 維修、調(diào)整能力以及車間布置的情況， 都將會影響組合機床的結(jié)構(gòu)方 案。2

16、.3 加工方案制定總體方案的圖紙表達形式 , 三圖一卡的設(shè)計，其內(nèi)容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖，編制生產(chǎn)率計算卡2.3.1 加工方案，我們設(shè)計了下列方案，成本最低。2.4 選擇切削用量2.4.1 鏜孔專機切削用量選擇的特點(1)2.4.3 粗鏜孔專機切削用量選擇方法1000vdw1000 10064.52.5確定刀具2.6 確定夾具3 “三圖一卡”的編制編制“三圖一卡”的工作內(nèi)容包括：繪制被加工零件圖、加工示意圖、機床 聯(lián)系尺寸圖， 編制生產(chǎn)率計算卡。 “三圖一卡” 是組合機床總體方案的具體表現(xiàn)。3.1 被加工零件圖被加工零件圖是根據(jù)選定的工藝方案，表明零件形狀、尺

17、寸、硬度、以及在 所設(shè)計的組合機床上完成的工藝內(nèi)容和所采用的定位基準、 夾壓點的圖紙。 而且 同時它也是組合機床設(shè)計的主要依據(jù)， 也是制造、 驗收和調(diào)整機床的重要技術(shù)條 件。3.1.1 在被加工零件圖上應標注的內(nèi)容3.2被加工零件工序圖3.2.1被加工零件工序圖的作用及內(nèi)容3.2.2繪制被加工零件工序圖的注意事項圖 3.1 上箱體零件圖3.2 粗鏜孔被加工零件工序圖要加工 3.3 被加工零件示意圖加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖樣上的反映， 表示被加工零件在機床 上的加工過程，刀具的布置以及工件、夾具、刀具的相對位置關(guān)系，機床的工作 行程以及工作循環(huán)等， 是刀具、 夾具、電氣和液壓系統(tǒng)設(shè)計選

18、擇動力部件的主要 依據(jù)，是整臺組合機床布局形式的原始要求， 也是調(diào)整機床和刀具所必須的重要 技術(shù)文件。3.3.1 在加工示意圖上應標注的內(nèi)容（1） 機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。（2） 工件、夾具、動力頭之間的相對位置及聯(lián)系尺寸。3.3.2 參數(shù)的確定（1） 刀具的選擇上箱體的上端有一個 64.5mm的孔，本課題要求粗鏜 64.5mm的孔，考慮到 材料為鋁合金鑄造而成，故我們選用主偏角為 45。，未涂層的硬質(zhì)合金刀具（2） 切削用量的初定表 3.1 加工鋁及鋁合金的切削用量加工直徑 d（ 毫米 ）切削速度V（毫米/分）每轉(zhuǎn)進給量 f（ 毫米/ 轉(zhuǎn)）純鋁鋁合金長切屑鋁合金短切屑6

19、4.5100-1500.5-1.50.5-1.00.5-1.5本課題加工直徑為 64.5 毫米的孔，根據(jù)上表取鋁合金的切削速度 100mm/min，每轉(zhuǎn)進給量 1mm/r（3）確定切削轉(zhuǎn)矩、軸向力、徑向力、切向力和切削功率 根據(jù)選定的切削用量 （主要指切削速度及進給量） ，確定切削力作為選擇動 力部件及夾具設(shè)計的依據(jù)；確定切削轉(zhuǎn)矩，用以確定主軸及其他傳動件（齒輪、 傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電機（一般指動力箱電機） 功率；確定刀具耐用度，用以驗證所選刀具是否合格。本課題中高速鋼鉆頭鉆削切削鋁的計算公式為扭矩：M=0.0589D2f 0.633切削力：切向力 Fz=Cpzts

20、 0.75=92x1.5x1 0.75=138N徑向力 Fy=Cpyt 0.9s0.75=92x1.5 0.9 x10.75 =132.5N 軸向力 Fx=Cpxts0.4=92 x1.5x 1 0.4=138N 鏜孔過程中起主要主用的是切向力 故，切削功率 : P 切=N * K *V1000(4) 計算主軸直徑 主軸直徑通常都是根據(jù)扭矩來計算的，計算時采用經(jīng)驗公式 d=B 4 M kp (mm)式中 Mkp 扭矩B 系數(shù)。根據(jù)主軸在 100厘米長度上允許最大扭轉(zhuǎn)角的數(shù)值來選取 B值允許最大扭轉(zhuǎn)角1/41/211122212B0.730.620.520.470.440.42圖3.3.1 主軸

