加工曲轴中心孔专用机床设计

1、目 录 1 目目 录录 设计总说明.3 INTRODUCTION.4 1 绪论.5 2 设计任务.5 2.1 曲轴工艺路线.5 3.夹具的初步设计.21 3.1 夹紧装置应具备的基本要求.21 3.2 确定定位元件.21 3.3 确定导向装置.21 3.4 确定夹紧机构.22 3.5 画出夹具简图.22 3.6V 型块的数控加工 .22 4.专用机床总体设计.25 4.1 确定切削用量和选择刀具.25 4.1.1 确定工序间余量.25 4.1.2 选择切削用量.25 4.1.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度.26 4.1.4 选择刀具.27 5.机床总体设计三图一卡.27 5.1

2、 被加工零件工序图.27 5.2 加工示意图.28 5.2.1 刀具选择.28 5.2.2 导向选择.28 5.2.3 初定主轴类型、尺寸、外伸长度.28 5.2.4 确定动力部件的工作循环及工作行程.29 5.2.5 绘制加工示意图.29 5.3 机床联系尺寸图.29 5.3.1 动力部件的选择.29 5.3.2 夹具轮廓尺寸的确定.30 5.3.3 机床装料高度的确定.30 目 录 2 5.3.4 多轴箱轮廓尺寸.30 5.3.5 绘制机床尺寸联系图.31 5.4 机床生产率计算卡.32 6.多轴箱设计.34 6.1 专用机床多轴箱的用途及分类.34 6.2 通用多轴箱的组成和通用部件.3

3、4 6.3 多轴箱的设计.35 6.3.1 绘制多轴箱设计原始依据图.35 6.3.2 主轴结构型式的选择及动力计算.36 6.3.3 主轴分布类型及传动系统设计与计算.37 6.3.4 主轴的强度校核.40 6.3.5 齿轮的强度校核.44 6.3.6 轴承的选择和校验.49 6.3.7 多轴箱的坐标计算.51 7.专用机床多轴箱装配图设计.52 7.1 通用多轴箱总图设计.52 7.1.1 主视图和侧视图.52 7.1.2 展开图.52 7.2 主轴和传动轴.52 8.三维实体造型设计.52 设计总结.54 鸣 谢.55 参考文献.56 设计总说明 3 设计总说明设计总说明 本论文主要说明

4、加工曲轴中心孔专用机床设计的基本过程和要求。主 要设计了以下内容： （1） 夹具体的设计； （2） 多轴箱的设计； （3） 整体机床的设计。 当然，在设计过程中，有大量的计算，主要包括以下几点： （1） 切削用量； （2） 机床生产率计算； （3） 多轴箱的设计和计算 （4） 齿轮的强度校核； （5） 主轴的强度校核； （6） 轴承的强度校核。 最后根据设计要求，画出各装配图，零件图和三维图。 关键词关键词：专用机床；夹具；曲轴；多轴箱 INTRODUCTION 4 INTRODUCTION This thesis mainly explains the crankshaft machinin

5、g center hole is special machine tool design, the basic processed and requirements. The main design the following content: (1)of specific design; (2) the designed of spindled box; (3) the designed of the wholeed machine. In the design process, of course, there are a lot of calculation, mainlyed incl

6、udinged the following: (1) cuttinged paradmeter; (2) the machaine prodauctivity caalculation; (3) the designed and cadalculation of the spsdindle box (4) gear intensity; (5) the main shaft of intensity; (6) bearinged stdrength chedck. According to the dedsign rdequirements, to drawed the asddsembly

7、draaawing, part drawing and 3 d figure. KEYWORDS: special machine; Fixture; The crankshaft. Spindle box 5 加工曲轴中心孔专用机床设计加工曲轴中心孔专用机床设计 毕业设计说明书 1 绪论 某些零件的加工, 通用机床不能满足, 或者不能, 必须设很好地满足要求 计专用机床。组合件为基础，配点点专用部件，对工件按确定机床是用通用部 的工序加工的机床。 本设计仅对曲轴端面铣削和钻中心孔专门设计的组合机床，该组合机床打部分为通用 部件和标准零件，少量的专业部件，因此这次设计和制造时间短，经济好。 2

8、 设计任务 加工曲轴中心孔专用机床设计，已知曲轴零件图，曲轴工序简图。 2.1曲轴工艺路线 表 2-1 曲轴工艺路线 工 序 号 工序 名称 工序简图及说明设 备 5铣端 面、 钻中 心孔 铣、 钻 组 合 机 床 6 10毛坯 检验 15铣工 艺定 位面 双 柱 铣 床 20检验检验在第 5、6 曲柄臂上铣的工艺定位面尺寸精度、位置精 度。定位面侧面与底面的垂直度误差在定位面长上不大于 0303mm 25粗车 主轴 颈及 两端 轴颈， 车法 兰盘 端面 曲 轴 主 轴 颈 车 床 7 30检验所以主轴颈外圆 78mm，两侧圆角 R8.mm。以顶尖孔定位， 所有主轴颈外圆摆差小于等于 1.0m

