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后桥壳体零件的卧式三面单工位组合钻床设计【任务书+翻译】【5张图纸】【优秀】

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关键词：: 后桥壳体零件卧式三面单工位组合钻床设计任务书翻译图纸卧式三面单工位组合钻床

资源描述：

后桥壳体零件的卧式三面单工位组合钻床设计

70页 22000字数+说明书+任务书+外文翻译+5张CAD图纸【详情如下】

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摘要I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1 论文背景及研究意义 1

1.2 组合机床发展概况 1

1.2.1 组合机床的由来 1

1.2.2 组合机床技术装备现状与发展趋势 2

1.3 设计研究的主要内容 3

第2章卧式三面组合钻床总体设计 4

2.1 组合钻床工艺方案的制定 4

2.1.1 工艺过程和加工精度的要求 4

2.1.2 加工零件的特点 4

2.1.3 定位基准及加压部位的选择 4

2.1.4 孔间中心距的影响 4

2.1.5 工件的生产方式 5

2.2 组合钻床配置形式及结构方案的确定 5

2.2.1 加工精度 5

2.2.2 机床生产率 5

2.2.3 被加工件的尺寸、形状、加工部位的特征 5

2.2.4 操作的方便性 5

2.2.5 夹具形式对机床方案的影响 5

2.3 主要参数的计算 5

2.3.1 确定切削用量、计算各主轴转速 5

2.3.2 确定切削三要素 7

2.4 组合机床总体设计 8

2.4.1 被加工零件工序图 8

2.4.2 加工示意图的设计 8

2.4.3 机床联系尺寸图的绘制13

2.4.4 经济性分析17

第3章主轴箱设计21

3.1 主轴箱设计的原始依据21

3.2 主轴箱传动系统的设计及计算21

3.2.1 传动路线拟定思路23

3.2.2 分配传动比、初定传动轴位置、确定齿轮齿数24

3.2.3 修正各主轴转速、切削速度、主轴每转进给量27

3.3 主轴箱通用轴类零件选择28

3.3.1 确定传动轴的直径及选材28

3.3.2 主轴及通用传动轴结构型式的选择方案29

3.3.3 通用齿轮及其他通用件29

3.4 轴和齿轮的校核29

3.4.1 主轴的力学计算模型29

3.4.2 齿轮模数的验算36

3.5 主轴箱坐标的计算38

3.5.1 主轴箱坐标系原点的确定38

3.6 变位齿轮设计45

第4章夹具设计47

4.1 定位支承系统设计47

4.1.1 定位支承系统的设计原则47

4.1.2 定位支承元件及其布置47

4.2 导向装置设计48

4.2.1 导向装置的作用48

4.2.2 导向装置的类型选择48

4.2.3 固定式导套的设计48

4.3 夹紧机构设计49

4.3.1 夹紧方案的确定49

4.3.2 夹紧力的计算49

第5章专题52

5.1 确定毛坯的制造形式52

5.1.1 车桥焊接工艺52

5.1.2 汽车后桥焊接设备52

5.1.3 基准的选择52

5.2 工艺路线的拟定52

5.3 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定53

结束语 62

致谢 63

参考文献 64

摘要

本次设计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，研制出了卧式三面单工位组合钻床。

本文首先通过分析比较，确定了卧式三面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，按照设计组合机床“三图一卡”的原则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。由于在本台组合钻床上需同时加工三个部位共24个孔，不仅孔多、间距小，采用常规方法排箱无法实现三个加工部位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珠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

关键词：组合钻床、主轴箱、夹具设计、传动设计

Abstract

In view of the actual conditions of enterprises and on the basis of

overall analysingworkPiece 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 accuracy. Therefore，it 15 necessary to develop a new type of 24hole single working Position combination drilling machine.

Through analysis and comparison，the article has determined the best

Project ofthestructure and the disposition of the 24 holes combination drilling machine. According 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 Productivity. In some key Parts of the drilling machine，there are certain new designs on the structure of the spindle box and the fixture .With 24hole drilled simultaneously on the drilling machine，in addition to small Spacing between holes and dispersive arrangement of hole Position，the 24 holes drilling Program cannot be completed in conventional way. In the transmission system of 24 hole drilling machine are used some new structural designs such as Pin bearings and Position一changeable gears，50 that the arrangement of hole Position，which cannot be finished in conventional way，can be accolllPlished.The combination drilling machine 15 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.

