发动机支架立式单面组合钻床设计

发动机支架立式单面组合钻床设计,发动机,支架,立式,单面,组合,钻床,设计 黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名： 卢鹏 任务下达日期：2011 年 12 月 19 日设计开题日期：2012 年 4 月 13 日设计开始日期：2012 年 4 月 16 日中期检查日期：2012 年 5 月 18 日设计完成日期：2012 年 6 月 4 日 一、设计题目：发动机支架立式单面组合钻床设计 二、设计的主要内容：（1）设计参数：材料是HT200，硬度是HB160210。 （2）设计图纸：主轴箱装配图1张，箱体、后盖、输出主轴、工件零件图各1张，机床尺寸联系图、加工示意图、零件工序图各1张。（3）说明书主要内容及字数要求： 说明书主要内容：1）中英文摘要；2）组合机床总体结构设计与计算；3）组合机床主轴箱设计。 字数：1.5万字以上 三、设计目标：根据发动机支架设计要求，查阅相关文献资料，综合运用所学知识，完成相应机构设计。主要包括：总体设计方案的确定；三图一卡的设计；主轴箱的设计等。按照工程设计规范要求，绘制工程图，并编写设计说明书。 指 导 教 师： 于凤云 院（系）主管领导： 2011 年 12 月 19 日目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 组合机床综述11.2 组合机床总体设计2 1.2.1 被加工零件的特点3 1.2.2 工艺路线的确立3 1.2.3 机床配置型式的选择4第2章 组合机床的结构设计与计算52.1 切削扭矩及切削功率的计算52.2 组合机床总体设计6 2.2.1 被加工零件工序图6 2.2.2 加工示意图8 2.2.3 机床联系尺寸总图13 2.2.4 机床生产率计算卡152.3 确定主轴箱轮廓尺寸172.4 通用部件的选择18第3章 组合机床主轴箱设计203.1 绘制主轴箱设计原始依据图 203.2 主轴、齿轮的确定及动力计算213.3 主轴箱传动系统的设计与计算22 3.3.1 驱动轴、主轴的坐标计算22 3.3.2 拟订主轴箱传动路线22 3.3.3 确定传动轴位置和齿轮齿数223.4 多轴箱坐标计算、绘制坐标检查图24 3.4.1 选择加工基准坐标系XOY，计算主轴、驱动轴坐标24 3.4.2 计算传动轴的坐标24 3.4.3 绘制坐标检查图243.5 齿轮强度校核24 3.5.1 校核齿根弯曲疲劳强度25 3.5.2 校核接触疲劳强度263.6 传动轴直径的确定和轴的强度校核27 3.6.1 轴的直径的确定27 3.6.2 轴的强度校核273.7 主轴箱体及其附件的选择设计31 3.7.1 主轴箱的选择设计32 3.7.2 主轴箱上的附件设计32结 论33致 谢34参考文献35CONTENTSAbstractIIThe 1 chapter of introduction1 1.1 Combination machine Reviews1 1.2 Modular machine tool design2 1.2.1 The characteristics of processed parts3 1.2.2 Process route is established3 1.2.3 Machine configuration type selection4The 2 chapter of structure design and calculation of combined machine tool5 2.1 Cutting torque and cutting power calculation5 2.2 Modular machine tool design6 2.2.1 Processed the components working procedure chart6 2.2.2 The processing schematic drawing8 2.2.3 The engine bedrelation dimensional layout13 2.2.4 Machine productivity calculation card152.3 Determining the spindle box outline size172.4 The choice of generic components18The 3 chapter combined machine tool headstock design20 3.1 Draw spindle box based on the original design plans20 3.2 Main shaft, gear determination and power calculation21 3.3 Spindle box drive system design and calculation22 3.3.1 Drive shaft, spindle coordinate calculation22 3.3.2 Elaboration of spindle box transmission line22 3.3.3 To determine the location and teeth of gear transmission shaft223.4 Multiple spindle coordinate calculation, drawing coordinate test chart24 3.4.1 Selection of machining datum coordinate system XOY, main shaft, drive shaft coordinates calculation24 3.4.2 Calculation of transmission axis of coordinates24 3.4.3 The drawing coordinate test chart243.5 Gear strength24 3.5.1 Check the