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江 苏 大 学毕 业 设 计（论文）任 务 书 京江 学院 J 机械 1103 班级 王超 学生设计（论文）题目 涡轮箱体（一）底面钻孔组合机床设计课题来源 生 产 起讫日期15 年 3 月 23 日至 15 年 6 月 17 日共 13 周指导教师（签名） 金卫凤 系（教研室）主任（签名） 崔承云 课题依据：1减速箱体零件图；2年产量 40000 件。任务要求： 1安排零件机械加工工艺； 2完成组合机床“三图一卡” ； 3完成多轴箱装配图设计； 4完成夹具装配图设计； 5编写设计说明书； 6提交专题综述或专业文献阅读报告 1 份； 7完成专业外文资料翻译 1 份。 备 注：图纸总工作量不少于 4 张 0 号图，其中计算机绘图 1 张。计划进度：起讫日期工 作 内 容备 注3.233.314.14.64.74.174.184.264.275.35.45.105.115.245.256.36.46.17熟悉课题，收集资料，文献阅读，外文翻译调查研究与文献综述(读书报告)安排机械加工工艺路线，方案论证与开题报告绘制工序图绘制加工示意图绘制机床联系尺寸图设计多轴箱设计夹具图编写设计说明书(10000 字）整理资料，答辩备 注江 苏 大 学毕 业 设 计（论文）任 务 书 京江 学院 J机械1103 班级 王超 学生设计（论文）题目 涡轮箱体（一）底面钻孔组合机床设计课题来源 生 产 起讫日期15年3月23日至15年6月17日共13周指导教师（签名） 金卫凤 系（教研室）主任（签名） 崔承云 课题依据：1减速箱体零件图；2年产量40000件。任务要求： 1安排零件机械加工工艺； 2完成组合机床“三图一卡”； 3完成多轴箱装配图设计； 4完成夹具装配图设计； 5编写设计说明书； 6提交专题综述或专业文献阅读报告1份； 7完成专业外文资料翻译1份。 备 注：图纸总工作量不少于4张0号图，其中计算机绘图1张。计划进度：起讫日期工 作 内 容备 注3.233.314.14.64.74.174.184.264.275.35.45.105.115.245.256.36.46.17熟悉课题，收集资料，文献阅读，外文翻译调查研究与文献综述(读书报告)安排机械加工工艺路线，方案论证与开题报告绘制工序图绘制加工示意图绘制机床联系尺寸图设计多轴箱设计夹具图编写设计说明书(10000字）整理资料，答辩备 注XX 大学毕业设计(论文)涡轮箱体（一）底面钻孔组合机床设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日摘 要根据设计任务书的要求,本设计说明书针对涡轮箱体（一）机床的设计及专用夹具设计进行说明。要内容包括组合机床工艺方案的制定、组合机床配置型式的选择、组合机床总体设计以及轴箱设计。全文要包括组合钻床的总体设计和轴箱设计两部分。机床总体设计要是在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上确定“三图一卡” ， 主轴箱设计根据“三图一卡” ，整理编绘出主轴箱原始依据图，重点分析传动系统，经过各种方案的比较，最后确定最优方案。此外，为了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量，需设计专用夹具。关键词：关键词：主轴箱；组合机床；夹具AbstractAccording to the requirements of the mission design, design for wallboard machine and special fixture for the design specification is described. The main contents include aggregate machine-tool craft plan formulation, combined machine tool configuration choice, aggregate machine-tool system design and main shaft case design.The full text mainly includes overall design and main shaft box combination milling machine design two parts. The overall design of machine tool is mainly in the selected process and determine the basis of machine tool configuration, structure scheme to determine the three charts and a card, the headstock design according to three charts and a card, reorganizes the compilation to leave the headstock primitive basis chart, the key analysis transmission system, through the comparison of various schemes, and finally to determine the optimal scheme. In addition, in order to improve labor productivity, reduce labor intensity, guaranteed the processing quality, need to design special jig.Keywords: spindle box; modular machine tool; fixture目目 录录摘 要 .IIAbstract.11 绪论.31.1 课题研究意义.31.2 钻孔专用设备应用.31.3 钻孔专用设备.41.3.1 多轴头.41.3.2 主轴箱.51.3.3 多轴钻床.51.3.4 自动更换轴箱机床.51.4 钻孔专用设备趋势.61.5 组合机床总体设计.61.5.1 组合机床的概述.61.5.2 组合机床的技术发展趋势.82 组合机床的总体设计.102.1 组合机床方案的制定.102.1.1 制定工艺方案.102.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案.102.2 确定切削用量及选择刀具.122.2.1 确定工序间余量.122.2.2 选择切削用量.122.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率.132.2.4 选择刀具结构.142.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制.142.3.1 被加工零件工序图.142.3.2 加工示意图.152.3.3 机床联系尺寸图.192.3.4 生产率计算卡.223 主轴箱的设计.243.1 主轴箱的设计.243.1.1 绘制主轴箱设计原始依据图.243.1.2 齿轮模数选择.253.1.3 主轴箱的传动设计.253.1.4 绘制传动系统图.273.2 传动轴的直径估算.283.2.1 确定各轴转速.283.2.2 传动轴直径的估算：确定各轴最小直径.293.2.3 键的选择.303.3 传动轴的校核.303.3.1 传动轴的校核.303.3.2 键的校核.313.4 各变速组齿轮模数的确定和校核.323.4.1 齿轮模数的确定.323.4.2 齿宽的确定.343.4.3 齿轮结构的设计.353.5 齿轮校验.353.5.1 校核 a 变速组齿轮 .363.5.2 校核 b 变速组齿轮.373.5.3 校核 c 变速组齿轮 .393.6 轴承的选用与校核.403.6.1 各轴轴承的选用.403.6.2 各轴轴承的校核.403.7 轴组件设计.423.8 轴的基本尺寸确定.423.8.1 外径尺寸 D.423.8.2 轴孔径 d.423.8.3 轴悬伸量 a .433.8.4 支撑跨距 L.433.8.5 轴最佳跨距0L的确定.443.9 轴刚度验算.463.9.1 轴前支撑转角的验算.473.9.2 轴前端位移的验算.484 钻孔夹具设计.514.1 研究原始质料.514.2 定位、夹紧方案的选择.514.3 切削力及夹紧力的计算.514.4 误差分析与计算.534.5 夹具设计及操作的简要说明.55结 论.55致 谢.56参考文献.57 1 绪论绪论1.1 课题研究意义市场的开放性和全球化产品的竞争加剧。决定了产品的竞争力指标产品的开发时间（Time） ，产品（Quality） 、成本（Cost） ，创新能力（Creation）和服务（的。用户高质量的产品，同时很多追求低的价格和短的交货周期。美国制造业的 20 世纪 50年代至 40 年代扩大生产规模，作为企业竞争力的第一要素，70 年代的竞争力的第一要素，降低生产成本，70 年代是提高产品质量，90 年代市场反应速度。所以现代企业通过自身的技术的提高，希望提高竞争力。制造业是国家的重要基础产业之一，制造业的基础。很多机械制造的母舰，它的发展水平，制造业的生产能力和制造精度和直接关系到国家的机械工业为其整体的制造业的发展水平.