变速箱壳体专用镗床设计毕业设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上摘 要本设计的题目是变速箱壳体专用镗床设计，主要目的是通过设计来运用所学的专业知识进行实践运用以提高自己独立分析和解决问题的能力。采用钻、扩、铰的传统工艺，不仅效率低，而且稳定性差，精度不容易保证，制约了生产的发展，于是决定自行设计一台高质量的专用机床。在全面了解专用镗床的结构、工作原理的基础上，合理选用部件，设计出镗床的传动系统及执行机构。根据镗床的工作原理，确定了该镗床的结构与技术参数，给出了该镗床的结构设计方案。根据设计方案，本文介绍了专用镗床的总体设计、结构设计和夹具的设计。夹具的设计是镗床设计中重要的一部分，因此夹具设计的好坏，将直接影响被加工零件的精度。本

2、论文所设计的机床是用于镗孔，在加工生产线上同时加工3个孔，这样能大大提高生产效率，降低劳动强度，从而降低了零件的加工成本。关键词 专用镗床；变速箱壳体；结构设计；夹具设计AbstractThe topic of the paper is the structure design of special boring machine for shell of gearbox. The main purpose is to apply the professional knowledge to practice and improve the ability of analyzing and sol

3、ving difficult problems. The traditional process which uses drill expands and articulation, not only gains the lower efficiency, moreover, its stability is bad and its precision is not easy to guarantee as well, so it restricted the production development. So we decide to design a high grade special

4、 purpose machine independently. Based on the comprehensive understanding of the structure and working principle of the special boring machine, Reasonable selection of parts, Determine the boring machine's structure and technical parameters, given the structural design of the boring machine accor

5、ding to the working principle.According to the design, this paper introduces a special boring machine's overall design, structural design, and fixture design. Fixture design is an important part of the boring machine design, Therefore the Fixture design is good or bad, Will directly affect the p

6、recision of machining parts. In the paper, the machine tool we designed is used for drilling hole, and it could process 3 holes in the production line simultaneously. So we enhance the production efficiency greatly, reduce the labor intensity, and reduce the components processing cost.Key words The

7、Special Boring Machine; Shell of Gearbox; Structure Design; Fixture Design专心-专注-专业目 录千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪论1.1 课题背景随着我国的汽车工业的迅速发展，更快的提供生产发动机、变速箱等箱体类零件的生产线设计方法，这是参与竞争、及时赢得客户订货的关键。变速箱壳体零件的孔系加工是汽车、拖拉机生产过程中经常碰到的工艺难题。因受到毛坯生产工艺的制约，预制孔的余量不容易控制，经常使后续

8、加工变得困难。由于产品的使用性能对变速箱壳体孔系加工的尺寸精度、形位精度和表面质量都提出了较高要求，同时企业为了降低生产成本，工艺设计时又需要简化工艺、减少工序，因此开发高精度、高效率、低成本的变速箱壳体孔系加工机床非常重要。变速箱壳体是变速箱最重要的零件之一，变速箱壳体结构复杂、工序多而且工艺性差，使之成为变速箱加工中的难点1。1.2 研究目的及意义本次设计题目为变速箱壳体专用镗床结构设计。采用钻、扩、铰的传统工艺，不仅效率低，而且稳定性不好，精度不容易保证。经讨论决定设计一台专用机床。以满足变速箱壳体孔系加工对尺寸精度、形位精度和表面质量等的高要求，同时也为简化工艺、减少工序的工艺设计打下

9、基础，可在一定程度上提高企业的竞争力。镗床为较常用机床，本次设计使我们对所学的机械学、力学等知识得到综合应用，结构设计能力得到训练，有效的提高分析问题、解决问题的能力。1.3 国内外组合机床发展趋势组合机床的优劣，直接影响投资规模、生产效率和产品质量。现有的组合机床大多沿袭传统的设计方法，即采用动力头+滑台+底座框架+液压系统的结构。随着数控技术的不断成熟和推广应用以及数控与电气控制的协调行，组合机床几乎所有的运动形式的控制均可采用数控部件来替代，尤其是要求运动精度、定位精度高的场合2。1) 发展适应中、小批量生产的组合机床在机械制造工业中，中、小批量生产约占80%。在某些中批量生产的企业（如