9、m；第 4 主轴颈端面摆 差小于等于 0.2mm。全部加工面 Ra 为 6.3um 35精车 第 1 和第 3 和第 4 和第 6 主轴 颈还 有小 端的 轴颈 曲 轴 数 控 的 车 床 40精车 第 2 和第 5 和第 7 主轴 颈和 油封 轴颈 还有 法兰 外圆 还有 端面 曲 轴 数 控 的 车 床 45检验全部的主轴颈的外圆的为 76mm。主轴颈两侧圆角 R3.5mm。以中心孔定位，所有主轴颈外圆摆差小于等于 0.03mm 50车平 衡块 外圆 专 用 车 床 8 55铣第 1、12 曲柄 臂的 角向 定位 面 曲 轴 定 位 面 铣 床 60检验第 1、12 曲柄臂两侧定位面之距为

10、 108mm，同曲柄臂上两 侧定位面对曲轴中心的对称度误差不大于 0.7mm，两曲柄 臂同侧的两定位面平面度误差不大于 0.05mm 65车曲 轴连 杆轴 颈 曲 轴 连 杆 轴 颈 车 床 70检验所有连杆轴颈外圆直径为 36mm，两侧圆角 R3.5mm，连杆 轴颈开挡宽度为 37mm，相位角为 120。 9 75在法 兰盘 上钻 铰工 艺孔 80检验工艺孔直径为 14mm。以工艺孔定位检验时，第 6 连杆轴 颈外圆直径上、下两点的差值在 0.3mm 之内。 85手铰 的工 艺孔 仔细快速 90在油 封轴 的颈 上铣 的右 旋回 油螺 槽 曲 轴 专 用 的 车 床 10 95在六 个连 杆

11、轴 颈上 钻孔 直 孔 组 合 钻 床 10 0 锪球 窝 球 孔 组 合 钻 床 11 10 5 钻油 孔 深 孔 组 合 钻 床 11 0 钻油 孔 深 孔 组 合 钻 床 12 11 5 钻油 孔 深 孔 组 合 钻 床 12 0 清洗保持清洗液温度在 60C 以上，清洗后以压缩空气喷嘴对 准油道孔吹净 清 洗 机 12 5 检验油道孔是否钻通，主轴颈上球窝孔深 6mm，连杆轴颈上直 孔深 10.5mm，法兰端面上黄油孔深 40mm 13 0 中频 淬火 对所有主轴颈、主轴颈表面淬火，淬火硬度不低于 46HRC，淬硬层深度：主轴颈 24.5mm，连杆轴颈 2.34.8mm 曲 轴 半 圆

12、 中 频 淬 火 机 13 5 检验淬火后主轴颈摆差应不大于 0.3mm，超差的曲轴应加热校 正，不能有淬火裂纹 13 14 0 半精 磨第 1、7 主轴 颈 主 轴 颈 磨 床 14 5 检验以两端中心孔定位检验时，第 1,7 主轴颈外圆摆差不大于 0.03mm 15 0 磁力 探伤 以 12001600A 的电流对曲轴进行磁力探伤磁 力 探 伤 机 14 15 5 精磨 连杆 轴颈 连 杆 轴 颈 磨 床 16 0 检验所有连杆轴颈外圆直径 62.01mm，轴颈宽度为 38mm，轴 颈两侧圆角 R3.5mm，轴颈的圆柱度不大于 0.005mm 16 5 精磨 第 4 主轴 颈 主 轴 颈

13、磨 床 15 17 0 精磨 第 1 主轴 颈的 及齿 轮和 的带 轮轴 颈 斜 砂 轮 架 曲 轴 床 17 5 精磨 第 2, 第 3, 第 5, 第 6 的主 轴颈 主 轴 颈 床 18 0 精磨 第 7 的主 轴颈 主 轴 颈 床 16 19 0 抛光 油封 轴颈 的 抛 光 机 19 5 的精 磨法 兰的 外圆 的 曲 轴 床 20 0 检验所有主轴颈外圆直径为 75.01mm，圆柱度误差不大于 0.005mm。以中心孔定位检验，第 1,7 主轴颈摆差不大于 0.02mm 其余主轴颈摆差不大于 0.05mm，所有连杆轴颈中 心线对主轴颈中心线的平行度误差在连杆轴颈开挡全长不 大于 0

14、.01mm 17 20 5 铣键 槽 铣 键 槽 专 用 机 床 21 0 钻、 铰孔、 攻螺 纹 四 工 位 组 合 机 床 21 5 检验法兰上六个螺栓孔位置度误差不大于 0.15mm。对第 1 连杆 轴颈与主轴颈的中心连线。齿轮轴颈上键槽偏移量不大于 0.10mm。带轮轴上键槽偏移量不大于 0.020mm 22 0 去毛 刺 去除所有主轴颈、连杆轴颈及侧面尖刺毛刺 18 22 5 动平 衡检 验 对初始动不平衡量超过 1000gcm 的曲轴，先再自动线外 去重，合乎该项要求后再进入动平衡自动线，n=900r/min 动 平 衡 机 23 0 在 3,10,1 1 曲轴 柄臂 上去 重 专

15、 用 去 重 钻 床 23 5 在 2,5,8 曲柄 臂上 去重 专 用 去 重 机 床 24 0 清洗去除钻屑 24 5 动平 衡检 验 检验曲轴的残余动不平衡，合格的曲轴打上印记 n=900r/min 动 平 衡 机 19 25 0 超差 曲轴 动平 衡在 检验 动 平 衡 机 25 5 再去 除不 平衡 量 专 用 钻 床 26 0 校直检验第 2,4,6 主轴颈外圆摆差，当摆差大于 0.05mm 时，应 校直该轴颈 油 压 机 26 5 倒角， 去毛 刺 在第 1,2,3,5,6,7 主轴颈上球窝孔倒角 1*45，去净孔口边 毛刺 27 0 经常 法兰 端面 及退 刀槽 车 床 20

