JM304B变速箱箱体钻孔组合机床总体及左主轴箱设计

目录1前言12 组合机床总体方案设计32.1 工艺方案的拟定32.1.1 被加工零件的特点32.1.2 工艺路线的确立32.1.3 机床配置型式的选择42.1.4 定位基准和夹紧部位的选择422 三图一卡设计42.2.1被加工零件工序图42.2.2加工示意图52.2.2.1 刀具的选择52.2.2.2选择接杆、弹簧卡头52.2.2.3 导向机构的选择52.2.2.4选择切削用量62.2.2.5 计算切削力、切削扭矩及切削功率72.2.2.6确定主轴直径及外伸尺寸92.2.2.7动力部件工作循环及行程的确定92.2.3机床尺寸联系总图102.2.3.1动力箱型号的选择102.2.3.2动力滑台的选择102.2.3.3配套通用部件的选择112.2.3.4机床装料高度的确定112.2.3.5主轴箱轮廓尺寸的确定112.2.4机床生产率计算卡123 组合机床左主箱设计133.1绘制主轴箱原始依据图133.2主轴结构型式的选择和动力计算143.2.1 主轴结构型式的选择143.2.2 主轴直径和齿轮模数的确定153.3 主轴箱传动系统的设计与计算153.3.1 根据原始依据图计算坐标尺寸153.3.2 拟订主轴箱传动路线163.3.3 确定传动轴位置及齿轮齿数163.4 零部件的设计绘制213.4.1绘制主轴箱的装配图及零件图213.4.2 主轴箱坐标计算、绘制干涉检查图213.4.3计算传动轴的坐标213.4.4 绘制主轴箱前、后盖及箱体233.4.5 绘制干涉检查图233.5 轴、齿轮的校核233.5.1 轴的校核233.5.2齿轮的校核243.6轴承的校核263.7键的校核274 结论28参考文献29致 谢30附 录31 1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，所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。 组合机床多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。组合机床的通用部件按功能分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件5类。动力部件为机床提供主运动和进给运动，主要有动力箱（将电动机的旋转运动传递给主轴箱）、切削头（装在各个主轴上，用于各单一工序的加工）、动力滑台（用于安装动力箱或切削头，以实现进给运动）；支承部件用以安装动力滑台，包括各种底座和支架；输运部件用以输送工件或主轴箱至加工工位；控制部件用以控制机床的自动工作循环；辅助部件包括润滑、冷却和排屑装置等。根据配置型式，组合机床可分为单工位和多工位两大类。其中单工位组合机床按被加工面的数量又有单面、双面、三面和四面4种，通常只能对各个加工部位同时进行一次加工；多工位组合机床则有回转工作台式、往复工作台式、中长立柱式和回转鼓轮式4种，能对加工部位进行多次加工。 组合机床一般可完成的工艺范围有：铣平面、刮平面、车端面、车锥面、钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、倒角、切槽、以及加工螺纹、滚压、拉削、磨削、抛光等。组合机床的切削加工是由刀具与工件之间的相对运动来实现的，其运动可分为表面形成运动和辅助运动两类。 表面形成运动是使工件获得所要求的表面形状和尺寸的运动，它包括主运动、进给运动和切入运动。主运动是从工件毛坯上剥离多余材料时起主要作用的运动，它可以是工件的旋转运动(如车削)、直线运动(如在龙门刨床上刨削)，也可以是刀具的旋转运动(如铣削和钻削)或直线运动(如插削和拉削)；进给运动是刀具和工件待加工部分相向移动，使切削得以继续进行的运动，如车削外圆时刀架溜板沿机床导轨的移动等；切入运动是使刀具切入工件表面一定深度的运动，其作用是在每一切削行程中从工件表面切去一定厚度的材料，如车削外圆时小刀架的横向切入运动。 辅助运动主要包括刀具或工件的快速趋近和退出、机床部件位置的调整、工件分度、刀架转位、送夹料，启动、变速、换向、停止和自动换刀等运动。 本次毕业设计来源于生产实际，所生产的组合机床是用于加工汽车变速箱箱体，由于目前生产的汽车变速箱工作效益和精度不高，所以迫切需要进行改造，以提高目前的生产效率、加工时的精度以及降低加工成本，使得产品在市场上有一定的竞争能力。在设计过程中，为了降低组合机床的制造成本，应尽可能地使用通用件和标准件。