机械毕业设计（论文）-调速器后壳的7孔组合钻床铰孔设计【全套图纸】 .pdf

j i a n g s u u n i v e r s i t y 本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 调速器后壳的 7 孔组合钻床铰孔设计 the 7 hole combination drilling machine design governor after reaming shell 学院名称： 京江学院 专业班级： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 讲师 2012 年 5 月 目 录 第一章第一章 引言引言 1 11 论文背景及研究意义 . 1 1.2 组合机床发展概况 1 121 组合机床的由来 . 1 122 组合机床技术装备现状与发展趋势 . 1 13 本文研究的主要内容 . 2 第二章第二章 组合钻床总体设计组合钻床总体设计 . 4 21 组合钻床工艺方案的制定 . 4 22 7 孔组合钻床配置型式及结构方案的确定 4 23 主要参数的计算 . 5 231 确定切削用量，计算各主轴转速 . 5 232 确定切削力 f、切削转矩 m、切削功率 p 6 24 组合机床总体设计 . 7 241 被加工零件工序图 . 7 242 加工示意图的设计 71 243 机床联系尺寸图的绘制 11 244 生产率计算卡 14 第三章第三章 主轴箱设计主轴箱设计 16 31 绘制主轴箱设计原始依据图 16 32 主轴结构形式的选择及动力计算 . 17 3.3 传动系统的设计和计算 . 18 34 多轴箱的坐标计算 21 35 主轴箱通用轴类零件选择 24 36 主轴及通用传动轴结构形式的选择方案 26 37 通用齿轮及其他通用件及传动轴轴承型号的选用 26 第四章第四章 夹具设计夹具设计 27 4.1 机床夹具的概述 27 42 定位支承系统设计 27 421 定位支承系统的设计原则 27 422 定位支承元件及其布置 28 43 导向装置设计 28 431 导向装置的作用 28 432 固定式导套的设计 28 433 固定钻模板结构设计 29 44 夹紧机构设计 30 441 夹紧方案的确定 30 结论结论 32 致谢致谢 33 参考文献参考文献 33 全套图纸，加全套图纸，加153893706 调速器后壳7孔组合钻床铰孔设计 专业班级：机械0902 学生姓名：李铭扬 指导老师：葛涛 职称：讲师 摘要 本文从企业实际需求出发。在全面分析被加工零件的结构特点、尺寸精度、被加工 孔相互之间位置精度、表面粗糙度和技术要求的基础上，指出采用现有设备不仅工人劳动 强度大，生产率低，而且零件加工精度难以保证。根据实际需要，研制出了7孔单工位组 合钻床。 本文首先通过分析比较，确定了7孔单工位组合钻床的配置型式及结构的最佳方案， 遵循机械设计中标准化、通用化、系列化原则， 给出机床的总体设计，绘制出代表机床 总体设计的被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。对本机床 的关键部分：主轴箱和夹具的结构进行了创新设计。由于在本台组合钻床上髓同时加工7 个孔，孔多、间距小，采用常规方法排箱无法实现4孔的工序集中的加工方案。本钻床的 主轴箱传动系统通过采用变位齿轮和滚针轴承等结构方面的创新设计，将常规方法下不能 完成的排箱成为可能。本台组合钻床夹紧机构，采用了快速螺旋夹紧机构。减少了装卸零 件所用时间，提高了生产效率。 按上述设计方案制造出的4孔单工位组合钻床与原方案加工工件的实验结相比较，有 以下几个突出的优点： 1提高了生产率 在本台组合钻床上加工该零件，由于是8把刀具同时加工，缩短了辅助时间，加工循环时 间仅为27min，而在原普通钻床上加工此工件，加工循环时间平均需要15分钟，生产率 提高了46倍。 2 提高了加工精度 在普通钻床上加工，由于是采用多工步，各孔的位置精度不易保证，废品率一般在2： 采用7孔组合钻床，因为在设计的每一个环节，都严格控制设计零件的精度，且是多刀同 时加工，所加工出的零件位置精度均在要求范围内，废品率为0。通过实际运行结果证明： 该4孔单工位组合钻床确实达到了“体积小，重量轻，结构简单，使用方便，效率高，质 量好”的要求。既大大减轻了工人的劳动强 度，又给厂家带来了可观的经济效益。 