后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计

后桥壳体双面钻组合机床总体及左主轴箱设计1前 言多年来机械产品加工中广泛采用的是万能机床，但随着生产的发展，很多企业的产品产量越来越大，精度越来越高，采用万能机床加工就不能很好地满足要求，于是一种较先进的机床组合机床就产生了。组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率的专用机床，设计这种组合机床就是提高生产效率和加工精度。自从组合机床诞生以来就一直在不断的发展，其发展方向为：提高生产率 ；扩大工艺范围；提高加工精度；提高自动化程度；提高组合机床及其自动线的可调性；创造小型组合机床；发展专能组合机床及自动线。发展组合机床及其自动线，广泛地推广使用组合机床，对于机械制造业，特别是汽车、拖拉机、柴油机、电动机、仪器、仪表、阀门、矿山机械、冶金、航空、纺织机械以及军工部门等生产的发展，有着很重要的意义。目前，组合机床在机械制造工业中应用越来越普遍，并已显示出其巨大的优越。组合机床与万能机床和专用机床相比，有如下特点：a组合机床由70%90%的通用部件组成，可以缩短设计和制造周期；而且在需要的时候，还可以部分或者全部进行改装，以组成适应新加工要求的新设备。这就是说组合机床有重新改装的优越性，其通用零部件可以多次重复利用。b组合机床是按照具体加工对象专门设计的，可以按最佳工艺方案进行加工。c在组合机床上可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工件进行加工，是实现工序集中，提高生产率的最好途径。d组合机床是在工件一次装夹下，用多轴实现多孔同时加工有利于保证各孔相互之间的精度要求，提高产品质量；减少了工序工件间的搬运，改善了劳动条件；减少了占地面积。e由于组合机床大多数零部件是同类的通用部件，简化了机床的维护和管理。f组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中生产，有利于提高产品质量和技术水平，降低制造成本。组合机床的设计，主要是针对被加工工件的加工工艺要求来设计主轴箱的传动系统。根据被加工工件的特点，按一定的设计原理，结合各种影响机床性能的因素，经分析后拟订出可靠的工艺设计方案。在设计主轴箱时，根据被加工的工件工序图设计的组合机床。需完成工艺内容确定、加工部件的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求、定位基准、压紧部件以及被加工零件的材料的确定。认真分析并初步确定设计方案，估计所需的功率，设计出符合本工序加工的组合机床。2组合机床的总体设计（三图一卡）本次设计的课题为后桥壳体卧式双面钻组合机床，来源于盐城超越组合机床有限公司。本次设计主要是针对后桥壳体左右面的孔系加工，以提高生产率和生产效益。2.1组合机床工艺方案的制定制定组合机床工艺方案是设计组合机床最重要的步骤之一。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。 为了使机床方案制定的合理、先进，必须开展以工人为主体的“三结合”设计，密切联系实际，总结生产实践经验，全面了解被加工零件的加工情况和影响机床方案制定的因素。 被加工的零件是个后桥壳体，此壳体双面有61个孔要加工：左侧面钻28个孔，右侧面钻33个孔。设计一台双面钻孔的组合机床。2.1.1 被加工零件的特点工件材料及硬度、加工部位的结构形式、工件的刚性、工艺基面等，对于机床工艺方案的制定都有重要的影响。加工同样精度的孔，加工钢件比加工铸铁件的工步数就多一些。加工薄壁易振的工件，安排工序时要防止共振，否则，将严重影响加工精度。当工件内壁孔径大于外壁孔径时，只能采用钻孔的加工方法，加工时工件让刀，使钻头定向后送进工件，方能加工。工件的刚性不足，加工时工序就不能太集中。有时为了减少机床台数，必须采取高度集中工序时，从安排上，也必须把一些工序从时间上错开加工，以免同时加工时因工件受力变形、发热变形以及振动而影响加工精度。必须重视工件在组合机床加工前已完成的工序以及毛坯孔的质量。当毛坯孔余量很大或铸造质量较差，有大毛刺时，有时则安排粗拉荒工序，对几个同心孔常采用粗扩的加工方法。工件有无适当的工艺基面也是影响工艺方案制定的重要因素。2.1.2 机床使用条件的影响a车间布置情况如工件输送滚道的高度就直接影响机床的装料高度。当工件输送滚道穿过机床时，机床就得设计为通过式的，配置面数就不能超过三面，同时装卸工件只能推进拉出，机床通常不能安置中间导向。如果车间面积有限，常常使机床的轮廓尺寸受到限制。有的机床安装在楼上，因而对机床单位面积的重量也有严格要求。