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XX大學
畢業(yè)設計(論文)
蝸輪箱體（二）頂面鉆孔組合機床設計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導老師
年 月 日
摘 要
根據設計任務書的要求,本設計說明書針對蝸輪箱體（二）機床的設計及專用夾具設計進行說明。要內容包括組合機床工藝方案的制定、組合機床配置型式的選擇、組合機床總體設計以及軸箱設計。
全文要包括組合鉆床的總體設計和主軸箱設計兩部分。機床總體設計要是在選定工藝方案并確定機床配置形式、結構方案基礎上確定“三圖一卡”， 主軸箱設計根據“三圖一卡”，整理編繪出主軸箱原始依據圖，重點分析傳動系統(tǒng)，經過各種方案的比較，最后確定最優(yōu)方案。此外，為了提高勞動生產率，降低勞動強度，保證加工質量，需設計專用夾具。
關鍵詞：主軸箱；組合機床；夾具
Abstract
According 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 錄
摘 要 II
Abstract 1
1 緒論 3
1.1 課題研究意義 3
1.2鉆孔專用設備應用 3
1.3 鉆孔專用設備 4
1.3.1多軸頭 4
1.3.2 主軸箱 4
1.3.3多軸鉆床 5
1.3.4 自動更換軸箱機床 5
1.4 鉆孔專用設備趨勢 6
1.5 組合機床總體設計 6
1.5.1 組合機床的概述 6
1.5.2 組合機床的技術發(fā)展趨勢 7
2 組合機床的總體設計 10
2.1 組合機床方案的制定 10
2.1.1制定工藝方案 10
2.1.2確定組合機床的配置形式和結構方案 10
2.2 確定切削用量及選擇刀具 12
2.2.1確定工序間余量 12
2.2.2選擇切削用量 12
2.2.3確定切削力、切削扭矩、切削功率 13
2.2.4選擇刀具結構 14
2.3 鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制 14
2.3.1 被加工零件工序圖 14
2.3.2 加工示意圖 15
2.3.3機床聯(lián)系尺寸圖 19
2.3.4生產率計算卡 22
3 主軸箱的設計 24
3.1 主軸箱的設計 24
3.1.1繪制主軸箱設計原始依據圖 24
3.1.2齒輪模數選擇 25
3.1.3主軸箱的傳動設計 25
3.1.4繪制傳動系統(tǒng)圖 27
3.2 傳動軸的直徑估算 28
3.2.1 確定各軸轉速 28
3.2.2傳動軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 29
3.2.3 鍵的選擇 30
3.3 傳動軸的校核 30
3.3.1 傳動軸的校核 30
3.3.2 鍵的校核 31
3.4 各變速組齒輪模數的確定和校核 32
3.4.1 齒輪模數的確定 32
3.4.2 齒寬的確定 34
3.4.3 齒輪結構的設計 35
3.5 齒輪校驗 35
3.5.1 校核a變速組齒輪 36
3.5.2 校核b變速組齒輪 37
3.5.3 校核c變速組齒輪 39
3.6 軸承的選用與校核 40
3.6.1 各軸軸承的選用 40
3.6.2 各軸軸承的校核 40
3.7 軸組件設計 42
3.8 軸的基本尺寸確定 42
3.8.1 外徑尺寸D 42
3.8.2 軸孔徑d 42
3.8.3 軸懸伸量a 43
3.8.4 支撐跨距L 43
3.8.5 軸最佳跨距的確定 44
3.9 軸剛度驗算 46
3.9.1 軸前支撐轉角的驗算 47
3.9.2 軸前端位移的驗算 48
4 鉆孔夾具設計 51
4.1 研究原始質料 51
4.2 定位、夾緊方案的選擇 51
4.3切削力及夾緊力的計算 51
4.4 誤差分析與計算 53
4.5 夾具設計及操作的簡要說明 55
結 論 56
致 謝 57
參考文獻 59
1 緒論
1.1 課題研究意義
市場的開放性和全球化產品的競爭加劇。決定了產品的競爭力指標產品的開發(fā)時間（Time），產品（Quality）、成本（Cost），創(chuàng)新能力（Creation）和服務（的。用戶高質量的產品，同時很多追求低的價格和短的交貨周期。美國制造業(yè)的20世紀50年代至40年代擴大生產規(guī)模，作為企業(yè)競爭力的第一要素，70年代的競爭力的第一要素，降低生產成本，70年代是提高產品質量，90年代市場反應速度。所以現(xiàn)代企業(yè)通過自身的技術的提高，希望提高競爭力。
制造業(yè)是國家的重要基礎產業(yè)之一，制造業(yè)的基礎。很多機械制造的母艦，它的發(fā)展水平，制造業(yè)的生產能力和制造精度和直接關系到國家的機械工業(yè)為其整體的制造業(yè)的發(fā)展水平.先進制造技術的基本單位的載體，機械產品的質量，更新的速度，市場的應對能力生產效率等，在很大程度上逐漸的功效。因此，制造業(yè)是國家經濟發(fā)展的大的作用，我國是世界上最大的生產國分不同德國工業(yè)協(xié)會（DVD W）2000年的統(tǒng)計資料的生產國，中國是世界上排名第5位。但是，在國際市場競爭中依然處于較低的水平：即使在中國市場上，也面臨著嚴峻：一方面國內市場的各種產品的大量需求，另一方面又很多國產賣剩下的停滯，外國的產品充斥市場。
1.2鉆孔專用設備應用
