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加工 减速器 台阶 专用 机床 工装 设计

资源描述：

加工减速器箱盖的6个台阶孔的专用机床及工装设计,加工,减速器,台阶,专用,机床,工装,设计

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第1章 绪论1.1 本课题的研究背景及意义随着现代化工业技术的快速发展，特别是在自动化领域内的快速发展，组合机床的研究已经成为当今机器制造界的一个重要方向，在现代工业运用中，大多数机器的设计和制造都是用机床大批量完成的。现代大型工业技术的飞速发展降低了组合机床的实现成本，软件支持机制也使得实现变得更为简单，因此，研究组合机床的设计具有十分重要的理论意义和现实意义。在工业高速发展的现代化浪潮中，各种机械设计和制造业中，组合机床的应用越来越广泛，对组合机床的研究具有重要的现实意义。组合机床是根据工件加工需要，以通用部件为基础，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加工工艺要求设计的由专用部件组成的专用机床。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，从而缩短了设计和制造的周期，因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到了广泛的应用，并用以组成自动生产线。总体方案的设计主要包括制定工艺方案（确定零件在组合机床上完成工艺内容及加工方法，选择定位基准和夹紧部位，决定工步和刀具种类及其结构形式，选择切削用量等）、确定机床配置形式、制订影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。总体方案的拟定是设计组合机床最关键的一步。方案制定得正确与否，将直接影响机床能否达到合同要求，保证加工精度和生产率，并且结构简单、成本较低和使用方便。对于同一加工内容，有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采用哪种方案时，必须对各种可行的方案作全面分析比较，根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，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。在组合机床诸多零件中，多轴箱和夹具与组合机床密切相关，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设计的，所以是组合机床设计过程中工作量较大的零部件，就多轴箱设计来说，工作量主要集中在传动系统的设计上，轴的设计必须保证各轴的转速、旋向、强度和刚度，而且应当考虑有无让刀，有无调位机构等。夹具是组合机床的重要组成部件，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位，夹压，刀具的导向，以及装卸工件时的限位等作用的。组合机床夹具和一般夹具所起的作用看起来接近，但是其结构和设计要求却有着很显著的甚至是很根本的区别。组合机床夹具的结构和性能，对组合机床配置方案的选择，有很大的影响。因此，本课题基于使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好提出的要求，着重选择最佳的工艺方案，合适地确定机床工序集中程度，合理地选择组合机床的通用部件，恰当的组合机床的配置型式，合理地选择切削用量，以及设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱就是本次设计主要内容。具体的工作就是要制定工艺方案，进行机床结构方案的分析和确定，进行组合机床总体设计，组合机床的部件设计和施工设计，使其具有工程意义，实现其在实际应用中的价值。1.2 本课题国内外研究概况近20年来，组合机床自动线技术取得长足进步，自动线在加工精度、生产效率、利用率、柔性化和综合自动化等方面的巨大进步，标志着组合机床自动线技术发展达到了高水平。自动线的技术发展，刀具、控制和其他相关技术的进步，特别是CNC控制技术发展对自动线结构的变革及其柔性化起着决定性的作用。随着市场需求的变化，柔性将愈来愈成为抉择设备的重要因素。因此，组合机床自动线将面临由高速加工中心组成的FMS的激烈竞争。