10、机床、阀门行业等）中，其关键工序用组合机床，因此产品质量稳定，生产效率高，技术效果显著。所以发展具有可调、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数控组合机床可使用于中、小批量生产。但这类组合机床结构复杂，成本较高。带转塔主轴箱的组合机床，由于转塔不能制造得太大，安装的主轴数量有限，因此只适应工序不多、形状不太复杂的零件加工。可换主轴箱式组合机床设有专用的贮刀库安装在转塔刀架上方，用机械手自动更换刀具，这种组合机床一般用单刀加工，加工精度较高，但生产率较低。2) 发展自动检测技术自动检测包括对毛坯尺寸和工件硬度、钻孔深度、刀具

11、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和被动检查。主动检查是将不合格的工件剔除，使它不会往下一个工位输送。被动检查则是发现不合格的工件时发出停机信号。目前主动检查应用日趋广泛。由于电子元件迅速发展，集成控制器、微处理机的应用，使自动检测技术更加可靠。自动检测工位要实现数据处理、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之内。还可以把加工后的工件按公差大小进行分组，以便按分组的公差带装配。实践表明，采用分组装配法提高的精度要比采用单纯提高设备精度的方法更为经济。3) 采用新型刀具近年来出现了多种新型刀具，如具有

12、镀层的硬质合金刀片、立方氮化硼刀具、金刚石刀具、各种可转位的密齿铣刀、喷吸钻头和镶有可转位刀片的“短钻头”等。一般情况下，采用先进刀具的工时为原工时的1/21/4。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。4) 提高通用部件的水平应开发适应强力铣削的大功率动力滑台、高精度镗削头和高精度滑台，以及适应中、小批量生产的快调、快换动力部件和支承部件。机械驱动的动力部件应采用交流变频调速电机和直流伺服电机等，使机械驱动的动力部件增添新的竞争力。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自

13、动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。5) 扩大工艺范围除完成切削加工等工序的组合机床外，还应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。6) 世界机床科研现状长期以来，世界机床为加速工业发展，其总的发展方向是：提高精度、效率、自动化，实现多样性，成套性，综合性，以满足工业生产各方面用户的需求，最大限度提高生产率、劳动生产率，降低成本。但不同时期，不同经济状况，不同技术水平，有不同的主攻方向3。目前，在21世纪初期，美、德、日各国具体条件不同，工业发展各有不同，工业发展各有区别，但共同的是，都在大力加强科研。目前世界机床的科研针对三

14、大方向、6大课题。三大方向是：（1）发展高精度、高效率机床；（2）保护环境，发展省能、绿色的环保机床；（3）为发展高精度机器、装置，加速研究超精密加工技术，发展纳米机床。结合当前现代化NC机床技术发展需求，其共同的科研6大课题为：（1）先进高速主轴；（2）直线电机驱动；（3）复合加工技术、进一步提高效率；（4）适应各种环境的保护，发展绿色机床；（5）超精密加工技术；（6）发展各种新型并联机构床4。下一代新机床的发展动向将是：（1）在上述三个方向、6大课题完善的基础上，进一步开发出各色新工艺、新结构的机床；（2）今后IT与机床结合的智能化，网络化将成为主流；（3）不断向纳米技术进军；（4）在单机

15、技术基础上，进而向制造系统推进。7) 镗床简介及其发展镗床通常用于加工尺寸较大且精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上，孔距和位置精度（平行度、垂直度、同轴度）要求都很严格的孔系，如各种箱体，汽车发动机缸体等零件上的孔系加工，镗削加工前的预加工孔一般是在工件毛坯上铸出孔或经过粗钻而形成的孔。除镗孔外大部分镗床还可以进行铣削、钻孔、扩孔、铰孔等工作。镗床的主要类型有立式镗床、卧式镗床、坐标镗床和金刚镗床及专门化镗床。卧式镗床即可完成粗加工也可完成精加工，因此对镗床的主轴部件的精度、刚度有较高的要求。在重型机械制造中，某些大型工件加工时移动困难，往往希望工件不动，加工时的运动由机床部件来实现，可

16、采用落地镗床。单柱立式坐标镗床的主轴箱和工作台的位移量都由精密坐标测量装置来保证，能保证很高的孔矩精度。适用于精密孔系加工，广泛用于缸体、箱体和夹具的加工。卧式坐标镗床的工作台可作精密分度或回转，并实现纵、横向进给运动。位移量由精密坐标测量装置来保证，机床刚度好。机床能一次安装工件便完成几个平面上的孔加工工作。双面金刚镗床用硬质合金镗刀进行加工，工作时转速极高，而切削深度和走刀量很小，机床刚度好，主轴中心线位置按工作孔矩可进行调整。适用于加工要求由高精度、细的表面粗糙度的孔加工5。经分析比较，决定设计一台卧式专用镗床。近年来，国际上研制这种数控卧式镗床的发展速度极快，但我国还没有企业能生产数控

