JM304B变速箱箱体钻孔组合机床总体及右主轴箱设计

1 目目 录录 1 前 言 2 2 组合机床总体设计 .4 2.1 总体方案论证 .4 2.1.1 被加工零件的特点 .4 2.1.2 工艺路线的确立 .4 2.2 组合机床总体方案论证 .5 2.3 定位基准选择 .5 3 设计计算 .6 3.1 刀具的选择 .6 3.2 切削用量选择 .6 3.3 计算切削力、切削扭矩、切削功率 .9 3.4 确定主轴加工尺寸和外伸尺寸 13 3.5 选择接杆 13 3.6 导向结构选择 14 3.7 主轴箱轮廓尺寸的确定 14 3.8 组合机床总体设计-三图一卡 .15 3.8.1 被加工零件工序图 15 3.8.2 加工示意图 15 3.8.3 机床尺寸联系图 15 3.8.4 机床生产率计算卡 16 4组合机床总体设计 .18 4.1 右主轴箱设计原始依据图 18 4.2 主轴、齿轮的确定及动力计算 19 4.2.1 主轴结构形式的选择 19 4.2.2 直径、齿轮模数的确定 19 4.2.3 主轴箱的动力计算 19 4.3 主轴传动系统的设计和计算 20 4.3.1 驱动轴、主轴的坐标计算 20 4.3.2 确定传动轴位置和齿轮齿数 20 4.4 右主轴箱坐标计算、绘制坐标检查图 24 4.4.1 选择加工基准轴坐标、计算主轴、驱动轴坐标 24 4.4.2 绘制坐标检查图 24 4.5 强度校核.25 4.6 传动轴直径的确定和轴的强度校核 28 5 主轴箱及其附件的选择和设计 32 6 结论 33 参考文献 34 致 谢 35 附 录 36 JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 2 1 前言 组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形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、 切削头、动力滑台；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1。 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。 组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组 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 。这种机床既 具有专用机床的结构简单、生产率和自动化程度较高的特点，又 具有一定重新调整能力，以适应工件变化的需要，组合机床可以对工件进行多 面、多主轴加工，一般是半自动的。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2。 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备3。 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 3 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。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的 形状却益复杂。多轴化控 制的机床装备适合加工形状复杂的工件。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，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5。 本次毕业设计的课题是 JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床总体及右主轴箱设 计。根据拖拉机变速箱体孔的位置、加工精度等主要的设计原始数据，设计出 技术上先进，经济上合理和工作上可靠的组合机床。 课题来源于江淮动力机厂，为了扩大生产规模，提高效率，并进一步提高 加工精度，该厂需要设计出对拖拉机变速箱体钻孔的组合机床来弥补原有机床 的不足。本设计的基本思路是，首先对拖拉机变速箱体结构进行工艺性分析,确 定整体的设计方案，提出一种可行性比较高的设计方案；再进行组合机床方案 图样文件设计：被加工零件加工工序图，加工示意图，机床联系尺寸图以及生 产率计算卡。 JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 4 2 组合机床总体设计组合机床总体设计 组合机床的总体设计要注重工件加工时的工艺分析，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，提出多个方案。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 2-1 和立式图 2-2 两种。 图 2-1 卧式组合机床结构 图 2-2 立式组合机床结构 2.1 总体方案论证 2.1.12.1.1 被加工零件的特点被加工零件的特点 本次设计的组合机床的被加工对象是 JM304B 拖拉机变速箱体，材料是 HT250,硬度是 HB190 到 250，属于箱体零件，结构相对比较复杂。 2.1.22.1.2 工艺路线的确立工艺路线的确立 根据先粗加工后精加工、先基准面后其它表面、先主要表面后次要表面的 机械加工工序安排的设计原则，对JM304B拖拉机变速箱体的工艺路线作如下设 计： 工序 1:粗铣底面； 5 工序 2:粗铣左、右端面； 工序 3:粗铣前、后端面； 工序 4:半精铣底面； 工序 5:半精铣左、右端面； 工序 6:半精铣前、后端面； 工序 7:粗镗孔； 工序 8:精镗孔； 工序 9:钻左、右、后三面的孔； 工序 10:最终检验。 