據統(tǒng)計，一般的工廠普通機床的平均切削時間少全部工作時間超過15%的。剩下的時間連環(huán)畫、裝卸工作，刀刃、轉賬操作機床、測量和鐵碎塊等等清除。數控機床可以使用，但是75%，購買費用大。某些情況下，即使性高，同樣的零部件加工成本低，它比普通的不一定是機械。所以，我會更加更加縮短加工時間。不同的加工方法的不同有特點，削加工，鉆孔專用設備是一種通過投資少量生產效率提高的有效措施?？勺兪蕉噍S頭自動線早應用，大量生產限定。即使采用可變式多軸頭使用范圍擴大，遠遠不能滿足樂途小洞，復雜的要求。特別是隨著工業(yè)的發(fā)展，大型的復雜的鉆孔專用設備引人注目。比如核電站大型電容水冷墻壁管板1萬5000人ψ20孔，若以徑向加工，單锪鉆和沉頭是742.5時間，還有劃線工時151.1時間。但是若以數控八軸著地鉆加工，鉆頭擴孔171.6只要有時間，傷也簡單，只要1.9時間。因此，利用數控刀具的兩個軸，準確瞄準加工位置，結合鉆孔專用設備加工范圍擴大，提高精度的基礎上也大大提高工作效率，迅速制造原難加工部品。有人分析大高速柴油30種箱和棒形的零件的2000的鉆孔作業(yè)中，4成自動交換軸箱機床的中二軸，3軸和四軸多軸頭加工，平均20%的加工時間可以減少。1975年法國巴黎機床展覽也反映了鉆孔專用設備的使用傾向越來越。
1.3 鉆孔專用設備
鉆孔專用設備再一次進給同時許多孔或同時很多相同或其他的工作各加工的孔。這是切削縮短時間，提高精度，減少夾具和定位時間，并且，數控機床，而是計算坐標，數減少字簡化程序。那以下幾個設備采用加工：立鉆頭和搖臂鉆床上衣多軸頭，多頭鉆床，多軸組合機床心和自動交換軸箱機床。甚至，二的自動調節(jié)軸距的軸和主要軸箱，結合數控臺縱橫2方向的運動，加工各種丸和橢圓孔組或一些工程?，F(xiàn)在在這方面的現(xiàn)狀介紹。
1.3.1多軸頭
驅動方式是，皮帶傳動齒輪和萬向聯(lián)軸節(jié)傳動3種。這是熟悉的。前者是效率高，結構簡單，后者是容易調整軸距。不可變式結構和可變式2種。前者軸距不能改變，多采用齒輪，大量生產適用。為了擴大其贊賞的適應性，發(fā)展的可變式多軸頭，在一定范圍內調整軸距。這兩種安裝環(huán)球.。（1）環(huán)球軸式2種：瞄準裝置的軸的。軸，調節(jié)臺燈調節(jié)支架外殼的T溝中移動，然后瞄準的位置固定螺栓。（2）公差的圓柱形軸套。套筒固定式一樣的模板上件孔。前一種適用樂途小孔組規(guī)則分布的工作（例如孔的直徑組異分布的圓周上）。后一種適用樂途大中小樂途式在生產中，剛性屬性，洞距離精度高，不同洞穴需要不同的模板。軸頭可裝多立鉆頭式搖臂鉆床按鉆床，自己擁有的各種功能的工作。這鉆頭專用設備的方法，鉆孔效率，加工范圍和精度的關系，使用范圍有限。
1.3.2 主軸箱
也有很多的標準零部件的生產和軸頭。美國Secto公司標準齒輪箱，主要軸箱等的設計不可變式主軸箱。32的式樣，加工面積300 X 300毫米到600 X 1050毫米，工作軸上60本，動力22.5千瓦。Romai工廠生產的可變主軸箱調整方便，先孔的位置接近齒輪調整，它和連接的可變軸移動的正確位置。因此，這個結構改變模板，只要在一定范圍內容易改變孔可以達到比普通的小洞，然后從主軸箱。
間歇加工而箱或多使用主軸原理軸頭組合機床適用大中樂途生產。為了加工有效必須考慮以下幾點：（1）ー夾具簡單，充分的冷卻液沖走鐵屑。（2）治具剛性，加工時變形，定位正確標度。（3）兩組使用刀具的可能性，所以1組使用，另一組刃磨和調整，從而縮短換刀時間停止。（4）的優(yōu)質刃，監(jiān)視外地口音，是否鉆磨的話機。（5）的大小超壞的時候馬上發(fā)現(xiàn)。
1.3.3多軸鉆床
這是一種能滿足鉆孔專用設備要求的鉆床。諸如導向、功率、進給、轉速與加工范圍等。巴黎展覽會中展出的多軸鉆床多具液壓進給。其整個工作循壞如快進、工進與清除鐵屑等都是自動進行。值得注意的是，多數具有單獨的變速機構，這樣可以適應某一組孔中不同孔徑的加工需要。
1.3.4 自動更換軸箱機床
為了中小批量生產合理化的需求，最近幾年發(fā)展了自動更換軸箱組合桌子地板。
（1）自動更換軸桌子地板
自動更換軸桌子地板頂部是回轉式軸箱庫，掛有多個不可調軸箱。縱橫配線盤予先編好工作程序，使相應性軸箱進入加工工位，定位緊并與動力聯(lián)接，然后裝有工件的工作臺轉動到軸箱下面，提高動進過渡加工。本變更加工對象時，只要調換懸掛性軸箱，就能適應不同孔型與不同工序性需求。
（2）多軸轉塔桌子地板
轉塔上裝置多個不可調或萬向聯(lián)軸節(jié)軸箱，轉塔能自動轉位，并對夾緊在回轉工作臺上工件作品進給運動。通過工作臺回轉，可以加工工件的多個面。因為轉塔不宜過大，已故性它的工位數一般不超過4—6個。且軸箱也不宜過大。當加工對象性工序較多，尺寸較大時，就不如自動更換軸箱桌子地板合適，但它的結構簡單。
（3）自動更換軸箱組合桌子地板
它由自動線或組合桌子地板中的標準部件組成。不可調主軸箱與動力箱按置在水平底座上，軸箱庫轉動時整個裝置緊固在進給系統(tǒng)性溜板上。軸箱庫轉動與進給動作都按標準子程序工作。換軸箱時間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度轉工作臺，以航班加工工件的各個面。好果回轉工作臺配以服裝批發(fā)費裝置，就能匯合水生產自動化。在可變生產系統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應的控制器可以獲得完整性加工系統(tǒng)。
（4）數控八軸落地鉆床
大型冷凝器的水冷墻壁管板的孔多達15000個，它與支撐板聯(lián)接在一起加工。孔徑為20毫米，孔深度170毫米。采用具有冷卻管內道路的麻花鉆，5～7巴壓力性冷卻液可直接進入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成90°供自動定心。它比普通麻花鉆耐用，且進給量大。為了縮短加工時間，以7軸數控落地加工。