21、及鏜刀形狀圖圖3.3.2 粗鏜孔加工零件示意圖根據(jù)孔的加工要求， 可知我設(shè)計的這一步為粗鏜， 加工要求不是很高。 接著 我參考了一些資料后， 再加上導師的悉心講解， 現(xiàn)決定采用復合鏜刀來完成本道 工序，第一把刀鏜3.4 機床尺寸聯(lián)系圖3.4.1 聯(lián)系尺寸圖的作用及內(nèi)容3.4.2 選擇動力部件3.4.3 選擇通用部件配套3.4.4 電動機的選擇(1) 鏜孔切削用量(鋁合金)精鏜 V =100-150m/min f=0.5 1.5mm/r 根據(jù)實際情況取 V =100 m/min f=1mm/r(2) 功率的確定切向力 Pz=Cpzts0.75=92x1.5x1 0.75=138N徑向力 py=C

22、py.t 0.9s0.75=132.5N軸向力 px=Cpx.ts 0.75=138N 鏜孔過程中起主要主用的是切向力Pm=(Fzv+Fx.Nwf )x10 -3kw1000m-機床傳動效率，一般為 0.75-0.85PePm/ m=1.38/(0.75_0.85)=(1.84-1.62)kw根據(jù)功率取 2.2KW的電動機Y112M-6額定功率2.2kw轉(zhuǎn)速940r/min電流5.61A效率80.5%額定轉(zhuǎn) 矩2.0凈重45KGY90L-2額定功率2.2kw轉(zhuǎn)速2840r/min電流4.74A效率82%額定轉(zhuǎn) 矩2.2凈重25kgY132S-8額定功率2.2kw轉(zhuǎn)速710r/min電流5.81

23、A效率81%額定轉(zhuǎn) 矩2.2凈重70kg再根據(jù)同步轉(zhuǎn)速 1000 r/min 和凈重輕的比較好，綜合考慮選用 Y112M-6 機械設(shè)計手冊 第三版 第五卷 23-37 確定電動機的總體尺寸， 最后根據(jù)尺寸 畫出電動機。 安裝方式用四個螺釘和皮帶輪箱體連接， 而電動機和皮帶輪的連接 用緊定螺釘。用 M6的緊定螺釘固定，再用鐵絲固定，防止皮帶輪的移動。圖 3.4.1 電動機結(jié)構(gòu)圖3.4.5 聯(lián)系尺寸圖的畫法與步驟圖 3.5 機床聯(lián)系尺寸圖機床聯(lián)系尺寸圖對無論是對機床的總體設(shè)計， 還是對機床的主軸箱設(shè)計， 都 有一定的指導意義。 聯(lián)系尺寸圖宏觀的為我們指出了機床中心高， 這樣設(shè)計主軸 箱時就能考慮到

24、實際使用過程中的問題了。 太高了工人加料， 操作都會很不方便 的，太低了同樣會遇到這樣的問題。機床聯(lián)系尺寸圖還對確定工件的裝夾高度有指導意義。 確定了中心高， 我們 就知道自己設(shè)計的夾具能不能用， 會不會太高了， 超過中心高了，就不能加工了。 一般略低一些，可以用調(diào)整墊板調(diào)整，從而達到理想的加工位置。機床聯(lián)系尺寸圖還有個要考慮的重要問題是滑臺加工的移動距離， 如果移動 距離過小， 就會加工不了工件。 所以在實際的設(shè)計過程中要選的大一點， 當然也 不用過分大，這樣就不經(jīng)濟了。 滑臺本身的長度也要考慮下， 會不會放不下主軸 箱，會不會撞到皮帶輪箱，鑒于這些問題，實際設(shè)計過程中，箱蓋以及皮帶輪箱 體