关键词关键词： 组合钻床 主轴箱 夹具设计 传动设计 the meaning of the designation of a combination drilling machine for r801flyweght abstract: in view of the actual conditions of enterprises and on the basis of overall analyzing work piece structure features，accuracy of size，surface roughness，accuracy of distance between drilled holes and other technical requirements，this article points out that the existing equipments used to manufacture work pieces may result in lower productivity， greater intensity of labor and worse working accuracytherefore，it is necessary to develop a new type of 4 hole single working position combination drilling machine through analysis and comparison， the article has determined the best project of the structure and the disposition of the 4 holes combination drilling machineaccording to the principle of standardization， generalization and serialization in machine design，the article offers the master design of the drilling machine，the process drawing of work piece，the working diagram，the connection dimensional drawing of the drilling machine and the calculating card of productivityin some key parts of the drilling machine，there are certain new designs on the structure of the spindle box and the fixturewith 4 hole drilled simultaneously on the drilling machine，in addition to dispersive arrangement of hole position，the 4 holes drilling program cannot be completed in conventional wayin the transmission system of 4 hole drilling machine are used some new structural designs such as pin bearings and position- changeable gears， so that the arrangement of hole position， which cannot be finished in conventional way，can be accomplishedthe combination drilling machine is applied a fast spiral pinch machinery whose features are not only shortens the time consumed in loading and unloading work piece but also enhances productivity after the experimental result of the new type of 4 hole combination drilling machine is compared with the one of the original working program，there are following advantages： 1enhancing productivity if the work piece is cut with 4 drills on the combination drilling machine，the auxiliary time would be shortened and the working cycle time would be limited within 27minon the other hand，if the work piece is cut on the general- purpose drilling machine，its working cycle time would take 15min on an average，the productivity would increase by 46 times 2improving working