箱體雙面粗鏜床總體設(shè)計及右主軸箱設(shè)計

1、 箱體雙面粗鏜床總體設(shè)計及右主軸箱設(shè)計 1 前言機床設(shè)計和制造的發(fā)展速度是很快的。 由原先的只為滿足加工成形而要求刀 具與工件間的某些相對運動關(guān)系和零件的一定強度和剛度， 發(fā)展至今日的高度科 學(xué)技術(shù)成果綜合應(yīng)用的現(xiàn)代機床的設(shè)計， 也包括計算機輔助設(shè)計 （CAD ）的應(yīng)用。 但目前機床主軸變速箱的設(shè)計還是以經(jīng)驗或類比為基礎(chǔ)的傳統(tǒng) （經(jīng)驗）設(shè)計方法。 因此，探索科學(xué)理論的應(yīng)用，科學(xué)地分析的處理經(jīng)驗，數(shù)據(jù)和資料，既能提高機 床設(shè)計和制造水平，也將促進設(shè)計方法的改進。車床的分類：萬能型車床、普通 型車床、輕型車床三個品種。車床主要用于加工常用公制、英制模數(shù)螺紋、端面 等。在現(xiàn)代大中型機械制造業(yè)大批或成

2、批生產(chǎn)車間、一般機械制造業(yè)、科研所的 工具車間、機修車間和單件、成批機加工車間、輕、紡、儀表、農(nóng)機維修、教學(xué) 實習(xí)等都有使用。本課題來源XX市寶利來精密機械制造有限公司。課題研究的主要內(nèi)容此次課題， 有關(guān)變速箱體的加工，需設(shè)計一個專用機床，目的就是通過設(shè)計 有關(guān)機械設(shè)計， 機械加工的相關(guān)知識進行全面的復(fù)習(xí)和掌握， 學(xué)習(xí)并掌握有關(guān)機 械相關(guān)軟件，能夠自己獨立設(shè)計，此次課題的重要性不言而喻。1產(chǎn)品名稱：變速箱體雙面粗鏜床。2被加工零件：變速箱箱體。3工件材料： HT200。4加工內(nèi)容：按圖要求鉆 11.65,14.7,18孑L,粗鏜71,77、79、81、87、89孔。5機床設(shè)計為雙面臥式結(jié)構(gòu),夾

3、具裝在中心底座上,兩側(cè)為鋼性鏜頭裝在HY40B液壓滑臺上，此滑臺裝在CC40側(cè)底座上。6生產(chǎn)綱領(lǐng)：大批大量。7批量：本機床設(shè)計、制造一臺。國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述近年來， 隨著我國的機床工業(yè)的迅速發(fā)展， 人們開始越來越廣泛地重視機床 的工作效率， 加工精度， 并要求機床設(shè)計合理、 結(jié)構(gòu)簡單、 性能可靠、 操作簡單， 調(diào)整維修方便。 新型的試樣加工設(shè)備對傳統(tǒng)的試樣加工方式提出了挑戰(zhàn)。 試樣加 工面臨著多種選擇。認識專用設(shè)備， 研制專用設(shè)備， 開發(fā)專用設(shè)備尤其對批量 試樣加工是今后重要的發(fā)展方向。加工工藝落后、機床設(shè)備老化、 加工速度緩慢 是當(dāng)前我國試樣加工行業(yè)的現(xiàn)狀。 存在這種狀況， 是因為有很多的先進技

4、術(shù)沒有 引進到試樣加工行業(yè)中。 通過與使用兩種專用設(shè)備對比可以看出新舊加工方式的 差別。組合機床未來的發(fā)展將更多的采用調(diào)速電動機和滾珠絲杠等傳動， 簡化結(jié)構(gòu)、縮短生產(chǎn)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(diào)性；以及納入柔性制造系統(tǒng)等。2 組合機床總體設(shè)計組合機床的通用部件分大型和小型兩大類。 用大型通用部件組成的機床稱為 大型組合機床，用小型通用部件組成的機床稱為小型組合機床。機床帶有一套固定的夾具， 根據(jù)所需加工面數(shù)布置動力部件。 動力部件可以 是立式，臥式或斜式安裝。 工件安裝在機床的固定夾具里， 夾具和工件固定不動。 動力滑臺上的動力箱連同多軸箱或單軸切削頭實現(xiàn)

5、切削運動。根據(jù)加工零件的要求， 本機床采用單工位組合機床。 刀具對零件的加工為平 行加工，動力部件采用臥式安裝，品字型結(jié)構(gòu)。工藝方案的設(shè)計組合機床的總體設(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)。工藝路線的確立加工孔為14.7、18、11.65、78、70H960H960H960H9, 71H9 77H9 79H9 81H9 87H9 89mm被加工零

6、件需要在組合機 床上完成的加工工序及應(yīng)保證的加工精度是制定機床方案的主要依據(jù)。 確定主要 的加工工序如下：工序：鉆14.7，左側(cè)面鉆18,右側(cè)面鉆11.5，右側(cè)面鏜78、70H960H9,左側(cè)面鏜60H9,左側(cè)面鏜71H9 77H9 79HQ右側(cè)面 鏜81H9 87H9 89,右側(cè)面被加工材料為HT200,為了保證孔在同一中心軸上，提高零件的加工效率， 所以采用臥式雙面組合機床， 兩側(cè)孔同時進行加工。 組合機床是針對某種零件或 零件某道工序設(shè)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)最大限度的工序集中。本機床加工時采用一面兩銷的定位基準方式， 這樣總共限制工件六個

