组合机床动力箱及其夹具设计.doc

洛阳理工学院毕业设计（论文）前 言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。组合机床在汽车、摩托车和压缩机等制造部门有广阔的发展前景。夹具是组合机床的重要级成部件是保证加工精度的关键部件，其设计工作是整个组合机床设计的重要部分之一。编者2012年4月 第1章 组合机床总体设计1.1 组合机床的概述组合机床（transfer and unit machine）是以系列化和标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件对一种或多种工件按预先确定的工序进行切削加工的机床。兼有万能机床和专用机床的优点。通用零部件通常占整个机床零部件的7090，只需要根据被加工零件的形状及工艺改变极少量的专用部件就可以部分或全部进行改装，从而组成适应新的加工要求的设备。由于在组合机床上可以同时从几上方向采用多把刀具对一个或数个工件进行加工，所以可减少物料的搬运和占地面积，实现工序集中，改善劳动条件，提高生产效率和降低成本。将多台组合机床联在一起，就成为自动生产线。组合机床广泛应用于需大批量生产的零部件，如汽车等行业中的箱体等。另外在中小批量生产中也可应用成组技术将结构和工艺相似的零件归并在一起，以便集中在组合机床上进行加工。组合机床一般可完成的工艺范围有：铣平面、刮平面、车端面、车锥面、钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、倒角、切槽、以及加工螺纹、滚压、拉削、磨削、抛光工序。组合机床一般采用多轴、多刀、多序、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。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。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、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。组合机床的通用部件按功能分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件5类。动力部件为机床提供主运动和进给运动，主要有动力箱（将电动机的旋转运动传递给主轴箱）、切削头（装在各个主轴上，用于各单一工序的加工）、动力滑台（用于安装动力箱或切削头，以实现进给运动）；支承部件用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等；输运部件用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等；控制部件用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等；辅助部件包括润滑、冷却和排屑装置等。根据配置型式，组合机床可分为单工位和多工位两大类。其中单工位组合机床按被加工面的数量又有单面、双面、三面和四面4种，通常只能对各个加工部位同时进行一次加工；多工位组合机床则有回转工作台式、往复工作台式、中长立柱式和回转鼓轮式4种，能对加工部位进行多次加工。通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。1.2 组合机床的技术发展趋势最早的组合机床于1911年在美国制成，用于加工汽车零件。1953年，美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则。1973年，国际标准化组织（ISO）公布了第一批组合机床通用部件标准。1975年，中国第一机械工业部颁布了中国的第一批组合机床通用部件标准。组合机床现代发展的方向主要有以下几个特点：a、组合机床品种的发展重点。在组合机床这类专用机床中，回转式多工位组合机床和自动线占有很重要的地位。因为这两类机床可以把工件的许多加工工序分配到多个加工工位上，并同时能从多个方向对工件的几个面进行加工，此外，还可以通过转位夹具(在回转工作台机床上)或通过转位、翻转装置(在自动线上)实现工件的五面加工或全部加工，因而具有很高的自动化程度和生产效率，被汽车、摩托车和压缩机等工业部门所采用。b、自动线节拍时间进一步缩短。目前，以大批量生产为特征的轿车和轻型载货车，其发动机的年产量通常为60万台左右，实现这样大的批量生产，回转式多工位组合机床和自动线在三班运行的情况下，其节拍时间一般为2030秒，当零件生产批量更大时，机床的节拍时间还要更短些。自动线的短节拍，主要是通过缩短基本时间和辅助时间来实现的。