先进制造技术的基本单位的载体，机械产品的质量，更新的速度，市场的应对能力生产效率等，在很大程度上逐渐的功效。因此，制造业是国家经济发展的大的作用，我国是世界上最大的生产国分不同德国工业协会（DVD W）2000 年的统计资料的生产国，中国是世界上排名第 5 位。但是，在国际市场竞争中依然处于较低的水平：即使在中国市场上，也面临着严峻：一方面国内市场的各种产品的大量需求，另一方面又很多国产卖剩下的停滞，外国的产品充斥市场。1.2 钻孔专用设备应用据统计，一般的工厂普通机床的平均切削时间少全部工作时间超过 15%的。剩下的时间连环画、装卸工作，刀刃、转账操作机床、测量和铁碎块等等清除。数控机床可以使用，但是 75%，购买费用大。某些情况下，即使性高，同样的零部件加工成本低，它比普通的不一定是机械。所以，我会更加更加缩短加工时间。不同的加工方法的不同有特点，削加工，钻孔专用设备是一种通过投资少量生产效率提高的有效措施。可变式多轴头自动线早应用，大量生产限定。即使采用可变式多轴头使用范围扩大，远远不能满足乐途小洞，复杂的要求。特别是随着工业的发展，大型的复杂的钻孔专用设备引人注目。比如核电站大型电容水冷墙壁管板 1 万 5000 人 20 孔，若以径向加工，单锪钻和沉头是 742.5 时间，还有划线工时 151.1 时间。但是若以数控八軸着地钻加工，钻头扩孔 171.6 只要有时间，伤也简单，只要 1.9 时间。因此，利用数控刀具的两个轴，准确瞄准加工位置，结合钻孔专用设备加工范围扩大，提高精度的基础上也大大提高工作效率，迅速制造原难加工部品。有人分析大高速柴油 30 种箱和棒形的零件的 2000 的钻孔作业中，4 成自动交换轴箱机床的中二轴，3 轴和四轴多轴头加工，平均 20%的加工时间可以减少。1975 年法国巴黎机床展览也反映了钻孔专用设备的使用倾向越来越。1.3 钻孔专用设备钻孔专用设备再一次进给同时许多孔或同时很多相同或其他的工作各加工的孔。这是切削缩短时间，提高精度，减少夹具和定位时间，并且，数控机床，而是计算坐标，数减少字简化程序。那以下几个设备采用加工：立钻头和摇臂钻床上衣多轴头，多头钻床，多轴组合机床心和自动交换轴箱机床。甚至，二的自动调节轴距的轴和主要軸箱，结合数控台纵横 2 方向的运动，加工各种丸和椭圆孔组或一些工程。现在在这方面的现状介绍。1.3.1 多轴头驱动方式是，皮带传动齿轮和万向联轴节传动 3 种。这是熟悉的。前者是效率高，结构简单，后者是容易调整轴距。不可变式结构和可变式 2 种。前者轴距不能改变，多采用齿轮，大量生产适用。为了扩大其赞赏的适应性，发展的可变式多轴头，在一定范围内调整轴距。这两种安装环球.。 （1）环球轴式 2 种：瞄准装置的轴的。轴，调节台灯调节支架外壳的 T 沟中移动，然后瞄准的位置固定螺栓。 （2）公差的圆柱形轴套。套筒固定式一样的模板上件孔。前一种适用乐途小孔组规则分布的工作（例如孔的直径组異分布的圆周上） 。后一种适用乐途大中小乐途式在生产中，刚性属性，洞距离精度高，不同洞穴需要不同的模板。轴头可装多立钻头式摇臂钻床按钻床，自己拥有的各种功能的工作。这钻头专用设备的方法，钻孔效率，加工范围和精度的关系，使用范围有限。1.3.2 主轴箱也有很多的标准零部件的生产和轴头。美国 Secto 公司标准齿轮箱，主要軸箱等的设计不可变式主轴箱。32 的式样，加工面积 300 X 300 毫米到 600 X 1050 毫米，工作轴上 60 本，动力 22.5 千瓦。Romai 工厂生产的可变主轴箱调整方便，先孔的位置接近齿轮调整，它和连接的可变轴移动的正确位置。因此，这个结构改变模板，只要在一定范围内容易改变孔可以达到比普通的小洞，然后从主轴箱。间歇加工而箱或多使用主轴原理轴头组合机床适用大中乐途生产。为了加工有效必须考虑以下几点：（1）夹具简单，充分的冷却液冲走铁屑。 （2）治具刚性，加工时变形，定位正确标度。 （3）两组使用刀具的可能性，所以 1 组使用，另一组刃磨和调整，从而缩短换刀时间停止。 （4）的优质刃，监视外地口音，是否钻磨的话机。（5）的大小超坏的时候马上发现。1.3.3 多轴钻床这是一种能满足钻孔专用设备要求的钻床。诸如导向、功率、进给、转速与加工范围等。巴黎展览会中展出的多轴钻床多具液压进给。其整个工作循坏如快进、工进与清除铁屑等都是自动进行。值得注意的是，多数具有单独的变速机构，这样可以适应某一组孔中不同孔径的加工需要。1.3.4 自动更换轴箱机床为了中小批量生产合理化的需求，最近几年发展了自动更换轴箱组合桌子地板。（1）自动更换轴桌子地板自动更换轴桌子地板顶部是回转式轴箱库，挂有多个不可调轴箱。纵横配线盘予先编好工作程序，使相应性轴箱进入加工工位，定位紧并与动力联接，然后装有工件的工作台转动到轴箱下面，提高动进过渡加工。本变更加工对象时，只要调换悬挂性轴箱，就能适应不同孔型与不同工序性需求。（2）多轴转塔桌子地板转塔上装置多个不可调或万向联轴节轴箱，转塔能自动转位，并对夹紧在回转工作台上工件作品进给运动。通过工作台回转，可以加工工件的多个面。因为转塔不宜过大，已故性它的工位数一般不超过 46 个。且轴箱也不宜过大。当加工对象性工序较多，尺寸较大时，就不如自动更换轴箱桌子地板合适，但它的结构简单。（3）自动更换轴箱组合桌子地板它由自动线或组合桌子地板中的标准部件组成。不可调主轴箱与动力箱按置在水平底座上，轴箱库转动时整个装置紧固在进给系统性溜板上。轴箱库转动与进给动作都按标准子程序工作。换轴箱时间为几秒钟。工件夹紧于液压分度转工作台，以航班加工工件的各个面。好果回转工作台配以服装批发费装置，就能汇合水生产自动化。在可变生产系统中采用这种装置，并配以相应的控制器可以获得完整性加工系统。（4）数控八轴落地钻床大型冷凝器的水冷墙壁管板的孔多达 15000 个，它与支撑板联接在一起加工。孔径为 20 毫米，孔深度 170 毫米。采用具有冷却管内道路的麻花钻，57 巴压力性冷却液可直接进入切削区，有利于排屑。钻尖磨成 90供自动定心。它比普通麻花钻耐用，且进给量大。为了缩短加工时间，以 7 轴数控落地加工。1.4 钻孔专用设备趋势钻孔专用设备生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术的发展，钻孔专用设备的范围一定会愈来愈广，加工效率也会不断提高。1.5 组合机床总体设计1.5.1 组合机床的概述组合机床（transfer and unit machine）系列化、标准化的通用零部件的基础上，少量的专用零件配一种或多种工件预先确定的工程的切削加工机床。双方的万能机床和专用机床的优点。通用零部件通常整个机械零部件的 7090，只需要加工品的形状和工艺改变极少量的专用元件部分或全部改装，构成为了适应新的要求加工设备。组合机床上同时从什么方向采用多刀或数的工件进行加工，所以减少物质的运输、占地面积实现，工程集中，劳动条件的改善，提高生产效率和降低成本。复数的集团，导致机器自动生产线。组合机床应用需要大量生产的零件，汽车等行业的情况等。另外中小乐途生产技术也能应用于集团结构和技术相似的零件合并，以便集中组合机械加工。组合机床一样可以完成的工艺范围：铣床平面，吹平面，车端面，车，钻孔，锥面流，铰刀、保龄球、倒角，沟，以及加工螺丝，滚，胸针，研磨，研磨流程。组合机床一般多轴，多刀，多序，多面和多级同时加工的方式，生产效率高通用机械比几倍十倍。通用零部件标准化系列化，根据需要灵活部署，设计和制造的周期能缩短。所以，组合机床的双方的低成本和高效的优点，大量的大量生产的广泛的应用，可以组成，自动生产线。组合机床加工使用情况类和特殊形状的零件。加工时，工作，旋转刀具的旋转运动和刀具和工作的相对进给运动使之实现钻孔，令，锪孔，铰刀、保龄球、铣床平面切削加工内外螺丝和小组等外界端面。有组合机床采用车削头支持工作旋转刀具、进给运动也做，能实现一些旋转体类零件（例如飞轮，汽车后桥半轴等）的外小组端面加工。组合机床的通用零部件的功能分开动力零件，支持零件，运输零件，控制零件和辅助零件 5 类。提供动力机械零部件的主要运动与进给运动，主要动力箱（电机的旋转运动交主轴箱） 、切削头（装各主轴，单曲被各工序的加工） ，动力船台安装动力箱或切削头实现进给运动） ；支持零部件安装动力船台，具有进给机构的切削头和夹具等零件，侧基础，中间基础，台灯，可变台灯，柱子的底座等；输运品运输工作和主轴箱加工工序的零件，主要分度回转工作台，环状分度回转工作台，分度鼓轮和来回移动工作台等；制御装置控制机床的自动作业周期的零件，液压站，电柜和操纵台等在内的；补助部件润滑，冷却装置等并列屑。配置不同型号，组合机床可分为单向位多级两大类。那个单向位组合机床加工方面的数量是单面，两面，三面和四方四种，通常是各加工部位是同时进行的第一手加工，多级组合机床是旋转工作桌面，桌面，往返工作长柱式和转鼓轮式 4 种加工部位多次加工。通用零部件按功能可分为动力的零部件，支持零件，运输零件，控制零件和辅助零件五类。1.5.2 组合机床的技术发展趋势最古老的组合机床 1911 年美国制成，加工用汽车零部件。1953 年，美国福特汽车公司和通用汽车公司和美国机床厂家协商，确定了组合机床通用零部件的标准化的原理。1973 年，国际标准化机构（ISO）发表了的第 1 批的组合机床通用零部件标准。1975 年，中国首次的机械工业部公布的是中国首批组合机床通用零部件标准。组合机床现代发展的方向主要有以下几个特点：a，组合机床的品种的发展重点。组合机床的这类的专用机，旋转多级组合机床和自动生产线的占有很重要的地位。