加工CA6140的后托架三個孔的鏜床進行總體和主軸箱設計[三維PROE]【含CAD圖紙】

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生產率計算卡 被 加工 零件 圖號 CA6140 毛坯種類 鑄件 名稱 后托架 毛坯重量 材料 HT150 硬度 190～240HBS 工序名稱 鏜孔 工序號 序號 工步 名稱 被加工零件數量 加工直徑(mm) 加工長度 (mm) 工作行程 (mm) 切削速度 (m /?min) 每分鐘轉速 (r/ min) 進給量 (mm/r) 進給速度 (mm /min) 工時(min) 機加工 時間 輔助 時間 共計 1 裝卸工件 1 0.5 0.5 2 滑臺快進 8000 0 0 3 多軸箱工進 (鉆孔Φ80) 80 120 120 25 100 0.4 40 3 3 4 多軸箱工進 (鉆孔Φ60) 60 120 120 25 132 0.4 52.8 2.27 2.27 5 多軸箱工進 (鉆孔Φ51) 51 90 90 25 156 0.4 62.4 1.44 1.44 6 滑臺快退 1 8000 0 0 備注 裝卸工件時間取決于操作者熟練程度,本機床計算時取0.9min 總計 4.427min 單件工時 4.427min 機床生產率 13.5件/h 機床負荷率 90.6% 摘 要 組合機床是根據工件加工需要，以通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效率專用機床。 本文根據CA6140后托架的結構特點、設計加工CA6140后托架的三個孔的組合鏜床及主軸箱，首先分析CA6140后托架的零件結構特點，并繪制出三維圖形，擬定加工工藝方案，采用“一面兩銷”的定位方案；然后繪出工件的工序圖及工件加工示意圖，為實現(xiàn)無級調速，安全可靠，選擇液壓滑臺；根據零件的大小及被加工孔的位置確定主軸箱的輪廓尺寸；由加工工藝選擇滾珠軸承主軸，通過計算扭矩確定主軸和傳動軸的直徑；繪出機床尺寸聯(lián)系圖；接著，設計多軸箱，多軸箱的齒輪的模數是通過計算齒面接觸強度和齒根彎曲強度確定的；軸上的鍵等零件選取相應的標準件，并對軸進行校核計算。 本課題所設計的CA6140后托架三孔加工組合機床，提高了加工精度和生產效率，減少了工人的勞動強度，增加了經濟效益。 關鍵詞：組合機床，CA6140后托架，一面兩銷，多軸箱 Abstract Combination machine tools is based on the workpiece processing needs, based on the general parts, a high efficient special machine match with a few special parts. In this paper, based on a combination of boring machine spindle box and three pore structure characteristics, the design process of CA6140 bracket bracket after CA6140, first analysis of structural characteristics of parts carrier CA6140, and draw out the three-dimensional graphics, drafting process scheme, using the "positioning square two sells at the same face" case; then process diagram and schematic diagram of workpiece processing paint work, in order to realize the stepless speed regulation, safe and reliable, the choice of hydraulic slipway; according to the size of parts and the hole position to determine the overall size of the headstock; choicing ball bearing spindle by processing craft, by calculating the torque of the spindle and shaft diameter is decided; draw machine size contact map; then, the design of multi-axle box multi-spindle box, gear modulus is determined by contact strength of tooth surface and tooth root bending strength calculation; the key parts such as selection of the standard parts, and the shaft was checked.The design of the CA6140 carrier three-hole processing combined machine tools, improve the machining accuracy and production efficiency, reduce the labor intensity of workers, increasing economic benefit. Keywords: combination machine tool, CA6140 bracket, a two pin, multi-axle box 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 1 前 言 1 1.1 組合機床的特點 1 1.2 組合機床的分類和組成 1 1.3 組合機床國內外研究現(xiàn)狀 2 2 組合機床總體設計 5 2．