毕业设计（论文）6110连杆钻小头孔组合机床设计【全套图纸】

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1、本科生毕业设计说明书一、 前 言1.1组合机床的发展及概况 组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件并按工序高度集中的原则设计的。它是可以同时完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、车端面、车削和铣削等工序的高效率的专用机床，它一般采用多轴、多刀、多工序、多面、多工位同时加工。与万能机床和专用机床相比，组合机床有重新改装的优越性，其通用零、部件可以多次重复利用。加工过程中采用多轴对被加工零件一个面上的许多孔同时进行加工，这样不仅较好地保证各孔之间的精度、提高产品质量、减少工件工序间的搬运、改善劳动条件，也减少了机床占地面积。由于组合机床大多数零、部件是同类的通用部件，这就缩短了设

2、计和制造周期，简化了机床的维护和修理。必要时甚至可以更换整个部件，以提高机床的维修速度。全套图纸，加153893706现代化的大生产使组合机床得到了较为广泛的应用, 但也对组合机床的使用周期提出了严峻的挑战,纠其原因主要是机械行业特别是汽车产业产品更新换代不断加快, 生产作业线日趋柔性化。由于产品生产工艺及流程经常变化, 需灵活地改变控制程序, 以使机械设备或生产过程按预定的条件和顺序来运行或执行。在控制系统方案中, PLC已成为当今增长速度最快的工业控制设备, 它具备了许多独特的优点, 能较好地解决工业控制领域普遍关心的可靠性、安全性、灵活性、经济性、方便性等问题。操作员可以通过命令监控相关

3、部分的运行状态, 根据具体的工艺要求, 对进给控制、调整定时等进行详细设定, 从而实现“集中管理, 分散控制”。因此采用了PLC来实现对主轴孔加工用机床操作过程的自动控制。1.2组合机床的工艺范围及特点组合机床适宜于各种大中型箱体类零件，目前组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序。其中孔加工包括钻、扩、铰、镗孔及倒角、切槽、攻螺纹、锪沉孔、滚压孔等。随着自动化的发展，组合机床的工艺范围已扩展到了车外圆等工序。组合机床具有如下特点：1） 主要用于加工箱体类零件和杂件的平面和孔。2）生产率高。可多面、多工位、多轴、多刀同时自动加工。 3）加工精度稳定。可选用成熟的通用部件、精密夹具来保证加工精度

4、。4）研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。5）自动化程度高，劳动强度低。6）配置灵活。因为结构模块化、组合化，机床易于改装；产品或工艺变化时，通用部件还可以重复利用。1.3机床设计的课题来源、设计内容及要求1.3.1课题来源该毕业设计课题是6110连杆钻小头孔组合机床设计，来源于江苏高精机电设备有限公司，主要为了解决以前工作效率低，加工精度不高，劳动强度大的问题。这次毕业设计是在实习的基础上进行的。在工程技术人员的带领下，深入车间，了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求以及生产率的要求等，确定在组合机床上完成的工艺内容及其加工方法。我们小组通过讨论，协调，既考虑工艺方案的实现，保证

5、加工精度、技术要求及其生产效率，又考虑机床操作、维护、修理是否方便，排屑情况是否良好，还注意被加工零件的生产批量等。最后确定了机床各部件间的相互关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量等以便使设计的组合机床符合多快好省的要求。1.3.2设计内容1）运动设计 根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量，通过分析比较拟定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数。2）动力设计 根据给定的工件，初算传动轴的直径、齿轮的模数；确定动力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后，要验算传动轴的直径，齿轮模数否在允许范围内。3）结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴部件、箱体、润滑

6、与密封等的布置和机构设计。4）编写设计说明书1.3.3设计要求本次课题所设计的组合机床总体应满足零件的加工要求，保证加工精度；机床应运转平稳、工作可靠、结构简单、装卸方便、便于维修、调整；机床尽量能用通用件以便降低制造成本。二、 组合机床总体设计2.1组合机床工艺方案的拟订2.1.1制定工艺方案零件加工工艺将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，加工部位的结构特点加工精度，表面粗糙度，以及定位，夹紧方法，工艺过程，所采用的刀具及切削用量，生产率要求等等。并查阅有关技术资料，制定出合理

7、的工艺方案。根据被加工被零件（箱体）的零件图（图2-1），加工四个螺纹底孔的工艺过程。1） 加工孔的主要技术要求：加工1个32.5的孔；孔的位置度公差为0.1mm；工件材料为HT200，HB170241；要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量25万件，单班制生产。2）工艺分析加工该孔时，孔的位置度公差为0.1mm根据组合机床用的工艺方法及能达到的经济精度，可采用如下的加工方案： 一次性加工通孔，孔径为32mm3） 定位基准及夹紧点的选择选择定位基准的原则及应注意的问题：a)尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准，保证加工精度b)选择定位基准应确保工件稳定定位c)基面统一原则通过分析，