accuracy the reject rate of work piece cut on the general- purpose drilling machine usually reaches to 2 because of its multi step working procedure，so it is difficult to secure the spacing accuracy of every holeyet the 4 hole combination drilling machine may reach to 0this is because the working accuracy of work piece is strictly controlled at each design point and the spacing accuracy of work piece cut by multi tool is limited within the desired scope the result checked through actual operation proves that the 4 hole combination drilling machine really meets the requirement of “small in volume， light in weight， simple in structure， convenient in use， high in efficiency and excellent in quality ”this type of drilling machine reduces the labor strength largely and brings enterprises huge economic benefits，either key words：combination drilling machine design of transmission system spindle box design of fixture 1 第一章 绪论 11论文背景及研究意义 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。 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 组合机床发展概况 121 组合机床的由来 组合机床是按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及工艺要求设计的 专用部件组成的专用机床。 组合机床是随着生产的发展， 由万能机床和专用机床发展来的。 它既有专用机床效率高结构简单的特点，又有万能机床能够重新调整，以适应新工件加工 的特点。为此，将机床上带动刀具对工件进行切削运动的部分以及床身、立柱、工作台等 设计制造成通用的独立部件，称为“通用部件”。根据工件加工的需要，用这些通用部件 配以部分专用部件就可组成机床，这就是组合机床。当加工对象改变了，用这些通用部件， 只将部分专用部件改造，又可以组成加工新工件的机床。组合机床是按工序集中原则设计 的，即在一台机床上可以同时完成许多同种工序或多种不同工序的加工。 122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体的综合自动化程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，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、 轻工、家电等行业。我国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箱体类和轴类零件(近年研制的组合机 2 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，以及铣削平面和成形面等。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 有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床_柔性组合机 床越来越受到人们的青睬，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(p l c)、数字控n(n c)等，能任意改变工作循环控制和驱动 系统，并能灵活适应多品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(清洗机、装配机、综合测量数控组合机床、试验机、输送线)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、测最、控制、诊断监控、清沈、装配和试漏等 技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后。