畢業(yè)設(shè)計-組合機床主軸箱及其夾具設(shè)計

1、目 錄1. 緒 論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 組合機床的方案選擇22.組合機床總體描述3 2.1 組合銑床工藝方案的制定3 2.2 組合機床配置型式的選擇5 2.3 影響總體布置的因素5 2.4 組合銑床的總體分析6 2.4.1 被加工零件工序圖6 2.4.2 加工示意圖7 2.4.3 組合機床聯(lián)系尺寸圖9 2.4.4 生產(chǎn)率計算卡113.組合機床主軸箱設(shè)計12 3.1 主軸箱設(shè)計的原始依據(jù)12 3.2 運動參數(shù)和動力參數(shù)的確定12 3.2.1 傳動系統(tǒng)傳動比分配12 3.2.2 計算傳動裝置的運動和設(shè)計參數(shù)12 3.2.3 齒輪模數(shù)的估算及其校核13

2、 3.2.4 軸各參數(shù)估算及強度校核16 3.3 主軸箱的坐標(biāo)計算244.組合機床夾具設(shè)計26 4.1 組合機床夾具概述27 4.2 定位支承系統(tǒng)概述27 4.2.1 定位支承系統(tǒng)28 4.2.2 夾緊機構(gòu)295. 總 結(jié) 30參考文獻 31致謝 321. 緒 論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?qū)σ环N（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(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)零件約占全部機床零、部

3、件總量的7080%，因此設(shè)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(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)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(shè)計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又有廠成批制造，因此結(jié)構(gòu)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(dǎo)向裝置等，加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人水平要求不高。（5）當(dāng)被加工產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)零件可以重復(fù)利用，不必另行設(shè)計和制造。（6）組合機床易于聯(lián)成組合機床自動線，以適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)需要

4、。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(zhuǎn)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(chǔ)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(jié)構(gòu)形式。小型通用部件是指電機功率為0.

5、1-2.2千瓦的動力部件及其配套部件。這類動力部件多為套筒移動的結(jié)構(gòu)形式。用大型通用部件組成的機床稱為大型組合機床。用小型通用部件組成的機床稱為小型組合機床。按設(shè)計的要求本次設(shè)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位和多工位機床兩大類。工位指一次裝卡工件后，工件（或裝配單元）與卡具或設(shè)備的可動部分一起相對刀具或設(shè)備的固定部分所占據(jù)的每一個位置。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(zhuǎn)工作臺式、中央立柱式和回轉(zhuǎn)鼓輪式等配置型式。本次設(shè)計的機床為單工位雙面銑床。1.3 組合機床的方案選擇(1)制定工藝方案。要深入現(xiàn)場了解被加工零件

6、的加工特點、精度和技術(shù)要求、定位夾壓情況以及生產(chǎn)率的要求等。確定在組合機床上完成的工藝內(nèi)容及其加工方法。這里要確定加工工步數(shù)，決定刀具的種類和型式。(2）機床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定。根據(jù)工藝方案確定機床的型式和總體布局。在選擇機床配置型式時，既要考慮實現(xiàn)工藝方案，保證加工精度，技術(shù)要求及生產(chǎn)效率；又要考慮機床操作、維護、修理是否良好；還要注意被加工零件的生產(chǎn)批量，以便使設(shè)計的組合機床符合多快好省的要求。 (3)組合機床總體方案。這里要確定機床各部件間的相互關(guān)系，選擇通用部件的刀具的導(dǎo)向，計算切削用量及機床生產(chǎn)率。給制機床的總聯(lián)系尺寸圖及加工示意圖等。 （4）組合機床的部份方案和施工方案。制定組合

7、機床流水線的方案時，與一般單個的組合機床方案有所不同。 流水線上由于工序的組合不同，機床的型式和數(shù)量都會有較大的變化。因此，這時應(yīng)按流水線進行全面考慮，而不應(yīng)將某一臺或幾臺機床分裂開來設(shè)計。即使暫時不能全面地進行流水線設(shè)計，制定方案時也應(yīng)綜合研究，才能將工序組合得更為合理，更可靠地滿足工件的加工要求，也為進一步發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。2. 組合機床總體描述2.1 組合銑床工藝方案的制定工藝方案的制定是設(shè)計組合銑床最重要的步驟之一。其制定過程應(yīng)從以下的幾個方面考慮：1、加工的工序和加工精度的要求。2、被加工零件的特點。3、工件的生產(chǎn)方式。等諸多方面綜合考慮。圖2-1為拖拉機發(fā)動機連桿零件，元件簡圖。

8、 圖2-1發(fā)動機連桿零件簡圖連桿由大、小頭和桿身等部分組成。大頭為開式結(jié)構(gòu)（系直剖式連桿）。連桿和連桿蓋用螺栓，螺母連接。為減少磨損和便于修理，大頭孔和小頭孔內(nèi)分別安裝軸瓦和銅套。連桿身的截面為工字形，可減少重量和減少慣性力又使連桿具有足夠的強度和剛度。連桿頭兩端面有落差且桿身對稱。大小頭側(cè)面設(shè)計有定位凸臺作為機械加工時的輔助定位基準(zhǔn)，便于定位基準(zhǔn)的統(tǒng)一。連桿總的工藝特點是：外形復(fù)雜，不易定位；大、小頭有細長的桿身連接，所以彎曲剛性差，易變形；尺寸精度，形狀精度和位置精度及表面粗糙度要求很高。連桿所選的材料為45鋼（精選含碳量為0.42%0.47%），并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理以提高其強度及其抗沖擊能力，其

