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双面卧式组合钻床设计【机床类】【3张CAD图纸】【优秀】

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关键词：: 双面卧式组合钻床设计机床 cad图纸

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双面卧式组合钻床设计

31页 16000字数+说明书+开题报告+3张CAD图纸【详情如下】

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摘要

　　　本课题需要设计一台加工箱体零件的两侧孔的卧式组合钻床，主要完成机床总体和主轴箱的设计及主轴轴承的设计。

　　　根据课题要求，本文先拟定一个两侧需要钻孔的箱体零件，根据加工工件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度及生产率等要求，确定该机床为双面卧式组合机床；根据零件的大小及被加工孔的位置确定主轴箱的轮廓尺寸，通过计算扭矩确定主轴和传动轴的直径；根据受力情况，选择主轴轴承，并验算轴承的寿命。设计过程中，在满足设计要求的同时，应该注意相互间的合理配合，这样才能从整体上把握组合机床的性能和结构。

关键词：组合钻床传动系统多轴箱箱体

摘要1

前言1

1.1 机床在国民经济的地位及其发展简史2

1.2 组合机床的国内、外现状4

1.2.1 国内组合机床现状4

1.2.2 国外组合机床现状5

2 组合机床总体设计6

2．1 组合机床工艺方案的制定6

2．2 组合机床配置型式及结构方案的确定7

2．3 各侧具体零部件的设计、计算及选择7

2.3.1刀具的选择7

2.3.2 两侧面钻9-Φ97

3 组合机床多轴箱设计（两边主轴箱对称布置）11

3.1绘制右多轴箱设计原始依据图11

3.2 主轴、齿轮的确定及动力计算12

3.2.1 主轴型式和直径、齿轮模数的确定12

3.2.2 主轴箱的动力计算12

3.3主轴箱传动系统的设计与计算13

3.3.3 确定传动轴位置和齿轮齿数14

3.4 多轴箱坐标计算、绘制坐标检查图18

3.5 多轴箱中变位齿轮的计算21

3.6 变位齿轮的设计22

3.7 齿轮强度校核23

3.8 传动轴直径的确定和轴的强度校核25

3.9 主轴箱轴承及其它件设计28

参考文献30

前言

　　　组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。

　　　组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。

　　　组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。

2 组合机床总体设计

　　　组合机床总体设计，通常是根据与用户签定的合同和技术协议书,针对具体加工零件，拟订工艺和结构方案，并进行方案图样和有关技术文件的设计。

2．1 组合机床工艺方案的制定

工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步。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，应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。

　　　此次设计的组合机床是用于加工某零件两侧孔专用组合钻床，其具体的加工工艺如下:

钻6－Φ9孔（深38），右侧面；

钻3－Φ9孔（深78），右侧面；

钻6－Φ9孔（深38），左侧面；

钻3－Φ9孔（深78），左侧面；

　　　正确选择组合机床加工工件采用的基准定位，是确保加工精度的重要条件。

　　　本设计的某零件是箱体类零件，箱体类零件一般都有较高精度的孔和面需要加工，又常常要在几次安装下进行。

2．2 组合机床配置型式及结构方案的确定

根据选定的工艺方案确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件的精度、技术要求及生产率，又要考虑机床操作方便可靠，易于维修，且润滑、冷却、排屑情况良好。对同一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采取哪种方案时，绝不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进行多种方案的对比，从中选择最佳方案。

　　　各种形式的单工位组合机床，具有固定式夹具，通常可安装一个工件，特别适用于大、中型箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这种机床可分为单面、多面复合式。利用多轴想同时从几个方面对工件进行加工。但其机动时间不能与辅助时间重合，因而生产率比多工位机床低。

　　　在认真分析了被加工零件的结构特点及所选择的加工工艺方案，又由单工位组合机床的特点及适应性，确定设计的组合机床的配置型式为单工位卧式组合机床。

2．3 各侧具体零部件的设计、计算及选择

2.3.1刀具的选择

　　　考虑到工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切削的排除及生产率要求等因素，所以加工18个孔的刀具均采用标准锥柄长麻花钻。

2.3.2 两侧面钻9-Φ9

a. 切削用量的选择

右侧是钻削6-Φ9（深38）及3-Φ9（深78）

　　　根据孔径的大小和深径比，以及被加工材料的硬度查参考文献[9]表2.17知：主轴的进给量f为0.1～0.18mm/r，切削速度vc=10～18m/min。

　　　钻孔的切削用量还与钻孔的深度有关，当加工铸铁件孔深为钻头直径的6～8倍时，在组合机床上通常都是和其他浅孔一样采取一次走刀的办法加工出来的，不过加工这种较深孔的切削用量要适当降低些，因此选择切削速度vc=13m/min 进给量f=0.13mm/r，由此主轴转速n由公式3.9.2 主轴箱的选择设计