Key words：Combination drilling machine Spindle box

内容简介：: 黑龙江科技学院毕业设计（论文）任务书姓名：夏吉任务下达日期： 2006 年 3 月 13 日设计（论文）开始日期： 2006 年 3 月 13 日设计（论文）完成日期： 2006 年 6 月 20 日一、设计（论文）题目：卧式三面单工位组合钻床二、专题题目：四辊卷板机液压同步控制系统的研究三、设计的目的和意义：汽车后桥上需要加工的孔数量多，间距小。采用普通方法排箱无法完成对后桥琵琶孔上的12个螺纹底孔同时加工。采用变位齿轮和滚珠轴承等创新性的结构设计，把常规状况下不能完成的排箱变为可能，使需要在多工序完成的钻削加工在同一工步完成。随着经济的发展，汽车的销售量大大的提高了，应用这台卧式三面单工位组合钻床不仅能提高生产效率和加工精度，降低设备占用率，减轻工人劳动强度，而且还会为厂家带来可观的经济效益。四、设计（论文）主要内容：对于本次设计主要包括：1卧式三面单工位组合钻床的总体设计；2主轴箱设计；3夹具设计；4汽车后桥工艺规程的编制；最终设计结束后达到3张0号图和2张1号图以及2万余字的毕业设计说明书。五、设计目标：在卧式三面单工位组合钻床的设计过程中主要对组合钻床的“三图一卡”和主轴箱进行设计。设计的要求是：一、完成汽车后桥的加工工序图的设计；二、完成汽车后桥的加工示意图的设计三、完成机床尺寸联系图的设计；四、机床主轴箱的设计六、进度计划： 2006年3月13日至3月31日进行为期3周的生产实习；4月1日至4月10日完成对设计题目的资料收集与查询；4月11日至4月20日完成对组合机床的总体设计；4月21日至5月7日完成对组合机床主轴箱和专题的设计；5月8日至5月31日进行设计图纸的绘制；6月1日至6月10日进行毕业设计说明书的编写；6月11日至6月20日最后的审稿及说明书和图纸的打印。七、参考文献资料：吴宗泽主编.机械结构设计.机械工业出版社. 1988；李秀敏主编.组合机床行业现状与发展思考.航空制造技术.2003；迟建山主编.组合机床设计.机械工业出版社.1993；指导教师：院（系）主管领导：年月日摘要本次设计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，研制出了卧式三面单工位组合钻床。本文首先通过分析比较，确定了卧式三面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，按照设计组合机床“三图一卡”的原则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。由于在本台组合钻床上需同时加工三个部位共24个孔，不仅孔多、间距小，采用常规方法排箱无法实现三个加工部位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珠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。关键词：组合钻床、主轴箱、夹具设计、传动设计65AbstractIn view of the actual conditions of enterprises and on the basis ofoverall analysingworkPiece 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 accuracy. Therefore，it 15 necessary to develop a new type of 24hole single working Position combination drilling machine.Through analysis and comparison，the article has determined the best Project ofthestructure and the disposition of the 24 holes combination drilling machine. According to the Principle of standardization，generalization and serialization in machine design，the article offers the master design of the drilling machine，the Process drawing ofwork Piece，the working diagram，the connection dimensional drawing of The drilling machine and the calculating card of Productivity. In some key Parts of the drilling machine，there are certain new designs on the structure of the spindle box and the fixture .With 24hole drilled simultaneously on the drilling machine，in addition to small Spacing between holes and dispersive arrangement of hole Position，the 24 holes drilling Program cannot be completed in conventional way. In the transmission system of 24 hole drilling machine are used some new structural designs such as Pin bearings and Position一changeable gears，50 that the arrangement of hole Position，which cannot be finished in conventional way，can be accolllPlished.The combination drilling machine 15 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.Key words：Combination drilling machine Spindle box Design of fixture Design of transmission system目录摘要IAbstract II第1章绪论 11.1 论文背景及研究意义 11.2 组合机床发展概况 11.2.1 组合机床的由来 11.2.2 组合机床技术装备现状与发展趋势 2 1.3 设计研究的主要内容 3第2章卧式三面组合钻床总体设计 42.1 组合钻床工艺方案的制定 42.1.1 工艺过程和加工精度的要求 42.1.2 加工零件的特点 42.1.3 定位基准及加压部位的选择 42.1.4 孔间中心距的影响 42.1.5 工件的生产方式 52.2 组合钻床配置形式及结构方案的确定 5 2.2.1 加工精度 5 2.2.2 机床生产率 5 2.2.3 被加工件的尺寸、形状、加工部位的特征 5 2.2.4 操作的方便性 5 2.2.5 夹具形式对机床方案的影响 52.3 主要参数的计算 52.3.1 确定切削用量、计算各主轴转速 52.3.2 确定切削三要素 72.4 组合机床总体设计 82.4.1 被加工零件工序图 82.4.2 加工示意图的设计 82.4.3 机床联系尺寸图的绘制132.4.4 