17、卧式镗床。由交大昆机科技股份有限公司独立开发的K6111控卧式镗床填补了国内空白，成功研制出我国首台数控卧式镗床 ，该机床有四大一快一高的特点，即：工作台面积大、承重大、行程大、主电机功率大、进给速度快和精度高6。1.4 组合机床概述组合机床是专用机床的一种，它以标准化部件为基础，配以少量的专用部件组成。专用机床是一种专门适用于特定零件和特定工序加工的机床，而且往往是组成自动生产线，是生产制造系统中不可缺少的机床品种。目前一些机床厂对其生产的通用机床若作改动时，也习惯用专用机床来取代。由于专用机床是一种“量体裁衣”产品，具有高效自动化的优点，是大批量生产企业的理想机械制造装备。随着制造技术的进

18、步，数控技术的普及，专用机床的数控化发展也很快，专用机床在生产实践中占有一定的比重。卧式镗床即可完成粗加工也可完成精加工，因此对镗床的主轴部件的精度、刚度有较高的要求。在重型机械制造中，某些大型工件加工时移动困难，往往希望工件不动，加工时的运动由机床部件来实现，可采用落地镗床。组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大

19、批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床是随着生产的发展，由万能机床和专用机床发展来的。它既有专用机床效率高结构简单的特点，又有万能机床能够重新调整，以适应新工件加工的特点。组合机床就是根据工件加工的需要，用通用部件配以部分专用部件就可组成机床。当工件改变了，还是用通用部件，只将部分专用部件改装，又可以组成加工新工件的机床。组合机床是按高度工序集中原则设计的，即在一台机床上可以同时完成许多同一工序或多种不同工序的加工。组合机床是根据具体加工对象，用预先设计制造好的通用部件和通用零件，加上少量的专用部件或零件组成的，而通用部件和零件占整台机床总零件数的70-90%，这不仅大大

20、的缩短了设计制造周期，减少了制造中的问题，提高了机床工作的可靠性，降低了机床制造成本，而且为开展群众性的组合机床设计制造工作创造了有利条件7。组合机床有如下一些特点：（1）组合机床有重新改装的优越性，其通用零部件可以多次重复利用。（2）组合机床是按具体加工对象专门设计的，因而可以按最合理的工艺过程进行加工。（3）在组合机床上可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工件进行加工。它是实现集中工序的最好途径，是提高生产效率的有效设备。（4）组合机床常常是用多轴对箱体零件一个面上的许多孔同时进行加工。这样就能比较好的保证各孔相互之间的精度要求，提高产品质量；减少了工件工序之间的搬运，改善劳动条件；也减少

21、了机床占地面积。（5）由于组合机床大多数零部件是同类的通用部件，这就简化了机床的维修和修理。必要时可以更换整个部件，以提高机床的维修速度。（6）组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中生产。这样可以采用专用高效率设备进行加工，有利于提高通用部件的性能，降低制造成本。一般的说，组合机床设计时应考虑下列各点：（1）采用先进的加工工艺，指定最佳的工艺方案。（2）合适的确定机床工序集中程度。（3）合理的选择组合机床的通用部件。（4）选择恰当的组合机床的配置型式。（5）合理的选择切削用量。（6）设计高效率的夹具，工具，刀具及主轴箱等。1.5 设计的主要内容、方法和预期成果设计主要内容是镗床的结构，镗床的结

22、构概念主要是两个方面，一是总体结构概念，主要决定机床的生产能力和工艺适应性能；二是机床本身的机械结构，主要决定机床的技术和工艺性能，总体布局除机床本身的结构布局外，还有包括各种类型的附件和附属装置、刀具系统、夹具和主轴箱。设计为主轴箱、主轴组件的设计。主轴组件是机床重要的组成部分之一，主轴组件通常由主轴、轴承、和安装在主轴上的传动件等组成。机床的加工质量在很大程度上要靠主轴组件保证，对主轴组件要保证旋转精度、刚度、抗振性、热变形和耐磨性等要求。对于主轴传动形式的选择，传动性的布置应重点考虑。通过设计这台高质量的专用机床，解决了以前那些效率低，而且稳定性差，精度不易保证的钻、扩、铰等传统工艺。第