7、自由度，其中基準面限制了y、z向的轉(zhuǎn)動和x向的移動3個自由度，菱形銷限制了 y、 z 向的移動 2個自由度，圓柱銷限制了 x 向的轉(zhuǎn) 動 1 個自由度，達到定位效果，而且比較好的保證了加工精度。技術(shù)要求機床應(yīng)能滿足加工要求，保證加工精度。機床應(yīng)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整。保證各動力頭分別由電機拖動，并且可單獨控制。機床盡量能用通用件，以便降低制造成本。夾具要求定位可靠，裝夾方便，保證零件加工精度。確定機床的配置模式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(cè)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(diào)試與運輸也

8、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，ZH1105柴油機氣缸體的結(jié)構(gòu)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 合機床滑臺型式的選擇本組合機床采用的是液壓滑臺。與機械滑臺相比較，液壓滑臺具有如下優(yōu)點： 在相當(dāng)大的范圍內(nèi)進給量可以無級調(diào)速；可以獲得較大的進給力；由于液壓驅(qū)動， 零件磨損小，使用壽命長；工藝上要求多次進給時，通過液壓

9、換向閥，很容易實 現(xiàn)；過載保護簡單可靠；由行程調(diào)速閥來控制滑臺的快進轉(zhuǎn)工進，轉(zhuǎn)換精度高， 工作可靠。但采用液壓滑臺也有其弊端，女口：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(diào)整維修比較麻煩。本 課題的加工對象是變速箱殼體左、右兩個面上的14個孔，位置精度和尺寸精度要求較高，因此采用液壓滑臺。組合機床總體設(shè)計一一三圖一卡2.2.1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(shè)計的組合機床（或自動線）上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)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、

10、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設(shè)計研制合同外，它是組合機床設(shè)計的具體 依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件。箱體的被加工零件工序圖如圖2-1所示：圖2-1被加工零件工序圖2.2.2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(guān)系，機床的工作行程及工作循環(huán)等。A刀具的選擇選擇刀具應(yīng)考慮工件材料、加工精度、表面粗糙度、排屑及生產(chǎn)率等要求， 只要條件允許應(yīng)盡量選用標(biāo)準刀具。由于鉆孔、鏜孔的切削用量還與孔深度有關(guān)， 隨孔深的增加而逐漸遞減，其遞減值按9P131表6-12

11、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、鏜頭折斷?？咨疃容^大時，由于冷卻排 屑條件都較差，是刀具壽命有所降低。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、鏜頭的壽命與加工其他淺孔時鉆頭、 鏜頭的壽命比較接 近。本次設(shè)計中需要加工 14.7、18、11.65、78、70H9 60H9 60H9 60H9, 71H9 77H9 79H9 81H9 87H9 89mm的孔，具 體視圖可參照加工示意圖。采用的是復(fù)合鏜刀及加長麻花鉆。B計算切削力、切削扭矩及切削功率考慮到工件尺寸，加工精度，表面粗糙度，切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素， 所以加工孔的刀具采用加長麻花鉆和復(fù)合

12、粗鏜刀。鉆孔：根據(jù)P1349表6-20中公式(2-1)F =26Df 0.8HB0.61 9T =10D f0.8hb0.6(2-2)Tv(2-3)9740二D式中，F(xiàn) 切削力（N）;T切削轉(zhuǎn)矩（N?mm）;P切削功率（kW；v切削速度（m/min）； f 進給量（mm/r）；D-加工（或鉆頭）直徑（mr）1HB 布氏硬度,HB 二 HBmax -（HBmax -HBmin）,在本設(shè)計中，3HBm a241, HBmin -170,得 HB=217.3o由以上公式得右側(cè)鉆削 18 （深22）實際切削速度Vc=19.3m/min，工進速 度 Vf=50mm/min 工進時間 tf=2.27min

13、。計算出切削力F=2123.2N,切削轉(zhuǎn)矩T=11009.4Nmm切削功率P=0.386kw, 刀具耐用度Tn=1270.032min。確定主軸類型、尺寸、外伸長度根據(jù)主軸轉(zhuǎn)矩T=11.0094N - m 由公式d = B 4 10 T（2-4）式中B-材料系數(shù)，由參考文獻1表3-4查得B=7.3。求出滿足條件的最小直徑d=7.3 4 10 11.0094 = 23.641mm由參考文獻9表3-6查得主軸直徑=25mm D/d1=40/28mm主軸外伸尺寸 L=115mm接桿莫氏圓錐號1。左側(cè)面鉆14.7孑L轉(zhuǎn)速 n 二一19411.6 r/min，將其圓整為 410r/min 。3.14 勺

14、4.7、3 14 江 14 7 匯 410實際切削速度Vc二.=18.924 m/min。1000工進速度vf =0.15 410 = 61.5 mm/mir。54工進時間tf二旦 =0.878min其中h為14.7的深度。61.5切削力 F = 26 14.7 0.150.8 15606 =1734 No切削轉(zhuǎn)矩T = 10 14.71.9 0.150.8 1560.6 = 7492.913N- mm切削功率P=7492.913 19馳刖丘帳9740 3.14 14.7刀具耐用度T=(9600 14.7025 /18.92 0.15055 1563)0 3.894 1022 m i n根據(jù)主

