萬向節(jié)滑動叉φ39 孔兩端面粗銑組合機床總體及主軸箱設計【說明書+CAD】,說明書+CAD,萬向節(jié)滑動叉φ39,孔兩端面粗銑組合機床總體及主軸箱設計【說明書+CAD】,萬向節(jié),滑動,39,兩端,面粗銑,組合,機床,總體,整體,主軸,設計,說明書,仿單,cad 河南理工大學萬方科技學院 摘 要 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機床。其特點有：結構緊湊、工作質量可靠、設計和制造周期短、投資少、經濟效果好、生產率高等。 本次設計首先針對所要加工的零件入手，對機床進行總體方案設計，進而確定機床的總體布局，隨后，對主軸組件進行設計。在設計主軸組件時，以主軸為線索，在滿足剛度、精度等要求下，完成其它（如軸承、軸向調節(jié)機構、鎖緊機構等）所有零件的設計。 關鍵詞：萬向節(jié)滑動叉；組合機床；主軸；軸承； ABSTRACT Modular Machine, by the large number of common parts and a small number of specialized components of the process focused efficient machine. Its features include : compact, reliable quality, design and manufacturing cycle shorter, less investment and economic effects, and higher productivity . This design, first in response to the processing of parts, the paper machine for the overall program design, which will determine the overall layout of the machine. Subsequently, the spindle components of the design. Spindle components in the design, a spindle for clues to meet stiffness and precision requirements, the completion of the other (eg, bearings, Axial adjustment, locking, etc.) all parts of the design. Keywords: universal joint cross ；modular machine； stiffness； bearings； 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 目 錄 III 前 言 1 1 總體方案論證 4 1.1 工藝方案設計 4 1.2 加工設備方案選擇 5 1.3 確定總體布局 5 2 機床主要技術參數的確定 8 2.1 確定工件余量 8 2.2 切削用量的選擇 8 2.3 確定切削力、切削轉矩、切削功率 9 2.4 運動參數 10 3 組合機床通用部件的選擇 13 3．1 進給動力部件選擇 13 3．2 主運動動力部件選擇 15 3.2.1 主運動驅動裝置 15 3.2.2 通用主軸部件選擇 16 4組合機床總體設計 18 4.1 被加工零件工序 18 4.2 加工方案 19 4.3 機床總聯系尺寸圖 20 4.4 機床生產率計算 21 5 組合機床主軸設計 24 5.1主軸的基本要求 24 5.1.1 旋轉精度 24 5.1.2 剛度 25 5.1.3 耐磨性 25 5.1.4 主軸的其他要求 26 5.2 主軸組件的布局 26 5.3 主軸結構的初步擬定 28 5.4 主軸組件的計算 28 5.3 主軸結構圖 30 6 組合機床主軸箱設計 31 6.1主軸箱設計的原始依據 31 6.2 運動參數和動力參數的確定 31 6．2．1 傳動系統(tǒng)傳動比分配 31 6．2．2 計算傳動裝置的運動和設計參數 31 6．2．3 齒輪模數的估算及其叫校核 32 6．2．4 軸各參數估算及強度校核 36 6.3 主軸箱的坐標計算 48 結 論 50 致 謝 51 參考文獻 52 52 前 言 機械制造業(yè)在國民經濟中占有重要的地位，是國民經濟各部門賴以發(fā)展的基礎，是國民經濟的重要支柱，是生產力的重要組成部分。機械制造業(yè)不僅為工業(yè)、農業(yè)、交通運輸業(yè)、科研和國防等部門提供各種生產設備、儀器儀表和工具，而且為制造業(yè)包括機械制造業(yè)本身提供機械制造裝備。機械制造業(yè)的生產能力和制造水平標志著一個國家或地區(qū)的科學技術水平、經濟實力。 機械制造業(yè)的生產能力和制造水平，主要取決于機械制造裝備的先進程度。機械制造裝備的核心是金屬切削機床，精密零件的加工，主要依賴切削加工來達到所需要的精度。金屬切削機床所擔負的工作量約占機器制造總工作量的40%～60%，金屬切削機床的技術水平直接影響到機械制造業(yè)的產品質量和勞動生產率。換言之，一個國家的機床工業(yè)水平在很大程度上代表著這個國家的工業(yè)生產能力和科學技術水平。 然而，組合機床是根據工件加工要求，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。