9、硬度為217287HBS。其鍛件重量為7.5kg。 根據(jù)以上的工藝特點下面初步擬訂工藝方案。 (1)工藝基面的分析及選擇。采用以V形塊為主要定位元件的方法。為提高其定位精度，要把V形塊的角度做大一些。如圖2-2圖2-2 工藝基面的選擇(2) 工序間余量的確定。(3) 刀具結(jié)構(gòu)的選擇。按相關(guān)的資料選取端銑刀的形式。在銑削過程中，端銑刀的直徑要大于加工工件的最大寬度，由給定的加工零件圖可知最大為Bmax=135mm，故端銑刀的直徑選取150mm為宜，其齒數(shù)按標(biāo)準(zhǔn)選7。 即 D =150 Z=7(4)銑削用量的選擇。為使組合銑床更好的提高生產(chǎn)效率，便于人工操作，最少的停車和使刀具的壽命更長、加工質(zhì)量

10、更好，合理的選擇銑削用量是非常必要的。表2-3為硬質(zhì)合金端銑刀的銑削用量。 加工材料工序銑削深度銑削速度 每齒走刀量鋼5270（公斤/） 粗24mm 80120米/分0.20.4精 0.51mm 100180米/分 0.050.02 表2-3 硬質(zhì)合金端銑刀的銑削用量表加工工件為45號鋼，所以選如下的銑削用量 銑削深度T=3mm 銑削速度V=120m/min 每齒走刀量=毫米/齒銑削用量的選擇應(yīng)該使選擇的刀具充分發(fā)揮其性能。所以就不能選擇太低?？紤]到批量生產(chǎn)時也沒必要把切削用量選太高，以免增加刀具損耗?？傊鶕?jù)加工精度和加工材料，工作條件和技術(shù)要求進行分析。所以以上的選擇是可行的。2.2 組

11、合機床配置型式的選擇 對于加工發(fā)動機連桿這樣的工件，特別適合大、中箱體件的加工。為盡可能地提高生產(chǎn)率，最理想的是將工件一次性全部加工。經(jīng)過和指導(dǎo)老師商量后，我們決定設(shè)計四根主軸兩端同時進行銑削。在滿足條件的情況下，采用臥式雙面銑床是可行的。 在加工連桿過程中，還必須考慮到加工零件特點對配置型式和結(jié)構(gòu)方案的影響。在加工精度要求影響方面，不僅提高原始精度，提高工件的定位基準(zhǔn)和減少夾壓變形等措施，還要采用如下措施。1、 采用液壓進給系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)能夠穩(wěn)定，便捷的操作，提高了加工過程精度和光潔度。2、 采用剛性主軸方案，由于機床導(dǎo)軌間隙及導(dǎo)軌磨損的影響。在加工過程中就不易產(chǎn)生振動，并且有足夠的剛性保證

12、其徑向切削力。2.3影響總體布置的因素(1)加工精度的影響。當(dāng)工件的加工精度要求較高時，應(yīng)采用具有固定夾具的單工位組合機床，加工精度要求較低時，可采用具有移動夾具的多工位組合機床。此外，還要考慮到不同布置形式的機床所能達到的加工精度。例如，對于同軸度要求較高的各孔，應(yīng)采用從同一面對工件進行加工機床布置形式。(2)工件大小、形狀和加工部位特點的影響。對于較大的工件，宜采用單工位機床，反之，宜采用多工位機床；對于大直徑深孔的工件，宜采用具有剛性主軸結(jié)構(gòu)的立式機床；對于小直徑深孔的工件，通常采用專門的深孔加工機床；對于被加工孔的中心線與定位基準(zhǔn)垂直的工件，一般采用立式機床。本原則也可根據(jù)機床的使用條

13、件綜合考慮。根據(jù)上述原則，對于本章實例，可采用立式機床。但考慮工件排屑方便，機床空間的高度可矮些，故可采用臥式組合機床。(3)生產(chǎn)率的影響。零件的生產(chǎn)批量大小是決定采用單工位、多工位或自動線，還是按中小批量生產(chǎn)特點來設(shè)計組合機床的重要因素。有時從工件的外形及輪廓尺寸上看，可采用單工位固定夾具的機床布置形式，但是由于生產(chǎn)率要求很高，就不得不采用多工位的機床布置方案，以便使裝卸工件時間與機動時間重合。 被加工的零件的生產(chǎn)批量越大，工序安排一般就越趨于分散，半粗、半精、精加工應(yīng)分別在不同的機床上完成。 對于中小批量生產(chǎn)的情況，則要力求減少機床的臺數(shù)，并應(yīng)將所有工序盡量集中在一臺或少數(shù)幾臺機床上完成，