1.4 鉆孔專用設備趨勢
鉆孔專用設備生產效率高，投資少，生產準備周期短，產品改型時設備損失少。而且隨著我國數控技術的發(fā)展，鉆孔專用設備的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。
1.5 組合機床總體設計
1.5.1 組合機床的概述
組合機床（transfer and unit machine）系列化、標準化的通用零部件的基礎上，少量的專用零件配一種或多種工件預先確定的工程的切削加工機床。雙方的萬能機床和專用機床的優(yōu)點。通用零部件通常整個機械零部件的70～90，只需要加工品的形狀和工藝改變極少量的專用元件部分或全部改裝，構成為了適應新的要求加工設備。組合機床上同時從什么方向采用多刀或數的工件進行加工，所以減少物質的運輸、占地面積實現(xiàn)，工程集中，勞動條件的改善，提高生產效率和降低成本。復數的集團，導致機器自動生產線。組合機床應用需要大量生產的零件，汽車等行業(yè)的情況等。另外中小樂途生產技術也能應用于集團結構和技術相似的零件合并，以便集中組合機械加工。
組合機床一樣可以完成的工藝范圍：銑床平面，吹平面，車端面，車，鉆孔，錐面流，鉸刀、保齡球、倒角，溝，以及加工螺絲，滾，胸針，研磨，研磨流程。
組合機床一般多軸，多刀，多序，多面和多級同時加工的方式，生產效率高通用機械比幾倍十倍。通用零部件標準化系列化，根據需要靈活部署，設計和制造的周期能縮短。所以，組合機床的雙方的低成本和高效的優(yōu)點，大量的大量生產的廣泛的應用，可以組成，自動生產線。
組合機床加工使用情況類和特殊形狀的零件。加工時，工作，旋轉刀具的旋轉運動和刀具和工作的相對進給運動使之實現(xiàn)鉆孔，令，锪孔，鉸刀、保齡球、銑床平面切削加工內外螺絲和小組等外界端面。有組合機床采用車削頭支持工作旋轉刀具、進給運動也做，能實現(xiàn)一些旋轉體類零件（例如飛輪，汽車后橋半軸等）的外小組端面加工。
組合機床的通用零部件的功能分開動力零件，支持零件，運輸零件，控制零件和輔助零件5類。提供動力機械零部件的主要運動與進給運動，主要動力箱（電機的旋轉運動交主軸箱）、切削頭（裝各主軸，單曲被各工序的加工），動力船臺安裝動力箱或切削頭實現(xiàn)進給運動）；支持零部件安裝動力船臺，具有進給機構的切削頭和夾具等零件，側基礎，中間基礎，臺燈，可變臺燈，柱子的底座等；輸運品運輸工作和主軸箱加工工序的零件，主要分度回轉工作臺，環(huán)狀分度回轉工作臺，分度鼓輪和來回移動工作臺等；制御裝置控制機床的自動作業(yè)周期的零件，液壓站，電柜和操縱臺等在內的；補助部件潤滑，冷卻裝置等并列屑。配置不同型號，組合機床可分為單向位多級兩大類。那個單向位組合機床加工方面的數量是單面，兩面，三面和四方四種，通常是各加工部位是同時進行的第一手加工，多級組合機床是旋轉工作桌面，桌面，往返工作長柱式和轉鼓輪式4種加工部位多次加工。通用零部件按功能可分為動力的零部件，支持零件，運輸零件，控制零件和輔助零件五類。
1.5.2 組合機床的技術發(fā)展趨勢
最古老的組合機床1911年美國制成，加工用汽車零部件。1953年，美國福特汽車公司和通用汽車公司和美國機床廠家協(xié)商，確定了組合機床通用零部件的標準化的原理。1973年，國際標準化機構（ISO）發(fā)表了的第1批的組合機床通用零部件標準。1975年，中國首次的機械工業(yè)部公布的是中國首批組合機床通用零部件標準。組合機床現(xiàn)代發(fā)展的方向主要有以下幾個特點：
a，組合機床的品種的發(fā)展重點。組合機床的這類的專用機，旋轉多級組合機床和自動生產線的占有很重要的地位。這兩種機床工作的許多加工工序的加工工程分配更多的方向，一邊從工作物的幾個方面進行加工，另外，更位錯夾具（回轉工作臺機器），通過或位錯反轉裝置（自動線）的實現(xiàn)工作五面加工和全部加工的，所以非常高的自動化程度和生產效率、汽車、摩托車、壓縮機等工業(yè)部門采用。
b，自動線節(jié)奏縮短。現(xiàn)在，大量的生產特點的轎車和小型卡車，發(fā)動機的年產量是通常60萬臺左右，實現(xiàn)這樣的大樂途生產，旋轉多級組合機床和自動線三組的運行狀況下，其節(jié)奏時間一般在20 ~ 30秒，本品生產樂途更大的時候，機床的節(jié)奏也多少時間縮短。自動線短的節(jié)奏，主要是通過基本時間縮短輔助時間來實現(xiàn)的?；究s短時間的主要途徑是采用新的刀具材料，通過嶄新的刀具切削速度和傳送速度提高基本時間縮短。輔助時間縮短主要包括工作縮短運輸、加工模塊迅速導入及加工模塊跳過轉換工進入刀切割工作時間。這部分的空閑時間變短的日程，采用普遍提高ー（ー直送）或托盤的進給速度和加工模塊的高速移動速度?，F(xiàn)在，托盤輸送速度在60米/ min或更高的加工模塊快速移動速度為40米/ min。
c，組合機床柔性化急速前進。10年，作為組合機床重要客戶的汽車工業(yè)，個性的滿足需求的人們，汽車變壓器品種的增加，多品種展開競爭是汽車市場競爭的特征之一，組合機床制造業(yè)面臨的變壓器多品種生產的挑戰(zhàn)。生產多品種的適應，傳統(tǒng)的加工，單一品種的剛性必須提高組合機床和自動線那個撓性。組合機床的靈活化主要采用數字控制技術實現(xiàn)的。柔性開發(fā)組合機床和柔性自動生產線的重要前提是開發(fā)數控加工，模塊長期發(fā)展歷史的加工中心開發(fā)的技術數控加工模塊提供大人的經驗。柔性模塊、數控加工構成的組合機床和柔性自動線，應用和改變NC程序實現(xiàn)自動換，自動交換很多軸箱和變更日程，循環(huán)，切削加工工作參數以及加工的位置等適應變壓器品種的加工。