　　　该钻组合机床主轴箱选用630×630的通用主轴箱体,主轴箱体材料为HT200,前后盖的材料是HT150,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。

3.9.3主轴箱上的附件材料的设计

　　　a. 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。

　　　b. 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。

　　　c. 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。

　　　d. 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。

参考文献

1、机械设计，濮良贵，高等教育出版社，?2001-06-01

2、从风延，迟建山.组合机床设计[M].上海：上海科学技术出版社,1993.

3、机械设计手册，机械设计手册编委会，机械工业出版社，2004年

4、谢家瀛.组合机床设计简明手册[M].北京：机械工业出版社,2002-08

5 艾兴等主编.金属切削用量手册.北京：机械工业出版社，1996

6 范云涨等主编.金属切削机床设计简明手册.北京：机械工业出版社，1993

7 孟宪椅等主编.机床夹具图册.北京：机械工业出版社，1991

8 韩敬礼等主编.机械电气设计简明手册.北京：机械工业出版社，1994.

9 谢家瀛主编. 组合机床设计简明手册.北京：机械工业出版社，1992

10 杨培元等主编.液压系统设计手册.北京：机械工业出版社，1995

11 大连组合机床研究所编.组合机床设计.北京:机械工业出版社,1995

内容简介：: 毕业设计（论文）开题报告题目学生姓名学号院 (系)专业指导教师报告日期年月日毕业设计（论文）题目双面卧式组合钻床设计题目来源（请在有关项目下作记号）科研实践教学学生自拟题目类别（请在有关项目下作记号）设计论文其它毕业设计（论文）起止时间研究的目的及意义：将理论与实际充分的结合在一起，设计双面卧式组合钻床，可实现对箱体类两不同侧面的孔组进行同时加工。把所学的理论知识在实际生产中能够综合地运用，锻炼自己的操作能力，完善知识结构，培养正确的设计思想，熟悉有关参考资料、手册、图册和规范的运用和查找，通过对机床的研究与设计，可以改进生产设备，降低设备占用率，提高生产能力，减轻工人的劳动强度，给社会带来更多更好的经济效益。组合机床国内现状：世界上第一台组合机床于1908年在美国问世，30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。1 国内组合机床现状我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份，组合机床行业企业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。（1）行业企业产品结构的变化组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003年生产数控机床890台，产值16187万元，生产加工中心148台，产值5770万元；2004年生产数控机床985台，产值25838万元，生产加工中心159台，产值7099万元；而2005年，截至4月份，数控机床、加工中心、产值已接近2003年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。（2）行业企业的快速转变“九五”后期，在组合机床行业企业的50多家组合机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从2001至2002年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后，焕发勃勃生机。”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。（3）组合机床技术装备现状与发展趋势组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型的箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成型面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台组合机床等；随着技术的不断是进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受人们是亲昧，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。2 国外组合机床现状80年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势是：（1）广泛应用数控技术国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。(2)发展柔性技术80年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。(3)发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面组合机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。(4)进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。研究内容及计划：完成机床的传动系统设计，多轴箱的结构设计及主轴轴承的选型。画出多轴箱的总装配图和部分零件图以及设计计算说明过程。拟定的工作进度及要求（以周为单位）1、1-5周：查找资料和确定初步的技术方案，形成开题报告。2、6-9进行结构设计，相应的设计计算。3、10-13周：总装配图和部分零件图。4、13-16周：整理设计计算说明书。课题创新：在知识经济大发展的今天，社会竞争越来越激烈，企业的生产能力和产品使用性能与需求，已成为企业能否生存的标志，为此加强生产设备的研究与改进，是社会进步必然趋势，本次组合机床的设计方案使整个机床重量轻、体积小、结构简单、使用方便、效率高、质量好等特点，同时为提高设备的技术含量，适应现代化生产的要求。参考文献：1、机械设计，濮良贵，高等教育出版社，2001-06-012、从风延，迟建山.组合机床设计M.上海：上海科学技术出版社,1993.3、机械设计手册，机械设计手册编委会，机械工业出版社，2004年4、谢家瀛.组合机床设计简明手册M.北京：机械工业出版社,2002-085 艾兴等主编.金属切削用量手册.北京：机械工业出版社，19966 范云涨等主编.金属切削机床设计简明手册.北京：机械工业出版社，19937 孟宪椅等主编.机床夹具图册.北京：机械工业出版社，19918 韩敬礼等主编.