本道工序为第10道工序,主要攻左、右、后三面共30个螺纹底孔，由本设备 “JM304B变速箱体钻孔组合机床”完成，因此，本设备的主要功能是完成拖拉 机变速箱体左、右、后三个面上共30个孔的加工。具体加工内容及加工精度如 下： 具体加工内容是：左侧面 12 个孔，盲孔 6M10，盲孔 4M10，盲孔 8；钻右侧面上 9 个孔，盲孔 8M10，通孔 8；钻后面上 9 个孔，盲孔 8M10，通孔 8。 2.2 组合机床总体方案论证 根据任务书的要求：设计的组合机床要满足加工要求、保证加工精度；尽 可能用通用件、以降低成本；各动力部件用电气控制、液压驱动。因此根据任 务书要求和汽缸体的特点初定两种设计方案： 卧式组合机床 特点：卧式组合机床重心低、振动小运作平稳、加工精度 高、占地面积大。 立式组合机床 特点：立式组合机床重心高、振动大、加工精度低、占地 面积小。 方案比较：根据被加工工件和两种组合机床的特点比较可知：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 虑到卧式振动小，装夹方便等因素，选用卧式组合机床。 组合机床配置型式及结构方案确定： 机床配置成单工位卧式钻削组合机床，采用固定式夹具。加工时，工件装 在夹具中固定不动，由水平布置在工件两侧和后侧的钻头实现主运动和进给运 动，以完成对工件钻孔加工。 2.3 定位基准的选择定位基准的选择 组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的。选择正确的定位基准，是确保加工 精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的集中工序。一般常采用一面两孔定位和三 面定位。本机床在加工时采用的定位方式是三面定位，以底面为定位基准面，限制三个自 由度；在左面用两个圆柱定位销，限制两个自由度；后面再用一个圆柱销限制剩下的一个 自由度. JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 6 3 3 设计计算设计计算 3.1 刀具的选择 根据工艺的要求及加工精度不同，组合机床采用的刀具一般有简单刀具 （标准刀具） 、复合刀具及特种刀具。 选择刀具的原则： a）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。 b）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。 c）选择刀具结构时，还须认真分析被加工零件材料特点。 根据工艺要求及加工精度的要求加工29个孔的刀具均采用标准直柄麻花钻。 刀具材料为高速钢，标准号：GB/T 1438-1985。 3.2 切削用量的选择 本设计是加工左、右、后三个面上的孔，其中左面孔钻 6 个 M10 的螺纹底 孔，各孔位置度公差为 0.15mm；钻 4 个 M10 的螺纹底孔，各孔位置度公差 为 0.15mm；钻 1 个 M30 的螺纹底孔，直径为 8mm 的孔；右面孔钻 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；后面孔钻 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。 根据文献15134 页表 6-20 可得出切削转矩 T 为： 6 . 09 . 1 10HBDT (3-1) 式中，加工螺纹大径；D 工件的螺距。 组合机床多轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。工 作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量。 这个每分钟进给量（毫米/分）应是适合于所有刀具的平均值。因此，同一主轴 箱上的刀具主轴可设计成不同转速和选择不同的每转进给量（毫米/转）与其相 适应，以满足不同直径工件的加工需要，文献1553 页，即 (3-2) fii vfnfnfn 2211 式中：,各主轴转速（n/min） ； 1 n 2 n i n ,各主轴进给量（mm/n） ； 1 f 2 f i f 7 动力滑台每分钟进给量（mm/min） 。 f v 在选择了转速后就可以根据公式 (3-3) d v n 1000 选择合理的切削速度。 查文献15第 130 页表 6-11 表 3-1 高速钢钻头切削用量 加工材料加工直径 （mm） 1 d 切削速度 (m/min)v 进给量 (mm/r)f 200241HBS 160.050.1 612 1018 0.10.18 12220.180.25 铸铁 2250 1018 0.250.4 A.左侧面钻孔 a) 钻 6 个 8.6 孔 选择，进给量选择,由公式（3-2）得 min 15mv r mm f12 . 0 ，由公式（3-3）得转速: min 6 .66 mm vf min 555 12 . 0 6 . 66 r f v n f b) 钻 4 个 8 孔 选择，进给量选择,由公式（3-2）得 min 15mv r mm f12 . 0 ，由公式（3-3）得转速： min 6 .66 mm vf min 555 12 . 0 6 . 66 r f v n f JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 8 c) 钻 1 个 27.8 孔 选择，进给量选择,由公式（3-2）得 min 15mv r mm f37 . 