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，满足用户需求，真正成为刚 柔兼备的自动化装各。随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高，高精度、高生产率、柔 性化、多品种、短周期、数控组台机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业， 因此组合机床装备的发展思路必须是以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的成套性为主攻方向。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。从2002年年底第21届日本国际机床博览 会上获悉，在来自世界lo多个国家和地区的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床 设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。 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圭轴转速和进给速 度。该届博览会上展出的加工中心，主轴转速10000200002 rm in。最高进给速度可 达2060mmin；复合、多功能、多轴化控制装备的前景办被看好。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数据，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。 13本文研究的主要内容 零件调速器前壳如附图l所示，有7个孔待加工，原来采用的加工方案是在普通钻床上逐 孔加工，工人频繁忙于装夹工件、启动机床、进刀、退刀、停车及卸工件等，不仅工人劳 动强度大，而且生产率也低，不利于保证产品加工精度。在对这7孔进行精度、相互之间 位置要求以及零件的装配要求分析的基础上， 重新制定出合理的机械加工工艺方案，将7 个孔安排在一道工序上完成。由于在本台组合钻床上需同时加工7个孔，不仅孔多、间距 小，而且要保证孔的相对位置精度，采用常规方案排箱无法实现7孔的工序集中。因此本 钻床的主轴箱传动系统通过采用变位齿轮和滚针轴承，将常规情况下不能完成的排箱得以 3 实现，从而使需在多工序完成的钻削加工在同一工步完成。底座、滑台、动力头等通用部 件的合理选用：齿轮箱排箱结构紧凑：夹具部分定位合理可靠；工件装夹方便灵活；刀具 更换简便；机械化程度高；减轻工人的劳动强度是本文研究的主要内容。 4 第二章 组合钻床总体设计 21组合钻床工艺方案的制定 制定组合钻床工艺方案是设计组合钻床最重要的内容之一。工艺方案制定的正确与否， 将决定机床能否达到“重量轻、体积小、结构简单、使用方便、效率高、质量好”的要求。 为了该机床方案制定的合理、先进，在方案设计时，密切联系实际，总结实践经验，全面 了解被加工零件的加工情况和影响方案制定的各种因素。主要考虑以下因素： (1)工艺过程和加工精度的要求 被加工零件有7孔待加工，且相互之间位置精度要求为o.3mm。将7孔集中在一个工位 上可确保相互之间的位置精度，对大量生产及顺利装配创造了条件。被加工零件的表面粗 糙度和位置精度要求均满足。故选用组合钻床满足被加工零件的要求。 (2)加工零件的特点 被加工件材料为yl108。工件刚度足够。由于被加工件为调速器前壳，成品要与其他零 件装配。钻孔时，从装配结合面钻起，这样能够更好地保证孔的位置精度。因为钻孔过程 中，中心线可能偏斜，在钻头进口处的位置精度比出口处的好，有利于两个零件的装配。 (3)定位基准及加压部位的选择 被加工件装配结合面为设计平面，选用设计基准为主定位基准，这样减少了累积误差， 使加工精度得到有利保证，同时，此平面最大，用它定位能使切削力均落在定位平面之内。 选用43mm的己加工外圆表面和斜底座实现工件完全定位。通过分析被加工件的特点，在 已经选择好工艺基面的同时，决定夹紧力作用点在43mm外圆附近处。因为多轴钻孔时产 生很大的切削力，为使工件在加工过程中不产生位移和振动，必须将工件牢固夹住，并且 有足够的加压刚度，这样可使加压合力落在定位平面之内，且接近定位平面的中心，使工 件加压后定位稳定。 (4)孔间中心距的影响 在确定组合机床完成工艺时，由于主轴箱的主轴结构和设置导向的需要，以及保证必须 的加工精度和工作可靠性的要求，组合机床钻孔时，对于通用的主轴箱，其主轴最小中心 距为24mm，这时主轴能钻由l0mm以下的孔。图中空间距离为56mm， 大于24mm。 (5)工件的生产方式 由于被加工件属于大批量生产。将加工7孔工序集中于一台钻床，可提高组 合机床的利用率。 22 7孔组合钻床配置型式及结构方案的确定 根据上述工艺方案确定机床的型式和总体布局。