说明书-柴油机轴承盖多孔钻专机总体及左主轴箱设计

1、盐城工学院本科毕业设计说明书 2008目 录1 前言11.1 组合机床发展概况11.2 课题的来由、设计内容及发展前景12 组合机床总体设计32.1 工艺方案的确定32.2 详细计算42.3 通用部件的选择82.4 确定机床联系尺寸102.5 机床生产率计算卡113 组合机床左主轴箱设计143.1 绘制左主轴箱设计原始依据图143.2 主轴结构型式的选择及动力计算173.3 主轴箱传动系统的设计与计算173.4 主轴箱中传动轴坐标的计算及坐标检查图的绘制213.5 传动轴直径的确定和轴强度的校核223.7 齿轮校核计算244 结论27参 考 文 献28致 谢29附 录301 前言1.1 组合机

2、床发展概况组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。它采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方法，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。一般用于加工箱体类或特殊形式的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削端面、切削平面、切削内外螺纹以及加工圆和端面等。二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。到了80年代，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机

3、床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性发展，实现了机床工作程序软件化，工序高度集中，高效短节拍和多样功能的自动监控。柔性组合机床应用于多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器、数字控制等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。现代组合机床的主要通用部件制造厂相继发展了直流伺服驱动和交流伺服驱动滑台、数控滑台、数控三坐标加工模块、多轴箱储

4、存和多轴箱更换装置等新一代通用部件。随着现代组合机床的发展，人们也已逐渐打破了通常认为其只适应于箱体类零件加工的模式，它的功能和应用范围正在不断延伸和扩展，其自动线主要用于大批量生产。现代机械制造工业发展的特征是：产品更新换代的周期缩短，多品种、中小批量轮番生产已成为普遍的生产方式。因此，具有一定柔性，能对多品种、小批量生产方式作出快速响应，是现代组合机床及加工系统发展的必然趋势。国外已推出转塔与换箱结合，换箱和换刀结合的自动换箱机床，它们各自结合两者优点，使组合机床进一步柔性化。目前，组合机床在机械制造工业中应用也越来越普遍，并已显示出其巨大的优越性。设计该组合机床思路如下：仔细分析零件的特

5、点，以确定零件合理可行的加工方法（包括安排工序及工艺流程，确定工序中的工步数，选择加工的定位基准及夹压方案等），确定工序间加工余量，选择合适的切削用量，确定组合机床的配制形式；根据被加工零件的工艺要求确定刀具，再由刀具直径计算切削力，切削扭矩，切削功率，然后选择各通用部件，最后按照装配关系组装成组合机床。1.2 课题的来由、设计内容及发展前景1.2.1 课题的来由本次设计的课题为柴油机轴承盖多孔钻专机总体及左主轴箱设计，来源于江淮动力集团。本次设计主要是针对轴承盖左右面的孔系加工，以提高生产率。1.2.2 课题的设计内容本说明书以设计卧式双面钻孔组合机床为主线，覆盖了多轴箱设计，传动系统设计等

6、内容。在第2章中着重介绍了组合机床的总体设计，第3章则重点介绍传动系统的设计说明。在总体设计中，首先是被加工零件的工艺分析，然后是总体方案的论证，在比较了许多方案之后，结合本道工序加工的特点最终选择卧式双面钻的机床配置型式。再结合本道工序的特点选择刀具。根据选择的切削用量，计算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率和刀具耐用度等，再确定刀具的大小和型式。接着主要介绍了多轴箱的设计， 在总体设计部分，根据选择的切削用量，计算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率和刀具耐用度等，再确定刀具的大小和型式，完成 “三图一卡”被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。1.2.3 发展前景我国传统的

7、组合机床主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量较大的大中型箱体类和轴类零件。完成钻孔、扩孔、铰孔、加工各种螺纹、镗孔、车端面等。组合机床分类繁多，有大型和小型组合机床，有单面，双面，三面，卧式，立式等。随着技术进步，一种新型的组合机床柔型组合机床越来越受到人们的青睐。由于我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后,国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大,并使产品生产成本提高。因此,市场要求我们不断开发新技术、新工艺,研制新产品,由过去的“刚性”机床结构,向“柔性”化方向发展,满足用户需求,真正成为刚柔兼