0 ，由公式（3-3）得转速： min 6 .66 mm vf min 182 37 . 0 6 . 66 r f v n f B.右侧面钻孔 a) 钻 8 个 8.6 孔 选择，进给量选择,由公式（3-2）得 min 15mv r mm f15 . 0 ，由公式（3-3）得转速： min 25.83 mm vf min 555 15 . 0 25.83 r f v n f b) 钻 1 个 8 孔 选择，进给量选择,由公式（3-2）得 min 15mv r mm f14 . 0 ，由公式（3-3）得转速： min 25.83 mm vf min 597 14 . 0 25.83 r f v n f C.左侧面钻孔 a) 钻 8 个 8.6 孔 选择，进给量选择,由公式（3-2）得 min 15mv r mm f14 . 0 ，由公式（3-3）得转速： min 7 .77 mm vf min 555 14 . 0 7 . 77 r f v n f b) 钻 1 个 12.3 孔 选择，进给量选择,由公式（3-2）得 min 15mv r mm f20 . 0 ，由公式（3-3）得转速： min 7 .77 mm vf min 388 20 . 0 7 . 77 r f v n f 9 3.3 计算切削力、切削扭矩、切削功率 根据已选定的切削用量（主要指切削速度v及进给量f） ，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，用以确定主轴及其他传动件 （齿轮、传动轴）的尺寸；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。 根据文献15 134页的公式 （3- 6 . 08 . 0 26HBfDF 4） （3- 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDM 5） （3- D vM N 9740 6） 式中：切削轴向力(N)；F 钻头直径(mm)；D 每转进给量(mm/r)；f 切削扭矩；M)(mmN 切削功率；N)(kW 切削速度(m/min)，通常根据钻孔深度 L 考虑修正系数， =v v kv ； v kv 公称 零件的布氏硬度值。通常给出一个范围，如HB180220。HB 对于公式(3-4)、(3-5)、(3-6)取最大值，对公式（3-7）取最大硬度值减去偏 差值的三分之一。 A左侧面 a) 8.6 孔 L/D=20/8.6=2.32 查文献17得9 . 0 v k =10.6760.9=9.6084m/minv v kv 公称 =241,公式（1-6）中=227.33HBHB)200241( 3 1 241 由公式（1-3）得： 6 . 08 . 0 26HBfDP 6 . 08 . 0 241168 . 0 6 . 826 N88.1441 JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 10 由公式（1-4）得： 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDM 6 . 08 . 09 . 1 241168 . 0 6 . 810 mmN 06.3846 由公式（1-5）得： D vM N 9740 6 . 814 . 3 9740 676.1006.3846 kW156 . 0 b)8 孔 L/D=20/8=2.5 查文献15得=1 v k =13.3451=13.345m/minv v kv 公称 由公式（1-3）得： 6 . 08 . 0 26HBfDP 6 . 08 . 0 241168 . 0 826 N29.1341 由公式（1-4）得： 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDM 6 . 08 . 09 . 1 241168 . 0 810 mmN 09.3352 由公式（1-5）得： D vM N 9740 814.39740 345.1309.3352 kW183. 0 B.右侧面 a)8.6 孔 L/D=20/8.6=2.32 查文献15得9 . 0 v k =10.6760.9=9.6084m/minv v kv 公称 =241,公式（1-6）中=227.33HBHB)200241( 3 1 241 由公式（1-3）得： 6 . 08 . 0 26HBfDP 11 6 . 08 . 0 241168 . 0 6 . 826 N88.1441 由公式（1-4）得： 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDM 6 . 08 . 09 . 1 241168 . 0 6 . 810 mmN 06.3846 由公式（1-5）得： D vM N 9740 6.814.39740 676.1006.3846 kW156 . 0 b)8 孔 L/D=20/8.6=2. 32 查文献15得=0.9 v k =13.3450.9=12.01m/minv v kv 公称 由公式（1-3）得： 6 . 08 . 0 26HBfDP 6 . 08 . 0 241168 . 0 826 N29.1341 由公式（1-4）得： 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDM 6 . 08 . 09 . 1 241168 . 0 810 mmN 09.3352 由公式（1-5）得： D vM N 9740 814.39740 345.1309.3352 kW183. 0 C.