25、高度要比主軸箱稍微高點。機床聯(lián)系尺寸圖還要考慮材料的剛性，機床的床身要能承受主軸箱，工件， 夾具體等重量。一般選用鑄鐵，比較便宜，抗壓能力也比較好。3.5 機床生產(chǎn)率計算卡生產(chǎn)率計算卡是反映所設(shè)計機床的工作循環(huán)過程、 動作時間、 切削用量、生 產(chǎn)率、負荷率等的技術(shù)文件。 通過生產(chǎn)率計算率計算卡， 可以分析所擬定的方案 是否滿足用戶對生產(chǎn)率及負荷率的要求。機床的生產(chǎn)率 Q1（件/h ）按下式計算 Q1=60/T單=60/ （T切+T輔）式中 T 單 單件工時（ min）機加工時間（min）, 包括動力部件工作進給和定磁閥停留時間 t停。T切即 T 切=L1/V f1 +L2/V f2 +t 停L

26、1 、L2 分別為刀具的第、第工作進給行程長度（ mm）Vf1 、Vf2 分別為刀具的第、第工作進給量（ mm/min）t 停 定磁閥停留時間一般在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具切削 5-10 轉(zhuǎn) 所需的時間（ min）T輔 輔助時間（ min），包括快進時間、快退時間 t 移，裝卸工件時間 t裝； 即 T輔 =（ L 3 +L 4/ V fk ）+t 裝+t 移L3 、L4 分別為動力部件快進行行程長度、快退行程長度（ mm）；Vfk 動力部件的快速移動速度（ mm/min）t 移 快進時間、快退時間（ min ）t 裝 裝卸工件時間（ min ），一般為 0.5-1.5min ； 機床負荷率

27、按下式計算=Q/Q1= t K/A Q1式中 Q 機床的理想生產(chǎn)率（件 /h ）A 年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件）t K 年工作時間 （h） ；單班制工作時 t K=2400h；機床負荷率一般以 65%-75%為宜。機床復雜時取小值，反之取大值。根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗， 本機床的裝卸工件時間為 1.4min 。工件的定位和夾緊時 間為0.05min 。動力頭的快進的行程為 90mm進, 給量為 3000mm/min,用時為 0.03min 。動力頭的工進的行程都為 120mm切, 速為100m/min（參考鑄鐵 ）, 進給量為 1mm/r,工進時間為 0.24min 。動力頭的快退的行程都為 210mm進, 給量

28、為 3000mm/min, 用時為 0.07min 。夾具松開工件的時間為 0.05min 。由上述所知：單件總工時為1.84min。機床生產(chǎn)率為32.6件/h, 理論生產(chǎn)率為 22件/h 。根據(jù)機床負荷率計算公式：=Q/Q1= t K/A Q1我們得到該機床的負荷率為 64.4%4 組合機床主軸箱設(shè)計4.1 主軸箱的用途、分類及組成4.1.1 組合機床主軸箱的用途及分類 主軸箱是組合機床的重要部件之一， 按專用要求進行設(shè)計， 由通用零件組成。其主要作用是， 根據(jù)被加工零件的加工要求， 安排各主軸位置， 并將動力和運動 由電機或動力部件船給主軸，使之得到要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。4.1.2 主軸箱的組

29、成 通用主軸箱主要由箱體、主軸、皮帶輪、軸套的零件和通用（專用）的附加 機構(gòu)組成。4.2 主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇4.3 主軸箱的動力計算及動力箱的選擇4.4 傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算4.5 主軸箱輪廓尺寸及相關(guān)系數(shù)4.6 強度校核4.6.1 軸設(shè)計計算和強度校核(1) 軸系結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計軸和其零件組成的系統(tǒng)稱為軸系， 軸是核心， 直接與軸的功能配合的元件稱 為軸系元件，包括滾動與滑動軸承、聯(lián)軸器與離合器、制動器等。為控制軸系振 動的減振系統(tǒng)或減振器， 為監(jiān)控軸承或整個軸系工作的在線監(jiān)測系統(tǒng)， 也是現(xiàn)代 機械軸系設(shè)計的內(nèi)容。 在有些機械設(shè)備中， 由于位置和性質(zhì)的重要性， 或是工作 環(huán)境的特殊性， 軸系成

