链轨节孔加工组合机床设计及主轴箱设计

盐城工学院本科生毕业设计说明书 20101 前言本课题来源于恒力集团，为保证被加工零件左右链轨节的加工面的加工精度及保证相应的位置精度,需要设计一台组合机床。本课题总体设计包括对链轨节孔加工组合机床总体设计，确定组合机床的总体结构方案，包括定位方案、传动方案、润滑方案，完成被加工零件工序图，组合机床的加工示意图，组合机床联系尺寸图。根据总体设计要求对主轴箱进行设计，包括主轴箱传动系统，装配图和零件图的设计。1.1 课题拟解决的问题a)组合机床工艺方案的拟定。b)三图一卡设计，其主要内容包括：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。c)主轴箱的设计，其内容包括：主轴箱装配图；箱体补充加工图；零件图；有关计算、校核等。1.2 解决方案 a)机床的配置形式为了加工方便，提高效率，采用立式放置。 b)加工方案的确定对左右链轨节一面的两孔同时加工。保证孔径为24 0.2mm, 两孔之间的纵向距离为250.25mm，两孔之间的横向距离为760.25mm，表面粗糙度为3.2,孔深度为32mm。 c)工件的定位和夹紧的确定采用三面（底面、侧面和端面）定位，限制工件六个自由度；夹紧用液压夹紧。d)主轴箱的设计为方便夹具的设计和组合机床的设计美观性，主轴箱中齿轮的排布以主轴箱中心线为基准对称排布。1.3 国内外现状组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、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（PLC）、数字控制（NC）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。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。 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。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，真正成为刚柔兼备的自动化装备。2组合机床总体设计组合机床是按照高度集中工序原则，针对被加工零件的特点及工艺要求设计的一种高效率专用机床。2.1 零件加工工序图2.1.1被加工工序的作用和要求被加工工序图表示所设计的组合机床上完成的工艺内容、加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位及被加工零件的材料、硬度和本机床加工前的加工余量、毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括：a)被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状尺寸。b)本工序所选用的定位基准、加压部位及加紧方向。以便据此进行夹具的支承、定位、夹紧和导向机构设计。c)本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。d)注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。2.1.2 工序方案的拟定本工序的加工内容是链轨节上的孔。要求在立式组合机床上加工，要求孔的加工精度较高，所以应该先钻孔再扩孔以满足要求，以链轨节的一个端面及需加工的直径为=24mm的孔以及其侧面作为定位基准，夹紧点位于链轨节的另一个端面上。因为两个孔是对称分布的，两孔的中心距离是80.34mm，所以加工时为了提高生产效率，缩短辅助工作时间，减少设备，用一台组合机床同时加工两个孔，该立式组合机床有两根主轴。对左右链轨节一面的两孔同时加工。保证孔径为24 0.2mm, 两孔之间的纵向距离为250.25mm，两孔之间的横向距离为760.25mm，表面粗糙度为3.2 ，孔深度为32mm。2.1.3 机床配置型式的选择机床的配置形式分为卧式和立式两种。卧式机床的的优点是加工和装配工艺性好，振动小，运作平稳，缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大；立式机床的优点是占地面积小，自由度大，操作方便，其缺点是机床重心高，振动大。立式机床适用于加工定位表面是水平的，加工的孔与基面相垂直的工件；卧式机床多用于加工孔中心线与定位基准面平行的情况。