23、2章 壳体加工方案分析2.1 工件加工要求变速箱壳体零件图，见图2-1。图2-1 壳体零件图题目要求设计一种专用机床，用于加工变速箱壳体上的孔。工件材料为灰铸铁，牌号HT200，硬度HB170210，加工部位是：75，52，25的孔。毛坯重14。其加工要求如下：(1)保证尺寸精度75mm，52mm，25mm。(2)粗糙度要求：75、52孔粗糙度为Ra1.6，25粗糙度为Ra3.2。(3)被加工表面位置精度为：保证75与52中心距85；保证75与25中心距85；保证各孔轴线与端面A的垂直度0.04；尺寸90和63。(4)生产纲领为10万辆/年。2.2 工艺方案制定分析零件加工要求，其精度要求较高

24、，根据尺寸、位置精度的要求，查专用机床设备设计书的表7-13铸铁件不同精度孔的典型工艺方法及表7-14组合机床孔加工精度和表面粗糙度数据，选用精镗加工方法。2.3 确定切削用量及选择刀具2.3.1 确定工序间余量根据所叙述的参数确定工序间余量，见表2-1。表2-1 工序余量半精加工后各孔尺寸精加工后尺寸工序余量24.65250.3551.650.05520.3574.650.05750.352.3.2 选择切削用量切削用量的选择应从实际出发，根据加工精度，工件材料、工作条件、技术要求等进行分析，按照满足加工要求的原则，合理选择切削用量。根据参考文献16选用硬质合金刀具。由于多轴箱上所有刀具共用

25、一个进给系统，即动力滑台。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（mm/min）应是适用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不同的每转进给量（mm/r）与其相适应，以满足不同直径的加工需要，即： (2-1)式中：n，n，n各主轴转速（r/min）；f，f，f 各主轴进给量（mm/r）；v 动力滑台每分钟进给量（mm/min）。这里选用v=48mm/min，根据生产经验，参照生产现场同类工艺，经试算选定各主轴的切削用量见表2-2。表2-2 主轴的切削用量加工部位主轴转速（r/min）进给量（mm/r）切削速度（m/mi

26、n）25孔n=2400f=0.02V=188.452孔n=960f=0.05V=156.875孔n=600f=0.08V141.772.3.3 选择刀具结构组合机床上镗孔，大多采用硬质合金镗刀头装在镗杆上，镗杆直径及镗刀截面尺寸可按参考文献16选择。经选择调整选取为加工52和75孔的镗杆直径均为36mm，镗刀方截面12mm12mm，加工25孔的镗杆直径为28mm，镗刀方截面8mm8mm。2.4 确定切削力、切削扭矩、切削功率根据选定的切削用量确定切削力，作为选择动力部件（滑台）的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其他传动件（齿轮、传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择动力箱电机功率。根据参考

27、文献16中推荐的切削力、切削扭矩、切削功率计算公式，查得用硬质合金刀具镗削铸铁件时的切削力、切削扭矩、切削功率的计算公式为：轴向切削力 N (2-2)周向切削力 N (2-3)切削扭矩 N·m (2-4)切削功率 KW (2-5)其中HB布氏硬度 (2-6)计算各轴的切削力、切削扭矩、切削功率:1）对75孔: N； N； N·mm； kW；2）对52孔 N； N； N·mm； kW；3）对25孔 N； N； N·mm； kW； kW (2-7) N (2-8)电动机功率的计算 (2-9)选取 1.2kW，=0.9 ，0.142kW kW2.5 通用部件的

28、选用经以上分析计算，选用动力箱及滑台型号：(1)动力箱型号：1TD25IA电动机型号：Y100L-6 ，功率：P1.5 kW，动力箱输出转速：n520 r/min。(2)液压动力滑台：1HY25-IB台面宽250mm，台面长500mm，行程长250mm，滑台及滑座总高250mm，滑座长790mm，允许最大进给力8000N，快速行程速度12m/min，工进速度32800mm/min。在滑台上装有液压缸。液压滑台主要由滑座、滑鞍和液压缸三个部分组成。液压缸固定在滑座上，活塞杆通过支架固定在滑鞍得下面，推动滑鞍移动。液压滑台优点：可以实现无级调速；由于是液压驱动，零件磨损小，使用寿命长；由行程开关控

29、制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。液压滑台易于与液压、电器联合控制实现自动循环。设计中在滑台上装有三个行程开关配合电磁铁的动作，以控制滑台的快进、工进、快退。2.6 本章小结本章通过对加工工件时需要满足的要求进行分析，确定了工艺方案，并给出了刀具的选用方法以及通用部件的选用。第3章 机床总体设计组合机床的总体设计，就是针对具体被加工零件，在选定工艺和结构方案的基础上，进行方案图纸设计。这些图纸包括：被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图、生产率计算卡片。3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台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