目前，我国设计制造的组合机床，其通用部件和标准件约占部件总数的7080%。由于近年来，各种通用件和标准件都出台了新的标准及标注方法，为了方便以后组合机床的维修，整个组合机床的通用件和标准件配置，尽量采用了新标准。在对组合机床总体设计之前，需对被加工零件孔的分布情况及所要达到的要求进行分析。本变速箱一次装夹中同时加工28个孔，其中，右面8个螺纹底孔1个8孔，后面8个螺纹底孔1个8孔，左面9个螺纹底孔1个8孔。根据零件材料及所需加工孔的直径、深度，合理选择切削用量。总体方案设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工零件工序图，加工示意图，机床尺寸联系图，编制生产率计算卡。最后，就是技术设计和工作设计。技术设计就是根据总体设计已经确定的“三图一卡”，设计主轴箱等部件正式总图；工作设计即绘制各个专用部件的施工图样，编制各零部件明细表。本设计主要是针对组合机床总体及左主轴箱的设计。2 组合机床总体方案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。设计组合机床前，首先根据组合机床完成工艺的一些限制及组合机床各种工艺方法能达到的加工精度、表面粗糙度及技术要求，解决零件是否可以利用组合机床加工以及采用组合机床加工是否合理的问题。如果确定零件可以利用组合机床加工，那么为使加工时顺利进行并达到要求的生产率，必须在掌握了大量的零件加工工艺资料的基础上，全盘考虑制定零件工艺方案，机床配置型式,结构方案的各种因素及应注意的问题，经过分析比较，以确定零件在组合机床上合理可行的加工方法，确定工序间加工余量，选择合适的切削用量，相应的刀具结构，确定机床的配置型式等等，这些便是组合机床方案制定的主要内容。2.1 工艺方案的拟定2.1.1 被加工零件的特点本组合机床是用于加工JM304B变速箱箱体，材料是HT250，硬度为HB190-250.此被加工零件体积较大、形状复杂。2.1.2 工艺路线的确立被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序，以及应保证的加工精度是制定机床方案的主要依据。本次加工的零件是JM304B变速箱体，其主要加工工序是：1、粗铣底面；2、粗铣左、右端面；3、粗铣前、后端面；4、半精铣底面；5、半精铣左、右端面；6、半精铣前、后端面；7、粗镗孔；8、半精镗孔；9、精镗孔；10、钻左、右、后面的孔；11、最终检验。本道工序为第10道工序，主要加工左、右、后三个面上的28个孔，其中左面钻8个M10的螺纹底孔，各孔位置度公差为0.15mm，1个M30的螺纹底孔，1个直径为8mm的孔；右面钻8个M10的螺纹底孔，各孔位置度公差为0.15mm，1个直径为8mm的孔；后面钻8个M10的螺纹底孔，各孔位置度公差为0.15mm，钻1个M14螺纹底孔。一次装夹一个零件，三个面钻孔同时加工。2.1.3 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。考虑到汽车变速箱箱体的结构为卧式长方体，从装夹的角度来看，卧式平放比较方便，也减轻了工人的劳动强度。通过以上的比较，考虑到卧式机床振动小，装夹方便等因素，选用卧式组合机床。2.1.4 定位基准和夹紧部位的选择组合机床是针对某个零件或零件的某道工序而设计的，正确选择加工用的定位基准是确保加工精度的重要条件，同时也有利于最大限度的集中工序，从而获得减少机床台数的效果。A定位基准的选择实际生产中经常遇到的不是单一表面定位，而是几个表面的组合定位。这时，按限制自由度的多少来区分每一定位面的性能，限制自由度最多的定位面成为第一定位基准面或主要基准，次之的为第二定位基准面或导向基准，限制一个自由度的称为第三定位基准面或定程基准。常见的定位表面组合有平面与平面的组合，平面与孔的组合，平面与外圆表面的组合等。本机床加工为单工位加工，也就是一次安装下进行28个孔的加工，箱体零件是机械制造业中工序多、劳动量大、精度要求高的关键零件。B确定夹紧位置应注意的问题在选择定位基准的同时，要相应地决定夹紧位置，此时应注意的问题是：a) 保证零件夹压后稳定；b) 尽量减少和避免零件夹压后的变形；c) 尽量靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性；d) 应尽量使各支承处的接触变形均匀，以减小加工误差。本课题所设计的组合机床是用于JM304B变速箱三面同时钻孔加工。采用后面、左面、下面三面定位,后面用定位销定位，左面和下面用定位条定位。