組合專機-后橋殼體雙面鉆組合機床總體及左主軸箱設(shè)計
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后橋殼體雙面鉆組合機床總體及左主軸箱設(shè)計
1前 言
多年來機械產(chǎn)品加工中廣泛采用的是萬能機床，但隨著生產(chǎn)的發(fā)展，很多企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量越來越大，精度越來越高，采用萬能機床加工就不能很好地滿足要求，于是一種較先進的機床——組合機床就產(chǎn)生了。組合機床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率的專用機床，設(shè)計這種組合機床就是提高生產(chǎn)效率和加工精度。自從組合機床誕生以來就一直在不斷的發(fā)展，其發(fā)展方向為：提高生產(chǎn)率 ；擴大工藝范圍；提高加工精度；提高自動化程度；提高組合機床及其自動線的可調(diào)性；創(chuàng)造小型組合機床；發(fā)展專能組合機床及自動線。發(fā)展組合機床及其自動線，廣泛地推廣使用組合機床，對于機械制造業(yè)，特別是汽車、拖拉機、柴油機、電動機、儀器、儀表、閥門、礦山機械、冶金、航空、紡織機械以及軍工部門等生產(chǎn)的發(fā)展，有著很重要的意義。
目前，組合機床在機械制造工業(yè)中應(yīng)用越來越普遍，并已顯示出其巨大的優(yōu)越。
組合機床與萬能機床和專用機床相比，有如下特點：
a．組合機床由70%～90%的通用部件組成，可以縮短設(shè)計和制造周期；而且在需要的時候，還可以部分或者全部進行改裝，以組成適應(yīng)新加工要求的新設(shè)備。這就是說組合機床有重新改裝的優(yōu)越性，其通用零部件可以多次重復(fù)利用。
b．組合機床是按照具體加工對象專門設(shè)計的，可以按最佳工藝方案進行加工。
c．在組合機床上可以同時從幾個方向采用多把刀具對幾個工件進行加工，是實現(xiàn)工序集中，提高生產(chǎn)率的最好途徑。
d．組合機床是在工件一次裝夾下，用多軸實現(xiàn)多孔同時加工有利于保證各孔相互之間的精度要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量；減少了工序工件間的搬運，改善了勞動條件；減少了占地面積。
e．由于組合機床大多數(shù)零部件是同類的通用部件，簡化了機床的維護和管理。
f．組合機床的通用部件可以組織專門工廠集中生產(chǎn)，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平，降低制造成本。
組合機床的設(shè)計，主要是針對被加工工件的加工工藝要求來設(shè)計主軸箱的傳動系統(tǒng)。根據(jù)被加工工件的特點，按一定的設(shè)計原理，結(jié)合各種影響機床性能的因素，經(jīng)分析后擬訂出可靠的工藝設(shè)計方案。在設(shè)計主軸箱時，根據(jù)被加工的工件工序圖設(shè)計的組合機床。需完成工藝內(nèi)容確定、加工部件的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求、定位基準、壓緊部件以及被加工零件的材料的確定。認真分析并初步確定設(shè)計方案，估計所需的功率，設(shè)計出符合本工序加工的組合機床。
2組合機床的總體設(shè)計（三圖一卡）
本次設(shè)計的課題為后橋殼體臥式雙面鉆組合機床，來源于鹽城超越組合機床有限公司。本次設(shè)計主要是針對后橋殼體左右面的孔系加工，以提高生產(chǎn)率和生產(chǎn)效益。
2.1組合機床工藝方案的制定
制定組合機床工藝方案是設(shè)計組合機床最重要的步驟之一。工藝方案制定的正確與否，將決定機床能否達到“重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、效率高、質(zhì)量好”的要求。
為了使機床方案制定的合理、先進，必須開展以工人為主體的“三結(jié)合”設(shè)計，密切聯(lián)系實際，總結(jié)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，全面了解被加工零件的加工情況和影響機床方案制定的因素。
被加工的零件是個后橋殼體，此殼體雙面有61個孔要加工：左側(cè)面鉆28個孔，右側(cè)面鉆33個孔。設(shè)計一臺雙面鉆孔的組合機床。
2.1.1 被加工零件的特點
工件材料及硬度、加工部位的結(jié)構(gòu)形式、工件的剛性、工藝基面等，對于機床工藝方案的制定都有重要的影響。加工同樣精度的孔，加工鋼件比加工鑄鐵件的工步數(shù)就多一些。加工薄壁易振的工件，安排工序時要防止共振，否則，將嚴重影響加工精度。當工件內(nèi)壁孔徑大于外壁孔徑時，只能采用鉆孔的加工方法，加工時工件讓刀，使鉆頭定向后送進工件，方能加工。
工件的剛性不足，加工時工序就不能太集中。有時為了減少機床臺數(shù)，必須采取高度集中工序時，從安排上，也必須把一些工序從時間上錯開加工，以免同時加工時因工件受力變形、發(fā)熱變形以及振動而影響加工精度。
必須重視工件在組合機床加工前已完成的工序以及毛坯孔的質(zhì)量。當毛坯孔余量很大或鑄造質(zhì)量較差，有大毛刺時，有時則安排粗拉荒工序，對幾個同心孔常采用粗擴的加工方法。工件有無適當?shù)墓に嚮嬉彩怯绊懝に嚪桨钢贫ǖ闹匾蛩亍?
