箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計

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1、1 1 前言 機床設計和制造的發(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系和零件的一定強度和剛度，發(fā)展至今日的高 度科學技術成果綜合應用的現代機床的設計，也包括計算機輔助設計（CAD） 的應用。但目前機床主軸變速箱的設計還是以經驗或類比為基礎的傳統(tǒng)（經驗） 設計方法。因此，探索科學理論的應用，科學地分析的處理經驗，數據和資料， 既能提高機床設計和制造水平，也將促進設計方法的改進。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 模數螺紋、端面等。在現代大中型機械制造業(yè)大批或成批生產車間、一般機械 制造業(yè)、科研所的工具車間

2、、機修車間和單件、成批機加工車間、輕、紡、儀 表、農機維修、教學實習等都有使用。 1.1 本課題來源 XX 市寶利來精密機械制造有限公司。 1.2 課題研究的主要內容 此次課題，有關變速箱體的加工，需設計一個專用機床，目的就是通過設 計有關機械設計，機械加工的相關知識進行全面的復習和掌握，學習并掌握有 關機械相關軟件，能夠自己獨立設計，此次課題的重要性不言而喻。 1產品名稱：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加工內容：按圖要求鉆 11.65,14.7,18 孔，粗鏜 71，77、79、81、87、89 孔。 5機床設計為雙面臥式結構，夾具裝在中心底座

3、上，兩側為鋼性鏜頭裝在 HY40B 液壓滑臺上，此滑臺裝在 CC40 側底座上。 6生產綱領：大批大量。 7批量：本機床設計、制造一臺。 1.3 國內外現狀綜述 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，并要求機床設計合理、結構簡單、性能可靠、操作 簡單，調整維修方便。新型的試樣加工設備對傳統(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。認識專用設備， 研制專用設備， 開發(fā)專用設備尤 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、機床設備老化、加 工速度緩慢是當前我國試樣加工行業(yè)的現狀。存在這種狀況，是因為有很多的 先進技術沒有引進到

4、試樣加工行業(yè)中。通過與使用兩種專用設備對比可以看出 箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計 2 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 速 電 動 機 和 滾 珠 絲 杠 等 傳 動 ， 以 簡 化 結 構 、 縮 短 生 產 節(jié) 拍 ； 采 用 數 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 性 ； 以 及 納 入 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 等 。 3 2 組合機床總體設計 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

5、床。 機床帶有一套固定的夾具，根據所需加工面數布置動力部件。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切削運動。 根據加工零件的要求，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，品字型結構。 2.1 工藝方案的設計 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

6、是組合機床設計的重 要環(huán)節(jié)。 2.1.1 工藝路線的確立 加工孔為 14.7、18、11.65、78、70H9、60H9、60H9、60H9, 71H9、77H9、79H9、81H9、87H9、89mm 被加工零件需要在組合機 床上完成的加工工序及應保證的加工精度是制定機床方案的主要依據。確定主 要的加工工序如下： 工序： 鉆 14.7，左側面 鉆 18，右側面 鉆 11.5，右側面 鏜 78、70H9、60H9，左側面 鏜 60H9，左側面 鏜 71H9、77H9、79H9，右側面 鏜 81H9、87H9、89，右側面 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，

7、 所以采用臥式雙面組合機床，兩側孔同時進行加工。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自由度，其中基準面限制了 y、z 向的轉動和 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。 2.1.2 技術要求 箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計 4 a. 機床應能滿足加工要求，保證加工精度。 b. 機床應運轉平穩(wěn)，工作可靠，結構簡單，裝卸

8、方便，便于維修、調整。 c. 保證各動力頭分別由電機拖動，并且可單獨控制。 d. 機床盡量能用通用件，以便降低制造成本。 e. 夾具要求定位可靠，裝夾方便，保證零件加工精度。 2.1.3 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，無漏油現象；同時， 安裝、調試與運輸也都比較方便；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

9、結構為臥式長方體，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 2.1.4 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：在相當大的范圍內進給量可以無級調速；可以獲得較大的進給力；由于液 壓驅動，零件磨損小，使用壽命長；工藝上要求多次進給時，通過液壓換向閥， 很容易實現；過載保護簡單可靠；由行程調速閥來控制滑臺的快進轉工進，轉 換精度高，工作可靠。但采用液壓滑臺也有其弊端，如：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；調整維

10、 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。 2.2 組合機床總體設計三圖一卡 2.2.1 加工零件工序圖 被加工零件工序圖是根據制定的工藝方案，表示所設計的組合機床（或自 動線）上完成的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求， 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、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設計研制合同外，它是組合機床設 計的具體依據，也是制造、使用、調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： 5 圖 2-1 被加工零件工序圖