tooth root bending fatigue strength25 3.5.2 Check the contact fatigue strength263.6 Drive shaft diameter is determined and the axis of strength checking27 3.6.1 Shaft diameter determination27 3.6.2 The axis of strength checking273.7 Spindle box and accessories selection design31 3.7.1 The selection and design of spindle box32 3.7.2 Spindle box attachment material design32Conclusion33Thanks34Reference35 摘 要 本次设计的题目是发动机支架立式单面组合钻床设计，是在发动机支架上加工4个深6mm，尺寸要求17的孔。 本次设计分为总体设计和主轴箱设计两个部分。首先，对机床进行总体结构的设计，需要确定切削用量、计算切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度,然后以此确定主轴、外伸尺寸等,绘制“三图一卡”，即被加工零件工序图、加工示意图、机床尺寸联系总图，以及生产率计算卡。其次，对主轴箱进行设计，绘制设计原始依据图，确定主轴箱及各个通用部件的选用，计算各齿轮的传动比和主轴的坐标位置。最后，根据分析的结果，对齿轮和轴的强度和刚度进行校核。 本专用机床能满足加工要求，保证加工精度，机床运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整、操作，减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。关键词：组合机床；钻孔；主轴箱；传动设计AbstractThe design topic is Engine bracket of vertical single combination drilling machine design. Aimed at the engine support processing 4 meet the size requirements of the 17 and 6mm deep hole.The design is divided into two parts overall design and the headstock design. Firstly, the overall structure of the machine tools design, need to determine the cutting parameters, calculation of cutting force, cutting torque, cutting power and tool life, and thus determine the main shaft, extended size, etc.Rendering the three plans for a card, that is, process map parts to be processed, processing diagram, machine sizes contact General Plan, and the productivity calculation card. Secondly, the design of the spindle box, drawing the original design basis, for the identification of various common spindle box and the selection of components, to calculate the transmission gear ratios and the principal axis coordinates. Finally, the results of the analysis, the gear and shaft to check the strength and stiffness.This special machine can meet the processing requirements to ensure the machining accuracy, tool smooth operation, reliable, simple, easy handling, easy maintenance and adjustment. Operation simple, reducing labor intensity and improve labor productivity.Key words：special purpose machine; drilling; spindle box; transmission design37目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 组合机床综述11.2 组合机床总体设计2 1.2.1 被加工零件的特点3 1.2.2 工艺路线的确立3 1.2.3 机床配置型式的选择4第2章 组合机床的结构设计与计算52.1 切削扭矩及切削功率的计算52.2 组合机床总体设计6 2.2.1 被加工零件工序图6 2.2.2 加工示意图8 2.2.3 机床联系尺寸总图13 2.2.4 机床生产率计算卡152.3 确定主轴箱轮廓尺寸172.4 通用部件的选择18第3章 组合机床主轴箱设计203.1 绘制主轴箱设计原始依据图 203.2 主轴、齿轮的确定及动力计算213.3 主轴箱传动系统的设计与计算22 3.3.1 驱动轴、主轴的坐标计算22 3.3.2 拟订主轴箱传动路线22 3.3.3 确定传动轴位置和齿轮齿数223.4 多轴箱坐标计算、绘制坐标检查图24 3.4.1 选择加工基准坐标系XOY，计算主轴、驱动轴坐标24 3.4.2 计算传动轴的坐标24 3.4.3 绘制坐标检查图243.5 齿轮强度校核24 3.5.1 校核齿根弯曲疲劳强度25 3.5.2 校核接触疲劳强度263.6 传动轴直径的确定和轴的强度校核27 3.6.1 轴的直径的确定27 3.6.2 轴的强度校核273.7 主轴箱体及其附件的选择设计31 3.7.1 主轴箱的选择设计32 3.7.2 主轴箱上的附件设计32结 论33致 谢34参考文献35第1章 绪论1.1 组合机床综述近年来，组合机床装备向着提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术成套性的方向发展。