1 組合機床工藝方案的制定 5 2．2 組合機床配置型式及結構方案的確定 7 2.3.1刀具的選擇 8 2.3.2 鏜Φ孔 8 2.3.2 鏜Φ孔 10 2.3.2 鏜Φ孔 12 2.4 機床生產率計算卡 14 3 組合機床主軸箱設計 16 3.1繪制右主軸箱設計原始依據圖 16 3.2 主軸、齒輪的確定及動力計算 18 3.2.1 主軸型式和直徑、齒輪模數的確定 18 3.2.2 主軸箱的動力計算 18 3.3主軸箱傳動系統(tǒng)的設計與計算 18 3.3.1 驅動軸、主軸的坐標計算 18 3.3.2 擬訂主軸箱傳動路線 18 3.3.3 確定傳動軸位置和齒輪齒數 19 3.4 多軸箱坐標計算、繪制坐標檢查圖 22 3.4.1 選擇加工基準坐標系XOY,計算主軸、驅動軸坐標 22 3.4.2傳動軸的坐標 22 3.4.3 驗算中心距誤差 23 3.4.4 繪制坐標檢查圖 23 3.5 齒輪強度校核 23 3.5.1 校核齒根彎曲疲勞強度 24 3.5.2 校核接觸疲勞強度 25 3.6 傳動軸直徑的確定和軸的強度校核 26 3.6.1 軸的直徑的確定 26 3.6.2 軸的強度校核 26 3.7 主軸箱體及其附件的選擇設計 30 3.7.1 主軸箱的選擇設計 30 3.7.2 主軸箱上的附件材料的設計 30 4 總 結 31 致 謝 32 參 考 文 獻 33 34 1 前 言 1.1 組合機床的特點 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專用機床。它能夠對一種（或幾種）零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、銑削磨削等工序，生產效率高，加工精度穩(wěn)定。 組合機床與通用機床、其他專用機床比較，具有以下特點： （1） 組合機床上的通用部件和標準零件約占全部機床零、部件總量的70～80%，因此設計和制造的周期短，投資少，經濟效果好。 （2） 由于組合機床采用多刀加工，并且自動化程度高，因此比通用機床生產效率高，產品質量穩(wěn)定，勞動強度低。 （3） 組合機床的通用部件是經過周密設計和長期生產實踐考驗的，又有廠成批制造，因此結構穩(wěn)定、工作可靠，使用和維修方便。 （4） 在組合機床上加工零件時，由于采用專用夾具、刀具和導向裝置等，加工質量靠工藝裝備保證，對操作工人水平要求不高。 （5）當被加工產品更新時，采用其他類型的專用機床時，其大部分件要報廢。用組合機床時，其通用部件和標準零件可以重復利用，不必另行設計和制造。 （6）組合機床易于聯(lián)成組合機床自動線，以適應大規(guī)模的生產需要。 組合機床常用的通用部件有：機身、底座、立柱、動力箱、動力滑臺，各種工藝切削頭等。對于一些按循序加工的多工位組合機床，還具有移動工作臺或回轉工作臺。 動力箱、各種工藝切削頭和動力滑臺是組合機床完成切削主運動或進給運動的動力部件。其中還有能同時完成切削主運動和進給運動的動力頭。 機身、立柱、中間底座等是組合機床的支承部件，起著機床的基礎骨架作用。組合機床的剛度和部件之間的精度保持性，主要是由這些部件保證。 1.2 組合機床的分類和組成 組合機床的通用部件分大型和小型兩大類。大型通用部件是指電機功率為1.5-30千瓦的動力部件及其配套部件。這類動力部件多為箱體移動的結構形式。小型通用部件是指電機功率甾.1-2.2千瓦的動力部件及其配套不見。這類動力部件多為套筒移動的結構形式。用大型通用部件組成的機床稱為大型組合機床。用小型通用部件真誠的機床稱為小型組合機床。按設計的要求本次設計的機床為大型通用機床。 組合機床除分為大型和小型外，按配置形式又分為單工為和多工位機床兩大類。單工位機床又有單面、雙面、三面和四面幾種，多工位機床則有移動工作臺式、回轉工作臺式、中央立柱式和回轉鼓輪式等配置型式。本次設計的機床為單工位雙面銑床。 1.3 組合機床國內外研究現(xiàn)狀 1）國外研究現(xiàn)狀： 世界上第一臺組合機床于1908年在美國問世，30年代后組合機床在世界各國得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程的關鍵設備之一。從2002年年底第21屆日本國際機床博覽會上獲悉，在來自世界10多個國家和地區(qū)的500多家機床制造商和團體展示的最先進機床設備中，超高速和超高精度加工技術裝備與復合、多功能、多軸化控制設備等深受歡迎。據專家分析，機床裝備的高速和超高速加工技術的關鍵是提高機床的主軸轉速和進給速度。該屆博覽會上展出的加工中心，主軸轉速10000～20000r/min，最高進給速度可達20～60m/min；復合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數量減少的同時，加工的形狀卻日益復雜。多軸化控制的機床裝備適合加工形狀復雜的工件。另外，產品周期的縮短也要求加工機床能夠隨時調整和適應新的變化，滿足各種各樣產品的加工需求。 然而更關鍵的是現(xiàn)代通信技術在機床裝備中的應用，信息通信技術的引進使得現(xiàn)代機床的自動化程度進一步提高，操作者可以通過網絡或手機對機床的程序進行遠程修改，對運轉狀況進行監(jiān)控并積累有關數據；通過網絡對遠程的設備進行維修和檢查、提供售后服務等。 2.國內研究現(xiàn)狀： 30多年來，我國組合機床通用部件經歷了一個從無到有、從點到面、從低到高的逐步發(fā)展的歷史時期。進入90年代，組合機床行業(yè)加快發(fā)展，行業(yè)的整體實力和新產品的質量及水平有了顯著的提高。目前的現(xiàn)狀的是： a.組合機床制造技術由過去的以加工為主的單機及自動線向綜合成套方向轉化。