这两种机床工作的许多加工工序的加工工程分配更多的方向，一边从工作物的几个方面进行加工，另外，更位错夹具（回转工作台机器） ，通过或位错反转装置（自动线）的实现工作五面加工和全部加工的，所以非常高的自动化程度和生产效率、汽车、摩托车、压缩机等工业部门采用。b，自动线节奏缩短。现在，大量的生产特点的轿车和小型卡车，发动机的年产量是通常 60 万台左右，实现这样的大乐途生产，旋转多级组合机床和自动线三组的运行状况下，其节奏时间一般在 20 30 秒，本品生产乐途更大的时候，机床的节奏也多少时间缩短。自动线短的节奏，主要是通过基本时间缩短辅助时间来实现的。基本缩短时间的主要途径是采用新的刀具材料，通过崭新的刀具切削速度和传送速度提高基本时间缩短。辅助时间缩短主要包括工作缩短运输、加工模块迅速导入及加工模块跳过转换工进入刀切割工作时间。这部分的空闲时间变短的日程，采用普遍提高（直送）或托盘的进给速度和加工模块的高速移动速度。现在，托盘输送速度在 60 米/ min或更高的加工模块快速移动速度为 40 米/ min。c，组合机床柔性化急速前进。10 年，作为组合机床重要客户的汽车工业，个性的满足需求的人们，汽车变压器品种的增加，多品种展开竞争是汽车市场竞争的特征之一，组合机床制造业面临的变压器多品种生产的挑战。生产多品种的适应，传统的加工，单一品种的刚性必须提高组合机床和自动线那个挠性。组合机床的灵活化主要采用数字控制技术实现的。柔性开发组合机床和柔性自动生产线的重要前提是开发数控加工，模块长期发展历史的加工中心开发的技术数控加工模块提供大人的经验。柔性模块、数控加工构成的组合机床和柔性自动线，应用和改变 NC 程序实现自动换，自动交换很多轴箱和变更日程，循环，切削加工工作参数以及加工的位置等适应变压器品种的加工。组合机床自动线柔性化的快速发展和节奏的时间缩短，充分显示了数控技术与刀技术集团机床自动生产线带来的技术的进步，柔性自动线多品种，大量生产重要的技术装备。但是在这里指出，必须组合机床和自动线实现柔性化发展的同时，加工中心高速化发展异常。组合机床加工中心和竞争的激烈。d 天天向上，加工精度。特别是 1970 年代中期以后，汽车制造业强化其汽车的竞争力，不断严厉的那个发动机的关键件制造公差计算机辅助测量和分析方法和设备能力，其产品的质量检查。这无疑是对组合机床和自动生产线提出更高的要求。组合机床厂家为了满足用户加工精度高的要求，进一步提高主轴部件、镗杆，夹具（包括保龄球型）的精度，采用新的专用工具，优化切削过程，采用刀具尺寸的测量和控制系统控制机床和零部件的热变形等一系列措施外，现在，空心工具锥柄（HSK）统计和过程质量控制（SPC）的应用已经自动阵容和控制加工精度的新的重要的技术手段。e，综合自动化程度天天向上。近 10 年，进一步提高工作的加工精度，减少工作在生产过程中的中间储存、运输和生产过程时间缩短，加工过程的一些非切削加工流程（例如工程之间的清洗，测量，组装测试泄漏等）综合自动线和自动生产线编制生产系统，加工，表面处理，实现测量和装配等工序综合自动化。f，其他的技术的应用的动向。工业发达国家的组合机床行业，下列技术的广泛的应用。组合机床设计 CAD 技术普及在海外很多公司里，组合机床设计已经普遍 CAD设计室工作站，几乎很难见到传统的绘图板。CAD 除了工作之外，画之外，还有构件的刚度分析（有限要素法） ，组合机床和自动生产线设计方案比较和选择和方案已经报价等广泛的应用，从而显著提高了设计的质量和设计周期缩短。更多的公司海外组合机床和自动生产线编成模块的方面的系列化的共同化程度高（普通的 90%以上）组合机床和自动线的交货期短点。2 组合机床的总体设计2.1 组合机床方案的制定2.1.1 制定工艺方案零件加工工艺将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，加工部位的结构特点加工精度，表面粗糙度，以及定位，夹紧方法，工艺过程，所采用的刀具及切削用量，生产率要求，现场所采用的环境和条件等等。并收集国内外有关技术资料，制定出合理的工艺方案。根据被加工零件（涡轮箱体（一） ）的零件图（图 2.1） ，加工 4 个孔的工艺过程：(1) 加工孔的要技术要求。4 个直径均为 18mm。工件材料为 HT200，HB170-241HBS要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量 5 万件，2 班制生产，每班 6 小时，每年工作 300 天。(2) 工艺分析加工该孔时，孔的位置度公差为 0.05mm。根据组合机床的工艺方法及能达到的精度，可采用如下的加工方案：一次性加工通孔，孔径为 18mm。 (3) 定位基准及夹紧点的选择加工此零件上的孔，以上表面限制三个自由度和右端面限制三个自由度，位于中间的孔通过螺杆起到了很好的夹紧作用。在保证加工精度的情况下，提高生产效率减轻工人劳动量，由于工件是大批量生产，因此在设计时就认为是人工夹紧。2.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案(1)被加工零件的加工精度被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制造机床方案的要依据。涡轮箱体（一）钻孔的精度要求较高，可采用钻孔组合机床。为了加工出表面粗糙度为 Ra1.6um 的孔，采取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度并减少夹压变形等措施就可以了。为此，机床通常采用尾置式齿轮动力装置，进给采用液压系统，被加工零件图如图 2.1 所示图 2.1 涡轮箱体（一） (2) 被加工零件的特点这要指零件的材料、硬度加工部位的结构形状，工件刚度定位基准面的特点，它们对机床工艺方案制度有着重要的影响。此涡轮箱体（一）的材料是 HT200、硬度HB170241、孔的直径为 18mm。采用多孔同步加工，零件的刚度足够，工件受力不大，振动，及发热变形对工件影响可以不计。一般来说，孔中心线与定位基准面平行且需由一面或几面加工的箱体宜用卧式机床，立式机床适宜加工定位基准面是水平的且被加工孔与基准面垂直的工件，而不适宜加工安装不方便或高度较大的细长工件。对大型箱体件采用单工位机床加工较适宜，而中小型零件则多采用多工位机床加工。此零件的加工特点是中心线与定位基准平面是垂直的，并且定位基准面是水平的，工件较小，其孔分布较密集，主轴箱体积较大，一次钻孔，选择立式钻床。(3) 零件的生产批量零件的生产批量是决定采用单工位、多工位、自动线或按中小批量生产特点设计组合机床的重要因素。按设计要求生产纲领为年生产量为 5 万件，从工件外形及轮廓尺寸，为了减少加工时间，采用多轴头，为了减少机床台数，此工序尽量在一台机床上完成，以提高利用率。(4) 机床使用条件根据使用组合机床对车间布置情况、工序间的联系、技术能力和自然条件等的要求来选择适合的组合机床。综合以上所述：通过对涡轮箱体（一）零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求、定位、夹紧方式、工艺方法，并定出影响机床的总体布局和技术性能等方面的考虑，最终决定设计四轴头多工位同步钻床。2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 确定工序间余量为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量。生产中常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量，以消除转、定位误差的影响。18mm 的孔在钻孔时，直径上工序间余量均为 0.2mm。2.2.2 选择切削用量确定了在组合机床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。因为所设计的组合机床为多轴同步加工在大多数情况下，所选切削用量，根据经验比一般通用机床单刀加工低 30%左右多轴轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量（mm/min）应是适合有刀具的平均值。因此，同一轴箱上的刀具轴可设计成同转速和同的每转 进给量（mm/r）与其适应。以满足直径的加需要，即：2.11122.iin fn fn fvf 式中： 各轴转速（r/min）n1、n2、ni 各轴进给量（mm/r）12,.ifff 动力滑台每分钟进给量（mm/min）vf由于涡轮箱体（一）钻孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等，按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表的方法查得：孔钻头直径 D=18mm，进给量f=0.2mm/r、切削速度 v=17m/min2.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率根据选定的切削用量（要指切削速度 v 及进给量 f）确定切削力，作为选择动力部件（滑台） ；确定切削扭矩，用以确定轴及其它传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择传动电动（一般指动力箱）功率，通过查表计算如下：切削力： =262.2FD8 . 0f6 . 0HB =26188 . 02 . 06 . 0200=4372N切削扭矩： =102.3T9 . 1D8 . 0f6 . 