Y形支架双面钻机床总体设计及前主轴箱设计说明书.doc
Y形支架双面钻机床总体设计及前主轴箱设计【三图一卡】【10张图纸-3A0】【优秀】
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支架
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设计
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三图一卡
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Y形支架双面钻机床总体设计及前主轴箱设计
27页 11000字数+说明书+开题报告+任务书+实习报告+10张CAD图纸
4张小图.dwg
Y形支架双面钻机床总体设计及前主轴箱设计开题报告.doc
Y形支架双面钻机床总体设计及前主轴箱设计说明书.doc
主轴箱装配图.dwg
任务书.doc
加工示意图.dwg
工序图.dwg
机床联系尺寸图.dwg
毕业实习报告.doc
生产率计算卡.dwg
箱体.dwg
说明书封面.doc
说明书摘要.doc
课题申报表.doc
目录
1 前言1
2 组合机床总体设计3
2.1 总体方案论证3
2.2 组合机床切削用量的选择4
2.3 组合机床总体设计—三图一卡5
3 组合机床前主轴箱设计12
3.1 绘制右主轴箱设计原始依据图12
3.2 前主轴结构型式的选择13
3.3 前主轴箱传动系统的设计与计算13
3.4 前主轴箱坐标计算、绘制坐标检查图16
3.5 轴、齿轮、轴承的校核18
4 结论22
参考文献23
致谢24
附录25
“Y”形支架双面钻孔组合机床总体设计 及前主轴箱设计
摘要：“Y”型支架双面钻孔组合机床加工的是支架零件。主要钻削加工支架上的18-φ17和8-φ17孔。该零件形状独特，因此对工件的定位和夹紧比较困难。本设计任务是在完成组合机床总体设计的基础上，完成前主轴箱的设计。首先分析了所要加工工件的特点，进行了组合机床的总体设计，绘制了被加工零件的工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡，在此基础上，进行了前主轴箱的设计。主要绘制了前主轴箱设计的原始依据图，拟订了主轴箱的传动路线等，然后绘制了主轴箱的装配图和一些零件图，校核了轴、齿轮等零件。设计过程中尽量使用了标准零部件，设计出的组合机床机构简单，操作方便，加工精度高，减轻了劳动强度，提高了加工效率，具有较好的经济性。
关键词：主轴箱；组合机床；夹具；
我所做的毕业设计课是“Y”型支架组合机床的设计。这台组合机床有三人完成，我将进行总体设计及前主轴箱的计。
本课题需要解决的问题是，第一、组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、编制生产率计算卡。第二、前主轴箱设计。其内容主要包括工序图；主轴箱装配图；箱体零件图；前盖零件图；零件图若干张。
对于设计课题“Y”型支架组合机床总体及前主轴箱技术路线简介，首先，对“Y”型支架进行工艺性分析，分析参考图样。其次，进行机床总体方案图样文件设计，确定“Y”型支架机体定位基准，夹紧部位及夹紧方向，画出被加工零件加工工序图。选择刀具，切削用量，工作循环和工作行程等，画出加工示意图。选择动力部件，确定夹具轮廓尺寸，确定多轴箱轮廓尺寸，确定中间底座尺寸 ，设计机床尺寸联系总图。编制机床生产率计算卡。最后，对“Y”型支架进行前主轴箱设计。通过设计，本组合机床能满足加工需求，保证加工精度，机床运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整。提高了工作效率，预计能达到设计要求。由于本人水平有限，不足之处在所难免，恳请老师见谅。
2 组合机床总体设计
组合机床的总体设计，就是针对具体的被加工零件，在选定工艺方案并确定机床配置型式、结构方案基础上，进行方案图纸的设计。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。
2.1 总体方案论证
为保证对支架26个孔的钻削加工，需设计一台双面卧式钻削组合机床。在完成组合机床总体设计的基础上，主要完成前主轴箱设计和工件夹具的设计。
2.1.1 工艺方案的制定
此次设计的组合机床是用于加工支架的钻削组合机床，其工艺方案为钻孔，其具体的加工工艺如下:
钻8－Φ17孔（深28）， 前面；
钻18－Φ17孔（深20），左侧面；
2.1.2 确定机床的配置模式
- 内容简介：
-
目录目录1 前言 .12 组合机床总体设计 .32.1 总体方案论证 .32.2 组合机床切削用量的选择 .42.3 组合机床总体设计三图一卡 .53 组合机床前主轴箱设计 .123.1 绘制右主轴箱设计原始依据图 .123.2 前主轴结构型式的选择 .133.3 前主轴箱传动系统的设计与计算 .133.4 前主轴箱坐标计算、绘制坐标检查图 .163.5 轴、齿轮、轴承的校核 .184 结论 .22参考文献 .23致谢 .24附录 .25 “Y”“Y”形支架双面钻孔组合机床总体设计形支架双面钻孔组合机床总体设计 及前主轴箱设计及前主轴箱设计摘要：“Y”型支架双面钻孔组合机床加工的是支架零件。主要钻削加工支架上的18-17 和 8-17 孔。该零件形状独特，因此对工件的定位和夹紧比较困难。本设计任务是在完成组合机床总体设计的基础上，完成前主轴箱的设计。首先分析了所要加工工件的特点，进行了组合机床的总体设计，绘制了被加工零件的工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡，在此基础上，进行了前主轴箱的设计。主要绘制了前主轴箱设计的原始依据图，拟订了主轴箱的传动路线等，然后绘制了主轴箱的装配图和一些零件图，校核了轴、齿轮等零件。