缩短基本时间的主要途径是采用新的刀具材料和新颖刀具，以通过提高切削速度和进给速度来缩短基本时间。缩短辅助时间主要是缩短包括工件输送、加工模块快速引进以及加工模块由快进转换为工进后至刀具切入工件所花的时间。为缩短这部分空行程时间，普遍采用提高工件(工件直接输送)或随行夹具的输送速度和加工模块的快速移动速度。目前，随行夹具的输送速度可达60m/min或更高些，加工模块快速移动速度达40m/min。c、组合机床柔性化进展迅速。十多年来，作为组合机床重要用户的汽车工业，为迎合人们个性化需求，汽车变型品种日益增多，以多品种展开竞争已成为汽车市场竞争的特点之一，这使组合机床制造业面临着变型多品种生产的挑战。为适应多品种生产，传统以加工单一品种的刚性组合机床和自动线必须提高其柔性。组合机床的柔性化主要是通过采用数控技术来实现的。开发柔性组合机床和柔性自动线的重要前提是开发数控加工模块，而有着较长发展历史的加工中心技术为开发数控加工模块提供了成熟的经验。由数控加工模块组成的柔性组合机床和柔性自动线，可通过应用和改变数控程序来实现自动换刀、自动更换多轴箱和改变加工行程、工作循环、切削参数以及加工位置等，以适应变型品种的加工。组合机床自动线柔性化的迅速发展和节拍时间的日益缩短，充分显示了CNC技术和刀具技术给组合机床自动线带来的巨大技术进步，使柔性自动线在多品种、大批量生产中成为重要的技术装备。但在这里必须指出，在组合机床和自动线实现柔性化发展的同时，加工中心高速化发展异常迅速。加工中心与组合机床的竞争日趋激烈。d、加工精度日益提高。特别自80年代中期以来，汽车制造业为增强其汽车的竞争力，不断地加严其发动机的关键件的制造公差，并通过计算机辅助测量和分析方法，以及通过设备能力检验来提高其产品的质量。这无疑是对组合机床和自动线提出了更高的要求。组合机床制造厂为了满足用户对工件加工精度的高要求，除了进一步提高主轴部件、镗杆、夹具(包括镗模)的精度，采用新的专用刀具，优化切削工艺过程，采用刀具尺寸测量控制系统和控制机床及工件的热变形等一系列措施外，目前，空心工具锥柄(HSK)和过程统计质量控制(SPC)的应用已成为自动线提高和监控加工精度的新的重要技术手段。e、综合自动化程度日益提高。近十年来，为进一步提高工件的加工精度和减少工件在生产过程中的中间储存、搬运以及缩短生产流程时间，将工件加工流程中的一些非切削加工工序(如工序间的清洗、测量、装配和试漏等)集成到自动线或自动线组成的生产系统中，以实现工件加工、表面处理、测量和装配等工序的综合自动化。f、其它技术的应用动向。在工业发达国家的组合机床行业中，下列技术得到了较为广泛的应用。组合机床设计普及CAD技术在国外许多公司中，组合机床设计已普遍采用CAD工作站，在设计室几乎很难见到传统的绘图板。CAD除应用于绘图工作外，并在构件的刚度分析(有限元方法)、组合机床及自动线设计方案比较和选择，以及方案报价等方面均已得到广泛应用，从而显著地提高了设计质量和缩短了设计周期。加之国外许多公司在组合机床和自动线组成模块方面的系列化和通用化程度很高(一般达90%以上)，使组合机床和自动线的交货期进一步缩短。1.3 拖拉机变速箱体毛坯及工艺特点由拖拉机变速箱体装配图可知，变速箱体内装有输入轴、输出轴以及其它传动轴和齿轮等。通过改变安装在这些轴上的滑移齿轮和固定齿轮的传动比，来改变拖拉机的行进速度。从而可知，变速箱体的主要功用就是支承各传动轴，保证各轴之间的中心距及平行度，并且保证拖拉机变速箱体部件与其相连接的其它部件的正确安装。变速箱的零件图所示，从结构工艺特点来看，它是一个薄壁壳体腔形零件，形状复杂，铸造困难，刚度差，易变形，加工精度要求较高。它的外表面有多个联接平面需要加工，支承孔系分布在前、后端面上，为了更好的满足加工要求，特别加工出了四个定位平面为辅助基准，除支承孔外，在各联接面上还有一系列螺纹孔。1.4 拖拉机变速箱体的主要技术要求轴承孔的尺寸精度及几何形状精度它是用来安装轴承的，其尺寸误差和几何形状误差造成轴承与孔的配合不良，使轴承滚道变形，回转精度下降和轴承工作温度升高。其孔径公差等级为IT7，形状公差未作特殊规定，其数值应在孔径公差范围内。轴承孔孔距公差它由齿轮传动中心距偏差标准规定。它影响齿轮副的侧隙，过大时造成传动时非工作面的撞击，过小时不能保证齿轮正常润滑甚至收起传动卡死。拖拉机变速箱体孔中心距公差为0.12mm约为IT9级。轴承孔中心线间的平行度公差它与齿轮的传动精度及齿宽等因素有关。其误差大小影响齿的载荷分布均匀，导致传动冲击、噪音及齿轮寿命下降等不良影响。该变速箱体轴承孔中心线间平行度公差未单独列出。应在孔距公差范围之内，其公差等级约为10-11级。端面对轴承孔的垂直度公差变速箱体后端面与后桥壳体相联接，它们之间有一对中央齿轮传动副传动，后端面是安装基面，所以它与160-120轴承孔有垂直度要求，否则造成中央传动齿轮啮合不良，承负荷增加，磨损加剧，工作温度升高等不良影响，其垂直度公差为100：0.05mm其公差等级约为7-8级。