15、軸轉(zhuǎn)矩T=7.4929 N m,由公式(2-9)求出滿足條件的最小直徑d -7.3 4 10 7.4929 = 21.477mm( B= 7.3)選取d=25mm 由參考文獻9表3-6查得主軸直徑=25mm D/di=40/28mm, 主軸外伸尺寸L=115mm接桿莫氏圓錐號1。左側(cè)面鏜孔78,70,60刀具材料采用硬質(zhì)合金，加工材料為HT200選切削速度為7090m/min,進給量0.141.5m/r ,考慮到刀具壽命以及進給速度的一致性，取v=85.7m/min主軸轉(zhuǎn)速n =1000v(2-5)計算出n = 1000 85.7 = 349.68r/min，將主軸轉(zhuǎn)速圓整為350r/min。

16、n x 78由參考文獻1表6-20計算公式 TOC o 1-5 h z 切削力Fz =51.4ap f 0.75HB0.55(2-6)切削力Fx =0.51ap.2f 0.65HB1.1(2-7)切削轉(zhuǎn)矩T = 25.7Dap f 0.75HB0.55(2-8)切削功率P二-(2-9)61200刀具耐用度Tn = (9600D0.25/vf 0.55HB0.3)0.8(2-10)計算出切削力 Fz=669.9N ,Fx=138.5N;切削轉(zhuǎn)矩 T=26128.6N.mm切削功率 P=0.938KW滾針軸承主軸：前后支承均為圓錐滾子軸承。這種軸承可承受較大的徑向和 軸向力，且結(jié)構(gòu)簡單、裝配調(diào)整方

17、便，廣泛用于擴、鏜、鉸孔和攻螺紋等加工。 因此選用滾針軸承主軸。由公式(2-9)求出滿足條件的最小直徑 d=7.3 410 26.1286 = 29.3 mm, 再由參考文獻9表3-6查取d=30mm,D/d=50/36mm 主軸的外伸尺寸為115mm由鏜孔直徑為78mm參考參考文獻 表2.5-4選取鏜桿的直徑為 50mm, 鏜刀方截面直徑為10X 10。C導(dǎo)向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、接桿的導(dǎo)向裝置來 保證的。導(dǎo)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。D動力部件工作行程部件的工作循環(huán)是加工時，動力部件從原始

18、位置開始運動到加工終了的位 置，又返回到原始位置的動作過程。本機床的工作循環(huán)包括快進-攻進-快退等動 作。工作進給長度L工的確定工作進給長度L工，應(yīng)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L!和切出長度L2之和。切入長度一般為510伽，根據(jù)工件端面 的誤差情況確定。1切出長度 L-d (3 8)式中，d為鉆頭直徑。3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，初步選定左右兩個主軸 箱上刀具的快速進給分別為100mn和230mm快速退回長度的確定快速退回的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得出，兩面快速退回長度為 300

19、mn和560mm動力部件總行程的確定動力部件的總行程在滿足工作循環(huán)向前和向后所需的行程外，還要考慮因 刀具磨損、安裝誤差，動力部件能夠向前調(diào)節(jié)的距離(即前備量)和刀具裝卸或 者刀桿連同刀具一起從主軸孔中取出來時， 動力部件需后退的距離(即后備量)。 所以，動力部件的總行程為快退行程與前后備量的之和。其中，前備量取L前=50mm后備量取L后=50mmL 總=L 攻進 +L 前 +L 后=200+50+50=300mm綜合以上內(nèi)容可得加工示意圖如下： 2-2豈H引酈 箱體雙面粗鏜床總體設(shè)計及右主軸箱設(shè)計 223機床尺寸聯(lián)系總圖A選擇動力部件動力滑臺型號的選擇動力箱規(guī)格要與滑臺匹配，其驅(qū)動功率的選擇

20、主要是確定動力箱 (或各種工 藝切削頭)和動力滑臺，由前面計算知工進Vf=60mm/min進給力Fz=669.9N,又因 左側(cè)剛性鏜頭箱體的滑鞍長 L=1240mm,由參考文獻9表5-1選擇1HY40B型滑 臺及配套后底座1CC40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P切削，根據(jù)公式P47(2-11)式中,P切削一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0.80.9，加工有色金屬時取0.70.8 ;主軸數(shù)多、傳動復(fù) 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(fù)雜，故取 =0.8。由參考文獻1

21、表5-3取Pc左=6kW， Pc 右=6kW所以P左 唏5kW0.8= 7.5kW根據(jù)所算出的功率，查文獻1表5-20我們可選用1TA40型號的動力頭，根 據(jù)動力頭尺寸選定滑臺與其配合，由于是采用的專用剛性鏜頭，查P114 115表5-38得寬B=500mm選用滑臺型號為 HY40B滑臺寬400mm長1240 mm最大行 程 400mm表2-1 動力電動機型號電動機型號電動機功率(Kw)電動機轉(zhuǎn)速(r/mi n)輸出軸轉(zhuǎn)速(r/mi n)左主軸箱Y160L-8B57.5720350,450,400280,305,410右主軸相Y160L-8B57.5720500,500,340根據(jù)動力頭尺寸選

22、定滑臺與其配合，由于是采用的專用剛性鏜頭，根據(jù)文獻5-21 得寬B=500mm選用滑臺型號為 HY40B滑臺寬400mm長1240 mm最大 行程400mmB確定機床裝料高度H裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離。在確定機床裝料高度 時，首先要考慮工人操作的方便性；對于流水線要考慮車間運送工件的滾道高度； 對于自動線要考慮中間底座的足夠高度， 以便允許內(nèi)腔通過隨行夾具返回系統(tǒng)或 冷卻排屑系統(tǒng)。其次是機床內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸限制和剛度要求。如工件最低孔位置、 多軸箱的最低主軸高度和通用部件、中間底座及夾具底座基本尺寸的限制等。工 件最低孔徑h2=16mm滑臺高度為320mm底座高度為560mm鏜