組合機床自動線柔性化的快速發(fā)展和節(jié)奏的時間縮短，充分顯示了數控技術與刀技術集團機床自動生產線帶來的技術的進步，柔性自動線多品種，大量生產重要的技術裝備。但是在這里指出，必須組合機床和自動線實現(xiàn)柔性化發(fā)展的同時，加工中心高速化發(fā)展異常。組合機床加工中心和競爭的激烈。
d天天向上，加工精度。特別是1970年代中期以后，汽車制造業(yè)強化其汽車的競爭力，不斷嚴厲的那個發(fā)動機的關鍵件制造公差計算機輔助測量和分析方法和設備能力，其產品的質量檢查。這無疑是對組合機床和自動生產線提出更高的要求。組合機床廠家為了滿足用戶ー加工精度高的要求，進一步提高主軸部件、鏜桿，夾具（包括保齡球型）的精度，采用新的專用工具，優(yōu)化切削過程，采用刀具尺寸的測量和控制系統(tǒng)控制機床和零部件的熱變形等一系列措施外，現(xiàn)在，空心工具錐柄（HSK）統(tǒng)計和過程質量控制（SPC）的應用已經自動陣容和控制加工精度的新的重要的技術手段。
e，綜合自動化程度天天向上。近10年，進一步提高工作的加工精度，減少工作在生產過程中的中間儲存、運輸和生產過程時間縮短，ー加工過程的一些非切削加工流程（例如工程之間的清洗，測量，組裝測試泄漏等）綜合自動線和自動生產線編制生產系統(tǒng)，ー加工，表面處理，實現(xiàn)測量和裝配等工序綜合自動化。
f，其他的技術的應用的動向。工業(yè)發(fā)達國家的組合機床行業(yè)，下列技術的廣泛的應用。組合機床設計CAD技術普及在海外很多公司里，組合機床設計已經普遍CAD設計室工作站，幾乎很難見到傳統(tǒng)的繪圖板。CAD除了工作之外，畫之外，還有構件的剛度分析（有限要素法），組合機床和自動生產線設計方案比較和選擇和方案已經報價等廣泛的應用，從而顯著提高了設計的質量和設計周期縮短。更多的公司海外組合機床和自動生產線編成模塊的方面的系列化的共同化程度高（普通的90%以上）組合機床和自動線的交貨期短點。
2 組合機床的總體設計
2.1 組合機床方案的制定
2.1.1制定工藝方案
零件加工工藝將決定組合機床的加工質量、生產率、總體布局和夾具結構等。所以，在制定工藝方案時，必須計算分析被加工零件圖，并深入現(xiàn)場了解零件的形狀、大小、材料、硬度、剛度，加工部位的結構特點加工精度，表面粗糙度，以及定位，夾緊方法，工藝過程，所采用的刀具及切削用量，生產率要求，現(xiàn)場所采用的環(huán)境和條件等等。并收集國內外有關技術資料，制定出合理的工藝方案。
根據被加工零件（蝸輪箱體（二））的零件圖（圖2.1），加工5個孔的工藝過程：
(1) 加工孔的要技術要求。
5個直徑均為Φ6.8mm (5-M8螺紋底孔)。
工件材料為HT200，HB170-241HBS
要求生產綱領為（考慮廢品及備品率）年產量5萬件，2班制生產，每班6小時，每年工作300天。
(2) 工藝分析
加工該孔時，孔的位置度公差為0.05mm。
根據組合機床的工藝方法及能達到的精度，可采用如下的加工方案：
一次性加工通孔，孔徑為Φ6.8mm。
(3) 定位基準及夾緊點的選擇
加工此零件上的孔，以上表面限制三個自由度和右端面限制三個自由度，位于中間的孔通過螺桿起到了很好的夾緊作用。
在保證加工精度的情況下，提高生產效率減輕工人勞動量，由于工件是大批量生產，因此在設計時就認為是人工夾緊。
2.1.2確定組合機床的配置形式和結構方案
(1)被加工零件的加工精度
被加工零件需要在組合機床上完成的加工工序及應保證的加工精度，是制造機床方案的要依據。蝸輪箱體（二）鉆孔的精度要求較高，可采用鉆孔組合機床。為了加工出表面粗糙度為Ra1.6um的孔，采取提高機床原始制造精度和工件定位基準精度并減少夾壓變形等措施就可以了。為此，機床通常采用尾置式齒輪動力裝置，進給采用液壓系統(tǒng)，被加工零件圖如圖2.1所示
圖2.1 蝸輪箱體（二）
(2) 被加工零件的特點
這要指零件的材料、硬度加工部位的結構形狀，工件剛度定位基準面的特點，它們對機床工藝方案制度有著重要的影響。此蝸輪箱體（二）的材料是HT200、硬度HB170～241、孔的直徑為Φ6.8mm。采用多孔同步加工，零件的剛度足夠，工件受力不大，振動，及發(fā)熱變形對工件影響可以不計。
一般來說，孔中心線與定位基準面平行且需由一面或幾面加工的箱體宜用臥式機床，立式機床適宜加工定位基準面是水平的且被加工孔與基準面垂直的工件，而不適宜加工安裝不方便或高度較大的細長工件。對大型箱體件采用單工位機床加工較適宜，而中小型零件則多采用多工位機床加工。
此零件的加工特點是中心線與定位基準平面是垂直的，并且定位基準面是水平的，工件較小，其孔分布較密集，主軸箱體積較大，一次鉆孔，選擇立式鉆床。
(3) 零件的生產批量
零件的生產批量是決定采用單工位、多工位、自動線或按中小批量生產特點設計組合機床的重要因素。按設計要求生產綱領為年生產量為5萬件，從工件外形及輪廓尺寸，為了減少加工時間，采用多軸頭，為了減少機床臺數，此工序盡量在一臺機床上完成，以提高利用率。
(4) 機床使用條件
根據使用組合機床對車間布置情況、工序間的聯(lián)系、技術能力和自然條件等的要求來選擇適合的組合機床。
綜合以上所述：通過對蝸輪箱體（二）零件的結構特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術要求、定位、夾緊方式、工藝方法，并定出影響機床的總體布局和技術性能等方面的考慮，最終決定設計四軸頭多工位同步鉆床。
2.2 確定切削用量及選擇刀具
2.2.1確定工序間余量
為使加工過程順利進行并穩(wěn)定的保證加工精度，必須合理地確定工序余量。生產中常用查表給出的組合機床對孔加工的工序余量，以消除轉、定位誤差的影響。Φ6.8mm的孔在鉆孔時，直徑上工序間余量均為0.2mm。