組合機床的設計，有以下兩種情況：其一，是根據具體加工對象的具體情況進行專門設計。其二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人總結自己生產和使用組合機床的經驗，發(fā)現組合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設計成通用部件，而且一些行業(yè)的在完成一定工藝范圍的組合機床是極其相似的，有可能設計為通用機床，這種機床稱為“專能組合機床”。這種組合機床就不需要每次按具體加工對象進行專門設計和生產，而是可以設計成通用品種，組織成批生產，然后按被加工的零件的具體需要，配以簡單的夾具及刀具，即可組成加工一定對象的高效率設備。 組合機床是根據工件加工要求，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。組合機床的設計，有以下兩種情況：其一，是根據具體加工對象的具體情況進行專門設計。其二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人總結自己生產和使用組合機床的經驗，發(fā)現組合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設計成通用部件，而且一些行業(yè)的在完成一定工藝范圍的組合機床是極其相似的，有可能設計為通用機床，這種機床稱為“專能組合機床”。這種組合機床就不需要每次按具體加工對象進行專門設計和生產，而是可以設計成通用品種，組織成批生產，然后按被加工的零件的具體需要，配以簡單的夾具及刀具，即可組成加工一定對象的高效率設備。 組合機床是一種專用高效自動化技術裝備，目前，由于它仍是大批量機械產品實現高效，高質量和經濟性生產的關鍵裝備，因而被廣泛應用許多工業(yè)生產領域。在大批量生產的機械工業(yè)部門，大量采用的設備是組合機床和自動線。因此，組合機床的應用在很大程度上決定了這些部門的生產效率及產品質量，也很大程度上決定了企業(yè)產品的競爭力。特別是近20年來，隨著組合機床的發(fā)展，作為組合機床主要用戶的汽車和內燃機等行業(yè)也有很大的變化，起產品市場壽命不斷縮短，品種日益增多且質量不斷提高。這些因素同時也有力地推動和激勵了組合機床的不斷發(fā)展。組合機床的發(fā)展主要有以下2點:(1) 組合機床品種的發(fā)展；(2) 組合機床柔性化的發(fā)展。隨著科學技術的巨大進步及社會生產力的迅速提高，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為工藝裝備。然而，一般企業(yè)仍習慣于大于采用傳統(tǒng)的專用夾具。另一方面，在多品種生產的企業(yè)中，更新的專用夾具占用比例很大，面夾具的實際磨損量僅占有小部分。特別是近年來，，加工中心（MC），數控機床（NC），柔性制造系統(tǒng)（FMS），成組技術（GT）等新技術的應用，對機床夾具提出了新的要求： a.能迅速方便地裝備新產品的投產，降低了生產準備周期，減少了生產成本。 b.能裝夾一類具有相似性特征的工件。 c.能應用高精密加工的高精度機床夾具。 d.能應用于各種現代化制造技術的新型組合機床夾具。 e.采用液壓或氣壓夾緊的高效夾緊裝置，以進一步提高勞動生產率。 f.提高機床夾的標準化程度。 現代機床夾具的發(fā)展方向主要表現在以下幾個方面： a.精密化 b.高效化 c.柔性化 d.標準化 本次畢業(yè)設計的課題是萬向節(jié)滑動叉φ39 孔兩端面粗銑組合機床總體及主軸箱設計。根據萬向節(jié)滑動叉兩側面的位置、加工精度等主要的設計原始數據，設計出技術上先進，經濟上合理和工作上可靠的雙面粗銑的組合機床。本次設計的組合機床夾具主要對萬向節(jié)滑動叉兩端面的粗銑。 本次設計的組合機床能同時粗銑萬向節(jié)滑動叉兩端面，大大提高了生產效率，降低了勞動強度，從而降低了零件的加工成本。 1 總體方案論證 設計機床的第一步，是確定總體方案?？傮w方案是機床部件和零件的設計依據，對整個設計的影響較大。因此，在擬定總體方案的過程中，必須全面地、周密地考慮，使所定方案技術先進、經濟合理。設計的機床要滿足加工要求、保證加工精度；盡可能選用通用件、以降低成本。 1.1 工藝方案設計 工藝方案的擬訂是組合機床設計的關鍵一步。組合機床的總體設計要注重工件及其加工的工藝分析，只有制定出先進合理的工藝方案,才能設計出先進合理的組合機床。根據指定的加工要求,提出若干個工藝方案,擇其佳者。工藝方案確定了,組合機床的結構、性能、運動、傳動、布局等一系列問題也就解決了。所以，工藝方案設計是組合機床設計的重要環(huán)節(jié)。而且工藝方案在很大程度上決定了組合機床的結構配置和使用性能。因此，必須認真分析被加工零件圖紙,深入了解被加工零件的結構特點、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技術要求及生產率要求等一些因素。 擬定組合機床工藝方案的一般步驟如下: a.分析,研究加工要求和現場工藝，在制訂組合機床工藝方案時，首先要分析、研究被加工零件，如被加工零件的用途及其結構特點、加工部位及其精度、表面粗糙度、技術要求及生產綱領；其次深入現場調查分析零件的加工工藝方法、定位夾緊方式、所采用的設備、刀具及切用量、生產率情況等。 