23、削頭高為480mm 綜合以上因素，該組合機床裝料高度為 1376mmC確定夾具輪廓主要確定夾具底座的長、寬、高尺寸。工件的輪廓尺寸和形狀是確定夾具底 座輪廓尺寸的基本依據(jù)。具體要考慮布置工件的定位、限位、夾緊機構(gòu)、刀具導(dǎo) 向裝置以及夾具底座排屑和安裝等方面的空間和面積需要。夾具底座的高度尺寸，一方面要保證其有足夠的剛度，同時要考慮機床的裝 料高度、中間底座的剛度、排屑的方便性和便于設(shè)置定位、夾緊機構(gòu)。D確定中間底座尺寸中間底座的輪廓尺寸，在長寬方向應(yīng)滿足夾具的安裝需要。 它在加工方向的 尺寸，實際已由加工示意圖所確定，圖中已規(guī)定了機床在加工終了時工件端面至 主軸箱前端面的距離。由此，根據(jù)選定的

24、主軸箱、滑臺、側(cè)底座等標(biāo)準的位置關(guān) 系，并考慮前備量，通過尺寸鏈就可以計算確定中間底座加工方向的尺寸，在本次設(shè)計中取前備量50mm計算長度為1340mm確定中間底座的高度方向時，應(yīng)注意機床的剛性要求、冷卻排屑系統(tǒng)要求以 及側(cè)底座連接尺寸要求。裝料高度和夾具底座高度確定后，中間底座高度就已確 定，選取650mmE主軸箱輪廓尺寸主要需確定的尺寸是主軸箱的寬度 B和高度H及最低主軸高度0。主軸箱 寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關(guān)，可按下式計算：B = b 2b,（2-9）(2-10)H =h h, b式中，b工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（mm）;b 最邊緣主軸中心距箱外壁的距

25、離（mm）; h工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（mm）;h1 最低主軸高度（m）。主軸箱輪廓尺寸由改進的1TA40鏜削頭而來，中心高 H取260 mm左邊傳 動箱H2=480mm右傳動箱H2=480m。由此得出機床聯(lián)系尺寸總圖：圖2-3機床聯(lián)系尺寸總圖tk得出:Q=80000/4600=17.39 件/ 時224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，就可以計算機床生產(chǎn)率并 編制生產(chǎn)率計算卡。生產(chǎn)率計算卡是反映機床生產(chǎn)節(jié)拍或?qū)嶋H生產(chǎn)率和切削用 量、動作時間、生產(chǎn)綱領(lǐng)及負荷等關(guān)系的技術(shù)文件。它是用戶驗收機床生產(chǎn)效率 的重要依據(jù)。理想生產(chǎn)率Q（單位為件/h）是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng) A

26、（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),這里兩班制A取8000件，tk 取4600h,由文獻1的51頁公式(2-11)實際生產(chǎn)率QN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Q160T單(2-12)式中：T單生產(chǎn)一個零件所需時間（min），可按下式計算：!單=t切+t輔 J+t停L L快進;L快退+t移+1裝（2-13）旳 Vf2 丿 I Vfk,式中：Ln L2分別為刀具第、工作進給長度,單位為mmVm Vf2分別為刀具第、工作進給量，單位為mm/mint停當(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

27、態(tài)下旋轉(zhuǎn)510轉(zhuǎn)所需的時間，單位為min；L快進、L快退一一分別為動力部件快進、快退行程長度，單位為 mmVfk 動力部件快速行程速度。用機械動力部件時取56m/min;用液壓動 力部件時取310m/min；t移一一直線移動或回轉(zhuǎn)工作臺進行一次工位轉(zhuǎn)換時間，一般取 0.1min ；工件裝、卸（包括定位或撤銷定位、夾緊或松開、清理基面或切屑及吊 運工件）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0.51.5min。如果計算出的機床實際生產(chǎn)率不能滿足理想 生產(chǎn)率要求，即Q Q時候，機床負荷率為二者之比。組合機床負荷率一般為0.750.90,自動線負荷率為0.

28、60.7。典型的鉆、 鏜、攻螺紋類組合機床，按其復(fù)雜程度確定；對于精度較高、自動化程度高或加 工多品種組合機床，宜適當(dāng)降低負荷率。(2-15)Q121.98具體請見生產(chǎn)率計算卡:表2-2 生產(chǎn)率計算卡生產(chǎn)率計算卡圖號YGZJ003毛坯種類鑄件名稱減速箱體毛壞重量材料HT200硬度HBS180-220工序名稱變速箱體雙面臥式鉆鏜組合機床工序號序號工步名稱被加工 零件數(shù)量加工直徑一mm工作行 程一mm切削 速度m/min轉(zhuǎn)速r/min進刀量工時(mi n)進給量(mm/r)進給速度(mm/min)機加 工時 間輔助時間共計1 1安裝工件及夾緊工件11.51.52 1左滑臺快進10010060000

29、.0160.0163左多軸箱工進(鏜孔1)601565.93500.15600.250.25鏜孔27013.576.93500.15600.2250.225鏜孔3P 7811.585.73500.15600.1920.192鉆孔14.75818.64100.15600.970.974左滑臺快退30030060000.050.05備注左右同時加工總計3.203單件工時3.203分/件機床生產(chǎn)率18.73件/時機床負荷率85.2%2.3機床分組為了便于設(shè)計和組織生產(chǎn)，組合機床各部件和裝置按不同的功能劃分編組 組號劃分如下：a.第1019組一支承部件。b.第2029組一夾具及輸送設(shè)備。c.第3039