上面用气压缸夹紧,右面用气压缸辅助夹紧。22 三图一卡设计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线上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、粗糙度及技术要求，加工用定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样，除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。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本工序机床设计有关部位的结构形状和尺寸；b) 本工序所选用的定位基准、夹紧部位及夹紧方向；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。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、电气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文件。加工示意图应表达和标注的内容有：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（直径和长度）；接杆（包括镗杆）、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置等结构；刀具、导向套间的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式及配合尺寸等。2.2.2.1 刀具的选择选择刀具应考虑工件材质、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求。只要条件允许，应尽量选用标准刀具。孔加工刀具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面3050mm，以利于排屑和刀具磨损后有一定的向前调整量。再加上加工的大小端面的孔直径都小于40，所以应选择麻花钻。2.2.2.2选择接杆、弹簧卡头在钻、扩、铰孔及倒角等加工小孔时，通常都采用接杆（也称刚性接杆）。因为多轴箱各主轴的外伸长度和刀具长度均为定值，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，以满足同时加工完成孔的要求。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1表8-1、8-2选取。2.2.2.3 导向机构的选择在组合机床加工孔时，除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔的位置精度主要靠刀具的导向装置来保证的。因此，正确地选择导向机构、确定导向的类型、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需要解决的问题。组合机床上刀具导向装置通常分为：固定式导向和旋转式导向两大类，根据导向的线速度（v20m/min）、加工精度及刀具的具体工作条件，本机床采用固定式导向（钻套导向）。导向参数包括导套直径、导套长度及导向套到工件端面距离等，导向套端面至工件端面距离是为了排屑方便，一般取11.5d。查1表8-4“通用导套的尺寸规格”：对加工8.6和8孔，选择的导套尺寸为：D=15mm，L=36mm，=8mm，D1=22mm，D2=26mm，=3mm，e=18.5mm，配用螺钉M6。对加工27.8孔，选择的导套尺寸为：D=48mm，L=30mm，=12mm，D1=62mm，D2=67mm，=5mm，e=42mm，配用螺钉M10。对加工12.3孔，选择的导套尺寸为：D=22mm，L=36mm，=10mm，D1=30mm，D2=34mm，=4mm，e=24mm，配用螺钉M8。2.2.2.4选择切削用量 切削用量的选择必须从实际出发，根据加工精度，工件条件，技术要求等进行分析，按照经济的原则满足加工要求，合理地选择切削用量. 对于28个被加工孔，采用查表法选择切削用量，按1表6-11中选取。A.对右侧面上9个孔的切削用量的选择a.孔14，69 盲孔， 88.6， 深l=24mm 由d1222，硬度大于190250HBS，选择v=1018m/min,f0.10.18mm/r,又d=8.6mm,取定v=15m/min,f=0.15mm/r,根据公式 (2-1)得 n=100015/8.6=555r/min b.