0HB =101.9180.80.26 . 0200 =30463.4Nmm切削功率： =2.4P/9740TvD =30463.417/(97403.1418)=0.717kw 式中： HB布氏硬度 F切削力（N） D钻头直径（mm） f每转进给量（mm/r） T切削扭矩(Nmm) V切削速度（m/min） P切削功率(kw)2.2.4 选择刀具结构涡轮箱体（一）的布氏硬度在 HB170-241，孔径 D 为 18mm 刀具的材料选择高速钢钻头（W17Cr4V） ，为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择标准 18mm 的麻花钻。孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有 3050mm 的距离，以便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。2.3 钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制总体设计方案的图纸表达形式“三图一卡”设计，其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、编制生产率卡。2.3.1 被加工零件工序图1、被加工零件工序图的作用及内容被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床完成的工艺内容，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、夹具部位及被加工零件的材料、硬度等状况的图纸。它是在原零件图基础上，突出本机床的加工的内容，加上必要的说明绘制成的，是组合机床设计的要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。涡轮箱体（一）钻孔组合机床的被加工零件工序图如2.2 所示。图上要内容：（1）被加工零件的形状，要外廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要求等。（2）本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。（3）被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。2、绘制被加工零件工序图的注意事项（1）为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要图出被本机床的加工内容。绘制时，应按一定的比例，选择足够的视图及剖位视图，突出加工部位（用粗实线） ，并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关粗实线标记。如图 2.2 中定位基准，机械夹压位置及方向，辅助支承均须用规定的符号部（用细实线）表清楚，凡本道工序保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方面用表示出来。图 2.2 涡轮箱体（一）工序图（2）加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，为便于加工及检查，有时因所选定位基准与设计基准不重合，则须对加工部位要求位置尺寸精度进行分析换算。2.3.2 加工示意图1、加工示意图的作用和内容加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映，表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等，是刀具、夹具、主轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的要依据，是整台组合机床布局形式的原始要求，也是调整机床和刀具所必需的重要文件。图 2.3为涡轮箱体（一）钻孔的加工示意图图 2.3 加工示意图在图上应标注的内容：（1）机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。（2）工件、夹具、刀具及主轴箱端面之间的距离等。（3）轴的结构类型，尺寸及外伸长度；刀具类型，数量和结构尺寸、接杆、导向装置的结构尺寸；刀具与导向置的配合，刀具、接杆、轴之间的连接方式，刀具应按加工终了位置绘制。2、绘制加工示意图之前的有关计算（1）刀具的选择 刀具选择考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生产率要求等因素。刀具的选择前已述及，此处就不在追述了。（2）导向套的选择 在组合机床上加工孔，除用刚性轴的方案外，工件的尺寸、位置精度要取决于夹具导向。因此正确选择导向装置的类型，合理确定其尺寸、精度，是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须解决的内容。1）选择导向类型 根据刀具导向部分直径和刀具导向的线速度 v=17m/min，选择固定式导向。2）导向套的参数 根据刀具的直径选择固定导向装置固定导向装置的标准尺寸如下表：表 2.1 固定导向装置的标准尺dd1DD1D2ll1l2l3l4L518184030341504018121746固定装置的配合如下表：表 2.2 固定装置的配合导向类别工艺方法DDD1刀具导向部分外径固定导向钻孔G7（或 F7）H7/g6H7/n6g6固定导向装置的布置如图 2.4 所示图 2.4 固定导向装置的布置（3）初定轴类型、尺寸、外伸长度因为轴的材料为 40Cr，剪切弹性模量 G=71.0GPa,刚性轴取 14（0）m,所以 B 取 2.316，根据刚性条件计算轴的直径为： dB2.594T式中： d轴直径（mm） （24.65） T轴所承受的转矩（Nmm）B系数本设计中轴直径 d=18mm,轴外伸长度为：L=115mm，D/为 40/27。1d（4）选择刀具接杆 由以上可知，主轴箱各轴的外伸长度为一定值，而刀具的长度也是一定值，因此，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，就需要在轴与刀具之间设置可调环节，这个可调节在组合机床上是通过可调整的刀具接杆来解决的,连接杆如图 2.5 所示， 图 2.5 可调连接杆连接杆上的尺寸 d 与轴外伸长度的内孔 D 配合，因此，根据接杆直径 d 选择刀具接杆参数如表 2.3 所示：表 2.3 可调接杆的尺寸dD1(h6)d2d3Ll1l2l3螺母厚度27Tr272莫氏 1 号12.0613618551425012（5）确定加工示意图的联系尺寸从保证加工终了时轴箱端面到工件端面间距离最小来确定全部联系尺寸，加工示意图联系尺寸的标注如图 2.3 所示。其中最重要的联系尺寸即工件端面到主轴箱端面之间的距离（图中的尺寸 321mm）,它等于刀具悬伸长度、螺母厚度、轴外伸长度与接杆伸出长度（可调）之和，再减去加工孔深度和切出值。（6）工作进给长度的确定 如图 2.6 工作进给长度应等于工件加工部位长度 L 与刀具切入长度和切出长工L1L度之和。切入长应应根据工件端面误差情况在 510mm 之间选择，误差大时取2L1L大值，因此取=7mm，切出长度=1/3d+(37)= x18+712mm，所以1L2L13 1=7+12+12=32mm.工L（7）快进长度的确定 考虑实际加工情况，在未加工之前，保证工件表面与刀尖之间有足够的工作空间，也就是快速退回行程须保证所有刀具均退至夹具导套内而不影响工件装卸。这里取快速退回行程为 120mm，快退长度等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度 120-45=75mm.2.3.3 机床联系尺寸图图 2.7 机床联系尺寸图1、联系尺寸图的作用和内容一般来说，组合机床是由标准的通用部件动力箱、动力滑台、立柱、立柱底座加上专用部件组合而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配和运动关系，以检验机床各部件的相对位置及尺寸联系是否满足要求，通用部件的选择是否合适，并为进一步开展轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。联系尺寸图也可以看成是简化的机床总图，它表示机床的配置型式及总体布局。如图 2.7 所示，机床联系尺寸图的内容包括机床的布局形式，通用部件的型号、规格、动力部件的运动尺寸和所用电动机的要参数、工件与各部件间的要联系尺寸，专用部件的轮廓尺寸等。2、选用动力部件选用动力部件要选择型号、规格合适的动力滑台、动力箱。（1）滑台的选用 通常，根据滑台的驱动方式、所需进给力、进给速度、最大行程长度和加工精度等因素来选用合适的滑台。1）驱动形式的确定 根据对液压滑台和机械滑台的性能特点比较，并结合具体的加工要求，使用条件选择 HY 系列液压滑台。2）确定轴向进给力 滑台所需的进给力进F= iF=44372=34976N 式中： iF各轴加工时所产生的轴向力由于滑台工作时，除了克服各轴的轴的向力外，还要克服滑台移动时所产生的摩擦力。因而选择滑台的最大进给力应大于进F34.976KN。3）确定进给速度 液压滑台的工作进给速度规定一定范围内无级调速，对液压滑台确定切削用量时所规定的工作进给速度应大于滑台最小工作进给速度的 0.51倍;液压进给系统中采用应力继电器时，实际进给速度应更大一些。