综上比较，考虑链轨节的位置形状，选用立式机床比较方便。2.1.4 切削扭矩及切削功率的计算参照文献1，关于切削用量的确定按表2-7推荐数值选取。本课题中加工直径d=24mm,确定切削速度v=15（m/min），进给量S=0.25mm/r。根据已选定的切削用量（主要指切削速度及进给量），确定进给力，作为选择动力滑台及设计夹具的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴；确定切削功率，用作选择主传动电机（一般指动力箱电机）功率；确定刀具耐用度，用以验证所选用的刀具是否合理。切削力： （2-1）式中刀具直径，单位；进给量，单位mm/r；布氏硬度，单位HBS。代入公式（2-1）得：切削扭矩: （2-2）式中刀具直径，单位；进给量，单位mm/r； 布氏硬度，单位HBS。则 切削功率计算 （2-3） 2.2加工示意图2.2.1加工示意图的作用和内容加工示意图是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图，它是设计刀具、辅具、夹具、多轴箱和液压、电气系统以及选择动力部件、绘制机床联系尺寸总图的主要依据，是对机床总体布局和性能的原始要求，也是调整机床和刀具所需要的重要技术文件。加工示意图应表达和标注的内容有：机床的加工方法、切削用量、工作循环和工作行程；工件、刀具及导向、托架和多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸；主轴结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量、和结构尺寸；接杆（包括镗杆）、浮动卡头、导向装置等结构尺寸；刀具、导向套间的配合；刀具、接杆、主轴之间的联系方式及配合尺寸等。2.2.2 绘制加工示意图的注意事项加工示意图应绘制成展开图，按比例用细实线画出工件外形，加工表面画粗实线，必须使工件的加工方位和机床布局相吻合。为简化设计，同一多轴箱上结构尺寸完全相同的主轴（即指加工表面，所用刀具及导向、主轴及接杆的规格尺寸、精度完全相同时）只画一根，但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号。一般主轴的分布不受真实距离的限制，当主轴彼此间很近或需要设置结构尺寸较大的导向装置时，必须以实际中心距严格按比例画，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是否干涉。采用标准通用结构（刀具、接杆、浮动卡头、攻螺纹靠模及丝锥卡头、通用多轴箱外伸出部分等）只画外轮廓，但必须加注规格代号；对一些专用结构，如专用的刀具、导线向、刀杆托架、专用接杆或浮动卡头等，需用剖视图表示其结构，并标注尺寸、配合及精度。多面多工位机床的加工示意图一定要分开工位，按每个工位的加工内容顺序进行绘制。并应画出工件的回转工作台或鼓轮上的位置示意图，以便清楚的看出工件及不同工位与相应多轴箱主轴的相对位置。2.2.3选择刀具、导向及有关计算A.刀具的选择选择刀具应考虑工件的材质、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求。选择刀具的原则：a)只要条件允许，为使工作可靠，结构简单、刃磨容易，应尽量选择标准刀具和简单刀具。b)为使工序集中或保证加工精度，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，还须认真分析被加工零件材料特点。 该加工零件材料为35CrMo，大批大量生产，加工精度要求高，先通过钻孔再进行扩孔，根据所要钻的孔的直径选择使用=24的锥柄麻花钻钻头。B.切削用量的选择参照文献1，关于切削用量的确定按表2-7推荐数值选取。本课题中加工直径d=24mm,确定切削速度v=15（m/min），进给量S=0.25mm/r。C.导向结构的选择组合机床加工孔时，除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔的位置精度主要靠刀具的导向装置来保证的。在加工小孔时，如钻孔导向部分直径较小，旋转线速度一般不小于20米 /分，通常使用固定式导向，刀具或刀杆在导套内既转动又移动，这种导向方法精度较好，但容易磨损，不利于持久保持精度。因此，正确选择导向结构和确定导向类型、参数精度是设计组合机床的重要内容。根据零件的结构查阅文献3，导向长度为45mm的长型快换钻套。