设计过程中尽量使用了标准零部件，设计出的组合机床机构简单，操作方便，加工精度高，减轻了劳动强度，提高了加工效率，具有较好的经济性。关键词：主轴箱；组合机床；夹具；盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 1Y-type double-stent combination drilling machine design and front-spindle box and fixture designAbstract: Y-type double-sided support of the drilling machine is a combination of stent components.The machine makes 26 holes with dills and the drilled diameter is 17mm. The shape of workpiece is particular,so orientation and fixation is difficult. My task is the overall，the front headstock and jig for the bracket of design of two-side drilling machine,in a sufficient analysis of the characteristics of the workpiece. The assembly diagram of the headstock was drawn. The drawing of the parts processes,the schematic diagram of machining,the relationship of the machine size and the card of the productivity were drawn. After that, the primitive chart for the design of the front-side headstock was given out. The transmission routes were confirmed and so on.The parts drawing and assembly diagram of the headstock were drawn also,checked the shaft and gear and other parts of the strength. This modular mechanical tool has such advantages: high efficiency, low cost, high processing precision, easily operate and it reduces the workers labor intensity, and enhances the productivity.Keywords：Modular machine tool; Headstock; Jig.“Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计21 前言组合机床是根据加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。组合机床主要用于平面加工和孔加工。平面加工包括铣平面、车端面、刮平面；孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹等。组合机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，如气缸体、气缸盖、变速箱体等零件。目前，组合机床在汽车、拖拉机、仪器仪表、军工及缝纫机、柴油机、纺织、航空等部门，应用越来越普遍。组合机床主要适用于棱体类零件和杂体的孔面加工，生产效率高，研制周期短，便于设计、制造和使用维修，配置灵活，且自动化程度高，劳动强度低。在将来，组合机床将向五个方面发展：高速化、高精度化、复合化、高科技含量化以及环保化。同时，在自动化方面，将会进一步提高。组合机床的设计，目前基本上有两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计，这是当前最普遍的做法。其二，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人总结自己生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业在完成一定工艺范围内组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专能组合机床”。这种组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是可以设2计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。在组合机床设计过程中，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%，其它 2030%是专用零部件。考虑到近年来，各种通用件和标准件2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，都采用了新标准。我所做的毕业设计课是“Y”型支架组合机床的设计。这台组合机床有三人完成，我将进行总体设计及前主轴箱的计。本课题需要解决的问题是，第一、组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、编制生产率计算卡。第二、前主轴箱设计。其内容主要包括工序图；主轴箱装配图；箱体零件图；前盖零件图；零件图若干张。