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+PDF圖】

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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IAbstractII目 錄III1 前 言11.1 組合機床的特點11.2 組合機床的分類和組成11.3 組合機床國內外研究現(xiàn)狀22 組合機床總體設計521 組合機床工藝方案的制定522 組合機床配置型式及結構方案的確定72.3.1刀具的選擇82.3.2 鏜孔82.3.2 鏜孔102.3.2 鏜孔122.4 機床生產率計算卡143 組合機床主軸箱設計163.1繪制右主軸箱設計原始依據(jù)圖163.2 主軸、齒輪的確定及動力計算183.2.1 主軸型式和直徑、齒輪模數(shù)的確定183.2.2 主軸箱的動力計算183.3主軸箱傳動系統(tǒng)的設計與計算183.3.1 驅動軸、主軸的坐標計算183.3.2 擬訂主軸箱傳動路線183.3.3 確定傳動軸位置和齒輪齒數(shù)193.4 多軸箱坐標計算、繪制坐標檢查圖223.4.1 選擇加工基準坐標系XOY,計算主軸、驅動軸坐標223.4.2傳動軸的坐標223.4.3 驗算中心距誤差233.4.4 繪制坐標檢查圖233.5 齒輪強度校核233.5.1 校核齒根彎曲疲勞強度243.5.2 校核接觸疲勞強度253.6 傳動軸直徑的確定和軸的強度校核263.6.1 軸的直徑的確定263.6.2 軸的強度校核263.7 主軸箱體及其附件的選擇設計303.7.1 主軸箱的選擇設計303.7.2 主軸箱上的附件材料的設計304 總 結31致 謝32參 考 文 獻33341 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7080%，因此設計和制造的周期短，投資少，經(jīng)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(jīng)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(jù)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1000020000r/min，最高進給速度可達2060m/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(shù)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(wǎng)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(shù)據(jù)；通過網(wǎng)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(jīng)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(shù)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(shù)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(shù)化著稱，是參數(shù)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(jù)重要位置。Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)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(shù)化著稱，是參數(shù)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(jù)重要位置。一. Pro/EngineerPro/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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)據(jù)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(shù)化（參數(shù)=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(shù)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(shù)據(jù)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。21 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(jù)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(jīng)技術經(jīng)濟分析后擬訂出先進、合理、經(jīng)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. 鏜孔至要求， b. 鏜孔至要求，c. 鏜孔至要求，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。22 組合機床配置型式及結構方案的確定 根據(jù)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，通常可安裝一個工件，特別適用于大、中型殼體類零件的加工。根據(jù)配置動力部件的型式和數(shù)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。23 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=2025m/min，f轉=0.250.8mm/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=1000.4=40mm/minb. 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=51.4apf0.75HB0.55Fx=0.51ap1.2f0.65HB1.1T=25.7Dapf0.75HB0.55Fz =51.410.40.752140.55=494.58 NFx=0.5111.20.40.652141.1=102.89 NT=25.7800.40.752140.55=19784Nmmkwc. 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130mmd. 確定鏜桿直徑由鏜孔直徑為80mm，參考參考文獻5表2.5-4選取鏜桿的直徑為40mm,鏜刀方截面直徑為1010e. 浮動卡頭的選擇根據(jù)軸外徑40mm，內徑30mm，由參考文獻9圖8-2選擇浮動卡頭Dp=Tr283，根據(jù)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(jù)卡頭內徑尺寸d=22mm及鏜孔直徑為80mm,確定滑套的徑向尺寸d1=53mmf. 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=106159mm，導套口至工件的距離2050mm，取導套的長為150mm，選取導套口至工件的距離為50mmg. 工作循環(huán)及行程的確定由于該動力箱只加工80，60,51,行程主要由鏜孔80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(jù)零件圖可知80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=42mmh. 動力部件的選擇由上文算出鏜削80mm孔的輸出功率P切削=0.203kw,設多軸箱的傳遞效率=0.85，則動力頭輸入多軸箱的功率P多=kw根據(jù)多軸箱功率P多=0.239kw，由參考文獻9表5-38，選用1TD32-A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-A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(jīng)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+2120=240mmH=h+h1+b1=0+244.5+120=364.5mm 由此數(shù)據(jù)查參考文獻15表8.22選取多軸箱尺寸BH=500mm400mm, 臺面寬度為260mm。2.3.2 鏜孔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=2025m/min，f轉=0.250.8mm/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=1320.4=52.8mm/minb. 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=51.4apf0.75HB0.55Fx=0.51ap1.2f0.65HB1.1T=25.7Dapf0.75HB0.55Fz =51.410.40.752140.55=494.58 NFx=0.5111.20.40.652141.1=102.89 NT=25.7600.40.752140.55=14838Nmmkwc. 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130mmd. 確定鏜桿直徑由鏜孔直徑為60mm，參考參考文獻5表2.5-4選取鏜桿的直徑為30mm,鏜刀方截面直徑為1010e. 浮動卡頭的選擇根據(jù)軸外徑30mm，內徑20mm，由參考文獻9圖8-2選擇浮動卡頭Dp=Tr283，根據(jù)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(jù)卡頭內徑尺寸d=22mm及鏜孔直徑為60mm,確定滑套的徑向尺寸d1=53mmf. 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=106159mm，導套口至工件的距離2050mm，取導套的長為150mm，選取導套口至工件的距離為50mmg. 工作循環(huán)及行程的確定由于該動力箱只加工80，60,51,行程主要由鏜孔80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(jù)零件圖可知80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=42mm2.3.2 鏜孔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=2025m/min，f轉=0.250.8mm/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=1560.4=62.4mm/minb. 