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机械毕业设计论文

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减速器下箱体专用数控铣床设计（PR0E）,机械毕业设计论文

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南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 1 前 言 一、 毕业设计目的 毕业设计是机械制造工艺及设备本科专业学生毕业前的必修内容，其目的是使学生通过了基础课、专业基础课和专业课的教学过程后进行一次大型的机械设备设计训练，促使学生运用所学的各种知识，查阅各种有关资料、进行必要的调查研究和分析，从而获得独立自主解决工程技术问题的能力，使学生在毕业后能尽快适应所担负的工程技术工作，为祖国多做贡献。 二、 设计任务 本次毕业设计的任务是设计专用铣削机床，具体的机床类型有卧式组合机床和立式组合机床等。组合机床有机械、液压、电气三大部分。由于设计时间有限，本次设 计的基本任务是完成机械部分的设计。在学生有余力时也可以进行其他部分的设计。组合机床的机械部分有许多通用部件和专用部件组成。毕业设计的任务就是针对具体的设计任务选择合适的通用部件和设计专用部件。 在设计中要完成以下工作： 主要设计内容 : 要求设计一台专用数控铣床。 完成对减速器上 2平面的铣削。 年生产纲领 5万台以上。 加工对象：减速器下箱体 2平面的具体要求见图纸。 具体要求 : 机床总体三维设计图。 主轴箱三维装配图。 夹具三维装配图。 完成零件、部件、总体设计。用 PRO/E、 UG等软件 设计说明书 1.5 万字。内含生产率设计计算过程，设计方案选择过程等内容。约30 页左右， A4纸， 5号宋体打印。要求计算正确，书写工整，字句通顺，简图清晰。 nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 2 毕业设计说明书 在调查研究及设计过程中，学生应将有关资料及时纪录，最后整理、编写成说明书。其内容包括毕业设计任务、各种方案示意图及比较分析，必要的计算和最终结论，设计工作完成的心得体会和建议等。涉及说明书应该随图纸设计过程同时进行编写，最后整理完成。 三、毕业设计 工作进度安排 本次毕业设计全过程从第一周到第 16周，共 16周。首先了解任务书的内容 和要求；其次找到设计过程中的所需的参考书，并掌握相关的知识；第三，参观工厂了解组合机床的具体结构以及其夹具的基本结构；第四，能熟练运用 PRO/E软件及 PHOTOSHOP 等软件，第五，完成毕业设计、图册和说明书，准备答辩。具体安排如下： 第 1 3周：熟悉任务，收集资料，设计准备，写开题报告。 第 4 5周：完成数控铣床的夹具的设计。 第 6 11周：完成数控铣床的主轴箱的设计。 第 12 13周：各部件的设计，修改和检验。 第 14 15周：打印图纸和写说明书。 第 16周：整理所有的设计资料，做好毕业答辩的 准备工作。 第章 组合机床、数控机床的概述 组合机床及其特点 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专用机床。它能够对一种或几种零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，生产效率高，加工精度稳定。 组合机床与通用机床、其他专用机床比较，具有以下特点： 1) 组合机床上的通用部件和标准部件约占全部机床零、部件总量的 70-80%,因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。 nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 3 2) 由于组合 机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因而比通用机床生产效率高， 产 品质量稳定，劳动强度低。 3) 组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。 4) 在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。 5) 当被加工产品更新时，采用其他类型的专用机床时，其大部分部件要报废。用组合机 床时，其通用部件和标准零件可以重复使用，不必另行设计和制造。 6) 组合机床易于联成组合机床自动线， 以适应大规模的生产需要。 数控机床 数控机床定义 数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等方面的最新成就而发展起来的一种典型的机电一体化产品。 数控机床是电子计算机或专用电子计算装置对数字化的信息进行处理而实现自动控制的机床。 