b.組合機床的控制技術由傳統(tǒng)的程序控制技術向數控、計算機管理與監(jiān)控方向發(fā)展。c.組合機床的開發(fā)設計手段由過去的人工設計，轉向計算機輔助設計。 組合機床行業(yè)雖然取得了較大的進步與發(fā)展，但是，在制造技術高速發(fā)展的今天，由于基礎薄弱，從整體上看，與國外先進水平、與國內用戶的要求還存在著一定的差距，主要表現(xiàn)在：產品可靠性較差；可調可變性差；缺少必要的適應多品種加工的新品種；系列化、通用化、模塊化程度低，致使制造周期過長，滿足不了用戶要求。80年代以來，國外組合機床技術在滿足精度和效率要求的基礎上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機床的加工精度、多品種加工的柔性以及機床配置的靈活多樣方面均有新的突破性發(fā)展，實現(xiàn)了機床工作程序軟件化，工序高度集中，高效短節(jié)拍和多種功能的自動監(jiān)控。 1.4 Pro/E軟件簡介 Pro/Engineer操作軟件是美國參數技術公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數化著稱，是參數化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內產品設計領域占據重要位置。 Pro/Engineer操作軟件是美國參數技術公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數化著稱，是參數化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內產品設計領域占據重要位置。 一. Pro/Engineer Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色，實體或線框造型，完整工程圖的產生及不同視圖展示（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉）。Pro/Engineer是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設計專用功能來實現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽殼（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復雜的幾何設計方式。這系統(tǒng)的參數比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關系，任何一個參數改變，其也相關的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設計優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機上或一些支持Postscript格式的彩色打印機。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標準數據交換格式來實現(xiàn)，用戶更可配上 Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用 C語言編程，以增強軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下（沒有任何附加模塊）具有大部分的設計能力，組裝能力（運動分析、人機工程分析）和工程制圖能力（不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS標準），并且支持符合工業(yè)標準的繪圖儀（HP，HPGL）和黑白及彩色打印機的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer功能如下： 1．特征驅動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等）； 2．參數化（參數=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）； 3．通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數之間（如表面積等）的關系來進行設計。 4．支持大型、復雜組合件的設計（規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/PROGRAM的各種能用零件設計的程序化方法等）。 5．貫穿所有應用的完全相關性（任何一個地方的變動都將引起與之有關的每個地方變動）。其它輔助模塊將進一步提高擴展 Pro/ENGINEER的基本功能。 二．、Pro/E機構運動仿真 工程師無需等待物理原型就能測試產品的動力行為。利用 Pro/ENGINEER 機構動力學仿真，您可以虛擬地仿真包含運動元件的系統(tǒng)中的作用力和加速度。而且，您可以綜合考慮諸如彈簧、電動機、摩擦力和重力等動力影響，相應地調整產品性能。改善檢驗和認證過程并最大程度地提高設計信心，而無需承受制造昂貴原型的負擔。 與設計和分析工具完全集成，從而無需再花費時間、精力和金錢來處理數據轉換和關聯(lián)的錯誤。 利用Pro/E機構仿真有以下優(yōu)點： ? 可以創(chuàng)建虛擬樣機在桌面計算機中進行測試，從而降低開發(fā)成本 模擬賽車懸架所受到的實際作用力。 ? 能夠更快速和更早地將變更反映在產品中，并從桌面計算機測試中即時獲得結果。 ? 通過縮短開發(fā)時間率先向市場推出更優(yōu)質的產品。 ? 通過對產品壽命進行更準確的估計，從而可降低保修成本。 ? 利用具體的動畫式生產指令進行裝配，可以避免代價高昂的制造錯誤。 ? 