8、对该机体的加工可采用两种定位方式。一种是“三面定位”（底面、后面、侧面），底面限制三个自由度，右面限制两个自由度，后面限制一个自由度。还有一种是“一面两孔”定位。在此选三面定位方式为该加工中的主要工艺基准。2.1.2确定组合机床的配置形式和结构方案。1)被加工零件的加工精度被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，工件各孔间的位置精度为0.1mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工时可以在下一个安装工位上对所有孔进行最终精加工。为了加工出表面粗糙度为Ra3.2um的孔。采取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度并减少夹压变形等措施就可以了。被加工零件图如图2-1所示： 图21

9、 被加工零件图2) 被加工零件的特点此箱体的材料是HT200、硬度HB170-241，孔的位置分配不规则，孔的直径为8.5mm。采用多孔同步加工，此零件的加工特点是中心线与定位基准平面是垂直的，并且定位基准面是水平的。孔的分布不规则，工件比较小，可一次钻完，因而适合选择立式单工位钻床。3) 零件的生产批量零件的生产批量是决定采用单工位、多工位、自动线或按中小批量生产特点设计组合机床的重要因素。按设计要求生产纲领为年生产量为25万件，从工件外形及轮廓尺寸，为了减少加工时间，采用多轴头以提高利用率。综上所述：通过对箱体零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求、定位、夹紧方式、工艺方

10、法，并定出影响机床的总体布局和技术性能等方面的考虑，最终决定设计四轴头单工位同步钻床。根据任务书的要求：设计的组合机床要满足加工要求、保证加工精度；尽可能用通用件、以降低成本；各动力部件用电气控制、液压驱动。因此根据任务书要求和机体的特点初定两种设计方案：A卧式组合机床 图2-2 卧式组合机床结构特点：卧式组合机床重心低，振动小，运作平稳，加工精度高，占地面积大。B立式组合机床 图2-3 立机床结构式组合特点：立式组合机床重心高，振动较大，加工精度高，占地面积小。通过以上比较，故选用卧式组合机床。2.2确定切削用量及选择刀具2.2.1选择切削用量合理地选择切削用量，即确定合理的切削速度和工作进

11、给量，能使组合机床以最少的停车损失，最高的生产效率，最长的刀具寿命和最好的加工质量也就是多、快、好、省地进行生产。在组合机床上所有的刀具共用一个进给系统，因此，同一滑台带动的所有刀具每分钟进给量相同，即等于滑台的工进速度，即n1f1=n2f2=nifi=vf (2-1)其中: n1，n2，ni为各主轴转速，r/min； f1，f 2，fi为各主轴进给量，mm/s； vf为动力滑台每分钟进给量，mm/min。本设计只需要加工一个空。按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表的方法查得：小孔为32.5mm的光孔，钻通，l=32mm。由d3040，硬度223280HBS， 初选v=81.5m/min

12、,f=0.10mm/r,n根据分组齿轮不同分别选择，在满足需要的情况下尽量使用低速组。2.2.2切削力及功率的计算根据选定的切削用量（主要指切削速度v及进给量f）确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电动（一般指动力箱）功率，通过查文献表2-6计算如下：布氏硬度：HB =HBmin(HBmaxHBmin) （2-2） =170(241170) =146.33切削力：=26 （2-3） =2616 =1313.09N切削扭矩：=10 （2-4） =10 =6123.90Nmm切削功率：=

13、（2-5） =6123.9012/(97403.1416) =0.15 kw式中：HB布氏硬度 F切削力，N； D钻头直径，mm； f每转进给量，mm/r； T切削扭矩，Nmm； V切削速度，m/min； P切削功率，kw。2.2.3刀具的选择 A确定刀具的耐用度。刀具开始切削起，至磨损量达到磨钝标准止的切削时间称为刀具的耐用度。刀具耐用度反映了刀具磨损的速率，影响刀具耐用度的主要因素有切削用量，工件材料等。根据上面已经求得的机床进给速度和已经知道的工件材料，通过查文献4中表2-9，确定刀具的耐用度需要达到90-180min。B确定刀具的类型。确定刀具类型应考虑加工精度、表面粗糙度、排屑及生产

14、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、镗、铰等）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3050mm，以利排屑和刀具磨损后有一定向前调整量。刀具锥柄插入接杆孔内长度，在绘制加工示意图是应注意从刀具总长中减去。 根据已知条件初步决定选择复合刀具。所谓复合刀具，就是指同时或先后顺序完成两个或两个以上的加工工序或工步的刀具。复合刀具之所以在组合机床上大量使用，是由于它有很多优点：a)集中工序，可减少加工工位数和机床数，有时也就减少了加工工件的机动时间和辅助时间，减少机床占地面积，节省设备投资。b)减少工件安装和夹具转位次数，在一个工位上