11、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 選擇刀具應考慮工件材料、加工精度、表面粗糙度、排屑及生產率等要求， 只要條件允許應盡量選用標準刀具。由于鉆孔、鏜孔的切削用量還與孔深度有 關，隨孔深的增加而逐漸遞減，其遞減值按9P131 表 6-12 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，

12、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，切削的排除及生產率要求等因 素，所以加工孔的刀具采用加長麻花鉆和復合粗鏜刀。 鉆孔：根據 表 6-20 中公式9134P 箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計 6 (2-1)6.08.2HBDfF .91T (2-2) (2-

13、3)D vP9740 式中， F切削力（N） ； T切削轉矩（N） ； 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（mm） ； HB布氏硬度, ，在本設計中，)(31minaxmaxHBHB ， ,得 HB=217.3。max241HBmin170 由以上公式得右側鉆削 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。 計算出切削力 F=2123.2N，切削轉矩 T=11009.4Nmm，切削功率 P=0.386kw，刀具耐用度 Tn=1270.032min。

14、確定主軸類型、尺寸、外伸長度 根據主軸轉矩 T=11.0094Nm，由公式 (2-4)410TBd 式中 B-材料系數，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 mm641.239.3.74 由參考文獻9表 3-6 查得主軸直徑=25mm，D/d 1=40/28mm,主軸外伸尺寸 L=115mm,接桿莫氏圓錐號 1。 左側面鉆 14.7 孔 轉速 r/min， 將其圓整為 410r/min。6.47.390n 實際切削速度 m/min。924.1810cv 工進速度 mm/min。5.f 工進時間 其中 h 為 14.7 的深度。min87.654ft 切削力 N。1

15、73451.02.0.F 7 切削轉矩 Nmm。913.742156.07.14.08.9T 切削功率 kw。3.32P 刀具耐用度 。min10894.)156.0918/7.4960( 2.03.250 T 根據主軸轉矩 T=7.4929 Nm，由公式(2-9)求出滿足條件的最小直徑 mm （B= 7.3）47.3.4d 選取 d=25mm， 由參考文獻9表 3-6 查得主軸直徑=25mm，D/d 1=40/28mm, 主軸外伸尺寸 L=115mm,接桿莫氏圓錐號 1。 左側面鏜孔 78, 70, 60 刀具材料采用硬質合金，加工材料為 HT200，選切削速度為 7090m/min, 進給

16、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 主軸轉速 (2-5)01dvn 計算出 ，將主軸轉速圓整為 350r/min。mi/68.3497.510rn 由參考文獻1表 6-20 計算公式 切削力 (2-6)5.07.1HBfaFpz 切削力 (2-7)1.6.2.x 切削轉矩 (2-8)5.07.5fDTap 切削功率 (2-9)612VFPz 刀具耐用度 (2-10)8.035.0. )/9(HBvfTn 計算出切削力 Fz=669.9N ,Fx=138.5N;切削轉矩 T=26128.6N.mm，切削功率 P=0.938KW 滾針軸承主軸：

17、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，且結構簡單、裝配調整方便，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 mm，3.29186.03.74d 再由參考文獻9表 3-6 查取 d=30mm,D/d1=50/36mm，主軸的外伸尺寸為 115mm。 箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計 8 由鏜孔直徑為 78mm，參考參考文獻5表 2.5-4 選取鏜桿的直徑為 50mm,鏜刀方截面直徑為 1010。 C 導向的選擇 組合機床鉆孔時，零件上孔的位置精度主要是靠刀具、接桿的導向裝置來 保證的。導向裝置的作用是：保證刀具

18、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。 （1） 工作進給長度 的確定工L 工作進給長度 ，應等于加工部位長度 L（多軸加工時按最長孔計算）工 與刀具切入長度 和切出長度 之和。切入長度一般為 510，根據工件端12 面的誤差情況確定。 切出長度 式中，d 為鉆頭直徑。2(38)L （2） 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

19、為 100mm 和 230mm。 （3） 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 300mm 和 560mm。 （4） 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 前=50mm,后備量取 后=50mm。LL 總= 攻進+ 前+ 后=200+50+50=3

20、00mm 綜合以上內容可得加工示意圖如下： 9 圖 2-2 加工示意圖 箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計 10 2.2.3 機床尺寸聯系總圖 A 選擇動力部件 （1） 動力滑臺型號的選擇 動力箱規(guī)格要與滑臺匹配，其驅動功率的選擇主要是確定動力箱（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。 （2） 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 ，根據公式切 削P847P (2-11)P主主