2.1.2 機床使用條件的影響
a．車間布置情況
如工件輸送滾道的高度就直接影響機床的裝料高度。當工件輸送滾道穿過機床時，機床就得設(shè)計為通過式的，配置面數(shù)就不能超過三面，同時裝卸工件只能推進拉出，機床通常不能安置中間導(dǎo)向。如果車間面積有限，常常使機床的輪廓尺寸受到限制。有的機床安裝在樓上，因而對機床單位面積的重量也有嚴格要求。此外，生產(chǎn)線的流水方向，機床在車間的安裝位置等也對機床配置方案有一定的影響。
b. 工藝間的聯(lián)系情況
工件在到組合機床加工之前，工件的毛坯或半成品必須達到一定的要求，否則將使在機床夾具上定位夾緊不可靠，以至造成刀具的損壞，或者不能保證要求的加工精度。
c. 使用廠的技術(shù)后方和自然條件
如果使用廠沒有相當能力的工具車間，對于造成刃磨復(fù)雜的整體復(fù)合刀具有困難，擬訂方案時，應(yīng)當避免采用這類刀具。工廠所處地方氣候過于炎熱，車間溫度過高，使用液壓傳動機床工作性能不穩(wěn)定時，則可選用機械通用部件配置機床。
繪制組合機床“三圖一卡”，就是針對具體零件，在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進行組合機床總體方案圖樣文件設(shè)計。其內(nèi)容包括：繪制被零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產(chǎn)率計算卡等。
2.2 被加工零件工序圖
被加工零件工序圖是根據(jù)制訂的工藝方案，表示所設(shè)計的組合機床上完成的工藝內(nèi)容，加工部件的尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求，加工用的定位基準、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前加工余量、毛坯成品情況的圖樣。除了設(shè)計研制合同外，它是組合機床設(shè)計的具體依據(jù)，也是制造、使用、調(diào)整和檢驗機床精度的重要文件。被加工零件工序圖是在被加工零件圖基礎(chǔ)上，突出本機床或自動線的加工內(nèi)容，并做必要的說明而繪制的。其主要內(nèi)容包括：
a.被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設(shè)計有關(guān)部位結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。當需要設(shè)置中間導(dǎo)向時，則應(yīng)把設(shè)置中間導(dǎo)向臨近的工件內(nèi)部助、壁部助及有關(guān)結(jié)構(gòu)形狀和尺寸表示清楚，以便檢查工作、夾具、刀具之間是否相互干涉。
b.本工序所選用的定位基準、夾壓部位及夾緊方向。后橋殼體的定位方案為一面兩銷。
c.本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術(shù)要求以及對上道工序的技術(shù)要求。
d.注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量。
繪制被加工零件工序圖的規(guī)定及注意事項：
e.使被加工零件工序圖表達清晰明了，突出本工序內(nèi)容，繪制是規(guī)定：應(yīng)按一定的比例，繪制足夠的主視圖以剖面；本工序加工部位用粗實線表示。保證的加工部位尺寸及位置尺寸數(shù)值下方畫“＿”粗實線。
f.應(yīng)注明零件加工對機床提出的某些特殊要求。
g.本工序加工部位的位置尺寸應(yīng)與定位基準直接發(fā)生關(guān)系。當本工序定位基準與設(shè)計基準不符時，必須對加工部位的位置精度進行分析和換算，并把不對稱公差換算為對稱公差。有時也可將工件某一主要孔的位置尺寸從定位基準面開始標注，其余各孔則以該孔為基準標注。
后橋殼體雙面鉆床的被加工零件的工序圖如圖2-1所示。
圖2-1被加工零件工序圖
2.3 加工示意圖
A.加工示意圖的作用和內(nèi)容
加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案逐步確定的基礎(chǔ)上繪制的。它是表達工藝方案具體內(nèi)容的機床工藝方案圖。它是設(shè)計刀具、輔具、夾具、多軸箱和液壓、電氣系統(tǒng)以及選擇動力部件、繪制機床總聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調(diào)整機床和刀具所必須的重要文件。
加工示意圖應(yīng)表達和標注的內(nèi)容有：機床的加工方法、切削用量、工作循環(huán)和工作行程；工件、刀具及導(dǎo)向、托架及多軸箱之間的相對位置及聯(lián)系尺寸；主軸結(jié)構(gòu)類型、尺寸及外伸長度；刀具類型、數(shù)量和結(jié)構(gòu)尺寸；接桿、浮動卡頭、導(dǎo)向裝置、攻螺紋靠模裝置等結(jié)構(gòu)尺寸；刀具、導(dǎo)向套間的配合，刀具、接桿、主軸之間的連接方式及配合尺寸等。
B.繪制加工示意圖的注意事項