后面 a)8.6 孔 L/D=22/8.6=2.56 查文献15得=1 v k =22.6081=22.608m/minv v kv 公称 JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 12 =241,公式（1-6）中=227.33HBHB)200241( 3 1 241 由公式（1-3）得： 6 . 08 . 0 26HBfDP 6 . 08 . 0 24124 . 0 6 . 826 N26.1918 由公式（1-4）得： 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDM 8 . 08 . 09 . 1 24124 . 0 6 . 810 mmN 20.5128 由公式（1-5）得： D vM N 9740 6.814.39740 188.1320.5128 kW257 . 0 b)12.3 孔 L/D=25/12.3=2.03 得=1 v k =26.3761=26.376m/minv v kv 公称 由公式（1-3）得： 6 . 08 . 0 26HBfDP 6 . 08 . 0 24124. 0 3 . 1226 N20.2743 由公式（1-4）得： 6 . 08 . 09 . 1 10HBfDM 8 . 08 . 09 . 1 24124 . 0 3 . 1210 mmN 99.7590 由公式（1-5）得： D vM N 9740 3.1214.39740 386.1599.7590 kW31 . 0 总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和 左面 kW668 . 1 4183 . 0 6156 . 0 46 86 . 8 PPPw 右面 kW431 . 1 183 . 0 8156 . 0 18 86 . 8 PPPw 13 后面 kW366 . 2 131 . 0 8257 . 0 18 3 . 126 . 8 PPPw 3.4 确定主轴尺寸和外伸尺寸 查文献1543 页表 3-4 （3-8） 4 10TBd 式中：d轴的直径； T轴所传递的转矩（） ；mmN B系数（取） 。2 . 6B 轴 1-轴 8 d =14.9(mm) 4 102.6T427.3102.6 轴 9 d =14.3(mm) 4 102.6T 4 816.2102.6 轴 10-轴 17 d =14.6(mm) 4 102.6T 4 231.3102.6 轴 18 d =18.7(mm) 4 102.6T 4 301.8102.6 轴 19-轴 28 d =14.3(mm) 4 102.6T 4 8513.2102.6 轴29 d =13.8(mm) 4 102.6T 4 49.2102.6 轴 30 d =30.0(mm) 4 102.6T 4 497.69102.6 考虑到安装过程中轴的互换性、干涉等因素，除 1 轴、5 轴、6 轴、22 轴、 23 轴、25 轴、26 轴、29 轴由于靠离太近轴径取为 15（）,30 轴轴径取为 30（）外，其余 22 根主轴轴径均取为 20（） 。 根据主轴类型及初定的主轴轴径，由文献2中表(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=30（）时，主轴外伸尺寸为：D/d1=32/20,L=115（） ；接杆莫氏圆锥号为 2。 3.5 选择接杆 JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 14 在钻、扩、铰孔及倒角等加工小孔时，通常都采用接杆（刚性接杆） 。因为 主轴箱各主轴的外伸长度和刀具均为定值，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。 查文献15171 页表 8-2： 表 3-2 特长可调接杆尺寸 ddt莫氏锥号类型 1 DLl 20Tr2022A28215500110 25Tr2523A36215500110 表 3-3 夹紧螺母型式及尺寸 名义尺寸 1 d 1 dh 20Tr20231.612 25Tr25236.612 3.6 导向结构的选择 在组合机床加工孔，除用刚性主轴的方案外，其余尺寸和位置精度主要决 定于夹具的导向。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，也是加工示意图需要解决的问题。 导向机构的结构形式有两种：固定导向、旋转式导向，根据导向的线速度 （小于） 、加工精度及刀具的具体工作条件，本机床采用固定式导向 min 20m （钻套导向）查文献15175 页表 8-4： 表 3-4 通用导套的尺寸规格 dD 1 D 2 D 3 D 短 Ll 1 l 6.86-8121822M61283 8.58-10152226M61683 10.310-12182630M816104 12 14 12-15223034M820104 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。导向长度 一般取 12.5d, 所以导向长度。导向套端面至工件端面距离是为mml24 1 了排屑方便，一般取 11.5d，即。mml9 2 根据文献15177 页表 8-6 导向类别选择的第一类,工艺方法为钻,d 取,D7G 取/g6, /n6。