21、式中, 消耗于各主軸的切削功率的總和（ kW） ； 多軸箱的傳動效切 削P 率,加工黑色金屬時取 0.80.9，加工有色金屬時取 0.70.8；主軸數多、傳 動復雜時取小值，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，又主軸數量較多、傳動復雜，故取 。由參考文獻1表 5-3 取 Pc8.0 左=6kW ，Pc 右=6kW。 所以 kW67.508P左 c左 kW .右 c右 根據所算出的功率，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 表 5-38 得寬 B=500mm，選用滑臺型號為 HY40B,

22、滑臺寬 400mm，長9154P 1240 mm,最大行程 400mm。 表 2-1 動力電動機型號 根據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，根據文 電動機型號 電動機功率 (Kw) 電動機轉速 (r/min) 輸出軸轉速 (r/min) 左主軸箱 Y160L-8B5 7.5 720 350,450,400 右主軸箱 Y160L-8B5 7.5 720 280,305,410 500,500,340 11 獻15-21 得寬 B=500mm，選用滑臺型號為 HY40B,滑臺寬 400mm，長 1240 mm, 最大行程 400mm。 B 確定機床裝料高度 H 裝料高度一般是指

23、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)。其次是機床內部結構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，鏜削 頭高為 480mm，綜合以上因素，該組合機床裝料高度為 1376mm。 C 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

24、。具體要考慮布置工件的定位、限位、夾緊機構、刀 具導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置定位、夾緊機構。 D 確定中間底座尺寸 中間底座的輪廓尺寸，在長寬方向應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，根據選定的主軸箱、滑臺、側底座等標準的 位置關系，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，在本次設計中取前備量 50mm，計算長度為 1340mm。

25、確定中間底座的高度方向時，應注意機床的剛性要求、冷卻排屑系統(tǒng)要求 以及側底座連接尺寸要求。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 650mm。 E 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 。主軸箱1h 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，可按下式計算： (2-9)12b (2-10)h 式中，b工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離（） ； 最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（） ；1 h工件在高度方向相距最遠的兩孔距離（） ； 最低主軸高度（） 。 主軸箱輪廓尺寸由改進的 1TA40 鏜削頭而來，中心高 H 取 260

26、mm，左邊傳 動箱 H2=480mm,右傳動箱 H2=480mm。 由此得出機床聯系尺寸總圖： 箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計 12 圖 2-3 機床聯系尺寸總圖 13 2.2.4 生產率計算卡 根據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率 并編制生產率計算卡。生產率計算卡是反映機床生產節(jié)拍或實際生產率和切削 用量、動作時間、生產綱領及負荷等關系的技術文件。它是用戶驗收機床生產 效率的重要依據。 a. 理想生產率 (單位為件/h)是指完成年生產綱領 A(包括備品及廢品率)Q 所要求的機床生產率。它與全年工時總數 tk有關,這里兩班制 A 取 8000 件，t k 取

27、4600h,由文獻1的 51 頁公式 （2-11）ktA 得出： =80000/4600=17.39 件/時Q b. 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1 （2-12）單T601 式中: 生產一個零件所需時間(min)，可按下式計算：單T （2-13） 裝移快 退快 進停輔切單 tVLtVLt kfff21 式中: 分別為刀具第、工作進給長度 ,單位為 mm；21L、 分別為刀具第、工作進給量,單位為 mm/min；ffV、 當加工沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時，滑臺在死擋鐵上的停t 停留時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉 510 轉所需的時間， 單

28、位為 min； 分別為動力部件快進、快退行程長度，單位為 mm； 快 退快 進 、 L 動力部件快速行程速度。用機械動力部件時取 56m/min;用液壓kfV 動力部件時取 310m/min； 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；移t 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率不能滿 足理想生產率要求,即 Q Q 時候，機床負荷率為二者之比。1 組合機床負荷率一般為 0.750.90,自動線負荷率為 0.60

29、.7。典型的鉆、 鏜、攻螺紋類組合機床，按其復雜程度確定；對于精度較高、自動化程度高或 加工多品種組合機床，宜適當降低負荷率。 （2-15）1Q 則 18.735.2%9 具體請見生產率計算卡： 15 表 2-2 生產率計算卡 生產率計算卡 圖號 YGZJ003 毛坯種類 鑄件 名稱 減速箱體 毛坯重量 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 進刀量 工時(min) 序號 工步名稱 被加工 零件數 量 加工直 徑 mm 工作行 程 mm 切削 速度 m/m in 轉速 r/ min 進給 量 (mm/r) 進給速度 (mm/min) 機加