轴承孔的同轴度公差为保证箱体内各齿轮的啮合精度和载荷分布的均匀性，对变速箱四对轴承孔规定了同轴度公差，其公差为0.015mm。装配基面的平面度公差为保证装配基面间的贴合度和相关表面间的位置精度，规定了后端面的平面度公差为0.1mm，公差等级约为9级。各主要加工表面的粗糙度主要轴承孔表面的粗糙度为Ra3.2um,上平面和前、后平面粗糙度为Ra6.3。各螺纹孔的位置度一般作联接用的螺纹孔的位置度公差为0.2mm时即可保证联接精度的要求。1.5 变速箱体的材料和毛坯由于灰铸铁具有良好的铸造性和切削性以及较好的耐磨性和减振性，同时价格低廉，因此箱体的毛坯通常采用铸铁件，本东方红75拖拉机箱体材料选用HT150。东方红75变速箱体毛坯如附图所示。图中表示了分型面的分芯面的位置。前后平面拔模斜度为020。上平面余量为5mm，前、后平面余量3.23.6mm，最大余量为4.5mm，除80mm轴承孔直径余量为10mm外，全部轴承孔的直径余量为9mm。定位凸台和检查窗口的余量为34mm，溅油齿轮孔及拔叉轴孔直径在30mm以下均不铸出。未注明的圆角半径为35mm，未注明的拔模斜度为1130。分型面错移允许至1mm，铸件壁厚公差为2mm。铸件非加工表面上允许有单个孔眼深至2mm，最大尺寸至5mm，总数不超过10个。所有肋条上孔眼深不超过3mm。铸件加工表面上允许有深达加工余量三分之二范围以内的铸造缺陷。超出上述范围的铸造缺陷可根据铸铁件焊补工艺规程进行焊补。铸件表面涂以醇酸底漆。1.6 组合机床的总体设计组合机床的总体设计，就是针对具体的被加工零件，在先定的工艺和结构方案的基础上，进行方案设计、图纸绘制。这些图纸包括被加工零件工序图、加工示意图、机床尺寸联系图和产率计算卡。1.6.1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，在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容。加工部分的尺寸及精度、技术要求。加工用定位基准，夹具部位及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前毛坯情况的图纸。它是在原有的工件图的基础上，以突出机床或自动线的加工内容，加上必要的说明绘制的。它是机床设计的主要依据，也是制造和使用时调整机床，检查精度的重要条件。被加工零件工序图包括如下内容：1) 在图上应表示出被加工零件的形状，尤其是要设置中间导向时，应表示出内部箱的位置和尺寸，以检查工件进夹具是否相碰，以及也具通过时的可能性。2) 在图上应表示出加工基面和夹压的方向及位置以便以此进行夹具的支承和夹压系统的设计；3) 在图上应该表示被加工零件表面尺寸，精度，光洁度，位置尺寸及精度和技术条件（包括对上道工序的要求及本床的保证部分）4) 为了使被加工零件工序图清晰明了，能突出机床的加工内容，绘制时，对本机床加工部位使用粗实线表示，定位基面用符号V,表示,夹压位置用符号表示。通过调查，我们得知铣削东方红75拖拉机的工序为以下：a、 铣四个定位平面（图1-1）图1-1 铣四个定位平面的工序简图b、铣前后平面c、铣上平面d、粗镗孔并钻孔e、粗镗孔f、在三个平面上钻孔g、倒角h、铰孔及锪沉孔i、三面攻螺纹j、钻孔及攻螺纹k、钻孔攻螺纹锪球面l、锪内平面m、去毛刺、刻线打号n、检验o、清洗吹净我以下将要对第一道工序铣四个定位平面中的组合机床及其夹具进行设计。1.6.2 加工示意图零件加工的工艺方案通过加工示意图1-2反映出来，加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体设计中占重要地位，它表示被加工零件在机床上的加工过程、刀具、辅具的布置状况以及其夹具、刀具等机床各个部件的相对位置关系，机床的工作行程等，它也是设计夹具，主轴箱及选择刀具动力部件的主要依据，同时也是调整机床刀具的依据。其内容为：a反映机床的加工方法，加工条件及加工过程。b根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型、数量、结构、尺寸（直径和长度），c决定主轴的结构类型，规格尺寸及外伸长度。d选择标准或设计专用的接杆，浮动卡头，导向装置。e决定机床动力部件的工作行程及工作循环。图1-2 机床加工示意图1.7机床联系尺寸图的绘制机床联系尺寸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。以检查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，并进一步开展主轴箱，夹具等专用部件，零件的设计提供依据。