孔5 通孔， 8， l=24mm 由d612，硬度大于190250HBS，选择v=1018m/min,f0.10.18mm/r,又d=8mm,取定v=15m/min,f=0.14mm/r 则n=100011.8/6.7=597r/minB. 对后面上9个孔的切削用量的选择a.孔1017 盲孔， 88.6， l=24mm 由d612，硬度大于190250HBS，选择v=1018m/min,f0.10.18mm/r,又d=8.6mm,取定v=15m/min,f=0.14 mm/r 则n=100015/8.6=555r/minb.孔18 盲孔，12.3 l=24mm由d1222,硬度大于190250HBS，选择v=1018m/min,f0.180.25mm/r,又d=12.3mm,取定v=15m/min,f=0.2mm/r 则n=100015/12.3=388r/minC.对左侧面上10个孔的切削用量的选择a.孔1926 盲孔， 108.6， l=24mm 由d612，硬度大于190250HBS，选择v=1018m/min,f0.10.18mm/r,又d=8.6mm,取定v=15m/min,f=0.12mm/r 则n=100015/8.6=555r/minb.孔27 通孔，8 由d612，硬度大于190250HBS，选择v=1018m/min,f0.10.18mm/r,又d=8mm,取定v=15m/min,f=0.112mm/r 则n=100015/8=595r/minc.孔28 通孔，27.8 由d2250，硬度大于190250HBS，选择v=1018m/min,f0.250.4mm/r,又d=27.8mm,取定v=15m/min,f=0.387mm/r 则n=100015/27.8=172r/min（孔的编号见被加工零件工序图） 根据刀具耐用度公式 （2-2）验算各刀具使用寿命均大于4小时。 2.2.2.5 计算切削力、切削扭矩及切削功率根据文献1134页表6-20中公式 (2-3) (2-4) (2-5)式中，F表示切削力（N），T表示切削转矩（N），P表示切削功率（Kw），v表示切削速度（m/min）,f表示进给量（mm/r）,D表示加工（或钻头）直径（mm） HB表示布氏硬度，硬度HB为19025，取HB=230。由以上公式可得：A. 右面 单根轴 轴14,69轴 =1280.5N T=3415.5Nmm P=0.19479Kw 5轴 =1127.2N T=2817.2Nmm P=0.17272KwB后面 单根轴 轴1017轴 =1211.7N T=3232.1Nmm P=0.1843Kw 18轴 =2305.4N T=8485.6Nmm P=0.3384KwC左面 单根轴轴1926轴 =1071.16N T=2857.1Nmm P=0.16294Kw27轴 =942.92N T=2356.6Nmm P=0.14448Kw28轴 =8835.3N T=67747.1Nmm P=1.19522Kw (轴编号与孔编号相对应)总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和右面 Pw=80.19479+0.17272=1.731Kw 左面 Pw=80.16294+0.14448+1.19522 =2.643Kw后面 Pw=80.1843+0.3384=1.813Kw实际切削功率 根据文献147页， （2-6）式中, 表示消耗于各主轴的切削功率的总和（Kw）； 表示多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取0.80.9，加工有色金属时取0.70.8；主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。本课题中，被加工零件材料为灰铸铁，属黑色金属，又主轴数量较多、传动复杂，故取。则 2.2.2.6确定主轴直径及外伸尺寸在该课题中，主轴用于钻孔，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。故本课题中的主轴均为滚珠轴承长主轴。根据切削转矩T，按243页表3-4 公式初定主轴直径： (2-7)式中，d表示轴的直径（）；T表示轴所传递的转矩（Nm）； B表示系数，本课题中主轴为非刚性主轴，取B=6.2。