2.2.2選擇切削用量
確定了在組合機床上完成的工藝內容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設計的組合機床為多軸同步加工在大多數情況下，所選切削用量，根據經驗比一般通用機床單刀加工低30%左右．多軸軸箱上所有刀具共用一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺，工作時，要求所有刀具的每分鐘進給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進給量（mm/min）應是適合有刀具的平均值。因此，同一軸箱上的刀具軸可設計成同轉速和同的每轉 進給量（mm/r）與其適應。以滿足直徑的加需要，即：
…………………………………2.1
式中： … ——各軸轉速（r/min）
——各軸進給量（mm/r）
——動力滑臺每分鐘進給量（mm/min）
由于蝸輪箱體（二）鉆孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術要求等，按照經濟地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：孔鉆頭直徑D=6.8mm，進給量f=0.2mm/r、切削速度v=17m/min
2.2.3確定切削力、切削扭矩、切削功率
根據選定的切削用量（要指切削速度v及進給量f）確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）；確定切削扭矩，用以確定軸及其它傳動件（齒輪，傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇傳動電動（一般指動力箱）功率，通過查表計算如下：
切削力： =26…………………………2.2
=26×6.8××
=4372N
切削扭矩： =10………………………2.3
=10×××
=30463.4N·mm
切削功率： =……………………………2.4
=30463.4×17/(9740×3.14×6.8)
=0.717kw
式中： HB——布氏硬度
F——切削力（N）
D——鉆頭直徑（mm）
f——每轉進給量（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選擇刀具結構
蝸輪箱體（二）的布氏硬度在HB170-241，孔徑D為6.8mm刀具的材料選擇高速鋼鉆頭（W17Cr4V），為了使工作可靠、結構簡單、刃磨簡單，選擇標準Φ6.8mm的麻花鉆?？准庸さ毒叩拈L度應保證加工終了時刀具螺旋槽尾端與導向套之間有30～50mm的距離，以便排出切屑和刀具磨損后有一定的向前的調整量。
2.3 鉆孔組合機床總設計“三圖一卡”的編制
總體設計方案的圖紙表達形式——“三圖一卡”設計，其內容包括：
繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖、編制生產率卡。
2.3.1 被加工零件工序圖
1、被加工零件工序圖的作用及內容
被加工零件工序圖是根據選定的工藝方案，表示一臺組合機床完成的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求，加工用的定位基準、夾具部位及被加工零件的材料、硬度等狀況的圖紙。它是在原零件圖基礎上，突出本機床的加工的內容，加上必要的說明繪制成的，是組合機床設計的要依據，也是制造、使用、檢驗和調整機床的重要技術文件。蝸輪箱體（二）鉆孔組合機床的被加工零件工序圖如2.2所示。
圖上要內容：
（1）被加工零件的形狀，要外廓尺寸和本機床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技術要求，以及對上道工序的技術要求等。
（2）本工序所選定的定位基準、夾緊部位及夾緊方向。
（3）被加工零件的名稱、編號、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。
2、繪制被加工零件工序圖的注意事項
（1）為了使被加工零件工序圖清晰明了，一定要圖出被本機床的加工內容。繪制時，應按一定的比例，選擇足夠的視圖及剖位視圖，突出加工部位（用粗實線），并把零件輪廓及與機床、夾具設計有關粗實線標記。如圖2.2中定位基準，機械夾壓位置及方向，輔助支承均須用規(guī)定的符號部（用細實線）表清楚，凡本道工序保證的尺寸、角度等，均應在尺寸數值下方面用表示出來。
圖2.2蝸輪箱體（二）工序圖
（2）加工部位的位置尺寸應由定位基準注起，為便于加工及檢查，有時因所選定位基準與設計基準不重合，則須對加工部位要求位置尺寸精度進行分析換算。
2.3.2 加工示意圖
1、加工示意圖的作用和內容
加工示意圖是被加工零件工藝方案在圖樣上的反映，表示被加工零件在機床上的加工過程，刀具的布置以及工件、夾具、刀具的相對位置關系，機床的工作行程及工作循環(huán)等，是刀具、夾具、主軸箱、電氣和液壓系統(tǒng)設計選擇動力部件的要依據，是整臺組合機床布局形式的原始要求，也是調整機床和刀具所必需的重要文件。圖2.3為蝸輪箱體（二）鉆孔的加工示意圖
圖2.3加工示意圖
在圖上應標注的內容：
（1）機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程。
（2）工件、夾具、刀具及主軸箱端面之間的距離等。
（3）軸的結構類型，尺寸及外伸長度；刀具類型，數量和結構尺寸、接桿、導向裝置的結構尺寸；刀具與導向置的配合，刀具、接桿、軸之間的連接方式，刀具應按加工終了位置繪制。