组合机床是由一些通用部件和专用部件组成的。为了使设计的组合机床既能够满足预期的性能要求，又能做到配置上匀称合理，符合多快好省的精神，必须对所设计的组合机床各个部件之间的关系进行全面的分析研究。这是通过绘制机床联系尺寸图来达到的。机床联系尺寸图是在被加工零件工序图与加工示意图绘制之后，根据初步选定的主要的通用部件（动力部件及配套的滑座，床身或立柱等），以及确定的专用部件的结构原理而绘制的。绘制机床联系尺寸图应考虑的主要问题1.7.1 机床装料高度的确定在确定机床装料高度时，要考虑车间运送工件的滚道的高度，工件最底孔的位置主轴箱最底主轴高度和通用部件高度的尺寸的限制。根据我国具体情况，为便于操作和省力，对于本卧式双面组合铣床，装料高度为850毫米。1.7.2 夹具轮廓尺寸的确定夹具是用来定位和加紧工件的，所以工件的轮廓尺寸和性质是确定夹具轮廓尺寸的依据在加工示意图中对工件和铣刀都有了规定。在掌握了工件宽度，工件和夹具距离和夹具本体厚度后，即可确定夹具底座的总长尺寸。夹具底座的高度应视夹具的大小而定，即要保证有足够的刚性，又要考虑工件装料高度。为了便于布置定位元件，一般夹具底座高度不小于240毫米。中间底座轮廓尺寸的确定。中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上安装连接的需要。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，照顾各个部件联系尺寸的合理性来确定。非常重要的是，一定要保证在加工终了位置时，工件端面至主轴箱端面的距离不少于加工示意图上要求的距离。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维修的距离。以及便于切屑及冷却液回收，中间底座周边须有足够宽度的沟漕。尺寸a要足够。通常，当机床不采用冷却液时，a尺寸最小可取为1015毫米，当机床采用冷却液时，要考虑中间底座周边应有一定宽度的回收泠却液及排屑沟槽，a尺寸一般不少余70100毫米。对于一些结构复杂的组合机床，为调整，维修和对刀方便，a尺寸还须根据具体情况加大。中间底座轮廓尺寸的长度方向尺寸可按下式确定： L=(L+L+2L+L)2（l+l+l）式中：L加工终了位置，主轴箱端面至工件端面)的距离， L主轴箱厚度，L工件沿机床长度方向的尺寸，l机床长度方向上，主轴箱动力滑台的重合长度，l加工终了位置，滑台前端面至滑座前端面前的距离，l滑座前端面至册底座前端面的距离，如果计算出的中间底座长度L值不能满足A和a尺寸的要求，可采取改变加工终了位置时主轴端面到工件端面的距离L1尺寸进行调节，此时须同时修改加工示意图，以达到L和a尺寸加大，或者减少l尺寸，但必须保证滑台有足够的前备量1520毫米。1.7.3 动力滑台的选用滑台在滑座导轨上移动，实现机床的进给运动。滑台上可以安装各种功用的单轴工艺头或安装动力箱和主轴箱。滑台的主要参数规定为台面宽度尺寸。组合机床各种通用部件的品种，规格及其配套关系也滑台宽度尺寸为标准，其理由是：1) 滑台上安装工艺切削头的能力，在安装主轴箱时，可以反映出被加工零件加工位置的分布面积等。2) 面宽是一个主要结合尺寸，结合面尺寸的标准化能使组合机床外型协调。3) 宽作为通用部件配套标准，使机床受力合理，提高机床的刚度。对于本机床工作行程长度=快速快退回=快速引进+工作进给740=740=370+80+50+240所确定的动力部件总行程应小于所选滑台的最大行程动力部件用以实现切削刀具的旋转和进给运动（动力头）或只用于进给运动（动力滑台）（图1-3）是组合机床最主要的通用部件。设计一台机床，选用何种动力部件，应当根据具体的加工工艺，机床形式，使用条件，生产条件等来确定。选用合适的动力部件，能够使机床具有先进的工艺水平和技术水平，以及良好的经济效果。 图1-3 工件进给运动1.7.4 电动机功率的确定每一种规格动力头（机械或液压动力头）都有一定的功率范围，根据所选切削用量计算的切削功率及进给功率之需要，并适当考虑提高切削用量的可能性（一般按30%考虑），选用相应规格的动力头。可按下列公式进行计算： (千瓦)式中：动力头电机功率； 切削功率，按各刀选用的切削用量，从“组合机床切削力及功率计算图”中求出； 进给功率。对于液压动力头就是进给油泵所消耗的功率，一般为0.82千瓦；传动效率，当主轴箱主轴少于15根时，=0.9，主轴多于15根时，=0.8进给力的选择每一型号动力头都有其最大允许的进给力。选用时计算的切削进给力必须稍小于动力头允许的最大进给力，并注意各主轴切削力的中心应处在动力头接合面范围内，力求使其处在动力头接合面的下方，为此应将重负荷的粗加工工序安排在主轴箱的下部。