30、工時 間 輔 助 時 間 共計 1 安裝工件及夾緊工件 1 1.5 1.5 2 左滑臺快進 100 100 6000 0.016 0.016 3 左多軸箱工進（鏜孔 1） 60 15 65.9 350 0.15 60 0.25 0.25 鏜孔 2 70 13.5 76.9 350 0.15 60 0.225 0.225 鏜孔 3 78 11.5 85.7 350 0.15 60 0.192 0.192 鉆孔 14.7 58 18.6 410 0.15 60 0.97 0.97 4 左滑臺快退 300 300 6000 0.05 0.05 總計 3.203 單件工時 3.203 分/件 機床生產

31、率 18.73 件/時備注 左右同時加工 機床負荷率 85.2% 箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計 16 2.3 機床分組 為了便于設計和組織生產，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 組支承部件。 b. 第 2029 組夾具及輸送設備。 c. 第 3039 組電氣設備。 d. 第 4049 組傳動裝置。 e. 第 5059 組液壓和氣動裝置。 f. 第 6069 組刀具、工具、量具和輔助工具等。 g. 第 7079 組主軸箱及其附屬部件。 h. 第 8099 組冷卻、排屑及潤滑裝置。 i. 第 9099 組電氣、液壓、氣動等各種控制擋鐵。 17

32、3 右主軸箱設計 主軸箱是組合機床的重要部件之一，按專用要求進行設計，由通用零件組 成，靠夾具的導向裝置來保證孔的加工位置精度。其主要作用是，根據被加工 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，使之得到要求的轉速和轉向。 3.1 繪制主軸箱設計原始依據圖 主軸箱原始依據圖，是根據“三圖一卡”整理編繪出來的，其內容包括主 軸箱設計的原始要求和已知條件。 在編制此圖時從“三圖一卡”中已知： A.主軸箱輪廓尺寸 525480mm； B.工件輪廓尺寸及各孔位置尺寸； C.工件與主軸箱相對位置尺寸。 根據這些數據可編制出主軸箱設計原始依據圖(圖 4-1)。 D.加工零

33、件 名稱：減速器箱體； 材料：HT200； 硬度：HB170241。 3.2 主軸結構型式的選擇及動力計算 3.2.1 主軸型式的選擇 主軸結構型式由零件加工工藝決定，并應考慮主軸的工作條件和受力情況。 軸承型式是主軸部件結構的主要特征，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。 因推力球軸承設置在前端，能承受單方面的軸向力。 3.2.2 主軸直徑和齒輪模數的初步確定 初定主軸直徑一般在編制“三圖一卡”時進行。初選模數可由下式估算， 再通過類比確定，參照文獻1.： （3-3)20(nZPm 1） 式中： 齒輪可傳遞的功率，單位為

34、kw；P 對嚙合齒輪中小齒輪齒數；Z 小齒輪的轉速，單位為 r/min。n 主軸箱中齒輪模數常用 2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm 幾種。由于主 箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計 18 軸箱為鉆孔主軸箱。主軸轉速誤差較小，且加工孔的位置比較密集，可以根據 實際需要選取齒輪模數為 2mm 和 3mm。 3.3 主軸箱的傳動設計和計算 主軸箱的傳動設計，是根據動力箱驅動軸位置和轉速、各主軸位置及其轉 速要求，設計傳動鏈，把驅動軸與各主軸連接起來，使各主軸獲得預定的轉速 和轉向。擬定傳動系統(tǒng)的基本方法如下 A.主軸分布類型： a）同心圓分布； b）直線分布； c）任意分布。 B.傳

35、動系統(tǒng)的設計方法： 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)確定驅動軸的轉速，轉向及主軸箱體上的位置； C.用最少數量的齒輪和中間傳動軸把驅動軸和各主軸連接起來。其方法如 下： a)當主軸數量不多，分布又比較分散時，可以從驅動軸開始，分幾路單獨 和各主軸聯系。 b)當主軸數量較多且分散時，可先將比較接近的主軸分成幾組，然后從主 軸布置起，最后連到驅動軸上。排列齒輪時，要注意先滿足轉速最低及主軸間 距最小的那些主軸的要求； D.手柄軸和潤滑油泵的安排： a)大型主軸箱一般都有一個調整手柄軸，用于對刀、調整或裝配維修時檢 修主軸精度等。為了扳動

