1P68F下箱体左主轴箱设计.docx
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1P68F下箱体左主轴箱设计
1引言
1.1概述
大学生活已接近尾声，在这最后我们对大学四年来所学到的基础知识和专业知识做了一次系统性的总结与综合运用—毕业设计。
毕业设计是我们专业课程只是综合应用的实践训练，也是培养我们分析问题和解决问题能力的良好的机会，而且毕业设计也是大学教学的最后一个重要环节。
这是我们从事职业工作前一个必不可少的过程。
因此，认真踏实地做好这次毕业设计不仅意味着我们能否顺利毕业，而且对今后我们走上工作岗位后能否很出色的做好自己的工作也有十分重要意义。
另外，毕业设计还可以培养我们独立思考，开发思维和协调工作的能力，这对今后踏入社会以后能否尽快地适应社会也有很大的帮助。
机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。
这是因为工业、农业、国防和科学技术的现代化程度，都会通过机械工业的发展程度反映出来。
人们之所以要广泛使用机器，是由于机器既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能较人工生产改进产品的质量，特别是能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。
机械工业肩负着为国民经济各个部门提供技术装备和促进技术改造的重要任务，在现代化建设的进程中起着主导和决定性的作用。
所以通过大量设计制造和广泛使用各种各样先进的机器，就能大大加强和促进国民经济发展的力度，加速我国的社会主义现代化建设。
机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。
然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。
因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。
当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。
我们这些即将大学毕业的机械工程及自动化专业的学生，要进行对本专业所学习的知识进行综合的运用和掌握，为此我们要进行毕业设计，要自己动手进行思考问题，为社会主义现代化建设的发展贡献力量，也要从此迈出展现自己价值的第一步。
在大批量生产中为了提高生产率，必须注意缩短加工时间和辅助时间，而且尽可能使辅助时间和加工时间重合，使每个工位安装多个工件的同时进行多刀加工，实行工序高度集中，因而广泛采用组合机床。
组合机床是用已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成的多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的高效专用机床，生产率比通用机床高几倍至几十倍，可以进行钻、镗、铰、攻丝、车削、铣削、车孔端面等工序，随着组合机床的发展，其工艺范围日益扩大，如：
焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。
1911年，美国为加工汽车零部件研制了组合机床。
在发展初期，各机床制造厂都执行自己的通用部件标准。
为方便用户使用和维修，提高互换性，确定机床通用部件标准化的原则，并规定了部件间联系尺寸。
1973年ISO公布了第一批组合机床通用部件标准，它包括了汽车、农业、纺机和仪表工业。
1978年、1983年又第二次作了增补。
目前，我国组合机床的通用部件约占70%～90%。
组合机床广泛应用于大批量生产的行业，如：
汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门缝纫机等制造业。
主要加工箱体零件，如汽缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等，一些重要零件的关键加工工序，虽然生产批量不大，但也采用组合机床来保证其加工质量。