此外，生产线的流水方向，机床在车间的安装位置等也对机床配置方案有一定的影响。b. 工艺间的联系情况工件在到组合机床加工之前，工件的毛坯或半成品必须达到一定的要求，否则将使在机床夹具上定位夹紧不可靠，以至造成刀具的损坏，或者不能保证要求的加工精度。c. 使用厂的技术后方和自然条件 如果使用厂没有相当能力的工具车间，对于造成刃磨复杂的整体复合刀具有困难，拟订方案时，应当避免采用这类刀具。工厂所处地方气候过于炎热，车间温度过高，使用液压传动机床工作性能不稳定时，则可选用机械通用部件配置机床。绘制组合机床“三图一卡”，就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括：绘制被零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等。2.2 被加工零件工序图 被加工零件工序图是根据制订的工艺方案，表示所设计的组合机床上完成的工艺内容，加工部件的尺寸、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。被加工零件工序图是在被加工零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并做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。当需要设置中间导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部助、壁部助及有关结构形状和尺寸表示清楚，以便检查工作、夹具、刀具之间是否相互干涉。b.本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。后桥壳体的定位方案为一面两销。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。绘制被加工零件工序图的规定及注意事项：e.使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制是规定：应按一定的比例，绘制足够的主视图以剖面；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画“”粗实线。f.应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。g.本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。当本工序定位基准与设计基准不符时，必须对加工部位的位置精度进行分析和换算，并把不对称公差换算为对称公差。有时也可将工件某一主要孔的位置尺寸从定位基准面开始标注，其余各孔则以该孔为基准标注。后桥壳体双面钻床的被加工零件的工序图如图2-1所示。图2-1被加工零件工序图2.3 加工示意图A.加工示意图的作用和内容加工示意图是在工艺方案和机床总体方案逐步确定的基础上绘制的。它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；接杆、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置等结构尺寸；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。B.绘制加工示意图的注意事项加工示意图应绘制成展开图，按比例用细实线画出工件外形。加工部位、加工表面画粗实线。必须使工件和加工方位与机床布局相吻合。为简化设计，对同一多轴箱上结构尺寸完全相同的主轴只画一根，但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号。一般主轴的分布不受真实距离的限制。当主轴彼此间很近或需设置结构尺寸较大的导向装置时，必须以实际中心距严格按比例画，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是否相互干涉。主轴应从多轴箱端面画起；刀具画加工终了位置。对采用浮动卡头的镗孔刀杆，为避免刀杆退出导向时下垂，常选用托架支撑退出的刀杆。这时必须画出托架并标出联系尺寸。采用标准通用结构只画外轮廓，但须加注规格代号；对一些专用结构，如专用的刀具、导向、刀杆托架、专用接杆或浮动卡头等，须用剖视图表示其结构，并标注尺寸、配合及精度。绘制的加工示意图如图2-2所示。图2-2 加工示意图2.3.1 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。