组合机床是一种专用高效自动化技术装备，目前，由于它仍是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备，因而被广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。其中，特别是汽车工业，是组合机床最大的用户。如德国大众汽车厂在Salzgitter的发动机工厂，在大批量生产的机械工业部门，大量采用的设备是组合机床。因此，组合机床的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。现代组合机床和自动线作为机电一体化产品，它是控制、驱动、测量、监控、刀具和机械组件等技术的综合反映。近20年来，这些技术有长足进步，同时作为组合机床主要用户的汽车和内燃机等行业也有很大的变化，其产品市场寿命不断缩短，品种日益增多且质量不断提高。这些因素有力地推动和激励了组合机床的不断发展。组合机床是由大量的通用部件和少量的专用部件组成且工序集中的高效专用机床.由万能机床和专用机床发展而来.由于组合机床工序的高度集中，即在一台机床上可同时完成一种或几种不同工序加工，因此适应了产量大、精度高的生产要求，并且克服了万能机床结构复杂、劳动强度大、生产效率低、精度不易保证的缺点，以及专用机床通用性差、不适应现代技术迅速发展、产品经常更新的要求.所以，组合机床及其自动线已广泛应用到汽车、柴油机、电动机、仪器仪表以及军工产品等的生产上，并显示出巨大的优越性。1.3 本论文的主要工作及结构本次设计工作将设计专用机床及相应工装对减速器箱盖的6个台阶孔的进行加工。为使设计出的机床和工装结构简单、使用方便、效率高、质量好，必须选择最佳的工艺方案，合理地确定机床工序集中程度，选择组合机床的通用部件、配置型式，选择切削用量，和设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱。具体的工作就是要制定工艺方案，进行机床结构方案的分析和确定，进行组合机床总体设计，组合机床的部件设计和施工设计。第2章 组合机床的总体设计2.1 组合机床工艺方案的拟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、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并经技术经济分析后拟出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。2.1.1 确定组合机床工艺方案的基本原则1粗精加工分开原则粗加工的切削负荷较大，切削产生的热变形、较大夹压力引起的工件变形以及切削振动等，对精加工工序十分不利，影响加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在拟订工件一个连续的多工序工艺过程时，应选择粗精加工工序分开的原则。2工序集中原则组合机床运用多刀集中在一台机床上完成一个或多个工件的不同表面的复杂过程，从而有效的提高生产率。因此，在拟订工艺方案时，在保证加工质量和操作维修方便的情况下，应适当提高工序集中程度，以便减少机床台数、占地面积和节省人力，取得理想的效益。本机床由于螺纹孔直径较小，精度较高，要求主轴和机床刚度较好，所以工序应集中，并且十个孔的相对位置精度要求较高所以工序集中加工。通过丝锥对孔进行一次性加工，从而保证精度，质量，生产率。钻削机床是借助电动机正转进行钻孔攻丝，完成加工后电动机反转使钻头退出工件。电动机的反向和停止是由钻孔行程控制机构来操纵的。为了确保钻孔电动机的可靠反向和停止，在电气控制系统设计上，除了一般动作控制信号外，还必须增设互锁保险开关。为了在钻孔退回原位时电动机能及时停止，不因惯性转动造成钻孔超程，破坏攻丝机构的原位状态，在电动机停转时，一般应采用刹车机构以制动。当一个主轴箱上攻丝主轴少于8根时可以不用。对特大的攻丝主轴箱有时还应设置两个或更多的刹车机构，以确保可靠的制动。本设计的主轴箱的主轴只有6根，所以不需要2.1.2 组合机床工艺方案的拟订定位基准和夹压部位的选择1由于实行多刀加工，切削负荷大，工件受力方向变化，加工零件为箱体，所以采用支承钉和支承板的全定位方式，上面夹紧。2组合机床的工艺方法及所能获得的加工精度；表面粗糙度和形位精度。2.1.3 确定组合机床配置型式及结构方案应考虑的问题根据工件的特点、工艺要求、生产率要求及工艺方案等，可大体确定采用哪种基本配置型式的机床。