7H7H 3.73.7 主轴箱轮廓尺寸的确定主轴箱轮廓尺寸的确定 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BH 1 h 宽度、高度的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按下式计算： BH 15 (3-5) 1 2bbB (3-6) 11 bhhH 式中：工件在宽度方向相距最远的两孔距离（） ； bmm 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（） ； 1 bmm 工件在高度方向相距最远的两孔距离（） ；hmm 最低主轴高度（） 。 1 hmm 其中，还与工件最低孔位置（） 、机床装料高度（ 1 h 2 31h mm1000H ） 、滑台滑座总高（） 、侧底座高度（） 、滑座与侧mm 3 320h mm 4 560h mm 底座之间的调整垫高度（）等尺寸有关。对于卧式组合机床，要保 7 5h mm 1 h 证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱。 本组合机床按式 （3-7）)5.0( 47321 hhhHhh 则求出主轴箱轮廓尺寸：h1=60（） ，b=395（）, h=156（）,取b1=100（） ，则求出主轴箱轮廓尺寸： B=b+2b1=180+2137=454（） H=h+h1+b1=220+60+100=380（） 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： 500 500BH 2 mm 3.8 组合机床总体设计组合机床总体设计三图一卡三图一卡 3.8.13.8.1 被加工零件工序图被加工零件工序图 被加工零件工序图表示所设计的组合机床上完成的工艺内容，包括加工部 位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及 被加工零件的材料、硬度和在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。 3.8.23.8.2 加工示意图加工示意图 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。零件 加工的工艺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、辅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。 3.8.33.8.3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图 A动力箱型号的选择 由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和，根据文献4第47页 切削 P 公式 JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 16 （3- 切削 多轴箱 P P 8） 式中, 消耗于各主轴的切削功率的总和(kW)； 切削 P 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。8 . 0 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 12第 114115页的表5-38、表5-39得出动力箱及电动机的型号如表2-1所示： 表2-1 动力箱及电动机的型号选择 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) 左主轴 箱 1TD32-Y112M-441440720 右主轴 箱 1TD32-Y112M-62.2940470 后主轴 箱 1TD32-Y112M-62.2940470 B动力滑台的选择 a)动力滑台形式的选择 在设计过程当中,可供选择的动力滑台为液压滑台和机械滑台。液压滑台具 有如下优点：在相当大的范围内进给量可以无级调速；可以获得较大的进给力； 由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长；而机械滑台的优点在于进给量稳定， 慢速无爬行，高速无振动，可以降低加工工件的表面粗糙度；具有较好的抗冲 击能力，断续铣削、钻头钻通孔将要出口时，不会因冲击而损坏刀具；运行安 全可靠，易发现故障，调整维修方便。故选择机械滑台。 本课题的加工对象是拖拉机变速箱体左、右、后三个面上的孔，位置精度 和尺寸精度要求较高，需求的进给量稳定，慢速无爬行，因此采用机械滑台。 b)滑台的型号的选择 根据动力箱的型号，选择适当的机械滑台，为保证工作的稳定性，由文献 2 第96页表5-5，左、右、后面的机械滑台均选用1HJ40M型。台面宽 400，台面长800，行程长630，滑台及滑座总高320，滑座1240mmmmmmmm 。mm 17 c）滑台侧底座的选择 根据所选的机械滑台查表选择的滑台左右侧底座的型号为 1CC321M，其高 度 H=560mm，宽度B=560mm，长度 L=1180mm，后滑台侧底座的型号为 1CC321M， 其高度=560，宽度=560，长度=1180。HmmBmmLmm 3.8.43.8.4 机床生产率计算卡机床生产率计算卡 已知：工作行程为 230 进刀量为 6000/min 机动时间加紧 0.5min 机动时间攻入攻退 0.4min 机动时间 0.5min 装料时间 0.5min 单件工时 2.3min/件 1.理想生产率Q 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。查文献14第 51 页公式 （2-9） k t N Q 式中， 年生产纲领（件） ，本课题中=50000 件；NN 全年工时总数，本课题以单班制计，则 t=2350 k t 则 Q=21.28 2.