表2-3 切削用量加工直径d(毫米)HB=160200HB=200241HB=300400V(米/分)V(米/分)V(米/分)1616240.070.1210180.050.15120.030.086120.120.20.10.180.080.1512220.20.40.180.250.150.2022500.40.80.250.40.200.302.3.2 选择切削深度这是根据被加工孔的直径来选择的。加工的孔直径为25mm,10.2mm，和8.5mm。14孔锪平，钻57，2124孔深23mm，820孔深10.2mm，27,28孔深18mm。2.3.3 确定进给量根据文献1查表6-11硬质合金钻头切削用量。加工材料为HT200，硬度190240HBS。进给量：孔14 =0.36mm/r孔515，1626 =0.11mm/r孔27，28 =0.11mm/r2.3.4确定钻削速度同上确定 孔14 =40mm/min孔515，1626 =40mm/min孔27，28 =40m/min由文献5可知： （2-1） （2-2）式中：切削速度（m/min）；刀具直径（mm）；刀具每分钟转数（r/min）；进给量（mm/r）；圆整后的切削速度（m/min）；刀具每分总的进给量（mm/min）。所以由公式（3-1）得： 14孔转速r/min 526孔转速r/min 27，28孔转速r/min可由文献52.17可知圆整为110r/min，375r/min。 由公式（2-1）变换得实际切削速度： 14孔m/min526孔m/min 27，28孔m/min由公式（2-2）得工进速度：14孔 mm/min526孔 mm/min27，28孔 mm/min 2.3.5 切削功率，切削力，转矩以及刀具耐用度的选择查文献1表6-20得公式：切削力 (2-3）切削转矩 (2-4）切削功率 (2-5）式中： 切削力（N）；V切削速度（m/min）；钻头直径（mm）；k修正系数0.1；进给量（mm/r）；Vf每分钟进给量（mm/min）；抗拉强度（MPa）。D=25mm、10.2mm、8.5mm =0.36mm =600Mpa V=47.1m/min由公式（2-3）得： 14孔 N526孔 N27，28孔 N由公式（2-4）得： 14孔 kN.m526孔kN.m27，28孔kN.m由公式（2-5）得： 14孔 kW526孔 kW27，28孔 kW传动系统确定以后，主轴箱所需功率按下列公式计算： (2-6)式中： 切削功率，单位为KW； 空转功率，单位为KW； 与负荷成正比的功率损失，单位为KW。每根主轴的切削功率，由选定的切削用量按公式计算或查图表获得；每根轴的空转功率按文献1表4-6得确定；每根轴上的功率损失，一般可取所传递功率的1%。则在本课题中主轴箱所需的功率计算如下：(前面算出切削功率为1.296KW) = (2-7)=40.046+0.0324=0.904KW =0.1 (2-8) =0.1=0.737KW 则 =0.904+7.37+0.737=9.011KW主轴箱所需的进给力（单位为N）可按下式计算： (2-9)式中:各主轴所需的轴向切削力，单位为N。在本课题中主轴箱所需的进给力计算如下：由于各主轴所需的轴向切削力在前面已经计算得出，则： =30229+67834+5005 =103068N 2.3.6 组合机床生产率的计算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。a.理想生产率(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。它与全年工时总数tk有关,这里两班制tk取4600h，由文献1的第51页公式： （2-10）得出： =80000/4600=19.39件/时b.实际生产率(单位为件/h)是指所设计机床每小时实际可生产 （2-11）式中:生产一个零件所需时间(min)，可按下式计算： （2-12）式中:分别为刀具工作进给长度,单位为mm；分别为刀具工作进给量,单位为mm/min；当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时，滑台在死挡铁上的停留时间，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; 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；工件装、卸（包括定位或撤销定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及吊运工件）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QQ时候，机床负荷率为二者之比。