36、省力輕便，手柄軸轉速盡量高些，手柄軸位置應靠近 工人操作位置，其周圍應有較大空間，保證回轉時手柄不碰主軸。 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排，如受 結構限制，也可放在第排。 3.3.1 主軸箱所需動力的計算 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。 （3-2）PP切 削 損 失主 軸 箱 空 轉 式中， 切削功率，單位為 kw；切 削 空轉功率，單位為 kw；空 轉 與負荷成正比的功率損失，單位為 kw。損 失 根據文獻6表 4-6 得 19 =0.0116kw空 轉P w 759

37、切 削 w 1%.損 失 所以可得到 = 0.0116 +0.759+0.00759=0.778kwP主 軸 箱 主軸箱所需進給力 （單位 N）可按下式計算F主 軸 箱 （3-3）1 ni主 軸 箱 式中， 各主軸所需的軸向切削力，單位為 N；iF =4768.8N（由前面 2.2.3 的計算出） 。主 軸 箱 3.3.2 確定傳動軸的位置及齒輪齒數 傳動方案擬訂之后，通過“計算、作圖和多次試湊”相結合的方法，確定 齒輪齒數和中間傳動軸的位置及轉速。 A 由各主軸幾驅動軸轉速求驅動軸到各主軸之間的傳動比 主軸 min)/(2801rn35i/4)( 5rin/06n37 驅動軸 mi)/(20

38、r 各主軸總傳動比 571.81i36.202i75.143i.065i18.2347i 為使結構緊湊，主軸箱體內的齒輪傳動副的最佳傳動比為 11.5；另 外，主軸與驅動軸轉向相同時，經過偶數個傳動副。 箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計 20 B 各軸傳動比分配 1 軸： 84.10i 870.9i 28.109i 25.10i 2 軸： .80i .98i .109i 6.210i 3 軸： 4.180i 148i 5.14i 315i 4 軸： .80i 148i 92.0154i 415i 5 軸： 4.180i 70.98i 8.109i 706.510i 6 軸： .10i 61

39、i 7 軸： 4.10i 5.012i 8.132i 458.173i C 確定中間傳動軸的位置并配各對齒輪 根據文獻6第 65 頁傳動軸轉速的計算公式： (3-4) 主從從主 nzu (3-5)zSmA2)(2從主 (3-6)主從從從主 znu (3-7)從主主主從 z (3-8)1(2)(2umAnmAz 從主從主 (3-9)unzz12)(2主從主從 21 式中， 嚙合齒輪副傳動比；u 嚙合齒輪副齒數和；zS 分別為主動和從動齒輪齒數；從主 、 分別為主動和從動齒輪轉速，單位為 r/min；從主 、 n 齒輪嚙合中心距，單位為 mm；A 齒輪模數，單位為 mm。m A.各軸上齒輪齒數的確

40、定： a)驅動軸齒輪參數： 規(guī)定為 ， 。取 ， 。1926Z驅 43或m25驅Z3m b)主軸 1、2、5 及中間傳動軸上齒輪齒數的確定： 中間軸 8 直接由驅動軸 0 帶動，且 ，則 ， 。同84.10i 6813 樣， ， ，則 ， ， ， 。 70.98i.19i91920 已知 ， ， ，則取 ，56.20i 76.5i 42Z ， ， ， 。41Z3245Z3 c)主軸 3、4 和中間傳動軸齒輪齒數的確定： 軸 3、4 由同一個傳動軸 15 帶動，根據轉速比, 取 ，m=2 ?？?43 得 ，m=2。同時計算得 ， ，m=2。 0152614142Z d)主軸 6、7 及中間傳動軸

41、齒輪齒數的確定： 中間軸 8 直接由驅動軸 0 帶動， ， ， .0i61i56.12i ， ，計算得 ， ， ，m=2，.132i45.173i 1324 ，m=3， ， ， ， m=2。0Z2Z3527Z B.驗算各主軸轉速 min)/(.8.187.410rn0345622 i)/(.9.0.43 rn7981781 5nmin)/(54.26ri)/(3.42.607 r 轉速相對損失在 5%以內，符合設計要求。 3.3.3 各傳動軸直徑的確定 在設計主軸箱傳動系統(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

42、矩，再根據此扭矩查 箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計 22 “軸能承受的扭矩”表，確定軸的直徑。 傳動軸的扭矩計算： (3-10)niMiiMi 321 式中 作用在軸上的總扭矩（ Nmm） 第 n 個軸上的扭矩（N mm）n 第 n 對軸上齒輪的傳動比i 3.4 各零件的設計選用與校核 主軸箱零件校核： （1）軸承校核：設計中所用的所有重要軸承都要經過壽命校核。在滿足尺 寸和強度要求的情況下，盡可能地選用國產軸承。 （2）軸的校核：設計中所用的所有較重要的軸都要經過強度校核和剛度校 核。 （3）齒輪校核：設計中所用的所有齒輪都要經過強度校核。 （4）鍵及花鍵：設計中所用的所有較重要的鍵及