国际信息处理联盟（ IFIP）第五技术委员会对数控机床定义如下：数控机床是一个装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令规定的程序。 定义中所说的程序控制系统，即为数控系统。 进一步说，当把数字化了的刀具移动 轨迹的信息输入数控装置，经过译码、运算，从而实现控制刀具与工件的相对运动，加工出所需要的零件的一种机床，即为数控机床。 数控机床的组成 数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体。 数控机床是在自动化控制下工作的。数控机床工作时，所需的给种控制信息要靠某种中间载体携带和传输，这种载体称作“工作介质”。 控制介质有多种，如穿孔带、穿孔卡、磁带及磁盘等，采用哪一种则取决于数控装置的类型。 nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 4 数控机床是在以数控装置为核心的数控系统的控制下， 按给定的程序自动地对零件进行加工。自 50年代数空机床问世以来，数控装置已由 NC发展大 CNC（计算机控制）。特别是微处理机和微型计算机在数控装置上成功应用后，使计算机数控装置的性能和可靠性不断提高，成本不断下降，其高性能价格比，促进了数控机床的迅速发展。 CNC 装置的基本工作过程分为九步：输入、译码、刀具补偿、进给速度处理、插补、位置控制、 I/O处理、显示和诊断。 机床伺服系统是以机床移动部件（工作台）的位置和速度作为控制量的自动控制系统。伺服系统接受计算机插补生成的进给位移量，将其转化为机床工作台的位移。 由于伺服系统是直接控制工作台的移动位置的，所以它应满足的要求是：进给速度范围要大，位移精度要高，工作速度响应要快以及工作稳定性要好等。 伺服系统由驱动装置和执行机构组成。执行机构的作用是根据控制信息，即来自比较环节的跟随误差信号转化为机械位移。驱动装置是用来驱动执行机构的。由于比较环节输出的信号较弱，不足以驱动执行机构，故需进行整形、滤波、电压放大以及功率放大，然后驱动执行机构带动工作台移动。驱动装置随执行机构的不同而异。 数控机床的伺服系统按其控制方式可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统和闭环伺服系统三 大类。 数控铣床概述 随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日益精密复杂，且需求频繁改型，普通机床或专有化程度高的自动化机床已不能适应这些要求。为了解决上述问题，一种新型机床 数控机床应运而生。数控机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等有点。它总合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型结构等多方面的技术成果，是今后数控机床的发展方向。 当今，数控机床技术呈现如下发展趋势： 1) 高精度化 2) 运动高速化 3) 高柔性化 4) 高自动化 5) 高可靠性 6) 智能化 nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 5 7) 复合化 8) 网络化 9) 开放式体系 结构 提高通用部件的水平 衡量通用部件水平的主要标准是：品种规格齐全，动、静态性能参数先进，工艺性好，精度高和精度保持性好。 目前应注意开发适应强力铣削的大功率动力滑台，高精度镗铣头和高精度滑台，以及适应中小批量生产的快调、速换动力部件和支承部件。 机械驱动的动力部件具有性能稳定，工作可靠的优点。目前，机械驱动 的动力部件应用了交流变频调速电机和直流私服电机等，使机械驱动的动力部件增添了新的竞争力。 动力部件采用镶钢（硬度可达 HRC58 60）、滚珠丝杠、静压导轨、静压轴承、齿型皮带等新结构。支承部 件采用焊接结构等。由于提高了部件的精度和动、静态性能，因而使被加工的工件精度明显提高，表面粗糙度减小。 发展适应中、小批生产的组合机床 在机械制造业中，中小批生产约占 80%。在某些中批生产的企业中，如机床、阀门行业等，其关键工序采用组合机床。其中机床厂用组合机床加工主轴变速箱孔系，产品质量稳定，生产效率高，技术经济效果显著。发展具有可调、快调、装配灵活、适应多品种加工特点的组合机床十分迫切。转塔主轴箱式组合机床，可换主轴箱式组合机床以及自动换刀式数控组合机床可用于中小批生产。但这机床结构复杂，成本较 高。 带转塔式主轴箱的组合机床，由于不能制造的太大，安装的主轴箱数量有限，因此只适应工序不多，形状不太复杂的零件加工。 采用新刀具 近年来出现了多种新刀具，如具有度层的硬质合金刀片、立方炭化硼刀具、各种可转换的密齿铣刀、喷吸钻头、镶有可换转为刀片的“短钻头”等。一般情况下采用先进刀具的公时为原工时的 1/2 1/4。由于提高了刀具的耐用度，大大缩短了多刀组合机床停机换刀时间，提高了组合机床的经济效益。 nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 6 发展自动检测技术 组合机床的自动检测通常作为一个工位出现。自动检测包括对毛坯尺寸和工件硬度 的检查、钻孔深度、刀具折断、精加工尺寸和几何形状的检查等。检查方法分为主动检查与被动检查。主动检查是将不合格的工件剔出，使之不往下个工位输送。被动检查则是发现不合格的工件是发出停机信号。目前主动检查应用的日益广泛。由于电子元件迅速发展， 集成控制器、微处理器的应用，使自动检测技术更加可靠。自动检测工位要进行数据处理，统计计算以及打印出有关数据或作数字显示。自动检测技术的发展可以把被加工零件的实际尺寸控制在比规定公差更小的范围内。还可以把加工后的工件按公差带进行分组，以便按分组的公差带装配。实际表明，采用分组 装配法提高产品的精度要比单纯提高设备精度更为经济。 扩大工艺范围 组合机床除完成切削加工等工序外，还在逐步设计制造用于焊接、热处理、自动装配、自动打印、性能试验以及清洗和包装等用途的组合机床。 第章 Pro/E 的主要功能和简介 Pro/E 的产生与应用 Pro/engineer 是美国 PTC 公司于 1989 年推出的，已有十多年的发展历程，技术上已经日益成熟。广泛应用于航空、汽车、机械工业、信息电子、通信等行业。 Pro/E 是优秀的三维 CAD/CAM/CAE集成软 件，在生产过程中能将设计、制造和工程分析 3个环节有机地结合起来，使企业能够对现代市场产品的多样性、复杂性、可靠性和经济性等做出迅速反应，增强了企业的市场竞争能力。它的功能应包括实体与曲面设计、零件组装、二维工程图制作、管路设计、异种格式文件处理、机构仿真与有限元素分析等CAE 技术、板金设计、模具设计、电缆设计、机械加工、逆向工程、同步工程、电路设计等。 nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 7 作为机械电子专业的学生，学好 PRO/E软件对提高自身的能力有很大的帮助。 Pro/E 的运行环境 Pro/E 2001系统独立于硬件，便于移植， 在 UNIX、 Windows NT、 Windows98/2000/XP等操作系统上能够稳定运行。 该软件对硬件配置有一定的要求，不过由于计算机硬件技术的高速发展，满足这些硬件配置已经并不困难，运行该软件的硬件配置推荐如下； CPU 主频 400Hz以上 至少 1GB以上剩余硬盘空间 3D 加速显示卡，要求支持 OpenGL功能 128MB 以上内存 15 英寸以上彩色显示器 三键鼠标 Pro/E 的特性 三维实体模型（ Solid Model） 强调三维实体模型，可随时计算出产品的质量、体积、表面积、重 心、惯性矩等相关物理量，能清楚了解产品的真实性，优于传统的面结构、线结构存在的不足。 单一数据库（ Single Date Base）和完全相关性 (Full Associativity) Pro/e 设计概念是从三维实体模型产生二维工程图样，并且自动标注相关尺寸，也就是说，不论设计者在三维和二维环境下修改任何尺寸，其关联二维和三维实体模型都将自动改变。在产品开发过程中，用户在任何时候所做的修改都回传送到整个设计中，自动更新所有的工程文挡，如零件组合、模型加工制作等范围。 基于特征的参数 式建摸 (Feature-Based Parametric Modeling) 特征，简而言之就是利用较高级的组成图形来产生具有工程意义的元件，也就是一般的机械对象，如圆角、薄壳、钻孔等，以最自然的思考方式从事设计工作，充分理解设计意图，能随时对特征进行合理但不违反几何原理的重新定义 (Redefine)，从新排序（ Reorder），删除 (Delete)和插入 (Insert)等操作。 nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 8 数据管理（ Data Management） 想要加速产品上市的日程，就必须以最少的时间完成最多的开发工作。为 达 到这样高的工作效率，必须允许多个工程师同时处理一件产品。 Pro/EENGINEER 数据管理就是专门为同步工程而开发的，他以独特的完全关联特性，满足管理同步所需要的同步操作程序。 易于使用（ Ease Of Use ） 折叠式菜单按照直观的方式变化，以提供合乎逻辑的选项，另一方面，系统也提供简短的功能选项说明，以及完整的在线帮助，用户操作界面与窗口操作环境类似，这样就使得 Pro/e既容易学习又容易操作。 硬件独立（ Hardware Independence） 可在 UNIX、 WindowsNT 和 Windows95/98/2000 操作平台上运行，并且在每个系统上都维持相同的外型和界面。用户可以根据自己的需求程度，选购最经济的硬件设备，再混用或搭配任意一种平台组合即可。 