毕业设计资料 第二章 组合机床的总体设计

PAGE32-2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。根据被加工被零件（减速箱箱盖）的零件图（图2-1），加工八个螺栓孔的工艺过程。(1)加工孔的主要技术要求。加工4个M8螺纹底孔的孔。孔的位置度公差为Φ0.1mm，与Φ12孔同心。工件材料为HT21-40，HB170～241要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量6万件，单班制生产(2)工艺分析加工该孔时，孔的位置度公差为0.1mm根据组合机床用的工艺方法及能达到的经济精度，可采用如下的加工方案。一次性加工螺纹底孔，孔径为Φ6.5(3)定位基准及夹紧点的选择加工此离合器压盖的孔，以底面的两个支承点限制X移、Y移和X转、Y转四个自由度，位于中间的心轴起到了很好的定位作用。在保证加工精度的情况下，提高生产效率减轻工人劳动量，而工件也是大批量生产，由于夹具在本设计中没有考虑，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，是制造机床方案的主要依据。离合器压盘加工孔的精度要求不高，可采用钻孔组合机床，工件各孔间的位置精度为0.1mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工时可以在下一个安装工位上对所有孔进行最终精加工。为了加工出表面粗糙度为Ra3.2um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，人工夹紧。被加工零件图如图2-1所示：图2－1被加工零件图(2)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。此离合器压盘的材料是HT21-40、硬度HB170-241、孔在整个压盘上呈90度均度分配，孔的直径为Φ6.5mm。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。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。孔的分布范围是直线形状，工件比较长，一次钻完，多轴箱体积较大，采用两工位以减小多轴箱的体积，使整个钻床瘦身，因而适合选择立式多工位钻床。(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6万件，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)机床使用条件使用组合机床对对车间布置情况、工序间的联系、使用厂的技术能力和自然条件等一定的要求。在根据使用户实际情况来选择什么样的组合机床。综合以上所述：通过对箱盖零件的结构特点、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，由于在本钻床上钻孔后重新安装或在其他多工位机床上加工下道工序，应适当加大余量，以消除转、定位误差的影响。Φ6.5mm的孔在钻孔后扩孔，直径上工序间余量0.5～1mm。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，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，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速和不同的每转进给量（mm/r）与其适应。以满足不同直径的加需要，即：·=·=…=·=式中： …——各主轴转速（r/min） …——各主轴进给量（mm/r）——动力滑台每分钟进给量（mm/min）由于离合器压盘孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求都是相同的。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：钻头直径D=6.5mm,铸铁HB175～255、进给量f=0.1mm/r、切削速度v=15m/min.2.2.3确定切削力、切削扭矩、切削功率根据选定的切削用量（主要指切削速度v及进给量f）确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电动（一般指动力箱）功率，通过查表计算如下：布氏硬度：HB=HBmin－0.5(HBmax－HBmin) =170－0.5(241－170)=146.33 (2-1)切削力：=26=26×6.5××=535.16N (2-2)切削扭矩：=10=10×××=2452.26N·mm (2-3)切削功率：=Tv/9740πD=2452.26×15/(9740×3.14×10)=0.123kw (2-4)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(N·mm)V——切削速度（m/min）P——切削功率(kw)2.2.4选择刀具结构离合器压盘的布氏硬度在HB170～241，孔径D为6.5mm，刀具的材料选择高速钢钻头（W18Cr4V），为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择标准Φ6.5的麻花钻。孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀2.3钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制前面对四轴头多工位同步钻床工艺方案及配置型式、结构方案确定的有关问题，它是钻床总体设计的重要内容。下面就以钻床加工箱盖总体设计的另一个问题，既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、重量和在本道工序加工前毛坯或成品状况的图纸，它不能用用户提供的图纸代替，而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。