一方面，加强数控技术的应用，提高组合机床产品数控化率；另一方面，进一步发展新型部件，尤其是多坐标部件，使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品种加工的市场需求。据专家分析，机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。该届博览会上展出的加工中心，主轴转速1000020000 r/min，最高进给速度可达2060m/min，复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关资料；通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。本次毕业设计是钻发动机支架孔专机总体及主轴箱设计。在设计前认真研究被加工零件的图样，分析其尺寸、形状、材料、硬度、重量、加工部位的结构及加工精度和表面粗糙度要求等内容，为设计提供大量的数据，作好充分的、全面的技术准备。因为工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。因此，在确定工艺方案制定合理之前，通过毕业实习深入现场了解了被加工零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求，根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用的工艺方法、充分考虑各种因素，并经技术经济分析后拟订出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。根据工件的结构特点、工艺要求、生产率要求、工艺方案等，确定本设计的配置型式为立式专用机床，并采用工序集中进行加工。确定机床总体布局和影响技术性能的主要部件的结构型式。在选定了工艺方案并确定了机床配置型式、结构方案的基础上，进行机床总体方案设计。其内容包括：被加工零件图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。主轴箱设计的方法是：绘制主轴箱设计的原始依据图；确定主轴的结构、轴颈及齿轮模数；拟订传动系统；计算主轴、传动轴坐标，绘制坐标检查图；绘制多轴箱总图，零件图及编制组件明细表。在此次的设计中采用“三面”定位，液压夹紧，提高了生产效率，降低了劳动强度，同时在设计中采用了大量的通用零部件，降低了产品的成本。1.2 组合机床总体设计组合机床的总体设计要注重工件及其加工的工艺分析，制订出合理的工艺方案，才能设计出合理的专用机床。根据指定的加工要求，提出若干个工艺方案，选择最优的。工艺方案的确定决定了专用机床的结构、性能、运动、传动、布局等一系列问题。所以，工艺方案设计是专用机床的重要环节。组合机床的设计结构一般可分为卧式（图1-1）和立式（图1-2）两种。图1-1卧式组合机床结构图1-2立式组合机床结构1.2.1 被加工零件的特点本次设计的组合机床的被加工对象是发动机支架，材料是HT200，硬度是HB160210。1.2.2 工艺路线的确立本工序加工的内容是加工路线中的第一道工序。孔的孔径为17mm，表面粗糙度为Ra=12.5m。为了保证其精度要求，将有精度要求的四个孔安排在同一台专机上进行。1.2.3 机床配置型式的选择机床的配置型式有立式和卧式两种。立式机床的优点是占地面积小，自由度大，操作方便，其缺点是机床重心高，振动大。卧式机床的优点是加工和装配工艺性好，振动小，运动平稳，机床重心较低，精度高，安装方便，其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。机床的配置型式在很大程度上取决于被加工零件的大小、形状及加工部位等因素。卧式机床多用于加工孔中心线与定位基准面平行的情况，而立式机床则适用于加工定位基面是水平的，而加工的孔与基面相垂直的工件。通过以上的比较，选用立式机床。 第2章 组合机床的结构设计与计算2.1 切削扭矩及切削功率的计算根据参考文献1，关于切削用量的确定按表2-7推荐数值选取。本设计中加工直径d=17mm，确定切削速度v=18m/min，进给量s=0.21mm/r。根据已选定的切削用量（主要指切削速度及进给量），确定进给力，作为选择动力滑台及设计夹具的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴；确定切削功率，用作选择主传动电机（一般指动力箱电机）功率；确定刀具耐用度，用以验证所选用的刀具是否合理。切削扭矩： (2-1)式中 修正系数，取1.02； 刀具直径，； s 刀具进给量，mm/r； 抗拉强度，。则： =2365kgmm刀具耐用度验算： (2-2) 式中 v 切削速度，m/min。将v=18m/min，s=0.21mm/r，D=17代入公式（2-2）得：切削功率计算 ： (2-3) 所以切削功率为： =2.2 组合机床总体设计组合机床总体设计，就是针对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行方案图纸设计。这些图纸包括：被加工零件工序图、加工示意图、生产率计算卡片、机床联系尺寸图等。2.2.