在选择机床配鬻型式时，既考虑到实现 工艺方案，保证加工精度、技术要求及生产率：又考虑到机床操作、维护、修理、排屑的 5 方便性，还注意到被加工零件的生产批量。影响组合钻床配置型式和结构方案的主要因素 有： (1)加工精度 在选择组合钻床的结构方案时，首先毖须注意到能否保证稳定的加工精度。通常根据经 验数据进行机床配置型式的选择。固定式夹具组合钻床能达到的钻孔位置精度最高，采用 固定导套一般能达o20mm，当严格要求主轴与导向的同轴度，减少钻头与导套间的间 隙导向装置靠近工件时，可达到o15mm。 (2)机床生产率 根据工件的生产类型，完全可以采用单工位固定夹具的机床型式。 (3)被加工件的尺寸、形状、加工部位的特征 根据被加工零件的特点，适于采用卧式机床，再考虑到采用卧式机床可使定位基面与设 计基面重合，而且排除切屑容易。 (4)操作的方便性 合理确定装料高度以使操作方便。在现阶段，设计组合机床时，装料高度可视。具体情 况在8501060mm之间选取，由于被加工件较小，装料高度可稍高些。 (5)夹具形式对机床方案的影响 从工件形状看，似乎可采用立式机床加工，但是考虑到对面孔之间的位置精度，立式钻 床无法保证，因而采用卧式加工方案。 (6)使用厂的技术能力和工作环境 为使钻床在温度过高时工作性能稳定，而且由于被加工件不需多次进给，故选用机械通 用部件配置钻床。 23主要参数的计算 231确定切削用量，计算各主轴转速 组合机床能否达到预定要求与正确的选择切削用量有很大关系。切削用量选用适当，能 使机床以最少的停车时间， 最高的生产效率， 最长的刀具寿命和最好的加工质量进行生产。 目前，组合机床切削用量的选则。因是多轴加工不宜采用最大的切削速度和进给量。主要 是参照实际生产中采用切削用量的情况，并根据多年来积累起来的一些经验数据进行。组 合机床切削用量的选则另外一个特点，就是动力头工作时每分钟的进给量只有一种，这样 所有刀具每分钟的进给量是相同的。这个进给量是适合所有刀具的平均值。但同一动力头 每个刀具的转速可以不一样，以便选择合理的刀具的进给量。 为使所有刀具的性能得到充分发挥，钻孔时采用较高的速度和较小的每转进给量：在现 有生产率要求下没必要把切削用量定的太高，以免增加刀具损耗，也可减少所需的切削功 率。 综合被加工件的加工精度、加工材料、工作条件、刀具耐用度等因素，初选动力滑台的进 给速度为60mmmin，初定切削速度30mmin 6 由计算公式：n= d v p 1000 (21) 式中：n一为各主轴转速，单位rmin v为主轴切削速度， 单位mmin， f为每转进给量，单位mmr d为各钻头直径，单位mm。 表2-1各主轴转速和每转进给量 各主轴转速n(rmin) 各主轴刀具进给量f(mmr) 备注 6.5mm孔 392 0.5 初选切削速度8 mmin 初选进给速度60 mmmin 232确定切削力f、切削转矩m、切削功率p 根据选择的切削用量，确定切削力，作为选择动力部件及夹具设计的依据：确 定切削转矩，用以确定主轴及其他传动件(齿轮、传动轴等)的尺寸：确定切削功 率，用以选择动力箱电机功率。 高速钢钻头在灰铸铁上钻孔的计算公式为： f= 6 . 08 . 0 26hbfd (22) m= 6 . 08 . 09 . 1 10hbfd (23) p= d vm p9740 (23) t= 8 3 . 155 . 0 25 . 0 9600 hbfv d (23) 式中： f轴向切削力(n) d钻头直径(mm) f每转进给量(mmr) p切削功率(kw) m切削转矩(n.mm) hb零件的布氏硬度 本零件材料为zg40gr，取hb247270 v切削速度(mmin) t刀具耐用度(min) 表2-2各主轴切削力、切削扭矩、切削功率计算值 铰刀直径d(mm) 轴向切削力f(n) 切削转矩m(nm) 切削功率p(kw) 刀具耐用度(min) 6.5 1538 3189 0.128 607867 由上表，总切削力为： 总 f =10766n，总切削功率为： 总 p =0.896kw， 总切削扭距 7 总 m =22323nm 24组合机床总体设计 组合机床总体设计就是针对被加工零件，在选定的结构方案基础上，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，机床联系尺寸图。生产率计 算卡。 241被加工零件工序图 根据被加工零件的机械加工工艺过程卡如表2-3所示，制定出被加工零件工序 图。此图是根据选定的工艺方案，表示在本台机床上完成的工序内容、加工部位的尺寸精 度、技术要求、定位基准、夹紧部位、以及被加工零件的材料、硬度和本机床加工前毛坯 情况。是机床设计的主要依据，也是调整机床、检验精度的重要技术文件。 