本系统中进给速度=nf=17mm/min。所以选择 1HY32A 液压滑台，工作进给速度范围vf20650mm/min，快速速度 10m/min。4）确定滑台行程 滑台的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。本系统前备量为 20mm，后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，为方便装卸刀具，这里取 70mm,所以滑台总行程应大于工作行程，前备量，后备量之和。即：行程 L120+20+70=220mm，取 L630mm。综合上述条件，确定液压动力滑台型号 1HY32A,以及相配套的滑台底座（1CC321 型） 。（2）由下式确定动力箱的选用 动力箱要依据多轴所需的电动机功率来选用，在主轴箱没有设计之前，可算主P 2.6主P切P4*0.7170.73.5KW式中：主轴箱传动效率，加工黑色金属时 0.70.9；有色金属时0.70.7，本系统加工 HT200，取 0.7动力箱的电动机功率应大于计算功率，并结合轴要求的转速大小选择。因此，选用电动机型号为 Y132M1-6 的 1TD32I 型动力箱，动力箱输出轴至箱底面高度为170mm。要技术参数如下表：表 2.4 电机型号及参数转速范围（r/min）电机传动型号电机转速输出转速电机功率（）kw配套轴部件型号D50 Y160M-69704707.51HY32A,1CC321,1CD3213、配套支承部件的选用立柱底座 1CD322。4、确定装料高度装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离，在现阶段设计组合机床时，装料高度可视具体情况在 H5701060mm 之间选取，本系统取装料高度为 700mm。5、中间底座轮廓尺寸中间底座的轮廓尺寸要满足滑台在其上面联接安装的需要，又考虑到与立柱底座相连接。因此，中间底座采用侧底座 1CD321。6、确定主轴箱轮廓尺寸本机床配置的主轴箱总厚度为 630mm，宽度和高度按标准尺寸中选取。计算时，主轴箱的宽度 B 和高度 H 可确定为：B=630，H=400根据上述计算值，按轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定轴箱轮廓尺寸BH=630400mm。2.3.4 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、负荷率等技术文件，通过生产率计算卡，可以分析拟定的方案是否满足用户对生产率及负荷率的要求。计算如下：切削时间： T切切= L/vf+t停2.7 = 45/74.710/415 =0.618 min式中： T切机加工时间（min） L工进行程长度（mm） vf 刀具进给量（mm/min） t停死挡铁停留时间。一般为在动力部件进给停止状态下，刀具旋转 510 r 所需要时间。这里取 10r辅助时间 T辅 = +t移+t装2.7fkvLL43 = （75120）/1000+0.13+2= 2.318min 式中： L3、L4 分别为动力部件快进、快退长度（mm） vfk 快速移动速度（mm/min） t移 工作台移动时间（min）,一般为 0.050.13min,取 0.13 min t装 装卸工件时间（min）一般为 0.51.5min,本例取 2min机床生产率 Q1 = 60/T单单2.9 = 60/（T切+T辅） =60/（0.618+3.295） =15.3 件/h机床负荷率按下式计算 = Q / Q1100%2.10 = A / Q1tk100% =20000/15.31950100% =67.04% 式中：Q机床的理想生产率（件/h） A年生产纲领（件） tk年工作时间，单班制工作时间 tk =1950h表 2.5 生产率计算卡3 主轴箱的设计主轴箱的设计3.1 主轴箱的设计3.1.1 绘制主轴箱设计原始依据图主轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的如图 3.1 所示:图 3.1 钻孔组合机床主轴箱图中主轴箱的两定位销孔中心连线为横坐标，工件加工孔对称，选择箱体中垂线为纵坐标，在建立的坐标系中标注轮廓尺寸及动力箱驱动轴的相对位置尺寸。轴部为逆时针旋转（面对轴看） 。轴的工序内容，切削用量及轴尺寸及动力部件的型号和性能参数如表 3.1 所示：表 3.1 轴外尺寸及切削用量轴外伸尺寸切削用量轴号D/dL工序内容N（r/min）V(m/min)f(mm/r)Vf(mm/min)1、2、3、45、67、740/27115钻 18415170.1774.7注：1被加工零件编号及名称：箱体材料：HT200 JB297-62；硬度: HB170-241， 前、后、侧盖等材料为 HT1502动力部件型号：1TD32I 动力箱，电动机型号 Y160M-6；功率 P7.5kw。3.1.2 齿轮模数选择本组合机床要用于钻孔，因此采用滚珠轴承轴。齿轮模数 m 可按下式估算： m=(3032)=322.32.113)/(ZNP3)41518/(1 . 7式中：m估算齿轮模数 P齿轮所传递的功率（kw） Z对啮合齿中的小齿轮数 N小齿轮的转速（r/min）为了模数计算还需要满足中心距的关系主轴箱输入齿轮模数取 m=2.5。取 m=2.5 齿轮分配可以圆整3.1.3 主轴箱的传动设计（1）根据原始依据图（图 3.2） ，画出驱动轴、轴坐标位置。如下表：表 3.2 驱动轴、轴坐标值坐标销 O1驱动轴 O轴 1轴 2轴 3轴 4X17503737-37-37Y076.5103.5189.5189.5103.5（2）确定传动轴位置及齿轮齿数图 3.2 齿轮的最小壁厚2）传动轴 2 为轴 1，2，3，4 都各自在同一同心圆上。主轴箱的齿轮模数按驱动轴齿轮估算 2.18330 32Pmzn主轴箱输入齿轮模数取 m=2.5。轴 1，2，3，4 要求的转速一致且较高，所以采用降速传动。轴齿数选取 Z=20，传动齿轮采用 z=22 齿的齿轮，变位系数。传0.181x=动轴的转速为:2.15735 / minnr由于前面选取了轴直径为 40，显然传动轴直径都选取 40，这样为了减少传动轴种类和设计题目需要由于传动轴转速是，则驱动轴至传动轴的传动比为:735 / minr2.167351735i 所以选择两级传动，且传动比分配为：一级为 1.01.0;二级为 1.41.0。驱动轴的直径为 40mm，由组合机床简明设计手册查得知：t=33.3mm,当 m=3 时，驱动轴上的齿数为：Zmin2.1730333.32(2 1.25)2(2 1.25)23.82dmtm去驱动齿轮齿数 Z=24。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选用表 2.7 齿轮种类及参数齿轮种类宽度（mm）齿 数模数（mm）孔径（mm）驱动轴齿轮24321750 连续17702、2.5、32、2.5、3、415、20、30、35、4018、30、35、40、50传动轴齿轮44（B 型）21-24318、30、35、40、50输出轴齿轮3221-24317、22、27、32、36计算各轴转速使各轴转速的相对转速损失在5%以内，由公式：V= 知：3.141000Dnn1=n2=n3=n4=17x1000/3.18/18=415r/min2.173.1.4 绘制传动系统图传动系统图是表示传动关系是示意图，即用以确定的传动轴将驱动轴和各轴连接起来，绘制在主轴箱轮廓内的传动示意图，如图 3.3 所示图 3.3 钻孔主轴箱传动系统图图中传动轴齿轮和驱动轴齿轮为第排。在图中标出齿轮的齿数、模数、变位系数，以校核驱动轴是否正确。另外，应检查同排的非啮合齿轮是否齿顶干涉；还画出轴直径和轴套直径，以避免齿轮和相邻的轴轴套相碰。3.2 传动轴的直径估算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度的要求，强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。机床传动系统精度要求较高，不允许有较大变形。因此疲劳强度一般不失是要矛盾，除了载荷很大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。3.2.1 确定各轴转速 、确定轴计算转速：计算转速是传动件能传递全部功率的最低转速。各传动jn件的计算转速可以从转速图上，按轴的计算转速和相应的传动关系确定。根据【1】表 3-10，轴的计算转速为min/70.5r41. 125nn131213zminj、各变速轴的计算转速： 轴的计算转速可从轴 71r/min 按 72/17 的变速副找上去，轴的计算转速为3jn100r/min；轴的计算转速为 400r/min；2jn轴的计算转速为 700r/min。1 jn、各齿轮的计算转速各变速组内一般只计算组内最小齿轮，也是最薄弱的齿轮，故也只需确定最小齿轮的计算转速。变速组 c 中，22/76 只需计算 z = 22 的齿轮，计算转速为 270r/min；变速组 b 计算 z = 17 的齿轮，计算转速为 400r/min；变速组 a 应计算 z = 27 的齿轮，计算转速为 700r/min。、核算轴转速误差 min/14.115736/7245/4549/35224/1261440rn实min/1120rn标%5%3 . 