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。离合器压盘用钻孔组合机床的被加工零件工序图如2－2所示。 图2－2被加工零件工序图附注：1.被加工零件名称及编号：离合器压盘；2.材料及硬度：灰铸铁HT21-40JB307-62HB175~255；图上主要内容：（1）被加工零件的形状，主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）加工时如需要中间向导，应表示出工件与中间向导有关部位结构和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。（4）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、夹具设计有关部位（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粗实线标记。如图2－2中4－Φ12加工用定位基准，机械夹压位置及方向，辅助支承均须用规定的符号表示出来。（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，尺寸应采用直角坐标系标出，而不采用极坐标，但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加工示意图图2－3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、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据，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为箱盖上4孔立式钻床加工示意图。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、刀具及多轴箱端面之间的距离等。（3）主轴的结构类型，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、主轴之间的连接方式，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，除用刚性主轴的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。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d=10mm和刀具导向的线速度v=15m/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，如图2－4所示：图2－4固定导向装置固定导向装置的标准尺寸，固定装置的配合，固定装置的参数如下表所示：表2－1固定导向装置的标准尺参数dDD1D2Ll1mRd1d2l0尺寸6.512223028381318M81616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F8）g6表2－3导向装置的参数(mm)尺寸项目l1l2l3与直径d的关系(2～3)d加工铸铁dd/3+(3～8)计算值3×d=3025．425.4/3+8=16.5固定导向装置的布置如图2－5所示：图2－5固定导向装置的布置（3）初定主轴类型、尺寸、外伸长度因为轴的材料为40Cr，剪切弹性模量G=81.0GPa,刚性主轴取ψ＝1／4（0）／m,所以B取2.316。根据刚性条件计算主轴的直径为：dB=2.316×=17.52mm(2-5)式中：d——轴直径（mm） T——轴所承受的转矩（N·mm）B——系数本设计中所有主轴直径皆取d=20mm,主轴外伸长度为：L=115mm，D/d1为32/20，内孔长度为：l1=77mm.（4）选择刀具接杆由以上可知，多轴箱各主轴的外伸长度为一定值，而刀具的长度也是一定值，因此，为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，就需要在主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2－6所示，图2－6可调连接杆连接杆上的尺寸d与主轴外伸长度的内孔D配合，因此，根据接杆直径d选择刀具接杆参数如表2－4所示：表2－4可调接杆的尺寸d(h6)D1(h6)d2d3Ll1l2l3螺母厚度20Tr20×6莫氏1号12.06117188464010012（5）确定加工示意图的联系尺寸从保证加工终了时主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多轴箱端面之间的距离（图中的尺寸333mm）,它等于刀具悬伸长度、螺母厚度、主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2－7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度之和。切入长应应根据工件端面误差情况在5～10mm之间选择,误差大时取大值,因此取=7mm,切出长度=1/3d+(3～8)=1/30+89mm,所以=10+7+9=26mm.(2-6)（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156mm，快退长度等于快速引进与工作工进之和，因此快进长度156－26=130mm.图2－7工作进给长度2.3.3机床联系尺寸图图2－8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——多轴箱、刀、辅具系统、夹具、液、电、冷却、润滑、排屑系统组合而成。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，并为进一步开展主轴箱、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2－8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主要参数、工件与各部件间的主要联系尺寸，专用部件的轮廓尺寸等。