14、以提高機床的利用率。2.4組合銑床的總體分析2.4.1被加工零件工序圖 被加工零件工序圖是指根據(jù)已確定的工藝方案，表示一臺組合機床或自動線對加工零件應(yīng)完成的工藝內(nèi)容的示意圖，它包括加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技術(shù)要求等內(nèi)容。它不能用產(chǎn)品的零件圖代替，而須在原零件圖的基礎(chǔ)上，突出本機床或自動線的加工內(nèi)容及必要的說明進行重新繪制。它是進行組合機床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造、使用、檢驗和調(diào)整機床的重要技術(shù)文件。其內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個方面： （1）表示出被加工零件的形狀和輪廓尺寸及與本機床設(shè)計有關(guān)的部位的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。尤其是當(dāng)需要中間導(dǎo)向套時，應(yīng)表示出零件內(nèi)部的筋、壁布置及有關(guān)結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸，以便

15、檢查工件、夾具、刀具是否發(fā)生干涉。 （2）表示出加工用定位基準(zhǔn)、夾緊部位及夾緊方向，以便依此進行夾具的定位支承（包括輔助定位支承）、限位、夾緊及導(dǎo)向系統(tǒng)的設(shè)計。 （3）表示出本道工序加工部位的尺寸 、尺寸精度、表面粗糙度、形狀位置精度及技術(shù)要求，另外還應(yīng)表示出本道工序?qū)η暗拦ば蛱岢龅囊螅ㄖ饕付ㄎ换鶞?zhǔn)）。 （4）表示出必要的文字說明，如被加工零件的編號、名稱、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。 （5）繪制時，按一定的比例，細實線表示與本道工序加工無關(guān)的部分，粗實線表示被加工部位精度、粗糙度、位置精度、定位面及夾壓方向。 （6）凡本道工序保證的尺寸、角度等，應(yīng)在基尺寸數(shù)值上打上方框，并在下面

16、加一橫線（粗實線）。以下為被加工零件圖，其材料為45鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其其硬度為217287HBS。圖2-4 連桿零件圖2.4.2 加工示意圖 零件加工的工藝方案要通過加工意圖才能反映出來。加工示意圖表示：被加工零件在機床上的加工過程，刀具、輔具的布置狀況，工件與夾具、刀具等機床各部件間的相對位置關(guān)系，以及機床的工作行程和工作循環(huán)等。因此，它是刀具、輔具、夾具、主軸箱、液壓和電氣裝置設(shè)計及通用部件選擇的主要原始資料，也是對整臺機床布置和技術(shù)性能的原始要求，同時還是調(diào)整機床、刀具及試車的依據(jù)。其內(nèi)容包括以下幾方面： （1）應(yīng)反映機床的加工方法、加工條件及加工過程。 （2）根據(jù)加工部位的特點及加工要

17、求，決定刀具的類型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)、尺寸（直徑和長度）。 （3）決定主軸的結(jié)構(gòu)類型、規(guī)格尺寸及外伸長度。 （4）選擇標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計專用的接桿、浮動卡頭、導(dǎo)向裝置、攻絲靠模裝置、刀桿托架等，并決定它們的結(jié)構(gòu)參數(shù)及尺寸。 （5）標(biāo)明主軸、接桿、夾具（導(dǎo)向裝置）與工件之間的聯(lián)系尺寸、配合及精度等。 （6）根據(jù)機床的生產(chǎn)率及刀具和工件的材料等，合理確定并標(biāo)注各主軸的切削用量。 （7）加工示意圖的繪制順序是：先按比例用細實線繪出工件加工部位和局部結(jié)構(gòu)的展開圖，然后用粗實線繪出加工表面。為了簡化，對同一主軸箱上結(jié)構(gòu)尺寸完全相同的主軸，可只畫一根，但必須在主軸上標(biāo)注孔號。當(dāng)軸數(shù)多時，可縮小比例。最后，用細實線畫出加

18、工部位簡圖，并標(biāo)注孔號。 （8）在加工示意圖上，主軸的分布可不按真實距離繪制。但當(dāng)被加工孔的間距很小時或需設(shè)置徑向結(jié)構(gòu)尺寸較大的導(dǎo)向裝置時，相鄰的主軸必須嚴(yán)格按比例繪制，以便檢查相鄰的主軸、刀具、輔具、導(dǎo)向裝置等之間是否發(fā)生干涉。 （9）主軸應(yīng)從主軸箱端面畫起。刀具畫在加工終了位置上（攻絲加工則畫在開始位置上）。對標(biāo)準(zhǔn)的通用結(jié)構(gòu)，只須畫出外廓，并須加注標(biāo)準(zhǔn)代號，對一些專用結(jié)構(gòu)，則必須畫出剖視圖，并標(biāo)注尺寸、精度及配合種類。發(fā)動機連桿示意圖如圖2-5所示。 選擇刀具、導(dǎo)向裝置： a刀具的選擇 一般孔加工用刀具（鉆、擴、鉸等刀具）其直徑的選擇應(yīng)與加工部位的尺寸、精度相適應(yīng)，其長度的選擇要保證加工終

