2022年毕业设计方案组合机床主轴箱及其夹具设计方案.docx

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1、3.1 主轴箱设计的原始依据3.2运动参数和动力参数的确定3.2.1传动系统传动比安排3.2.2运算传动装置的运动和设计参数3.2.3齿轮模数的估算及其校核3.2.4轴各参数估算及强度校核3.3 主轴箱的坐标运算12121212131624目 录1.绪 论11.1组合机床的特点11.2组合机床的分类和组成11.3 组合机床的方案挑选22. 组合机床总体描述32.1组合铣床工艺方案的制定32.2组合机床配置型式的挑选52.3影响总体布置的因素52.4组合铣床的总体分析62.4.1被加工零件工序图62.4.2加工示意图72.4.3组合机床联系尺寸图92.4.4生产率运算卡113. 组合机床主轴箱设

2、计124. 组合机床夹具设计264.1组合机床夹具概述274.2定位支承系统概述4.2.1定位支承系统28274.2.2夹紧机构295.总 结30参考文献31致谢320 / 331. 绪 论1.1 组合机床的特点组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床；它能够对一种 或几种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工；在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铣削磨削等工序，生产效率高，加工精度稳固；组合机床与通用机床、其他专用机床比较，具有以下特点：1） 组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的70 80%，因此设计和制造的周期短，投资少，经济成效好；2） 由于

3、组合机床采纳多刀加工，并且自动化程度高，因此比通用机床生产效率高，产品质量稳固，劳动强度低；3） 组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考查的，又有厂成批制造，因此结构稳固、工作牢靠，使用和修理便利；4） 在组合机床上加工零件时，由于采纳专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人水平要求不高；5）当被加工产品更新时，采纳其他类型的专用机床时，其大部分件要报废；用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造；6）组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要；组合机床常用的通用部件有：机身、底座、立柱、动力箱、动力滑台，各种工艺切削头等；对

4、于一些按循序加工的多工位组合机床，仍具有移动工作台或回转工作 台；动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动或进给运动的动力部件；其中仍有能同时完成切削主运动和进给运动的动力头；机身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件，起着机床的基础骨架作用；组合机床的刚度和部件之间的精度保持性，主要是由这些部件保证；1.2 组合机床的分类和组成组合机床的通用部件分大型和小型两大类；大型通用部件是指电机功率为1.5-30 千瓦的动力部件及其配套部件；这类动力部件多为箱体移动的结构形式；小型通用部件是指电机功率为0.1-2.2千瓦的动力部件及其配套部件；这类动力部件多为套筒移动的结构形式；用大型

5、通用部件组成的机床称为大型组合机床；用小型通用部件组成的机床称为小型组合机床；按设计的要求本次设计的机床为大型通用机床；组合机床除分为大型和小型外，按配置形式又分为单工位和多工位机床两大类；工位指一次装卡工件后，工件 制定工艺方案；要深化现场明白被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情形以及生产率的要求等；确定在组合机床上完成的工艺内容及其加工方法；这里要确定加工工步数，打算刀具的种类和型式；2 ）机床结构方案的分析和确定；依据工艺方案确定机床的型式和总体布局；在挑选机床配置型式时，既要考虑实现工艺方案，保证加工精度，技术要求及生产效 率；又要考虑机床操作、保护、修理是否良好；仍要留意

6、被加工零件的生产批量，以便使设计的组合机床符合多快好省的要求；3组合机床总体方案；这里要确定机床各部件间的相互关系，挑选通用部件的刀具的导向，运算切削用量及机床生产率；给制机床的总联系尺寸图及加工示意图等；4）组合机床的部份方案和施工方案；制定组合机床流水线的方案时，与一般单个的组合机床方案有所不同；流水线上由于工序的组合不同，机床的型式和数量都会有较大的变化；因此，这时应按流水线进行全面考虑，而不应将某一台或几台机床分裂开来设计；即使临时不能全面地进行流水线设计，制定方案时也应综合讨论，才能将工序组合得更为合理，更牢靠地满意工件的加工要求，也为进一步进展制造了有利条件；34 / 332. 组

7、合机床总体描述2.1 组合铣床工艺方案的制定工艺方案的制定是设计组合铣床最重要的步骤之一；其制定过程应从以下的几个方面考虑： 1、加工的工序和加工精度的要求；2、被加工零件的特点； 3、工件的生产方式；等诸多方面综合考虑；图 2-1 为拖拉机发动机连杆零件，元件简图；图 2-1 发动机连杆零件简图连杆由大、小头和杆身等部分组成；大头为开式结构系直剖式连杆）；连杆和连杆盖用螺栓，螺母连接；为削减磨损和便于修理，大头孔和小头孔内分别安装轴瓦 和铜套；连杆身的截面为工字形，可削减重量和削减惯性力又使连杆具有足够的强度 和刚度；连杆头两端面有落差且杆身对称；大小头侧面设计有定位凸台作为机械加工 时的帮