15、孔进行粗精加工，减少精加工余量，提高加工精度，降低粗糙度。c)在一个工位上同时加工几个加工表面，可以提高加工表面相互间的位置精度。如同一轴线的几个孔的同轴度，端面与孔的垂直度等。箱体的布氏硬度在HB170241，孔径D为16mm，刀具的材料选择高速钢钻头（W18Cr4V），为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择标准16的麻花钻。2.3组合机床总体设计“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方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括:绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡。2.3.1被加工零件工序图被加工零件工序图

16、是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容、加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前毛坯情况的图纸。它是在原有零件图基础上，以突出本机床或自动线加工内容，加上必要的说明绘制的。它是组合机床设计的主要依据，也是制造使用时调整机床、检查精度的重要技术文件。绘制的被加工零工序图如图2-4所示。 图2-4 被加工零件工序图其原始数据其主要内容包括：A被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。B本工序所选用的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。以便根据此进行夹具的支承、定位、夹紧和导向等机构设计。

17、C本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。D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。a)在图中注明被加工零件的名称及编号：7170316KZ后桥壳；材料：QT590-10；硬度：HB180260。b)图中符号, -为夹紧位置 为定位基准。为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定：应按一定的比例，绘制足够的视图；本工序加工部位用粗实线表示，保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画“_”粗实线，其余部位用细实线表示。2.3.2加工示意图1）加工示意图的作用和内容加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映，表示被加工零

18、件在机床上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等，是刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据，是整台组合机床布局形式的原始要求，也是调整机床和刀具所必需的重要文件。图23为箱体上4孔立式钻床加工示意图。在图上应标注的内容：机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。工件、夹具、刀具及多轴箱端面之间的距离等。 主轴的结构类型，尺寸及外伸长度；刀具类型，数量和结构尺寸、接杆、导向装置的结构尺寸。2）绘制加工示意图之前的有关计算刀具的选择 刀具选择考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生产率要求等因素。（刀具的选择前面已有说明。

19、）23加工示意图导向套的选择 在组合机床上加工孔，除用刚性主轴的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。因此正确选择导向装置的类型，合理确定其尺寸、精度，是设计组合机床的重要内容。选择导向类型 根据刀具导向部分直径d=16mm和刀具导向的线速度v=12m/min，选择固定式导向。导向套的参数 根据刀具的直径选择固定导向装置，如图24所示： 固定导向装置的标准尺寸如表2-1所示：表21 固定导向装置的标准尺dDD1D2LL1mRd1d2L01626353936451822M163232图24 固定导向装置固定装置的配合如表2-2：表22 固定装置的配合导向类别工艺方法D刀具导向部分外径固

20、定导向钻孔g6初定主轴类型、尺寸、外伸长度因为轴的材料为40Cr，剪切弹性模量G=81.0GPa,刚性主轴取14,所以B取2.216，根据刚性条件计算主轴的直径为： dB=2.216=19.61mm （2-6）式中：d轴直径，mm； T轴所承受的转矩，Nmm； B系数。本设计中所有主轴直径皆取d=20mm,主轴外伸长度为：L=115mm，D/为32/20，内孔长度为：l1 =77mm.选择刀具接杆 由以上可知，多轴箱各主轴的外伸长度为一定值，而刀具的长度也是一定值，因此，为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，就需要在主轴与刀具之间设置可调环节，这个可调节在组合机床上是通过可调整的刀具接杆

21、来解决的,连接杆如图25所示，图25 可调连接杆连接杆上的尺寸d与主轴外伸长度的内孔D配合，因此，根据接杆直径d选择刀具接杆参数如表23所示：表23 可调接杆的尺寸d(h6)D1(h6)d2d3Ll1l2l3螺母厚度20Tr206莫氏1号12.06117188464210012确定加工示意图的联系尺寸从保证加工终了时主轴箱端面到工件端面间距离最小来确定全部联系尺寸，加工示意图联系尺寸的标注如图23所示。其中最重要的联系尺寸即工件端面到多轴箱端面之间的距离（图中的尺寸314mm）,它等于刀具悬伸长度、螺母厚度、主轴外伸长度与接杆伸出长度（可调）之和，再减去加工孔深度和切出值。工作进给长度的确定

22、如图2-6工作进给长度应等于工件加工部位长度L与刀具切入长度和切出长度之和。切入长应根据工件端面误差情况在510mm之间选择，误差大时取大值，因此取=7mm，切出长度=1/3d+(38)=+8 9mm,所以=10+7+8=25mm.快进长度的确定 考虑实际加工情况，在未加工之前，保证工件表面与刀尖之间有足够的工作空间，也就是快速退回行程须保证所有刀具均退至夹具导套内而不影响工件装卸。这里取快速退回行程为155mm，快退长度等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度15525=130mm. 图26 工作进给长度2.3.3机床联系尺寸图图27 机床联系尺寸图1）联系尺寸图的作用和内容联系尺寸图用来表