查阅文献3附表4确定： d用G6 D用H7/g6 D1用H7/n6图2-2 导套D.确定主轴类型、尺寸、外伸长度主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联结结构进行确定。主轴轴颈及轴端尺寸主要取决于进给抗力和主轴刀具系统结构。主轴轴颈尺寸规格应依据选定的切削用量计算出切削转矩T。查文献4表3-4和表3-5初定主轴直径d，并考虑便于生产管理，适量简化规格。综合考虑加工精度和具体工作条件，按表3-6和表4-1选定主轴外伸长度L、外径D和内径d1及配套的刀具接杆的莫氏锥度号。具体计算如下：查文献1表5-10，可取主轴直径d=30mm由文献4表3-4和4-1差得外伸长度L=100mm外径 D=50mm内径 d=36mmE.动力部件工作循环及行程的确定a）工作进给长度的确定图2-3 刀具工作进给长度LI如图所示，它应等于加工部位长度L与刀具的切入长度L1和切出长度L2之和，即 （2-4）式中 L1刀具的切入长度，单位mm； L2刀具的切出长度，单位mm。切入长度一般取510mm，本设计L1=7mm切出长度查表得 mm （2-5）注d为钻头直径。取L2=11mm，则 b）快速进给长度的确定 快速进给量是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度按具体情况确定。本设计快速进给长度l=250mmc）快速退回长度的确定快速退回的长度等于快进给和工作进给长度之和。一般在固定式夹具钻、扩孔的机床上，动力部件快速退回的行程只要把所有刀具都退至导套内，不影响工件装卸即可。 (2-6)d）动力部件总行程的确定动力部件的总行程除了满足工作循环向前和向后所需要的行程外，还要考虑因刀具磨损或补偿制造，安装误差，动力部件能够向前调节的距离（即前备量）和刀具装卸以及刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴中取出时，动力部件需后退的距离（刀具退离夹具导套外端面的距离应大于接杆插入主轴孔内或刀具插入接杆孔内的长度，即后备量）。因此，动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。F.选择接杆出刚性主轴外，组合机床主轴与刀具件常用接杆连接（称刚性连接），在钻、绞、锪孔及倒角等加工小孔时通常用接杆。因为主轴箱各主轴的外伸长度都为定值，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，以满足同时加工完各孔的要求。为了使工件端面至主轴箱端面为最小距离，首先应按加工部位在外壁、加工孔深最浅、孔径又最大的主轴选定接杆（通常先按最小长度选取），由此选用其他接杆。接杆已标准化，通用标准接杆号可根据刀具尾部结构（莫氏号）和主轴头部内孔直径d1,按文献选取B型。G.标注联系尺寸首先从同一主轴箱上所有刀具中找出影响联系尺寸的关键刀具，使其接杆最短，以获得加工终了时主轴箱前端面到工件端面之间所需要的最短距离。本设计中由于主轴较少且结构相同，故只需考虑最短接杆即可。并据此确定全部刀具、接杆、导向托架及工件之间的联系尺寸。主轴端部须标注外径和孔径（D/d），外伸长度L；刀具结构尺寸须标注直径和长度；导向结构尺寸应标注直径、长度、配合；工件至夹具之间的尺寸须标注，工件离导套端面的距离；还须标注托架与家具之间的尺寸，工件本身以及加工部位的尺寸和精度等。主轴箱端面到工件端面之间的距离是加工示意图上最重要的联系尺寸。为使所设计的机床结构紧凑，应尽量缩小这一距离。这一距离取决于两方面：一是主轴箱上刀具、接杆、主轴等结构和相互联系所需的最小尺寸；二是机床总布局所要求的联系尺寸，这两方面是相互制约的。H.其它需注意的问题a)加工示意图应与机床实际加工状态一致，表示出工件安装状态及主轴加工方法。b)图中尺寸应标注完整，尤其是从多轴箱端面至刀尖的轴向尺寸链应齐全，以便检查行程和调整机床。图中应表示出机床动力部件的工作循环图及各行程长度。c)加工示意图应有必要的说明。如被加工零件的名称、图号、材料、硬度、加工余量、毛坯要求、是否加冷却液及其它特殊的工艺要求。2.3 机床联系尺寸总图机床联系尺寸总图的作用与内容：机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并初步选定主要通用部件以及确定的专用的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置形式，主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局图。