19、了時，刀具螺旋槽尾端面與導(dǎo)向裝置外端面之間有一定的距離。b導(dǎo)向裝置的選擇選擇導(dǎo)向裝置的類型、形式和結(jié)構(gòu) 第一類導(dǎo)向裝置允許刀具的線速度V20m/min。除鉸孔外，這類導(dǎo)向裝置很少用于大直徑的加工。 第二類導(dǎo)向裝置允許刀具的線速度V20m/min。這類裝置一般用孔徑在25mm以上的孔的加工，尤其是大直徑鏜孔時應(yīng)用較多。主軸刀盤 圖2-5 發(fā)動機連桿加工示意圖2.4.3 機床的聯(lián)系尺寸圖 聯(lián)系尺寸圖表示機床各組成部件的相互裝配聯(lián)系和運動聯(lián)系，以檢驗機床各部件相對位置和尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求；通用部件的選擇是否合適；并為進一步進行主軸箱、卡具等專業(yè)部件、零件的設(shè)計提供依據(jù)。確定動力部件的工作循環(huán)及

20、工作行程（1）動力部件的工作進給長度L工進：L工進L1L加工長L2即：L工進10+10+1/3×6.7+5=27式中，L加工長工件加工部位的長度；L1刀具切入長度；L2刀具切出長度（2）動力部件的快速退回長度L快退: L快退L工進L快進即：L快退27133160; 式中，L快進是動力部件的引進長度（動力部件把主軸箱連同刀具，從原始位置送進到工作進給開始位置），其長度按加工的具體情況確定。（3）動力部件的總行程L總L工進行程L前備L后備式中L前備前備量，動力部件尚可向前調(diào)節(jié)的距離；L后備后備量，刀具從接桿中接桿連同刀具一起從主軸孔中得到所需要的軸向距離； L工進行程動力部件的工作行程，

21、即L快進。夾具尺寸主要指夾具體的長X寬X高。對這些尺寸的確定，考慮工件的尺寸、形狀、具體結(jié)構(gòu)外，還要考慮能否布置下保證加工要求的定位、限位、夾緊機構(gòu)及導(dǎo)向裝置，并要考慮夾具底座與機床其他部件的連接、固定所需要的位置。(4）機床裝料高度H的確定組合機床的標(biāo)準(zhǔn)裝料高度推薦為850-1060mm所以選擇裝料高度為 H=850mm(5)中間底座尺寸的確定中間底座尺寸主要滿足夾具在其上安裝連接的需要，同時滿足配套部件對其的要求，因此應(yīng)合理地選定中間底座尺寸。重要的是，一定要保證動力部件處于加工終了位置時，工件端面至主軸箱端面之間的距離應(yīng)不小于加工示意圖上所要求的距離。(6)主軸箱尺寸的確定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定

22、，臥式主軸箱厚325mm，立式主軸箱厚340mm。多軸箱的寬度B和高度H按下列公式確定； H=h+h1+b1 B=b+2b1式中： b 工件在寬度方向相距最遠的兩加工面的距離（毫米） b1最邊緣主軸中心距箱外壁的距離（毫米） h 工件在高度方向相距最遠的兩加工平面的距離（毫米） h1最底主軸高度（毫米）一般取b1大于等于70100mm；一般推薦h1大于等于85140mm。根據(jù)上述計算值，按主軸箱輪廓尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，最后確定主軸箱輪廓尺寸為500×500 mm (7)其他應(yīng)注意的問題1）機床總圖要按加工終了時的狀態(tài)畫出。同時，要表明動力部件退回到最遠時所處的位置。最遠處為160mm。2）

23、應(yīng)注明電動機的型號、功率和轉(zhuǎn)速。應(yīng)注明動力部件的總行程，本題為230mm。 圖2-6主軸箱輪廓尺寸確定圖3）應(yīng)表明液壓系統(tǒng)和電氣控制按鈕等的安裝位置。4）當(dāng)工件加工部位對其中心線不對稱，而使動力部件對夾具和中間底座不對稱時，應(yīng)注明動力部件中心線與夾具中心線之間的偏移量。2.4.4 生產(chǎn)率計算卡(1)機床的理想生產(chǎn)率Q1的計算Q1 （件/h）式中 單件工時（min）；機加工時間（min）（包括動力部件工作進給時間和死擋停留時間）；輔助時間（min）(包括快進時間、快退時間、工作臺直線移動或轉(zhuǎn)位時間、工件裝卸時間等)。注：工作臺直線移動或回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換一次工位的時間一般取0.1min;工件裝卸時間一般取

24、0.51.5min。(2)機床負荷率的計算式中Q1機床理想生產(chǎn)率； Q2使用單位要求的生產(chǎn)率，當(dāng)全年工時為2880h時，Q2N/2880(件/h)。3. 組合機床主軸箱設(shè)計3.1主軸箱設(shè)計的原始依據(jù)主軸箱設(shè)計的原始依據(jù)圖,是根據(jù)三圖一卡整理編繪出來的,其內(nèi)容包括主軸箱設(shè)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知：(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(jù)這些數(shù)據(jù)可編制出主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖。3.2 運動參數(shù)和動力參數(shù)的確定3.2.1 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(jù)所提