2、繪制加工示意圖之前的有關計算
（1）刀具的選擇
刀具選擇考慮加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生產率要求等因素。刀具的選擇前已述及，此處就不在追述了。
（2）導向套的選擇
在組合機床上加工孔，除用剛性軸的方案外，工件的尺寸、位置精度要取決于夾具導向。因此正確選擇導向裝置的類型，合理確定其尺寸、精度，是設計組合機床的重要內容，也是繪制加工示意圖時必須解決的內容。
1）選擇導向類型 根據刀具導向部分直徑和刀具導向的線速度v=17m/min，選擇固定式導向。
2）導向套的參數 根據刀具的直徑選擇固定導向裝置
固定導向裝置的標準尺寸如下表：
表2.1 固定導向裝置的標準尺
d
d1
D
D1
D2
l
l1
l2
l3
l4
L5
6.8
6.8
40
30
34
150
40
6.8
12
17
46
固定裝置的配合如下表：
表2.2 固定裝置的配合
導向
類別
工藝
方法
D
D
D1
刀具導向
部分外徑
固定
導向
鉆孔
G7（或F7）
H7/g6
H7/n6
g6
固定導向裝置的布置如圖2.4所示
圖2.4 固定導向裝置的布置
（3）初定軸類型、尺寸、外伸長度
因為軸的材料為40Cr，剪切彈性模量G=71.0GPa,剛性軸取ψ＝1／4（0）／m,所以B取2.316，
根據剛性條件計算軸的直徑為：
dB……………………………………2.59
式中： d——軸直徑（mm）（24.65）
T——軸所承受的轉矩（N·mm）
B——系數
本設計中軸直徑d=6.8mm,軸外伸長度為：L=115mm，D/為40/27。
（4）選擇刀具接桿
由以上可知，主軸箱各軸的外伸長度為一定值，而刀具的長度也是一定值，因此，為保證主軸箱上各刀具能同時到達加工終了位置，就需要在軸與刀具之間設置可調環(huán)節(jié)，這個可調節(jié)在組合機床上是通過可調整的刀具接桿來解決的,連接桿如圖2.5所示，
圖2.5 可調連接桿
連接桿上的尺寸d與軸外伸長度的內孔D配合，因此，根據接桿直徑d選擇刀具接桿參數如表2.3所示：
表2.3 可調接桿的尺寸
d
D1(h6)
d2
d3
L
l1
l2
l3
螺母
厚度
27
Tr27×2
莫氏1號
12.061
36
6.85
51
42
50
12
（5）確定加工示意圖的聯(lián)系尺寸
從保證加工終了時軸箱端面到工件端面間距離最小來確定全部聯(lián)系尺寸，加工示意圖聯(lián)系尺寸的標注如圖2.3所示。其中最重要的聯(lián)系尺寸即工件端面到主軸箱端面之間的距離（圖中的尺寸321mm）,它等于刀具懸伸長度、螺母厚度、軸外伸長度與接桿伸出長度（可調）之和，再減去加工孔深度和切出值。
（6）工作進給長度的確定
如圖2.6工作進給長度應等于工件加工部位長度L與刀具切入長度和切出長度之和。切入長應應根據工件端面誤差情況在5～10mm之間選擇，誤差大時取大值，因此取=7mm，切出長度=1/3d+(3～7)= x6.8+712mm，所以=7+12+12=32mm.
（7）快進長度的確定
考慮實際加工情況，在未加工之前，保證工件表面與刀尖之間有足夠的工作空間，也就是快速退回行程須保證所有刀具均退至夾具導套內而不影響工件裝卸。這里取快速退回行程為120mm，快退長度等于快速引進與工作工進之和，因此快進長度120-45=75mm.
2.3.3機床聯(lián)系尺寸圖
圖2.7 機床聯(lián)系尺寸圖
1、聯(lián)系尺寸圖的作用和內容
一般來說，組合機床是由標準的通用部件——動力箱、動力滑臺、立柱、立柱底座加上專用部件組合而成。聯(lián)系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配和運動關
系，以檢驗機床各部件的相對位置及尺寸聯(lián)系是否滿足要求，通用部件的選擇是否合適，并為進一步開展軸箱、夾具等專用部件、零件的設計提供依據。聯(lián)系尺寸圖也可以看成是簡化的機床總圖，它表示機床的配置型式及總體布局。
如圖2.7所示，機床聯(lián)系尺寸圖的內容包括機床的布局形式，通用部件的型號、規(guī)格、動力部件的運動尺寸和所用電動機的要參數、工件與各部件間的要聯(lián)系尺寸，專用部件的輪廓尺寸等。
2、選用動力部件
選用動力部件要選擇型號、規(guī)格合適的動力滑臺、動力箱。
（1）滑臺的選用 通常，根據滑臺的驅動方式、所需進給力、進給速度、最大行程長度和加工精度等因素來選用合適的滑臺。
1）驅動形式的確定 根據對液壓滑臺和機械滑臺的性能特點比較，并結合具體的加工要求，使用條件選擇HY系列液壓滑臺。
2）確定軸向進給力 滑臺所需的進給力
=∑=5×4372=34976N
式中： ——各軸加工時所產生的軸向力
由于滑臺工作時，除了克服各軸的軸的向力外，還要克服滑臺移動時所產生的摩擦力。因而選擇滑臺的最大進給力應大于＝34.976KN。
3）確定進給速度 液壓滑臺的工作進給速度規(guī)定一定范圍內無級調速，對液壓滑臺確定切削用量時所規(guī)定的工作進給速度應大于滑臺最小工作進給速度的0.5～1倍;液壓進給系統(tǒng)中采用應力繼電器時，實際進給速度應更大一些。本系統(tǒng)中進給速度=n·f=17mm/min。所以選擇1HY32ⅡA液壓滑臺，工作進給速度范圍20～650mm/min，快速速度10m/min。
4）確定滑臺行程 滑臺的行程除保證足夠的工作行程外，還應留有前備量和后備量。前備量的作用是動力部件有一定的向前移動的余地，以彌補機床的制造誤差以及刀具磨損后能向前調整。本系統(tǒng)前備量為20mm，后備量的作用是使動力部件有一定的向后移動的余地，為方便裝卸刀具，這里取70mm,所以滑臺總行程應大于工作行程，前備量，后備量之和。