目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化的柔性方向发展。
组合机床是用按系列化、标准化设计的通用部件和按工件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床，属于一次性设计、一次性制造的单件生产产品。
因此，设计量大，设计工作复杂。
在当前竞争激烈的市场经济中，用户对机床的技术先进性、质量可靠性以及供货周期都要求很高，而保证这诸多因素的关键是设计。
过去那种落后的手工设计方法已不能满足产品设计的要求，采用CAD技术，甩掉图板，已成为当前技术革命的潮流，势在必行。
国外组合机床CAD技术的研究开始得比较早。
70年代初，一些工业发达国家首先在多轴箱CAD方面开始研究。
尤其是进入90年代以来，随着计算机技术的发展，交互式绘图和数据库管理系统等的发展和应用，使组合机床CAD技术日益实用且使用范围不断扩大，发达国家在组合机床设计中已普遍采用了CAD技术。
目前，正在向CAD/CAM集成系统发展。
近年来，据我们对美国几个主要机床厂家（BURGMAST、KINGSBURY、INGERSOLLLAMB、CINCINNATI、MILACRON、CROSS等公司）的了解，其CAD技术已得到普遍应用。
其中最引人注目的是INGERSOLL公司具有50个交互式CAD工作站组成的软、硬件环境，使其实现了几乎百分之百的CAD化。
国内对组合机床设计采用CAD的认识也比较早。
70年代初，大连组合机床研究所就开始了这方面的研究工作。
1978年国家把组合机床CAD列为机械工业重点项目，并责成上海交通大学、大连组合机床研究所、机械部自动化研究所负责，大连理工大学、清华大学、北京工业大学、上海机电产品研究院等单位参加，对钻孔组合机床CAD进行了研究，从此揭开了我国组合机床CAD技术的序幕。
经过十多年的努力，取得了初步成果。
但是，组合机床CAD系统是在VAXⅡ-750和MicroVAXⅡ上开发的，硬件投资大，不易于推广应用。
受当时硬件条件及软件环境的限制，软件适用范围窄，用户使用不方便。
CAD技术是当代电子信息技术的重要组成部分，CAD技术商品化应作为高新技术产业中重中之重。
在支撑软件和硬件的基础上，针对不同行业、不同专业进行软件二次开发，开发出适合本行业、本专业的专用商品化软件，不仅可以取得良好的经济效益，而且会取得重大的社会效益。
“九五”期间国家把汽车工业作为国民经济的支柱产业，给汽车工业提供技术装备的组合机床行业得以迅速发展。
随着汽车工业的发展，提高组合机床设计质量、缩短设计周期便成为极其迫切的任务。
采用组合机床CAD技术，能缩短设计周期，提高产品设计质量，提高企业在行业中的竞争力，给企业带来显著的经济效益。
大连是我国重要的工业基地，作为组合机床行业科技开发中心的大连组合机床研究所，应当发挥行业的主导作用，为实现设计自动化、增强企业技术创新能力和产品竞争能力，推动我国组合机床设计水平，尽快向组合机床行业厂提供功能强、操作灵活、界面友好、技术含量高的组合机床CAD软件。
随着微电子技术的发展，微机的性能有了很大的提高。
现在PⅡ已经主导市场，PⅢ开始上市，其CPU性能指标已接近几年前的工作站指标。
国外CAD软件向微机的Window95/98、WindowsNT上移植，如Pro/Engineer、Ⅰ-DEAS、CADDS5等。
微机的图形加速卡性能在提高，基本上能进行实体的移动和旋转。
微机CAD是一个发展方向，相应的硬件比工作站要降低很多。
经过几年的努力，我们利用Windows的SDK软件开发技术、Windows环境下多进程间的动态数据交换技术（DDE）、数据库操作技术（ODBC）、图形软件二次开发技术及目标链接与嵌入技术（OLE），开发了集通用机械CAD和组合机床CAD于一体的CAD集成系统。
组合机床多轴箱传动系统是一个多轴、多齿轮、多排次的复杂齿轮传动系统。
我们采取了二轴、三轴齿轮传动的基本方法，传动系统的生成就是这两种基本连接方法的不断组合、调用。
1.2课题的来源及研究意义
本研究课题是以机械集团的1P68F发动机下箱体右主轴箱为设计对象，目的是对箱体结合面进行钻孔加工。