实际生产率 1 Q 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。即文献14 第 51 页 （2- 单 T Q 60 1 10） 式中，生产一个零件所需时间（min） 。 单 T 则 09.26 1 Q 3机床负荷率 机床负荷率为理想生产率与实际生产率之比。即文献14第 52 页 （2-11） 1 Q Q 则 =81% JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 18 具体情况参见图 JM304BCT01.3 4 4 组合机床组合机床右主轴箱右主轴箱设设计计 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。 本人的设计任务是右主轴箱的设计。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mmmm 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 多轴箱一般具有多根主轴同时对一列孔系进行加工。 4.1 右主轴箱设计原始依据图 主轴箱的设计原始依据图包括主轴箱设计的原始要求和已知条件。其主要 内容及注意事项如下： 1）根据机床联系尺寸图，绘制多轴箱外形图，并标注轮廓尺寸及动力箱驱动 轴的相对位置尺寸； 2）根据联系尺寸图和加工示意图，标注所有主轴位置尺寸及工件与主轴、主 轴与驱动轴的相关位置尺寸； 3）根据加工示意图标注各主轴转速及转向主轴逆时针转向； 4）标明动力件型号及其性能参数 。 19 表 4-1 主轴外伸尺寸及切削用量 主轴外伸尺寸（ ）mm 切 削 用 量 /D dL工序内容(n/minr ) (v/minm ) ()f/mm r 备注 530/2085钻 M10 孔 604.7150.14 1-4，6-1042/28115钻 M10 孔 544150.15 根据以上依据编制出的主轴箱设计原始依据图如图 4-1 所示。 4-1 主轴箱设计原始依据图 4.2 主轴、齿轮的确定及动力计算 4.2.14.2.1 主轴结构型式的选择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孔加工，轴向切削力较大，用推力 求轴承承受轴向力，用深沟球轴承承受径向力。 JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 20 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。 4.2.24.2.2 直径、齿轮模数的确定直径、齿轮模数的确定 主轴直径已在总体设计部分初步确定，1-4,6-10主轴的轴径均为20mm，5主 轴的轴径均为15mm。 齿轮模数（单位为）一般用类比法确定，主轴箱中的齿轮模数常用mmm 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。由于本主轴箱为攻丝主轴箱，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。 4.2.34.2.3 主轴箱的动力计算主轴箱的动力计算 因所有主轴均用于攻螺纹且被加工孔分布比较密集，主轴箱所需动力见机 床的总体设计，此处不在赘述。 4.34.3 主轴传动系统的设计和计算 4.3.14.3.1 驱动轴、主轴的坐标计算驱动轴、主轴的坐标计算 根据主轴箱设计原始依据图 4-1，计算驱动轴、主轴的坐标尺寸。 如表 4-2 所示： 表 4-2 驱动轴、主轴坐标值 坐标主轴 1主轴 2主轴 3主轴 4主轴 5主轴 6 X257.180161.720257.180161.720209.450298.460 Y124.000124.000222.096222.096239.230268.376 坐标主轴 7主轴 8主轴 9主轴 10 X256.440256.440198.460180.878 Y268.376326.332326.333172.342 4.3.24.3.2 确定传动轴位置和齿轮齿数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。 由于被加工零件分布非常密集，经过反复的作图，试凑发现 主轴的齿轮只能取比较小的直径，于是，拟取所有主轴的齿轮齿数为 19， 21 模数为 2（包括驱动轴） 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 主轴 12346789 555 /minnnnnnnnnr 5 597 /minnr 驱动轴 470 /min o nr 各主轴总传动比 10 20 30 40 60 70 80 9 555 1.18 470 o iiiiiiii 5 597 1.27 470 o i b.确定中间传动轴的位置并配各对齿轮 传动轴转速的计算公式： 主 从 从 主 n n z z u z S m zz m A 2 )( 2 从主 主 从 从 从 主 z z n u n n 从 主 主主从 z z nunn )1 ( 2 )1 ( 22 um Au n n m A z m A z 从 主 从主 u Au n n m A z m A z 1 2 )1 ( 22 主 从 主从 式中， 啮合齿轮副传动比；u 啮合齿轮副齿数和； z S 分别为主动和从动齿轮齿数； 从主、z z 分别为主动和从动齿轮转速，单位为r/min； 从主、n n 齿轮啮合中心距，单位为；Amm JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 22 齿轮模数，单位为。