4%1001120)11201157(%100)(标标实nnn所以合适。3.2.2 传动轴直径的估算：确定各轴最小直径根据【5】公式（7-1） ，并查【5】表 7-13 得到取 1. mmnPdj491 轴的直径：取min/800,96. 011rnj mmndj03.28180096. 05 . 7915 . 79144轴的直径：取min/400,922. 099. 099. 098. 0212rnj mmndj61.331400922. 05 . 7915 . 79144轴的直径：取min/100,89. 099. 098. 0323rnj mmndj25.46110089. 05 . 7915 . 79144其中：P-电动机额定功率（kW） ；-从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积；-该传动轴的计算转速（） ；jnminr-传动轴允许的扭转角（） 。 mo当轴上有键槽时，d 值应相应增大 45%;当轴为花键轴时，可将估算的 d 值减小 7%为花键轴的小径;空心轴时，d 需乘以计算系数 b，b 值见【5】表 7-12。和为由键槽并且轴为空心轴，和为花键轴。根据以上原则各轴的直径取值：，mmd30和在后文给定， 轴采用光轴，轴和轴因为要安装滑移齿轮所以都采用花dd键轴。因为矩形花键定心精度高，定心稳定性好，能用磨削的方法消除热处理变形，定心直径尺寸公差和位置公差都能获得较高的精度，故我采用矩形花键连接。按规定，矩形花键的定心方式为小径定心。查【15】表 5-3-30 的矩形19871144TGB花键的基本尺寸系列，轴花键轴的规格；轴花键轴的742368为BDdN规格。848428为BDdN3.2.3 键的选择查【4】表 6-1 选择轴 上的键，根据轴的直径，键的尺寸选择3022d，键的长度 L 取 22。轴处键的选择同上，键的尺寸为78取键高键宽hb，键的长度 L 取 100。1628取键高键宽hb3.3 传动轴的校核需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支撑类型相同则只需验算支反力最大支撑处倾角；当此倾角小于安装齿轮处规定的许用值时，则齿轮处倾角不必验算。验算挠度时，要求验算受力最大的齿轮处，但通常可验算传动轴中点处挠度（误差%3） 。当轴的各段直径相差不大，计算精度要求不高时，可看做等直径，采用平均直径进行计算，计算花键轴传动轴一般只验算弯曲刚度，花键轴还应进行键侧挤压验算。1d弯曲刚度验算；的刚度时可采用平均直径或当量直径。一般将轴化为集中载荷下1d2d的简支梁，其挠度和倾角计算公式见【5】表 7-15.分别求出各载荷作用下所产生的挠度和倾角，然后叠加，注意方向符号，在同一平面上进行代数叠加，不在同一平面上进行向量叠加。3.3.1 传动轴的校核轴的校核：通过受力分析，在一轴的三对啮合齿轮副中，中间的两对齿轮对轴中点处的挠度影响最大，所以，选择中间齿轮啮合来进行校核NdTFmNnPTr7 .1535)10112/(862/286800/96. 05 . 71055. 9/1055. 9366最大挠度： mmEIblbF34349432222max1068.110106430102104810426446434267 .15354843;6 .39740643014. 364;101 . 24449mmdIIMPaEE轴的；材料弹性模量；式中；查【1】表 3-12 许用挠度； mmy12. 0403. 0。 所以合格,yYB轴、轴的校核同上。3.3.2 键的校核键和轴的材料都是钢，由【4】表 6-2 查的许用挤压应力,取MPap120100其中间值，。键的工作长度，键与轮榖MPap110mmmmmmbLl16822键槽的接触高度。由【4】式（6-1）可得mmmmhk5 . 375 . 05 . 0MPaMPaMPakldTpp1103 .10230165 . 31086210233式中：；】表键【，弱材料的许用挤压应力键、轴、轮毂三者中最；键的直径，；为键的宽度，为键的公称长度，圆头平键键的工作长度，为键的高度此处度键与轮毂键槽的接触高传递的转矩264,5 . 0,;,pMPammdmmbmmLbLlmmlmmhhkkmNT可见连接的挤压强度足够了，键的标记为：20031096810TGB键3.4 各变速组齿轮模数的确定和校核3.4.1 齿轮模数的确定齿轮模数的估算。通常同一变速组内的齿轮取相同的模数，如齿轮材料相同时，选择负荷最重的小齿轮，根据齿面接触疲劳强度和齿轮弯曲疲劳强度条件按【5】表 7-17 进行估算模数和，并按其中较大者选取相近的标准模数，为简化工艺变速传HmFm动系统内各变速组的齿轮模数最好一样，通常不超过 23 种模数。先计算最小齿数齿轮的模数，齿轮选用直齿圆柱齿轮及斜齿轮传动，查【4】表10-7 齿轮精度选用 7 级精度，再由【4】表 10-1 选择小齿轮材料为 40C (调质)，硬度r为 270HBS：根据【5】表 7-17；有公式：齿面接触疲劳强度：322) 1(16020HPjmHznKPm齿轮弯曲疲劳强度：3430FPjmFznKPm、a 变速组：分别计算各齿轮模数，先计算最小齿数 27 的齿轮。齿面接触疲劳强度：322) 1(16020HPjmHznKPm其中: -公比 ； = 2；P-齿轮传递的名义功率；P = 0.96 7.5=7.2KW；-齿宽系数=；mm105mb-齿轮许允接触应力，由【5】图 7-6 按 MQ 线查取;HPlim9 . 0HHPlimH-计算齿轮计算转速;jnK-载荷系数取 1.2。=650MPa，limHMPaMPaHP5859 . 0650mmmH14. 3800585228832 . 72 . 1160203221 根据【6】表 10-4 将齿轮模数圆整为 4mm 。齿轮弯曲疲劳强度：3430FPjmFznKPm其中: P-齿轮传递的名义功率；P = 0.96 7.5=7.2KW；-齿宽系数=；mm105mb-齿轮许允齿根应力，由【5】图 7-11 按 MQ 线查取；FPlim4 . 1FFPlimF-计算齿轮计算转速; jnK-载荷系数取 1.2。，MPaF300limMPaMPaFP4204 . 1300mmmF1 . 24202880082 . 72 . 143031根据【6】表 10-4 将齿轮模数圆整为 4mm 。所以11FHmmmmm41于是变速组 a 的齿轮模数取 m = 4mm，b = 32mm。轴上动轮齿轮的直径： 。；mmdmmdaa14035411228421轴上三联从动轮齿轮的直径分别为： ；mmdmmdaa19649422456421、b 变速组：确定轴上另两联齿轮的模数，先计算最小齿数 17 的齿轮。齿面接触疲劳强度：322) 1(16020HPjmHznKPm其中: -公比 ； =4； P-齿轮传递的名义功率；P = 0.922 7.5=6.915KW； -齿宽系数=；mm105mb -齿轮许允接触应力，由【5】图 7-6 按 MQ 线HPlim9 . 0HHPlimH查取; -计算齿轮计算转速;jnK-载荷系数取 1.2。=650MPa，limHMPaMPaHP5859 . 0650mmmH24. 540058521883915. 62 . 1160203222因值改变不多，所以参数，等值不必修正。KHZ、标准齿轮参数：*20h1c0.25度，从【7】表 5-1 查得以下公式齿顶圆直径 ； mhzdaa)2+(=*1齿根圆直径；mchzdaf)22(1分度圆直径 ；mzd =齿顶高 ；mhhaa*=齿根高 ； mchhaf)+(=*3.4.2 齿宽的确定 由公式得：)105(mmmb轴动轮齿轮；mmb3248轴动轮齿轮；mmb4058轴动轮齿轮；mmb40一般一对啮合齿轮，为了防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的载荷，设计上，应动轮比从动轮齿宽大（510mm） 。所以：， ，mmbb3221mmbb2443，mmbbb40765mmbbb321098，。mmbb401211mmb3214133.4.3 齿轮结构的设计通过齿轮传动强度的计算，只能确定出齿轮的要尺寸，如齿数、模数、齿宽、螺旋角、分度圆直径等，而齿圈、轮辐、轮毂等的结构形式及尺寸大小，通常都由结构设计而定。当齿顶圆直径时，可以做成实心式结构的齿轮。当mmda160时，可做成腹板式结构，再考虑到加工问题，现决定把齿轮 7、12160500ammdmm和 14 做成腹板式结构。其余做成实心结构。根据【4】图 10-39（a）齿轮 10、12 和 13 结构尺寸计算如下：齿轮 7 结构尺寸计算， ；mmmdDna310512370)1410(0；mmD424；mmDmmDD68,2 .67426 . 16 . 1343取；mmDmmDDD74,6 .72)68310(3 . 0)(35. 025. 0(2302取；;190,18926831021301mmDmmDDD3.5 齿轮校验在验算算速箱中的齿轮应力时，选相同模数中承受载荷最大，齿数最小的齿轮进接触应力和弯曲应力的验算。这里要验算的是齿轮 1，齿轮 5，齿轮 11 这三个齿轮。齿轮强度校核齿轮强度校核：计算公式：弯曲疲劳强度;FSaFatFbmYYKF接触疲劳强度HtEHuubdKFZ15 . 213.5.1 校核 a 变速组齿轮弯曲疲劳强度；校核齿数为 27 的齿轮，确定各项参数 FSaFatFbmYYKF2、,n=700r/min,kWPP2 . 