23、示机床各组成部件的相互装配和运动关系，以检验机床各部件的相对位置及尺寸联系是否满足要求，通用部件的选择是否合适，并为进一步开展主轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。联系尺寸图也可以看成是简化的机床总图，它表示机床的配置型式及总体布局。如图27所示，机床联系尺寸图的内容包括机床的布局形式，通用部件的型号、规格、动力部件的运动尺寸和所用电动机的主要参数、工件与各部件间的主要联系尺寸，专用部件的轮廓尺寸等。2）选用动力部件选用动力部件主要选择型号、规格合适的动力滑台、动力箱。滑台的选用 通常，根据滑台的驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素来选用合适的滑台。驱动形式的确定

24、 根据对液压滑台和机械滑台的性能特点比较，并结合具体的加工要求，使用条件选择HY系列液压滑台。确定轴向进给力 滑台所需的进给力 =41313.09=5252.36N 式中：各主轴加工时所产生的轴向力由于滑台工作时，除了克服各主轴的轴的向力外，还要克服滑台移动时所产生的摩擦力。因而选择滑台的最大进给力应大于5.30KN。确定进给速度 液压滑台的工作进给速度规定一定范围内无级调速，对液压滑台确定切削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的0.51倍;液压进给系统中采用应力继电器时，实际进给速度应更大一些。本系统中进给速度=nf=8000.1=80mm/min。所以选择HY80液压滑台

25、，工作进给速度范围4250mm/min，快进速度4m/min。确定滑台行程 滑台的行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。前后备量的作用是动力部件有一定的向前后移动的余地，以弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前调整。本系统前备量为20mm， HY80液压滑台的工作行程由查表可取250mm，工作行程=快进行程+工进行程+前备量+后备量，即250=130+25+20+后备量，所以后备量取75mm。由下式估动力箱的选用 动力箱主要依据多轴所需的电动机功率来选用，在多轴箱没有设计之前，可算 （2-7） 40.150.8 0.75KW式中：多轴箱传动效率，加工黑色金属时0.80.9；有色金

26、属时0.70.8，本系统加工HT200，取0.8动力箱的电动机功率应大于计算功率，并结合主轴要求的转速大小选择。因此，选用电动机型号为Y100L6B5的1TD16 IA型动力箱，动力箱输出轴至箱底面高度为125mm。主要技术参数如表2-4：表2-4 Y90S电机的技术参数主电机传动型号转速范围（r/min）主电机功率（）配套主轴部件型号电机转速输出转速Y90S-69106000.751TA32、1TA32M、1TZ321TG32 Y轴液压滑台的选用摩擦系数：f=0.070.12取f=0.1 F=fN=0.1mg=0.19.15610=9.156N （2-8）3）确定多轴箱轮廓尺寸本机床配置的多

27、轴箱总厚度为220mm，宽度和高度按标准尺寸中选取。计算时，多轴箱的宽度B和高度H可确定为：B=600mm H=860mm根据上述计算值，按主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱轮廓尺寸BH=600 mm860 mm。2.3.4生产率计算卡生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、负荷率等技术文件，通过生产率计算卡，可以分析拟定的方案是否满足用户对生产率及负荷率的要求。1)理想生产率理想生产率Q(件/小时)是指完成年生产纲领A（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。根据文献第51页Q=A/tk (2-9)式中，tk全年工时总数，h； A年生产纲领，件。一年按250

28、个工作日、两班制，则全年工时为4600小时，年制造105000台机床（每台车床需一个主轴箱），加上5%的备品及废品率，则年生产纲领A为110000件，所以：Q= 110000/4600=24(件/小时)2)实际生产率实际生产率Q(件/小时)是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。根据文献1第51页Q=60/ (2-10)式中：生产一个零件所需时间（min），可按下式计算： (2-11)式中：机加工时间（min），辅助时间（min），可按下式计算： (2-12) (2-13)式中：刀具工作进给长度，mm；动力头快进行程长度，mm；动力头快退行程长度，mm；刀具工作进给速度，mm/min；动力

29、头快进、快退速度，mm/min；工件装卸、定位、夹紧的时间，min；死挡铁停留时间，min。（1）机加工时间根据公式（2-17），计算钻孔的：T机=50/80+0.05=0.63min（2）辅助加工时间根据公式（2-18），计算钻孔的：T辅=（100+150）/3000+1.5=1.57min由此可算得单件工时T单=（T总+T辅）=（0 .63+1.57）/4=0.56分/件Q=60/=60/0.56=107(件/小时)3)机床负荷率计算根据文献第51页得：负荷率为=83% (2-14) 4)机床的生产率计算卡 由上面的计算可以绘制出钻孔的生产率计算卡,如图2-5所示。表25 生产率计算卡被加