43、花鍵都要經過強度校核。 （5）銷與螺釘：設計中所用的所有較重要的銷與螺釘都要經過強度校核。 3.4.1 主軸箱中軸的強度校核 a.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構； (2)一端雙向固定，一端游動的支承結構； (3)兩端游動的支承結構。 軸系零件不論采取哪種固定方式，都是根據具體情況通過選擇軸承的內圈 與軸，外圈與軸承座孔的固定方式來實現的。軸承內外圈的周向固定主要由配 合來保證，軸承內圈和軸的軸向固定，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

44、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，轉速高低，軸承的類型，支承的固定型式等情況。根據上面的要求，結合 本設計情況，主軸箱內的軸系零件的軸向固定方式采用兩端單向固定的支承結 構。 b.軸的結構 軸的結構主要取決于：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，大小，方向及分布情況；軸的加 工和裝配工藝性等。由于影響軸結構的因素較多，其結構隨具體條件不同而靈 活變化，所以軸一般并無標準的結構形式。但不論何種具體條件，軸的結構均 須滿足：足夠的強度和剛度；軸和裝在軸上的零

45、件應有準確的工作位置；軸上 23 的零件應便于裝拆和調整；軸應該具有良好的制作工藝性。 c.軸的校核 根據裝配圖上各軸的受載情況知，軸 3 由于承受主軸 1 和 2 所傳遞的轉矩， 在所有軸種受到的載荷最大，所以校核軸 3。作出軸的彎扭矩如圖 3-1 所示: 圖 3-1 軸的彎扭矩圖 根據文獻8公式 7-6 輪齒的受力大小可算得：3207.8.5tTFNd總 tg =708.8tg20=257.98Nrt /cos =708.8/cos20=754.29Nnt 箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計 24 mm708.5203782tHFDMN mm149.165.nV2.49r m128.VV

46、N =HM2203716.87.9NWcacP1 根據文獻8表 10-5 抗彎截面系數 (3-11)31.0d 根據文獻8表 10-1 軸的許用彎曲應力表可得 45 號正火鋼的 。15MPa1c 該軸的強度滿足設計要求。 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 HRC5662，齒 輪精度用 8 級，輪齒表面粗糙度為 Ra3.2 以傳動軸 8 及驅動軸 O 上的一對嚙合為例進行齒輪的強度校核，大、小齒 輪齒數分別為 ，傳動比 。25,46oz 54.0624zio a. 設計準則 按齒面接觸疲勞強度設計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。 b. 按齒

47、面接觸疲勞強度設計 由 (3-12)31 21uKTZddHEt MPaca 249)(1.024876 25 其中， ， ，3.0d84.12564ozu ， ， 4，9.ZaEMP.98.1HZmNnT .79720.1105661 選擇材料的接觸疲勞極根應力為： MPaH8lim1 PaH5lim2 選擇材料的接觸疲勞極根應力為： F230li1 MF10li2 應力循環(huán)次數 N 由公式 (3-13)hnjL6 計算可得 91 107.263017206 atn 則 9 92 5.24.uN 查參考文獻12表 6.3 得接觸疲勞壽命系數 ,1.NZ02.N 查參考文獻12圖 6.7 得彎

48、曲疲勞壽命系數 2Y 查參考文獻12圖 6.6 得接觸疲勞安全系數 ，彎曲疲勞安全系數minHS ,又 ，試選 。5.1minFS0.2STY3.1tK 求許用接觸應力和許用彎曲應力： MPaYSaZSPNFTFNH28015.2067.3.3.591.806.1minl21il12minl2il1 箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計 26 將有關值代入公式(3-2) 得： mmuTKZddtHEt34.69 8.13.079412.5108.3121 則 smndvt /6.07.10szo /5./.2 查參考文獻12圖 6.7 得 ， ， ；取 ，則0.1KvA02.1K1a32.01

49、aKvAH 修正 mdtHt 16.4.34.6931 mzo.25.1 取標準模數 ，與前面選定的模數相同，所以 符合要求。3 m3 c. 計算幾何尺寸 mdbzmado95.310.6287465121 取 32 d. 校核齒根彎曲疲勞強度 查參考文獻12圖 6.7 得 ， 1.4FSY8.32FS 取 7.0Y 由參考文獻12P110 式（7-12）校核兩齒輪的彎曲強度 MPamzKTFSodF 7.014325.0.9782131 27 102.1FMPa 212 97.10.483. FFSF MPaaY 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行校核，其結 果均符合