b.定位基準和夾壓部位的選擇組合機床一般為工序集中的多刀加工,不但切削負荷大，而且工件受力方面變化。因此，正確選擇定位基準和夾壓部位是保證加工精度的重要條件。 本道工序主要是加工毛坯,因此,還要對毛坯基準選擇考慮有關工序加工余量的均勻性。定位夾緊裝置的選擇應在有足夠的夾緊力下工件產生的變形最小，并且夾具易于設置導向和能過刀具。 本道工序:萬向節(jié)滑動叉兩端面的銑削。 1.2 加工設備方案選擇 在機械制造業(yè)中，金屬切削機床占機械設備總臺數的50%～70%，它負擔的工作量約占一半左右，其中有30%～50%的工作量是由組合機床來完成的，同時，機械加工方法是機電產品及零部件生產的主要方法，且機械加工質量又是提高整個產品質量的關鍵。因此，組合機床的開發(fā)、設計，是機械制造行業(yè)一項非常重要的工作。組合機床是根據工件加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床，具有如下特點： a.生產率高； b.加工精度穩(wěn)定； c.研制周期快，便于使用、維護和設計、制造； d.自動化程度變高，勞動強度降低； e.配置靈活，可按工件或工序要求靈活變換組成機床自動線，易于改裝，加工過程和產品變化時，通用部件還具有重復利用價值； f.使用性質穩(wěn)定，結構緊湊，機床消耗費用低。 由于被加工零件已定型，生產產品較大，加工精度要求較高，所以必須采用組合機床來進行生產，同時，又是針對雙面加工。因此，采用組合機床來進行加工是較適宜、理想的生產方案。 1.3 確定總體布局 根據上述確定的加工工藝方案，按照工序集中程度和生產批量大小，機床總體布局主要有如下配制型式： a.多工位組合機床 多工位組合機床：主要用于中、小零件加工。生產占地面積大，但生產率高。這種方式若配合工作臺的移動和精確定位，可以組成組合機床自動線，則自動化程度和生產率均很高。 b.單工位組合機床 各種型式的單工位組合機床，通常可安裝一個工件，特別適宜于大、中型箱體類零件的加工。根據配置動力部件的型式和數量，這類機床可分為單面、多面及復合式。這種方式組成靈活，結構簡單，由于單工位加工，其機動時間與輔助時間不能重合，因而生產率比多工位機床低。 根據以上所述, 柴油機氣缸體的結構是比較規(guī)則的長方體，從裝夾的角度來看，臥式平放比較方便，采用臥式組合機床加平面，有利于排屑，也減輕了工人的勞動強度。且柴油機氣缸體屬于中型加工零件，在本次設計中，銑平面工序是主要工序內容。因此為了保證銑平面的加工精度和結合被加工零件加工特點，臥式單工位組合機床是較好的選擇。 臥式單工位組合機床又可分為臥式單面組合機床，臥式多面組合機床等。若采用臥式單面組合機床，加工兩端面需經過兩次裝夾，增加輔助時間，成本高，生產效率低，工人勞動強度大。因此，采用臥式雙面組合機床是合理的選擇。其特點：工件安裝在夾具里，工件和夾具裝在銑削工作臺上，刀具相對固定，銑削工作臺實現進給運動。生產占地面積小，加工精度高。 機床總體布局圖如圖1-1所示： 圖1-2 機床總體布局圖 1.機座 2.動力滑臺 3.工件 4.端銑刀 5.電動機 6.變速箱 7.主軸箱 2 機床主要技術參數的確定 機床主要技術參數包括主參數和基本參數，基本參數又包括尺寸參數，運動參數。 2.1 確定工件余量 VF-6/7型空壓機減荷閥體，零件材料為HT200，硬度190—210HB，生產類型為大批量，鑄造毛坯。 查《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2～2.5,取加工余量為2.5mm(此為雙邊加工)。 2.2 切削用量的選擇 在組合機床工藝方案確定過程中，工藝方法和切削用量選擇是否合理，對組合機床的加工精度，生產率，刀具耐用度，機床的結構形式及工作可靠性均有較大的影響。 A.組合機床切削用量的選擇特點: a.在大多情況下，組合機床為多軸、多刀、多面同時切削，因此，切削用量比一般萬能機床單刀加工低30%左右。 b.組合機床通常用動力滑臺來帶動刀具進給，由于多軸箱上同時工作的刀具種類不同且直徑大小不同，其切削用量也各有特點。因此，一般先按各刀具選擇較合理的切削速度v(m/min) 和每轉進給量f(mm/r),再根據其中工作時間最長，負荷最重，刃磨較困難的刀具來確定并調整每轉進給量和轉速，通常用試湊法來滿足每分鐘進給量相同的要求。參照[1] 即 c.在選擇切削用量時要注意既要保證生產批量要求，又要保證刀具一定的耐用度。 d.選擇切削用量時，還須考慮可選動力滑臺的性能。 B.組合機床切削用量選擇方法 從實際出發(fā)，根據加工精度、工件材料、工作條件、技術要求等進行分析，按照經濟地滿足加工要求的原則，合理的選擇切削用量。本次設計中，采用查表法選擇加工柴油機氣缸體孔的切削用量。 由參考文獻[1]表6-18,查得， 每齒進給量fz=0.2mm/z 切削速度vc=75m/min n===47r/min 進給速vf=fn=fzzn =0.2×34×47=320mm/min 2.3 確定切削力、切削轉矩、切削功率 根據選擇的切削用量，確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）及夾具設計的依據；確定切削扭矩，用以確定主軸及其他傳動件的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電機功率。 