16、27 5 扩， 镗， 铰孔 专 用 车 床 28 0 粗抛 光 曲 轴 油 石 抛 光 机 28 5 精抛 光 曲 轴 砂 带 抛 光 机 21 29 0 清洗清洗全部油道孔及外表面清 洗 机 29 5 终检所有主轴颈外圆直径为 75mm。所有连杆轴颈外圆直径为 62mm。第 4 主轴颈开挡宽度为 44mm。法兰厚度为 10.5mm。轴承孔径为 51.96mm。 以第 1,7 主轴颈外圆定位检验 1. 第 4 主轴颈及其余主轴颈外圆摆差不大于 0.05mm 2. 齿轮轴颈外圆摆差不大于 0.025mm 3. 油封轴颈外圆摆差不大于 0.06mm 4. 法兰外圆摆差不大于 0.035mm 5.

17、法兰端面摆差不大于 0.06mm 6. 轴承孔摆差不大于 0.06mm 7. 第 4 主轴颈两端面摆差不大于 0.05mm 全部主轴颈、连杆轴颈外圆表面粗糙度 Ra0.2um，各油道 孔口无毛刺，抛光面粗糙度 Ra0.4um。全部检验通过，打 上合格印记 3.夹具的初步设计 3.1 夹紧装置应具备的基本要求 (1)在夹紧的时候不要破坏工件定位的位置。 (2)夹紧力要刚刚好，要保证定位的稳定性，又要防止夹紧变形。 (3)操作简单方便，省力，安全。 (4)结构的结构性好，和夹紧装置的结构简单和紧凑，有利于制造和维修。 3.2 确定定位元件 根据工序简图所给的定位基准，选用三个 V 型块和两个夹板定

18、位限制工件 的四个自由度，即 X 轴移动,X 轴转动，Z 轴移动，Z 轴的转动，用支承钉定位， 通过支撑钉接触限制 Y 移动的自由度，一共五个自由度。 3.3 确定导向装置 由于本设计的本工序要求是对被加工工件依次进行的铣端面，钻中心孔等 2 个工步加工，才能达到工序简图的加工的要求，对于铣削加工，采用方形对 刀块，采用对刀装置对刀时，参考机械制造技术基础课程设计指导教程表 9-2（摘自 JB/T8031.2-1999 的规定） 。塞尺参考机械制造技术基础课程设计 指导教程表 9-5（摘自 JB/T8031.2-1999 的规定）选取其尺寸为 2mm 的对刀 22 平塞尺。 3.4 确定夹紧机

19、构 针对该工件的生产的工艺特性，此夹具选用螺旋夹紧机构夹压工件，通过 拧紧手柄使压板同时压紧工件，实现夹紧。 3.5 画出夹具简图 夹具简图如图 3-1： 图 3-1 夹具简图 3.6V 型块的数控加工 V 型块采用数控铣削加工，查机械制造技术基础课程设计指导教程 表 8-10 得 V 型块零件图 23 V 型块为毛坯 125mm*50mm*42mm 的 20 钢，确定坐标如图 现对其编制加工程序： %2015 N05 G54 G91 G17 G00 M03 N10 G42 X10 Y20 D01 N15 G01 X125 F200 N20 Y42 24 N25 X-27.5 N30 X-20

20、 Y-22 N35 Y-3 N40 X-30 N45 Y3 N50 X-20 Y22 N55 X-27.5 N60 Y-42 N65 G00 G40 Y-10 M05 N70 M02 数控加工孔，确定坐标图 现对其编制加工程序： %2016 N05 T01 M06 N10 G91 G00 X34.5 Z65 M03 S500 N15 G43 Y-32 H01 N20 G01 Y-50 F1000 N25 G04 P2000 N30 G00 Y50 N35 X96 Z-25 N40 G01 Y-50 N45 G04 P2000 N50 G00 Y50 N55 X0 Z0 N60 T02 M06

21、N65 G91 G00 X34.5 Z40 M03 N70 G43 Y-32 H02 N75 G01 Y-15 N80 G04 P2000 N85 G00 Y15 N90 X96 Z25 N95 G01 Y-15 N100 G04 P2000 25 N105 G00 Y15 N110 X0 Z0 N115 T03 M06 N120 G91 G00 X34.5 Z40 M03 N125 G43 Y-32 H03 N130 G01 Y-50 F1000 N135 G04 P2000 N140 G00 Y50 N145 X96 Y25 N150 G01 Y-50 N155 G04 P2000 N16

22、0 G00 Y50 N165 X0 Y0 M05 M30 4.专用机床总体设计 4.1 确定切削用量和选择刀具 4.1.1 确定工序间余量 为使加工定保证加工精度，必间余量，过程顺利进行并稳须合理地确定工序 根据组合机床设计表 3-6，取孔加工工序间余量 1.5mm。 4.1.2 选择切削用量 铣直径 46mm 端面，查组合机床设计选取铣刀进给量，f0.8/ r z mm 铣削速度，还能查到切削深度=10mm。查我自己的课本机械40/ minVcm p a 制造技术基础课程设计指导教程表 322，因为铣削宽度，我就选mmae46 择铣刀直径 d=80mm,初选镶齿套式面铣刀，根据机械制造技术基