8、助定位基准，便于定位基准的统一；连杆总的工艺特点是：外形复杂，不易定位；大、小头有瘦长的杆身连接，所以弯曲刚性差，易变形；尺寸精度，外形精度和位置精度及表面粗糙度要求很高；连杆所选的材料为 45 钢工艺基面的分析及挑选；采纳以 V 形块为主要定位元件的方法；为提高其定位精度，要把V 形块的角度做大一些；如图 2-2图 2-2工艺基面的挑选2 工序间余量的确定；3 刀具结构的挑选；按相关的资料选取端铣刀的形式；在铣削过程中，端铣刀的直径要大于加工工件的最大宽度，由给定的加工零件图可知最大为Bmax=135m，m故端铣刀的直径选取 150mm为宜，其齿数按标准选7；即 D =150Z=74 铣削用

9、量的挑选；为使组合铣床更好的提高生产效率，便于人工操作，最少的停车和使刀具的寿命更长、加工质量更好，合理的挑选铣削用量是特别必要的；表2-3 为硬质合金端铣刀的铣削用量；加工材料工序铣削深度铣削速度每齿走刀量钢 b 5270 加工精度的影响；当工件的加工精度要求较高时，应采纳具有固定夹具的单工位组合机床，加工精度要求较低时，可采纳具有移动夹具的多工位组合机床；此外，仍要考虑到不同布置形式的机床所能达到的加工精度；例如，对于同轴度要求较高的各孔，应采纳从同一面对工件进行加工机床布置形式；2 工件大小、外形和加工部位特点的影响；对于较大的工件，宜采纳单工位机床，反之，宜采纳多工位机床；对于大直径深

10、孔的工件，宜采纳具有刚性主轴结构的立式机床；对于小直径深孔的工件，通常采纳特地的深孔加工机床；对于被加工孔的中心线与定位基准垂直的工件，一般采纳立式机床；本原就也可依据机床的使用条件综合考虑；依据上述原就，对于本章实例，可采纳立式机床；但考虑工件排屑便利，机床空间的高度可矮些，故可采纳卧式组合机床；3生产率的影响；零件的生产批量大小是打算采纳单工位、多工位或自动线，仍是按中小批量生产特点来设计组合机床的重要因素；有时从工件的外形及轮廓尺寸上看，可采纳单工位固定夹具的机床布置形式，但是由于生产率要求很高，就不得不采纳多工位的机床布置方案，以便使装卸工件时间与机动时间重合；被加工的零件的生产批量越

11、大，工序支配一般就越趋于分散，半粗、半精、精加工应分别在不同的机床上完成；对于中小批量生产的情形，就要力求削减机床的台数，并应将全部工序尽量集中在一台或少数几台机床上完成，以提高机床的利用率；2.4 组合铣床的总体分析2.4.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是指依据已确定的工艺方案，表示一台组合机床或自动线对加工零件应完成的工艺内容的示意图，它包括加工部位尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求等内容；它不能用产品的零件图代替，而须在原零件图的基础上， 突出本机床或自动线的加工内容及必要的说明进行重新绘制；它是进行组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件；其内容应包括以

12、下几个方面：1）表示出被加工零件的外形和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构外形和尺寸；特殊是当需要中间导向套时，应表示出零件内部的筋、壁布置及有关结构的外形和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉；2）表示出加工用定位基准、夹紧部位及夹紧方向，以便依此进行夹具的定位支承包括帮助定位支承）、限位、夹紧及导向系统的设计；3）表示出本道工序加工部位的尺寸、尺寸精度、表面粗糙度、外形位置精 度及技术要求，另外仍应表示出本道工序对前道工序提出的要求主要指定位基准）；4）表示出必要的文字说明，如被加工零件的编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等；5）绘制时，按肯定的比例，细实线表示与本道工

13、序加工无关的部分，粗实线表示被加工部位精度、粗糙度、位置精度、定位面及夹压方向；6）凡本道工序保证的尺寸、角度等，应在基尺寸数值上打上方框，并在下面加一横线 粗实线）；以下为被加工零件图，其材料为45 钢并经调质处理，其其硬度为 217287HBS；图 2-4连杆零件图2.4.2 加工示意图零件加工的工艺方案要通过加工意图才能反映出来；加工示意图表示：被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况，工件与夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，以及机床的工作行程和工作循环等；因此，它是刀 具、辅具、夹具、主轴箱、液压和电气装置设计及通用部件挑选的主要原始资 料，也是对整台机床布置和技术性能