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条自动在线完成的工艺内容、加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹紧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。1 被加工零件工序图应包括以下内容：(1) 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。(2) 本工序所选用的定位基准、夹紧部位及夹紧方向，以便据此进行夹具的支承、定位、夹紧和导向等机构设计。(3) 本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、几何公差等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. 编制零件加工工序图的注意事项：(1) 加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。(2) 对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析，保证加工能正常进行。(3) 当本工序有特殊要求必须注明。该加工孔的直径为17mm，表面粗糙度为12.5，孔深为6mm。以三面定位消除工件的六个自由度，具体的定位方法是：左端面由支承钉定位，后面由支承板定位，而底面则由专用垫块完成定位。支承钉和支承板装配前要配磨，以保证工件的定位精度。如图2-1中要求被加工部分用粗实线表示，其余用细实线表示。图2-1即为发动机支架的加工工序图，材料为45号钢。图2-1 发动机支架加工工序图2.2.2 加工示意图 加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的，是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液压、气压系统以及选择动力部件、绘制机床总联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必须的重要技术需求。加工示意图的内容有：机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程；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；主轴结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸；接杆、浮动卡头、导向装置；刀具、导套间的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式及配合尺寸等。加工示意图应绘制成展开图，按比例用细实线画出工件外形，加工部位、加工表面画粗实线；必须使工件和加工方位与机床布局相吻合，一般主轴的分布不受真实距离的限制。当主轴彼此间很近或需设置结构尺寸较大的导向装置时，必须以实际中心距严格按比例画，以便检查相应主轴、刀具、辅助、导向等是否相互干涉。主轴应从多轴箱端面画起，刀具画加工终了位置。1. 刀具的选择选择刀具应考虑工件的材质、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求选择刀具的原则：(1) 只要条件允许，为使工作可靠，结构简单、刃磨容易，应尽量选择标准刀具和简单刀具。(2) 为使工序集中或保证加工精度，可采用先后加工或同时加工两个或两个以上表面的复合刀具。(3) 选择刀具结构时，还须认真分析被加工零件材料特点。因为孔的直径是17mm，根据参考文献2，所以选用GB1439-85的锥柄麻花钻。刀具选择第一系列，d=17mm。莫氏圆锥号选择2号。2. 切削用量的选择根据参考文献1，关于切削用量的确定按表2-7推荐数值选取。本设计中加工直径d=17mm，确定切削速度v=18m/min，进给量s=0.21mm/r。3. 导向结构的选择组合机床加工孔时，除用刚性主轴加工的方案外，加工孔的尺寸和位置精度都是依靠夹具导向来保证的。如何正确的选择导向结构，确定导向的参数和精度，是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时要解决的问题。(1) 正确的选择导向类型在加工小孔时，如钻孔其导向部分直径较小，旋转线速度一般不小于20m/min，通常使用固定式导向，刀具或刀杆在导套内既转动又移动，这种导向方法精度较好，但容易磨损，不利于持久保持精度。(2) 正确的选择导向的形式和结构必须根据导向的选择速度、加工精度、刀具工作条件等具体情况，选择导向的形式和结构。根据零件的结构，查阅参考文献3，选择导向长度为45mm的长型快换钻套。钻套配合的选择，查阅参考文献4附表4：d用G6，D用F7/n6，D1用H7/n6。图2-2即为本设计所选用的导套。 (3) 确定导向的数量导向数量应根据工件形状、内部结构、刀具刚性、加工精度及具体加工情况而定。本设计中钻连杆体孔较小且深度不大，所以选用一个导向。(4) 选择导向的参数导向的参数要根据导向的形式、工件形状和加工精度要求及刀具的刚性来决定。根据参考文献1（机械部分）表3-4选出导向长度和导向至工件端面的距离，公差配合等，导向长度=45mm，导套到工件端面的距离=20mm。其它具体的数值间加工示意图。图2-2导套 4. 确定主轴类型、尺寸、外伸长度主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联结结构进行确定。主轴轴颈及轴端尺寸主要取决于进给抗力和主轴刀具系统结构。主轴轴颈尺寸规格应依据选定的切削用量计算出切削转矩T。查参考文献4表3-4和表3-5初定主轴直径d，并考虑便于生产管理，适量简化规格。综合考虑加工精度和具体工作条件，按参考文献表3-6和表4-1选定主轴外伸长度L、外径D和内径d1及配套的刀具接杆的莫氏锥度号。