30、工零件图号毛坯种类铸件名称箱体毛坯重量材料HT200 JB297-62硬度HB170-241工序名称钻压盘连接孔工序号工时/min序号工步名称工作行程/mm切速/（mmin-1）进给量/（mmr-1）进给量/（mmmin-1）工进时间辅助时间1按卸工件12夹 紧100.0023快 进10030000.0334钻 孔5081.50.1800.6255死档铁停留0.056快 退15030000.057卸下工件100.5备注1、主轴转速706r/min2、一次安装加工完一个工件累计0.7581.502单件总工时2.26/4=0.56分/件机床生产率107件/h理论生产率128.2件/h负荷率83%三

31、、主轴箱设计主轴箱是组合机床的重要专用部件，它是根据机床总体设计所确定的工件加工孔的数量、切削用量等加工要求，安排各主轴位置，将动力和运动递给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向的动力部件。其动力来自通用的动力箱，与动力箱一起安装于进给滑台，完成钻、扩、镗、攻丝等加工工序。其特点是按专用要求设计，由通用部件组成，靠夹具的导向装置来保证孔加工的位置精度。本人的主轴箱部分设计是连杆钻小头孔组合机床主轴箱的设计。由总体设计部分可知，需设计的主轴箱轮廓尺寸为600mm220mm；该类型的主轴箱结构典型，能利用通用的箱体和传动件；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。本课题中主轴箱由

32、箱体、前盖和侧盖三个部分组成。箱体材料为HT200，前盖等材料为HT200；箱体的标准厚度为35mm，前盖厚度为10mm，侧盖厚度为15mm。主轴的类型为圆锥滚子轴承长主轴，主轴材料采用40Cr钢，热处理C42。通用传动轴一般用45钢，调质T235。 通用齿轮有传动齿轮、动力箱齿轮和电动机齿轮三种。在主轴箱箱体内腔，可安排三排齿轮；箱体后壁与后盖之间安排一排齿轮。通用主轴箱设计的顺序是：绘制主轴箱设计原始依据图；确定主轴结构、轴径及模数；拟订传动系统；计算主轴、传动轴坐标，绘制坐标检查图；绘制主轴箱总图，零件图及编制组件明细表。具体内容如下所示。3.1 绘制主轴箱设计原始依据图主轴箱设计原始依

33、据图，是根据“三图一卡”整理编绘出来的，其内容包括主轴箱设计的原始要求和已知条件。（1）主轴箱轮廓尺寸600220mm。（2）机体对轮廓尺寸以及每个孔的位置尺寸。（3）机体对与主轴箱相对位置尺寸。根据这些数据可编制出主轴箱设计原始依据如图3-1所示。图3-1主轴箱设计原始依据3.2 确定主轴、齿轮及动力计算3.2.1主轴结构型式和直径、齿轮模数的确定主轴的型式和直径，主要取决于工艺方法，刀具主轴连接结构、刀具进给抗力和切削转矩。如钻孔时常采用滚珠轴承主轴，扩、镗孔等工序常采用滚锥轴承主轴；主轴间距较小是常采用滚针轴承主轴。齿轮模数（单位mm）一般用类比法确定，也可按文献1公式估算，即 （3-1

34、）式中，齿轮所传递的功率，kw；一对啮合齿轮中的小齿轮齿数；小齿轮的转速，r/min。主轴箱中的齿轮模数常用2、2.5、3、3.5、4几种。为了便于生产，同一主轴箱中的模数规格不要多于两种。由于本主轴箱为钻孔主轴箱，主轴转速误差较小，且加工孔的位置比较集中，可以根据实际需要选出齿轮模数为2、3、4三种。3.2.2 主轴箱所需动力的计算主轴箱的动力计算包括主轴箱所需要的功率和进给力两项。 （3-2）式中，切削功率，kw；空转功率，kw；与负荷成正比的功率损失，kw。根据文献表4-6得 =0.018kw =1188w =11881%=11.88 w 所以可得到= 0.018 +1.188+0.01

35、188=1.218kw主轴箱所需进给力（单位N）可按式3-3计算 （3-3）式中：各主轴所需的轴向切削力，单位为N； =3765N。3.3 主轴箱传动系统的设计主轴箱传动系统设计是根据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转速要求，设计传动链，把驱动轴和各主轴连接起来，使各主轴获得预定的转速和转向。3.3.1对主轴箱传动系统的一般要求对主轴箱传动系统设计的一般要求有：A.在保证主轴的强度刚度转速和转向要求的前提下，力求使传动轴和齿轮为最少；B.主轴传动轴和齿轮的规格要尽可能少；C.最佳传动比为11.5；D.尽可能避免升速传动。3.3.2拟定主轴箱系统的基本方法主轴的分布通常可以分为：同心圆分布