8、备的自动化装备。2 组合机床总体设计2.1 工艺方案的确定工艺方案的拟订是组合机床设计的很重要的一步，它在很大程度上关系到组合机床的结构配置和使用性能。所以，根据工件的加工的要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑少数影响因素，并经过技术经济分析后制定出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。本设计是为钻削S195柴油机轴承盖19个孔而专门设计的，为了能达到质量好、效率高。我们采用了工序集中的原则进行设计。由于被加工的零件为轴承盖的双面19个孔，该轴承盖的体积小、重量适当，且为双面加工。2.1.1 分析被加工零件本课题设计的组合机床加工的工件为柴油机轴承盖，工序为左面和右面两面孔

9、系加工，零件材料为HT200，其硬度为HBS170220，生产纲领：大批量加工，工艺采用钻削加工。本机床加工零件的工序内容：a)左面钻六个9孔，通孔；钻二个9.7孔，通孔；钻一个4.9孔，深9。b)右面锪六个20孔；钻三个5孔，深12；钻一个7孔，深14。2.1.2 组合机床总体方案论证根据任务书的要求：设计的组合机床要满足加工要求、保证一定的加工精度；尽可能用通用件、以降低生产成本；各动力部件用电气控制、液压驱动。因此根据任务书要求和轴承盖的特点初定两种设计方案： 卧式组合机床 特点：卧式组合机床重心底、振动小、运作比较平稳、加工精度高、占地面积大。立式组合机床 特点：立式组合机床重心高、振

10、动大、加工精度比较底、占地面积小。方案比较：根据被加工工件和两种组合机床的特点比较可知：如采用立式，显然对定位、夹紧都造成困难，加工精度更难保证，平稳性也不够。通过以上的分析比较，考虑到卧式振动小，装夹方便等因素，选用卧式双面钻削组合机床。组合机床配置型式及结构方案确定：机床配置成单工位卧式双面钻削组合机床，采用固定式夹具。加工时，工件装在夹具中固定不动，由水平布置在工件两侧的钻头实现主运动和进给运动，以完成对工件的切削加工。2.1.3 定位基点及夹压点的选择A.定位基准的选择本机床加工为单工位加工，也就是一次安装下进行19个孔的加工，其定位基准是以左端面上用支撑块限制3个自由度，在直径82毫

11、米的内孔用夹具定位限制2个自由度和挡销在外轮廓定位。B.确定夹紧位置应注意的问题在选择定位基准的同时，要相应决定夹压位置，此时应注意的问题是：a）保证零件夹压后稳定；b）尽量减少和避免零件夹压后的变形；本机床中确定的“六点”定位能基本上满足以上两条件，因此本方案可行。另在选“六点”定位后，可选随行夹具，这样可减少装夹时间、提高生产率，对随行夹具可采用液压自动夹紧。2.2 详细计算2.2.1 刀具的选择根据工艺的要求及加工精度的不同，组合机床采用的刀具一般有简单刀具（标准刀具）、复合刀具及特种刀具。选择刀具的原则：a）只要条件允许，为了使工作可靠稳定，结构简单、刃磨容易，应尽量选择使用标准刀具和

12、简单刀具。b）为使工序集中程度提高或保证加工精度，可采用先后加工或同时加工两个或两个以上表面的复合刀具。c）选择刀具结构时，还必须认真分析被加工零件材料的特点。根据工艺要求及加工精度的要求，查文献20P.196表4-45，加工19个孔的刀具均采用标准锥柄麻花钻。刀具材料为高速钢，标准号：GB/T 1438-19852.2.2 切削用量的选择组合机床多轴箱上的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。这个每分钟进给量（毫米/分）应是适合于所有刀具的平均值。因此，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速和选择不同的每转进给量（

13、毫米/转）与其相适应，以满足不同直径工件的加工需要，文献21P.53，即 （1-1）式中：,各主轴转速（转/分）； ,各主轴进给量（毫米/转）；动力滑台每分钟进给量（毫米/分）。在选择了转速后就可以根据公式 （1-2）选择合理的切削速度。采用查表法选择切削用量，可查文献1P.130表6-11A）对左侧面上的9个孔的切削用量的选择a)钻6个9孔通孔 选择 n=520r/min转速，进给量选择=0.15mm/r, 由公式1-1=78mm/min 由公式1-2得切削速度 14.7 m/min b)钻二个9.7孔通孔 选择 n=650r/min转速，进给量选择=0.12mm/r ， 由公式1-1=78