50、要求。其他軸及軸上的齒輪均按以上方法校核，結果均符合強度要求 3.5 多軸箱坐標計算 坐標計算就是根據以知的驅動軸和主軸的位置及傳動關系，精確計算各中 間傳動軸的坐標。其目的是為多軸箱箱體零件補充加工圖提供孔的坐標尺寸， 并用于繪制坐標檢查圖來檢查齒輪排列、結構布置是否正確合理。 （1） 選擇加工基準坐標系 X0Y 圖 3-2 加工基準坐標系 X0Y 圖 （2） 計算每根軸的坐標 由圖的各伸出軸及驅動軸的坐標，如表 3-1 箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計 28 表 3-1 各伸出軸及驅動軸的坐標 坐 標 X（mm） Y(mm) 軸 1 0 0 軸 2 0 -92 軸 3 -22 -162

51、 軸 4 -86 -162 軸 5 34 -81 軸 6 81 -116 軸 7 59.511 -61.7627 軸 0 0 -152 計算傳動軸坐標時，先算出與主軸有直接傳動關系的傳動軸坐標，然后計 算其它傳動軸坐標。根據文獻6第 71 頁圖 4-25，其計算方法如下，結合圖 3- 3: YXjiA123B 1JC0ILabc(,)R 圖 3-3 主軸和傳動軸坐標關系 設 ABXY 則 2L 29 212IRJLI 因為 00siniaBcLAo 所以 LBJAIcJI00231 sincoBasin 還原到 X0Y 坐標系中去，則 c 點坐標：LAJBIYXA1 傳動軸 10 位于軸 1

52、和 2 的中心連線的垂直平分線上，已知軸 1 和 2 的坐標， 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，已知軸 3 和 4 的坐標， 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，依據多軸箱傳 動系統(tǒng)的基本方法，初定其坐標為(52,125)。 下面依據坐標計算公式算出傳動軸 9 的坐標： 將坐標值代入公式得： =104mmABX =49.499mmY 則 mL630.1549.5.10222IRJ mI .728.6.9 28.617.121 2 因 4015.3asini00 LBc

53、96oA 所以 箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計 30 mLBJAIcJIA 294.663.155.74928.04sinco00231 IIB .8.9.sasin00231 還原到 X0Y 坐標系中去，則 4 軸坐標： mLAJBIYYXXA 73.15642.8.50.09.714 其余軸的計算過程類似，經計算得各軸坐標列于表 3-3。 表 3-2 各傳動軸的坐標 坐 標 X（mm） Y(mm) 軸 8 44 -249.13 軸 9 56.10-135.73 軸 10 95.11 -51 軸 11 -90.84 -162.98 軸 12 -126.49 -86.92 軸 13 -9

54、0.01 -11.26 軸 14 7.75 -211.85 軸 15 45 -194.73 3.6 繪制軸坐標檢查圖 3.6.1 坐標檢查圖的主要內容 (1)通過齒輪嚙合，檢查坐標位置是否正確，檢查主軸轉速及轉向； (2)進一步檢查各零件間有無干涉現象； (3)查潤滑油泵、分油器等附加機構的位置是否合適。 3.6.2 坐標檢查圖繪制的順序及要求 繪出多軸箱輪廓尺寸和坐標系 XOY。 按計算出的坐標值繪制各主軸、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、驅動軸、液壓泵軸的轉速和轉向等。 31 用點劃線繪制各齒輪的分度圓、注明各齒輪齒數、模數、所處排數及變位 齒輪的變位量。 3.7

55、主軸箱上附件的設計 A.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 ,分 別潤滑不同排數的齒輪及軸承,以便于保證軸承,齒輪有一定的使用壽命,減少摩 擦和磨損,降低振動,消耗發(fā)熱。 B.油杯 油杯是用來給箱體注油用的,以保證箱體內油量滿足使用要求。 C.油塞 油塞是用來放油用的,應該置在箱體的底部,由于該主軸箱是臥式組合機床, 故活塞放置在箱體上,放油孔螺母與凸臺之間應加封油圈密封。 箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計 32 4 結論 本次畢業(yè)設計的課題是“ 變速箱體雙面粗鏜床 ”。為了在設計中更好的解決 問題，同時為了增長見識，使理論更好地聯系實際

