柴油機汽缸體兩端面銑削專機設計【含10張CAD圖紙、說明書】
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摘 要
本課題是柴油機汽缸體兩端面銑削專機設計，主要是完成機床夾具設計、組合機床總體設計、組合機床主軸箱設計。根據(jù)柴油機汽缸體的結構特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度及生產率等要求，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，切削的排除生產率等因素，選用硬質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計。由于是銑削柴油機汽缸體的兩端面，則夾具的設計可以采用“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。
在設計之中，盡量使用通用件，減少制造成本，增加經濟效益。通過本次設計可以達到的效果是：所設計的夾具及主軸箱能滿足所需的質量要求，使用時安全可靠，拆裝方便，易于維修。
關鍵詞：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
I
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
目 錄 V
1 緒論 1
1.1 課題來源 1
1.2 國內外的發(fā)展狀況 1
1.3 指導思想和設計要求 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、切削轉矩、切削功率的確定 5
4 組合機床總體設計 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 機床生產率計算卡 11
4.4.1 理想生產率Q 11
4.4.2 實際生產率Q1 12
4.4.3 機床負荷率?負 13
4.4.4 編寫機床生產率計算卡 14
5 主軸箱設計 15
5.1 主軸及傳動軸結構設計 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 夾具設計 24
6.1 定位誤差分析計算 24
6.2 夾緊裝置設計 25
6.3 夾緊力的計算 25
6.4 夾具零部件的設計 27
6.4.1 夾具體的設計 27
6.4.2 支座的設計 28
6.4.3 支承板的設計 28
6.4.4 螺桿的設計 29
6.4.5 支承軸的設計 30
6.4.6 壓板的設計 30
6.4.7 導向板的設計 31
7 液壓系統(tǒng)設計 32
7.1 負載分析 32
7.2 負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 結論與展望 40
8.1 結論 40
8.2 展望 40
致 謝 41
參考文獻 42
41
柴油機氣缸體兩端面銑削專機設計
1 緒論
1.1 課題來源
隨著工業(yè)生產規(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裝備,目前,由于它仍是大批量機械產品實現(xiàn)高效、高質量和經濟性生產的關鍵裝備,因而被廣泛應用于汽車、拖拉機、內燃機和壓縮機等許多工業(yè)生產領域。某企業(yè)因生產發(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計為本次設計課題
1.2 國內外的發(fā)展狀況
在我國，組合機床發(fā)展已有28年的歷史，其科研和生產都具有相當?shù)幕A，應用也已深入到很多行業(yè)。是當前機械制造業(yè)實現(xiàn)產品更新，進行技術改造，提高生產效率和高速發(fā)展必不可少的設備之一。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目前還是主要采用機、電、氣、液壓控制，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），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親睞，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（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。
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，并使產品生產成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術、新工藝，研制新產品，由過去的“剛性”機床結構，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶要求，真正成為剛柔兼?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備中，超高速和超高精度加工技術裝備與復合、多功能、多軸化控制設備等深受歡迎。據(jù)專家分析，機床裝備的高速和超高速加工技術的關鍵是提高機床的主軸轉速和進給速度。這次博覽會上展出的加工中心，主軸轉速10000—20000r/min，最高進給速度可達10-60m/min；復合、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，形狀卻在變的復雜多樣化。多軸化控制的機床裝備適合加工形狀復雜的工件。另外，為了滿足產品的加工需求，需要加工機床能夠隨時調整和適應新的變化?？墒乾F(xiàn)代通信技術在機床裝備中的應用，以及信息通信技術的引進使得現(xiàn)在機床的自動化程度進一步提高，操作者可以通過網絡對機床的程序進行遠程修改，對運轉狀況進行監(jiān)控并積累有關數(shù)據(jù)；通過網絡對遠程的設備進行維修和檢查、提供售后服務等。
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大差距的，因此我國組合機床技術裝備今后的發(fā)展方向應該是高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調可變、任意加工性以及通信技術的應用。
1.3 指導思想和設計要求
1.學習獨立查閱參考文獻的能力。
2.完成柴油機汽缸體兩端面銑削專機總體結構和主要部件（機床夾具、組合機床主軸箱）設計（折合零號圖4張以上）、編制設計說明書一份。
3.學習撰寫學術論文，完成畢業(yè)設計規(guī)定的各項任務。
4.完成英文翻譯資料一份。
2 總體方案論證
設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計的關鍵一步.組合機床的總體設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,組合機床的結構、性能、運動、傳動、布局等一系列問題也就解決了.所以，工藝方案設計是組合機床設計的重要環(huán)節(jié).而且工藝方案在很大程度上決定了組合機床的結構配置和使用性能.因此，必須認真分析被加工零件圖紙,深入了解被加工零件的結構特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術要求及生產率要求等一些因素.