经济性分析17第3章主轴箱设计213.1 主轴箱设计的原始依据213.2 主轴箱传动系统的设计及计算21 3.2.1 传动路线拟定思路23 3.2.2 分配传动比、初定传动轴位置、确定齿轮齿数24 3.2.3 修正各主轴转速、切削速度、主轴每转进给量273.3 主轴箱通用轴类零件选择28 3.3.1 确定传动轴的直径及选材28 3.3.2 主轴及通用传动轴结构型式的选择方案29 3.3.3 通用齿轮及其他通用件293.4 轴和齿轮的校核29 3.4.1 主轴的力学计算模型29 3.4.2 齿轮模数的验算363.5 主轴箱坐标的计算38 3.5.1 主轴箱坐标系原点的确定383.6 变位齿轮设计45第4章夹具设计474.1 定位支承系统设计47 4.1.1 定位支承系统的设计原则47 4.1.2 定位支承元件及其布置474.2 导向装置设计48 4.2.1 导向装置的作用48 4.2.2 导向装置的类型选择48 4.2.3 固定式导套的设计484.3 夹紧机构设计49 4.3.1 夹紧方案的确定49 4.3.2 夹紧力的计算49第5章专题525.1 确定毛坯的制造形式525.1.1 车桥焊接工艺525.1.2 汽车后桥焊接设备525.1.3 基准的选择525.2 工艺路线的拟定525.3 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定53结束语 62致谢 63参考文献 64附录1外文译文 65附录2外文原文 72第1章绪论1.1论文背景及研究意义目前，我国中、小型企业的产品质量和生产效率都需要有一个新的提高。但是加工手段却远远不能满足要求。有远见的企业家根据国情、厂情，都认为只有走技术改造的道路，按照实际情况对现有设备的技术状态进行改造，通过强化自身，以求自我发展，才是一条捷径。许多中小型企业都结合自己的实际，设计、改装适合自身特点的机床，以提高工作效率，降低设备占用率和人力占用率，降低工人劳动强度。衡量对机床进行技术改造是否合理，唯一的标准是看能否满足企业的实际需要。满足企业的实际需要，既包含着通过改造以提高机床的使用性能和精度，以满足生产的需要，也包含着技术上的先进性与企业投入的可能性相一致。一般来说，企业加工能力的提高有三条途径。其一是增加企业设备的拥有量：其二是对老设备进行更新;其三是进行技术改造。其中，技术改造具有投资最少、见效最快、容易实现等特点。汽车后桥上需加工的孔数量多，间距小。采用普通方法排箱无法完成对后桥琵琶孔上的12个螺纹底孔同时加工。采用变位齿轮和滚珠轴承等创新性的结构设计，把常规状况下不能完成的排箱成为可能，使需在多工序完成的钻削加工在同一工步完成。每辆汽车上使用后桥一件，目前随着经济的发展，汽车的销量大大提高了，应用这台三面组合钻床不仅能提高生产效率和加工精度，降低设备占用率，减轻工人劳动强度，而且还会为厂家带来可观的经济效益。1.2组合机床发展概况1.2.1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。1.2.2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一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、锉孔、车端面和凸台，在孔内锉各种形状槽，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睐，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(PLC)、数字控制(NC)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、测量、控制、诊断监控、清洗、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备。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、数控组合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10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主轴转速和进给速度。该届博览会上展出的加工中心，主轴转速1000020000r/min，最高进给速度可达2060m/min；复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。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。1.3 设计研究的主要内容该机床是用来钻削汽车后桥壳体的两端对称的611.5和257圆周上的128孔。相比原来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，不仅工人劳动强度降低了，而且生产率也提高了，有利于保证产品加工精度。底座、滑台、动力头等通用部件的合理选用；主轴箱结构紧凑；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。第2章卧式三面组合钻床总体设计2.1 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:2.1.1工艺过程和加工精度的要求被加工零件共有24孔待加工，将24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。组合钻床上钻孔工序大多是扩孔工序前加工底孔及加工螺纹孔，在铸件上钻孔精度一般可达6级，表面粗糙度为6.3，钻孔位置精度达0.2Om。而被加工零件的表面粗糙度和位置精度要求均在此范围内。故选用组合钻床满足被加工零件的要求。2.1.2加工零件的特点被加工件材料为16Mn钢，工件刚度足够。由于被加工件为汽车后桥壳体，成品要与其它重要汽车零件装配。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，有利于两个零件的奖配。2.1.3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，选用设计基面为主定位基准，这样减少了累积误差，使加工精度得到有利保证，用它定位能使切削力均落在定位平面之内。选用汽车后桥壳体的半轴套管上的固定环上的外圆表面作为定位面钻孔，采用两个短V型块作为两端加工部位的定位元件。两个短V型块起到的作用相当于一个长V型块。在235内孔用定位法兰定位，夹压部位为235的圆周和固定环外圆。2.1.4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10mm以下的孔。经计算，被加工件上最小孔间距为66.5mm，大于24mm。2.1.5工件的生产方式由于被加工件属于中批量生产，将加工24孔工序集中于一台钻床，可提高组合机床的利用率。2.2 组合钻床配置形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。在选择机床配置型式时，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:2.2.1加工精度在选择组合钻床的结构方案时，首先必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0.20mm，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0.15mm。