切削功率選擇: 由vc=75m/min，工件材料:鑄鐵HBS250，ap=4mm，fz=0.2mm/z，vf=320mm/min，由參考文獻[4]表3.24，得pc=15.9KW 電動機選擇： 由pc=15.9KW，由參考文獻[9]表20-3得，電動機型號：Y180L-6同步轉速：1000r/min，滿載轉速：975r/min，P電機=18.5KW 銑削切削力的計算 由參考文獻[10]表1-2-9, P=490×t1.0×Sz0.74×D-1.0×B0.90×z （3-3） 式中 P-銑削力(N)； t-銑削削的深度(mm)； Sz-每齒的進給量(mm/z)； D-銑刀的直徑(mm)； B-銑削的寬度(mm)； z-銑刀的齒數。 由前面計算的切削用量得， t=4mm； Sz=0.2mm/z； D=512mm； B=425mm； z=34。 將上述數值代入式（3-3）得 P=490× t1.0×Sz0.74×D-1.0×B0.90×z =490× 41.0×0.20.74×512-1.0×4250.90×34 =9398.1(N) 2.4 運動參數 機床的運動參數包括主運動轉速和轉速范圍、進給量范圍、進給量數列以及空行程速度等。此次設計主要確定主運動的運動參數。 (1)主軸最高，最低轉速 按照典型工序的切削速度和刀具(或工件)直徑、計算主軸最高轉速n、最低轉速n。計算公式如下： n= ， n= 式中：n、n—主軸最高、最低轉速(r/min) V、V—最高、最低切削速度(m/min) d、d—最大、最小計算直徑(mm) 根據《機械制造工藝金屬切削機床設計指導》第69～70頁，可查出以下數據： 查表2.2-3 取最大，最小切削速度： V=200～300m/min， 取V=250m/min V=15～20m/min, 取V=20m/min 銑床的d、d可取使用的刀具最大、最小直徑，即： d=110mm, d=75mm 則主軸最高轉速為 n== =1061.6r/min 取標準數列值： n=1000r/min 最低轉速為： n== =57.9r/min 取標準數列值： n=56r/min (2)主軸轉速的合理排列 最高、最低轉速確定后，還需確定中間轉速，選擇公比Φ，轉速級數Z，則轉速數列為： n= n=56r/min, n= nΦ, n= nΦ, n= nΦ 查標準數列，取公比Φ=1.78 (1＜Φ≤2) 轉速范圍： R===17.8 轉速級數： Z=+1=5.99 取Z=6 由于本次設計的要求，主軸轉速級數只需設計四級就能滿足要求，故取Z=4。即： n=56， n=100, n=180, n=315 (r/min) 3 組合機床通用部件的選擇 通用部件是按標準化、系列化、通用化原則設計制造的組合機床基礎部件。我國通用部件不僅具有完整的國家標準，并已貫徹了國際標準，許多標準與國際標準等效。 通用部件按其尺寸大小，可分為大型和小型通用部件；按驅動和控制方式的不同，可分為機械驅動、液壓驅動、風動或數控通用部件；按單機和自動線的不同，可分為組合機床和組合機床自動線通用部件；按其功能不同，可分為動力部件、支承部件、控制部件、輔助部件。 3．1 進給動力部件選擇 進給動力部件主要為刀具或工件提供進給運動。最新動力部件共有液壓滑臺、機械滑臺、數控滑臺、長臺面液壓滑臺、十字滑臺、銑削工作臺、回轉盤等九個品種。 對于組合銑床來說，進給動力部件主要是銑削工作臺，其上通常安裝夾具或工件。銑削工作臺與1TX系列銑削頭，1XS系列床身組成銑削組合機床，可用于大走刀強力銑削和高效高精度銑削。 由于待加工的工件的外形尺寸，由參考文獻[2]表7.9選取1XG63Ⅰ型銑削工作臺，銑削工作臺的聯系尺寸如下表4-1: 表4-1 銑削工作臺聯系尺寸 型號 B A（臺長） C（行程） L L1 B1 L2 1XG63Ⅰ型 630 1600 1600 3180 584 808 888 由表7.8查得，1XG63Ⅰ型銑削工作臺與傳動裝置配套及其性能如下表： 表4-2 1XG63Ⅰ型銑削工作臺與傳動裝置配套及其性能 型號 傳動裝置 快進功率(kW) 快進速度(m/min) 工進功率(kW) 工進速度(mm/min) 許用切削功率(kW) 1XG63 F41 4 9.2 3 200-2500 37 1XG銑削工作臺還具有以下特點： a.剛性好 導軌與底座鑄成一體，底座采用封閉式的箱體結構，采用“米”字形斜肋等，大大提高其結構剛性。 采用一個V形導軌和一個平導軌導向，通常銑削力壓向導軌面。這種導軌可以提高導向精度和導向剛度，從而保證機床加工精度，提高機床的切削抗振性。例如1XG63銑削工作臺，大走刀強力銑削功率達到40KW，仍能保證切削平穩(wěn)。 b.精度高 由于結構剛性好，可以使導軌達到較高的加工精度，并且工作臺臺面較長，以是V形導軌導向，從而保證機床的加工粗度，接近平面磨床的水平。 c.生產率高 從性能表可以看出，最大的進給速度為2500mm/min。實踐證明：當進給速度為2080mm/min時，進行大走刀強力銑削和高效高精度銑削，切削性能良好。 傳動效率高 采用雙螺母可調隙的滾珠絲杠，傳動效率比滑動絲杠高一倍，節(jié)能效果顯著。另外由于間隙可調，可保證切削平穩(wěn)。 3．2 主運動動力部件選擇 主運動部件用來實現組合機床的主運動—切削運動。它安在滑臺或其他進給部件的結合面上，通常主軸部件（或多軸箱專用部件）和主運動驅動裝置組成的。 3.2.1 主運動驅動裝置 主運動驅動裝置主要有兩大類：一類是與通用主軸部件配套使用的主運動傳動裝置；另一類是與多軸箱(專用部件)相配的動力箱。 