通過利用從虛擬測試中所節(jié)省的時間來評估更多設計構思，從而可開發(fā)出更新穎的產品。 ? 在易于學習、直觀明了的用戶界面中工作。 2 組合機床總體設計 組合機床總體設計，針對CA6140后托架加工零件的特點，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。 2．1 組合機床工藝方案的制定 工藝方案的擬訂是組合機床設計的關鍵一步。因為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，應根據工件的加工要求和特點，按一定的原則、結合組合機床常用的工藝方法、充分考慮各種因素，并經技術經濟分析后擬訂出先進、合理、經濟、可靠的工藝方案。 圖2-1 CA6140后托架零件圖 圖2-2 CA6140后托架零件三維模型 此次設計的組合機床是用于加工CA6140后托架鏜孔專用組合機床，其工藝方案為鏜孔，其具體的加工工藝如下: a. 鏜Φ孔至要求， b. 鏜Φ孔至要求， c. 鏜Φ孔至要求， 正確選擇組合機床加工工件采用的基準定位，是確保加工精度的重要條件。 本設計的后托架是殼體類零件，殼體類零件一般都有較高精度的孔和面需要加工，又常常要在幾次安裝下進行。因此，定位基準選擇“一面兩孔”是最常用的定位方法， 因此該被加工零件采用 “一面兩銷”的定位方案，定位基準和夾壓點見零件的工序圖。 該定位方案限制的自由度如下：以工件的底面為定位基準面，約束了x、y向的轉動和z向的移動 3個自由度。定位銷約束了x、y向的移動2個自由度。菱形銷約束了z向的轉動1個自由度。這樣工件的6個自由度被完全約束了得到了完全的定位。 2．2 組合機床配置型式及結構方案的確定 根據選定的工藝方案確定機床的配置型式，并定出影響機床總體布局和技術性能的主要部件的結構方案。既要考慮能實現(xiàn)工藝方案，以確保零件的精度、技術要求及生產率，又要考慮機床操作方便可靠，易于維修，且潤滑、冷卻、排屑情況良好。對同一個零件的加工，可能會有各種不同的工藝方案和機床配置方案，在最后決定采取哪種方案時，絕不能草率，要全面地看問題，綜合分析各方面的情況，進行多種方案的對比，從中選擇最佳方案。 各種形式的單工位組合機床，具有固定式夾具，通?？砂惭b一個工件，特別適用于大、中型殼體類零件的加工。根據配置動力部件的型式和數量，這種機床可分為單面、多面復合式。利用多軸想同時從幾個方面對工件進行加工。但其機動時間不能與輔助時間重合，因而生產率比多工位機床低。 在認真分析了被加工零件的結構特點及所選擇的加工工藝方案，又由單工位組合機床的特點及適應性，確定設計的組合機床的配置型式為單工位臥式組合機床。 2．3 各側具體零部件的設計、計算及選擇 2.3.1刀具的選擇 考慮到工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切削的排除及生產率要求等因素，所以加工3個孔的刀具均采用標準錐柄長麻花鉆和單導向懸臂鏜刀。 2.3.2 鏜Φ孔 a. 切削用量的選擇 由參考文獻[9]表6-15 查得用高速綱刀具粗鏜鑄鐵的切削用量：v=20～25m/min，f轉=0.25～0.8mm/r,則選取v=25mm/min, f轉=0.4mm/min,由公式 求出鏜刀的轉速：n=99.5 r/min，圓整為n=100r/min,則實際切削速度vc由公式 求得vc=25.12m/min，工進速度vf=nf=100×0.4=40mm/min b. 切削力，切削轉矩，切削功率及刀具耐用度的計算 刀具的切削力、切削轉矩、切削功率及刀具耐用度分別由以下公式求出 Fz=51.4apf0.75HB0.55 Fx=0.51ap1.2f0.65HB1.1 T=25.7Dapf0.75HB0.55 Fz =51.4×1×0.40.75×2140.55=494.58 N Fx=0.51×11.2×0.40.65×2141.1=102.89 N T=25.7×80×0.40.75×2140.55=19784N·mm kw c. 確定主軸類型、尺寸、外伸長度 滾錐軸承主軸：前后支承均為圓錐滾子軸承。這種軸承可承受較大的徑向和軸向力，且結構簡單、裝配調整方便，廣泛用于擴、鏜、鉸孔和攻螺紋等加工。因此選用滾錐軸承主軸。 求出滿足條件的最小直徑 （其中B=7.3） mm 再由參考文獻[9]表3-6查取d=30mm,D/d1=40/30mm，主軸的外伸尺寸為130mm d. 確定鏜桿直徑 由鏜孔直徑為Φ80mm，參考參考文獻[5]表2.5-4選取鏜桿的直徑為Φ40mm,鏜刀方截面直徑為10×10 e. 浮動卡頭的選擇 根據軸外徑Φ40mm，內徑Φ30mm，由參考文獻[9]圖8-2選擇浮動卡頭D×p=Tr28×3，根據鏜孔形式為單導向懸臂孔，采用較為普遍的內滾式單導向懸臂鏜孔，根據卡頭內徑尺寸d=Φ22mm及鏜孔直徑為Φ80mm,確定滑套的徑向尺寸d1=Φ53mm f. 導向裝置的選擇 由參考文獻[9]表3-4查得導套的總長度：l1=106～159mm，導套口至工件的距離20～50mm，取導套的長為150mm，選取導套口至工件的距離為50mm g. 工作循環(huán)及行程的確定 由于該動力箱只加工Φ80，Φ60,Φ51,行程主要由鏜孔Φ80決定工作進給長度，切入長度一般為5-10mm，取L1=8mm，L2=5-10mm,取L2=8mm,切出長度由參考文獻[9]表3-7查得，加工長度L根據零件圖可知Φ80孔深120mm，算出工作進給L工=8+120+8=136 mm 快退長度的確定：一般選固定式夾具或鉆孔或擴孔機床上，動力頭快速退回行程只要將所有的刀具都退回至導套內，不影響工件裝卸即可，故快退尺寸由以下尺寸鏈可知 圖2-1 快進、快退尺寸鏈圖 l快退=50+120+8=178mm, l快進=50-8=42mm h. 