25、供數(shù)據(jù)估算各對齒輪齒輪數(shù)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(shù)都完全相同，故設(shè)計成相互對稱的傳動系統(tǒng)。3.2.2 計算傳動裝置的運動和設(shè)計參數(shù)（1） 電動機的型號為Y132M26，其中Y表示系列代號，132表示機座中心高，M表示中極極座，2為電動機級數(shù)。額定功率為5.5KW，滿載轉(zhuǎn)速為960r/min。（2） 推算出各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩1) 各軸的轉(zhuǎn)速： 2) 各軸輸入功率別為齒輪傳動效率 3) 各軸輸

26、入轉(zhuǎn)矩： 3.2.3齒輪模數(shù)的估算及其校核（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(zhuǎn)速，A為齒輪的中心距，由中心距A 及齒數(shù)Z1、Z2求其模數(shù) 根據(jù)估算所得和中較大的值選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)對于第一對齒輪： mm mm mm 取模數(shù)m為3 第二對齒輪： 取模數(shù)m為3 第三對齒輪： 取模數(shù)m 為3 (2) 齒輪模數(shù)計算及強度校核1)選定齒輪類型、精度、材料及齒數(shù)。 a 按照所示的傳動方案選用直齒圓拄齒輪傳動。 b 組合機床為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度。 c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，二者材料硬度差

27、為40HBS。 d選小齒輪齒數(shù)Z=22 大齒輪齒數(shù)Z=32。2) 按齒面接觸強度設(shè)計。 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值: a試選擇載荷系數(shù)。 b計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： c由表中可得選取齒寬系數(shù)為1。 d由表中可查材料彈性系數(shù)。 e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。 f計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： g由圖可知 查得接觸疲勞壽命系數(shù)。 h計算接觸疲勞強度許用應(yīng)力。取失效概率為1% 安全系數(shù)S=1 則有： 3) 計算。a試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值： 由于大于等于58.286毫米，故取為66毫米。b計算模數(shù) （3） 按齒輪彎曲強度設(shè)計 1)由公式得彎曲強度的設(shè)計公式

28、為：a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 b由表上則有彎曲的疲勞強度壽命系數(shù) 。 c計算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由書中的公式有： d計算載荷系數(shù)K e查取齒形系數(shù) f查取應(yīng)力系數(shù)g計算大小齒輪的并加以比較： 大齒輪的計算值大。2) 設(shè)計計算 對比計算結(jié)果，取，則有： 這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。 此時關(guān)于幾何計算： 第一對齒輪的計算： a計算分度圓的直徑： b計算中心距： c計算齒輪寬度：通過查閱組合機床手冊得 第二對齒輪的計算，經(jīng)校核有： 第三對齒輪的計算，經(jīng)校核有：

29、3.2.4 軸各參數(shù)估算及強度校核（1）傳動軸的估算 估算軸的最小直徑，按扭轉(zhuǎn)強度條件計算，先按照下列初步估算的最小直徑，選取軸的材料45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。 式中： 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位兆帕 T 軸所受的扭矩 軸的抗扭截面系數(shù) n 軸的轉(zhuǎn)速 p軸的傳遞的功率 d 計算截面處軸的直徑 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 由以上公式可得軸的直徑： 取 取 .取 取（2） 主軸的強度校核 對傳遞動力軸滿足強度條件是最基本的要求。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計初步確定出軸的尺寸后，根據(jù)受載情況進行軸的強度校核計算。首先作出軸的計算圖。如果軸上零件的位置已知，即已知外載荷及支反力的作用位置。將齒輪帶輪等級裝配寬度的分布簡化為集中力，并視為作用在輪

30、轂寬度的中點上；略去軸和軸上的自重；略去軸上產(chǎn)生的拉壓應(yīng)力；把軸看成鉸鏈支承，支反力作用在軸承上，其作用點的位置可用如下圖所示確定。則將雙支點軸當(dāng)作受集中力的簡支梁進行計算，然后繪制彎矩圖和扭矩圖，并進行軸的強度校核。1) 求出輸出軸的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。設(shè)，分別為齒輪傳動軸承的傳動效率=0.97， =0.98 則=5.5=4.54 KW又 =/=255 r/m于是=9550000=172580 nmm2) 求作用在齒輪上的力因已知低速大齒輪的分度圓直徑=357=171mm而：=2018.5 N =2018.5 =734.7 N式中： 主軸上大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為Nmm 主軸上大齒輪的節(jié)圓直徑

31、，對標(biāo)準(zhǔn)齒輪即為分度圓直徑。單位為mm 嚙合角。對標(biāo)準(zhǔn)齒輪=3) 求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（見主軸箱圖）作出計算簡圖。在確定軸承的支點位置時，應(yīng)從手冊中查得a值。對于7216E型圓錐滾子軸承，由手冊中查得a=22。對于7220E型圓錐滾子軸承，由手冊中查得a=29mm。因此，作為簡支梁的軸的軸承跨距+=119.5mm+93.45mm=212.94mm。圖3-1從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面。現(xiàn)將計算截面C處的、及M的值確定支座處的約束力（水平H）由=0和=0可求得：+= -(+)=0 其中=119.5mm =93.45 mm =2018.5 N因此： =885