由于1NG系列主運動裝置具有通用化程度高,選配靈活,便于生產管理等優(yōu)點.因此本組合機床采用的是：1NG系列主運動傳動裝置。它的聯系尺寸符合JB3557-83標準。 1NG系列主運動傳動裝置主要有1Nga、1NGb、1NGc、1NGd等四種,特點與用途如下： a．1Nga型帶傳動裝置 它采用聚氨脂同步齒形帶傳動及交換帶輪方式變速，具有傳動平穩(wěn)、噪聲小、傳動準確及傳動效率高等優(yōu)點。適用于轉速要求高的場合，如與鏜銷頭配套,適宜對各種工件的半精鏜和精鏜。 b．1NGb型頂置式齒輪傳動裝置 它適用于中，低速加工場合，如臥式配置時的粗、精鏜孔。一般適用于臥式配置。 c．1NGc型尾置式齒輪傳動裝置 它適用于中、低速加工，不經常變速的場合，一般配置成立式機床。 d．1NGd型手柄變速傳動裝置 它采用手柄操縱滑移齒輪變速，適用于經常變速場合，一般組成臥式配置的給合機床，加工小批量生產，多品種零件，如粗、精鏜孔。 由于本組合銑床采用臥式配置形式，因此選用第二種類型—1NGb型頂置式齒輪傳動裝置。 1NGb型頂置式齒輪傳動裝置結構大體為:通用主軸部件的主軸尾部伸入到傳動裝置的空心軸V內，以花鍵連接。傳動裝置以軸V左端法蘭的外圓與主軸部件殼體尾端的內止口配合定位，用四個螺釘緊固.旋轉運動由電動機軸1經聯軸器，軸2、3、4、5及其上的齒輪傳動主軸。根據2、3軸間的齒輪傳動比的不同配置，1NGb型傳動裝置分為A(低速級)和B型(高速級)，每組又可通過3、4軸間齒輪的不同，得到8級轉速。潤滑泵由軸2通過一對齒輪傳動，對傳動裝置中的傳動件及軸承進行潤滑。 3.2.2 通用主軸部件選擇 主軸部件又稱單軸頭或工藝切削頭，其端部安裝刀，尾部連接傳動裝置就可進行切削，如進行銑削，鏜削，鉆削及攻螺紋等加工工序。每種主軸部件均采用剛性主軸結構。在加工時，刀桿（或刀具）一般不需要導向裝置，加工精度主要由主軸部件本身以及滑臺（或工作臺）的精度來保證。 主軸部件與相應規(guī)格的主運動傳動裝置（跨系列）配套使用。主軸部件配上傳動裝置安裝在動力滑臺上，可以組成立式或臥式組合機床。這類機床不設導向裝置，夾具結構較簡單，機床配置靈活。 主軸部件種類較多，對于組合銑床來說，主要采用1TX系列銑削頭。1TX系列銑削頭與1XG系列銑削工作臺等進給動力部件配套，可組成各種類型的銑削組合機床。 由切削功率pc=15.9KW，由參考文獻[1]表5-13，選型號1TX50。 1TX50銑削頭主軸端部尺寸如下表： 表4-4 1TX50銑削頭主軸端部尺寸 型號 d(h5) d1 d2 d3 d4 D±0.3 b(h5) l1 l2 1TX50 φ221.44 φ107.95 M24 M30 M20 φ117.8 25.4 119 45 1TX50銑削頭主要性能及參數如下表： 表4-5 1TX50銑削頭主要性能及參數 型號 b1 L1 d L2 b2 d1 h 功率(kw) 1TX50 500 800 φ221.44 200 450 M16 250 15; 18.5; 22 由于所設計的組合銑床選用頂置式齒輪傳動,所以銑削頭聯系尺寸如下表： 表4-6 銑削頭聯系尺寸 型號 B B1 B2 L L1 L2 L3 1TX50 500 450 470 800 200 275 126 型號 L4 L5 H H1 H2 H3 1TX50 665 94 250 468 911 500 4組合機床總體設計 組合機床總體設計,通常是針對具體加工零件，擬訂工藝和結構方案，并進行方案圖樣和有關技術文件設計。并且在選取定加工方法和機床總體布局結構的基礎上繪制組合機床“三圖一卡”。其內容包括：繪制被加工零件工序圖，機床聯系尺寸圖和進行機床生產率的計算。 繪制給合機床三圖一卡，就是針對具體零件，在先定的工藝和結構方案的基礎上，進行總體方案圖樣文件設計.其內容包括：繪制被加工零件工序圖﹑加工示意圖﹑機床聯系尺寸總圖和編制生產效率計算等。 4.1 被加工零件工序 本次設計的組合機床主要對柴油機氣缸體兩端面的粗銑。在實踐中，在大多數情況下，工件的一個平面，在夾具中不是支承在三個點上，而是支承在四個或者更多一些的支承點上，有時放在兩條長的支承板上，這樣可以提高“機床-夾具-刀具-工件”系統(tǒng)的剛性，避免夾壓力和切削力超出支承點，引起工件的彈性變形，這種變形不僅影響加工精度，還會引起振動,嚴重時造成刀具的折斷。 A.由于本次的加工的工序是要加工好柴萬向節(jié)滑動叉底面的情況下進行的，因此被加工零件的頂,底面是較光滑的，因此采用萬向節(jié)滑動叉的下底面作為定位基準。 a.被加工零件圖是在用戶提供的產品圖樣的基礎上，選定的工藝方案，定本機床的加工內容，加上必要的說明而繪制的，它是組合機床設計的主要依據，也是制造﹑使用﹑檢驗和調整機床的重要技術文件。它的要求如下： b.被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸及與本機床設計有關的部位的結構開頭及尺寸。 c.加工用定位基準﹑夾壓部位及夾壓方向，以便依次進行夾具定位支承﹑夾緊﹑導向裝置的設計。 d.本道工序加工部位的尺寸﹑精度﹑表面粗糙度﹑形狀位置尺寸精度及技術要求，還包括本道工序對前道工序提出的要求。 e.要有必要的文字說明。 設計有關的技術指標如下： a.定位方法： b.零件材料：HT250； c.硬度：187—255HBS； d.方框內尺寸及相應粗糙度為本機床所保證，其余尺寸及相應光潔度為前序保證； e.單邊加工余量：4mm。 