30、組一電氣設(shè)備。d.第4049組一傳動裝置。e.第5059組一液壓和氣動裝置。f.第6069組一刀具、工具、量具和輔助工具等。g.第7079組一主軸箱及其附屬部件。h.第8099組一冷卻、排屑及潤滑裝置。i .第9099組一電氣、液壓、氣動等各種控制擋鐵。3右主軸箱設(shè)計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， 靠夾具的導(dǎo)向裝置來保證孔的加工位置精度。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傳給各主軸，使之得到要求的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。繪制主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖主軸箱原始依據(jù)圖，是根據(jù)“三圖一卡”整理編繪出來的，其內(nèi)容包括主軸 箱設(shè)計

31、的原始要求和已知條件。在編制此圖時從“三圖一卡”中已知：主軸箱輪廓尺寸525X 480mm；工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸；工件與主軸箱相對位置尺寸。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可編制出主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖（圖4-1）。加工零件名稱：減速器箱體；材料：HT200;硬度：HB170 241。主軸結(jié)構(gòu)型式的選擇及動力計算主軸型式的選擇主軸結(jié)構(gòu)型式由零件加工工藝決定，并應(yīng)考慮主軸的工作條件和受力情況。軸承型式是主軸部件結(jié)構(gòu)的主要特征， 在加工減速器箱體端面孔時，主軸大都采 用的是滾珠主軸，前支承為推力球軸承和向心球軸承，后支承為向心球軸承。因推力球軸承設(shè)置在前端，能承受單方面的軸向力。主軸直徑和齒輪模數(shù)的初步確定初定主

32、軸直徑一般在編制“三圖一卡”時進行。初選模數(shù)可由下式估算，再通過類比確定，參照文獻1.:/ Pm 一（3032沖（3-1 ） Z n式中：P齒輪可傳遞的功率，單位為 kw;Z 對嚙合齒輪中小齒輪齒數(shù)；n小齒輪的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min。主軸箱中齒輪模數(shù)常用 2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm幾種。由于主 軸箱為鉆孔主軸箱。主軸轉(zhuǎn)速誤差較小，且加工孔的位置比較密集，可以根據(jù)實際需要選取齒輪模數(shù)為2mm和3mm3.3 主軸箱的傳動設(shè)計和計算主軸箱的傳動設(shè)計，是根據(jù)動力箱驅(qū)動軸位置和轉(zhuǎn)速、各主軸位置及其轉(zhuǎn)速 要求，設(shè)計傳動鏈，把驅(qū)動軸與各主軸連接起來，使各主軸獲得預(yù)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn) 向。擬定

33、傳動系統(tǒng)的基本方法如下主軸分布類型：a）同心圓分布；b）直線分布；c）任意分布。傳動系統(tǒng)的設(shè)計方法：a）將主軸劃分為各種分布類型，盡可能使之形成同心圓分布，用一根中間傳 動軸帶動多根主軸；b）確定驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)向及主軸箱體上的位置；用最少數(shù)量的齒輪和中間傳動軸把驅(qū)動軸和各主軸連接起來。其方法如 下：a）當(dāng)主軸數(shù)量不多，分布又比較分散時，可以從驅(qū)動軸開始，分幾路單獨和 各主軸聯(lián)系。b）當(dāng)主軸數(shù)量較多且分散時，可先將比較接近的主軸分成幾組，然后從主軸 布置起，最后連到驅(qū)動軸上。排列齒輪時，要注意先滿足轉(zhuǎn)速最低及主軸間距最 小的那些主軸的要求；手柄軸和潤滑油泵的安排：a）大型主軸箱一般都有一個調(diào)整

34、手柄軸，用于對刀、調(diào)整或裝配維修時檢修 主軸精度等。為了扳動省力輕便，手柄軸轉(zhuǎn)速盡量高些，手柄軸位置應(yīng)靠近工人 操作位置，其周圍應(yīng)有較大空間，保證回轉(zhuǎn)時手柄不碰主軸。b）主軸箱常采用葉片油泵潤滑，油泵軸的位置要盡可能靠近油池，離油面高 度不大于400500mm；為了便于維修，油泵齒輪最好布置在第I排，如受結(jié)構(gòu) 限制，也可放在第W排。3.3.1主軸箱所需動力的計算(3-2)主軸箱的動力計算包括主軸箱所需要的功率和進給力兩項。P主軸箱=P切削F空轉(zhuǎn)P損失式中，P切削一一切削功率，單位為kw；P空轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)功率，單位為kw；P員失一一與負荷成正比的功率損失，單位為kw.根據(jù)文獻 表4-6得空轉(zhuǎn)=0.01

35、16kw切削=759wP損失=759 1% = 7.59 w所以可得到 F主軸箱=0.0116 +0.759+0.00759=0.778kw主軸箱所需進給力F主軸箱(單位N可按下式計算(3-3)確定齒nF主軸箱 Fi式中，F(xiàn) 各主軸所需的軸向切削力，單位為 N;F主軸箱=4768.8N (由前面2.2.3的計算出)。3.3.2確定傳動軸的位置及齒輪齒數(shù)傳動方案擬訂之后，通過“計算、作圖和多次試湊”相結(jié)合的方法, 輪齒數(shù)和中間傳動軸的位置及轉(zhuǎn)速。A由各主軸幾驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速求驅(qū)動軸到各主軸之間的傳動比主軸m = 280(r / min)n2 二 305(r / min)n3 = n4 = 410(r