14、mm/min由公式1-2得切削速度 19.8m/minc)钻4.9孔 深9 选择 n=800r/min转速，进给量选择=0.097mm/r，由公式1-1=78mm/min由公式1-2得切削速度 12.4m/minB)对右侧面上十个孔的切削用量的选择a)锪沉孔选择 n=530r/min转速，进给量选择=0.12mm/r, 由公式1-1=64mm/min 由公式1-2得切削速度 15 m/min b)钻三个5孔 深12 选择 n=636r/min转速，进给量选择=0.1mm/r ， 由公式1-1=64mm/min由公式1-2得切削速度 10m/minc)钻7孔 深14 选择 n=545r/min转

15、速，进给量选择=0.12mm/r，由公式1-1=64mm/min由公式1-2得切削速度 12m/min2.2.3 计算切削力、切削扭矩及切削功率F=26D （1-3）T=10 （1-4） P= （1-5）式中：F切削力（N）；T切削转矩（N·mm）；P切削功率（Kw）；v切削速度（m/min）；f进给量（mm/r）；D加工（或钻头）直径（mm）；HB布氏硬度。HB= （1-6）本设计中，得HB=203。由以上公式可得：左面 单根 16轴 F=1247.9N T=3467.5N/mm P=0.189Kw 78轴 F=1118.7N T=3325.4N/mm P=0.222Kw 9轴 F

16、=477.7N T=768.1N/mm P=0.064Kw 右面 单根 16轴 F=1010.88N T=2808N/mm P=0.153Kw 79轴 F=492.96N T=806.93N/mm P=0.0528Kw 10轴 F=786.24N T=1742.69N/mm P=0.0977Kw 总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和左面 右面 实际切削功率根据手册，P=（1.52.5），因为是多轴加工，故取定P=2则左主轴箱 P=2×1.642=3.284右主轴箱 P=2×1.17=2.342.2.4 确定主轴尺寸及外伸尺寸d= （1-7）式中：d轴的直径；T轴所传

17、递的转矩（N·M）；B系数。（本课题中主轴为非刚性主轴，取B=6.2）a）左主轴箱：轴 16 d=6.2×=14.11mm 轴 78 d=6.2×=14.89mm 轴 9 d=6.2×=10.32mm b）右主轴箱：轴16 d=6.2×=14.27mm 轴79 d=6.2=10.45mm 轴10 d=6.2×=12.68mm 考虑到安装过程中轴的互换性、安装方便等因素，则左主轴中：16主轴直径都取20，78主轴的直径都取15；主轴9的直径15。右主轴箱中：16主轴的直径都取20，79主轴的直径都取15，主轴10的直径取15。根据主轴类

18、型及初定的主轴轴径，查表3-6可得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号。主轴轴径d=15mm时，主轴外伸尺寸为：D/=25/16,L=85mm,接杆莫氏圆锥号为1；主轴轴径d=20mm时，主轴外伸尺寸为：D/=32/20,L=115mm，接杆莫氏圆锥号为1。2.2.5 选择接杆在钻、扩、铰孔及倒角等加工小孔时，通常都采用接杆（刚性接杆）。因为主轴箱各主轴的外伸长度和刀具均为定值，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时完成加工孔的要求。查文献1P.171页表8-2 列下表2-1 表2-1 特长可调接杆尺寸dd×t莫氏锥号类型L16T

19、r16×1.52 A28185-4858520Tr20×22A28215-500110表2-1 夹紧螺母型式及尺寸名义尺寸h 16Tr16×1.524.61220Tr20×231.6122.2.6 导向结构的选择在组合机床加工孔，除用刚性主轴的方案外，其余尺寸和位置精度主要决定于夹具的导向。因此，正确地选择导向机构；确定导向的类型、参数和精度是设计组合机床的重要内容，也是加工示意图需要解决的问题。导向机构的结构形式有两种：固定导向、滚动式导向，根据导向的线速度（小于20m/min）、加工精度及刀具的具体工作条件，本机床采用固定式导向（钻套导向）导向参数包