加工示意圖應(yīng)繪制成展開圖，按比例用細實線畫出工件外形。加工部位、加工表面畫粗實線。必須使工件和加工方位與機床布局相吻合。為簡化設(shè)計，對同一多軸箱上結(jié)構(gòu)尺寸完全相同的主軸只畫一根，但必須在主軸上標注與工件孔號相對應(yīng)的軸號。一般主軸的分布不受真實距離的限制。當主軸彼此間很近或需設(shè)置結(jié)構(gòu)尺寸較大的導(dǎo)向裝置時，必須以實際中心距嚴格按比例畫，以便檢查相鄰主軸、刀具、輔具、導(dǎo)向等是否相互干涉。主軸應(yīng)從多軸箱端面畫起；刀具畫加工終了位置。對采用浮動卡頭的鏜孔刀桿，為避免刀桿退出導(dǎo)向時下垂，常選用托架支撐退出的刀桿。這時必須畫出托架并標出聯(lián)系尺寸。采用標準通用結(jié)構(gòu)只畫外輪廓，但須加注規(guī)格代號；對一些專用結(jié)構(gòu)，如專用的刀具、導(dǎo)向、刀桿托架、專用接桿或浮動卡頭等，須用剖視圖表示其結(jié)構(gòu)，并標注尺寸、配合及精度。
繪制的加工示意圖如圖2-2所示。
圖2-2 加工示意圖
2.3.1 組合機床切削用量的選擇
合理地選擇切削用量，可提高鉆孔生產(chǎn)率，并能降低成本。選擇用量的一般原則與車削相同：先選擇切削深度，再選進給量，最后確定切削速度。
表2-3 切削用量
加工直徑d
(毫米)
HB=160～200
HB=200～241
HB=300～400
V(米/分)
V(米/分)
V(米/分)
1～6
16～24
0.07～0.12
10～18
0.05～0.1
5～12
0.03～0.08
6～12
0.12～0.2
0.1～0.18
0.08～0.15
12～22
0.2～0.4
0.18～0.25
0.15～0.20
22～50
0.4～0.8
0.25～0.4
0.20～0.30
2.3.2 選擇切削深度
這是根據(jù)被加工孔的直徑來選擇的。加工的孔直徑為φ25mm,φ10.2mm，和8.5mm。1～4孔锪平，鉆5～7，21～24孔深23mm，8～20孔深10.2mm，27,28孔深18mm。
2.3.3 確定進給量
根據(jù)文獻[1]查表6-11硬質(zhì)合金鉆頭切削用量。加工材料為HT200，硬度190～240HBS。
進給量：孔1～4 =0.36mm/r
孔5～15，16～26 =0.11mm/r
孔27，28 =0.11mm/r
2.3.4確定鉆削速度
同上確定 孔1～4 =40mm/min
孔5～15，16～26 =40mm/min
孔27，28 =40m/min
由文獻[5]可知：
（2-1）
（2-2）
式中：——切削速度（m/min）；——刀具直徑（mm）；
——刀具每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）；——進給量（mm/r）；
圓整后的切削速度（m/min）；刀具每分總的進給量（mm/min）。所以由公式（3-1）得：
1～4孔轉(zhuǎn)速r/min
5～26孔轉(zhuǎn)速r/min
27，28孔轉(zhuǎn)速r/min
可由文獻[5]2.17可知圓整為110r/min，375r/min。
由公式（2-1）變換得實際切削速度：
1～4孔m/min
5～26孔m/min
27，28孔m/min
由公式（2-2）得工進速度：
1～4孔 mm/min
5～26孔 mm/min
27，28孔 mm/min
2.3.5 切削功率，切削力，轉(zhuǎn)矩以及刀具耐用度的選擇
查文獻[1]表6-20得公式：
切削力 (2-3）
切削轉(zhuǎn)矩 (2-4）
切削功率 (2-5）
式中： ——切削力（N）；V——切削速度（m/min）；
——鉆頭直徑（mm）；k——修正系數(shù)0.1；
——進給量（mm/r）；Vf——每分鐘進給量（mm/min）；
——抗拉強度（MPa）。
D=φ25mm、φ10.2mm、φ8.5mm =0.36mm =600Mpa V=47.1m/min
由公式（2-3）得： 1～4孔 N
5～26孔 N
27，28孔 N
由公式（2-4）得： 1～4孔 kN.m
5～26孔kN.m
27，28孔kN.m
由公式（2-5）得： 1～4孔 kW
5～26孔 kW
27，28孔 kW
傳動系統(tǒng)確定以后，主軸箱所需功率按下列公式計算：
(2-6)
式中： ——切削功率，單位為KW；
——空轉(zhuǎn)功率，單位為KW；
——與負荷成正比的功率損失，單位為KW。
每根主軸的切削功率，由選定的切削用量按公式計算或查圖表獲得；每根軸的空轉(zhuǎn)功率按文獻[1]表4-6得確定；每根軸上的功率損失，一般可取所傳遞功率的1%。
則在本課題中主軸箱所需的功率計算如下：(前面算出切削功率為1.296KW)
= (2-7)
=4×0.046+0.03×24
=0.904KW
=0.1 (2-8)
=0.1=0.737KW
則 =0.904+7.37+0.737=9.011KW
主軸箱所需的進給力（單位為N）可按下式計算：
(2-9)
式中:——各主軸所需的軸向切削力，單位為N。
在本課題中主軸箱所需的進給力計算如下：
由于各主軸所需的軸向切削力在前面已經(jīng)計算得出，則：
=30229+67834+5005
=103068N
2.3.6 組合機床生產(chǎn)率的計算
根據(jù)加工示意圖所確定的工作循環(huán)及切削用量等，就可以計算機床生產(chǎn)率并編制生產(chǎn)率計算卡。生產(chǎn)率計算卡是反映機床生產(chǎn)節(jié)拍或?qū)嶋H生產(chǎn)率和切削用量、動作時間、生產(chǎn)綱領(lǐng)及負荷等關(guān)系的技術(shù)文件。它是用戶驗收機床生產(chǎn)效率的重要依據(jù)。
a.理想生產(chǎn)率(單位為件/h)是指完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)A(包括備品及廢品率)所要求的機床生產(chǎn)率。它與全年工時總數(shù)tk有關(guān),這里兩班制tk取4600h，由文獻[1]的第51頁公式：
（2-10）
得出： =80000/4600=19.39件/時
b.實際生產(chǎn)率(單位為件/h)是指所設(shè)計機床每小時實際可生產(chǎn)