30、术要求、加工用定位基准、夹压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半成品状况的图纸。它是组合机床设计的组要依据，也是制造使用时调整机床，检查精度的重要技术文件。在本道工序中，采用一面两孔定位，定位结合面和2个8销孔（固定式定位销和削边销），共限制6个自由度。3.2 加工示意图零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅助装置的布置状况及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。是设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床及刀具的依据。加工示意图，要反映机床的加工过程和

31、加工方法，并决定浮动夹头式接杆的尺寸，镗杆长度，刀具种类及数量，刀具长度及加工尺寸，主轴尺寸及伸出长度，主轴、刀具、导向与工件间的联系尺寸等。根据机床要求的生产率及刀具特点，合理地选择切削用量，决定动力头的工作循环。1）刀具的选择刀具选择前以述及，要考虑加工工件尺寸精度、表面粗糙度、生产率要求等因素。根据前面工艺分析采用镗削。2）工序间余量的确定本工序为精加工，一道工序，工序余量前面已经确定。3）导向结构的选择导向装置作用在于：保证刀具对工件的正确位置；保证各刀具间的正确位置和提高刀具系统的支撑刚性。导向装置通常分为两大类：一类是刀具导向部分与夹具导套之间既有相对移动又有相对转动，或称固定式导

32、向；另一类是刀具导向部分与夹具导套之间只有相对移动而无相对转动，或称旋转式导向。其相对转动部分通常以各种形式设置在刀杆上则称内滚式旋转导向；若相对转动部分设置在夹具上则称外滚式旋转导向。在本次设计中采用第二类导向。由于镗削通孔厚度不大，为保证刀杆刚性，3根轴均用前导，导向的主要参数如：导套的直径及公差配合、导套的长度等由参考文献16选择。具体数据见CAD加工示意图。4）初定主轴类型、尺寸、外伸长度和选择接杆、浮动卡头精镗类精加工主轴，由于镗孔时余量很小，扭矩也很小，因此不能按切削扭矩来初选主轴直径，主轴尺寸应按：被加工部件尺寸镗杆直径浮动卡头规格尺寸主轴直径。根据参考文献16通用主轴的系列参数

33、，及前面已经选定的镗杆直径确定浮动卡头及主轴尺寸。由于加工过程中刀杆伸出部分较长，为减小主轴位置误差及主轴径向跳动对加工精度的影响，避免主轴与导向套不同轴而产生“别劲”现象，采用浮动卡头连接主轴与刀杆。查参考文献12通用浮动卡头，根据镗杆直径选择卡头型号：T6112和T6111。然后由查参考文献16中通用主轴系列参数选定主轴直径及外伸长度，即D=50mm和D=40mm，L=75mm。表3-1 主轴、镗杆、浮动卡头尺寸工件加工部位尺寸镗杆直径d mm浮动卡头规格尺寸主轴尺寸D mm7536T6112505236T6112502528T6111405）切削用量的确定每把刀的切削用量按照前面分析选用

34、数值。6）确定动力部件的工作循环即工作行程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初始位置的动作过程。在该加工装置中工作循环为：快进工进快退。工作进给长度应等于工件加公部位长度L与刀具切入长度L工部位长度L与刀具切入长度L1和切出长度L2之和。动力头工作进给长度是按加工长度最大的孔来选取。L20mm，切入长度应根据工件端面的误差情况来确定，切入长度L1取18mm，切出长度L2取5mm。考虑刀具在刀杆上的安装位置后=55mm。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主轴箱连同刀具从原始位置移动到工作进给开始位置，快速退回行程长度须保证

35、刀具均退至夹具导套内而不影响工件拆卸。快速引进长度为85mm，则快速退回长度为140mm。如图3-2所示。图3-2 动力头工作循环图动力部件总行程长度应保证要求的工作循环（快速引进+工作进给快速退回）外，还要考虑和调整道具的方便性，即考虑前、后备量。装卸刀具的理想情况是：刀具退离导向套外端面的距离，要大于刀杆插入主轴孔内的长度。前备量取30mm，后备量80mm，总行程长度250mm。3.3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图是决定各部件的轮廓尺寸及相互间联系关系的，是开展各专用部件设计和确定机床最大占地面积的指导图纸。为了使设计的机床既能满足预期的性能要求，又能做到配置上的均匀合理，必须对所设计的机

36、床各个部件之间的关系进行全面的分析研究。这是通过机床联系尺寸图来达到的。一般来说，组合机床是由标准的通用部件动力滑台，动力箱，各种工艺切削头，侧底座，立柱，立柱底座及中间底座加上专用部件主轴箱、刀具、辅具系统、夹具、液、电、冷却、润滑、排屑系统组合装配而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系，以检验机床各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求，通用部件的选择是否合理，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。3.3.1 夹具轮廓尺寸的确定夹具是保证零件加工精度的重要专用部件。夹具的轮廓尺寸主要是指夹具底座的长、宽、高。确定这些尺寸时要考虑工件的轮廓尺寸、形