由公式可得：轴14及轴69 d =14.988mm轴5 d =14.284mm轴10轴17 d =14.783mm轴18 d =18.818mm轴19轴26 d =14.334mm轴27 d =13.660mm轴28 d =31.6mm考虑到安装过程中轴的互换性等因素，5轴、23轴、24轴、25轴,26轴轴径取为15；28轴轴径取为35；其余主轴轴径均取为20。根据主轴类型及初定的主轴轴径，由文献144页表3-6可得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号。主轴轴径d=15时，主轴外伸尺寸为：D/d1=25/16,L=85；接杆莫氏圆锥号为。主轴轴径d=20时，主轴外伸尺寸为：D/d1=32/20,L=115；接杆莫氏圆锥号为。主轴轴径d=35时，主轴外伸尺寸为：D/d1=50/36,L=115；接杆莫氏圆锥号为2。2.2.2.7动力部件工作循环及行程的确定a) 工作进给长度确定工作进给长度，应等于加工部位长度L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度L1和切出长度L2之和。切入长度一般为510mm，根据端面的误差情况确定，钻孔时切出长度按式2-6计算，计算结果见表2-1：+（38） （注：d为钻头直径） （2-8）表2-1 工作进给长度LL1dL2左主轴箱241027.81650右主轴箱2468.61040后主轴箱24612.3030b) 快速进给长度的确定快速进给是动力头把刀具送到工作进给的位置，其长度按具体工作情况确定，在左动力头工作循环中，快速进给行程为180，在右动力头工作循环中，快速进给行程为190，在后动力头工作循环中，快速进给行程为200。c) 快速退回长度的确定快速退回长度一般等于快速进给和工作进给长度之和，对于本机床快速退回行程长度，能使刀具退回导向套内，不影响工件的装卸即可。左动力头：=180+50=230（mm）右动力头：=190+40=230（mm）后动力头：=200+30=230（mm）d) 动力部件总行程的确定动力部件的总行程，除能保证实现上述工作循环外，还要考虑装卸和调整刀具的方便性，即要考虑前、后备量。前备量是由于刀具的磨损或为了补偿安装制造的误差，动力部件要向前调节的距离，此距离不小于1520mm，后备量是考虑刀具从主轴孔和夹具导套孔取出所需的距离，保证刀具退离导套外端的距离大于刀杆插入主轴孔内的长度。对于本机床的左、右、后动力部件循环中：前备量均选40，后备量均选100。2.2.3机床尺寸联系总图2.2.3.1动力箱型号的选择由此前算得的 查1表5-38得出动力箱及电动机型见表2-2所示：由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和查参考文献2表5-38得出动力箱及电动机的型号如表2-2表2-2动力箱及电动机的选择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)右主轴箱1TD32Y112M-42.2940470左主轴箱1TD32Y112S-64.01440720后主轴箱1TD32Y112S-42.29404702.2.3.2动力滑台的选择机械滑台，进给量实行无级调速，安全可靠，转换精度高。虽然液压驱动，零件损失小，使用寿命长，但是调速维修比较麻烦。所以选择了机械滑台。根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，由查得的公式： （2-9）式中，各主轴所需的轴向切削力，单位为N。则 左主轴箱：F=1071.168+942.92+8835.3=18347.5（N） 右主轴箱：F=1280.58+1127.2=11371.2（N）后主轴箱：F=1211.78+2305.4=11999（N）为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于。又考虑到所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的稳定性，再由参考文献1表5-2，左右两面的液压滑台均选用1HJ32M-I型，再由1表5-5、5-7知：台面宽320mm，台面长630mm,行程长400mm，滑台及滑座总高280mm,滑座长1070mm，允许最大进给力25000N，快速行程速度7.8m/min，工进速度19.4530.8mm/min。