14、的原始要求，同时仍是调整机床、刀具及试车的依据；其内容包括以下几方面：1）应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程；2）依据加工部位的特点及加工要求，打算刀具的类型、数量、结构、尺寸直径和长度）；3）打算主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度；4）挑选标准或设计专用的接杆、浮动卡头、导向装置、攻丝靠模装置、刀杆托架等，并打算它们的结构参数及尺寸；5）标明主轴、接杆、夹具 导向装置）与工件之间的联系尺寸、协作及精度等；6）依据机床的生产率及刀具和工件的材料等，合理确定并标注各主轴的切削用量；7 ）加工示意图的绘制次序是：先按比例用细实线绘出工件加工部位和局部结构的绽开图，然后用粗实线绘出加工表面；为

15、了简化，对同一主轴箱上结构尺寸完全相同的主轴，可只画一根，但必需在主轴上标注孔号；当轴数多时，可缩小比例；最终，用细实线画出加工部位简图，并标注孔号；8 ）在加工示意图上，主轴的分布可不按真实距离绘制；但当被加工孔的间距很小时或需设置径向结构尺寸较大的导向装置时，相邻的主轴必需严格按比例绘制，以便检查相邻的主轴、刀具、辅具、导向装置等之间是否发生干涉；9）主轴应从主轴箱端面画起；刀具画在加工终了位置上攻丝加工就画在开头位置上）；对标准的通用结构，只须画出外廓，并须加注标准代号，对一些专用结构，就必需画出剖视图，并标注尺寸、精度及协作种类；发动机连杆示意图如图 2-5 所示；挑选刀具、导向装置：

16、a 刀具的挑选一般孔加工用刀具 钻、扩、铰等刀具）其直径的挑选应与加工部位的尺寸、精度相适应，其长度的挑选要保证加工终了时，刀具螺旋槽尾端面与导向装置外端 面之间有肯定的距离；b 导向装置的挑选挑选导向装置的类型、形式和结构第一类导向装置答应刀具的线速度V 20m/min；除铰孔外，这类导向装置很少用于大直径的加工；其次类导向装置答应刀具的线速度V 20m/min；这类装置一般用孔径在 25mm以上的孔的加工，特殊是大直径镗孔时应用较多；刀盘主轴双面铣n=255r/min f=0.3mm/r Ra=12.5大小头两端面铣销参数相同图 2-5发动机连杆加工示意图2.4.3 机床的联系尺寸图联系尺

17、寸图表示机床各组成部件的相互装配联系和运动联系，以检验机床各部件相对位置和尺寸联系是否满意加工要求；通用部件的挑选是否合适；并为进一步进行主轴箱、卡具等专业部件、零件的设计供应依据；确定动力部件的工作循环及工作行程1）动力部件的工作进给长度 L 工进：L 工进 L1 L 加工长L2即： L 工进 10+10+1/36.7+5=27式中， L 加工长工件加工部位的长度； L1刀具切入长度； L2刀具切出长度2）动力部件的快速退回长度 L 快退:L快退L 工进L 快进即： L 快退 27133 160；式中， L 快进是动力部件的引进长度 动力部件把主轴箱连同刀具，从原始位置送进到工作进给开头位置

18、），其长度按加工的详细情形确定； 中间底座尺寸的确定中间底座尺寸主要满意夹具在其上安装连接的需要，同时满意配套部件对其的要求，因此应合理地选定中间底座尺寸；重要的是，肯定要保证动力部件处于加工终了位置时，工件端面至主轴箱端面之间的距离应不小于加工示意图上所要求的距 离；6 主轴箱尺寸的确定有关标准中规定，卧式主轴箱厚325mm，立式主轴箱厚 340mm；多轴箱的宽度 B和高度 H按以下公式确定；H=h+h 1+b1B=b+2b 1式中： b工件在宽度方向相距最远的两加工面的距离毫 M） b1最边缘主轴中心距箱外壁的距离 毫 M）h工件在高度方向相距最远的两加工平面的距离毫 M） h1最底主轴高