尺寸参数化（ Parametric Dimension） Pro/E 将尺寸看作可变的参数，尺寸修改时，实体模型会立即重新生成，从而使得设计更改不再是一件麻烦的事情 。 第章 专用数控铣床总体设计 专用铣床总体方案的确定 铣削方式 首先，对被加工零件进行分析。 所加工的减速器下箱体两 个平面在同一水平面上，加工长度及宽度，铣削深度相同，选用端铣刀，但由于两平面中心距相距 149mm，且加工深度小，消耗功率低，所以采用两个铣刀同时进行加工，由同一台动力箱提供动力。 nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 9 在铣削方式上，常用铣床有立式铣床、卧式铣床等。由于是专用铣床，所以在铣削加工方式及运动方向比较简单。设计的铣床只加工零件的一个工位，所以在进给运动上只有一个方向。考虑到零件的加工自动化及零件的装夹方便，采用横向进给方式。在主运动上，采用绕纵向旋转，铣床的整体方案采用立式铣床方案。 箱体类零件工艺基准面的选择 箱体类零件 工艺基准面的选择原则 : 1) 选择的定位基准面应确保工件稳定定位 .定位面应尽量大一些 .同时 ,基准面的光洁度、平直性越好越有利于保证定位的精确程度。 2)定位基准面的选择应考虑到夹紧的方便 ,夹具结构简单。 3)应尽量采用设计基准面为工艺基准面。 4)考虑装卸工件的方便。 加工零件减速器下箱体形状比较复杂，但考虑到装夹方便等多方面因素，且保证定位稳定可靠，故本设计中采用三面定位法。定位面为下箱体上表面，限制一个移动，两个转动，共三个自由度；与下箱体垂直的两个相互垂直的表面，用定位销限制另外三个自由度，实现完全 约束。 确定工件的夹压位置 确定工件的夹压位置时考虑到如下问题 : 保证工件夹压后定位稳定，并有足够的刚度。夹压点的位置应夹压合力尽量落在定位平面之内 ,力求接近定位平面的中心。 力求使夹压部位靠近箱体的壁或筋 ,减少夹压后变形。 考虑到上下两个表面，一个是定位面，一个是待加工面，所以只有在零件的两个侧面进行加紧。 被加工零件的特点 这主要指零件的材料、硬度、加工部位的结构形状、工件刚性、定位基准面的特点等。 被加工零件的特点在很大程度上决定了机床采取的配置形式 。一般来说孔中心线与定位基面平行且需由一面或几面加工的箱体宜采用卧式机床；立式机床适宜加工定位基准面平行的被加工孔与基面相垂直的工件，而不适宜加工安装不方便或高度较大的工件。对大nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 10 型箱体类零件，采用单工位加工较合适。鉴于以上原则本机床采取的配置形式为：立式机床。 零件生产批量 被加工零件的生产批量越大，工序安排一般趋于分散。而且，其粗、半精、精加工应在不同机床上完成。 此零件的批量为：一年 5万台以上。 其他应注意的问题 在一个动力部件上配置多轴主轴箱使多工序集中加工是专用机床基本的加工 方法，但主轴数量的多少即要考虑到动力部件及动力箱的性能、尺寸，又要保证调整机床和更换刀具方便。 要注意排泄和操作使用方便性。 选择机床配置型式要考虑夹具结构实现的可能性及工作可靠性组合机床主要用于批量较大的生产。 专用机床多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。 刀具切削用量选择。 对于非限制性刀具，应采用不使刀具耐用度降低的某一极限值，这样可以减少切削功率。专用机床通常要求切削用量的选择使刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于 4小时。 切削用量选择应有利于主轴箱的设计。若能做到相邻主轴 转速接近相等，则可使主轴箱传动链简单；某些刀具带导向加工，若不便冷却润滑，则应适当降低切削速度。 尤其是当采用液压动力滑台时，所选择的每分钟进给量一般应比动力滑台可实现的最小进给量达 50%。 确定切削用量及选用刀具 刀具的选用 由于该到工序为铣削在同一水平面上的两个宽度相等 l=40mm平面，所以采用面铣刀。 高速钢铣刀适用于铣削结构钢、合金钢、铸铁及非金属，其通用性比较好；硬质合金钢用nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 11 于功率、刚性都足够的机床上高效铣削各种钢、铸铁及非金属。由于专用机床要求具有高效性，所以选用硬质合金 钢铣刀。 型号： YG6 直径 :D=80mm 齿数： Z=10 切削用量及切削速度的确定 在现在技术高度发展的情况下，减速器下箱体采用精密铸造，毛胚待加工面约为 2mm。 查切削用量简明手册 fz =0.13mm ap =2mm ae =40mm vc=97 sm vf=433 sm n=387 minr 切削力、切削扭矩、切削功率及刀具的耐用度的计算 根据选定的切削用量（主要是指切削速度 v 及进给量 f），确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用于确定主轴及其他传动部件 (齿轮、传动轴等 )的尺寸；确定切削功率，用于选择主传动电机 (一般指动力箱 )功率；确定刀具耐用度，用于验证所选刀具是否合理。 