30、為其中的關(guān)鍵， 無論在設(shè)計或制造成本中都占有很大的比 重。軸按其工作的特點分為三大類，它決定著軸系的總體結(jié)構(gòu)：(a) 心軸 只用于支承轉(zhuǎn)動零件， 承受彎矩而不傳遞扭矩， 按軸自身旋轉(zhuǎn)與 否分為固定心軸和轉(zhuǎn)動心軸兩類。(b) 傳動軸 主要用于傳遞扭矩，不承受或只承受很小的彎矩。(c) 轉(zhuǎn)軸 既用于支承轉(zhuǎn)動零件， 承受彎矩，又用于傳遞扭矩， 是應用最廣 的類型。軸系的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計必須考慮如下幾個方面：(a) 軸承形式的選擇 軸承的形式直接影響軸系的結(jié)構(gòu)， 它分滾動與滑動軸 承兩大類，各類之中又包含眾多形式，各有其適用場合。(b) 軸系自身的定位 軸必須在軸向有定位措施， 這主要靠軸承的組合結(jié)構(gòu) 來

31、實現(xiàn)。有的也可依靠相關(guān)零件的集合約束來保證。(c) 軸上零件的合理布置 軸上零件的布置方式對載荷分布有重要影響， 并 由此影響軸的強度或支承反力，最終影響軸的總體設(shè)計。(d) 聯(lián)軸器與離合器的選型 為與其他軸系相聯(lián)結(jié)， 必須采用聯(lián)軸器與離合 器。聯(lián)軸器形式的選擇首先取決于軸與軸之間的位置偏差以及聯(lián)軸器的補償能 力。彈性聯(lián)軸器同時還是軸向減振和緩沖元件， 帶有特種功能的離合器則能對軸 系的過載、超載等起保護作用。(2) 軸的材料及其選擇軸的常用材料有碳素鋼和合金鋼。 碳素鋼對應力集中的敏感性較低， 還可通 過熱處理改善其綜合性能，價格也比合金鋼低廉。依次應用較為廣泛，常用 45 號鋼合金鋼則具有

32、更高的機械性能和更好的淬火性能。 因此，在傳遞大動力， 并 要求減小尺寸與質(zhì)量， 提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸， 常采用合金鋼。在一般工作溫度下碳素鋼和合金鋼的彈性模量基本相同。 因此，用合金鋼代 替碳素鋼并不能提高軸的剛度。各種熱處理 (如高溫淬火、 滲碳、氮化、氰化)以及表面強化處理 (如噴丸、 液壓等)，對提高軸的抗疲勞強度都有顯著的效果。(3) 軸上零件的定位(a) 軸肩 用軸肩定位方便可靠， 能承受較大的軸向載荷， 應用較多。 但軸 肩處因軸截面的變化將產(chǎn)生應力集中， 軸肩過多不利于加工。 用于定位的軸肩高 度 h 一般為( 0.07-0.1 ) d,d 為與零

33、件相配合處的軸徑尺寸。用于定位滾動軸承 的軸肩，其高度必須低于軸承內(nèi)圈的高度， 以便拆卸軸承，軸肩的高度可參閱 機 械手冊中的軸承安裝尺寸。(b) 套筒 套筒定位結(jié)構(gòu)簡單， 定位可靠， 一般用于軸的中部， 兩個零件間 距較小時的情況。因套筒與軸的配合較松，所以高速軸上不宜用套筒定位。(c) 軸用圓螺母 圓螺母定位可承受較大的軸向力， 但軸上螺紋處有較大的 應力集中，會削弱軸的強度，故一般用細牙螺紋，并用于固定軸端的零件。當軸 上兩個零件距離較遠也采用圓螺母定位。(d) 軸端擋圈 軸端擋圈僅適用于軸端零件的固定，可承受較大的軸向力， 應用廣泛。(e) 軸承端蓋 軸承端蓋用螺釘與箱體聯(lián)結(jié)而使?jié)L動軸