具体如下：查参考文献1表5-10，可取主轴直径d=35mm由参考文献4表3-4和表4-1查得：外伸长度 L=100mm外径 D=50mm内径 d=36mm接杆莫氏锥度号 2 5. 动力部件工作循环及行程的确定动力头工作循环一般包括快速引进、工作进给和快速退回等动作。根据具体的加工要求，考虑到工艺方案，确定快进为100mm，工进为24mm，快退为124mm。(1) 工作进给长度的确定工作进给长度如图2-3所示，它应等于加工部位长度L与刀具的切入长度和切出长度之和，即： =+L+ (2-4)式中 刀具的切入长度，mm； 刀具的切出长度，mm。切入长度一般取510mm，本设计=8mm。切出长度查文献4表3-7：=+（38）mm (注：d为钻头直径） (2-5)取：=10mm则：=8+6+10=24mm(2) 快速进给长度的确定 快速进给量是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度按具体情况确定。本设计快速进给长度 l=100mm。(3) 快速退回长度的确定快速退回的长度等于快进给和工作进给长度之和。一般在固定式夹具钻、扩孔的机床上，动力部件快速退回的行程只要把所有刀具都退至导套内，不影响工件装卸即可。=+L=100+24=124mm (2-6)图2-3刀具(4) 动力部件总行程的确定动力部件的总行程除了满足工作循环向前和向后所需要的行程外，还要考虑因刀具磨损或补偿制造，安装误差，动力部件能够向前调节的距离（即前备量）和刀具装卸以及刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴中取出时，动力部件需后退的距离（刀具退离夹具导套外端面的距离应大于接杆插入主轴孔内或刀具插入接杆孔内的长度，即后备量）。因此，动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。 6. 选择接杆除刚性主轴外，组合机床主轴与刀具件常用接杆连接（称刚性连接），在钻、绞、锪孔及倒角等加工小孔时通常用接杆。因为主轴箱各主轴的外伸长度都为定值，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完各孔的要求。 为了使工件端面至主轴箱端面为最小距离，首先应按加工部位在外壁、加工孔深最浅孔径又最大的主轴选定接杆（通常先按最小长度选取），由此选用其它接杆。接杆已标准化，通用标准接杆号可根据刀具尾部结构（莫氏号）和主轴头部内孔直径d1，按参考文献4表8-1、表8-2选取B型。7. 标注联系尺寸首先从同一主轴箱上所有刀具中找出影响联系尺寸的关键刀具，使其接杆最短，以获得加工终了时主轴箱前端面到工件端面之间所需要的最短距离。本设计中由于主轴较少且结构相同，故只需考虑最短接杆即可。并据此确定全部刀具、接杆、导向托架及工件之间的联系尺寸。主轴端部须标注外径和孔径（D/d），外伸长度L；刀具结构尺寸须标注直径和长度；导向结构尺寸应标注直径、长度、配合；工件至夹具之间的尺寸须标注，工件离导套端面的距离；还须标注托架与家具之间的尺寸，工件本身以及加工部位的尺寸和精度等。主轴箱端面到工件端面之间的距离是加工示意图上最重要的联系尺寸。为使所设计的机床结构紧凑，应尽量缩小这一距离。这一距离取决于两方面：一是主轴箱上刀具、接杆、主轴等结构和相互联系所需的最小尺寸；二是机床总布局所要求的联系尺寸，这两方面是相互制约的。8. 其它需注意的问题 (1) 加工示意图应与机床实际加工状态一致，表示出工件安装状态及主轴加工方法。(2) 图中尺寸应标注完整，尤其是从多轴箱端面至刀尖的轴向尺寸链应齐全，以便检查行程和调整机床。图中应表示出机床动力部件的工作循环图及各行程长度。(3) 加工示意图应有必要的说明。如被加工零件的名称、图号、材料、硬度、加工余量、毛坯要求、是否加冷却液及其它特殊的工艺要求。2.2.3 机床联系尺寸总图1. 机床联系尺寸总图的作用与内容机床尺寸联系图是决定各部件的轮廓尺寸及相互间联系关系的，是开展各专用部件设计和确定机床最大占地面积的指导图纸。组合机床是由一些通用部件和专用部件组成的。为了使所设计的组合机床能满足预期的性能要求，又能做到配置上均匀合理，符合多快好省的精神，必须对所设计的组合机床各部件之间的关系进行全面的分析研究。这是通过绘制机床联系尺寸图来达到目的。2. 绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容机床尺寸联系图是在被加工零件工序图与加工示意图绘制之后，根据初步选定的主要通用部件(动力部件及配套的滑座、床身和立柱等)，以及确定的专用部件结构原理而绘制的。(1) 机床装料高度的确定装料高度是指工件定位基面与地面的垂直距离。确定机床装料高度，要考虑工人操作的方便性。我国过去设计组合机床一般取装料高度为H=850mm，新颁国家标准装料高度1060mm，实际设计时常在8501060mm之间选取。我们选取为927mm。 (2) 夹具轮廓尺寸的确定夹具是用于定位和夹紧工件的，所以工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据。对于本设计夹具体的轮廓尺寸为360mm、300mm、217mm。夹具体底座高度的确定应根据夹具大小而定，既要保证足够的刚性，又要考虑工件的装料高度。 (3) 机床中间底座的尺寸的确定在确定中间底座高度的尺寸时，在长宽方向应满足夹具的安装要求。应注意机床的刚性要求；应考虑铁削的储存及排除，以及冷却液的储存。当装料高度取850mm时，床身和中间底座之间的结合面的高度，无论哪一型号的床身都是统一的，定位540mm，所以中间底座大于540mm。(4) 主轴箱轮廓尺寸的确定标准主轴箱的厚度由主轴箱体、前盖和后盖三层尺寸组成。根据参考文献1(机械部分)P143，主轴箱厚为180mm，机床为立式，前盖厚为70mm，后盖采用90mm，因此，主轴箱总厚度为340mm，主轴箱的高度和宽度都是400mm。(5) 滑台的选择动力滑台是由滑座、滑鞍和驱动装置等组成、实现直线进给运动的动力部件。按驱动和控制方式的不同，滑台分为液压滑台、机械滑台和数控滑台。滑台的选择应根据工件的外轮廓尺寸和进给抗力，工作循环来确定。