用以检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适，它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据。机床联系尺寸总图的内容：a）表明机床的配置形式和总布局。以适当数量的视图，用同一比例画出个主要部件的外轮廓形状和相关位置，表明机床基本形式及操作者位置等。b）完整齐全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。c）标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称，全部组件包括机床全部通用及专用零件。d）表明机床验收标准及安装规程。2.3.1主轴箱轮廓尺寸的确定需确定的主要尺寸是主轴箱的宽度和高度及最低主轴高度。主轴箱宽度、高度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： (3-11) (3-12)式中 工件在宽度方向相距最远的两孔距离（）； 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（）； 工件在高度方向相距最远的两孔距离（）； 最低主轴高度（）。其中，还与工件最低孔位置（）、机床装料高度（）、滑台滑座总高（）、侧底座高度（）、滑座与侧底座之间的调整垫高度（）等尺寸有关。本组合机床按式 计算得：,取，则求出主轴箱轮廓尺寸： 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。2.3.2 选择动力部件动力部件的功率选择是根据所选的切削用量计算出切削功率及进给功率之需要，并考虑提高切削用量的可能性（一般提高30%），选择相应的动力部件。有前面计算得切削功率为 取所以选电动机功率P=3.02.3.3 动力箱的选择表2-1 动力箱的参数型号型式电动机型号电动机的功率电动机的转速输出轴转速1TD40IIIY132S-63.09604802.3.4 其它配套部件的选择由文献4 P95查得1HY40型液压滑台立式配置配套的其它部件为：立柱，型号CL50B立柱底座，型号CD50机床尺寸联系图的绘制见附图32.4 机床生产率计算卡根据加工示意图所选定的工作循环，工作行程及切削用量等，就可以计算并编制生产率计算卡，这样就反映出机床的加工过程动作时间切削用量及机床生产率与负荷率的关系等。a)机床理想生产率的计算（Q）机床理想生产率是指完成年生产纲领A（包括备品及废品率）所要求的机床的生产率。它与全年工时总数tk有关，一般情况下，单班制tk=2350h,由设计原始数据可知：单班制，年生产纲领A为8万件,则 （件/小时） (2-7) b)机床实际生产率的计算（Q1）机床实际生产率Q1（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。 Q1=60/ (2-8)式中：生产一个零件所需时间（min），可按下式计算： (2-9) 分别为刀具第I、第II工作进给长度，单位为mm； 分别为刀具第I、第II工作进给量，单位为mm/min； 当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时，滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了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。根据时间额定的计算公式：mm/min；L=50mm,取10转所需的时间，即 ； ； ；由公式（2-9）计算得： 则 Q1=60/1.892=31.71（件/小时）c)机床的负荷率（）机床负荷率为理想生差率与实际生产率之比。=Q/Q1100%=29.78/31.7193.93%，生产率计算卡见附表。3 主轴箱的设计3.1 主轴箱设计的原始依据图主轴箱是组合机床的重要组成部件，它是选用通用零件，按专用要求进行设计的，其主要功能是根据被加工零件的加工要求，安排各主轴位置，将电动机和动力箱部件的功率和运动，通过一定速比排布的传动齿轮传递给各轴，使其能获得所需要的转速和转向，并带动刀具进行切削。由于本次毕业设计要求本人设计该立式组合机床的主轴箱，故此说明书只对主轴箱的设计、计算作详细的论述，而对其总体设计部分只作一般性的论述。