2.2.3.3配套通用部件的选择查1表5-6，根据所选的机械滑台查表选择的滑台侧底座的型号为1CC321M，其高度H=560，宽度B=520，长度L=1180。2.2.3.4机床装料高度的确定装料高度是指机床上工件的定位基准面至地面的垂直距离。本课题中，最低孔位置h2 =mm，主轴箱最低主轴高度h1=120mm，所选滑台和滑座总高h3=280mm，侧底座高度h4=560mm，夹具底座高度h5=380mm，中间底座高度h6=560mm，综合以上因素，该组合机床装料高度取H=1000mm。2.2.3.5主轴箱轮廓尺寸的确定主要需确定的尺寸是主轴箱宽度B和高度H及最低主轴高度h1，主轴箱宽度B和高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按查得的公式计算：B=b+2b1 （2-10）H=h+h1+b1 （2-11）式中：b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（mm）； b1最边缘主轴中心距箱外壁的距离（mm）； h工件在高度方向相距最远的两孔距离（mm）； h1最低主轴高度（mm）。其中，h1还与工件最底孔位置（h2=26mm），机床装料高度（H=959.5mm）、滑台滑座总高（h3=280mm）、侧底座高度（h4=560mm）、滑座与侧底座之间的调整垫片高度（h7=5mm）等尺寸有关。对于卧式组合机床，要保证润滑油不致从主轴衬套处泄露到箱外，通常推荐h185140mm，本组合机床按式：h1= h2+H-（0.5+ h3+ h4）- =26+959.5-（0.5+280+560-5）=140（mm）则求出左主轴箱轮廓尺寸为：推荐b170100mm，取b1=90mm，B= b+2b1=130+290=360（mm），H= h+h1+b1=260+140+90=490（mm）所以BH=500500。右主轴箱轮廓尺寸为：推荐b170100mm，取b1=90mm，B= b+2b1=95.5+290=275.5（mm），H= h+h1+b1=200+149+90=439（mm）所以BH=500500。由1表7-2可知：前盖55mm，后盖90mm，中间箱体宽180mm。2.2.4机床生产率计算卡已知： 工作行程为230 进刀量为7800/min 快进快退时间0.05min 加工时间0.75min 装料时间1.5min 得：单件工时2.3min/件A.理想生产率Q（件/h）理想生产率是指完成年生产纲领（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。根据参考文献251页得公式 (2-12)式中， N表示年生产纲领（件），本课题中N=50000件； 表示全年工时总数，本课题以单班7小时计，则。则 B.实际生产率（件/h）实际生产率是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。即 (2-13)式中，表示生产一个零件所需时间（min）。则 C.机床负荷率机床负荷率为理性乡生产率与实际生产率之比。 (2-14)则 机床负荷率满足要求。3 组合机床左主箱设计主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各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、铰、镗孔等加工工序。本人的设计任务是JM304B变速箱箱体三面钻组合机床后主轴箱部分的设计。由总体设计部分可知，需设计的主轴箱轮廓尺寸为500500，属于大型通用主轴箱，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。大型通用主轴箱由通用零件如箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构等组成。标准通用卧式钻孔类主轴箱的厚度是一定的，为325mm。本课题中主轴箱由箱体、前盖和后盖三个部分组成。箱体材料为HT200，前、后盖等材料为HT150；箱体的标准厚度为180mm，前盖厚度为55mm，后盖厚度为90mm。主轴的类型为滚珠轴承及滚针长主轴，主轴材料采用40Cr钢，热处理C42（淬火回火后至HRC4045）。通用传动轴一般用45钢，调质T235；滚针轴承传动轴用45钢，热处理调质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24mm宽的齿轮；箱体后壁与后盖之间安排一排24mm宽的齿轮。