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構特點、加工部位及其精度、表面粗糙度、技術要求及生產綱領；其次深入現(xiàn)場調查分析零件的加工工藝方法、定位夾緊方式、所采用的設備、刀具及切用量、生產率情況等.
2．定位基準和夾壓部位的選擇組合機床一般為工序集中的多刀加工，不但切削負荷大，而且工件受力方面變化.因此，正確選擇定位基準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，還要對毛坯基準選擇考慮有關工序加工余量的均勻性.定位夾壓部位的選擇應在有足夠的夾緊力下工件產生的變形最小，并且夾具易于設置導向和能過刀具.
本道工序：粗銑柴油機氣缸體兩端面.
2.3 加工設備方案選擇
在機械制造業(yè)中，金屬切削機床占機械設備總臺數(shù)的50%～70%，它負擔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品及零部件生產的主要方法，且機械加工質量又是提高整個產品質量的關鍵.因此，組合機床的開發(fā)、設計，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，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．生產率高；
2．加工精度穩(wěn)定；
3．研制周期快，便于設計、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，產品或工藝變化時，通用部件還可以重復利用；
6．使用穩(wěn)定，結構緊湊，機床費用低.
由于此次被加工的零件已定型，生產批量又較大，加工要求也較高，因此必須采用組合機床來進行生產，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.生產占地面積大，但生產率高.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、多面及復合式.這種方
式組成靈活，結構簡單，由于單工位加工，其機動時間與輔助時間不能重合，因而生產率比多工位機床低.
根據(jù)以上所述, 柴油機汽缸體的結構是比較規(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，在本次設計中，銑平面工序是主要工序內容.因此為了保證銑平面的加工精度和結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，加工兩端面需經過兩次裝夾，增加輔助時間，成本高，生產效率低，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采用硬質合金套式面銑刀.
由參考文獻[3]，粗齒﹑中齒﹑細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，結合參考文獻[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.
故設計的組合銑床選擇的刀具為：硬質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，生產率，刀具耐用度，機床的結構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，保證機床生產率及經濟效果，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) 和每轉進給量f(mm/r)，再根據(jù)其中工作時間最長，負荷最重，刃磨較困難的刀具來確定并調整每轉進給量和轉速，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、技術要求等進行分析，按照經濟地滿足加工要求的原則，合理的選擇切削用量.本次設計中，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[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 組合機床總體設計
組合機床總體設計，通常是針對具體加工零件，擬訂工藝和結構方案，并進行方案圖樣和有關技術文件設計.并且在選取定加工方法和機床總體布局結構的基礎上繪制組合機床“三圖一卡”.其內容包括：繪制被加工零件工序圖、機床聯(lián)系尺寸圖、加工示意圖、夾具設計圖和編制機床生產率計算卡等.
4.1 被加工零件工序圖
本次設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.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，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計的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗和調整機床的重要技術文件.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計有關的部位的結構開頭及尺寸相符.加工用定位基準、夾緊部位及夾緊方向，以便依次進行夾具定位支承、夾緊、導向裝置的設計.
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要求，還包括本道工序對前道工序提出的要求.
本組合機床以柴油機氣缸體為加工對象進行設計，對工序圖簡要說明及與本機床設計有關的技術指標如下：
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.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．方框內尺寸及相應粗糙度為本機床所保證，其余尺寸及相應光潔度為前序保證；
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系.因此，加工示意圖是組合機床設計的主要圖樣之一，在總體設計中占據(jù)重要地位.其主要內容為：
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、結構、尺寸.