動力部件的選擇 由上文算出鏜削Φ80mm孔的輸出功率P切削=0.203kw,設多軸箱的傳遞效率η=0.85，則動力頭輸入多軸箱的功率P多=kw 根據多軸箱功率P多=0.239kw，由參考文獻[9]表5-38，選用1TD32-ⅤA型動力箱驅動（n馬達=470r/min,電機選Y112M-5型，功率為2.2kw） 已知工進Vf=40mm/min,進給力Fz=494.58N,又因1TD32-ⅤA型動力箱的滑鞍長L=400mm, ，由參考文獻[9]表5-1選擇1HY40型滑臺及配套后底座1CC401。 i. 多軸箱輪廓尺寸的設計 臥式組和機床上的多軸箱最低主軸高度h1等于工件最低孔距工件定位基準面的尺寸與機床裝料高度之和與側底座高度、滑座與側底座間的調整墊厚度（一般取5mm）、滑臺滑座總高、多軸箱底與滑臺滑座臺面間的間隙（取0.5mm）之和的差值。分析零件圖知工件最低距定位基準面的距離為0mm，選取裝料高度為1240mm，因為滑臺與底座的型號都已經選擇，所以側底座的高度為已知值：660mm， 滑臺滑座總高：330mm；滑座與側底座的調整墊厚度一般取5mm，多軸箱底與滑臺滑座臺面間的間隙取0.5mm。 故h1=0+1240-(0.5+5+330+660)=244.5mm 所以 B=b+2b1=0+2×120=240mm H=h+h1+b1=0+244.5+120=364.5mm 由此數據查參考文獻[15]表8.22選取多軸箱尺寸B×H=500mm×400mm, 臺面寬度為260mm。 2.3.2 鏜Φ孔 a. 切削用量的選擇 由參考文獻[9]表6-15 查得用高速綱刀具粗鏜鑄鐵的切削用量：v=20～25m/min，f轉=0.25～0.8mm/r,則選取v=25mm/min, f轉=0.4mm/min,由公式 求出鏜刀的轉速：n=132.69 r/min，圓整為n=132r/min,則實際切削速度vc由公式 求得vc=24.87m/min，工進速度vf=nf=132×0.4=52.8mm/min b. 切削力，切削轉矩，切削功率及刀具耐用度的計算 刀具的切削力、切削轉矩、切削功率及刀具耐用度分別由以下公式求出 Fz=51.4apf0.75HB0.55 Fx=0.51ap1.2f0.65HB1.1 T=25.7Dapf0.75HB0.55 Fz =51.4×1×0.40.75×2140.55=494.58 N Fx=0.51×11.2×0.40.65×2141.1=102.89 N T=25.7×60×0.40.75×2140.55=14838N·mm kw c. 確定主軸類型、尺寸、外伸長度 滾錐軸承主軸：前后支承均為圓錐滾子軸承。這種軸承可承受較大的徑向和軸向力，且結構簡單、裝配調整方便，廣泛用于擴、鏜、鉸孔和攻螺紋等加工。因此選用滾錐軸承主軸。 求出滿足條件的最小直徑 （其中B=7.3） mm 再由參考文獻[9]表3-6查取d=30mm,D/d1=40/30mm，主軸的外伸尺寸為130mm d. 確定鏜桿直徑 由鏜孔直徑為Φ60mm，參考參考文獻[5]表2.5-4選取鏜桿的直徑為Φ30mm,鏜刀方截面直徑為10×10 e. 浮動卡頭的選擇 根據軸外徑Φ30mm，內徑Φ20mm，由參考文獻[9]圖8-2選擇浮動卡頭D×p=Tr28×3，根據鏜孔形式為單導向懸臂孔，采用較為普遍的內滾式單導向懸臂鏜孔，根據卡頭內徑尺寸d=Φ22mm及鏜孔直徑為Φ60mm,確定滑套的徑向尺寸d1=Φ53mm f. 導向裝置的選擇 由參考文獻[9]表3-4查得導套的總長度：l1=106～159mm，導套口至工件的距離20～50mm，取導套的長為150mm，選取導套口至工件的距離為50mm g. 工作循環(huán)及行程的確定 由于該動力箱只加工Φ80，Φ60,Φ51,行程主要由鏜孔Φ80決定工作進給長度，切入長度一般為5-10mm，取L1=8mm，L2=5-10mm,取L2=8mm,切出長度由參考文獻[9]表3-7查得，加工長度L根據零件圖可知Φ80孔深120mm，算出工作進給L工=8+120+8=136 mm 快退長度的確定：一般選固定式夾具或鉆孔或擴孔機床上，動力頭快速退回行程只要將所有的刀具都退回至導套內，不影響工件裝卸即可，故快退尺寸由以下尺寸鏈可知 圖2-1 快進、快退尺寸鏈圖 l快退=50+120+8=178mm, l快進=50-8=42mm 2.3.2 鏜Φ孔 a. 切削用量的選擇 由參考文獻[9]表6-15 查得用高速綱刀具粗鏜鑄鐵的切削用量：v=20～25m/min，f轉=0.25～0.8mm/r,則選取v=25mm/min, f轉=0.4mm/min,由公式 求出鏜刀的轉速：n=156.11 r/min，圓整為n=156r/min,則實際切削速度vc由公式 求得vc=24.98m/min，工進速度vf=nf=156×0.4=62.4mm/min b. 切削力，切削轉矩，切削功率及刀具耐用度的計算 刀具的切削力、切削轉矩、切削功率及刀具耐用度分別由以下公式求出 Fz=51.4apf0.75HB0.55 Fx=0.51ap1.2f0.65HB1.1 T=25.7Dapf0.75HB0.55 Fz =51.4×1×0.40.75×2140.55=494.58 N Fx=0.51×11.2×0.40.65×2141.1=102.89 N T=25.7×51×0.40.75×2140.55=12612N·mm kw c. 確定主軸類型、尺寸、外伸長度 滾錐軸承主軸：前后支承均為圓錐滾子軸承。這種軸承可承受較大的徑向和軸向力，且結構簡單、裝配調整方便，廣泛用于擴、鏜、鉸孔和攻螺紋等加工。因此選用滾錐軸承主軸。 求出滿足條件的最小直徑 （其中B=7.3） mm 再由參考文獻[9]表3-6查取d=30mm,D/d1=40/30mm，主軸的外伸尺寸為130mm d. 確定鏜桿直徑 由鏜孔直徑為Φ51mm，參考參考文獻[5]表2.5-4選取鏜桿的直徑為Φ30mm,鏜刀方截面直徑為10×10 e. 浮動卡頭的選擇 根據軸外徑Φ30mm，內徑Φ20mm，由參考文獻[9]圖8-2選擇浮動卡頭D×p=Tr28×3，根據鏜孔形式為單導向懸臂孔，采用較為普遍的內滾式單導向懸臂鏜孔，根據卡頭內徑尺寸d=Φ22mm及鏜孔直徑為Φ51mm,確定滑套的徑向尺寸d1=Φ53mm f. 