2.2.2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。2.2.3被加工件的尺寸、形状、加工部位的特征被加工工件有三面共24孔需要进行钻削，根据被加工零件的特点，适于采用单工位三面组合机床。2.2.4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850l060mm之间选取。2.2.5夹具形式对机床方案的影响从工件形状看，似乎可采用复合式三面组合机床加工，但是考虑从装配结合面钻孔的必要性，主定位基面又是选用装配结合面，不能改为相对面，这样立式钻床夹具设计比较难，因而采用卧式加工方案。2.3主要参数的计算2.3.1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。被加工工件的两端均为11.5孔，所以每分钟的进给量是相同的。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4Omm/min，初定切削速度15m/min.由计算公式 (2-1)=40 (2-2) 式中: n为各主轴转速，单位r/min. V为主轴切削速度，单位m/min. S为每转进给量，单位mm/r.d为各钻头直径，单位mm.计算得各主轴转速和每转进给量如表2-1所示。加工工件两端611.5孔的主轴箱内主轴为。加工后桥中间琵琶孔128孔的主轴箱内主轴为。表2-1初步计算的各主轴转速和每转进给量各主轴转速n(r/min)各主轴刀具进给量s(mm/r)备注415.40.2初选切削速度为15m/min5770.18n2.3.2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；确定切率，用以选择动力箱电机功率。参考组合机床设计参考图册（大连组合机床研究所编）。高速钢钻头在灰铸铁上钻孔的计算公式为: (1)F=7.1dsHB (2-3) (2)M=0.263dsHB (2-4) (3)P= (2-5)式中: F轴向切削力(N) d钻头直径(mm) s每转进给量(mm/r) P切削功率(kw) M扭矩(Nmm) HB零件的布氏硬度 HB 180220计算结果如表2-2所示。表2-2各主轴切削力、切削扭矩、切削功率计算值钻头直径d(mm)轴孔号轴向切削力F(N)扭矩M(Nmm)切削功率P(kw)11.5161130.9237920.58112735.518880.3由上表，总切削力为:F总=6785.52N，F总=8826N总切削功率为:P总=3kw，P总=3.6kw总切削扭距:M总=22752Nmm，M总=22656Nmm2.4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。2.4.1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，表明零件形状、尺寸、硬度、以及在所设计的组合机床上完成的工艺内容和所采用的定位基准、夹压点的图纸。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。被加工零件的加工工序图见附图1。2.4.2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、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。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:(l)刀具的选择根据被加工工件24个孔的大小，选用2种规格的刀具如表2-3所示。表2-4刀具名称、标准尺寸及数量刀具名称钻头直径钻刀悬伸长度数量备注刀具总长L刀具悬伸长L直柄麻花钻莫式1号11.52061256GB1439-85824016012GB1440-85(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=15m/min，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。导向数量的确定根据工件形状、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L:由经验公式L=(24)d，小直径时取大值，大直径时取小值。具体尺寸及配合见表2-5。d(F7)D(k6)D1D2(n6)LL1mGB2268-80数量11.5183026182811M8226815262214249M61812表2-5固定导向装置的尺寸及配合(3)导向到工件端面距离以不妨碍排屑为原则，两端选为15mm，中间选为8mm。以四个定位块保证间距，实现主定位。(4)确定主轴直径及各主轴外伸长度主轴直径: d=B (2-6) 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=8.1104N/mm时，非刚性主轴取11，传动轴为9.2。为使轴的强度足够，主轴材料均采用合金钢。结果如表2-6。表2-6主轴选材及参数选择结果轴号材料主轴直径主轴外伸尺寸备注D/d1L1620Gr2030/20115非刚性主轴11240Gr2030/20115(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，为保证主轴箱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间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dl配合，可根据dl尺寸及刀具分别为莫氏1号和莫氏2号，选用接杆T0635-01。查得:d=20mm的主轴用3号接杆、A型、长度范围215500mm。(6)确定加工示意图的联系尺寸最重要的尺寸是主轴箱端面到工件端面之间的距离。如图2-1所示。图2一1加工示意图的联系尺寸计算图该尺寸为: L=L十L+L+B-(L+L) (2-7)式中各符号意义: L主轴外伸长度L钻刀悬伸长度L接杆伸出长度(可调)L加工孔深L刀具的切出值B螺母及垫总厚度经计算调整后，选择接杆标记如表2-7所示。表2-7与主轴刀具配合的接杆号刀具直径接杆号11.53-250-T0635-4183-215-T0635-41(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。工作进给长度的确定工进长度L:等于被加工孔深L与刀具的切入长度L与切出长度L之和。如图2-2所示。图2-2工作进给长度即:L=L+L+L (2-8)加工部位孔深L分别为11mm和13mm，L一般取为5-10mm，L取0.3d(+38)，据此，工进长度L定为为32mm。快速引进长度L的确定快速引进是动力头把刀具送到工作进给的位置，为了不影响装卸工件，两端加工快速引进长度定为L=250mm。中间加工快速引进长度L=150mm快速退回长度L其为工进与快进之和。即: L= L+ L (2-9)L分别选取282mm和182mm.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，汽车加工示意图见附图2。快进250（150）工进32 快退282(182)工作循环图2.4.3机床联系尺寸图的绘制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。滑台的选用滑台滑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: F总=4293N，F总=13571.04N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F总+F总。