23、础课程设计 指导教程表 3-31，取 Z=10，根据公式，则主轴转速 1000 dn v 160r/min。1000 /8010004080159 / minnvr 铣直径 142mm 端面，查组合机床设计只好这样选择铣刀进给量 ，也选择了铣削速度，根据机械制造技术基础课f0.8/ r z mm80/ minVcm 程设计指导教程表 322，因为铣削宽度，还是选择了铣刀直径mmae142 d=160mm, 初选镶齿套式面铣刀，根据机械制造技术基础课程设计指导教程 26 表 3-31，取 Z=16，,根据公式，则主轴转速 1000 dn v 160r/min。1000 /1601000 8016

24、0159 / minnvr 钻两端中心孔，初选高速钢钻头作为加工工具，根据组合机床设计表 3-7 得，钻头每转进给量，d=11mm，切削速度 V =10m/min,转速rmmf/18 . 0 f n=r/min 取 290r/min。1000/d289 f V 4.1.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度 根据机械制造技术基础公式 2-20： 主切削力 yFzxFznFz FzCafvk Fz pFz 式中 CFz决定于被加工材料和切削条件的系数 切削深度ap 进给量f 切削速度 总修正系数kFz 其中kkkkkkk FzmFz voFzrFzsFz r Fz VBFz 式中工件材料

25、机械性能对切削力的修正系数kmFz 前角对切削力的修正系数kvoFz 主偏角对切削力的修正系数k rFz 刃倾角对切削力的修正系数k sFz kr Fz 刀圆弧半径对切削力的修正系数 后刀面磨损对切削力的修正系数kVBFz 查得 =0.75，=1.25，=1.08，=1.0，=0.93，kmFzkvoFzk rFz k sFz kr Fz =1.0kVBFz 则26 . 1 0 . 193 . 0 0 . 108 . 1 25 . 1 75 . 0 Fz k 27 查得 =367，=10.7mm，CFzap72 . 0 xFz8 . 0yFz0nFz 铣46 端面 0.720.80 367 1

26、0.70.80401.262131 xFzyFznFz FzpFz FzC afvkN 铣142 端面 0.720.80 367 10.70.80401.262131 xFzyFznFz FzpFz FzC afvkN 钻11 中心孔 2039N2400N 6 . 08 . 06 . 08 . 0 26018 . 0 112626zHBfDF 根据经验铣端面时，进给径力 Fx1=0.4Fz=852.4N，Fx2=0.4Fz=852.4N 根据公式 切削功率 1 /600002131 40600001.42 mz PF vkW 2 /600002131 80600002.84 mz PF vkW

27、 钻孔0.21KW)9740/()10( 6 . 08 . 09 . 1 DvHBfDp 根据材料力学公式 3-1 切削扭矩 1 9549/9549 1.4216084.74 m MPnN m 铣 2 9549/95492.84160170 m MPnN m 铣 9549/95490.212906.91 m MPnN m 钻 4.1.4 选择刀具 因为工件加工的尺寸精度表面粗率要求等因素，糙度、切削的排除及生产 采用一次加工。专用机床上铣端面一般把铣刀安装在铣刀杆杆上，通过上述计 算和查机械制造技术基础课程设计指导教程表 321，取直径 80mm 和 160mm 的镶齿套式面铣刀。钻孔用直径

28、11mm 的麻花钻。 5.机床总体设计三图一卡 5.1 被加工零件工序图 根据曲轴加工工艺过程要求，工序：铣端面、钻中心孔所给出的工序简图 及说明，绘制如图 5-1 曲轴工序图： 28 图 5-1 曲轴工序图 5.2 加工示意图 就是表达加工过程的图纸。 5.2.1 刀具选择 根据前面计算选取的直径 80mm 和 160 的镶齿套式面铣刀。钻孔用直径 11 的麻花钻。 。 5.2.2 导向选择 本次设计按一定要求的话，只好选取了方形对刀块，我的课本机械制造 技术基础课程设计指导教程 ，其中这本书的表 9-2。塞尺参考机械制造技术 基础课程设计指导教程表 9-5，选取其尺寸为 2mm 的对刀平塞

29、尺。 5.2.3 初定主轴类型、尺寸、外伸长度 由于是用于与刀具连接的铣工序，主轴为刚性主轴。 根据计算出来的切削扭矩，由组合机床设计表 3-19、表 3-21 和表 3- 22，选取得铣轴 B=5.2 钻轴 B=7.2,初步确定主轴直径为： dB=28.05mm,取 30mm 1铣 4 100 M 29 dB=33.77mm,取 40mm 2铣 4 100 M d 钻B=21mm,取 25mm 4 100 M 选定主轴直径为 30mm，初定采用长主轴主轴直径 50/36，主轴外伸 115mm。 主轴直径为 25mm，初定采用长主轴主轴直径 38/26，主轴外伸 115mm 主轴直径为 40m

30、m，初定采用长主轴主轴直径 65/44，主轴外伸 135mm 5.2.4 确定动力部件的工作循环及工作行程 （1）工作进给长度。钻孔切入长度取 5 毫米，看了组合机床设计表 3-24，钻孔时切出长度取 l=1/3D+(38)=10 毫米。铣直径 46 端面和 142 端面切 入长度取 10mm，切出长度取 8mm。 （2）快速退回长度。取液压滑台的长度为快速退回长度为 500mm。 5.2.5 绘制加工示意图 我做的加工示意如图 5-2： 图 5-2 加工示意图 5.3 机床联系尺寸图 机床联系尺寸就是表达各部件之间的联系图。 30 5.3.1 动力部件的选择 选择的动力部件是在多轴箱的通用部