32、.8 N =1132.7 N又由=885.8 N，=119.5mm可求得：=885.8119.5=105853.1 Nmm確定支座處垂直約束力由=0和=0可求得 += -(+)=0 其中=119.5mm =93.45mm =734.7 N因此 =322.4 N=412.3 N由上式可求得：=322.4119.5=38526.5 Nmm =172580 Nmm由可求得M=112646.3 Nmm4) 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面）強度。由式=式中：軸的計算應(yīng)力。單位為Mpa M軸所受的彎矩。單位為Nmm T軸所受的扭矩。單位為Nmm W

33、軸的抗彎截面系數(shù)。單位為對于圓環(huán)形截面，W= 0.1 其中 =0.31查表得=0.6 因此：= = Mpa =1.16 Mpa前已選定軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表查得 =60 Mpa因此 ，故安全滿足要求。(3) 軸的強度校核。1) 求軸上的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。設(shè)，分別為齒輪傳動，軸承傳動的效率 =0.97 ，=0.98 =5.39=4.87 kw又 =454 r/min于是：=9550000=101990 Nmm2) 求作用在齒輪上的力。因已知低速大齒輪的分度圓直徑為 mm而 N =1789.3tan=651.25 N式中：軸上大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為 Nmm 軸上大齒輪的節(jié)度圓直徑，對

34、標(biāo)準(zhǔn)齒輪即為分度圓直徑。單位為mm 為嚙合角。對標(biāo)準(zhǔn)齒輪=。對于軸上小齒輪受力 因軸上小齒輪與軸上大齒輪相嚙合，由主軸校核已知=2018.5 N，=734.7 N。由牛頓第三定律可知=2018.5 N，=734.7 N3) 求軸的載荷。 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（見主軸箱裝配圖）作出軸的計算簡圖（如下圖所示）。對于1000806、1000807型深溝球軸承，起其作用支點在其軸承中心。因此作為簡支梁的軸的支承跨矩，+=85+48.4+111.4=244.8mm圖3-2從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面心是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算截面C處,及M的值。 確定支座處水平的約束力由=0和=0可求得： +

35、=- （）=+（） 從而推得： =292.1 N = 521.3 N由，可求得： =-24828.5 Nmm =127262 Nmm =199726.48 Nmm =-69541.42 Nmm M=127614.24 Nmm由上可推出：=199726.48 確定支座處垂直方向約束力由=0，=0可求得+=- （）=+（） 將公式=734.7 N，=651.25 N 代入 因此，=90.8 N =174.2 N由，已知可求得：=-771.8 Nmm =47638.25Nmm=7476 Nmm =-23244.96 Nmm M=42656.4 Nmm由上可推出：=74764 Nmm 由 可求得 =2

36、13261 Nmm兩齒輪之間=101990 Nmm4) 按彎扭和成應(yīng)力校核軸的強度。進行校核時通常只校核軸上承受最大的彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度由式=對于圓柱形截面 W=0.1查手冊得=0.6=34.7mps前已選定軸的材料為45號鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)量處理。查手冊得=60mpa因此，故安全滿足要求。同理可得軸，軸校核安全。3.3主軸箱的坐標(biāo)計算坐標(biāo)計算是機床主軸箱設(shè)計中的一個重要問題。坐標(biāo)計算就是根據(jù)已知的驅(qū)動軸和主軸的位置及傳動關(guān)系。計算中間傳動軸的坐標(biāo)，以便在繪制主軸零件加工圖時，將各孔的坐標(biāo)尺寸完整地出來。并用已繪制的坐標(biāo)檢查圖作為傳動設(shè)計的全面檢查。加工基準(zhǔn)坐標(biāo)架的選擇及確定各主

37、軸的坐標(biāo)。 為了便于主軸箱的加工，設(shè)計時必須基準(zhǔn)坐標(biāo)架。通常采用直角坐標(biāo)。用xoy表示。它的選擇是根據(jù)主軸箱的安置情況和加工所用設(shè)備條件而定。針對本設(shè)計的組合機床，采用以下的方法確定主軸及驅(qū)動軸坐標(biāo)。坐標(biāo)架原點選在定位銷孔上。坐標(biāo)架的橫架（x軸）選在主軸箱底面，縱軸（Y軸）通過定位銷孔。這是因為坐標(biāo)架的x軸與主軸箱底面重合，則工藝基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)統(tǒng)一，可減少因基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換引起的加工誤差。坐標(biāo)原點確定后，便可以根據(jù)主軸箱設(shè)計原始依據(jù)圖。在基準(zhǔn)坐標(biāo)架xoy上標(biāo)出各主軸及其驅(qū)動軸的坐標(biāo)。根據(jù)設(shè)計要求， 兩主軸中心BC=332.5mm，BC與y軸的夾角為，驅(qū)動軸在BC的垂直平分線上，點D在主軸箱中心線上。則