主轴箱的原始依据图是根据组合机床总体设计中的“三图一卡”整理编绘出来的,其主要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：主轴箱外围轮廓尺寸500x500x340mm 、工件轮廓尺寸139x335mm及各孔的轮廓尺寸、工件和主轴箱的相对位置尺寸。根据以上数据可编绘出该立式组合机床的主轴箱设计原始依据图a)被加工零件名称：左右链轨节材料：35CrMo硬度：HB240b)主轴外伸尺寸及切削用量以上已经说明c)动力部件1TD40III动力箱,Y132S-6型动力箱电动机型号,功率P=3.0KW,电动机转速n=960r/min,输出轴转速n=480r/min。3.2主轴结构型式的选择及加工计算3.2.1 主轴结构型式的选择 主轴结构型式由零件加工工艺决定，并考虑主轴的工件和受力情况。因为本工序是对链轨节进行钻孔,采用的是立式组合机床，根据结构需要，选用前支承为推力滚珠轴承承受轴向力，用向心球轴承承受径向力，反支撑为径向推力滚子轴承的主轴结构，这种结构能承受较大的轴向力，其缺点是轴承较多，密封麻烦，装卸不方便。本主轴是属于外伸长度为100mm的长主轴，它与刀具刚性连接，加工时单向钻孔。3.2.2 主轴直径和齿轮模数的初步确定 主轴直径已在编制“三图一卡”时确定，主轴箱中的齿轮模数m常有2，2.5，3，3.5，4等几种，根据经验，估算初选模数，再通过类比法，从通用系列中选取各齿轮的模数，对于本次设计的主轴箱中，由于主要传动链中的齿轮只和手柄轴啮合，受力不是太大，通过计算取主轴、传动轴、手柄轴、叶片泵齿轮模数均取3符合要求。3.2.3 主轴箱动力计算因所有主轴均用于钻孔，所以有止推力轴承的主轴，各主轴直径和主轴所需动力如下：钻直径24mm的孔，钻头直径=24mm，V=15m/s，n=196r/min，f=0.25mm/r，相应主轴1、2的转矩T=37.942N.m，d1=d2=30mm ， P1=P2=0.0.763kw F1=F2=5585.45N根据公式： （3-1）式中，为组合机床主轴箱的传动功效率，在加工黑色金属是=0.8-0.9，本设计中为了保险起见取=0.8，则由公式（3-1）得=1.526/0.8=1.9075kw.所以选取电动机功率为3kw，主轴所需总切削力为： =5585.452=11170.9N。3.3 传动系统的设计和计算传动系统的设计是主轴箱中最关键的一环。所谓传动系统的设计，就是通过一定的传动链，按要求把动力从主力部件的驱动轴传递到主轴上去，同时，满足主轴箱其它结构和传动的要求。一般来说，同一个主轴箱的传动系统可以设计出几套方案来，因此，设计时必须对各种传动方案进行分析比较，从中选出最佳方案。传动方案设计的好与不好，将直接影响主轴箱的质量，通用化程度，设计和制造工作量的大小，以及其成本的高低等。下面就来讨论一下主轴箱传动系统的设计。3.3.1 传动系统设计的一般要求：a)在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的前提下，力求使传动轴和齿轮为最少；b)在保证有足够强度的前提下，主轴、传动轴和齿轮的规格要求尽可能少，以减少各零件的品种；c)通常应避免通过主轴带动主轴，否则将增加主动轴的负荷；d)最佳的传动比为11.5，但允许采用到33.5；e)粗加工主轴上的齿轮，应尽可能靠近前支承，以减少轴的扭转变形；f)刚性镗削主轴上的齿轮，其分度圆直径要大于被加工孔的直径，以减轻振动，提高传动的平稳性；g)尽可能避免升速传动，必要的升速最好放在传动链的最末一、二级，以减轻功率损失。3.3.2 设计原则及传动比的分配在设计传递系统时，要尽可能用较少的传动件，及较多的主轴获得预定的转速和转向，因此，在本设计时，采用“计算、作图和试凑”想结合的方法来设计计算。其具体步骤如下：A.设计原则本主轴箱内的传动系统的设计是按照计算、作图和试凑的一般方法来确定齿轮齿数，中间传动轴位置和转速，设计过程本着以下原则：a)在保证主轴强度、刚度、转速和转向的前提下，应使传动轴和齿轮数量少，规格少，尽量用一根中间轴带动多根主轴，当啮合中心距不符合标准时可采用变位齿轮或改变传动比的方法来解决。b)钻孔负荷大，在结构上尽量使主轴上齿轮靠近前支承减少主轴的扭转变形。c)主轴齿轮尺寸受结构限制，如：孔与孔中心距小，不允许齿轮尺寸过大，否则齿轮与齿轮，齿轮与轴套就会发生干涉，不能太大，传动系统开始采用较大的降速传动比，这样就会使齿轮尺寸减小。B.