（2-11）
式中:——生產(chǎn)一個零件所需時間(min)，可按下式計算：
（2-12）
式中:——分別為刀具工作進給長度,單位為mm；
——分別為刀具工作進給量,單位為mm/min；
——當加工沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時，滑臺在死擋鐵上的停留時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)5～10轉(zhuǎn)所需的時間，單位為min；
——分別為動力部件快進、快退行程長度，單位為mm;
——動力部件快速行程速度。用機械動力部件時取5～6m/min;用液壓動力部件時取3～10m/min；
——直線移動或回轉(zhuǎn)工作臺進行一次工位轉(zhuǎn)換時間，一般取0.1min；
——工件裝、卸（包括定位或撤銷定位、夾緊或松開、清理基面或切屑及吊運工件）時間。它取決于裝卸自動化程度、工件重量大小、裝卸是否方便及工人的熟練程度。通常取0.5～1.5min。
如果計算出的機床實際生產(chǎn)率不能滿足理想生產(chǎn)率要求,即QQ時候，機床負荷率為二者之比。
組合機床負荷率一般為0.75～0.90,自動線負荷率為0.6～0.7。典型的鉆、鏜、攻螺紋類組合機床，按其復(fù)雜程度確定；對于精度較高、自動化程度高或加工多品種組合機床，宜適當降低負荷率。
（2-14）
則
具體請見表2-8生產(chǎn)率計算卡。
2.4機床聯(lián)系尺寸圖及相關(guān)計算
機床聯(lián)系尺寸總圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并按初步選定的主要通用部件以及確定的專用部件的總體結(jié)構(gòu)而繪制的。
機床聯(lián)系尺寸圖表示的內(nèi)容有：1）表明機床的配置型式和總布局。2）完整齊全地反映各部件的主要裝配關(guān)系和聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運動部件的運動極限位置及各滑臺工作循環(huán)總的工作行程和前后行程備量尺寸。3）標注主要通用部件的規(guī)格代號和電動機的型號、功率及轉(zhuǎn)速，并標出機床分組編號及組件名稱，全部組件應(yīng)包括機床全部通用及專用零部件，不得遺漏。4）表明機床驗收標準及安裝規(guī)程。5）選擇動力部件等。
A 選擇動力部件
動力部件的選擇主要是確定動力箱和動力滑臺。本次設(shè)計的是根據(jù)以定的工藝方案和機床配置型式并結(jié)合使用及修理等因素，確定機床為臥式雙面機械傳動組合機床，機械滑臺實現(xiàn)工作進給運動。
根據(jù)文獻[5]表2.22 高速剛鉆頭鉆剛時消耗的功率得
Pc左=9.01kW Pc右=7.8kW
(2-15)
式中為主軸箱的傳動效率，加工黑色金屬時取0.8～0.9，加工有色金屬時取0.7～0.8；主軸數(shù)多、傳動復(fù)雜時取小值，反之取大值。本課題中被加工零件材料為42CrMo，故取=0.9
所以 kW
kW
根據(jù)所算出的功率，查文獻[1]表5-20我們可選用1TA40型號的動力頭，經(jīng)過改制都能滿足功率的需要。
表2-4 動力電動機型號
電動機型號
電動機功率(Kw)
電動機轉(zhuǎn)速(r/min)
輸出軸轉(zhuǎn)速(r/min)
左主軸箱
Y160L-6
11
1000
970
右主軸箱
Y160L-6
11
1000
970
根據(jù)動力頭尺寸選定滑臺與其配合，由于選用的是帶傳動動力頭，根據(jù)文獻[1]5-21得
寬B=700mm，選用滑臺型號為1HY50(機械滑臺型號選用于文獻[1]表5-5),滑臺寬700mm，長1440mm,最大行程350mm。
表2-5 滑臺電動機型號
電動機型號
電動機功率
(kw)
輸出轉(zhuǎn)速
(r/min)
左攻進電動機
Y100L-6B5
1.5
940
左快進電動機
Y100L1-4B5
2.2
1430
右攻進電動機
Y802-4B5
0.75
1390
右快進電動機
Y90L-4B5
1.5
1400
B 確定底座尺寸
中間底座的輪廓尺寸，在長寬方向應(yīng)滿足夾具的安裝需要。它在加工方向的尺寸，實際已由加工示意圖所確定，圖中已規(guī)定了機床在加工終了時工件端面至主軸箱前端面的距離。由此，根據(jù)選定的主軸箱、滑臺、側(cè)底座等標準的位置關(guān)系，并考慮前備量，通過尺寸鏈就可以計算確定中間底座加工方向的尺寸，在本次設(shè)計中取前備量30mm，計算長度為1440mm。
確定中間底座的高度方向時，應(yīng)注意機床的剛性要求、冷卻排屑系統(tǒng)要求以及側(cè)底座連接尺寸要求。裝料高度和夾具底座高度確定后，中間底座高度就已確定，選取560mm。
圖2-6 底座
在本次設(shè)計中，把側(cè)底座與中間底座合在一起，構(gòu)成一個整體底座，在高度上和中間底座一樣為500mm，在長度方面配合1HY50滑臺的長度，所以整體長度定為4374mm。為了適應(yīng)一定的裝料高度的要求，在底座和滑臺之間增加了調(diào)整墊，防止夾具高度調(diào)整時受到限制。整體底座為鑄造體，排屑裝置和潤滑裝置均在底座上。
C 機床分組
為了便于設(shè)計和組織生產(chǎn)，組合機床各部件和裝置按不同的功能劃分編組。組號劃分如下：
a.第10～19組——支承部件。一般由通用的側(cè)底座、立柱及其底座和專用中間底座等組成。
b.第20～29組——夾具及輸送設(shè)備。夾具是組合機床主要的專用部件，常編為20組，包含工件定位夾緊及固定導(dǎo)向部分。