组合机床负荷率一般为0.750.90,自动线负荷率为0.60.7。典型的钻、镗、攻螺纹类组合机床，按其复杂程度确定；对于精度较高、自动化程度高或加工多品种组合机床，宜适当降低负荷率。 （2-14）则 具体请见表2-8生产率计算卡。2.4机床联系尺寸图及相关计算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，并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。机床联系尺寸图表示的内容有：1）表明机床的配置型式和总布局。2）完整齐全地反映各部件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。3）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，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件，不得遗漏。4）表明机床验收标准及安装规程。5）选择动力部件等。A 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。本次设计的是根据以定的工艺方案和机床配置型式并结合使用及修理等因素，确定机床为卧式双面机械传动组合机床，机械滑台实现工作进给运动。根据文献5表2.22 高速刚钻头钻刚时消耗的功率得Pc左=9.01kW Pc右=7.8kW (2-15)式中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。本课题中被加工零件材料为42CrMo，故取=0.9所以 kW kW根据所算出的功率，查文献1表5-20我们可选用1TA40型号的动力头，经过改制都能满足功率的需要。表2-4 动力电动机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Y160L-6111000970右主轴箱Y160L-6111000970根据动力头尺寸选定滑台与其配合，由于选用的是带传动动力头，根据文献15-21得宽B=700mm，选用滑台型号为1HY50(机械滑台型号选用于文献1表5-5),滑台宽700mm，长1440mm,最大行程350mm。表2-5 滑台电动机型号电动机型号电动机功率(kw)输出转速(r/min)左攻进电动机Y100L-6B51.5940左快进电动机Y100L1-4B52.21430右攻进电动机Y802-4B50.751390右快进电动机Y90L-4B51.51400B 确定底座尺寸中间底座的轮廓尺寸，在长宽方向应满足夹具的安装需要。它在加工方向的尺寸，实际已由加工示意图所确定，图中已规定了机床在加工终了时工件端面至主轴箱前端面的距离。由此，根据选定的主轴箱、滑台、侧底座等标准的位置关系，并考虑前备量，通过尺寸链就可以计算确定中间底座加工方向的尺寸，在本次设计中取前备量30mm，计算长度为1440mm。确定中间底座的高度方向时，应注意机床的刚性要求、冷却排屑系统要求以及侧底座连接尺寸要求。装料高度和夹具底座高度确定后，中间底座高度就已确定，选取560mm。图2-6 底座在本次设计中，把侧底座与中间底座合在一起，构成一个整体底座，在高度上和中间底座一样为500mm，在长度方面配合1HY50滑台的长度，所以整体长度定为4374mm。为了适应一定的装料高度的要求，在底座和滑台之间增加了调整垫，防止夹具高度调整时受到限制。整体底座为铸造体，排屑装置和润滑装置均在底座上。C 机床分组为了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。组号划分如下：a.第1019组支承部件。一般由通用的侧底座、立柱及其底座和专用中间底座等组成。b.第2029组夹具及输送设备。夹具是组合机床主要的专用部件，常编为20组，包含工件定位夹紧及固定导向部分。c.第3039组电气设备。电气设计常编为30组，包括原理图、接线图和安装图等设计。专用操纵台、控制柜等另编组号。d.第4049组传动装置。包括机床中所有动力部件如动力滑台、动力箱等通用部件，编号为40组，其余需修改部分内容或专用的传动设备单独编组。e.第5059组液压和气动装置。f.第6069组刀具、工具、量具和辅助工具等。g.第7079组主轴箱及其附属部件。h.第8099组冷却、排屑及润滑装置。i.第9099组电气、液压、气动等各种控制挡铁。机床联系尺寸图如图2-7所示。