机械电气设计简明手册.北京：机械工业出版社，1994.9 谢家瀛主编. 组合机床设计简明手册.北京：机械工业出版社，199210 杨培元等主编.液压系统设计手册.北京：机械工业出版社，199511 大连组合机床研究所编.组合机床设计.北京:机械工业出版社,1995所在单位指导教师意见若无可不填指导教师（签名）： 200 年月日校内指导教师意见指导教师（签名）： 200 年月日院系意见院系负责人（签名）： 200 年月日备注摘要本课题需要设计一台加工箱体零件的两侧孔的卧式组合钻床，主要完成机床总体和主轴箱的设计及主轴轴承的设计。根据课题要求，本文先拟定一个两侧需要钻孔的箱体零件，根据加工工件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度及生产率等要求，确定该机床为双面卧式组合机床；根据零件的大小及被加工孔的位置确定主轴箱的轮廓尺寸，通过计算扭矩确定主轴和传动轴的直径；根据受力情况，选择主轴轴承，并验算轴承的寿命。设计过程中，在满足设计要求的同时，应该注意相互间的合理配合，这样才能从整体上把握组合机床的性能和结构。关键词：组合钻床传动系统多轴箱箱体目录前言组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。1.1 机床在国民经济的地位及其发展简史现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量产品，日益广泛的使用各种机器、仪器和工具等技术设备与装备。为制造这些技术设备与装备，又必须具备各种加工金属零件的设备，诸如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。由于机械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法来达到，特别是形状复杂、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在机床上经过几道甚至几十道切削加工工艺才能完成。因此，机床是现代机械制造业中最重要的加工设备。在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量，约占机械制造总工作量的40%60%，机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性，进而决定着国民经济的发展水平。可以这样说，如果没有机床的发展，如果不具备今天这样品种繁多、结构完善和性能精良的各种机床，现代社会目前所达到的高度物质文明将是不可想象的。一个国家要繁荣富强，必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，这就需要一个强大的机械制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备，即各种机器、仪器和工具等。然而，一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾。机床工业是机械制造业的“装备部”、“总工艺师”，对国民经济发展起着重大作用。因此，许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高，使本国国民经济的发展建立在坚实可靠的基础上。机床是人类在长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上生产的，并随着社会生产的发展和科学技术的进步而渐趋完善。最原始的机床是木制的，所有运动都是由人力或畜力驱动，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它们实际上并不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床，是在18世纪中叶才开始发展起来的。当时，欧美一些工业最发达的国家，开始了从工场手工业向资本主义机器大工业生产方式的过度，需要越来越多的各种机器，这就推动了机床的迅速发展。为使蒸汽机的发明付诸实用，1770年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内孔用的镗床。1797年发明了带有机动刀架的车床，开创了用机械代替人手控制刀具运动的先声，不仅解放了人的双手，并使机床的加工精度和工效起了一个飞跃，初步形成了现代机床的雏型。续车床之后，随着机械制造业的发展，其他各种机床也陆续被创制出来。至19世纪末，车床、钻床、镗床、刨床、拉床、铣床、磨床、齿轮加工机床等基本类型的机床已先后形成。上世纪初以来，由于高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继出现，刀具切削性能不断提高，促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方向发展。与此同时，由于电动机、齿轮、轴承、电气和液压等技术有了很大的发展，使机床的转动、结构和控制等方面也得到相应的改进，加工精度和生产率显著提高。此外，为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求，机床品种的发展也与日俱增，例如，各种高效率自动化机床、重型机床、精密机床以及适应加工特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世。50年代，在综合应用电子技术、检测技术、计算技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上发展起来的数控机床，使机床自动化进入了一个崭新的阶段，与早期发展的仅适用于大批大量生产的纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比，它具有很高柔性，即使在单件和小批生产中也能得到经济的使用。综观机床的发展史，它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展，并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的，现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展。我国的机床工业是在1949年新中国成立后才开始建立起来的。解放前，由于长期的封锁统治和19世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。至解放前夕，全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂，制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等；1949年全国机床产量仅1000多台，品种不到10个。