表2-3被加工零件加工工艺过程卡 机械加工工艺过程 产 品 型 号 r801 零件图号 003 产 品 名 称 调 速 器 前壳 零 件 名 称 调 速 器 前壳 共一页 第一页 材料牌号 yl108 毛 坯 种 类 铸件 毛 坯 可 制件数 1 备注 序号 工序 工序内容 设备 工艺装备 01 铸造 铸造毛坯件 02 清砂时效 处理 清砂时效处理 03 铣端面 铣上端面 x6036 铣床夹具 04 铣端面 铣下端面 x6036 铣床夹具 05 钻孔 钻端面43通孔 组合钻床 专用夹具 06 绞孔 绞端面43通孔 组合钻床 专用夹具 07 钻孔 钻端面4个r9通孔 与4个r6.5通孔 组合钻床 专用夹具 08 钻孔 钻端面7个m6.5孔 组合钻床 专用夹具 09 绞孔 绞端面7个m6.5孔 组合钻床 专用夹具 10 攻 攻m6螺纹 组合钻床 专用夹具 11 检验 检验零件是否合 格 242加工示意图的设计 零件的加工方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机 床上的加工过程，刀具、辋具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位 置关系、机床的工作行程及工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之 一，它是刀具、辅具、夹具、主轴箱、电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也 是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的依据。其内容 包括以下几方面： 8 (1)刀具的选择 根据被加工工件4个孔的大小，选用5种规格的刀具如下表所示。 表2-4 刀具名称，标准尺寸及数量 刀具名称 铰刀直径 钻刀悬伸长度 数量 备注 刀具总长 0 l 刀具悬伸长 2 l 莫氏锥柄麻花 钻1号 6.5 144 28 7 gbt 1438.1-1996 (2)导向结构的选择 导向类型的确定 根据刀具导向线速度v=8mmin，小于20 mmin，故采用固定式导向，刀具在导套内既转 动又移动，这种导向方法精度好。 导向数量的确定 报据工件形状、刀具刚度及工作情况采用单导向。 导向参数的确定 导套长度 1 l由经验公式 1 l =(24)d，小直径时取大值，大直径时取小值。 具体尺寸及配合见下表 图2-1 固定导向装置的尺寸及配合 表 2-5 导向装置的尺寸及配合参数 d(f7) d(k6) 1 d 2 d l 1 l m 配合螺钉gb t8045.5-1999 数量 0.028 0.013 6.5+ + 0.018 0.007 12+ + 22 18 12 20 5.5 m6 7 (3)导向到工件端面距离 以不妨碍排屑为原则，选为5mm。以四个垫块保证间距，实现主定位。 (4)确定主轴直径及各主轴外伸长度 9 主轴直径：d= b4 100 m (26) 式中： d轴的直径(mm) m主轴承受的转矩(nmm) b系数，当材料的剪切弹性模量g=81 4 10nmm时，非刚性主轴取7.3，传 动轴为6.2。 为使轴的强度足够，主轴材料均采用合金钢。 表2-6主轴参数 轴号 材料 主轴直径 主轴外伸尺寸 备注 1 d d l 17 40gr 15 14 22 85 刚性主轴 (5)接杆的选择； 主轴箱各主轴的外伸长度为一定值，而且刀具长度也为一定值。因此，为保证主轴籍上 各刀具能同时到达加工极限位置，就需要在主轴与刀具之闻设置一中间可调环节刀具 接杆。 由于接杆上的尺寸d与主轴外伸长度上的内孔 1 d配合，可根据 1 d尺寸及刀具为莫氏l号。 选用接杆t0635-01。由于各主轴均d=15mm，故均用1号接杆、a型、长度范围2185485mm (6)确定加工示意图的联系尺寸 最重要的尺寸是主辅箱端丽到工件端面之间的距离。如图2-2所示。 图2-2加工示意图的联系尺寸计算图 该尺寸为：l= 1 l+ 2 l+ 3 l -b-( 4 l+ 5 l ) (27) 式中各符号意义： 1 l主轴外伸长度 10 2 l钻刀悬伸长度 3 l 接杆伸出长度(可调) 4 l加工孔深 5 l 刀具的切出值 b螺母及垫圈厚度 经计算调整后选择接杆标记如表27所示。 表27与主轴刀具配合的接杆号 刀具直径 接杆号 6.5 1-220 t0635-01 (7)动力头工作循环及其行程的确定 此台组合钻床根据被加工件为浅孔，循环过程包括：快速引进、工作进给和快速退回。如 图2-3所示 图2-3工作循环图 工作进给长度的确定 工进长度l，等于被加工孔深 4 l与刀具的切入长度 6 l 与切出长度 5 l 之和。如图2-4所示。 11 图2-4工作进给长度 即： 7 l = 4 l+ 5 l + 6 l (2-8) 4 l按被加工件孔深最大值(长20mm)来选取， 6 l 一般取为510mm， 5 l 取 3 1 d+(38)，据此，工进长度 7 l 定为18mm。 快速引进长度 8 l 的确定 快速引进是动力头把刀具送到工作进给的位置，其长度按具体情况定为 8 l =32mm。 快速退回长度 9 l 其为工进与快进之和。即： 9 l = 7 l + 8 l (29) 因为是固定式夹具钻孔的机床，动力头快退的行程，只要把所有刀具都退到导 套内，不影响工件的装卸即可。 