20、括导套直径、导套长度及导向套到工件端面距离等。导向套端面至工件端面距离是为了排屑方便，一般取11.5d。查文献1 P.175表8-4，“通用导套的尺寸规格”：对于加工9孔，选择的导套尺寸为：D=15mm，L=28mm，=8mm，e=18.5mm， 配用螺钉M6。对于加工9.7孔，选择的导套尺寸为：D=15mm，L=28mm，=8mm，e=18.5mm，配用螺钉M6。对于加工4.9孔，选择的导套尺寸为D=10mm，L=20mm，=8mm，e=14.5mm，配用螺钉M6。对于加工5孔，选择的导套尺寸为D=10mm，L=20mm，=8mm，e=14.5mm，配用螺钉M6。对于加工7孔，选择的导套尺寸

21、为D=12mm，L=20mm，=8mm，e=16.5mm，配用螺钉M6。2.2.7 动力部件工作循环及行程的确定a)工作进给长度确定工作进给长度，应等于加工部位长度L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度和切出长度之和。切入长度一般为510mm，根据工件端面的误差情况确定，钻孔时切入长度按文献1 P.46表3-7：+（38） （注：d为钻头直径）表2-2 工作进给长度Ld左主轴箱245151140右主轴箱145151130b）快速进给长度的确定快速进给是动力头把刀具送到工作进给的位置，其长度按具体工作情况确定，在左动力头工作循环中，快速进给行程为100，在右动力头工作循环中，快速进给行程为2

22、00。c）快速退回长度的确定快速退回长度一般等于快速引进和工作进给长度之和，对于本机床快速退回行程长度，能使刀具退回导向套内，不影响工件的装卸即可。左右分别为125mm，235mm。d）动力部件总行程的确定动力部件的总行程，除能保证实现上述工作循环外，还要考虑装卸和调整刀具的方便性，即要考虑前、后备量。前备量是由于刀具的磨损或为了补偿安装制造的误差，动力部件要向前调节的距离，此距离不小于1520mm，后备量是考虑刀具从主轴孔和夹具导套孔取出所要的距离，保证刀具退离导套外端面的距离要大于刀杆插入主轴孔内的长度。对于本机床的左动力部件循环中：前备量选30，后备量选80；对于本机床的右动力部件循环中

23、：前备量选30，后备量选100。2.3 通用部件的选择2.3.1 机床配置型式机床的配置型式有立式和卧式两种方式。立式机床的优点是占地面积比较小，自由度大，操作方便，其缺点是机床重心高，振动大。卧式机床的优点是加工和装配工艺性好，振动小，运动平稳，机床重心较低，精度高，安装方便，其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。机床的配置型式在很大程度上取决于被加工零件的大小、形状及加工部位等因素。卧式机床大多数用于加工孔中心线与定位基准面平行的情况，而立式机床则适用于加工定位基面是水平的，而加工的孔与基面相垂直的工件。考虑到S195柴油机轴承盖的结构为卧式圆柱体，从装夹的角度来看，卧式平放比较方便。通过

24、以上的比较，考虑到卧式机床振动小，装夹方便等因素，选用卧式组合机床。2.3.2 选用滑台型式优缺点比较如表1-5，经比较，本组合机床选用液压滑台。2.3.3 选液压滑台的型号每种规格的动力滑台有其最大进给力P进的限制。选用时先根据确定的切削用量计算出各主轴的轴向切削合力F，以F<P进来确定动力滑台的型号和规格。计算出的轴向切削合力如下：则左主轴箱：F=6×1247.9+2×1118.7+477.7=10202.5N则右主轴箱：F=6×1010.88+3×492.96+786.24=8330.4N为了方便，所以选择大值，所以取P=10203N，再查看

25、文献1 P.91表5-1得P=12500 N，所以选择液压滑台的型号为：1HY32；选择的行程为：400mm；台面宽度：400mm；台面长度：630mm；滑台与滑座总高：280mm；滑座长：1070mm；快速行程速度10m/min，工进速度20650mm/min，允许最大进给力。表2-3 优缺点比较液压滑台机械滑台优点1.在相当大的范围内进给量可以进行无级调速。1.进给量稳定，慢速无爬行，高速无振动，可以降低加工工件的表面粗糙度。2.可以获得较大的进给力。2.具有较好的抗冲击能力，断续切削、钻头钻通孔将要出口时，不会因冲击而损坏刀具。3.由于液压驱动零件磨损小，使用寿命长。3.运行安全比较可靠