当遇到动力头的功率和进给力不能满足要求，而又相差不多时，不应轻易选用大一号动力头，这时可采取下列措施：1) 降低所需进给力和功率。在生产率允许的条件下，适当降低切削用量，或将部分安排为顺序先后加工，即将同一动力头上的刀具前后错开，在同一循环中先加工一些通孔后，再加工另一部分孔，以降低所需进给力和功率。有时还可以 改变加工方法，如将负荷重的端面刮削端面改为径向车端面等。2) 对于液压动力头可采用油泵单独驱动机构，既增加一个电动机，转用于进给油泵的驱动，使动力头电动机的全部功率用于切削加工。3) 对于短时间工作的工序，可在超负荷下工作，但超负荷不得大于25。每种规格的动力滑台都有其最大进给力P的限制。选用时，可根据确定的切削用量计算出各主轴向切削合力，以P来确定动力滑台的型号和规格。进给速度的选择每一种型号动力头有快速行程速度及最小进给量的规定。液压动力头的进给是可以无级调整的，为了避免由于气温，制造误差等影响，造成动力头进给速度不稳定，不宜选用动力头技术性能中规定的最少进给量，实际的进给量应大余其0.5-1倍。最大行程的确定选用动力头时必须考虑其最大允许行程，除满足机床工作循环的要求外还必须保证调试和装卸刀具的方便性。主轴箱最大轮廓尺寸的影响为了使动力头在加工过程中有良好的稳定性，需要根据主轴箱的轮廓尺寸选择相适宜规格的动力头，同时要考虑主轴箱声的刀具分布情况，力求使各刀具的进给抗力的合力中心不超过主轴箱和动力头的结合面，并使其在垂直方向上尽量接近油缸的中心。动力滑台导轨型式动力滑台导轨组合有“矩-矩”和“矩-山”两种形式。前者一般多用于带导向引导刀具进行加工的机床及其他粗加工机床，后者导向性好，精度高，主要用于不带导向的刚性主轴加工及其他精加工机床。本题机床为粗加工，由“矩-矩”导轨保证。根据以上条件选出液压滑台HY50B-台面长1630mm,台面宽500mm,允许最大进给力P=40000N,快速行程速度为5m/min，最小进给量为10mm/min。动力箱与主轴箱结合面尺寸，长400 mm，高415 mm，动力箱输出轴距离箱体后面高度为250 mm。液压泵功率2.2kw。配套通用部件侧底座CC50A, 其高度H=560mm, 宽度L=400mm, 长度B=710mm,中间底座轮廓尺寸：其高度H=560mm, 宽度B=710mm, 长度L=1630mm,1.7.5 主轴箱轮廓尺寸的确定标准的通用铣类主轴箱的厚由主轴箱体，前盖，和后盖三层尺寸构成。主轴箱体厚为180毫米，前轴有两种尺寸规格，卧式厚为55毫米；立式厚为70毫米，后盖厚有90毫米和50毫米两种尺寸，通常用90毫米的后盖。因此，主轴总厚度卧式主轴箱通常为325毫米，立式为340毫米。主轴箱的宽度B,高度H的大小主要与要加工的零件孔的分布有关，可按下式确定：B=b+2bH=h+h+b式中：b工件在宽度方向相距最远的两孔距离；b最边缘主轴中心距箱外壁的距离,推荐b70100；h工件在高度方向相距最远的两孔距离；h最底主轴高度，h85140。h=h+H(0.5+h+h+h)h工件最底孔位置H机床装料高度h滑座台总高度;h滑座与侧底座之间调整垫高度;h侧底座高度.h=h+H(0.5+h+h+h)=10+980(0.5+320+5+560)=104.5B=b+2b=288+1002=800H=h+h+b=136+104.5+100=310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为:BH=800400mm1.7.6 传动装置的润滑采用自动润滑，主轴箱内装有叶片油泵，将油供应到齿轮运动和动力箱、滑台导轨上。油泵装置 TY0-6.3/1.6油箱装置 TYX-2001.7.7 机床的冷却由于本机床加工工件为铸铁件，加工时需冷却。本机床装冷却泵，N=0.7kw, 将工作液供应到工作部件进行冷却以提高表面光洁度，减少功率损耗，其型号定为T40A, 采用冷却泵集中连续润滑的方式。 第2章 主轴箱体的设计2.1 铣削切削用量的选择铣削切削用量的选择与我们所要求的加工粗糙度及其效率有很大关系。当要求较高的铣削光洁度时，铣削速度应高一些，每齿走刀量应小一些。若在生产率要求不高，可以取很小的每齿走刀量，一次铣削45毫米的余量可以达到3.2的粗糙度。这时每齿走刀量一般为0.020.03毫米。表2-1 用硬质合金端铣刀的铣削用量加工材料工序铣削深度（毫米）铣削速度（米/分）每齿走刀量（毫米/齿）钢=5270（公斤/）粗24801200.20.4精0.511001800.050.20钢=7090（公斤/）粗24601000.20.4精0.51901500.050.15钢=100110（公斤/）粗2440700.10.3精0.51601000.050.10铸铁粗2550800.20.4精0.51801300.050.2铝及其合金粗253007000.100.4精0.5150015000.050.3根据表2-1，我所要加工的零件材料为铸铁HT150，铣削深度为4mm,表面的粗糙度为12.5，只要求粗铣就可以满足粗糙度要求。