36、/ mi n)n5 =500(r/mi n)n6 = 500(r / min)n 7 =340(r/mi n)驅(qū)動軸n0 = 720(r/mi n)各主軸總傳動比i1型=2.571280i2丿20-2.361305i3斗.756410i5衛(wèi)44500i7720340= 2.118為使結(jié)構(gòu)緊湊，主軸箱體內(nèi)的齒輪傳動副的最佳傳動比為 1 主軸與驅(qū)動軸轉(zhuǎn)向相同時，經(jīng)過偶數(shù)個傳動副。1.5;另外,B各軸傳動比分配1軸：i0_8 = 1.84* = 0.870i9 J0 = 1 282軸：i0_8 = 1.84i 8 衛(wèi)=0.870i9 j0 = 1.283軸：i。=1.84i 8J4 - 1i145

37、= 0.9524軸：i _8 =1.84i 8J4 - 1i145 = 0.9525軸：io=1.84i8_9 = 0.870i9_10 二 1.286軸：i o 1 - 1.44i11 _6- 17軸：io 41 = 1.44in _12 0.556i123 1.8iioj = 1 25i10_2 = 1.156i15 J3 - 1i15 _4 - 1ho _5 = .7 6=1458C確定中間傳動軸的位置并配各對齒輪根據(jù)文獻6第65頁傳動軸轉(zhuǎn)速的計算公式:(3-4)z主 n從 u =zA 門主(3-5)(3-6)Am /丄、mA(z主z從 H-SzZ主n從二n主u二n主z從(3-7)2A2

38、A2Auz主 二_ z從=(3-8)mn主m(1 主)m(1 u)n從2A2A2Auz從 -_z主(3-9)n從z從n主n從 一uz主m(1 匕)1 Un主式中，u 嚙合齒輪副傳動比;Sz 嚙合齒輪副齒數(shù)和；Z主、z從分別為主動和從動齒輪齒數(shù)；n主、n從分別為主動和從動齒輪轉(zhuǎn)速，單位為r/min ；A齒輪嚙合中心距，單位為 mmm齒輪模數(shù)，單位為mmA.各軸上齒輪齒數(shù)的確定：a）驅(qū)動軸齒輪參數(shù)：規(guī)定為Z驅(qū)=1926 , m = 3或4。取Z驅(qū)=25 , m = 3。b）主軸1、2、5及中間傳動軸上齒輪齒數(shù)的確定：中間軸8直接由驅(qū)動軸0帶動，且i。=1.84，則Z81 =46, m = 3。同

39、樣，i8= 0.870 , i90 =1.28，貝U Z91 =40 , Zg2=25, Z101 = 32 , m=3。已知=1.25, 仁=1.156, ig = 0.706，則取乙034 ,乙=40 , Z2 = 37 , Z5 = 24, m = 3。c）主軸3、4和中間傳動軸齒輪齒數(shù)的確定：軸3、4由同一個傳動軸15帶動，根據(jù)轉(zhuǎn)速比，取Z3二Z4 =20 , m=2?？?得 Z15 =20, m=2。同時計算得 乙41 =26,=21 , m=2。d）主軸6、7及中間傳動軸齒輪齒數(shù)的確定：中間軸8直接由驅(qū)動軸0帶動，i1 =1.44 , “上=1 ,0.556 ：1213 =1.8

40、, i13 n =1.458 ,計算得 Z111 = 24 ,乙伐=36 ,= 24 , m=2 , Z12 = 20 ,m=3 ,Z131 = 24 , Z132 = 35 , Z7 =35 , m=2。B.驗算各主軸轉(zhuǎn)速720n2281.1(r/mi n)1.84 0.870 1.28 1.25720n3304.0(r / min)1.84 0.870 1.28 1.156720ns=n4411.0(r/ mi n)1.84 1 0.952 1720n6n7497.7(r / min)1.84 0.870 1.28 0.706720 500(r/mi n)1.44 1720 342.3(r

41、/mi n) 1.44 0.556 1.8 1.458轉(zhuǎn)速相對損失在5%以內(nèi)，符合設(shè)計要求。各傳動軸直徑的確定在設(shè)計主軸箱傳動系統(tǒng)是，往往為了湊合齒輪的中心或由于受空間的限制， 根據(jù)可能，初步地選定了軸徑。確定某一傳動軸軸徑時，首先要算出它所傳遞的扭矩，再根據(jù)此扭矩查“軸 能承受的扭矩”表，確定軸的直徑。傳動軸的扭矩計算:(3-10)M = M丄亠M 2i2亠M 3i3亠 亠Mnin式中M作用在軸上的總扭矩（N mm）Mn第n個軸上的扭矩（N mm）in 第n對軸上齒輪的傳動比3.4各零件的設(shè)計選用與校核主軸箱零件校核：（1）軸承校核：設(shè)計中所用的所有重要軸承都要經(jīng)過壽命校核。在滿足尺 寸和強

42、度要求的情況下，盡可能地選用國產(chǎn)軸承。（2）軸的校核：設(shè)計中所用的所有較重要的軸都要經(jīng)過強度校核和剛度校 核。（3）齒輪校核：設(shè)計中所用的所有齒輪都要經(jīng)過強度校核。（4）鍵及花鍵：設(shè)計中所用的所有較重要的鍵及花鍵都要經(jīng)過強度校核。（5）銷與螺釘：設(shè)計中所用的所有較重要的銷與螺釘都要經(jīng)過強度校核。3.4.1主軸箱中軸的強度校核軸系零件的軸向固定為使軸和軸上零件在機器中有正確的位置，防止軸系軸向竄動和正確傳遞軸 向力，軸系零件應(yīng)予軸向固定。常見的軸向固定方式有三種：（1）兩端單向固定的支承結(jié)構(gòu)；（2）端雙向固定，一端游動的支承結(jié)構(gòu)；（3）兩端游動的支承結(jié)構(gòu)。軸系零件不論采取哪種固定方式，都是根據(jù)具