配置方案不同对机床的复杂程度、通用化程度、结构工艺性、加工精度、机床重新调整的可能以及经济性等都有不同的影响。因此，确定机床配置型式和结构方案时应考虑以下主要问题。在确定机床配置型式和结构方案时，首先要考虑如何稳定地保证零件的加工精度。影响加工精度的主要因素有夹具误差和加工误差两方面。夹具误差：一般精加工的夹具公差为零件公差的1/31/5。固定式夹具单工位组合机床可达到的加工精度很高。2.1.4 工艺规程工序1：粗铣机盖下底面工序2：铣机盖上窥视孔表面工序3：半精铣、精铣机盖下底面工序4：粗铣机盖主轴孔附近凸台工序5：钻与（不到尺寸）工序6：镗主轴孔与（不到尺寸）工序7：精镗主轴孔与工序8：在机盖上底面上钻和锪工序9：精铣机盖主轴孔附近凸台工序10：钻机盖上窥视孔攻螺纹孔工序11：钻削为的锥销孔工序12：清洗去毛刺工序13：检查2.2 加工工序图被加工零件工序图具有直观的作用，此外，它还具有一些特定的要求。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，加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹压部以及被加工零件的材料、硬度和在本机床上加工前毛坯情况的图纸。它是在原有的工件图基础上，以突出本机床或自动线加工内容，加上必要的说明绘制的。它是组合机床设计的主要依据。也是制造使用时调整机床，检查精度的重要技术文件。被加工零件工序图应包括下列内容：1在图上应表示出被加工零件的形状，尤其是要设置中间导向时，应表示出工件内部筋的布置和尺寸，以便检查工件装进夹具是否相碰，以及刀具通过的可能性。2在图上应表示出加工用基面和夹压的方向及位置，以便依此进行夹具的支承，定位及夹压系统的设计。3在图上应表示出加工表面的尺寸、精度、光洁度，位置尺寸及精度和技术条件（包括对上道工序的要求及本机床保证的部分）。4图中还应注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及被加工部位的余量。此外，为了使被加工零件工序图清晰明了，能突出本机床的加工内容，绘制时对本机床加工部位用粗实线表示，其尺寸打上方框，其余部位用细实线表示。本设计中，是钻减速器箱盖底面台阶孔，采用支承钉和支承板，实现完全定位。由于利用工件的底面作为基面，为了使夹紧可靠以及部件配置合理，采用对工件的顶面进行夹紧。要求加工之后能满足尺寸的公差范围之内。整体的定位及夹紧的位置可见下图所示。2.3 加工示意图加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体设计中占有重要地位。它是设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床和刀具的依据。加工示意图，要反映机床的加工过程和加工方法，刀具尺寸及加工尺寸，主轴尺寸及伸出长度，主轴、刀具、工件间的联系尺寸等，根据机床要求的生产率及刀具特点，合理地选择刀削用量，决定动力头的工作循环。加工示意图应绘制成展开图，其绘制顺序是：首先按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图，加工示意图还要绘制出工件加工部位的图形。加工示意图还要考虑一些特殊要求（如工件抬起、主轴定位、危险区等）。决定动力头的工作循环及行程。最后，选择切削用量及附加必要的说明。综合考虑以上各种注意事项，可以看出加工示意图的绘制方法可以分为几个步骤，即刀具的选择、工序间余量的确定等。2.3.1 技术分析材料：HT200；硬度：HB190通孔：盲孔：，加工深度。2.3.2 刀具的选择刀具的类型的选择决定于加工性质、工件的构造与尺寸及生产的批量。因为是大批量生产，钻孔和锪孔的孔径不同，分别选择直径的麻花钻钻通孔和选择直径的锪钻用于锪沉头孔。2.3.3 切削用量的选取由于组合机床有大量刀具同时工作，为了使机床正常工作，不经常停车换刀，而达到较高的生产率。所选择的切削用量比一般通用机床的切削用量要低一些。总体上说：在采用多轴加工的组合机床的切削用量和切削速度要低一些。根据现有组合机床使用情况，多轴加工的切削用量比通用机床单刀加工的切削用量约30%左右。加工材料为铸铁经查表，选择切削用量为，切削速度，进给量由公式得，主轴转速2.3.4 确定主轴类型、尺寸、外伸长度主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联结结构进行确定。主轴轴颈及轴端尺寸主要取决于进给抗力和主轴刀具系统结构。