图2-7机床联系尺寸图表2-8生产率计算卡被加工零件图号HQKT-01-02毛坯种类铸件名称后桥壳体毛坯重量86.5Kg材料HT200硬度HB190240工序名称左右表面钻孔工序图1序号工步名称被加工零件数量加工直径（mm)加工程度（mm)工作行程（mm)切削速度（mmin)转数(r/Min)进刀量工时（min）每转（mm/r)每分钟（mm/min)机动时间辅助时间共计1装卸工件10.500.502左快进15075000.020.02钻孔25233029.43750.06721.120.078钻孔102233015.33750.02710.1250.015钻孔8.51830143750.0238.60.0130.078死挡铁停留0.05快退18075000.0240.0243右快进15075000.02钻孔25233029.43750.06725.120.078钻孔8.5153015.24350.03515.220.01钻孔10.2233015.33750.0238.6250.015死挡铁停留0.05快退18075000.031备注总 计2.625min机床生产率22件/时机床负荷率84.8%钻孔类组合机床，按其复杂程度参照表确定；对于精密度，自动化程度高或加工多品种组合机床，宜适当降低负荷率。表2-9负荷率对照表机床复杂程度 单 面 或 双 面 加 工三 面 或 四 面 加 工 主轴数 15164041801516404180 负荷率0.900.860.860.800.860.800.800.75设计的后桥壳体双面钻床，且加工61个孔，则有61根主轴，负荷率在0.800.86。3主轴箱的设计3.1主轴箱装配图的设计3.1.1主轴箱原始依据图主轴箱设计工作的依据是三图一卡，即机床总图或机床联系尺寸图、被加工零件工序图、加工示意图和生产率计算卡。对于主轴箱设计，通常还要根据三图一卡再绘制一张主轴箱设计的原始依据图。主轴的型式和直径，主要取决于刀具的进给抗力和切削扭矩或主轴刀具系统结构上的需要。通常，钻孔时采用前支承有止推轴承的主轴；钻孔以外的其他工序，主轴前支承有没有止推轴承都可以，这要视具体情况而定。设计时，尽可能不选用15毫米直径的主轴和滚针主轴，因为这种主轴的精度低，既不便于制造装配，也不便于使用和维修。图3-1原始依据图3.1.2主轴参数的确定本课题为钻孔，钻孔时采用滚珠轴承主轴。主轴直径按加工示意图所示主轴类型及外伸尺寸可初步确定。传动轴的直径也可参考主轴直径大小初步选定。主轴14直径：26mm；主轴526直径：20mm；主轴27、28、直径：20mm；传动轴直径：30mm；手柄轴直径：32mm；0轴、油泵轴直径：40mm。齿轮模数m（单位为mm）一般用类比法确定，由参考文献9公式估算： （3032） (3-1)式中，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。由于主轴箱中齿轮模数常用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，可以根据实际需要选出齿轮模数。具体模数、齿数如表3-2。 表3-2 模数、齿数模 数齿 数模 数齿 数 初定齿轮排布如下图3-3所示图3-3齿轮排布图主轴箱的动力计算包括主轴箱所需要的功率和进给力两项。具体计算结果在第二章节已详细计算。表3-4 切削用量加工直径d(毫米)HB=160200HB=200241HB=300400V(米/分)V(米/分)V(米/分)1616240.070.1210180.050.15120.030.086120.120.20.10.180.080.1512220.20.40.180.250.150.2022500.40.80.250.40.200.30根据以上数据，并对照表格，可知：轴14 25轴528 20轴29 30轴30 25轴31 35轴3235 25轴36 35轴3743 40轴44 30轴45 35轴4648 30轴4950 25轴51 30轴5253 25轴54 30轴5757 40轴5859 30轴60 203.1.3 设计和计算传动系统 所谓传动系统的设计，就是通过一定的传动链，按要求把动力从动力部件的驱动轴传递到主轴上去。同时，满足主轴箱其他结构和传动的要求。由参考文献9得公式： （3-2） （3-3） （3-4） （3-5）式中： 主动轮齿数 从动轴齿数 主动轮转数（转/分） 从动轮转数（转/分） 中心距（毫米） 模数（毫米）3.1.4 计算主轴箱坐标图3-5坐标计算示意图坐标计算是主轴箱设计的重要环节之一，它包括计算主轴和传动轴的坐标位置。为了保证组合机床的加工精度和确保齿轮正确的啮合关系，主轴箱坐标计算必须确保正确，否则，将给生产造成损失，轻则返工，重则使主轴箱报废。计算机是坐标计算必不可少的工具。用计算机计算坐标时，还可辅以多位乘方表。此外，要把角度坐标换算成线性坐标时，要用不少于七位的三角函数表。a.主轴箱坐标系原点的确定为了计算主轴箱的各轴坐标，对于每个主轴箱都必须选择一个坐标原点。