26、，易发现故障，调整维修方便。4.工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现。4.没有液压驱动管路泄露、噪声和液压站占地的问题。5.过载保护简单可靠。6.由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。缺点1.进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定。1.只能有级变速，变速比较麻烦。2.液压系统的漏油影响工作环境，浪费能源。2.一般没有可靠的过载保护。3.调整维修比较麻烦。3.快进转工进时，转换位置精度较低。2.3.4 选动力箱型号根据各刀具主轴的切削用量，计算出切削功率，再算出总切削功率，再考虑到多轴箱的传动效率，计算出消耗于多轴箱上的切削功率，这是作为选择组合机床主传动用动

27、力箱型号规格的重要依据。计算结果如下： =1.642 kw =1.17 kw查文献1P. 62多轴箱所需功率按下列公式计算： = + + 所以得出多轴箱的驱动功率如下： 左=1.642+0.046×6+0.026×3+0.0164=2.012 kw =1.17+0.046×6+0.026×3+0.0117=1.536 kw为了方便，使两边的动力箱的型号一致，所以选了功率较大的作为选择动力箱的依据，所以根据文献1 P.114表5-38 列下表1-6表2-4 动力箱及电动机型号表动力箱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/m

28、in）左主轴箱1TD32Y112M-44.01440720右主轴箱1TD32Y112M-44.01440720再根据文献1 P.116表5-40可以得出动力箱与动力滑台、主轴箱结合面的尺寸以及动力箱输出轴距箱底面高度，具体如下：与动力滑台结合面的尺寸：长630mm，宽320mm与主轴箱结合面：宽630mm，高280mm动力箱输出轴距箱底高度为100mm。2.3.5 配套通用部件的选择查表5-3，根据液压滑台的型号：1HY32M，选侧底座：1cc321,其高度为560mm,长度为1180mm,宽度为520mm。2.4 确定机床联系尺寸2.4.1 机床装料高度的确定装料高度是指机床上工件的定位基准

29、面到地面的垂直距离，本课题中，最低孔位置，主轴箱最低主轴高度，所选滑台和滑座总，侧底座高度，夹具底座高度，中间底座高度，综合以上因素，该组合机床装料高度取H=880mm。2.4.2 主轴箱轮廓尺寸的确定主要需确定的尺寸是主轴的宽度B和高度H及最底主轴高度,主轴箱宽度B和高度H的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按下式计算：B=b+2 （1-8）H=h+ （1-9）式中：b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（mm）； 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（mm）； h工件在高度方向相距最远的两孔距离（mm）； 最低主轴高度（mm）；其中，还与工件最低孔位置（）、机床装料高度（H=880mm）、滑台滑

30、座总高（）、侧底座高度（）、滑座与侧底座之间的调整垫片高度（）等尺寸有关。对于卧式组合机床，要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐140mm，本组合机床按式： 1101-86-5.5-0.5-560-280=169则求出左主轴箱轮廓尺寸为：推荐70100mm，取=100mm，B=b+2=55+2×100=255mm， H=h+=189+156+100=445mm所以B×H=500×500。右主轴箱轮廓尺寸为：推荐70100mm，取=150mm，B=b+2=55+2×100=255mm H= h+=189+156+100=445mm所以B×

31、;H=500×500。由表7-2可知：前盖55mm，后盖90mm，中间箱体宽180mm。2.4.3 夹具轮廓尺寸的确定夹具轮廓尺寸是指夹具底座的轮廓尺寸，即长×宽×高。长度尺寸与工件长度尺寸、工件至模板的距离尺寸、模板架宽度尺寸有关。从机床尺寸联系总图中查得夹具总长为：130×2+35×2=330mm。夹具高度尺寸由前面装料高度尺寸定为360mm，宽度尺寸除考虑工件本身宽度外，再加其他宽度方向上能布置下工件的定位、夹紧及其他机构，从总图中查得宽度尺寸为：310mm。2.5 机床生产率计算卡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