对于设计课题“Y”型支架组合机床总体及前主轴箱技术路线简介，首先，对“Y”型支架进行工艺性分析，分析参考图样。其次，进行机床总体方案图样文件设计，确定“Y”型支架机体定位基准，夹紧部位及夹紧方向，画出被加工零件加工工序图。选择刀具，切削用量，工作循环和工作行程等，画出加工示意图。选择动力部件，确定夹具轮廓尺寸，确定多轴箱轮廓尺寸，确定中间底座尺寸 ，设计机床尺寸联系总图。编制机床生产率计算卡。最后，对“Y”型支架进行前主轴箱设计。通过设计，本组合机床能满足加工需求，保证加工精度，机床运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整。提高了工作效率，预计能达到设盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 3计要求。由于本人水平有限，不足之处在所难免，恳请老师见谅。 “Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计42 组合机床总体设计组合机床的总体设计，就是针对具体的被加工零件，在选定工艺方案并确定机床配置型式、结构方案基础上，进行方案图纸的设计。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。 2.1 总体方案论证为保证对支架 26 个孔的钻削加工，需设计一台双面卧式钻削组合机床。在完成组合机床总体设计的基础上，主要完成前主轴箱设计和工件夹具的设计。2.1.12.1.1 工艺方案的制定工艺方案的制定此次设计的组合机床是用于加工支架的钻削组合机床，其工艺方案为钻孔，其具体的加工工艺如下:a.钻 817 孔（深 28） ， 前面；b. 钻 1817 孔（深 20） ，左侧面；2.1.22.1.2 确定机床的配置模式确定机床的配置模式机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输也都比较方便；而且，机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优点是占地面积小，自由度大，操作方便。其缺点是机床重心高，振动大。考虑到此零件要求双面加工,同时为了安装方便，也减轻了工人的劳动强度以及机床运行的平稳性等，选用卧式组合机床。2.1.32.1.3 滑台型式的选择滑台型式的选择液压滑台具有如下优点：a在相当大的范围内进给量可以无级调速。b可以获得较大的进给力。c由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长。d工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现。e过载保护简单可靠。f由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。而机械滑台只能有级变速，变速比较麻烦；一般没有可靠的过载保护；快进转工进时，转换位置精度较低。故采用液压滑台。2.1.42.1.4 定位方式的选择定位方式的选择组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的，正确选择定位基准，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工序集中。盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 5本机床加工时采用定位块和支撑钉进行定位，采用“三面定位”的方法，定位基准和夹压点见零件的工序图。该定位方案限制的自由度叙述如下：以工件的正面为一个定位面，约束了 x 向的转动和 z 向的移动。以工件的左侧面为另一个定位面，约束了 x 向的移动，y、z 向的转动。用一个支撑钉顶住工件底面，约束了 y 向的移动。这样工件的 6 个自由度被完全约束了也就得到了完全的定位。2.2 组合机床切削用量的选择 合理地选择切削用量，可提高钻孔生产率，并能降低成本。选择用量的一般原则与车削相同：先选择切削深度，再选进给量，最后确定切削速度。2.2.12.2.1 切削用量的选择切削用量的选择a. 正面钻削 8-17（深 28） 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 6-11 及 6-12 知：主轴的进给量 f 为 0.150.2mm/r，切削速度 v=512m/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 v=10m/min，进给量 f=0.2mm/r，由此主轴转速 n 由公式 (2-1)01000dvn计算出，将主轴转速圆整为 200r/min。1000 10187.34 /min3.14 17nr实际切削速度和工进速度分别由下列公式求得 (2-2) 1000Dnvc (2-3)fnvf得出 vc=m/min， vf=0.2200=40mm/min。3.14 17 20010.681000b. 左面钻削 18-17（深 20） 实际切削速度 vc、工进速度 vf计算同上。2.2.22.2.2 切削功率，切削力以及转矩的选择切削功率，切削力以及转矩的选择a.正面钻削 8-17由参考文献9表 6-20 计算公式 布氏硬度 HB=HBmax-1/3(HBmax-HBmin) (2-4) 切削力 F=26Df0.8HB0.6 (2-5)“Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计6 切削转矩 T=10D19f0.8HB0.6 (2-6) 切削功率 (2-7)DTVP9740计算出布氏硬度 HB=302-1/3(302-206)=290,切削力 F=26170.20.82900.6=3659 N，切削转矩 T=10171.90.20.82900.6=18019Nmm，切削功率 P=0.38kw。