31、件中最基本的部件之一。 用到选择机床电动机时，就必须想到机床的,电动机功切削功率传动效率 率 /1.420.210.851.91 Em PPkw（） /2.840.210.853.58 Emm PPkw（） 根据查阅组合机床设计附表 8，选用 1TD32 和 1TD40 系列型动力箱。 查阅组合机床设计表 2-15，选用电动机 Y112-6，功率 2.2kW。Y132M1-M 6,4KW，动力箱所能输出转速就这样为，,动力 1 470/n 驱 转分480/n 驱2 转分 箱与动力滑台我选择的是：长 500mm，宽 240mm，还有就是动结合面尺寸 轴箱结合我就是这样选择的：宽 240mm，高

32、310mm，还有一个力箱与多面尺寸 尺出轴距度我确定为 80mm。寸动力箱输箱底面高 为了提高生产率，采用双头钻铣组合机床同时加工曲轴两端，出于与电机 箱的配套关系，查阅组合机床设计附表 6，选用 1YS25 液压十字滑台。台 面宽 250mm，台面长 500mm，行程长 200mm，滑“”导轨矩矩型式 高看样子得为 250mm，长就应该是 700mm，允力一台及滑座总滑座许最大进给 定是 20000N，快速8 米/分， 12.5500 毫米/分。行程速度工进速度 5.3.2 夹具轮廓尺寸的确定 考虑到多轴箱高 320m，主轴的高度约为 174.5mm，液压滑台高度 250mm， 夹具底座轮廓

33、尺寸取 1020225280。 5.3.3 机床装料高度的确定 本专用机床中，多轴箱的174.5mm， 250mm，选取主轴高度液压滑台高度 侧底度 560mm，夹座高度 315mm，中高度 560mm，综合以上因座高具底间底座 素，装取为 1060mm。料高度 31 5.3.4 多轴箱轮廓尺寸 多轴箱的最低h1，按下式确定: BH宽度和高度及主轴高度 Bb2b1 Hhh1b1 式中 bmm为工件在宽度方向相距最远的两孔距离（） b1mm为最边缘主轴中心距箱外壁的距离（ Hmm为工件在高度方向相距最远的两孔距离（） h1mm为最低主轴高度（） b 和 h 为多轴箱就确定的尺寸。 b=146mm

34、，h=0mm，取 b1=116mm，h1=175mm，算得 B=378mm，H=291mm。 根据算得的结果, 参照组合机床设计表 41，选取滑台台面宽度 250mm,相应的多轴箱高 320mm，宽 400mm。如图 5-3 所示。 图 5-3 多轴箱轮廓尺寸 32 5.3.5 绘制机床尺寸联系图 根据上述计算的尺寸，绘制如下图 5-4 所示： 图 5-4 机床尺寸联系图 5.4 机床生产率计算卡 按照前面的计算，可以计算机床的生产生产计算卡。率和编制 实际生产率 指完成年A（包括备品和废品率在内）所要求的机床生产率。它生产纲领 与全年工时总数 K 有关，一般情况下，单班制生产 K 应该是取

35、2350 小时。现要 求年生产纲领为 50000 件，则 /36000/ 235015.44/QA K件小时 33 指所设计机床每小的零件数量。时实际可以生产 60 / 1 Q T （件小时） 单 式中 为生产一个零件所需的时间（分） ，它就是由下面计算：T单 LL 12 T 12 LL ttttt vvv fffk 快进快退 （）（）（分） 切移辅停装卸单 式中 、 ；L1L2为分别为刀具第一、第二工作进给行程长度（毫米） 、 ； 1 v f2 v f /为分别为刀具第一、第二工作速度（毫米分钟） ；t停为动力滑台在死挡铁上的停留时间 ；LL、 快进快退 为分别为动力部件快进、快退行程长度（

36、毫米） v fk /为动力部件快速行程速度（米分）； 为直线移动间，一般可取t移或回转工作台一次工位转换的时 0.1min（分） ； 为工件装、的统计，一般取 0.5-t装卸卸时间，根据各类组合机床 1.5min。 由以上分析取L1=25,L2=160mm, =0.18x290r/min=52.2mm/min, 1 v f =0.8*160=128mm/min 2 v f =10 x0.18/290=0.006min，=10 x0.8/160=0.05,min t停 1 t停 2 =, =8m/min340mm,L865mmL快进快退v fk =0，=1.5min。t移t装卸 得 25/52.

37、2160/1280.0060.0586580001.53.38minT 单 160/3.3817.75(/)Q 件小时 机床负载率 1 Q /15.44/17.750.87nQ 负 34 机为 ，故该机床的切削用量和设计方案合理。床负荷率90. 075 . 0 负 表 5-1 机床生产率计算卡 。 6.多轴箱设计 6.1 专用机床多轴箱的用途及分类 多轴箱按其结构的大小可型多轴箱两类。专用多轴箱分为大型多轴箱和小 来至加工零件一要求进行设计出来的。些特点和加工工艺 6.2 通用多轴箱的组成和通用部件 多轴箱的通用零件主要由箱体，主轴，传动轴，齿轮和轴套构成。 （1）箱体 采用料为 HT200，