36、、直线分布和任意分布三种。拟定多轴箱传动系统的基本方法是：先把全部主轴中心尽可能分布在几个同心圆上，在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴，非同心圆分布的一些主轴也宜设置中间传动轴（如一根传动轴带两根或三根主轴），然后根据已选定的各中心传动轴再作同心圆，并用最少的传动轴带动这些中心传动轴，最后通过合拢传动轴与动力箱驱动轴使之连接起来。（1）根据工序图，采用任意分布；（2）驱动轴的设置驱动轴直接带动的轴数不能超过两根，以免给装配带来困难。驱动轴的旋转方向可任意选择；动力箱与多轴箱连接时，应注意驱动轴中心一般设置于多轴箱箱体宽度的中心线上，其中心高度则决定于所选动力箱的型号规格。3.3.3确定传动

37、轴的位置及齿轮齿数传动方案拟订之后，通过“计算、作图和多次试凑”相结合的方法，确定齿轮齿数和中间传动轴的位置及转速。由各主轴几驱动轴转速求驱动轴到各主轴之间的传动比主轴 n8=n9=n19=800r/min驱动轴 970r/min各主轴总传动比 i =800/970=0.825为使结构紧凑，主轴箱体内的齿轮传动副的最佳传动比为11.5；另外，主轴与驱动轴转向相同时，经过偶数个传动副。3.3.4 拟订主轴箱传动路线该主轴箱有7根主轴，由传动轴0传动。具体传动路线见图3-2。图3-2 传动树形图3.4各零件的设计选用与校核主轴箱零件校核：a）轴承校核：设计中所用的所有重要轴承都要经过寿命校核。在满

38、足尺寸和强度要求的情况下，尽可能地选用国产轴承。b）轴的校核：设计中所用的所有较重要的轴都要经过强度校核和刚度校核。c）齿轮校核：设计中所用的所有齿轮都要经过强度校核。d）键及花键：设计中所用的所有较重要的键及花键都要经过强度校核。e）销与螺钉：设计中所用的所有较重要的销与螺钉都要经过强度校核。3.4.1主轴箱中轴的强度校核A.轴系零件的轴向固定为使轴和轴上零件在机器中有正确的位置，防止轴系轴向窜动和正确传递轴向力，轴系零件应予轴向固定。常见的轴向固定方式有三种：a)两端单向固定的支承结构；b)一端双向固定，一端游动的支承结构；c)两端游动的支承结构。轴系零件不论采取哪种固定方式，都是根据具体

39、情况通过选择轴承的内圈与轴，外圈与轴承座孔的固定方式来实现的。轴承内外圈的周向固定主要由配合来保证，轴承内圈和轴的轴向固定，其原则及方法与一般轴系的轴向固定方式基本相同，外圈与轴承座孔的轴向固定形式主要是利用轴承盖、孔用弹性垫圈、套孔的凸肩以及轴承座孔的凸肩。具体选择时要考虑轴向载荷的大小，方向，转速高低，轴承的类型，支承的固定型式等情况。根据上面的要求，结合本设计情况，主轴箱内的轴系零件的轴向固定方式采用两端单向固定的支承结构。B.轴的结构轴的结构主要取决于：轴在机器中的安装位置及形式；轴上零件的类型，尺寸及配置，定位和固定方式；载荷的性质，大小，方向及分布情况；轴的加工和装配工艺性等。由于

40、影响轴结构的因素较多，其结构随具体条件不同而灵活变化，所以轴一般并无标准的结构形式。但不论何种具体条件，轴的结构均须满足：足够的强度和刚度；轴和装在轴上的零件应有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应该具有良好的制作工艺性。 C. 计算各轴扭矩，确定各轴直径 为设计计算方便，将各根轴分别编号为0、1、2、36。根据主轴位置和转速要求，设计齿轮传动系统。已知驱动轴转速为970r/min，则可通过各齿轮的啮合关系求出各轴的转速:n0=970r/minn1=970*32/45=689.8r/minn2=689.8*45/45=689.8r/minn3=689.8*38/46=569.8r/

41、minn4=569.8*45/23=1114.9r/minn5=1114.9*40/43=1037.1r/min根据文献第66页 (3-4)根据文献2表5-10选d1=d2=d7=25mm同样通过计算查表5-10选得d0=55mm,d1=50mm,d2=50mm,d3=60mm.d4=60mm,d5=d6=110mmd.轴的校核 根据装配图上各轴的受载情况知，轴0在所有轴种受到的载荷最大，所以校核轴0。根据文献公式7-6轮齿的受力大小可算得：29141.41/40=457.07Ntg=457.07tg20=166.36N/cos=457.07/cos20=486.40N457.0740/2=9

42、141.4Nmm486.4040/2=9728Nmm166.3640/2=3327.2Nmm6400.8 Nmm=9362.81 Nmm根据文献8表10-5抗弯截面系数 (3-5)根据文献表10-1轴的许用弯曲应力表可得45号正火钢的。因此，该轴的强度满足设计要求。3.4.2主轴箱中齿轮的校核计算一般只对主轴箱中承受载荷最大，最薄弱的齿轮进行接触强度和弯曲强度的验算。由于轴2上的小齿轮和轴3上的大齿轮啮合，轴3上的小齿轮又和轴4上的模数更大的齿轮啮合，所以轴2上的小齿轮承受的扭矩最大，故校核轴2与轴3上啮合的模数m为3的一对齿轮。(1)齿轮的材料、精度和齿数 因传递功率不大，转速不高，材料按文