18019 10.6769740 3.14 17 b. 左面钻削 18-17切削功率，切削力以及转矩计算同上。2.2.32.2.3 刀具的选择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 26 个孔的刀具均采用标准锥柄长麻花钻（GB1439-85） 。2.3 组合机床总体设计三图一卡2.3.12.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床上完成的工艺内容，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、夹紧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等。被加工零件工序图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，是在被加工零件图基础上，突出本机床的加工内容，并作必要的说明而绘制的。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与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。b.本工序所选用的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的支承、定位、夹紧和导向等机构设计。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。为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定：应按一定的比例，绘制足够的视图以及剖面；本工序加工部位用粗实线表示，保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方用“_”标明，其余部位用细实线表示。具体内容详见“Y”型支架加工工序图。2.3.22.3.2 加工示意图加工示意图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盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 7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。A. 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。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=10.68m/min20m/min,所以该机床导套均选用可换导套。由参考文献9表 8-4 查得导套的具体数值如下：D=26mm，D1=35mm，D2=39mm， L 取 25mm， （短型导套）l=10mm,l1=4mm，l3 =12mm， e=26.5mm，材料为 T10A。B. 确定主轴类型，尺寸，外伸长度滚锥轴承主轴：前后支承均为圆锥滚子轴承。这种支承可承受较大的径向和轴向力，且结构简单、装配调整方便，适用于钻孔主轴。在正面，主轴用于钻孔，因此选用滚锥轴承主轴。又因为刀具与主轴是刚性连接，所以该主轴属于长主轴。所以该机床主轴均为滚锥轴承长主轴。根据 P=5.5kw,由参考文献9表 3-4 可知：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 2。C. 连杆的选择在钻、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。为了获得终了时多轴箱前端面到工件端面之间所需要的最小距离，应尽量减少接杆的长度。因为 26-17 孔的主轴内径是 20mm,由参考文献8表 8-13 选取接杆号为 5，A型，D1=30mm，D2=30mm，B=12mm ,B1 =1mm,DP 为 T202 mm， L=230510mm，取500mm。D. 动力部件工作循环及行程的确定a. 正面钻削 8-17切入长度取L1=12mm，切出长度由参考文献9表 3-7 公式 L2=1/3(38) （2-8） “Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计8通过计算 L2=1/317+(38)=10mm，加工时加工部位长度 L(多轴加工时按最长孔算)L=28mm.由公式 （2-LLLL21工9）求出 L工=50mm。快进长度取 350mm,则快退距离 L快退=350+50=400mm b. 左面钻削 18-17用同上方法求得：L1=20，L2=10，L=20,则 L工=70。快进长度取 330mm,L快退=330+70=400mm。2.3.32.3.3 机床尺寸联系总图机床尺寸联系总图机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并初步选定主要通用部件以及确定的专用的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置型式，主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局图。用以检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合 机床了联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并初步选适，它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据。机床联系尺寸总图的内容a) 表明机床的配置型式和总布局。以适当数量的视图，用同一比例画出各主要部件的外轮廓形状和相关位置，表明机床基本型式 及操作者位置等。