C.滑台进给速度的确定据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40mm/min。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。前备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40mm。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50mm.工作行程为分别为282mm和182mm，故滑台的总行程长度为372mm和272mm。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，在满足设计要求前提下，以减少组合机床通用部件规格的选用。均选用HJ4OB机械滑台。其主要性能指标:台面宽400mm，滑台台面长800mm，行程长400mm，滑台及滑座总高为320mm。允许最大进给力20000N，工作进给电动机O.75KW，转速1390r/min，工作进给速度范围9.62425.8mm/min，快速行程电动机1.5KW，转速1400r/min，快速移动速度6.3m/min，机械滑台支承总长1240mm。滑台确定后，与之配套的支承部件选为ICC631-侧底座。总长1370mm，高56Omm。总宽6O0mm。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。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: P=P(1+30%)/ (2-10)式中: P为切削用总功率，由表2-2得P=3kwP=3.6kw。为主轴箱传动效率，取0.9。计算得P主分别为3.3kw和4kw。当动力箱适配大型组合机床时，其规格为ITD32ITD80,选用ITD40。电动机功7.5kw，电动机型号为Y132M-4，转速1440r/min，输出轴转速720r/min。动力箱与机械动力滑台结合面尺寸:长500mm，宽400mm;动力箱与主轴箱结合面尺寸:宽500mm，高400mm，动力箱输出轴距离主轴箱底面高度为160mm。(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850-1060mm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h1，滑台与侧底座之间的调整垫h，滑台高度h，侧底座高度h。即 H=h+h+h+h (2-11)式中: HJ40B机械滑台h=32Omm， ICC4OI-侧底座高度h=560mm。为求h1，需先确定主轴箱轮廓尺寸。标准中规定卧式主轴箱总厚度为325mm，宽度和高度按标准尺寸系列选取主轴箱的宽度B和高H按下式计算: B=b+2b (2-12) H=h+h+b (2-13)式中: b边缘主轴中心到主轴箱外壁之间距离，一般取b170100mm, b、h分别为工件在宽度和高度方向上相距最远两加工孔的中心距， h最低主轴中心到主轴箱底面之间的距离。由被加工零件知：两端主轴箱b=133mm，h=115mm, 中间主轴箱b=257mm，h=248mm,经计算根据标准，及零件加工部位的特点两端的主轴箱及中间的主轴箱均应取BH=500500mm。厚度由主轴箱箱体、前盖、后盖、三层尺寸构成，主轴箱体厚180mm，前盖卧式为55mm，后盖厚90mm，因此主轴箱总厚度为325mm.因为主轴箱是安装在动力箱上的，故选择主轴箱上左定位销中心孔为坐标原点，取左定位销孔中心至箱体左侧面间距离E=25mm,距下底面距离h=30mm.经计算最低主轴位置h=170mm.由以上计算分析可得出装料高度H=h+h+h+h=170+5+320+560=1055(mm)(3)初定夹具轮廓尺寸绘制机床联系尺寸图时，应先初步确定夹具轮廓尺寸。工件轮廓尺寸、形状以及导向结构是确定夹具轮廓尺寸的依据。夹具是用于定位和夹紧工件的，所以应以工件的轮廓尺寸和形状确定夹具的轮廓尺寸，在掌握了工件宽度，工件和钻模架间的距离以及钻模架的厚度尺寸后，就可以确定夹具体的总长尺寸。夹具体长度选为1450mm。根据工件的大小和占用面积夹具的宽度定为400mm.夹具底座的高度应视夹具大小而定，既要保证有足够的刚度，又要考虑工件的装料高度，本夹具选400mm.(4)中间底座尺寸的确定中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面联接安装的需要。中间底座长度尺寸根据所选的动力部件（滑台、滑座）及配套部件（侧底座）的位置关系确定。同时应考虑多轴箱处于终了位置时，多轴箱于夹具体之间应有的适当距离，以便于机床调整、维修：另外中间底座周边应有不小于70100mm的排屑或冷却液回流槽。中间底座长度方向尺寸L，要根据所选动力部件和夹具安装要求来确定。一般可按下式计算：L= (2-14)式中：加工终了位置时，主轴箱端面到工件端面的距离（mm）主轴箱厚度（mm）工件长度（mm）滑台与主轴箱重合长度（mm）加工终了位置时，滑台前端到滑座端面间的距离和前备量之和（mm）滑座前端与侧底座端面距离（mm）经计算，中间底座长度L=1780(mm)总上所述，所设计的组合钻床联系尺寸图见附图32.4.4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、负荷率等的技术文件。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。机床的理想生产率按下式计算: (2-15)式中：单件工时（min）机加工时间（min）,包括动力部件工作进给死挡铁停留时间。即 (2-16) 、分别为刀具的第、第工作进给行程长度（mm）、分别为刀具的第、第工作进给量（mm/min）死挡铁停留时间，一般为在动力部件进给停止状态下，刀具旋转510转所需的时间（min）辅助时间（mm），包括快进时间、快退时间、工作台移动或转位时间，装卸工件时间。即 (2-17)、分别为动力部件快进行程长度、快退行程长度（mm）动力部件的快速移动速度（mm/min）工作台移动或转位时间(min)，一般为0.050.13min装卸工件时间（min），一般为0.51.5min机床负荷率按下式计算： (2-18)式中：机床理想生产率（件/h）年生产纲领（件）年工作时间（h），单班制工作时间=1950h，两班制=3900h机床负荷率一般以6575为宜。机床复杂时取小值，反之取大值。生产率计算卡列于表2-9表2-9生产率计算卡被加工零件图号毛坯种类焊接件名称汽车后桥壳体毛坯重量材料16Mn Q235硬度HB180220工序名称三面钻削工序号序号工步名称加工直径（mm）加工长度（mm）工作行程（mm）切削速度（m/min）进给量（mm/r）工时（min）机动时间辅助时间1安装工件0.52工件定位夹紧0.053左右钻头快进2500.0314左右钻头工进11.51132150.20.55死挡铁停留0.016左右钻头快退2820.057中间钻头快进1500.0318中间钻头工进8.51332150.180.59死挡铁停留0.0110中间钻头快退1820.0511工件松开0.0512卸下工件0.5备注本机床装夹一次，同时进行两面钻削，然后进行第三面钻削累计1.1261.12单件工时2.246机床生产率26.71件/h理论生产率23.23件/h负荷率87.2 根据机床使用经验，最适宜的机床负荷率为0.75-0.90，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。