通用钻削类主轴有三种（1）滚锥轴承主轴（2）滚针轴承主轴（3）滚珠轴承主轴。其中，滚珠轴承主轴主要承受单方向的轴向力，适用于钻孔主轴。根据下式可算出本设计中钻孔主轴的大致直径，式中，B为系数，取6.2，d为主轴直径（mm），T为转矩（Nm）由于本设计中钻孔时，钻削力计算公式，已知，切削参数为，得，锪孔时，钻削力计算公式，已知，切削参数为，得，查表，选取主轴直径外伸尺寸。2.3.5 动力部件工作循环及行程的确定动力部件的工作循环是指加工时，动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置，又返回到原位的动作过程。式中，为工作进给长度，为切入长度，考虑零件实际状况，钻孔时取57mm，锪孔时取78mm，为加工长度，钻孔时取28mm，锪孔时取3mm，为切出长度，钻孔时，锪孔时没有此项。取10mm，故钻孔时，锪孔时，快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度由具体情况确定。本工序选取快速引进长度为105mm。动力部件总行程为快退行程和前后备量之和，总行程为400mm前备量为100mm，后备量为100mm。2.4 机床联系尺寸图2.4.1 机床联系尺寸图作用和内容机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定专用部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置形式、主要构成及各部件安装位置、相互关系、运动关系和操作方位的总体布局图。机床联系尺寸总图表示的内容：1表示机床的配置形式和总布局。2完整齐全的反映各部件之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滑台工作循环总的工作行程和前后备量尺寸。3标注主要通用部件的规格代号和电动机型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件。4标明机床验收标准及安装规程。2.4.2 绘制机床尺寸联系总图之前应确定的内容1、选择动力部件动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理因素，确定机床为立式单工位液压传动组合机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的动力箱驱动多轴箱钻孔主轴。动力箱规格与滑台要匹配，其驱动功率主要依据是根据多轴箱所传递的切屑功率来选用。确定钻孔电机功率，应考虑钻头钝化的影响，一般按计算功率的1.52.5倍选取。（轴数少时取大值，轴数多时取小值）式中，为消耗于各主轴的切削功率的总和，单位为kw；为主轴箱的传动效率，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。则：钻孔时，锪孔时，由于钻孔和锪孔时分步加工，取大值即可满足查组合机床设计简明手册，选择1TD40型动力箱。电动机型号Y100L-6，电动机功率3.0，电动机转速960，驱动轴转速为480，动力箱输出轴至箱底面高度为170.根据选定的切削用量，计算总的进给力，根据所需的最小进给速度、工作行程、结合多轴箱轮廓尺寸，考虑工作稳定性，选择1HY25型系列液压滑台。具体液压滑台的主要技术参数见下表2.2：表2.2型号台面宽台面长行程进给力快进速度最小进给量1HY2525050040010000N1025根据1HY25系列液压滑台，选择该系列滑台的附属部件、支承部件以及配套设施部件，经过查组合机床设计简明手册可知，如下表2.3所示：表2.3部件型号立柱滑台侧底座立柱侧底座1HY251HY25M1HY25GABAB2504001CL251CL25M1CC2511CC2521CC251M1CC252M1CD2511CD2521CD251M1CD252M2、确定机床装料高度H 装料高度是指及穿个上工件的定位基准面到地面的垂直距离。我国过去设计组合机床一般取装料高度。为提高通用部件及支撑部件的刚度并考虑自动线设计时中间底座内袄安装夹具输送、冷却排屑装置，新颁布的组合机床标准推荐装料高度，与国际标准（ISO）一致。在现阶段，设计组合机床时，装料高度视具体情况在之间选取。本机床装料高度取。3、确定夹具轮廓尺寸 主要确定夹具底座的长、宽、高尺寸。初取长为400mm,宽为200mm，高为150mm。4、确定中间底座尺寸 中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面安装连接的需要。