b) 完整齐全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。c) 标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称，全部组件包括机床全部通用及专用零件。d) 标明机床验收标准及安装规程。 A. 动力部件的选择a. 正面钻削 8-17由上述计算每根轴的输出功率 P=0.38kw，正面共 8 根输出轴，且每一根轴都钻17 直径，所以总切削功率 P切削=0.388=3.04kw。则多轴箱的功率： kw，其中 =0.8，所以3.8kw。8 0.383.80.8PP切削多轴P多轴因电机输出经动力箱时还有功率损耗，所以选择功率为 5.5kw 的电机，其型号为：,由参考文献9表 5-39 选取 1TD40-I 型动力箱，动力箱的主轴转速1325 4Y720r/min 。b. 左面钻削 18-17盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 9由上述计算每根轴的输出功率 P=0.38kw，左面共 18 根输出轴，且每一根轴都钻 17 直径，所以总切削功率 P切削=0.3818=6.84kw。则多轴箱的功率： ，其中 =0.8，所以8.55kw。8 0.380.8PP切削多轴P多轴因电机输出经动力箱时还有功率损耗，所以选择功率为 11kw 的电机，其型号为：,由参考文献9表 5-39 选取 1TD50 型动力箱，动力箱的主轴转速1604MY730r/min 。B. 滑台及底座的选择a. 正面钻削 8-17由于液压驱动，零件损失小，使用寿命长，所以选择液压滑台。已知工进Vf=40mm/min,单根主轴的切削力 F单=3659N，则 8 根轴总的切削力 F切削=8F单=36598=29272N，由参考文献9表 5-1 选择 1HY40-型滑台及配套的侧底座选择ICC402。 b. 左面钻削 18-17左主轴箱：F=3661.7218=65910.96N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。又考虑到多轴箱F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，由表 5-2，液压滑台选用 HY63/型，由表 5-3 知：台面宽 B=630mm，台面长,行程长 630mm，滑台及滑座总高为 400mm，滑座长 1920mm，允许最21250Lmm大进给力为 50000N，快速移动速度是 5m/min ,工进速度为 6.5250mm/min。C. 多轴箱轮廓尺寸的设计确定机床的装料高度，新颁国家标准装料高度为 1060mm，选取装料高度为1060mm。a. 正面钻削 8-17多轴箱的宽度与高度的大小与被加工零件的加工部位有关，可按下列关系式确定：B=b+2b1 （2-10）H=h+h1+b1 （2-11）b-工件在宽度方向相距最远两孔距离，b=128mm。b1-最边缘主轴中心距箱体外壁的距离，推荐 b170100mm，取 b1=100。h-工件在高度方向相距最远的两孔距离，h=250mm。h1-最低主轴高度。因为滑台与底座的型号都已经选择，所以侧底座的高度为已知值 630mm，滑台滑座总高 320mm；滑座与侧底座的调整垫厚度一般取 0 到 5mm，多轴箱底与滑台滑座台面间的间隙取 0.5mm。则 h1=h2 +H-(0.5+h3+h4)=(700-250)/2+1060-(0.5+0.5+320+630)=225mm，“Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计10所以 B=b+2b1=128+2100=328mm，H=h+h1+b1=250+225+100=575mm由此数据查参考文献9表 8.22 选取多轴箱尺寸 BH=630mm630mm。b. 左面钻削 18-17 h1=h2 +H-(0.5+h3+h4)= 1060-0.5-400-630+60=89.5mm，所以 B=b+2=650+2100=850mm，1b H=h+=172+89.5+100=361.5mm11bh 由此数据查参考文献9表 8.22 选取多轴箱尺寸 BH=1000mm1000mm。2.3.42.3.4 机床生机床生产产率计算卡率计算卡生产率计算卡是用以反映机床的加工过程、完成每一个动作所需的时间、切削用量、机床生产率及机床负荷率等，计算公式参照参考文献9 51 页到 52 页。a. 理想生产率 Q理想生产率 Q（单位为件/h）是指完成年生产纲领 A（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。 （2-kAQt12） 其中 A 取 8 万件，tk取 4800 小时。求得=16.6(件/小时)。b. 实际生产率1Q实际生产率（单位为件/小时）指所设计的机床每小时实际可生产的零件数1Q量。 （2-单TQ60113）式中：生产一个零件所需时间（min） ，可按下式计算： 单T （2-）（）（装移快退快进停辅切单ttvLLtvLvLttTfkff221114）式中：分别为刀具第 I、第 II 工作进给长度，单位为 mm；21LL、停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 510 转21ffvv 、所需的时间，单位为 min；分别为动力部件快进、快退行程长度，单位为 mm；快退快进、LL动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取 56m/min；用液压动力fkv部件时取 310m/min；直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取 0.1min；移t盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 11工件装、卸（包括定位或撤消定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及装卸t吊运工件等）时间。