c.第30～39組——電氣設(shè)備。電氣設(shè)計常編為30組，包括原理圖、接線圖和安裝圖等設(shè)計。專用操縱臺、控制柜等另編組號。
d.第40～49組——傳動裝置。包括機床中所有動力部件如動力滑臺、動力箱等通用部件，編號為40組，其余需修改部分內(nèi)容或?qū)Ｓ玫膫鲃釉O(shè)備單獨編組。
e.第50～59組——液壓和氣動裝置。
f.第60～69組——刀具、工具、量具和輔助工具等。
g.第70～79組——主軸箱及其附屬部件。
h.第80～99組——冷卻、排屑及潤滑裝置。
i.第90～99組——電氣、液壓、氣動等各種控制擋鐵。
機床聯(lián)系尺寸圖如圖2-7所示。
圖2-7機床聯(lián)系尺寸圖
表2-8生產(chǎn)率計算卡
被加工零件
圖號
HQKT-01-02
毛坯種類
鑄件
名稱
后橋殼體
毛坯重量
86.5Kg
材料
HT200
硬度
HB190～240
工序名稱
左右表面鉆孔
工序圖
1
序
號
工步名稱
被加工零件數(shù)量
加工直徑
（m
m)
加工程度
（m
m)
工作行程
（m
m)
切削速度
（m
min)
轉(zhuǎn)數(shù)
(r/
Min)
進刀量
工時（min）
每轉(zhuǎn)
（mm
/r)
每分鐘
（mm/
min)
機動時間
輔助時間
共計
1
裝卸工件
1
0.50
0.50
2
左
快進
150
7500
0.02
0.02
鉆孔
25
23
30
29.4
375
0.067
21.12
0.078
鉆孔
10．2
23
30
15.3
375
0.027
10.125
0.015
鉆孔
8.5
18
30
14
375
0.023
8.6
0.013
0.078
死擋鐵停留
0.05
快退
180
7500
0.024
0.024
3
右
快進
150
7500
0.02
鉆孔
25
23
30
29.4
375
0.067
25.12
0.078
鉆孔
8.5
15
30
15.2
435
0.035
15.22
0.01
鉆孔
10.2
23
30
15.3
375
0.023
8.625
0.015
死擋鐵停留
0.05
快退
180
7500
0.031
備注
總 計
2.625min
機床生產(chǎn)率
22件/時
機床負荷率
84.8%
鉆孔類組合機床，按其復(fù)雜程度參照表確定；對于精密度，自動化程度高或加工多品種組合機床，宜適當降低負荷率。
表2-9負荷率對照表
機床復(fù)雜程度
單 面 或 雙 面 加 工
三 面 或 四 面 加 工
主軸數(shù)
15
16～40
41～80
15
16～40
41～80
負荷率
0.90～0.86
0.86～0.80
0.86～0.80
0.80～0.75
設(shè)計的后橋殼體雙面鉆床，且加工61個孔，則有61根主軸，負荷率在0.80～0.86。
3主軸箱的設(shè)計
3.1主軸箱裝配圖的設(shè)計
3.1.1主軸箱原始依據(jù)圖
主軸箱設(shè)計工作的依據(jù)是三圖一卡，即機床總圖或機床聯(lián)系尺寸圖、被加工零件工序圖、加工示意圖和生產(chǎn)率計算卡。對于主軸箱設(shè)計，通常還要根據(jù)三圖一卡再繪制一張主軸箱設(shè)計的原始依據(jù)圖。
主軸的型式和直徑，主要取決于刀具的進給抗力和切削扭矩或主軸—刀具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的需要。通常，鉆孔時采用前支承有止推軸承的主軸；鉆孔以外的其他工序，主軸前支承有沒有止推軸承都可以，這要視具體情況而定。設(shè)計時，盡可能不選用15毫米直徑的主軸和滾針主軸，因為這種主軸的精度低，既不便于制造裝配，也不便于使用和維修。
圖3-1原始依據(jù)圖
3.1.2主軸參數(shù)的確定
本課題為鉆孔，鉆孔時采用滾珠軸承主軸。
主軸直徑按加工示意圖所示主軸類型及外伸尺寸可初步確定。傳動軸的直徑也可參考主軸直徑大小初步選定。
主軸1～4直徑：Ф26mm；
主軸5～26直徑：Ф20mm；
主軸27、28、直徑：Ф20mm；
傳動軸直徑：Ф30mm；
手柄軸直徑：Ф32mm；
0軸、油泵軸直徑：Ф40mm。
齒輪模數(shù)m（單位為mm）一般用類比法確定，由參考文獻[9]公式估算：
≥（30～32） (3-1)
式中，——齒輪所傳遞的功率，單位為KW；
Z——一對嚙合齒輪中的小齒輪齒數(shù)；
n——小齒輪的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。
由于主軸箱中齒輪模數(shù)常用2、2.5、3、3.5、4幾種。為了便于生產(chǎn)，同一主軸箱中的模數(shù)規(guī)格不要多于兩種。由于本主軸箱為鉆孔主軸箱，主軸轉(zhuǎn)速誤差較小，可以根據(jù)實際需要選出齒輪模數(shù)。具體模數(shù)、齒數(shù)如表3-2。
表3-2 模數(shù)、齒數(shù)
模 數(shù)
齒 數(shù)
模 數(shù)
齒 數(shù)
初定齒輪排布如下圖3-3所示
圖3-3齒輪排布圖
主軸箱的動力計算包括主軸箱所需要的功率和進給力兩項。具體計算結(jié)果在第二章節(jié)已詳細計算。
表3-4 切削用量
加工直徑d
(毫米)
HB=160～200
HB=200～241
HB=300～400
V(米/分)
V(米/分)
V(米/分)
1～6
16～24
0.07～0.12
10～18
0.05～0.1
5～12
0.03～0.08
6～12
0.12～0.2
0.1～0.18
0.08～0.15
12～22
0.2～0.4
0.18～0.25
0.15～0.20
22～50
0.4～0.8
0.25～0.4
0.20～0.30
根據(jù)以上數(shù)據(jù)，并對照表格，可知：