根据以上分析计算确定的数据，绘制的加工示意图如图2-4所示。 图2-4刀具加工示意图 243机床联系尺寸图的绘制 12 机床联系尺寸图是用来表示机床的配置型式、机床各部件之间相对位置关系和运动关系的 总体布局图。它是进行主轴箱、夹具等专用部件设计的重要依据。 (1)选用动力部件 主要指选择型号、规格合适的滑台和动力箱。 滑台的选用 滑台渭台选用主要取决于驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等 因素。 a驱动方式的确定 根据具体的加工要求、使用条件选用机械滑台。 b确定轴向进给力 由表2-2知总切削力为： 总 f =10766n，由于滑台工作时，除了克服各主轴的轴向力外，还 要克服滑台移动时产生的摩擦阻力，因而所选滑台的最大进给力应大 于 总 f 。 c滑台进给速度的确定 椐被加工件的实际要求，考虑刀具的耐用度，选滑台的进给速度为60mmmin。 d确定滑台行程 滑台行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。前各量的作用 是使动力部件有一定的向前移动的余地，以弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前调 整。前备量取为90mm。后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，以方便装卸 刀具，取为260mm工作行程为50mm，故滑台的总行程长度为400mm。 e精度的选择 根据加工要求，选用普通精度级。 结合以上因素，选用1hy25-ia液压滑台。其主要性能指标：台面宽320mm，长630mm，行程 长400mm，滑台及滑座总高为250mm。允许最大进给力12500n，工作进给速度范围32800mm min，快速移动速度10mmin，机械滑台支承总长940mm。 滑台确定后，与之配套的支承部件选为icc321i侧底座。总长1180mm，高560mm。总 宽520mm。滑台与侧底座之间用调整垫，这样可以保证最低主轴中心与最低被加工孔在垂 直方向上等高。 同时二进给及压力及电器装置取1hy25-f51,导轨防护装置取1hy32-51，分级进给装置 取1hy32-f81，立柱取1cl32，立柱侧底座取1cd321m. 动力箱的选用 动力箱主要依据主轴箱所需的电动机功率来选用。 根据公式： 主 p = 切 ph (210) 式中： 切 p为切削用总功率，由表22计算得0.896kw。 为多轴箱传动效率，加工黑色金属时0.80.9；有色金属时0.70.8， 本系统加工铸刚，取0.8。 所以 主 p=1.12kw 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4100 1- ly的321tdiv 型动力箱，转速940rmin，输出轴转速470rmin，动力 13 箱与主轴箱结合面尺寸：长400mm，宽400mrn，高250mm，动力箱输出轴至箱底面高度为 125mm。 (2)确定装料高度h 装料高度h指工件安装基面至机床底面的距离。一般在8501060mm之间选取。具体尺寸取 决于最低主轴中心至主轴箱底面的高度 1 h，滑台与侧底座之间的调 整垫 2 h，滑台高度 3 h ，侧底座高度 4 h。即 h= 1 h+ 2 h+ 3 h 十 4 h (2-11) 式中：1hy25-i液压滑台 3 h =250mm， icc251-i侧底座高度 4 h=560mm。 为求 1 h，需先确定主轴箱轮廓尺寸。 确定主轴箱轮廓尺寸 标准通用多轴箱厚度是一定的，卧式325mm。因此，确定多轴箱，主要是确定多轴箱的 宽度b和高度h及最低主轴高度 1 h b=b+2 1 b h=h+ 11 bh + 式中 b工件在宽度方向相距最远的两孔的距离 b=109mm 1 b最边缘主轴中心至箱体壁距离 取 1 b=100mm h工件在高度方向相距最远的两孔距离 h=168mm 1 h最低轴高度 通常推荐： mmh14085 1 取 1 h=100mm b109+2100=309mm h=h+h1+b1=168+100+100=368mm 查组合机床设计简明手册 ，并综合其与动力箱的配套规格选取多轴箱体规格尺寸 400400 故最低主轴中心至主轴箱底面的高度 1 h可取100mm 所以h= 1 h+ 2 h+ 3 h + 4 h=100+5+250+560=915mm 作联系尺寸图如下： 14 图2-5机床联系尺寸简图 244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 率等韵技术文件。通过生产率计算卡，可以分析所拟订的方案能否满足用户对生产率的要 求。 1.机床的理想生产率按下式计算： k a q = 1 = 2350 70000 =29.8（件/h） 2.