因此，选用硬质合金的端铣刀，铣刀直径为，齿数为20，铣削速度为52.2m/min，进给量S=0.09mm/齿。已知主运动的切削速度，刀具的直径的情况下，可以求出机床的最佳转速。因此，我们选取机床的主轴的转速为95r/min2.2 主传动方案拟定实现机床主运动的传动系统，称为机床的主传动系统，它和机床的传动方案和总体布局有关，对机床的使用性能、结构都有明显的影响。机床的主传动系统往往设置变速机构，以适应不同的工艺要求。设计机床时，应该充分重视主传动系统的变速系统。变速箱就是用来使机床主运动变换速度，在实现变速的同时，还要传递扭矩。变速可以是有级变速，也可以是无级的。目前广泛使用的是有级变速，特别是以齿轮作有级变速的齿轮变速箱。拟定传动方案，包括传动型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个传动系统的确定。传动型式则指传动和变速的元件、机构以及其组成、安排不同特点的传动型式、变速类型。传动方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关第。因此，确定传动方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济性等多方面统一考虑。传动方案有多种，传动型式理是式样众多，比如：传动型式上有集中传动的主轴变速箱，分离传动的主轴箱；扩大变速范围可以用增加传动组数，也可以用背轮机构、分支传动等型式；变速型式上既可用多速电机，也可以用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。一般机床多种级数，变速范围不太多、太大，一般均可用串联式传动就能获得连续不重复的转速数列。通常情况下对结构式、结构网作分析，以确定最佳传动方案对于中间传动轴的转速的考虑原则是：妥善解决结构尺寸大小与噪音、振动等性能要求之间的矛盾。中间传动轴的转速较高时，中间传动轴和齿轮承受扭矩小，可以使轴径和齿轮模数小些；、，从而可以使结构紧凑。但是，这将引起空载功率和噪音加大：式中：-数，两支承滚动或滑动轴承，三支承滚动轴承-所有中间轴轴颈的平均直径（mm）-轴前后轴颈的平均直径（mm）-传动轴的转速之和-主轴转速dB-有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值mm-主轴上齿轮的分度圆直径的平均值-传到主轴所经过的齿轮对数-主轴齿轮螺旋角、系数，我国中型铣床=3.5， =50.5。该组合铣床为专用机床，只需提供一种转速就是以满足铣定位平面的要求，因此，仿照X6132万能升降台式铣床转速图2-1作该组合机床的转速。图2-1 X6132万能升降台式铣床转速图选用的电机为Y100L1-4型（选择方法见后），该电机的转速为1430r/min，因此，我们可以选取第一个齿轮齿数为30齿，第二个齿轮齿数为58齿，第三个齿轮齿数为22齿，第四个齿轮齿数为33齿，第五个齿轮齿数为27齿，第六个齿轮齿数为37齿，第七个齿轮齿数为19齿，第八个齿轮齿数为71齿。速度从1430r/min-750 r/min -500r/min -365 r/min -95 r/min，参考表2-2。表2-2 国内外一些卧升降台式铣床的参数号制造厂规格级数转速范围公比进给量主电机C616济南机床320124519301.410.033.344C615山西新峰机床32084410001.580.0251.12.8S32捷克320183216001.283Sag12意大利30688020001.580.060.487.5CA6140沈阳机床4002410.514001.260.081.59DUE400西德4252411.222401.260.1911D20日本450161620001.47.5LEO-30日本510123018001.50.050.75.52.3 变速箱体布局设计机床主传动的部件时，首先要分析主传动系统中各机构的布局（图2-2）。机床的变速机构的所在位置的选择或确定，就是布局的问题之一。主传动系统的布局，变速系统的全部变速机构和主轴部件都安放在同一变速箱内；另一种是分离传动式布局，主要变速机构和主轴部件分别装在变速箱和主轴箱两个箱体内，中间用皮带、链条或其它方式传动。图2-2 机床的结构方案图集中布局这种传动方式结构紧凑，主轴和全部传动元件都装在一个箱体内，但于集中操纵；箱体数目少，便于调整维修。但是变速机构运转中的振动和发热会直接影响主轴的工作精度。考虑到该机床只是用来粗加工，所以还是采用集中方式布局。