37、状、具体结构，还要考虑能够布置下保证加工要求的定位、夹紧机构、导向机构（镗模），并要考虑夹具底座与机床中间底座的连接固定所需要的尺寸。本设计中夹具轮廓尺寸初步定位长440mm、宽306mm、高460mm。3.3.2 机床装料高度H的确定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。我国现行标准H=8501065mm。选取装料高度要主要考虑的因素是，应与车间里运送工件的滚道高度相适应，由于受工件的最低孔的位置（h=67mm）、主轴箱最低主轴高度（h150mm）和所选通用部件、中间底座、夹具高度等尺寸限制（设计中所选滑台与滑座总高h=250mm，侧底座高h=560mm，夹具底座高度h=163

38、mm，中间底座高度h=560mm）则机床装料高度取H=960mm。3.3.3 中间底座轮廓尺寸中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面安装连接的需要。其长度方向尺寸要根据所选动力部件（滑台和滑座）及其配套部件（侧底座）的位置关系，照顾各部件联系尺寸的合理性来确定。一定要保证加工终了位置时，工件端面至主轴箱前端面的距离不小于CAD加工示意图上的要求的距离（L=520mm），同时，要考虑动力部件处于加工终了位置时，主轴箱与夹具外轮廓间应有便于机床调整、维修的距离。为便于排屑及冷却液回收，中间底座周边应有足够宽度的沟槽a取为10mm。初定中间底座的尺寸长宽高1070mm560mm560mm。3.3.4

39、主轴箱轮廓尺寸主轴箱尺寸的确定着重在于确定主轴箱的宽度B和高度H及最低主轴高度h。主轴箱宽度B和高度H的大小主要与被加工零件孔的位置分布有关。b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（mm）；b最边缘主轴中心距箱外壁的距离（mm）；h工件高度方向相距最远的两孔距离（mm）；h最低主轴高度（mm）。根据b=170mm，取b100mm，工件的最低孔的位置h=72mm，H=960mm，滑台滑座高度h=250mm、侧底座高h=560mm、滑座与侧底座之间调整高度h=5mm。则hh+H-(0.5+ h+ h+ h)=72+900-(0.5+560+5+250)=156.5mmB=b+2b=170+2 100=

40、370mm H=h+h+ b=100+156.5=256.5mm根据计算值，按主轴箱轮廓尺寸系列标准并为了保证主轴箱内有足够的空间排布齿轮，最后确定主轴箱轮廓尺寸为长宽厚=mm。依据以上选定的有关滑台与底座及多轴箱的相关尺寸绘制机床联系尺寸图。3.4 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、动力部件的快进及工进速度等，就可以计算机床的生产率并编制生产率计算卡，生产率计算卡反映机床生产节拍或实际生产率和切削用量、动作时间、生产纲领及负荷等关系的技术文件。它是用户验收机床生产效率的重要依据。1) 理想生产率理想生产率Q（单位为件/h)是指完成年生产纲领A=件（包括备品

41、及废品率）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，按两班制生产K=4000h，则： 件/h (3-1)2) 实际生产率实际生产率（单位为件/h）是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。 (3-2)式中：生产一个零件所需时间（min），可按下面公式计算： (3-3)L=55 mm，v=48 mm/min L=85 mm，L=140 mm v=310mm/mint=0.02 mint0，t1 min则=28.57 件/h3) 机床负荷率4) 基本时间的计算 (3-4)对75孔 mml=15 mm，=5 mmf=0.08 mm/r，n=600 r/min图3-3 机床生产率计算卡

42、被加工零件图号毛坯种类铸件名称变速箱壳体毛坯重量材料HT200硬度170210HB工序名称镗三个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每分钟转数r/min进给量mm/r进给速度mm/min工 时（min）机加工时间辅助时间共计1装卸工件1112镗孔752055141.76000.08481.1463镗孔522055156.89600.05484镗孔252055188.424000.02485滑台快进8560000.0140.0146快退14060000.0230.0237停留0.020.028移动0.10.1备注装卸工件时间取于操作者的熟练程度