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。3.1绘制主轴箱原始依据图主轴箱原始依据图是根据“三图一卡”绘制的。图3-1所示为三面卧式钻孔组合机床后主轴箱设计原始依据图。图中双点划线表示被加工零件轮廓，实线表示主轴箱轮廓。 图3-1 主轴箱设计原始依据图A.被加工零件编号及名称：JM304B变速箱箱体。材料及硬度：HT250 190250HBS。B.主轴外伸尺寸及切削用量，如表3-1表3-1主轴外伸尺寸及切削用量轴 号主轴外伸尺寸（）切 削 用 量D/dL工序内容n(r/min)v(m/min)f(mm/r)19-22,2632/20115钻8.6555150.1223,24,2525/1685钻8.6555150.122850/36115钻27.8172150.3872725/1685钻8595150.112C.动力部件1TD32，1HJ32M，P=4.0Kw,n=1440r/min。3.2主轴结构型式的选择和动力计算3.2.1 主轴结构型式的选择主轴结构的选择包括轴承型式的选择和轴头结构的选择。轴承型式是主轴部件结构的主要特征，本课题中主轴进行钻削加工，轴向切削力较大，用推力球轴承承受轴向力，用深沟球轴承承受径向力。又因钻削时轴向力是单向的，因此推力球轴承应安排在主轴前端。在设计时由于轴23,24,25，27相离太近故采用滚针轴承.该课题中主轴采用的是滚珠轴承长主轴。长主轴其轴头内孔较长，可增大与刀具尾部连接的接触面，因而增强刀具与主轴的连接刚度，减少刀具前端下垂。钻孔时常采用标准导套导向。轴头用圆柱孔与刀具连接，用单键传扭矩，固定螺钉作轴向定位。3.2.2 主轴直径和齿轮模数的确定主轴直径已在总体设计部分初步确定，10根主轴除23,24,25号轴的轴径为15，28号轴轴径为35mm外,其余轴径均为20。齿轮模数（单位为）一般用类比法确定，也可按参考文献3 62页公式估算，即 (3-1) 式中，P表示齿轮所传递的功率，单位为Kw；z表示一对啮合齿轮中的小齿轮齿数；n表示小齿轮的转速，单位为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、3两种。3.3 主轴箱传动系统的设计与计算多轴箱传动设计，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 根据原始依据图计算坐标尺寸根据原始依据图3-2，计算驱动轴、主轴的坐标尺寸，如表3-1所示：表3-2 驱动轴、主轴坐标值坐 标销O1驱动轴0主 轴 19主 轴 20主 轴 21主 轴22X0000225000206000273000305000176000Y000098500103500103500160.000153000坐 标主 轴 23主 轴24主 轴 25主 轴 26主 轴 27主 轴 28X182000263000263000182000225000229.500Y242000242500323500323500214000359.0003.3.2 拟订主轴箱传动路线该主轴箱有10根主轴，将这10根主轴划分为8组：19、24，22、26，25、29，27、28，分别由传动轴31、34、36和37传动，此外，轴20由 轴32传动，轴21由轴33传动，轴23由轴35传动，轴30由轴40传动。传动轴31由驱动轴0传动，轴34由轴41传动，轴36由轴37传动，油泵轴44由传动轴43传动。具体传动路线见图3-2。图3-2 传动树形图3.3.3 确定传动轴位置及齿轮齿数传动方案拟定之后，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。A.由各主轴几驱动轴转速求驱动轴到各主轴之间的传动比 驱动轴 各主轴总传动比 (表示驱动轴0到主轴29齿轮上的传动比以下同理)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。B.各轴传动比分配该主轴箱中19、22，24，23、27,25、26可分别看作直线分布，传动轴29,32,33,34分别在它们轴心连线的中垂线上,其它轴为任意分布。为满足主轴上齿轮不过大的要求，最后一级齿轮升速。a.19、22轴 ； 。 b.20轴； 。 c.21轴； 。d.24轴； ； ； ； 。e.23、27轴； ； 。f.25、26轴 ； ； ；h.28轴。 ； ； ； ； 。 C.