1.切削力 FC、切削扭矩 M、切削功率 PC、刀具耐用度 T的计算公式 ： FC = n zd afaC ezpF 0PC = nafak Zzp ep 074.09.05108.2 M =10302dFC nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 12 式中： FC 切削轴向力 (牛 ) ； PC 切削功率 (千瓦 )； d0 铣刀直径直径 (毫米 ) T 刀具耐用度 (分 ) f 每转进给量 (毫米 /齿 ) v 切削速度 (米 /分 )，通常根据钻孔深度 L考虑修正系数vk，vkvv 公称M 切削扭矩 (牛米 ) HB 零件布氏硬度值。通常给出一个范围，如 HB180220。 2根据所选的切削用量根据以上的公式可得出以下结果： FC=140N PC= 0.23kW M=4.47N m T=180min 动力部件的选择 组合机床的动力部件是配置组合机床的基础。它主要包括用以实现主轴旋 转主运动的动力箱和实现进给运动的动力滑台。 切削功率、切削力的计算 1）切削功率 P总 2 0.23=0.46kW 2）各主轴的轴向切削力 NF 2801402 3）速度： 各种规格的动力滑台都有规定的快速行程速度及最小进给量限制。所选择的快速行程速度应小于动力滑台规定的快速行程速度。所选切削用量的每分钟工作进给速度应大于动nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 13 力滑台额定的最小进给量。 动力部件的工作循环、工作行程、滑台及动力箱的确定 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始位置的动作过程。一般包括快速引进、工作进给、快速退回等动作。 有时还有中间停止、多次往复进给、跳跃进给、死档铁停留等特殊要求，这是根据具体的加工工艺需要确定的。 下面讨论工作行程长度的确定： 工作进给长度 L1 应等于工件加工部位长度 L 与刀具切入长度 L1 和切入长度 L2 之和。切入长度 L1应根据工作端面的误差情况在 5-10 毫米之间选择，误差大时取大值。而在复合刀具 时，应根据具体情况确定。 组合机床上第 1工作进给和第 2工作进给之分。前者用于钻、扩、绞、镗通孔等工序。通常，第 2 工作进给要比第 1 工作进给速度小得多。在有条件时，应力求做到 1 工进转到 2工进时，除锪平面或倒大角的刀具外，其余刀具均离开工件加工表面而不再切削，以免破坏工件已加工表面和降低刀具使用寿命。 快速退回长度等于快速引进与工作进给长度之和。快速引进是指动力部件把主轴箱连同刀具从原始位置送进到工件进给开始位置，其长度按加工具体情况确定。通常，在采用固定式夹具的钻、扩、绞孔组合机床上，快速退回行程长度须保 证所有刀具均退至夹具导套内而不影响工件装卸。假刀具刚性较好，且能够满足生产率的要求，那么，为使动力滑台的导轨在全长形成上均匀磨损，也可使快退行程长度加大。而对于采用移动式或回转式夹具的组合机床，快速行程长度须保证把刀具、托架、钻模板及定位销都退离到夹具运动可能碰到的范围之外。 动力部件总行程长度 动力部件的总行程除应保证要求的工作循环外，还要考虑装卸和调整刀具方便，即考虑前、后备量。 前备量是指因刀具磨损或补偿制造、安装误差，动力部件尚可向前调节的距离。后备量是指考虑刀具从接杆中或接杆连同刀具一 起从主轴孔中取出所需要的轴向距离。理想情况是工件纵向运动距离大于工件待加工面的行程 因此，动力部件的总行程为快退行程长度与前后备量之和。依次作为选择标准动力滑台或设计专用动力部件的依据。 快进： 120mm nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 14 工进： 130mm 快退： 250mm 选用动力滑台时必须考虑其允许的最大行程。设计时，所确定的动力部件总行程应小于所选动力滑台的最大行程。 综合考虑以上因素及主轴箱的轮廓尺寸，选择动力滑台主要技术性能如下：（查自组合机床简明手册表 5-1 1HY 系列液压滑台的主要技术性能，表 5-2 1HY 液压 滑台与附属部件、支承部件配套表，表 5-3 1HY 系列液压滑台卧式配置时的联系尺寸，表5-391TD32 1DT80动力箱性能等） （一）滑台型号： 1HY32， 台面宽度 320毫米， 台面长度 630毫米， 行程： I型 400毫米， 滑台及滑座总高 2801 H 毫米， 滑座长 1070毫米， 允许最大进给力为 12500N， 快速行程速度 10米 /分，工进速度 20-650 毫米 /分。 （二）齿轮传动动力箱选择 1TD25A型，功率 N=1.1KW；动力箱输出轴转速驱n=465r/min 动力箱与动力滑台结合面尺寸：长 400mm，宽 320mm 动力箱与主轴箱结合面尺寸：宽 400mm，高 295mm；动力箱输出轴距箱底面高度为 45mm。 