第3章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。由于在本机床上需要加工三个部位共24个孔，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，通过采用滚珠轴承主轴，对主轴箱的结构进行了创新设计。使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“结构简单，使用方便，效率高，质量好”的设计目标奠定了基础。3.1 主轴箱设计的原始依据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500500mm(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主轴主轴外伸尺寸切削用量D/dL工序转速切削速度切削用量1630/20115钻11.5415150.211230/20115钻8577150.183.2主轴箱传动系统的设计及计算主轴箱传动系统的设计就是通过一定的传动链把动力箱输出轴(即主轴箱驱动轴)传来的动力和转速按要求分配到各主轴。三面卧式组合钻床两端的主轴箱传动系统设计过程中采取以下措施： (1)从面对主轴的方位看去，所有主轴均采用逆时针方向旋转。 (2)保证转速和转向的前提下，力求用最少的传动轴和齿轮(数量和规格)，以减少各类零件的品种。具体措施采用一根传动轴同时带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排位置上。当齿轮啮合中心距不符和标准时，采用了变位齿轮。(3)避开了用主轴带主轴的方案，这样避免了增加主轴负荷，不会影响加工质量。 (4)为使主轴箱结构紧凑，主轴箱内齿轮传动副的传动比都在11.5之间。 (5)由于加工部位的孔均匀分布在同一圆周上，所以按照主轴箱设计原则在圆周的圆心位置设置一根传动轴带动六根主轴，中间加工部位也按相同原则设计。(6)因钻削加工切削力大，为了减少主轴的扭曲变形，主轴上的齿轮尽量安排靠前支承。采取上述方法设计的传动系统，不仅实现了对加工部位的工序集中，而且保证了主轴箱的质量，提高了主轴箱的通用化程度，使得设计和制造工作量及成本都大大降低。图3-1两端主轴箱设计原始依据图图3-2中间主轴箱设计原始依据图3.2.1传动路线拟定思路通过对加工部位的相对位置进行分析，为保证主轴箱结构紧凑，拟定以下传动路线：两端加工部位孔的分布相同，均是分布在133圆周上的六个孔，所以在133的圆心处设置一根传动轴，动力箱输出轴带动此传动轴以及油泵轴，传动轴带动6根主轴，其中一根主轴带动手柄轴（用于停机是调整主轴）。中间加工部位孔的分布和两端加工部位孔的分布相似，均是分布在257圆周上的12个孔，所以在257圆心处设置一根传动轴，动力箱输出轴带动此传动轴以及油泵轴，传动轴带动12根主轴，其中一根主轴带动手柄轴。具体传动方案由传动树形图表示。传动树形图是一种用简单线条来描述主轴箱传动系统的图形。传动树形图中的“树梢”表示各个主轴，“树根”表示驱动轴，各分叉点为传动“树枝”，以定向边表示各轴之间的传动副，并以箭头表示传动顺序。根据定向边的箭头，就可以清楚地看出系统的传动路线。由于中间主轴箱内传动系统和两端主轴箱的传动系统相似，只是孔分布的圆周直径有所区别，所以用一个传动系统树形图表示。拟定的系统传动树形图如图3-3所示。图3-3传动树形图3.2.2合理分配各级传动比、初定传动轴位置、确定齿轮齿数传动基本公式：，（3-1）式中：主动轮齿数从动轮齿数主动轮转速从动轮转速中心距齿轮模数初选模数由下式估算，再通过类比法确定。 (3-2)式中：齿轮模数（mm）齿轮传递功率（kw）小齿轮的齿数小齿轮的转速（r/min）两端主轴箱内主轴转速均相同，由第二章计算得知, =415r/min，电机输出轴转速n=720r/min。主轴齿轮模数用类比法取m=2，电机输出轴齿轮模数标准为m=34，取m=3。主轴与传动轴的中心距A=66.5mm。电机输出轴与传动轴中心距A=90mm。总传动比i=1.75。经查组合机床主轴箱设计准则：主轴箱内最佳传动比为11.5。后盖内最大传动比为2，最小为1/2。并且尽量避免升速传动，以减少功率损失。分配传动比及确定齿轮齿数如下：/=1.75，/=1由 (, 得所以两端主轴箱内主轴上的齿轮齿数为33，于其啮合的传动轴上的齿轮上的齿数也为33。由得所以两端主轴箱后盖内电机输出轴上的齿轮齿数为22，符合组合机床主轴箱设计准则电机输出轴齿轮为2124的标准。于其啮合的传动轴上的齿轮齿数为38。中间主轴箱内主轴转速均相同，由第二章计算得知, =577r/min，电机输出轴转速n=720r/min。主轴齿轮模数用类比法取m=2，电机输出轴齿轮模数标准为m=34，取m=3。主轴与传动轴的中心距A=128.5mm。电机输出轴与传动轴中心距A=75mm。总传动比i=1.27。分配传动比及确定齿轮齿数如下：/=1.27,/=1由 (, 得所以中间主轴箱内主轴上的齿轮齿数为64，于其啮合的传动轴上的齿轮上的齿数也为64。由得所以两端主轴箱后盖内电机输出轴上的齿轮齿数为22，符合组合机床主轴箱设计准则电机输出轴齿轮为2124的标准。于其啮合的传动轴上的齿轮齿数为28。3.2.3修正各主轴转速n、切削速度V、主轴每转进给量S根据上面分配的各级传动比及各级啮合的齿轮齿数，计算得各主轴实际转速、切削速度及主轴每转进给量如表3-2所示。表3-2主轴转速、切削速度及每转进给量修正表轴号转速（r/min）切削速度（m/min）每转进给量（mm/r）16411.4214.920.211256615.080.183.3主轴箱通用轴类零件选择两端和中间主轴箱内主轴直径根据公式： d=B （3-3）得出两端主轴箱和中间主轴箱内主轴直径d均为20mm。详细内容见第二章。3.3.1确定传动轴的直径及选材计算传动轴直径按式：（3-4）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=8.1104N/mm时，非刚性主轴取11，传动轴为9.2。传动效率;M轴承受的转矩(Nmm)。经计算得两端主轴箱和中间主轴箱内的传动轴直径均为30mm,选用圆锥滚子轴承传动轴，材料选45钢，手柄轴的直径按标准选取为30mm，油泵轴直径按标准选取为20mm，并且手柄轴和油泵轴均采用45钢。3.3.2主轴及通用传动轴结构型式的选择方案主轴结构型式由零件的加工工艺，并考虑主轴的工作条件和受力情况，采用长主轴。因是钻削加工主轴，需承受较大的单向轴向力，所以优选深沟球轴承和推力球轴承组合的支承结构，且推力球轴承配置在主轴前端。传动轴的转速较低，但载荷较大，因此用圆锥滚子轴承。3.3.3通用齿轮及其他通用件齿轮包括动力箱齿轮和传动齿轮。为提高齿轮强度，大多采用的材料为20CrMnTi，动力头齿轮和受载较小的齿轮采用45钢。主轴箱上除上述通用件外，还有隔套、键套、防油套、定位销及锁紧螺母、放松垫圈等。均参照组合机床设计手册按标准选取确定。3.4 轴和齿轮的校核3.4.1主轴的力学计算模型1）A B 图3一4理想的滚珠主轴力学计算模型受力分析：在第二章依据选定的切削用量，计算出了刀具加工时受到的扭矩M及轴向力。由经验公式：= (D，HB，S) (3-5)= (D，HB，S) (3-6)式中：刀具工作时受到的转矩;刀具工作时受到的轴向力。，为刀具切削处直径D、切削用量S、布氏硬度HB的函数。根据图3-4，得：= (3-7)式中： F承载齿轮所受的圆周力;d承载齿轮的分度圆直径。对图3-4而言，轴向载荷为B点支承处推力球轴承所受到的轴向力： = (D，HB，S) (3-8)B点支承处深沟球轴承所受到的轴向力：= (3-9)A、B支承处深沟球轴承的径向载荷、的求法：径向载荷由力的平衡方程得： (3-10) (3-11)求得： (3-12) (3-13)式中： F齿轮工作时所受到的法向力。