2、选用动力部件选用动力部件主要选择型号、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=∑=4×1071.79=4287.16N(2-7)式中：——各主轴加工时所产生的轴向力由于滑台工作时，除了克服各主轴的轴的向力外，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＝4.29KN。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0.5～1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=n·f=47.8mm/min。所以选择HY25IA液压滑台，工作进给速度范围32～800mm/min，快速速度12m/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，这是取40mm,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L＞156+20+40=236mm，取L＝250mm。综合上述条件，确定液压动力滑台型号HY25IA。（2）由下式估动力箱的选用动力箱主要依据多轴所需的电动机功率来选用，在多轴箱没有设计之前，可算P主＝P切／η＝4×0.123／0.8＝0.615KW (2-8)式中：η——多轴箱传动效率，加工黑色金属时η＝0.8～0.9；有色金属时η＝0.7～0.8，本系统加工HT21-40JB307-62，取η＝0.8．动力箱的电动机功率应大于计算功率，并结合主轴要求的转速大小选择。因此，选用电动机型号为Y100L—6B5的1TD25IA型动力箱，动力箱输出轴至箱底面高度为125mm。主要技术参数如下表2-5：表2－5电动机功率参数主电机传动型号转速范围（r/min）主电机功率（kw）配套主轴部件型号电机转速输出转速Y100L-6B514307061.51TA32、1TA32M、1TZ32~1TG32（3）Y轴液压滑台的选用工件质量计算V=420×240×10＋(2×160＋2×340)×10×30=1.308×10-3m=ρv=7.0×103×1.308×10-3=9.156kg (2-9)磨擦系数： f=0.07～0.12取f=0.1F=f·N=0.1mg=0.1×9.156×10=9.156N(2-10)2、配套支承部件的选用立柱1CL25型，立柱底座1CD253、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H＝580～1060mm之间选取，本系统取装料高度为976mm4、中间底座轮廓尺寸中间底座的轮廓尺寸要满足Y轴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1CC32。5、确定多轴箱轮廓尺寸本机床配置的多轴箱总厚度为301mm，宽度和高度按标准尺寸中选取。计算时，多轴箱的宽度B和高度H可确定为：B=500H=500根据上述计算值，按主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱轮廓尺寸:B×H=500X500mm2.3.4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=L/vf+t停 =2×26/47.8＋2×15/478 =1.151min (2-11)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5～15r所需要时间。这里取15r辅助时间: T辅=+t移+t装 =（150＋176）×2/12000+0.1+1.5 =1.654min (2-12)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0.05～0.13min,取0.1mint装——装卸工件时间（min）一般为0.5～1.5min,取1.5min机床生产率 Q1=60/T单 =60/（T切+T辅） =60/（1.151+1.654） =21.39件/h (2-13)机床负荷率按下式计算η=Q1/Q×100%=Q1tk/A×100%=21.39×1950/60000×100%=70% (2-14)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2－6生产率计算卡图号1601A-093毛坯种类铸件名称离合器压盘毛坯重量材料HT21-40JB297-62硬度HB170-241序号工步名称工作行程/mm切速/（m·min-1）进给量/（mm·r-1）进给量/（mm·min-1）工进时间辅助时间1按装工件0.52工件定位夹紧0.253Z轴快下150120000.0134Z轴工进26320.147.80.5445Z轴暂停0.036Z轴快上176120000.0157Y轴前进100100000.018Y轴暂停0.099Z轴快下150120000.01310Z轴工进2647.80.54411Z轴暂停0.0312快退176120000.01513工件松开0.2514卸下工件0.5注:1、主轴转速706r/min2、一次安装加工完一个工件2.4多轴箱的设计2.4.1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”绘制的如图2－9所示:图2－9钻孔组合机床多轴箱原始依据图图中多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。主轴部为逆时针旋转（面对主轴看）。主轴的工序内容，切削用量及主轴尺寸及动力部件的型号和性能参数如表2－7所示：表2－7主轴外尺寸及切削用量轴号主轴外伸尺寸工序内容切削用量D/dLN（r/min）V(m/min)f(mm/r)Vf(mm/min)1、2、3、420/12115钻Φ6.5478150.147.8注：1．