江苏林海动力机械集团是集科工贸及金融与大专院校于一体的由60多个成员单位组成的跨行业、跨地区的大型企业集团，机械集团公司的核心企业。
企业始建于1956年，具有五十年研制和生产小型动力及配套机械的历史，有专业生产线和柔性生产线组成的国内一流的生产制造系统，有达到国家一级计量水平的计量检测系统，有动力试验中心和CAD开发中心组成的研究开发系统等，具备了强大的产品开发能力。
企业主要生产摩托车、摩托车发动机、特种车辆、小型汽油机、小型汽油发电机组、林业机械、消防机械等七大类100多种规格的产品。
本次设计将根据企业的自身要求，以现有的加工设备为基础，为1P68F发动机下箱体结合面的钻孔加工设计专用的双面钻专机右主轴箱设计，在满足生产要求的基础上提高生产率，并尽量节约成本。
同时通过本次设计，培养学生综合运用所学基础理论、专业知识和各项技能，着重培养设计、计算、分析问题和解决问题的能力，进而总结、归纳和获得合理结论，进行较为系统的工程训练，初步锻炼科研能力，提高论文撰写和技术表达能力，为实际工作奠定基础。
2制“三图一卡”
绘制组合机床”三图一卡”,就是针对具体零件,在选定的工艺和结构法案的基础上,进行组合机床总体法案图样文件设计。
内容包括:
绘制被加工零件工序图,加工示意图,机床联系尺寸图和编制生产率计算卡”。
本次设计工序是钻结合面的孔。
2.1加工工序图
2.1.1被加工零件工序图的作用和要求
被加工零件工序图是根据制定的工序方案,表示所设计的组合机床上完成的工序内容,加工部位的尺寸,精度,表面粗糙度及技术要求,加工用的定位基准,夹压部位以及被加工零件的材料,硬度和在本机床加工前加工余量,毛坯或半成平情况的图样,除了设计研制合同外,它是组合机床设计的具体依据,也是制造,使用,调速和检验机床精度的重要文件。
2.1.2被加工零件工序图的内容
（1）被加工零件的形状和主要轮廓尺寸及本工作设计有关部位结构形状尺寸。
（2）本工序所选用的定位基准,夹紧部位及夹紧方向。
（3）本工序加工表面的尺寸,精度,表面粗糙度,形位公差等级,技术要求以及对上道工序的技术要求。
（4）注明被加工零件的名称,编号,材料,硬度以及加工部位的余量。
2.1.3编制被加工零件工序图的注意事项
（1）本机床加工部分的位置尺寸由定位基面标起，尤其在本机床加工，所选用的定位基面与设计基面不一致时，还必须对各孔要求的位置精度进行分析和换算，即把不对称公差的尺寸换算成对称公差尺寸。
以便在进行夹具镗模孔设计和主轴箱设计时，确定镗模孔尺寸及主轴位置尺寸，并把各孔位置尺寸改为从定位
基面标注。
（2）对孔的加工余量要认真分析，在镗阶梯孔时，其大直径孔的单边余量应小于相邻两孔半径之差，以便镗刀能通过。
在加工毛坯孔时，不仅要弄清楚加工余量，还需要注意孔德铸造偏心及铸造毛刺大小，以便设计相应尺寸的镗杆，保证加工能正常进行。
为了使被加工零件工序图清晰明了，能突出本机床加工内容，绘制时对本机床加工部件用粗实线表示，其尺寸打上方框，其余部位用细实线表示，定位基准符号用“
”，”表示，夹压位置符号用
表示。
2.1.4零件工序简图
如下图1所示。
图1
2.2加工示意图
2.2.1被加工零件示意图的作用：
加工示意图是在工艺方案和机床总方案初步确定的基础上绘制的。
是表达工艺方案、具体的机床工艺方案图。
它是设计刀具夹具多轴箱和液压、电气系统以及选择动力部件。
绘制机床总配合尺寸图的主要依据，是对机床总体布局和性能的原始要求，也是调整机床刀具所必须的重要技术文件。
2.2.2被加工零件示意图的内容：
（1）机床的加工方法、切削用量、工作循环和工作行程。
（2）工件、刀具及导向、托架及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。
（3）主轴结构类型、尺寸及外伸长度。
（4）刀具类型、数量和结构尺寸、直径和长度、接杆、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置等结构尺寸。
（5）刀具、导向套间的配合,刀具、接杆主轴之间的连接方式及配合尺寸等。
（6）加工部位结构尺寸、精度及分布情况。
（7）工件名称、材料、加工余量、切削液及是否需要让刀等。