其长度方向尺寸要根据所选动力部件（滑台和滑座）及其配套部件（侧底座）的位置关系，照顾各部件联系尺寸的合理性来确定。非常重要的是，一定要保证加工终了位置时，工件端面至主轴箱前端面的距离不小于加工示意图上要求的距离。同时，要考虑动力部件处于加工终了位置时，主轴箱与夹具轮廓间应有便于机床调整、维修的距离。为便于切屑及冷却液回收，中间底座周边须有足够宽度的沟槽。因此，中间底座采用侧底座1CC32。5、确定多轴箱轮廓尺寸 标准中规定立式配置的多轴箱总厚度为340。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h1。式中，b为工件在宽度方向相距最远的两孔的距离，；b1为最边缘主轴中心至箱体壁距离，取；h为工件在高度方向相距最远的两孔距离，；h1为最低轴高度，取。则有，选取多轴箱体规格尺寸。联系尺寸图如下图所示2.5 机床生产率计算卡根据加工示意图所确定的工作循环及切削用量等，就可以计算机床生产率并编制生产率计算卡。生产率计算卡是反映机床生产节拍或实际生产率和切削用量、动作时间、生产纲领及负荷率等关系的技术文件。它是用户验收机床生产效率的重要依据。2.5.1 理想生产率Q理想生产率是指完成年生产纲领A所要求的机床生产率,与全年工时tk总数有关，单班制，一周5天取2080h取2.5.2 实际生产率Q1 实际生产率是指设计机床每小时实际可生产的零件数量。式中，为生产一个零件所需的时间（min）,可按下式计算：式中，、为刀具第一、第二工作进给长度，单位为mm。、为刀具第一、第二工作进给量，单位为mm/min。为通常刀具在加工终了时无进给状态下旋转510转所需的时间，单位为min，取0.1min，即6s。为动力部件快速行程速度，本次采用的是液压动力部件,为10m/min。为回转工作台进行一次工位转换时间，一般取0.1min，此道工序可忽略。为工件装、卸的时间（包括定位或撤消定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及调运工件等的时间）通常取0.5-1.5min，取1.5min。带入数值带，得 所以则所以满足生产率要求2.5.3 机床负荷率当Q1Q时，机床负荷率为二者之比。即2.5.4 编制生产率计算卡机床生产率计算卡被加工零件图号毛胚种类铸件名称减速器箱盖毛胚重量材料HT200硬 度190HBS工序名称钻底面台阶孔工序号序号工步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转速r/min每转进给量mm/r每分钟进给量mm/min工 时 min机动时间辅助时间共计1装入工件10.22工件定位夹紧0.13动力部件快进210100000.021钻9孔9289582810.1542.152.254钻17孔17381152810.1542.151.922 死挡铁停留0.1快退386100000.0394松开工件0.15卸下工件0.1备注单位工时4.84min机床实际生产率Q112.4件/h机床理想生产率Q12.37件/h负荷率99%2.6 机床分组当绘制完那些机床部件后，为便于设计和组织生产，组合机床各部件和装置按不同的功能划分编组。本次设计的机床的分类如下:第10-19组支承部件。侧底座CC32第10组，中间底座第11组。第20-29组夹具及输送设备。夹具为第20组。第30-39组电气设备。电机Y100L-6为第30组。第40-49组传动装置。动力箱1TD40A为第40组，滑台为第41组。第50-59组液压和气动装置。第60-69刀具、工具、量具和辅助工具等。钻头为第60组，接杆为61组。第70-79组多轴箱及其附属部件。多轴箱为第70组。第80-89组冷却，排屑及润滑装置。第90-99组电气、液压、气动等各种挡铁。第3章 多轴箱设计3.1 多轴箱的组成主轴箱是组合机床的主要部件之一，按专用要求进行设计，由通用零件组成。其主要作用是，根据被加工零件的加工要求，安排各主轴位置，并将动力和运动由电动机或者动力部件传给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向。主轴箱按结构大小分为大型主轴箱和小型主轴箱。按结构特点分为通用（标准）和专用主轴箱。通用零件选择：本设计选用通用主轴箱。被加工零件最大尺寸为230，所以选择400400T0711-11（立式）动力箱型号：1TD40A箱体类零件主轴箱箱体标准厚度为180,立式的前盖厚度为70（兼作油池）基型后盖厚度为90,变型后盖厚度为50、100、125三种，可根据主轴箱内传动系统安排等合理选用。