动力箱如图（一）所示： 图（一） 动力箱 nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 15 机床装料高度 装料高度是指机床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 H=850毫米。为了提高通用部件及支承部件的刚度并考虑自动线设计时中间底座内要安装夹具输送、冷却排屑装置，新颁布的组合机 床标准推荐装料高度 H=1060mm，与国际标准（ ISO）一致。在现阶段设计组合机床时，装料高度可视具体情况在H=850mm1060mm 之间选取。，本机床装料高度取 H=950mm。 主轴箱轮廓尺寸 标准的通用钻、镗类主轴箱的厚度有两种尺寸规格，卧式为 325 毫米 ,立式为 340 毫米。绘制机床联系尺寸图时，着重要确定的尺寸是主轴箱的宽度 B和高度 H及最低主轴高度 1h 主轴箱宽度 B、高度 H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按下式确定： 12bbB 11 bhhH 式中： b 工件在宽度方向相距最远的两孔距离（毫米）； 1b 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（毫米）； h 工件在高度方向相距最远的两孔距离（毫米）； 1h 最低主轴高度（毫米）。 主轴箱最低主轴高度 1h 须考虑到与工件最低孔的位置、机床装料高度、滑台滑座总高、侧 底座高度、滑座与侧底座之间调整垫高度等尺寸之间的关系而确定。对于卧式组合机床，1h 要保证润滑油不致从主轴衬套处泄露箱外，通常推荐： 1h 85140毫米，则有 mmhhhhHh5.1 2 2)5 6 052 8 05.0(9 5 018)5.0(h147321 又 1b =100毫米，则可求出主轴箱轮廓尺寸为： 41610022162bbB 1 H= 5.3361005.12211411 bhh nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 16 根据上述计算值，按组 合机床设计表 4-1通用箱体的系列尺寸，设计专用主轴箱来满足要求，考虑到动力箱规格尺寸及铣削头所占用的空间，设计主轴箱尺寸为400mmX300mm。 底座的确定 由于专用铣床的专一性，其底座尽可能的小，动力滑台与主轴箱的固定设计成一个底座。 其高度为 560毫米， 宽度为 460毫米， 长度为 1370毫米， 凸台高度为 255毫米。 底座如图（二）所示 图（二） 底座 机床生产率计算卡 根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度、 切削用量、动力部件的快速及工进速度等，就可以计算机床的生产率并编制生产率计算卡，用以反映机床的加工过程、完成每一动作所需的时间、切削用量、机床生产率及机床负荷率等。 1理想生产率 Q 指完成年生产纲领 A（包括备品及废品率在内）所要求的机床生产率。它与全年工时总数 K有关，一般情况下，单班制生产 K取 2350 小时，两班制生产 K取 4600小时，则 nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 17 Q=KA（件 /小时） 2实际生产率 1Q 指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。 单TQ 601 （件 /小时） 式中： 单T 生产单个零件所需的时间（分）它可根据下式计算： ）（）（装卸移快退快进停辅切单 ttvLLtvLvLttTfkff2121（分） 式中： 1L 、 2L 分别为刀具第第工作进给行程长度（毫米）； 1fv、2fv 分别为刀具第第工作进量（毫米 /分）； 件t 当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时，动力滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工中了时无进给状态下旋转 5 10转所需时间（分）； 快进L、工进L 分别为动力部件快进、快退行程长度（毫米）； fkv 动力部件快速行程速度。采用机械动力部件取 56 米 /分；液压动力部件取 310米 /分； 移t 直线移动或回转工作台进行一次工位转换的时间，一般可取 0.1分； 装卸t 工件装、卸（包括定位、夹压及清除铁屑等）时间，它取决于工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。根据各类组合机床的统计，一般取 0.51.5分。 nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 18 第章 铣削头 的设计 铣削头的用途 铣削头与相应规格的滑台，或铣削工作台配套可组成各种型式的组合机床，可完成对铸铁、钢及有色金属的平面铣削、沟槽铣和成形铣。 