它取决于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度，通常取 0.51.5min。如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求，即，则必须重QQ 1新选择切削用量或修改机床设计方案。根据本组合机床的年产量，可选用下列数据进行计算，取=5000mm/min，fkv=1.5min。则双面计算如下：装卸t1Q左面： 701.75min40t切3304001.51.6min5000t辅则=3.35min1.75 1.6T单前面： 501.25min40t切3504001.51.65min5000t辅则1.65 1.252.9minT单对多面和多工位加工机床，在计算时应以所有工件单件加工最长的时间作为单件工时，所以选，则（件/小时） 。3.35minT单160183.35Q c. 机械负荷率当时，机床负荷率为二者之比。则QQ 1 （2-15）116.60.9218QQ负详细见表 2-1“Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计12表 2-1 生产率计算卡图号毛坯种类铸件名称“Y”型支架毛坯重量被加工零件材料QT600硬 度HB266-302 工序名称钻 2617 孔工序号 工时(秒)序号工步名称被加工零件数量加工直径(mm)加工长度(mm)工作行程(mm)切削速度(m/ min)转速(r/min)进刀量每转（mm/r）进刀量每 分钟（mm/min）机动时间辅助时间共计1人工上料50502滑台快进3305000443滑台工进70401051054滑台快退40050004.84.85人工下料4040总计203.8s单件工时3.35min/n机床生产率18 n/h备注装卸工件的时间取决于工人的熟练程度，本机床取 90 秒机床负荷率92.6%盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 133 组合机床前主轴箱设计前主轴箱是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。多轴箱一般具有多根主轴同时对一列孔系进行加工。但也有单轴的，用于镗孔居多，此次本设计的后侧镗就是属于此类型。目前多轴箱设计有一般设计法和电子计算机辅助设计法两种。计算机设计多轴箱，由人工输入原始数据，按事先编制好的程序，通过人机交互方式，可迅速、准确地设计传动系统，绘制多轴箱总图、零件图和箱体补充加工图，打印出轴孔坐标及组件明细表。一般设计法的顺序是：绘制多轴箱设计原始依据图；确定主轴结构、轴颈及模数；拟订传动系统；计算主轴、传动轴，绘制坐标检查图；绘制多轴箱总图，零件图及编制组件明细表。在此用一般设计方法设计多轴箱。3.1 绘制右主轴箱设计原始依据图 主轴箱的设计原始依据图是根据“三图一卡”整理编绘出来的，其内容包括主轴箱设计的原始要求和已知条件。在编制此图时从“三图一卡”中已知：a.主轴箱轮廓尺寸 630630；b.工件轮廓尺寸及各孔的位置尺寸；c.工件和主轴箱相对位置尺寸。根据以上依据编制出的主轴箱设计原始依据图如下图所示：“Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计14图 3-1 组合机床设计原始依据图3.2 主轴结构型式的选择3.2.13.2.1 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，主轴进行钻削加工，轴向切削力较大，所以前后支承均为圆锥滚子轴承。3.2.23.2.2 主轴直径和齿轮模数的确定主轴直径和齿轮模数的确定按同一多轴箱中的模数规格最好不多于两种的原则，用类比法确定齿轮模数，在此之前可先由文献9的 P62 页下式估算： （3-1）3)3230(znPm 式中，P齿轮所传递的功率，单位为 Kw；z一对啮合齿轮中的小齿轮齿数；n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,确定本次设计的左主轴箱内齿数均为 2.5、3。主轴直径在绘制“三图一卡”时都已经确定好了。 （d=20mm）3.3 前主轴箱传动系统的设计与计算3.3.13.3.1 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 3-1，计算驱动轴、主轴的坐标尺寸，如表 3-1 所示：盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 15表 3-1 驱动轴、主轴坐标值坐标销 O1驱动轴 O主轴 1主轴 2主轴 3主轴 4X0.000315.000201.000265.000329.000329.000Y0.000159.500445.500445.000445.000395.500坐标主轴 5主轴 6主轴 7主轴 8X329.000329.000265.000201.000Y245.500195.500195.500195.5003.3.23.3.2 拟订主轴箱传动路线拟订主轴箱传动路线前主轴箱有 8 根主轴，这 8 根主轴分别为：1、2、4、5、6、7、8，传动轴分别为 9、10、11、12、13、14、15、16、17、18，油泵轴 19。具体传动路线见图 3-2。图 3-2 前主轴箱传动树形图3.3.33.3.3 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。A. 