由参考文献6可查的用1HY40型的液压滑台，行程为400mm，最大进给抗力为20000N，快速移动速度为8m/min。(6) 其它的配套部件的选择由参考文献6可查的1HY40型滑台立式配置时的其它部件为：立柱其型号为1CL40立柱侧底座其型号为1CD4012.2.4 机床生产率计算卡 根据加工示意图中的工作行程长度、切削用量、动力部件的快进及工进速度等，就可以计算机床的生产率并绘制生产率计算卡，用以反映机床达的加工过程，完成每一动作所需的时间、切削用量、机床生产率及机床负荷率等。 1. 理想生产率Q Q=A/K件/小时 （2-7）式中 A年生产纲领，件； K全年工时总数，小时。本设计中A=80000件，K=2350小时则：Q=A/K=34.04件/小时表2-1即为所加工零件的生产率计算卡。 表2-1生产率计算卡被加工零件图号毛坯种类铸件名称发动机支架毛坯质量材料45硬度工序名称钻孔工序号序号12345备注工步名称装卸零件滑台快进道具工进滑台快退停留装卸工件时间取决于操作者熟练程度，本机床计算时取1min被加工零件1加工直径（mm）17加工长度（mm）工作行程（mm）10024124切削速度（mmin）18每分钟转速（rmin）进给量（mmr）0.21进给速度（mmmin）71.4工时机加工时间0.34辅助时间10.01250.01550.1共计总计1.468单件工时1.468机床生产率40.87机床负荷率83% 2. 实际生产率机床实际生产率（件/小时）指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量： =60/ (2-8)式中 生产一个零件所需时间，min；可按(2-9)式计算： (2-9)式中 分别为刀具第I、第II工作进给长度，mm； 分别为刀具第I、第II工作进给量，mm/min； 当锪端面时，滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转510转所需的时间，min； 分别为动力部件快进、快退行程长度，mm； 动力部件快速行程速度；液压动力部件取310min； 直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取0.1min； 工件装、卸时间，一般取0.5min。 =60/1.468=40.87件/小时 3 机床负荷率当Q时，=Q/=34.04/40=0.83 (2-10)4 生产率计算卡，应注意以下几个问题：(1) 在时间的选择上，应考虑同时加工的工序应以时间最长的作为工进时间。 (2) 在某方向多轴加工时，也是选择工进时间最长的作为此方向的工进时间。2.3 确定主轴箱轮廓尺寸主要需确定的尺寸是主轴箱的宽度和高度及最低主轴高度。主轴箱宽度、高度的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按(2-11)、(2-12)式: (2-11) (2-12)式中 工件在宽度方向相距最远的两孔距离，mm； 最边缘主轴中心距箱外壁的距离，mm； 工件在高度方向相距最远的两孔距离，mm； 最低主轴高度，mm。 其中，与工件最低孔位置（mm）、机床装料高度（mm）、滑台滑座总高（mm）、侧底座高度（mm）、滑座与侧底座之间的调整垫高度（mm）等尺寸有关。对于立式组合机床，要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐。本机床按式： (2-13)计算得：mm，h=73mm，取b1=100mm，求出主轴箱轮廓尺寸： mmmm 根据上述计算值，按主轴箱轮廓尺寸系列标准，确定主轴箱轮廓尺寸为：500mm500mm2.4 通用部件的选择由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和，根据参考文献4有： (2-14)式中 消耗于各主轴的切削功率的总和，kW； 多轴箱的传动效率，加工黑色金属时取0.80.9，加工有色金属0.70.8；主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。本设计中，被加工零件材料为灰铸铁，属黑色金属，有主轴数量较少、传动简单，故取。单个钻孔功率： kW则： kW根据机械滑台的配套要求，滑台额定功率应大于电机功率的原则，查文献2114115页的表5-38、表5-39得出动力箱及电动机的型号如表2-2所示： 表2-2动力箱及电动机型号表动力箱型号电动机型号电动机功率(kW）电动机转速（r/min）输出轴转速(r/min）主轴箱1TD50Y132M-65.5960480 第3章 组合机床主轴箱设计多轴箱是组合机床的重要专用部件。它是根据加工示意图所确定的工件加工孔的数量和位置、切削用量和主轴类型设计的传递个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、较、镗等加工工序。目前多轴箱设计有一般设计法和电子计算机辅助设计法两种。电子计算机设计多轴箱，由人工输入原始数据，按事先编制好的程序，通过人机交互方式，可迅速、准确地设计传动系统，绘制多轴箱总图、零件图和箱体补充加工图，打印出轴孔坐标及组件明细表。一般设计法的顺序是：绘制多轴箱设计原始依据图；确定主轴结构、轴颈及模数；拟订传动系统；计算主轴、传动轴，绘制坐标检查图；绘制多轴箱总图，零件图及编制组件明细表。在此用一般设计方法设计多轴箱。本组合机床主轴箱应满足加工要求，保证加工精度，机床运行平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整。操作应尽量简便，减轻工作人员的劳动强度，提高劳动生产率。3.1 绘制主轴箱设计原始依据图 主轴箱的设计原始依据图是根据“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。 在编制此图时从“三图一卡”中已知：(1) 主轴箱轮廓尺寸500500；(2) 工件轮廓尺寸及各孔的位置尺寸；(3) 工件和主轴箱相对位置尺寸。