各轴的位置分析组合机床所加工的零件是多种多样的，结构也各不相同，但零件上孔的分布大体可归纳为以下几种类型：同心圆分布、直线分布、任意分布。该主轴箱中，轴1和轴2由手柄轴3带动，属于直线分布，由于该主轴箱中只有两根主轴，所以从上面可以看出，该主轴箱中的主轴分布属于直线分布。C.传动比的选择为了结构紧凑，主轴箱内齿轮的最佳传动比一般为11.5，但在立式主轴箱后盖内第排齿轮，根据需要，其传动比可以取大些，但一般不超过33.5，据此，在本主轴箱中只有两根主轴，为了使主轴的转速不要过大，同时传动比也不要过大，可以设计用手柄来先减速再获得所需的主轴转速，这样结构较为合理紧凑。D.已知各主轴转速及驱动轴到主轴之间的传动比主轴：n1=n2=196r/min驱动轴转速:n=480r/min各主轴总的传动比：E.各传动比的分配因为要求主轴上齿轮不过大，要满足两孔之间的中心距要求，而且主轴转速也不要过大，所以传动采用逐级降速，其手柄轴的传动比由试凑法确定。i=n从/n主F.确定传动轴、手柄轴、叶片泵、驱动轴的位置并配对各齿轮。根据计算、作图和试凑的方法，计算出各传动齿轮齿数、模数为：驱动轴0: IV排：m=3 z=23主 轴1： I排：m=3 z=23主 轴2： II排：m=3 z=23传动轴3： III排：m=3 z=24 IV排：m=3 z=37传动轴4： I排：m=3 z=27 II排：m=3 z=27 III排：m=3 z=37手柄轴6： III排：m=3 z=30油泵轴5： 排：m=3 z=35G.验算各主轴转速：n0=480r/min手柄轴3转速较高，操作时省力，位置适当，可满足要求。3.3.3 拟定主轴箱传动路线路线叙述如下：在实际设定传动路线的过程中，如将较近的两主轴视为直线分布或较近的三个主轴视为同心圆分布，那么，由于被加工零件的孔分布过于密集，不管怎么设计分布转动轴上的齿轮，都将出现干涉；所以，放弃直线或者同心圆法进行排列。为了保证每根主轴的转动方向一致，只能在主轴之间选用一个传动轴或三个转动轴进行传动。把主轴1、2和手柄轴5视为一组同心圆轴，在其圆心（即三主轴轴心组成的三角形外接圆圆心）处设中心传动轴4，再用传动轴3进行传动4轴和泵轴，将轴3和驱动轴0连接起来，形成多轴箱传动树形图。图3-1 多轴箱传动树形图3.3.4 主轴箱的润滑和手柄轴的设置a)润滑由于叶片泵使用可靠，性能良好，故该主轴箱中采用ZIR12-1型叶片泵进行润滑，把油从前盖油池打到顶部由D-ZIR31-2型分油器把油路通到齿轮集中的、排齿轮直接进行润滑。该叶片泵装在箱体的前壁上，采用齿轮带动叶片泵传动的方式，工作时转速为196.07r/min.b)手柄轴的位置主轴箱一般设有手柄轴，用于对刀、调整或装配检修时检查主轴精度。手柄轴转速应尽量高些，其周围应有较大的空间，方便扳手的操作。其设置的位置要靠近操作者一边，在该主轴箱中，把手柄轴设置在5轴位置上是比较合理的。3.3.5 确定主轴尺寸、外伸尺寸查文献17第43页表3-4 （3-7）式中：d轴的直径； T轴所传递的转矩（NM）； B系数（取B=6.2）。主轴箱：轴1、2、3、4 考虑到安装过程中轴的互换性、安装方便等因素，则主轴中：主轴的直径都取。根据主轴类型及初定的主轴轴径，得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号。主轴轴径d=30mm时，主轴外伸尺寸为：D/=50/36,L=115mm,接杆莫氏圆锥号为1。3.4 主轴箱坐标计算坐标计算是主轴箱设计的重要环节之一，它包括计算主轴和传动轴的坐标位置。为了保证组合机床的加工精度（被加工孔的位置精度）和确保齿轮的正确啮合关系，主轴箱坐标计算必须确保正确，否则，将给生产造成损失，轻则返工，重则使主轴箱报废。3.4.1坐标计算的顺序和方法a)主轴箱坐标系原点的确定为了计算主轴箱的各轴坐标，对于每个主轴箱都必须选择一个坐标原点。当主轴箱是直接安装在动力滑台或床身上时，一般选取主轴箱体底平面与通过其定位销孔的垂直线交点为坐标原点。对于安装在动力头或动力箱上的主轴箱，一律选取主轴箱体的定位销孔为坐标原点。b)坐标计算的顺序主轴箱坐标的计算顺序是：首先计算主轴的坐标，然后计算与这些主轴有直接啮合关系的传动轴坐标，再按顺序计算其余轴的坐标。 在计算过程中，要随时把计算出来的各轴坐标数据填入专门格式的坐标表中，以供计算其它轴和将来画检查图和箱体图时使用。c)主轴坐标的计算主轴坐标的计算是按主轴箱设计的原始依据或被加工零件工序图进行的，为了确保主轴坐标的正确性，一般应再按被加工零件图进行一次验算。