确定中间传动轴的位置并配各对齿轮根据参考文献96465页得到传动轴转速的计算公式： (3-2) (3-3) (3-4) (3-5) (3-6) (3-7)式中， 表示啮合齿轮副传动比； 表示啮合齿轮副齿数和；表示分别为主动和从动齿轮齿数； 表示分别为主动和从动齿轮转速，单位为r/min； 表示齿轮啮合中心距，单位为； 表示齿轮模数，单位为。a.确定中间传动轴29的位置，29轴与主轴19、22及驱动轴0连接,且29轴在轴19,22的中垂线上.轴29到0轴的中心距为70.5,轴19,22到轴29的中心距为52。由 m取3，由 ，得 , （放置在第排）同理 得 （放置在第排）b.确定轴40的位置 轴40在轴22跟油泵轴41的中垂线上, 轴40跟轴22的中心距为66, 轴41跟轴40的中心距为60。m取2，由,得（放置在第排）同理得（放置在第排）c.确定轴30的位置轴30在轴20跟驱动轴0的中垂线上, 驱动轴0跟轴32的中心距为63, 轴32跟轴20的中心距为47。m取3，由,得,（放置在第排）同理得（放置在第排）d.确定轴31的位置.轴31在轴20跟轴21的中垂线上, 轴20跟轴31的中心距为52, 轴31跟轴21的中心距为52。m取2，由, 得 （放置在第排）同理得 （放置在第排）e.确定轴38的位置.轴39为任意传动轴 所以 （放置在第排）轴32与轴24中心距为44, 。m取2，由,得 （放置在第排） ；（放置在第排）轴38在32和39的中垂线上,中心距为52, m取2,由, 得 （放置在第排）f.确定轴33的位置. 轴34在轴25跟轴26的中垂线上,中心距为48。m取2，由,得； （放置在第排）在34、23、24轴中用几何作图法粗略找出圆心，即33轴的位置。23、27到轴33中心距的距离为38，根据 求出齿数。R1=38 取m=2 代入公式得 （放置在第排） （放置在第排）轴24跟轴33的中心距为44, 由，得； （放置在第排）轴34跟轴33的中心距为48, 由，得 ； （放置在第排）g.g.确定轴35的位置. ,轴25跟轴35的中心距为52。m取2，由,得（放置在第排）h.确定轴36的位置. ,轴36跟轴35的中心距为52。m取2，由,得；（放置在第排）i.确定轴37的位置. , 。轴37跟轴36的中心距为52,轴37跟轴28的中心距为58。m取2，由,得 （放置在第排）同理得；（放置在第排）D.验算各主轴转速 转速相对损失在5%以内，符合设计要求。E.用中间传动轴29兼作调整手柄轴轴29转速较高，操作时省力，位置适当，可满足要求。F.采用ZIR12-2型叶片液压泵，由中间传动轴经一对齿轮传动在400800r/min范围内，满足要求。3.4 零部件的设计绘制3.4.1绘制主轴箱的装配图及零件图根据前面的计算，由参考文献1141145页图7-4图7-5通用组件装配结构及表7-5、7-7轴组件配套零件表，表7-67-8主轴组件联系尺寸，根据参考文献1147页表7-11多轴箱主轴端部尺寸，参考文献1149页图7-7滚锥轴承传动轴组件装配结构，参考文献1150页表7-13滚锥轴承传动轴组件配套零件表以及参考文献1150页表7-14滚锥轴承传动轴组件联系尺寸绘制主轴箱装配图及零件图。3.4.2 主轴箱坐标计算、绘制干涉检查图坐标计算就是根据已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。其目的是为主轴箱箱体零件补充加工图提供孔的坐标尺寸，并用于绘制干涉检查图来检查齿轮排列、结构布置是否正确合理。3.4.3计算传动轴的坐标计算传动轴坐标时，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。根据传动轴的传动形式，传动轴的坐标计算可分为三种类型：与一轴定距的坐标计算；与两轴定距的坐标计算；与三轴等距的坐标计算。在本主轴箱10根传动轴（轴29轴40）与1根油泵轴（轴41）中，传动轴40、油泵轴41可按与一轴定距的坐标计算方法计算，传动轴29、传动轴31、传动轴34、传动轴35、传动轴36、传动轴38、传动轴39可按与二轴定距的坐标计算方法计算，传动轴33可按与三轴等距的坐标计算方法计算。由于与二轴定距的传动轴坐标计算方法运用较多，下面简单介绍其计算方法：计算公式如下：（如图3-3）根据参考文献970页设 图3-3 主轴和传动轴坐标关系则因为所以还原到X0Y坐标系中去，则c点坐标：式中a(X,Y)和b(X,Y)表示已知轴坐标,c(I,J)为所需计算传动轴坐标,C表示角度。根据文献9 7074页三种计算传动轴坐标的方法，计算得到中间传动轴与油泵轴的坐标如表3-3所示。表