43、體情況通過選擇軸承的內(nèi)圈與 軸，外圈與軸承座孔的固定方式來實現(xiàn)的。 軸承內(nèi)外圈的周向固定主要由配合來 保證，軸承內(nèi)圈和軸的軸向固定，其原則及方法與一般軸系的軸向固定方式基本 相同，外圈與軸承座孔的軸向固定形式主要是利用軸承蓋、孔用彈性墊圈、套孔的凸肩以及軸承座孔的凸肩。具體選擇時要考慮軸向載荷的大小，方向，轉(zhuǎn)速高低，軸承的類型，支承的固定型式等情況。根據(jù)上面的要求，結(jié)合本設(shè)計情況， 主軸箱內(nèi)的軸系零件的軸向固定方式采用兩端單向固定的支承結(jié)構(gòu)。軸的結(jié)構(gòu)軸的結(jié)構(gòu)主要取決于：軸在機器中的安裝位置及形式；軸上零件的類型，尺 寸及配置，定位和固定方式；載荷的性質(zhì)，大小，方向及分布情況；軸的加工和 裝配工

44、藝性等。由于影響軸結(jié)構(gòu)的因素較多，其結(jié)構(gòu)隨具體條件不同而靈活變化， 所以軸一般并無標(biāo)準的結(jié)構(gòu)形式。但不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)均須滿足：足夠的強度和剛度；軸和裝在軸上的零件應(yīng)有準確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于 裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)該具有良好的制作工藝性。軸的校核根據(jù)裝配圖上各軸的受載情況知，軸 在所有軸種受到的載荷最大，所以校核軸3由于承受主軸1和2所傳遞的轉(zhuǎn)矩,3。作出軸的彎扭矩如圖3-1所示：I;、Rh, 80 一一 60 一F+，TpttyFrrrmTnTnTrrrnrnTTTutiytrrrrrrTTTnTnT圖3-1軸的彎扭矩圖Rh.MhMi根據(jù)文獻8公式7-6輪齒的受力大小可算得:07

45、RunFt二 總二 2 20377.8 二 708.8N d357.5Fr=Fttg : =708.8 X tg20 =257.98NFn二 Ft/cos ： =708.8/cos20 =754.29NFtD708.8 漢 57.5M h20378 N mm2 2- FnD754.257.5OK1M v n21685.8 N mm1 2 2Mv2FrD2257.98 57.52二 7416.9NmmMv二 14268.9NmmM 二，M 廠M；二.203782 14268.9二 24876.99NmmCJcaca-t j MPa根據(jù)文獻8表10-5抗彎截面系數(shù)3(3-11)W 0.1d根據(jù)文獻

46、8表10-1軸的許用彎曲應(yīng)力表可得45號正火鋼的；= 55MPa o該軸的強度滿足設(shè)計要求3.4.2主軸箱中齒輪的校核計算已選定齒輪采用45鋼，鍛造毛坯，硬齒面，齒輪滲碳淬火HRC5&62,齒輪精度用8級，輪齒表面粗糙度為R3.2以傳動軸8及驅(qū)動軸O上的一對嚙合為例進行齒輪的強度校核，大、小齒輪z 25齒數(shù)分別為“46, 25，傳動比-=-=0-54設(shè)計準則按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強度校核按齒面接觸疲勞強度設(shè)計由y-2(3-12)ZhZeZ j 2KT1 u1嚴H丿*d u其中,z 46d3，u 才 2T1.84，Z ；=0.90, ZE =189.8 MPa , ZH =1.

47、84,6 P6 7 5T, =9.55 106=9.55 10699479.17N.mmn720選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為：-H1iim =580MPa- H2iim =560MPa選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為：；F1lim = 230MPac F2lim = 210MPa應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由公式N =60njLh(3-13)計算可得N60n1at =60 720 1 10 300 16 =2.07 109N2N192.07 1046= 1.15 10925查參考文獻12表6.3得接觸疲勞壽命系數(shù)Zn1 =1.1, Zn2 =1.02查參考文獻12圖6.7得彎曲疲勞壽命系數(shù)丫陽二胡查參考文獻12

48、圖6.6得接觸疲勞安全系數(shù)SHmin =1，彎曲疲勞安全系數(shù)Sf min =1.5,又 Yst =2.0，試選 Kt =1.3。求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力：-H1 H1limZN1= 580 1.1 =638MPa TOC o 1-5 h z SH min1tH2皿 Zn?580 1.02 =591.6MPaSh min1I；F1 J” F1|imYsTYN1 =230 2 1MPa =306.67MPaSF min5I* L F2|imYsT Yn2 =210 2 1MPa =280MPaSF min1.5將有關(guān)值代入公式（3-2）得:d it =3ZhZeZ；1牡189竺.9 1竺空94

49、1叱込mm1.8591.60.3=69.34m m則V1二 d1tm60 1000二 69.34 7202.61m/s60 1000Z0V110022 2.61100m/ s = 0.57m/ sK1.02 ； 取 Ka = 1，貝U查參考文獻12圖6.7得Kv =1.0，Ka =1，Kh -KaKvK -Ka -1.01 1.0 1.02 1.0=1.03修正 dZ3；： =69-34 3 11：3=64.16mmd164.16mmm 二 2.6mmZo 25取標(biāo)準模數(shù)m=3mm ,與前面選定的模數(shù)相同，所以 m = 3mm符合要求。計算幾何尺寸d1 = mzo = 3 25 二 75m m