b.坐标计算的顺序主轴箱坐标的计算顺序是：首先计算主轴的坐标，然后计算与这些主轴有直接啮合关系的传动轴坐标，再按顺序计算其余轴的坐标。在计算过程中，要随时把计算出来的各轴坐标数据填入专门格式的坐标表中，以供计算其他轴和将来画检查图与箱体图时使用。c.主轴坐标的计算主轴坐标的计算是按主轴箱设计的原始依据或被加工零件工序图进行的。为了确保主轴坐标的正确性，一般应再按被加工零件图进行一次验算。主轴坐标的计算精度，要求精确到小数点后第三位数字。为了减少计算误差，对于角度关系的主轴坐标，应采用七位或七位以上的三角函数进行计算。当被加工零件的孔距尺寸带有公差时，在计算坐标时应考虑公差的影响。主要是那些带有单向公差或双向不等公差的尺寸，应当把公差计算进去，使主轴的名义坐标尺寸位于公差带的中央。轴1 =-1 209轴2 133 209轴3 =296 =205轴4 =296 =255轴5 =409.43 =226.04轴6 =439.38 =261.72轴7 =491 =278轴8 =511.20 =326.92轴9 =535.69 =365.94轴10 =571.32 =393.07 轴11 =614.26 =408.90轴12 =657.43 =409.66 轴13 =715.10 =387.41 轴14 =743.94 =361.71 轴15 =764.29 =329.13 轴16 =775.70 =285.03 轴17 =767.48 =224.67 轴18 =734.09 =1733.73 轴19 =682.01 =142.12 轴20 =621.41 =136 轴21 =568.94 =143 轴22 =529.04 =106.43 轴23 =483.16 =98.34 轴24 =423.60 =143 轴25 =596.44 =194.42 轴26 =549.28 =267.11 轴27 =764 =70 轴28 =644 =70 3.2主轴箱体及其附件的选择设计3.2.1 主轴箱的选择设计该后桥壳体双面钻组合机床主轴箱选用6301000的通用主轴箱体,主轴箱体前后盖材料为HT200,虽然主轴箱是通用的，但为了满足具体的使用要求,故在此基础上进行了一系列的补充加工,其补充加工的情况可参见补充加工图。3.2.2 主轴箱上的附件材料的设计a. 分油器本主轴箱中分油器选用B-ZIR31-2-36型分油器,其作用是把油分成几路,分别润滑不同排数的齿轮及轴承,以便于保证轴承,齿轮有一定的使用寿命,减少摩擦和磨损,降低振动,消耗发热。b. 油杯油杯是用来给箱体注油用的,以保证箱体内油量满足使用要求。c. 油塞油塞是用来放油用的,应该置在箱体的底部,由于该主轴箱是卧式组合机床,故活塞放置在箱体上,放油孔螺母与凸台之间应加封油圈密封。d. 油标油标是用来指示油的高度的,应该放置在便于检查及油面较稳定处,该主轴箱选用管状油标(GB1162-79)放置在箱体侧面上。e. 润滑 润滑可分为稀油润滑、干油润滑、固体润滑、气体润滑等。一般润滑件有：油杯、油环、油枪、油标等。传动轴、轴承和齿轮的润滑，多采用30号机械油，由装在主轴箱内的润滑油泵供油。本次设计中在主轴箱内注入30号机械油。轴承部分若采用润滑脂润滑时，应注意使机械轴和润滑脂分开，并在箱体上留有加润滑脂的小窗口或油杯。若用润滑脂，润滑脂装于轴承部分的量，一般不能超过座体内腔自由空间的2/3。检验和加油，可每隔36个月进行一次。全部换油和清洗座体孔和轴承，一般在1218个月进行一次f. 密封轴承的密封装置的作用不外乎两种，其一是保护轴承，不让外面的杂物侵入；另一点是防止润滑剂从装轴承的部位溜出。如果密封装置不可靠，不仅仅浪费大量润滑剂，而且会使轴承不清洁，加速轴承磨损。因此，对每个具体的轴承部件，应选择最有效的同时有最经济的密封装置。密封装置的设计应力求简单可靠。如果采用过于复杂的密封装置，不仅会增加部件的成本，而且往往增加摩擦损失，增加主轴转动的阻力。4 齿轮和轴的校核4.1齿轮的校核：可设计的齿轮传动在具体工作环情况下，必须有足够的，相应的工作能力，以保证在整个寿命期间不致失效。所以在齿轮过程中要进行校核。A齿轮的材料，精度和齿数选择（以30轴齿轮为例）已知轴2上齿轮采用45钢，锻造毛坯，两齿轮渗碳淬火HRC5662，齿轮精度用8级，轮齿表面粗糙度为Ra3.2，Z=22，m=3,i=1.22。B设计计算a设计准则按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。b.校核计算：在初步确定主轴传动系统后还要对危险齿轮进行强度校核，尤其对低速级齿轮或齿根到键槽距离较小的齿轮及受转矩较大的齿轮进行校核，以保证传动系统平稳准确，有一定的使用寿命。