轴承工作的当量动载荷：对于工作时受轴向载荷的深沟球轴承而言，当量动载荷为： (3-14)对于受纯径向载荷的深沟球轴承、滚针轴承，当量动载荷为： (3-15)对于受纯轴向载荷的推力球轴承，当量动载荷为： (3-16)式中的取1.21.5 在按经验数据和估算选好的主轴各参数后，为确定主轴刚性，有时还要根据受力情况，进行验算。一般来说，主轴只要其刚度能满足，强度大多是足够的。主轴刚度的验算，主要是验算在受力时的弯曲变形，既主轴前端的挠度X和前支撑的倾角，取其许用 X0.0002L（mm） 0.001（rad） (3-17) (3-18)式中： E主轴材料的弹性模量（kg/mm），钢的模量E= （kg/mm） J前支承处的截面惯性矩，实心轴J=经计算两端主轴箱内的主轴及中间主轴箱内的主轴的挠度和倾角均符合要求。2）中间主轴箱传动轴校核由于两端主轴箱和中间主轴箱结构原理相似，而中间主轴箱内的传动轴所带动的主轴较多，故只校核中间主轴箱内的传动轴即可。由弯矩图知C处的弯矩最大，校核该截面强度。截面C处的当量弯矩，可得：校核结果：，C截面强度足够。根据轴的结构和弯矩图及转矩图可见，CC截面为危险截面，故校核此截面，查附表141，。按渐开线花键查得。（1）查附表146，得尺寸系数（2）查附表144得表面质量系数=0.93（3）查附表147得钢的（4）查附表148许用安全系数（5）弯曲应力幅（6）扭转应力幅：（7）只考虑弯矩作用时的安全系数：（8）只考虑转矩作用时的安全系数：（9）安全系数：= ，满足强度要求中间主轴箱传动轴弯矩、转矩图3）齿轮疲劳强度校核两端主轴箱齿轮校核主轴箱内齿轮的设计是按接触疲劳强度设计齿根弯曲疲劳强度校核公式： (3-19) (3-20)式中：工作情况系数（取1.25）动载系数，查机械设计手册取（=1.17）查机械设计手册取（=1）载荷分配不均系数，查机械设计手册取（=1.4）得：查机械设计手册取：得：，b=24,m=2 由于: =KN/S 其中KN由机械设计手册查取，=1.2 由机械设计手册选取，=450 S由机械设计手册选取，S=1.4得： =代入以上公式： = =31.17 所以合格。中间主轴箱齿轮校核系数的选取为： =1.25，=1.25，=1，=1.4得： =2.1875 ，b=24,m=2 经计算： =17.486 经校核，该齿轮合格。3.4.2齿轮模数的验算齿面接触强度验算公式： (3-21) 齿轮弯曲疲劳强度验算公式： (3-22)由于考虑计算量太大，所以只计算中间主轴箱中齿轮模数，以后均以中间主轴箱为主。1）齿数Z=642）使用系数由机械设计手册查取得，取1.13）功率利用系数由机械设计手册查取得，取0.80954）转速变化系数由机械设计手册查取得，分别取0.75，0.885）工作期限系数： (3-23)经计算，6）工作用量系数：7）名义切向力经计算，=8409.48）分度圆圆周速度： (3-24)经计算，9）动轻系数 (3-25)经计算，10）齿向载荷分布系数，由机械设计手册查取； (3-26)经计算，11）齿向载荷分配系数：经查机械设计手册取， 12）带点区域系数：经查机械设计手册取，13）弹性系数：经查机械设计手册取，14）重合度及旋角系数：经查机械设计手册取，15）许用接触应力：经查机械设计手册取，16）复合齿形系数：经查机械设计手册取，17）重合度旋角系数：经查机械设计手册取，最后将各参数代入公式：。合格3.5主轴箱坐标的计算3.5.1主轴箱坐标系原点的确定根据标准一般取主轴箱体底平面与通过其定位销的垂直线交点为坐标原点。销孔中心距箱体底面30mm，距箱体左外壁25mm。两端的主轴箱内的主轴是以传动轴的位置为中心，分布在133圆周上的所以先以传动轴为坐标原点（0，0），计算各主轴坐标，再以主轴箱定位销的销孔中心为坐标原点（0，0），最后确定各轴的名义坐标。传动轴相对与销孔中心的坐标为（225，220），计算过程如下。轴1：故：轴2： =33.25=57.59故：轴3：=-33.25=57.59故：轴4：故：轴5：=-33.25=-57.59故：轴6：=33.25=-57.59故：中间主轴箱内的主轴也是以传动轴的位置为中心，分布在257圆周上的所以先以传动轴为坐标原点（0，0），计算各主轴坐标，再以主轴箱定位销的销孔中心为坐标原点（0，0），最后确定各轴的名义坐标。传动轴相对与销孔中心的坐标为（225，205），计算过程如下。轴1：=124.12=33.26故：轴2：=90.86=90.86故：轴3：=33.26=124.12故：轴4：=-33.26=124.12故：轴5：=-90.86=90.86故：轴6：=-124.12=33.26故：轴7：=-124.12=-33.26故：轴8：=-90.86=-90.86故：轴9：=-33.26=-124.12故：轴10：=33.26=-124.12故：轴11：=90.86=-90.86故：轴12：=124.12=-33.26故： 3.6变位齿轮在主轴箱传动系统中，常采用一轴带动多轴的传动方法。在这种情况下，往往出现两轴的中心距已定，而这个已定的中心距又不符合齿轮的标准啮合中心距的情况。为了凑中心距，就必须把啮合副中的一个或两个齿轮作成角度变位齿轮。两端主轴箱和中间主轴箱中传动轴和主轴啮合的齿轮副的啮合中心距均和实际中心距相差0.5mm。变位齿轮具体参数见表3-3。表34变位齿轮几何参数计算表名称符号计算公式计算结果模数m标准值2压力角标准值20变位齿轮齿数Z标准值33(64)中心距偏差=0.5中心距变动系数YY=/m0.25啮合角20.49齿顶高变动系数=X-Y0.00147分度圆直径dD=66(128)齿顶高ha2.1537齿根高2.34336全齿高4.49706齿顶圆直径70.3074(132.3074)齿根圆直径62.3132(124.3132)标准齿轮跨齿数3.146标准齿轮公法线长公法线增量0.2103变位齿轮公法线长15.540第4章夹具设计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、以及装卸工件时起限位作用的。夹具设计是整个组合机床设计的重要部分之一。本机床的夹具有以下几个特点(1)稳定地保证工件的工序位置精度采用固定式钻模，可使尺寸公差和位置公差稳定地达到0.10mm。(2)确保了最佳经济效益夹具是确保产品质量及产量的重要工装之一，因此应处理好工件质量、生产率及经济效益三者的关系。在设计三面单工位组合钻床夹具时，遵循以稳定地确保工件质量为前提而又不给夹具留过大的精度储备。考虑夹具的工作效率时与工件的生产纲领相协调，没有盲目地追求先进，从而取得最佳经济效益。 (3)改善工人的劳动条件螺旋夹紧机构的应用，不仅提高了劳动生产率，而且极大地减轻了工人的劳动强度。4.1定位支承系统设计4.1.1定位支承系统的设计原则在组合钻床上加工工件时，必须使被加工零件与刀具及其导向保持正确的相互位置关系，这是靠夹具的定位支承系统来实现的。在设计定位支承系统时，遵循以下原则： (l)合理布置定位支承元件，力求使其组成较大的定位支承平面。 (2)提高刚度，减少定位支承系统的变形。 (3)提高定位支承系统精度及其元件的耐磨性，以便长期保持夹具的定位精度。(4)可靠地排除落入定位支承系统的切屑。4.1.2定位支承元件及其布置本机床加工的是汽车后桥壳体，零件的特点是细长，并且中间是焊接而成，外形并不规则，根据该特点，定位方案如下：以零件两端的固定环外圆面作为定位面，以两个短V型块作为定位元件，这样便限制了x、z、四个方向的自由度。再以235端面作为定位支承面，以四个定位块和定位定位法兰作为定位元件，限制y方向的两个自由度。