導向裝置的選擇 由參考文獻[9]表3-4查得導套的總長度：l1=106～159mm，導套口至工件的距離20～50mm，取導套的長為150mm，選取導套口至工件的距離為50mm g. 工作循環(huán)及行程的確定 由于該動力箱只加工Φ80，Φ60,Φ51,行程主要由鏜孔Φ80決定工作進給長度，切入長度一般為5-10mm，取L1=8mm，L2=5-10mm,取L2=8mm,切出長度由參考文獻[9]表3-7查得，加工長度L根據零件圖可知Φ80孔深120mm，算出工作進給L工=8+120+8=136 mm 快退長度的確定：一般選固定式夾具或鉆孔或擴孔機床上，動力頭快速退回行程只要將所有的刀具都退回至導套內，不影響工件裝卸即可，故快退尺寸由以下尺寸鏈可知 圖2-1 快進、快退尺寸鏈圖 l快退=50+120+8=178mm, l快進=50-8=42mm 2.4 機床生產率計算卡 生產率計算卡是用以反映機床的加工過程、完成每一個動作所需的時間、切削用量、機床生產率及機床負荷率等，計算公式參照參考文獻[9]P51-P52。 a. 理想生產率 理想生產率(單位為件/h)是指完成年生產綱領A(包括備品及廢品率在內)所要求的機床生產率。它與全年工時總數有關，一般情況下，單班制取2350h，兩班制取4700h。則 由公式得： b. 實際生產率 實際生產率是指所設計的機床每小時實際可生產的零件數量。即公式 式中，—生產一個零件所需時間（min）。 式中 ——為刀具工作進給長度，單位為mm； ——為刀具工作進給速度，單位為mm/min； ——當加工沉孔、止口、锪窩、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 ——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； ——直線移動或回轉工作臺進行一次工位轉換時間，一般取0.1min； ——工件裝、卸時間，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等。通常取0.5～1.5min。 所以： 則 c. 機床負荷率 機床負荷率為理論生產率與實際生產率之比。由參考文獻[9]公式 則 3 組合機床主軸箱設計 主軸箱是組合機床的重要專用部件。它是根據加工示意圖所確定的工件加工孔的數量和位置、切削用量和主軸類型設計的傳遞個主軸運動的動力部件。其動力來自通用的動力箱，與動力箱一起安裝于進給滑臺，可完成鉆、擴、較、鏜等加工工序。 主軸箱一般具有多根主軸同時對一列孔系進行加工。但也有單軸的，用于鏜孔居多，此次本設計的鏜孔就是屬于此類型。 目前主軸箱設計有一般設計法和電子計算機輔助設計法兩種。計算機設計主軸箱，由人工輸入原始數據，按事先編制好的程序，通過人機交互方式，可迅速、準確地設計傳動系統(tǒng)，繪制主軸箱總圖、零件圖和箱體補充加工圖，打印出軸孔坐標及組件明細表。一般設計法的順序是：繪制主軸箱設計原始依據圖；確定主軸結構、軸頸及模數；擬訂傳動系統(tǒng)；計算主軸、傳動軸，繪制坐標檢查圖；繪制多軸箱總圖，零件圖及編制組件明細表。在此用一般設計方法設計多軸箱。 3.1繪制右主軸箱設計原始依據圖 主軸箱的設計原始依據圖是根據“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。 在編制此圖時從“三圖一卡”中已知： a. 主軸箱輪廓尺寸500×300； b. 工件輪廓尺寸及各孔的位置尺寸； c. 工件和主軸箱相對位置尺寸。 根據以上依據編制出的主軸箱設計原始依據圖如下圖所示： 圖3-1組合機床設計原始依據圖 注：1.被加工零件編號及名稱：C6140后托架。材料及硬度：灰鑄鐵；160-250HBS 2.主軸外伸尺寸及切削用量：（表3-1） 表3-1主軸外伸尺寸及切削用量 軸號 主軸外伸尺寸（mm） 切削用量 備注 D/d L 工序內容 n(r/min) v(m/min) f(mm/r) 1 40/30 130 鏜￠80 100 25 0.4 2 40/30 130 鏜￠60 134 25 0.4 3 40/30 130 鏜￠51 200 25 0.4 3.動力部件1TD32ⅤA，1HY32IA，N主=2.2KW,n=940r/min。 3.2 主軸、齒輪的確定及動力計算 3.2.1 主軸型式和直徑、齒輪模數的確定 主軸結構型式和直徑主要取決于工藝方法、刀具主軸聯(lián)接結構、刀具的進給抗力和切削轉矩。如鉆孔是常采用滾珠軸承主軸；擴、鏜、鉸孔等工序常采用滾錐軸承主軸；主軸間距較小時常選用滾針軸承主軸。因本主軸箱的主軸都是用來鏜孔，所以采用滾錐軸承主軸。 主軸直徑在繪制“三圖一卡”時都已經確定好了。（d=30mm） 齒輪模數m一般采用類比法確定，多軸箱中齒輪常用的模數有2、2.5、3、3.5、4等幾種。根據經驗采用類比法從通用系列中選取各齒輪模數。為便于生產同一多軸箱中的模數規(guī)格最好不要多于兩種。 3.2.2 主軸箱的動力計算 因所有主軸均用于鉆孔，所以均選用滾珠軸承主軸，主軸箱所需動力見機床的總體設計，此處不在贅述。 3.3主軸箱傳動系統(tǒng)的設計與計算 3.3.1 驅動軸、主軸的坐標計算 根據主軸箱設計原始依據圖3-1，計算驅動軸、主軸的坐標尺寸，如表2-2所示： 表3-2 驅動軸、主軸坐標值 坐標 銷O1 驅動軸O 主軸1 主軸2 主軸3 X 0.000 200.000 200.000 74.000 366.000 Y 0.000 90.000 210.000 210.000 210.000 3.3.2 擬訂主軸箱傳動路線 在設計傳動系統(tǒng)時,要盡可能用較少的傳動件，使數量較多的主軸獲得預定的轉速和轉向，因此在設計時單一的計算或作圖的方法是難以達到要求的，現(xiàn)在一般采用“計算、作圖和試湊” 相結合的辦法來設計。 該零件上的被加工孔的位置分布是多種多樣的，但可將其歸納為：同心圓分布、直線分布和任意分布三種類型。 