4.2 加工方案 零件的加工方案要通過加工示意圖反映出來，加工示意圖表示被加工零件在機床上的加工過程﹑工件﹑夾具﹑刀具等機床各部件間的相對位置關系。因此，加工示意圖是組合機床設計的主要圖樣之一。在總體設計中占據重要地位。其主要內容為： a.反映機床的加工方法,切削用量及工作循環(huán)。 b.決定刀具類型﹑數量﹑結構﹑尺寸。 c.決定主軸的結構類型，規(guī)格尺寸及外伸長度。 d.選擇標準或設計專用的接桿，導向裝置，刀桿托架等。 e.標明主軸﹑接桿﹑夾具與工件之間的聯系尺寸,配合及精度。 加工示意圖的畫法如下： a.加工示意圖的繪制順序是：先按比例用細實線繪出工作加工部位和局部結構的展開圖。加工表面用粗實線畫。為簡化設計，相同加工部位的加工示意圖只需表示其中之一，亦即同一多軸箱上結構尺寸相同的主軸可只畫一根。 b.一般情況下，在加工示意圖上，主軸分布可不按真實距離繪制。 c.主軸應從多軸箱端面畫起。刀具應處于加工終了位置。標準的通用結構只畫外輪廓，但需加注規(guī)格代號。 4.3 機床總聯系尺寸圖 機床總聯系尺寸圖用來表示機床各組成部件的相互裝配聯系和運動關系，可用以檢驗：機床各部件相對位置及尺寸聯系是否滿足加工要求；通用部件的選擇是否合適；并為進一步開展多軸箱，夾具等專用部件的設計提供依據?？偮撓党叽鐖D，它表示機床的配置型式及總體布局。 A.繪制總聯系尺寸圖的要求： a.以適當數量的視圖按同一比例畫出機床各主要組成部件的外形輪廓及相關位置，表明機床的配置型式及總體布局，主視圖應與機床實際加工狀態(tài)一致。 b.圖上應盡量減少不必要的線條及尺寸，但反映各部件的聯系尺寸，專用部件的主要輪廓尺寸，運動部件的極限位置及行程尺寸，必須完整齊全，至于各部件的詳細結構不必畫出，留在具體設計部件時完成。 c.為便于開展部件設計,聯系尺寸圖上應標注通用部件的規(guī)格代號，電動機型號，功率及轉速，并注明機床部件的分組情況及總行程。 確定機床的裝料高度H 裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離?？紤]剛度，結構要功能和使用要求等因素，新頒國家標準裝料高度為1060mm，與國際標準ISO一致。實際設計時常在850~1060之間選取。 由于銑削工作臺高度為700mm，夾具體高度為220mm，支承板高度為47.5mm，則裝料高度為 H=700mm+220mm+47.5mm=967.5mm。 確定側床身 側床身為XS10B型號，其高度H=950mm，寬度B=470mm，長度L=930mm。 圖 5-3 機床總聯系尺寸圖 4.4 機床生產率計算 根據加工示意圖所確定的工作循環(huán)及切削用量等，就可以計算出機床生產率度編制生產率計算卡。組合機床生產率計算卡是按一定格式要求編制的，反映零件在機床上的加工過程，工作時間,機床生產率，機床負荷率的簡明表格。它是用戶驗收機床生產效率的重要依據。 a.理想生產率Q 理想生產率Q（單件為件/h）是指完成年生產綱領A（包括備品及廢品率）所要求的機床生產率。它與全年工時總數tk有關，一般情況下，單班制取2350h,兩班制取4600h,則 Q= （5-1） 有已知條件知，A=65000件，tk=4600h 則 由式（5-1）得 Q==14.13（件） b.實際生產率Q1 實際生產率（單位為件/h）是指所設計機床每小時實際可生產的零件數量。則 Q1 = （5-2） 式中，T單—生產一個零件所需時間（min），可按下式計算： T單=t切+t輔=(++t停)+（+ t移+t裝卸）（5-3） 式中 L1﹑L2—分別為刀具第Ⅰ﹑第Ⅱ工作進給長度，單位為mm； vf1﹑vf2—分別為刀具第Ⅰ﹑第Ⅱ工作進給量，單位為mm/min； t?！敿庸こ量砖p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5~10轉所需的時間，單位為min； L快進﹑L快退—分別為動力部件快進，快退行程長度，單位為mm； vfk—動力部件快行程速度。用機械動力部件時取5~6m/min；用液壓動力部件時取3~10m/min； t移—直線移動或回轉工作臺進行一次工位轉換時間，一般取0。1min； t裝卸—工件裝﹑卸（包括定位或撤消定位﹑夾緊或松開﹑清理基面或切屑及吊運工件等）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。 由已知條件知， L1=320mm+250mm=570mm； vf1=320mm/min； t停=0； L快進=300mm； t移=0.1min； L快退=320mm+822mm=1122mm； vfk=9.2m/min=9200mm/min； t移=0.1min； t裝卸=1.5min。 所以，由式（5-3）得， T單=++0.1+1.5=3.53（min） 則，由式（5-2）得， Q1===17（件/h） 由于Q1>Q，即機床實際生產率滿足理想生產率，則所選擇的切削用量符合機床設計。 c.機床負荷率?負 I當Q1>Q，機床負荷率為二者之比。即 ?負===0.83 5 組合機床主軸設計 主軸組件是機床的執(zhí)行件，它的功用是支承和帶動工件或者刀具的旋轉，完成表面的加工成形運動，同時還起傳遞動力加工和扭矩、承受一定的切削力和驅動力等載荷的效果。由于主軸工件的工作性能直接對機床的加工質量和生產率的影響，因此主軸是機床中的一個關鍵的組件。 主軸和一般傳動軸的相同點有兩點，兩者都傳遞動力加工性、承受并扭矩傳動力，并且保證傳動件和支承的正常的工件條件。 