43、献8表7-1选取，都采用45钢，锻造毛坯，大齿轮正火处理，小齿轮调质，均用软齿面。齿轮精度用8级，轮齿表面粗糙度为=1.6。软齿面闭式传动，失效形式为点蚀，考虑传动平稳性，齿数宜取多些，取=38， Z2=46。(2)校核计算(a)设计准则 按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。(b)按齿面接触疲劳强度校核 已知根据文献图7-6齿面接触疲劳极限选取材料的接触疲劳极限应力为 根据文献图7-7选取的弯曲疲劳极限应力为： 应力循环次数N根据文献公式（7-3）计算 根据文献图7-8查得接触疲劳寿命系数。根据文献图7-9查得弯曲疲劳寿命系数。根据文献表7-2查得接触疲劳安全系数，弯曲疲劳安全系

44、数又试选。根据文献8式（7-1）、（7-2）求许用接触应力和许用弯曲应力：根据文献图7-10得；根据文献表7-3查得；根据文献表7-4查得；取则。根据文献表7-6取标准模数=3mm ；根据文献表7-5，得弹性影响系数。 又 b=24mm,K=1.1, mm (3-6) =2.5188.90.9 =276.1MPa 因此，满足强度要求。(3)校核齿根弯曲疲劳强度 根据文献图7-18查得，取根据文献式（7-12）校核大小齿轮的弯曲强度 (3-7) 因此，此齿轮适合要求3.4.3主轴箱中轴承的校核计算因主轴上的轴承承受的轴向力最大，且承受的扭矩也较大，故校核主轴1上的一对轴承。已知。（1）计算轴承所

45、受径向力主轴1上的受力情况如图3-3所示。图 3-3 主轴1的受力图根据文献公式7-6主轴1上轮齿的受力大小可算得 (3-8)tg=354.4tg20=129N (3-9) 根据力矩平衡关系可知经计算得=39.64N，=89.36N。根据力矩平衡关系可知经计算得=108.9N， =245.5N可得 （2）计算派生轴向力对30204型轴承，根据文献9表7-2-79，有e=0.35，Y=1.7。则 (3-10) （3）计算轴承所收的轴向载荷 =76.84N故轴承1有被“放松”的趋势，轴承2有被“压紧”的趋势，于是 =2418.5N FS1=34.1N（4）计算当量动载荷已查得e=0.35，故 再根

46、据文献表7-2-79，有= 1、=0、=0.4、=1.7；又根据文献表11-8得=1.21.8，取中央值=1.5。轴承的当量动负荷为 （5）计算轴承寿命 根据文献表11-6得=0.95，根据文献9表7-2-79得=28200N。又=10/3。得 故轴承1的寿命为 ，轴承2的寿命为。这对轴承的工作寿命为。根据组合机床的寿命要求，此对轴承满足要求。3.5多轴箱坐标计算（1） 选择加工基准坐标系X0Y主轴箱是安装在动力头上的，坐标原点放在靠近主轴箱左侧的定位销上，如图3-4所示： 图3-4 基准坐标系定位销的尺寸是距离主轴箱侧面E=50mm，距主轴箱底边H=30.5mm。下面分别计算各主轴及传动轴的

47、坐标。（2）计算每根轴的坐标主轴0的坐标已知为=0mm，=0mm；计算传动轴坐标时，先算出与主轴有直接传动关系的传动轴坐标，然后计算其它传动轴坐标。根据文献第71页图4-25，其计算方法如下，结合图3-5:图3-5 主轴和传动轴坐标关系设则因为所以还原到X0Y坐标系中去，则c点坐标：各主轴、传动轴及驱动轴的坐标如下表所示。表3-1 各主轴、传动轴及驱动轴的坐标坐 标X（mm）Y(mm)轴00.0000.000轴1-72.826-94.838轴2-39.046-230.457轴363.403-311.204轴40.000-436.918轴5-150.000-520.790轴6150.000-52

48、0.790轴788.00035.791轴8250.000154.210轴9-275.000-630.7903.6绘制轴坐标检查图3.6.1坐标检查图的主要内容(1)通过齿轮啮合，检查坐标位置是否正确，检查主轴转速及转向；(2)进一步检查各零件间有无干涉现象；(3)查润滑油泵、分油器等附加机构的位置是否合适。3.6.2坐标检查图绘制的顺序及要求绘出多轴箱轮廓尺寸和坐标系XOY。按计算出的坐标值绘制各主轴、传动轴轴心位置及及主轴外伸部分直径，并注明轴号及主轴、驱动轴、液压泵轴的转速和转向等。用点划线绘制各齿轮的分度圆、注明各齿轮齿数、模数、所处排数及变位齿轮的变位量。为了醒目和易于检查，可用不同颜