32、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、生产纲领及负荷率等关系的技术文件。它是用户验收机床生产率的重要依据。a）理想生产率Q理想生产率Q（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。（1-10）当单班生产时，全年生产时间t为4600，A为50000，则Q=（件/小时）。b）实际生产率实际生产率（单位为件/小时）指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。（1-11）式中：生产一个零件所需时间（min），可按下式计算： （1-12）式中：分别为刀具第I、第II工作进给长度，单位为mm；的停留时间，通常指刀具在加工终了

33、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（包括定位或撤消定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及吊运工件等）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，则必须重新选择切削用量或修改机床设计方案。根据本组合机床的年产量5万件，可选用下列数据进行计算，取=8m/min，=0.1

34、min，=1.5min。则双面计算如下：左面：图2-5 左动力头循环 则=2.036min右边：图2-5 右动力头循环 则对多面和多工位加工机床，在计算时应以所有工件单件加工最长的时间作为单件工时，所以选，则（件/小时）。c）机械负荷率当时，机床负荷率为二者之比。则 （1-13）d）生产率计算卡（见表1-7）3 组合机床左主轴箱设计主轴箱是组合机床的部件之一，它的功用是根据被加工零件的加工要求，将电机和动力箱部件的功率和运动，通过按一定速比排布的传动齿轮传递给各主轴，使其能按要求的转速和转向带动刀具进行切削。3.1 绘制左主轴箱设计原始依据图主轴箱的设计原始依据图是根据“三图一卡”整理编绘出来

35、的，其内容包括主轴箱设计的原始要求和已知条件。在编制此图时从“三图一卡”中已知a）主轴箱轮廓尺寸500x500；b）工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸；c）工件和主轴箱相对位置尺寸。根据以上依据编制出的主轴箱设计原始依据图如下表：被加工零件图号150.21.201毛坯种类铸件名称柴油机轴承盖毛坯重量15kg材料HT200硬度170-220HBS工序名称左右面钻孔工序号序号工步名称被加工零件数量加工直径(mm)加工长度(mm)工作行程(mm) 切削速度(m/min) 转速(r/min) 进给量工时(min)(mm/r)(mm/min)机动时间辅助时间共计1装卸工件11.51.52左滑台钻孔快进1000.

36、015钻6个9孔9102514.75200.15780.35钻2个9.7孔9.7202519.86500.15钻2个4.9孔4.9152512.48060.1死挡铁停留0.02快退1250.0183右滑台钻孔快进2000.0140.014钻6个9孔91035155300.12660.4750.475钻3个5孔5 1235 10 6360.1 66钻1个7孔 7 1435 12 5450.12 66死挡铁停留0.020.02快退3150.0180.018备注总计2.36min单件工时2.36min机床生产率8.33件/时机床负荷率44%表3-1生产率计算卡图3-2 主轴箱设计原始依据图附表：a）

37、被加工零件名称：柴油机轴承盖材料：HT200硬度：170220HBb）主轴外伸长度及切削用量表3-3 主轴外伸长度及切削用量轴号加工直径（mm）主轴直径（mm）主轴外伸尺寸（mm）切削速度v（m/min）转速n（r/min）每转进给量f（mm/r）D/dL1692032/2011519.86500.15789.71525/168514.75200.1594.91525/168512.48060.1c）动力部件的选择1TD32型动力箱电动机功率4.0kw，转速1440rpm,驱动轴转速720rpm，其他尺寸可查动力箱装配图。3.2 主轴结构型式的选择及动力计算3.2.1 主轴结构型式的选择主轴结

38、构型式由零件加工工艺决定，并应考虑主轴的工作条件和受力情况。因本工序是对轴承盖端部进行钻孔，轴向切削力较大，因此选用前后支承均为圆锥滚子轴承的主轴结构，这种结构简单，轴承个数少，装配调整方便，且能承受较大的径向力和轴向力，其缺点是结构径向尺寸较大。本主轴是属外伸长度为85mm和115mm的长主轴与刀具刚性连接，配置的单导向用于钻孔。3.2.2 主轴直径和齿轮模数的初步确定a）主轴直径初步主轴直径已在编制“三图一卡”时完成，由此可知主轴直径d=15mm和d=20mm。b）齿轮的模数多轴箱中的齿轮常有的模数有1.5、2、2.5、3、3.5等几种。根据经验采用类比法从通用系列中选取各齿轮模数，该主轴