通过加装弹性联轴器来减轻不利影响。2.4 电动机的选用电动机功率的计算：主切削力F高速钢端铣刀铣削灰铸铁时铣削力的经验公式：式中：-系数 -铣刀齿数-铣削接触弧深（mm） -每齿进给量（mm/齿）-铣刀直径（mm） - 铣削深度 =640.59选用电动机型，功率为2.2KW 转速为1430r/min，安装尺寸见图2-3。 图2-3 电机安装尺寸2.5 联轴器的选用为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销联轴器。载荷计算：公称转矩 查工作情况系数表，得主要尺寸故由式中为公称转矩，单位为；为工作情况系数计算转矩为从GB 4323-84中查得TL5型弹性套柱销联轴器的许用转矩为125，许用最大转速为3600r/min，轴径为2535mm之间。故合用。选用TL5联轴器 GB4323-842.6 齿轮模数的估算与验算按接确疲劳和弯曲强度计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮各参数都已知道后方可确定，所以只在画草图画完后校核用。在画草图之前，先估算，再选用标准齿轮模数。齿轮弯曲疲劳的估算：齿面点蚀的估算：其中为大齿轮的计算转速，A为齿轮中心距。同中心距A及齿数，求出模数： 2.6.1第一对齿轮的计算 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数选用直齿圆柱齿轮传动变速箱为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。材料选择。由常用齿轮材料及其力学特性表，选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，大齿轮材料为45钢，硬度为200HBS，二者材料硬度差为40HBS。选小齿轮齿数=30，大齿轮齿数=58。齿轮弯曲疲劳的估算： 齿面点蚀的估算：=根据估算所得，中较大的值，取模数m=1.5 。计算（验算）结构确定以后，齿轮的工作条件、空间安排、材料和精度等级都已确定，才可能核验齿轮的接触疲劳和弯曲疲劳强度值是否满足要求。根据接确疲劳计算齿轮模数公式为： 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：式中： N -的额定功率-算齿轮（小齿轮）的计算转速 r/mm-系数常取610-算齿轮的齿数，一般取传动中最小齿轮的齿数i-轮与小齿轮的齿数，；“+”用于外啮合，“-”用于内啮合-命系数-期限系数，齿轮等传动件在接确和弯曲交变载荷下的疲劳曲线指数和基准循环次数-的最低转速r/minT-的齿轮工作期限，中型机床推荐：T=1500020000H-变化系数-利用系数-强化系数-情况系数。中等冲击的主运动：-动载荷系数（表2-3）-载荷分布系数（表2-4）-齿形系数（表2-5）-许用弯曲、接确应力（表2-6）表2-3 钢制圆柱齿轮动载荷系数精度等级齿面硬度直齿轮斜齿及人字齿轮线速度 v m/s113388121218182522338812121818256HB35011.11.21.31.4111111.27HB35011.21.31.411111.21.38HB35011.31.411.11.21.3-9HB3501.11.411.21.3-已知:N=2.2KW 表2-4 齿向载荷分布系数齿轮对称布置于两轴之间齿轮非对称布置于两轴之间齿轮悬臂安装轴的刚度高轴的刚度较低0.2111.051.080.411.041.121.150.61.031.101.221.220.81.051.161.281.301.01.51.081.301.401.451.55-1.52.21.15-表2-5 标准齿轮的齿形系数ZYZYZY140.345220.408390.470150.355240.420420.475160.362260.430450.481170.370280.438500.488180.378300.444650.502190.386330.454800.510210.395360.4631000.513 综合以上计算，取m=3。表2-6 许用应力齿轮材料许用应力材料热处理机械性能接触应力弯曲应力强度限屈服限硬度45正火610360HC100mm的轴，有个键槽时，轴径增大3%；有两个键槽时，应增大7%。对于直径的轴，有一个键槽时，轴径增大5%7%。然后将轴径圆整。对第一轴取轴径为30mm, 对第二轴取轴径为35mm，对第三轴取轴径为35mm，对第四轴取轴径为35mm，对第主轴取轴径为80mm。