求各主轴及驱动轴转速求驱动轴到各主轴之间的传动比主 轴: n1-8=200r/min驱动轴: nO=720r/min因各主轴的转速相同所以各主轴的总传动比相同:iO-1,28=1/3.6=0.28“Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计16B. 前主轴箱各轴传动比分配： 轴 1 =1.54 =1.31 =1.29 0 121.42i12 13i13 14i14 9i = 0.64 =1.1 =0.96 =1.52 9 15i15 18i18 17i17 16i =116 1i轴 2 =1.54 =1.31 =1.29 0 121.42i12 13i13 14i14 9i =0.64 =1.1 =0.96 =1.529 15i15 18i18 17i17 16i =1 16 2i轴 3 =1.54 =1.31 =1.29 0 121.42i12 13i13 14i14 9i =0.64 =1.57 =19 15i15 10i10 3i 轴 4 =1.54 =1.31 =1.29 0 121.42i12 13i13 14i14 9i =0.64 =1.57 =1 9 15i15 10i10 4i轴 5 =1.54 =1.31 =1.290 121.42i12 13i13 14i14 9i =1 9 5i轴 6 =1.54 =1.31 =1.290 121.42i12 13i13 14i14 9i =19 6i轴 7 =1.54 =1.31 =1.290 121.42i12 13i13 14i14 9i =0.64 =1.1 =0.96 =1.529 15i15 18i18 17i17 11i =111 7i轴 8 =1.54 =1.31 =1.290 121.42i12 13i13 14i14 9i =111 8iC. 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：文献9的 61-65 页 （3-主从从主nnzzu盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 172） （3-zSmzzmA2)(2从主3） （3-主从从从主zznunn4） （3-从主主主从zznunn5） （3-)1 (2)1 (22umAunnmAzmAz从主从主6） （3-uAunnmAzmAz12)1 (22主从主从7）式中， 啮合齿轮副传动比；u啮合齿轮副齿数和；zS分别为主动和从动齿轮齿数；从主、zz分别为主动和从动齿轮转速，单位为 r/min；从主、nn齿轮啮合中心距，单位为 mm；A齿轮模数，单位为 mm。ma. 取模数 m=3，驱动轴 0 的齿数取 24。配 12 轴与之相连，根据传动比 i0-12=1.42 得 Z12=34；配 13 轴与 12 轴连接，根据传动比=1.54 得 Z12=26， Z13=40；配 14 轴与 13 轴连接，根据传动比=1.31 得=34=26；配 9 轴与 14 轴连接，根据传动比=1.29 得=44。b. 配 9 轴与主轴 5、6 连接的 Z5/ Z9，Z6/ Z9两对齿轮通过公式（3-2）及传动比 i9-6=1、 i9-5=1。取 m=2.5，可得到齿轮齿数 Z5=25, Z6=25,Z9=25，Z9=25。c.确定中间传动轴 15 的位置，配 9、18 及 10 轴连接的 Z15/Z9、Z18/Z15和Z10/Z15三对齿轮。利用公式（3-2）及传动比 i9-15=0.64、 i15-18=1.1，i15-10=1.57。取 m=3，可得到齿轮齿数 Z15=26，Z15=28，Z18=28，Z10=44。d. 确定中间传动轴 17 的位置，配 17 轴与 16，18 和 11 轴连接的四对齿轮“Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计18Z16/Z17、Z11/ Z17、Z17/Z18。利用公式（3-2）及传动比 i18-17=0.96、 i17-16=1.52，i17-11=1.52。取 m=3，可得到齿轮齿数 Z17=27, Z17=23，Z11=35，Z16=35。e. 确定中间传动轴 11 的位置，配 11 轴与 7 和 8 轴连接的二对齿轮Z8/Z11、Z7/ Z11。利用公式（3-2）及传动比 i11-8=1、i11-7=1。取 m=2.5，可得到齿轮齿数 Z7=25，Z8=25，Z11=Z11=25。f. 确定中间传动轴 16 的位置，配 16 轴与 1 和 2 轴连接的二对齿轮Z1/Z16、Z2/ Z16。利用公式（3-2）及传动比 i16-1=1、 i16-2=1。取 m=2.5，可得到齿轮齿数 Z1=25，Z2=25，Z16=Z16=25。g. 确定中间传动轴 10 的位置，配 10 轴与 3 和 4 轴连接的二对齿轮Z3/Z10、Z4/ Z10。利用公式（3-2）及传动比 i10-3=1、i10-4=1。取 m=2.5，可得到齿轮齿数 Z3=25，Z4=25，Z10=Z10=25。3.4 前主轴箱坐标计算、绘制坐标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，并用于绘制坐标检查图来检查齿轮排列、结构布置是否正确合理。3.4.13.4.1 计算传动轴的坐标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 7 根传动轴（轴 2，3，4，6，7，9，11）与 1 根油泵轴（轴 12）中，传动轴、油泵轴之间可按与一轴定距的坐标计算方法计算，可按与两轴定距的坐标计算方法计算，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步骤：计算公式如下：参考文献9的 171 页。