根据以上依据编制出的主轴箱设计原始依据图如图3-1所示：图3-1组合机床设计原始依据图3.2 主轴、齿轮的确定及动力计算 主轴结构型式和直径主要取决于工艺方法、刀具主轴联接结构、刀具的进给抗力和切削转矩。如钻孔是常采用滚珠轴承主轴；扩、镗、铰孔等工序常采用滚锥轴承主轴；主轴间距较小时常选用滚针轴承主轴。因本主轴箱的主轴都是用来攻螺纹，采用滚锥轴承主轴。主轴直径在绘制“三图一卡”时都已经确定好。齿轮模数m一般采用模拟法确定，多轴箱中齿轮常用的模数有2、2.5、3、3.5、4等几种。根据经验采用模拟法从通用系列中选取各齿轮模数。为便于生产同一多轴箱中的模数规格最好不要多于两种。此多轴箱中齿轮的模数取3。3.3 主轴箱传动系统的设计与计算3.3.1 驱动轴、主轴的坐标计算 根据主轴箱设计原始依据表3-1，驱动轴、主轴的坐标尺寸。如表3-1所示：表3-1驱动轴、主轴坐标值坐标主轴2主轴3主轴4主轴5主轴1XY158.5219158.51462192192191462251003.3.2 拟订主轴箱传动路线在设计传动系统时，要尽可能用较少的传动件，使数量较多的主轴获得预定的转速和转向，因此在设计时单一的计算或作图的方法是难以达到要求的，现在一般采用“计算、作图和试凑”相结合的办法来设计。根据需加工孔的位置情况设计主轴箱的传动路线叙述如下：在实际设定传动路线的过程中，为了保证每跟主轴的转动方向一致，只能在主轴之间选用一个传动轴或三个转动轴进行传动。同时，由于所有的主轴转速是n=337r/min，0号轴的转速为480r/min，在传到1号轴时其转速为267r/min，从0号轴传出到轴2、轴3、轴4和轴5时，转速为340r/min，传动方向最后一致，就不需再调整轴的转向。3.3.3 确定传动轴位置和齿轮齿数 本主轴箱内传动系统的设计是按“计算、作图和试凑”的一般方法来确定齿轮齿数、中间传动轴的位置和转速，在设计过程中通过反复试凑及画图，才最后确定了齿轮的齿数和中间轴的位置。 1. 各主轴及驱动轴转速求驱动轴到各主轴之间的传动比主 轴： r/min驱动轴： 480r/min各主轴的总传动比：2. 传动轴位置、各轴之间的传动比、及啮合齿轮齿数的确定(1) 确定传动轴的位置及其与驱动轴0，主轴间的齿轮副齿数取第一次的减速传动比，取1号轴齿数为43（排在第排），。从1号轴到2号主轴再进行一次升速，取1号轴上的另一小齿轮的齿数为28，模数为3，取传动比为0.786，2号主轴的齿轮齿数为，取齿轮齿数为22（排在第排）。验算各轴的转速： 则转速相对损失为： 相对损失在5%以内，符合误差设计要求。(2) 确定手柄轴与主轴1间的齿轮副齿数。参考文献1取，Z17=28，m=3；（设齿轮在第排）。(3) 叶片泵的设置由于叶片泵使用可靠，所以该主轴箱决定采用叶片泵进行润滑。油泵打出的油经分油器分向各个需润滑的部位，主轴箱体前后壁之间的齿轮用油盘润滑，箱体和后盖以及前盖的齿轮用油管润滑。该叶片润滑泵安装在箱体的前表壁上，采用油泵传动轴带动叶片转动的传动方式，计算出：=r/min 在300800r/min范围内，满足要求。3.4 多轴箱坐标计算、绘制坐标检查图坐标计算就是根据以知的驱动轴和主轴的位置及传动关系，精确计算各中间传动轴的坐标。其目的是为多轴箱箱体零件补充加工图提供孔的坐标尺寸，并用于绘制坐标检查图来检查齿轮排列、结构布置是否正确合理。3.4.1 选择加工基准坐标系XOY，计算主轴、驱动轴坐标加工基准坐标系在前文已经选择好了（请见表3-1），驱动轴及主轴的坐标在3.3.1中也已经计算好（请见表3-1）。3.4.2 计算传动轴的坐标 传动轴1的坐标计算由于传动轴1带动轴2、3、4、5，所以，传动轴1只能在四个轴的中心点上，坐标为（225，100）3.4.3 绘制坐标检查图在坐标计算完成后，要绘制坐标及传动关系检查图，用以全面检查传动系统的正确性。3.5 齿轮强度校核在初步确定主轴传动系统后还要对危险齿轮进行强度校核，尤其对低速级齿轮或齿根到键槽距离较小的齿轮及受转矩较大的齿轮进行校核，以保证传动系统平稳准确，有一定的使用寿命。通过比较发现，主轴箱中最薄弱的齿轮是驱动齿轮，因为其传动的功率大，如果它能满足强度要求，则其它的齿轮也应满足要求。驱动轴上的齿轮齿数=24，m=3，与其相啮合的大齿轮的齿数=43，m=3，驱动轴所传递的功率P=5.5kW，转速=480r/min，齿数比=1.79，齿轮材料为45钢，大、小齿轮的硬度分别为220HBS、260HBS。3.5.1 校核齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳强度的校核公式为： (3-1)确定公式(3-1)中各参数值：(1) 大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限 、查参考文献13图6.9取MPa，MPa(2) 弯曲疲劳寿命系数、查参考文献13图6.7取，(3) 许用弯曲应力、取定弯曲疲劳系数SF=1.4， 应力修正系数YST=2.0得：(4) 齿形系数、和应力修正系数、查参考文献13表6.4得=2.97，=2.62，=1.52，=1.59 (5) 计算大、小齿轮的与，并加以比较取其中大值代入公式计算: 小齿轮的数值较大，应按小齿轮校核齿根弯曲疲劳强度。校核计算：MPa 弯曲疲劳强度足够。3.5.2 校核接触疲劳强度接触疲劳强度由公式： 进行校核确定公式中各参数值：(1) 小齿轮传递的转矩T1：Nmm(2) 大、小齿轮接触疲劳强度极限、按齿面硬度查参考文献15图6.8得大、小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa，=560MPa(3) 接触疲劳寿命系数、 查参考文献15图6.6得=0.9，=0.95(4) 计算许用接触应力：取安全系数，则： MPa MPa MPa (5) 确定材料系数 查参考文献13表6.3得=189.8(6) 计算圆周速度 m/s(7) 确定载荷系数查参考文献15表6.2得使用系数，根据v=1.28 m/s，7级精度查参考文献15 6.10得动载系数，查图6.13得，则： 校核计算：MPa接触疲劳强度满足要求。 