1TX 系列铣削头可选配四种传动装置。配以 1NG 齿形带传动装置，使用于高速铣削，主要用于有色金属的粗精加工及钢和铸铁件的精加工；配以 1NF顶置式交换齿轮变速的传动装置，主要用于铸铁和钢件中低速粗、精加工，较适用于大批大量生产卧式组合机床；配以 1NG尾置交换齿轮变速的传动装置和手柄变速的传动装置，加工性能相似。 铣削头的结构 1TX 系列铣削头按精度 分为普通级、精密级和高精密级三种，其结构完全相同。仅零件和轴承的精度不同。根据主轴滑套移动方式不同，又分两种形：型只能手动移动和夹紧滑套，用于对刀调整；型能液压自动夹紧和移动滑套，用于精细自动让刀或凹入面加工进退刀。 铣削头结构如图（三）所示： 图（三） 铣削头结构图 nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 19 滑套的轴向移动无论是手动调整还是自动完成，滑套移动之前必须松开，以动完成之后必须夹紧。 专用铣削头的设计 由于被加工零件的两加工平面中心距相距 149mm,而通用部件铣削头最小直径为200mm，所以此次专用铣床铣削头要按比例缩小，自行设计。 由于所选用铣刀时通用部件，铣削头主轴接铣刀处尺寸不变。 根据铣削功率 P=0.23KW d31 nPA3 40023.0149=9.7mm 考虑到铣削头主轴是按比例缩小，取 d=25mm，通孔直径间隙配合 d0=10mm。 主轴如图（四）所示： 图（四） 铣削头主轴 由于铣削头直径必须控制在 149mm 内，所以滑套直径要小于 78mm，滑套内径为62mm,在选用推力轴承时，不能选用双向推力轴承，选用两个单向推力轴承。 滑套设计如图（五）所示： 图（五） 滑套 铣削头架 由于数控铣床的自动化程度高，所以铣削头上要装有夹紧液压缸、让刀液压缸，已完成对滑套的夹紧和铣刀的进退。同时，由于铣削头的直径较小，只有固定在主轴箱上所以在铣削头的尾部要设有螺孔，以便固定。 铣削头架设计如图（六）、图（七）所示： nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 20 图（六） 铣削头架 图（七） 铣削头架 第章 组合机床主轴箱设计 总述 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机或动力部件传给各工作主轴，使之得到要求的转速和转向。 主轴箱按其结构大小，可分为大型主轴箱和小型主轴箱两大类。大型又分为通用（亦称标准）主轴箱和专用主轴箱两种。本设计采用的是专用主轴箱。 1、本机床为钻削类机床，钻削类主轴按支承型式不同可分为三种： （ a） 前、后支承均为圆锥滚子轴承的主轴（简称滚锥主轴）。 （ b） 前支 承为推力球轴承和向心球轴承、后支承为向心球轴承或圆锥滚子轴承的主轴（称滚珠主轴） （ c） 前、后支承均为推力球轴承和无内圈滚子轴承的主轴（称滚针主轴）。 2、传动轴按其用途和支承型式不同，有以下几种： （ a） 圆锥滚子轴承传动轴； （ b） 滚针轴承传动轴； （ c） 埋头式传动轴； （ d） 手柄轴； nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 21 （ e） 油泵传动轴； （ f） 攻丝用蜗杆轴。 传动轴的材料一般用 45钢，调质处理 T215。 由于切削力不是很大，且传动轴数量少，但为了保证传动效率，选用圆锥滚子轴承。 3、齿轮 通用齿轮有三种，即传动齿轮，动力箱齿轮和电机齿轮。材料均采用 45 钢，热处理为齿部高频淬 火 G54。通用齿轮的系列参数见表 4-3。（查组合机床简明手册机械工业出版社） 主轴箱设计 主轴结构形式选择 主轴结构形式由零件加工工艺决定，并考虑主轴的工作条件和受力情况。轴承型式是主轴部件结构的主要特征，进行钻削加工的主轴，轴向切削力较大，最好用推力球轴承承受轴向力，而用向心球轴承承受径向力。又因钻削时轴向力是单向的，因此推力球轴承在主轴前端安排即可。 传动系统的设计与计算 主轴箱的传动系统设计，就是通过一定的传动链把动力箱输出轴 (亦称主轴箱驱动轴 )传进来的动力和转速按要 求分配到各主轴。传动系统设计的好坏，将直接影响主轴箱的质量，通用化程度、设计和制造工作量的大小以及成本的高低。 传动系统的要求 设计传动系统，应在保证主轴强度、刚度、转速和转向的前提下，力求使主要传动件（主轴、传动轴、齿轮等）的规格少，数量少，体积小；因此，在设计传动系统时，要注意下面几点： 1） 一根中间传动轴带动多根主轴。当齿轮啮合中心距不符合标准时，可用变位齿轮或略变传动比的方法解决。 2） 一般情况下，尽量不采用主轴带动主轴的方案，因为这会增加主动主轴的负荷。如遇到主轴分布密集而切削负荷又不大 时，为了减少中间轴，也可用一根主轴带 1-2根或更多根主轴的传动方案。 nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 22 3） 为使结构紧凑，主轴箱体内的齿轮传动副的最佳传动比为 1-1/1.5，在主轴箱后盖内的第 IV排（或第 V排）齿轮，根据需要，其传动比可以取大些，但一般不超过 3-3.5。 4） 根据转速与扭矩成反比的道理，一般情况下如驱动轴转速较高时，可采用逐步降速传动；如驱动轴转速较低时可先使速度升高一点再降速；这样可使传动链前面几根轴、齿轮等在较高转速下工作，结构可小些。组合机床主轴箱的传动和结构与普通机床差异较大，其一是由于传动链较短，难分前后，另外 ，经常是一中间传动轴带多根主轴。所以，合理安排结构往往成为设计的主要矛盾。如为了使主轴上的齿轮不过大，最后一级经常采用升速传动。 5） 加工切削力大，主轴上的齿轮应该尽量安排靠近前支承，以减少主轴的扭转变形。 6） 轮排数可按下面方法安排 : a.不同轴上齿轮不相碰，可放在箱体内同一排上。 b.不同轴上齿轮与轴或轴套不相碰，可放在箱体内不同排上。 齿轮与轴相碰，可放在后盖内。 c.另外，应注意驱动轴直接带动的传动轴数不要超过两根，否则会给装配带来困难；如遇粗、精加工合一的主轴箱，其粗、精传动路线最好分开。 上述各点 是设计时的通用原则。对于大型通用主轴箱的设计，当齿轮排数 I-IV 排不够用时，可以增加排数，比如，在原来 I排齿轮的位置上安装两排薄齿轮（薄齿轮的强度应能满足要求），或在箱体与前盖之间增设 0排齿轮。 主轴分布及传动系统设计 1)主轴分布类型 组合机床加工的零件是多种多样的，结构也各不相同，但零件上孔的分布大体可归纳为几种类型。所以，主轴箱中主轴的分布也可分为下列几种类型： a.同心圆分布 b.直线分布 c.任意分布：任意分布的主轴，可将靠近的分别组成同心圆或直线分布。只有相距较远的主轴才单独处理。所以任意 分布的主轴经常可看做是同心圆和直线的混合分布。 根据所加工零件的要求，只要保证铣削头的两根主轴中心间距为 l=149mm,即可。 如图（八）所示： nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 23 图（八） 主轴分布图 2） 传动系统设计方法 a. 将主轴划分为各种分布类型，尽可能使之形成同心圆分布，用一根中间传动轴带多根主轴。 b. 确定驱动轴的转速、转向及其在主轴箱上的位置。驱动轴的旋转方向，当采用机械或液压滑台时，可任意选择；当采用机械动力头（旧标准）时，其转向因与进给运动方向有关，规定为逆时针方向转。驱动轴转速按动力箱型号定 。其水平方向位置一般在主轴箱中心，如主轴箱偏置，则位置视主轴箱偏置情况而定。垂直方向由动力箱定。如主轴箱较大，采用电机直接装在主轴箱上的型式，驱动轴即电机轴，此时驱动轴的垂直方向位置，主要考虑电机外廓不碰滑台，且装卸方便。水平方向位置一般仍取在主轴箱对称中心线上。 c. 用最少数量的齿轮和中间传动轴把驱动轴和各主轴连接起来。其方法如下： i.当主轴数量不多，分布又比较分散时，可以从驱动轴开始，分几路单独和各主轴联系。 ii.当主轴数量较多且较分散时，可先将比较接近的主轴分成几组，然后从主轴布置起，最后连到驱 动轴上。排列齿轮时，要注意先满足转速最低及主轴见距最小的那些主轴的要求。 d. 主轴箱的变速和操纵：为了适应工艺要求，有时主轴箱中也采用变速机构，如主轴可调头，洗削头，精镗头等。其变速方法可用变换齿轮、滑移齿轮、电磁离合器等，其设计方法与普通机床相同。操纵则根据需要可用液、电、机械等多种型式。除变速操纵外，大型通用主轴箱一般都有一个调整手柄轴，用于对刀，调整或装配维修时检查主轴精度等。为了扳动省力轻便，手柄轴转速尽量高些，手柄轴位置应靠近工人操作位置，其周围应有nts南京林业大学 减速器下箱体专用数控铣削机床设计（ PRO/E） 24 较大空间，保证回转时手柄不碰主轴。 e. 润滑 油泵安排：油泵轴的位置要尽可能靠近油池，离油面高度不大于 400-500 毫米；油泵轴的转速，须根据工作条件而定，主轴数目多，油泵转速应选得高些。当用 R12-1型叶片泵时，油泵转速可在 400-800 转 /分范围内选择。当箱体宽度大于 800 毫米，主轴数多于 30 根时，最好采用两个油泵，以保证充分润滑。主轴箱也可以用齿轮泵或柱塞泵润滑。为了便于维修，油泵齿轮最好布置在第 I 排，如受结构限制，也可放在第 IV 排。油泵的安置要使其回转方向保证进油口到排油口转过 270度。可事先用透明纸画出油泵外廓图（包括进出油管接头），待传动系 统排好后找个适当位置布置，当遇到泵体或管接头与传动轴端部相碰时，该传动轴可改用埋头型式。 传动系统设计计算 1）已知各主轴转速及驱动轴到主轴之间的传动比 主轴： 1n = 2n =390 转 /分 驱动轴： 1On=465转 /分 各主轴总传动比： i= 390465 =1.192 2) 各轴传动比分配： 由于总的传动比比较小，所以在二级传动轴上 采用 1： 1的传动比。 主轴箱上一级传动主轴直径与动力箱上传动轴直径相同 d=25mm，二级传动轴采用 1：1 的传动比，齿轮直径较大，设计