被加工零件编号及名称：箱盖；材料：HT21-40JB297-62；硬度:HB170-2412．动力部件型号：1TD25IA动力箱，电动机型号Y100L-6；功率P＝1.5kw。2.4.2齿轮模数选择本组合机床主要用于钻孔，因此采用滚珠轴承主轴。齿轮模数m可按下式估算：m=(30～32)=32×=1.76 (2-15)式中：m——估算齿轮模数P——齿轮所传递率（kw）Z——对啮合齿中的小齿轮数N——小齿轮的转速（r/min）多轴箱输入齿轮模数取m1=3，其余齿轮模数取m2=2。2.4.3多轴箱的传动设计（1）根据原始依据图（图2－9），画出驱动轴、主轴坐标位置。如下表2-8：表2—8驱动轴、主轴坐标值坐标销O1驱动轴O主轴1主轴2主轴3主轴4X－1750－959595－95Y094.51801808080（2）确定传动轴位置及齿轮齿数图2－10齿轮的最小壁厚1）最小齿数的确定为保证齿轮齿根强度，应使齿根到孔壁或键槽的厚度a2m,驱动轴的直径为d=30mm,有《机械零件设计手册》知，如图2－10所示齿轮t=33.3mm,当m1=3时。驱动轴上最小齿轮齿数为：Zmin2（t/m1+2+1.25）－d0/m1=2×(33.3/3+2+1.25)－30/3=18.9 (2-16)所以驱动轴齿数要大于等于19。为减小传动轴的种类，所有传动轴的直径取30mm.当m2=2，d=20时，齿轮t=23.3mm。主轴上最小齿轮齿数为：Zmin2（t/m2+2+1.25）－d0/m2=2×（23.3/2+2+1.25）－20/2=19.8 (2-17)所以主轴齿数要大于等于20。2）传动轴11为主轴1，2，3，4都各自在同一同心圆上。多轴箱的齿轮模数按驱动轴出轮估算m≥1.71 (2-18)多轴箱输入出轮模数取m1=3，其余齿轮模数取m2=2。主轴1，2，3要求的转速一致且较高，所以采用升速传动。主轴齿数选取Z=45，传动齿轮采用z=45齿的齿轮，变位系数。传动轴的转速为: (2-19)由于前面选取了主轴直径为30，显然传动轴直径都选取20，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706r/min，则驱动轴至传动轴的传动比为: (2-20)所以选择两级传动，且传动比分配为：一级为1.2×1.2;二级为1.4×1.0。驱动轴的直径为30mm，由《机械零件设计手册》查得知：t=33.3mm,当m=3时，驱动轴上的齿数为：Zmin≥ (2-21)驱动齿轮齿数Z=45。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表2-9选用。计算各主轴转速使各主轴转速的相对转速损失在5%以内。由公式：V=3.14Dn/1000知：(2-22)表2-9机床齿轮参数齿轮种类宽度（mm）齿数模数（mm）孔径（mm）驱动轴齿轮243216～50连续16～702、2.5、32、2.5、3、415、20、30、35、4025、30、35、40、50传动轴齿轮44（B型）45225、30、40、50输出轴齿轮3237318、22、28、32、362.4.4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主轴连接起来，绘制在多轴箱轮廓内的传动示意图，如图2－11所示图中多轴箱箱体内只排放一排37mm宽的齿轮，离箱体前壁4.5mm，离箱体后壁9.5mm，传动轴齿轮和驱动轴齿轮为第Ⅱ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；还画出主轴直径和轴套直径，以避免齿轮和相邻的主轴轴套相碰。 图2－11箱盖钻孔多轴箱传动系统图2.4.5传动零件的校核（1）验算传动轴的直径校核传动轴以承受的总扭矩最大传动轴11，由它驱动的有主轴1、4和液压泵轴7。主轴扭矩：T1=T4=3274.45N·mm液压泵轴的扭矩：查得R12-1A液压泵的最高压力为0.3MPa、排量为5.88ml/r。假设在理想无泄漏状态，即： P·q=T·ω (2-23)式中：P——液压泵的压力N/㎡q——液压泵的排量m3/sT——输入扭矩N·mω——输入角速度rad/s单位换算：P=0.3MPa=0.3×106Pan=655.338r/min=10.9223r/sq=5.88×10.9223=64.22ml/r=64.22×10-6mω=2πn/60=2×3.14×655.338/60=68.56rad/s 代入公式：P·q=T·ω=64.22×10-6×0.3×106=68.56T7 （2-24）解得：T7=280N·mmT5=T1/i5-1+T4/i5-4+T7/i5-7=2×3274.45/0.914+280/0.667=7584.89N·mm (2-25)根据d=B=2.316×=21.6mm<30mm因此传动轴1、2、3、4是符合要求的。（2）齿轮模数的验算对多轴箱中承受载荷最大、最薄弱的轴5上的齿轮进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的验算。齿轮的材料为45钢，表面淬火，布氏硬度HB=229～286，平均值240HB。设使用寿命10年。齿轮Z5=30、Z1=28、宽度B=37mm，传动比i5-1=0.914,工作时间比1.088/2.804=0.39。注：在校核计算的过程中所要见的表和图在《机械设计》一书中，邱宣怀等编著，2003年高等教育出版社。