机床实际生产率q q= 单 t 60 （件/h） 公式中： 单 t 生产一个零件所需时间（min） 单 t= 切 t + 辅 t = 0.6+1.11=1.71min 故q=35（件/h） 3.机床负荷率 负 h= q q1 =0.85 机床生产率计算卡 15 被加工零件 图号 毛坯种类 铸件 名称 调速器前壳 毛坯重量 材料 yl108 硬度 hb90 工序名称 铰调速器前壳上7个孔 工序号 08 序号 工布名称 被 加 工 零 件 数 加工 直径 （mm ） 加工 长度 （mm ） 工作 行程 （mm ） 切削 速度 （m/ min） 每分钟 转速 （r/mi n） 每转进 给量 （mm/r ） 每分钟 进给量 （mm/m in） 工时（min） 机动 时间 辅助 时间 共计 1 装入工件 1 0.5 2 工件定位夹紧 13 0.01 1 3 动力部件快进 120 0.06 4 动力部件工进 m6 13 50 30 1591 0.17 60 0.09 5 死档铁停留 0.01 7 6 动力部件快退 200 0.01 7 松开工件 20 0.00 2 8 卸下工件 0.5 备注 本机床装卸工件时间为1min 单间工时 06 1.1 1,71 机床实际生产率q 35（件/h） 机床的理想生产率 1 q 29.8（件/h） 机床负荷率 负 h 0.85 根据机床使用经验，最适宜的机床负荷率为075090，由生产率计算卡可见计算出的 机床实际生产率能够满足理想生产率要求，故方案制定的合理可行。 16 第三章第三章 主轴箱设计主轴箱设计 主轴箱是组合机床的重要组成部件，它是选用通用零件，按专用要求进行设计的。在 本组合钻床设计过程中，是工作量最大的部件。由于在本机床上需同时加工7个孔，不仅 孔多、间距小，而且孔的排列分散，采用常规方法排箱无法实现对7孔的工序集中。因此 本钻床的主轴箱传动系统在对被加工零件进行了深入分析计算的基础上，通过采用变位齿 轮和滚针轴承，对主轴箱的结构进行了创新设计。不但将常规状况下不能完成的排箱得以 实现，而且所设计的主轴箱结构紧凑，实现了需在多工序完成的钻削加工，现用同一工步 完成的设计构思。为实现本机床“体积小，重量轻，使用方便，效率高，质量好”的设计 目标奠定了基础。 31绘制主轴箱设计原始依据图 依据第二章组合钻床总体设计绘制主轴箱设计原始依据图。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400400mm (2)工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸。 (3)工件与主轴箱相对位置尺寸 根据这些数据，同时由总体设计，编制出表3-1。并绘出主轴箱设计原始依据图3-1。 表3-1各主轴外伸尺寸及切削用量 轴号 主轴外伸尺寸 切削用量 1 d d l 工序 转速 切削速度 切削用量 1-7 50 36 115 铰 6.5 通孔 392 8 0.5 17 图31主轴箱设计原始依据图 32 主轴结构形式的选择及动力计算 本组合机床主要用于钻孔，因此采用滚锥轴承主轴。 1. 齿轮模数 m 可按下式估算： m=(3032)3)/(znp (3-1) 式中：m估算齿轮模数 p齿轮所传递率（kw） z对啮合齿中的小齿轮齿数 n小齿轮的转速（r/min） 除了驱动轴齿轮以及与驱动轴啮合的齿轮模数 m=3，其余齿轮模数均取 m=2。 2.多轴箱的动力计算 18 多轴箱的动力计算包括所需的功率和进给力两项 主 p = 切 p + 空 p + 附 p (3-2) 所以 主 p =2.103kw 有前面 2.3.2 可得 进 f =4193n 3.3 传动系统的设计和计算 1.根据原始依据图（图 31） ，画出驱动轴、主轴坐标位置。 2.确定传动轴位置及齿轮齿数 19 图 32 齿轮的最小壁厚 1）最小齿数的确定 为保证齿轮齿根强度，应使齿根到孔壁或键槽的厚度 a2m,驱动轴的直径为 d=15mm, 有机械零件设计手册知，如图 210 所示齿轮 t=37mm,当 m1=2 时。驱动轴上最小齿 轮齿数为： zmin 2（t/m1+2+1.25）d0/m1 (3-3) =2(37/2+2+1.25)15/2 =21.5 所以驱动轴齿数要大于等于 22。 为减小传动轴的种类，所有传动轴的直径初选 15mm. 3.（1）已知各主轴及驱动轴的转速 =392r /min 驱动轴 0 n =470r /min （2）各主轴总传动比 0 12.7 3921 4701.2 i - = （3）设计传动轴 由于主轴分布呈直线状，虽然主轴相对集中，但是与驱动轴距离太近，无法直接传动，只能靠传动 轴间接传递，而且所需要的转速大小不一样，因此选择使用一根中间轴带动两根主轴实现，由于主轴数 比较少，且轴对称。所以可考虑传动轴对称布置。 考虑主轴的转速较高，因此齿轮基圆相对较小，考虑齿轮不发生根切，选取参数 57 27z=， m=2， 由于m均为2，所以 20 57 27r= 与齿轮12啮合的齿轮选取z=26，利用几何作图法可确定齿轮对应传动轴的位置，选 取传动轴公称直径为 15f 。设此轴为