796. 0)(1086. 0800/2 . 71055. 9/1055. 9566mmNnPT、确定动载系数VKsmdnv/69. 4100060800112100060齿轮精度为 7 级，由【4】图 10-7 查得动载系数。由【4】使用系数。08. 1vK0 . 1AK、。mmb24、确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数0 . 1d查【4】表 10-4，得非对称齿向载荷分配系数；417. 1HK ,44. 4)25. 24/(40/hb查【4】图 10-13 得27. 1FK、确定齿间载荷分配系数: 由【4】表 10-2 查的使用，0 . 1AK由【4】表 10-3 查得齿间载荷分配系数1FHKK、确定载荷系数: 372. 127. 1108. 10 . 1FFvAKKKKK、 查【4】表 10-5 齿形系数及应力校正系数；55. 2FaY61. 1SaY、计算弯曲疲劳许用应力由【4】图 10-20(c)查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。 aFEMp540【4】图 10-17 查得 寿命系数,取疲劳强度安全系数 S = 1.39 . 0NK aFMp3743 . 15409 . 0， 1 .9161. 155. 2374SaFaFYY)(71.15351121086. 0225NdTFt 1 .9147.1643271.1535372. 1bmKFt接触疲劳强度HtEHuubdKFZ15 . 21、载荷系数 K 的确定：53. 1417. 1108. 10 . 1FFvAKKKKK、弹性影响系数的确定；查【4】表 10-6 得EZ8 .189EZ、查【4】图 10-21（d）得，MPaH670limMPaH6036709 . 0 MPaMPaH60355.4702121123271.153553. 18 .1895 . 2故齿轮 1 合适。3.5.2 校核 b 变速组齿轮弯曲疲劳强度；校核齿数为 17 的齿轮，确定各项参数 FSaFatFbmYYKF2、,n=400r/min,kWPP915. 6099.098.99. 096. 0mmNnPT5661065. 1400/915. 61055. 9/1055. 9、确定动载系数：smdnv/884. 110006040090100060齿轮精度为 7 级，由【4】图 10-7 查得动载系数04. 1vK、mmb24、确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数0 . 1d查【4】表 10-4，插值法得非对称齿向载荷分配系数 419. 1HK,查【4】图 10-13 得267. 4)25. 25/(48/hb27. 1FK、确定齿间载荷分配系数: 由【4】表 10-2 查的使用 ；0 . 1AKNdTFt67.3666901065. 1225由【4】表 10-3 查得齿间载荷分配系数1FHKK、确定动载系数: 32. 127. 1104. 10 . 1HHvAKKKKK、查【4】表 10-5 齿形系数及应力校正系数、91. 2FaY53. 1SaF、计算弯曲疲劳许用应力由【4】图 10-20(c)查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。 aFEMp540【4】图 10-17 查得 寿命系数,疲劳强度安全系数 S = 1.39 . 0NK aFMp3743 . 15409 . 0， 14.8353. 191. 2374SaFaFYY 14.832 .2454067.366632. 1bmKFt接触疲劳强度HtEHuubdKFZ15 . 21、载荷系数 K 的确定：475. 1419. 1104. 10 . 1FFvAKKKKK、弹性影响系数的确定；查【4】表 10-6 得EZ8 .189EZ、查【4】图 10-21（d）得，MPaH670limMPaH6036709 . 0 MPaMPaH60323.585414904067.3666475. 18 .1895 . 2 故齿轮 7 合适。3.5.3 校核 c 变速组齿轮弯曲疲劳强度；校核齿数为 22 的齿轮，确定各项参数 FSaFatFbmYYKF2、,n=270r/min,kWPP71. 699. 098. 099. 098. 099. 096. 0mmNnPT5661028. 2280/71. 61055. 9/1055. 9、确定动载系数：smdnv/672. 110006028012.114100060齿轮精度为 7 级，由【4】图 10-7 查得动载系数0 . 1vK、mmb24、确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数0 . 1d查【4】表 10-4，插值法得非对称齿向载荷分布系数， 419. 1HK,查【4】图 10-13 得267. 4)25. 25/(48/hb27. 1FK、确定齿间载荷分配系数: NdTFt8 .399512.1141028. 2225由【4】表 10-3 齿间载荷分布系数，0 . 1HFKK、确定荷载系数: 27. 127. 10 . 10 . 10 . 1HFvAKKKKK、查表 10-5 齿形系数及应力校正系数。 72. 2FaY57. 1SaY、计算弯曲疲劳许用应力由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。 aFEMp540【4】图 10-17 查得 寿命系数,疲劳强度安全系数 S = 1.39 . 0NK aFMp3743 . 15409 . 0， 58.8757. 172. 2374SaFaFYY 58.8746.2442.15cos15408 .399527. 1otbmKF接触疲劳强度HtEHuubdKFZ15 . 21、载荷系数 K 的确定：419. 1419. 10 . 10 . 10 . 1FFvAKKKKK、弹性影响系数的确定；查【4】表 10-6 得EZ8 .189EZ、查【4】图 10-21（d）得，MPaH670limMPaH6036709 . 0 MPaMPaH60325.59141412.114408 .3995419. 18 .1895 . 2故齿轮 11 合适。3.6 轴承的选用与校核3.6.1 各轴轴承的选用 轴 前支承：NN3022K；中支承：NN3020K；后支撑 N219E 轴 离合器及齿轮处支承均用：6206;带轮处支承：6210 轴 前支承：30207;中支承：NN3009;后支承：30207 轴 前支承：30207;后支承：302073.6.2 各轴轴承的校核、轴轴承的校核轴选用的是深沟球轴承 6206，其基本额定负荷为 19.5KN, 由于该轴的转速是定值，所以齿轮越小越靠近轴承，对轴承的要求越高。根据设计要求，应该min800rn 对轴未端的滚子轴承进行校核。齿轮的直径 mmd112428轴传递的转矩 nPT9550 mNT8680096. 05 . 79550齿轮受力 NdTFr7 .15351011286223根据受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为:在水平面：NlllFFrAH1410426384267 .1535323在水平面：NlllllFFAV5 .18394263854626.1563)(323210 NFFFAVAHA7 .23175 .183914102222因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力， 【4】表 13-6 查得载荷系数，pf取，则有：2 . 1pf NFfPAp24.27817 .23172 . 1轴承的寿命计算:所以按轴承的受力大小计算寿命 hhPCnLh584008 .71803)24.278119500(8006010)(60103616故该轴承 6206 能满足要求。、其他轴的轴承校核同上，均符合要求。3.7 轴组件设计轴的结构储存应满足使用要求和结构要求，并能保证轴组件具有较好的工作性能。轴结构尺寸的影响因素比较复杂，目前尚难于用计算法准确定出。通常，根据使用要求和结构要求，进行同型号筒规格机床的类比分析，先初步选定尺寸，然后通过结构设计确定下来，最后在进行必要的验算或试验，如不能满足要求可重新修改尺寸，直到满意为直。轴上的结构尺寸虽然很多，但起决定作用的尺寸是：外径 D、孔径 d、悬伸量 a 和支撑跨距 L。3.8 轴的基本尺寸确定3.8.1 外径尺寸 D轴的外径尺寸，关键是轴前轴颈的（前支撑处）的直径。选定后，其他部位1D1D的外径可随之而定。一般是通过筒规格的机床类比分析加以确定。P=7.5KW 查【1】1D表 3-13，前轴颈应,初选,后轴颈取1451101DmmD110112)85. 07 . 0(DD .mmD9523.8.2 轴孔径 d中型卧式车床的轴孔径，已由 d=47mm,增大到 d=60-70mm,当轴外径一定时，增大孔径受到一下条件的限制，1、结构限制；对于轴径尺寸由前向后递减的轴，应特别注意轴后轴颈处的壁厚不允许过薄，对于中型机床的轴，后轴颈的直径与孔径之差不要小于，轴尾端最薄处的直径不要小于。