轴类零件：a）钻孔主轴：选择前后支承均为圆锥滚子轴承的主轴。主轴材料为40Cr钢，热处理C42。b）传动轴：选择攻螺纹用蜗杆轴。传动轴材料为45钢，调质处理T215。c）齿轮：通用齿轮有三种，传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮。材料均为45钢，热处理为齿部高频淬火G54。查通用齿轮的系列参数表。通用的齿轮有三种，即传动齿轮、动力箱齿轮和电机齿轮。材料均为45钢，热处理为齿部高频淬火G54。本机床齿轮的选用按照下表3.1选用3.2 绘制主轴箱设计原始依据图主轴箱是组合机床的重要部件之一，它关系到整个组合机床质量的好坏。主轴箱设计原始依据图，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。本组合机床主轴箱设计的原始依据图应包括的主要内容如下：在编制下图时从“三图一卡”中已知：（1）主轴箱轮廓尺寸400400（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。根据这些数据可编制出主轴箱设计原始依据图。表3.1齿轮种类宽度（）齿 数模数（）孔径（）数量传动齿轮24321650连续16702、2.5、32、2.5、3、415、20、30、35、4025、30、35、40、50395507动力箱齿轮84（A型）44（B型）21263、425、30、40、5040电机齿轮792126318、22、28、32、36203.3 主轴结构形式的选择及动力计算3.3.1 主轴的分布被加工零件上加工孔的位置决定主轴的分布情况。孔的位置分布大致可归纳为：同心圆分布、支线分布和任意分布三种类型。因此，多轴箱上主轴分布相应分为这三种。本次加工的孔分布为任意分布，六个孔六个轴1、2、3、4、5、6采用一根传动轴7带动.传动轴7由驱动轴带动，同时传动轴7同时兼作手柄轴。由于主轴之间的距离较近，油泵的外形较大，因而采用主轴带动一根传动轴8，轴8用埋头传动，轴8带动油泵轴。3.3.2 初步确定齿轮模数初选模数：由下式估算，再通过类比确定式中，为齿轮传递功率（）；为对齿轮中小齿轮的齿数；为小齿轮的转数（）。由于目前大型组合机床通用的主轴箱中常用的齿轮模数有2、2.5、3、3.5、4等几种，为了便于组织生产，本机床主轴箱中齿轮模数选。3.3.3 主轴箱的动力计算主轴箱的动力计算，应包括计算主轴箱所需功率和进给力两项。主轴箱所需要的功率，应等于切削功率、空载消耗功率及与负载成正比的功率损失之和，即：=+式中，为主轴箱总功率；为各主轴切削功率的总和；为各轴空载消耗功率的总和；为各轴损失功率的总和。式中根据各主轴的切削用量查组合机床切削力及功率计算图得到，的确定可查表4-4。与负载成正比的功率损失，取所传递功率的1%。和的计算在传动结构确定以后才进行。主轴箱功率取进行计算主轴箱所需的进给力，就是动力滑台所需的进给力，按下式计算：=+（N）式中：、各主轴切削时产生的轴向力，实际上动力滑台的进给力应大于各主轴切削产生的轴向力的总和，这是因为还要克服滑台移动引起的摩擦阻力的缘故。3.4 传动系统的设计与计算1、已知各主轴转速及驱动轴到主轴之间的传动比：主轴：驱动轴：各主轴总传动比：2、各轴传动比分配可以将传动比分配为：即传动比为：3.5 多轴箱传动系统设计多轴箱传动系统设计，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，把驱动轴与各主轴连接起来，使各主轴获得预定的转速和转向。3.5.1 对多轴箱传动系统的一般要求1在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下，力求使传动轴和齿轮的规格、数量为最少。因此，应尽量用用一根中间传动轴带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排上。当中心距不符合标准时，可采用变位齿轮或略微改动传动比的方法解决。2尽量不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴负荷，影响加工质量。遇到主轴分布较密，布置齿轮的空间受到限制或主轴负荷较小、加工精度要求不高时，可用一根强度较高的主轴带动12根主轴的传动方案。