軸1～4 25
軸5～28 20
軸29 30
軸30 25
軸31 35
軸32～35 25
軸36 35
軸37～43 40
軸44 30
軸45 35
軸46～48 30
軸49～50 25
軸51 30
軸52～53 25
軸54 30
軸57～57 40
軸58～59 30
軸60 20
3.1.3 設(shè)計和計算傳動系統(tǒng)
所謂傳動系統(tǒng)的設(shè)計，就是通過一定的傳動鏈，按要求把動力從動力部件的驅(qū)動軸傳遞到主軸上去。同時，滿足主軸箱其他結(jié)構(gòu)和傳動的要求。
由參考文獻[9]得公式：
（3-2）
（3-3）
（3-4）
（3-5）
式中： —主動輪齒數(shù)
—從動軸齒數(shù)
—主動輪轉(zhuǎn)數(shù)（轉(zhuǎn)/分）
—從動輪轉(zhuǎn)數(shù)（轉(zhuǎn)/分）
—中心距（毫米）
—模數(shù)（毫米）
3.1.4 計算主軸箱坐標
圖3-5坐標計算示意圖
坐標計算是主軸箱設(shè)計的重要環(huán)節(jié)之一，它包括計算主軸和傳動軸的坐標位置。為了保證組合機床的加工精度和確保齒輪正確的嚙合關(guān)系，主軸箱坐標計算必須確保正確，否則，將給生產(chǎn)造成損失，輕則返工，重則使主軸箱報廢。
計算機是坐標計算必不可少的工具。
用計算機計算坐標時，還可輔以多位乘方表。此外，要把角度坐標換算成線性坐標時，要用不少于七位的三角函數(shù)表。
a.主軸箱坐標系原點的確定
為了計算主軸箱的各軸坐標，對于每個主軸箱都必須選擇一個坐標原點。
b.坐標計算的順序
主軸箱坐標的計算順序是：首先計算主軸的坐標，然后計算與這些主軸有直接嚙合關(guān)系的傳動軸坐標，再按順序計算其余軸的坐標。
在計算過程中，要隨時把計算出來的各軸坐標數(shù)據(jù)填入專門格式的坐標表中，以供計算其他軸和將來畫檢查圖與箱體圖時使用。
c.主軸坐標的計算
主軸坐標的計算是按主軸箱設(shè)計的原始依據(jù)或被加工零件工序圖進行的。為了確保主軸坐標的正確性，一般應(yīng)再按被加工零件圖進行一次驗算。主軸坐標的計算精度，要求精確到小數(shù)點后第三位數(shù)字。
為了減少計算誤差，對于角度關(guān)系的主軸坐標，應(yīng)采用七位或七位以上的三角函數(shù)進行計算。
當被加工零件的孔距尺寸帶有公差時，在計算坐標時應(yīng)考慮公差的影響。主要是那些帶有單向公差或雙向不等公差的尺寸，應(yīng)當把公差計算進去，使主軸的名義坐標尺寸位于公差帶的中央。
軸1 =-1 209
軸2 133 209
軸3 =296 =205
軸4 =296 =255
軸5 =409.43 =226.04
軸6 =439.38 =261.72
軸7 =491 =278
軸8 =511.20 =326.92
軸9 =535.69 =365.94
軸10 =571.32 =393.07
軸11 =614.26 =408.90
軸12 =657.43 =409.66
軸13 =715.10 =387.41
軸14 =743.94 =361.71
軸15 =764.29 =329.13
軸16 =775.70 =285.03
軸17 =767.48 =224.67
軸18 =734.09 =1733.73
軸19 =682.01 =142.12
軸20 =621.41 =136
軸21 =568.94 =143
軸22 =529.04 =106.43
軸23 =483.16 =98.34
軸24 =423.60 =143
軸25 =596.44 =194.42
軸26 =549.28 =267.11
軸27 =764 =70
軸28 =644 =70
3.2主軸箱體及其附件的選擇設(shè)計
3.2.1 主軸箱的選擇設(shè)計
該后橋殼體雙面鉆組合機床主軸箱選用630×1000的通用主軸箱體,主軸箱體前后蓋材料為HT200,雖然主軸箱是通用的，但為了滿足具體的使用要求,故在此基礎(chǔ)上進行了一系列的補充加工,其補充加工的情況可參見補充加工圖。
3.2.2 主軸箱上的附件材料的設(shè)計
a. 分油器
本主軸箱中分油器選用B-ZIR31-2-36型分油器,其作用是把油分成幾路,分別潤滑不同排數(shù)的齒輪及軸承,以便于保證軸承,齒輪有一定的使用壽命,減少摩擦和磨損,降低振動,消耗發(fā)熱。
b. 油杯
油杯是用來給箱體注油用的,以保證箱體內(nèi)油量滿足使用要求。
c. 油塞
油塞是用來放油用的,應(yīng)該置在箱體的底部,由于該主軸箱是臥式組合機床,故活塞放置在箱體上,放油孔螺母與凸臺之間應(yīng)加封油圈密封。
d. 油標
油標是用來指示油的高度的,應(yīng)該放置在便于檢查及油面較穩(wěn)定處,該主軸箱選用管狀油標(GB1162-79)放置在箱體側(cè)面上。
e. 潤滑
潤滑可分為稀油潤滑、干油潤滑、固體潤滑、氣體潤滑等。一般潤滑件有：油杯、油環(huán)、油槍、油標等。
傳動軸、軸承和齒輪的潤滑，多采用30號機械油，由裝在主軸箱內(nèi)的潤滑油泵供油。本次設(shè)計中在主軸箱內(nèi)注入30號機械油。
軸承部分若采用潤滑脂潤滑時，應(yīng)注意使機械軸和潤滑脂分開，并在箱體上留有加潤滑脂的小窗口或油杯。
若用潤滑脂，潤滑脂裝于軸承部分的量，一般不能超過座體內(nèi)腔自由空間的2/3。檢驗和加油，可每隔3～6個月進行一次。全部換油和清洗座體孔和軸承，一般在12～18個月進行一次
f. 密封
軸承的密封裝置的作用不外乎兩種，其一是保護軸承，不讓外面的雜物侵入；另一點是防止?jié)櫥瑒难b軸承的部位溜出。