38、箱体决定整个多轴箱的尺寸。灰铸铁材料，箱体材 （2）通用主轴和传动轴 本次设计的主轴为钻削类主轴。 轴的材料：主轴均为 40Cr 钢，进行淬火。 35 （3）通用齿轮 多轴箱有传还有电机齿轮。齿轮的为，齿轮要进行动齿轮和动力头齿轮45号钢 这样。高周波淬火 6.3 多轴箱的设计 6.3.1 绘制多轴箱设计原始依据图 多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 括多轴求和已知条件。箱设计的原始要 在绘制此图时从“三图一卡”中可知： （1）多轴箱轮确定廓毫米。320 x400尺寸 （2）工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸。 3（）工件与多轴箱相对位置尺寸。 根据我们就可以计原始依据图

39、。这些数据编制多轴箱设 图 6-1 原始依据图 附表： 36 （1）被加工的零件 名称：发动机的曲轴 材料：球墨铸铁 硬度：HB198260 （2）主轴外伸削用量尺寸及切 加工尺寸 （毫米） 主轴直径 （毫米） 主轴外伸尺寸 D/d(毫米) L=75(毫米) V(米/ 分） n（转/ 分） f(毫米 /转) 钻孔1125 38/26102900.18 铣46 端 面 30 50/36401600.8 铣142 端 面 40 65/44401600.8 （3）动力部件 选择了 1TD40Y112M-6 型动率 2.2kw，还顺便查得转速力箱功驱动轴 470n/min，那么也可以查到驱动距离 21

40、4mm。1TD40Y136M -6 型轴到滑台表面 2 动力4kw，同样的道理查到480n/min，还是那个道理驱动轴箱功率驱动轴转速 到滑台离 214mm。表面距 6.3.2 主轴结构型式的选择及动力计算 由于本工序进行的是钻铣加工，钻一定是较大的，采用推力球轴向切削力 轴承承受该轴的轴向力，用深的径向力，因为铣时该轴的轴沟球轴承承受该轴 向力是单向的，所以推轴前端安装。力球轴承在主 多轴箱的动力计算，应包率和进给力两项。括计算多轴箱所需功 37 多轴箱所需的功率： =+P 主 P 切 P 空 P 附 式中 ： P 主 为多轴箱总功率； ；P 切 为各主轴切削功率的总和 ；P 空 为各轴空载

41、消耗功率的总和 。P 附 为各轴附加功率的总和 在传动就可按下面的箱所需的功率系统确定前，式子初步估算多轴 =/P 主 P 切 式中： ；P 主 为主轴切削功率的总和 。为组合机床多轴箱传动效率 本次箱要铣心孔，由于加工黑色金属，取设计的多轴端面和钻中 =0.85。 左多轴箱主轴效率 =/=（+）/=(1.42+0.21)/0.85kW=1.91kW 1 P 主 P 切 1M PP 钻 右多轴箱主轴效率 =/=(+)/=(2.84+0.21)/0.85kW=3.59kWP 主2 P 切 2M PP 钻 6.3.3 主轴分布类型及传动系统设计与计算 （1）主轴分布类型 用一根传动轴带动 2 根主

42、轴进行加工，所以本次设计的两个多轴箱共有 4 根水平分布的主轴，采用水平直线分布。 （2）传动系统的设计与计算 由于本次设计的主轴只有 2 跟，采用水，决定用一根中动平直线分布间传 轴来带动这 2 根主轴的转动。 驱动轴型号定为 470r/min 和 480r/min。转速由动力箱 用齿轮动轴和各主轴连接起来。和中间传动轴把驱 38 通过前面计算的主轴 2 转速为和主轴 1 的为，驱160r / min转速290r / min 动速分别为，就可以算出到主轴 1 和主轴 2轴的转470r / min 480r / min、驱动轴 的总传动比:i总 1 /4802901.655inn 驱主总 2

43、/4801603inn 驱主总 考虑到传动比问题，应在驱动轴与主轴之间增加一中间传动轴。如图所示： 图 6-2 传动简图 根据传动比的规则，取驱动轴 4 与中间传动轴 3 传动比=2，则通过简单 43 i 计算可得传动轴的转速 n 为 240r/min。那么也可以算得中间轴 13传动轴与主 传动比算得 0.823，中间传动轴 3 与主轴 2 传动比算得 1.47。 31 i 32 i （3）传动轴直径的确定 传动经过电机功率传动，查机械设计课程设计表 3-1，取机3轴的功率 39 械传动效率 为 0.96。由于电机功率=4kW，则传动轴 3 的扭矩为：P 电 M=9549/n=Nm=229.1

44、7Nm 3 P9549 4 0.96240 查组合机床设计，那么只好取于是有：3 19表B5.2传动轴， dB=28.51mm，取整值传径为。 4 100 M 动轴的直30mm （4）齿轮齿数的确定和模数的计算 首先整理出各轴的转速，就可以知道对应：齿轮的转速 4 480 / minnr 3 240 / minnr 1 2 290 / min 160 / min nr nr 查借来的书组合机床设计 ，知道驱动轴上的齿轮制的齿数是有一定限 范围在（） 。那么本次设计就取。根据组合机床设计Z2126 驱 21Z 驱 里面第 4 42章公式 3 32 P m zn 式中 P为齿轮传递功率； Z为一对