39、箱中两条主要传动链中的齿轮，由于往往和多个齿轮同时啮合，受力较复杂，且往往速度较低，受力较大，所以选用大一点的模数，而对其它一些齿轮可选小一些，如取m=2,m=2.5, 具体各齿轮的模数如图2所示。3.2.3 主轴箱动力计算因所有主轴均用于钻孔，所以均选用有上推轴承的主轴，主轴箱所需动力见机床的总体设计，此处不在赘述。3.3 主轴箱传动系统的设计与计算 根据原始依据图3-2，计算驱动轴、主轴的坐标尺寸，如表3-4所示：表3-4 驱动轴、主轴坐标值坐标销驱动轴O主轴1主轴2主轴3主轴4X0.000225.000171.000279.000171.000279.000Y0.000143.00012

40、6.469126.469313.531313.531坐标主轴5主轴6主轴7主轴8主轴9X117.000333.000326.662123.513189.461Y220.000220.000183.062256.938193.2193.3.1 拟订主轴箱传动路线在设计传动系统时，要尽可能用较少的传动件，使数量较多的主轴获的预定的转速和转向，因此在设计时单一应用计算或作图的方法就难以达到要求，现在一般采用“计算、作图和试凑”相结合的办法来设计。a）分析主轴的位置该主轴箱中1、2、3、4、5、6、7、8轴可看成同心圆分布，由于主轴不均匀分布，在同心圆处设置中心传动轴14轴来带动；1、2、9轴可看成同

41、心圆分布，用10轴来带动，3、4轴，5、8轴，6、7轴分别由13，12，11轴来带动；该主轴箱是用多根中间轴带动主轴转动，其传动路线如下：驱动轴O轴14轴10轴1、2、9 轴11轴6、7 轴12轴5、8 轴13轴3、4b）传动比的选择为了使结构紧凑，多轴箱内齿轮传动比一般选在11.5，但在多轴箱后盖内第IV排齿轮，由于允许的结构空间大些，所以根据需要其传动比也可取大些，但不宜超过。据此，本主轴箱为了使主轴上齿轮直径小些，所以先由第IV排齿轮减速，然后再由箱体内最后一级齿轮升速，获的所需的主轴转速，这样结构较为合理紧凑。3.3.2 传动轴的位置和转速及齿轮齿数本主轴箱内传动系统的设计是按“计算、

42、作图和试凑”的一般方法来确定齿轮齿数、中间传动轴的位置和转速，在设计过程中通过反复试凑及画图，才最后确定了齿轮的齿数和中间设计轴的位置。为满足齿轮的啮合关系，有些齿轮采用了变位齿轮来保证中心距的要求。3.3.3.1 由各主轴及驱动轴转速求驱动轴到各主轴之间的传动比主轴 驱动轴 各主轴总传动比 3.3.3.2 各轴传动比分配1、2、9轴：3、4轴：5、8轴：6、7轴：3.3.3.3 确定中间传动轴的位置并配各对齿轮传动轴转速的计算公式如下： （3-1） （3-2） （3-3） （3-4） （3-5） （3-6）式中，u啮合齿轮副传动比 ；分别为主动和从动齿轮齿数；分别为主动和从动齿轮转速，单位为

43、r/mm；A齿轮啮合中心距，单位为mm；m齿轮模数，单位mm；a）确定传动轴10位置及与主轴1、2轴间的齿轮副齿数，传动轴10中心去取在主轴1和2的垂直平分线上，由，取，则。取m=3,则A=，由A=，即可求得： （设在第I排）=1.55，取，m=2,则。(设在第排)b）确定传动轴13的位置及与主轴3、4间的齿轮副齿数，传动轴13中心取在主轴3和4的垂直平分线上，垂直方向位置待齿数确定后便可确定。由，取，则。取m=3,则A=，由A=，即可求得： （设在第I排）c）同理，m=2 ,则 。（设在第排） ， m=2, （设在第III排）。d）同理，m=2 ,则 。（设在第排） ， m=2, （设在第I