38、有：對于驅(qū)動軸： X=+sin+sin =100+31.7+257.3 =389mm =+cos+sin =70+163.2+50 =283.2mm =+sin =163.4mm =70 =100 =+cos =70+326.4=396.4由以上分析可知驅(qū)動軸，主軸，主軸的坐標(biāo)分別是（389，283.2），（163.4，70），（100，396.4） 4. 組合機床夾具設(shè)計 4.1 組合機床夾具概述夾具是組合機床的重要組成部件，是根據(jù)機床的工藝和結(jié)構(gòu)方案的具體要求而設(shè)計的。它是用于實現(xiàn)被加工零件的準(zhǔn)確定位，夾壓，刀具的導(dǎo)向，以及裝卸工件時限位等等作用的。組合機床夾具跟一般夾具所起的作用看起來好

39、像很接近，但其結(jié)構(gòu)和設(shè)計要求卻有著很顯著的甚至是根本的區(qū)別。組合機床夾具的結(jié)構(gòu)和性能，對組合機床配置方案的選擇有很大的影響。下面介紹一下組合機床夾具的一些主要特點。機械制造過程中用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測的裝置。又稱卡具。從廣義上說，在工藝過程中的任何工序，用來迅速、方便、安全地安裝工件的裝置，都可稱為夾具。例如焊接夾具、檢驗夾具、裝配夾具、機床夾具等。其中機床夾具最為常見，常簡稱為夾具。在機床上加工工件時，為使工件的表面能達到圖紙規(guī)定的尺寸、幾何形狀以及與其他表面的相互位置精度等技術(shù)要求，加工前必須將工件裝好（定位）、夾牢（夾緊）。夾具通常由定位元件（確定工件在夾

40、具中的正確位置）、夾緊裝置、對刀引導(dǎo)元件(確定刀具與工件的相對位置或?qū)б毒叻较?、分度裝置（使工件在一次安裝中能完成數(shù)個工位的加工，有回轉(zhuǎn)分度裝置和直線移動分度裝置兩類）、連接元件以及夾具體（夾具底座）等組成。夾具種類按使用特點可分為：萬能通用夾具。如機用虎鉗、卡盤、分度頭和回轉(zhuǎn)工作臺等，有很大的通用性，能較好地適應(yīng)加工工序和加工對象的變換，其結(jié)構(gòu)已定型，尺寸、規(guī)格已系列化，其中大多數(shù)已成為機床的一種標(biāo)準(zhǔn)附件。專用性夾具。為某種產(chǎn)品零件在某道工序上的裝夾需要而專門設(shè)計制造，服務(wù)對象專一，針對性很強，一般由產(chǎn)品制造廠自行設(shè)計。常用的有車床夾具、銑床夾具、鉆模(引導(dǎo)刀具在工件上鉆孔或鉸孔用的機床

41、夾具)、鏜模(引導(dǎo)鏜刀桿在工件上鏜孔用的機床夾具)和隨行夾具（用于組合機床自動線上的移動式夾具）?？烧{(diào)夾具?？梢愿鼡Q或調(diào)整元件的專用夾具。組合夾具。由不同形狀、規(guī)格和用途的標(biāo)準(zhǔn)化元件組成的夾具，適用于新產(chǎn)品試制和產(chǎn)品經(jīng)常更換的單件、小批生產(chǎn)以及臨時任務(wù)。 一般的機床夾具是作為機床的輔助機構(gòu)設(shè)計的，而組合機床夾具是機床的主要組成部分，其設(shè)計工作是整個組合機床設(shè)計的重要部分之一。 組合機床夾具和機床其他部件有極其密切的聯(lián)系：如回轉(zhuǎn)或移動工作臺，回轉(zhuǎn)鼓輪，主軸箱，刀具和輔具，鉆模板和托架，以及支承部件等等。正確地解決它們之間的關(guān)系，是保證組合機床的工作可靠和使用性能良好的重要條件之一。而且夾具的結(jié)構(gòu)

42、也要按這些部件的具體要求來確定。如在液壓驅(qū)動的立式回轉(zhuǎn)工作臺機床上的夾具，其夾壓系統(tǒng)就可采用液壓作為動力；而在臥式鼓輪機床上的夾具，則多采用電氣機械的夾緊方法。 由于組合機床常常是多、多面和多工序同時加工，會產(chǎn)生很大的切削力和振動。因此組合機床夾具必須具有很好的剛性和足夠的夾壓力，以保證在整個加工過程中工件不產(chǎn)生任何位移。同時，也不應(yīng)使工件產(chǎn)生不容許的變形。 組合機床夾具是保證加工精度（尺寸精度、幾何精度和位置精度等）的關(guān)鍵部件，其實設(shè)計、制造和調(diào)整都必須有嚴(yán)格的要求，使其能持久地保持精度。 組合機床夾具應(yīng)便于實現(xiàn)定位和夾壓的自動化，并有動作完成的檢查信號；保證切屑從加工空間自動排除；便于觀察