（8）工件加工部位向视图，并在向视图上编出孔号。
2.3选择刀具、导向及有关计算
2.3.1选择刀具
选择刀具应考虑工件材质、加工精度、表面粗糙度、排泄及生产率等要求。
只要条件允许，应尽量选用标准刀具。
孔加工刀具（钻、扩、绞等）的直径应与加工部位尺寸、精度相适应，其长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端离导向套外端面30-50mm，以利排泄和刀具磨损后有一定的向前调整量。
本工序为钻6个φ8的通孔。
工件材料为：
特种合金铝，硬度210-241HBS。
精度为10μm。
初选刀具为硬质合金扩孔钻。
查阅《组合机床设计简明手册》p47表2-7
初选切削用量：
（1）加工直径d=8mm
切削速度v=40m/min
进给量f=0.2mm/r
得主轴转速
（2）导向套的选择
导向套的类型通常分为两类，一类是固定式导向套，即刀具导向套部分与导套之间既有相对移动又有相对转动；另一类是旋转式导向套，刀具导向部分与导套之间只有相对移动而无相对转动。
相对转动线速度小于20m/min时，通常采用固定式导向套；大于20m/min时，为避免刀杆与导向套摩擦发热变形，产生“别劲”现象，应选用旋转导向。
导向套的数量应根据工件形状、内部结构、刀具刚性及加工精度等情况决定。
通常钻、扩、绞单层壁小孔，或镗、扩、绞深度不大的大孔时，采用单个导向套；在工件铸孔上有扩孔时，为加强刀具导向刚性，采用双向导套当刀杆悬伸较长或扩、绞孔位置精度要求较高时，有时需要采用长导向套，双导向套或多导向套加工。
导向套的主要参数通常指：
导套的直径及公差配合，导套的长度及导套到工件端面距离。
这些参数根据已确定的导向套类型、工件形状、公差精度及刀具刚性等确定。
固定式导向套的长度取刀具导向部分直径的2～4倍，导向套直径大者取小值，直径小时取大值。
旋转导向导向套的长度应取导向部分直径的2～3倍。
在本设计中，导向套应选用单个固定式，导向套的长度取40mm。
（3）确定导向套离工件端面的距离
导向套离工件端面的距离一般按h=（0.3～0.7）d取值，加工铸铁时取小值，加工钢件时取大值。
所以导向套离工件端面的距离取h=30mm。
（4）确定主轴类型、尺寸、外伸长度
主轴轴径尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削转矩T
查《组合机床设计简明手册》表3-4初定主轴轴径
考虑便于生产管理，适当简化规格。
综合考虑加工精度和具体工件条件，查资料《组合机床设计简明手册》，按表3-6和表4-1选定主轴外伸长度L、外径D和内径
及配套的刀具接杆莫氏锥度号或攻螺纹靠模规格代号等。
主轴轴径
，主轴外伸尺寸L=115，外伸端
为50/36。
接杆莫氏圆锥号为1。
（5）确定连杆的规格和主要尺寸
根据主轴端部的内径或莫氏锥度，在刀杆的设计标准中选出刀杆的规格和主要尺寸，其中包括刀杆长度的推荐范围。
主轴选用的连杆：
L=260mm.
（6）工作行程长度的确定
（a）工作进给长度
。
工作进给长度等于被加工部位的长度与刀具切入长度和切出长度之和，切出长度应取
，d为钻头直径；切入长度可根据工件端面误差确定，一般为5～10mm，在本设计中工作进给长度为45mm。
（b）快速退回长度。
一般在固定式夹具的钻、扩、绞孔机床上，快速推回长度必须保证所有道具都退进夹具导向套内，不影响装卸工作即可。
对于夹具需要回转和移动的机床，快速退回长度必须把道具、托架、活动钻模板以及定位销等都退离到家具运动时间可能碰到的范围以外，或不影响装卸工件的距离。
所以快速退回长度取120。
（c）快速引进长度。
快速引进是动力部件把刀具快速送到工作进给开式的位置，本设计中应等于快退长度减去工进长度，取其为75
（d）动力部件总行程长度。
动力部件总行程长度除必须满足工作循环刚做行程要求外，还要考虑调整和装卸刀具的要求，即考虑前备量和后备量。
前备量是指刀具磨损和补偿安装制造误差，动力部件可以喜爱那个前调整的距离。
后备量是指刀具连同接杆一起从主轴上取出时，保证刀具退离导套外的距离大于接杆插入主轴孔内的长度。
取前备量30mm,备量180mm.