解放后，党和人民政府十分重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢复时期，就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂；在随后开始的几个五年计划期间，又陆续扩建、新建了一系列机床厂。经过50多年的建设，我国机床工业从无到有，从小到大，现在已经成门类比较齐全，具有一定实力的机床工业体系，能生产5000多种机床通用品种，数控机床1500多种；不仅装备了国内的工业，而且每年还有一定数量的机床出口。我国机床行业的发展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，与世界先进水平相比，还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要，为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力，必须深入开展机床基础理论研究，加强工艺试验研究，大力开发精密、重型和数控机床，使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列。1.2 组合机床的国内、外现状世界上第一台组合机床于1908年在美国问世，30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。1.2.1 国内组合机床现状我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份，组合机床行业企业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。（1）行业企业产品结构的变化组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003年生产数控机床890台，产值16187万元，生产加工中心148台，产值5770万元；2004年生产数控机床985台，产值25838万元，生产加工中心159台，产值7099万元；而2005年，截至4月份，数控机床、加工中心、产值已接近2003年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。（2）行业企业的快速转变“九五”后期，在组合机床行业企业的50多家组合机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从2001至2002年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后，焕发勃勃生机。”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。（3）组合机床技术装备现状与发展趋势组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型的箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成型面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台组合机床等；随着技术的不断是进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受人们是亲昧，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。1.2.2 国外组合机床现状80年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势是：（1）广泛应用数控技术国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。(2)发展柔性技术80年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。(3)发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面组合机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。(4)进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。2 组合机床总体设计组合机床总体设计，通常是根据与用户签定的合同和技术协议书,针对具体加工零件，拟订工艺和结构方案，并进行方案图样和有关技术文件的设计。21 组合机床工艺方案的制定工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步。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，应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。此次设计的组合机床是用于加工某零件两侧孔专用组合钻床，其具体的加工工艺如下:a. 钻69孔（深38），右侧面；b. 钻39孔（深78），右侧面；c. 钻69孔（深38），左侧面；d. 钻39孔（深78），左侧面；正确选择组合机床加工工件采用的基准定位，是确保加工精度的重要条件。本设计的某零件是箱体类零件，箱体类零件一般都有较高精度的孔和面需要加工，又常常要在几次安装下进行。22 组合机床配置型式及结构方案的确定根据选定的工艺方案确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件的精度、技术要求及生产率，又要考虑机床操作方便可靠，易于维修，且润滑、冷却、排屑情况良好。对同一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采取哪种方案时，绝不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进行多种方案的对比，从中选择最佳方案。各种形式的单工位组合机床，具有固定式夹具，通常可安装一个工件，特别适用于大、中型箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这种机床可分为单面、多面复合式。利用多轴想同时从几个方面对工件进行加工。但其机动时间不能与辅助时间重合，因而生产率比多工位机床低。在认真分析了被加工零件的结构特点及所选择的加工工艺方案，又由单工位组合机床的特点及适应性，确定设计的组合机床的配置型式为单工位卧式组合机床。23 各侧具体零部件的设计、计算及选择2.3.1刀具的选择考虑到工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切削的排除及生产率要求等因素，所以加工18个孔的刀具均采用标准锥柄长麻花钻。2.3.2 两侧面钻9-9a. 