50、d2 =mz4 =3 46 = 138mm（Z0+Z4） 75+138 ca = m106.5mm2 2b 二 dd1 =0.3 10 31.95mm取b = 32mmb2 = 32mm校核齒根彎曲疲勞強度查參考文獻12圖 6.7 得Yfs1 =4.1 , Yfs2 =3.8取 Y-0.7由參考文獻12P110式（7-12 ）校核兩齒輪的彎曲強度F12KT1dZo2m3YFS12 1.8 99479.170.3 252 334.1 0.7MPa= 110.02MPa bF1 IY3 8fi 若=110.02 4!Mpa=101.97Mpa，J所以齒輪完全達到要求。傳動軸4上其余齒輪均用此方法進

51、行校核， 其結(jié)果 均符合要求。其他軸及軸上的齒輪均按以上方法校核，結(jié)果均符合強度要求 3.5多軸箱坐標(biāo)計算坐標(biāo)計算就是根據(jù)以知的驅(qū)動軸和主軸的位置及傳動關(guān)系， 精確計算各中間 傳動軸的坐標(biāo)。其目的是為多軸箱箱體零件補充加工圖提供孔的坐標(biāo)尺寸， 并用 于繪制坐標(biāo)檢查圖來檢查齒輪排列、結(jié)構(gòu)布置是否正確合理。6104-46/3(1) 選擇加工基準坐標(biāo)系X0Y-1 礎(chǔ) _ X圖3-2加工基準坐標(biāo)系X0Y圖(2)計算每根軸的坐標(biāo)由圖的各伸出軸及驅(qū)動軸的坐標(biāo)，如表3-1表3-1各伸出軸及驅(qū)動軸的坐標(biāo)坐標(biāo)X( mmY(mm)軸100軸20-92軸3-22-162軸4-86-162軸534-81軸681-11

52、6軸759.511-61.7627軸00-152計算傳動軸坐標(biāo)時，先算出與主軸有直接傳動關(guān)系的傳動軸坐標(biāo)，然后計算其它傳動軸坐標(biāo)。根據(jù)文獻第71頁圖4-25，其計算方法如下，結(jié)合圖3-3:j IAl BJA3 - A2 = 1 cosq - J sin c0Bl + AJBi = B3 B2 = I sin ao J cosco 口 L還原到XOY坐標(biāo)系中去，則c點坐標(biāo):x 二xA a二 XAAl -BJLY =YaBi=YaBl AJL傳動軸10位于軸1和2的中心連線的垂直平分線上，已知軸1和2的坐標(biāo), 計算出 10（ 95.11, -51）傳動軸8位于軸3和4的中心連線的垂直平分線上，已知

53、軸 3和4的坐標(biāo), 計算出 8（ 44，-249.13）傳動軸9的位置在傳動軸8和10之間，考慮各方面的情況，依據(jù)多軸箱傳 動系統(tǒng)的基本方法，初定其坐標(biāo)為（52,125）。下面依據(jù)坐標(biāo)計算公式算出傳動軸 9的坐標(biāo)：將坐標(biāo)值代入公式得：A = X b - X A=104mmB =yb -丫A=49.499mm則 L =A2 B2 = 104.52 49.4992 = 115.630mmAAI R12 L2 - R22-91.52 115.63 2 - 87 2 = 61.28mm2L2 115.63J = .R12 - |2 = . 91.52 -61.282 = 67.95mm因 sin C0

54、B二si naL49.499115.63= 0.428cosc0 =cosa0A = 104.5L 115.63-0.903所以Al BJ 104.5疋 61.28 49.499 漢 67.95片=A3 -A2 = I cos -J sin c026.294mmL115.63B1 二 B3 B2 = I sin a。J cose。BI AJ 49.499 61.28 104.5 67.95=87.642 mm L115.63還原到XOY坐標(biāo)系中去，貝U 4軸坐標(biāo):Al -BJX4 =XA Ai = X a67.5 26.294 = 106.56mmLY4 二YaB1 二Ya BlaJ =50.

55、684 87.642 = 135.73mmL其余軸的計算過程類似，經(jīng)計算得各軸坐標(biāo)列于表3-3表3-2各傳動軸的坐標(biāo)坐標(biāo)X( mmY(mm)軸844-249.13軸9106.56-135.73軸1095.11-51軸11-90.84-162.98軸12-126.49-86.92軸13-90.01-11.26軸147.75-211.85軸1545-194.733.6繪制軸坐標(biāo)檢查圖3.6.1坐標(biāo)檢查圖的主要內(nèi)容通過齒輪嚙合，檢查坐標(biāo)位置是否正確，檢查主軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向；進一步檢查各零件間有無干涉現(xiàn)象；查潤滑油泵、分油器等附加機構(gòu)的位置是否合適。3.6.2坐標(biāo)檢查圖繪制的順序及要求繪出多軸箱輪廓尺寸和坐標(biāo)系XOY按計算出的坐標(biāo)值繪制各主軸、傳動軸軸心位置及及主軸外伸部分直徑，并注明軸號及主軸、驅(qū)動軸、液壓泵軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向等。用點劃線繪制各齒輪的分度圓、 注明各齒輪齒數(shù)、模數(shù)、所處排數(shù)及變位齒 輪的變位量。3.7 主軸箱上附件的設(shè)計分油器本主軸箱中分油器選用 B-ZIR31-2-36 型分油器 ,其作用是把油分成幾路 ,