45、齿轮中小齿轮的齿数； N为小齿轮的转速。 a 驱4 与轴 3 的齿轮组：动轴传动 ,那么取模数为 3 3 3 42 32/32 4*0.96/ 21*4802.32 j mP znmmmm（） 两轴中心距： 1 3 (21+42 94.5 22 mZ Amm ） b 传动轴 3 与主轴 1 的齿轮组： 试选模数为 2，根据公式可得：=28，由于传动轴与主轴 3 32 P m zn 1 z 40 1 的传动比为，可得 =34，i0.82 3 z 两轴中心距： 1 2 (28+34 62 22 mZ Amm ） c 传动轴 3 上与主轴 2 的齿轮组： 由于 =34，由于传动轴与主轴 2 的传动比

46、为，可得= 50 ， 3 zi1.47 2 z 验算模数，由公式得 3 32 P m zn =2，合理。 3 3 32 32/30 4*0.96*0.96/*1601.94 j mNzn mm（34） 两轴中心距： 1 2 (34+50 84 22 mZ Amm ） d 驱动轴 3 与油泵传动轴 5 的传动： 现在取驱动轴与油泵传动轴之间中心距, 该对齿轮的 模数 mA58.5mm为 取值为 3，由前面选取的驱动, 还有速轴齿轮齿数21Z 驱 驱动轴转 480/ minn 驱 由公式，得， ( 2 m ZZmZ A 驱泵） 2 18Z泵 那么可以通过传动比, 得， 18 21 Zn i Zn

47、泵驱 驱泵 560 / minnr 泵 查借来的课本组合机床设计表 4-2 得，取油泵轴直。20mm径为 6.3.4 主轴的强度校核 轴的强度校核计算方法主要有三种方法：，强 扭转强度计算按弯扭合成 度计算，按计算。扭转刚度校核 a.按扭算转强度条件验 由转矩的大小这一点，我们就可以计算出轴的扭转强度。 轴的扭转强度应该怎样去计算呢？可以按照以下的公式计算得出： 6 3 9.55 10/ 0.2 TT T TP n Wd 式中：T为轴传递的转矩； 41 T W为轴的抗扭截面系数； P 为轴传递的功率； N 为轴的转速； D 为计算截面轴的直径； T 许用切应力。 主轴 1： 6363 /9.5

48、5 100.29.55 1040.960.960.229025 39.85 TT T WPnd MPa 主轴 2： 6363 /9.55 100.29.55 1040.960.960.216040 17.19 TT T WPnd MPa 查我学习过的课本机械设计表 15-3 就可以得到许用应力2545 T MPa，所以设计的要求。 TT 强度符合本次 b. 按弯算扭合成强度条件计 条件为：弯扭合成强度 22 1 ca MT W （） 式中： ca 为轴的计算应力； M 为轴所受的弯矩； T 为轴所受的扭矩； W 为轴的抗弯截面系数； 1 为对称循环变应力时轴的许用弯曲应力。 查机械设计表 15

49、-4 得：则： 3 0.1wd 42 =-1 22 ca MT W （） 3 2 1 . 0 d TM）（ 受力分析： 图 6-3 受力分析图 轴 1： 齿轮圆周力 122 121396 4335 28 2 t T FNN d 齿轮径向力 tan4335 tan201577 rt FFNN 水平面内的支反力 12 4335 2167.5 22 t HH F FFNN 垂直面内的支反力 ， 同理 112 12 1 (/ 2)788.5 Vr FFlN l 2 788.5 V FN Nmm 121 1 94 2167.5115056 2 HH MlFN mm Nmm 1121 1 94 788.5

50、51136 2 VV MlFN mm 22 121 125910N mm HV MMMM 43 图 6-4 轴的载荷分系图 根据机械设计表 15-1 就可以查得60MPa 1 =43.5 MPa 22 3 125910(0.6 121396) 0.1 40 1 ，所以本次设计的强度符合本次设计的要求。 1 c.按核计算扭转刚度校 扭转时的刚度可以根据以下的公式来计算： o = 180 p T GI 式中 T为轴所受的扭距； G为轴的材料的剪切弹性模量； 44 Ip为轴截面的极惯性矩。 11 40.960.96 9550955066.5 290 P TN m n 主轴 主轴 21 40.960.

51、96 95509550120 160 P TN m n 主轴 主轴 40 44 12000032 5.73 100.18 / 8.1 103.1430 m 主轴 40 44 6600032 5.73 100.09 / 8.1 103.1430 m 主轴 在本设计里，对于我设计的主轴，=0.97 /m，对于我设计出来的传 主轴 o 动轴， =1 /m 传动轴 o 于是我设计的主轴就可以满足我设计的要求。 6.3.5 齿轮的强度校核 齿根的计算:弯曲疲劳强度 就在齿轮在啮合的时候，齿根处就会产生的弯曲应力，在某一对齿轮啮合 区域中的最高的的位置，这个位置就是齿根产生弯曲应力最大的地方。我们将 对这

52、个位置进行抗弯的校核，可以从我们学习的课本机械设计关于齿轮传 动的强度计算找到直齿轮的弯曲疲劳强度的条件： 0 FtFasa FFsaF K FY Y Y Y Y bm 在这个式子里 ； F K 就是弯曲疲劳强度计算的载荷系数 ； t F为齿轮受到的圆周力 Fa Y齿轮系数； ； sa Y载荷作用于齿顶时的应力修正系数 ；Y弯曲疲劳强度计算的重合度系数 bm为齿宽；为模数。 其中，,在该式子中 FAVFF KK K KK ，查机械设计表； A K为使用系数1021.0 取值为 45 ，查机械设计图； V K为动载荷系数1081.3 取值为 ，查机械设计表； F K 为齿间载荷分配系数1031.