如果密封裝置不可靠，不僅僅浪費大量潤滑劑，而且會使軸承不清潔，加速軸承磨損。因此，對每個具體的軸承部件，應(yīng)選擇最有效的同時有最經(jīng)濟的密封裝置。密封裝置的設(shè)計應(yīng)力求簡單可靠。如果采用過于復(fù)雜的密封裝置，不僅會增加部件的成本，而且往往增加摩擦損失，增加主軸轉(zhuǎn)動的阻力。
4 齒輪和軸的校核
4.1齒輪的校核：
可設(shè)計的齒輪傳動在具體工作環(huán)情況下，必須有足夠的，相應(yīng)的工作能力，以保證在整個壽命期間不致失效。所以在齒輪過程中要進行校核。
A．齒輪的材料，精度和齒數(shù)選擇（以30軸齒輪為例）
已知軸2上齒輪采用45鋼，鍛造毛坯，兩齒輪滲碳淬火HRC56～62，齒輪精度用8級，輪齒表面粗糙度為Ra3.2，Z=22，m=3,i=1.22。
B．設(shè)計計算
a．設(shè)計準則
按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。
b.校核計算：
在初步確定主軸傳動系統(tǒng)后還要對危險齒輪進行強度校核，尤其對低速級齒輪或齒根到鍵槽距離較小的齒輪及受轉(zhuǎn)矩較大的齒輪進行校核，以保證傳動系統(tǒng)平穩(wěn)準確，有一定的使用壽命。
通過比較發(fā)現(xiàn)，主軸箱中最薄弱的齒輪是驅(qū)動齒輪，因為其傳動的功率大，如果它能滿足強度要求，則其他的齒輪也應(yīng)滿足要求。
驅(qū)動軸上的齒輪齒數(shù)=22,m=3,與其相嚙合的大齒輪的齒數(shù)=37,m=4,驅(qū)動軸所傳遞的功率P=1.5kw,轉(zhuǎn)速no=720r/min,齒數(shù)比=1.62，齒輪材料為45鋼，大、小齒輪的硬度分別為220HBS,260HBS。
4.1.1校核齒根彎曲疲勞強度
由參考文獻[1]公式6-12根彎曲疲勞強度的校核公式為：
(4-1)
確定公式中各參數(shù)值：
a.大、小齒輪的彎曲疲勞強度極限 、
查參考文獻取，
b.彎曲疲勞壽命系數(shù)、
查參考文獻取，
c.許用彎曲應(yīng)力、
取定彎曲疲勞系數(shù)SF=1.4, 應(yīng)力修正系數(shù)YST=2.0得
d.齒形系數(shù)、和應(yīng)力修正系數(shù)、
查參考機械設(shè)計表6.4得=2.69，=2.42， =1.575，=1.674
e.計算大、小齒輪的與，并加以比較取其中大值帶入公式計算
， 大齒輪的數(shù)值較大，應(yīng)按大齒輪校核齒根彎曲疲勞強度校核計算：
Mpa≤ 彎曲疲勞強度足夠。
4.1.2校核接觸疲勞強度
由參考文獻[1]公式6-10得接觸疲勞強度由公式：
(4-2)
進行校核
確定公式中各參數(shù)值：
小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1：
b.大、小齒輪接觸疲勞強度極限、
按齒面硬度查機械設(shè)計圖6.8得大、小齒輪的接觸疲勞強度極限。
=600 Mpa，=560 Mpa
c.接觸疲勞壽命系數(shù)、
查參考文獻[1]圖6.6得=0.9，=0.95
d.計算許用接觸應(yīng)力
取安全系數(shù)SH=1，則
e.確定材料系數(shù)ZE 查機械設(shè)計表6.3得ZE=189.8
f.計算圓周速度v
g.確定載荷系數(shù)K
查參考文獻[1]表6.2得使用系數(shù)KA=1, 根據(jù)v=2.25m/s,7級精度查參考文獻[1]圖6.10得 Kv=1.1,查圖6.13得Kβ=1.18,則K=KAKvKβ=1×1.1×1.18=1.298。
校核計算:
Mpa≤ 接觸疲勞強度滿足要求。所以該齒輪滿足使用要求。
4.2軸的強度校核：
軸在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計后，進行校核計算。計算準則是滿足軸的強度或剛度要求。進行軸的強度校核計算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的方法，并恰當?shù)剡x取其許用應(yīng)力，對于用于傳遞轉(zhuǎn)矩的軸應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強度條件計算，對于只受彎矩的軸（心軸）應(yīng)按彎曲強度條件計算，兩者都具備的按疲勞強度條件進行精確校核等。
在本設(shè)計中軸的直徑是按強度公式計算進行選擇，因此并不是要對主軸箱內(nèi)所有的軸都進行校核，只是對那些承受彎、扭矩相對交較大的軸進行強度校核。在這里對長主軸7進行強度校核。
a.求出主軸上的轉(zhuǎn)矩 T
在工作時，主軸上所承受的功率P=0.153kw（不計齒輪的嚙合損耗和軸承損耗的功率）。則
b.求作用在齒輪上的力
c. 軸的受力分析
1.計算支承反力：
在水平面內(nèi)
在垂直平面內(nèi)
2.畫彎矩圖（見圖4-1）
在水平面內(nèi)，a-a剖面左側(cè) MaH=Ftl1=75.82×43=3260.26 N·mm
a-a剖面右側(cè) M’aH=FH2l2=21.3×153=3258.9 N·mm
在垂直平面內(nèi)，a-a剖面左側(cè) MaV=Frl1=27.59×43=1186.37 N·mm
a-a剖面右側(cè) M’aV=FV2l2=7.75×153=1185.75 N·mm
合成彎矩，a-a剖面左側(cè)
N·mm
a剖面右側(cè)
N·mm
3.畫轉(zhuǎn)矩圖
T=3108.829 N·mm
圖4-1 軸的彎矩、扭矩圖
d. 危險截面的判斷
截面左右的合成彎矩右側(cè)相對左側(cè)大些，扭矩為T，則判斷左側(cè)為危險截面，只要右側(cè)滿足強度要求即可。
e. 軸的彎扭合成強度校核