根據需加工孔的位置情況設計主軸箱的傳動路線敘述如下： 將主軸1、2、3為一組直線分布軸，在2、3兩軸中心連線的垂直平分線上設中心傳動軸5；同樣在主軸1和3兩軸中心連線的垂直平分線上設中心傳動軸4。 為直觀起見將傳動路線用樹形圖表達出，如下圖所示： 圖3-2 三孔鏜銷多軸箱傳動樹形圖 3.3.3 確定傳動軸位置和齒輪齒數 本主軸箱內傳動系統(tǒng)的設計是按“計算、作圖和試湊”的一般方法來確定齒輪齒數、中間傳動軸的位置和轉速，在設計過程中通過反復試湊及畫圖，才最后確定了齒輪的齒數和中間軸的位置。為滿足齒輪的嚙合關系，有些齒輪采用了變位齒輪來保證中心距的要求。 a. 求各主軸及驅動軸轉速求驅動軸到各主軸之間的傳動比 主軸1: n1=132r/min 主軸2: n2=100r/min 主軸3: n3=156r/min 驅動軸: nO=470r/min 傳動比: = = = b. 傳動軸位置、各軸之間的傳動比、及嚙合齒輪齒數的確定 1.確定傳動軸4的位置及其與驅動軸0與主軸2的齒輪副齒數 傳動軸4設在軸1、2中心連線的垂直平分線上，取驅動軸0與傳動軸4之間的傳動比i0-4=2；驅動軸0上的齒輪齒數z1=21；(設在第Ⅵ排)，齒輪模數m=2.5。 由i0-1=求出z4=42 取z4=42(設在第Ⅵ排),實際傳動比i0-1=2； 則兩軸的中心距 A10-1=mm 傳動軸的轉速 n4=n1i4-1=470/2=235r/min 由i1=求出傳動軸與主軸2之間的傳動比為1.35，取z4-2=23(設在第Ⅲ排),則Z2=54，實際傳動比i4-2=2.348； 則兩軸的中心，距 A10-1=mm 傳動軸的轉速 n4=n4i4-2=235/2.348=100.08r/min 2.確定傳動軸5的位置及其與驅動軸0與主軸1、3的齒輪副齒數 傳動軸5設在軸1、3中心連線的垂直平分線上，取驅動軸0與傳動軸5之間的傳動比i0-4=2；驅動軸0上的齒輪齒數z1=21；(設在第Ⅵ排)，齒輪模數m=2.5。 由i0-5=求出z5=42 取z5=42(設在第Ⅵ排),實際傳動比i0-1=2； 則兩軸的中心距 A10-1=mm 傳動軸5的轉速 n4=n1i4-1=470/2=235r/min 由i1=3.56求出傳動軸5與主軸1之間的傳動比為1.78，取z5-1=28(設在第Ⅱ排),則Z1=49，實際傳動比i5-1=1.75； 則兩軸的中心，距 A10-1=mm 傳動軸的轉速 n4=n6i5-1=235/1.75=134.3r/min 由i3=3.01求出傳動軸5與主軸3之間的傳動比為1.5，取z5-3=31(設在第Ⅲ排),則Z3=46，實際傳動比i5-3=1.484； 則兩軸的中心，距 A10-1=mm 傳動軸的轉速 n4=n6i5-1=235/1.484=158r/min 8.確定油泵軸6的位置及其與中間傳動軸5間的齒輪副齒數 油泵軸由傳動軸6帶動，將其安放在與傳動軸同一垂直線上，取油泵軸與傳動軸5相嚙合的一對齒輪傳動比：i13-17=0.432,取z5-n=44,由i5-n=計算出zn7=19(設在第Ⅰ排),由A13-17=計算出中心距A13-17=78.75mm, c. 驗算各主軸轉速 n1=r/min n2= r/min n3= r/min 轉速相對損失在5%之內,符合設計要求。 d. 葉片泵的設置 由于葉片泵使用可靠，所以該主軸箱決定采用葉片泵進行潤滑。油泵打出的油經分油器分向各個需潤滑的部位，主軸箱體前后壁之間的齒輪用油盤潤滑，箱體和后蓋以及前蓋的齒輪用油管潤滑。該葉片潤滑泵安裝在箱體的前表壁上，采用油泵傳動軸帶動葉片轉動的傳動方式，計算出： n泵=r/min , n泵z在400-800r/min范圍內，滿足要求。 3.4 多軸箱坐標計算、繪制坐標檢查圖 坐標計算就是根據以知的驅動軸和主軸的位置及傳動關系，精確計算各中間傳動軸的坐標。其目的是為多軸箱箱體零件補充加工圖提供孔的坐標尺寸，并用于繪制坐標檢查圖來檢查齒輪排列、結構布置是否正確合理。 3.4.1 選擇加工基準坐標系XOY,計算主軸、驅動軸坐標 加工基準坐標系在前文已經選擇好了（請見圖3-1），驅動軸及主軸的坐標在3.3.1這一節(jié)也計算好了（請見表3-2） 3.4.2傳動軸的坐標 a. 傳動軸4的坐標計算： 坐標系XOY中軸4的縱坐標為：135.734，橫坐標為135.96，即軸4坐標 (135.96,135.734) b. 傳動軸5的坐標計算： 已知軸1和3的坐標：1（200，210），3（326，210） 因為軸5在主軸1和3 中心連線的垂直平分線上，且主軸1和3 在同一水平線上，所以傳動軸11的橫坐標為：200+0.5（326-200）=263，利用勾股定理求出軸5相對于主軸1和3中心連線的距離A=,所以傳動軸5的縱坐標為：210-72.76718=137.233，即軸11的坐標（263，137.233） c. 油泵軸17的坐標計算： 油泵軸與傳動軸5在同一垂直線內，所以其兩的縱坐標相同，其兩在縱坐標方向相距78.75mm,所以油泵軸17的坐標為(263,215.983) 綜上所述,則得到中間傳動軸與油泵軸的坐標如下表所示： 表3-3 中間傳動軸與油泵軸的坐標 坐標 傳動軸4 傳動軸5 油泵軸6 X 135.96 263.000 263.000 Y 135.734 137.233 215.983 3.4.3 驗算中心距誤差 經驗算都滿足嚙合要求，因此軸5與軸1、3、6相嚙合的齒輪均需采用變位齒輪。 3.4.4 繪制坐標檢查圖 在坐標計算完成后，要繪制坐標及傳動關系檢查圖，用以全面檢查傳動系統(tǒng)的正確性。 圖3-3鏜三孔多軸箱坐標檢查圖 3.5 齒輪強度校核 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，則其他的齒輪也應滿足要求。 驅動軸上的齒輪齒數zo=21,m=2.5,與其相嚙合的大齒輪的齒數z16=42,m=2.5,驅動軸所傳遞的功率P=1.68kw,轉速no=470r/min,T=34136N.mm齒數比=2，齒輪材料為45鋼，大、小齒輪的硬度分別為220HBS,260HBS。 