设ABXXAABYYBYXjiA1A2A3AB3B B2B1JC0ILa0abc(I,J)R1R2盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 19图 3-3 轴和传动轴坐标关系则22BAL2212222121IRJRLRLI因为LBac00sinsinLAac00coscos所以 LBJAIcJcIAAA00231sincosLAJBIcJaIBBB00231cossin还原到 X0Y 坐标系中去，则 c 点坐标：LAJBIYBYYLBJAIXAXXAAAA11根据文献9的 70 页到 74 页三种计算传动轴坐标的方法,则得到中间传动轴与油泵轴的坐标如下表所示：表 3-2 中间传动轴与油泵轴的坐标坐标传动轴 9传动轴10传动轴11传动轴12传动轴13传动轴14传动轴15传动轴16X386.282386.282233.000318.635413.172480.290345.490233.000Y220.000420.000248.68661.00090.387150.347320.000391.313坐标传动轴17传动轴18油泵轴19X183.166265.084456.286Y320.000310.212349.9973.4.23.4.2 绘制坐标检查图绘制坐标检查图在坐标计算完成后，要绘制坐标及传动关系检查图，用以全面检查传动系统的正确性。“Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计20图 3-4 九孔钻削多轴箱坐标检查图3.5 轴、齿轮、轴承的校核以主轴 1 及其上面的齿轮为例，进行轴与齿轮的校核。3.5.13.5.1 轴的校核轴的校核已选定前主轴箱主轴 1，d=20mm，主轴 1 的转矩 T=18019Nmm。根据轴 1 的受力情况画出简支梁以及弯矩和扭矩图。计算出弯矩和扭矩。由文献8的 288 页表 11-2 可知 40r 钢的许用弯曲应力，抗扭截Mp701面模数。3102 . 0 dW 由文献8的 307 页式 11-5222213330510.6 1801969.20.220 10cacapMTMMpaWW故可验证该主轴满足要求。3.5.23.5.2 齿轮的校核齿轮的校核已选定齿轮采用 45 钢，锻造毛坯，软齿面，齿轮渗碳淬火 HRC5662，齿轮精度用 7 级，轮齿表面粗糙度为 Ra1.6。以主轴 1 和传动轴 16 上的一对啮合齿轮为例进行齿轮的强度校核，大、小齿轮齿数分别为传动比。11625,25,ZZ1161ZZ盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 21图 3-5 应力图由文献8的 110 页图 6-8 选择材料的接触疲劳极限应力为： MPaH600lim1MPaH560lim2由文献8的 111 页图 7-7 选择材料的弯曲疲劳极限应力为： MPaF240lim1MPaF220lim2由文献8的 108 页图 6-6，查得接触疲劳寿命系数,9 . 01NZ95. 02NZ由文献8的 109 页图 6-7，查得弯曲疲劳寿命系数90. 0,88. 021NNYY由文献8的 118 页中求许用接触应力和许用弯曲应力：1lim11minlim22min1lim11min2lim22min6000.954015600.955321240 20.88301.711.4220 20.90282.851.4HHNHHHNHFSTFNFFSTFNFZMPaSZMPaSYYMPaMPaSYYMPaMPaSa.校核齿根弯曲疲劳强度由文献8的 120 页图 6-4 查得， 2 12.62FaY22.6FaY取 ，小齿轮校核11.59FsY21.59FsY由文献8的 120 页式（6-12）校核两齿轮的弯曲强度 1111232322 1.5 180192.62 1.590.4 250.25FFaFsdoKTFFz m“Y”形支架组合机床总体设计及前主轴箱设计22157.648FMPab.校核齿面接触疲劳强度由文献8的 120 页图 6-4 查得， 2 12.62FaY22.6FaY取 ，小齿轮校核11.59FsY21.59FsY查文献8的 114 页图 6-10 得；由文献13的 115 页图 6-13 1Kv 查得.01；查文献13的 112 页表 6-2 得，取，由文献131K1AK 1K的 112 页式 6-5 查得1 1 1.01 11.01AKK KvK K 由文献8的 118 页式（6-10）校核两齿轮的弯曲强度=2.5 189.81212.5HEKTuZbdu22 1.01 18019 1 125 62.51289HMPa所以齿轮完全达到要求。其余传动轴上齿轮均用此方法进行校核，其结果均符合要求。其他轴及轴上的齿轮均按以上方法校核，结果均符合强度要求。3.5.33.5.3 轴承的校核轴承的校核a.设计参数径向力 Fr=400(N)轴向力 Fa=3659 (N)圆周力 Ft=0 (N)轴颈直径 d1=20 (mm)转速 n=200 (r/min)要求寿命 Lh=4500 (h)作用点距离 L=163 (mm)Fr 与轴承 1 距离 L1=56.5 (mm)温度系数 ft=1润滑方式 Grease=油润滑b.选择轴承型号选用圆锥滚子轴承 30204 型轴承参数：轴承内径 d=20 (mm)轴承外径 D=47 (mm)轴承宽度 B=15(mm)基本额定动载荷 C=28200 (N)基本额定静载荷 Co=30500 (N)极限转速(油) nlimy=10000 (r/min)盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 23c.计算轴承受力轴承 1 径向支反力 Fr1=35.28 (N)轴承 1 轴向支反力 Fa1=28.59 (N)轴承 2 径向支反力 Fr2=18.72 (N)轴承 2 轴向支反力 Fa2=3687.59 (N)d.计算当量动载荷
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