43、，本机床计算时取1min.总计2.3min单件工时2.3min机床生产率28.57件/h机床负荷率88%第4章 多轴箱设计4.1 多轴箱设计的原始依据图主轴箱设计的原始依据图是“三图一卡”，即机床联系尺寸图、被加工零件工序图、加工示意图和生产率计算卡。根据被加工零件的要求绘制主轴箱原始依据图，见图4-1。注：1）被加工零件名称：变速箱壳体；材料及硬度：HT200，HB170220；2）主轴外伸尺寸及切削用量见表；3）动力部件：1HY25-IB，1TD25IA，P=1.5kw，n=540r/min。图4-1 多轴箱设计原始依据图4.2 主轴的型式与直径的确定1）主轴形式及分布根据推荐镗孔工序采用

44、滚锥轴承主轴。根据被加工零件孔的位置，3根主轴在一条直线上，轴间距85mm。主轴直径按照加工示意图所示主轴类型及外伸尺寸，根据查参考文献17中滚锥轴承主轴组件配套零件表可初步确定。待系统设计完后再验算受力较大的轴的直径。主轴直径分别为25mm、30mm、30mm。2）确定驱动轴驱动轴转速由动力箱型号选定，中心位于多轴箱箱体宽度中心线上。表4-1 主轴外伸尺寸及切削用量表轴号主轴外伸尺寸切削用量备注D/d（mm）L（mm）工序内容n（r/min）v（m/min）s（mm/min）140/2875镗252400188.448250/3675镗75600141.748350/3675镗5296015

45、6.8483）传动轴及齿轮副的确定尽量用最少的传动轴和齿轮副把驱动轴和各主轴连接起来，再确定各主轴的位置，传动轴组件由查参考文献17中滚锥轴承传动轴组件配套零件表可确定。4）轴承布置布置轴承时，为了提高主轴系统的刚度，采用“反装置”的结构形式，即滚锥小端相对称布置。轴承的调整采用内圈调整，只要拧轴端的螺母，即可达到调整的目的。4.3 传动系统的设计传动系统的设计时主轴箱、特别是大型标准主轴箱设计中关键的一环。所谓传动系统的设计，就是通过一定的传动链，按要求把动力从动力部件的驱动轴传递到主轴上去。同时，满足主轴箱其他结构和传动的要求。4.3.1 拟定传动路线由于每根主轴的转速都大于动力箱输出转速

46、n=520 r/min，为避免全程用升速传动，采用先升速后降速传动，使结构紧凑，但为避免空转功率损失增加，要求升速传动比小于2。根据原始依据图排列驱动轴、主轴坐标见表4-3。4.3.2 传动系统计算选定传动轴5位于3根主轴的中心线上，其转速n=936 r/min，则可以得到各轴的传动比：图4-2 多种箱传动树形图表4-3 多轴箱中各驱动轴及主轴的坐标值坐标销01驱动轴0主轴1主轴2主轴3X0.000175.00090.000175.000265.000Y0.000125.500105.000105.000105.000由于u2.56过大，中间增加一根传动轴4，其转速n=1600 r/min，则

47、确定齿轮齿数、模数、中心距。取驱动轴6齿轮的模数m=2，齿数Z47，则：轴6与传动轴5的中心距 mm (4-1)5轴与2轴的中心距=93 mm，齿轮模数m=2，则取Z365轴与1轴和2轴的中心距为mm5轴与3轴齿轮模数m=2，=2.565轴与4轴齿轮传动比u1.7，则，Z38mm (4-2)1轴与4轴齿轮传动比u1.5，可以得到中心距及各齿轮的齿数mm (4-3)润滑泵用传动轴由5轴上的第4排齿轮传动，润滑泵转速取n=800 r/minmm (4-4)4.4 三维模型依据以上的计算结合作图从而得到多轴箱的传动系统图，可见其传动是满足要求，但为了更直观的检查传动系统的传动关系，传动后的干涉现象，

48、结构的紧凑性，采用先进的三维造型软件Pro-E对所设计的传动系统进行详细的三维模型建立 。主要包括：各主轴组件（见图4-4）、主传动轴组件（见图4-5）、箱体（见图4-6、4-7）等。4.5 多轴箱的润滑主轴箱的润滑都采用叶片润滑油泵进行循环润滑。从标准的叶片油泵(R121型)打出的润滑油，经油管进入配油器，再从配油器引出几根油管，分配到各个需要润滑的部位，对布置在各排齿轮位置上的齿轮，以及轴和轴承进行润滑，经润滑后的润滑油最后又回到油箱(即主轴箱箱体)里。在卧式组合机床上，主轴箱里的零件采用淋雨的方式润滑，即在箱体顶部放一个油盘从油泵打出的润滑油，经分配器引出一根或两根油管把润滑油送到油盘里