5.1主軸的基本要求 5.1.1 旋轉精度 主軸的旋轉精度是指主軸在手動或低速、空載時，主軸前端定位面的徑向跳動△r、端面跳動△a和軸向竄動值△o。如圖所示： 主軸的旋轉誤差 圖中實線表示理想的旋轉軸線，虛線表示實際的旋轉軸線。當主軸以工作轉速旋轉時，主軸回轉軸線在空間的漂移量即為運動精度。 主軸組件的旋轉精度取決于部件中各主要件的制造精度和裝配、調整精度；運動精度還取決于主軸的轉速、軸承的性能和潤滑以及主軸部件的動態(tài)特性。各類通用機床主軸部件的旋轉精度已在機床精度標準中作了規(guī)定，專用機床主軸部件的旋轉精度則根據工件精度要求確定。 5.1.2 剛度 主軸組件的剛度K是指其在承受外載荷時抵抗變形的能力，如圖所示， 主軸組件靜剛度 即K=F/y（單位為N/m），剛度的倒數y/F稱為柔度。主軸組件的剛度，是主軸、軸承和支承座的剛度的綜合反映，它直接影響主軸組件的旋轉精度。顯然，主軸組件的剛度越高，主軸受力后的變形就越小，如若剛度不足，在加工精度方面，主軸前端彈性變形直接影響著工件的精度；在傳動質量方面，主軸的彎曲變形將惡化傳動齒輪的嚙合狀況，并使軸承產生側邊壓力，從而使這些零件的磨損加劇，壽命縮短；在工件平穩(wěn)性方面，將使主軸在變化的切削力和傳動力等作用下，產生過大的受迫振動，并容易引起切削自激振動，降低了工件的平穩(wěn)性。 主軸組件的剛度是綜合剛度，影響主軸組件剛度的因素很多，主要有：主軸的結構尺寸、軸承的類型及其配置型式、軸承的間隙大小、傳動件的布置方式、主軸組件的制造與裝配質量等。 5.1.3 耐磨性 主軸組件耐磨性是指長期保持其原始精度的能力，即精度的保持性。因此，主軸組件各個滑動精度，包括錐孔、主軸端部定位面，與移動式主軸套筒外圓表面、滑動軸承配合的軸頸表面等，都必須具有很好的的硬度，以保證其耐磨的性能。 為了提高主軸的耐磨性能，應該正確地選用滑動軸承的材料和主軸及熱處理的方法、潤滑的種類，和調整軸承間的間隙，可靠密封和良好潤滑。 5.1.4 主軸的其他要求 主軸組件除應保證上述基本要求外，還應滿足下列要求： （1）主軸的定位可靠。主軸在切削力和傳動力的作用下，應有可靠的徑向和軸向定位，使主軸在工作時受到的切削力和傳動力通過軸承可靠地傳至箱體等基礎零件上。 （2）主軸前端結構應保證工件或刀具裝卡可靠，并有足夠的定位精度。 （3）結構工藝好。在保證好用的基礎上，盡可能地做到好造、好裝、好拆及好修，并盡可能降低主軸組件的成本。 5.2 主軸組件的布局 主軸組件的設計，必須保證滿足上述的基本要求，從而從全局出發(fā)，考慮主軸組件的布局。 機床主軸有前、中、后三個支承兩種和前、后兩個支承，以前者較多見。兩支承主軸軸承配置的型式，包括主軸軸承的布置、組合以及選型，主要根據對所設計主軸組件在承載能力、剛度、轉速以及精度等方面要求，并考慮軸承的經濟性、供應等具體情況，加以確定。在選擇時，具體有以下要求：當承載能力和適應剛度的要求時； 主軸軸承選型應滿足所要求的承載能力和剛度。徑向載荷比較大時，可選用滾子型號軸承；較小時，可選用球型軸承。雙列滾動軸承的承載能力和徑向剛度，比單列大。同一支承中采用多個軸承的承載能力和支承剛度，比采用單個軸承大。一般來說，前支承的剛度，應比后支承的大。因為前支承剛度對主軸組件剛度的影響要比后支承的大。如圖所示為滾動軸承和滑動軸承： 滾動軸承和滑動軸承的比較 基本要求 滾動軸承 滑 動 軸 承 動壓軸承 靜壓軸承 旋轉精度 精度一般或較差?？稍跓o隙或預加載荷下工作。精度也可以很高，但制造困難 單油楔軸承一般，多油楔軸承較高 可以很高 剛 度 僅與軸承型號有關，與轉速、載荷無關，預緊后可提高一些 隨轉速和載荷升高而增大 與節(jié)流形式有關，與載荷轉速無關 承載能力 一般為恒定值，高速時受材料疲勞強度限制 隨轉速增加而增加，高速時受溫升限制 與油腔相對壓差有關，不計動壓效應時與速度無關 抗振性能 不好，阻尼系數D=0.029 較好，阻尼系數D=0.055 很好，阻尼系數D=0.4 速度性能 高速受疲勞強度和離心力限制，低中速性能較好 中高速性能較好。低速時形不成油漠，無承載能力 適應于各種轉速 摩擦功耗 一般較小，潤滑調整不當時則較大f=0.002～0.008 較小 f=0.001～0.008 本身功耗小，但有相當大的泵功耗f=0.0005～0.001 噪 聲 較大 無噪聲 本身無噪聲，泵有噪聲 壽 命 受疲勞強度限制 在不頻繁啟動時，壽命較長 本身壽命無限，但供油系統(tǒng)的壽命有限 5.3 主軸結構的初步擬定 主軸的結構主要決定于主軸上所安裝的刀具、夾具、傳動件、軸承和密封裝置等的類型、數目、位置和安裝定位的方法，同時還要考慮主軸加工和裝配的工藝性，一般在機床主軸上裝有較多的零件，為了滿足剛度要求和能得到足夠的止推面以及便于裝配，常把主軸設計成階梯軸，即軸徑從前軸頸起向后依次遞減。主軸是空心的或者是實心的，主要取決于機床的類型。此次設計的主軸，也設計成階梯形，同時，在滿足剛度要求的前提下，設計成空心軸，以便通過刀具拉桿。 5.4 主軸組件的計算 主軸組件的結構參數主要包括：主軸的平均直徑D（初選時常用主軸前軸頸的直徑D來表示）；主軸內孔直徑d；主軸前端部的懸伸量a；以及主軸支承跨距L等。一般般步驟是：首先根據機床主電機功率或機床的主參數來選取D，在滿足主軸本身剛度的前提下，按照工藝要求來確定d，根據主軸前端部結構形狀和前支承的結構型式來確定a,最后根據D、a和主軸前支承的支承剛度來確定L。 