43、和檢查，以及在不從機床上拆下夾具的情況下，能夠更換易損件和維護調(diào)整。 組合機床夾具是組合機床的組成部件，其設(shè)計應(yīng)按如下的程序進行： （1）認真研究分析所要設(shè)計夾具的原始數(shù)據(jù)和要求。 因為在擬訂組合機床的工藝和結(jié)構(gòu)方案時，對夾具的結(jié)構(gòu)型式和主要性能已提出了原則要求。 （2）擬訂夾具結(jié)構(gòu)方案和進行必要的計算。 根據(jù)機床總體設(shè)計中確定的工件定位基面、夾壓位置、加工方法和刀具導(dǎo)向方式等，制定夾具的總體方案。 （3）組合機床夾具設(shè)計的總圖和零件。 在已確定的夾具結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上，設(shè)計生產(chǎn)用的夾具總圖和零件圖。按照組合機床夾具的主要功能，其結(jié)構(gòu)可以分為三大部分，即定位支承系統(tǒng)，夾緊機構(gòu)和刀具導(dǎo)向裝置。4.2

44、 定位支承系統(tǒng)概述在組合機床上加工時,必須使被加工零件對刀具及其導(dǎo)向裝置有正確的相對位置,這是靠夾具的定位支承系統(tǒng)來實現(xiàn)的,定位支承系統(tǒng)除用以確定被加工零件的位置外,還要承受被加工零件的質(zhì)量和夾壓力,有時還要受切削力。定位支承系統(tǒng)主要由定位支承、輔助支承和一些限位元件組成。定位支承是指在加工過程中使被加工零件有一定位置的元件。輔助支承是用作增加被加工零件在加工過程中的剛度及穩(wěn)定性的一種活動式支承元件。由于定位支承元件直接與被加工零件接觸，因此其尺寸、結(jié)構(gòu)、精度和布置都直接影響被加工零件的精度。為了避免產(chǎn)生廢品以及經(jīng)常修理定位支承元件的麻煩，設(shè)計時必須注意以下的問題：(1)合理布置支承元件，力求

45、使其組成較大的定位支承平面。最好使夾壓力的位置對準(zhǔn)定位支承元件。當(dāng)受工件結(jié)構(gòu)限制不能實現(xiàn)時，也應(yīng)使定位支承元件盡量接近夾壓力的作用線，并使夾壓力的合力中心處于定位支承平面內(nèi)。(2)提高剛性，減少定位支承系統(tǒng)的變形。應(yīng)力求使定位元件（如定位銷）不要受力。(3)提高定位支承系統(tǒng)的精度及其元件的耐磨性，以便長期保持夾具的定位精度。4.2.1定位支承系統(tǒng)定位支承系統(tǒng)主要由定位支承，輔助支承和一些限位元件組成。(1)定位支承元件及其布置。 組合機床常用的定位支承元件有：支承板，支承塊，支承銷。在組合機床夾具上采用支承板定位時，工件通常用四個或理多一些的支承板定位，這樣可增加定位系統(tǒng)的剛度，防止當(dāng)夾緊力和

46、切削力對支承板引起工件的變形。為了減小支承板的不共面度的誤差，可裝配后合磨。通常不共面度誤差為0.010.03mm。對于采用毛坯面定位夾具，從理論上講是應(yīng)當(dāng)采用三點支承的，并采用帶圓頭的支承銷定位，但當(dāng)采用三個以上的壓板而不能確保同時動作時（實際上是達不到同時動作），常常會把工件夾歪，因此需要采用四點支承的方法。在布置支承點時，應(yīng)按工件定位而后情況，使支承點之間的距離盡量遠一些，以增加定位的穩(wěn)定性。支承板應(yīng)該放在切屑不易落到的地方。當(dāng)工件在夾具上以側(cè)面及其上面的定位孔定位時，定位塊就放在加工部位的上方或是切屑易落到的地方，且在布置上應(yīng)保證支承塊之間有較大的距離，不應(yīng)連續(xù)排列。(2)定位銷 在組

47、合機床及其自動線上加工箱體類零件時，多采用“一面兩銷”的定位方法，以消除工件在空間的六個自由度，實現(xiàn)工件在夾具中的準(zhǔn)確定位。為了能以最簡單的運動形式裝卸工件（如單機夾具上的推進和拉出，流水線和自動線上工件在夾具上的送進和推出），多采用伸縮式定位銷。除此以外，還可采用固定式定位銷。 當(dāng)要求被加工孔與定位銷孔之間的位置精度高與+0.05或是-0.05mm。或是受結(jié)構(gòu)的限制不能采用伸縮式定位銷，以及加工裝卸比較容易的輕小零件時，為了簡化夾具的結(jié)構(gòu)均采用固定式定位銷。 采用固定式定位銷時，為了使工件的定位基面能很好地與支承元件相接觸，除采用圓柱銷和削邊銷相結(jié)合的定位方法以補償孔間距的誤差外，定位銷還必須有適當(dāng)?shù)母叨龋匝a償定位孔與定