3为使结构紧凑，主轴箱内齿轮副的传动比一般要大于1/2（最佳传动比为11/1.5），后盖内齿轮传动比允许取至1/31/3.5；尽量避免用升速传动。当驱动轴转速较低时，允许先升速后再降一些，使传动链前面的轴、齿轮转速较小，结构紧凑，但空转功率损失随之增加，故要求升速传动比小于等于2；为使主轴上的齿轮不过大，最后一级经常采用升速传动。4用于粗加工主轴上的齿轮，应尽可能设置在第排，以减少主轴的扭曲变形；精加工主轴上的齿轮，应设置在第排，以减少主轴的弯曲变形。5多轴箱内具有粗精加工主轴时，最好从动力箱驱动轴齿轮传动开始，就分两条加工路线，以免影响加工路线。6驱动轴直接带动的传动轴数不能超过两根，以免给装配带来困难。3.5.2 拟订多轴箱传动系统的基本方法拟订多轴箱传动系统的基本方法是：先把全部主轴中心尽可能的分布在几个同心圆上，在各个同心圆的圆心上分贝设置中心传动轴；非同心圆分布的一些主轴，也宜设置中间传动轴（如一根传动轴带两根或三根主轴）；然后根据已选定的各中心传动轴再取同心圆，并用最少的传动轴带动这些中心传动轴；最后通过合拢传动轴与动力箱驱动轴连接起来。1、主轴分布类型多组同心圆分布。对这类主轴，可在同心圆处分别设置中心传动轴，由其上的一个或几个（不同排数）齿轮来带动各主轴。采用一根传动轴带动4根主轴的方案。此方案传动轴、齿轮数最少，用一根传动轴带动多根主轴。主轴齿轮规格相同。2、传动系统的设计计算1各齿轮参数的设计计算：齿轮齿数和传动轴转速的计算公式如下：式中，u为啮合齿轮副传动比；S为啮合齿轮副齿数和；z、z分别为主动和从动齿轮齿数；n、n分别为主动和从动齿轮转速，单位为r/min；A为齿轮啮合中心距，单位为mm；m为齿轮模数，单位为mm。已知：主轴转速n=281r/min，主轴直径d=25mm，主轴齿轮模数m=2。取驱动轴齿轮的模数m=2，齿数（数量1个，设在第排）。1，3，4，6轴用几何作图法可找出其圆心O，即0轴位置。量得其半径为R=87mm。取模数为m2，由传动比，可确定主轴上齿轮29，7轴上小齿轮为58，则n=282r/min。2轴与1轴距离为40mm，取模数m2，可确定主轴2上的齿轮z20，1轴上的齿轮z20，则n=282r/min。5轴与4轴距离为50mm，取模数m2，可确定主轴5上的齿轮z25，4轴上的小齿轮z25，则n=282r/min。3)、润滑泵轴和手柄轴的安置主轴箱常采用叶片油泵润滑，油泵供油至分油器经油管分送各润滑点。吸油高度为283mm，并安排在第1排，以便维修。4)、多轴箱设手柄，用于对刀、调整或装配检修时检查主轴精度。多轴箱总装配图如下图所示3.6 多轴箱坐标计算检查图坐标计算是根据已知的驱动轴和主轴的位置以及传动关系，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、结构布置是否合理。多轴箱坐标计算步骤、要求如下：1、加工基准坐标架的选择及确定各轴坐标坐标架的横轴（X轴）选在箱体的底面，纵轴（Y轴）通过定位销钉孔。2、绘出各主轴及驱动轴的坐标坐标原点确定以后，根据主轴箱设计依据原始图，在基准坐标架XOY上绘出各主轴及驱动轴的坐标，主轴坐标计算精度要求到小数点后第三位，如果被加工零件孔距尺寸要求带有公差，则需要把公差考虑进去，使主轴的名义尺寸恰好在公差带的中央；而本组合机床加工的零件的大部分尺寸不带公差，即使带公差也是正负公差，所以不需要考虑公差，该主轴箱各主轴坐标见图及下表3.1：表3.11轴2轴3轴XYXYXY8610070137861744轴5轴6轴XYXYXY2441742781372441000轴销钉XYXY165137001、与一轴定距的传动轴坐标计算轴1的坐标计算已知轴0的坐标（165.000，137.000），轴1的坐标（86.000，100.000）。轴0与轴1之间的齿轮传动参数（,m=2）。在图中量得根据啮合中心距，(与实测结果相符)，计算可得2、与三轴定距的传动轴坐标计算已知轴4的坐标（244.000，174.000），轴5的坐标（278.000，137.000），轴0的坐标（165.000，137.000）。轴0与轴4之间的齿轮传动参数（,m=2），轴0与轴5之间的齿轮传动参数（,m=2）。多轴箱计算坐标检查图如下图所示第4章 夹具设计减速器箱体结构复杂，外形不规则，有些加工用通用夹具很难实现，在这种情况下，为了保证加工精度，降低劳动强度，提高生产率，需要设计专用夹具。4.1 定位分析方案论证方案一：以减速器内壁面定位，但内壁不平整，定位误差会过大。方案二：结合面与侧面端面。容易实现夹紧和自由度的控制，是优先选择的定位方案。