校核计算：接触疲劳极限бHlim由图12.17c得бHlim=410MPa齿轮5的圆X速度v5v5===1.37m/s (2-26)精度等级，选9级精度使用系数KA，由表12.9KA=1.1动载系数KV，由图12.9KV=1.24齿间载荷分配系数KHα，由表12.10先求Ft=2T5/d5=2×7584.89/60=252.83N (2-27)KAFt/b=1.1×252.83/37=7.52N/mm<100N/mm (2-28)εα=[1.88－3.2×(+)]cosβ(β=0)=1.88－3.2×(+)=1.67 (2-29)Zε===0.88 (2-30)由此得 KHα===1.29 (2-31)齿向载荷分布系数KHβ由表12.11知 KBβ=A+B[1+0.6·（）·2]（）·2+C·10-3b =1.17+0.16×[1+0.6×(37/60)×2]×(37/60)×2+0.61×10-3×37 =1.28 (2-32)载荷系数KK=KAKVKHαKHβ=1.1×1.24×1.29×1.28=2.25 (2-33)弹性系数ZE由表12.12ZE=189.8 节点区域系数ZH由图12.16知（X1X2）/(Z1Z2)=0.005ZH=2.62接触最小安全系数SHmin由表12.14知SHmin=1.25总工作时间thth=10×365×8×0.39=11481.6h应力循环次数NL1=60γn5th=60×3×436.892×11481.6=9.03×108 (2-34)NL2=60γn1th=60×1×478×11481.6=3.2×108 (2-35)接触寿命系数ZN由图12.18知ZN1=1.14ZN2=1.24许用接触应力[σH][σH1]===373.92MPa (2-36)[σH2]===406.7MPa (2-37)验算： σH=ZE·ZH·Zε =189.8×2.62×0.88× =301.95MPa<373.92Mpa (2-38)计算表明：接触疲劳强度是合适是，齿轮尺寸无须调整。齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数YεYε=0.25+0.75/εα=0.25+0.75/1.67=0.7 (2-39)齿间载荷分配系数KFα由表12.10知KFα=1/Yε=1/0.7=1.43 (2-40)齿向载荷分配系数KFβb/h=37/(2.25×2)=8.22由图12.14知KFβ=1.2载荷系数KK=KAKVKFαKFβ (2-41)=1.1×1.24×1.43×1.2=2.34齿形系数YFα由图12.21知YFα1=2.37 YFα2=2.56 应力修正系数YSα由图12.22知YSα1=1.68 YSα2=1.62 弯曲疲劳极限σFlim由图12.23c知σFlim=380MPa弯曲最小安全系数SFmin由表12.14知SFmin=1.25应力循环系数NLNL1=60γn5th=9.03×108 （2-42）NL2=60γn1th=3.2×108 （2-43）弯曲寿命系数YN由图12.24知YN1=0.98YN2=1.0尺寸系数Yx由图12.25知Yx=0.85许用弯曲应力[σF][σF1]= =380×0.98×0.85/1.25=253.25MPa (2-44)[σF2]= =380×1×0.85/1.25=258.4MPa (2-45)验算 σf1=YFα1YSα1Yε =×2.37×1.63×0.7 =21.62MPa<[σf1] (2-46) σf2=σf1 =21.62× =22.52MPa<[σf2] (2-47)传动无严重过载，故不做静强度校核。2.5确定机械重块平衡机构（1）计算Z轴液压滑台滑鞍的质量V1=500×55.5×250×+2×500×44.68×40=8.72×10-3m3 (2-m1=ρV=7.8×103×8.27×10-3=68.016Kg (2-49)（2）查得1TD25IA动力箱的质量m2=120Kg（3）计算多轴箱的质量a、箱体的质量Va=400×(90×320－57×264+141×320－51×260+70×320－5×260)+(57×264×28+51×260×30+5×260×10)=26.685×10-3+1.61×10-3=28.345×10-3m3 (2-ma=ρVa=7×103×28.345×10-3=198.415Kg (2-51)b、主轴的质量Vb=4×[115×+(141+70)×]=0.32×10-3m3 (2-mb=ρVb=7.8×103×0.32×10-3=2.5㎏ (2-53)c、传动轴的质量Vc=2×(141+57)×=0.28×10-3m3 (2-mc=ρVc=7.8×103×0.28×10-3=2.2㎏ (2-55)d、齿轮的质量Vd=32×(3.14×282×4+3.14×302×2+3.14×34.52+3.14×40.52×2+3.14×202)=0.99×10-3m3 (2-5md=ρVd=7.8×103×0.24×10-3=7.722㎏ (2-57)e、查表R12-1A的质量me=5.5㎏f、连杆的质量Vf=3.14×102×188×4=0.24×10-3m3 (2-5mf=7.8×103×0.24×10-3=1.9㎏ (2-59)g、麻花钻的质量Vg=4×3.14×52×128=0.04×10-3m3 (2-mg=7.8×103×0.04×10-3=0.312㎏ (2-61)m总=m1+m2+ma+mb+mc+md+me+mf+mg=68.016+120+198.415+2.5+2.2+7.722+5.5+1.9+0.312=406.57㎏ (2-62)考虑到套筒和润滑油未计算，总质量就略取大些，取m总=420㎏平衡块的重量应等于移动部件总质量的75～85%，其余未平衡的15～25%重量是由导轨的摩擦力和滑轮轴承上的以及绕在滑轮的钢丝的阻力来补偿的。则：平衡块的重量m块=m总85%=420×85%=357㎏ (2-63)2.6液压系统根据工作情况选择液压泵，组合机床在负荷较大并有快速和慢速工作行程。因此选择限压式变量泵。2.6.1Z轴液压泵的确定（1）液压泵的最大工作压力Pp(Pa)液压缸的最高工作压力出现在工作工进阶段，此时液压力要克服切削力和摩擦力F摩=G－F`式中：F摩——滑台克服摩擦力（N）G——动力箱、多轴箱等移动部分总重量（N）F’——平衡块的拉力（N）代入式中得：F摩=m总g－m平衡块g=420×10－357×10=630N切削力：F切=1071.79NF=F摩+F切=630+1071.79=1701.79NHY25IA液压滑台的油缸直径为63mm,活塞杆直径为35mm.A===0.62×10-3㎡ (2-64)则： P1=F/A=17