3.5.1 校核齒根彎曲疲勞強度 齒根彎曲疲勞強度的校核公式為： 確定公式中各參數值： a. 大、小齒輪的彎曲疲勞強度極限 、 查參考文獻[13]圖6.9取Mpa, b. 彎曲疲勞壽命系數、 查參考文獻[13]圖6.7取， c. 許用彎曲應力、 取定彎曲疲勞系數SF=1.4, 應力修正系數YST=2.0得 Mpa Mpa d. 齒形系數、和應力修正系數、 查參考文獻[13]表6.4得=2.62，=2.22， =1.59，=1.77 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 ， 大齒輪的數值較大，應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 3.5.2 校核接觸疲勞強度 接觸疲勞強度由公式： 進行校核 確定公式中各參數值： a. 小齒輪傳遞的轉矩T1： N·mm b. 大、小齒輪接觸疲勞強度極限、 按齒面硬度查參考文獻[13]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、 查參考文獻[13]圖6.6得=0.9，=0.95 d. 計算許用接觸應力 取安全系數SH=1，則 Mpa Mpa Mpa e. 確定材料系數ZE 查參考文獻[13]表6.3得ZE=189.8 f. 計算圓周速度v m/s g. 確定載荷系數K 查參考文獻[13]表6.2得使用系數KA=1, 根據v=1.29m/s,7級精度查參考文獻[13]圖6.10得動載系數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。 3.6 傳動軸直徑的確定和軸的強度校核 3.6.1 軸的直徑的確定 T總=T1i1+T2i2+…+Tnin 式中Tn—作用在第n根主軸上的轉矩，單位為N·m in—傳動軸至第n個主軸之間的傳動比 軸4：T10=T1i1 =22.3×2=44.6 N·m 由公式計算出直徑mm ,查參考文獻[9]表3-4，選取直徑d4=35mm。 軸5：同軸4，選取d5=35mm。 軸6：選取油泵軸的直徑 d6=20mm。 3.6.2 軸的強度校核 軸在初步完成結構設計后，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，應根據軸的具體受載及應力情況，采取相應的方法，并恰當地選取其許用應力，對于用于傳遞轉矩的軸應按扭轉強度條件計算，對于只受彎矩的軸（心軸）應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2進行強度校核。 a. 求出主軸上的轉矩 T 在工作時，主軸上所承受的功率P=0.203kw（不計齒輪的嚙合損耗和軸承損耗的功率）。則 N·m b. 求作用在齒輪上的力 mm N N c. 軸的受力分析 1 .畫軸的受力分析圖 2. 計算支承反力： 在水平面內 N N 在垂直平面內 N N 3. 畫彎矩圖（見圖3-8） 在水平面內，a-a剖面左側 MaH=Ftl1=293×43=12599 N·mm a-a剖面右側 M’aH=FH2l2=82.3×153=12591 N·mm 在垂直平面內，a-a剖面左側 MaV=Frl1=106.6×43=4583.8 N·mm a-a剖面右側 M’aV=FV2l2=30×153=4590 N·mm 合成彎矩，a-a剖面左側 N·mm a- a剖面右側 N·mm 4. 畫轉矩圖 T=19800 N·mm 圖3-8 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相對左側大些，扭矩為T，則判斷左側為危險截面，只要右側滿足強度要求即可。 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 mm3 f. 軸的疲勞強度安全系數校核 根據參考文獻[13]表11.2查得，，，， 截面左側 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，；軸經磨削加工，由附表11.4得表面質量系數。則 彎曲應力 ， 應力幅 平均應力 切應力 安全系數 查參考文獻[13]表11.8得許用安全系數， ，則剖面安全，即主軸的強度滿足要求。 3.7 主軸箱體及其附件的選擇設計 3.7.1 主軸箱的選擇設計 該柴油機氣缸體三面鉆組合機床主軸箱選用500×400的通用主軸箱體,主軸箱體材料為HT200,前后蓋的材料是HT150,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。 3.7.2 主軸箱上的附件材料的設計 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,以保證箱體內油量滿足使用要求。 c. 油塞 油塞是用來放油用的,應該置在箱體的底部,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加封油圈密封。 d. 油標 油標是用來指示油的高度的,應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)放置在箱體側面上。 4 總 結 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專用機床。本文通過對CA6140后托架三個孔的組合機床設計，我自己更深層次地了解了設計組合機床時的方法及過程。了解了主軸箱的設計過程及主要參數的選定、工藝方案的制定、“三圖一卡”的編制等各方面的技能，掌握了Pro/E三維軟件的使用方法，AutoCAD二維繪圖的技巧。 除此之外，我還掌握了做機械設計的基本方法，和思路為今后的工作打下了基礎，而我的主要感受是在做任何事情前都應做好相關數據資料的檢索。在現(xiàn)今