即：行程L＞120+20+70=220mm，取L＝630mm。綜合上述條件，確定液壓動力滑臺型號1HY32ⅡA,以及相配套的滑臺底座（1CC321型）。
（2）由下式確定動力箱的選用 動力箱要依據多軸所需的電動機功率來選用，在主軸箱沒有設計之前，可算
＝／η……………………………2.6
＝4*0.717／0.7
＝3.5KW
式中：η——主軸箱傳動效率，加工黑色金屬時η＝0.7～0.9；有色金屬時η＝0.7～0.7，本系統(tǒng)加工HT200，取η＝0.7．
動力箱的電動機功率應大于計算功率，并結合軸要求的轉速大小選擇。因此，選用電動機型號為Y132M1-6的1TD32I型動力箱，動力箱輸出軸至箱底面高度為170mm。要技術參數如下表：
表2.4電機型號及參數
電機傳動型號
轉速范圍（r/min）
電機功率（）
配套軸部件型號
電機轉速
輸出轉速
D50 Y160M-6
970
470
7.5
1HY32ⅡA,1CC321,1CD321
3、配套支承部件的選用
立柱底座1CD322。
4、確定裝料高度
裝料高度指工件安裝基面至機床底面的垂直距離，在現(xiàn)階段設計組合機床時，裝料高度可視具體情況在H＝570～1060mm之間選取，本系統(tǒng)取裝料高度為700mm。
5、中間底座輪廓尺寸
中間底座的輪廓尺寸要滿足滑臺在其上面聯(lián)接安裝的需要，又考慮到與立柱底座相連接。因此，中間底座采用側底座1CD321。
6、確定主軸箱輪廓尺寸
本機床配置的主軸箱總厚度為630mm，寬度和高度按標準尺寸中選取。計算時，主軸箱的寬度B和高度H可確定為：B=630，H=400
根據上述計算值，按軸箱輪廓尺寸系列標準，最后確定軸箱輪廓尺寸B×H=630×400mm。
2.3.4生產率計算卡
生產率計算卡是反映所設計機床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產率、負荷率等技術文件，通過生產率計算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對生產率及負荷率的要求。計算如下：
切削時間： T切= L/vf+t?！?.7
= 45/74.7＋10/415
=0.66.8 min
式中： T切——機加工時間（min）
L——工進行程長度（mm）
vf—— 刀具進給量（mm/min）
t?！罁蹊F停留時間。一般為在動力部件進給停止狀態(tài)下，刀具旋轉5～10 r所需要時間。這里取10r
輔助時間 T輔 = +t移+t裝……………………2.7
= （75＋120）/1000+0.13+2
= 2.36.8min
式中： L3、L4 ——分別為動力部件快進、快退長度（mm）
vfk ——快速移動速度（mm/min）
t移 ——工作臺移動時間（min）,一般為0.05～0.13min,取0.13 min
t裝 ——裝卸工件時間（min）一般為0.5～1.5min,本例取2min
機床生產率 Q1 = 60/T單…………………………………2.9
= 60/（T切+T輔）
=60/（0.66.8+3.295）
=15.3 件/h
機床負荷率按下式計算 η = Q / Q1×100%…………………………2.10
= A / Q1tk×100%
=20000/15.3×1950×100%
=67.04%
式中：Q——機床的理想生產率（件/h）
A——年生產綱領（件）
tk——年工作時間，單班制工作時間tk =1950h
表2.5 生產率計算卡
3 主軸箱的設計
3.1 主軸箱的設計
3.1.1繪制主軸箱設計原始依據圖
主軸箱設計原始依據圖是根據“三圖一卡”繪制的如圖3.1所示:
圖3.1 鉆孔組合機床主軸箱
圖中主軸箱的兩定位銷孔中心連線為橫坐標，工件加工孔對稱，選擇箱體中垂線為縱坐標，在建立的坐標系中標注輪廓尺寸及動力箱驅動軸的相對位置尺寸。軸部為逆時針旋轉（面對軸看）。
軸的工序內容，切削用量及軸尺寸及動力部件的型號和性能參數如表3.1所示：
表3.1 軸外尺寸及切削用量
軸號
軸外伸尺寸
工序
內容
切削用量
D/d
L
N
（r/min）
V
(m/min)
f
(mm/r)
Vf
(mm/min)
1、2、
3、4
5、6
7、7
40/27
115
鉆Φ6.8
415
17
0.17
74.7
注：1．被加工零件編號及名稱：箱體材料：HT200 JB297-62；硬度: HB170-241，
前、后、側蓋等材料為HT150
2．動力部件型號：1TD32I動力箱，電動機型號Y160M-6；功率P＝7.5kw。
3.1.2齒輪模數選擇
本組合機床要用于鉆孔，因此采用滾珠軸承軸。
齒輪模數m可按下式估算：
m=(30～32)=32×≈2.3……………2.11
式中：m——估算齒輪模數
P——齒輪所傳遞的功率（kw）
Z——對嚙合齒中的小齒輪數
N——小齒輪的轉速（r/min）
為了模數計算還需要滿足中心距的關系
主軸箱輸入齒輪模數取m=2.5。取m=2.5齒輪分配可以圓整
3.1.3主軸箱的傳動設計
（1）根據原始依據圖（圖3.2），畫出驅動軸、軸坐標位置。如下表：
表3.2 驅動軸、軸坐標值
坐標
銷O1
驅動軸O
軸1
軸2
軸3
軸4
X
－175
0
37
37
-37
-37
Y
0
76.5
103.5
6.89.5
6.89.5
103.5
（2）確定傳動軸位置及齒輪齒數
圖3.2 齒輪的最小壁厚
2）傳動軸2為軸1，2，3，4都各自在同一同心圓上。
主軸箱的齒輪模數按驅動軸齒輪估算
………………………2.6.8
主軸箱輸入齒輪模數取m=2.5。軸1，2，3，4要求的轉速一致且較高，所以采用降速傳動。軸齒數選取Z=20，傳動齒輪采用z=22齒的齒輪，變位系數。傳動軸的轉速為:
…………………………2.15
由于前面選取了軸直徑為40，顯然傳動軸直徑都選取40，這樣為了減少傳動軸種類和設計題目需要由于傳動軸轉速是，則驅動軸至傳動軸的傳動比為:
……………………………2.16
所以選擇兩級傳動，且傳動比分配為：一級為1.0×1.0;二級為1.4×1.0。
驅動軸的直徑為40mm，由《組合機床簡明設計手冊》查得知：t=33.3mm,當m=3時，驅動軸上的齒數為：
Zmin≥………2.17
去驅動齒輪齒數Z=24。
通用的齒輪有三種，即傳動齒輪、動力箱齒輪和電機齒輪。材料均為45鋼，熱處理為齒部高頻淬火G54。本機床齒輪的選用按照下表選用
表2.7齒輪種類及參數
齒輪種類
寬度（mm）
齒 數
模數（mm）
孔徑（mm）
驅動軸齒輪
24
32
17～50連續(xù)
17～70
2、2.5、3
2、2.5、3、4
15、20、30、35、40
6.8、30、35、40、50
傳動軸齒輪
44（B型）
21-24
3
6.8、30、35、40、50
輸出軸齒輪
32
21-24
3
17、22、27、32、36
計算各軸轉速
使各軸轉速的相對轉速損失在5%以內，由公式：V= 知：
n1=n2=n3=n4=17x1000/3.6.8/6.8=415r/min…………………2.17
3.1.4繪制傳動系統(tǒng)圖
傳動系統(tǒng)圖是表示傳動關系是示意圖，即用以確定的傳動軸將驅動軸和各軸連接起來，繪制在主軸箱輪廓內的傳動示意圖，如圖3.3所示
圖3.3 鉆孔主軸箱傳動系統(tǒng)圖
圖中傳動軸齒輪和驅動軸齒輪為第Ⅰ排。在圖中標出齒輪的齒數、模數、變位系數，以校核驅動軸是否正確。另外，應檢查同排的非嚙合齒輪是否齒頂干涉；還畫出軸直徑和軸套直徑，以避免齒輪和相鄰的軸軸套相碰。
3.2 傳動軸的直徑估算
傳動軸除應滿足強度要求外，還應滿足剛度的要求，強度要求保證軸在反復載荷和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機床傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強度一般不失是要矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗算軸的強度。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過大的變形。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。
3.2.1 確定各軸轉速
⑴、確定軸計算轉速：計算轉速是傳動件能傳遞全部功率的最低轉速。各傳動件的計算轉速可以從轉速圖上，按軸的計算轉速和相應的傳動關系確定。
根據【1】表3-10，軸的計算轉速為
⑵、各變速軸的計算轉速：
①軸Ⅲ的計算轉速可從軸71r/min按72/17的變速副找上去，軸Ⅲ的計算轉速為
100r/min；
②軸Ⅱ的計算轉速為400r/min；
③軸Ⅰ的計算轉速為700r/min。
⑶、各齒輪的計算轉速
各變速組內一般只計算組內最小齒輪，也是最薄弱的齒輪，故也只需確定最小齒輪的計算轉速。
變速組c中，22/76只需計算z = 22 的齒輪，計算轉速為270r/min；
變速組b計算z = 17的齒輪，計算轉速為400r/min；
變速組a應計算z = 27的齒輪，計算轉速為700r/min。
⑷、核算軸轉速誤差
∵
∴
所以合適。
3.2.2傳動軸直徑的估算：確定各軸最小直徑
根據【5】公式（7-1），，并查【5】表7-13得到取1.
①Ⅰ軸的直徑：取
②Ⅱ軸的直徑：取
③Ⅲ軸的直徑：取
其中：P-電動機額定功率（kW）；
-從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積；
-該傳動軸的計算轉速（）；
-傳動軸允許的扭轉角（）。
當軸上有鍵槽時，d值應相應增大4～5%;當軸為花鍵軸時，可將估算的d值減小7%為花鍵軸的小徑;空心軸時，d需乘以計算系數b，b值見【5】表7-12。Ⅰ和Ⅳ為由鍵槽并且軸Ⅳ為空心軸，Ⅱ和Ⅲ為花鍵軸。根據以上原則各軸的直徑取值：，和在后文給定，軸采用光軸，軸和軸因為要安裝滑移齒輪所以都采用花鍵軸。因為矩形花鍵定心精度高，定心穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理變形，定心直徑尺寸公差和位置公差都能獲得較高的精度，故我采用矩形花鍵連接。按規(guī)定，矩形花鍵的定心方式為小徑定心。查【15】表5-3-30的矩形花鍵的基本尺寸系列，軸花鍵軸的規(guī)格；軸花鍵軸的規(guī)格。
3.2.3 鍵的選擇
查【4】表6-1選擇軸上的鍵，根據軸的直徑，鍵的尺寸選擇，鍵的長度L取22。軸處鍵的選擇同上，鍵的尺寸為，鍵的長度L取100。
3.3 傳動軸的校核
需要驗算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗算傾角時，若支撐類型相同則只需驗算支反力最大支撐處傾角；當此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時，則齒輪處傾角不必驗算。驗算撓度時，要求驗算受力最大的齒輪處，但通常可驗算傳動軸中點處撓度（誤差<%3）。
當軸的各段直徑相差不大，計算精度要求不高時，可看做等直徑，采用平均直徑進行計算，計算花鍵軸傳動軸一般只驗算彎曲剛度，花鍵軸還應進行鍵側擠壓驗算。彎曲剛度驗算；的剛度時可采用平均直徑或當量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡支梁，其撓度和傾角計