主轴坐标的计算精度，要求精确到小数点后第三位数字。为了减少计算误差，对于角度关系的主轴坐标，应采用七位或七位以上的三角函数进行计算。当被加工零件的孔距尺寸带有公差或双向不等公差计算进去时，应使主轴的名义坐标尺寸位于公差带的中央。d)传动轴的坐标计算传动轴坐标计算是主轴箱坐标计算中工作量最大和较复杂的一步。它可分为与一轴定距的传动轴坐标计算，与三轴定距的传动轴坐标的计算及二轴等距的传动轴坐标的计算等三种情况。3.4.2绘制坐标演算表a)这个主轴箱是安装在动力头上的，坐标原点选择在主轴箱左侧的定位销孔上，其尺寸距主轴箱侧边E=25，底边H=30，直角坐标系XOY。具体见附录13b)坐标原点确定后，可根据原始依据图在基准坐标架上注出各个主轴的坐标主轴1：X1=237.500 Y1=262.500主轴2：X2=314.000 Y2=237.500c)计算中间传动轴的坐标驱动轴0： X0=225.000 Y0=129.500传动轴3： X3=165.000 Y3=196.500传动轴4： X4=256.000 Y4=190.000叶片泵轴5：X5=228.375 Y5=147.731手柄轴6： X6=120.730 Y6=119.500 主轴及传动主轴的坐标验算是按齿轮布置图的齿轮啮合关系验算中心距，下表3-1中A实是按坐标算出的中心距，A是按传动齿轮分度圆算出的中心距，A是两者之差值。 表3-1坐标验算表N-NXYA实AA3-060.00067.00089.93889.93804-391.0006.50091.23191.23104-258.00047.50074.9874.9804-118.50072.50074.9874.9805-363.37548.76988.4688.4604-6135.27070.500152.539152.53903.5 主轴箱中轴的校核计算主轴箱中，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，根据其所受的扭矩，查文献选取的，故它的刚度是完全满足使用要求的，这里只对那些相对强度比较弱的轴进行危险截面的强度校核。在本主轴箱中，由前面计算主轴箱中的轴的直径可知，轴1、2受到的力相对较大，所以只要在校核计算中选1、2之中的任一根满足强度要求，则主轴箱中所有的轴都能满足要求，所以选取轴1作为校核计算。a)轴上零件的载荷切削扭矩T=37942.913N.mm 轴上的齿轮齿数z=23，m=3 ,则d=69mm。载荷分布如下图3-2中的（a）所示，可求出圆周力和径向力如下： ， 轴的材料为40Cr，调质处理。b)轴承支反力 水平面上的支反力如图3-2中的（b）所示：垂直面上的支反力如图3-2中的（d）所示：c)弯矩的计算水平面上的弯矩的计算，如图3-2中的（c）所示：垂直面上的弯矩的计算，如图3-2中的（e）所示：那么，截面处合成的弯矩的大小为如图3-2中的（f）所示。d)作出扭矩图考虑到开始切削和终了切削轴所受的切削扭矩可看成是脉动的，如图3-2中的（g）所示。由文献(4)表10-1查得=70Mpa ,=120Mpa , 则 则0.5937942.913=22386.318N.mme)求截面处的计算弯矩:f)截面处的计算应力： =18.98MpaS,所以轴的疲劳强度合格。图3-2 轴的力分析图3.6 齿轮强度校核计算在初步确定主轴箱传动系统后，还要对危险齿轮进行校核计算，尤其对低速级齿轮或齿根到齿槽距离较低的齿轮及受转矩较大的齿轮更应该进行强度校核，以保证传动系统运转平稳、准确，由一定的使用寿命。通过比较可以发现，在本设计的主轴箱中最薄弱的齿轮是驱动轴齿轮，因为它传递的功率比较大，只要它满足强度要求，则其余的传动轴上齿轮均满足强度要求。驱动轴0上的齿轮齿数Z=23，模数m=3，齿宽b=32mm，与它啮合的一对齿轮齿数z=37,模数m=3,齿宽b=32mm,齿轮材料为45钢，锻造毛坯，大齿轮正火处理，小齿轮调质处理，均用软齿面，齿轮精度用8级，轮齿表面粗糙度为Ra1.6，软齿面闭式传动，失效形式为点蚀。则分度圆直径为d=mz=323=69mm ,u=Z2/Z1=37/23=1.608a)根据文献(6)P133查得齿面接触疲劳强度校核公式： （3-5） （3-6）式中: 节点区域系数； 材料系数； 重合度系数； 载荷系数； 使用系数； 动载系数； 齿向载荷分布系数； 齿间载荷分配系数。