3．決定主軸的結構類型，規(guī)格尺寸及外伸長度.
4．選擇標準或設計專用的接桿，浮動卡頭，導向裝置，刀桿托架等.
5．標明主軸、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：先按比例用細實線繪出工作加工部位和局部結構的展開圖.加工表面用粗實線畫.為簡化設計，相同加工部位的加工示意圖只需表示其中之一，即同一主軸箱里結構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．主軸應從多軸箱端面畫起.刀具應處于加工終了位置.標準的通用結構只畫外輪廓，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位置，表明機床的配置型式及總體布局，主視圖應與機床實際加工狀態(tài)一致.
2.圖上應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，至于各部件的詳細結構不必畫出，可留在具體設計部件時完成.
3.為便于開展部件設計，聯(lián)系尺寸圖上應標注通用部件的規(guī)格代號，電動機型號，功率及轉速，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；
同步轉速n=1460 r/min，輸出軸轉速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[4]表5-2查知應選擇1HY63系列液壓滑臺 ，相應的側底座為1CC631.
表5-1 1HY63 型液壓滑臺主要技術性能
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，結構要功能和使用要求等因素，新頒國家標準裝料高度為1060mm，與國際標準ISO一致.實際設計時常在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率度編制生產率計算卡.組合機床生產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，機床生產率，機床負荷率的簡明表格.它是用戶驗收機床生產效率的重要依據(jù).
4.4.1 理想生產率Q
理想生產率Q（單件為件/h）是指完成年生產綱領A（包括備品及廢品率）所要求的機床生產率.它與全年工時總數(shù)tk有關，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 實際生產率Q1
實際生產率（單位為件/h）是指所設計機床每小時實際可生產的零件數(shù)量.則：
Q1 =
式中，—生產一個零件所需時間（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?！敿庸こ量砖p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5~10轉所需的時間，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—直線移動或回轉工作臺進行一次工位轉換時間，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)
則實際生產率為：
Q1==16.9 (件/h)
由于Q1>Q，即機床實際生產率滿足理想生產率，則所選擇的切削用量符合機床設計.
4.4.3 機床負荷率?負
當Q1>Q，機床負荷率為二者之比.
即：?負===0.89
= 89%
負荷率滿足組合機床要求.（組合機床負荷率一般在0.75-0.9）. [4]
4.4.4 編寫機床生產率計算卡
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
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
機床生產率
16.9 件/時
機床負荷率
89%
5 主軸箱設計
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、齒輪和附加機構組成.
目前主軸箱設計有一般設計法和電子計算機輔助設計法兩種.在此用一般設計方法設計多軸箱.一般設計法的順序是：繪制多軸箱設計原始依據(jù)圖；確定主軸結構、齒輪齒數(shù)及模數(shù)；擬訂傳動系統(tǒng)，計算主軸、傳動軸，繪制坐標檢查圖；繪制主軸箱總圖，零件圖及編制組件明細表.
5.1 主軸及傳動軸結構設計
1.主軸結構設計
主軸結構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構的主要特征，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.
主軸材料選用調質處理的45鋼，查機械設計表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.各傳動軸結構設計
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
主軸箱內的傳動比最佳為,在主軸箱后蓋內的齒輪傳動比，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為小齒輪轉速（r/min）
那么： = 3.63
取模數(shù)為4.
5.2.2 傳動系統(tǒng)設計及齒輪的排布
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為潤滑泵驅動軸）
則各個軸轉速計算如下:
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
驅動軸1--傳動軸2:
i12=2 ，取
驅動軸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
大型標準主軸箱采用葉片潤滑油泵進行潤滑，油泵打出的油經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，轉速n泵應在轉/分范圍之內，而軸1的轉速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，調質處理.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
應單向回轉，視扭矩為脈動循環(huán)
則截面C處的當量彎矩為
7） 按彎扭合成應力校核軸的強度
由圖可知截面C的當量彎矩最大，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
查機械設計手冊得：
預期齒輪壽命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
查機械設計表6-3：區(qū)域系數(shù),彈性影響系數(shù)
查機械設計表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)：
則接觸應力為：
3、驗算齒根彎曲疲勞強度
取 K=1.5
查機械設計表6-4得：齒形系數(shù)：
應力校正系數(shù)：
許用彎曲應力為：
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.