选择定位元件选择支承板做为支撑元件，用两个支承板组成同一平面，与底面接触，约束、三个自由度，两个支撑钉与侧面接触，限制、，一个支撑钉与另一个侧面接触限制，完成对六个自由度的限制。4.2 夹紧分析设计4.2.1 夹紧分析由于该工序为孔加工，在钻削时，轴向力为竖直方向，在确定夹紧方案之前，应先确定夹紧的最佳方向，最佳作用点，此时，应考虑以下原则：1、夹紧力的方向应有助于定位稳定，主要夹紧力应朝向主要定位基面，作用在工件刚性较好的方向上，同时在确保夹紧定位的基础上，使夹紧力尽量小，从而减小工件的变形、减轻劳动强度。2、夹紧力的作用点。夹紧力的作用点应落在定位元件的支撑范围之内，并尽可能使夹紧点与支撑点对应，使夹紧力作用在支撑上，同作用方向一样，作用点也要选择工件刚性较好的部位，为了增加作用力，减小力臂，夹紧力作用点应尽量靠近加工表面。如同设计加工工艺方案一样，夹具种类多种多样，机构合理均可达到夹紧定位的作用，但是考虑到以上原则，虽不可能完全满足，现拟出两种可行方案进行论证。方案一：选用螺旋压板式夹紧机构。方案二：单螺旋夹紧机构，选用铰链式钻模板，夹紧力垂直于结合面。在本设计中选择方案二。因为在选择夹具时受资源限制很大，图书馆资料较为陈旧，软件库中可调用零件少，所以选择的方案可能不是最优，但是结合夹紧方案选择原则，对两种方案进行分析，方案一中，钻模板的位置在顶部，选用螺旋压板式会使夹具结构复杂。方案二易于装夹，精度较高，夹紧稳定，在此考虑方案二为设计主方案。4.2.2 钻模板的设计1、钻模板的选择钻模板常见的有以下几种铰链式钻模板：当钻模板妨碍工件装卸或者钻孔后需攻螺纹或在加工时，可采用铰链式钻模板。铰链销与钻模板常用的配合有G8/h6配合，钻模板与铰链座之间采用H7/g6配合。钻套导向孔与夹具安装面的垂直度可通过调整两个支撑钉的高度加以保证，钻模板由螺母锁紧。与固定式钻模板相比加工精度较低。固定式钻模板：固定式钻模板固定在夹具体上，常有三种形式，与夹具铸成一体；与夹具焊接成一体；用螺钉和销钉连接。其中，与螺钉和销钉连接的钻模板可以在装配时调整位置，使用广泛，钻孔精度高。分离式钻模板：分离式钻模板可以拆卸，工件每装卸一次，钻模板也要装卸一次。悬挂式钻模板：这是一种悬挂在机床主轴上的钻模板，钻模板随主轴一起靠近或离开工件。该钻模板生产效率高，常用于大批大量生产中钻削同一方向上的平行孔系。2、导向元件设计结合钻孔位置，工件的装卸，最终选用铰链式钻模板。3、钻套的基本类型钻床夹具的刀具导向元件为钻套。钻套的作用是确定刀具相对于夹具定位元件的位置，并在加工中对钻头、铰刀形成引导，防止刀具在加工中发生偏斜。4、钻套的高度和排屑间隙图4-1钻套的高度和排屑间隙示意图钻套高度钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关。一般取。排屑间隙钻套底部与工件间的距离h称为排屑间隙。一般在加工铸铁时，但此设计中，由于工件的特殊性，钻套和工件间有较大的排屑间隙。4.2.3 切削力及夹紧力的计算单螺旋夹紧产生的夹紧力为：式中，为单个螺旋夹紧产生的夹紧力（N）；F为原始作用力；L为作用力臂；为螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm），取M=8，；为螺杆端部与工件见的摩擦角（），取；为螺纹中径之半（mm）；螺纹升角（）；取M8，P=2，；为螺旋副的当量摩擦角（），(式中为螺旋副的摩擦角（），为螺纹牙型半角（），三角形螺纹，）。取原始作用力1000N，带入数值计算可得，大于，方案可行。4.2.4 定位误差的计算此工序的以结合面，端面定位，对定位误差进行计算，定位简图如下：图4-2钻孔夹具定位误差计算示意图其中，当hH/2时由零件图可知结合面与端面垂直度为0.08，计算可得定位误差为0.22mm。夹具装配图如下图所示第5章 结论与展望随着现代化工业技术的快速发展，特别是随着它在自动化领域内的快速发展，组合机床的研究已经成为当今机器制造界的一个重要方向，在现代工业运用中，大多数机器的设计和制造都是用机床大批量完成的，即已经规格化了的，通常由机械软件CAD设计画图而成并且用机床来实现。现代大型工业技术的飞速发展，降低了组合机床的实现成本，软件支持机制也使得实现变得更为简单，因此，研究组合机床的设计具有十分重要的理论意义和现实意义。本课题基于使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好提出的要求，着重选择最佳的工艺方案，合适地确定机床工序集中程度，合理地选择组合机床的通用部