2、刚度限制；孔径增大mm5020mm1510会削弱轴的刚度，由材料力学知，轴轴端部的刚度与截面惯性矩成正比，即：40444)(16464)(DdDdDIIKKdd式中：主轴孔径：主轴平均外径：空心、实心截面惯性矩、度；空心、实心截面主轴刚、dDIIKKdd0据上式可得出轴孔径对偶刚度影响的 ，有图可见，当时，说明空心轴的刚度降低较小。当时，5 . 00Dd94. 0KKd7 . 00Dd，空心轴刚度降低了 24%，因此为了避免过多削弱轴的刚度，一般取76. 0KKd。轴孔径 d 确定后，可根据轴的使用及加工要求选择锥孔的锥度。锥孔仅7 . 00Dd用于定心时，则锥孔应大些，若锥孔除用于定心，还要求自锁，借以传递转矩时，锥度应小些，我这里选用莫氏六号锥孔。初步设定轴孔径 d=60mm，轴孔径与外径比为0.6。3.8.3 轴悬伸量 a轴悬伸量的大小往往收结构限制，要取决于轴端部的结构形式及尺寸、刀具或夹具的安装方式、前轴承的类型及配置、润滑与密封装置的结构尺寸等。轴设计时，在满足结构的前提下，应最大限度的缩短轴悬伸量 a。根据结构,定悬伸长度。mma12013.8.4 支撑跨距 L支撑跨距 L，当前，多数机床的轴采用前后两个支撑，结构简单，制造、装配方便，容易保证精度，但是，由于两支撑轴的最佳支距一般较短，结构设计难于实现，故0L采用三支撑结构。如图所示，三支撑轴的前中支距，对轴组件刚度和抗震性的影响，1L要比前后支距地影响大得多，因此，需要合理确定。为了使轴组件获得很高L1L的刚度可抗震性，前中之距可按两支撑轴的最佳只距来选取。1L0L由于三支撑的前后支距对轴组件的性能影响较小，可根据结构情况适当确定。L如果为了提高轴的工作平稳性，前后支距可适当加大，如取。采用三L1)5 . 65(DL 支撑结构时，一般不应该把三个支撑处的轴承同时预紧，否则因箱孔及有关零件的制造误差，会造成无法装配或影响正常运作。因此为了保证轴组件的刚度和旋转精度，在三支撑中，其中两个支撑需要预紧，称为紧支撑；另外一个支撑必须具有较大的间隙，即处于“浮动”状态，称为松支撑，显然，其中一个紧支撑必须是前支撑，否则前支撑即使存有微小间隙，也会使轴组件的动态特性大为降低。试验表明，前中支撑为紧支撑、后支撑位松支撑，要比前后支撑位紧支撑、中支撑为松支撑的结构静态特性显著提高。3.8.5 轴最佳跨距的确定0L、考虑机械效率，轴最大输出转距.mNPT48.8577185. 09550床身上最大加工直径约为最大回转直径的 50 到 60%,即加工工件直径取为 160mm,则半径为 0.07.m2、计算切削力 NmmmNF5 .1071808. 048.857前后支撑力分别设为,.AFBFNllaFFA3 .142913603601205 .10718NlaFFB8 .35723601205 .10718、轴承刚度的计算根据【20】式（6-1）有：umNizlFddFKarrrr9 . 19 . 08.01 . 0cos)(39. 3查【20】表 6-11 得轴承根子有效长度、球数和列数：60302,52262BBAAzizi, ,10,8 .12aBaAlmml再带入刚度公式：umNKA41.22180cos302103 .1429139. 39 . 19 . 08 . 01 . 0；umNKB58.20680cos2628 .128 .357239. 39 . 19 . 08 . 01 . 007. 158.206841.2218BAKK、轴当量直径2dDde；mmde5 .102295110、轴惯性矩)(05. 044ddIe；46441017. 6605 .10205. 0mmI、计算最佳跨距设：247292121041.2218617101 . 266cmaKEIAA34756.7604) 107. 1 (1041.2218617101 . 26) 1(6cmKKKEIBBAA查【5】 （3-14）；)34. 146. 563. 1(0tmL式中)1 (,3BAKKamtBm;785. 0)07. 11 (1266.19)1 (;66.1956.760433BAKKamtcmBmcmtmL19.33)34. 146. 5785. 063. 1(66.19)34. 146. 563. 1(0式中：;,);(05. 0;a;,101 . 24447mmaumNKumNKmmdddDImmIMPEEBAi前悬伸量，后轴承的刚度，前轴承的刚度，主轴的外径和孔径，主轴的截面惯性矩，量弹性模量，钢的弹性模3.9 轴刚度验算机床在切削加工过程中，轴的负荷较重，而允许的变形由很小，因此决定轴结构尺寸的要因素是它的变形大小。对于普通机床的轴，一般只进行刚度验算。通常能满足刚度要求的轴，也能满足强度要求。只有重载荷的机床的轴才进行强度验算。对于高速轴，还要进行临界转速的验算，以免发生共振。一弯曲变形为的机床轴(如车床、钻床)，需要进行弯曲刚度验算，以扭转变形为的机床（如钻床） ，需要进行扭转刚度验算。当前轴组件刚度验算方法较多，没能统一，还属近似计算，刚度的允许值也未做规定。考虑动态因素的计算方法，如根据部产生切削颤动条件来确定轴组件刚度，计算较为复杂。现在仍多用静态计算法，计算简单，也较适用。轴弯曲刚度的验算；验算内容有两项：其一，验算轴前支撑处的变形转角，是否满足轴承正常工作的要求；其二，验算轴悬伸端处的变形位移 y，是否满足加工精度的要求。对于粗加工机床需要验算、y 值；对于精加工或半精加工机床值需验算 y 值；对于可进行粗加工由能进行半精的机床（如卧式车床） ，需要验算值，同时还需要按不同加工条件验算 y 值。支撑轴组件的刚度验算，可按两支撑结构近似计算。如前后支撑为紧支撑、中间支撑位松支撑，可舍弃中间支撑不计（因轴承间隙较大，要起阻尼作用，对刚度影响较小） ；若前中支撑位紧支撑、后支撑为松支撑时，可将前中支距当做两支撑的之距1L计算，中后支撑段轴不计。3.9.1 轴前支撑转角的验算机床粗加工时，轴的变形最大，轴前支撑处的转角有可能超过允许值，故应验算此处的转角。因轴中(后)支撑的变形一般较小，故可不必计算。轴在某一平面内的受力情况如图在近似计算中可不计轴承变形的影响，则该平面内轴前支撑处的转角用下式计算；)1 ()1 (5 . 0)1 (31)1 (5 . 031MLLcQbcFaLEIMLLMLcQbcFaLEIA（H 是车床中心高，设 H=200mm)。 则：1200.4 200200Smm当量切削力的计算：NFaWaF17.178645 .1071812080120轴惯性矩)(05. 044ddIe；46441087. 4605 .10205. 0mmI式中：主轴孔径；）主轴支撑段的惯性矩（）主轴当量外径（钢）主轴材料的弹性模量（主轴有关尺寸（、；主轴悬伸量支撑反力系数；主轴前支撑反力矩；可忽略不计；车床、磨床），若轴向切削力较小（如轴向切削力引起力偶矩）（作用于主轴上的传动力主轴传递全部功率时，）；切削力（作用于主轴端部的当量主轴传递全部功率时，ddDIcmLcmDMPaEMPaEcmcbLcmaMMcmNMNQNFA);(64;,;101 . 2,);)(),(;4447)1 ()1 (5 . 0)1 (31MLLcQbcFaLEIrad427101 . 2)2 .338 .271 (8 .274 . 538445 . 02 .331217.178641087. 4101 . 231 rad001. 0轴前支撑转角满足要求。3.9.2 轴前端位移的验算计算 C 点挠度、当量切削力 F 的计算,见上文。、驱动力 Q 的计算jmznPQ60其中：min7119. 5,88375. 685. 05 . 7rnmzKWPj主所以NmznPQj3844718619. 514. 3375. 66060、轴承刚度的计算 umNKumNKAB41.22180cos302103 .1429139. 358.20680cos2628 .128 .357239. 39 . 19 . 08 . 01 . 09 . 19 . 08 . 01 . 0、确定弹性模量 E、惯性距 I、和长度 a、b、s。cI 轴的材产选用 40Cr， ;101 . 27MPaE 轴的惯性距 I 为： 46441087. 4605 .10205. 0mmI 轴 C 段的惯性距 Ic 可近似地算： 4661085. 51087. 42 . 12 . 1mmIIa 根据齿轮、轴承宽度以及结构需要，取 b=54mm、只考虑 F 力作用在轴前端时轴端的位移，Fy222)(1)1 (13LaKLaKILIaEaFyAAaF222)(1)1 (13LaKLaKILIaEaFyAAaFcm3242472102 . 7)6112(1041.22181)61121 (1041.221814876158512101 . 231217.17864、只考虑驱动力 Q 作用在轴两支撑间时，轴端的位移；Qy22)(6)1 (LKabLKaLcEILcabcQyBAQcmyQ3242471068. 7611058.20684 . 512611041.2218)1261(8 .27487101 . 26)618 .271 (8 .274 . 5123844、求轴前端 C 点的终合挠度cy综合挠度；cmyyyQFc2331061. 1)1068. 7(102 . 7又； cmLy2032. 010160002. 00002. 0因为，所以此轴满足要求。 cyy4 4 钻孔夹具设计钻孔夹具设计4.14.1 研究原始质料研究原始质料利用本夹具主要用来加工钻 4-18 孔，加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。4.24.2 定位、夹紧方案的选择定位、夹紧方案的选择由零件图可知：在对孔加