mmm a)确定中间传动轴21的位置，配21轴与驱动轴及轴1连接的、两对齿轮。 0 0 z z 1 1 z z 根据选定的传动比，已知Z0=22，求得Z0=19。 则轴21与驱动轴0的中心距 0 21 () 2 m zz a （放置在第排） 3(22 19) 61.5() 2 mm 根据传动比及两轴之间所需要的最小距离，选定，则可以由选定的 1 20z 传动比算出 1121 1 zzi 20 则 （放置在第排） 21 1 () 2 m zz a 2(2020) 40() 2 mm 用几何作图的方法作出轴21的位置。 b)确定中间传动轴11的位置，配11轴与主轴1连接的齿轮。 1 1 z z 确定11号轴在1号轴右上方55的直线上。根据传动比和Z1可算出 （放置在第排）20 1 Z 则 1 11 () 2 m zz a 2(2020) 40() 2 mm 用几何作图的方法作出轴11的位置。 c)确定中间传动轴15的位置，配15轴与轴11连接的齿轮。 11 11 z z 确定15号轴在11号轴右上方30的直线上。根据传动比以及两轴不发生干 涉的最小距离选定。因此可根据传动比算出。 （放置在第排） 11 22z 则 23 11 15 () 2 m zz a 2(2222) 44() 2 mm 用几何作图的方法作出轴15的位置。 d)确定中间传动轴16的位置，配16轴与传动轴15、主轴3连接的、两 15 15 z z 3 3 z z 对齿轮。 用同确定21号轴所用的相同方法，求得与中间传动轴16配对的15号轴和主 轴3上的两对齿轮齿数分别为、（放置在第排） ，、 15 22z 15 22z 3 22z 模数均为2。 （放置在第排） 3 22z e)确定中间传动轴17的位置，配17轴与传动轴16连接的一对齿轮。 16 16 z z 确定17号轴在16号轴右上方60的直线上。根据传动比以及两轴不发生干 涉的最小距离选定。因此可根据传动比算出、。 （放置在第排） 17 22z 17 22z f)确定中间传动轴18与传动轴17、主轴7之间的配对齿轮。 用同确定21号轴所用的相同方法，求得与中间传动轴18配对的17号轴和主 轴7上的两对齿轮齿数分别为、（设在第排） ，、 17 22z 17 22z 7 22z 模数均为2。 （放置在第排） 7 22z g)确定中间传动轴19、20的位置。并求出19轴分别与主轴7、8之间以及20 轴分别与主轴8、9之间的配对齿轮。 用确定21号轴所用的方法，求得与中间传动轴19配对的主轴7和8上的两对 齿轮齿数分别为、（放置在第排） 。求得与 7 22z 7 22z 8 22z 8 22z 中间传动轴20配对的主轴8和9上的两对齿轮齿数分别为、 8 22z 8 22z 、，模数均为2。 （放置在第排） 9 22z 9 22z h)确定中间传动轴10、12、13、14的位置。并求出10轴分别与驱动轴0和主轴2 之间、12轴分别与主轴2和4之间、13轴分别与主轴4和6之间以及14轴分别与主 轴4和5之间的配对齿轮。 用确定21号轴所用的方法，求得与中间传动轴10配对的驱动轴0和主轴2上 的两对齿轮齿数分别为、，模数为3（放置在第排） 、 0 19z 0 22z 2 26z （放置在第排） 。求得与中间传动轴12配对的主轴2和4上的两对齿轮 2 22z 齿数分别为、，模数均为2。 （放置在第排） 。 2 28z 2 28z 4 28z 4 28z 求得与中间传动轴13配对的主轴4和6上的两对齿轮齿数分别为、 4 22z （放置在第排） 、，模数均为2。 （放置在第排） 。求 4 22z 6 18z 6 18z 得与中间传动轴14配对的主轴4和5上的两对齿轮齿数分别为、 4 22z （放置在第排） 、，模数均为2。 （放置在第排） 。 4 22z 5 18z 5 18z C.验算各主轴转速 JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床总体及右主轴箱设计 24 1 2220 470544( /min) 1920 nr 2 2226 470544( /min) 1926 nr 3 2220222222 470544( /min) 1920222222 nr 4 2226262822 470544( /min) 1926262822 nr 5 222626282220 470604.7( /min) 192626282218 nr 6 22262628222218 470544( /min) 19262628222218 nr 7 22202222222222 470544( /min) 19202222222222 nr 8 222022222222222222 470544( /min) 192022222222222222 nr 9 2220222222222222222222 470544( /min) 1920222222222222222222 nr 轴5的转速相对损失为 5 597604.7 1.3% 597 其余各轴的转速相对损失为 555544 1.98% 555 转速相对损失在5%以内，符合设计要求。 D.用中间传动轴10兼作调整手柄轴 10 22 470544( /min) 19 nr 轴10转速较高，操作时省力，位置适当，可满足要求。 E.采用ZIR12-2型叶片液压泵，由中间传动轴经一对齿轮传动 22 22 50 40 z z 222020222250 470567( /min) 192020224424 nr 泵 在400800r/min范围内，满足要求。 泵 n 4.44.4 右主轴箱坐标计算、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