49、，然后通过油盘上的小孔淋到各个需要润滑的零件上。对于润滑油不容易淋到而需要润滑的零件如布置在第4排齿轮位置上的齿轮等，则需要单独的引进油管进行润滑。润滑用的油泵都安装在主轴箱箱体的前壁上油泵的转动，通过润滑油泵用的传动轴，由布置在第4排齿轮位置上的齿轮传动。图4-4 齿轮啮合图图4-5 主轴及传动轴主件图4-6 多轴箱外观图图4-7 多轴箱装配简图4.6 校核传动轴5轴传动轴5的结构及轴上安装零件位置见图4-8。图4-8 传动轴5动力箱输出功率1.5kW，为一对齿轮传动效率，8级精度齿轮传动（稀油润滑）效率0.97，滚动轴承效率0.995，P=1.5kW，查参考文献10（GB/T297-199

50、4）30000系列滚珠轴承，得a=13.8mm，T=17.25mm。5轴功传递功率kW (4-5)5轴的转速n=936 r/min则Nmm (4-6)1齿轮d=52mm，=圆周力 N (4-7)轴向力 N (4-8)2齿轮d=124mm圆周力 N轴向力 N3齿轮 d=72mm圆周力 N轴向力 N图4-9 轴5受力图求支反力：水平面X F= 607.74 N，F=33.41 N垂直面Y F= 183.73 N，F=86.34 N合成弯矩 Nmm (4-9)Nmm (4-10)按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上受力最大弯矩与扭矩的截面（即危险截面）的强度。由参考文献10中公式11

51、-4得N/mm (4-11)前面已经选定轴的材料为45号钢，调质处理，由参考文献11中查得60MPa，因为7.7 MPa60 MPa，所以该轴安全。弯矩图如图4-10。4.7 轴承寿命计算轴承合成支反力为：N (4-12)N (4-13)查参考文献10（GB/T297-1994）30000系列滚珠轴承得，额定动载荷C=43.2kN，该轴不受轴向载荷，径向当量动载荷。PR635.3 NPR92.57 N因为PP，该对轴承的最短寿命为L。图4-10 剪力图及弯矩图查参考文献11得，滚子轴承寿命指数则 L24454.8 绘制多轴箱总图及零件图通用主轴箱总图设计包括绘制主视图、展开图，编制装配表，制定

52、技术条件等四部分。表4-3为该多轴箱总图主轴和传动轴装配表。4.9 本章小结本章给出了多轴箱体的设计方案。其中，主轴箱是组合机床的重要组成部件，它是选用通用部件，按专用要求进行设计的，在整个组合机床设计过程中，是工作量较大的部件之一。传动系统的是主轴箱设计中最关键的一环。本章也对传动系统进行了系统设计。第5章 夹具设计在机床上加工工件时，工件依靠夹具上的定位夹紧系统，准确确定工件与刀具、机床之间的相对位置关系，保证加工精度。5.1 定位方案定位元件是用来确定工件正确位置的元件，被加工工件的定位基准与夹具定位元件直接接触或配合。箱体零件是机械制造业中加工工序多，劳动量大，精度要求高的关键零件。分

53、析本道工序要求及零件结构特点，对变速箱壳体采用“一面两孔”组合定位。采用两块支撑板确定平面，限制三个自由度，短圆柱销和菱形销限制三个自由度。定位孔与定位销的配合尺寸为8mm（定位孔8mm，定位销8mm，削边销8mm）。对于工序尺寸75mm，52mm，25mm及三个加工孔的中心距尺寸85mm，都是由刀具的尺寸直接保证的；各孔轴线与端面的垂直度0.04定位误差为零。Dd=0.015mmDd=0.015mmOO=T+T+0.025+0.013+0.0150.053mm=arctg则OOsin=0.012mmOOcos=0.01mm均在允许的公差范围内。5.2 导向装置本工序要求对被加工孔进行精镗加工，最终达到工序图上规定的加工要求，故需选用镗模作为刀具的导向装置，实际加工中由于被加工孔距较小，采用特殊的镗模。5.3 夹紧装置夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确位置的装置。机床夹具采用机械、液动、气动夹紧装置等。液压夹紧利用压力油作为夹紧动力，通过中间传动机构，使夹具的夹紧元件执行夹紧运动。设计中采用目前广泛应用的液压夹紧机构。液压夹紧具有操作简便，动作迅速；易于集中控制、程序控制和实现工序自动化；工作压力高，油缸结构尺寸小；液压夹紧能够维持的刚性比气动夹紧所维持的刚性高。为了使