（7）其它应注意的问题
（a）加工示意图上应有足够的联系尺寸，并标注恰当，如主轴端部尺寸、刀具结构尺寸、导向尺寸、工件至夹具的尺寸，工件本身以及加工部件的尺寸等。
（b）应有足够的说明，如被加工零件的图号、材料、硬度、加工余量、工件是否有让刀运动，以及是否采用冷却。
（c）加工部位的示意图，需要将工件各面的形状和加工孔的位置用缩小比例画出，并标注孔号。
（d）相邻两孔中心距小的主轴，须在展开图上按照比例画出，以便检查主轴、接杆、导向及浮动头是否相碰。
（e）加工示意图是按照加工终了状态绘制。
3机床联系尺寸图
3.1被加工零件联系尺寸图的作用:
（1）机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据。
（2）按初步选定的主要通用部件以及确定的主用部件的总体结构而绘制的。
（3）可用来表示机床的配置型式、主要构成及各部件安装位置、相互联系运动关系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适。
（4）它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据，它可以看成是机床总体外观简图。
3.2被加工零件联系尺寸图的内容：
（1）表明机床的配置型式与总布局。
已适当数量的视图，用同一比例画出主要部件的外廓形状和相关位置，表明机床基本型式及操作位置等。
（2）完整齐全的反应各部件间的主要装配关系和联系尺寸，专用部件的主要联系尺寸、运动部件的机械极限位置几、及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。
（3）标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称，全部组件包括机床全部通用及专用零部件。
（4）标明机床验收标准及安装规程。
3.3动力部件的选择
动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。
由加工示意图得：
D=20mm轴向力：
切削功率
总轴向力
总切削功率
由《组合机床设计简明手册》得：
左右多轴箱选1TD25-Ⅰ型动力箱
驱动轴转速，n=900r/min;电动机选Y100L
-4型，功率为2.2kw;选1HJc25-Ⅱ型滑台，最大行程400mm，滑台台面宽度为B=250mm；快速进给速度为8m/min；
由表5-2选滑台附件，过渡箱为1HJ25-F51,导轨防护装置为1HJ25-F81,滑台侧底座为1CC252M
3.4组合机床其它尺寸的确定
（1）确定机床装料高度H
装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。
据国家标准，装料高度取H=895mm
（2）确定床身尺寸
床身的轮廓尺寸，在长宽方向应满足夹具的安装需要。
这里选2200×560×560JB1529-79
（3）确定多轴箱轮廓尺寸
标准通用钻镗类多轴箱的厚度是一定的。
卧式为325mm，因此确定多轴箱尺寸，主要是确定多轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度h1。
B=b+2b1
H=h+h1+b1
其中b——工件在宽度方向相距最远的两孔距离，此图中为236mm
b1——最边缘主轴中心至箱体外壁距离（为保证多轴箱内有足够空间安排齿轮，这里取100mm）
h——工件在高度方向相距最远的两孔距离，此图为165mm
h1——最低主轴高度
多轴箱最低主轴高度h1必须考虑工件最低孔位置h2，机床装料高度H、滑台总高h3、底座高度h4等尺寸确定
h2=40mm
H=895mm