2.8 第四根轴的强度校核1求出轴上的功率、转速和转矩 若取每级齿轮传动的效率，则第四根轴的结构设计如图2-5所示图2-5 第四轴的结构图2求出作用在齿轮上的力（弯矩扭矩图见图2-6）因已知低速级大齿轮的分度圆直径为求得：图2-6 弯矩扭矩图校核最大弯矩和扭矩的危险截面取前已确定轴材料为45钢，调质处理，查得=60Mpa,l因此，,故安全。第3章 机床夹具在机床上加工工件时，为了保证加工精度，首先需要使用工件在机床上占有正确的位置，然后将工件夹紧。这种使工件占有正确的加工位置并使工件夹紧的过程称为工件的安装。用于安装工件的工艺装备称为机床夹具。夹具是组合机床的重要级成部件，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位，夹压，刀具的导向，以及装卸工件时的限位等等作用的。组合机床夹具和一般夹具所起的作用看起来好像很接近，但其结构和设计要求却有着很显著的甚至是根本的区别。组合机床夹具的结构和性能，对组合机床配置方案的选择，有很大的影响。3.1 组合机床夹具的主要特点a.一般的机床夹具是作为机床的辅助机构设计的，而组合机床夹具是机床的主要组成部分，其设计工作是整个组合机床设计的重要部分之一。b.其中机床夹具和机床其它部件有极其密切的联系。如回转或移动工作台，回转鼓轮，主轴箱，刀具和辅具，钻模板和托架，以及支承部件等等。正确地解决它们之间的关系是保证组合机床的工作可靠和使用性能良好的重要条件之一。c.由于组合机床常常是多刀，多面和多工序同时加工，会产生很大的切削力和振动。因此，组合机床夹具必须有很好的刚性和足够的夹压力，以保证在整个加工过程中工件不产生任何位移。同时，也不应使工件产生不容许的变形。d.组合机床夹具是保证加工精度的关键部件，其设计，制造和调整都必须有严格的要求，使其能持久地保持精度。e.组合机床夹具应便于实现定位和夹压的自动化，并有动作完成的检查信号；保证切削从加工空间自动排出，便于观察和检查，以及在不从机床上拆下夹具的情况下，能够更换易损件和维护调整。3.2 定位工件在夹具中的安装包括定位和夹紧两个过程。工件的定位就是使同一批工件依次放置到夹具中都能占据同一位置。工件的定位是依靠定位装置，在力的作用下，在工件夹紧之前或夹紧过程中实现的。没有采取定位措施时，每个工件在夹具中的位置将是任意的。因此，对一个工件来说，其位置将是不确定的，而对一批工件来说，其位置是变动的、不一致的，工件空间位置的这种不确定性，均可按一定直角坐标分为六个独立方面：沿X轴方向的不确定，称为沿X轴的不定度，以表示。绕X轴方向的不确定，称为绕X轴的不定度，以表示。沿Y轴方向的不确定，称为沿Y轴的不定度，以表示。绕Y轴方向的不确定，称为绕Y轴的不定度，以表示。沿Z轴方向的不确定，称为沿Z轴的不定度，以表示。绕Z轴方向的不确定，称为绕Z轴的不定度，以表示。六个方面都不确定，是工件空间位置不确定的最高程度，也就是说，工件共有六个不定度。定位的任务，首先在于消除工件的这种不定度。要消除工件的不定度，最典型的方法就是在夹具中放置如图3-1所示的六个支承，工件每次都装到与六个支承相接确的位置，从而使每个工件得到确定的位置，一批工件也就获得了同一位置。其中工件表面A放置在三个支承上，消除了工件沿Z轴及绕X轴和绕Y轴的三个不定度；侧面B靠在两个支承上，消除了工件沿X轴及绕Z轴的两个不定度；最后端面C与一个支承接触，消除了沿Y轴的不定度。六个支承可以抽象为六个点，故称为六点定位。图3-1 六点定位示意图上述的方形的六点定位是最简单明了的一种典型情况。在设计的该夹具中，楔铁提供四个点（图3-2），再在工件上找一个面与夹具体靠紧，在绕X转动方向上用一个定位钉定位，从而实现了工件的定位。有时夹具上增设支承点，消除余下的不定度为了承受切削力、夹紧力等的需要。在该夹具中，安装在夹具底部的可调支承就是一种辅助支承。图3-2 楔铁自动定心锁紧示意图3.3 压紧力计算夹紧力与切削力的方向互相垂直，这是一种最常见的情况，大多数卧式组合机床都属于这种情况。此时，工件在切削力的作用下有产生平移，转动和颠覆的趋势。根据转矩可得：3.3.1磨擦系数的确定在许多情况下，并不是由夹具的定位支承机构或夹紧机构本身来直接承受工作所受的切削力，而是由工作在夹紧状态下，工件与定位支承机构及夹紧机构之间所产生的磨擦力来防止工作产生平移或转动，因此，在确定夹紧力时，需要考虑接触表面间的磨擦系数。磨擦系数主要取决于工作和支承或压板之间的接触表面的形式。如图3-3所示，为定位支承表面的常见形式，(a)所示原支承面为光滑表面。(b)所示的支承表面具有直沟，并且沟的方向与切削力的方向一致。(c)所示的支承表面也有直的沟，但沟的方向与切削力的方向相垂直。（d）所示为具有交错沟的支承表面。在确定所需的夹紧力时，当工作基面为已加工表面，磨擦系数可按表3-1表3-1 不同楔角的与定位支承表面的形式磨擦系数如图（a）所示0.160.25如图（b）所示0.3如图（c）所示0.4如图（d）所示0.70.8