所以该齿轮满足使用要求。3.6 传动轴直径的确定和轴的强度校核3.6.1 轴的直径的确定传动轴1轴上有三排齿轮，其直径由弯距计算可得，因其承受的弯矩也比较小，参考其它轴，选取d =30mm。轴25：由弯矩计算及参考其它轴取mm。油泵轴：选取油泵轴的直径 mm。3.6.2 轴的强度校核轴在初步完成结构设计后，进行校核计算。计算准则是满足轴的强度或刚度要求。进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的方法，并恰当地选取其许用应力，对于用于传递转矩的轴应按扭转强度条件计算，对于只受弯矩的轴（心轴）应按弯曲强度条件计算，两者都具备的按疲劳强度条件进行精确校核等。在本设计中轴的直径是按强度公式计算进行选择，因此并不是要对主轴箱内所有的轴都进行校核，只是对那些承受弯、扭矩相对交较大的轴进行强度校核。在这里对传动轴1进行强度校核。1. 传动轴1上的转矩 在工作时，主轴上所承受的功率P=1.22kW（不计齿轮的啮合损耗和轴承损耗的功率）。则： Nm2. 作用在齿轮上的力d=mz=217=34mm 3. 轴的受力分析(1) 画轴的受力分析图；(2) 计算支承反力：在水平面内： 式中 。 在垂直平面内： N(3) 画弯矩图（见图3-2）在水平面内， a-a剖面左侧 Nma-a剖面右侧 Nm 在垂直平面内，a-a剖面左侧 Nma-a剖面右侧 Nm 合成弯矩，a-a剖面左侧 Nma-a剖面右侧 Nm(4) 画转矩图4. 危险截面的判断 a-a截面左右的合成弯矩右侧相对左侧大些，扭矩为，则判断左侧为危险截面，只要右侧满足强度要求即可。5. 轴的弯扭合成强度校核由参考文献15表11.2查得MPa， 图3-2轴的弯矩、扭矩图 a-a剖面左侧MPa6. 轴的疲劳强度安全系数校核 根据参考文献13表11.2查得MPa，MPa，MPa，a-a截面左侧mm由参考文献15附表11.2查得，；由附表10-4查得绝对尺寸系数，；轴经磨削加工，由附表11.4得表面质量系数。则安全系数： 查参考文献15表11.8得许用安全系数，则剖面安全，即主轴的强度满足要求。3.7 主轴箱体及其附件的选择设计3.7.1 主轴箱的选择设计该拖拉机箱体三面攻螺纹组合机床主轴箱选用500500的通用主轴箱体，主轴箱体材料为HT200，虽然主轴箱是通用的，但为了满足具体的使用要求，故在此基础上进行了一系列的补充加工。3.7.2 主轴箱上的附件设计1. 分油器本主轴箱中分油器选用B-ZIR31-2-36型分油器，其作用是把油分成几路，分别润滑不同排数的齿轮及轴承，以便于保证轴承，齿轮有一定的使用寿命，减少摩擦和磨损，降低振动，消耗发热。2. 油杯油杯是用来给箱体注油用的，以保证箱体内油量满足使用要求。3. 油塞油塞是用来放油用的，应该置在箱体的底部，由于该主轴箱是卧式组合机床，故活塞放置在箱体上，放油孔螺母与凸台之间应加封油圈密封。4. 油标油标是用来指示油的高度的，应该放置在便于检查及油面较稳定处，该主轴箱选用管状油标(GB1162-79)放置在箱体侧面上。结 论本次设计的是钻支架孔专机总体及主轴箱设计，这样的设计大大提高了工作效率、降低了生产成本。本机床设计合理，符合实际应用，满足加工要求，且较大部分采用通用件和标准件，制造成本合理，设备维修方便。在设计过程中借鉴了国内现有的一些组合机床材料，结合被加工零件的结构特征，针对原有的组合机床的不足进行改进，解决的主要问题是各动力部件的选用，以及夹具和主轴箱的设计但在设计过程中，尚不能同时兼顾到组合机床的外形美观、材料节省等因素。在以后的改进中希望能进一步完善，以期于完成一部功能好、外形美又节省成本的机床。致 谢这次设计是发动机支架立式单面组合钻床，在于凤云老师指导下及与同组设计同学共同努力下如期完成了任务。由于我们还是学生，所以在设计方面还是缺乏经验的，但设计任务摆在我们面前，我们不得不想办法去完成这设计任务。院里也知道我们学生只懂得一些理论知识，对生产实践的内容知之甚少，所以在做毕业设计之前给我们安排了为期三个星期的毕业实习。在实习过程中，通过与工厂里的师傅们的交流，我认识到并非所有的理论知识都能在实践中运用。总的来说，通过这次毕业实习，我对所要设计的组合机床有了一个理性的认识，对我的毕业设计是有很大的帮助作用，因此在这里对院里为我们安排的实习表示感谢。为期三个月的毕业设计已结束，回顾这三个月，我觉得做设计并不是十分的容易的事情。它需要我们查阅大量的文献数据，将不同课程的知识综合地运用起来，它不同于以前单一的课程设计，毕业设计不仅是对大学学习的一个总结，还是对工作环境的一种模拟。通过本次的毕业设计使我能够将理论与实践融会贯通，加深了对理论知识理解的同时对实践经验有了进一步的提高。本次设计任务业已顺利完成，但限于本人的水平和经验，且是第一次做这样的工作，本设计中一定有错误和不妥之处，在此恳请各位老师批评指正。在这次毕业设计期间，我得到了于凤云老师的悉心指导，同组同学的热心帮助。在这对设计过程中所有帮助过我的人一并致谢。 参考文献1. 施华. 通用机床组合机床和加工中心在工艺方案中的选用J.机械制造与研究，2008，(37):79-81.2. 王敏. 组合机床主轴箱的计算机辅助设计J. 设计与研究，2007，(4)：32-33.3. 叶伟昌. 机械工程及自动化简明设计手册(上册) M.北京：机械工业出版社，2001:35-37.4. 叶伟昌. 机械工程及自动化简明设计手册(下册) M.北京：机械工业出版社，2001:7-19.5. 胡家秀. 机械零件设计实用手册M.北京：机械工业出版社，1999:102-117.6. 王凡. 机械制造工艺设计手册M.北京：机械工业出版社，2008:45-47.7. 艾兴. 金属切削用量手册M.北京：机械工业出版社，1996:33-34.8. 范云涨. 金属切削机床设计简明手册M.北京：机械工业出版社，1994:2-6.9. 薛源顺. 机床夹具图册M.北京：机械工业出版社，2001:21-22.10. 韩敬礼. 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