53、1 取值为 ，查机械设计图。 F K 为齿向载荷分布系数10 131.05取值为 那么， =1.01.31.11.05=1.5 FAVFF KK K KK ： t F为齿轮受到的圆周力 22 9549 t TP dN d F 式子里， TNPd为转矩；为齿轮转速；为齿轮传动功率；为齿轮分度圆直径。 按下面这个公式计算：Y 。 0.75 0.25Y 为直齿圆柱齿轮的重合度 （1）校核驱动轴 4 与传动轴 3 齿轮齿根弯曲疲劳强度 由于 22 9549 t TP dN d F =2954941000/(480321)N =2328N 查课本机械设计图 10-17，得=2.95，查课本机械设计21由

54、于齿数为 Fa Y 图 10-18，得=1.58。 sa Y 计算 Y 111 arccoscos/(2) aa zzh =arcos21cos20/(21+2*1)=29.114 222 arccoscos/(2) aa zzh =arcos42cos20/(42+2*1)=20.881 1122 (tantan)(tantan)/ 2 aa zz =21(tan29.114-tan20)+42（tan20.881-tan20）/2 =1.3 那么 46 83 . 0 3 . 1 75 . 0 25 . 0 Y 则 1.5 2328 2.95 0.83 366 1 3 21 3 FtFasa

55、 F K FY Y Y MPaMPa bm 查课本机械设计图 10-24，得=450MPa，于是 F FF 所以该对足要求。齿轮齿根弯曲疲劳强度满 （2）校核传动轴 3 与主轴 1 齿轮齿根弯曲疲劳强度 由于 22 9549 t TP dN d F =295490.960.9641000/(290228)N =1892N 查课本机械设计图 10-17，由于齿数为 28，得=2.65，查课本机械设 Fa Y 计图 10-18，得=1.58。 sa Y 计算 Y 111 arccoscos/(2) aa zzh =arcos28cos20/(28+2*1)=29.61 222 arccoscos/

56、(2) aa zzh =arcos34cos20/(34+2*1)=21.31 1122 (tantan)(tantan)/ 2 aa zz =28(tan29.114-tan20)+34（tan20.881-tan20）/2 =1.3 那么 83 . 0 3 . 1 75 . 0 25 . 0 Y 则 1.5 1892 2.95 0.83 312 1 2 28 2 FtFasa F K FY Y Y MPaMPa bm 查课本机械设计图 10-24，得=450MPa，于是 F FF 所以该对齿轮齿根弯满足要求。曲疲劳强度 （3）校核传动轴 3 与主轴 2 齿轮齿根弯曲疲劳强度 47 由于 2

57、2 9549 t TP dN d F =295490.9641000/(240234)N =2079N 查课本机械设计图 10-17，由于齿数为 28，得=2.65，查课本机械设 Fa Y 计图 10-18，得=1.58。 sa Y 计算 Y 111 arccoscos/(2) aa zzh =arcos34cos20/(34+2*1)=21.31 222 arccoscos/(2) aa zzh =arcos50cos20/(50+2*1)29.80 1122 (tantan)(tantan)/ 2 aa zz =34(tan29.114-tan20)+50（tan20.881-tan20）

58、/2 =1.3 那么 83 . 0 3 . 1 75 . 0 25 . 0 Y 则 1.5 2079 2.65 0.83 341 1 2 34 2 FtFasa F K FY Y Y MPaMPa bm 查课本机械设计图 10-24，得=450MPa，于是 F FF 所以该对曲疲劳强度满足要求。齿轮齿根弯 齿面接的计算:触疲劳强度 齿轮在啮合的时候，每对齿之间直接接触，产生齿面接触疲劳强度，同理 我们依然可以从我们学习的课本机械设计关于齿轮传动的强度计算找到直 齿轮的齿面接触疲劳强度的条件： 1 3 1 21 H HHEH d K Tu Z Z Z du 式子中， ； H K为接触疲劳强度计算

59、的载荷系数 为转矩； 1 T 48 ； d 为齿宽系数 ； 1 d为分度圆直径 u 为齿数比； ； H Z为区域系数 ； E Z为弹性影响系数 。Z为接触疲劳强度计算的重合度系数 其中，在式子中： HAVHH KK K KK ，查机械设计表； A K为使用系数1021.0 取值为 ，查机械设计图； V K为动载荷系数1081.3 取值为 ，查机械设计表； H K 为齿间载荷分配系数1031.1 取值为 ，查机械设计表。 H K 为齿向载荷分布系数1041.05 取值为 则 =1.01.31.11.05=1.5。 FAVHH KK K KK （1） 校核驱动轴 4 与传动轴 3 齿轮齿面接触疲劳

60、强度 齿轮的转矩 1 95499549 4 1000/(480 3 21)1263 P TN mmN mm N d 查机械设计表 10-7 得，=1.0， d 该对齿轮的小齿轮直径 d 为 3*21=63mm。 该对齿轮的齿数比, 2 1 42 2 21 Z Z u= 查机械设计图 10-20 得， =2.5区域系数 H Z 查课本机械设计表 10-5 得，=143.7 E Z 1/2 MPa 由公式 44 1.3 0.948 33 Z 则： 1 33 1 212 1.5 1263 (2 1) 488 1 632 H HHE d K Tu Z Z ZMPa du 49 查课本机械设计图 10-