49、色细线条画出 。四、PLC控制系统设计4.1装置简介参照设计图纸，本组合机床需要完成钻削、快进、工进、快退、液压启停、冷却启停等操作，其中最主要的是滑台需要完成如图4-1所示的运动。图4-1 滑台需要完成的工作示意图机床的控制及工作过程如下：（1）原始状态下，按下液压启动按钮，液压泵开始工作；（2）按下冷却排屑系统开按钮，冷却排屑系统启动；（3）按下主轴旋转按钮，主轴电机启动；（4）按下快进开始按钮，控制滑台运动的电机启动并加速；（5）滑台运行压倒行程开关SQ1，滑台开始工进；（6）滑台运行压倒行程开关SQ2，滑台开始快退；（7）滑台运行压倒行程开关SQ3，滑台停止运动；（8）按下主轴停止按钮

50、，主轴停止运动；该机床还设有紧急停止按钮、主轴与进给停止按钮、点动快进按钮、点动快退按钮、进给停止按钮、液压停止按钮、冷却排屑系统停止按钮，该机床还配有照明灯及其开关、控制显示灯等。4.2输入/输出分析（1）输入信号为14个开关量信号，分别是：主轴旋转、紧急停止、主轴停止、快进开始、SQ1、SQ2、SQ3、点动快进、点动快退、液压启动、进给停止、主轴与进给停止、冷却排屑开和冷却排屑关。（2）输出信号为6个开关量信号，分别是KM0、KM1、KM2、KM3、KM4、KM5。4.3用户程序容量估计分析系统控制要求，控制用的程序估计较短。4.4 PLC选型综合分析系统要求，考虑系统的经济性和技术指标，

51、选用三菱FX2N-64MR-001 PLC。4.5 PLC的I/O电气接线图机床的PLC I/O电气接线图如图4-2所示。图4-2 机床的PLC I/O电气接线图4.6程序4.6.1梯形图该机床梯形图程序如图4-3所示：图4-3 机床PLC程序梯形图4.6.2指令语句表程序执行的指令表如下：0 LD X01 OR Y02 ANI X13 ANI X24 ANI X135 OUT Y06 LD X37 OR Y18 ANI X19 ANI X710 ANI X1311 ANI Y312 AND Y413 OUT Y114 LD X315 OR Y216 ANI X117 ANI X418 ANI

52、 X619 ANI X1320 AND Y121 OR Y322 AND Y423 OUT Y224 LD X525 OR Y326 ANI X127 ANI X628 ANI X1029 ANI X1330 ANI Y131 AND Y432 OUT Y333 LD X734 AND Y435 OUT Y136 OUT Y237 LD X1038 AND Y439 OUT Y340 OUT Y241 LD X1142 OR Y443 ANI X144 ANI X1245 ANI X1346 OUT Y447 LD X1448 OR Y549 ANI X150 ANI X1551 OUT Y5

53、4.7 PLC电气控制原理图如图4-4所示：图4-4 PLC电气控制原理图五、结论 本课题设计的钻孔组合机床，用于加6110连杆小头孔。在设计过程中，针对加工过程中存在的难点进行了攻关。在钻床的设计上采取了一系列的措施，保证了被加工孔的加工精度。主要完成了以下工作：1、对6110连杆小头孔的加工工艺进行了分析研究，明确了小头孔加工的技术要求和工艺要点。2、恰当地选择了机床的切削参数，动力头及液压滑台驱动机构的结构参数。3、设计了稳定可靠的多轴箱和，从而保证了被加工孔的精度要求。4、根据通用、经济的原则，选择了刀具，满足了工艺的需要。设计的钻孔组合机床采用可靠液压滑台、精密导套等零件，一次装夹可

54、以完成多个零件的加工。不仅提高了生产效率，而且减少了制造成本。同时机床较大部分采用通用件和标准件，保证了加工孔的生产质量，能降低制造成本，运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于调整和维修。本次设计中虽然对于原来的加工方法和加工成本等有了很大程度的改善，不过还有许多值得完善的地方，例如：装夹、定位由人工完成，效率较低；自动化程度有待提高等问题。这些问题通过改进设计、完善工艺、现场的不断实践、总结，必将会得到进步的提高。参 考 文 献1谢家瀛.组合机床设计简明手册M.北京：机械工业出版社,1999.10.2大连组合机床研究所.组合机床设计参考图册M.北京：机械工业出版子社，1995.3胡家秀主.机械零件设计实用手册M.北京：机械工业出版社，1999.10.4大连组合机床研究所.组合机床设计M.北京：机械工业出版社，1995.5李益民.机械制造工艺设计简明手册M.北京：机械工业出版社，1995.10.6艾兴、诗纲.金属切削用量手册M.北京：机械工业出版社,1996.10.7杨培元、朱福元.液压系统设计手册M.北京：机械工业出版社，1995.10 .