由參考文獻[13]表11.2查得[σ]=[ σ-1]=60 Mpa,
a-a剖面左側(cè)
mm3
f. 軸的疲勞強度安全系數(shù)校核
根據(jù)參考文獻[13]表11.2查得，，，，。
截面左側(cè)：
由參考文獻[13]附表11.2查得，；由附表10-4查得絕對尺寸系數(shù)，；軸經(jīng)磨削加工，由附表11.4得表面質(zhì)量系數(shù)。則：
彎曲應(yīng)力 ，
應(yīng)力幅
平均應(yīng)力
切應(yīng)力
安全系數(shù)
查參考文獻[13]表11.8得許用安全系數(shù)， ，則剖面安全，即主軸的強度滿足要求。
初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計后，進行校核計算，計算準則是滿足軸的強度或剛度要求，進行軸的強度校核計算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的方法，并恰當?shù)剡x取其許用應(yīng)力，對于僅僅（或主要）用于傳動遞轉(zhuǎn)矩的軸（傳動軸），應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強度條件校核，對于只受彎距的軸（心軸）應(yīng)按彎曲強度條件校核，兩者都具備的按疲勞強度條件進行精確校核等等。
這里對軸2進行校核：
首先求出主軸上的功率P，轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T
P=0.05KW n=108r/mm
5結(jié)論
為了保證被加工零件的尺寸精度和位置精度要求，高速高效地完成對后橋殼體孔的加工，設(shè)計了本組合機床。在設(shè)計過程中借鑒了國內(nèi)外一些現(xiàn)有的組合機床設(shè)計資料。這次畢業(yè)設(shè)計中設(shè)計了后橋殼體雙面鉆組合機床總體及左主軸箱。在分析加工工件的特點的基礎(chǔ)上，按組合機床的設(shè)計方法和步驟，進行了組合機床的總體設(shè)計，繪制了被加工零件的工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計算卡，在此基礎(chǔ)上，繪制了左主軸箱設(shè)計的原始依據(jù)圖，擬訂了主軸箱的傳動路線，應(yīng)用最優(yōu)化方法布置齒輪。確定傳動參數(shù)，繪制了主軸箱裝配圖、箱體補充加圖、前蓋及后蓋的補充加工圖，進行了軸、齒輪等零件的強度校核。較好地完成了設(shè)計要求，在提高了產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，提高了效益。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我基本上掌握了鉆孔專用機床設(shè)計的方法和步驟，以及設(shè)計時應(yīng)注意的問題等，另外還更加熟悉運用查閱各種相關(guān)手冊，選擇使用工藝裝備等。
參 考 文 獻
[1] 許錦康.機械設(shè)計[M]. 北京：高等教育出版社,2001.
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致 謝
為期三個多月的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)結(jié)束?；仡櫿麄€畢業(yè)設(shè)計過程，雖然充滿了困難與曲折，但我感到受益匪淺。本次畢業(yè)設(shè)計課題是后橋殼體雙面鉆床總體及左主軸箱設(shè)計。本設(shè)計是學(xué)完所有大學(xué)期間本專業(yè)應(yīng)修的課程以后所進行的，是對我三年半來所學(xué)知識的一次大檢驗。使我能夠在畢業(yè)前將理論與實踐更加融會貫通，加深了我對理論知識的理解，強化了實際生產(chǎn)中的感性認識。
總的來說，這次設(shè)計，使我在基本理論的綜合運用以及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的鍛練，提高了我獨立思考問題、解決問題以及創(chuàng)新設(shè)計的能力，縮短了我與工廠工程技術(shù)人員的差距，為我以后從事實際工程技術(shù)工作奠定了一個堅實的基礎(chǔ)。
本次設(shè)計任務(wù)已順利完成，但由于本人水平有限，缺乏經(jīng)驗，難免會留下一些遺憾，在此懇請各位專家、老師及同學(xué)不吝賜教。
此次畢業(yè)設(shè)計是在SSSS老師的認真指導(dǎo)下進行的。在歷經(jīng)三個多月的設(shè)計過程中，SSS老師經(jīng)常為我解答一系列的疑難問題，一直熱心的輔導(dǎo)。另外，我還得到了鹽城超越組合機床有限公司的工程師的熱心幫助與指導(dǎo)。在此，我忠心地向他們表示誠摯的感謝和敬意！
附 錄
圖 名 圖 號 圖 幅 張 數(shù)
1 機床聯(lián)系尺寸聯(lián)系圖 HQKT-01-01 A0 1
2 加工零件工序圖 HQKT-01-02 A1 1
3 加工示意圖 HQKT-01-03 A3 1
4 左主軸箱裝配圖 HQKT-07-00 A0 1
5 主軸箱前蓋補充加工圖 HQKT-07-01 A1 1
6 主軸箱后蓋補充加工圖 HQKT-07-02 A1 1
7 箱體補充加工圖 HQKT-07-03 A0 1
8 齒輪 HQKT-00-01 A4 1
9 傳動軸 HQKT-00-02 A3 1
10 軸 HQKT-00-03 A3 1
11 軸套
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