34、承的外圈得到軸向 定位。(f) 彈性擋圈 緊定螺釘和鎖緊擋圈 彈性擋圈 緊定螺釘和鎖緊擋圈結(jié) 構(gòu)簡單，但只能承受不大的軸向力， 緊定螺釘和鎖緊擋圈還可兼作周向定位之用。(g) 圓錐面 對于承受沖擊載荷和同心度要求較高的軸端零件， 可采用圓錐 面定位，并與擋圈、螺母一起使用。利用圓錐面定位，軸上零件裝拆方便，且可 兼作周向定位之用。(4) 軸的結(jié)構(gòu)工藝性 軸的結(jié)構(gòu)工藝性是指軸的結(jié)構(gòu)形式應便于加工和軸上零件的裝配，成本低， 生產(chǎn)率高。在滿足使用要求的前提下，軸的形式應盡量簡化，以利于加工。軸端 應制出 45 度倒角，以利于裝配零件和去掉毛刺；軸上磨削表面在過渡處應有砂 輪越程槽，以利于磨削加工；需

35、要切制螺紋的軸段，應留有螺紋退刀槽。為減少裝夾工件的時間， 同一軸不同軸段的鍵槽應盡可能布置在軸的同一母 線上，且取相同尺寸。為了制造方便，節(jié)省工時，軸上直徑相近處的多個圓角應 盡可能采用相同的尺寸、倒角、鍵槽寬度、砂輪越程槽寬度、退刀槽寬度。(5) 軸設(shè)計計算和強度校核 對于只受扭矩作用或主要承受扭矩作用的傳動軸， 應按扭轉(zhuǎn)強度條件計算軸 的直徑。對于既受彎矩又受扭矩的軸， 在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計完成之前， 通常不能確定 支反力及彎矩的大小， 這時只能近似地按扭轉(zhuǎn)強度條件估算最小軸頸 dmin, 而用降 低許用扭轉(zhuǎn)剪應力的辦法來補償彎矩對軸的強度的影響。9.55 106 pWTn0.2d3T MPa

36、T 軸的扭轉(zhuǎn)剪應力， MPaT 軸所受的扭矩， N mmWT 軸的抗扭截面模量， mm3 ，對于實心圓軸， WT d 3 /16 0.2d3 p 軸所傳遞的功率， kwn 軸的轉(zhuǎn)速， r/mind 軸的截面直徑， mm幾種常用軸材料的許用扭轉(zhuǎn)應力 T 見表 4.6.1軸的材料Q235-A204540Cr、35SiMn、42SiMn、38SiMnMoT MPa12-2020-4040-52表 4.6.1 幾種材料的許用扭轉(zhuǎn)應力主軸箱主軸選用材料為 45 鋼，最大扭矩為為 32439.2Nmm。T 3 32439.2 主軸 d 3 3 15.6mm 0.2 T 0.2 30計算主軸圓周力 Ft1

37、，名義法向載荷 Fn1Ft1 2T /d 138NFn1 Ft1 /cos 138/ cos20 0 146.8N計算支反力：R1Fn1 100130138 237357119NR2 Fn1 R1 146.8 119 27.8N最大彎矩 M1max 119 120 14280Nmm根據(jù)第三強度理論求出計算彎矩 Mca查機械設(shè)計基礎(chǔ)得 0.3， 1 45 255MPa ， 1 40C 355MPaM1caM 2 T 2 142802 0.3 32439.2 2 22794.9Nmm設(shè)計計算按最小直徑計算1caM1caW1M1ca0.2d322794.930.2 5030.92MPa 1 40C所

38、以主軸強度滿足要求4.6.2 軸承的設(shè)計和選擇軸承是機器用作支承軸頸或回轉(zhuǎn)零件的重要元件。 根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不 同，軸承可以分為滑動軸承和滾動軸承兩大類(1) 滾動軸承 滾動軸承一般由外圈、內(nèi)圈、滾動體和保持架組成，內(nèi)圈裝在軸頸上，外圈 則裝在軸承座中， 內(nèi)圈和外圈可分別為旋轉(zhuǎn)件和固定件， 也可都是旋轉(zhuǎn)件。 軸承 內(nèi)、外圈上都有滾道，當內(nèi)外圈相對旋轉(zhuǎn)時，滾動體將沿著滾道滾動。保持架的 作用是將各滾動體均勻分隔， 防止其互相摩擦。 滾動體是滾動軸承中形成滾動摩 擦不可缺少的零件，有球形、圓柱形、截圓錐形、鼓形等。與滑動軸承相比，滾 動軸承有以下有點：(a) 摩擦系數(shù)小，啟動力矩小，效率高；(