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=51.4apf0.75HB0.55Fx=0.51ap1.2f0.65HB1.1T=25.7Dapf0.75HB0.55Fz =51.410.40.752140.55=494.58 NFx=0.5111.20.40.652141.1=102.89 NT=25.7510.40.752140.55=12612Nmmkwc. 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130mmd. 確定鏜桿直徑由鏜孔直徑為51mm，參考參考文獻5表2.5-4選取鏜桿的直徑為30mm,鏜刀方截面直徑為1010e. 浮動卡頭的選擇根據(jù)軸外徑30mm，內徑20mm，由參考文獻9圖8-2選擇浮動卡頭Dp=Tr283，根據(jù)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(jù)卡頭內徑尺寸d=22mm及鏜孔直徑為51mm,確定滑套的徑向尺寸d1=53mmf. 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=106159mm，導套口至工件的距離2050mm，取導套的長為150mm，選取導套口至工件的距離為50mmg. 工作循環(huán)及行程的確定由于該動力箱只加工80，60,51,行程主要由鏜孔80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(jù)零件圖可知80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=42mm2.4 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9P51-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(shù)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(shù)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510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56m/min；用液壓動力部件時取310m/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0.51.5min。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(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)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(shù)據(jù)，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(jù)圖；確定主軸結構、軸頸及模數(shù)；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(jù)圖 主軸箱的設計原始依據(jù)圖是根據(jù)“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500300；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(jù)以上依據(jù)編制出的主軸箱設計原始依據(jù)圖如下圖所示：圖3-1組合機床設計原始依據(jù)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；160-250HBS2.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/dL工序內容n(r/min)v(m/min)f(mm/r)140/30130鏜80100250.4240/30130鏜60134250.4340/30130鏜51200250.43.動力部件1TD32A，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(shù)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(jīng)確定好了。（d=30mm）齒輪模數(shù)m一般采用類比法確定，多軸箱中齒輪常用的模數(shù)有2、2.5、3、3.5、4等幾種。根據(jù)經(jīng)驗采用類比法從通用系列中選取各齒輪模數(shù)。為便于生產同一多軸箱中的模數(shù)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(jù)主軸箱設計原始依據(jù)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3X0.000200.000200.00074.000366.000Y0.00090.000210.000210.000210.0003.3.2 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(shù)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(jù)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(shù)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(shù)、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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)z1=21；(設在第排)，齒輪模數(shù)m=2.5。由i0-1=求出z4=42 取z4=42(設在第排),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/min2.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(shù)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(shù)z1=21；(設在第排)，齒輪模數(shù)m=2.5。由i0-5=求出z5=42 取z5=42(設在第排),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/min8.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(shù)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(設在第排),由A13-17=計算出中心距A13-17=78.75mm,c. 驗算各主軸轉速n1=r/minn2= r/minn3= 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(jīng)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(jù)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(jīng)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6X135.96263.000263.000Y135.734137.233215.9833.4.3 驗算中心距誤差經(jīng)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(shù)zo=21,m=2.5,與其相嚙合的大齒輪的齒數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)、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(shù)SF=1.4, 應力修正系數(shù)YST=2.0得 Mpa Mpad. 齒形系數(shù)、和應力修正系數(shù)、查參考文獻13表6.4得=2.62，=2.22， =1.59，=1.77e. 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(shù)值：a. 小齒輪傳遞的轉矩T1： Nmmb. 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 Mpac. 接觸疲勞壽命系數(shù)、 查參考文獻13圖6.6得=0.9，=0.95d. 計算許用接觸應力取安全系數(shù)SH=1，則 Mpa Mpa Mpae. 確定材料系數(shù)ZE 查參考文獻13表6.3得ZE=189.8f. 計算圓周速度v m/sg. 確定載荷系數(shù)K查參考文獻13表6.2得使用系數(shù)KA=1, 根據(jù)v=1.29m/s,7級精度查參考文獻13圖6.10得動載系數(shù)Kv=1.1,查圖6.13得K=1.18,則K=KAKvK=11.11.18=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Nmin傳動軸至第n個主軸之間的傳動比軸4：T10=T1i1 =22.32=44.6 Nm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(jù)軸的具體受載及應力情況，采取相應的方法，并恰當?shù)剡x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 Nmb. 求作用在齒輪上的力mm N Nc. 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=29343=12599 Nmma-a剖面右側 MaH=FH2l2=82.3153=12591 Nmm在垂直平面內，a-a剖面左側 MaV=Frl1=106.643=4583.8 Nmma-a剖面右側 MaV=FV2l2=30153=4590 Nmm合成彎矩，a-a剖面左側 Nmma- a剖面右側 Nmm4. 畫轉矩圖 T=19800 Nmm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= -1=60 Mpa,a-a剖面左側 mm3f. 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得表面質量系數(shù)。則彎曲應力 ，應力幅 平均應力 切應力 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。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500400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(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(shù)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(shù)據(jù)資料的檢索。在現(xiàn)今