通过比较发现，主轴箱中最薄弱的齿轮是驱动齿轮，因为其传动的功率大，如果它能满足强度要求，则其他的齿轮也应满足要求。驱动轴上的齿轮齿数=22,m=3,与其相啮合的大齿轮的齿数=37,m=4,驱动轴所传递的功率P=1.5kw,转速no=720r/min,齿数比=1.62，齿轮材料为45钢，大、小齿轮的硬度分别为220HBS,260HBS。4.1.1校核齿根弯曲疲劳强度由参考文献1公式6-12根弯曲疲劳强度的校核公式为： (4-1) 确定公式中各参数值：a.大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限 、查参考文献取， b.弯曲疲劳寿命系数、查参考文献取，c.许用弯曲应力、取定弯曲疲劳系数SF=1.4, 应力修正系数YST=2.0得d.齿形系数、和应力修正系数、查参考机械设计表6.4得=2.69，=2.42， =1.575，=1.674e.计算大、小齿轮的与，并加以比较取其中大值带入公式计算 ， 大齿轮的数值较大，应按大齿轮校核齿根弯曲疲劳强度校核计算： Mpa 弯曲疲劳强度足够。 4.1.2校核接触疲劳强度由参考文献1公式6-10得接触疲劳强度由公式： (4-2)进行校核确定公式中各参数值：小齿轮传递的转矩T1：b.大、小齿轮接触疲劳强度极限、按齿面硬度查机械设计图6.8得大、小齿轮的接触疲劳强度极限。=600 Mpa，=560 Mpac.接触疲劳寿命系数、 查参考文献1图6.6得=0.9，=0.95d.计算许用接触应力取安全系数SH=1，则 e.确定材料系数ZE 查机械设计表6.3得ZE=189.8f.计算圆周速度v g.确定载荷系数K查参考文献1表6.2得使用系数KA=1, 根据v=2.25m/s,7级精度查参考文献1图6.10得 Kv=1.1,查图6.13得K=1.18,则K=KAKvK=11.11.18=1.298。校核计算:Mpa 接触疲劳强度满足要求。所以该齿轮满足使用要求。4.2轴的强度校核：轴在初步完成结构设计后，进行校核计算。计算准则是满足轴的强度或刚度要求。进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的方法，并恰当地选取其许用应力，对于用于传递转矩的轴应按扭转强度条件计算，对于只受弯矩的轴（心轴）应按弯曲强度条件计算，两者都具备的按疲劳强度条件进行精确校核等。在本设计中轴的直径是按强度公式计算进行选择，因此并不是要对主轴箱内所有的轴都进行校核，只是对那些承受弯、扭矩相对交较大的轴进行强度校核。在这里对长主轴7进行强度校核。a.求出主轴上的转矩 T在工作时，主轴上所承受的功率P=0.153kw（不计齿轮的啮合损耗和轴承损耗的功率）。则b.求作用在齿轮上的力 c. 轴的受力分析1.计算支承反力：在水平面内 在垂直平面内 2.画弯矩图（见图4-1）在水平面内，a-a剖面左侧 MaH=Ftl1=75.8243=3260.26 Nmma-a剖面右侧 MaH=FH2l2=21.3153=3258.9 Nmm在垂直平面内，a-a剖面左侧 MaV=Frl1=27.5943=1186.37 Nmma-a剖面右侧 MaV=FV2l2=7.75153=1185.75 Nmm合成弯矩，a-a剖面左侧 Nmma剖面右侧 Nmm3.画转矩图 T=3108.829 Nmm图4-1 轴的弯矩、扭矩图d. 危险截面的判断 截面左右的合成弯矩右侧相对左侧大些，扭矩为T，则判断左侧为危险截面，只要右侧满足强度要求即可。e. 轴的弯扭合成强度校核由参考文献13表11.2查得= -1=60 Mpa,a-a剖面左侧 mm3f. 轴的疲劳强度安全系数校核根据参考文献13表11.2查得，。截面左侧：由参考文献13附表11.2查得，；由附表10-4查得绝对尺寸系数，；轴经磨削加工，由附表11.4得表面质量系数。则：弯曲应力 ，应力幅 平均应力 切应力 安全系数 查参考文献13表11.8得许用安全系数， ，则剖面安全，即主轴的强度满足要求。初步完成结构设计后，进行校核计算，计算准则是满足轴的强度或刚度要求，进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的方法，并恰当地选取其许用应力，对于仅仅（或主要）用于传动递转矩的轴（传动轴），应按扭转强度条件校核，对于只受弯距的轴（心轴）应按弯曲强度条件校核，两者都具备的按疲劳强度条件进行精确校核等等。这里对轴2进行校核：首先求出主轴上的功率P，转速n和转矩TP=0.05KW n=108r/mm 5结论为了保证被加工零件的尺寸精度和位置精度要求，高速高效地完成对后桥壳体孔的加工，设计了本组合机床。在设计过程中借鉴了国内外一些现有的组合机床设计资料。这次毕业设计中设计了后桥壳体双面钻组合机床总体及