39、b) 徑向游隙小，還可用預緊方法消除游隙，因此運轉(zhuǎn)精度高；(c) 軸向尺寸較小，可使機器的軸向尺寸緊湊；(d) 某些滾動軸承能同時承受徑向和軸向載荷， 因此可使機器機構(gòu)簡化、 緊 湊；(e) 潤滑簡單，耗油量少，便于密封，易于維護；(f) 為標準件，互換性好，易于選用與更換，且成本較低。(2) 滾動軸承的選擇滾動軸承類型選擇是否適當， 直接影響到軸承壽命甚至機械的工作性能。 選 擇時應根據(jù)軸承的工作載荷(大小、方向和性質(zhì))、轉(zhuǎn)速高低和支承剛性以及安 裝精度等方面的要求， 結(jié)合各類軸承的特性和應用經(jīng)驗進行綜合分析， 確定合適 的軸承。選擇軸承一般應遵循以下幾項原則：(a) 轉(zhuǎn)速較高、載荷較小、要

40、求旋轉(zhuǎn)精度較高應選用球軸承；轉(zhuǎn)速較低、載 荷較大或有沖擊載荷時選用滾子軸承，但應注意滾子軸承對角偏斜較敏感。(b) 要承受徑向載荷時可選用向心軸承； 主要承受軸向載荷時， 轉(zhuǎn)速要求不 高，可選用推力軸承； 當同時承受徑向和軸向載荷時， 可選用角接觸球軸承和圓 錐滾子軸承；當徑向載荷較大、軸向載荷較小，可選用深溝球軸承；當軸向載荷 較大、徑向載荷較小時， 可采用推力角接觸球軸承或選用推力球軸承和深溝球軸 承的組合結(jié)構(gòu)，分別承擔軸向載荷和徑向載荷。(c) 軸承的工作轉(zhuǎn)速一般應低于其極限轉(zhuǎn)速，深溝球軸承、角接觸球軸承、 短圓柱滾子軸承極限轉(zhuǎn)速較高， 適用于較高轉(zhuǎn)速的場合； 推力軸承極限轉(zhuǎn)速較低， 只

41、適用于較低轉(zhuǎn)速的場合。 當受純軸向載荷且轉(zhuǎn)速很高時寧可選用深溝球軸承和 角接觸球軸承而不用推力軸承；內(nèi)徑相同的軸承，外徑越小，極限轉(zhuǎn)速越高，所 以高速時宜采用超輕、 特輕和輕系列的軸承， 重及特重系列的軸承， 只適用于低 速重載荷的場合。(d) 圓柱滾子和滾針軸承對軸承內(nèi)外圈的軸向偏斜最為敏感， 因此對軸的剛 度和軸承座孔的支撐剛度和加工精度要求較高。 當兩軸承座孔加工不對中或由于 加工、安裝誤差和軸撓曲變形是軸承內(nèi)外圈傾斜角較大時， 宜采用調(diào)心球軸承和 調(diào)心滾子軸承。(e) 為便于安裝、拆卸和調(diào)整， 常選用內(nèi)外圈可以分離的軸承 (如圓柱滾子 軸承、圓錐滾子軸承)、具有內(nèi)錐孔的軸承或帶緊定套的

42、軸承等。(f) 角接觸球軸承和圓錐滾子軸承一般應成對使用， 對稱安裝， 以使軸承能 夠承受雙向軸向載荷的作用。(g) 軸承的公差等級和游隙的選擇應考慮工作性能和經(jīng)濟性的要求。 當旋轉(zhuǎn) 精度要求較高時， 宜選用較高的公差等級和較小的游隙； 當要求轉(zhuǎn)速較高時宜選 用較高的公差等級和適當加大軸承游隙。 但軸承的公差等級越高， 軸承價格越高， 一般流體軸承比球軸承價格高，而深溝球軸承如圖 2.7 價格最低。圖 4.6.1 軸承表 4.6.2 軸承的類型結(jié)束語本課題的任務是針對 1P65F上箱體缸體粗鏜孔專機主軸箱設(shè)計， 要求設(shè)計合 理，裝夾方便，定位準確，滿足加工技術(shù)要求，符合單班制年生產(chǎn) 5 萬臺的生產(chǎn) 綱領(lǐng)，同時盡量提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)勞動成本。本設(shè)計主要完成了以下幾方面的工作：（