44、II排）。e）确定传动轴10，11，12，13的位置，通过传动轴14带动，=、A=，取m=3,则= （设在第I排）f）同理，A=63，取m=3,则 =（设在第排）， A=, 取m=3, 则 （设在第I排）， A=64,取 m=3,则 （设在第I排）3.3.3.4 验算各主轴转速转速相对损失在5%以内，符合设计要求。3.3.3.5 手柄轴的设置由于该主轴箱上有较多的刀具，为了便于更换和调整刀具，以及装配和维修时检查主轴精度，所以在主轴箱上设置一个手柄轴以便于手动回转主轴，为了扳动起来轻便，手动轴的转速应尽可能高些，且其所处位置要靠近机床操作者的一侧，并留有扳手作用位置活动空间，所以本主轴箱的手柄

45、设置在传动轴13的位置。3.3.3.6 叶片泵的设置由于叶片油泵使用可靠，所以该主轴箱决定采用叶片泵进行润滑。油泵打出的油经分油器分向各润滑部位，主轴箱体前后壁间的齿轮用油盘润滑，箱体和后盖以及前盖见的齿轮用油管润滑。该叶片润滑泵装在箱体前表壁上，采用油泵传动轴带动叶片转动的传动方式，计算得，在400800r/min范围内，满足要求。3.4 主轴箱中传动轴坐标的计算及坐标检查图的绘制3.4.1 传动轴坐标的计算轴（14）：以驱动轴中心为原点，14轴和0轴啮合中心距为77， 14轴坐标（225，220） 轴（10）：以14轴中心为原点，14轴和10轴啮合中心距为61.496， 10轴坐标（225

46、，158.504）轴（13）：以14轴中心为原点，14轴和13轴啮合中心距为62， 13轴坐标（225，282） 轴（11）： 轴（12）：163.5 237.5综上所求，则得到中间传动轴与油泵轴的坐标如下表：表3-5 中间传动轴与油泵轴的坐标坐标传动轴14传动轴10手柄轴13传动轴11传动轴12油泵轴X225.000225.000225.000286.5163.5116Y220.000158.504282.000202.5237.5313.5313.4.2 坐标检查图的绘制坐标设计完毕后，绘制坐标检查图，以便于检查坐标计算的正确性。图3-6 坐标检查图3.5 传动轴直径的确定和轴强度的校核3

47、.6.1 轴径的确定 （3-7）轴（10）：N·m查表3-4，得。轴（13）：6.935N·m， 查表3-4，得。轴（11）：8.465N·m，查表3-4，得。轴（12）：8.465N·m，查表3-4，得。轴（14）：31.219N·m，查表3-4，得。再由表4-4，取手柄轴，取叶片泵轴。3.6.2 轴的校核在主轴箱中不管是主轴还是传动轴，它们的直径都是按照扭转刚度条件，根据其所受扭矩，由表3-4选取的，所以它们的刚度都满足要求。这里只对相对较为危险的轴进行强度的校核计算。根据各轴的受力情况，故对中心轴（11）进行校核，原因它提供了全主轴箱的受

48、力和传动。轴（14）：T=31.219N·m，轴上齿轮z=36，模数m=2.5;z=21,模数m=3则=mz=2.5×36=90mm，=mz=3×21=63mm346.88N， 124.88N=495.54N, 495.54=178.39Na）水平面受力及弯矩由装配图可知，AB=44，BC=100，CD=47则:609.15N,b）受力及弯矩c）求出合成弯矩 =23313N·mmd)考虑到开始切削和终了切削，轴所受切削扭矩T可看成是脉动的，取修正系数。f）对于弯曲与扭转的组合变形，可采用第三强度理论进行校核， （3-8） （3-9）引入修正系数，则=14.89M，轴14的材料为40Cr，查表10-1，可知其疲劳极限=70MPa，则，所以轴14满足强度要求。3.7 齿轮校核计算在初步拟订多轴箱传动系统后，还要对危险齿轮进行校核计算，尤其是对低速级齿轮或齿根到键槽距离较低的齿轮以及转矩较大的齿轮。通过比较发现14轴上的齿轮较危险，故对其进行校核。已选定齿轮采用45钢，锻造毛坯，软齿面，大齿轮正火处理，小齿轮调质，齿轮精度用8级，软齿表面粗糙度为，对于需校核的一对14、0轴上的齿轮，齿数分别为，模数为2.5，传动比，扭矩T=25.6N·m。a）设计准则按齿面接触疲劳强度设计，在按齿根弯曲疲劳强度校核。b）按齿面接触疲