切削用量的选择右侧是钻削6-9（深38）及3-9（深78）根据孔径的大小和深径比，以及被加工材料的硬度查参考文献9表2.17知：主轴的进给量f为0.10.18mm/r，切削速度vc=1018m/min。钻孔的切削用量还与钻孔的深度有关，当加工铸铁件孔深为钻头直径的68倍时，在组合机床上通常都是和其他浅孔一样采取一次走刀的办法加工出来的，不过加工这种较深孔的切削用量要适当降低些，因此选择切削速度vc=13m/min 进给量f=0.13mm/r，由此主轴转速n由公式 (2-1)计算出 r/min，将主轴转速圆整为470 r/min。实际切削速度vc、工进速度vf、工进时间tf 分别由下列公式求得 (2-2) (2-3) (2-4) 计算出实际切削速度vc=13.282m/min，工进速度vf=61.1mm/min，工进时间tf=1.26minb. 切削功率，切削力，转矩以及刀具耐用度的选择由参考文献9表6-20计算公式切削力 (2-5)切削转矩 (2-6)切削功率 (2-7)刀具耐用度 (2-8)计算出切削力F=1144.5N，切削转矩T=3.18Nm，切削功率P=0.153kw，刀具耐用度Tn=768.799minc. 动力部件的选择由上述计算每根轴的输出功率P=0.153kw，右侧共9根输出轴，且每一根轴都钻9直径，所以总切削功率P切削=0.1539=1.377kw。则多轴箱的功率： kw，其中=0.8，所以 kw。因电机输出经动力箱时还有功率损耗，所以选择功率为2.2kw的电机，其型号为：Y100L1-4,由参考文献9表5-39选取1TD32-I型动力箱，动力箱的主轴转速715r/min 。d. 确定主轴类型，尺寸，外伸长度滚珠轴承主轴：前支承为推力球轴承和向心球轴承，后支承为向心球轴承或圆锥滚子轴承。因为推力轴承设置在前端，能承受单方向的轴向力，适用于钻孔主轴。在右侧面，主轴用于钻孔，因此选用滚珠轴承主轴。又因为浮动卡头与刀具刚性连接，所以该主轴属于长主轴。所以主轴均为滚珠轴承长主轴。根据主轴转矩T=3.18 Nm，由参考文献9表3-4可知 (2-9)其中B= 7.3，则计算出d=17.335mm，选取d=20mm。由参考文献9表3-6查得主轴直径d=20mm， D/d1=30/20 mm, 主轴外伸尺寸L=115mm,接杆莫氏圆锥号1，2。e. 导向装置的选择组合机床钻孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀具系统的支承刚性。固定式导套：刀具或刀杆本身在导套内既有相对转动又有相对移动，由于这部分表面润滑困难；工作时有粉尘侵入，当刀杆相对导套的线速度超过20m/min时就会有研着的危险，因此选用导套前计算一下导套与刀具的线速度。由上述内容知导套与刀具的线速度vc=13.282m/min=1.11.2,符合传动要求,同样求出轴15与16相啮合的一对齿轮的重合度=1.66=1.11.2, 符合传动要求。3.7 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，则其他的齿轮也应满足要求。驱动轴上的齿轮齿数zo=24,m=3,与其相啮合的大齿轮的齿数z16=36,m=3,驱动轴所传递的功率P=1.72kw,转速no=715r/min,齿数比=1.5，齿轮材料为45钢，大、小齿轮的硬度分别为220HBS,260HBS。3.7.1 校核齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳强度的校核公式为： (3-8)确定公式中各参数值：a. 大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限、查参考文献13图6.9取Mpa, b. 弯曲疲劳寿命系数、查参考文献13图6.7取，c. 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 Mpa Mpad. 齿形系数、和应力修正系数、查参考文献13表6.4得=2.62，=2.22， =1.59，=1.77e. 计算大、小齿轮的与，并加以比较取其中大值带入公式计算，大齿轮的数值较大，应按大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3.7.2 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：a. 小齿轮传递的转矩T1： Nmmb. 大、小齿轮接触疲劳强度极限、按齿面硬度查参考文献13图6.8得大、小齿轮的接触疲劳强度极限=600 Mpa，=560 Mpac. 接触疲劳寿命系数、查参考文献13图6.6得=0.9，=0.95d. 计算许用接触应力取安全系数SH=1，则 Mpa Mpa Mpae. 确定材料系数ZE 查参考文献13表6.3得ZE=189.8f. 计算圆周速度v m/sg. 确定载荷系数K查参考文献13表6.2得使用系数KA=1, 根据v=2.695m/s,7级精度查参考文献13图6.10得动载系数Kv=1.1,查图6.13得K=1.18,则K=KAKvK=11.11.18=1.298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。3.8 传动轴直径的确定和轴的强度校核3.8.1 轴的直径的确定 T总=T1i1+T2i2+Tnin (3-5)式中Tn作用在第n根主轴上的转矩，单位为Nmin传动轴至第n个主轴之间的传动比轴10：T10=T1i1+T2i2=2T1i1=23.180.707=4.49 Nm由公式计算出直径mm ,查参考文献9表3-4，选取直径d10=20mm。轴11：因轴11上只有一排齿轮，因此轴不承受扭距，其直径由弯距计算可得，因其承受的弯矩也比较小，参照其他轴，选取d11=25mm。轴12：其受力情况同轴11，所以选取d12=25mm.轴13：T13=T7i7+T8i8+T9i9=3T7i7=33.180.82=7.8228 Nm由公式计算出直径mm ,查参考文献9表3-4，选取直径d13=30mm。轴14：由弯矩计算及参照其他轴取d14=20mm轴15：T15=3T7i7+2T1i1=33.181.670.82+23.181.960.707=21.78 Nm由公式计算出直径mm ,查参考文献9表3-4，选取直径d15=30mm。轴16：T16=4T3i3+3T7i7+2T1i1=43.180.751.251.07+33.180.821.670.74+23.180.7071.960.74=28.882 Nm由公式计算出直径mm ,查参考文献9表3-4，选取直径 d16=35mm。轴17：选取油泵轴的直径 d16=20mm。3.8.2 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。在这里对长主轴7进行强度校核。a. 求出主轴上的转矩 T在工作时，主轴上所承受的功率P=0.153kw（

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