56、，我們進行了畢業(yè)實習。在 實習的過程中，我門深入一線和工人師傅探討有關問題，向工人師傅取經，收 集了一些技術資料。本次設計的課題來源于鹽城市寶利來精密機械制造有限公 司，在領隊老師的講解下，我們對組合機床有了較深刻的認識，為我們更好地 提高設計的質量奠定了基礎。本次設計的時間總共為三個多月，設計的內容包 含了本專業(yè)的全部課程，是專業(yè)知識的一次較高質量的鞏固和提高。 通過這次設計，我基本上掌握了工程設計的一般方法和步驟，培養(yǎng)了自己 的獨立思考分析問題的能力。通過掌握的知識，結合參考大量的文獻資料解決 了所面對的問題。最大的設計體會是：在開始設計前首先一定要有個設計的方 案，考慮的東西一定要全面，

57、不能簡單的羅列出來就行，要綜合地考慮它的合 理性、經濟性、工藝性、實用性等要求。其次是要有扎實的專業(yè)基礎知識，只 有扎實的基礎知識，才不至于出現很多錯誤。此次畢業(yè)設計幾乎涉及到我所學 的所有知識，而且還有許多的新知識。最后要有豐富的實踐經驗，如果沒有指 導老師的認真指導和自己在工廠中畢業(yè)實習，我想在設計的時候會遇到更多的 困難，甚至說都不可能按時完成設計任務。在此次的畢業(yè)設計中，我也學到了 以前很多沒有學到的東西，加強了自己的動手能力，鞏固了自己的專業(yè)知識， 特別是學會了如何從眾多的文獻資料中選擇自己所需要的知識，這所有的一切 對我以后的工作都有很好的幫助。 總之，通過這次設計，使我在基本理論

58、的綜合運用以及正確解決實際問題 等方面得到了一次較好的鍛煉，提高了我獨立思考問題、解決問題以及創(chuàng)新設 計的能力，縮短了我與工廠工程技術人員的差距，為我以后從事實際工程技術 工作奠定了一個堅實的基礎。 本次設計任務已順利完成，但由于本人水平有限，缺乏經驗，難免會留下 一些錯誤，在此懇請各位專家、老師及同學們不吝賜教。 33 參考文獻 1謝家瀛. 組合機床設計簡明手冊M.機械工業(yè)出版社，1992. 2范云漲等.金屬切削機床設計簡明手冊J.機械工業(yè)出版社，1993. 3葉偉昌.機械工程及自動化簡明設計手冊(上冊)M.機械工業(yè)出版社，2001. 4葉偉昌.機械工程及自動化簡明設計手冊(下冊)M.機械工

59、業(yè)出版社，2001. 5艾興.金屬切削用量手冊M.機械工業(yè)出版社，1996. 6李益民.機械制造工藝設計手冊M.機械工業(yè)出版社，1995. 7孟憲椅等.機床夾具圖冊M.機械工業(yè)出版社，1991. 8韓敬禮等.機械電氣設計簡明手冊M.機械工業(yè)出版社，1994. 9胡家秀.機械零件設計實用手冊M.機械工業(yè)出版社，1999. 10楊培元等.液壓系統(tǒng)設計手冊M.機械工業(yè)出版社，1995. 11大連組合機床研究所.組合機床設計M.機械工業(yè)出版社,1995. 12大連組合機床研究所.組合機床設計參考圖冊M.機械工業(yè)出版社，1986. 13徐錦康.機械設計M.機械工業(yè)出版社，2001. 14陳秀寧、施高義機

60、械設計課程設計M.浙江大學出版社，1995. 箱體雙面粗鏜床總體設計及右主軸箱設計 34 致 謝 本次畢業(yè)設計是對我大學四年所學知識的一次全面考驗，它也是對即將走 向社會的我們的進行的一次有效的訓練?；仡欉@場畢業(yè)設計，我覺得我獲益菲 淺。我的課題是一個研究類的課題，它讓我體會到做研究的艱難，從苦心設計 出零件，到東奔西走去買材料加工零件，加工出零件又要日以繼夜的對零件進 行測量，采集數據，然后又要考慮的對數據進行分析研究，分析工藝系統(tǒng)中加 工因素與之對應關系，這對像我這樣基礎不扎實的學生是多么困難，只有本人 經歷過才知道。所以我認為這次畢業(yè)設計鍛煉了我很多方面的能力，它使我面 對困難不退縮，勇于克服困難。 在本次畢業(yè)設計的開始到結束一直得到老師的指導和幫助，使我能得以順 利完成并學到了很多知識，我想這對我以后走上社會工作崗位會有很大幫助。 35 附 錄 序號 名 稱 圖樣大小 張 數 備注 1 加工示意圖 A1 1 2 工序圖 A1 1 3 尺寸聯系圖 A2 1 4 生產力計算卡 A4 1 5 右主軸裝配圖 A0 1 6 零件圖 A3 6 7 零件圖 A4 1