h3=250mm
h4=560mm
h1、H、B的计算如下：
h1=h2+H-（0.5+h3+h4）
=40+895-（0.5+250+560）
=124.5mm
滑台与底座之间有h5=5mm的调整垫
故h1=h2+H-（0.5+h3+h4+h5）
=40+895-（0.5+250+560+5）
=119.5mm
H=h1+h+b1
=119.5+40+100
=259.5mm
B=b+b1
=250+2×100
=450mm
按通用多轴箱箱体系列尺寸标准，选定多轴箱轮廓尺寸B×H=320*300
（4）绘制机床联系尺寸总图
其中长、宽方向的尺寸链要封闭
长度方向
从工件中心到夹具、多轴箱、滑台、再由滑台返回到滑台前端、侧底座、中间底座、工件中心
封闭：
230+113+1217=1194+48+318
高度方向
从中心底座、夹具底座、支承块、最低主轴高度到主轴箱、滑台、调整垫、侧底座
封闭：
560+275+60+40=120+250+5+560
3.5机床联系尺寸图简图:
如下图3所示
图3
4生产率计算卡
4.1机床生产率的计算
机床理想生产率是指机床在百分百负荷情况下每小时的生产能力。
这里仅考虑加工一个工件所需的机动时间（
）和辅助时间（
）。
辅助时间是指机床空运行程（动力头快进和快退、工作台的回转或移动、电气和液压元件的转换动作等）和工件的装卸、定位、夹压及清楚定位面上切屑所需的时间。
被加工零件
图号
毛坯种类
名称
毛坯重量
材料
硬度
工序名称
工序号
序号
工步名称
被加工零件数
加工直径（毫米）
加工长度（毫米）
工作行程（毫米）
切削速度（米\分）
每分钟转数（转\分）
进刀量
工时（分）
每转（毫米\转）
每分钟（毫米\分）
机动时间
辅助时间
共计
装卸工件
1
1
1
刀头动
快进
75
0.23
0.23
工进
Φ8
28
45
40
1592
0.2
318.4
0.03
0.03
快退
0.23
0.23
总计
1.49分
单件工时
机床生产率
机床负荷率
5多轴箱——左主轴箱设计
5.1多轴箱的基本结构
多轴箱是组合机床的重要专用部件。
他是根据加工示意图所确定的工件加工孔数和位置、切削用量和主轴类型设计的传动各主轴运动的动力部件。
其动力来自通用的动力箱，与动力箱一起安装于进给滑台，可完成钻、扩、铰、镗孔等加工工序。
多轴箱一般具有多根主轴同时对一列孔进行加工。
但也有单独的，用于镗孔
居多。
多轴箱按结构特点分为通用（即标准）多轴箱和专用多轴箱两大类。
前者结构典型，能利用通用的箱体和传动件；后者结构特殊，往往需要加强主轴系统刚性，而使主轴及某些传动件必须专门设计，故专用多轴箱通常指“刚性主轴箱”，即采用不需刀具导向装置的刚性主轴和用精密滑台导轨来保证被加工孔的位置精度。
通用多轴箱则采用标准主轴，借助导向套引导刀具来保证被加工孔的位置精度。
多轴箱的通用箱体材料为HT200，前、后、侧盖等材料为HT150。
多轴箱体基本尺寸系列标准（GB3668.1——83）规定，9种名义尺寸用相应滑台的滑鞍宽度表示，多轴箱体宽度和高度是根据配套滑台的规定按规定的系列尺寸选择。
多轴箱后盖与动力箱法兰尺寸可查表，其结合面上联结螺孔、定位销孔及其位置与动力箱联系尺寸相适应。
多轴箱的标准厚度为180mm；用于卧式多轴箱的前盖厚度为55mm，用于立式的因兼作油池用，故加厚到70mm；基型后盖的厚度为90mm，变型后盖厚度为50mm、100mm、125mm三种，应根据多轴箱传动系统安排和动力部件与多轴箱的连接情况合理选用。
如只有电机轴安排Ⅳ排或Ⅴ排齿轮，可选用厚度为50mm或100mm的后盖，此时，后盖窗口应按
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