19、度 其他应留意的问题1） 机床总图要按加工终了时的状态画出；同时，要说明动力部件退回到最远时所处的位置；最远处为160mm；2） 应注明电动机的型号、功率和转速；应注明动力部件的总行程，此题为230mm；主轴二主轴一驱动轴6 主轴箱轮廓尺寸确定图3） 应说明液压系统和电气掌握按钮等的安装位置；4） 当工件加工部位对其中心线不对称，而使动力部件对夹具和中间底座不对称时，应注明动力部件中心线与夹具中心线之间的偏移量；2.4.4 生产率运算卡1机床的抱负生产率 Q1 的运算图 2-Q1 60 60件/h）T单T机 T辅式中 T单 单件工时 min）；T机 机加工时间 min）包括动力部件工作进给时间

20、和死挡停留时间）；T辅 帮助时间 ；注：工作台直线移动或回转转换一次工位的时间一般取0.1min；工件装卸时间一般取 0.51.5min；2机床负荷率的运算 Q1Q2式中 Q1机床抱负生产率；Q2使用单位要求的生产率，当全年工时为2880h 时， Q2N/2880件/h；3. 组合机床主轴箱设计3.1 主轴箱设计的原始依据主轴箱设计的原始依据图 , 是依据三图一卡整理编绘出来的 , 其内容包括主轴箱设计的原始要求和已知条件；在编辑此图时从三图一卡中一已知：1 主轴箱轮廓尺寸 500500mm；2 工件位置尺寸及连杆大小头中心位置尺寸；3 工件与主轴箱位置尺寸；依据这些数据可编制出主轴箱设计原始

21、依据图；3.2 运动参数和动力参数的确定3.2.1 传动系统传动比安排本机床主轴箱采纳三级传动：传动比为 3.765依据所供应数据估算各对齿轮齿轮数及传动比：第一对：Z 0 =22Z1 =32其传动比 ： i=1.45其次对： Z 2=26Z 3 =38其传动比 ：i=1.46第三对： Z 4=32Z5 =57其传动比 ： i=1.78按要求，本机床要同时粗铣两端面；因被加工零件两端面所要达到的各级参数都完全相同，故设计成相互对称的传动系统；3.2.2 运算传动装置的运动和设计参数（1） 电动机的型号为 Y132M2 6，其中 Y 表示系列代号， 132 表示机座中心高，M 表示中极极座， 2

22、 为电动机级数；额定功率960r/min；（2） 推算出各轴的转速和转矩P0 为 5.5KW ，满载转速n0 为1 各轴的转速 ：n0960rminn19601.45662 rminn26621.46454 rminn34541.78255 rmin2 各轴输入功率 1 2 别为齿轮传动效率1P15.50.985.39KWP25.390.970.985.12KWP35.120.970.984.87KWP44.870.980.974.54KW0.9720.983 各轴输入转矩：T095505.5 / 96054.71N MT154.711.450.9873.48 N MT273.481.460.

23、970.98101.99NMT3101.991.780.970.98192.58N M3.2.3 齿轮模数的估算及其校核齿轮模数运算及强度校核1选定齿轮类型、精度、材料及齿数；a 依据所示的传动方案选用直齿圆拄齿轮传动；b 组合机床为一般工作机器，速度不高，应选用7 级精度；c 材料挑选：选用小齿轮材料 40 Cr ，硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45；号钢硬度为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS；d 选小齿轮齿数 Z 0 =22 大齿轮齿数 Z1=32；2 按齿面接触强度设计；确定公式内的各运算数值 :a 试挑选载荷系数 Kt1.3 ；b 运算小齿轮传递的转矩：T195500

24、0P0/ n054710N Mc由表中可得选取齿宽系数为 1；d由表中可查材料弹性系数 ZE189.8MP0 ；e由 图 可 知 按 齿 轮 面 硬 度 查 得 小 齿 轮 的 接 触 疲 劳 强 度 极 限H lim600MPa ；大齿轮的接触疲惫强度极限H lim500MPa ；f 运算应力循环次数：N160n1jLn60960 1 28300154.14710912N24.147109/ 3.21.296109g 由图可知查得接触疲惫寿命系数h 运算接触疲惫强度许用应力；1取失效概率为 1% 安全系数 S=1 就有：K HN0.90, KHN0.95； H 1K HNH lim 1 /

25、S0.9600540MPa H 1K HNH lim 2 / S0.95550522.5MPa23运算；a 试算小齿轮分度圆直径dt1 ，代入 H中较小的值：dt 13 1.3x5.471x10000x12.45x189.8x1.982.321.45x1x1.45x522.5x522.558.286mmmd1 2由于 dt1 大于等于 58.286 毫 M，故取b 运算模数66 223dt 1 为 66 毫 M；（3） 按齿轮弯曲强度设计1由公式得弯曲强度的设计公式为：m3 2KT 1YFadz1z1 F a 由图就有小齿轮的弯曲强度疲惫强度极限E1500 MPa，大齿轮的弯曲疲劳强度极限 E