額定負荷Cr=160KN,e=0.42.
設計軸承壽命為Lh=20000h，取負荷系數(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 夾具設計
組合機床夾具是給合機床的重要組成部分，用于實現(xiàn)對被加工零件的準確定位﹑夾壓對刀具的導向以及裝卸工件時的限位等.組合機床的加工精度基本上是由夾具來保證的，因此它與一般機床夾具不同.
組合機床夾具按結構特點，可以分為單工位夾具和多工位夾具兩大類.單工位夾具是指工件在一個工位上完成加工工序的機床夾具.而多工位組合機床夾具是指工件需要在幾個工位上順序或平行—順序加工廠的機床夾具.按移位方法它又可分為：固定式多位夾具，回轉夾具,移動工作臺夾具和回轉鼓輪夾具等.此外按操縱方式又可分為：手動定位夾緊的給合機床夾具和自動定夾緊的組合機床夾具.本次設計的夾具是單工位的，手動定位夾緊的夾具.
組合機床夾具是根據(jù)被加工零件專門設計的，本次設計的夾具大致可分為三大部分：工件的定位方法，工件的夾壓裝置的設計，和引導刀具的導向元件設計.
6.1 定位誤差分析計算
本工件按一面兩銷定位后，工件在夾具中的位置就已被確定，然而由于某種原因，工件仍會產生定位誤差.為了保證工件的加工精度，在定位設計時要仔細分析和研究定位誤差.
A.定位誤差的定義
由定位引起的同一批工件的工序基準在加工尺寸方向上的最大變動量，稱為定位誤差，以△D表示.
定位誤差研究的主要對象是工件的工序基準和定位基準.工序基準的變動量將影響工件的尺寸精度和位置精度.
B.定位誤差產生的原因
造成定位誤差的原因是定位基準與工序基準不重合以及定位基準的位移誤差兩個方面.
a.基準不重合誤差△B 由于定位基準與工序基準不重合而造成的定位誤差，稱為基準不重合誤差，以△B表示.
基準不重合誤差的一般計算式為：
△B= （6.1）
式中 i—定位基準與工序間的尺寸鏈組成環(huán)的公差（mm）；
b.基準位移誤差△Y 由于定位基準的誤差或定位支承點的誤差而造成的定位基準位移，即工件實際位置對確定位置的理想要素的誤差，這種定位誤差稱為基準位移誤差，以△Y表示.
基準位移誤差的一般計算式為
△Y=Xmax= （6.2）
式中 Xmax —定位最大配合間隙（mm）；
—工件定位基準孔的直徑公差（mm）；
—圓柱定位銷或圓柱心軸的直徑公差（mm）；
Xmin—定位所需最小間隙，由設計時確定（mm）.
C.定位誤差計算
本工序尺寸582±0.025mm，由于本工序定位基準與工序基準重合，所以，
△B=0
按式（6.2）計算得
△Y=Xmax=+Xmin
=0.027+0.009+0.5
=0.536(mm)
則定位誤差為
△D=△Y=0.536mm
6.2 夾緊裝置設計
在機械加工過程中，工作將受到切削力，離心力等外力的作用.為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持由定位元件確定的加工位置，而不致發(fā)生振動或多移，一般在夾具結構中都必須設置一定的夾緊裝置，將工件可靠夾緊.
由于本次待加工工件的形狀是比較規(guī)則的，且精度要求不高，故采用螺旋夾緊機構就可以保證其精度.采用螺旋直接夾緊或與其他元件組合實現(xiàn)夾緊工件的機構，統(tǒng)稱為螺旋夾緊機構.螺旋夾緊機構的特點：結構簡單，夾緊可靠，通用性大，因此在機床夾具中得到廣泛應用.缺點是夾緊和松開工件時比較費力.
本次設計的夾緊裝置是手動的，它的組成部分有：支承軸、螺桿、壓板、壓塊及螺母等.
6.3 夾緊力的計算
夾緊力的計算是設計夾具的關鍵，它的計算是驗證所設計的機床夾具是否合理的保
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