主軸軸承的配置型式，對主要結構參數的確定很有關系，故在設計過程中常需交叉進行，最終以主軸組件剛度等性能來衡量其設計的合理性。 主軸直徑對主軸組件剛度的影響很大，直徑越大，主軸本身的變形和軸承變形引起的主軸前端位移越小，即主軸組件的剛度越高。 但主軸前端軸頸直徑D越大，與之相配的軸承等零件的尺寸越大，要達到相同的公差則制造越困難，重量也增加。同時，加大直徑還受到軸承所允許的極限轉速的限制，甚至為機床結構所不允許。 通常，主軸前軸頸直徑D可根據傳遞功率，并參考現有同類機床的主軸軸頸尺寸確定。查《金屬切削機床設計》第157頁表5-12中，幾種常見的通用機床鋼質主軸前軸頸的直徑D，可供參考，如下表2-3所示： 已知主電機功率P=4KW，機床類型是銑床，查上表中對應項， 機床 機 床 功 率 （千瓦） 1.47～2.5 2.6～3.6 3.7～5.5 5.6～7.3 7.4～11 11～14.7 車床 60～80 70～90 70～105 95～130 110～145 140～165 銑床 50～90 60～90 60～95 75～100 90～105 100～115 外圓磨床 — 50～90 55～70 70～80 75～90 75～100 初取D=80。 主軸后軸頸直徑D和前軸頸直徑D的關系，可根據下列經驗公式來定： D=（0.7～0.85）D 因此，有 D=（0.7～0.85）D=（0.7～0.85）×80=56～68，取D=65。 表2-3 主軸前軸頸直徑D的選擇 5.3 主軸結構圖 根據上的分析計算，可初步得出主軸的結構如圖所示： 主軸結構圖 6 組合機床主軸箱設計 6.1主軸箱設計的原始依據 主軸箱設計的原始依據圖,是根據三圖一卡整理編繪出來的,其內容包括主軸箱設計的原始要求和已知條件 在編輯此圖時從三圖一卡中一已之 1） 主軸箱輪廓尺寸500500mm。 2） 工件位置尺寸及連桿大小頭中心位置尺寸。 3） 工件與主軸箱位置尺寸。 根據這些數據可編制出主軸箱設計原始依據圖。 6.2 運動參數和動力參數的確定 6．2．1 傳動系統(tǒng)傳動比分配 本機床主軸箱采用三級傳動： 傳動比為3.765 根據所提供數據估算各對齒輪齒輪數及傳動比： 第一對：=22 =32 其傳動比 ：i=1.45 第二對： =26 =38 其傳動比 ：i=1.46 第三對： =32 =57 其傳動比 ：i=1.78 按任務書的要求，本機床要同時粗銑兩端面。因被加工零件兩端面所要達到的各級參數都完全相同，故設計成相互對稱的傳動系統(tǒng)。 6．2．2 計算傳動裝置的運動和設計參數 （1） 推算出各軸的轉速和轉矩 1． 各軸的轉速： 2． 各軸輸入功率分別為齒輪傳動效率 3． 各軸輸入轉矩 6．2．3 齒輪模數的估算及其叫校核 （1） 估算 齒輪彎曲疲勞的估算 齒面點蝕的估算 其中為大齒輪的計算轉速，A為齒輪的中心距，由中心距A 及齒數Z1、Z2求其摸數 根據估算所得和中較大的值選取相近的標準摸數對于第一對齒輪： 第二對齒輪： mm =2.76mm 取摸數m為3 第二對齒輪： =2.4mm mm 取摸數m為3 第三對齒輪： 取摸數m 為3 （2） 齒輪模數計算及強度校核 1．選定齒輪類型、精度、材料及齒數 1） 按照所示的傳動方案選用直齒圓拄齒輪傳動 2） 組合機床為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度 3） 材料選擇：選用小齒輪材料40，硬度為280HBS，大齒輪材料為45號鋼硬度為240HBS，二者材料硬度為40HBS 4） 選小齒輪齒數Z1=22 大齒輪齒數Z2=32 2． 按齒面接觸強度設計 由設計計算公式機械設計第七版進行試算，所涉及的公式到《機械設計》的第七版得。 1 確定公式內的各計算數值 1） 試選擇載荷系數 2 ）計算小齒輪傳遞的轉矩 3 ）由表中可得選取齒寬系數為1 4）由表中可查材料彈性系數 5）由圖可知 按齒輪面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限大齒輪的接觸疲勞強度極限 6）計算應力循環(huán)次數 7）由圖可知 查得接觸疲勞壽命系數 8）計算接觸疲勞強度許用應力 取失效概率為1% 安全系數S=1 則有： [ [ （3） 計算 （1） 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的 dt1=58.26mm 由于大于等于58.286毫米，故取為66毫米。 （2） 計算摸數 （4） 按齒輪彎曲強度設計 由公式得彎曲強度的設計公式為： 1． 由圖則有小齒輪的彎曲強度疲勞強度極限，大齒輪的彎曲疲勞強度極限 2． 由表上則有彎曲的疲勞強度壽命系數 3． 計算彎曲疲勞許用應力：取彎曲疲勞安全系數S=1.4，由書中的公式有： 4． 計算載荷系數K K=1X1.12X1.2X1.35=1.814 5． 查取齒形系數 6． 查取應力系數 7． 計算大，小齒輪的并加以比較： 大齒輪的計算值大。 （2） 設計計算 對比計算結果，取，則有： 這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞又滿足齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。 此時關于幾何計算 1 計算分度圓的直徑： 2 計算中心距： 3 計算齒輪寬度：通過查閱《組合機床手冊》得 （3） 第二對齒輪的計算，經