26、 2380 MPab 由表上就有弯曲的疲惫强度寿命系数KFN 10.85, KFN 20.88 ；c 运算弯曲疲惫许用应力：取弯曲疲惫安全系数S=1.4，由书中的公式有：1F0.85F 20.88500/ 1.4380/ 1.43.03.57MPa283.86MPad 运算载荷系数 KK1 1.121.21.351.814e 查取齿形系数f 查取应力系数Ysa1 YFa 12.65,Ysa21.58,YFa 22.2261.764g 运算大小齿轮的YFaXYsa F 并加以比较：YFa1 XYsaYFa 2 XYsa2F 12.65X1.58303.572.226X1.7360.013790.

27、01644 F 2238.86大齿轮的运算值大；2 设计运算m3 2x1.814x5.471x10000x0.0164422x221.889mm对比运算结果，取 m3 ，就有：z1z0i22 1.4532这样设计出的齿轮传动，既满意了齿面接触疲惫强度，又满意了齿根弯曲疲惫强度，并做到结构紧凑，防止铺张；此时关于几何运算：第一对齿轮的运算：a 运算分度圆的直径：d0z0m22366d1z1m32396b 运算中心距：a d0d1281mmc 运算齿轮宽度：通过查阅组合机床手册得其次对齿轮的运算，经校核有：b024, b124m23, z226, i 21.46d 2z2m2d3z3m226338

28、378mm114mmb 224mm,b324mm第三对齿轮的运算，经校核有：m33, z432, z557, i31.78d4z4m332396mmd5z5m3573171mmb 4b524mm3.2.4轴各参数估算及强度校核1）传动轴的估算估算轴的最小直径，按扭转强度条件运算，先依据以下初步估算的最小直径，选取轴的材料 45 号钢，调质处理；TT9550000 P N WT0.2 xdxdxd T式中：T 扭转切应力，单位兆帕T轴所受的扭矩WT 轴的抗扭截面系数n轴的转速p轴的传递的功率d运算截面处轴的直径 T 许用扭转切应力由以上公式可得轴的直径：d 0395500003p0.2iT n3

29、 9550000 x5.290.2 x45 x96018.13mm取d min30mmd1395500003 P0.2iT n20.17mm取d min35mmd 2395500003p0.2iT n22.49mm.取 d min35mmd 3395500003 p0.2iT n26.63mm取d min 求出输出轴的功率p V ，转速n3 和转矩 T3 ；设 1 ， 2 分别为齿轮传动轴承的传动效率1=0.97，2 =0.98 就p V = p电12 =5.59600.9730.985 =4.54 KW又 n3 = n0 / i总 = 3.76 =255 r/m于是T3 =95500004.

30、54255 =172580 n mm2 求作用在齿轮上的力因已知低速大齿轮的分度圆直径d 3 = m3z5 =357=171mmt而： F = 2T3= 2 172580 =2021.5 Nd3171F = Fttan=2021.5tan 20 =734.7 N式中：T3 主轴上大齿轮传递的转矩，单位为Nmmd 3 主轴上大齿轮的节圆直径，对标准齿轮即为分度圆直径；单位为mm啮合角；对标准齿轮= 203 求轴上的载荷第一依据轴的结构图 见主轴箱图）作出运算简图；在确定轴承的支点位置时，应从手册中查得 a 值；对于 7216E 型圆锥滚子轴承，由手册中查得a=22；对于 7220E 型圆锥滚子轴

31、承，由手册中查得a=29mm；因此，作为简支梁的轴的轴承跨距 l1 + l2 =119.5mm+93.45mm=212.94mm；圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承图 3-1从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C 是轴的危急截面；现将运算截面C 处的 M H 、 M V 及 M 的值确定支座处的约束力 =0其中 L1 =119.5mmL2 =93.45 mmFt =2021.5 N因此：1FNH=885.8 N2FNH =1132.7 N1又由 FNH =885.8 N， L1 =119.5mm可求得：1M H = FNHL1 =885.8 119.5=105853.1 N mm确定支座处垂直约束力由M B =0 和M F =0 可求得1FNV+ FNV= Fr 22FrL1 - FNV L1 + L2 =0其中 L1 =119.5mmL2 =93.45mmFr =734.7 N1因此FNV =322.4 N2FNV=412.3 N由上式可求得：M V = FNVL1 =322.4119.5=38526.5 N mm1T3=172580 N mm由可求得 M=M 2M 2 =105853.1238526.82 =112646.3