由文献3图7-15查得ZH=2.48,文献(3)表7-5查得ZE=189.8，Z=0.850.92 ，本设计中取 Z=0.88，Z=0.984 ，由文献3表7-3查得使用系数KA=1.25，根据文献3图7-10查得动载系数KV=1.05,表7-4查得齿向载荷分布不均匀系数K=1.015，K=1。通过公式（3-6），（3-5）算得:K=1.33。查图可得 因为 所以齿面接触疲劳强度满足要求b)齿根弯曲疲劳强度校核公式: (3-7)式中:载荷作用于齿顶时的齿形系数； 应力修正系数；通过公式（3-7）及查图可得 FS2=0N所以轴承1有被“压紧”的趋势，轴承2有被“放松”的趋势。所以FA1=976.667N FA2=0Nc)计算当量动载荷由4表8-145查得30206轴承的判断系数e=0.36 =976.667/309.267=3.15 e=0.36由3表11-7查得X1=0.4,表11-8查得fp=1.21.8,取fp=1.5 所以，30206型轴承的当量动载荷为： =1.5(0.4309.2671.7667.4)=1887.43N对30206型轴承的当量动载荷为：由4表8-140查得：额定静载荷C0=10.2KN=10200N,所以=0N ,查得e=0.22 ,Y=2.0,所以=030000h综上滚动轴承符合要求。3.8 其它3.8.1 轴上零件的固定与防松主轴箱内轴上齿轮是通过键来实现轴向固定，轴套和轴端螺母用来进行轴向压紧，且采用了防松垫来防止螺母的松动。3.8.2主轴箱体及其附件的选择设计A.主轴箱体的选择设计该立式组合机床主轴箱选用400400mm的通用主轴箱体，主轴箱体材料为HT200，前后盖的材料是HT150，虽然主轴箱是通用的，但是为了满足具体的使用要求，故在此基础上进行了一系列的补充加工或修模后补充加工，其补充加工的情况可参见相应的箱体，前盖的补充加工图。B.主轴箱上的附件材料的设计a)分油器本主轴箱中分油器选用D-ZIR31-2型分油器，其作用是把油分成几路，分别润滑不同排数的齿轮及轴承，以便保证轴承、齿轮有一定的使用寿命，减少摩擦和磨损，降低振动，消耗发热。b)侧板该主轴箱由于结构上的特殊，没有侧板。c)油标、油塞、油杯油杯是用来给箱体注油用的，以保证箱体内油液满足使用要求，该主轴箱的油杯放置在前盖上。油塞是用来放油用的，应该置在箱体的底部，由于该主轴箱是立式组合机床上的，故油塞放置在盖上，放油孔螺母与凸台之间应加封油圈密封。油标是用来指示油的高度的，应该放置在便于检查及油面较稳定处，该主轴箱选用管状油标（GB1162-79）放置在前盖侧面上。3.8.3润滑油与密封件的选择由2表139页查得，本立式组合机床主轴箱的润滑油采用30号机油，注油4L。组合机床的密封有多种形式，适用于本设计的有两种形式，一种是用DT0721-71型防油套密封。一种是用DT0722-72型防油套和DT0721-73型防油罩结合进行密封，该设计的立式组合机床上的密封选用后者，能保证密封效果。3.8.4 主轴箱的安装、定位该主轴箱是采用圆柱销进行定位后，安装在动力头上，其密封是采用纸垫圈密封。4 结论本毕业设计的课题是链轨节孔加工组合机床及主轴箱设计。通过对零件部位结构尺寸与结构工艺要求的研究，确定组合机床的总体设计方案。根据链轨节的工艺性分析，确定工艺路线，再进行机床总体布局、定位基准的选择、滑台型式和切削参数的确定。在完成“三图一卡”之后进行主轴箱的设计，根据切削用量的计算进行主轴、齿轮、轴承和轴套的设计，然后再进行主轴等零件强度、刚度的校核。这次所设计的组合机床精度比较高、操作比较简单、工作平稳。但是仍然存在很多不足之处，比如自动化程度比较低等有待改进的地方。本人设计的机床可同时加工孔，节省了时间，提高加工效率。所选的通用零部件都符合规定的要求。 由于设计的经验不足，考虑的难免有不够周到合理的地方，有许多不合理的地方，敬请老师同学批评指正，提出宝贵的意见，以便及时纠正。在今后的工作中我会总结经验教训，不断的完善自己，提高设计水平。参考文献1 谢家瀛.组合机床设计简明手册M.北京:机械工业出版社,1994.2 大连组合机床研究所.组合机床设计参考图册M.北京:机械工业出版社,1975.3 大连组合机床研究所.组合机床设计（机械部分）M. 北京：机械工业出版社,1975.4 赵如福.金属机械加工工艺人员手册（第三版）M.上海：上海科学技术出版社，1990.5 王旭，王积森机械设计课程设计M.北京：机械工业出版社，19956 徐锦康机械设计M.北京：机械工业出版社，2001.7 沈世德.机械原理M.北京：机械工业出版社，2001.8 钱志峰，刘苏.工程图学基础教程（第三版）M. 北京：科学技术出版社,2003.9