图4-1定位法兰简图图4-2V型块简图4.2导向装置设计4.2.1导向装置的作用在组合钻床上完成孔加工工序中，除采用刚性主轴加工方法外，切削刀具都在导向装置中工作，因此，具有精密的导向是组合机床刀具工作的保障。组合机床夹具上的导向装置是作为引导刀具对工件进行切削加工的重要装置。其作用在于:保证刀具对于工件的正确位置;保证各刀具相互间的正确位置和提高刀具系统的支承刚度。因此，它对于保证加工精度和机床的可靠工作具有重要的影响。4.2.2导向装置的类型选择因本台组合钻床刀具导向线速度V=15m/min，小于20m/min，故采用固定钻模板引导方案。刀具在导套内既转动又移动，这种导向方法精度好。工件加工前，应首先将钻模正确安装到钻床上。安装到钻模上的工件借助于固定式导套对定位元件的位置关系及其与主安装元件(指夹具体与钻套)的位置公差关系，便可使工序基准相对于刀具和机床取得相对正确的位置。显然，工件的定形尺寸精度主要依靠定径刀具取得，而其位置精度主要由钻模保证的。总之，利用既是导向元件又是安装元件之一的导套实现钻模的正确安装、对定位元件的对定并通过其内孔引导刀具实现加工。4.2.3固定式导套的设计1)固定式导套的组成导套是钻模的特有元件。其作用是引导刀具防止引偏、对定及保证夹具相对于机床取得正确位置并减小加工时产生的振动。固定导套结构简单，能达到较高的位置精度要求。因此本组合钻床采用固定式导套，它由3个元件组成:压套螺钉、可换导套、中间套。中间套外径d以配合直接压入钻模板。可换导套外部装上中间导套，其目的在于:当导套磨损后进行更换时，不至于破坏钻模体上的孔，从而有利于保持导向的精度。可换导套压入钻模板的衬套孔中，并用螺钉的肩部沿轴向夹压，以防止导套在钻孔过程中转动和轴向位移。可换导套与衬套采用配合。可换导套磨损后可随时更换。2)固定式导套主要参数确定由采用麻花钻在导套内进行钻孔的一系列研究表明，导套的长度L1对钻孔位置的影响并不显著，因此根据导套在钻模板上紧固的可靠性选用Ll较小的导套。从导向设计的角度出发，提高这一精度的措施主要在于缩短导套至工件端面的距离L2和减小导套的配合间隙。L2对导套的影响很大，随着L2的增大，钻头对于其轴线的偏移量也增大。因此，导套至工件端面的距离L2选取尽可能小的值。导套的配合间隙对孔的位置精度也有颇大的影响。这里的配合间隙包括钻头与导套之间的间隙，还包括中间套和钻模体之间的配合间隙。为了提高孔的位置精度，适当的提高导套的制造精度和选用较紧的配合。固定式导套的布置及其主要参数确定见第二章表2-4。4.3夹紧机构设计4.3.1夹紧方案的确定在组合机床上加工时，工件依靠夹具上的定位支承系统，获得对于刀具及其导向正确的相对位置，还需依靠夹具上的夹紧机构，来消除工件因受切削力产生的振动，使工件在加工过程中能继续保持定位所得到的正确位置。中间加工部位采用螺旋夹紧机构，具有以下优点:(l)高加工精度。(2)提高生产率。(3)工作可靠具有自锁性能。(4)结构简单紧凑，夹压变形减小。(5)操作方便，使用安全。4.3.2夹紧力的计算l.夹紧力的确定(l)夹紧力的作用点本夹具为保证工件夹紧后定位稳定，中间夹紧力作用点选在235的端面上，并采用定位法兰作为定位支承，刚性较好。2）夹紧力的方向本机床加工时，两面同时钻削，轴向力可以互相抵消。所以中间夹具的夹紧力方向与235的端面垂直。3）夹紧力大小的计算两端螺旋夹紧时，夹紧力为: (4-1) 式中: 夹紧力(N) 螺纹的外径(mm) 加在螺旋夹紧机构上的夹紧扭矩(Nmm) 采用手动螺旋夹紧机构时，夹紧扭矩为: =PL (4-2) 式中: P加在扳手上的力。在组合机床夹具上P的推荐值为 80-150N。 L扳手力臂长度(mm)，L14d。为工作安全可靠，应使总的夹紧力Q大于总的轴向切削力F 取p=14地，Q=890.5 kg，Q总=ZQ=17810N8826N。夹紧力大于8826N，故紧力足够，该夹具满足要。此外，由于工件细长，形状不规则，为了确保加工时工件稳定两端采用压板辅助夹紧。有利于保证加工精度。图4-3V压板夹紧机构简图在中间夹紧和支承定位点处用的是可换定位块，磨损后可更换，保证加工精度。第5章专题汽车后桥壳体工艺规程设计5.1确定毛坯的制造形式本后桥壳体是冲压焊接结构，是用16mm厚的16Mn钢板经热压成桥壳，然后再由后桥壳与半轴套管焊接成桥壳体。具有结构简单、重量轻的优点。以前后桥上的后盖、法兰盘、半轴套管等杂件，采用手工电弧焊与CO2气体保护焊，生产效率低，焊接难度大;后桥壳与半轴套管采用角焊缝焊接时，需加热装配，消耗大量能源。上述工艺劳动强度大，不易实现机械化和自动化，严重制约汽车后桥生产的进一步发展。为此，我采用了适合汽车后桥生产的新式焊接工艺，CO2气体保护自动焊、摩擦自动焊技术引入到汽车后桥焊接中。该项工艺在汽车后桥生产中的应用，提高了后桥焊接成形的整体性能，实现了汽车后桥大批量生产的自动化。5.1.1车桥焊接工艺焊接结构的汽车后桥壳由桥壳、后盖、法兰盘、半轴套管及杂件等几部分焊接而成。我采用埋弧自动焊、CO2气体保护自动焊、摩擦自动焊新工艺。简略其它工艺，其焊接工序为：上料组对CO2自动焊垫盘点焊后盖、法兰盘CO2自动焊后盖CO2自动焊法兰盘点焊杂件焊杂件补焊焊桥壳与半轴套管摩擦焊正火处理下线。5.1.2汽车后桥焊接设备依据焊接桥壳体焊缝工艺的特点，我选用CO2气体保护自动焊机，摩擦焊自动焊机。这几台具有先进技术的焊接设备，应用于汽车后桥焊接后，生产批量增加，焊缝成形美观，焊接质量提高，整桥焊接水平有较大的飞跃。5.1.3基准的选择汽车后桥壳体的精基准选为后桥两端的固定环外圆面和中间琵琶孔的端面。粗基准选为两端半轴套管的外圆端面。5.2工艺路线的拟定工艺路线的拟定要满足零件的各种技术要求。故合理制定工艺路线方案。工序1：热处理工序2：粗镗两端倒角工序3：粗镗两端轴承孔，粗镗中间琵琶孔工序4：精镗两端轴承孔，精镗中间琵琶孔工序5：精车两端倒角工序6：粗车固定环外圆工序7：精车固定环外圆工序8：车摩擦卷边工序9：粗车半轴套管轴向各尺寸工序10：精车半轴套轴向各尺寸工序11：车两端螺纹工序12：车桥壳端面工序13：铣琵琶孔端面工序14：角磨去除琵琶孔内侧毛刺工序15：磨桥壳各处圆直径工序16：钻固定环和琵琶孔上的螺纹孔工序17：攻螺纹工序18：清洗终检5.3机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定5.3.1 34桥壳两端内孔工序名称公称余量公差等级最小极限尺寸工序尺寸极限偏差毛坯29.5300.5粗镗3.2IT1132.5233精镗1.3IT833.982345.3.2 235中间琵琶孔工序名称公称余量公差等级最小极限尺寸工序尺寸极限偏差毛坯229.52300.5粗镗4.1IT11233.65234精镗1.1IT8234.982355.3.3 155固定环外圆工序名称公称余量公差等级最小极限尺寸工序尺寸极限偏差毛坯159.51600.5粗车4.3IT7155156精车1.1IT10155.0021555.3.4 50.5半轴套外圆工序名称公称余量公差等级最小极限尺寸工序尺寸极限偏差毛坯54.5550.5粗车3.5IT75252精车1.8IT1050.46550.55.3.5 60半轴套外圆工序名称公称余量公差等级最小极限尺寸工序尺寸极限偏差毛坯64.5650.5粗车4.7IT76161精车1.2IT1059.965605.3.6 70半轴套外圆工序名称公称余量公差等级最小极限尺寸工序尺寸极限偏差毛坯74.5750.5粗车3.9IT771.371.5精车1.8IT1070.002705.3.7 90半轴套外圆工序名称公称余量公差等级最小极限尺寸工序尺寸极限偏差毛坯93.5940.5粗车3.2IT790.891精车1.1IT108

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